Fabrieks-ontwerp bereiding van carboxy-methyl.cellulose

~J.

,- ---~ _.

.

.

....

~ . .. , ... ~,:~ ~/~';. :0" . . FABRIEKS-ONTWERP

BEREIDING

VAN

aARBOxY-METHYL~CELLULOSE

J.LODEWIJKS

FABRIKAGE VAN Nä-CARBOXY-METHYLCELLULOSE INHOUD

A) INLlnDING (gesch'iedenis; chem~ eigensch; , enz~ ) B)DE ,DIVERSE PROCESSEN(met discussie)

C)BESCHRIJVING GEKOZEN PROCES D)BEREKENINGEN

E)LtTERATUUR

~o~o-o~o~o-o-o-o-o-o-A; INLEIDING

1 .'

Het in koud water oplosbare Na-carboxymethylce'lIulose (Na-C;M;C ~).

werd door JANSEN(1)het eerst bereid door inwerking van monochloor-azijnzuur op.àlkali-cèllulos~ in alèoholisché, oplossing~Ret werd als vervangingsmiddel van gelatine in de ,handel gebracht~

Enige tijd later toonde C~OWDBURY(2

J

aan dat de' reactie ook vèrloopt in waterig milieu. Rij verkreeg b:.v. het Na-C.~r4;C~ door uit te gàan van 100 gr.gèmalen cellulose en hierop in te laten werken 1100gr.

40% NaOR bijnkamertemperatuur~ Na verloop van 3 uur voegde hij 400 gr. mnno-chlooràzijnzuur (m~c'~a;) toe eon liet het mengsel 24 uur bij

kamertemperatuur staan: De heldere visceuze oplossing werd gecoaguleero met 2 liter alcohol en daarna 16 uur met een 80~ alcoholisshe oplose.

t

sing in een Soxlet apparàat geextraheerd; Uiteindelijk hield hij 140 gr; Na-C.M.C. met een Na~gehalte van 6,3_ over~

Over het algemeen bereidt men het Na-C';M;C; door drenken van gebleek-te sulfiet pulp in' een loog oplossing, w:aarna men de overmaat vloei-stof u:itperst~ Het Na-cellulose gaat men nu versnipperen én laat het reageren met droog monochloor-acetaat; waarbij dan het Na-C.M~C. samen met Nael ontstaat~

De reacties welke hierbij optreden zijn weergegeven op vel 2~ ~ Dit reactie schema is geldig zowel voor het discontinue als het

, '

continue procès;Bij het laatste moet men echter

!iê:

in de derde

e.n'

vierq.e ri j vervangen door

,g;

Theoretisch zouden al de drie hydroxyl groepen welke in een cellu-lose grond mole,cuul voorkomen , gesubstitueerd kunnen worden door de Na-(H)-carboxymethyl groep;

In de meeste gevallen wordt een dergelijke substitutie evenwel niet bereikt. Gemiddeld bereikt men bij de toegepaste productie methoden

een subst;i tutie graad aml 0,4, tot 0,8 OH per cellulose· grond mole-cuul~ Hogere graden van substitutie zijn wel te bereikén maar de oplosbaarhe~d van het Na-CTM.C. in water wordt dan veel geringer(3).

t .... 1lJ::r "'0 o .. ..)2 3~ ..,) Aa 0

i

';&

cs

J Z

,

o x I: : , 1 , ~,

,

'=> :r

/'~"

f,.,J·r I i I z I o I

-··J%#l'

:I!.Q -~:I: ',' "ru c-rl ''\

,

J ~ Cl 0 .u' .ft 0 Q j j Ol Col al t..J , ) 0,.1 . ~ :;t'

fi:

('" u,. , z ~ -J ~ cJ ~.

""

t:J Z tJ ~ J Z Q:)l '0, r: \1.1 ..1 .!) ~ D w Ua ~ ~ t..., '\I\. cl IJ) P-..-4 til -..J ~u.. 11\,

_...

;:, -J !l{ ':tel!

otH

~

_IJl Z

~I

z!

wl .;ll 0' ~I IIIJl 1)0 z ~ Lb ~ r.i

J~

w I~ ...1 flJ-:(

o

I--J

t:.

~ D-00 :r. ,..,.." C'<)

~I

z IJl UI j ~! 0 &1 ! d-(f. I./l ~ Cl> :& '=u~ UI 2"'-::> oA 2 0 ~'" ct ₀ ~ :r. ,.,.., , .:)00

~helbretisch is ,9.uS'een substitutie ~raat.vàn: 3 te bereiken~

Zuiver Na-C;M.C. is een wit poeder, oplosbae.r of dispergeerbaar in

wà~ér o~ alkali oplossingen~(Carb0xtrmethyl;"cellulose zelf-dus het

zuur- is onoplosbáar in water); I .

Zoals reeds gezegd wordt de Mate van oplosbaarheid bepaald door de SU~

stitu~ie graad; Evenwel word~ook de snelheid vc::n oplossen en vele

andere physische en chemische grootheden door deze substitutie graad

bepaald~

In het álgemèen kunnèri we zeggen dat de oplosbaarheid als functie

'van de substitutie ,graad een maximum vertoont·(3).Tussen 0.,4 en 0,8

ligt çet maximum~ Lager dan 0,4 ën hoger dan 0;8 v:e:r:.lJi!g§n de oplosbaa"V

heid weer àanzienlijk~

In zuivere vorm is het Na~C~M~C~ reuk~ en smaakloos en in voedsel

zonder gevaar te verWèrken;

De toepassings mogelijkheden van het zuivere C~M~C~(of ~1Jn

Na-zout)zijn zeer ,uitgebreid .. Enkele hiervan willen we noemen, zoals het gebruikmin voedsel, cosmetische artikelen, bedrukken van textiel'

goederen; gebruik in tandpasta, enz~

Het Na-C~M~C~ kan men naar de aard van de toepassineen onderscheiden

in 'een technisch en een zuiver producit; H~t technische product zoal~

dit in de meeste gevallen gebruikt wordt, is een cr~me 'tot licht

bruin gekleurde stof. Het is ook reukloos maar door de mogelijke'

aanwezigheid van enig giftig Na-glycolaat ongeschikt voor menàelijke éonsumptie(4)

-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o~o-o-B~ DE DIVERS~ PROCESSEN

In principe zijn er twee manieren om het e~r4~c~ tè bereiden;Deze onderscheiding doet zich in de chemische industrie vaker voor en het is dus/niet te verwonderen dat ook bij ons zich dit onderscheid

ke nbaar maakt ~

We doe'len hier op de DISCONTINUE (Batch) en de eONTINUE 'proces vorm~ Oorspronkelijk bereiddè men hèt C~M~Ç~ vollDgens he·t bàtch procédé· maar de- laatste tijd gaat men -v12l0ral in de V ~S~- over op het con-tinue systeem en wel om verschillend8 T.'?d.enen welke we later uit~ voeriger zullen ~èspreken;

HET DISCONTINUE PROCES

Duitsland was het eerste land dat zich industrieel ging toeleggen op de bereiding van C~M~C; Vlak voor en in de' tweede wereld oorlog ontdekte men de belangrijke technische toepassiflgen van het C.:M~C~

(of.Na~C;!4~C;), speciaal als vervangingsmiddel van gela§l:ine~

Het Duitse discontinue proces bestàat uit twee principiele stappen. De·ze zijn de reactie van de gebleekte sulfiet pulp met loo~ voor de bereiding van cellulose en de reactie van het gevormde Na-cellulose met droog Na-mono-chloor-acetaat om het Na-C~M~C~ te bereiden.De overmaat loog wordt geneutraliseerd met bicarbonaat en het product is klaar. Vroeger werd het product zonder te drogen verkocht maar tègenwoordig levert men het Na-C-M~C; uitsluitend in gedroogde toestaÎl.d~ Daartoe droogt men het dan in een ef andere drog ger, zoals b.v; een trommel ·droger;.(~}

