Oxaalzuur II

OXAALZUUR II.

J.

Visser

Delft,November

t

q5I

.

1.1-- ---.:,--- - - . -VACUlJMfIL!ER 1 DROGER VAC UUMFILTER 2 oxaatzuut OXAALZUUR 2 J.VISSE.R

r

Literatuur:

1

-Encyclopedia of chemical technology

door

R

.

E

. Kirk en D.F. Othmer.

Vol. 0, blz. 877 e.v.

der technischen Chemie

door

F.

U11mann, 2e. druk.

Band 1, blz.

33

0 e.v.

Band 5, blz.

426

e.v.

Band 8, blz. 217 e.v.

Rapport F.D.

329~46 (microfilm)

F.I.A.T.

1307

B.LO.S.

033

C.1.0.S.

D.R.P.

XXXIII

-

31

229116.

Technische bereiding van oxaalzuur.

Algemene

Inleiding.

- - - '

-De

verschillende bereidingsmethoden van oxaalzuur kan men indelen naar

de aard der koolstofbasis.

W

e onderscheiden

onmiddell

ii

k twee hoofdgroepen,

n.l.

,

le.

De

CO gas-basis (uiteindelijk cokes)

2e. De organische C basis.

De tweede groep is onder te verdelen naar de aard van de C basis, b.v.

8acoharose, ligniae, stro, zetmeel, cellulose.

In het algemeen berusten de methoden der tweede groep

op oxydatie

van

het betreffende product met geconcentreerd salpeterzuur met of zonder

kata-lysator

(b.v. Fe-zouten). Een groot bezwa

s.

r van deze grondstoffen, vooral

zetmeel en saccharose, is gele

g

en in de sterke prijsschommelingen van deze

stoffen.

Ook van de overige

g

enoemde stoffen

a

ls

~rondstof

is men economisch meer

afhankel ijk dan met cokes als bas is.

W

ij hebben daarom een bereiding gekozen,.

waarbij cokes en loog de

g

rondstoffen zijn.

Proces.

Allereerst zullen

w

e t

w

ee bekende CO-loogprocessen aan een vergelijkende

beschouwing onderwerpen om tot een definitieve keuze te kO

lT'

en.

Proces

1)

ree. ct ies 1) Ca (OH)2

+ N~

S04

+

2CO _ 2NaOH

+

CaSO..

+

2CO

2NaOH

+

2CO

_

2HCooNa

+ ~

2) 2HCOONa

_

NaOOÇ

+ ~

3) NaOOÇ

+

Ca (O

H

)2

NaOOè

4)

C~...ooq

+

~ S04

OOC

NaOOC

--

;OOC

2

Ca,OOc

+

NeOH

HOOC

~ I +

CeS04.

HooC

Proces 2)

reacties 1) NaOH

+

CO

~

HCooNa

2) zie verderf reacties van proces 1.

De

grondstoffen CaO en Nea 80

₄

bij

p

roces

1

zijn goedkoper dan de NaOH

bij proces 2. Dser staat tegenover dat er bij proces 1 grote hoeveelheden

CaS~

neerslag in de reactoren ontstaan,

w

elke op zichzelf al hinderlijk

zijn, terwijl bovendien voor reactie 2 een volkomen Ca-vrij HCCONa vereist is

in verband met explosiegevaar. Een volledige verwijdering van het CaS04 en

Ca·' ionen (met behulp van Nea CO

s

) is dus noodzakel ijk, alvorens men het

uit-eindelijk

g

evonden

Na-~ormiaat

la

e

t uitkristalliseren. Verder zien we, dat

2

-bij reactie 3 NaOR vrij komt. Brengen we deze NaOH dus in recycle, dan is

proces 1 getransformeerd in

proces

2.

Uit de reactievergelijking volgt, dat er evenveel

NaOR

vrij komt als er

aanvankelijk nodig is. In de

practijk

is dit natuurlijk niet helemaal waar.

Er treden verliezen op

tengevol~e

van onvolledige reacties.

We

moeten zeer

zeker NaOH suppleren.

Geheel anders wordt

de

kwestie bij een oxaalzuur fabriek, die naast

oxaalzuur relatief grote hoeveelheden mierenzuur produceert. Een deel van het

Na-formaat wordt dan

met

behulp

v~n

zwavelzuur in mierenzuur omgezet, waarbij

we dus geen NeOR terugwinnen.

Op grond van bovengenoemde overwegingen en het feit, dat het in onze

bedoeling ligt uitsluitend oxaalzuur te fabriceren, hebben

we

de

voorkeur

gegeven aan

proces

2.

De

productie is gesteld op ca. 6000 ton per jaar.

,--- :3

-Oxaalzuur II.

Bereidin~

van oxaelzuur 2Ha

0

uit Na-formiaat.

Inleiding:

1)

2) 3)

Bij

dit proces vindenode

vol~ende

reacties plaats.

2HCOONa

3S0-400

C.

.

Ç-OONa

+ ~

>

C-OONa

Een nevenreactie is

2HCOONa

~

_{NSa Cû:3}

+

CO

+

Ha

Nea Ca 04

+

Ca

(Cli)2 - ,. CaCa

04

+

Ha

SO..

-CaCao.

+ 2NaOH

Ca 030..

+ RG Ca

B.&

•

De

aanvoer bedraagt ca. 1100 kg.

Na-formiaat

per uur.

Om

nu de grootte ven

de verschillende apparaten te

kunnen

vaststellen, is het

nodi~,

dat we een

stof-balans opstellen. Deze stof-balans kan niet volkomen exact zijn, daar er te

weinig

ge~evens

bekend zijn in de literatuur. Op bepaelde plee

.

tsen van het proces zijn

daarom verschillende aannamen

gedaan

.

-,

({'~t1S' -~5/?+,

; ~o

maken

,

zal eerst

Ickd , ,J

J

v..',JIl(. ,

,

I

>

-r

Y4' .... O r-·--·

j'1a.~

.

/

ÁIh

~

c~l1h,.t"'JC.2.

I

1\ 1 ___

1--__

>

o1(a,,!u~~~JI{

tJ \ :

\

T

_> _ I_ë{j..o;e". ,ç{ cJ"~'~"

De verwerking

V9.n

het.

