De electrolytische bereiding van natriumchloraat

,

---

--

---_I-=

-:

1

--r lJ NOCI c">' CJ

u;:T

r;--

-

'"

~ i . r i , • I .t;-_{I _} '" I .... ngvot

L.

r

I

-

r

-~-

~

L

t

IJ'IJ' ! I l'1 I I, 1 1 I lilSlOOM L=J .

1--1Qt--f

o-}-

_

fo-tIllor -+ ~

-

---n---.loctr91~

l

1'1~=:L

_

_ _

~ fillorpora

~

:~ ]f-' =-_ :1 --- _ -Gb:!1J _ I ~ I r ~

!i

U -

i

I

F

-

l

~ bufferwt

L

~

---.Jr

J

I

- '-~-! I-I

HILI ;

I "l

i

1 ;! t

~

i

P

111 j: ! I ,j ,_

'

I

'

j!

8

1

~ - J • IJ_~ I i d ~

I_L

~ ~ ~,

Y~~0

I ·}~i

.·'

~ ' j , " ;.:c-,,-',j (

,

-

'J

_-

~êlJ

_

_-

;j

_{J '}

: -

-

-

N.cl~

' - - - ! I 1 .13=" --=-7~ "

I

j

.riottlllsator -:-~ ~ IJ !

I I I

B:

rFT~

'1

~,-- I c.ntrlfug. : ~tiJ I droger I I • ( AJ':' ___ I_~ -;J~ _, J L _rvat

(D

-1 1 ~2a,

I _

11-W~Hart .l.ctrolytiocht boroldlng

van NoCI~ uit NaCl

--1-IC_I 1:10

----,

_

_

El

i

-'(

~ . \

L J

De electrolytische bereiding van natriumchloraat

februari 1959 W. 't Hart

Karel Doormanstraat 252

Inhoud.

blz.

1.

Inleiding

1

2. Proceskeuze 2

3.

Plaats en grootte van het bedrijf

3

( - ,

4.

Veiligheid in het bedrijf

5

"

-5.

Chemie van het proces 6

6. Beschrijving van het proces

11

7.

Berekeningen

a inleiding

15

b materiaalbalans

19

c energiebalans 22

d berekening van de droger 26

()

l.

Inleiding.

De chloraten zijn reeds geruime tijd bekend. Reeds in 1786 bereidde Berthollet kaliumchloraat door chloor te leiden in een warme alkalioplossing (1).

Het ontstaan van natriumchloraat bij de electrolyse van natriumchloride is waarschijnlijk al in 1808 door Berzelius en in 1816 door Stadion geconstateerd. In 1847 stelde Kolbe het ontstaan met zekerheid vast.

Reeds in 1851 verkreeg Charles Watt een Engels patent voor de àectrolytische chloraatbereiding. Dit is echter eerst

35 jaar later, door de Franse ingenieurs Gall en MontLaur (2) toegepast. Zij richtten in 1886 een fabriek op te Villers-St. SépulCre in Zwitserland.

Pas in deze eeuw heeft de electrolytische chloraatbe-reiding een grote vlucht genomen, vooral als gevolg van de vol-gende uitvindingen:

a. electrolyseren in zwak zuur milieu

b. het onderdrukken van de kathodische reductie door het toevoegen van chromaationen

c. het gebruik van een grafietanode.

~+-L De chroma~~industrie is tot aan de tweede wereldoorlog

een zuiver West-Europees bedrijf geweest. Eerst in 1941 werd de eerste Amerikaanse fabriek te Los Angelos in gebruik gesteld

(3) •

Natriumchloraat (NaC103) is een witte kristallijne stof die sterk hygroscopisch is. Het moleculair gewicht is 106,45; het soortelijk gewicht 2,5 gr/cc en het smeltpunt 2480C.

(

, J

()

-2-Een kookpunt kan niet worden opgegeven daar de stof bij 300°C ontleedt onder afsplitsing van zuurstof. Daar natriumchloraat in contact met organische stoffen, in 't bijzonder textiel, hout, papier, tot ontbranding en zelfs tot explosie aanleiding kan geven, moet men in het bedrijf verschillende veiligheidsmaat-regelen nemen. De veiligheid in het bedrijf zal in een apart hoofdstuk worden besproken.

Natriumchloraat wordt voor verschillende doeleinden gebruikt (4) zoals het bleken van pulp (50%), onkruidverdelger

(30%), defoliant voor de katoe~plant en als oxidatiemiddel bij de fabricage van kleurstoffen, het verven en bedrukken van tex-tiel en in de leerindustrie. Natriumchloraat is verder de grond- I stof voor de fabricage van kalium- en ammoniumperchloraten (ex-plosieven) •

Men vermoedt dat in de toekomst de grootste toepassing van natriumchloraat zal worden als onkruidverdelger. Het is wel niet de beste onkruidverdelger maar wel de goedkoopste. Men

schat inde U.S.A. per jaar een verlies van drie milliard dollar door onkruid.

2. Proceskeuze.

Vroeger maakte men het natriumchloraat niet electro-lytisch. Volgens het Liebig-proces (1, 6) maakte men eerst calciumchloraat door chloor te leiden in warme kalkmelk:

6 OlZ + 6 Ca(OH)z ~ Ca(C103)Z + _{5 CaCl z} + 6 HzO. Hierna voegde men aan deze oplossing natriumsulfaat toe waar-door calciumsulfaat fteersloeg en men een oplossing van

calcium-()

-3-chloride en natriumchloraat verkreeg. Deze bereidingsmethode is omslachtig en vereist veel chemicalieën.

Tegenwoordig maakt men het natriumchloraat alleen maar electrolytisch uit natriumchloride. Hierbij ontstaat chloor aan de anode en waterstofgas en natriumhydroxide aan de kathode. Da&r men zonder diafragma electrolyseert, worden de

katholiet-en anolietvloeistof direct gemkatholiet-engd waarbij chloraat wordt ge-vormd via het hypochloriet. De theorie van dit proces wordt in

een volgend hoofdstuk besproken. De technische uitvoering van de electrolyse is nogal verschillend, een overzicht hiervan wordt gegeven bij de bespreking van de technische uitvoering. Daar momenteel natriumchloraat alleen maar electrolytisch ge-maakt wordt, is de proceskeuze niet moeilijk.

3.

Plaats en grootte van het bedrijf.

Het electrolytische proces zal slechts dan rendabel zijn, als men over goedkope electrische kracht kan beschikken. De ligging van het bedrijf wordt grotendeels hierdoor bepaald. Zo liggen in de U.S.A. de meeste electrolytische bedrijven in

Niagara Falls. In Europa treft men ze aan in Frankrijk (Savoye),

Zweden, en Zwitserland en Duitsland.

De grondstof voor de chloraatindustrie is natrium-chloride in de vorm van steenzout, men zal het bedrijf dus ook zo dicht mogelijk bij een steenzoutwinningsbedrijf willen

plaatsen. Verder is de aanwezigheid van goede vervoersmogelijk-heden van belang, zoals een goed wegennet, een spoorlijn en een rivier of kanaal.

-4-bedrijf slechts dan rendabel kan exploiteren als men verschil-lende producten maakt. Een voorbeeld hiervan zijn de Hooker Electro Ehemical Company en de Pennsalt Chemical Corporation,

beide gevestigd te Niagara Falls in de U.S.A.