Wil men het zure O.:M;C; hebben dan behändelt men de reactie massa met een goede zuur concentratie waarbij dan het C.M;C~· neerslaat. daar het niet oplosbaar is in w~ter~.Ç3~)

Het Proces

Men zie voor een verkort proces schem~ blz;2~

We zullen nu in het kort een beknopt detail overzicht geven van het discontinue procès.( ~-)

Voor dit proces gebruikt· men gebleekte sulfiet pulp in vellen van 80 x 100 cm~ Deze pulp bestaat gewoonlijk uit een mengsel van beuken - en 'deMen sulfiè-t pulp, waarvan de verhouding gevarieerd kan worden~ Dez'e verhouding hangt af van het eind product wat men wenst te verkrijgen en kan van batch tot batch gevarieerd worden;

Ongeve~r 600 kg~ pulp wordt 'in een bad gebracht e·n gedràt met een 18% loog o'plossing gedurende 1-2 uur bij 18-20oC.~ De overmaat loog ~

---wordt dan uit de alkalicellulose geperst m;b;v; een hydraulische per~

Men houdt nux een vocht'ig product over dat een paar maal zoveel weegb als de oorspronk~lijke cellulose invoêr~

De natte alkali-èèllulose wordt door een paar getande rolwalsen ge-trokken, vervolgens wordt het gevoerd door ee'n grove snippermolen om als een fijn poeder te voorschijn te komen nadat het nog een horizontale schijf-snippermoien gepasseerd is.

Ongeveer 650 kg. van dezè natte alkali-cellulose brengt men over in een bekleedde kn~der(zie no;5 op het schema)~Hier voegt men het' droge

-

--Na-monochloor":'acetaat toe; Men gaat nu mengen bij een temp. van è.a;

35 tot 4500 ~ jde' door de exothermé reactie ontwikkelde warmte wordt

d;m~v~ koelwater dat in de mantel van de kneder circuleert,

afge-voerd~ Nà verloop van c.a; 2 uur is de reactie voor 60-70~ a~gelopen

en

dan ledigt men de reactie ruimte om weer te vullèn met een nieuw

mengsel~

Het verwijderde product brengt men over in een draaiende trommel welke ook weer voorzien is van een mantel,waarin water circuleert

om de reactie warmte af te voeren; De trommel laat men draa.ien

-totdat de,reàctie welke in de voorafgaande kneder voor 60~ was afge-lopen, nu gehéel verlopen is~

Tijdens het roteren van de trommel voegt men Na-bicarbonaat toe om de overmaat alkali te neutralise,ren; Als het product de trommel ver-laat wordt het.in molens tot. fijne korreltjes afgebroken. In deze vorm wordt het verpakt en afgeleverd;Zoals reeds eerder vermeld droogt men het C.M.C. meestal eerst voordat ~ét verkocht wordt; Dit kan dus hier gebeuren nadat het product in de maal molens is

geweest~

De samenstelling van het 'niet gedroogde product is ongeveer 35 ~

Na-C.M.C., en 35

%

vocht. Vèrder verontreinigingen welke bestaan uit

zouten zoals NaCI, tijdens de reactie gevormd, en een kleine hoe-veelheid Nà-gl~colaat en een beetje Na-bicarbonaat, overgebleven

bi~ de neutralisatie(no 6 op schema)~

Dit proces is zoals we ge~ien hebben geheel een batch proces.Vereist wordt een zware kostbare uitrusting, hetgeen weer grote inve~teringen

tengevolge heeft; Daar 'komt "!lij dat de opbrengste~ slechts middelm1 matig zijn. Verder is de mogelijkheid om met dit proces arbeidskÇ>s-

'-ten te besparen i.v.m~ de discontinuiteit zeer klein.

Tenslotte vereist dit proces het gebruik van droog Na~monochl~acet~

. ____ ~n~~_tgeen een voorbewerking van deze stof nodig maakt daar het bereidt word t uit m. c ~a~ en NaOH~

-,

6.

HET CONTINUE PROCES . _.

Als men over wil gaan tot de èontinue bereidings-methode dient men bij het ontwikkelem van zo'n'procès voor ogen te houden dat men gro~e installaties en omslachtige handelingen, welke vooral bij het discontinue proces zo voor ogen springen , moet vermijden~Bovendien dient men het chemisch proceáe' waar mogelijk te vere,envoudigen.

Tenslotte, is het van belang het aantal reactie stappen te verminderen~ Wanneer men dan de grate apparatuur vermeden heeft, bespaart men teven::

op investeri~gen va.n gebouwen en opslag plaatsen~

De verschillende processen

Men kan hier twee processen onderschèiden, n~l~ dat proces welke uitga/: van cellulos'e in continu vel vorm en welke uitgaat van gepeederde

cellulose'. Wij kozen voor ons fabriek schema het laatste proces, de reden zullen wij~ later vermelden.

~ " ,

Het Vel vorm procede

, , /

Men zie voor een vereenvoudigd schema blz~ 7. (6.) }

Zoals gezegd is dit proces gebaseerd op het gebruik van cellulose in continu vel vorm'.

Het cellulose vel wordt door rollen getransporteerd via opeènvolgende chemisèhe reactie stappen en wordt tenslotte tot poeder gemalen nadat alle chemische reacties hebben plaats gehad~

Het type van de pulp kan nogal varieren, zoals het gebruik van katoenén linters, hout ,stro~, of andere cellulose grondstoffen.

, (

De proces omstandigheden worden bepaald door de'viscositj(~t van de grondstof cellulose'. Het vel moet natuurlijk sterk genoeg zijn opdat het onderweg 'niet breè:kt'. Te dikke vellen mag men evenwel niet gebruiken daarv de dikte van het vel bepaalt in hoeverre de chemi-calien straks in de porien van het vel zullen doordringen'.

De maximaal toelaatbare dikte is ongeveer 0,1, cm;,de breedte is in de meeste gevallen 1 meter.De maximale breedte wordt overigens be-paald. door de breedte van de transport rollen'.

Van de voédings rol wordt het cellulose materiaal gebracht in een z~g. hydrolyse bad, bevattende 15~ HCI oplossing. De temp~ tijdens de hydro; lyse is c~a~ 70-80o C'.De verblijf tijd is 60 seconden"Men past deze

zuur h~drolyse toe om de viscositeit van de cellulose te verlagen. Afhankelijk van de grondstof en de dikte wordt de verblijf tijd

bepaalt"Het gehydrolyseerde vel (gedepolimeriseerd) wordt enige malen in water gewassen, elke keer gevolgd 'door verwijdering van het was water d~m~v. pers rolleri~

Als al net zuur op !eze manier venvijderd is voert men het vel over een rol-droger om het water gehalte te reduceren tot 10-25~ van het

-.

~{].

"-'. . .

droge gewicht-.

Na de dróging gaat men dan over tot de veraeI:!1tering~Het.vel wordt besproeid met NaOH-oplossing(25-40%) aan bijde zijden.Na àeze be-sproèing met loog volgt onmiddelijk een behandeling met mónochloor-azijn zuur~( 60-80%-temp'. 15-40oC'.Lagere concentraties geven

aan-~ leiding tot gel votming; hogere concentraties zouden de èellulóse te veel depolimeriseren)-.De zuur besproe:Lng wordt weer gevolgd door een behandeling met loog oplossing~Het doel van dèze dubbele loog be~

handeling is een zo gelijkmatige doordringing van de chemicalien te bewerkstelligen, minder, zwelle'n van, de pulp, minder heet worden van het vel en daardoor minder ontleding van m.c.a.

De wijze van besproèien en persen is zoals aangegeven op het reactie-schema.

