Berekening der warmtewisselaar in de pekelkringloop waarvan de kosten een minimum zijn

r

t

I

~

,

I j I 1

,

r t . -! , ...r''

-..

---0-• --.~ -~---"- ---

-~----C)

- - - _ . ' ---,---_.---- ~---- ~---- ~--- - , , -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --- - - - _ : _ - -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- - --- - ...

~

--- --' - -

'---

- - - , .---,--~- r ----,--- -,-,---.--- - - - ,

--~---...

- " . ' - --... -~ .----"-_._'-- - - --...---...

..

•

,~

: 1

DEEL 2

P.H.

_W.

WijnaJ~(.t

6

DE TECHNISCH BELANGRIJKE AMALGAAMEIGENSCHAPPEN.

~ .

De belanrijksterêigensch~der amalgamen is de electrochemische po- . tentiaal. De po~iaal van een amalgaam ten opzichte van de water-phase wordt gegeven door de vergelijking:

Ck,,()

=

de

~H!

:::.' de

=

de F ::' de n :::.' de r _ ~;- If'T

h

C#...e' c: -

- r

t?1

concentrat ie der metaal ionen in water

concentrat ie van het metaal in het amalgaam gasconstante

Faraday

waardigheid der metaal ionen

De potentiaal van een amalgaam hangt zowel af van de concentratie der metaal ionen in water als van de concentratie van het metaal in het amalgaam. Zij verandert niet als de c o'ncent rat ies beiden in de ...

zelfde richt ing veranderen: beiden b.v. 10 maal zo groot of 10 maal

zo klein worden. .

De constante ·K is nu gedefinieerd als de potent iaal van een systeem, waarin de concentraties der water- en kwikphase evengroot zijn.D~ze

potentiaal kan bepaald worden met de polarograaf als de z.g. half- ~

waa rd.e p ot ent i8;l,a 1.

De potentiaal van het zuivere, niet geallieerde metaal ten opzichte van de waterphase wordt gegeven door d~ vérgelijking:

t :

et/> +

RI

Ä

~,f'~tJ

--n.&' ,

Eo

=

de normaalenkelpotentiaal van het metaal: de potentiáal van het metaal ten opzichte van een oplossing, die per liter 1 gramion

van die metaalionen bevat. .

Vergèlijken we de halfwaarde potent ialen der amalgamen met de normaal-enkelpotentialen der metalen, dan kunnen de metalen in 3 groepen ver.'

deeld worden: '

1 metalen, waarvan de halfwaarde potentialen aanmerkelijk lager zijn dan de normaalenkelpotentialen.

2 metalen, waarvan de halfwaarde- en normaalenkelpotentialen on-geveer gelijk zijn •

. 3 metalen, waarva.n de halfwaarde potent ialen aanmerkelijk hoger zijn dan de normaalenkelpotentialen.

I

(ij • ~.

Voorbeelden: (ij

.

normaalenkel halfwaard.e

J!01reillt iaal Eotent iaal _verschi14

-.J

groep 1:' ij zer

-

0,73

v.

-

1,33

v.

- 0/ 60 V. , .~.: nikkel

-

_0,50

v.

-

_1,17

v.

-

_{0,67 ..} groep 2: z.ink

-

1,06 V.

-

1,05 V t ... 0,0,1 " tin .. 6,43

v.

+0,48V. + 0,05 .. groep 3: natrium

-

2,99

v.

-

2,15 V. ... 0,84 " calcium - '3,05 V. 2,22

v.

... 0,83 "

" -,'"

2

De waa~den dèr normaale~kel- en ?alfwaardepotentialen zijn gebaseerd op de aannamem, dat de potentiaal van een platina electrode, die ver-zadigd is met waterstof van 1 atmosfeer, ten opzichte van een oplos-sing, die 1 normaal is aan waterstofionen, bij alle temperaturen nul

is. Metalen met een positieve normaalenkelpotentiaal respectievelijk halfwaarde potentiaal in geval van een kwikelectrode, worden edele metale

_p

genoemd. metalen, waarvan deze potentialen negatief zijn, wordeR'edele metalen genoemd. .

~'B ij electrolyse worden aan de kathode de pos it ieve ionen ontladen, aan de anode de negatieve ionen. Zijn in oplossing ionen van meerdere metalen aanwezig, dan wordt aan de kathode het meest edele metaal af-'

gescheiden: het metaal met de hoogste normaal enkelpotentiaal ( half-waarde potent iaal ).

Doordat bij electrolyse

Kwt

aan de kathode het meest edele metaal wordt afgescheiden, kunnen de onedele metalen niet gemaakt worden doo»· . electrolyse van een oplossing van het metaalzout inwt"lI~ waterlg~ !

bij gebruik van een vaste elec~rode: bij electrolyse van een natrium-dloride oplossing krijgen we aa~tyaste kathode waterstofontwiJkeling, maar geen afscheiding van

natrium-Wordt een kwikkathode gebruikt, dan blijkt de potentiaal voor waters stofontwikkeling veel lager- te zijn dan nUl.(overspanning van waters~f~ '" aan kwik) De halfwaarde potentiaal van natriumamalgaam is aanmerkelijk

hoger dan de normaalenkelpotentiaal ( onderspanning van natrium aan kwik ). Door de overspanning van waterstof en de omrlerspanning van natr!um aan kwik, iB de potentiaal bij afscheidäng van natrium hoger dan bij waterstofontwikkeling. Bij electrolyse van een natriumchloride oploss ing aan een kwikkathode wordt dus in het kwik natrium afgesche i-den en' treedt geen waterstolontwikkeling op_

- 0 - 0' .. o· - 0' - 0 - 0

-.