Het liefst verbindt men de fabricage van verschillende

producten aan elkaar. Een voorbeeld hiervan is een nieuw procès (8) waarbij de productie van chloordioxide gekoppeld is met na-triumchloraat.

Een nadeel bij de chloraat productie is dat door de grote toepassing op landbouwkundig gebied slechts in een be-paald seizoen een grote vraag is. Men moet dus over een grote opslagruimte beschikken.

De grootte van het bedrijf zal door verschillende fac-toren bepaald worden. Van belang hierbij is om te bezien hoe groot in de afgelopen jaren de wereldproductie is geweest. rliervan geeft onderstaande grafiek een overzicht.

l00r---r---r---r---r---r---r---~--~--~~ 80

..

~ <=60 §. <=

:ê

40 ~ 20

---

--

-- ,-

"

---

--1941 1943 1945 1947 1949 1951 1953 1955 Production-8odium Chlorate

Afhankelijk van de productiecapac~it zal een kleiner

of groter bedrag in de prijs verrekend moeten worden voor in-vestering. In de literatuur geeft men op, dat een commerciële / , .. '-'-.~

,

,---pl~veen productie moet hebben van 3000 tot 22000 ton per jaar , (4) •

(

,

~)

-5-Voor de grootte van het in dit verslag besproken be-drijf is een productie van 11000 ton per jaar gekozen.

i.

Veiligheid in het bedrijf.

Men moet in het bedrijf bepaalde veiligheidsma~ege­ len nemen in verband met het brand- en explosiegevaar. Er

worden in de literatuur enkele explosiegevallen genoemd

(7, 23).

'

Daar NaC103, in contact met textiel spontaan kan ont-branden, moet men diegenen, die met chloraat in aanraking komen verplichten iedere dag schone werkkleding te dragen. Het ge-bruik van rubber laarzen is aan te bevelen (11,

22)

omdat rub-ber het chloraat niet absorbeert en vlug te reinigen is.

Tevens moet een rookverbod gelden ea moeten overal in

het bedrijf douches aanwezig zijn om iemand die eventueel in brand is geraakt, te blussen.

Bij inwendig gebruik van NaC103 wordt dit in de bloed-baan opgenomen en werkt dan sterk giftig. Enkele grammen kunnen weeds de dood ten gevolge hebben (24).

Een goede ventilatie in de fabriek is van groot belang. Chloraatstof vormt met vet (van motoren bv.) samen een zeer explosief mengsel.

Het verpakken van natriumchloraat mag niet gebeuren

in papieren of jute zakken maar in stalen vaten. Opslaan van deze stalen vaten moet geschieden in een opslaggebouw wat vol-ledig gescheiden is van de fabriek, liefst op enige afstand.

Dat alle fabrieksgebouwen voorzien moeten zijn van een speciale brandblusinstallatie spreekt vanzelf.

(

,

-6-2.

Chemie van het proces.

De theorie van de electrolytische bereiding van natrium-

-chloraat is in de literatuur uitvoerig beschreven (7,

9,

10, 11,

12, 13, 14, 15, 16, 17).

De electrolyse van een natriumchloride-oplossing ter

bereiding van natriumchloraat, kan men beschouwen als een serie

complexe reacties. De snelheid van deze reacties hangt af van de

temperatuur, de zuurgraad, de concentratie, het voltage etc.

Men maakt bij deze reacties de volgende indeling:

a

b

reacties aan de electroden

anode: 6 Cl- -+ _{3 C12} + 6e

kathode: _{6 H20 + 6e} -+ 6 OH- + 3 H2_

6 01- + _{6H 2}O

-

3 C12 + 6 OH

-

+ 3 H2 (I)

of anders geschreven:

6 NaCl + 6 _H20

-

6 NaOH + 3 C12 + 3 H2.

Voor deze reactie,-is een hoeveelheid electriciteit van

6 faraday's nodig.

reacties in de oplossing.

Door het ontbreken van een diafragma worden de anoliet-en de katholietvloeistof gemanoliet-engd, waarbij de volganoliet-ende reacties optreden:

3 C1 2 + 6 OH- - 3 CIO- + 3 Cl- + 3 H20

2 CIO- + 2 H+ 2 HOCl

2 HOCI + C 10 - - C 10

3_+~2;;;;...;;;H~+--.;.+-=:.2_C;;.::1::..-_

3 C1 2 + 6 OH- - 0103- +

Door optellen van de vergelijking I en

5

Cl- +

3

_H20

(11 ) de vergelijking 11 verkrijgt men de totaalreactie voor de electrolyse:

Cl- + 3 H20 - Cl03- + 3 H2 t~tttJi.~iIII)

een~oeveel-

-7-heid electriciteit van 6 faraday's nodig. Ret is ook mogelijk om het chloraat volledig door electrolyse te verkrijgen. Ook hier vormt zich eerst chloor, dat met de eveneens gevormde NaOR hypochloriet geeft. Dit hypochloriet wordt dan aan de anode verder geoxideerd tot chloraat. De totaal reactie aan de anode is:

4

01- + 18 H20 -

4

010 3 + 36 H+ + 3 02 + 36e. Voor de vorming van 1 gmol natriumchloraat zijn dus nu 9 fara-day's nodig. In vergelijk met reactie 11 heeft men hier dus een stroomrendement van 66 2/3%, als gevolg van zuurstofvorming. De vorming van het chloraat volgens deze vergelijking is onge-wenst. Daar deze reactie plaats vindt in alkalisch milieu, kan men door in zwakzuur milieu te electrolyseren deze anodische oxidatie van het 010- voorkomen. In het zwak zure milieu wordt de 010- concentratie onderdrukt door de vorming van het zwakke, weinig gedissocieerd., zuur H010. Dit is bovendien gewenst voor het vlot verlopen van reactie 11, nl.:

2 HOOl + 010- - 0103 + 2 H+ + 2 01-.

Het werken in zwak zure oplossing is dus zeer belangrijk.

De oplossing mag echter niet te sterk zuur zijn daar anders 012 gas ontwijkt.

' . f

~

\lu,P-\-""\l.\, Het ,~

De optimum PH blijkt te liggen tussen 6,2 en 7,0. HOl gehalte moet daartoe 4 tot 5 gram per liter zijn. De

("t,: /~. reacties in de oplossing volgens vergelijdng 11 verlopen snel

\ .'''<..

