Fabrieksschema voor de bereiding van dinolsulfonzuur

1) 2)

3)

4) 5) 6)

7)

Q

. . ,8)

9)

10). ! ' . I

\ I

o/8~

I

j

!:

'J , INHàUDSOPGAVE. Samenvatting. 2-Inleiding.

_.z.

Verschillende bereidingsmethoden en' motivering van onze keuze. Procesbeschrijving.

Materiaalbalansen en lijst van Plaats van de :fabriek.

"Capaciteit van de :fabriek.

'I'oepass~ngen _{der verschillende}

Berekening. Literatuur. 6' 8 apparatuur.

_'7

é9

La

pr9ducten •.

21

./0 .3S.

---_....--_

..

---F.J.H. Felix H.J. Frings

_

... J I I

[

I 1 I I

I

i

I

"0-tt; -'"

_..

.

FABRIEKSSCHEMA VOOR DE BEREIDING VAN DINOLSULFONZUUR.

door F.J.H.Felix en H.J.Frings.·

I

Sàme~vatting.J.<t'-Fabriekáschema~1bor de .bereiding van het natriumzout

van dinolsulfonzuur.,- uitgaand.e van naphtale.en, via 'de

tus-senproducten )3-naphtol en het na~ri:umzput van R-zuur.

I

!nIe iding. . f

1. De sulfonering van naphtaleen tot

}3-naphtaleensul-:; fonzl:lur.

Van naphtaleen zijn,tweè monosulfonzuren af te- leiden,

n .. l. 0( - en )3-naphtaleensulfonzuur. Beide i-someren kunnen

verkregen worden door, sulfonering van naphtateen met' gecon-centreerd zwavelzuur. De verhouding van de hoeveelheden van

de twee isomeren is afhankelijk van de temperatuur, w~arbij

gesulfoneerd' wordt. Door hydrolyse kunnen de isomeren in elkaar overgaan: . . S03H .

~O

+

CO

~( '=~)

CX)

+ _H2SOlj.

~(

=:+)

0 )

SO~H

H 20 0( -naphtaleen-'

fi

-naphta1e.en-su1.fonzuur·. su1.fonzuur.

Bij lagere temperatuur ligt het evenwicht meer naar

-links en bjj hogere temperatuur meer naar rechts,zoäls ook

~. . .

bJJjkt uit onderl3ta.ande tabel" waarin de evenwièhtsverhou';'"

ding van

0(-

en j3':'sulfonzuur zjjn gegeven bij verschillende

tempera turen.. (14). Temp. 60 0° 80°

ieeo

129°

165°-O<-isomeer 97

%

95 83

44,5

15,-fi-isomeer

3

%

5

17'

55,5

85

'0

J

Bjj 1650 ,0 wordt de optimale hoeveelheid

ft

-sulfon-zuur gevormd

(85

%).

Wil men fi-naphtaleensulf'onzuur be-reiden, dan moet, de sulf'onering bij deze temperatuur wor-'

den uit~evoer~. Het O<-isomeer ~à veel gemakkeljjker

hy-drolytisch 1:;e s'plitsen' dan b,et ~-isomeer. Daarom wordt

bij

de bereiding

van

;5-naPhtalee~sulfonzu~

op het einde van de sulfo'nering stoom ingeleid, waardoor het o<-fáo- '

meer gehydrolyseerd ,wordt ,(onder'vorming van naphtaleen) , het ;B-isomeer'daarentege~ nauwelijks.

Op ~eze ~ze kand~ hoeveelheid

o(-naphtaleensulfon-~uur bij

165

0 C gereduceerd w9rde~ tot

0.1 %.'(8)

2. De bereiding van' !3-naphtol.

7

De substitutie van de S03H-groep in naph~aleen wordt

bewe~kstelligd door het natrium-zout te smelten met een

overmaat natrlum- of kaliumhydroxyde.

In de techniek prefereert men natriumhydroxyde wegens de lagere prijs, ofschoon kaliumh~d~oxyde effectiever werkt.

Men'kan volgens twee manieren te werk gaan.

Op de eerste plaats k~n men gesmolten natriumhydroxyde .gebruiken,. dat weinig of geen water bevat. Op deze wijze kan men de v~reiste temperatuur (3000 '0) in ~en open vat berei-'

k~m. Volgens 'de tweede manier kan men ee'n waterige loog-op-los..sing ,toepassen •. Hierbij bereikt men de vereiste t~mpera­ ~uur door ver40ging van de .druk, om welke ·.reden men in een autoclaaf moe,t werken.. Zo is b.ijvoorbeeld de drUk van een 50'

%

loogoplo~ssing. bij. 3000 0 50 atmosfeer. (2)

De alkalismelt wordt opgelost in water en aangezuurd, waardoor het nat.riumnaphtalaatovergevoerd wordt in ~naph­ tol. Dit wordt afges.cheiden, gewassen, gedroogd ep. gedestil-leerd.

:

3. Sulfonering van a-naphtol tot R-zuur. . . j !

Bjj

de

inwerking·van, geconcent~eerd _{H2S04 op )6-naphtol}

kunnen wij volgens Fierz-Dàvid en Blangey (2) de volgende

p~oducten verkrjjgen:

, I ' ! ..

o

o

.,.

oxy-Tobîas-_{" \ / ' '} croce:tne-· ,

...

'zuur' zuur . 'OH

~

+

HO'~

3 _ '

Schäfferzuur ' G-zuur R-zutir

Het eerste sulf'oneringsproduct is 2-naphtolsulf'onzuur-l (oxy-Tob,iaszu\U') • Dit zeer onbestençligezuur wordt reeds

door overmaat

H2S04

in'de koude omgezet in

2

naphtol-8-sulfonzuur (croceJ:nezuur), dat op zjjnbeurt weer

vlot.over-gaat in 2 naphtol-6-sulf'onzuur (Schäf'f'erzuur),.gedee1.teljjk

-reeds in de koude maar volledig in de warmte ' •.

Da,.arnaast ontstaat er, als er een overmaat

H2S04

toe-gepast wordt, steeds iet.s 2,

3,

6- en 2, 6, 8-naph~oldisul­

f'onzuur, CR-zuur en. G-zuur). Naarmate Jhen' blj hogere tempera-tuur sulf'oneert ontstaat er meer'R-zuur.

Bij völdoen4e.' oyermaat van

H2S04

w?rden deze

disulf·on-zuren zelfs ho,ofdzakeljjk gevormd.

Tenslotte wordt door zeer krachtige sulf'onering (met

oleum in de warmte) het 2-naphtol-3-6~8-trisul.fonzuur

ver-kregen.

Naast de phenemenologische opsomming van Fierz:"David

" en Blangey geven Hodgsónen H~thway (3) 'ons een inzicht in

de theoretische achtergrond. Bij A'-naphtol zijn de volgende

. ~.

' .

. ' .' ..

chino~de'resonant~e struct~en mogelijk!~

1 6

(-) ' . ' .'. H

.~i+)

vv' .

8

.) De namen R- en G-zout zijn afkomstig van d~ beginletters

diazoniumzouten.-o

o

5

Door de mogelijkheid van deze chinoJ:de resonantie -_.

.

.s.tructuren is b:ij lage temperatuur alleen de I-plaats

ge-. .

activeerd~ ~ hogere temperaturen worden ook de 8-plaats en de 6-plaatsgeactiveerd, en b:ij nog hogere temperatuur ook de 3-plaats.

Bij lagere temperatuur kan het I-gesubstitueerde pro-duct overgevoerd worden in het 8- en 6-monogesulfoneerde

~-naphtol. Bij hogere temp~ratuurwordt de sulfonzuur-groep op de l-plaats gemakkelijk afgesplitst, terwijl de

\

sulfonzuurgroep van de 8-plaats naar de 7-plaats kan gaan verhuizen,. ofschoon de 7-plaats ~ geactiveerd is door

chinoJ:de resonantie structuren.

-H-De scheiding và~ R-zout en G-zout is niet aahtrekke~

J,:ijlt en daarom hebben wij een sulfoneringsmethode gekozen, I

waarbij als hoofdproduct het R-zout ontstaat. Door uitzou~

ten met NaCI worçlt het'R-zout vrij ,van G-zout neergeslagen.

. .

Daar tegenover staat~ dat· ·er dan een kleine veront-reiniging door.Scbäffer-zout plaats heeft (12)

4) De bereiding van dinolsulfonzuur uit R-zout.

t . '

Dinolsulfonzuur werd voor het eerst bereid door Fried-länder . en ~akrz.ewski in 1894 (1) door samensmelten van natriumhydroxyde met het natriumzout van R-zuur. Er zijn in de loop der jaren RQgingen gedaan om het .rendement van de alkalismelt te verbeteren o.?-. door de toepassing van

kali-loog (5) (6), doch dit heeft 'geen toepassing' gevonden in de industrie.

Door de geallieerde rapporten over de Dtli tse industrie z:ijn gegevens bekend geworden over de bereiding van het di-nolsulfonzuur door Kalle & Co A.G., volgens welke men de \

omzetting uitvoert met natronloog met een rendement van ruim

90

%.

(4)

.---~---o

....

'"

, ~ v~tschillende bereidingsmethode~ en motivering ·väb:. onze keuze.

ft

":Naphtol ,wordt. bere'id volgens

d~~ekende

klassieke methode (sulfoneren en alkalismelt). Hierin zijn'vele, varia-ties aan te brengen, welke echter niet het' principe raken. Wij zullen er hier enkele vermelden.