De volgende stap is het z .g~ rijpen'.Daartoe voert men het vel nu in een kabinet, waar men het laat rijpen in een niet drogende atmosfeer bij. 100 oe: gedurende 4 minuten'~ Voor een goed eindpróduct mag men niet laten rijpen in een drogende atmosfeer'.De octrooi houders van dit proce zien in deze w'ijze van rijpen dus een groot voordeel, omdat men in het

rijp-kabinet stoom kan'invóeren en aldus de vochtigheid van de lucht in de hand ~ heeft ~

Om geel worden van het product te vermijden gaat men het vel nu neutraliseren.Men doet dit m~b~v'gasvormigC02' verkregen bij de neutralisat,ie van het m~c.a. _{met Na2C03(no:6. op, schema)'.}

Nadat het in de gaskamer is geweest passeert het vel een rol-droger waar hetvwatergehalte gereduceerd wordt tot c~a~ 3%'.Het droge product

is flexibel indien het heet is , en bros als het koud is, zodat in de droger geen kruimelvorming optreedt~

Het droge product wordt nu via een maal-molen en pakker gereed ge-maakt voor verzending.

-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o~o-o-o-o-o-.-.

/

"

\.,S(JlvJ' 0'-""

C'. HET GEKOZEN PROCES

Dit proces gebruikt,als grond àto~ngepoederde cellulose, mono-chloor-azijnzuur' en NaOH.(~') ~

Men besproeit de gepoederde cellulose eerst met een loog oplossing en daarna met m~c.a.De twee hoofdreacties die in het proces optreden gebeuren in een reactor terwijl de 'cellulose zich langzaam van in-naar uitgang bèweegt.

De'gebruikte cellulose is een gebleekte sulfiet pulp, welke worden ... ê:§,ngeyoerd in papie1>en ~akken ~De zakken (25 kg. )worden d.m~v·.

man-kracht geleegd in een trechte_r van een emmer lift~Deze vervoert de cellulose naar een maler, welke de compacte cellulose uit de zakken tot korrels maalt.Het vezégêge materiaal wordt d.m.v'. een

schuif-afsluiter gedoseerd in de voedings trechter welke voorzièn is van een draaiende schraper~Via een schroef transporteur komt de cellulose in de reactor.De rotatie snelheid van de schroef kan gevarieerd worden waardoor' dus de hoeveelhèid cellulose welkè men in de reactor wil hebben, bepaald kan worden.Normaal wordt 80 kg. cellulose per uur in de reactor gevoerd~

De Reactor

Afmetêngen van de reactor: lengte 6 ,meter, doorsnedè 1 ,20 meter'.De

1

react,or wordt om zijn eigen as gedraaid'.De motor welke deze beweging veroorzaakt heeft een toerental van 16 per minuut. ~et vermogen van' deze motor is 72 pk'. De gemiddelde verblijf tijd van een partikeltje in de reaetor is ongeveer 3 uur~ Daar we. drie zones onderscheiden . blijft elk deeltje dus c ~ a~ een uur in alke zone~ Het, binnenste van

de reac·tor bevat geen obstakels , maar is voorzien ,van een in long,-gi tudinale richttng werkendè séh,raper'. D~zé voorkomt dat de' natte

vaste stof ',tegen de wand aan gaat koeken.Normaal is de reactor voor een derde gèvuld~Het mengen van de vaste deeltjes met de vloeistoffen

geschièdt geheel door het vallen van de partikeltjes door elkaar als gevolg van het roteren van de reactor~De figuur op- blz'. 10 geeft een schematisch beeld van! het binnenste van de reactor~

De loog oplossi.ng welke gebruikt wordt om de cellulose tè veranderen in alkali cellulose wordt verkregen door verdunning van een 50% loog oplossing tot 35

%'.

Loog o~lossing uit de verdunnings ·tank wordt d~m~v.

positieve verplaatsings ~momp met regelbare slag in de reactor ge-bracht. In eèn noribale productie levert de loog-oplossing pomp

c'.a. t i 112 kg'. per uur;,Deze hoeveelheid wordt ge.controleerd d.m~v~

een rota~meter en door het niveau in een verhoogde meet-tank op te

10.

-cellulose aan het voedings einde van de reactor, de z.g~ eerste zone,

•

door vier pneumat~che verstuivers~

Kleine vaste deeltjes in de loog

CENTRALE

STEUN- { f I ' j .

-~~~b-~S=PROEIER

oplossing worden door een 100-mesh

filter ,gepl~atst voor

de'voedings-pomp, en door een 200-mesh fil t.er,

geplaatst voor de verstuivers,

verwijderd ~

SCHRAEE.R-"tt~ _{~---,\I'----MASSA} REACTIE

De alkali-cellulose gevormd door de reactie vah de cellulose met de loog oplossing beweegt zich

lang-zaam door de trommel, en wordt dan

in de z'~g~ tweede zone van de

re-actorbespr6èid met

móno-chloor-azijnzuur~De vier versproeiers

-.

STANG

welke het.zuur dispergeren zijn dus

in het middelste deel van de reactor

geplaatst~ De zuur oplossing welke een concentratie heeft van 78 ~

.wordt door middel van een positieve verplaatsings pomp in de reactor

gebracht~ Normaal levert deze pmmp

57

kg. per uur zuur~ De loog en

zuur pompen worden aangedreven door een eemeenschappelijk~ motor,

maar zijn onafhankelijk regelbaar om de juiste hoeveelheden af te kunne.n leve ren'.

Het monochloor-azij.nzuur dat voor dit proces nodig is wordt gekocht

als een vaste stof en in een z·.g~ verdunnings tank' tot de goede

oplossing verdund~Voo.:dat de oplosäng in de reactor komt passeert

het eerst een filter~~e overblijvende vaste deeltjes van vreemde

oorsprong worden door een 100~mesh filter voor de zuur~pomp en een 100-mesh filter veor de verstuivers opgevangen~

-

De maximale temperátuur tijdens de reactie ligt tussen 35 en 40

0 0'. Door een termometer in het binnenste van de reactor te plaatsen

(vlak bij de éentrale as)heeft men' een voortdurende controle op deze

temperatuur. De bol van de thermometer zit in de Teactie massa in de

buurt van de maximale temperatuur, duá daar waar de zuur-oplossing

in de reactor wordt gebracht~

Ter vermijding van te hoge temperaturen en om reactie w'armte af te

voeren wordt gekoeld door een lucht stroom door'de reactor te blazen.

De lucht hoeveelheid wordt gecontroleerd door schuifafsluiters in

. / " 'de ~@...u~t koelpijpen aan te breng~n~Men ge'bruikt de gewone

-.

11 ~

men de binnen lucht. In warm v.ochtig weer bleek men nodig te hebben 19 m3 per minuut om

bi~nen

de optimale temperatuur, grenzen te blij-ven.Bij koel minder vochtig weer kon men met veel minder voihstaan~ De koel-lucht voert een kleine hoeveelheid cellulose en C'.M.e .. stof met zich mede, bedragend 1% of minder van de produutie .stroom~ 'Een ' aanvullende hoeveelheid verhitte lucht voegt zich bij de uitstromende koellucht om het stof te drogen om te voorkomen dat de stof tegen de wand van de pijp aan gaat plakken~ Men verwijdert .nu het stof van ·de lucht stroom d.m.v. een cycloon-afscheider. De lucht die door

cy-cloon-top verlaat passeert een multiclone stof verzamelaar wa.ar de overblijvende stof deel tj'es worden verwijd,erd'.