~

bij 70 - 80°0 en langzaam bij lagere temperaturen. Wil man bij lagere temperaturen electrolyseren (dit is het geval bij ge-bruik van een grafiet anode) dan moet men na de electrolyse een rustperiode van de oplossing in acht nemen. Het is echter bij de Oardox electrolysecel gelukt om deze rustperiode in de cel te doen plaatsvinden (15). In deze cel electrolyseert men in een smalle ruimte tussen anode en kathode (zie tekening in hoofdstuk 6). De chemische reacties vinden dan plaats in het

-8-grote cellichaam. Door de ontwikkeling van waterstofgas vindt voldoende doorstroming plaats. In vergelijk met andere cellen

heeft men daardoor hier een lage stroomdichtheid (2 tot

5

amp/

1 .; ter) • ----~

lVM->

/

I ~ ', .I ')

• - . r 11"'/\" '",'

Men electrolyseert bij 2,8 - 3,2 volt (bij grafiet anode)

Een juist voltage bij de electrolyse is van groot belang. Is het

voltage te laag, dan vormt zich geen chloraat, is het voltage te hoog dan vormt zich perchloraat. Bovendien is het dan mogelijk dat zuurstof ontstaat:

4 OH- - 02 + 2 H20 + 4e

Een andere nevenreactme ie de kathodische reductie van hypochlo-riet ionen:

C10- + 2 H+ + 2e - 01- + H20

De C10- ionen komen aan de kathode door diffusie. Dit kan men

be-perken door natriumbichromaat toe te voegen. Er vormt zich dan

een huid~ van chroomtrioxide.aq dat als een membraam werkt en zo de 010- ionen tegenhoudt (27). De reductie van C10- ionen wordt ook tegengegaan door een grote kathode stroomdichtheid. De diffusie van de 010- ionen tegen het electrische veld in wordt dan bemoeilijkt.

Een voordeel van de bichromaat toevoeging is verder de

bufferwerking t.o.v. de PH' nl.

H20 + Or207 -- ~ 2 orO~ -- + 2 H+

Dit is belangrijk daar de PH tijdens de electrolyse iets blijkt te stijgen als gevolg van nevenreacties. Zuurstofvorming doet de PH dalen, de reductie van hypochloriet doet de PH stijgen.

Een derde voordeel van de bichromaattoevoeging is de anti-corro~

sieve werking op de apparatuur. De chromaat concentratie bedraagt

)'( 2 - 3 gram/liter. IJ>., M ~tlt6'\"'c.t.,\ ~-t""-M_,-L.A\<?

De NaOl concentratie van de electrolyse vloeistof is van invloed op de voltageval over de cel. Onderstaande grafiek geeft deze invloed weer:

-9-1\

3IJ 40

~

\ ,~ ~ ~ _~~ lPC ro 200 2BO 9 NaClIl

ZWl&hme der Klemmen-spannung mit abnehmendem

Chlo-ridgehalt

Daar tijdens de electrolyse de NaCl concentratie daalt,

zal zoals uit deze grafiek blijkt, het voltage stijgen. Het

maximum voltage mag 3,2 volt zijn (voor grafietanode), dus men

mag electrolyseren tot een concentratie van 100 gram NaCl per

li ter.

Tot slot enkele opmerkingen over de electroden. De

ka-(\ru.-l,'\k.-t- \\~

thode is altijd van staal, voor de anode ~ men platina,

magne-tiet of grafiet n~.

~e platina-anode is zeer goed, doch veel te duur voor

gebruik op grote schaal. Van de grafiet-anode en de

magnetiet-anode voldoet de eerste het beste. hiervoor zijn verschmllende

redenen. Bij gebruik van een magnetiet-anode electrolyseert men

bij een spanning van 3,5 tot 4,0 volt, bij gebruik van de

grafiet-anode is het voltage slechts 2,8 tot 3,2 volt. Dit vindt zijn

oorzaakJft het feit dat ~rafiet de stroom beter geleidt. Het

ge-bruik van de magnetiet-anode vereist dus een grotere energie

(6,0 - 6,5 kwh per kg NaC103) dan het gebruik van de

grafiet-anode (5,2 - 5,0 kwh per kg NaC103).

Een nadeel van de magnetiet-anode is verder de brosheid

en dat er ijzer in de oplossing komt. Dit ijzer moet men verwij-deren daar dit de reductie van hypochloriet katalytisch versnelt:

C)

('

\

- - -

-

-10-Een voordeel van de magnetietanode is dat men bij hoge-re temperatuur (tot 70°0) kan electrolysehoge-ren en dat daardoor de chemische omzetting sneller verloopt. Bij gebruik van de grafiet-anode mag men niet hoger komen dan 35 - 40°0, anders verbruikt men teveel grafiet, nl.:

4 OH- + 0 - 002 + 2 _H20 + ~e

C + 2 HC10 - C02 + 2 HC1.

Komt men niet hoger dan 35 - 40°C, dan is het grafietverbruik slechts 10 kg per ton NaC103. Dit verlies is dan hoofdzakelijk het gevolg van mechanische corrosie. Dit is tegen te gaan door de grafiet-anode met lijnolie te impregneren.

Het blijkt dat de NaOl concentratie van de oplossing van invloed is op het grafiet verlies, onderstaande grafiek geeft dit weer:

V~/mi"1 van (()~ o/c, 11/1(

flfD''''

r

120 200 280

SOOIUM CHlOFlIOE. If.ms "'" Irter

C)

r

\.

-11-Het blijkt dat de grens van 100 gr NaCl per liter,

die men moest aanhouden i.v.m. de voltagestijging ook de grens is voor het grafiet verlies.

Het stroomrendement bedraagt bij gebruik van de

gra-fiet-anode iets minder dan bij gebruik van de magnetiet-anode

(85 - 90%). Dit komt omdat in de poriën van het grafiet een

verarming van de Cl- concentratie optreedt. Hierbij moet

opge-merkt worden dat het rendementsverschil bijna gecompenseerd wordt doordat bij de grafiet-anode de temperatuur lager is en

het stroomrendement stijgt bij dalende temperatuur.

De in de literatuur genoemde amperages lopen uiteen van 1000 tot 10000 ampère. Bij de Cardox cel is 3000 ampère een goede waarde.

Een voordeel van de grafiet-anode is verder nog dat men kan electrolyseren tot een natriumchloraat-concentratie van 400 - 60° gram per liter; bij gebruik van de magnetiet-anode

bereikt men maximaal 300 gram per liter.

Uit alle voor- en nadelen blijkt wel dat de

grafiet-anoden het best voldoen.

6. _{BeschrijVing van het proces.}

De technische uitvoering van het proces is nogal ge va-riëerd. Verschillende processchema's worden in de literatuur

op-gegeven (2, 4, 11, 15, 16, 18, 19).

Bij de nu volgende beschrijving van het proces (zie het bijgevoegde schema) worden de andere mogelijkheden ook besproken.

In he.t mengvat wordt vast NaCl opgelost in de moederloog

(afkomstig

van~centrifUge)

_{en worden tevens water en}

geconden-seerde stoom uit de verdamper toegevoerd. De verkregen oplossing

~

L

blJfflfVll1 vffdamp.r , ----;;> f--<-~

1.41

H 20

.-L

,... --:;> ""<:"

I

I 1~

, +

ko.t"

o

1

N

a

è

ïJ

~

.;""

1

m.ngviJl

L

--;;

~j~c/.ur

L

r

[

-I~

fi/lfr ~ ~I)ff-ltoomko.i.r warmt. Will.t?:"1

r1lllllllllllr

I

~

kr/l/alt/ailfor "nirillJg.

n

_'---..-' +

N~t

-~

II.elro/yu

1

u.

