....
I.
J
l.s.
P. Bertrsm • 1 P' "c ./ '1'.
'
I~l}-'V ~ ,.. ~i '1'/1 \ • l~'-Fabrieksschema voor de vervaardiging van technisch Na thiosulfaat,
1. Keuze van de bereidingsmethode.
Het is mogelijk Na thiosulfaat op zeer vele wijzen te be-reiden. De klassieke methode is 802 te absorberen aan een soda oplossing, deze oplossing te neutraliseren met soda en de zo verkregen sulfietoplossing te koken met zwavel en in te dampen •.
Vele pogingen zijn gedaan (vooral van Russische zijde) om te trachten deze bereidingswijze economischer te maken door zodanig te werken, dat dit indampen komt te vervallen, dan wel dat men
uitgaat van afvalgrondstoffen van diverse industriën, zoals af-gewerkte ijzeraarde uit de zuiverkisten van de gasfabriek, uit afval sulfiet loog uit de aniline kleurstof industrie, enz. enz.
Ik heb mij bij de keuze van de bereidingswijze op het stand-punt gesteld, dat de ontworpen fabriek in Nederland zou moeten staan en zou moeten kunnen werken onder in Nederland practisch verwezenlijkbare omstandigheden. Het komt mij daarom voor, dat de klassieke methode uitgaande van 802 en soda hier wel de aan-gewezen weg is.
2. Bepaling van de grootte van de fabriek.
Blijkens de mij verstrekte inlichtingen door de Bedrijfs-groep Chemische Industrie wordt binnen Nederland geen Na thio-sulfaat vervaardigd. De in Nederland ingevoerde hoeveelheden blijken uit onderstaande tabel.
Invoer Na2
s
20 3 per jaar. Jaar 1938 Land van herkomst Duitsland Engeland België Zwi tserland Transp. kg. guldens 182.212 15.546 90.100 7.147 147.250 15.365 59.700 4.972 --- ---479.262 43.030I I Jaar lBnd van kg. guldens herkomst transport 479.262 43.030 Japan 35.872 3.722 Tzecho Slowakije 64.529 5.134 Frankrijk 24.000 3.060 Finland 2.250 250
---
---totaal 605.913 55.196 1939 Duitsland 536.762 52.512 Engeland 84.750 7.316 België 285.371 28.818 Zwitserland 130.000 9.819 Frankrijk 26.550 2.612 Portugal 1.080 79 Italië 9.900 946 I •
---
---totaal 1. 074.41.3 102.102 1946 Engeland 583.075 115.252
V.S.
4.400 2.500---
---totaal 587.475 117.752 1947 Engeland 336.114 72.556
v.s.
156.630 40.087 België 10.200 4.061 Zwitserland 15.000 4.300 Frankrijk 500 865 .,---
---totaal 518.444 121. 869 ti(
3.
Jaar Land van herkomst kg. guldens. 1949 Engeland 184.595 44.609 V.S. 5.012 1.483 Duitsland 214.513 4.440 Frankrijk 208.550 46.524 Canada 76.500 18.758 België 348 175 Polen 25.000 5.369 --- ---totaal 714.518 121. 358 1950 totaal tlm October 470.937 94.153 dit is in 12 mndn. 565.124 112.984 OVERZICHT ~ guldens 2ri jsLkg. 1938 605.913 55.196 0,090 1939 1074.413 102.102 0,095 1946 5t37.475 117.752 0,201 1947 518.444 121.869 0,235 1949 714.518 121. 358 0,170 1950 565.124 112.984 0,200
Hieruit blijkt wel, dat Nederland per jaar gemiddeld een 600 ton Na thiosulfaat invoert van verschillende kwaliteiten. De grootte van de fabriek wilde ik nu baseren op het opvangen van de helft van deze invoer, en zou dus neerkomen op een productie van ongeveer 300 ton per jaar.
