Bereiding van actieve kool

B8REIJIHG V A1~ ACTl~V~ KOOL

DOOR R.de Boer.

BEREIDI~G VAN ACTIEVE KOOL ~,;j, -' / r. R.OE BOER AUG 1948

.

' :----~- -rookgas _ --, _, 28

I

~

I

[:

1.

Inliiding.

Een scheiding van stoffen door adsorptie bestaat in het behandelen van een gas of een vloeistof met een vast materiaal, dat de eigenschap bezit, bepaalde bestanddelen uit het gas of de vloeistof aan zijn opper-vlak vast te houden.

De aard van het adsorptieverschijnsel is nog niet geheel opgehelderd. Wel staat vast, dat het nodig is, dat het adsorberende Dateriaal zeer poreus is en een groot oppervlakte bezit: , De oudste toepassing van de adsorptie is het bleken en ontkleuren van vloeistoffen en oplossingen.

Nog steeds wordt de grootste hoeveelheid adsorbens gebruikt in de vorm . . van bleekaarde, ~eactiveerde kl~i of bauxi~t in de aardolie industrie voor het ontkleV"'ën van petroleumproducten en in de industrie der oliën en vetten voor het bleken van deze pr~cten.

~ Ook C-houdende producten hebben echter zeer goed adsorberende eige~­

~ schappen. Het vermogen van houtskool om oplossingen te ontkle.~n was reeds in de 15de eeuw bekend en werd al in de 18de eeuw in Engelse suikerfabrieken toegepast bij het ontkleuren van suikeroplossingen. Toen in het begin der 19de eeuw de beenderkool werd ontdekt, werd deze voor dit doel algemeen gebruikt.

Tegenwoordig wordt~houtskool .en beenderkool echter ste0ds me~r ver-drongen door actieve kool, dM respectievelijk ongeveer 160 en 40 maal beter ontkleurend werkt. '

Het gebruik van actieve kool is vooral toegenomen, sedert de eerste wereldoorlog, ~oen actieve kool op grote schaal als gasmaskerkool is gebruikt. DaarèM"'zi jn de toepassingen ze·~r toegenomen en thans

onder-scheidt men als voornaamste~ de volgende: A.Voor adsorpte van gassen en daDpen.

Behalve in gasmaskers, dient actieve kool ook nog voor het winnen van benzine ui t aardgas en s:L:1nthese gassen(Fischer-Tropsch)

j

'

Verder ook voor het Voor het winnen van benzoterUgwinneY1l en b~ envan zine uit lichtgas gebruikte vluchtige oplosmiddelen, en cokesovengas. ZUlveren van gassen als verwijolng van S-verbindingen en andere ver-ontreinigingen.

VàA~luchtzuivering bij airconditi,oning inrichtingen. B. Voor ontkleuren en zuiveren van vloeistoffen.

b.v. Zuiveren van suikerstropen, bleken van vetten en minerale olie, verwijderen van verontrein~genMR uit allerlei voedingstoffen en chemische producten.

Verwijderen van smaak-reuk-en kleurstoffen bij de waterzuivering. Regenereren van gebruikte smeeroliän e.d.

Verwijderen van dure metalen als Ag en Au uit oplossingen. C.Als kataljsator en drager van katalysatoren.

b.v. als katalysator bij de fosgeen bereiding en als drager van

hLJdro-generingskatalysatoren. Ó

D. Voo~ medicinale doeleinden.

Aard en eigenschappen van actieve kool.

Onder actieve kool verstaat men stoffen, die voor een groot deel uit koolstof bestaan en een zeer groot ab-of adsorptie vermogen vCl~/l.andere

stoffen bezitten.

Voor het adsorptievermogen zijn de volgende eigenschappen van de kool van groot belang:

l.~m% Het grote oppervlak per gewichtseenheid. Voor actieve ko~l vond ~~. voor dit oppervlak een waarde van de orde van gFootte van 650 m / gram.

L

2.De positeit van de kool.è.w.z.de capillaire ruimte per gewichtseenheid.

Een maat voor deze porositeit is het verschil in schijnbaar en werkelijk s.g.van de kool.

I

_{I •}

I

1

Hieruit berekent men, dat de porositeit van actieve koolsoorten 80-85% bedraagt.

3

.

De doorsnede van de capillairen.

\

Voor het optreden van capillaire condeYlsatie blijkt het nl. nood

-zakelijk, dat de capillaire doorsnede

<

100

r

is.

4.

De korrelgrootte.

2.

Door de deeltjes grootte verdeling, wordt ook het oppervlak bepaald.

Men heeft de d,seItjes grootte ve. een groot deel zelf in de hand doo r een maalproces. Anderzijds wordt men beperkt, doordat hij een te kleine grootte de~deeltjes het filtreren of bezinken van een ontkleurings

-kool moeilijkheden oplevert of doordat bij gasolie de weerstand v.a~ gasdoorgang te groot wordt.

Deze eigenschappen betreffende de ~E±tE physische structuur van de kolen.

Hiernaast speelt ook de chemische samenstelling nng een rol.