~ fi/t.,p.r~ . / '

~

,

~

I

IA,

~

I V'-'

1

1

m.n.,,,

bu".,,,./

'--r-blJ".fYlIl

~J

_.

drogfr. -r-J., schema van de electrolyfische bereiding

')

-12-

y-'-::tv

Uit het

~dgvat

wordt de oplossing gepompt via een

fil-\ '

ter, waar eventuele'verontreinigingen uit de NaCl verwijderd

wor-den, maar een tweede mengvat. In dit mengvat wordt de oplossing

op de juiste PH gebracht door toevoegen van zoutzuur. Tevens wordt hier natriumbichromaat toegevoegd.

Vanuit het mengvat wordt de oplossing gepompt naar een buffervat, van waaruit de electrolyse cellen gevoed worden. In het buffervat wordt de inmiddels afgekoelde oplossing weer verwarmd tot 35°C, de electrolyse-temperatuur.

Tot en met de electrolysecellen wordt het proces in batch uitgevoerd.

Men kan wel continu electrolyseren (3, 20, 21). Hierbij zijn twee mogelijkheden. Volgens de ene methode plaatst men de cellenr .. in serie volgens de cascade methode. Volgens de andere methode voert men de oplossing door een aantal parallel geplaat-ste cellen. De geelectrolyseerde vloeistof voert men daarna naar een opslagtank vanwaar een gedeelte verder behandeld wordt en eem ander gedeelte gemengd wordt met nieuwe voedingsvloeistof en

teruggepompt n:-jar de cellen.

De nadelen van het continue systeem z1Jn vooral het continu regelen van de juiste PH van de celvoedingsvloeistof en de verandering van samenstelling van de celuitgangsvloeistof bij

het u~allen van een cel.

Bovendien moet men bij de continue uitvoering na de electrolyse de vloeistof geruime tijd op 70 - 80°C verwarmen om de chemische reacties te doen plaatsvinden. Het blijkt dat de meeste bedrijven in batch electrolyseren.

Het totaal aantal cellen bedraagt 740 en wel 20 series van 37 stuks. Iedere serie wordt gevoed met gelijkstroom met een spanning van 120 volt, dus per cel een voltageval van 3,2 volt. Deze 3,2 volt is het maximum toegestane voltage voor de eleètrolyse. De 120 volt gelijkspan;"ing wordt verkregen door

~

,r '-"\ _ f

L l<ek" .

.\.4

~v-Î

'~ ":i "\ ~~ \ '\ \,'1 /' (f) I 1 IQ \I v\t,w~ ~

, n

JA. .

.:;., U \\\.. • . I,--~

\,r-

\.

-13-de inkomen-13-de wisselhoogspanning omlaag te transformeren en met behulp van een gelijkrichter om te zetten.

Voor de electrolyse wordt gebruik gemaakt van de Car-dox electrolysecel (zie tekening) (15, 16).

r

~ '" ~

I

Porcela,n In!.ulator -

T

-Graphlte anodes (I In.xl In.x40 In) St •• , cathodes l (iiln.x35Inx43,n)

I

St •• , cell body ~ N ~

l~

Steel coolong chambe'---+++ _ _ --tfii+

12 In X 35 In x43 In.)

I...:....-"--"---"-..J'O _ _ Cathode terminal

I. 3 0 I n - - - - o o l Cross seetion or a Cardox (hlorate (eU (5).

Bij deze cel bevinden de anode en kathode zich op korte afstand van elkaar. De anode bestaat uit met lijnolie geimpregneerde grafietstaven. De kathode wordt gevormd door 2 stalen platen en het koellichaam. De cel is geheel van roest-vrij_

~~aal

geconstrueerd.

LIR.---9,

Roestvrij staal blijkt voor

chloride-chloraa~Plossin­

gen het best co~rosiebestendig (22). De cel is geaard. De aan de

-14-tussen de anode en kathode doorstroomt. De celinhoud bedraagt

7501 en de electrolysetijd is 48 uur. Het oppervlak van de anodes

is 3,92 mZ, de stroomsterkte 3000 amp., dus een anodestroomdicht-heid van 765 amp/m Z• Volgens de literatuur kan men de stroomsterk-te variëren van 1000 tot 10000 amp en de stroomdichtheid van 300 tot 1600

amp/m~.

Het stroomrendement bedraagt 85%. Daar bij de electrolyse veel warmte vrijkomt moet de cel gekoeld worden. De bij de electrolyse ontstane waterstof (71 kg per uur) kan men op twee manieren verwijderen. Bij een groot bedrijf waar zoals hier het geval is, veel waterstof ontstaat wordt deze meestal gecom-primeerd en als bijproduct gewonnen. Hiertoe moet de waterstof gedroogd en bevrijd worden van Cl z en C_OZ. Ook kan men de water-stof met lucht verdunnen tot beneden de explosiegrens

(4

vol.~~z)

en afvoeren. Neemt men de veiligheidsgrens op 3 vol.% Hz dan heeft men voor die 71 kg HZ een hoeveelheid lucht van 27,5.10 3 m3

(33,1 ton) per uur nodig. Dit is een zeer grote hoeveelheid. Na de electrol~se wordt de vloeistof via een filterpers naar een buffervat gepompt. In de filterpers wordt de gecorro-deerde grafiet verwijderd. Het buffervat is nodig omdat de ver-dere behandeling van de oplossing continu geschiedt.

Bij deze verdere behandeling kan gekozen worden tussen drie systemen:

a. de oplossing zodanig indampen dat daarna bij het af-koelen NaC103 uitkristalliseert en de NaCl in de moe-derloog naar het oplosvat kan worden teruggevoerd. b. de oplossing afkoeleb tot OOC waarbij N~C103

uitkris-talliseert en ook hier de NaCl in de moederloog naar het oplosvat teruggaat.

c. de oplossing wordt sterk ingedampt, waarbij NaCl uit-kristalliseert, na centrifugeren wórdt de resterende oplossing gekoeld waarbij het NaC103 uitkristalliseert.

-15-Het systeem ~ is het minst aantrekkelijk, daar men dan het vaste NaCl verder moet transporteren en verder tweemaal moet

centrifu-geren. Dit vereist IDeer apparatuur en verhoogt de proceskosten. Een keuze tussen het systeem ~ en b is moeilijk te maken, daar

dit van economische factoren afhangt.

Voor systeem ~ heeft men stoom nodig voor de verdamper, voor systeem b electrische energie voor de koelmachine. Hier is systeem a gekozen. De uitvoering is als volgt. Uit ~,het buffervat wordt de oplossing via een warmtewisselaar naar de verdamper ge-pompt.

In de warmtewisselaar wordt de oplossing verwarmd tot 95°C door condenserende stoom. Deze stoom is de in de verdamper ontstane stoom van 130°C (1 atm) die eerst in de stoomkoeler af-gekoeld is tot lOOoe. Deze hoeveelheid stoom is veel meer dan nodig is voor de warmtewisselaar. Het surplus wordt verwijderd met een ejecteur en verhit dan samen met de voedingsstoom van de ejecteur de verdamper. In de verdamper wordt de oplossing verhit tot het kookpunt (1306C). Uit de verdamper wordt de vloeistof via een koeler, waar de oplossing tot 50°C gekoeld wordt, naar de kri~

tallisator gepompt. De koeler is noodzakelijk omdat de kristalli-sator niet voldoende warmte kan afvoeren.

