De ontsluiting van phosphaten met zoutzuur

,

.

INHOUD • • I. ';", .

I

Inleiding pg. 2.

i

..

Bespreking van bestaande processen en van .'.

.,

het ontworpen proces. pg. 5.

,~' " <. I I De/grondstoffen pg. 7. I , i . De Ontsluiting. pg. 8.

.

-I, De bezinking. pg. 10 • I

.

1,/·'

..

I· De Fe verwijdering. pg • 10. I" .IJ t

,

De F verwijdering. pg. 11. I~ De zoutzuurabsorptie. pg. 12.

De verwerking va.n niet-ontsloten bestanddelen. pg. 13.

Nabeschouwing. pg. 13.

Berekeningen. pg. 15.

! .

•

DE ONTSLUITING VAN

" P

HOSPHATEN

MET ZOUTZUUR.

Inleiding.

Voor de phosphaatbemesting is het noodzakelijk de

phosphor in een voor de plant assimileerbare vorm te doseren. In assimileerbare vorm is phosphor aanwezig in Thomaslakkenmeel en in mindere mate in vismeel, beender-meel en guano. De hoeveelheid phosphor, hierin aanwezig i s echter bij lange na niet voldoende om in de phosphor-behoefte te voorzien, zodat men aangewezen is op

phos-2 .

phorhoudende stoften, waaruit de plant de P zeer langzaam opneemt. Dit houdt in~ dat het noodzakelijk is de phosphor in een oplosbare vorm over te voeren. Beendermeel en guano worden dan ook meestal niet als zodanig gebruikt.

De voornaamste grondstof voor de phosphaabkunstmeststoffen is het minerale phosphaat"waarin het weinig assimileer-bare apathiet: 3 Ca3(P04)2.CaF2 voorkomt. De methodes van ontsluiting berusten nu op de verbreking van de struc-tuur van het •• iBiS apathiet. Deze methodes kunnen gesplitst worden in die volgens de natte weg en die volgens de droge weg. De eerste methode verloopt bij lage temperatuur

en de tweede bij hoge tempe •• tuur.

Tot de ontsluiting volgens de natte weg behoren: 1. De ontsluiting met zwavelzuur tot superphosphaat,

Ca(H2P04)2·H20.2(CaS04·2H20).

I~

3. De ontsluiting met salpeterzuur tot dicalciumphosphaat: CaHP04·2H20.

4. De ontsluiting met zoutzuur tot dicalciumphoàphaat. Tot de ontsluiting volgens de droge weg behoren:

1. De ontsluiting van phosphaat met P205 volgens het

T.V.A. proces tot calciummetaphosphaat: Ca(P0 3 '2.

2. De ontsluiting door gloeien met alkalisilicaten,

waarbij de zgn. Rhenania

p~sPhaten

verkregen worden.

Het wereldverbruik aan phosphaatmeststotfen bedroeg in 1937 volgens Santourche (1) uitgedrukt in P205:

4.365.000 ton en is als volgt, ook weer uitgedrukt in

P2 05' over verschillende meststoffen verdeeld:

superphosphaat 64,34

%.

Thomasslakkenmeel 19,25 %. guano 0,71

%.

andere phosphaten 11,86

%.

beendermeel 3,56

%.

organische meststoffen 0,28

%.

totaal: 100,00 %.

De fabricage volgens de natte wegneemt,zoals hieruit

blijkt, verreweg de voornaamste plaats in en de ontsluiting tot superphosphaat is hiervan de belangrijkste.

Door het hoge gehalte aan inert is het P205

% laag. Het gips

heert als meststof weinig waarde en het is dus begrijpelijk dat er een streven bestaat om ten eerste het calciumsulfaat uit de meststof te houden (dubbelsuper ), en in de tweede

een meststof te maken waarin het % P_{205 groter is dan in}

monocalciumphosphaat. Dit streven heeft geleid tot de

ontsluiting van phosphaten met behulp van àalpeterzrvur

, ... " ,

,

.