3. Beschrijving van de fabrieksinstallatie.
Het vervaardigen van S02 in zulke kleine hoeveelheden als voor deze fabriek benodigd zijn (± 16 kg per uur voor een 8-urige
•
werkdag) is waarschijnlijk het beste te bereiken door directe ver-branding van zwavel; het toepassen van een roostoven voor pyriet zal hier niet goed mogelijk zijn, door de zeer geringe capaciteit van de fabriek. De zwavel wordt in een roterende trommel gebracht met behulp van een transportschroef. In deze trommel verbrandt reeds een gedeelte van de zwavel, terwij] de rest sublimeert. Deze sublimerende zwavel nu wordt met behulp van secundaire lucht verbrand in de achter deze trommel aangebrachte verbrandingskamer. Volgens opgave van een prospectus betreffende een dergelijke
brander, verlaten de verbrandingsgassen deze verbrandingskamer
o
met een temp~ratuur van ± 230 C. Deze gassen nu worden door een cycloon geleid om eventueel vliegstof te verwijderen, waarna ge-koeld wordt. Daar deze gassen nu door een absorptie-toren geleid moeten worden, is het noodzakelijk deze gassen te verpompen, waar-voor ik in dit geval een vloeistofringpomp gekozen heb." Deze pomp
---
-brengt de gekoelde S02-houdende gassen onder in een absorptie-toren, welke in principe overeenkomt met een Paulsontoren (Mc Cabe, Swanson FaDer ·rrade J.~, 48, Juni 25 (1931)). Deze toren is uitgerust met zeer grote borrelschotels en wel één per plaat •
•
Dit wordt gedaan om de zich in de toren vormende neerslagen te beletten de schotels te verstoppen. Boven in de toren toch wordt met constante snelheid een soda oplossing gepompt, welke door de toren naar beneden stroomt in tegenstroom met het S02-gas. Hier-bij komt CO
2 vrij, wat met de soda een bicarbonaat neerslag kan geven. Dit wordt zoveel mogelijk vermeden door bij 700 C. te werken. De voor de toren benodigde soda oplossing wordt in een soda oplostank bereid en met een centrifugaalpompje via een re-gelende rotameter boven in de toren gepompt. De toren werkt bij een temperatuur van ± 700 C. De op deze wijze bereide bisulfiet-oplossing wordt via een constant niveau regelaar afgevoerd naar een wachttank voor deze oplossing. Het is door de constructie van de toren mogelijk voor schoonmaken en stoppen van het bedrijf de verschillende schotels te laten leeglopen. Dit wordt berei-kt
----... )
I
l
6.
De uit de centrifuge verkregen oplossingen worden in de in-dampketel teruggevoerd, waardoor dus de verliezen aan thiosulfaat worden beperkt. Qck,de in de filterpers verkregen filterkoek, welke voornamelijk uit zwavel zal bestaan, wordt in de indampketel
te-ruggevoerd.
Het is duidelijk, dat tijdens dit procédé enig Na sulfaat gevormd zal worden, welk zout echter door zijn goede oplosbaar-heid in het waswater terecht komt. Mede ter verkrijging van een witter product is het gebruik om in de indampketel een kleine hoe· veelheid kalk toe te voegen, waardoor het sulfaat als gips in de filterkoek achterblijft. Dit heeft tevens tot gevolg, dat de fil-terkoek op regelmatige, door de practijk bepaalde tijden, moet worden weggegooid.
4. Berekening van de totale materiaal balans.
Zoals reeds ~oven werd opgemerkt, is deze fabriek gebaseerd op een productie van 300 ton Na2S 20 3 • 5 aq per jaar of 1000 kg per dag, als mag worden aangenomen, dat per jaar 300 nuttige werkdagen gemaakt kunnen worden. Daar deze hoeveelheid vrij
ge-ring is, loont het._niet de moeite een continue bedrijf in te
--... ~ ...
richten. Dit is dan ook de reden, dat ik mij baseer op een 8 uri-ge werkdag, met een productie van 0,5 kg mol per uur.
In het volgende wordt de materiaal balans berekend, waarbij gewichten en hoeveelheden per uur zijn berekend.
Indien per uur 0,5 kg mol Na2S
203 moet worden geproduceerd, dan moet volgens de reactie vergelijkingen:
S + 02 ~ 802 802 + t H20 + tNa2C03~ NaHS03 +
tc
02 NaHS0 3 + tNa2C03 ~ Na 2S03 +tc
0 2 + t H2 0 N82S0 3 + S + 5H20 ~ Na2S203 • 5 aq0,5
kg mol zwavel verbrand worden of 16 kg. Indien dit verbrand moet worden met 10%
overmaat lucht, dan is hiervoor nodig 0,6 kg mol 02 of 19,2 kg, waarbij behoort 2,4 kg mol N2 of 67,2 kg.Het zo verkregen S02 (32,0 kg) wordt nu geabsorbeerd aan 26,5 kg N8 2C03 opgelost in een nader te berekenen hoeveelheid water.