De verblijf tijd van de deeltjes in de reaétor is c~a~ 3 uur'.Als de deeltjes uit de reactor komen is de reaètie practisch afgelopen. Het natte C'~M .. C. dat· aan het uitlaat einde van de reactor arriveert

wordt door een _, schroef~transporteur (met variabele snelheid) verwij-_. derd.Deze schroef-transproteur is in ver~icale zin verplaatsbaar, waardoor men een ruwe controle heeft op het niveau in de reactor .. ' Men houdt de reactor voor ongeveer een derde gevuld~De schroef ver-wijdert het natte product, bevattende !40~ vocht; men vangt het natte (r.~.c'. op in vaten, waarin men het gedurende enige uren XlU laat rijpen. Aldus loopt de reactie geheel af~ De temperatuur van het product als . het de reaètor verlaat is

±3S

oC. Gedurende het rijpings proces stijgt d

de tenip~ tot 50-SSoc;r. ;het rijpings proces zelf duurt 6 tot 8 uur.

Na 8 uur is de reactie absoluut afgelopen en de temp'. daalt' nu ge-leidelijk tot kamer~emp.

Zoals in de Inleiding reeds vermeld maakt men teEenwoordig O.M.C. dat een laag vochtgehalte heeft~ Gewwonlijk eï"st men een water gehalte van 5-6

t%.

Vandaar dat het natte C'.M.O'. na het rijpings proces gedroogd moet wordeIi~Men kan op verschillénde mamieren drogen, zoals oven drogen trommel:-'drogen, snel.-droger(flash-dryer)'. In ons proces gebruiken

we de z.g. snel-droger~ Wanneer men n.l~ deze snel-droog methode

~~~ toepast verkrijgt men eén product met zeer goede vormgeving,n~l~

~

~

~

fijnkorrelig~

~. Voordat men aan he,t eigenlijke drogen begint wordt het C.M.C~ uit

~ de rijpings vaten overgevoerd in een molert welke het compacte natte materiaal opbreekt~Via een schroef transporteur 'komt het produet i:l!Lna ill een tril-trechter te zijn geweest in de snel-droger, waar hete

ver-brandings producten van een gasbrander het vochtgehalte ineens reduce~e ren tot de gewenste hoeveelhéid~

12~

-Het gedroogde ,gepulveriseerde C~M~C~ wordt nu door de stroom van verbrandings-gassen in een cycloon afscheider gebracht.Hier wordt het

~!:'.M~C~ ,van de gasstroom gescheiden en via een ster-afsluiter naar

een koelpijp afgevoerd~De gasstroom welke uit de eerste cycloon komt passeert eerst nog een tweede qycloon om het nog terugwinbare

C~M.C. te verzamelen.Het afgescheiden product wordt naar de snel-droger teruggevoerd en het gas wordt via de reeds eerder genoemde multiclone stofafschèider naar de atmosfeer afgevoerd'.,

Het gedroogde C'.M. C'. van deeerste verzamel cycloon wordt in de koel-pijp tot kamertemperatuur afgekoeld~Een laatste cycloon verzamelt nu weer het C.M.C~ en via een ster-afsluite~ komt het droge' €~M.C~

in een t~échter om verpakt te worden~

Voor het verpakkingsmateriaal gebruikt men waterdichte vaten, omdat droog C~M.C~ hygroscopisch is en dus vast gaat koeken ale het aan de lucht wordt blootgesteld~

De Gebruikte Materialen

Koolstof staal en type 316 roestvrij staal zijn de be,~ngiijkste construétie materialen welke in ons proces gebruikt worden~ Voor sommige onderdelen gebruikt men ook ander materiaal,hierop komen

f~ wij later nog terug. Zoals men willicht zal begrijpen speelt

cor-\ ,1;~ (. rosie in dit proces een belangrijke iol~Men zal dus materialen moeten

~~~ gebruiken welke resistent zijn t~o.v. de gebruikte chemicalien~

J'-,,'u

Over het algemeen is het gebruikte roestvrij àtaal overal waar de

~~'

corrosie een rol speelt pevredigend.Als we te doen hebben met inerte stromen zullen we liever koolstof staal gebruiken omdat dat uiteraard veel goedkoper is.De enigé uitzondering waar we geen gebruik kunnen maken van het roestvrij staal is bij de bereiding van de geconcentreer-de monochloor-azijnzuur oplossing.Bij temp~ver boven de 250C~bleek he't roestvrij staal niet te gebruiken'.Roestvrij staal ·bleek zeer

.. wJ"'

snel te cor:roderen~ Vervanging hiervan door Hastelloy C (Ni, 14-19?bMo,

\.\-a 'J4-8~Fe; "O,04-:0,15~O,1,2-16~C~,3-~,5~W) hield de' corrosie tegen.

~t.i\

Roestvrlj

sta~l

wordt gebrulkt ln:

~

~~~\<~r.~}.

De pijpleidingen

voo~

de

zuur-en~Plossingen

in de

lei-jo ,

I

J dingen voor de koellucht. welke bij het voedingseinde van de

re-actor aankomen~

De zuur-sproeiers ..

De

centrale as van de reactor.De schraper in de reactor en zijn toebehoren~

De meet tank voor het zuur en verder alle zuur-pijpleidingen

De filters~(filters zijn bekleed met saran-doek~

Zacht "Staal wordt gebruikt in:

De opslag ,meet en verdunnüigs vaten voor de hlNX loog

oplos-sing~Het uitlaat einde .van de reactor, de schroef transpor-teur, de snel-dróger~ de cyclonen, de ster afsluiters, koel pijpmn, de ventilatoren, trechters~

De zuur pompen zijn van durichloor materiaal, de loog pompen van giet-ijzer.

DèProductie

Daar de toèpassings mogelijkhedèn voor C .• M'.C'. zich steeds meer ui

t-~reiden

is het eigenlijk

ee~gok

<2!!! té zeggen hoeveel we willen gaan

maken'~ Het is namelijk mogelijk dat na verloop van tijd de productie weer uitgebreid moet worden~Een zeer utigebreide marktanalyse zou hier eigenlijk aan moeten vooraf gaan~ Daar dit in dit bestek niet gemakkelijk uitvoerbaar is hebben wij de productie cijfers aange-nomen van een. van de Amerikaanse produce.nten van C·.M:.C:~

Wij zijn dan van plan te gaan produceren '3500 kg:. C~M.Q. per 24 uur~

100 ~ van alle grondstoffen wè~ke in het produ~tie proces gebracht worden komen er ook weer uit~Dit geldt alleen als we een technische graad van zuiverheid voldoende ~chten~In dat geval is het ri.l~ niet v'pnoodZakelijk

het~

te

verwijderen~Met

uitzondering vari een zeer'

~rr klein verlies van cellulose als stof, i~ het enige materiaal dat de productie stroom verlaat het water;.Onde rstaande tabel geeft aan wat we aan grondstoffén nodig hebben voor de bereiding van 1666 kg.

e.M'.C. De zuiverheid van het C·.M~C:. geven we aan als 68~ C.M~C~

( hierop komen we nog terug)

f

5~ vocht) tlepoederde cellulose~~ ••••••••••••• 0,578" ton/ton 68~ C:.M.C. Mono chloor azijn';'zuur(technisch).~-0,290

NaOH(droge basis) ••.•••• ö • • • • • • • • • • 0,256 Verdunnings water~ ••••••••..• ~ .•.•• 0,412 Totaal;. ~ 1 ;

536-, 536-,

, ,

+' ,

,

,

Aan Energie hebben we nodig v~or de bereiding van C.M~G~:

(men zie de tabel op de vogende blz'.)

, ,

,

,

, ,

..--" Cokes-oven gas (voor de droger) ~ ... , 243 mJ /ton 68%(!1~M·.C~

Electrische energie~ ... : ~ ••• 622 KWh/ton 68~C·.M~C~

Koelwater(voor de ondersteuning van de

~ hamermolen)'. ~ ~ ... 4,7 m3 /t?n

68~C'.M.C.

~u~.

mtoom(om het m~c.a~ in de oplosvaten

tè ve rwarmen)'. ~ ••• 25 kg./ton 68% C~M~n.

-~

De kosten van de ruwe materialen en de proces kosten kunnen we voor

ons proces niet mededelen~Er spelen n~l .. factoren mede welke ons

niet bekend zijn~ Onders'taánde getallen geven een overzicht van

hoe de verhoudingen in de V:~S~ liggen~Deze getallen zijn ni.et zo

maar in "guldens" te vertalen~Wel kunnen we zeggen dat b.v. de

arbeids kosten in Nederland lager zullen.liggen dan in de V.S~Het

percentage van de arbeids onkosten zal in ons land dus lager liggen:

Daarentegen vermoeden we dat de grondstoffen prijzen in de V~S~ wel

lager zullen liggen dan in Nederland, speciaal wat de cellulose grondstof(hout!) betreft.

Kosten der ruwe inaterialen(in de V~'st~)

Mon-chloor.,-azijnzuur ••... 44,0 ;0

l'TaOH ••.. 0 • a " ct 0 IJ 0 • • • • • • • • • • • • • • • • ct G t1r,"8 %

Gepoederde cellulose~;~ ... ~.~. 51,2 ~

Proces-kosten(in de v~st~l

Arbeid (toezicht en bediening};;~ 68~2~

Anàlytisch onderzoek~;; •••• ~ ••• ~~ 9.8~

Afschrijving ... ~ ... ; "13~8~

Ond e rkoud ~ ~ ~ •. ;. ;, ; ... ~ .. ; • ~ ;. ~ .. ; ; ; ; i . 8 ~ 2~ ç

De Zuiverheid van het product

Een van de be§}Ingrijkste eigenschappèn is het ge~alte aan z~g;

actie'f agens~Deze wordt b'epaald door de oplosbaarheid in alcohol te

bepale;n~ Op deze manièr wordt het gèhal te aan NaCl, Na glycolaat en andere zouten bepaald. Het O.M.C. is niet oplosbaar en blijft dus

achter~Wa drogen en wegen wordt aldus het gehalte aan actief agens

• } bepaald~De bep~ling van de' graad van Substi~utie wordt bèpa~ldi, volgens

'.f."

ee·n methode naar EYLER( ~ )Het bestaat uit: het aanzuren van een

\

A"'~

I 1 monster met salpeter

zuur~methanol OPlossing.D~

overmaat zuur wordt

\UV'

I verwijderd met een methanol water oplossing, hierna wordt met ee'n

bekende hoeveè'lheid standaard Na:OH~oplossing toegevoegd te'r

neutrali-sering van bet zure C;M~C~ .De ove:rinààt toe·gevoegde NaOR oplossing

een standaard Rel opKsing teruggetritrèerd~

Uit de getallen hie'rmede verkregen is he't mogelijk de

suhstitutie-graad. te bepalen;De methode is echtèr niet nauwkeurig~

Een van de belangrijkste eigenschappen van C;M.C. is zi'jn visceus karakte'r in waterige oplossingen. Het is eehte'T moeilijk een exacte, meting van deze èigenschap te doèn, daar het Na-C.M.C. in water een

colloielale suspensie vormt' en geen echte oplossing~De suspensie'

is thixotroop wat een bepaling van de viscmsi tei t nog meer, bemoeilijkt,

Verder bepaalt men aan het C ~M~C~:

AlkaliMteit, Ph; vluchtJge bêstanddelen(vocht)bij 110oC.,de

kleur(mate van 'witheid),à-bsorptie vermogen van koolstofaarde. Door he·t modifieren van de proces omstandigheden is hert mogelijk een groot aantal soorten CooM.e; te bereiden;welke ve'rschillen in )

visc~,

Ph; oplosbaarheid

e;d~

.

~

1-w7

~V ~ .J~

f'v\A,r

L,{.. tJ,,~ \~W"br .v1..#J"'-c,,{ 'f4~J,.t...t. iU-.,..

DISCUSS:rE

Voor deze discussie' zullen we de' verschillënde behandelde processen

nog even memoreren~

1 :Het discoht,inue proces(blz~4)

2:Het continue proces~ ... A) Het, vel~vorm proeèd~'!blz~6)

B) Het poedervorm precede(blz;9) Het discontinue proce's ;"een van de eerste uitvoeringsvormen:" is zoals men begrijpen zal économisch onvoordeliger dan'een continu

proces in~i~n we een grote hoeveelheid C.M .. Coo af wille'n zetten~

Een voordeel van het discontinue proces fsdat we ten allen tijde

de proc'es condities kunnen verandeien~ Verder hebben we het proces

meer in de hand, zodat we een zeer zuiver product kunnen maken~Voor

de bere'idiilg van groter'e hoeveelheden wordt d,e bereiding al vlug te

duur~Hoge investerings kosten ;arbe'ids onkosten(er is practisch niet op he,t bedienings personeel te bezuinigen)en grote apparaten die

vooral' de onderhoudskosten hoog maken~ Voor onZe' productiè(3560kg~per

24 uur) wordt he.,t disco.ntinue proces ve'el te duur;

, , , . ,

Het continue vel-vorm procede heeft als voordelen dat men nooit, ee'n

overmaat aan reagentia bezigt~De ve'Taet,hering vàn de cellulose

geschiedt door absorptie van de reagentia in het 'vel~Men krijgt