Ie Aan het verdunde ·sulfoneringsmengsel wordt een gecon-centreerde keukenzoutoplossing toegevoegd, waardoor bij afkoeling het natr~umzout van naphtaleen 2-sulfonzuur uitkristalliseert (8).

Dit i~ een verouderde"on-economische methode.

De verdund~ sulfoner~ngsmassa wordt geneutraliseerd met de sulfietrijke moederloog van, de voorafgaande

j3-naphtol precipitatie. Het vrijkomende S02 wordt gebruikt voor het aanzuren van de verdunde alkalismelt ,(?).

Het verdunde sulfoneringsmengsel wordt geneutraliseerd met de alkalismelt 'van de voorafgaande lading (8), waarbij zich zowel ClOH?S03Na als CloH?9H afscheiden vg>lgens:

ClO~ONa + _{Cl OH?S03H} ~ ClOH?OH + CIO~S03Na:

De verdunde sulfoneringsmassa ~ordt geneutraliseerd

m~t een geconcentreerde soda oplossing. Het ontwijkende

I

~~:m:~:~t

gebruikt ter ,aan zuring van, de verdunde

alka-Onze keuze is gevallen op de vierde methoae.

In de techniek wordt de tweed~ me~hode veel toegepast,

, .

omdat zij-economisch is. Volgens ons is de zeer corrosieve werking van de .gO~ _{dampen een bezwaal:' vergeleken bij CO2}

(aantasting van vaten, leidi~gen én compressor),- terwijl de besparing aan soda v$rminderd wordt door.de noodzaak van ruime sttppletie., welke ~odig is-om te sterke.verontreiniging 'der circuler~nde .op·loss~g tegen te gaan. '

. Een tweede nadeel van,dè sulfiet-methode is de mogelijk-heid, dat. he~ ruwe fl;..naphtol· veront;.einigd wordt dpor

na-tri~bisul:fiet, hetgeen verharsend wèrkt bij de destillat.ie. Natrium bicarbonaat vertoont deze schadelijke invloed .niet

o

o

ï

Uit de moderne

~teratuur

willen wij nog twee interessante methoden naar voren brengen:

A Volgens Tyrer (10) is het mogelijk om de

monogesulfo-B

-neerde aromaten om "te zetten in de oV'ereenkomstige hydroxy-verbindingen door hun alkalizouten te mengen

m~t b.v. calciumoxyde en dan ~e onderwerpen aan stoom-destillatie, wàarbjj de hydroxy-verbinding oyerdestil-leert.

Volgens Schlesman, Denton en Bishop (11) is het moge-lijk"om naphtaleen dir~ct over te voeren in jB-naphtol door ar,rdatie in een geflurdiseerd bed van

vanadium-pentox~de, waaraan j3-naphtol !Seadsorbeerd wordt. De katalysator wordt geëxt~heerd met een oplosmiddel voor ~-naphtol en vervolgens teruggevoerd naar de reactor.

o

o

, 8

I Beschrjjving van het proces voor de bereiding van )3-Naphtol.

r

Uitgaande van 600 kg naphtaleen wordt 500 kg j3-Naphtol verkregen. Dit komt ne~r op een rendement van 74

%.

Wij gaan uit van 600 kg CloHS

Sulfonering.

750 kg H2S04 96

%.

575 kg NB:2C03 325 kg NaOR

'ClOR₈

+

H

_z

S04 ~o(

=:-+,.

010H7S03~ + H₂₀

In de sulfoneerketel worden 600 kg naphtaleen

ge-bracht en gesmolten. Aan de smelt van 900 0 laat men onder roeren l~gzaam 750 kg 96

%

R_2S04 toevloeien,waarb~ de tem-,

peratuur wordt opgevoerd tot ongeveer 1600 O. Wanneer al het zuur is toegevoegd,wordt nog gedurende enige uren verhit op 160 -1650 C. Bij deze verhitting zal È-e't water gedeeltelijk

overdestilleren evenals het Naphtaleen (ongeveer 3

%).

Het verkregen reactiemengsel bestaat nu voor ca 85

%

uit naph-taleen -jJ-sulfoIizuur en 15

%

van het 0< -isomeer. Om à,it laatste te verwjjderen wordt.c1i-oge stroom in het mengsel ge-blazen. Het door hydrolyse teruggevormde naphtaleen (onge-veer 15

%)

wordt'overgedestilleerd en gecondenseerd in de .

{ .

condensor. Het mengsel van water en vloeibaar naphtaleen . wordt opgevangen in een scheidingstank,. De naphtaleenlaag

wordt afgelatren in een koelbak waarin het tot stolling ge-bracht wordt.

Neutralisering.

2 ClO~S03H'

+:

Na2C03 ~ 2 010~s03Na

+

0°21 + H20

. H2S04 + Na2c03

---+

Na2S'4 +. 002t '+ H20

DE;! inhoud van de sulfoneerketel wordt overgebracht in een neutraliseertank, waarin 'het sulf'oneringsmengsel:wordt _{, ,} geneutrali.seerd met 192~ kg van, aen soda oplossing die per 100 .. kg oplos'sing 30 kg soda ?evat. '

'Het vrijkomende 002 wordt door middel van een kleine compressor geleid naar de aanzuur tank.

o

o

/ '

· Filtratié.

, .

De hete oplossing van naphtaleensulf,'onzuur-natriUln,

natrium-sul~aat en natriumcarbon~at

_.

_. (kleine overmaat) wordt gefiltreerd of gecent~ifugeerd,.waardoor voornameljjk Na2S04 verwjjderd wordt.

Kristallisatie en afscheiding van

fi

-Naphtaleensulfonzuur-Na.

-

~

Het hete filtraat wordt vervolgens in een met water

geko~lde kristalliseertank afgekoeld tot :;0 - 400 C, waarna

het u~tgekristalliseerde f3-sul~onaat gecentrifugeerd wordt

in een BIRD-centrifuge. De moederloog wor.dt naar een tweede

kristalii~eertank gepompt.' Na 24 uur wordt nogmaals

gecen-trifugeerd. Zo nodig moet NaCI toegevoegd worden om de pre-cipitatie.vollediger te doen zijn •.

De totale opbrengst van nat'jGsulfonaat is ca 950 -1000 kg, waarvan

885

kg zuiver j8-sulfonaat.

Het product wordt zo nodig, opgeslagen in een voorraad-bunker, die geplaatst is boven de smeltpot. (Niet in schema aangegeven.)

Alkalismelt.

CloB?SO:;Na + 2 NaOR ~ CIOB?ONa + R20 + Na2S0:;

Deze r.eactie heeft plaats in ;een dubbelwandige smeit-· pot. Hierin wordt 650 kg van· een NaOR· oplossing (1 : 1) ge-bracht en ingedampt totdat het kookpunt :;000 C bedraagt, waarna het Ná-)S-sul~onaat in porties wordt toegevoegd. D~ totale hoeveelheid van 885 kg zuiver j6-zout wordt gedoseerd in 2 tot 3 uur. De temperatuur stjjgt hi~rbjj tot 3200 C en wordt gedurende twee uren zo goed moge1:ijk op deze waarde

gehouden.

Verdunnen en ~iltreren.

Wanneer de. omzetting is voltooid (zie hiervoor de pro-ces-controle), laat men de smelt vloeien ~n een

verdunnings-tank, waarin zich reeds 2090 liter water bevinden. Na

homo-geniseren van de.oPbossing wordt gefiltreerd over een fil-terpers.

Aanzuren.

Het

filtraat wordt ·in de aanzuurtank'gepompt waarna het

r---~-~-~-~

o

o

10

Het C02 komt vrij bij het neutraliseren van,het

sulfo-neringsmeng~el. Het is dus noodzakelijk dat neutraliseren en' aanzuren gelijktijdig geschieden, tenzij men de za!ik gaat compliceren door het inschakelen van drukvaten.

Een ,kleine compressor dient voor het transport van C02- Men kan het'aanzuurproces completeren dOGr toevoegen van een k~ein~ hO,eveelheid H2S04,maar in het algemeen zal dit niet nodig zijn omdat voldoende C02 beschikba~r is. Afscheiding en reiniging van ~-naphtol.

. j

In

de aanzuurtank wordt oververhitte, stoom geblazen waardoor het fl-Nap.t;a.tol volledig smelt en b,oven op de

zout-oplossing'komt drijven.

De

waterlaag bevat natriumsulfiet, natriumsulfaat, natriumcarbonaat, natrium bicarbonaat en ook 10

%

van de totale hoe~eelheid van )6-N~Phtol in oplossing. De

water-laag wordt gepompt naar een kristallisator volgens SWENSON- \

WALKER en de zure~-Naphtol naar een wastank. De

water-phase wordt gekoeld in dekristallisator tot

35 -

400 C, waarbij j3-Naphtol uitkristalliseert. Het

ft

-Naphtol wordt afgefiltreerd en gevoegd bij het overige j3-Naphtol in de wastank.

In de wast~k word~ het ruwe ;B-Naphtol (~ 554 kg) met ca 1600 ltr. heet water gewassen. Nadat de lagen zich hebbèn afgescheiden wordt de

ft

-Naphtol-laag (die nu de groots.t.e dichtheid heeft) via een wijde, goed ge1solee"rde leiding afgelaten in een droogtank, waarin het jB-Naphtol gedroogd wordt door middel van een stoomspiraal. D.è droog":' temperatuur is 1200 C.