Na

-for

miaat

tot oxaal zuur 2Rz 0

geschiedt

nu als

vol~:

In

de

oxalaatovens

wordt

het

Ne

.

-formiaat omgezet in Na-oxalaet. Daar dit

Ne-oxalaat verontreinigd is met

Nea

C~

en Na-f

ormiaat,

wordt

de gehele massa uit

de ovens

met water

in tank 2

ge9uspendeerd

.

Dae

.

r

Nea

C~

en Na-formiaat zeer goed

in

water

oplossen en

Na-oxalaat

niet, kunnen deze

verontreini~ingen

zo

verwij-derd

worden

.

De

suspensie

wordt afgefiltreerd

en uitgewassen. De oplossing en

het

waswater worden

naar oxaalzuur 1

gepompt

.

Het

neersla~

wordt

in tank 2 weer

met

water

gesuspendeerd en in tank 4

wordt

een

Ca(OH)a

suspensie bereid.

In tank 3

la

at

men de reactie plaats

vinden

tussen Na-oxaleat en Ca(OH)2.

Ne afloop van deze reactie wordt

het

Ca-oxalaat afe;efUtreerd en uitgewassen.

De

oplossine;

en het

waswater

,

die

beide

N~OH

bevatten,

worden

naer oxaalzuur

1

gepompt, waer ze voor de bereiding

v~n

Na-formiaat gebruikt

worden

.

Het

afgefn treerde Ce.-oxahat

wordt

in tank 5 gesuspendeerd met de

I

I

I

I

'

- - -

-- 4

-Deze suspensie wordt daarna gepompt naar de react ietank, waer ~ 030. toe~e­ voegd wordt. Na afloop van de ree.ctie wordt het CaSO. afe;efiltreerd en utte:e-wassen. De oplossing die nu ~ ~ 04 en ~ SO. bevat en het waswater worden naar de voorraadtank gepompt en vandaar naaI!' lrell trrrcuumverdamper. Vanuit de verdamper wordt de geconcentreerde oplossinl2: ns.e.r een koeltank gepompt en daar laat men

het oxaalzuur uitkrist.all iseren. De oX8.alzuurkristallen worden afl2:ecentrif'u-geerd en uit!!ewassen. De moederloog en het waswater worden naar tank 5 of de reactietank ~epompt.

Het oxaalzuur wordt in de oplost ank opgelost en na oplossen naar de kris-talliseerpannen gepompt, ""MI' men het oxaalzuur uit laat kristalliseren. Dee.rna

worden de kristallen weer 8r~ecentrifu~eerd en uitgewassen.

De

moederloo~ en het. waswater worden naar tank 5 of de react.ietank gepompt, terwijl het oxaalzuur

2Ha

°

in een droger gedrooe:d wordt. Stofbe.lans.

1) De oxalae.tovens.

2)

3)

Het ontstane Na-oxals8.t is voll2:ens de literatuur verontreinigd met onge-veer 5% Na-formiaat en 10% N~ CÜ:5. De aanvoer bedrag gt per uur 11123 kg. Na-formiaat. Dit geeft dus 55,5 ke;. N&formiaat

111.

°

kg. Nsa CO~ 908,- kg. N~ ~ 04

13 , 5 kg. ~ door de vorming van N~ ~ O.

24,5 k,~. CO en ~ door de vorming van Nlg

0

.

93.

In tank no. 1 wordt van deze drie stoffen een suspensie 2:emaakt met· ~ 0. OEJ.osbaerheid: Na-formiaat 44 e;. per 100 g.

Ha

°

bij 00 C.

NsaC~ 33 g. " " " " "200 C. Na-oxalaat 3 , 7 " " " " " 200 C.

Men suspendeert met b.v. 600 kg. ~O. Dit is ruim voldoende om de N~CÜ:5 en Na-formiaat volledig op te lossen.

De suspensie wordt afgefiltreerd en uitgewassen met 200 L. warm water. De

op-lossing en wasvloeistof bevatten dan 111,5 kg. NaaC~, 55,5 k~. Na-formiaat en stel 30 kg. Na-oxalaat.

Stel dat het neerslag nog 15% vocht bevat, 85% is 908 - 30 .. 878 kg. Na-oxa1aat,

15%

vocht is dus 165 kg. HgO. De oplossing en wasvloeisèof samen be-vatten dus 600 + 200 - 155 • 645 k~. H.a 0.

Deze oplossing wordt naar oxaalzuur 1 ~epompt.

4) Het gezuiverde Na-oxalaat wordt nu weer gesuspendeerd met 312 k!!. ~

°

in tank no. 2.

In tank no. " wordt 367 k~. CaO "ope:;elost" m.et 883 ke:. ~ 0. Dit geeft 485 kg. Ca(OH)2 en 765 kg. R,a0.

De

hoeveelheid CaO is berekend volgens de vergelijking

Naa ~ 04 + Ca (OH)2 ---- 2NeOH + Ca~

°

4 •

Deze twee suspensies worden nu naar tank :3 gepomï~~2waer de 878 kg.Na-oxalaat + 485 kg. Ca(OH)a ~ ke:.~O

reactie plaats vindt:

52' k~.NaOR+839 kg.

Ce.q~

Cè •

5) Het 6a-oxaleat wordt afgefiltreerd en uitg:ewassen. Stel dat dit neerslag e~eneens

15% vocht bevat, dat is 148 kg.

De loog die afgefiltreerd wordt, moet 28% zijn, d.w.7.. op 524 ke:. NaOR moet aanwezig: zijn 1348 kl':. HaO. Er kan dus uite:ewassen worden met

(1348 - 1232 + 148)kg. Ba0 • 264 k/!:.

1120.

6) Per uur wordt dus gewonnen 839 ke:. Ce.-oxalaat. Dit ken theoretisch leveren 826 kg. ~ Ca 04 • 2~ 0.

Dit is de werkelijke productie per uur, daar er bij de verdere verwerkine; geen oxaalzuur verliezen optreden, tenzij ten gevolge van ontleding, doch dit

is moei! ijk te schatten. Om de stofbe1e.ns nu verder op te kunnen stellen is

het nodig, dat we teruf! gaan werken, uitgaande van deze 826 ke;. ~

Ca

0 • • 2R,a 0.