De slurry uit de kristallisator wordt gecentrifugeerd. De moederloog gaat terug naar het mengvat en de kristalmassa wordt in een platendroger gedroogd.

liet verkregen NaC103 heeft en is verontreinigd met 0,25% water

7. Berekeningen.

a. inleiding.

NaCl + 3 lizO - NaC103 + 3 Hz

58,45

3 x 18

106,45 3 x 2

een zuiverheid van

99,5

%

)

V

en 0,25% NaCl. ') J \ \ \ ~ '.

"''''

\ \J- '(', " ... " (, \ ,\1-, i ~J<" \ t \, )

")J--

'"

l\'--'\

-16-Voor de omzetting van 1 kg NaCl is nodig 0,924 kg HzO en er ontstaat 1,821 kg NaC103 en 0,103 kg H_{2 •} Per gmol NaC103 is een hoeveelheid electriciteit nodig van 6 faraday's of wel 6 ;66g50o amp. uur = 160,8 amp. uur. Voor 1 kg NaC103 is nodig 1000

106,45 x 160,8 amp.uur

=

1510 amp. uur.

Theoretisch is een voltage nodig van 1,43 volt (26) en is dus per kg NaCl03 een hoeveelheid energie nodig van 1510 x 1,43 wh

=

2,16 kwh.

Practisch verkrijgt men een stroomrendement van 85%

en is het gemiddelde voltage 3,0 volt. Voor 1 kg chloraat is 100

dan 85 x 1510 amp.uur

=

1776 amp.uur en 3,0 x 1,776 kwh

=

5,35 kwh nodig. Het amperage bedraagt 3000 amp., per cel wordt

3000

dus per -luur 1776 kg

=

1,69 kg NaC10 3 geproduceerd.

Het bedrijf heeft 740 cellen. De dagproductie is dan 740 x 1,4 x 1,69 kg = 30 ton chloraat, de jaarproductie is 365 x 30 ton

=

10950 ton.

Voor de berekening van de materiaalbalans moet men beschikken over voldoende gegevens van het ternaire systeem NaCl - NaC103 - HZO.

Hieronder volgt het oplosbaarheidsdiagram (13):

L 35

:

I _{• JO} • - Int Critical Tab/, •

t--+~~~--f>-....,--+--+--+--+----l 0 - O· C. E 11 A - 4I).c. L "25 ~

l20

-t

j

15

j

10 • c ~ !I 0 o x 0 20 40 60

Gr ... SooIIu ... ChIo,._ ... 100 0.--.. Water

SoJubilities of sodium cbJorate-sodium chloride

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

__

....

-"

a

'

-

~ til

..

'-

_-

₈

-

til

-

_." ~

"

_t

'

-

I.... ."

...

~

..

til _a 0 E c: ~

•

I....

_.g

"

..

-

-

0 ₀ u

"

--t

I.... _{0 ~} ~~

•

₀

~ 4E C)

i

e

~

tEl

~

~

-

e

_~

'I

I I l'

0 a

-

I.... ~

~

"

~ ~ ~ o~ U ~

t

,

i

r

₀

I

,

,

,

,

,

, / ~" a

_....

~ a ~ C)

•

."

a

'"

0 ." a Q

....

~ _~

...

_~

-

-17-l

In dit diagram geeft de lijn R - A - R de samen-stelling van de vloeistof die in evenwicht is met de vaste fasen NaCl en NaCI03 als functie van ~e temp~ratuur; anders

\ '. f.J~-"'''' 1 I--,J,.",t /."

gezegd de lijn R - A - R geeft het ternaire eutecticum weer als functie van de temperatuur. In het gebied boven deze lijn vindt men vloeistof verzadigd aan NaCl, de lijnen in dit ge-bied zijn de isothermen. In het gege-bied beneden deze lijn vindt ' men vloeistof verzadigd aan NaCl~.de lijnen in dit gebied zijn de isothermen.

Uit dit diagram volt, dat wil men uit de geelectro-lyseerde vloeistof NaCI03 uitkristalliseren zonder dat daarbij NaCl neerslaat, men in het gebied beneden de lijn R - A - R' moet blijven. Bij de berekening van de vloeistofsamenstellin-gen wordt uitgegaan van de geelectrolyseerde vloeistof. Volvloeistofsamenstellin-gens lito 16 is voor het hier gevolgde systeem van kristallisatie hiervoor een goede samenstelling: 450 gr NaCI03 per liter en 90 gr NaCl per liter. Het sg van deze oplossing is 1,35 gril. Omgerekend geeft dit 11,1 gr NaCl/lOO gr HZO en 55,5 gr

NaCI03/ 100 gr liZO.

In het bijgevoegde oplosbaarheidsdiagram wordt dit weergegeven door punt 11. Tijdens hen indampen volgt men de lijn 11 - 111. Men mag indampen tot net niet het eutecticum bereikt is. De ingedampte vloeistof wordt voorgesteld door punt 111, met een samenstelling van l P,4 gr NaCl/lOO gr HZO en 92 gr NaCI03/100 gr HZO. Uit de lig~ing van dit punt volgt dat bij het koelen van de oplossing tot 50°C geen kristallisa-tie optreedt. Tijdens de kristallisakristallisa-tie van het NaCI03 volgt men een horizontale lijn uit punt 111 tot aan de isotherm van

20°C. Punt IV geeft dan de moederloogsamenstelling weer, nl. 18,1 gr NaCl/lOO gr HZO en 68,2 gr NaCI03/100 gr HzO.

1

\

\, , ! ,

-18-De lijn IV - I geeft het verloop van de vloeistof-samenstelling ,in het oplosvat weer, Punt I (17,4 gr NaCl/ 100 gr HZO en 38,8 gr NaC103/100 gr HZO) geeft de samenstel-ling van de electrolysevloeistof. Tijdens de electrolyse door-loopt men dan de lijn 1 - 11.

Voor het berekenen van de electrolysetijd moet men de stofbalans van een electrolysecel kennen. In de electrolyse-cel ga~lt 750 1 met een samenstelling van 145 gr NaCl/l en323 gr Na.C10 3/1. Totaal ga8.t er dan in de cel 243 kg NaC10 3. U i t de electrolysecel komt 720 1 met een samenstelling van 90 gr NaCl/l en 450 gr NaC103/1. Totaal ga~t er uit 324 kg Na.C103. In 'de cel is dan 81 kg NaC103 gevormd. Per uur vormt zich 1,69 kg NaC1Q) de electrolysetijd wordt dan 48 uren.

Voor de berekening van de materiaal- en energiebalans heeft men het soortelijk gewicht en de soortelijke warmte van oplossingen van NaCl en NaC103 in water nodig.

Het S.G. van deze oplossingen vindt men in lito 28, 29 en 30. Uit deze bekende getalwaarden blijkt dat men het so,)rtelijk gewicht nauwkeurig kan benaderen door bij de bere-kening van het volume van een bepaalde gewichtshoeveelheid op-lossing de som van de volumina der componenten te nemen en hiervan 3% af te trekken voor een volumecontractie.

