Fabrieksschema voor carboxymethylcellulose: Deel II

,\. \ .~ , ,'~ / ' I I ... J

..

..

/

~-_._-

~---FABRIEKSSCHEMA VOOR CARBOXYMETHYLCELLULOSE

Deel 11 door

W. OOOL.

/

7

FABRIEKSSCHEMA VOOR CARBOXYMETHYLCELLULOSE.

~

Carboxymethylcellulose is de aetherverbinding van cel-lulose en glyeolzuur. De structuurformule is:

/ OH H ' c . - 0 - C,H . / -C , . - 0 [

~_~H

J

~ H~ - 0 - 'Co t-' ~ co 0 H r(\.

De substitutie kan plaats vinden aan elk der drie vr~e

hydroxylgroepen, die per C6R1005 monomeer van het cellulose aanwezig zijn. De gemiddelde substitutie kan vari!ren van

o

_{tot 3 groepen - CH2000H per monomeer.}

Oarboxymethylcellulose (afgekort OMO) heeft de laatste

t~d

talloze toepassingen(l) gevonden, speoiaal in de vorm van het Na zout. Dit zout lost gemakkelijk in water op en geeft sterk visceuze oplossingen. Ret wordt gebruikt als suspensiemiddel voor vuildeeltjes in wasmiddelen en voor

pigmentdeeltjes in~erven, als verdikkingsmiddel in voedinis-.

---_._---

-.---middelen en oosmetische artikelen, als stabilisator in emul-sies, enz.

Vanwege de toepassingen van CMC in de vorm van het Na zout zullen we dit produot gaan fabriceren.

Daar we ons verder alleen bezighouden met het Na zout van carboxymethyloellulose, zullen we laatstgenoemde ver-binding ook met OMO aanduiden.

Bereiding van OMC in de literatuur,

De bereiding van CMC werd het eerst gepatenteerd door Jansen (Deutsche Celluloid Fabrik Eilenburg) in het Duitse patent 332.203 (1918) (2). Het kenmerk van dit patent is, dat men oelluloseverbindingen maakt door gemerceriseerde cellulose bij aanwezigheid van alkaliloog in reactie te bren-gen met chloorazijnzuur of homolobren-gen hiervan.

Als voorbeeld wordt in dit patent gegeven:(3)

a. 10 g cellulose bevochtigt men met water en meroeriseert

hierna 2 uur in 30% NaaR. Dan verwijdert men de overmaat loog en voegt langzaam een oplossing van 10 g ClOH

2COOH in 5 ml water toe, waarna men het mengsel 36 uur b~ kamertemperatuur laat staan. Tenslotte neutraliseert men de overmaat NaOR en

slaat met alcohol het OMC neer.

b. 200 g luchtdroge oellulose bevoohtigt men met 1000 g 20% BaOR en laat dit hierin 2 uur staan. Daarna voegt men 345g

CICH2000H als Na zout gesuspendeerd in 440 ml alcohol toe en

- - - ~---

2

-kneedt het mengsel luur. Zodra hierna het product geheel in water oplosbaar is geworden, perst men de loog uit en wast het product met 90% methylalcohol om de zouten te verwljderen.

Uit bovenstaande beschrljving zien we dus hoe in principe het OMO bereid kan worden.

Enige andere auteurs geven ook beschrljvingen voor het maken van OMO en bestuderen nader de eigenschappen er van. Blj de diverse onderzoekers lopen de reactieomstandigheden onderling uiteen, b.v. de concentratie van de loog bij het merceriseren, de verhouding tussen OlCH2000Na en cellulose, _OE de duur van de reactie enz. Het resultaat is, dat producten onderling verschillen in substitutiegraad.

I. Sohurada (4 ) maakt OMC door cellulose te dompelen in 20% NaOH, waarna hlj een geconcentreerde oplossing van

OlOH2COONa toevoegt. Het in water oplosbare zout wordt neer-geslagen door alcohol of aceton. Met mineraalzuur slaat het vrije zuur neer. De substitutiegraad bedraagt 1 - CH₂COOH per monomeer cellulose. Door verwarmen met mineraalzuur treedt geen hydrolyse

Of.

De zuivering 5) van crMC kan plaats vinden door herhaald neerslaan met alcohol of door dialyse tot neutrale reactie op phenolphtaletne. De substitutiegraad ging tot ongeveer 1.

Ohowdurry(6) geeft voor de OMC-bereiding het volgende recept:

Men laat 1100 g 40% NaOH inwerken op 100 g gemalen cel-lulose blj kamertemperatuur en voegt na 3 uur 400 g C10H₂COOH toe en laat het mengsel 24 uur staan. Het CMC slaat men uit de heldere oplossing neer met 2000 ml alcohol en extraheert nog 16 uur met 80% alcohol in een Soxhlet.

De reactievergelijking is:

Aanvankelijk gebruikte men in het reactiemengsel ook

al-cohol, maar dit is volgens Chowdurry geheel overbodig. Ook toonde laatstgenoemde aan, dat de reactie in neutraal of zuur milieu niet tot een wateroplosbaar product leidt.

Voor het maken van CMC met een substitutiegraad 2 heeft Dreyfus het Amerikaanse patent U.S.P. 1.884.629._ verkregen

(3, blz. 2626). Hierin worden 102 dl katoen of houtpulp en 300 dl 50% NaOR tezamen 2 uur gekneed, terwijl men hieraan intussen 180 dl gepoederd NaOH toevoegt en aan het eind 200 dl CICH2COOH. De temperatuur houdt men beneden 400

c.

Na 6 uur 250 dl NaOH en 200 _{à 300 dl CICH2COONa toevoegen,} hetgeen men na 6 uur weer herhaalt. De temperatuur is

inmid 3 inmid

-deIs tot 550 opgelopen. Het geheel lost men op in water. Ret CMC scheidt men hieruit af met HOI en aloohol.

Lilienfeld heeft in een serie van 7 patenten de fabri-catie van CMC neergelegd, t.w.:

Engels Patent no. 231.805 (7)

Oostenrijks Patent no. 122.076 (8) Engels Patent no. 231.803 (9)

Oostenrijks Patent no. 105.039 (10) Engels Patent no. 231.809 (11)

Duits Patent no. 516.461 (12)

United States Patent no. 1.628.292 (13)

In (7) en (8) wordt aangegeven, dat men cellulose met 20 - 40% NaOH behandelt, waardoor een zwelling optreedt tot 2.5 - 3 x het oorspronkel~ke _{gewicht. ClCH2COONa voegt men}

bij 50 - 600 toe, terwijl de reactieduur afhangt van de ge-wenste substitutiegraad.

(9) en (10) hebben betrekking op het aanbrengen o.a. van ClCH2000H reohtstreeks op een cellulosevezel.

In (11), (12) en (13) wordt de fabricage van OMa be-schreven zonder het gebruik van alooholof met ten hoogste 20% alcohol ten opzichte van water. Tevens wordt hierin ge-zegd, dat men niet meer dan 1 mol. mODohalogeenvetzuur op 1 mol. cellulose 06H100S moet gebruiken. Gebruikt men een NaOR-oplossing, welke niet sterker is dan 25%, dan gebruike men minder dan 0.75 - 1 mol. halogeenvetzuur op 1 mol.

NaOH en b~ een loog, welke sterker is dan 25%, liefst niet meer dan 0.5 - 0.6 mol.

Danilowen Krestinskaja(14) vinden, dat OMO het beste

b~ kamertemperatuur kan worden gemaakt en dat het aantal molen NaOH bij voorkeur tweemaal zo groot is als het aantal molen CIOR2000H. De gunstigste loogconcentratie is 30 - 50%, terwijl men de concentratie van OlOH₂COOH niet meer dan het 12-voudige van dat van cellulose moet nemen. Om een hoger gesubstitueerd product te maken moet men gezuiverde OMC een tweede maal met ClOH2COOH behandelen.

In U.S.P. 2.236.545 van de E.I. du Pont de Nemours

&

Co.(15) wordt de bereiding van CMC met een substitutiegraad 0.1 - 0.2 beschreven. Hiertoe laat men 20% NaOR op 162 dl droge sulfietcellulose gedurende 2 uur bij 280 inwerken, perst hierna uit tot driemaal het oorspronkel~~e oellulose-gewicht en maalt het product. Na 24 uur kneedt men dit bij

- - - --

4

-40 - 420 _{met 0.6 mol. CICB2COONa, opgelost in weinig} water (56.5 dl CICH2COOH opgelost in 61 dl water en ge-neutraliseerd met 50 dl NaHC0

3). Het verkregen CMC wordt gebruikt voor het maken van filmen.

In het patent U.S.P. 2.236.545, eveneens van de E.I.

du Pont de Nemours

& Co., wordt aangegeven, dat men CMC

met een substitutiegraad van 0.3 -

1.5

kan maken uit CICH2COONa en alkalicellulose, onder gelijktijdige afbraak van het cellulosemolecuul. Dit CMC lost op bij 10 - 350 in 5% NaOH, terwijl het in water slechts met een collo!dmo1en gedispergeerd kan worden. Het in dit patent besohreven pro-duct wordt gebruikt voor textiel en papier.

Uit het bovenstaande blijkt dus, dat we voor OMC met bepaalde eigenschappen een keuze moeten maken voor de sub-stitutiegraad en dat dit weer de gehele bereidingsmethode bepaalt.