daardoor mede door de' tpegepaste dubbele loog behandeling een

helder en goed oplosbaar eiildproduct~Een groot nadeel van dit

proce's

is

dat we dure persen moeten gebruiken~Dus weer hoge

inves-teringe'n' .. Een nadeel dat direct in het

oog

springt is het weinige

-:{;'lex,ibele karaktèr van dit proces ~ Valt, er b.v. een 'stel persrollen

'~---'~--~---I

16.

uit, dan staat tegelijkertij.d het ge·hele proces stop~Men moet steeds

oppassen dat het vé'l onderweg niet scheurt~ Vergeleken mèt het poederT

vorm proces zijn,dit zeer grote nadelen~Mocht er in ons proces b.v.

een cycloon uitvallen dan is het altijd mogelijk eem reserve cycloon

in te schakelen; ~p deze'lfde manier zoals men een reserve pomp

inschakelt~ Verder is het poedervorm procédé veel meer flexibe'l dan het

• , , • 4

velvorm proee'de'. OM· al làetàe redenen hebbe'n wij he·t, pe~derVorm _, proces

D) ~ BEREKENING EN

1)Een Cycloon

Hiervoor werd de cycloon genomen welke vlak·achter de reaqtor ge-plaatst is'. De voor koelen ingezogen lucht , waardoor men tijdens het proces in de reactor de tèmperatuur tussen 350en 40°0'. houdt, voert bij het verlaten van de reactie ruimte 1~ of minder van de

totale produotie stroom aan stof (eellulose en C·.M~C. ) met zich mede·.Door gebruik te maken van een stofafscheide.r kunnen we een groot gedeelte van dit stof uit de llichtstroom verwijderen.

INLEIDING

De wetten welke men kan opstellen over de beweging van vaste deèl-tjes in een lucht stroom zijn niet volkomen toepasbaar indien we te maken hebben met een roterende beweging zoals in een cycloon~

Evenwel is·vastgesteld dat; vooral wanneer de beweging ster~

turbulent is ,ook in dat geval de weerstand die de deeltjes onder-vinden in de gasstroom zodanig is dat de snelheid evenredig is met de scheidende kracht en dat dé weerstand of frictie factor afhangt van dezelfde factoren als in stistaand~ gassen~

Bij aanname van het :t>'ovenstaande kan men de scheidende snelheid U

in cy&loons bérekenen op dezelfde manier als de bezingkingssnelheid in apparaten, die berusten op de werking van de zwaartekracht, met dien verstande, dat men in die formules de term g ,de versnelling van de zwaartekràcht, vervangt door de radiale versnelling van het deel';:' tje in de roterende gasstroom, w2r of y2 ,waarin w de hoeksnelheid en!, de tangentiale snelheid voorstelt; != de straal van de door het deeltje beschrevèn cirkel~

Daardoor gaat de algemeen geldende vergelïjking:

if=

4 g'D« (gó-g' ) •••••••• ó . . . (1 ) 3 ge over in: 2 ( , . ') 4 w r D go-g.. " . 0 , ' 0 ' • (2) 3' g'C • • • • · · · . · · · · · · · ·

Wanneer STEEBS geldt wordt deze vergelijking:

oU w r 2 D ( " ' ) go-g .. 0 • . , 0 " ( )

18 n ....•••..•.. ~ .... · . · .. · ..• ,.,

(g~ de dichtheid· van het gas~ n= de viecositeit~

,

go= de dichtheid van het deeltje )

In cyèloons volgt het gas aan de buite'nzijdè een neergaande en in

het centrum een opgaande beweging ~ Tussen de beid'e stromen zal nu

diffusie ~optreden; die echter zeer klein is, omdat de naar het

middelpunt gerichte snelheids. component· zeer klein is vergeleken

met de tangèntiàle sne'lheiàscomponent~

Als U groter is dan de centraal gerièhte snelhèidscomponent zal het

deeltje nooit de binnenste ring bereiken en dus worden afgesche'iden~

In' een cycloon neemt de tangentiele snelhEdd ~ toe, als de straal

van de door het deeljje beschrevén cu"ve afneemt en w~l zodanig dat

geldt: vV)ln'; EXperimentele proeven wezen uit dat de waarde van

!! ligt t.usse-E 1/2 en 1 ~

De scheidende werking van de cycloon treedt alleen op

in

de

bui-tenste ring van de' cycloon~NelJlen we nu aan dat de v&rsnelling is

v2 , waarbij

r

de straal voorsteltin de cycloon waar v2

correspon-aeert met de gemiddelde- versneliing in de buitenste rfng.

In dezelfde tijd zal het gas gemiddeld éen aj[stand afleggen gelijk aan ~ ~De ti~ddie Î1~ beschikbaar is- voor de scheiding zal dan zijn r 'e-. , hetgeen overeenkomt me-t een scheidings·afstand s. :

v

s= r e U ; substitutie- van Q uit vergelijking (1) gee-ft dan:

T

s=

e

4r-·D ..

₃

(.gÓ.,;..g' ;;; ••••• ii> (3)

ge

Wanneer STOKES geldt wordt deze vergelijking

s

--e-

v D

2

_{(e;ó .:.. ..}

_gJ

_~

_{; ;}

_~

_;

_~

_;

_{~ ~}

_{• ; ••••}

_~ (4)

- 18 n

Stokes geldt bij kleine deeltjes (meestal kleiner dan 20u) ~

En daar

we

uiteraard belangst.elling he-bben voor de kleinste deeltjes

welke nog door een stofafsc;heide-r worde.n afgescheidlen ~ zal dus

STOKES in ons geval voldmen~

Bepaling groot-te der, minimale- deeltjes welke nog verzameldli worden~

Rosin, Rammle·r en Intèlman (

& )

,hebben de volgende vergelijking

afgele-id om de diameter' Dmin~

te

bere.kenen; waarbij Dmin~ de

diame-ter is van hét kleinste deeltje dat nog gehee'l uit de gasstroom

---'[ ~c.,::' '

D -

v.w

_ 9 'n ,b .' ' , « ( )

min~-H v (go~g , .••••••••••.•• ~ •..•••.••• 6 Hierin stellen voor :

n= de viscositeit

b= de breedte van de gasstroom

'N= het aantal omwentelingen door de gasstroom in de cycloon gemaakt. v= de tangentiale snelheid

.

~

go= de dichtheid van het deeltje

,

g = de dichtheid van het gas~

Mne verkrijgt deze vergelijking uit (5) door 0& te vervangen door

2'R'N,; s=b, en een constante tangentiale snelheid te veronderstellen

~

(y)

in de gehele breedte b;andere on~erzoekers vonden soortge~

lijke vergelijkingen voor Dmin'. LAPPLE en SHEPHERD (9~) hebben b vervangen door ~ waarin ~ de diameter voorste,lt van de buitenste pijp~Experimenten van LAPPLE en SHE..PHERD hebben aangetoond dat _{.,. .}

-

N, varieert tussen 0 t 5 en 3 .. ,.Voor een cyc'loon van normale afmetingen

'l,~

bedraagt N ongeveer 1,5~Wil men een naükeurige waarde van N weten dan dient men deze experimenteel te bepalen'.

Berekening;.

Volgens Wyandotte(7r ) gebruikt men voor de koeling normaal 700cub.ft. per minuut'.Dta is omgerekend

315~

1 03cm3/sec'.

De normale inlaat snèlheid houdt men bij de meeste cyclonen op

1500cm/sec. ( t9) Daar geldt dat V=~ A (V~volume stroom en v=snelheid)

' . . 315'10 2

wordt het 1nl~at oppervlak

15ÓO

cm ~

Daar nu~ de onderlingè maten van een cycloon met elkaar verband houden( I~q kUnnen we deze onderlinge maten, uit het door ons

berekende oppervlak A afleiden(MàB zie ook de tekening op blz~201

, 2 - ..

A=B~2Bc2Bc=210; •••••• Ba10cm~

Voor N zullen we 2

aannemen~

n=1-.8 1 0-5c '. p.

v=15m/sec~ gó:g~1600kg/m3(hiervoor hebben we de dichtheid van cellulose genomen ,deze komt ongeveer overeen mèt die:i van C~M;.C~

De dichtheid van de luvht kunnen we venvaarlozen~)