De S.W. van deze oplossingen is niet bekend. Men kan wel de S.W. berekenen. Daartoe berekent mem de warmte die no-dig is om ieder van de componenten van een bepaalde hoeveelheid oplossing 1° te verwarmen en die hoeveelheid warmte te delen door het totaal gewicht van de oplo 'sing. De S.W. van NaCl is 0,205 cal/g (31) en van NaC103 0,396 cal/g (31). De tempe-ratuurafhankelijkheid hiervan is te verwaarlozen. De S.W, van H₂0 vindt men in vele handboeken als functie van de

temperatuur-

-19-De berekening van de SW van een NaCl oplossing is vergeleken met bekende waarden (32) en bleek hiermee goed overeen te ko-men.

b. Materiaalbalans

Alle hoeveelheden behalve waar anders vermeld zijn uitgedrukt in ton per uur.

1. oplosvat

in: moederloog plus waswater: NaCl NaC103

HZO

HCl

Na_ZCt·_Z07

Totaal

SG van deze oplossing is 1,42, dus 7,3 m3

HZO uit verdamper

HzO .~ steenzout uit: electrolysevloeistof : 1,450 2,660 0,692 NaCl NaC103 HZO HCl Na2CrZ07 Totaal

SG van deze oplossing is 1,30, dus 11,7 m3

1,002 3,770 5,530 0,036 0,030 10,368 1,694 3,770 9,640 0,036 0,°30 15,170

-20-2. filter _VMU)

In dit filter worden de

oCt-

(onbekend/)

~

verontreinigingen ui t he-t steenzou,% verwijderd.

_. Ct~:;~.,::~ ( )

3. mengvat - h _ • • • • - - - -• •

In het mengvat worden NaZOrZ07 en HOl toegevoegd. De hoeveelheid Na2CrZ07 is niet van te voren te bepalen.

Het HCl wordt als een 4 N oplossing toegevoegd: 0,085 HzO 0,014 HCl

4.

electrolysecel in: ui t: vloeietó:e: 1,694 3,770 9,725 HCl 0,050 NaZC~ 07 0,030 Totaal 15,269 , SG is 1,30, dis 11,7 m3 gas: 0,071 Hz 0,035 HzO (850 m3 bij 35°C~ ( 50 m3 bij 35°0)

en verder een kleine (onbekende) hoeveelheid OLZ en CO.

De partiaalspanning van HZO is bij 35°0: 42,2mmHg De totaalspanning is 760 mmHg. Hieruit is de hoe-veelheid HZO te berekenen.

NaCl NaCI03 H20 HCl NaZCr2C, 1,005 5,025 9,054 0,036 0,030 Totaal 15,150, SG 1,35 dus 11,2 m3

In deze vloeistof is 12 kg grafiet ale vaste stof aanwezig.

-21-5. filterpers.

6. verdamper.

12 kg grafiet wordt per uur uit de oplossing verwijderd.

iD.: de hierbovenstgande celuitgangsvloeistof ui t: verdampt water: vloeistof: NaCl NaC103 HzO HCl Naz CrZ 07 Totaal SG is 1,44, dus 8,02 m3 3,584 1,005 5,025 5,470 0,036 0,030 11,566 7. kristallisator. in: NaCl 1,005 Na0103 5,025 HzO 5,470 HOl 0,036 NazOrZO 7 0,030 Totaal 11,566, SG 1,44 dus 8,02 m3 ui t: vloeistof 1,005 NaOl 3,770 Na0103 5,470 HzO 0,036 HOl 0,030 Na zOrZ07 vast 1,255 Na0103 8. centrifuge ...

in: de hoeveelheid die uit de kristallisator . komt. 0,160 waswater.

-22-uit: vaste stof NaC103 1,255

NaOl 0,003 H20 °z/OO Totaal 1,358 moederloog: NaOl 1,002 NaC103 3,770 H20 5,530 HOl 0,036 Na20r207 _°1°2° Totaal 10,368

.

SG 1,42 dus 7,3 3

,

m 9. droger. in: Na0103 1,255 NaOl 0,0°3 H20 0,100

uit: vast Na0103 1,255

NaOl 0,0°3

H20 0,003

damp H20 0,0,/7

c. energiebalans.

1. oplosvat.

De vloeistof verlaat het oplosvat met een tempera-tuur van 35°0. Alle inkomende stofstromen moeten dus verwarmd worden tot die temperatuur.

toe te voeren warmte:

2,660 ton water/uur van 20°C verwarmen tot 35°0, dit vereist 39,9.10 3 kcal/uur.

0,692 ton NaCl/uur van 20oC verwarmen tot 350 C, de Sw is 0,20 kcal/kg, dit vereist 2,1,10 3 kcal/uur.

-23-0,692 ton NaCl/uur oplossen, de oploswarmte bedraagt hier (ruft tot oneindige verdunning) 0,450 kcal/gmol (33), dit vereist 5,3.103 kcal/uur; opwarmen van 10,368 ton moederloog! uur 'SW 0,70 kcal/kg) van 20°C tot 35°C, dit vereist 108,8.103 kcal/uur.

Verder wordt nog 1,450 ton water/uur toegevoerd (uit het buffervat) van 50°C. Hierbij komt een hoeveelheid warmte vrij van

21,8.10~

kCal/uur. Totaal dus toe te voeren:

39,9.103 + 2,1.103 + 5,3.103 + 108,8.103 - 21,8.103 kcal/uur = 134,3.103 kcal/uur.

~. bugfervat.

De uit het oplosvat komende 15,269 ton oplossing (SW 0,76 cal/gr) is inmiddels afgekoeld tot 25°C. In het buf-fervat wordt deze oplossing verwarmd tot 35°C, dit vereist 116.103 kcal/uur.

L.

electrolyse cellen.

Bij een gemiddelde spanning van 3,0 Volt en een stroom van 3000 amp. is de totale energietoevoer: 3,0.3000.740 wh

=

6,66.103 kwh.

Het voor de electrolyse vereiste voltage is eigenlijk 1,43 volt (26). Er wordt dan teveel energie toegevoerd:

(3,0 - 1,43).3000 • 740 wh

=

3,49.103 kwh. Dit is gelijk aan 3004. 103 kCal/uur (1 kwh = 860 kcal).

Er verdampt 35 kg lizO per uur, de verdampingswarmte van HzO bij 35°C is 577 kcal/kg, dit kost dus 35 x 577 kcal/uur

=

20.103 kcal/uur.

Er moet dus door koelwater afgevoerd worden 3004.103 - 20.103 kcal/uur = 2984.103 kCal/uur. Per cel is dit dan 4,03.103 kcal/uur.

4.

J-f

~\

~r."

-24-Stoomkoeler.

Uit de verdamper komt per uur 3584 kg stoom van 1 atm_

e~

~~

In de stoomkoeler wordt deze stoom gekoeld tot 100°C.

De SW van stoom (Cp) bij deze temperatuur is ID,480 kcal/kg. Er

moet dus afgevoerd worden 3584 x 30 x 0,480 kcal/uur = 51,6.103 kCal/uur.

Warmtewisselaar.

De uit het buffervat komende 15150 kg oplossing per uur (SW 0,74 kcal/kg) heeft een temperatuur van 25°C. In de

warm-tewisselaa~ wordt deze oplossing opgewarmd tot 95°C.

Dit kost 15150.70. 0,74 kcal/uur

=

785.103 kCal/uur.

De oplossing wordt opgewarmd door condenserende stoom uit de stoomkoeler. De condensatiewarmte is 540 kcal/kg. Voor het opwarmen is dus nodig 785.103/540 kg stoom/uur

=

1450 kg stoom/uur.