Daarbij maken we gebruik van de volgende gegevens en aannamen. a) De beide centrifuges /!:even oxaalzuur met 7',5% vocht (aanname).

b)

pa

oplossing in de kristalliseerpannen bevat 55%

Hg

~ 0. t berekend als ~

Ca

0. • 2Rd

°

en 2~

Ba

SO. (ge geven) •

c) Bij de omzetting van Cac.dO. met BaS04 en CaSO. moet na filtratie een oplossing

- 5

-d) In de verdamper wordt de oploss ing in~ede.mpt tot 30% oxaalzuur 2Ha

°

(ge e;even) •

7) Centrifuge 2 levert dus per uur af 826 ke:. ~

Ca

0₄ • 2~0 met 7,5% vocht, d.i. 67 kg. ~ O. In de dro!!:er moet dus per uur 67 kg. ~ 0 verds!T1pt worden.

8) In oentrifuge 2 komt een zekere hoeveelheid oxaalzuur. Dear deze kristallen nog aanhangende moederloog bevatten, wordt het oxaalzuur uitgewassen. Stel met 200 L. H,a

°

van 200 C. Deze kunnen oplossen l'l ke:. oxaalzuur

2~

0. In de centri-fuge is dus ingebraoht 826 + 17 a 843 kg. oxaalzuur 2BaO.

9) In de kristalliseerpannen bevat 100 kg. oplossing 55 kg. oxaalzuur 2~0, 2kg. ~ SO, en 43 k!!..

li:a

O.

Stel dat men koelt tot 200 C., 43 kg. ~ 0 lossen dan op :3,7 kg. oxaalzuur 2~

o.

Er krist all heert uit 51,3 kg. oxaalzuur 2J:\a 0. De werkelijke hoeveelheid vloei-stof, per uur gerekend, is dus

~:3~

.

16,43 mael zo veel. Dat wil zeggen

1643 kg. oplossing, die bestaat ut\S 903 kg. oxaalzuur 2l:J2 0, 33 kg. ~ SO, en

707 kg. ~

o.

De moederloog 2 bestaet dus uit 707 ke;. ~ 0, 60 kg. oxaalzuur 2Eg 0 en 33 kg.

Ha

030, •

10) Centrifuge 1 levert dus per uur 903 kg. oxaalzuur 2~0 met 7,5% vooht, waar-onder 33 kg. P'2 So., de rest is dus 40 kg. ~ 0.

11) In de oplostank moet dus toegevoegd worden bij 903 kg. oxaalzuur 2~0. 33 kg. BaSO, en 40 kg. ~O, (707 - 40) kg. lidO - 667 kp;. R.a0.

12) In centrifuge 1 wordt het oxaalzuur uit!?;ewassen. Stel met 200 L. R.a0. Laat hierin oplossen 1'7 kg. oxaalzuur 2R~ O. Er is dus i.ngebracht in de centrifue:e

(90J

+

17)

•

920 kg. oxaalzuur 2Ha 0.

13) In de koeltank wordt gekoeld tot 250 C. Hier slaat in totaal 920 kg. ~

Ca

0, •

2Ha

°

per uur neer.

Wat de samenstelling ven de gehele oplossine:: is, zullen we hieronder be-rekenen.

In voorraadtank 1, voor de verdamper, bevat 100 ~~. onlossi.ng 20 k!!:. oxaal-zuur 2Ha 0, 16 k!!:. ~ S04 en

84

k~.

Ha

O. Na de 'ter damper bevat _à.e.~oplossing j~a%­ ~08elzuur,2~-O, 'd.w.z;,··20'kg. is. ~O<j,. 'Da -tobe.le 6plossing is dus 67 kg. F=eworden, bevatt ende 20 kg. oxaal z'<5ur 2~ 0, 16 kg.

Ha

;304 en 31 kg. Ha 0.

Nu koelt men tot 25 C. Stel dat in oplossing blijft 4 k~. oxaalzuur 2~0. In de centrifuge komt dus 16 kg. In werkel ijkheid is de product ie per uur 920 k~." dat is 57,5 maal zo veel.

De

koeltank bevat dus 57,5 x 67 k~. oplossing a 3852 kg. Deze oplossing

bestaat uit 1150 kg. oxaalzuur 2Ha 0, 920 kg.

Ha

050. en 1782 k!!:. Ha 0.

De moederleog bestaat uit 877 kg. ~ 030" 230 kg. oxaalzuur 2~

°

en 1782 kg. Ra O. 14) Samenstelling vloeistof voor de verdamper.

1150 kg. oxaalzuur 2~0 is 20%.

De

totale oplossing is dus 5750

kg.,

waarin 1150 k~. oxaalzuur 2Ha0, 920 kg. Ha

8

0..

en 3680 kg.

Ha

0.

15) In de verdamper verds.mpt per uur (3680 - 1782) kg. • 1898 kg. HsO.

16) Nu weten we ook hoeveel de moederlol1;en 1 en 2 en de wasvloehtoffen 1 en 2 bij elke.ar zijn, n.l.

707 + 200 - 67 + 1782 + 200 - 40 - 2782 kg. ~O

33

+

887 • 920 kg.

Ha

S(4

230

+

17

+ 60

+

17 • :324 k~. ~

Ca

04 • 2R.a O. Deze vloeistoffen worden gepompt naar tan k ' en de react,ietank. Bij deze moederloog wordt !!;evoegd de uurproduct'ie aan Ca-oxelaat, dit is 839 kg. en

148 kg. Eg O. 0

De

theoretisch b~nodi~de hoeveelheid zwavelzuur 60 B is 824 k~., bestasnde uit 179 kg. ~O en 640 ke:. HsSO,.

In totsal wordt dus bij elkaar e:evoee:d 3109 k~. HsO, lf56~ k!!:.

lis

SO, t

839 kg. Ca-oxa1aat en 324 ke:. oxae1zuu~2Ha0. Dit moet na affiltreren en uit-lf8ssen van de CaS04 een oplossin~ !reven, die 2070 oxaalzuur 2Ra0 en 16% Ra SO. bevat.

De samenstelling na de reactie is 31c:9 kl!;. Ha0, 891 k!!:. CaSO", 1151 kg. oxaalzuur 2~

°

en 920 ke:. ~ 050,.

Stel dat het voohtgehelte van het afgefiltreerde en uitgewassen CaSO, 15% is, dat is 158 kg.

Ra

o.