Het waswater kan gebruikt worden voor de verdunning van de alkalismelt_

Vacuumdestillatie.

Kookpunt 1700 _bij

_{5 -}

_{10 mm Hg.}

, ,Het .,)3-naphtol wordt ,in gesmolten toestand in de des-tillatieketel gebracht. De verhitting heéft plaats door mid-del van een insteek-element voor Dowtherm. In de condensor wordt het j3-naphtol gecondenseerd en gekoeld tot even boven

zijn smeltpûnt. Het

fi

-Naphtol wordt opgevangen -in een voor-raadvat-onder normale dr.uk.

: ...

o

o

~~ -~---

-Bij de destillatie komt eerst een troebele voórloop

over (sllleltpunt 119 -120° 0) en wel ongeveer 10 kg.

, I

In de ketel blijft als residu een zwart-bruin.pek-achtig product achter dat van t:ijd to"t tijd uit de

destil-latie ketel verwijderd dient te wor.den (ongeveer 27 kg-per

lad.ing). Dit kan gebruikt worden als i~e materi~al.

Koelwals.

Op déze koelwals wordt het product gekristalliseerd.

Een mes schraapt de

J3 ...

Naphtol schilfers van de wals af.,

Proces contrale •.

1. Ruw naphtaleen.

Het smeltpunt van naphtaleen mag niet lager dan

79°0 zijn.

2. Naphtaleen

_,

f3

-sulfonaat.

Watergehalte maximaal _. 10 -15.

%.

-3.

Alkali smelt •

. Om te onderzoeken of de omzetting van jB-sulfönaat

in

fi

-naphtolaat voLledig is, gaat men als volgt te werk:

Een monster v~n ·de smelt wordt aangezuurd met een

zwavelzuur-bisulfietoplossing en geëxtraheerd met aether. Indièn"de omzetting volledig is, moet de wateriaag

,

..

helder zijn. Is dit niet het geval dan moet opnieuw NaOH

aan de smelt worden toegevoegd ~n. langer worden verhit.

4.

13 ....

Naphtol (technisch).

~ .

·a). smeltpunt minimaal' 120,50 -0 (123,0° C).

b) een öpl.ossing vanj3-naphtol in verdunde NaOR moet

helder zijn.

c) 0( -naphtol .. gehal;.j;e max. 0~3 %. Het gehalte aan

0( -paphtol' wordt colorimetrisch bepaald door

op-" .

.

lossen van 2 gram

ft

-naphtol in

5

mI

aethylalco-hol en hieraan toe te.voegen'3 mI van een 3

%

ferrichloride-oplos'sing en 40 ml water. Men schudt

de oplossing en laat deze eèn half uur staan. Door de aanw~zigheid van .o(-naphtol wordt de oplossin~

blauw gekleurd.

Door vergeljjking van de Jrleur 'met die van

een.f3-?aphtol oplossing IIl;et bekend -gehalte' aan de,~

o

o

Ii.

-,

11 Bereiding van 2-hydroxy-naphtaleen-3-6-disulfonzuurNa

CR-zout) met een gehalte van 2

hydroxy-naphtaleen~6-sulfonzuurNa (Schäfferzout) van 2 - 3,~

%.

Principe,.

.J5.

-Naphtol wordt gesulfoneerd met 98 % _H2S04

in tegenwoordigheid van watervrij natrium sul-faat •.

Wij gaan uit van 137,5 jJ-Naphto:~ (technisch).

525 "kg H2S04 98 "%.

175 kg Na2S04 0 aq.

"450 'kg NaCI."

In een su1foneringsketel wordeÎl,500 kg 98,%

zwavel-zuur gebracht

~n ~fgekoeld

tot 14 à 150 C.'

In

drie'

~nu­

ten'tijds worden onder roeren 137,5 kg ~-Napht01

toege-voegd., Ri'erbij st'jjgt de temperatuur tot 600

è.

De

tempera-tuur wordt nu gedurende 1

uur op

deze waarde gehouden.

Vervolgens wordt aan het dun-vloeibare

sulfonerings-m,eil~sel, in de tjjd ,van 30 tot 45 minuten, 175, kg watervrij

natriumsulfaat toegevoegd, waardoord~ temperatuur stijgt

tot

75 -

800 , C. Het reactiemengsel wordt verwarmd tot 1050

C en gedurende 24 uur op deze temperatuur gehouden. Daarna

, • . . . - 0

wordt nog '12 uur verhit op 110 C en tenslotte nog 12 uur

b "

op 120 - 12? . C.

Alleen "als men op de,ze wijze te werk gaat ,. blJjft het'

sulfoneringsmengsel Z'ó dun vloeibaar,. dat tot het eindè

toe goed geroerd kan worden. Indien nodig kan men nog

ver-dunnen met 25 - 50 kg 98 % H2S04.

Voor het' opwerken van de gesulfoneerde producten wordt

. "

hét sulfoneringsmengsel verdund met 25 kg 98

%

H2~04 en 20

kg,water, waarna men de massa via een kort~ en wijde

afvoer-pijp naar de verdunnings ketel laat afvloeien. Hiertoe is

deze verdunningsketelgeplaatst onder de sulfoneert~nk.

In

de-vèrdunningsketel waren van te voren reeds 2000 kg water· _{. ,}

gebracht·. Nadat het volume is aangevuld tot 2900 liter

, Ó

wordt de. temperatuur gebracht op 60 ; waarna wordt

afkoe-o

i ~ . I

o

~._---'3

ling tot 300 C heeft zich het R-zout afgescheiden in goed filtreerbare vorm. Voor de filtratie kan zowel een filter-pers als een'afzuigfilter worden toegepast. Het filtraat

(280 Bé) heeft. een volume: van ca .2400 liter en kan a+s waardeloos product geloosd worden.

Het rendement is 67 ... 68 % zodat de opbrengst aan R~ zout ca 225 kg bedraagt. Het gehalte aan Schäffer-zout is

2 - 3,5

%.

Froces controle.

Aan het einde van de sulfonering wordt in een monster de .som van R-zout en Schäffer-zout bepaald door titratie met 0.1 N Jodium oplossing in te'genwoordigheid van bicar-bonaat.

In een tweede monster bepaalt men het gehalte aan SChäffer-zout alleen, door dit eerst te extraheren met

96

%

alcohol, waarna weer met Jodium getitreerd kan worden.

~

111 . Zuivering van R-zout tot een product dat' minder dan 1

%

Schäffer-zout bevat.

In een neutralisatietank worden 450 kg onzuiver R-zout (zie II) onder roeren opgelost in 750 ltr. water. De zure oplossing wordt geneutralise~rd met ,calciumcarbonaat in overmaat; waarbij,calciumsulfaat neerslaat. Dit wordt ge-filtreerd over een afzuigfilter en uitgewassen met warm water.

Het filtraat wordt vervolgens in een zuiveringstank gedurende 2 uren op 90 - 95° C verhit onder toevoeging van

nori t en Na2C03. -Hierdoor zullen de overmaa t Ca en het aan-wezige ijzer precipitere~ en de norit zal verontreinigingen

"~ ad~/!iLrE~PêA.s Is 8ETE.q.)

~_---- Na filtratie. wordt de oplossing gepompt naar de 1 e .

. kristallisatie tank, waarin 2. ,porties filtraat worden

ver-zam~ld; zodat ·het totafe volume ongeveer

,DOp

liter

be-,draagt. _.

Aan deze oplossing wordt toegevoe~d 125 -150 liter ruw geconcentreerd zöutzuur, zodat de oplossing zwak zuur is t.o.v. Congorood. Deóplossing wordt verwarmd tot 50 - 550 C eilu:Ltgezouten met 125 -150 kg zuiver keukenzout;, Na 12 uur roeren onder gelijktijdige afkoeling tot

35

0 C heeft het

,

;.

o

o

14

R-zout zich· in goed filtreerbare vorm afgescheiden. Er wordt weer gefiltreerd over een afzuigfilter of filter-pers en het verkregen R-zout heeft een gehalte aan Schäf-fer-zout van 0,5 - 0,7 %.

Het filtraat dat nog R-~out bevat, wordt in de tweede kristallisatie tank nogmaals uitgezouten met 300 kg steen-zout bij 550

c.

Na 12 uur roeren onder ge~Ktijdigè koeling tot 350 C wordt een tweede fractie R-zout ineen goed fil-treerbare vorm afgescheiden. Het gehalte aan· Schäffer-zout van deze fractie bedraagt 1-1,8

%.

Het filtraat dat nog een weinig R-zout en Schäffer-zout bevat kan·niet verder worden verwerkt en wordt geloosd.

~

Omdat de beide R-zout fract~es ~it een zwak zure

op-o

l "~ ti,. G. 'f/;,4t

vb-~ .,-r/ lossing zijn afgescheiden, k~ ~ gemakkel.jjk gedro'ogd

~

worden. Van de eerste fractie l s de ·zuiverheid (berekend op R-zout, M

=

348) 80 - 81 % en van de tweede fractie 61 68

%.

Voor de verdere verwerking op dinolsulfonzuur is· het nOdig om nog verder te zuiveren. Hiertoe wordt het R-zout van de eerste. fractie hydraulisch geperst, waarna van de perskoeken de weke randen worden afgesneden. De overblij- . vende koek, wordt nu gedroogd.in een droogkamer bij 1000 C.

Op deze wijze wordt R-zout verkregen met. een zuiverheid van . 92

%.

De gedroogde randen hebben een zuiverheid van 88,5

%.