I~ I' I

i

I I -~ 4. De ontsluiting met zoutzuur, die hier nader zal worden besproken voert tot dicalciumphosphaat. Als bezwaar tegen het dicalciumphosphaat wordt wel ie geringe oplosbaarheid in water aangevoerd. Bleek enerzijds uit bemestingsproeven dat de Puit dicalciumphosphaat toch door de plant wordt opgenomen, anderzijds bleek uit proeven, dat monocalcium-phosphaat met de kalk uit de bodem dicalciumphosphaat geeft. Door de plantenzuren afgescheiden door de wortet. is de

P uit het dicalciumphosphaat toch assimileerbaar. Als maat voor de assimileerbaarheid wordt dan ook aangenomen het

% P205 oplosbaar in een bepaalde citroenzuur oplossing. Naar aanleiding van een artikel van Van Iterson (2)

betreffende de industrialisatie van Ned.Oost-Indië is de fabriek geplaatst gedacht in Indië en wel bij de Gouverne-mentszoutwinning op Madoera. Uiteraard moet deze fabriek aangepast zijn aan de phosphorbehoefte van Ned.Oost-Indië. Ons baserend op de phosphfiatbehoAfte van de rijstbouw

is het fèbrieksschema opgezet voor een verwerking van

100 ton mineraalphosphaat per dag. In 500 kg. rijst bevindt zich 1 kg. P, de jaarproductie aan rijst beRraagt 314.107 kg. en er is dus nodig 6,28 x 106 kg. P. Bij verwerking van phosphaat, dat 39,44 % P

205 bevat is de jaarlijkse

productie van de fabriAk- verliezen aan P buiten beschou-wing latend- gelijk aan 6,~ x 106 kg. P.

Een verwerking van 100 ton phosphaat per dag lijkt dus verantwoord, gezien de phosphaatbehoefte van de tabaks-cultures, welke hier niet in rekening is gebracht.

•

..

5.

BespRekini y~ de processen yoor

zoutzuur-ontsluiting.

Bij de ontsluiting van phosphaten door zuren vindt eerst de phosphorzuurvorming plaats volgens de reactie:

Oa3(Pû4)2 +

e

HOI - 3 OaCl2 + 2 H3Pû4.

Het gevormde phosphorzuur werkt nu verder op het phosphaat in. Men zou dus kunnen pogen de ontsluiting zo uit te voe-ren, dat er zich genoeg phosphorzuur vormt om de rest van het phosphaat te ontsluiten tot CaHPû4· Het ontstane chloor-calcium is echter schadelijk voor de planten en bovendien sterk hygroscopisch. In tegenstelling tot gips, verkregen bij de superphosphaatfabricage, dat onschadelijk is en tot

calciumnitraat, verkregen bij de ontSluiting met salpeter~

zuur, dat een kunstmeststof is, moet het _{CaC1 2 dus uit}

de meststof verwijderd worden. Aangezien dit technisch niet door te voeren is, is het volgende proces ontstaan: Het phosphaat wordt, _{ontsloten tot CaC1 2 en phosphorzaur_}

Met behUlp van kalkmelk volgt een preCipitatie van

phosphorzuur tot dicalciumphosphaat. Dit "phosphat préci-pité" wordt van het CaC1₂ gescheiden door filtratie.

De reacties die zich in dit proces afspelen zijn: Ca3(P04)2 + 6 HCL--3 OaOl2 +2H3P04

2 H3P0 4 +~Oa(ûH)2 -~CaHP04.2H2û

Uit de reactie vergelijking blijkt het hoge HOI verbruik en de grote opbrengst aan het weinig waardevolle

Oa012-De toepassingàmog.lijkheden van calciumchloride, dat in grote hoeveelheden afkomstig is van het Solvay-proces, zijn

I

I

•

:

--volgens Rogers Manual of Ind. Chem, eOdruk beperkt tot:

39 et voor wegen 15 % voor steenkool

12

%

voor antivriesmiddel,

6

%

voor koeling

28 ,. voor verschillende doeleinden.