•

6

-20% is 1151

k~.,

100% dus 575n

k~. opl~ssi~~.

De

weterhoeveelheid

moet

zijn 5755 - 920 - 1151

= 3684 k~.

De

CaS04 moet dus uit e:ewessen

worden

met

3684 -

3109

+

158 • 733 k(!.

Ha

o.

<

Bespreking van de apparaten.

,fHS 14/t_

5eer;OIZn .

~.

2""~~ ~o

.

~ C~/~~Je

.t

Nu de stofbalans

op~esteld

is, is het mogelijk om de

~rootte

ven de

ver-sohillende appareten te berekenen.

Oxalaatovens.

Hierin vindt de bereiding van oxalaat met Ne-formiaat plaats. Door

Na-. 0 0 ·

"}

f'ormiaat bij 350 - 400 C. te verhitten, ontleedt dit in Na-oxalast en

H~ .

~i

Het Na-formiaat moet vrij ven Ca-zouten zijn, daar anders de

~tleding

explo-sief'

verl~opt.

De

a8nwezi~heid

van een kleine hoeveelheid (1%) NaOR werkt juist

gunst ig op de ontleding. De e1kel tfaakt n.l. dat het formiut sneller vloeibaar

is en schijnt ook nog een katalystische

werkin~ te hebben.

Een nevenreectie bij de ontleding is 2NaHCC2

~

Nea

C~

+

Ha

+

CO.

Deze reactie verloopt vooral bij te lage temperatuur. Lucht is eveneens

scha-delijk voor de reactie. Door te

werken

in

~esloten

ovens kan men de ontleding

laten verlopen in een Ha-atmosfeer.

r

Het zo

~evormde

Ne-oxelaat is een

buitengewoon

poreus product en het volume

is

vijf mael

~

els van de oorspronkeli5ke hoeveelheid Na-formiaat.

De

oxe-laatovens zijn cylindrische vaten van 1500

mmo

diameter en 1000 mm hoogte.

Ze bestaan uit een ongeveer 100 mm

ho~e

gietijzeren

pan,

waarvan

de bodem naar

binnen iets !!:ewelfd is. Alleen de I';ietijzeren pe

.

n is ine:emetseld en

wordt

door

een direct vuur verhit.

be-I

•

I .

7

-strijken het

gehele

bode

m

oppervlak

en na

beëindi~ing

ven de

reactie

wordt het

Na-oxe.1e.at door een zijdelings aan!l:ebrachte schuifdeur naar een transporte:oot

getransporteerd.

Boven

op het

apparaat zijn klapdeksels met scharnieren

aan~ebracht,

die de

oven los

afsluiten. Tevens is boven aen het apparaat een

afzui~leiding

beves-tigd, die in een naast het apparaat staande, met waterslot voorziene

schoor-steen,

uitmondt

en als

stofVan~er

dienst doet.

De afzuig1eidin~

is eveneens van

een klapdeksel voorzien. Bij een event.uele explosie zal het apparaat dus niet uit

elkaar kunnen springen. Het apparaat

wordt

met zoveel Na-formiaat gevuld, dat

de bodemoppervlakte met een le

.

ee: ven

CA.

5

cm

hoorte bedekt is. Dit komt overeen

met one:eveer 80

k~

Ne-formieat.

Ne. enkele minuten is het formiaat gesmolten en na nog

15

minuten vindt

onder een /!:rote volumevermeerderin/!: de

omzetting

tot

oxe.laflt

plaats. Het einde

van de reactie is te

zien

aan de grauwwitte kleur van de oxa1a

.

et massa en is

ook

te merken aen de specifieke brandlucr.t, die na de reactie optreedt.

De

aanvoer bedraae:'t; per uur 1112.5 kg Na-formiaat

·

.

Een oven kan per

uur

ca.

160

ke: omzetten. Er

zijn

dus minstens 7 ovens nodi/!:.

We

nemen er

ma

totaal

8. Het gevormde Na-oxalaat wordt via een transport goot naer tank

1

getranspor-teerd.

De

productie van 3 uur

wordt

in deze tank e:esuspendeerd met 1800 ke:. E20.

Het volume van deze suspensie is

on

geveer

;

3500

L.

Voor het volume van deze

tank is 6500

L.

e:enomen.

De

tank is voorzien ven een roerwerk. In totaal zijn 2

van deze tanks nodig.

De

suspensie

wordt

via een centrifugaalpomp met

1

vleugel

naar een vacuumfilter gepompt.

We

stellen

de

eis dat het neerslae: in

1

uur

af-gefiltreerd moet zijn.

-

Als we aannemen dat de omtreksnelheid van het filter

3 c~sec.

is en dat

de laagdikte van het

neersla~

1 cm. is, dan kunnen we

~lobael

de diameter en

de breedte van het Ol1verfilter bepalen.

Het bleek dat een diameter van 2 m. en een breedte

van

1,5

m

.

voldoende

is

om

de suspensie in

1

uur te filtreren.

Immers

de inhoud van het neerslae: na

1 omwenteline:

is 2

Ti.

10

x 15 x 0,1 dm

3 _•

_{94,2 dm}

_{3 •}

_{Aannemende dat het}

_s.~.

van het

neersla~

2,0

iS~

.ordt

per omwenteling

188

kg

neersla~ af~efiltreerd.

Eén

om

wenteling

duurt

~100

sec

• •

210 sec. Per uur dus

~.

17

'

omwente-•

210

lingen. Er kan

dus

per uur afgefiltreerd

worden

17

x 188 kg.

is

3196

k~.

Er

moet af gefiltreerd worden 2634

kg

.

Na-oxalaat

,

dat 465 kg. E20 bevat.

Bij de filtratie

wordt

de fil terkoet uit

~ewassen.

Boven het filter

bevinden zich 2 plae.tsen waar de koek uite:ewassen

wordt

.

Direct na het

uit-wassen

wordt

de koek uit!ëeperst door een drukwals.

De

hoeveelheid waswater

per charge is 600 L.

werm water

(t

=

ce. 50

0

C.).

De filterkoek komt in een transport goot en

wordt

near tank 2 getransporteerd.

Het filtraat en de wasvloeistat

worden

near oxaalzuur

1

~epompt.