Het blijkt nl., dat het element C wel zeAr geschikt is voor het vormen van een dergelijke structuur.Lange tijd meende men, dat deze C dan ook nog van dierlijke oorsprong moest zijn en werden

~ koolsoorten als "bloed" -"dier"- "leer"en beenderkool, die actiever waren dan houtskool veel gebruikt.

Het geringere adsorptevermogen van houtskool is gebleken een gevolg

te zijn van het verstoppen van de poriän in het 0 skelet door teerachtige producten, die bij het vercokingsproces ontstaan. Bij de tegenwoordige bereiding wordt dese teervorming vermeden of worden de te~rvormige

producten door een nabehandeling verwijderd.

Na deze behandeling of activering bezit de kool door het~~eel hogere C gehalte ook een veel groter adsor~~~ermogen d~ beenKool e.d.

Het C gehalte der actieve koolsoorte~n 85- 98%. .

Een groter 0 gehalte maakt een kool actiever als de C in amorfe toe

-stand voorkomt.

Steeds bevatten actieve koolsoorten ook nog waterdamp en as.

Grondstoffen voor bereiding van actieve kool.

Alle minderwaardige organische materialen zijn als grondstof voor actieve koolbereiding voorgesteld.

Op dit gebied bestaat een groot aantal patenten en worden o.a. als zodanig genoemd. Allerlei plantaardige en dierlijke afval, gummi en leerafva,l, lignine, sulfittloog, afval V811 hout, vruchtenpitten,

straat-vuil enz.

In princi:e:pe is ieder koolstofhoudend materiaal bruikbaar, dat eerst aan een verkolingsproces wordt o'derworpen, waarna het verkolingsproduct wordt geactiveerd.

Voor een technische bereiding op grote schaal van actieve kool komen

echter alleen grondstoffen als kol en, hout, turf, cokes, bruinkool en eventueel vruchtenschalen in aanmer1üng.

Soorten actieve kool.

Afhankelijk van de grondstof

mil

de wijze van bereiding is het aantal actieve koolsoorten zeer groot.

Kolen voor het behandelen van vloeistoffen worden meest in poedervorm in de handel gebracht, terwijl kolen bestemd voor gasadsorpte korrel-vormig worden gebruikt.

Fen bepaalde soort kool is meestal specifiek voor een bepaald doel.

In de ha.ndel word":n deze kolen. meestal met speciale namen aangeduid,

zonder dat deze echter precies de eigen.schappen, herkoTst en sa"' en-stelling weergeven.

Vaak komt het voor, dat een zelfde kool onder verschillende namen

in de handel komt of dat verschillende kolen onder dezelfde naam worden verhandeld.

kolen nog i n diverse special e soorten voorkomen.

l\Ten onderscheidt dus b.v.:

Morit, Carboraffine e~z. nog in dt e soorten

Standaard, Superior, Supra, Extra, 0, 00, LOO, PO erz.

Activering van kolen.

~.

g,8B:l-e-

(}p

pagina 2 IreedsJwert3mede ee de eld, dat de kol en word en geactiveerd

doordat men het op het oppervlak van de amorfe kool geadsorbeerde materi

-aal ver·,ü jderd. Er is dus eenzelfde so-::rt proces nodig, als wanneer men een gebruikte ko:"'Jl opr..ieuw voor gebruik geschikt wil maken.

De eenvoudigste manier van activering is het verhitten van de kool, . waardoor het adsorptievermogen achteruitgaat en waarbij , als het g

e-adsorbeerde materiaal verdapt wordt, dat wordt uitgedreven.

Dit wordt o.a. ,toegepast bij het reactiveren van kolen, die b.v. benzol

hebben geadsorbeerd, door deze te behandelen met stoom.

T,,':"en kan ook trachten de geadsorbeerde stoffer." met behulp van een chemisch

oplos iddel te verwijderen, wat b.v. geschi edt in de suikerindustrie waarR-e:- r.Jer: de beenderkool na gebruik door uitwassen met HCL oplossing weer bruikbaar maakt.

Deze vrij milde behandeling i s echter bij de activeri ng van de kolen meestal niet voldoende. ~oor verhitten alleen wo~dt de temperatuur

niet hoog genoeg, om de geadsorbeerde koolwaterstoffel'i te verdampen. De kans is zelfs groot, dat deze ontleden en de afgescheide~ C. de

po-riën juist gaat verstoppen.

De activering vindt daarom al s vol gt plaats.

1.Verhitten van de kool met lucht.

De aanwezige zuursto.f verbrar,d t de gead sorbe (~rde stoffen tot CO, COt en HoZ

°

Het nadeel is, dat ook wat van de C mee verbrand , zodat de reactie dus

materiaal kost. De reactie wordt meestal uitgevoerd bij 400-500~ Ze is makkelijk uitvoerbaar omdat ze exotherm is.

2.Activeren van de kool met stoom en gassen.

De werkwijze Det st?om ~s het eerst ~~pate~deer~ ~oor Cstrejko(D.R.P.