(berekend o~ M

=

348).

In de literatuur zijn geen gegeven~ beschikbaar over de hoeveelheden die respectievelijk a~s fractie 1 en fractie 2 kunnen worde·n verkregen. Er wordt een totaal rendement van 88 - 90% vermeld.

Het R~zout dat niet zuiver genoeg is om verwerkt te worden op dinolsulfonzuur wordt èf als zodanig verkocht èf gezuiverd door herkristallisatie.

IV B~reiding van dinolsulfonzuurNa uit R-zout dat een gehalte aan Schäfferzout heeft l~ager dan 1

%.

In

een smeltketel wordén 70 kg Natronloog met 3 ltr. water ge·smolten. Wanneèr een temperatuur. van 2000 C be-reikt is, worden-in 1 uur tijds 48 kg R~zout (zuiverheid 92 % (M = 3·48), dus 44,1 kg zuiv:er R--zout) ·in kleine

por-o·

J5

ties onder roeren b~ de sme~t gevoegd. Hierb~ wordt de temperatuur langzaa~ verhoogd tot deze aan het einde van

- 0 .

deze periode 300

;ç

bedraagt. Gedurende 20 minuten'wordt de temperatuur op deze waarde gehouden, waarna de smelt afgelaten wordt in 200 liter water die zich reeds in de verdunningstank (of aanzuurtank) bevinden. Vervolgens. worden 200 liter H2S04 (1 : 1) toegevoegd~ waarna het vo-lume met water wordt aangevuld tot 425 liter.

Er wordt gekoeld tot 500 C en vervolgens gefiltreerd over ·eefr afzuigfilter, waarbij de moederloog uit de filter-koek verwijderd wordt door persen.

Op deze wijze verkr~gt men een product dat een zuiver-heid heeft van 90 - 93 %, (Geen sulfaat aanwezig) met een

rendeme~t van 90 - 93

%.

V

Zuivering van dinolsulfonzuur.

Dit product is nog niet voldoende zuiver voor de lichtdrukpapier-industrie. Hiertoe moet het dinolsulfon-zuur worden gezuiverd.

Men kan als volgt te werk gaan.

27,5 kg dinolsulfonzuur-natriumzout (~9l,5

%

zuiverheid berekend op M

=

348) worden opgelost in de minimale hoe-veelheid (ca 200 ltr.) heet water, waarna wordt aangezuurd met geconcentreerd HCl (tot PH

=

4). De oplossing wordt verhit met norit en vervolgens gefiltreerd.

De hete' verzadigde oplossing wordt uitgezouten met natriumchloride. Het neergeslagen dinolsulfonztirè

natrium-zout wordt afgefil:t;reerd en uitgewassen met een weinig al-: cohol, -waarna wordt gedroogd in de droogkamer en tenslotte "gemalen in een slagmolen.

Controle om de zuiverheid.

Een afgewógen hoeveelheid van het dinolsulfonzure Na-trium-zout wordt getitreerd met een ljskoude oplossing van p-nitro-diazoniumchloride. Het eindpunt der t~tratie wordt bepaald door "t ü .pfem" op R-zout.

VI Bereiding van 'chemisch zuiver' )9-Naphtol.

>

In een geëmailleerde ketel (volume 1 m

3)

worden 200 kg technisch jB-Naphtol opgelost in 570 ~g tolueen b~ 800 C.

o

o

16

~ langzaam afkoelen van de oplossing kristalliseert danfl-Naphtol uit, dat wordt gecentrifugeerd, uitgewasse;?-met 90 kg tolueen en gedroogd bjj 45 - 500

_c,.

Door destillatie is de tolueen weer terug te winnen. De opbrengst is 175 kg zuiver ,;d-Naph:tol per lading.

0

o

, . .

Materiaalbalans en berekening van de afmetingen van de apparaten.

Lijst van apparaten.

I.

Bereiding van

;6

-Naphtol.

;

•

,

Totaal materiaalbalans.

In: 600 kg naphtaleen CM

=

128) 4,70 kmol.

750 kg R2S04 660 ~e = 1,835 d = 96

%

{720

kg H2S04 (M

=

98)'· 7,34 kmol.

30 kg H20.

575 kg Na2C03 (M

₌

106) 5,425 kmol.

325 kg NaOR (M :: 40) 10,62 kmol.

Uit: 500 leg .ft .... Naphtol (M

₌

144) 3,48 kmol.

lOB

kg Nap~ta1een uit de condensor

0,B5

k:m01. Sulfoneerketel. Materiaal: Giet:ijzer.

, Aangezien er 600 .kg Naphta1een en 750 kg H2S04

Cd

=

1,B35)

in de su1~oneerketel moet, is het benod~gde

volume in liters:

( 600~) ( )

±.

1,45 1,145 + 'l,"ä'35

=

1.,45 524 + 409· - 1353 liter.

Wij nemen een ketel met een diameter

van

1200

mm

en

hoogte 1200'mm. VolUlIi.e van de ketel zonder afronding is

0,785'" 1,44)CO, 1,20 :: 1;355m3

=

'1355 liter.

+ 4,70 krool H20

'+0,85

kmoL o(-zuur

Sulfonering: 4,70 kmol

CicPa

+ 4,70 krool

H

_2S04 --+3,85

. . kmol

j3

-zuur •

stoomdes-tillatie: 0,85 k:mol a( ... zuur + 0,85 kmol H20:~.~. Oe . . 0,85

. "' kmol CloHa + 0,.85 kIn01 H2S04.

Totaal: 3,85 krool C10R8 + 3,85 ~ol H_2S04 ~ 3,85 kmol

~~zu~ + 3,85 kmo~ H20.

In: 4,70 kmol Naphta1een

7.34 krilol H2S04 . 30.kg H20.

=

600 kg.

=

720 kg.

=

30 kg • 1350 kg.

o

o

Uit: 0,85 kmol Naphtaleen

3,85 kmol C10R7S03H (M

=

208) , 7,34 - 3,85 = 3,49 kmol H2

so

₄ 30 kg R20 + _{3,85 kmol R20} 108 kg. 800 kg. 342 kg. 100 kg. 1350 kg. 2) Condensor'. Er is te condensere~ 108 kg CIOH8 Hoeveel H20 is er te condenseren ? Voor de stoomdestillatie geldt: G H20 PH20)( M H20

G C10H8

=

PCIOH8 x

M010~

P bij 1650 0 is 200 ~ Hg. (Geïnterpoleerd uit

. °10R8 literatuur waarden). PH 0

=

760 - 220

=

'560 mm Eg. 2 . 560 )(. 18 GH20 = 108 )( 200 X 128

=

43

kg. IS

Wij,hebben een globale berekèninggemaakt c.?ver de af-metingen van, cleze condensor en gevonden dat 13

t"

pijpen van 2 ft. 'lengte voldoende zjjn.

3) Scheidingstank naphtaleen-water. (Plaatijzer).

Hierin is een verwarmingsspiraal ás.ngebracht die de temperatuur bove~ 800 C houdt.

Volume: 0,785 x 0,7502 x (0,400 + 0,050) =

0,785 )( 0,563 )( 0,450 =0,2 m3 = 200 liter.

4) Koelbak voor naphtaleen.

Dit ,is een platte plaatijzeren bak die rust in een gecementeerde koeltrog, waarin koud wate:J:' stroomt.

_.

_, 5) Neutraliseertank. (Plaatstaal met lood bekleed).

Reacties: 2 010H7S03H + Naó003 ~ 2 C10H7S03Na + 0°2

1

+ H20 H2B04 + Na2CQ3 ~ Na2S04' + 0°27 + _H20.

Voor 3,85 kmol

010~S03H,is

nodig:

~

kmol Na2003 Voor 3,49 kmo+ H2S04 is nodig: 3,,49 kInol Na2C03

Totaal nódig: 1,925 + 3,49

=

5,415

o

o

W~j 'hebben hierbij aàngenomen dat het H2S04 alleen

maar als zuur werkt en dus niet b .. v. als oxydatie middel

waardoor het overgaat in S02 dat via de condens~+ ontwijkt.

In

feite is deze 575 kg Na2CO; dan ook ruim voldoende.

Deze 575 kg Na2C03 worden vooraf opgelost in 1343

li-ter watex"! (Wij maken dus een geconcentreerde soda oplossing

di~ 30 kg Na2C03 bevat per 100 kg oplossing).

In: _{800 kg C10H7S03}If 342 kg H2S04 100 kg H20 575 kg ~a2C03 1;4; kg -H20 3160 kg. <:?85 kmo 1,) (3.49 kmol.) (5.415 kmol)

.

Uit: 885 kg qlO~SO;Na (;.85 'kmo1) ,

495 kg ~a2S04 (3.49 km~l) (M

=

142)

239 kg C02

1541 k.g H20 (= 1443 kg + 5.415 )( 18 kg).

3160 kg ,

Bepalen van het vereiste

800 kg C_10H7S03H . 342 kg H2S04 575 kg N8.2CO; 1443 kg _{H2 0} volume. (d geschat (d 1.835) (d 2.533) 667 ,187 227 1443 ltr. ltr. ltr. l.tr. 2524 ltr. Volum,e tank: , 2 3 0,785 x2,25 X 1.25

=

2,76m = 2760 ltr.

6). Filter voor Na2S04 en ~erontreinigingen.

Er zijn niet voldoende gegevens bekend om te kunnen

berekenen hoeveel Na2S04 e~ zal ne'erslaan en. daarom weten

~ ook niets over het te verwachten koekvolume..