Er is maar 1 filter nOdi!!;, à

.

aar de

vol~ende

charge pas na ca. 2

uur

na

het

beiindi~en

van een filtratie

~ereed

is om

~efiltreerd

te worden.

In

tank 2

w

ordt

in totaal 2634

ke:

.

Na-oxalaat

met 465 ke:. ESO

~e.uspendeerd

met

935 ke:.

wat

er.

Het

volu~e

hiervan is ca.

3000

L.

De

grootte van de tank is

eveneens 6500 L.

~enomen.

Ook deze tank heeft een roerwerk.

In

tank 4 wordt

een suspensie van

-

Ca(OH)a in

water gemaakt

.

Per charge

is

nod

ig 1100

kg. CaO.

Hier wordt

aan

toegevoegd 2650

k~.

Ba0. Eenmaal in de drie uur is een

derge-lijke hoeveelheid

nodi~.

Er kan

dus bijna 3 uur

ger

oerd

~orden

om

te zorgen

dat

al

het CaO omgezet is tot Ca

(O

H)a.

Hfl.lverwege de tank is een

gepert

oreerde

bodem aangebracht, die de grote stenen tegenhoudt.

In

de af'voerleidine: is

eveneens een zeef aane:ebracht

.

,

die de kleinere stenen tegenhoudt. Het volume

van de suspensie is cs.

3000

L.

De

grootte ven de tank

is

4500

L.

De suspenaies uit

tank

2 en 4

worden gepompt

near tank no. 3, waar de

reactie NsaCaO,

+

Ca(OH)a

~

CaCa04

+

2NaOH plaats vindt.

Het volume per charge is ca. 6000 L. De grootte van de tank is 9000

L.

genomen. Ook deze tank is voorzien

van

een roerw

e

rk. Van de tanks 2, 3 en 4

is

van elk

1

stuk voldoende. Van

tank

3 wordt na afloop VB

.

n de reactie,

oe

suspensie naar een 2e. Ol iverfil ter gepompt.

De

hoeveelheid neersla/.!: bedraae:'t;

2617 ke:. Ca-oxalaat, bevattende 444

k~.

820

.

We

kunnen hiervoor dus

een

filter

nemen dat dezelfde afmet ine:en heett als de eerste, daar ook het s. g. van het

neerslae; hier ca. 2 is.

Het

neersla~

wordt

op dez

e

lfde manier

uit~ewessen

als bij het

Ie.

filter.

8

-Het filtraat en het waswater worden naar oxaalzuur 1 ~epompt. Eèn filter is voldoende.

Het ca-oxalaat wordt ~asuspendeerd in tank no. 5 met een ~edeelte van de moederlogen van centrifuge 1 en 2 en met het waswater dat bij deze cent.rifue:es

gebrui.kt is.

De

totale hoeveelheid hiervan per :3 uur is 8346 kg ~ 0, 2760 kg

~S04 en 972 kg oxaalzuur 2H..30. Het volume hierTan bedraogt ca. 10500 L.

Met. de helft bi.ervan suspendeert men het C&exelaat in tank 5. Bet totale volume

bedraa~t dan ca. 6800 L.

wé

nemen tank 5 9500 L ( 2 t e ) .

De

andere helft ven de moeder1oo~ wordt. naar de reactiet.ank gepompt. In deze tagk wordt ook de benodigde hoeveelheid ~

So.

toelrevoegd. In totaal 2472 kg

60 B. Het totale 'Volume in de reactietank is ~ ca. 13000 L. De e:rootte van de tenk i.s 17000 L. genomen.

Ven tank 5 zijn in totaal wordt. Als deze suspensie naar

in de 2e. tank ~epompt.

De

3e.

bedrijf storing optreedt.

3 stuks eanwezi~. Eèn waar de suspensie gemaakt

de reactietank ~epompt. wordt, wordt de moederloo~

tank dient als extra-tank als eventueel in het

Van de rAactietank zijn

2

stuks aanwezig. 0

In de reactietank wordt de suspensie met directe stoom verhit tot 70 C. o

Gedurende de reactie wordt er !1:eroerd. Nadat de temperatuur op 70 gebracht is, duurt het nog ongeveer 1 uur voor de reactie beëindigd is. Na afloop van de reactie wordt de suspensie gefiltreerd. Ook voor deze filt.ratie wordt weer een Oliverf'ilter gebruikt. Er moet af'gefiltreerd worden 2763 kg CaSO., die

474 kg ~O bevat. Het s.g. vs.n dit. neerslae: is ca. 2. We kunnen dus weer een filter gebruiken, dat dezelfde sfmeting:-en heeft als de andere 2.

De CeS04 wordt uit.!!;8WaSSen met 2199 kg-. ~O.

Het fi1t.raa.t en het. waswater worden naar de voorraadtank gepompt. Het totale volume is ca. 14500 L. De /!:rootte van de voorraadt"nk is 9500 L. genomen. In

totaal zijn drie van deze tanks eenwez ig.

Een tank wordt leeggepompt nas.r de verd9mper. De andere wordt e:evuld, ter-wijl men in de 0e. t.ank de eventueel niet volledi~ verwijderde CaSO. kan laten bezinken.

Het bezonken CeSq. kan weer teruggepompt worden naar het filter, terwijl de oplossing daarna naar de verdamper gaat..

De

verdamper moet per uur 1898 ke: ~O verdamptn. Deze vaouumverdamper

o

werkt bij een vacuum van 100 ~~. De temperatuur van de oplossin~ is dan 70 C.

Uit de voorraadtenks wordt steeds een zodenige hoeveelheid oplossine: toee:elaten, dat in drie uur tijd, als er dus weer een nieuwe hoeveelheid oplossing in de voorraadt.anks komt , de eerste hoeveelheid volledig door de verda~per gegaan is.

De oplossing.> die uit. de verdarnper komt., wordt ne.ar een koeltank e:epompt. Per drie uur komt hierin 11556 kg. oplossing. Het volume hiervan is ca. 9000

L.

De inhoud van de koelte.n~ is 12000

L.

e:enomen _{. -} • ₀

De oploasi ng wordt in deze tank gekoeld tot 25 C.'> terwijl er voortdurend ge-roerd wordt. Stel dat na 1 uur, nadat de laatste hoeveelheid oplossin/!:

inl!;e-bracht is, de t.emperatuur 250 C.i.tOe krist.e.lbrei 'l'!'ordt de.n afl!:ecentrifu!!:eerd.