Wat de fabrieksmatige bereiding van CMC betreft zijn

voor ons van bijzonder belang de rapporten van de geallieerde oommissies over de Duitse industrie. Wij zullen dit hieronder apart behandelen.

De fabrioage van OMC in de B.I.O.S., C.I.O.S. en F.I.A.T.-rapporten.

CMe werd in Duitsland in een zestal fabrieken gefabri-ceerd. In de rapporten zijn alleen de vier grootste beschre-ven.

In onderstaande tabel zijn de namen van deze fabrieken vermeld alsmede die van het product, waarin het CMC 1s ver-werkt, terwijl voorts de capaciteit van de fabrieken en de rapporten, welke er op betrekking hebben, zijn opgenomen.

Tabel I: C.M.C.-producenten in Duitsland volgens B.I.O.S •• C.I.O.S. en F.I.A.T.-rapporten.

I Fabriek Plaats ! Product Prod.:

tij Rapporten I Biebrioh lTy10se HBR _{9000 B. 185, 364,} (Wiesbaden)[ _{, 547; B.M. 1,1'} F 486 j-!TYIOSe MGC I 720 B 185, 364, ! I !

Kalle

&

Co. A.G.

-l.G. Farben Elberfeld IOellapret

I

600 B 185, F 486 547; B.M. 1,13

Dttsseldor~ Re1atin 3600 BM 13

Kleefstof B 1348

Hannover- Kleefstof 250 B 1348

I

iHenkel & Co.

iF. Sichel & Co.

De produoten van de in de tabel genoemde fabrieken ver-schillen onderling in samenstelling en eigensohappen.

Tylose HBR (17 tlm 22), dat quantitatief het grootste deel uitmaakt, bevat 30% OMO met een substitutiegraad van 0.6 - 0.65, 35% zouten en 35% water. Het wordt hoofdzakel~k in waspoeders gebruikt, waarin het vetzuren kan vervangen door zijn vuilsuspenderend vermogen.

Tylose MGO (17 t/m 21) is de gezuiverde vorm van Tylose HER. De zouten zijn namel~k uitgewassen, zodat dit 1 - 2% be-draagt ten opzichte van OMC. Ret wordt gebruikt als kleef-stof (onder verschillende namen), als verdikkingsmiddel, ook voor consumptie zoals in soepen, ijscream enz.

Cellapret (17, 22) bevat als actief materiaal CMC met een substitutiegraad van 0.8. Volgens B 185 bevat het 25% OMC en 25% zouten, volgens F 486 12.5% OMC en 37.5% zouten en 50% water. Oellapret wordt reeds 25 jaar als verdikkings-middel voor textieldrukverven gebruikt.

Relatin (21), gefabrioeerd door het Renkel wasmiddelen concern, wordt evenals Tylose HER in waspoeders verwerkt. De samenstelling is ongeveer als die van Tylose liBR.

Henkel & 00. maakt volgens B 1348 (23) ook een OMC-pasta en een CMC kleefstof, beide zonder merk te noemen. Beide pro-ducten zijn van zouten bevrijd door wassen met 60% CH

30H.

Sichel

&

00. (23) maakt ook een OMO-pasta en een OMO kleefstof, beide van zouten gezuiverd via het OMO-zuur of Al-zout. De pasta kan worden gebruikt als vu~ler of verdik-kingsmiddel (voedsel, pillen, tabletten, etc.), b~ textiel als appretuur, verder in cosmetische artikelen, zepen en was-poeders. De kleefstof wordt als lijm voor behang toegepast.

We zullen nu de besohr~vingen van de fabrioages van elk der producten in het kort bekijken.

De fabriek van Kalle

&

00. (17 tlm 22): Tylose HBR en Tylose _, MGO

Als grondstof voor beide producten wordt beuken-en spar-rencellulose met 88% ~ cellulose gebruikt. De alkalicel1uloee wordt gemaakt door platen cellulose 1% - 2 uur te dompelen in 18% NaOR b~ kamertemperatuur en het hierna tot 2.6 - 2.7 x I

oorspronkelijk cellulosegewicht hydraulisch uit te persen. Beide bewerkingen vinden plaats in een apparaat, zoals dit ook in de kunstzijdeindustrie wordt gebruikt. Na het fijnmalen van de alkalicellulose laat men dit in een kneder (type Werner

6

-Pfleiderer) reageren met CICH₂COONa bij 400• De hoofdreactie

laat men gedurende 2 uur in de kneder plaats vinden, doch de nareactie gedurende 3 - 5 uur in een roterende trommel. In deze trommel neutraliseert men bij de fabricatie van Tylose RBR de loog met NaHC0

3• Na nog een keer malen wordt de Tylose RBR geblazen in een opslagbunker en tot slot

ver-t

pakt.

\

Voor Tylose MGC voegt men geen NaHC0

3 toe, maar ne~tra­ liseert men na de reactie in de roterende trommel met HOI in 60% CH

30H. Hierna filtreert men over een zuigfilter, waarbij men met nieuwe hoeveelheden methylalcohol oproert en weer uitdrukt. De methylalcohol wordt in een gesloten vat afgedampt en het product bevochtigd met water, vervol-gens gemalen, gedroogd, gezeefd en verpakt.

l.G. Farben: Cellapret (17 en 22)

116 kg droge sulfiet beukencellulose wordt in 3 uur aan 224 kg NaOH (4 mol.aeq.) als 39 - 40% oplossing toege-voegd in een Werner Pfleiderer kneder. Deze is gevoerd met roestvrij staal.

Intussen maakt men in een houten vat een oplossing van 264 kg ClCH2COONa (2 mol.aeq.) in 65 1. water. Het mengsel van cellulose en loog kneedt men 2 uur bij 7°, terwijl de

C1CH₂COONa-oplossing langzaam wordt toegevoegd. Hierna stopt men de (peke~oeling en kneedt bij 40° door tot de vol-gende dag, waarna men neutraliseert. Hierna 4 uur doorkne-den en dan nog 12 uur verwarmen tot 70° zonder knedoorkne-den, waar-na het product klaar is voor verpakking.

Renkel

&

Co. a. Relatin (21)

Beuken- of sparrencellulose wordt besproeid met 36% NaOR-oplossing, waarna het in een Werner Pfleiderer kneder bij 150 gekneed wordt. Hierna sproeit men in l~ uur een bijna verzadigde CICH2COOH-oplossing bij de alkalioellulose. Dit mengsel wordt 3 uur gekneed bij 25 - 32° C., waarna men het produot 48 uur laat rijpen. Tenslotte wordt gedroogd in een roterende droogtrommel.

b. CMC pasta en CMC kleefstof (23)

CMC pasta: 65 kg droge cellulose verkleint men tot vezels (Eirich molen) en mengt dit met 95 kg 33% NaOR-oplossing bij 20°. Na 24 uur rijpen besproeit men de alkalicellulose

met een oplossing van 47 kg CICH2COOH in 50 kg water, gedeeltelijk geneutraliseerd met 15 kg NaC0

3

•

De

tempera-tuur wordt hierbij 330• Tijdens het kneden der

reaotiepro-duoten gedurende enige uren loopt de temperatuur op tot 50°. Hierna neutraliseert men met zoutzuur in methyl-alcohol tot PH

_7•

Het geneutraliseerde product perst men uit om de alcohol te verwijderen met reeds een hoeveel-heid der bij de reaotie gevormde zouten.

Vervolgens wast men de hoofdhoevee1heid der zouten uit (3 x). Hiertoe mengt men het materiaal met 2~ x eigen hoe-veelheid aan 55 - 60% CH₃0H, dat men weer uitperst. Deze bewerking voert men driemaal uit, waarna het product 1 - 2~

zouten, betrokken op CMC, bevat.

Het drogen voert men uit in een vacuumdroger om de laatste resten CH

30H te verwijderen, waarna men maalt op een walsmolen en zeeft met een zeef van 190 mazenjcm2• CMC kleefstof: De werkwijze is hetzelfde, alleen gebruikt men nu 58 kg oellulose, 105 kg 33% NaOH, 55 kg C1CH₂COOH en 17 kg Na2C03 en wast uit met 60% CH₃0H.

F. Sichel

&

Co,

CMC pasta en CMC kleefstof

CMe pasta: 100 kg fijngemalen linters en sulfietoellulose mengt men enige uren met 375 kg 19% NaOR in een Werner Pfleiderer kneder. Hierna kneedt men ca. 2 uur met 82 kg (1,7 - 1.8 mol.) C1CH2COOH, dat opgelost is in zoveel wa-ter, dat het mengsel kruimelig is of een dikke pasta vormt. Na verwijderen uit de kneder het product een nacht laten

staan.

Het eindproduct lost men de volgende dag op in een agi-tator en mengt het met een overmaat lO%ige aluinoplossing tot sterke zure reaotie.

Hierbij scheidt zioh het onoplosbare Al-zout van CMC af, dat in een oentrifuge wordt gewassen met 1200 1 water.

Vervolgens neutraliseert men met 25% NaOH tot PH7 •5 in een kneder. Hierdoor ontstaat het Na-zout van CMC in geconoen-treerde oplossing. Deze oplossing is direct in pastavorm te gebruiken, maar kan ook met op stoom verhitte oylinders ge-droogd worden, waarna het nog gemalen wordt. In water lost het op tot een hoog visceuze oplossing.