Na invulling in vergelijking(6) krijgen 2 = 9x1 ,8 10-5xO'1 16,2 x 10-8

Dmin~ 3,14x2x15x166ö 1507

D

=V

1620 ' .. 10-5

m.

S~

min

'1'5ö7

we:

Deeltjes groter dan 11 u worden door onze cyèloon dus afgescheiden. De kleinere deeltjes worden later in de multi-cycloon afgescheiden.

20~

-De andere afmetingen van deze cycloon zullen we hieronder laten volgn gen'.

Be= Dc/

4 ;

De=De/2 ; Hc=Dc/2 '; 1e=2D

c

Voor Je neemt men gewoonlijk

Dc/4-Sc=Dc/8 ; Z =2D _{c . c}

Daar Be=10em volgt dus dat: Hc= 20 cm. Dc=40 cm. B _e

=

10 cm~ D _{e -}=20 cm.

..

Opmerking~ 1e=80 cm'. Sc=5cm. Z _e = 80 cm". J = 10 cm~ c

Bij de bèrekening

van

de cycloon werd de hoeveelheid lucht welke na de reactor wardt toegevoegd,om de natte deeljes te drogen,

verwBarlooàd~Deze luchthoeveelheid is klein t~o~v~ de totale

luchthoeveeiheid~ De Cycloon'; Schaal 1:20 De.. /I(---=--,t/~~-

-o-o-o~o~o-o-o-o~o-o-o-o-o-ht

r

Supplement berekening cycloon

De berekening van de minimale diameter welke in een cycloon

"

wEl'rdt afgescheiden geschiedt in de prakt'ijk meestal met: de volgende formule:

_

~

₉ n ,

b •

Dpmtn·• - irN v (go-g

1

We zien dat deze Dm in". 1/2...{2· kleiner is dan die berekend m~ bo. v. de formule op hlz"19

In plaats van 11 u krijgen w~ dus: Dmin. = 1/2 {2 Je 11 = 7,7 u

In onderstaande grafiek kunnen we zien wat de cycloon doet me,t afwijke'nde deeltjes grootte(afwijkend van 11 of

7,7

u)~

'1

0

"'~

_(1.)

~

0.(, 0.4 I

,

'l I '( °l)" _0,'( 1.0 _{1 \} lof

,

~ ~

D = diameter van het afwijkende deeltje.

p.

D . , =d iamete'T van het, kleinst e deelt je

# pm1n. (1}= de theoretische XX' waatde (2)= de praktijk waarde n =afsc.heiding efficièntie e ":'o-o-o-o~o-o-o-o -0-·0-0-· -

.

2) De Droger

W'e nemen de z.g~snel-droger(engels:flash~dryer)welke het e~M;e·~

van 4~ vocht térug brengt op

5%

vocht.

Helaas is er over deze soort droging ge.en fundamentele theorie gepublic.eerd.

Het· principe van deze droger is , dat de· natte· massa in de

gas-st-room wordt gebracht en dat deze gassrmom gasstroom de te drogen

deeltjes zo klein ma8kt dát deze door de' gasstroom worden

mede-genomen;.

Bij deze' droging moet men twee soort~n van droging onderscheiden.

~en eerste de' z.g. oppervlakte droging welke behee'rst wordt. door

de thermische' gele·idbaarheid van de gasfilm~Ten tweede de droging

waarbij de diffusie de belangrijkste factor is~

Yl(ij zullen ons tot de ee-rste soort droging bepalen. Wij weten wel d~t.. men de diffusie-factor niet zomaar map.' verwaarlozen,maar

inverbànd met het feit dat de dro~ing zeer snel geschiedt(de

dee-It-jes zijn kle-in)en de diffusie- in het deeltje zelf dus ook snel zal p.laats hebben, verçmdet-ste·llen we de diffusie oneindig

sne-I~De _.- thermische gèleidbaarheid van de omringende gasstroom wordt ₁

dan de belangrijkste; factor~De berekening wordt dan ook iets·

een-voudiger;. Inleiding.

De temperatuur van het gas dat de transport pijp(ookwel droog-pijp genoemd) wordt gewoonlijk be.paald door de warmte be.stendigheid

van bet te drogen materiaal,! 12 )~Als alle.en oppervlakte water

aanwezig is , zRl de temperatuur van bet materiaal tijdens de droging de natte-bol temperatuur benaderen,van de· drogende gas stroom;.

De warmte overdracht kan berekend worden uit de vergelijking:

~

_{A= Oppervlak van het deeltje}

h=waimte overdrachts c'oefficient gebaseerd op het opp.van het

deeltje. Uitgedrukt in

KCal/hr~m2

à

°C,~

ATm=gemidcleld temperatuurs verschil tussen inlaat en uitlaat condities.

De totale hoeveelheid: warmte getransporteerd naar e:en deeltje gedeeld door b q(blz-~2-1 )geeft de gewenste droogtijd.

De transport-pijp(droog pijp) moet. lang genoeg gemaakt worden om dit deeltje in de gasstroom te houden gedu;rende de berekende

tijd~De totalè' hoeveelheid warmte die getransporteerd moet worden word't wèergegeven door de formule:

Q= hoeveelheid warmte in KCal. V=Volume deeltje in m3

gs= dichtheid van het deeltje in kg/m3

W 1 = begin vochtigheid in Kg/Kg

w

₂

= eind vocht. van het deelt je'

y = verdampingswarmte van water

-rr

Daar voor ronde deeltjes.

~=

(Dp ) '3 _{(Dp is de diame-ter van het}

te beschouwen partikeltje) 6 wordt de formule voqr de drQogtijd:

ê=

&'='

Bo

"rt'(D~)'3;y

_(Wl-W'2)

q 6 h A CAT:) .

. ' m

9=droogtijd in uren

gs' W_{1 ,W2 ,enz hebben dezelfde betekenis als} hierboven~ 2-k

Daar h=r- ( 12) ( kf = de therm'isehe geleidbaarheid van de gas-film welie het deeltje omhult() en we stellen A=het oppervlak van een rond deelt.je, gaat de bovenstaande droog~formule pver in:

Een voorafgaand experimenteel onderzoek moet de ware afmetêngen van de droger bepalen.

Gewoonlijk liggen bij àeze soort drogers de w~temperaturen

tussen 150 en 750oG~

De gashoeveelheden welke bij de droging nodig zijn worden bepaald door de hoeveelheid water welke verdRmpt moetv worden,de

be-schikbare temperatuur; val in het gas en de' hoeveelheid en grootte van de. te vervoeren stof.

Doorgaans ligt hoeveelheid vaste_stof in kg stof/kg gas hoeveelheid gas

tussen 0,05 en 1~ Bij ons ligt deze verhoudigg (zie ook pag.24) 350Ó/SOOO=0,7

De gassnelheid moet groot genoeg zijn om ook het zwaarste

deel~je mee te kunnen nemen~In de praktijk neemt men deze snelheid 2x die van de st.ationaire valsnelheid'.

De gemiddelde gassnelheid ligt in de praktijk bij 20m/sec'.

Om te grote warmte verliezen te voorkomen dient het droog-systeem zeer goed geisoleerd te worden~Men neemt meestal een isolatie dikte van 10-15 cm~

Wanneer de voeding te nat is om direct i1i de drog~r te worden

gevoerd, mengt men een deel van het droge materiaal met het natte x om het geheel meer handelbaar te maken'.

Men controleert de droger (dit kan een man gemakkelijk doen) door de uitlaat temp~ van het gas constant te houden~Dit be-reikt: men door de inlaat temperatuur te varieren~

De warmte efficientie is gewoonlijk 75~·(bi j goed geisoleerde systemen)

Kosten van het systeem zijn:

1)Aanschaf droger(perry geeft voor een droger van onze capaciteit 4000-7000 dollar-in 1946)

2)Arb1/eds kosten(1 man kan de installatie bedienen) 3)Brandstof

4)Onderhoud en afschrijviDg

~---~----~~---~---~---•

•

Berekening.

We gaan dus uit van de formule

. 2· gs ~Dp~Y~ _{(W 1-W2 )} . .Q = 12k f (4 Tm) We stellen D =5~10-4 m. p 2 1 =620°0;

"

"

~2=2000C~

Hieruit volgt dus datAT'1;6000C; en . A T =35000:~

m

Voor gs nemen we' 1,600 kgjm3.Een juiste waarde is niet

bekend~

Daar de' dichtheid van c.ellulose varieert van 1400 toT; 1800 kg/m3 he·bben .we voor de dichtheid van C;M~C:~ een waarde. genomen die tussen de laatst, genoemde in ligt~