De capaciteit van de centrifue:e is ca. 1000 ke:. oxaalzuur per uur. Er moet

af'gefilt.reerd worden 2760

ke:.

oxaalzuur 2~0 per charge.

De

duur van dit

af'-filtreren is dus 3 uur. Er zijn daarom drie koeltanks nodig. Dit blijkt uit het volgende tijdschema.

bee:in vullen vol

1e.tank 10 u 13 u 2e." 13 u 16 u 39." 16 u 19 u Ie." 19 u etc. gekoeld 14 u 17 u 20 u leeg 17 u 20 u 2~ u

Er is dus ook maer 1 centrifuge nodi!!:, zoals uit bovenstaand schems bl ijkt.

In de centrifu~e wordt het oxaalzuur uitgewassen. Het uitgewassen oxaalzuur wordt

naar een oplostank getransporteerd. Hier wordt de productie van 3 uur, d.w.z.

2709 kg ~c.04 • 2~0 bevattende 33 kg ~S04 en 40 kg %Ojopgelost met 1801 kg

warm water. Het volume van de oplossing is ca. ~500 L.

De oplostank is voodzien van een verwarmingsspiraal en een roerder.

De

oplossing

9

-Aan de verwarmingsspiraal is een pyrometer verbonden, zodat bij het bereiken van deze temperatuur de stoomtoevoer automatisch uit.geschakeld wordt.

Er zijn 2 oplostanks aanwezig, elk een volume van 6000

L.

De

warme oplossin~ wordt nu naar de kristalliseerpannen gepompt. Deze kristelliseerRannen zijn voor~

zien van een roerinrichting. In êën kristelliseerpan wordt <?~g:eveer 1200 L. oplossing gepompt. Per charge zijn dus 3 pannen nodi~. Hetutmkristalliseren duurt ongeveer 2 da/1:en. In totaal zijn dus ~8 x 3 ,. 48 pannen 'Tlinstens nodi!!;. Als we voor reserve 6 pannen nemen, zijn er dus in totaal 54 kristalliseerpannen.

Be inhoud van de pannen is on~eveer 1500 liter.

Als bet ox.ruUI: !uitgekristalliseerd is, worden de kristallen van de moeder-loo~ gescheiden door een centrifuge.

Het

oxaalzuur wordt uitgewassen en de moe-derloog

in

het waswater worden naar tank 5 of de reactietank I!:epompt. Het oxaal-zuur

2Ba

0 met zijn aanhangend vocht wordt via een t.ransport goot naar een breker

~etrans:Q.orteerd, waar de grotere kristallen verkleind worden.

Na de breker komen de kristallen in een droger, waar het oxaalzuur met warme lucht in gelijkstroom gedroogd wordt. Ne het verlaten ven de dro@g;tromme1 komt het oxaalzuur in een transportgoot en gaat vandaar naar de inpakafde1 ing waar het gereed gemaa.kt wordt voor de verzendi.ng.

De

warme lucht, die nodig is om het oxaalzuur te drogen, wordt met behulp van een warmteuitwisselaar die met stoom verhit wordt, verkree:en.

De benodh:de apparatuur in het kort weergegeven is dus:

8

oxale.atovens, diameter 1500

mm.,

hoo~te 1000

mmo

De apparaten bestsan uit een giet ijzeren bodem, de cylinder is eveneens van det ijzer.

2 tanks no. 1, inhoud 6500 L. lleteriaal: Stael.

1 vacuumfilter no. 1, diameter 2

m.,

breedte 1,5 m. Materiaal gieti.1zer.

1 tank no. 2, inhoud 6500 L. " Ste.e.L

1 tank no. ;3, inhoud 9000 L. " staal.

1 tank no.

4,

inhoud 4500

L.

"

Staal.

1 vacuumfilter no. 2, diameter 2 m., breedt 1,5 m. " Gietijzer.

3

tanks no.

5,

inhoud 9500

L.

Materiael: Met koper bekleed stael.

2 rea ct ietanks , "17000 L. " " " " "

1 vacuumfilter no. 3, diameter 2 m., breedte 1,5 m. Materiaal: Gietijzer met

14,5% Si,

0,5 Mn. ;3 voorraadtanks, inhoud 9500 L. Materiaal: Met koper bekleed sts.f!.l.

1

vaouumverdamper. Materiaal: ~jpenplaat Al.Brons(82-95% Cu,

5-9,5% Al)

pijpen " "

Wand. Gietijzer met 14,5% Si, 0,5 Mn. 3 koeltanks, inhoud 12000 L. Mat er ia el : Met koper bekleed staal.

1 centrifue;e no. 1 " T r o m m e l Mone1

Binne'nstuk Gietijzer met 14,5% Si, 0,5% Mn. 2 oplostanks , inhoud 6000 L. Materiaal: Met koper bekleed staaL

54 kristalliseerpannen, inhoud 1500 L. Materiael: Met koper bekleed stael.

1 centrifuge no. 2. zie centrifue;e no. 1

1 breker 1 droe;er 1 warmtewisselaar

"

"

11 Gehard Gietsta~l.

Met koper bekleed staal Staal.

_r (

.

(

.

( I (

.

\ (

.

( ,

U

~IV~

-'

&tw.

~

~1-:6 I'~·

: I • i

- - - ~~~~~~~~~

10

-Literatuur:

Reat

Transmission.

door

W

.R.

Me Ade.ms

.

2e. druk, uitgegeven bij

Me

Graw -

Hill.

Book Comp.

Perry, Chemical

En~ineer's

Handbook,

2e.

druk

,hbofdstuk 7.

Nomenclat.uur:

D.i

•

lnwendi~e

diamter in

ft

Ou -

uitwendige diameter in

ft. /.

G • massasnelheid uite::edrukt in lb/(Hr)(sq.ft)

g •

versnelline::

tene:evof.l':e van de

zwaa~tekracht,

4

'v'17.l~

ft;1hr6(hr)

h •

warmte

v.erdrechtscoefficient,

uit~edrukt

in BTU

(hr)(sq.ft)(

F.)

k •

thermische

geleidb~erheid

in

BTUAhr)sq.ft)(~F.'er ft) U -

1Ifermteg-eleidlne:scoefficient, BTo/'(hr) sq.

ft)(

F.)