136792). Deze reactle vlndt plaats blJ S60-1000, lS endotherm en daar

-om moeilijker uitvoerbaar.

Bij deze te; peratuur vormt zich watergas. C+HlO~CO +H~~.

Bij de activering met CO: wordt het COJtoegavoegd in de vorm van een

carbo~aat ,dat bij hoge temperatuur ontleedt.Bij een temperatuur van

+1000 wordt CO. gevormd volgens C + CO;~2 CO (Bauduin).

In bei de gevallen kan m~n de oLtwijkende gassen opvangen en gebruiken als brandstof voor de ovens.

Het rendeme:r:t is 8-10 ~~ van de nog niet verkoolde grondstof.

3.Activering van de kool door verhittine met chemicalien.

Bij de tot nu t oe genoemde wijzen van aC~ï~~ gaat men uit van reeds

verkoold materiaal.Bij de activering met an men uitgaan van de ruwe grondstof.

Beschouwt men de lÏiR verkoling va:n de grondstof als een proces,waarbij water wordt onttrokken aan de ltoolhydraatvormige grondstof,dan is het

gemakkelijk te begrijpen,dat" sterk wateronttrekkende ~hemicalien een

een zelfde resultaat zullen geven.

/

Zo levert inderdaad de i nwerkine; van ~0-'i0P organische stoffen(bv.

houtzaagsel) ,na affiltreren en uitwassen met water ean actieve ko~l. Bv.wordt op die wijze het Collactiviet bereid.

Op een der gelijke wijze ontstaan door een behandeling met ZnCl~ oplos

-s "ngen de verschillend carboraffinen.

HJPO~en andere waterontrekkende chemicalien vertonen een analoge wer-king.

de Bro; dstof, van de mengv·.jThouding grordstof / chemycalie en van de de temperatuur waartoe het mengsel wordt verhit .

Behalve de genoe'~de cher,i~caliën word~ ook r og toegepast al '-alische

stoffen als KOH, NaOH, soda, potas , ~(alk en bariet, ve rd e r sulfiden, 11i t

ra-ten, silicatsr: en kiezelzuur.

Activering door alkaliën wordt b.v. toegepast bij devènw8-rking va~ de

sulfietloog.

Ook de bereiding van beenderkool kan men als eon chemisch~ activeringspr~

ces opvatten.

Door de chemische activering wordt het orgar:.is~h~_.materiaal eerst opgelost

en vervolgens wordt de C in vlokki ge vorm op het anorganische materiaal geprecipiteerd.

Van de oorspronkelijke structuur van het uitganfosmat eriaal is niets meer overgebleven.

Bij de actvsring mAt gas of demp wordt veel mirder diep inge~repen

en is in ds koler het skelet van het oorspronkelijke t e verkolen

materiaal r og goed waarneembaar.

Dit heeft tot gevolg, dat de met e;as er; dOT,p geactiveerde kolen veel

beter filtreerbaar zijn en alszodarig al s ontkleuri~gskool voor vloei-stoffen bijzonder geschikt.

De chemische geact iveerde ko~~~zijn minder goed te filtreren en worden daardoor meer toegepast als korrelvor~ige gasadsorptiekool.

Het adsorberende vermogen van de chemische geactiveerde kool is echter

groter.

Een verder voordeel van de chemische activering is de grotere opbrengst

Bij activering met damp bedraagt deze b.v. 8-10% van de ruwe g-eonclstof,

terwijl deze bij de che~ische activering wel ?5-30~ kan bedragen.

Fen verder voordeel van de chs. ische actvering kan zijn, dat men kan uit~

gaal' van eeY' grondstof E1et grote as"'''halte, diulthet mogelijk is deze

as tegelijk met de gebruikte chemi,c8Ii~n uit te wassén.

Techrische uitvoering van de acti "\rX:Eering.

Ook voor de uitvoerineswijze van de activ8rillg bestaan zeer veel patenten.

De uitvoering i s b.v • . ogelijk in retorten, die staand, liggend of

hellend zijn gApl aatst.

Het nadeel van de verhit-'-ing ij"' ret')rtel~ is, dat de t emperatuur van het

materiaal in het binnenste lager i s dan diel.4.n de buitenkant. Het product wordt dus ol~gelijkrD.atig behandeld.

Dit bezwaar werd door Säuer (~~p 412508) ondervangen, door dat hij het

poedervormige materiaal met f e activeringsgassen in zwevende toestand

do,)r h..:>t retort stuurde. Wannef-}r het nateriaal door de actveri vering poreuzer en lichter is geworden, wordt het bij Aen bepaald s.g. uit de reactieruimte mee(':evoerd en in de volgende ruiilten opgevangen.

IH Chem.~ng. pag. 110, 194" wordt door rIodel een dergelijke methode

beschreven, waarbij fluidization wordt toegepast, waardoor ook een goed

contact optreedt en ~ een uniform product wordt, verkregen.

Door Dressl er wordt de activering cont·,cYlu uitgevoerd in een tunneloveh,

waar wagens met het te acti ve~('e:n materiaal langzaam worden doorgevoerd. Deze wijze van werken kan dus zowel bij de chemisch~ als bij activering d

mpt gassen worden gebruikt.