De ejecteur moet dan afvoeren 3584 - 1450 kg stoom/uur

=

2314 kg stoomf~ur.

6. Verdamper.

15150 kg oplossing (SW 0,74 kcal/kg) van 95°C komt in de verdamper per uur en wordt verwarmd tot het kookpunt 130°C (34). Bij het kookpunt wordt 3584 kg water per uur verdampt

-25-De toe te voeren hoeveelheid warmte bedraagt voor het opwarmen 15150. 0,74. 35 kcal/uur = 392.10 3 kCal/uur en voor het verdampen 3584. 520 kcal/uur = 1863.10 3 kcal/uur. In totaal dus 2255.10 3 kcal/uur.

7.

Koeler.

De uit de verdamper komende 11566 kg oplossing/uur OSW 0,67 kcal/kg) wordt in de koeler van 130°0 op 50°0 gebracht.

Er moet dan 11566. 0,67. 80 ~al/uur =.619.103 kCal/uur afge-voerd worden.

8. h..ristallisator.

In de kristallisator ,jkomt 11566 kg oplossing per uur (SW 0,67) met een temperatuur van 50°0. Deze oplossing wordt gekoeld tot 200G en daarbij kristalliseert 1255 kg Na0103 per uur uit. De kristallisatie warmte ~edraagt: 3,51 kcal per gmol

(35) •

Er moet dus voor de keeling afgevoerd worden

11566. 30. 0,67 kcal/uur = 232,2.10 3 kcal/uur en voor de kristal-lisatie 1255. 3,51.103/106,45 kcal/uur = 41,3.10 3 kcal/uur.

-26-d. Berekening van de droger.

De afgecentrifugeerde kristalmassa wordt in een platen-droger gedroogd. Voor de berekening van de platendroger is de metho-de gevolgd, zoals vermeld in Perry

(31)

blz. 800 e.v.

Bij de droogtijd onderscheidt IDen drie periodes: a. de instelperiode.

Deze is afhankelijk van de omstandigheden van de stof en is niet te bepalen. Deze periode wordt verwaarloosd.

b. De constante droogperiode.

1 A

Voor deze periode geldt:

dx

de = (T g - T ) s

Hierin is A het oppervlak van de kristalmassa, waarlangs de drooglucht strijkt, per kg. kristalmassa. Als men aanneemt dat dit oppervlak glad is, is A = 1/

f.

z. ( f is de dichtheid en z de laagdikte). Daar het oppervlak van een kristalmassa niet glad is, maakt men hierbij een fout.

Verder is x het vochtgehalte in kg per kg stof; ht de totale warmteoverdrachtscoëfficient; r_T de verdampingswarmte van

wa-s

ter; T de temperatuur van de drooglucht en T de temperatuur

g s

van het stofoppervlak.

Uit de vergelijking is de constante droogtijd te berekenen.

fJ. _I

=

~

. e.

z

hts(T - T ) g s Xo

=

begin vochtgehalte X k

=

~itisch vochtgehalte (a)

;,

.

c

/,

/

/

-27-c. De afnemende droogperiode.

Voor een kristalmassa mag men aannemen, dat bij x

<

x_k het droogmechanisme gelijk blijft. Voor deze periode geldt dan: 1

(-

-

_A dx ) dB 1

= ( -

A x - x _e

x is het evenwichtsvochtgehalte bij Tg en Hg, men kan dit ge-e

lijk aan 0 stellen •

Uit de vergelijking is de afnamende droogtijd te berekenen:

(J.=!!I

·e·

z

A h S(T - T ) t g s x - x • (x. - x ). ln k e K e X2 - x e (b) x2 ismhet eindvochtgehalte.

De totale droogtijd is dan (f),.. ~ + c9;t

Over de platen strijkt warme lucht met T 115°C en H _{g g} 0,060 kg/kg droge lucht. Verwaarloost men de invloed van straling en geleiding, dan vindt men m.b.v. de vochtigheidskaart dat de

I lucht die de droger verlaat een temperatuur heeft van 51°C (= T )

s en een vochtigheid van 0,091 kg/kg (= H

s ).

In werkelijkheid mag men de straling en geleiding niet verwaarlozen. De ware T en H berekent men m.b.v. de

verge-s s

lijking:

(H - H )

=

s g (T _g - T ) _s (c)

Hierin is C de "humid heat" en deze is te berekenen m.b.v. de

1 , jk' PH

verge 1 l.ng:

CPH = 0,24 + 0,45 Hg kcal/kg.oC (d) h is de warmteoverdrachtscoëfficient als gevolg van convectie,

c

deze volgt uit de vergelijking: h = 6,0128 Go,8 B.t.u/h~.ft2. OF (e) c

waarin G de massasnelheid van de lucht voorstelt in lb/hr. ft 2• ht is de totale warmteoverdrachtscoëfficient, welke is te berekenen uit:

-28-ht = (h _c + h ) _{r 1 + 1 + z(h} c Au + h )

I

À r

llierin is h de warmteoverdrachtscoëfficient als gevolg van

stra-r

ling; Au de verhouding van het uitwenidg niet bevochtigde en wel bevochtigde oppervlak; À de warmtegeleidingscoëfficient van NaC103.

=

= Voor de berekening 2500 kg/m 3 0,025 m kcal/kg

zijn nu vele getalwaarden nodig:

11::

y/

~

:::

~,. /0 -.I

/J)

-,/'fr

À::

tJ,

l

IJ

A'cd

/

/ho ~/. 'Y.

(JIJ

Au V00r een platendroger IDet niet geperforeerde platen is gelijk 1. In de droger gaat 1255 kg NaC103 dat 3 kg NaCl en 100 kg H₂0 bevat, X_{o is dus 100/1258}

=

0,0795 kg/kg.

Uit de droger komt 1255 kg NaC103 dat 3 kg NaCl en 3 kg H₂0 bevat,

x2 is dus 3/1258 = 0,0024 kg/kg.

Voor de berekening van h maken we gebruik van vergelijking (e)

c

waarin G

=

~. v. v is de luchtsnelheid in ft/uur, een goede waarde voor v is 24.10 3 fl/uur.

liP

is de luchtdichtheid,

...e"

iS"

5,25.10-2 lb/ft 3. Ingevuld geeft dit dat h

=

3,78 B.t.u./hr.ft2.oF. c

= 18,5 kcal/hr.m2.oC.

De waarde van h volgt uit de grafiek op blz. 473 in

r

Perry, h = 1,5 B.t.u/hr.ft2.oF = 7,3 kcal/hr.m2.oC.

r

De nu bekende waarden worden ingevuld in vergelijking (f), waaruit volgt dat ht

=

39,2 kcal/hr.m2.oC.

Voor de berekening van de ware H en T is nu nog de 0 nodig,

s s PH

uit vergelijking (d) volgt 0

=

0,267 kcal/kg.oC.