Ook voor het neutraliseren is 26,5 kg Na 2C03 nodig.
Voor het sulfideren van de Na 2S03 is 16 kg S nodig. Er moet een overmaat worden gebruikt, waarvoor hier 50
%
=
8 kg S, maar deze zwavel wordt later in het proces afgefiltreerd en weer in het proces teruggevoerd, zodat bij de totale materiaal balans dit niet in aanmerking wordt genomen.Na indampen en kristalliseren, waarbij ook geen materiaal het proces verlaat, wordt het kristallijne product met water ge-wassen, waarvoor ik een hoeveelheid van 25 kg aanneem.
Indien aangenomen mag worden, dat de gecentrifugeerde kris-tal massa 5
%
water bevat, dan komt dit- overeen met 6,2 kg water op 124 kg Na~203 • 5 aq, welk water het proces verlaat bijluchtdroging.
Bij het neutraliseren van NaHS0
3 tot Na 2S0
3
verlaat 11 kgCO2 het proces.
De gassen, welke het absorptieproces verlaten,bestaan uit: 67,2 kg N
2 welke ook was ingevoerd, de overmaat zuurstof, welke bestaat uit 3,2 kg, het ontwikkelde CO2 , wat ook hier weer 11 kg bedraagt. Deze gassen echter nemen enig water mee, daar deze bij 700 C in evenwicht zijn· met de soda oplossing, welke in de ab-sorptie toren wordt gepompt. Dit waterverlies is op de volgende wijze te berekenen:
Het volume van de verschillende gassen is: N 2 67,2 kg
=
2,4 kg mol = 67,5 m3 bij 70 0 C. °2 3,2 kg = 0,1 kg mol=
2,8 m3 bij 70 0c.
CO2 11,- kg = 0,25 kg mol = 7,0 m3 bij 700 C. totaal 77,3 m3 bij 700 C.De soda oplossing is, zoals later zal blijken, ongeveer 10
%
sterk. De dampspanning van deze oplossing is bij 700 C. 230 mm Hg.9.
A. Verbranden B. Absorberenc.
Neut ra liseren D. Sulfideren E. Indampen F. Filtreren G. Kristalliseren H. Centrifugeren I. Wassen K. Drogen. ad.A.Voor de verbranding is de materiaal balans direct op te stellen: In 67,2 19,2 16,0 102,4 Uit 67,2 3,2 32,0 102,4
De inkomende bedragen volgen direct uit de totale materiaal balans. De uitgaande stikstof is natuurlijk gelijk aan de inko-mende. De zuurstof welke de brander verlaat is gelijk aan de 10
%
toegepaste overmaat, terwijl het bedrag van de 802 direct volgt uit de aangenomen totale verbranding van de zwavel.
~ De hoeveelheid water, welke bij de verschillende bewerkingen nodig is, hangt af van de oplosbaarheid van het Na 2S03, daar dit het minst oplosbare zout is. De oplosbaarheid is bij 600 C. 22 g op 100 g oplossing. Er moet worden opgelost 0,5 kg mol Na~03
=
63 kg, waarvoor dus
~~
x 78=
224 kg H20 nodig is. Als nuaange-nomen wordt, dat bij de neutralisatie (ad C) geen water wordt ver·
dampt, dan moet 224 kg ~O en 63 kg N8 2S0
3 dit proces verlaten.
Om echter niet met een verzadigde oplossing te werken, wilde ik hiervan 250 kg H20 maken. Uit de totale balans volgt tevens, dat ook 11 kg CO2 dit proces verlaten.
Toegevoegd wordt: 26,5 kg N8 2C03, 52 kg NaHS03 en 245,5 kg H
~ In Van Uit Naar E. Indam12en. H20 301,1 D H20 77,3 F Nai>203 107,2 D N8~203 107,2 F S 8,- D S 8,- F ~O 223,8 B 416,3 416,3 F. Filtreren. H20 77,3 E H20 75,6 G, H Na~203 107,2 E Nai>203 104,9 G, H S 8,- E H20 1,7 D Nai>203 2,3 D S 8 -