Dit is ook h:t geval bij de activering in roterende ovens.

Ook hier is eer: zeer gORd gelijkmatig contact mogelijk. Deze contirme

5.

Keuze van het proces.

Het aantal koolsoorten dat men kan bereiden is zeer groot en uiteraard is het nodig om van de vel e mogelijkheden er een uit te ki 'zen voor een

nadere b~schr~ving.

Daar de gasadsorptiekolen de m-t118t :: cOllcurrenti;' ondervinden van andere

adsorberende stoffen lijkt de fabricage van deze soart het meest aan

trek-kelijk.Zoals hiervoor reeds is neegedeeld geeft een chemisch activeringsm~

methode hierbij het beste resultaat. Bovendien verkr5jgt men hierlmee de grootste opbrengst aan eindproduct.TIeze l aatste overweging i s echter

van ondergeschikt belang, omdat de pr~s van de grondstof slechts een fractie uitmaakt van die van het eindproduct,die van de orde van gr

oot-te van !l.-/kg. bedraagt.

Er wordt uitgegaan van tur:~', een grondstof, die in Nederland goedkoo'p .

voorradi g i s,en waarvan de prDs van de orde van gro~)tte van 2-3ct/kg.is.

Als activator wordt gebruikt ZnClz-oplossing,hetwelk de meest univer-sele kool blijkt te geven.

Het schem is in grote Enx lijnen ontworpen volgens de gegevens uit het

rapport FIAT.444,waarin de door de l .G. uitgevoerde procedés worden

be-schreven.

Uitvoering van het proces~

De f~ngemalen turf wordt gemengd met een ZnCl.t -oplossing en gekneed tot een pasta,die vervolgens wordt geperst door een mondstuk met gaatjes van 3 rrun diameter.De spaghettievormige draden brokkelen vanzelf af tot cylindertjes van 2-6 rrun lengte.

Deze korrels worden continu gevoerd in e8n rotersnde oven,waarin ze i n

tegenstroom worden verhit door een lucht-gasmengsel.Tegelijkertijd wordt

hier de turf gecarboniseerdktbij het hoger worden van de temperatuur de

ontstane kool geactiveerd door de evergaande gassen.'

Dank zij de aanwezigheid val' het ZnCl_t wordt bij de carbonisatie de turf

zodanig aangetast, dat zo min mogeliik C in CO en CO,t overgaat.

Het resultaat is dan ook,dat uit de oven een opbrengst van + 40-50% van

de droge turf wordt verkregen.

-'~ \ B~ de hoge temperatuur aan het eind van de oven wordt het ZnCl z voor een

""I",

deel ontleed in HCI en Zn( OC]) • Het HCl verdwijnt met het verdampte wa

-~ "_/' ter in de rookgassen en word"t hieruit teruggewonnen.

\P.:~ .J: De verkregen kool word t vervolgens bevrijd van Z11Cl" en ZnO door ui

twas-~~ sen met verdund HCI en daarna met H~O.

I \l.tyl:~I.). De wasvloeistof ,een verdund zure ZnCI,z oplossing wordt geregenereerd en

~ opnieuw gebruikt. .

De uitgewassen kool is na uiiwaxEEE drogen geschikt als gasadsorptiekool.

Wil men een kool van zeer speciale kwaliteit bv.voor gebruik in gasmas-kers, dan wordt de kool na drogen nogmaals geactiveerd bij hoge

tempera-tuur met st oom.

Na drogen en eventueel tweede activering wordt het product door zeven

gesorteerd.

Ma.teriaal balans.

Het getekende schema is gedacht voor een· fabriek met een dagproductmm van + 2 ton gasmaskerkool of 3-4 ton gewone gasadsorptiekool.

In beide gevallen wordt uitgegaan van 8 ton droge turf.

Bedraagt het vochtgehalte van de turf ~251o,dan is voor de bereiding nodig

4/3 )( 8 X 1~24 =4/9 ton vochtige turf per uur. .

Voor

het~

gasmaskerkool wordt dit gemengd met een gel Uke hoeveelheid 50%-ige ZnCl~-oplossing,(2/9 ton ZnCl~+ 2/9 ton H₂

0)

.

B~ de bereidlng van gewone adsorptmekool wordt 2 maal zoveel ZnCI~-oplos­

sing gebruikt,dus4/9 ton ZnCI.t + 4/9 ton H 0 per uur.

oxy-6.

chloride en HC1.Het ontwijkende HBl wordt grotendeels uit de rookgasseJl teruggewonnen.

Ongeveer 40-50~ van het gewicht aan droge turf verlaat de oven ±m ge-mengd met ZnCll. en ZnO .Na uitwassen van deze chemicalien bljjft dus Olil-geveer 150 kg -kool over,die is ~ verzadigd met water.

Volgens de evenwichtsvochtkromme van een koolsoort bedua%gt het water-gehalte van kool bjj aan waterdamp verzadigde lucht bjj 20 46 %(Ztschr.

f.Angew.Chem.34 369 1921 en 36 57 1923) .