V -

snelheid per uur uitgedrukt

in ft.

t

=

temperatuurverschil tuss"n de

wand

en de

massa

~ =

ahsolute

ViSCO~i

eit lb/(hr)( ft).

I.

=

dichtheid in lb

ft:3. . /.

A

=

latente conden

aten warmte

BTU/lb.

Op -

soortelijke warmte bij constante druk

BT~lb)(oF.}.

Berekening van een

warmteuttwissela~r.

In de droger voor oxaalzuur

m

oet

,

per uur 67 kg.

Ha

0

verdamptwordgn.

Stel, dat de lucht

äC

de droger binnenkomt

me~

een temperatuur ven

250 F. en

de droger verlaat met een temperatuur van

ll~

F.

We

moeten dus !ucht, stel ven 60

0

F. met een relatieve vochtigheid ven 80%

ver-warmen

tot

250

F.

a} Benodigde hoeveelheid

lucht

per uur.

Stel dat de

l~cht de droe:er verlaat bij 113

0

F.

met

een~latieve vochtigheid van

30%. Lucht van

60

0

F.,

r~latieve vochtighe~d 80% bevat 0,009 lb ~O;llb droge luoht.

\

Lucht

van

1130 F,

relat ieve vochtigheid

30;0

hevat 0,0185 lb.Ha O/lb droge

lucht.

Far lb. droge lucht is dus opgenomen 0,0095 lb

~

0. Er

moet per

uur verdampt

worden 67 kg

- 147,4

lb.

Er

is dus nodig

Ol~! lb •

15

516

lb

dr

oge lucht.

b}

De

benodigde hoeveelheid

warmte

om

de

lucht te verwarmen.

De

soortelijke

warmte

vs

.

n de lucht is 0,244 BTUjhr

OF.

o .

De

hoeveelheid

wa

rmte

nOdig, om de lucht ven 60 F. 80% relatieve

vochti~heid,

te verwarmen t.ot 250

0

_{F is}

0,244

x

(11516

+

0

,

009.

15516)(250

-

60)

=

725350

BT~r.

c}

9l.obale

berekentne; van het

aenh

.

l

pijpen

in

de

\v

armtewisselaer.

d)

De

diameter van

de gebruikte

pi

,

ipen is

inwendilJ'

1,049

inch

it

d

~i- 1,~15

inch.

u

wen

~

De len~e

van de pijpen

is

10

ft.

Om

de lucht

te

ver

w

armen gebruiken

we

stoom

van 27Öo F. Voor U n

em

en

we

5

BT~(hr){sq.ft)(oF)

, -.1._ '2.Q0 ,.c

I--~ ,- I

.ts-06

f

·

-~h.

"

r

- I -

v-J;i

....

,P

Het

~emiddelde lo~.

temperatuurverschil tussen de

stoom

en de

lucht is

(270 -

60)

-

(270

'·

-

50)

0

270

_

60

• 80,8

F.

loge

f.'70

-

50

Het

tot

,

a

r:O~ppervlak

voor de

warmteuitwisseling

is dus 725350

•

1795

sq.ft.

5 •

80,8

De

oppervlakte,

inwendi~,

van

1 ~jp is

3,14 Je 1.04Q Je 10 sq.ft = 2,75

sq

ft

12 • '.

VOöl-1.

Het aantal buizen moeten dus zijn 1795

=a

652.

2,75

Berekening van het

Reynotd

's

e;etal.

Dè

oppervlakte van de doorsneden van de 61)2 piJ'pen

is

652 xl".

1 ,0492

~

4

144

sq.~v·

- - -

-I •

l

11

-Het VOl1X'1l9 van 1 lb lucht van 60° F, 80% relatieve vocht i e:heid is 13,25 f't:3.

Het volume van de lucht die per uur in de warmteuitwisselaar komt, is dus

(15516 + 0,009 • 15516) • 13,25 ft:3 R 207442 cu ft. hr.

De snelheid per uur is dus

2~7:~2

rt /h r . 53050 ft.. hr. bij 600 F.

Bij 60° F is de dichtheid

~

~an

de lucht 0,0763 lo/f't3 _{en de absolute}

vizco-siteit

;u.e

0,043 1b/(hr)( ft).

Re

600F .53050 _• 1,049. 0,0'16_{12 0,043} 3 .8228.

Het volume van 1 lb lucht van 2500 F met dezelfde hoeveelheid water als de

lucht ven 60° F is 18 ft3 •

Het volume van de lucht die per uur de wermteuit.wisselaar ver1e.st, is dus

(15516 + 0,009 x 15516)18 • 281808 f't.3 hr.

De snelheid per uur is dus bij 2500

F

281808 ft/hr _ 72070 ft/hr.

3,91

7

'

",/1

Bij 2500 F is

1-

0,0558 l"b/rt3 en / " - 0,055 lb (hr) (ft).

R

o . 72070 },049 • 0,0558

=

6392.

e

Z50 F 12 0,055

Er treedt dus een turbulente luchtstroming in de pi;pen op.

Berekenini!:.

We h;bben, zoals hier voo~1 is aangeg'even, aane.:enomen dat de luoht door

de pijpen stroomt. We zullen

/IN.

de hl beea.1en, zowel aan het. begin

ds

aan het

IU~ Itr

eind van het ~apparaat.

600 • h •

!

0,024~ (D. G)',8 (~,.e .. d!.)O,4

D

,A

k

D • 1,049 ft. 12 • 0,0145 - V60~600 - 53050 x 0,0763 • 4048 • • 0,043 ,60 •

0,244

h 600 • 0,0145 _1.049 12 h600 • 4,79. 2sO°. k_{2500 - 0,0193}

.

°

0243 (1,049 , 12 4048 }0,8 _0,043 ( ,#

°

_0,0145 244 • 0,043) 0,4 ~500 • _V250

0/

₂₅₀

0

•

72070 x 0,0558 - 4022.

~50

• 0,055

1

2500 • 0,244 h _{2500 •} 0,0193 1,049 12

Nu moeten w~de h e:aen berekenen aan de stoomkan~ De formule hiervoor is

j- h - 0,'725 (

. De indioes f wil zeg~en dQt de betreffende grootheden genomen moeten worden

bij de fil __ emperatuur.