Het product kan gebruikt worden voor menselijke oonsump-tie. Bij dit laatste moeten we echter critisoh staan

tegen 8 tegen

-over het feit, dat het Al, gebruikt bij de zuivering, niet verwijderd is.

De zuivering kan ook met 92 kg H2S0

4

in 300 1. water

via het vrije zuur CMC in plaats van met aluin via het Al-zout van CMC, plats vinden.

OMe kleefstof: Men volgt dezelfde werkwijze als boven, maar

gebruikt 330 kg 23% NaOH i.p.v. 375 kg 19% NaOR en laat 4 - 5 dagen rijpen i.p.v. een nacht. Het resultaat is, dat

het gemiddelde moleculairgewicht van het OMO kleiner wordt

en de oplossing er van minder visceus.

Opgemerkt zij, dat de hierboven aangehaalde rapporten niet steeds met elkaar in overeenstemming zijn. We zullen

hiermede echter tooh het sohema voor de fabricage van

OMe

opzetten, nadat we eerst een keuze hebben gemaakt van de vorm, waarin we het OMC zullen afleveren alsmede van de grootte van de productie.

-Qualitatieve en guantitatieve bepaling van de OMO-productie voor een fabriek in Nederland.

Uit tabel I blijkt duidelijk, dat Tylose HBR en Relatin verreweg de meerderheid uitmaken in de OMO-productie. Dit

hangt direct samen met de toepassing van beide" producten

in wasmiddelen, waarin ze vetzuren vervangen, hetgeen voor de Duitse oorlogseconomie zwaar woog. Bij een economische beschouwing blijkt echter, dat de toepassing van Tylose RBR zeer zeker ook verantwoord is in vredestijd.

De eigenschappen van Tylose RBR in waspoeders zijn in

Nederland onderzocht door Nieuwenhuis (24). In zijn proeven

bevestigt hij, dat bij gecombineerd gebruik van OMO en zeep I kg 100% zeep vervangen kan worden door 0.40 kg Tylose RBR met een gehalte van 30% OMO om eenzelfde waswerking te ver-krijgen.

1 kg Tylose RBR, in de oorlog in Duitsland geproduceerd, werd vervaardigd tegen een kostprijs van RM. 0.40 - 0.45 en verkocht voor RM. 0.90 (19). De prijs van 1 kg zeep ligt

on-geveer bij f 1.80 (25). Bij toepassing van Tylose HER in

was-middelen hebben we dus in de eerste plaats een financieel voordeel en in de tweede plaats besparen we vetzuren, die meer voor menselijke oonsumptie beschikbaar komen.

Wij laten in verband met het voorgaande onze keuze vallen op Tylose RBR als vorm, waarin we OMO gaan produoeren.

Daarnaast is echter ook behoefte aan OMO in gezuiverde toe-stand voor toepassingen als verdikkingsmiddel, emulgator, kleefstof, appretuur, vulstof enz. Samenhangend met de keuze van Tylose RBR kiezen we voor de gezuiverde vorm van CMe

de fabricage van Tylose MGC.

Wat de grootte van de produotie betreft willen we deze van twee kanten benaderen, n.l. het maximum en het minimum.

Nieuwenhuis (24) schat de jaarlijkse behoefte aan OMC

(als zuivere stof) uitsluitend voor de wasindustrie op 130 t.

Wordt ook voor huishoudelijke doeleinden OMC verwerkt in

was-poeders, dan moet dit getal enige keren hoger zijn. Hoeveel maal groter wordt niet gezegd, doch laten we dit stellen op 4 x, zodat de minimum behoefte, uitsluitend nog voor OMC in waspoeders, op 520 t./j. wordt gesteld.

Uit de wasproeven van Nieuwenhuis is gebleken, dat van 450 g. vetzuur de helft kan worden vervangen door 30 g. zui-vere OMO, d.w.z. dat er op 100% oorspronkelijk gebruikt

vet-zuur 6.7% CMO verwerkt kan worden.

- - ---- - - - _ .

10

-Laten we toilet- en soheerzeep buiten beschouwing (hierin geen vervanging door OMO), dan werd er in 1939

(als v66roorlogsjaar beschouwd) aan vetzuur verbruikt (26): zachte zeep 54000 t.

à

40% vetzuur

₌

21.600 t.

huishoudzeep 24000 t. à 73cfo vetzuur

₌

17.500 t. zeeppoeder 21000 t. à 27t{o vetzuur

₌

5.600 t. totaal vetzuur 44.700 t.

Worden in bovengenoemde zeepvormen de vetzuren ook voor de helft vervangen door 6.7% OMO ten opzichte van de oorspronkelijke vetzuurhoeveelheid, dan zou hier 2995 t. OMO voor nodig zijn om hetzelfde reinigend vermogen te be-houden. Daar we genoemde zeepverbruiken als normaal moeten onderstellen, stelt de berekende hoeveelheid OMO, nog uit-te breiden met de bevolkingsaanwas sinds 1939 met 10~, derhalve 3300 t., het maximum voor. voor het gebruik van OMe in de vorm van Tylose HER in Nederland.

Voor onze fabricage van Tylose HBR voor Nederland kie-zen we de grootte er van tussen het gevonden minimum en maximum in. We nemen dit aan op 1500 t. zuivere CMC per

jaar, verwerkt in Tylose HBR.

Voor Tylose MGO kennen we geen grootte van de behoefte; we stellen deze op 500 t. CMC per jaar.

Ter vergelijking met de productie in Duitsland kunnen we de totale productie er van nagaan. Kalle maakt 9000 t. Tylose HBR en Henkel 3600 t. Relatin per jaar. De l.G. Far-ben had plannen te H6chst een fabriek te stichten voor

30.000 t. Tylose HER per jaar (27). Totaal is dus een afzet van 42.600 t. Tylose HBR per j.aar voor een bevolking van oae 60 millioen inwoners voor mogelijk gehouden.

In vergelijking hiermee zou Nederland met 10 millioen inwoners 7000 t. Tylose HER kunnen gebruiken. Met onze keuze van 1500 t. OMC oorrespondeert 5000 t. Tylose HBR met 30cfo

OMO.

Verdeling van het fabriekssohema.

Het gehele fabriekssohema behelst de fabricatie van oellulose uit stro en de verwerking van een deel van deze oellulose tot Tylose HER en Tylose MGO.

In het eerste deel van het sohema door A. van Wieringen wordt cellulose uit stro gemaakt en voor een deel als alkali.

oellulose continu afgeleverd aan de CMC fabriek. In het tweede deel van het schema, dat door ons wordt beschreven, wordt dus de fabricage van Tylose HBR en Tylose MGC behan-deld, waarbij alkalicellulose als grondstof wordt beschouwd.

Keuze van de fabricatiemethode.

Voor Tylose HER moeten we CMC met een substitutiegraad

0.6 - 0.65 maken, waarvoor we de methode volgen van de fa-briek Kalle

&

Co., die besohreven is in de rapporten 17 t/m 23.

Voor Tylose MGC moeten w,e Tylose RBR van zouten be-vrijden. Deze zuivering kan plaats vinden of door wassen met 60% CH₃0H, zoals besohreven is voor Kalle in (17 t/m 23)

(zie blz. 5) of voor Henkel (kleefstof) in (23) (zie blz.

7 ) of door het vrije OMO-zuur neer te slaan met H₂S0

4 (23)

of het OMO-Al-zout met Aluin (23) (zie blz.

7).

De laatste methode verwerpen we, daar we anders een Al verbinding in het produot houden.

Van de drie eerste methoden volgen we de tweede, daar deze continu kan worden geleid. We houden dus voor !llose MGC de methode van Kalle aan tot daar, waar de zouten wor-den uitgewassen. Het uitwassen doen we overeenkomstig blz. 7 volgens Henkel.

1

I

12

-BeschrUving van het fabrieksschema voor Tylose HER en Tylose MGC.

We beschouwen alkalicellulose als grondstof, die we

dus betrekken van de strocellulosefabriek. De fabricatie van beide Tyloseproducten voeren we uit in een fabrieks-gebouw met vier verdiepingen.

Men zie bijgaande tekening van het fabrieksschema, spe-ciaal voor de nummering van de apparaturen.

A. . DE FABRICAGE

VAN

TYLOSE

HJlRe

1. Bewerkingen v66r de reactie van

alkali-cellulose met CICH2COONa.

Malen van de alkalicellulose: De continu aangevoerde

alkali-cellulose is voor de reactie te grof van vezel en wordt daarom eerst continu gemalen in molen 1. Een veel gebruikt

type hiervoor is die van Werner Pfleiderer. Een beschrijving

er van staat in

B.

428

(29).

Transport van de alkalicellulose naar de 4e verdieping: De

gemalen alkalioellulose voeren we ~~~~Omhoog naar

de 4e verdieping. Hiertoe maken we in de tabletteermachine ~

proppen alkalicellulose, welke we met samengeperste lucht omhoog blazen in de ijzeren buis, die op bepaalde plaatsen

electrisch verwarmd wordt om verstoppingen te voorkomen.