Deze waarden

ing~~ld

in vergelijking (c) geeft: (H - 0,060)

=

0,99.10- 3 (115 - T ).

s s

. Men trekt nu in de vochtigheidskaart een lijn met een helling van 0,99.10- 3 vanuit het punt H

=

0,060, T

=

115°0.

g g

Deze lijn snijdt de verzadigingslijn in het punt T = 56°0 en s

H

=

0,119 kg/kg. Dit zijn de ware temperatuur en vochtigheid van

s

de afgewerkte lucht. Uit deze waarden blijkt dat de straling en de geleiding beslist niet verwaarloosd IDogen worden.

(j

-29-Om de droogtijd te kunnen berekenen is nog slechts de x

k nodig. De ~ is voor NaC103 n~et bekend en is geschat aan de hand van bekende gegevens voor( ander~ristallijne stoffen en wel

" , ~.,'

x

k = 0,070 kg/kg.

..---ÎngeVUld in vergelijking (a) vindt men voor de constan-te droogtijd ~ = 0,147 uur. Voor de afnemende droogtijd vindt men uit vergelijking (b) 6; = 3,64 uur. De totale droogtijd is dan

A

= 3,79 uur.

In de droger gaat 1258 kg vaste stof met een

1=

2500 kg/m 3, dus 0,504 m3• De afmeting van de platen is 0,7 x 0,4 m

met een hoogte z

=

0,025 m. De i~oud van l~laat is dan 7.10- 3 m3 en in totaal zijn 72 platen nodig. De platen zijn opgesteld in 2 rijen van 36. Bij een afstand tussen de platen van 0,03 m, een to-taalbreedte van 0,8 m en een luchtsnàheid van 400 ft/mi~ (= 7320m/hr) is de totale hoeveelheid overstromende lucht 3165 m3/hr. Het soorte-lijk volume van de lucht is 1,09 m3/kg, dus 2905 kg droge lucht/uur. Ter verhoging van de

_{---_}

warmt~~~~~ van de droger wordt een gedeelte

...

_-g;~irculeerd. De vochtigheid van de mnkomende lucht H1 = 0,015 kg/kg. Deze inkomende lucht wordt dus gemengd met afgewerkte lucht met

H

=

0,119 tot de lucht die over de platen strijkt met H

=

0,060.

s g

Om dit te bereiken moet van de 2905 kg droge lucht per uur over de platen l260 kg of 43,3

%

gecirculeerd worden. De invoer van nieuwe lucht is dan 2905 - 1260

=

l645 kg droge lucht per uur. De vochtig-heid H

=

0,015, en de lucht bevat dus 25 kg H20. In totaal moet 1670 kg vochtige lucht worden ingevoerd.

De totaal benodigde warmte voor het drogen: verwarmen van l258 kg vaste stof (s.w. 0,396 kcal/kg

Oc)

van 20°C tot 56°C: 17,9.10 3 kcal.

verwarmen van 100 kg water eveneens van 20°C tot 56°C: 3,6.10 3 kcal. verdamping van 97 kg water bij 57°C : 55,4.10 3 kcal.

verwarmen van l670 kg drooglucht per uur (s.w. 0,25 kcal/kg.oC) ge-durende de droogtijd (3,79 uur) van 20° C tot 56° C ~ 56,9.10 3 kcal.

I .

( I

<'- I ",

. ~

-30-In totaal is nodig

133,8.10

3 kcal.

Er wordt echter meer warmte toegevoerd, nl.:

verwarmen van

1670

kg verse drooglucht per uur (s.w.

0,25

kCal/ kg

Oe)

gedurende de droogtijd van

20

0

_e

_tot

_{115°e : 150,2 .10}

3 kcal.

verwarmen van

1335

kg circulatielucht per uur (s.w.

0,25

kcal/ kg

Oe)

gedurende de droogtijd van

56°e

tot

115°C: 74,6 .10

3 kcal.

In totaal wordt toegevoerd

224,8.10

3 kcal.

(

,

8. L 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8. -31-Literatuuropgave.

J.B. Kershaw : Die electrolytische Chloratindustrie. Ins

Deutsche übertragen von M. Huth. Halle a.S.(1905) K. Winnacker, L. Küchler : Chemische Technologie, Band I.

Mün-chen (1958) 623

J.C. Schumacher : Chem. Eng. Progress, 43 (1947) no. 4, 177

W.L. Faith, D.B. Keyes, R.L. Clark : Industrial Chemic~ls, .

f

I

1'1

\j

.

~

(1957) 665 .

,C\-

l')1

t{,

P.H. Groggins : Chem. and Net. Eng. 44 (1937) 302

J.R. Partington : A Textbook of Inorganic Chemistry 6th ed. London (1950) 276

S.H. Wilson: New Zea1nd J. Sc. Techn. 19 (1957) 273 C.H. Chilton Chem. Eng. Nov. 1957, 142

9. C.L. Mantell Industrial Electrochemistry, 3th ed. New York (1950) 126

10. P.H. Groggins e.a. : Trans. Electrochem. Soc. 79 (1941) 93. 11. N.C. White : Trans. Electrochem. Soc. 92 (1947) 15

12. K.A. Kobe : Inorgrulic Process Industries, New York (1948) 155 13. P.H. Groggins e.a. : Chem. and Met. Eng. 45 (1938) 692

14. P.H. Groggins e.a. : Chem. and Net. Eng. 47 (1940) 468

15. Kirk - Othmer : Encyclopedia of Chemical Technology, New York

(1950), vol. 3, 708

16. Ullmanns I Encyklopädie der technischen Chemie. 3e aufl. lVlünchen

(1954), Band 5, 525

17. S.S. Joshi, K. Srinivasan : J. of the Indian Chem. Soc. 18 (1941) 623

18. R.N. Shreve The Chemical Process Industries, New York (1945) 314

. '; .

-32-19. Chem. and Met. Eng. 51 (1944) no. 11, 130

20. J.C. Schumacher, U.S. patent 2511516, june 13, 1950 21. J.C. Schumacher, U.S. patent 2515614, july 18, 1950 22. R. Mattair : Paper. Ind.

L2

(1952) 1187

23. R.E.R. Grimmet : New Zealand J. Agr. 57 (1938) 224; lit. uit C.A.

2L

(1939) 11482

24. M. Derol: Semaine Hopitaux Paris 24 (1948) 719; lit. uit C.A. 45 (1951) 7696 f

25. Chem. Eng. News, 30 (1952) 3210

26. N.V.S. Knibbs, H. Palfreeman : Trans. Far. Soc. 16 (1920) 402 27. K. Elbs : Ubungsbeispiele für die Elektrolytische Darstellung

chemischer Prkparate Halle a.S. (1902) 25

28. J. Billiter : Technische Elektrochemie, Band 2 Halle a.S. (1924) 29. A. Seidel1 : Solubilities of Inorganic and Metalorganic

com-pounds. New York 3th ed. (,1940) vol. I 1225

30. A. Nallet, R.A. Paris: Bull. Soc. Chim. de France (1956) 488 31. J.H. Perry : Chemical Engineers' Handbook 3th ed. New York

(1950) 224 32. Lit. 31, blz. 234

33. F.D. Rossini e.a. : Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties, Washington (1952) 452

34. A. Linari :

Ann.

chim. applicata ~ (1939) 189; lit. uit C.A. 34 (1940) 19

35. M. Colomina, J. Nicolas : Annales real soc. es pan fis y quim 45 B (1949) 137; lit. uit C.A. 44 (1950) 923 e.