De

wandtemperetuur wordt ~eschet op 2200 _{F. De}

film-temperatuur is dan

tr

•

3 ( 0

I

I

l

- - -

--

12

-k

_{r •}

0,421

)-r ..

0,610

/ ; '" 0,01686

>-

..

931,8

g - 4,17

• lOS

:3 ,-A

l~

(0.421

x

9~1,8

x

4,17

•

1v-

)

y~

o

016862 1.315

0

610

50

,

1 2 "

A t -

270

-

220 ... 50.

h •

0,725

•

1704.

BTo/(hr)(Sq.ft)(OF).

-

- -

----

-Deze h e:e1dt voor

1

pijpenrij in de

warmteuitwisselaar

.

Er

zijn 30 pi,jpenrijen.

hst

oom

•

i~4

..

728

BT~

(hr)

(sq.

ft

)(oF).

°

Schat nu de

wandtemp

.

260

•

tr

=

270 -

~

(270

-

260) - 262,5.

kf. c

0,436

/"r

Ol

0,522

ffit

c

0,01711

,a..

i

_lOOF.

:3

h

a

0,725

(0,

436

X

931,8

X

4.17

•

0,0168()2l.=515 0,522 •

12

h

_voor

t

_p

i'

_Jpenr

i j · 2700

•

BTU -1hr)(sq.ft)(oF)

_Y

_\

hst.oom is dus

~~"î

•

1154 •

BTU~hr)(Sq.ft}(OF)

4

1

0

1

1.151

U inw. bij 60

lucht

.. hlucht

600

+

kst

D

_in

_Vl.

loe:

_-

_Dinw.

DuUw. ₊

Dinw.

_Dutthstoom

_•

•

0,20877

+

0,00038

+

0,00110 • 0,21025.

Ul - 4,76

.

1

•

-1--

+

1,151

1,049 log

1.~15 +

1,049 • 1154

U inw.bij 250° lucht

5,71

26

12

1,049

1,315

• 0,17513

+

0,00038

+ 0,00069 '"

0,17620

•

Ui .. 5,68.

Er

is nu een controle, om te zien

of

de wandtemperatuur

e:oed gekozen

is.

A

t

270

-

60

~ O.OOllO

0,21025

• o t '"

1,1

•

t is 50°

genomen

.

De

wandtemperatuur

is dus veel te

1aa~

e:eno.en.

Aan

het andere eind van de

warmtewisse

laar

is een

z

elfde

controle

moe:elijk.

A t

270 - 250

.. 0,00089

0,1

'

7620

o

t • 0,07

•

De

wandtemperatuur is dus hier bijna gelijk aen de stoomtemperatuur.

Om

de

, juiste h stoom

te

berekenen

moeten we

dus een

nieuwe

~9.ndtemper9.tuur

aan

'

nemen.

Laten we in het

~eval

dat het temp. verschil tussen de stoom en de lucht 210

0

is,

t

_{wand 269,5° nemen.}

tr

hemen

we 269,75°.

,. I \ \ (

,

\ f ., \ ' r \ f , '

,

\ t f -, \ \ i ,

r

,

\

• 13 -a) ", A t . 0,5 ;,-: I- ). kJ I

°

°

en in het andere geval, _{waarbij t st - t1ucht • 20} , _{t wand .. 269,75 nemen.}

/ tf nemen we 269,88.

b)

D, t • 0,25

k269,76 en k269,8821jngeli,jk, e'genels de andere grootheden. Alleen b:.

t

is verschillend.

1 4

h .. 0,725 (O,44d5. 931,8 • 4,17 • ld3 )

o

01717 1,~15 0 505 0 5 ,. 6421.

, 1 2 ' · "

h voor 30 pijpenrijen ,.

:~2f

• 2744 • BTo/ (hr)( sq. ft )(oF)

hb • 0 725 (0,\403 •

g~1.8

• 4,17 , loS )1 4

, 0,01717

1.~~5

0,505 • 0,25

,. 7634.

h voor 30 pijpenrijen ..

~~3t

.3262jBTU (hr)(sq.ft)(oF).

4

!

bij 60° lucht .. __ 1 __ + 1,151 Uinw. 4,79 26 1,049 1 12 og 1,049 1,315 + 1,049. 2744 .. 1,o15

=

0,20877 + 0,00038 + 0,00029 .. 0,20944. Uimv.600 ,. 4,77 • BTU/(hr){Sq.ft)(OF) 1

Üinw.2700 bij 250° lucht .. _1_ + 1,151 • 1,049 loe: 1,015 + 1,049 • 3262 5,71 26 12 - 1,049 1,315

.. 0,17513

+

0,00038

+

0,00024 .. 0,17575. Uinw.2700 .. 5,69/ BTU (hr)(sq.ft)(oF)

We zien dus dat Uinw. bijna gelijk is aan hl' Als we nu weer controleren of de wandtêmperatuur goed ~enomen is, dan blijkt dat de wandtemperatuur nog te

laag is. .0\ t 0,00029 0

°

_ e _{At ,. O,~ F. Llt gekozen is 0,5 F.} 210 0,20944 At

..

0,00024 At 0

₄

t gekozen 0,25° F • en .. 0,03 F. 20 0,17 fi75

We zouden de berekening dus no~aalà kunnen uitvoeren. Dit heeft echter weinie: zin.

De

h van de stoom zou wel ~roter worden, omdat ~ t kleiner wordt.

Op Uinw heeft het echter bijna ~een invloed.

We hebben nu Uinw. gevonden aan beide zi,jden ven de warmtewisselaar.

I

•

14

-q • jo. .l.( :::.27:..:0:::..o_-_6:::.:0:::..o ... )~5~.::::.<.>9:::..----l(::;.2.:...;70~---=2~50~) ...;;4:..t.~7~7 2,3 l~g (2'70 - (0) 5,69

(270 - 250) 4,77

waarin

q voorstelt het aantal BTglbr dat uitgewisseld

moet worden

en

A

het

oppervlak

is.

q .

725350

BTglhr.

A .. '725350

210 • 5,69 - 20 • 4,77

2

~ lo~

210

•

5,69

, c 20. 4,77

Het

e.ente.l

pijpen

is dus

i6~~

- 606 pi,jwen.

,

Het aantal

pijpenrijen

blijft

hierbij

~O.

-

-

--

-

-

-