Men kan dus wel aannemen,dathet natte product + 50 <jo water iaih

bevat-ten.Verwjjdering van dit water levert dan dus l50-kg gewone adsorptiekool

bv.geschikt voor het terugwinnen van vluchtige oplosmiddelen.

Wordt na drogen een tweede activering toegepast,dan verkrjjgt men onge-veer 80 kg product.

De b~ deze tweede activering gebruikte hoeveelheid stoom bedraagt 3 kgf

kg eindprodu~t.

Uit deze kool zjjn ook de laatste restjes HCI volledig verwjjderd.

Eventueel wordt deze kool nog geimpregneerd met stoffen,die de geadsor-beerde gassen onschadelijk maken. Di t geschiedt ous bij gebruik :Dm als

gasmaskerkool.

Het eindproduct wordt i n beide gevallen nog in fracties gezeefd.Het te fijne product(10-15%) kan nog dienen voor ontkleuringskool.

Beschrijving van het schema.

De gro.rJ.dstof tur '" wordt in de vorm van balen turf strooisel of als stuk-turf via de transportband 1 aangevoerd. Va11 hieruit gaat ze i E. de

hamer-molen 2,waar het wordt verpulverd, tot het door de mazen van een rooster

(diam.3mm.) i n de opslagruimte 3 valt. Van hier uit kan een bepaalde

hoeveelheid via het weegtoestel 4 i:r_ een JGleder 5 (b.v. Werner Pfleider

-er Kneter) gebracht worden. In deze kneder wordt via het meetvat 7 de

bevodigde hoeveelheid ZnC~- oplossing uit h~t voorraadvat 6 toege-voegd. Nadat de oplossing en de turf goed dooreen gemengd zijn, wordt

de verkregen massa via een transportband en een kaar 8 i n ~~n der

cylinders van de pers

9

gebracht, waarna het hydraulisch onder een druk

• van 200 atm. door de 3 mm wijde gaten van het mondstuk van de cylinder

wordt geperst. Het geperste materiaal, dat aanstrengen uit de pers

komt, maar bij het transport vanzelf breekt in stukjes van + 0.5 cm, wordt via een transportband gevoerd in de roterende oven 10.

Deze oven wordt direc~ gestookt met gas en overmaat lucht. ~

De temperatuur der gassen bij het binnentreden der oven is + 800 ,

terwijl de temperatuur aan de uitlaatzijde, dus waar de kool binnen

komt + 400Dbedraagt. Het mat eriaal gaat in de tijd van ongeveer lt-2uur

door deze oven en verlaat deze via de koelbuis, die rechts boven de

tekening in doorsnede

(

A

-B)

is weergegeven.

In

deze koelbuis moet het

materiaal afkoelen tot minstens beneden zijn ontbrandingstemperatuur

(+ 300-350) Uit de koelbuis wordt het gekoelde materiaal via de tran spor-teur 11 naar één der uitwastanks 12 tlm 18 gevoerd.

Hier wordt de kool in tegenstroom uitgewassen met verdund HCl en ve r-volgens met sckoon water.

Het wassysteem is als volgt gedacht:

23 is een voorraadbak voor wasvloeistof ( verdund HC1). Alle tanks kun

-nen via een driewegkraan op de wasvloeistof toevoerleidi ng worden

aangesloten. Dit is steeds met één het geval, stel met nummer 13.

Doordat ieder der volgende taru{s iets lager is geplaats;,zal als 13

geheel met vloeistof is gevuld de vloeistof vanzelf lopen van 13-14-15-16-17-18. Hierbij i s het natuurlijk nodig, daJ~ de verbindi ng aan de onde~1

kant van de tanks met de afvoerleiding van de wasvleeistof door de ge

-tekende driewegkranen zo zijn afgesloten, dat de onder kant van de kI%x

tanks met de toevoerleiding van de volgende is verbonden.

- - - -- - -

~-7.

kringloop voor de vloeistof is gesloten.De driewegkraan onder aan 12

staat niet met 13 in verbindig,ma~r met de afvoerleidi~g en de vloei-stof wordt afgevoerd via pomp a naar bak ~4.

De vloeistofstroom is dus van 13 over 18 er l? naar 24.Door omschakeling

van de kranen wordt de volgorde 14 over 18-12-13 naar 24 enz.Het is dus

mogelijk, de wasvloeistof in de genoemde richting door alle tanks te

sturen, terwijl men bij een willekeurige kan beginnen en bij , ~ n der

voorgaande .k eindi gen.

Bij de uitvoering wordt d e wasvloeistof door 5 tanks gevoerd, terwijl de

6de onderwijl wordt gevuld en de 7àe gelost. De tijd van een cyclus is

8 uur, zodat één tank de productie van 8 uur moet kunnen bevatten.

Fen vulling blijft dus gedurende 40 uur ir een tank.

Wordt b.v. tank 13 gevuld en 14 gelost dan vindt de toevoer van vloeistof

plaats in 15 en stroomt deze via 16-17-18-12 Iaar 24.