De eigen~chappen der amalgaampotentialen kunnen alsvolgt worden samen-gevat:

DE POTENT IAAL VAN EEN AMALGAAM WORDT OP· IEDERE PLAATS VAN HET OPPER-VLAK BEPAALD DOOH HET MEEST ONEDELE BESTANDDEL EN UITSLUITEND DOOR DJT BESTANDDEEL.

De betekenis hiervan wordt duidelijk als we een dergelijk amalgaam vergelijken met een vaste kathode: "

Bij electrolyse van een oplossing van een zinkzout, dat verontreinigd is door een kleine hoeveelheid van een tinzout, wordt aan de kathode naast zink het mee~~ edele tin afgesc~eiden.

Aan

een vaste eledtrode zal zich op plaatsen, waar het tin niet door een laagje zink bè!Ïekt wordt, de meer edele tinpotent iaal instellen, op andere plaatsen de . zinkpotent iaal. Er is dan een ga,lvanisch element ontstaan, dat de elec-trolwse stroom tegenwerkt: uit) het zink gaan zinkionen in oplossing, aan het t in worden waterstof-'~ en tinionen ontladen. Daardoor daalt het stroomrendement en wel me~r naarmate deze vergiftigde plaatsen

in grootte en aantal t o e n e m e n . . . . . '

»a.~«EE~X~Iixx~xxxt~~Emr~Nft~~mtxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Deze verschijnselen treden niet op aan een kwikkathode, daar deze over het gehele oppervlak een en dezelraë potentiaal heeft. Dienten-gevolge kunnen met kwikkathoden ook onzuivere electrolyten met hoog stroomrendement geelectrolyseerd worden.

#" • ~:"-;~'.<.:.~.;.,~

.:-;'~~:~'.'.Jt' ,: .~. " .

DAAR IEDER' AMALGAAM STREEFT NAAR EEN ZO GROOT MOGELIJKE POSITIEVE • POTENTIAALï VERLOPEN ALLE REACTIESï DIE DE POTENTIAAL MEER POSITBBF

MAKEN, VANZELF. .

~ Voorbeeld:

ZnHg ( H. W. P. -1,06 V. ) ... Pb I I ____ )

PbHg. ( H.W.P. -0,46 V. ) + Zn"

Van deze eigenschap der amalgamen maakt men gebruik bij zuivering van kwik van metalen, die als onzuiverheid in de electrolyt aanwezig waren. Het kwik wordt daartoe in contact geb~~cÈt4wet een oplossing , van een kwikzout, waardoor de metalen in het ~ vervangen worden

door kwik uit het kwikzout. Kwik is immers edeler dan alle metalen, (uitgezonderd zilver en. goud).

EEN AMALGAAM IS NIET IN STAAT TOT OMZETTINGEN, DIE DE POTENTIAAL NIET VERANDEREN.

Doóe deze eigenschap is de bereiding van zeer zuivere metalen mogelijk via het amalgaam van het betrokken metaal:

Bij elec~rolyse van een steenzout oplossing, ·die verontreinigd is dóor kleine hoeveelheden ij~er-, magnesium- en calciumzouten, zullen natrdum en de meer edele metalen ( ijzer en magnesium j in het kwik worden

afgescheiden, niet het minder edele metaal ( calcium ). Wordt vervol-gens natriumamalgaam als anode geschakeld in een gesmolten mengsel van natriumzouten," tegenover een vaste kathode, dan gaat volgens de derde eigenschap al"leen natrium uit het amalgaam in oploss ing en wordt in aequivalente hoeveelheid aan de vaste kathode afgescheiden. IJzer en magnesium blijven in het amalgaam, daar door uittreden van deze metalen de potentiaal van het ama~gaam niet zou veranderen. De

poten-tiaal van een amalgaam wordt immers volgens de eerste eigenschap uit-sluitend bepaald door het minst edele bestanddeèl, in casu natrium. ( zie amalgaam potent ialen op bl.1 )

-- 0 ~ 0 - 0 - 0

-Opvallend is de geringe bestendigheid der amalgamen tegen oxydatie, in het bij zonder door de steeds aanwezige lu c'ht zuurstof. Oorzaak hiervan is, dat de amlgamen, door het ontbreken van een vaste onder-laag, zich niet kunnen bedekken met een oxydehuidje, dat verder in-werken van zuurstof voorkomt. De oxydatieproducten vermengen zich

met het amalgaam tot een taaie massa ( de oxydeslak ), die het v"loe'ien van het ama~gaam tenslotte onmogelijk maakt. Om slakvorming te voor-komen, wordt aan de electrmlyt een oxyde oplossend middel toegevoegd.

In geval van natriumamalgaam is een dergelijke toevoeging niet nOdig, daar natriwnoxyde door water wordt opgelost.

De bestendigheid van tal van amalgamen tegen zuren of water is een gevolg van de grote overspanning van waterstof aan kwik. D@ze besten-digheid'verdwijnt, als de overspanning verlaagd wordt, wat mogelijk'

is door:

1 CONTACTKATALYSE. .

Wordt natriumamalgaam in contact gebracht met grafiet, dat niet in kwik oplost'en waaraan de overspanni~van waterstof veel kleiner is dan aan kwik, dan ontstaat irl contact met een

elec-trolyt een galvanisch element, waarin grafiet kathode, het amalgaan anode is: aan dè anode aan de kathode: 2NaHg 2H' 2Na I ... 2Hg + 2e H2

..

, '

....

4

Een dergelijke contactkataltse kan ook veroorzaakt worden door in de electrolyt zwevende vaste deeltjes, die op het amalgaam oppervlak neer-slaan.

2 TEMPERATUURSVERHOGING.

,3 HOOGWAARDIGE IONEN IN DE ELECTROLYT. Toel icht ing.