---

--De tabletteermachine, merk Voith, maakt de tabletten met behulp van een roterende gegroefde trommel.

Opslag der grondstoffen in bunkers: De alkalicellulose komt

via de genoemde transportleiding in de opslagbunker 3.

Wordt een bepaalde verouderingstijd gevraagd, dan kan men de

alkalicellulose hierin laten verblijven. Ook doet

2

dienst

als buffer voor de alkalicellulose, die in de kneders nOdig is.

C1CH₂COONa slaan we op in bunker 4, terwijl we de

NaHC0

3, nodig voor de neutralisatie, opslaan in bunker 6.

Afwegen der grondstoffen + vullen der kneders: De bij elke

batch benodigde hoeveelheden alkalicellulose en ClCH₂COONa

wegen we af op het weegwagentje

5,

waarmede we deze

produo-ten tevens transporteren naar de kneders. Het lossen van het wagentje gaat in een buis, welke uitmondt in de kneders, die een etage lager staan.

2. De reactie tussen alkalioellulose en ClCH₂COOH.

De hoofdreactie in de kneders: Voor de hoofdreactie tussen

goed gemengd worden. Dit doen we in de Werner Pfleiderer kneders8. Deze kneders hebben twee tegen elkaar in draaien-de roerarmen, die we via een vertragingskast met een elec-tromotor aandrijven. De reaotie in deze kneders vindt ge-durende twee uur plaats en is dan voor 60% afgelopen. Door koeling in de mantel van de kneder houden we de temperatuur op 40 -

45°.

De lediging der kneders vindt van onderen plaats voor de grotere typen en door wenteling bij de kleinere. In ons geval hebben we bodemlediging. We gebruiken voor de Tylose HER twee kneders.

De nareactie en neutralisatie in de roterende trommels: We brengen het reaotiemengsel uit de kneders over naar de roterende trommels 9, omdat de kneders veel kracht vragen en ze dan eoonomisoher worden door hun grotere produotie (60% van de reactie in de eerste 2 uur, 40~ in de volgende 3 - 5 uur). De reterende trommels vragen veel minder kracht, daar hier niet gekneed wordt.

De trommels zijn plat en draaien om een horizontale as. De aandrijving vindt ook hier via een vertraging door een

electromotor plaats. Daar de nareactie (3 - 5 uur) ca. twee-maal zolang duurt als de reactie in de kneders (2 uur), brengen we om de 2 uur en 24 min. (de tijd voor vullen en ledigen is hierbij inbegrepen) de inhoud van beide kneders over in één trommel. We hebben hier dus ook twee trommels nodig, die elk 5 cycli per dag kunnen maken, terwijl de kneders elk 10 cycli per dag maken.

Het overbrengen van het reactiemengsel van de kneder naar de trommel voeren we uit met een transportschroef, die in twee richtingen draaibaar is. Op deze wijze is elke trom-mel voor beide kneders bereikbaar. De voor de neutralisatie van de NaOH benodigde hoeveelheid NaHC0

3 wordt in de vast opgestelde weger 7 gewogen en in de trommels gebracht via de transportschroef , waar het in h et midden wordt ingelaten. Door koeling (zie de tekening) wordt de temperatuur beneden 450 gehouden.

3. De eindbewerkingen voor Tylose HBR.

Het malen van Tylose RBR: Het product uit de trommels, dat reeds als Tylose HER beschouwd moet worden, ledigen we in de buffertank 10. Hierna malen we het continu in de molen 11 De voeding regelen we met een doseringsschroef. De molen, die we hier van het merk Eirich kiezen, bestaat uit twee

14

-platen met in elkaar grijpende tanden. Een van deze -platen roteert snel.

Het opslaan van de Tylose HER: de gemalen Tylose HBR slaan we voor de verpakking op in de bunker 13. Het transport hiernaar toe geschiedt weer pneumatisch. Zoals reeds

be-schreven maken we weer proppen in de Voith tabletteer-machine 12 en gebruiken we nu een met polyvinylchloride gevoerde transportbuis. De Tylose RBR proppen worden weer uiteengeslagen door een roterend mes, dat geplaatst is, waar de leiding in de bunker uitmondt.

Wegen en verpakken van Tylose HER: Op de balans 14 wordt wordt de Tylose HBR in zakken van 25 kg verpakt.

B. DE FABRIOAGE VAN TYLOSE MGC.

1. Bewerkingen v66r de reactie van alkali-cellulose en CICH2COONa.

We gebruiken dezelfde grondstoffen als voor Tylose HBR, voor zover het de reactie in de kneder betreft. De benodig-de hoeveelheid alkalicellulose en OlCH2COONa wegen we weer met weegyagentje 5 af.

2. De reactie tussen alkalicellulose en C10H2000Na. De hoofdreactie in de kneder: Hoewel voor Tylose MGC in de kneder dezelfde samenstelling wordt verwerkt als voor Tylose

HER, kiezen we toch een onafhankel~ke kneder. De beee~ij­

v~ng van deze kneder 15 is dezelfde als van kneder 8,

al-leen is de afmeting l~ x kleiner, daar we hier éán kneder

gebruiken voor een 3 x kleinere productie.

De nareactie in de roterende trommels: In de trommels 16 wordt geen NaHC0

3 toegevoegd, daar we voor Tylose MGO met

HOl neutraliseren. De reactietijd en temperatuur is

dezelf-de als voor Tylose liBR. Daar de nareactie (3 - 5 uur)

twee-maal zo lang duurt als de hoofdreactie (2 uur), hebben we

nu op ê~n xneder twee trommels, die om beurten de inhoud

van de kneder te verwerken krijgen. De kneder laten we

10 charges, de trommels elk 5 charges per dag maken.

3. De neutralisatie met zoutzuur-methanol. Het malen van het reactiemengsel: Het product, afkomstig uit de trommels, wordt opgevangen in het buffervat 17,

waarna het evenals b~ Tylose HBR continu wordt gemalen in een Eirich molen 18.

Transport naar 3e etage: Voor het transport passen we het reeds eerder vermelde pneumatische systeem toe. Hiervoor gebruiken we de tabletteermachine 19 en blazen de proppen in een met polyvinylchloride gevoerde leiding (corrosie is kleiner dan voor ijzer) naar het buffervat 20 op de 3e verdieping.

Neutralisatie in de kneder: De overmaat NaOR neutraliseren

we op phenolphtaletne in batch in ~én Werner Pfleiderer

kneder 24 • HetHC1-gehalte in de neutraliseervloeistof is niet vermeld. We kiezen als samenstelling: 5% HOl, 35% H20 en 60% CH

30H. De methanol dient om de oplosbaarheid van

het CMC sterk te verkleinen. Het neutraliseren met NaHC0

3, zoals voor Tylose HBR, geeft

een nog te alkalische reactie (Na2C03), waardoor OMO beter

oplost, hetgeen bij het uitwassen der zouten moeilijkheden zou geven.

De kneder moet voorzien zijn van een zuurbestendige voering, waarvoor we emaille kunnen gebruiken. De voorgaande kneders kunnen gewoon van roestvrij staal gemaakt zijn.

Bereiding van de neutraliseervloeistof: Voor het bereiden van de neutraliseervloeistof met bovenstaande samenstelling

gebruiken we 30% zoutzuur, welke opgeslagen is in de zuur- I

tank 21 van zuurvaste steen of emaille, alsmede

72%

OH

3

0H,

welke opgeslagen is in tank 22. Het mengen van beide vloei-stoffen doen we in de eveneens zuurbestendige tank 23,

waarin we ze tevens in de verlangde verhoudingen afwegen.

4.

Het uitwassen der zouten.

Het verwijderen der bij de reacties gevormde zouten

voeren we continu uit. Hiervoor is nodig, da~ we elke

neu-tralisatie-batch opvangen in het buffervat 25 en de inhoud hiervan met een doseringsmolentje continu toevoeren aan de zoutverwijderingsapparaten 26a t/m g.

Uitpersen van de neutraliseervloeistof~ De naast het CMO

aanwezige zouten lossen voor een deel op in het aanwezige mengsel OH

30H-H20 (zie de berekeningen op blz. 22). We

scheiden deze oplossing der zouten van het CMO en de vaste zouten door deze continu in de konusvormig toelopende

16

-voorzien van gaatjes, waardoor de vloeistof kan weglopen. In de uitgeperste CMC blijft een zeker gedeelte van de vloeistof onuitgeperst.

Uitwassen der zouten: In de nu volgende le wassing moet zoveel wasvloeistof worden toegevoegd, dat alle zouten in oplossing gaan. Als wasvloeistof gebruiken we verse 60% OH

30H en CH30H, welke bij de 3e en 2e wassing reeds gebruikt is volgens het tegenstroomprincipe, waardoor we besparen op de wasvloeistof. De bij de 3e wassing gebruikte was-vloeistof is ook verse 60% CH

30H.

Voor het uitwassen mengen we de wasvloeistoffen in een

menggoot continu met de uitgeperste OMO en de vaste zouten.

We scheiden de vloeistoffen van het CMC weer met de schroef-pers. Het mengen in de menggoot voeren we uit met een ro-terend spiraal, waardoor tevens het materiaal getranspor-teerd w9irdt tegen de helling van de iets schuin geplaatste goot in. (,o%C~J0ti

_

f

S

tHR.EFPE'"

,_

_

,

J

. ;.;. ...