In dit geval is 12 pas gevuld en ontvangt dus de meest gebruikte

stof, terwijl 15, die aan de beurt van leegmaken is met de verse

vloei-stof wordt behandeld.

Tijdens de laatste 2 uur van een cyclus wordt H₂0 in plaats van verdund HCl als wasvloeistof toegevoegd.

, Wanneer 13 vol is, wordt de vloeistof toevoer naar 15 gesloten. De afvoer

van 12 wordt met 13 verbonden en de afvoer van 15 wordt na sluiten van c

en openen van d via pomp a verbonden met de toevoerleiding, terwijl

kraan e wordt gesloten. De vloeistof uit 15 wordt langs deze weg naar 16

gepompt. Is'de vloeistof uit 15 verwijderd, dan worden c en e weer

ge-opend en d gesloten. Na openen van de toevoerleiding boven 16 loopt de vloeistof via 16-17-18-12 ... 13-24. Intus~en is de ko')ltoevoer uit 11

aan-gesloten op 14 en wordt 15 gelost. Op dez~lfde manier worden

achtereen-volgens 16, 17, 18, enz. gelost en gevuld.

Cyclus van het ZMCl~.

De afgewerkte wasvloeistof bestaande uit een verdunde ZDC1₂en HCl

op-lossing wordt gepompt in bak 24. Hier wordt ZnO of Zn toegevoegd, dat

in het vrije zuur oplost en aldus het bij het proces verloren gegane

Zn aanvult. In de kool blijft n.l. steeds iets ZnCl~ achter.

De ZnCl oplossing wordt door indamping weer op de goede stpr~te ge-bracht. Het indampen vindt plaats in dr; verdamper 25, waarin de

vloei-stof onder vermir.derde druk wordt verwarmd. Eet vacuum wordt verkregen

door 25 te voorzien van een wa~erejecteur.

De ingedampte oplossing wordt via f TIaar de gesloten voorraad tank 6

getransporteerd, welke via een aparte aansluitirg ook op het vacuum kan ~orden aangesloten. Via leiding g kan een eventueel te sterke

oplos-sing in 6 worden verdund door rechtstreeks oplossing uit 24 toetevoegel't.

Cyclus van het HCl in de rookeassen. ,

Door middel van een venti18.tor worden de rookgassen uit oven 10 gezogeJl

en gestuwd in een met water gl!xrllii::l! gekoelde buizenkoeler

20,

waar de gaee

sen tot beneden lOO'€worden gekoeld. De waterdaTp en HCl condenseren tot

verdunde HCl oplossing, die beneden wordt afgevoerd. Na de koeler wordt

het gas nog door een mistvanger geleid, waarin zich kool bevindt om even- i

tuele HCl nevels te binden.Dit Hel wordt met water, dat over de kool '

wordt gesproeid bij de verdunde HCl oplossing gevoegd.

Om deze van eventuele teer te bevrijden, wordt de zuuroplossing

gecentri-fugesrd in een Sharpless cer.tri~uge. Het zuur komt in tank 22 vanwaar het

door een centrifugaalpomp wordt gevoerd naar bak 23. De electrisch

aan-gedreven centrifugaalpomp word t bediend via een vlotter en slaSl.t dus af,

als het niveau in 22 een bepaalde laagste stand bereikt.

De verliezen aan HCl worden in 23 gecompenseerd door toevoeging van vers

HCl.

De rookgassen dienen als bra:r.dstof~IJ[x voor het ketelhuis.

De uitgewassen kool wordt met wagentjes 19 gebracht naar de 2de

I • I

I

"

I

'"

I

I

I

I

I

I

- - - --- -8.

Mfx~xx droger voor de berp.iding van gewone gasadsorptiekool.

Wil me~ beide tegelijk maken, da~ is het nodig om 2 istallaties als tot.

nu toe beschreven te hebben, die o,p dezelfde manier werker:, alleen

ver-schillend in mengverhouding turf I .ZnC1_{1 •}

Voor de bereiding gaat de nat+e kool via 26 in de roterende droogtrommel 27 en vandaar rechtstreeks in de 2de activeringsoven. TIe activeringsove~ wordt gestookt met ga~ zonder overmaat lucht en per kg eindproduct wordt 3 kg over verhitte stoom iYtgevoer~. TIe temperatuur. in de"OVeR verloopt van rechts naar links van 800~400v. TIe warme gassen wordelI na toepassing

in de droger na8r het ketelhuis geleid, ten behoeve Van de stoomproductie. De droger is voorzien van horizontale schotten om de koolm over een gro -ter oppervlak uit te spreiden (doorsnede C-TI) Ook de doorsriede van de vuurvaste voering van de oven vertoont inspringingen, waardoor het ma

-teriaal bij het roteren naar boven toe wordt meegevoerd . Het materiaal ~ glijdt dus niet langs de wand, .maar valt werkelijk door de ovenruimte

hetgeen het contact met de act'verende gassen ten goede komt .