Door de stroom worden waterstofionen en electronen naar het kathode oppervlak gevoerd. Doordat de waterstofionen niet direct ontladen wor-den, ontstaat aan het kathode oppervlak een electrische dubbellaag:

~~ç~ I;rPNé/t' L w Á ~G ,uh F ~ KAf/,~pl:­ -4/~t: i/((JL~t-•

Naarmate door de stroom meer waterstofionen en eiectronen naar 'het ka. thode oppervlak gevoerd worden, wordt het potentiaalverval over de dub-bellaag groter.

Voor het passeren der dubbellaag door een electron en ontladen van een

watersto~ion, heeft het doublet waterstofion-electron een zekere acti-.veringsenergie nOdig, die afhankelijk is van het kathodemetaal •

Door het potentiaal verval over de dubbellaag heeft het doublet een ze-.kere potentiele energie. Naarmate het potentiaalverval over de dubbellaag

toeneemt .. de potentiele energie van'het do~blet toeneemt en meerl!llB-dert tot de activeringsenergie - zullen meer WMXW~~X electronen 4e dubbellaag passerèn: de waterstofontwikkeling'dus toenemen.

Het potentiaalverval, waarbij alle aan het oppervlak aanggvoerde elec .. tronen de dubbellaag passeren, is de overspanning van dat metaal.

ad 2: bij hogere temperatuur is de activeringsenergie kleiner en dus ook de overspanning: de daling der overspanning bij temperatuurs-verhoging bedraagt ca. 0,002 VOlt/tC

ad 3: door hoogwaardige ionen in de electrolyt, die in de dubbellaag worden opgenomen, neemt het potentiaalverval over de dubbellaag

elD

dus ook de potentiele energie van het doublet waterstofion-electron sterk toe. Gevolg is, dat de overspanning daalt.

Behalve door zuurstof en doo~ waterstofionen worden amalgamen ook ont-leedt door chloor: de potent iaal der omzett ing C12 ... 2e ----) 201' is hoger dan de potentiaal van tal vam amalgamen. Vogens de tweede ä4gen-schap zal er dientengevolge bij chloride-electrolyses, waarbij het amal-gaam met chloorhoudend electrolyt in aanraking is, een voortdurende strijd zijn tussen amalgaamvorming en afbraak.

Bij een bepaald celtype en een bepaalde temperatuur is de ontledingssnel-heid der amalgamen constant. Om een zo hoog mogelijk stroomrendement

'1 te krijgen, kiest men de stroomdichtheid zo hoog mpgelijk: de vormingse

l. snelheid is dan zo groot mogelijk en door de constante

ontledingssnel-~ heid is dan de daling van het stroomrendement zo klein mogelijk.

De stroomdichtheid kan echter niet onbeperkt opgevoerd worden. Bij berei-ken van een bepaalde kritische waarde wordt het afgescheiden metaal

niet meer door het kwik opgenomen. Deze kritische waarde der stroomdicht-hedd is hoger, naarmate de concentratie van de electrolyt groter is, de temperatuur hoger en de Ph lager.

'~

Van belang in verband met de amalgaam ontleding is verder het

z.g-roereffect: amalgamen, die inwendig in beweging zijn" ontleden sneller dan niet bewogen amalgamen. De amalgaamcellen worden daarom zo

gecon-.st~rueerd, dat bij stroming1-.in het kwik gèen turbulent ie optreedt ~

in de~cel ~

-_

....

'-

--

----

---

---De tweede, voor het electrolyse proces belangrijke ed~enschapis, dat amalgameb bij kamertemperatuur vloeibaar zijn. Deze e~genscDap lS voor een continue uitvoer.ing van,het electrolyse proces noodzakelijk.

De vloeiba ... arheid van het amalgaam hangt sterk af van de concentratie

va~ het KmKx~aam metaal in het amalgaam. Naarmate de concentratie van

het opge~oste metaal groterx is; gaat het amalgaam minder makkelijk vloeien. Bij electrolyse van een steenzout oplossing laat men daarom door het amalgaam niet meer dan ca. 0,2

%

n~t,rium opnemen. . .

---jOe derde belangrijke eigenschap is de oppervlaktespanning.De oppervlak--tespanning is sterk afhankelijk van de potent l.aalit van 11ët amalgaam:

...-/,/e.('

w:.4l(k~

t

f ,P/lh/Y/i

. ~A'V,.A"lbl(iIlIIÀAI IN U/à "";

De potentiaal hangt op zijn beurt wfte.r. af van de stroomdichthëcid,. Wanneer de stroomdichtheid niet over~de gehele amalgaam'èlectrode, constant is, zal de oppervlaktespanning van plaats tot pláats anders

zijn. -'":? . .1

Een grote oppervlaktespanning betekent, dat de kwikatomen in de 'oppe r -vlaktelaag met grote kracht van het oppervlak weggetrokken.worden, een kleine oppervlaktespanning dat deze kracht klein is. De atomen

in de oppervlaktelaag worden .van plaatsen met grote oppervlaktespanning getrokken naar plaatsen met kleine oppervlaktespanning.

(1);J(:·t<td4',(~E ;-AN 1/4;-/ ,.fw,.',f.

Dit stromen van atomen van plaatsen met grote oppervlaktespanning naar plaatsen met kleine oppervlaktespanning vindt plaats met zo'n kracht, dat het amalgaam gaat golven, waardoor kortsluit,n~ kan ontstaan.( de . afstand anode-kathode is slecht~ 'enige millimeter J, bovend~en gaat -het amalgaam sterker ontleden ("roereffect ), waardoor -het

stroomren-dement kleider wordt. 1

Dit z.g. bewegingseffect wordt voorkomen door de anode zuiver paraTel aan het kwikoppervlak in te stellen, verder door de anode te vervangen, wanneer deze merkbaar is aangevfe~en. _,

I r ' .