~

7)

Ie Kristalliseertank. . (Plaatstaal met lo6d bekleed).

Het volume van de vloeis~or is minder dan 2524 ltr.

w~ nemen een diameter van 1800 mm en een ,hoogte van

\ . ,

o

o

---~._-2 3

Volume 0,785 X 1,8 )( 1

=

2,54 m

=

2540 liter.

De kristalliseertank,is voorzien van roerwerk en koelmantel voor waterkoeling.

8) Centrifuge.

"--.:.c " "

2.0

Voor het afscheiden van het Na-zout van

2-Naphtaleen-sulfonzuur gebruiken ~ een BIRD-centrifuge.

9). 2e Kristalliseertank. '(Plaatstaal met lood bekleed) •. Als de le kristalliseertank, echter zonder roerwerk en koelmantel.

io)

Smeltpot. (Gietijzer) ..

Re~.ct1-e :

, ' .

CIOB?~~3Na + 2 NaOR ~ ~ _{CIOH70Na + R20 +'Na2S0,}

Voor 3,85 kmol ClOH7S9,Na (885 kg) is theoretisch nodig

7.70 km01 NaqR (308 kg). Wij zullen toevoegen 325 kg NaOR

(= 8.13

1.oiói)-.

Dit is een overmaat v~n ongeveer 5t

%,

een

gemiddelde waarde

van

de literatuur.

Het' NaOR wordt in d,e mengpot gebracht als een gecon-centreerde oplossing -(1 : '1). Materiaalbalans: In : Ui.t: 885 kg ClO~S03Na (3.,85 kinol) 88 kg _H20 (~10 % water ~ fi-zout) 325 kg NaOR (8.13 kmoI), NaOR oplossing 1 : ~ • .. 325 kg H20 162, kg. 639 kg C10H70Na 485 kg Na2SÖ,

17

kg NaOR -481 kg R20. (t.w. (3.85 kmol) (, .• 85 kniol-) (0.43 kmol) 88 + 325 + 3.85

x.

18 kg),. ,

, 1622 kg. Hèt water is geheel. óf gedee1telWt

ver-dampt. .

Bepalen van het benodigde volume.

885 kg CIO~SG3Na (geschat d = 1.2) '7~8 +tr.

88 kg wate~ 88 ~tr.

650 kg NaOR"

~plossing

1 : 1 , d =1,52 .bjj 2é

c

428

":ttr.

o

I '

o

Wij nemen een smeltvat met een diametèr van 1200 mm

en een,hoogte van 1425 mm.

VO,lWne: 0.785 X 1.44>< 1.425 = 1.61 m3

=

1610 liter.

-De smeltpot is voorzien van verhitt ingsmante 1 en

roer-werk. (Verhitting door Dowtherm).

11) VerdUnningstank .'

2.1

]Je verdttnningstank moet ongeveer ,000 liter vloeisto~

kunnen bevatten,6mdat de smelt gebracht word~ in de

verdun-, n;i.ngstankverdun-, waar ziçverdun-,h reeds.:!:. 2000 'liter water bevinden. D,e

diameter van het cylindrische deel is 1500mm en de hoogte

daarvan is

1700

mm.

De hoogte

van,

de

kegel

is

750

mm;

zo-"da t dè totale hoogte is 2450 mm"'· en de . inhoud:

0,785,x 1,52 )(. (1,79 + 0,75)

=

0,785 x, 2,25 x 1,<.15

=

3

- ;,44 in3 :: 3440 liter.

12) Filterpers •

. Voor neergeslagen Na2S0, en verontreinig~ngen.

Te filtrerèn hoeveelheid oplossing'is ongeveer ;000 liter. (De hoeveelheid neerslag is onbekend •

. 13) Aanzuurtank. '(Acidif'ier)., '. '

Het aanzurèn van de verdunde' smelt geschiedt. gelj,)"k-tijdig met het neutraliseren van de' sulfoneringsmassa. Het

C02 dat hierbij ~tstaat wordt onderin d,e aanzuurtank geleid.

Reactie:

"

C10~70Na + 002 + H20 -~) C10H?OH + NaHC03

Materiaalbalans.

.

In : 6 3 9 . k~ C10H70Na Uit: 169,5 kg C02 69,5 kg H20 8?8kg. 554 kg C10H?OH ,24 kg NaHC03' 878 kg. (3,85 kmol) (M'=' 166) (3,85 }qUol) (M = 44) , (3,85 krnol)

o

o

- - - --->--'

~--Bepalen van het benodigde volume.

Het volume moet even groot zijn als dat van" de'verdun-ningstank (no 11). Het is gunstig voor de opname van het

,

-C02 dat de tank smal en hoog is. Daarom nemen de diameter van het cyl:indrische deel.1250 ~ en de hoogte ervan 2500 mm. De hoogte van het kegelvormige gedeelte is 625 mm. Inhoud: 0,785

x

1,252

x

(2,5 X

0,~25)

= 3,32 m3 •

14) Compressor voor C02' te schakelen"tussen neutraliseertank en aanzuurtank voor compressie en transport van 902 gas. " 15.) 1{#istallisator.

Kri~tall~~ator v?lgens SWENSON-WALKER.

Oppervlakte verticale wand:"

TT

2 D2 D2 . "

,t

~ D +

1r=

;r

(0,785 + 1)

=

= 1,13 m • 2' Inhoud i's 1,13

x:

3,6

=

4,07 m3

=

4070 liter.

In deze kristal1isator wordt de wat~~làag afgekoeld waardoor j3-NaphtQl

~recipj.tee~t.,

In' de waterlaag is önge-veer 10

%

van de totale hoeveelheid j3;..Naphtol aanwezig, d.i.

5;

kg.

• ' . . • . . . '&~. -.

16) Afzui~filter. Voor

"

55 kg

fl-

_naPht.ol?o- . ",

het'./-i-napht,oi 10' % 'wé;tter bevat en dat ;inden ~ e~nkoekvolume van 60

=

50 ltr. 17) 18) Aannemenàe dat • f. ~ 1 - _ • de d·ichtheid 1,2 is _1;2 •

Wastank voor

A

-naphtol.,

,Hierin

w~rat

alle ,fi-naphtol (dus 554 kg) gewassen met heet wat"'er, n.l. 1600 liter. Het:yolume van het .J.3-~ph­ tol is ongeveer 500 liter (weer 'aannemende dat het- /3-naph-tol 10

%

water bevat) waardoor het 'totale volume wordt 2100 ' liter. Het volume is:

U

·2 ( )

lr,X 1,5 X,' 1,95 + 0,25

=

2,3 m3 of 2300 liter. Droogtank voor 4-Naphtol".

:;;

Il_ _ 554

Volume/v Naphtol - 1,217 :: 456 liiter. V 1 o ume wa er t maxJ.maa·"~ . 1 44. lit' ..-". er.

"

.

_. .

'

-o

o

23.

:" .... Volume droogtank:

19)

Destillatie~toestel.

De destillatie~ketel moet 554 kg of 456 liter kunnen

"

bevatten. De diameter van de ketel is; '800 mm en de lengte

_..

is 1500 mm.·De inhoud is:

~

0,82

x.

1,5

=

0,750 m3 = 750 liter.

Hierb~ is geen rekening gehouden met de bolle fronten. 20) Condensor. berekend door H • J. Frings':.

21) Qpvanginrichting.

Deze is zó geconstruèerd dat er.IJ -Naphto1 afgetapt kan worden zonder de destillatie te ond~rbreken.

22) Koelwals.

Hierdoor kan het gesmolten;8-Naphtol overgevoerd worden in &chubben.die gemakkelijker te hanteren zijn dan· grote stukken of poeder.

23) Weegschaal.

Waarop de papieren zakken staan die gevuld moeten worden met ~-Naphtol. Er .dient een inrichting aanwezig te zijn waardoor. de toevoer van Naphtol wordt onderbroken als de zak een zeker gewicht bereikt.

11 Bereiding van R-zout met -een gehalte aan Schäfferzout van 2-3,5 % •.

24) Sulfoneringstank •

. ' OH ' OH

( ) ) " + 2 H2S04

~ ~,

+ 2 H20

H O , . . S03H

W~ gaan u.i;t v!=ffi 137,5 kg.J3 -Napht~l: De

sulfonerings-ketel moet een volume hebben aangepast aan de volgende ih-houd:

o

o

'.

-137,5 kg j3-Naphtol 113 ltr. (0,955 kInol) 525 kg' H2S04 98 % (d = 1,84) 285 ltr. (5·,25 kmol.) 175 kg Na2S04 0 aq' (d

=

2,698) 65 ltr. 20 kg water 20 ltr. 483 ltr.

Wijrnemen een ketel (materiaal: gietijzer) met een dia-meter van 1000 mm en een hoogte van 900 mmo

VQ]Ume zonder afrondingen: .

0,785 X 0,9

=

0,706 m3

=

70& liter. 25) Verdunningstank.

26)

Uit het voorschrift blijkt dat het totaal volume in de verdunningsketel zal zijn 2900 liter. Nu wordt nog 450 kg NaGl toegevoegd (d

=

2,163), waardoor het volume maximaal 3080 liter zou kunnen worden. me.i LdOe( blekleed...

W~ nemen een plaatijzeren' ketelVmet een diameter van

1600 mm en een hoogte van 1800 mm. 'Volume zonder de afron-dingen in rekening te brenge~:

lT 2 3

4.x

1,6 x 1,8

=

3,62 m

=

3620 litèr.