~o

!

~_

r

s

c"

00

~

~

:'

::

1

L

.; ....

1

-

..

0

o

.;:L

I

l

--

~

--

~

I~

T

i(

""'" 1\

~~

è.N c:. I

I '---

-_

~

_____

J I v t i 2.bE", !

ZOlJr OÏ"'L.:r.. ~ouT'<!) PL..U ~ W AS 'ie 111

1

~d'Yo c'\o\J0H'

, . !

C.MC. Nt\P.Cl i SCtH~Ot:f'PERS.: ~ ne.NGGOOT I

.L.

I

!;'t"\\\oe.F~-e~s~ )

'

'''~ ~

ei< -

~..

1

r

:; ~<

-

: ...

-I

~~~_;

l __

L~_

~

t

_ =:~_

fig. 1

Het mengen voor de le, 2e resp. 3e wassing vindt dus plaats in de menggoten 26b, d, resp. f en het uitpersen in de sphroefpersen 26c, e, resp. g, die gemaakt zijn zoals 26a. We nemen aan, dat we in pers 26a uitpersen tot 80% vloei-stof ten opzichte van het OMO en bij 26b, d en f tot 60%. De menggoten en schroefpersen bij de 2e en 3e wassing zijn kleiner dan bij de le wassing, daar de hoeveelheid was-vloeistof belangrijk kleiner is (zie de berekeningen op blz. 22).

De bij de wassing benodigde hoeveelheid 60% CH

30H con-troleren we met rotameters. De bij a en c uitgeperste

zout-oplossingen I en II stromen gezamenl~K naar buffertank 27. De aandrijving van 26a tlm g gaat met ketting en tandwiel. De snelheden moeten onderling goed afgesteld worden.

5. Het drogen van Tylose MGC.

Het uit de pers 26g komende materiaal vangen we eerst op in buffertank 28, van waaruit we de continu droger 29 voeden.

De voeding van de droger bestaat uit CMC met 60% methanol-water. Dit laatste bestaat practisch uit 60% CH_{30H en 40% H20.} We hebben dus op 100 CMC, 36 CH,OH en

24 delen _H20 en we willen CMCafleveren met 20 delen H₂0,

zijnde ongeveer het normale vochtgehalte. We moeten dus op 100 OMC 36 CH

30H en 4 delen H20 verwljderen.

Om

dit doel te bereiken verwarmen we de cylindrische droogoven uitwendig met een stoommantel en transporteren het materiaal met een roterende spiraalarm door de oven heen, terwijl we in het laatste deel in tegenstroom over-verhitte stoom blazen om de methanol te verwijderen en

tegelijkert~d voldoende water in het CMC achter te laten.

Voor de verwarming in de mantel gebruiken we stoom van

120 - 1300 ( 2 - 2.6 . ab. ), terwijl we voor de oververhitte

stoom, die uit de roterende as, waaraan de spiraalarm zit, wordt geblazen, ook 120 - 1300 nemen (1 ata).

Condensatie van de dampen: Het dampmengsel methanol-water condenseren we in de condensor 30. Het condensaat koelen we na in koeler 34 en pompen het verder op met een centrifu-gaalpompje naar tank 35.

6. Eindbewerkingen van Tylose MGC.

Malen van Tylose MGC: Het met een transportschroefje uit de droger verwijderde Tylose MGC malen we in een hamer-molen 31 tot een fijn poeder, dat we afvoeren met een

lucht-stroom en hiervan afscheiden in de cycloon 32.

Wegen en verpakken van Tylóse MGC: Het eindproduct wordt tot slot afgewogen en verpakt op de balans 33 in zakken van

25 kg.

7.

Terugwinning van de methanol.

Destillatie van methanol: De in tank 27 verzamelde zout-oplossingen bevatten CH,OH, welke we door destillatie terug

18

-willen winnen. Hiertoe pompen we met een

centrifugaal-pompje deze vloeistof continu op naar de destillatiekolom

21.

De voor de destillatie benodigde warmte voeren we toe

met stoom via een stoomspiraal onder in de kolom. De af-voer van het bodemproduct wordt geregeld met een vlotter. De ontwijkende dampen condenseren we in condensor '8 en koelen het condensaat na met koeler '9. De verwarming via de stoomspiraal wordt automatisch geregeld op de tempera-tuur van de condensor.

De destillatie moeten we zo leiden, dat er geen uit-kristallisatie van de zouten in de kolom kan plaats vinden.

Dit is het geval als we

72

%

CH,OH afdestilleren, dat we

gebruiken voor het maken van de neutraliseervloeistof en voor het maken van de wasvloeistof met 60% CH,OH.

Einde van de methanolkringloop: Het voor de

neutraliseer-vloeistof benodigde 72'% CH,OH pompen we op naar tank 22.

Voor het verdunnen tot 60% CH,OH wordt afwisselend ~~n

der tanken '6 gebruikt. De methanol uit tank '5 kan b~

deze verdunning gebruikt worden; voor de rest wordt water gebruikt.

Berekeningen over de fabricage van Trlose HER en Tylose MGC.

De grootte van de door ons in de fabriek benodigde apparaten berekenen we in de volgende trappen:

A. Berekening van de samenstelling der producten tijdens de fabricage.

B. Berekening van de grootte der materiaalstromen. C. Berekening van de grootte der apparaten.

We gaan hierbij uit van het fabricagerecept en de eis,

dat door de fabriek per jaar 1500 ton CMO in de vorm van Tylose HBR en 500 ton OMC in de vorm van Tylose MGC wordt afgeleverd.

A. Berekening van de samenstelling der producten tUdens de fabricage.

Voor de fabrioage van Tylose HBR en Tylose MGO in de

fabriek van Kalle

&

00. geven de versohillende rapporten de

volgende verhoudingen der grondstoffen, zoals vermeld in

Tabel 11. Grondstof

I

Cellulose NaOH

I

OlCH 2COOH CICH₂COONa NaHC0₃ HCl CH 30H Kolom

Grondstofverhoudingen voor Tylose HER en Tylose MGO volgens de B.I.O.S.-rapporten. Tylose HBR Tylose MGC : B 547 , _i BK 13 B 364 1 BM I B 547 I

.

1 I 700 1 i I i 280 100

_I

77 ! 100

I

100 100 73 , ! 100 , i i 130 46.4

_!

! I 350 I .I

I

_I

I

~

I

1§.Q 64.3 1 i 60 i 62.4 1

I

I 592 1 222 79.3 1

.!ê

! _{74 74}

₂₂

i _I 75.4

1

J 36.4 I , 100 35.7 28 ~

l

i i !

!

300

I

i I _I 800 ~

,

1 I i I 1 I 4b 5a la lb 2a I , 2b 3a 3b 4a I

In de b kolommen zijn de verhoudingen telkens op 100 cellulose omgerekend. Het streepje onder een getal bij CICH2COOH of CICH2COONa geeft de oorspronkelijke opgave weer. Voor vergelijking zijn ze alle omgerekend op

CICH₂COONa.

De getallen lopen onderling uiteen. De gege~ens van B 547 zijn het meest volledig, zodat we deze volgen. De gegevens van B 547 hebben betrekking op 'én ton Tylose HBR en Tylose MGC.

Samenstelling van de alka1ioellulose.

100 50 84.6

5b

De voor alkalicellulose gebruikte cellulose bevat 10% vocht en 88% ~cellulose (21) (t.o.v. watervrije cellulose), dus 79.2% ~cellulose t.o.v. luchtdroge cellulose. Bij de alkalicellulose-bereiding wordt uitgeperst tot 2.6 - 2.7 x oorspronkelijk cellulosegewicht. Voor 100 cellulose (l~

vooht) wordt bij een gem. uitpersverhouding van 2.65 het totaal gewicht 265. Hierin is 79.2 ~cellulose, de rest 185.8 is NaOH, H20 en hemicellulose. Stellen we, dat er 15.5% NaOR t.o.v. ~ cellulose gebonden voorkomt (18), d.i. 12.4, dan is er vrij als oplossing 173.4, waarin ongeveer 2% hemicellulose is opgelost, d.i. 3.5. Totaal is er dus na het uitpersen 79.2 + 3.5

=

82.7 cellulose (~ + hemi) op 265 alkal1oellulose aanwezig, waarvan volgens tabel 11 kolom lb 46.4 NaOH 1s (namelijk ook t.o.v. 100 oellulose).

20

-Dus op 265 alkalioellulose is aanwezig 82.7 zuivere

cellulose, 46.4 NaOR en 135.9 H20, d.i. 31.2~ cellulose, 17.5% NaOR en 51.3~ _H20.

Dit is dus de samenstelling van de alkalioellulose, waarmede w~ ons prooes aanvangen.

De samenstelling van Ty10se HBR.