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

6

van kwik. Bij contact van een stromend amalgaam ea water, blijkt door het water kleine hoeveelheden kwik in zeer fijn verdeelde toestand - te worden opgenomen. Deze hoeveelheid kwik is groter, naarmate de

pha-seg"rens h~ft iger bewogen wordt. Ook in verband met het stuiven van kwik moet het kwik in de cel zo rustig mogelijk stromen (zie ook roereffect).

---

...

---SAME NV ATT ING.

DE BEREIDThTG VAN NATRIUMAMALGAAM DOOR ELECTROLYSE VAN EEN srEENZOUT-OPLOSSING IS MOGELLTK, DOORDAT DE ONTLAADSPANNING VAN WATERSBBF AAN KWlK GROTER IS DAN VAN NATRIUM.

DE OPLOSSING, DIE IN DE CEL GEVOERD WORDT, IS VERZADIGD AAN STEENZOur, DE CONCENTRAT IE DER OPLOSSlNG, DIE DE CEL VERLAAT, MAG NmT TE KLEIN

ZIJN.

Aan de kathode worden naast natriumionen ook een weinig waterstofionen ontladen. De hoeveelheid waterstoSionen, die naast natriumionen ontladen worden, is groter, naarmate het verschil in ontlaadpotentiaal van waters

stof- en natriumionen kleiner iB. Dit vL.erschil wordt kleiner, wanneer

. 4.1 VI(

de ontlaadpotent iaa~ "va_~ natr iumionenkleflBer of de ontlaadpotent iaal van waterstofionen g~~r wordt. .

Uit de vergelijking van de amalgaamp'otentiaal (bl.~ ) volgt, dat de l._~,i Ji If

ohtlaadpotent iaal van natriumionen. g:F~er worJlt, wanneer de concentrap tie der metaalionen in de oplossing kleiner en de concentratie van het metesl in het kwik groter wordt.

De toelaatbare stroomdichtheid (in verband met het bedèkkingseffect) • is groter bij meer geconcentree~de oplossingen.

Het spanningsverlies in de oplossing is bij meer geconcentreerde

oPlos-singen kleiner (door de kleinere weerstand)

MEN LAAT DOOR HET KWIK NIET MEER DAN CA. 0,2% NATRIUM OPNEMEN.

Bij hoger gehalte ontstaat meer waterstof (zie boven), neemt verder de vloeibaarheid van het kwik af.

DE STEENZOUT OPLOSSING MOET ZORGVULDIG GEZUIVERD WORDFN VAN HOOGWAARDIGE IONEN (Fe t t " Al'" etc.) EN IN D;·E OPLOSS ING ZWEVENDE VASTE DEELTJES.

Door hoogwaardige ionen en vaste deeltjes, die op het kwL~ neerslaan, wordt de overspanning van waterstof aan kwik verlaagd, waardoor het ver-schil in ontlaadpotentiaal van natrium en waterstof kleiner wordt.

DE CEL MOET ZO GECONSTRUEERD ZIJN~ DATBIJ STROMEN IN DE CEL IN HET KWIK GEEN TURBULENT IE OPTREED'r.

Bij turbulentie neemt de ontleding van natriumamalgaam door zuurstof en B

chloor toe (roereffect).

DE STROOMDICHTHEID WORDT ZO HOOG MOGELIJK GEKOZEN.

De ~verspanning neemt toe met de stroomdichtheid, de waterstof

ontwikke-ling wordt dan dus kleiner.

De daling van het stroomrendement door ontleding van het amalgaam door zuurstof en chloor is kleiner bij hogere stroomàichtheden.

_.~~~~~~~~~~~~~~~~~~--~---7

a Deafscheidi1!!lg van nRtrium per eenheid. van kathode oppervlak is 'groter naarmate de stroomdichtheid hoger is.

HET KWIK EN DE STEENZOUrOPLOSSING LAAT MEN IN DEZELFDE RICHTING DOOR DE CEL STROMEN.

Het verlies aan kwik door verstuiven in de Wq~R waterphase is kleiner

naarmate de pha'segrens minder bewogen wordt. '

DE ANODE MOET ZUIVER PARALtEL AAN HET KWIKOPPERVLAK GESTELD WORDEN; AANGEVRETEN ANODES MOETEN TIJDIG VERVANGEN WORDEN. '

Wordt hieraan geen aandacht besteedt, dan zal aan het kwikoppervlak een zeer onregelmat ige st roomd ichtne idsverdel ing opt reden, waardoor het kwik gaat golven.

DOORDAT HET AFGESCHEIDEN METAAL ONMIDDELLIJK DOOR HET KWax WORDT' OPGE~ GENOMEN QAAN HET KWIKOPPERVLAK DUS GEEN ONEFFENHEDEN OPTREDEN) KAN DE ANODE OP ENIGE MILLIMETER AFSTAND VAN HET KWlKOPPERVLAK GEPLAAT3TW WORDEN.

Deel 3

De bereiding van natrium volgens het amalgaamproces is ,in onderstaande figuur schematisch aangegeven.

r --

_~,

---.. ---,

1

~ IIYAI,ff-u."7clrL 1-1 ~. _---t NAI,fu.(",JfyIM(J~y~ I cr;: I ---de pekelkringloop _ - - - - d e kwikkringloop DE PEKELKRINGLOOP.

In de electrolysecel wordt een deel van het natrium-chloride in de oplossing omgezet tot natrium en chloor. Voordat de op-lossing opnieuw in de ce~ gevoerd wordt, wordt zij met steenzout weer verzadigd. Het steenzout bevat als verontreinigingen kleine hoeveelheden

ijzer-, aluminium-, magnesium- en calciumzouten, verder kleine hoeveelhe-de sulfaat

Gemiddelde samenstelling van het steenzout: Natriumchloride organische bestanddelen onoplosbaar in zoutzuur aluminium ijzer calcium magnesium' water 97,00% 00,01% 0,50% 0,02% 0,10% 0,25% 0,01% 1,50% o Yi--~

IJzer- en aluminium:ionen verlagen de 9ifptsFvlfr.lftespanning van waterstof aan kwik en veroorzaken, ook wanneer slechts kleine hoeveelheden

aan-wezig~zijn een krachtige waterstofontwikkeling.