De verdunningstank dient tevens als kristallisatie-tank en is derhalve voorzien van koelmante.l en roerwerk.

:~:;r~gR_zoutr

.

~

OR

lw~rdt

afgefiltreerd.

.

~a03~

S03N~

.

,

Het gehalte aan Schäffer-zout. [, .

mOR]

is

.Na03S ' . 2-3,5%. III De zuivering tot een product met minder. dan 1 %'

Schäfferzout .. 27) Neutralisatietank.

Hierin wordt het zuur (H2S04) geneutraliseerd met GaG03: 450 kg R-zout wordt daartoe opgélost in 750 liter water: Totaal volume

-

+ 1100 liter. _.

. De hoogte van het cylindrische deel van de tank is 1125 mm en de diameter 1200 mmo De hoogte van de kegel is 600 mmo

o

o

Volume is:

.0,785

~

1,44

x

(1,125 + 0,200)

=

1,5 m

3

=

1500 liter •

. 28) Afzuigfilter of filterpers.

. Voor filtratiè van CaCO; en CaS04 • 29) Zuiveringstank.

Deze tank is ge~,aan de neutralisatietank 27, .

waarin een verwarmingsspiraa~ is aangebracht.

30) Filte~pers of afzuigfilter.

Voor fi1tratie van CaC?" Fe(OH), en norit. 31) le Kristallisatie tank.

2.5

Daar het volume van deze tank ongeveer 3500 liter

moet bedragen nemen wij de hoogte van het èylindrische deel

. ' I

1700

mm

en de diameter 1500

mm.

De hoogte van de kegel is

750

mm.

Volume is' ,0,785 x 2,25 x (1,7 + 0,25)

=

3,45 m3 •

,2) Filterpers ofafzuigfilter • .

Hierin wordt de le fractie gerèinigd'R-zout, dat een gehalte aan Schäfferzout heeft van 0,5 --0,7 %.,afgescheiden.

33)

2e Kristallisatie tank.

Zelfde als ,1.

34) Hydraulische pers. _

Het is onze bedoeling om deze pers ook-te gebruiken voor het verwijderen van de moederloog uit andere filter-koeken.

35) Snijtafel.

Hierop worden de randen, van de !ilterkoeken gesneden omdat deze het grootste gehalte aan Schäfferzout hebben. 36) Droogkamer.

Hierin worden de-filterkoeken gedroogd, zodat z~

kun-nen ge~len worden met behulp v~ een- eenvoudige 37) Slagmolen.

<

,

o

o

IV Bereiding van Dinolsulfonzuur. Reacties b~ de alkalismelt.

oo

oNa NaOH~ Na03& ONa 2.6 Ie phase. + Na2s03. :-H20 .2e. phase. 38) Smeltketel. van

Deze moet kunnen bevatten: 70 kg NaOH

3 kg water 48 kg R-zout

i

Een smeltketel met een diameter 540 mm en een ho.ogte 600 mm heeft een volume van

· 2 3

0,785 ~ 0,54 X 0,6Q = 0,137 m

=

137 liter en is' dus geschikt voor ons doel.

39) Verdunningstank. (Tevens aanzuurtank) •.

Na verdunnen is in deze tank aanwezig 425 l!ter. Wij nemen hie.rvoor· een tank volgens 18,. voorzien van roerwerk en koelspiraal. Het verkregen·dinolsulfonzuur-Na wordt ge-filtreerd.

40) Af'zuigfilter.

41)

V Zuivering van Dinolsulfonzuur. Zuiveringstank.

Hoogte cylindrisch gedeelte is 600 mm en de diameter is 750 mm. De hoogte van de ke'gel is 375 mm. Volume is:

0,785 X 0,752 )( (0,6 + 0,125)

=

0,32 m3

=

320 liter De tank is voorzien van propellerroerder ,en verwar-mingsspiraaI.

42) Filter.

Hiermee word~n norit en verontreinigingen verwijderd.

,

i

,

'0

o

43)' Kristallisatie tank.

Zelfde als 41, eveneens voorzien van rq.erder en ver-warmingsspiraal. Het zuivere dinolsulfonzuur wordt afge-filtreerd of gece~trifugeerd.

44) Filter of centrifuge.

Het'verkregen dinolsulfonzuur wordt gewassen met al-cohol; uitgeperst in de hydraulische pers, gedroogd in de droogkamer en gemalen.

VI Zuivering van ,)1-NaPhtol door herkristallisatie~ (deze apparaten zijn niet in het schema opgenomen.)

45) Geëmailleerde ketel met geëmailleerde roerder voor

oplos-;~n' e~'-uitkristalliseren van )3-Naphtol. .

46) Centrifuge·voor het afscheiden van de kristallijne massa.

47) Destillatie apparaat,

voor het terugwinnen van het,IJ -Naphtol.

'. Uit 200 kg technisch

j3

-Naphtol wordt

175.

kg chemisch zuiver ,J)-Naphtol verkregen.

o

o

2.8

!

Plaats van de fabriek.

De keuze van de plaat~ van d~ fabriek wordt voorname-lijk bepaald door de volgende factoren:

le De grondstoffen. Wij hebben nodig naphtaleen, zwavel-zuur, natriumcarbonaat, natriumsulfaat, natriumhydro-xyde e~ keukenzout. Een plaats in de nabijheid van de M.E.K.O.G. of Staatsmijnen zou, wat dezé factor voor Nederland betreft, gunstig zijn.

De beschikbaarheid van water en de mogelijkheid tot lozing van afvalwater.

~e De beschikbaarheid, van arbeidskrachten. De prijs van.de energie.

5

e Ook mede in verband met het vervoer van de eindpro-ducten is de aanwezigheid van spoorlijn en vaarwater van bel~ng.

6e. De aanwezigheid van andere chemische industrîeën (het-zij als grondstoffen~everanciers; hetzij als afnemers) zal gunstig zijn.

I

Capaciteit van de fabriek. ,

. Voor onze productie zullen wij »ekenen met een jaar bestaande uit

350

productie-etmalen.

/

IJ

-Naphtol.

Aangezien er vóor een lading ca een etmaal nodig is, lruD.nen wij met deze apparatuur een productie, bereiken van

350

X

0,5

=

175

ton per jaar.

R-zout.

De tijd. nOdig voor de verwerki'ng van een lading is ca drie etmalen bij gedeeltelijk parallele wer~ze. Hieruit volgt een maximale productie van

3~0

X

o,~

=

46 ton per

jaar.

Dinolsulfonzuur.

Zouden wij per etmaal één maal de be~chreven alkali-smelt voor de dinolsulfonzuur-bereiding uitvoeren, d~n be-' reiken wij een productie van

350 X 0,032

=

11 ton-per jaar.

~---~" " " " " " - - - -"-' ---.\

o

o

..

.

, 2.9

De~e productie kan gemakkelijk verveelvoudigd worden •

. t

ToepaSSingen.' 1) Dinolsulfonzuur.

Het natriumzout van. dinolsulfonzuur wordt gebruikt als azocomponent in de lichtdrUkpapier-industrie (N.V.

Atlas; Patent Kalle

&

Co), ook voor tweekleurenpapier (13); als grondstof voor de bereiding van dinol en naphtodioxaan

(14). De b~tekenis van dinolsulfonzuur is groeiend. 2) R-zout. _.

.

Het R-zout is een veel gebruikte azo-component. Het is verder een belangrijk tussenproduct in de kleurstoffen-industrie.

3) ;8-Naphtol·is een zeer belangrijk tussenproduct in de kleurstoffenindustrie en een anti-oxydant voor syntheti-sche rubber. In

1947

werd in de U.S. ongeveer

65

%

van het ;8-naphtoi gebruikt voor de kleur~toffen-industrie en

35

% .

als anti-oxydant. .

Verder wordt

J3

-naphtol gebruikt als grondstof voor de pharmaceutische industrie (antisepticum en insecticide) en reukstoffen-industrie (methyl- en áethylaethers).

,

o

o

Berekening van de condensor voor de destillatie van

~-naphtol. (door H.J.Frings)

De berekening van de condensor wordt uitgevoerd in de 'veronderstelling, dat wij 550 kg,)3-naphtol in de tijd van 3"

uur willen condenseren. Wij kiezen een verticale condensor met, U-vormige pijpen. Omdat ~naphtol niet mag stollen in de condensor (smpt. 252.50 F), koelen wij met dowtherm A, die wordt ingevoerd met een temperatuur van 3000 F.

Onder de destillatie-omstandigheden is de condensatie-temperatuur van jS-naphtol

i70

0

F

(5' -

10

fum Hg). Daar de verdampingswarmte van)9-naph~ol niet bekend is,hebben wij hiervoor de waarde 85 kcal/kg aa~genomen.

Wanneer wij alleen rekening houden met de condensatie

van )3~naphtol, dan bedraagt de hoeveelheid warmt~, die

moet worden afgevoerd:

550 ; 82 x 3,966

=

61860 B.T.U./hr.

Enthalpi~ dowtherm A bij 3000 F 108,0 B.T.U./lb.

Enthalpie dowtherm A bij 2500 F 82,9 B.T.U./lb.

Dowther~ neemt op 25,1 B.T.U./lb.

Benodigde hoeveelheid dowtherm : 61860

=

2465 lb./hr.