De berekening hiervan is uitgewerkt in Tabel 111, kolom 2 tlm 10. We gaan uit van de hoeveelheden

grond-stoffen, vermeld in Tabel 11, kolom 1. De 280 g luchtdroge oellulose geeft 280 x 82.7/100

=

232 kg

=

1.43 mol. oellu-lose (C₆H_l00

5) in de alkalicellulose. Uitgaande van de samenstelling van de alkalicellulose berekenen we hiermee het in tabel 111, kolom 2, vermelde gewioht H20. Voor de Tylose HBR bereiding wordt 222 g

=

_{1.91 mol. ClCH2COONa} toegevoegd. Bij een substitutiegraad van 0.625 van het CMC reageert hiervan 0.625 x 1.34

=

0.895 mol. met 0.895 mol. oellulose (C6~5) volgens (a) en de rest 1.91 - 0.895

=

1.015 mol. met NaOH tot HOCH₂COONa volgens (b).

(C6Hl005) + NaOH + _ClCH2COONa - ~ (C6H905 _{- CH2COONa)} +

Nadl + _H20 (a)

NaOR + _C1CH2COONa ~ _HOCH2COONa + NaCl (b) De reaoties (a) en (b) zijn in de kolommen 3 t/m 6 verwerkt, waar na de neutralisatie met 100 g

=

1.19 mol. NaHC0'3 volgens

NaOR + NaHC0 3

-in reken-ing is gbbraoht.-in kolom 7 en 8. Kolom 9 en 10 ge-ven de eind samenstelling van Tylose HBR in g en

%,

waarbij NaOR en zouten tezamen zijn genomen.

De samenstelling van Tylose MGC vóór en na neutralisatie. In tabel 111, kolom 11 t/m 16, is de berekening uitge-voerd. Kolom 11 geeft de gewichtssamenstelling van Tylose MGC, hetgeen direot uit kolom 6 is te berekenen uit de molaire samenstelling na de reaotie met CICR₂COONa. Na de neutralisatie van de 1.'34 mol.

=

53.6 g NaOR met 1.34 mol.

=

_{48.9 g RCI in 342 g R20 en 586 g CH30R (resp. 5.'35 en} 60%) krijgen we de samenstelling, vermeld in kolom 14. In koloml5 en 16 is de samenstelling van Tylose MGC vóór en

21

-na de neutralisatie omgerekend op 100 OMO. Uit het ver-schil in totaal gewicht bl~kt, dat op 100 CMC 640 - 318 =

322 neutraliseervloeistof nOdig is.

Samens~elling van Tllose MGC na uitpersen van neutraliseervloeistof.

Om de samenstelling na het uitpersen te kunnen

be-rekenen, moeten we eerst de samenstelling kennen van de uitgeperste zoutoplossing. In de oplossing z~ aanwezig NaOI, HOOH_{2000Na, H20 en OH30H (OMC onoplosbaar door de} zouten en OH

30H). We beschikken niet over gegevens van de oplosbaarheid van beide zouten in een mengsel van H20 en CH30H, maar wel van NaCl (29). Om een berekening mogelijk te maken, maken we de volgende benadering: we vatten al

de zouten als NaCl op. We zijn hiermede aan de veilige kant, daar er ongeveer 2 x zoveel NaCl aanwezig is als HOCH₂COONa en de oplosbaarheid van de laatste groter is dan van de eerste (VergelijcHOCH2CH3 volkomen mengbaar met water, CH

3COONa beter oplosbaar dan NaCl in water). Oplosbaarheid van NaOI in methanol-water bÜ 250 C.

Tabel

%

OH 30H in mol. NaCl solvent 1000 g solvent 30.16 3.273 39.80 2.552 50.65 1.896 60.10 1.328 70.83 0.8656 IV.

I

kg NaCl

I

I

1000 g opl. 191.4 149.2 111.0 V,7.6 51.7

%

NaOl 16.1 13.0 10.0 7.19 4.91

Uit tabel 111, kolom 16, blijkt, dat na de neutralisatie 193.8 CH_{30H aanwezig is op 251.0 H20. In dit mengsel van}

44% CH₃0H lost 133 g NaCl per 1000 g oplossing op (geinter-poleerd). Totaal lost dus in de 444.8 g 44~ OH

30H

444.8 x 0.133 = 59.5 g zouten op. Als vast zout blijft er

95.2 - 59.5

=

35.7 g over op 100 g «MO, terwijl de oplos-sing totaal weegt 504.3 g en 11.8% zouten, 49.8% H₂0 en 38.4% CH

30H bevat.

Nemen we aan, dat bij het uitpersen op 100 CMC en 35.7 zouten er 80 delen oplossing achterblijven, dan persen we

Tabel 111. Mol.

ge-I

wicnt Oeliu1ose CMC (1.00) CMC (0.b25) NaOH NaOl HOCH20 OONa Na 2003 Zouten Totaal Kolom ! I I \ lb2 I I 1 242 I 40 5ö.5 98 106 18 1 Al.kaii-ceiJ.uloae g

I

_mol. i i

!

I I 2,2 ! .1.43 I i

I

I

! I i !

I

_I ijO ! 3.25 ! 380 21.11 742 2 3

.

•

SAMENSTELLING TYLOSE HER EN TYLOSE mOl

Reüctie 222 kg = i.9~ mOi. C.lCH 2COONa 8. b i mol.

_i

mol.

I

I

-O.~95 I \ I i

I

+O.b~5 i I I

I

_I -0.895

I

-J.. 0J.5 I

+0.tS~5

I

+1.015 I I +1.015 0.895 HER MGC v66r nt:Ju.lir. mol. 0.535 0.b~5 1.34

I

l.~l ! I 1.015 22.00 i

I

Neu.u-. iOO .kg NaHCO} 1.19 mol.

1

-.1..

J.Y I

1

+

1 •19 1

!

i +1.19 1 ,

.

, , VOOR EN NA DE NEUTRALISATIE. Ty.1ose HER .I:Üna.prociuc't i ! I I mol. g i I 0.535 86.6 ; 0.89~ , I 216.6

I

I _303.2 I i O.i'

!

6.0 I 1.91

i

lil.?

I

1.01~ 99.5 1.19 1 _126.2 343.4 23.19 417.6 ; i ~ I I I 28.5

I

32.2: 39.3i i I i Tyl.ose

I

mo

i

v66r I j neu.lir • . i g î I , I 30,.2 53.6 111.7 99.5 , 396 Neutr. 1.'4 35" Ty.10a8 _MGO mol. + H 20 na 'HO.1 bO% 4tS.9 CH 30H neu.tr. I g g I _g I

I

_i ! i I I I , i i _303.2 I _i i ! , -~,.6i i ! 1 1 +78.31 _I ,I 190 i i

I

_~ i

I

I

I

i 289.5

+24-.~

1

+342 762.1 1+586 586 - I _{1064 964 1941} 4- 5 6 7 8 ₉ 10 11 12 13 14 21a. Tylose WC 100 OMO voor 1 na I neu.tr.! _I neu'tr. I

I

g g 1 I

I

I

I

I

I

I

I I 1100 1100 I ! I 17.7 I ! }6.8 32.8 130.8 318 15 ! I , 62.5 95.2 251.0 193.8 I 640 16

22

-dus uit 504.3 - 80

=

424.3 g oplossing met bovengenoemde samenstelling.

Na het uitpersen blijft er in de 80 g oplossing

9.44 g zouten, 39.9 g H20 en '0.7 g OH,OH achter, zodat de

samenstelling na het uitpersen wordt:

100 OMO, 35.7 + 9.44

=

_{45.14 zouten, 39.9 H20 en 30.7} C~OH

Samenstellingen van Tylose MGO bli het uitwassen, Het uitwassen voeren we uit volgens het sohema van

fig. 1 (blz. 16). De vraag is, hoeveel 60% OH

30B we moe-ten toevoegen bij de eerste en hoeveel bij de derde wassing alsmede hoeveel vloeistof we bjj de eerste wassing moeten

uitpersen. Om deze problemen op te lossen zullen we enige vergelijkingen moeten opstellen, die het uitwassen besohrjj-ven.

We tekenen hiertoe in fig. 2 een vereenvoudigd schema van het uitwassen. De letters in deze figuur hebben de hieronder vermelde betekenis. Bjj de berekening betrekken we de hoeveelheden van de stoffen steeds op 100 OMC, welke hoeveelheid we bij het wassen constant onderstellen (OMC onoplosbaar in het oplosmiddel).

A I: 0 ₌

w

₌ G

=

oCG

_•

U ₌ Ol' O2 A name, 'A-t-C [

-w

:

,

Ol

1

1. ()I.

j

I I C)(. ~ l---- .. + , 1 ~ r -- r ---I ' "

!;

,-L-. I . -- -e, -- .c.z. - t i -c.j i

'M

~

t

!_ -

!

fig. 2

gewicht oplosmiddel v66r Ie wassing = 70.6 g 44~

CH 30H

gewioht zouten v66r le wassing

=

45.14 g

gewicht 60% OH₃0H, toegevoegd bij Ie wassing

=

?

gewicht oplossing, aanwezig op 100 g OMO na uitper-sen bij Ie, 2e en 3e wassing

=

60 g

gewicht 60% CH₃0H, toegevoegd bij 3e wassing = gewicht uitgeperste opLossing bij 3e en 2e wassing = ?

gewioht uitgeperste oplossing b~ le wassing

=

? resp. 0

3

=

concentratie der zouten in g per g oplos-sing bij le, 2e resp. 3e wasoplos-sing = 0.065, ? resp. 0.005 en 0 zijn hierboven berekend, G is bepaald door de aan-dat we onder redelijk krachtsverbruik op 100 CMO

uit 23 uit

-persen tot 60 delen vloeistof. 0l wordt bepaald door de oplosbaarheid van de zouten. In 60% OH,OH lost maximaal 7.19% NaOl op (Tabel IV). Daar het oplosmiddel CH

30H - H20