Magnesiuma~algaam wordt door water ontleed onder waterstofontwikkeling. De halfwaardepotentiaal van calcium (-2,22V.) is lager dan van natrium (-2,131.). ,Calcium wordt dus aiet in het kwik afgescheiden. Ge~eken is, dat calciumionen niet als ijzeF- .em aluminiumionen, de o~~~~D tespan-ning van waterstof aan kw~k

verlagen-Sulfaten verhogen de anode corrosie: iedere gram sulfaat per liter op-'loss ing geeft een toename van het verl ies aan g.rafiet (anode materiaal)

van ca. 0,3 lb. per ton geproduceerd chloor.

Aan de gezuiverde pekel worden de volgende eisen gesteld: na t r iumchl or ide

ij zer .. aluminium magnesium

300 - 310 gram per liter

( 1 milligram per liter <: 100 milligram per liter

Calcium mag aanwezig zijn tot de oplosbaarheid van calciumsulfaat. Door het sulfaatgehalte op weinig meer dan de aequivalente hoeveelheid

• _&-'\

2

ienen te houden ( door af en toe toevoegen van bariumchloride ) zal geen calcium meer uit het 'steenzout oplossen

Het criterium voor de zuiverheid der peke'l is het gehalte nog aamwezig ijzer, aluminium en magnesium- Deze metalen veroorzaken waterstofont-wikkeling. De waterstof wordt ,samen met het chloor uit de electrolyse-cel afgevoerd. Chloorgas, dat meer dan

5%

waterstof bevat, 'is explosief.

IJzer, aluminium en magnesium worden verwijderd als hydroxyden: na ver-zadigen wordt door toevoegen van 30%, natronloog de Ph der pekel op ca. 10 gebracht

De J:e keI, die de cel verlaat, is verzadigd met chloor. In alkalisch' milieu wordt chloor omgezet tot chloriet en chloraat :

C1 2

+

20HI --- 2C10 t

+

H2

3CIO I - - - CI03 + 2Cl r

Chloraat en chloriet beletten volledig, neers'laaR der hydroxyden( vormen com plexen met ijzee- en aluminiumionen) • Voordat, de pekel alkalisEh

ge-maakt wordt, wordt daarom eerst chloor uit de pekel verwijdeed. Ook om de corrosie der apparatu'ur zo klein mogelijk te houden, is ontchlo-ring der pekel noodzakelijk.

De pekel wordt bij

10

IC in de cel gevoerd. Deze temperatuur is een compromis. Bij hogere temperatuur is de overspanning van waterstof aan .. kwik kleiner, neemt het gehalte waterif'of in het chloor dus tCle..1Bij .. lagere temperatuur is het sp~nningsverlie,s in de pekel groter.

,~ J~! ~7.eu ~/~~ ~_~~'-7'/~~ ~ a7~/.

'

Circulatiesnelheid der pekel:

DE APPARATUUR

In gebruik zijn 50 amalgaamcellen (~ eI~U

Door ièdere cel stroomt 15 li~er pekel per minuut Totale circulatiesnelheid der pekel:

60 • 15 • 50

=

15000 liter per uur

( 12,5 liter per mi&áG:t )

De pekel stroomt uit de cellen in een verzamelpijp en gleruit in een gesloten verzameltant'fk. De capaciteit der tank is 25 m • In' deze tank " wordt door toevoegen van 30% ,zoutzuur de Ph der pekel op ba. 5 gebracht,

om ontwijken van chloor uit de pekel te vergemakkelijken. In het dek-sel der 'tank is een pijp aangesloten, waardoor het bij aànzuren vrij-komende chloor naar de chloorafvoerleiding van de electrolysecel gevoerd wordt. Uitde tank wordt ~x ~kX~~~ KKOC% de pekel naar de

ontchloorin-richt ing gepompt. I hierbij

De pekel passeert ~ ~~ ~~ ~ ~~~e~n warmtewisselaar,' waarin de pekel, op weg naar de ontchloorinrichting, de naar de cel stro-mende pekel tot $> IC verwarmd.

•

'\. i

3

Hèt eerste onderdeel der ontchloorinrichting is de ontspanningskamer De ontspanningskamer is een gesloten tank, capaciteit 3,5 m3 , waarin het chloorgehalte der pekel van ca. 0,5 gram per liter verlaagd wordt tot ca. 0,1 gram. De pekel wordt door dè zijwahd der kámer op de v.er-deelplaat gèspoten en door een valbuis van 5 m. lengte, aangesloten

in de bodem, uit de ontspanningskamer via een'luchtslot in de eerste chloorstripper gevoerd. In de top der kamer is de zuigleiding van de vacuumpomp aangesloten, waardoor het in de kamer vrijkomende chloor ' wordt' afgezogen'èn naar de chloorafvoerleiding van de' amalgaamcel ge-peust. Door de pomp wordt in de kamer een druk van ca, 40 cm. kwik

gehandhaafd. ' ,

De capaciteit van het luchtslot is 2 m2 , voldoende om bij

ee~

even-tuele vers~opping de vloeistof uit de ontspanningsk~mer op te vangen. De chlobrstrippers zijn torens met een hoogte van 3 m. en e~h diameter van 1 m. Ondèr in-de torens' is een poreuze plaät~äangebracht. De 'lucht wordt beneden de poreuze plaat in de torens gepersv', door de pöreuze plaat over de pekel verdeeld' en door eén leiding, aangesloten in de top, uit de torens afgevoerd. De ,luèht, die een kleine hoe~eelheid , chloor uit de pekel heemt opgenomen~ wordt naar de hypochloriet in-stallatie gevoerd. De pekel wordt op 3/4 der h99gte in de torens ge-voerd en even boven de poredze ,plaat uit de torens afgege-voerd. De ' tweede toren is een halve meter lager geplaatsi,in verband met overs stromen der pekel uit de eerste in de tweede toren. In de bedem van beide torens zijn ag leidingen aangebracht voor afvoer van pekel, die door de poreüze plaat gestroomd 'is. In deze torens' wordt het Ek chloorgehakte verlaagd tot ca. O,~l%.