25.1

Wij willen ge~ruik maken van 15 U-vormige pijpen van ~ in. (BWG 14). Voor de berekening van het. benodigde

opper-vlak berekenen wij dè totale warmte over-. drachts-coëfficient bij de in- en afvoer

I 2 . .

~--

.. 1----'-1

l--~ van de dowtherm (U en U ). Dan is het

ld? I <> ~c!! . Ol 02

! ~ 3')"i'''' ~: • oppervlak A te berekenen uit:

7

i .

1 '. " l ;

i

I

~"

~

= U02.A tl - UOl A t2

! J ; U02 LS. tI

-,-1.J,.~_"

..

-L. .,'

/~

In UOl 'A t2'

--

... ~.

._..,..-

-..

-.---Hierin is

Q

de hoeveelhe~d warmte die moet worden overgedragen,eft ~tl en ~t2 de tem-peratuur:;;ver'schillen bij in .... en afvoer van de dowtherm. De t~tale warmteweerstand6~

coëfficientèn,

(~) ~jjn

te

be!.'eken~n

uit de'

o

o

":q

....

weerstand van resp. 'de inwendige film (dowtherm-wand) de ' wand en de condensaatfilm •.

Warmte overdrachtscoëfficient dowtherm-wand.

1) bij de plaats van invoer (index 1) h_il, temp. 250Q F.

Wij maken gebruik van de dimensieloze betrekking van Nusselt voor turbulente stroming door pijpen (con-stanten volgens Sherwood en Petrie) ('7)

h D D G ,0,8

c

f t 0,4

,T

~ 0.024~)

( P K ) ' (a) Bij 2500 F zjjn de waarden van de verschillende groot-_, heden: D

=

Di

=

0,0382 ft. voor

i

in. pijp, inw. doorsnede 0,00115 sq.ft,

, .

~l = dichtheid dowtherm 61,~ lb./cu.ft.

Kl = w~rmtegeleidingsvermogen 0,088 B.T.U./hr.sq.ft.oF/

-""'1

=

viscositeit 1,936 lb./ft.hr. ft.

Cp = soortelijke warmte 0,5 B.T.Ü./lb. oF.'

G :: w

)(,P ;

w = snelheid. Bij gebruik van 15 pijpen.

Invullen in (a): w

=

Î5

(61, 1

~~§~001l"5)

= 2338 ft,./hr. G

=

142852 1b./br.sq.ft. fJ hi1 x 0,0382 (°,03825 X 142852)°,8 (0,5 )( 1-,936 )°,4 ° , 088

=

0,024 1 , 9?6 0',088 h il

=

80,6 B.T.U./sq.ft.hr.oF . .- Re

=

3280 (turbulent).

2)- h_i2 wordt op d-ezelfde w:ijze berekend. Bij 3000 F z~n de verschillende grootheden:

.P

_2, = 59,6 ~2

=

1,550 K : 0,074 G

=

143358. Invullen: hi2 X 0,0382 ,0,074

=

0,024 )( (°,03825')(0143358) 0,8 (°,15 x 1,550) 0,4 1,550 \ 0,074 Re

=

3540 (turbulent).

o

o

Warmte overdrachtscoëfficiènt verz.damE-wand.

,#2 -1/3

4r

_,-1/3 ( :f ) ,,'I) eb) h = 1,47 Kf3

~:f

( - ) g .l"'f \

Deze betrekking mag gebruikt worden voor de condensa-

_.

,

,

tie van een verzadigde damp op verticale pijpen bij laminaire langs de pijpen.

stroming van het condensaat

Ind,e~ :f betekent, dat

lende groothedenj nomen moeten worden.

de waarden van de verschil-bij de fi1mtemperatuur

ge-r

=

snelheid blJ·· verticale PlJP" en.

omtrek

Als wij in de film een liniair temperat~urverval

aan-nemen,kan de, filmtemperatuur Ct_{t )} bij benadering berekend

worden uit:

tf

=

tverz~damp -

t

_{Ctverz.damp - t wand)·}

Aangezien de wandtemperatuur niet bekend is) k~e'st men

hiervoor een bepaalde waarde en berekent h ,met bovenstaan--de formule. Daarna controleert men of de juiste wand

tempe-ratuur gekozen is met

1 h_f

= -o 1

'~h

(c)

Wordt niet aan deze gelijkheid voldaan dan moet ,een andere wand temperatuur gekozen 'worden; etc.

't" Inde literatuur ,zjjngeen gegevens te vinden ove'r //J./

en K van~-naphtQl. Wij hebben daarom bepaalde waarden

aan-genomen om de berekening te kunnen uitvoeren.

, '

Na enkele malen proberen werd als wandtemperatuur de

, . 0 .

'waarde tw

=

301 F gekozen voor het koude uiteinde van-de

pijp.

t! = 338-

t

(338 -, 301) ~ 3080 F

Bij 3080 F is ~f van fi-naphtol. 66,17 ~b./cu.ft. 'C )

Voor fof en Kf werden de waarden 8 resp_ 0,12 aange-nomen.

pij-o.

o

pen,dan is de snelheid van de condensaat. stroom:

550 .

w

='3X

2 X 15

=

6,11~ kgjhr

=

13,5 lb.jhr. per

vert.pijp •. Uitw.·diameter van

~

in.-pijp is

0,0520

ft.

r

=

rr;u

=

rr;g!~520

=

82,7

lb.jhr .• ft.

r~6b)17l'bj

8 g

=

4,17 X 10 ft.jhr.hr. (gravitatie constante). Invullen in (b): 82 = 1,47· ( 3 2 0,12 )( 66,17 X 6. tf 30 Controle:

= -- -

0 36 ~~t

83 -

,

1 1

.EQï

152,9 -~1-;';;"-::1- =

--.Ir----""'-

=

0,35 . - - + - +

- L .

hOl hil

152,9

80,6 2) .t_w

=

3200 F • . Invullen in.. (c) ~oede overeenkomst (weerstand van de . wand is verwaar-100sd. ) tf = 338 -

t

(338 - 320) = 3250 F •. Bij 3250 F is

?

= 65,9 (1

~J

) • ;

Voor

?

en K :werden aangenomen de waarden 7, resp.

0,115.-.

7

2 , . -lj3 4 X. 82,? -1j3 hi~2

₌

1,4? ( . . ) ( ) "'v . 0,115 X 65,9 X 4,17 • 108 7

hu'2

= 155,B. Controle: 1

-

_blJ2

1

. 1

+ -DV2 hi2 6 t f _

12.

- - - - 38

=

0,342 2:..D-.t -} . goede 1

155,8

= - ...

..----..---1

+--L.

=

0.339

155,B 82,5 overeenkomst.

~---.---

~----o

o

Totale warmte overdrachtscoëfficienten. 1) _{U01 per 1 ft.pijp1engte:}

1 l I d

U01 Ai

=

hi1 x Ai + hul X Au + kl Agem. (d)

Wij berekenen U₀₁ op het inwendige oppervlak, omdat daar de weerstand het grootst is.

Ai

=

0,1202 sq. ft • _hi1 = 80,6 B.T .U./Bq. ft • hr. oF. Au

=

0,1637 hul.

=

152,9

Agem.

=

0,1418 K

=

65 B.T.U./sq.ft.~F/ft. d

=

dikte pijp

=

0,0069 ft. (high admiral) Invullen in Cd): 1 1 1 . 0,0069 U01 x 0,1202 - 80,6 x. 0,1202 + 152,9 ~ 0,1637 + 65 x 0,1418 .

..1....

=

0,12.02 '(0,1034 + 0,0396 + 0,0007) U01 o

=

58,0 B.T.U./sq.ft.hr. F. 2) _{U02 voor 1 ft. pijplengte:}

hi2

=

82,5 ~2

=

155,8 1 1 + 1 + 0,0069 U"02" 0,1202 - 0,1202 )( 82,5 155',8

x.

0,1637 65)( 0,1418

-l-

=

0,1202 (0,1010 + 0,0393 + 0,0007) U02 _{. 0} U02

=

59,2 B.T.U./sq.ft.hr. F.

Berekening van het benodigde inwendige oppervlak.

Q _U02 A

t

1 - U01

L::t.

~2 Q 61860

~---

=

A :a

-15

=

4124 B.T.U. per

Ai tot U02 ~ tI

2,3 log U A 't U-vormige pijp. Ol f-l>' 2 4124 Ai tot

=

59,2

x

88 - 58,0 X 38

59,2

X 88 2,3 log 58,0 " 38

Ai tot = 1,179 sq.ft. Lengte van 1 U-vormige pijp: 1·,179

0,1202 = 9,825 ft. = 300 cm.

Wij vinden dus,. een pijplengte van 300: cm, zodat de hoogte van

:'S .'.

.. I

_..

1 .'

; J

, .~ .J '

o

0

I

LITERATUUR.

I

1) 2) 4) 5) 6)

7)

8) Fried1ändér-& Zakrzewski H.E.Flerz-David & L.Blangey H.H.Hodgson

&

. D.E.Hathway

B.I.O.S. Fina1 report

. .1'.

J.R .• Sampey

L.F.Fieser &. E.L.Mar,tin

B.I.O.S. Final report no

W .L.Fai th, ,D. B.Keyes & R.L.Clark ·9) M.Trotskir & .6 N.Blagoveshcenskir

10)

D.Tyrer

11)

Schlesman, Denton & Bishop

12) F.I.A.T. Final report

13)

Gener,al Aniline

14)

A.M.ter Horst

15)

O.Witt

16)

K.Lees

17)

W.H.Mc

Adams 18) Bhatnagar Singh .. _--.--.---B~,

762 (1894)-,

Grundlegende Operationen der 'Farbenchemie, 8 Auflage,

Wien

1952.