b~ de Ie wassing niet sterker is dan 60% CR,OH, zijn we bij een keuze van 0l op 6.5% zeker aan de veilige kant. Cl is dus 0.065. B~ de le wassing wordt de oplossing niet verza-digd.

C

3 wordt bepaald door het toe te laten zoutgehalte in Tylose MGO, dat we stellen op 1%. Echter stellen we dit voor de berekening op 0.3%, daar het uitwassen niet ideaal ge-beurt. Op 100 g CMe nemen we dus 0.' g zouten aan, die in 60 g oplossing aanwezig zijn. 03 is dus 0.3 : 60 = 0.005

W, o(G, U en 02 zijn dus onbekend.

We stellen in de vergelijkingen 1, 2 en , de materiaal-balansen van de zouten op bij de le, 2e en 'e wassing.

(1)

(1 +0() C2 :: 01 +<:l<.C, (2) (1 + ex) C

3 :: 02 (,)

Deze drie vergelijkingen doen ons W, ~ en 02 kennen.

(A +

°

+ W +()(G)

°l ::

o

+ G0₂ (G + o<.G) C :: _{GOI + G0} 3; 2 (G +cxG)

_{°3 ::}

GC 2 •

,

Eliminatie van 02 uit (2) en (3) geeft:

o

01.2 + De + 1 ::

~

::

g:gg~

::

13 0( =3 02 :: (1 +0(.) 03 = (1 + 3) 0.005

=

0.02 Ui t (1) volgt: W ::

°

+ Cl)( G02 - (A + C + o<G) 1 W _ 45.14 + i x 60 x 0.02 - 0.065 (70.6 + 45.14 + i x 60~ 454.25 i 60% C~ 0( G

=

'x

60 :: 180 i 60% CH,OH

U volgt uit materiaalbalans van oplossing en zouten bij de le wassing volgens de vergelijking:

A+C+W+()I.G:: U+G (5)

U :: A +

°

+ W + (~- 1) G :: 70.6 + 45.14 + 454.25 + (, - 1)~

=

690.0 i . 60

We willen nu ook kennen het

%

CHiOa in de oplossing uit-geperst bij de le wassing en het

%

CH,O~aanwezig in het OMO na de 3e wassing. Hiertoe tekenen we in fig. 3 weer het

sohema voor het uitwassen, maar nu met iets gewijzigde let-ters, die de er onder vermelde betekenis hebben.

"'"

'> i _::t,

~

V

IJ.

fig. 3

W, G, G en U hebben de reeds onder fig. 2 vermelde bete-kenis. a B :::

=

gewicht CH 30H vóór le wassing

=

30.7 g (blz. 22)

totaal gewicht van CH

30H, H2~ en zouten voor Ie

was-sing ::: 70.6 + 45.14 ::: 115.7~

::: oonoentratie CH~OH in wasvloeistof in g per g

wa8-vloeistof::: 0.60

xl' _{x2 resp. x3 ::: CH}

30H conoentratie in _{de le, 2e resp. 3e wassing} g per g oplossingb~

₌

_onbekend

We stellen nu de materiaalbalansen van CH

3

0H op b~ de

le, 2e en 3e wassini in de vergelijkingen:

(B + W +<xG) _{xl ::: a} + wW + o<.Gx₂ (6)

(G + ~ G) _x2 ::: GX

l +0<. GX, (7)

(G +ocG) _x, ::: blGw + GX₂ (8)

Deze vergelijkingen herleiden we:

(B + W + cxG) _{xl - O'..Gx2}

₌

a + wW (9)

xl - (1 + 0( ) x

2 +1:)( x3 ::: 0 (10)

x_{2 - (1} +«) x₃

=

-w (11)

Uit deze drie lineaire vergelijkingen lossen we de

on-bekenden xl' _{x2 en x3} op. Vullen we voor de letters de

be-kende getalwaarden in, dan krijgen we:

(115.74 + 454.25 + 3 x 60) Xl - 3 _{X 60 x2}

=

30.7 + 0.6 % 454.25 Xl - (1 + 3) x_{2 - 3%3}

=

0 x2 - (1 + 3) x 3

=

-0.6 X ,

=

303.25 Xl - 4 x₂ + 3x₃ ~ 0 x2 - 4x3 = -1.8

Hieruit vinden we: Xl ::: ~~7, _x2

=

0.583 en x

- - - --- - - -

25 -Met de nu berekende CH

30H gehaltes en de reeds eerder berekende zoutgehaltes kunnen we ook het watergehalte bere-kenen bij de le, 2e en 3e uitwassing. De samenstellingen van de oplossingen bij het uitpersen van de

neutraliseervloei-sto~ en bij het uitwassen zijn samengevat in Tabel V. Samenstellingen der zoutoplossingen bij de

neutralisatie en de uitwassingen. Tabel V. Component zouten Samenvatting: neutra-lisatie !

%

11.8 38.4 49.6 le x wassen ~ 6.5

54.7

38.8 2e x wassen

%

2.0 58.3 39.7 38 x wassen

%

0.5

59.7

39.6 Neutralisatie met 322 g 5% _{HCl, 35% H20 en 60% CH30H.} Uitgeperst na neutralisatie oplossing I

=

424.3 g. Uitgeperst bij Ie x wassen oplossing 11

=

690.0 g. Toegevoegd bij le x wassen 454.2 g 60% CH

30H. Toegevoegd bij 3e x wassen 180 g 60% C~OH.

Deze hoeveelheden hebben betrekking op 100 g CMC. Samenstelling b~ het drogen van Tylos. MGC,

We krijgen bij het uitwassen op 100 g CMO 60 g oplos-sing met de samenstelling: 0.5% zouten, 59.7% CH

30R en 39.8% H20; d.i. dus op 100 g CMC 0.3 g zouten, 35.8 g CH30H en 23.9 g H20. We willen hieruit de CH30H verdrijven en 20 g H20 in aohter laten, waartoe stoom wordt ingebla-zen. De samenstelling van het te condenseren dampmengsel CH30H- H20 kennen we niet, maar stellen dit op 50% CH30H en 50% H20. Op 100 g CMC krijgen we dan 71.6 g 50% OH30H als oondensaat. Uit de droogoven voeren we a~: 100 g OMC, 20 g H20 en 0.3 g zouten, totaal 120.3 g, waarbij nog aanwezig CH₃0H wordt verwaarloosd.

Samenstellingen bU terugwinning van OH₃0H.

Voor Trlose MGO gebruiken we op 100 g OMC:

b~ _{neutralisatie 322 g 5% HOl, 35% H20 en 60% OH30H;}

b~ uitwassen 454.25 + 180

=

634.25 g 60% CH₃0H.

We winnen terug:

na neutralisatie: 424.; g oplossing I 49.8% H20, ;8.4% CH;OR en 11.8% zouten;

b~ _{1e uitwassing: 690.0 g oplossing 11 38.8% H20, 54.7%}

OH

30H en 6.5% zouten.

Uit deze laatste twee oplossingen moeten we door

des-tillatie CH₃0H terugwinnen.

Bij het maken van de neutra1iseerv1oeistof gebruiken we

30% HC1. Door een eenvoudige berekening vinden we, dat

voor 100 g neutraliseervloeistof met de samenstelling

5% HC1, 35% H20 en 60% CH30H we 16.7 g 30% HCl moeten

men-gen met 83.3 g 72% jl.QLC#~ o-).L ,

Voor de neutralisatie hebben we dus op 100 g OMO nodig:

;22 x 16.7/100

=

53.7 g 30% HC1 en

322 x 83.3/100

=

268.3 g

7?%

CH₃0H.

De destillatie moeten we zo leiden, dat er geen zouten in de destilleerkolom uit kunnen kristalliseren. We bereke-nen nu het minimum CH

30H gehalte in de damp, die we af

moe-ten destilleren om zoveel water in het bodemproduet achter

te laten, dat de zouten opgelost bl~ven.

Met de bovenvermelde samenstelling van oplossing I en

11 vinden we de samenstelling van het mengsel:

H20 OH

3OH zouten

Oplossing I: 424.3 g

=

211.2 g + 162.9 g + 50.1 g

Oplossing 11: 690.0 g

₌

267.7 g + 377.4 g + 44.8 g

Oplossing 111: 1114.3 g ₌ 478.9 g + 540.3 g + 94.9 g

Nemen we als eis, dat b~ de destillatie het

bodempro-duet niet meer dan 2% CH₃0H bevat, dan bedraagt de

oplos-baarheid van NaOl hierin bij .. 250 34.8 g per 1000 g

oplos-middel (29). Vatten we verder de aanwezige zouten zoals op

blz. 21 weer als NaCl op, dan is er 9

54

§

x 1000

=

273 g

oplosmiddel, dus 273 x 0.98

=

267.6 g water nodig om de

zouten op te lossen. In de damp mag dus maximaal 478.9

-267.6

=

_{211.3 g H20 worden afgevoerd op 540.3 - 0.02 x 273} =

534.8 g OH30H, zodat het dampmengsel minimaal

534.8 d d

27

-Nu gebruiken we voor de bereiding van de neutraliseer-vloeistof 72% CH

30H en voor het uitwassen 60% CH30H.

Hier-toe destilleren we in de kolom 72% CH

3 a~ en maken door

verdunning van een deel hiervan de vereiste hoeveelheid 60% CH

30H. We zitten dus 0.5% boven het minimum. In

werke-lijkheid ligt de zaak iets gunstiger, doordat we bij de

be-rekening uit zijn gegaan van de oplosbaarheid van NaCl b~

250 , terwijl de temperatuur in de kolom hoger ligt.

We berekenen nu het gewicht 72% CH

30H damp, dat we af

moeten destilleren van de zoutoplossing met samenstelling