Uit de tweede chloorstripP5~ stroomt de pekel in een verzameltank met een capaciteit van 5 m •

Uit deze tank wordt de pekel naar de verzadigingstank gepompt. De pekel'wordt door een pijp kort bij de-bodem in de verzadigings-tank gevoerd, stijgt .oP door een láag stèenzout, waardoor de pekel verzadigd' wordt en wordt via een overloop uit de verzadigingstank afgevoerd. steenzout wbrät èontinu" boven 'in de tank gestort : 40 gram per liter pekel d. i. 1,8 t,on per uur.

De pekel' komt vervolgens in ElelG:' bez inkt ank, waarin dell' Ph der pekel door toevoegen van 30% natronloog op 10 gebracht wordt. De hydroxyden

van ij~r, aluminium en magnesium slaan neer en bezinken naar de

bodem. ' , , . ,

De bezinktank is een ronde bak, 2,5 m. hoog met een diameter van 7 m. In de tank is aan de bovenzijde een overloop aangebracht, voor-zien van een nive~ustrip om langs de gehele, omtrek een gelijkmatig overstromen van heldere pekel te krijgen. 'De afvoer in de bodem der tank is dooe een pijp verbonden met een Dorrco diafragmapomp.

Het aandrijfmechanisme van het roerwerk is aangebracht op een op de tank steunenàe st~len overspanning. Aan de ondèrkant der as vah het roerwerk zijn d.m.v. een spinkop 4 armen bevestigd: 2 lange en

2 korte. De armen staan hellend, waardoor onder de armen een' conische bedem van bezonken, vaste deeltjes wordt gevormd. Onder de armen

zijn bladen bevestigd, die zo geplaatst zijn, dat zij de gehele bodem bestrijken. Door de bladen wordt het bezinksel geleidelijk naar de centrale afvoer gestreken. De as van het roerwerk wordt aangedreven door een wor1.!hn, die voor aandrijving door de motor, voorzien is van

een riemschijf. .

Door een wiel boven aan de as kunnen de 'armen hoger of lager gesteld worden, hetgeen hodig kan zijn, indien de tank enige tijd niet in ge-bruik geweest

js-!.

..

..

'

De laatste resten neerslag en niet opgeloste zoutdeeltjes worden verwijderd door filtreren. Uit de bezinktank stroomt de pekel naar een filter, waarin boven een poreuze plaat enige lagen zand en grind van steeds grotere fijnheid zijn opgestapeld. De pekel wordt via een aantal goten boven het zandbed gevoerd en stroomt over de randen van deze goten op het filterbed. Uit de verzamelruimte'beneden de

po-reuze plaat wordt de pekel naar de verzamelbakgepompt (vapaciteit 25 m3 ) en van hieruit door de reeds' genoemde warmtewisselaar naar de dosse~tank der electrolysecel~en.

De capaciteit der doseertank is 40 m3 • Deze capaciteit is

noodzak~lijk

om bij verstoppingen in de pekelkringloop stagnat ie ,in de toevoer

naar de cellen te voorkomen. '

In de doseertank wordt de Ph der pekel door toevoegen, van 30% zoy.t-zuur op 5 gebracht : in alkaliscge pekel zou in de cel chloriet en chloraat gevormd worden, die de anodecorrosie versnellen. .~.. .... ~ • . . . ~ M . . ' ~ . . . ' •

Uit de doseertank stroom~ dè pekel in een centrale'E11E.,·waaraan de pekelleidingen naar de verschillende cellen zijn aangesloten

. '" ' .. - '. -

,..

-IJ ',._., p ' • • ,oL.!'

Uit de cellen stroomt de pekel in èen versamelpijp, waaruit de pekel wordt afge~oerd in het opvangreservoir.

.

-

. _. ., ."

Hierna begint de kringloop' opnieuw • . . .

---Ontspanningskamer, chloorstrippers en pijpleidingen zijn van giet i,j'zer~

ter bescherming tegen chloor aan de binnenzijde bekleedt met rubber. gewapend beton

Verzadigingstank, bezinktank em filter zijn van x«a~xExxB

XkBHX,

aan de binnenzijde bekleedt met zuurvaste steen.

Regelapparatuur

De Ph der pekel wordt op 3 plaatsen gemeten: in de doseert ank, in de opvangtank achter de cellen en in de bezinktank. De toevoer van zuur en loog wordt geregeld door de Ph meters: het stroompje, dat in de

electrode van de Ph meter wordt opgewekt, wordt in een versterker vere~­

sterkt en werkt via een controleur op de afsluiters in de toevoerlei-dingen van loog en zuur.

In de zuigleiding van de vacuumpo~ is een ventiel aangebracht, da~

lucht inlaat, wamneer de druk in de ontspanningskamer te liag wordt. De toevoer van lucht in de chloorstrippers wordt geregeld door com-troleurs, die op de afsluiters in de toevoerleidingen werken.