De geactive~rde kool wordt via een koelbuis afgevoerd en bij 29 gezeefd. Het voor gewone gasadsorptiekool beste~de natte product wordt geleid

in eer droogtrommel 32, die wordt verhit met de warme rookgassen uit het

....

J

Berekening aan d~ droger '32.

H~t drogen v~n aan m~teriaal wor~t b3vorjard door een groot opp.~­

vlak van h~t t9 drogen materiaal.Het is echter noodzakelljk,dat

dit grote oppervlak ook toegankelijk is voor de drogende gassen,

Di t is nu het gevat bij de roterandr'j drogers .Het materiaal wordt

t~dens het roteren meegenomen en valtx telkens weer'door d. drog~­

ruimt9,waarb~ steeds ni.uw oppervlak wordt blootgesteld aan de ~ .

straling en convectie van dG door de droger gaande gassen.

Behalve de continue werkwijze is dan ook het hoge rendement van dL

toegevoerde warmte •• n voordeel bij het gebruik van .en roteren'e

droger. ~

Het rendement kan nog varieren afhankelijk van de Wan verwarming van de droger.

In z~n eenvoudigste vorm bestaat de droger uit een iets hellende

horizontale cylinder,waar~ de warme gass8n(bv.warme lucht) in

tegen-of gelijkstroom met,het te drogen materiaal

word&fdoorge-stuurd.Wann.er de te drogen stof dit kan hebben,is het voordelig

om im plaats van lucht voor te warmen,direct de warme verbran~­

dingsgassen door de droger t8 sturen.ln dit geval verkrijgt men

uiteraard een groter rendement uit de gebruikte brandstof.

Behal VEt een direct a kan 4men ook 'een indirecte verhi tting van de

droger toepassen.Hierdoor wordt natuurlijk het rendement verlaagd

Dit kan men echter weer verbet~r9n door een gecombineerd

direc-te en in'iirecte vlrwarming te gebruiken • .Ji t voert men uit in een

dubb lwandig uit~evo~rde cylinder,waar de gassen eerst door de

buitenmantel en vervolgens door de binnenruimte gaan.

B~ de geschetste droger 32 ~s het ket meest g schikt,om 1. in

het k.telhuis b~ de stoomproductie ontstane warme rookgassen

voor de drogin~ van de kool ta benutten.

Hoewel het ~ toepassen van tegenstroom bij het droogproces

min-der voordelen biedt dan b~ d. gewone warmteuitwisseling,o.a,door

dat de gedroogde stof de droger verlaat op een hoge temperatuur

en dUB wa~. verloren doet gaan,wordt dit principe hier toch

toe-gepast.

ne gebruikte gassen zljn ontstaan door de verbranding van watergaA

en hebben dus een vrij hoog wabergehalte.D8 intreetemperatuur is

3000_{C(5720F),deze moet nl,bened.n de ontbrandingstemperatuur van}

de kool liggen.Uit .en vochtigheidsdiagramkan men aflezen,dat %

in dit geval de verzadigingstemperatuur van het gas nadert tot

100oC.Om condensatie van waterdamp uit de rookgassen be ve~den

moet m n deze niet tot beneden lOQoe laten afkoelen.

T~dens het drogen zal nu het volgende plaats vinden.Het inkom ne

materiaal wordt aanvankelijk opgewarmd, zonder dat nog veel water

verdampt.Heeft de kool zijn zg.na~~~poltemperatuur,die in dit

ge-nadert tot het kookpunt van wat.r;aàn blljft d@ temperatuur v rd.~

practisch constant totdat alle water verdampt is.

H.t is in dit geval niet zo erg,dat ~. droge kool de drog r b~

1000e verlaat,omdat de gassen toch ni~ beneden 1000e afgekoeld

kunnen worden.

Men kan nu het droogproces beschouwen als een geval van warm=

t. overdra.cht.

&m

ne

nodige gashoevgelheid %. is t. berekenen uit een

enargie-balans,waarbij men de door de gassen afgestane warmte gelijkst~lt

aan de warmte resp~nodig voor het opwarmen van de kool en het ge

adsorb.erde water en-voor het verdampen van het water.

Volgens pag.6 wordt 150kg kool + 150kg water in de droger

toeg@-voerd.Daa.r d. kolen in de handel ~ 10% water bevatten,willen we

- - - _ . _ - - - -- - - -

-•

Hiervoor hebben we da volgende warmtehoeveelheden nodig: a.Verhitten van loOkg kool van 20 0-100 0C(s.w.0.24 Cal./~g)

1 0.

150 x 80 xO.24

=

2880 kcal

b.Verhitten van 15 kg wa.ter van 20 0 -1000e 15x80 = 11200 " c.Omzetten van 135kl watar van 20° in stoom van 110~

135 x (537 + eOxl + 10xO.5 )

=

$88670 ti

Per uur toe te voeren 90750 kcal

st.l het rookgas is ontstaan door volledige verbranding van wat.r

gas:eO+H2 jt +02 + 4N .... ~ ~e02 + I.l. 0+4N

~ , ~t n

Nemen we aan dat per mol. gas reeds !mol H2S aanwezig was,dan wor4T

d. samenstelling:

°

'<J. kg s.vV. (:300-110 ) 1l'mol.e0₂ 44

e

.46 - 0.50 2 _{mol.H 20} 36 0.46 - 0.48

1

mol.1₂

112-

0.25- 0.27 7 mol 192 kg g~m./kg: 0.48 0.47 0.26

Totaal a.antal Cal/k~

°c

21.12

16.92

29.12

67.16 kcal/O($

in dit

t9mperatuu~g.-O. g()middelde soortelijke warmte der gassen

bied is dus 67 .16 /19~3 = 0.35 kcal/kg/OC.