€tegev~n is dat· W'1-W2=

0;35

kgH₂0jkg droge stof. Voor y nemen we 540 KCal/kg H

2,0 , dit is dus de verdampings /warmte voor water~ ~l \As\6~

. .

/ 1,)e enige onbekende in de bovenstaande formule is kf~

We zullen hie,ronder medede-len hoe we deze Kf' berekend hebben~

Het cokes-oveh gas heeft, aan het begin 'van de d·roge,r de volgende samenstelling: (perry blz~2363) Aan het eind van de droger is

CO₂= 4% deze samenstelling: 00'2 =

3'%

N₂ = 74%, N₂

=

60%

02 = 10% 02 = 8%

H_{2 0= 12% H20 = 29%'}

De waarden uit Ferry zijn gecr:orrigeerd voor de overmaat luchtwel-ke wij gebruikt hebben~

De warmtegeleidings coefficientem welke Perry geeft

op

pag~959 zijn door ons in bijgaànd',e grafiek ui tgezet~ Voor de vier ve·rschil-lende gassen zijn de kf"S nu af te. lezen~

We vinden nu voor 'Femp~=620oC: Voor een Temp,~ van 200°C:

k_fN = 0,024 B;T';U;/hr~ (Sq~:ft.) (OF' p.ft) kiN = 0,084

\- 2 2

I/'

~

k_f02

=

0,.027 k

l102

=

0,10

I'

~kre02:0,;016

. kfe02: 0,045,

.~~

l

_{k fH20-0,017 k iH20- 0,053}

~1.r-' v.~,

_f'fv

_{J "\ Bij optelling. van de deelwaa'rden krijgen we voor k f ( 620°C): 0,1 . . ' . . . .}

I).',~ . • voor k

f (2000C:): O,02'2~Voor de gemiddeld~ waarde hemen we dus

r~~ . . . . 0

•

•

Na invu~l~g y~ dB~e waarden ~, de' formule krijgen we:

é= 1600:~5.10 . • 540.0;35 x

·t

1, . - = 0';7 sec~

,12.0,09.350 " . , ,3606$

We zullen nu als droogtijd aan-houden : 1 sec:.

23~

-Daar we de lengte

van

de. pijp moeten weten zullen we de· relatieve snelheid van het dee'ltje' t~o~v~ ,~e gasstroom moeten berekenen~ We nemen daartoe' <}.e formule: ol

_ [ (gb - :

1

g

12-v_{s -} 1,76 g " Bul (Dictaat Prof;.Kramers)

Deze formule, mogen we toepassen indie'n Reynolds groter is dan

103 en kleiner dan 105 , omdat dan de weerstandacoefficient c,on-stant wordt en ge'lijk aan c_w=' 0;43

In bovenstaande formule' stellen voor:

,

dichtheid boll.etje' = 1600 kg/m3 gb =

g' = dichtheid gas aangenomen = 0,66 kg/m3 = versnelling zwaartekracht, = 9,81 m/sec2 ,

= diameter bolletje; aangenomen = ~x4 5~10-4m~

,

,

invulling van deze, wa:;trden_~fijgen w~: . -21 'i.

v s=1 ,76

[16~~.49

. . 10' J=l,

76,~40~ 7~

[

~

J

=6; 1.6

m/sec~

Daar we voor. de gassne'lheid genomen hebben v g= 15' m/sec~ wordt de stijgsne,lheid van het deeltje 15-6= 9 m/sec~ De relatieve snelheid van het deel t,je' t,;. o. v; de gasstroom is dus 6 m/see~Di t geldt

uiteraard alleen voor een deeltje waarvan de'diametr Ü 5~10-4m is. Reynolds betrokken op het bolletje wordt:

R =

~'v

D

~ T600;'6~5~10~~1:06= 1,4~105~

e n

35;fi '

(Voor de viscositeit van de gas stroom werJvgenomen die van N

2 bij

o 0 ) -6 / 2'

600 C' en 200 ~}~Perry pag~791 n=3'5~10 N~sec m

Hoewel onze waarde, van Reynolds iets boven de toegestane' grens ligt achten we het verschil gering genoeg ()m de to'egepaste const·ante c w=0,.43 te, moge'n gebruiken~

De lengte van de droogpijp is nu ook te: berekenen.De stijgsnel-he'id van het deeltj;e was 9m/sec~zodat L(=lengte van de: droogpijp) uit onderstaande' formule te herekenen is:

\

We zullen t:egelijkertijd de diameter van de pijp bere,kenen~

Deze hale-n we u:U: de vo'lgende formule:

2

. :trD '.

J6

_v

=

v.~ , hierin zijn'~v en v resp~ de vulumestroom

en sne·lheid van het gas.

!l5

_.v

=

5000. _Ö:,66x _24~360Ö-. 1 0 087 _{, '. m . sec.}

3/

. (

de waarde 5000kg/24 uur zal

D

=Vt~O,087

'

~5~3,14

hieronder verklaard worden)

Daar ook de product.ie st·room en het -·te verdampen water afgevoerd

~

...---..

. r_ ' - ; ; - = - J I

moe·ten worden, kunnen we voor de dl.ameter nemen:,D=10 c'm.~

-\ .

We zullen hu ee'n achteraf controle houden van de door ons aangenomn

tempe-ratuurvaÄ van de gasstroom van 400:0Ci;

We maken hiertoe- een warmte en een stofbalans in de droger~

])e 'warmte die nodig is om het water te verdampen wordt door het gas geleverd~

Per kg~ C~M~~~ wordt verdampt : 0,35 kg water

Dit verlangt een aantal KCal gelijk ~an : 0',35x540=189 KC'al/kg e~MC

Per 24 uur hebben we nodig : 189x3500= 661500 KC;al~

. We stellen nodig te he,bbe'n voor opwarming van het deeltje en he,t

water:98000KCal.( O,35x80x3500)80=opwarming van 20 tot.r80oC~

Totaal moet het gas dus leve'ren : 76~ 104KCal~

:Dè soortelijke warmte van het

cokes-~ven

gas bij 6000C@O,33KCal/kg

e

(Deze verandert niet vee'l bij temperatuurs verander'ing)

Per 1000kg~~~M;'C; gebruiken we 243m3cokesoven gas~Het volume wordt

bij de ve·rbranding c~a~5x: zo groot~De dichtheid ste-Ilen we weer op

0,66· zodat we per 24 uur 243x3,5xO,66x5 = 2806 kg gas.

Daar de temperatuur van het verbrandings gas te hoog is voegen

overmaat lucht toe zodat

!l5m

totaal per 24 uur is : 5000kg~

De verkregen waarden doen we nu in de volgende formule:

we

. . 4

!l5mxs~ T=76.10 ~460°c.~ De aange'nomen temperatuursdaling

van 420°0; komt hier dus vrij goed mee overeén~

De gevonden waarden voor de droogtijd,lengte van de pijp,en di

ameter,zijn slechts geldig voor een boldiameter vàn

5~10-4m~

Is de' diameter groter, da.n wordt de droogtijd natuurlijk lange'r~

Dezex langere'dr~ogtijd: wordt dan weer gecompenseerd door de

~mmers de stijgsnelheid van het) deeltj:e wordt dan kleiner~

Kleine're deeltjes kunnen volst.aan met een kortere droogtijd'. De deeltjes blijven dan echter korter in de droogpijp~

Voor een deeltj,e met een diame'ter van 10-3- wordt de dr\OJogtijd (als we de diffusie nog blijven veJrwaarloze'n) 4xO,,1=2,B see~ De pijplengte wordt dan ,daar de valsnelheidf'2xzo grQot wordt

L

~

=

2.[2 x zo lang.De pijplengte wordt dan dus e~a~ 20. meter;. !4ochten er zich zulke grote' deeltjes in de gasstl700m bevinden, d'an kunnen we de gassnelheid verlagen;'Natuurlijk niet zo laag dat de deeltjes niet. meer worden me'egenomen~

l;

LITERATUUR

1. )F.Jansen, Duits octrooi :;-32 ,203(Jàn~ 1918.)

2)J~~~€;howdbury~ Bioch .. Z~ t48(1924)76 .... 97 3·)R~W~~ler;. Anal~C;hèm~ 19(194-7)24-27 4)F;Höppler.Ohem~Ztg~66(1942)1.32-135

5JL~:F~Hoyt;.U~S; Dept~ofl![ Uommerce,25 DC,PB Rept.3865(1945)

6)W~F-~~aldeck~Amerikaans octrooi 2,510,355(6 Juni 1950)

7~ (l.li1~Hadèr,W·.F·.Waldeck , Ind·.~ng'.Chem'. 44(1952)2803

8)\É;V~Deutsche Ing~ 76(1'932 )443,447

9)Lapple en Shepherd Ind.:E;ng;.Chem;.32(1940)605-617

10 )Chemical Engineers

Hand'book.l~H~PerryV

pag'.1024

11 )L:liJ~Rogers;'Amerikaans octrooi 2,553,725(22 Mei 1-951-)

, 2

)rJ'.~-.Perry

.. 0.hemical Engineers Handbook\bag·.836

e~

V'.

\

(j

-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-- lt "'c.