In de geslowen opvangtank is een doosje met beweegli~ke bodem aamge-bracht. wanneer de vloeistofhoogte in de tank stijgt, werdt de bodem van het doosje ingedrukt, de druk in het doosje wordt hoger en doet een wijzer uitslaan.

De concentratie der pekel w~rdt periodiek gecontroleerd met

hydrometers-===:;-===:=

r

~'

_{- - - - -}

Lit

Amalgaameigenschappen

Oster. Chemiker Ztg. 93 - 1949 - 61_

Chem. Eng. Prog. 46 - 1950 - 440

Dr'. ~ Dingemans Electrochemie'

Proces

Ind. Eng. Chem. 45 - 1953 - 1162

Ind. Eng. Chem. 45 1953 1822

Chem. Eng. 54 1947 108

60 - 1953 - 217

59-1952 146

Fiat Fina1 Report 797 816 817 819 820

Researcg 3 - 1950 - 346

Journal Electrouh. Soc. 97 - 1950 - 346

5 _{Chem. Industries 65 1949-414}

65 - 1949 - 714 61 1947 - 41

Berekening warmtewisselaar Mc Adams : Heat transmission

D.Q. Kern : Process heat transfer G.G. Brown : Unit operations

'. .'. .' , , .;:.":" ~ '.

' .. "

,~f

.

.~

..

;..::.~::.:;::::-:.~

...

,.:.~--.. ..-. ,/

\

---.-

.-~

.

." . ; _ _~ _ _ _ . ____ ---Î . . _-_._-- -. -. -. - - - - - - - -- - - _ . _ - - p - - - '

.!

/.

~~~

__

4~

~~-r".#-'fJ"L'-Ä--,

~~d~~.z -4..;.Y/~.../ ~~4 _.4---,,~

__

. '

!/p/d~ //~

~~7.~;/;n~~/~~/~/d~·--~

, I -_. - - - ---- - - , f

ffe

~~

~

~~d~u/~~~"/~~~_

r~?~P/J~.

L#d.

-~~~

~~~~+-~~~-~-~~~d0/~~

7-~~/+~/~-Lu..

J... _ _

4 /

/7/.- . . _ . . .

._-_.-I

~j/.

t1:-

/~

/.

~

__

/ / - 4f' ,

.I~-,/./,,-"/Î...?

....

~.' . - --/ --/

~

c/~;f./t7-J'

/'i!-d

It4J

. .

~

4--L

- Á

~

_ _

J

/ d

~

~/_/.

4 /

;;~.~.v~~/n/"./

<

9

Á

lP-I

~~~~~

__

----!

-~ -~ - - - - ~---~--- -- -- -- -- --- - ~----_._- - -./ .

.

.. ~.:~.'- -. _ . -. __ ~~ ~. 7,?_u cf' . ___ . ___ ._~:.- f.f __ u~

--I.F-"

r-__ . r-__ ç':.q,

?,/d~ . ________ _ I

~t~

7~k7--·;.é~--4-/u.-A/'_~d/, -- --

-.--I

-

9/f·

rA /r

=-/.-4 ,[

~~

!

-I

~~~_'d

___

-d--'~__. ~...d_~~/

__ _

~~4/~;H;~~~

__ 4</

r~~/

I

_I

~

i/

=

I

I

i~~

'/(7

I

I

I

I

I

~:

I

I

- - --- - - é,/-

---

-

_

.... - - ~- " -~ k~

A::rij ___ _

- - . - • • -~-j

----

---w--~

-

-_~~J ~ _~~~

p

-~

. ft/

-~~--~-. /-//-~~--~-.

~

4L#L-/ 4L#L-/

hj _

- ____ _

jh.hn'

~#l

~

_

/f.

~

/1

~t>

::.

~;-

t7/./?/L#,/Y

~:

.. .1;;_

i./~~

/Zp

~

J,

ti..;

g{/

~~

-'7-A

r

-d

~~

~-,d./~. ... ... _ .. _....~---~=

~.

=

=-t

4#,.

=

~.~ ~

~

_

~~.-d/.

_ _ ___ ____ _

!

! ' /

fiJItJ

/.t .

.,eu

Ij'

jl/

447

t

~~

-

4~

g7~~/~

r;~-

~:

~~_

=

~

ktI'

4V' ~- ~ t1f -- ... -- -- -._.-J / / . / # __

4#t _______ :

-//

/1/ - - -- ----

---f ---f - ...

~._-.rk

g:710~/~

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

-._----

~~d-7---~~

.. - . -- -_ . . . ---.---_. - .- - -_ .. -.- ~---'

~ .~.~-d~u%y#~~R/~;2;t:;:--~

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

~ -vM+HL77~~~-.d,~~·==~-~~

- -

-ft

/k~~L

~/-7L/k'4.#~~-_-~'" ~.r~1 :?T~#?~._.__

(

________ ___ ____

_ ___ _

_______ -.:._ t

6'

-~-:

---L.--

I

L._

-fL/

fk

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

-~----_._~._._----. -#--~----_._~._._----.--~----_._~._._----.

d

7

-d

h~

. . - /

~Y'-u/,4,.;f, ~

~

~~

.

:~ -1.~ ~-#nu~~~/~~,

.h<~.~

__

:

1~

;7û-Mt / / -

4/1~

. '

.'uu.

I

:

~ 7~

~, ~H

~

~ ~'4

__

. - . é . . u

__

~J

: - - - -I i I

-=

-L

r

/f't? ::

- L

r

qtnl/r-~

;z>p7---~

~ - --û"~

~/j

. -

--~-_._-#-A'rl-

/d~~

~ ~

~~#_~~u=

I

4

~ ~ /~tf>

/# -..

"-//4n

/J/o/--I

~

~

47

_{d :}

..

·-u·'-'·1

.

L~u_-/M

=-

/J'/

=-

.ff~0

.