B~ afkoelen van de gaasen tot 1100e is dus

90750/(300-l10)XO.;35=1365kg rookgas per uur nodig.

Het molecula~rvolume van gaasen b~ ~OOo bedraagt 573/273 x 22.4 = 47.0 kmali m /kmol.

1 kmol gas weegt 192/7= 27.4 kg. .

Het a.g.der gassen bij 3000~ is dus 27 .• 4/4~.0=0.58kg/m3.

Ir zijn per uur dus nodig 1.565/0.58=2336 m warme rookgassen. Stelt men de uitstralingsverliezen op ~101,dan moeten er rond

;3

26ge m gas/uur in de oven gestuurd worden. Oe afmetingen van de droger z~n nu niet zonderm.er te berekenen. In de formule voor de warmteovsrdracht Q = h~t zouden we de coefficient h en het beschikbare oppervlak moeten kennen.

Het meest gebruikelijk is nu ,om hA in z~n geheel te bepalen. Oe waarde hiervan is evenredig met het volume van d~ droger van e.n

bepaalà typ •

Het beste is om met hat te drogen materiaal e.n droogproef uit te voeren in •• n droger van het gewenste type en liefst onder d~zelf­

de omstandigheden.

Volgens het rapport FIAT 444 gebruikt men in dit geval •• n drog r met .en diameter van lm en • n lengt. van 5m,

Ooor de diameter wordt de gassnelheid vastgelegd.Een grote gasBà snelheid bevorderd enerzijds een goede warmte overdracht,maar aan l

de andere kant mag de snelheid niet zo groot z~n,dat het materiaa~

wordt weggeblazen. ,

Aan het warme eindli bedra.agt d. lineaire snelheid 2600/,riJ2/4/36ge 0.92m = 92cm/sec.

Is uit een droogproef g~blek~n,dat het nodig is, dat het mAteriaal

l~ min. aan de inwerking der drooggass n wordt blootgesteld,dan is deze v.rbl~ft~d in te st ,ülen door variatie van de helling der droger en door~otatiesnfjlheid ervan.

Ooor een grote rotatiesn.lheid wordt d. capacit.it van de drog r v.rgroot,doordat d. kool ve19 malen wordt me9g nomen en weer door d. droo~ruimte valt.Het aantal omwentelingen wordt echter -beperkt door de m centrifugale kracht welk d. d.eltj~s ondervinden.

Oeze kaacht is mv2/r,m=G/g ,v= 2Tnr/60 (n= aantal omw./min.)

Oe de.ltj~s zullen ni.t m.er var; d. wand loslaten ale ! \ ~ '= G,dUs~~~\.:...

U'.

t)1..t_ .J.f/~S~o,

LIL

:

o.f'nlo).

I!.

~ "1'l..){6D ~ LIY.~.J"tx _p.r

1'\. .... _::.. V '7AI.i.)' In;::: 1./~.3 1,7 ... , ... , •

... .J /(~"".

..

\

_ï

11

Wor1t n ongev •• r

la

x zo klein g~nomen,dan wOBdt da centrifugale

kracht al 100 x zo klein en is dus wal be verwaarlozen t.o.v.het

gewioht der de.ltj.~. _ _

We ki zen dus n = 4 omw./min.

B~ het draaien worden niet alle de~ltjes geheel tot boven toe m e

-genomen.Gemiddeld vallen ze bv. 0.8m i.p.v. lm.

Per omw.worden ze over .on afstand vanO.8xtg~ in d. lengterichtinq

van de cylinder verplaatst, als deze ~- (

staat onder een hoek rA.. --- b\).~N"

De totale lengte is 5m. ~~. ~A-o-~.

Deze moet in 15 min. worden afgelegd. _ _ ..---- . _."~:..- <l

Dus is nX15xO.8 xtgol =5.

tg" =5/48=0.1042

äa V\

~e droger mo t dus onder e.n hoek van~60 worden geplaatst.

Literatuur.

O.Kausch Die Aktiv8 Kohle und ihre Herstellung Und Verwend*ng

In dit werk wordt een uitgebreid overzicht gegeven over

de literatuur tot 1928.

G.Bailleul,W.Herbort & E.Reis8mann Die Aktive Kohle.

O.Wohryzok Die aktiviert.n Entfarbungskohlen.

A.E.Williams Tho ENgineer 159 203(1935)

A.Godel Chom.Eng. pag.l19 (1948) •

Voor de berekening

Perry Chemical Engineers 'Handbook . _