111, terwijl het bodemproduot 2% CH

30H in het oplosmiddel

H20 - CH30H bevat.

Stellen we het gewioht CH

30H in de damp op x, dan is

er ~ x

=

_{0.389x H20 in de damp en dus in het bodemproduot}

(478.9 - 0.389x) H20. In het bodemproduot is dus (478.9 - 0.389x) 0.02 CH

30H.

Totaal is er (478.9 - 0.389x) 0.02 + x

=

540.3 CH

30H,

waaruit voor

x,

dus het CH

30H gewioht in de damp, 535 g

volgt. Het totale dampgewicht is dus ~ x 535

=

743 g

72% CH 30H.

Het bodemproduot bevat dus:

478.9 + 540.3 - 743

=

276.2 g 98% H2~

Het totaal gewioht van het bodemproduot is derhalve:

276.2 + 94.9

=

371.1 g.

B. Berekening van de grootte der materiaal stromen. De grootte der materiaal stromen berekenen we in tabel

VI in kolom 3 t/m 5. In deze tabel gee~t kolom 1 het nummer

van elk der apparaten aan, zoals vermeld op de tekening, kolom 2 de omschrijving van elk apparaat en kolom 3 de aard van het produot, dat aanwezig is in het betreffende

appa-raat. Een getal tussen haakjes in de 3e kolom geeft het nummer aan van het vóórgaande apparaat, dat de

materiaal-stroom passeerde; kolom 4 geeft de bladzijde aan, met behulp

waarvan de grootte van de materiaal stroom is berekend. Kolom 5 geeft de optelling of aftrekking om de grootte van de materiaalstrook te berekenen uit de erboven vermelde getallen; kolom 6 geeft de grootte van de materiaalstroom

door het bijbehorende apparaat.

Het nu volgende moge ter toelichting van de in de tabel vermelde getallen dienen:

'"

No. 1 t/m 3 Alkalicellulose. Volgens tabel 111 (blz. 21a )

z~n voor 303.2 CMC (kolom 9) 232 delen cellulose (kolom 2)

nodig. B~ een jaarproductie van 1500 + 500 = 2000 t. OMC

en een cellulosegehalte van 31.2~ (blz. 20) is er nodig:

2000 x -1QQ x 232

=

4910 t. alkalicellulose.

303.2 31.2

No.

4

CICH₂COONa. Voor 303.2 OMC z~n _{222 delen CICH2000Na}

nodig (tabel 111, kolommen 9 en 4). Voor 2000 t. CMC dus

2000 303.2 No. 6 nodig. 1500 303.2 x 222

=

_{1465 t. C1CH2COONa.}

en

7

NaH003~ Voor 303.2 CMC zijn 100 delen NaHCO;

Voor de 1500 t. CMC in Tylose H13R is dus nodig

x 222

=

495 t. NaHC0₃•

No. 8. Voor de 1500 t. CMC in Tylose HBR gebruiken we

*

van

de totale hoeveelheid alkalicellulose en C1CH2COONa, d.i. 3682 resp. 1099 t.

No. 9 t/m 14 Tylose liBR. De berekening volgt rechtstreeks

in de tabel.

No. 15 t/m 20. Voor de 500 t. CMC in Tylose MGC gebruiken

we ~ van de totale hoeveelheid alkalicellulose en CICH₂COONe

d.i. 1227 resp. 366 t.

No. 21 t/m 39. Onder A zijn de berekeningen voor Tylose MGC

uitgevoerd op basis van 100 delen CMC. De voor 500 t. CMC benodigde hoeveelheden stoffen vinden we rechtstreeks door de voor 100 delen CMC benodigde hoeveelheden met 5 te

ver-menigvuldigen. Kolom 4 geeft de bladzijde, waarop de

hoe-veelheden voor 100 delen CMC zijn berekend.

C. Berekening van de grootte der apparaten.

Deze berekening is uitgevoerd in tabel VI, kolom 6 t/m .. ti

14. Voor de kneders de roterende trommels berekenen we de grootte van elke charge in tonnen en de hiervoor benodigde inhoud in m3 • Voor de buffervaten en voorraadtanken bere-kenen we de benodigde inhoud in m3 en het maximale gewioht van de inhoud in tonnen. Van de overige apparaten berekenen we de verlangde capaciteit in tonnen per dag.

In kolom

7

is elke materiaal stroom omgerekend in t/dag,

waarbij w~ een jaar op 360 dagen hebben gesteld, terwijl

ko-lom 8 het aantal identieke apparaten vermeldt, die de

..

29

-aantal charges, dat het betreffende apparaat per dag moet verwerken. In het geval, dat het apparaat continu werkt,

is dit aangegeven met een C. B~ een buffertank betekent een

0, dat de toevoer continu is. Bij 36 wordt om beurten elk

der vaten continu gevuld (0/2). Kolom 10 geeft de duur van

de voorraad, aanwezig b~ de opslag der grondstoffen in de

voorraadbunkers en die der tussenprodueten in de buffer-tanks. De vermelde getallen hangen ten dele rechtstreeks samen met het tijdschema van de productie en zijn ten dele arbitrair aangenomen. Kolom 11 geeft de grootte van de

ladingen der apparaten, die in batch werken alsmede van de

bunkers en tanks, die hun maximale inhoud hebben, behorend

bij de aangenomen duur van de voorraad. Kolom 12 geeft het

vulgewioht van het materiaal in elk apparaat in t/m'. Voor het alkalioellu1ose met zijn vezelige struotuur hebben we 0.5 t/m' aangenomen, terwijl na toevoeging der zouten we 0.6 t/m3 aannemen. Kolom 13 geeft aan, voor welk deel we

de apparaten vullen. De kneders vullen we voor

%,

de

rote-rende trommels voor ~, terwijl we de bunkers enz. voor 0.8

deel vullen. In kolom 14 vinden we de inhoud der apparaten in m3 • We verkrijgen deze getallen door de getallen uit kolom 11 te delen door het produot der getallen van de l2e en 13e kolom en naar boven af te ronden op 0.1 m'. Voor het weegwagentje nemen we de inhoud aan op 0.6 . ' , groot genoeg

om hiermede de alkalicellulose voor ~~n batch in de W.P.

kneder in twee keer aan te voeren.

-..

30

-BEREKENING VAN DE AFMETINGEN VAN CONDENSOR '8.

In condensor ~ ooadenseren we 72% CH₃0H damp, afkomstig uit destillatiekolom

21.

Uit tabel VI, kolom 7, blijkt, dat

we per dag 10.32 t. 72% CH,OH damp moeten condenseren, dus per uur 430 kg.

We kiezen een vertioale condensor met roodkoperen koel-buizen. De damp condenseert aan de buitenkant van de buizen, terwijl het kalkwater aan de binnenkant van de buizen stroomt. We nemen door de hele condensor heen een constantie

conden-satietemperatuur aan van 1780 F., dus geen afkoeling van het condensaat. De inlaat-resp. uitlaattemperatuur van het koe~

o water stellen we op 68° resp. 1000

• 10.0 f

1 F. De af te voeren hoeveelheid

11

-~

condensatiewarmte Q wordt bepaald

I! I ti 1 'i :! I 11 1 ! -i; i 17tlF I t..--- __ • --"';'--1-_!

door de grootte van het condense-rend oppervlak A, het gemiddelde temperatuursverschil A t tussen

damp en koelwater en de

overall-co~fficient van de warmtegeleiding U volgens de formule

Q

=

U Je A x 1; (1)

At = het logarithmisch gemiddelde temperatuureverschil, dat Atl - At 2

bepaald wordt door de formule: At

=

ln A.t

7

At

Hierin zijn At_l en At₂ de temperatuurs- 1 2

verschillen b~ de inlaat en uitlaat van het koelwater. De warmte-overgang van de condenserende damp naar het koelwater verdelen we in de volgende trappen:

1. weerstand in condensaatfilm aan de buitenkant van de condensbui s;

2. weerstand in de wand van de condensbuis;

3. weerstand in de aanslagfilm, ontstaan door vuilzfzetting uit het water aan de binnenkant van de condensbuis;

4. weerstand in de laminaire vloeistoffilm van het koelwa-ter aan de binnenkant van de condensbuis.

De temperatuursverschillen, welke hiermede overeenkomen, noemen we achtereenvol~~ns: A to' Atcu' A ta en A ti (zie fig. 5 ).

-~J

- ~ --- . à.t", Ätc...

-àt

(:d:~ .

t-+

i 11 . I I I 1 \ I I fig.

5:

Temperatuursverval door de wand van de condensorbuis.