. -

--.-.---~

---

1~H._-

- ---._-.----'

.1 _ - _.. .• -- - - _. - - - - ._-- ._--

-I

;iV--4/d

~~/~-u

~"

!

~~ ~; =f{j;f~n~ 4/Ü~~=~

_ J

.

-.J..

I -- -- _ - - - -_ _ 1

t4~-L/r~j~

__

'~~~~aLfo-~,~

i I j

I

i • ₁ 1

--I

I

I

I t-_I ! ! i I - r i I 12::

q.i'/j

~.-fl.f---

--

//~~o/

---- -- - - - -- -

-11

-=--/ffA'-n·

6i~:z::

/ff/If,

{/L/L:-..td'.:t.?~

-~

---- --

-~--

---4.1.11--- - ---4.1.11--- -- ---4.1.11---4.1.11---4.1.11--- - - - 1 - -

---~~

-'

_-L~f.

- - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ u _

L __ -

- - - 1

~

-

~.L.,fd.,

7

--- --- --- - - 1 -- - --- -- --- --- - - --- - --- - - -

--dW-r--d/l

~-~

4 -

--- --- --- --- --- - - - --- --- -I

--d-40t.

=-

--f!1({;M~ili;;:F'!;;;1?- ,.=t;t4/-~f

_ ~~~~/t7 A'qd.rf/"t1///A'L---~/)".IA'.LÁ/4.& _ - - - ---- - --- - - - - --- - - - -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --- -- --- - - -- - - -- - ---- -

-f

l

I

!

cf'

9~d

4fl~4/#

__

n _ _ fT 4 ; : :

z4fi.L

~

Ik:/

I

~; ~~

"r /1' /.?,r

g ""

"rA

k- _

~_

__

- - -

-$

Jl

~7

__

~~.u:f. ----~ _.4--:./~

I~~

btPf -

--'4.4H .

./~ ~

t'~. ~~~

- _ _ _ •

/f!4n.:: //_

U"'-4H. ::

~

ti,,/,

/? --_-

_~

_______ _

-

(/~~ -~~/

-;rt/~~/~

_

_

~

~t?

:'

~

-:

J /

J L,f:!: :::

t::

<~

tIf/

z.

-/u

.?'}7/. ~

-1?~ ~d.?

/0/13:

~.-rq{!{fx/fflf'/--/~ A' é'_~_

-

/

~u/""

4

u-

__ __ _

-- -- - ---

._----~.4./_..L ,~4d'__./;i/hf~k7~

~.~~

---/Yr/

=-

/~.

L :::-

/~

A"

/(e ::

/~/

--- - -

Z1-

/~/y .- ._---- - - ---

--_._---t:

7*

~ "'-~~7~· p;;;/,-/~~4_;~4-.-~~

- -

-

~-t ~----

--r

fo'???-h-T_ .17/ ?!.---

--ti

~

,-

,4

tJ Q

~f

"r

1:7/./

~/-

G.,f (r

~

f ,(

/,*

j'

Z'.tt

- ~-- ~~~.=,-~

,jf.

.44.4

~7~~-;t;,~.--'?'.df/~

I __

__ -- __ _______ _____ -_ -_ -- --

_ --_________ _

Ç:{/'P/, .--_.~ I

!

~~.

=-

~, ~

=

//L,.li!~

--

.gt?/

J.7...~

~ ;~ ~ tf'.r~ . - -- --- - - - -_ . . - --- ---.. _~---- _~---- _ .. _ - - - -- ---- " - - . -."

--.7:#---.J:

::--.--~

Url'

//2 -_/: _ /If' t/:_

~!? ~d~/-;$

--- -- ----.Lt')7,( f'q-t'--- - ----~-- -.. - --- - .--- -- - - I - ----_ .. -_ .. -,t

~ 44.·~~u:{7d,~'---~..4d~~_·

~. - - - - -- ---- - - - --- -- --- ----~--- -- ~-- - _ ..

---~---.-~.---a/----~ ~-~:~:---.-

-

---..

- - - 1

..

.- - - ---~----I - - - 1 t J )

-~p., ,l;J~.':/d-~~{;f~7~~---,

~t'

•

k.__..--- -

---~~~1

j/ -- -.f. -

/t.L

/

~h~ ~.# :~fA'//) A.(/.r/A'/4---;r~.I4JL---~'7~ I~.I'---- - - - 1 .. --- --- - - - 1

~,p,

:-

~p/.I1 ~~

/4'.F#.---~

~

~"

_ 'I _ _ _ _ _

~

__

~

_ _ _ _ _ _ _ _ _

--- jk/=

~ ~~~_,t-

Á//'/.

=

1/)'Lr:.~//L/:.~/I.lL---ftd=~//.r ~/,J?r~

· - - _.

._._----~~~d~1

~

~~~~~~

~4"'~~?~

_____ _

7

1

...-û'~

,/,7/

d7.~~/J"r'

~

::

v{h/~#:.f~

k

tI'.:

~/f /~//.f.r.k

/7/

A'

14./'

fic

f.,fU~-I;,.V.r/"I,p-'J:rb"!5/~~q/// ~d/.#

/f" /'

A' f4 /' - - ---

~--"r~;--f

/f/;i-1/

I /

r

1

n4

=

1L,~ ~/dT~.-

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

-fL4A

//za.A'

f.~fl.L,ff·

//J /'

f - - - I - - - . - - - . - - - . - - - , 1 - - - _ .. _ _ . -.#.

L.Ltt

::;--_._-~~~---_. 1 - - - ' - - - l \ l _ - : - _ + - -_ _ _ ~,d."' ... _ ·7~_~_~ _ _ _ . _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ .

\~

~

-

?,-,.-~#

.

.,.,~._---~-_._---_.

- . . .

_-

- ._~.