J.S.D.& C.

§a,

110 (1947)

no 772 ; item 22.

Manutacture of diazochemicals,

Kalle

&

Co, Wiesbaden.

J.A.C.S. ~, 2852' (1927) J.A.C.S.

21,

1848 (1935) 1152. Industrial Chemicals. Org.Chem.~d. (U.S.S.R.) 3,

89 - 92, (1937)

Chem_Abstracts

2!,

4974.8

(1937)

U.S.P. 2.407.044 2.407.045 U.S.P.

2.456.597

no 1016. • U.S.P.

2.542.715

Nap~todioxan, enige derivaten en azokleursto~fen. Diss.Delft

1953.

B. ~,743 e.v.

(1915)

Chem.Zentr.

1905,

I,

652

Heat transmission. Chem~Zentr., 1274, (19,29) II'.

o

0

Berekening' behorende bij het fabrieksschema van. F.J.H.Felix..

Berekening van de destillatiekete~ voo.r (3-naphtol.

1,. Berekening van het warmteverlies bjj ontpreking van

iS.olatie ..

Cl . =Ux..A.x.6.t

~erlies

A. Warmtèverlies door eo~veetie.

0.25 0.25

he ligt tussen 0.2 At .en 0.3..6 t

W

_~ ~· _zu 11 _e~ d' _{e ve~ ~gs} "1" . t _{e waar e} d 0'3 _{• ~.} t·0 •25 _nemen.

Als de minimale temperat~ur buiten de destillatie-ketel 20° C is en als v~ het temperatuurverval in de ke-telwand verwaarlozen, dan is .0 t 170 ~ 20

=

1500 C of

2700 F.

. 0.25 . .

he

=

0.3 x 270 == ~. l3.T~1J./(hr)(Sq.ft)(oF)

B.

.Warmteverlies door straling.

~= [ Tl. abs 4' T2 abs 4J

?

.173 E ( 100 ) - ( 100 ) Tl .. abs - T~ abs t_l = 1700

c.

_{Tl abs} = 7970 F. t₂ = 200 C. T₂ abs = 527 . 0 F.

Wjj nemen aan dat

E

== 0.8.

.

.

h

=

0.173 xO.8 (7.97 4 5.274) 1 68 . r 270 = ~. A

=

opp.eylinder + opp.fronten.

.

'.

2

Opp.cylinder =

TT

"D'x L = Tf'"J. 0.8.)( 1.5 = 3.768 m ₌ 40.54 sq.ft. opp.fronten = 2 )(

4·D

" 2 .= 1.005 m . 2

=

10.85 sq.ft.

'0

o

~ At t 1 = 40.54 + ·J,Q~85== 52 sq,.ft. " 0 aa ..

o

_{' " " V e r e s , .} 11' .. =2.90 ')( '52, " 270, == 40.700 _. B.T.U·/hr _{' .•}

Wij'nemen nu aan. dat wij de verliezen door isolatie

beperk~n tot 4.000 B.T. U'./hr waardoor de toe te

voereI?-warmte wordt 61.860 +400,0 == 65.860 B.T.U./_hr•

2. Berekening van het verwarmingselement.

A.

Dowtherm-zjjde.

2

De verwarming heeft plaats door middel van een in-_{. .}

steekelement, verwarmingsmedium dowtherm A. Dowtherm

treedt,in bij 4000 F en v~rlaat het element bij 3500 F.

Het totale enthalpieverschil van de dowtherm bij 40Qen

3500 _{F is 294.4 - 270.8 ::23·6 B.T.U./lb •}

Er is .dus nodig: 65.860/23.6 ~ 2790 lbs/hr.

Om in een

t

in. pijp e~n snelheid van ~ 1 ftl sec te

krijgen moeten wij 6 pijpen nemen.

De. totale F is dan 6 x 0.00211 ~ 0.01266 sq.ft.

G, de'massastroOmo.icht~eid· in lbs/(hr)(sq.ft)

=

2790

0:01266

=. 220 • .000 lbs/ (hr)(sq.ft).

Voor de berekening van de overdrachtscoëfficiënt

maken wij ge'bruilç van de fc;>rmule:

0'.8 :fL,Q'=O .• 0225 ( D.G) ~ :.;;t" Cp.~ 0.4 ( ,

)

k, .

D

iS,de inwendige diameter in ,ft: D = 0.622 ft

12 •

/k

bij 374.,

(10garithmiS~h

gemiddelde van 3500 61;1 4000 F)

=:0.5 çéntipoise.

=

2.42 x, 0.5 lb/(hr)(ft)

Bij 374.3° , F vinden wij voor·

.

k == 0.10 B. r,e. 0.. / (hr ) (ft) ( oF) C· _p.~ 0.4 ( k ) , =, 2. 34. , 0.8" h. D == O.lx 0.0225 (0.622 x 220.000) x' 2.34 12

x

2.4? x 0.5 . , :: O:l'X 0.Ó225 )( 9425°·8 )(2.34 =, 7.97

0,

o

B.

_,.

/J

-Naphtol-~:ijde.

. Omdat ·er niet voldoende

, ,

bekend is over de warmte-.

overdracht bij vrije

con-~, .

vectie/v:oeren wij dE?

be--rekening uit voor een ge-_,

val van gedwongen stro~

ming, waarbij de vloeistof rondgepompt wordt.

VleIis-waar kunnen wij de invloed van het koken op de warmte

.over-dracht niet in rekeningbr,engen maal' deze' ;invloed zal in

ieder geval PQsitief zijn. De capaciteit zal du~ zeker

vol-doende' zijn. ;ain een koke~de vloeistof₁

~ D " D 0.8 0.4

ó· e:,

O~024 C/'

v . e)

CC

.~

(Sherwood & Petria)

k

fo

k

De

=

Doorstroomd .oppervlakibevochtigde omtrek.

Doorstroomd oppervlak .= TT 2 . :

7T

2

-4

5.9 -

24

·4'

0.84 = 14.1 sq.in. Bovochtigde .. omtrek =

TT

x

5.9

+ 24 )(

7T

x

0.84 = 81.9 in. De.

= .

.!i:..!

=

0.172 in = 0.0143 ft. 81.9

Wij moeten nu en.ige veronderstellingen maken •.

k

=

O~l?'B.T.U./(hr)(sq.ft)(oF).

# = 1.4 lb/ (ft)(hr) ..

~

=

65.9

lb/

cu.

ft .

'Wij nemen de lineaire snelheid van het )9-Nap~to1

5850

ft/hr. Dit is 1.63 ~t/sec. (0.496 m/seç).

Hierdoor wordt Re = 4000.

!

ö

ho X 0.0143 0.8 . 0.5 x 1.4 0.4 0.12

=

0.024 x (4000) ( 0 . 1 2 ) ' hi = 157 B.T.:U./(hr)(sq·.ft.)(OF) •. . 0.622 . h_i 0 :: 157

x

0.840 :: 116 •. (Zie 2 A). 4 U c

=

hi 0 )( ho .= '116 x 310 = 84 5 hi 0 + ho 116 + 310 • (Weerstand pijpwand verwaarloosd) • A :: Q..

=

65.860 totaal _{Uc • At} 84.5 x At = _64 _84.5 ... ....,.8 .... 6 )IC ... 0_ .37 A per

~ijp

=

~

::

3.5 sq.ft. . . 6 Lengte pijp

0~142::

15.9 ft.

Lengte per .. pass" 4 ft.

=

1.20 m.

Literatuur: W .H~Mc Adams' D.Q.Kern

Heat Transmission,second Ed. Process heat transfer, first Ed.

"

\

_{\l-\'ij~ ,} ~ ;'1 , ~ t"'\ "'Id"'" Co sa, _.J '! . ---~:EJ--i r---,~ : ~.u"-k I I I I I I t I I f·~ :dwul'R I " I:r---.,

:

_, , I , la. 'I. I1 r·:---:-C!~!!U ! r---f~tij -='=::èï'=F~. .~', vt1tllUNNIItfSJC'nrL

0=

, ,

1-==-- I j---- = ' 7 , I

---~~

,

:

, , VVU)UMWIHfi1"AKK' r·~ :~ ,. II r - - - , 'T' I !! I !

~

_~

...-

..

..."ET ...

i-!~---l_'''

...

~,'

.'.

~---::;-~F::= "

.

'..t,: ",,,An' , __ , 'l>I>IOlOULPOIIZWR,Ho'ZCUT 1': _, . ____ . __ ' . ' , I ' I 1..-. _ _ _ " _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ,

DI NOLSU LFON ZUU R -Na

f.J.H.FELIX \-I.J. FRING?

~

• r

,.'f, '~. ~. L...-..fI. L..-f1 a I

DECEHBER 1953 SCHAAL "'5

,~J

'I " ' ,

'-q'.::--i-

I:, 0 r--I ' I 0 I ! 0: 0 Or-I l' L~ ",;' Ii~,

-~.

'

i--::---~

0

r

}-'~

1

O'"'--_-tt. I ~:-____ ~ '~I ol,~o o,:-~ ~r 0' , 0, 1':,-0_--, '4 ,{ 1 1 , 0 o " , I u -1 -1 I"~', o 1 I" '\ I, J 0

I

,I ! 0 I:. r . .... ~. . , ','. 0' ' .. , 0