Het ligt dus voor de hand dat naar werkwijzen ià gezocht

ter beperking van het HCI verbruik. De ontsluiting tot

monocalciumphosphaat geeft een aanzienlijke besparing van

HCI. Het ontstane monocalciumpho4phaat wordt met kalkmelk

omgezet tot dicalciumphosphaat. De uiteindelijke reactie die

i"

_{plaats vindt is:}

Ca3(P04)21- 4 HCI 1" Ca(OH)2 + 2 H_{2 0} - _{2 CaCl 2}

+

2 CaHP0_4.2H20. Uit de twee voorgaande _{processen blijkt, dat elke} toevoe-ging van kalkmelk het zoutzuurverbruik vergDoot. Het volgende proces voegt geen _{kalk toe en verdient op grond van het geringere} HCI verbruik de voorkeur. Het proces berust op het verwijderen

van een deel van het CaCl_{2 uit de oplossing van calciumchloride}

en phosphorzuur. Er resulteert dan een oplossing bestaande uit

aequimolaire hoeveelheden chloorcalcium en phosphorzuur, waaruit het mogelijk is door indampen en verhitten de chloor

als HCI terug te winnen. Het proces _{komt op de volgende rea.ties}

I I _ I • I .• I • I , L

7.

Het proces zoals hiervoor geschètst bestaat niet. Het

fabrieksschema is dan ook opgebouwd uit een aantal patenten. In dit deel van het schema wordt behandeld:

1. De ontsluiting.

2. De reiniging a+ ijzerverwijdering,b) flaorverwijdering. 3. De zoutzuurabsorptie.

4. De verwerking van niet ontsloten bestanddelen van het phosphaat.

De grondstoffen.

Verondersteld wordt, dat beschikt kan worden over

zoutzuurgas en zoutzuuroplossingen van de concentraties en de hoeveelheden, waarin deze voor het bedrijf nodig zijn.

Phosphaten komen voor in Ned. Oost-Indië in het

~

BuitenZOrgse.

Een exploitatie van deze phosphaten is niet bekend, deze bespreking bepaalt zich danook tot de phosphaten van het 190 mijl ten Zuiden van Java liggende Engelse

Christmas Eiland, waarvan de export in 1937 bedroeg: 162.000 ton, waarvan 144.000 ton naar Japan,

12.000 ton naar Zweden,

6.000 ton naar Zuid-Afrika.

Dit eiland zal dus zeker in de grondstof voorziening kunnen voldoen, daar de jaarlijkse behoefte van de fabriek

, - - - - -I I • •

,

8. De ontsluiting.

Verondersteld wordt, dat ter beschikking is gebroken

\\ phosphaat van

ongevee~

5 CM. stukgrootte. Met behulp van een transportinrichting komt het phosphaat boven in de ontsluit-toren. Dit phosphaat kan nu ontsloten worden met gasvormig zoutzuur dan wel met een zoutzuurorlossing.

Bij de ontsluiting met gasvormig zoutzuur kan het HCl niet onder in de toren geleid worden, wegens de grote oplosbaarheid van HCI in water. De vloeistof, die de toren aan de onderkant zou verlaten, zou dan sterk HCI houdend zijn, waardoor er

wegens de lage PH geen mogelijkheid meer bestaat om Fe en F te verwijderen. Het zal om deze redenen zijn, dat volgens de

patenten Can.P. 364.270; A.P. 1.969.951 en A.P. 2.152.364 het zoutzuurgas halverwege in de toren geleid wordt.

Toch kleven er aan deze methode enkele-principiële bezwaren. Immers een ontsluiting in tegenstroom is gewenst om de HCI concentratie in de aflopende vloeiAtof laag te houden èn om de moeilijk te ontsluiten bestanddelen in aanraking te brengen met geooncentreerd zuur. Aan beide voorwaarden iordt bij de ontsluiting met gasvormig HCI geenszins vol@aan.

Het tegenstroomprincipe is slechts beperkt tot het bovenste deel van de toren, waar het HCl opstijgt. Een groot deel van het HOI zal wegens de grote oplosbaarheid in water in de naar beneden stromende vloeistof oplossen en is dus in gelijkstroom met het phosphaat. Dientengevolge komt het weinig geconcentreerde en minder sterke phosphorz.ur in

aanraking met bestanddelen, die moeilijk te ontsluiten zijn, dit zal onvermijdelijk met zich meebrengen dat het gehalte aan "niet-ontsloten" groter zal zijn dan bij een ontsluiting in

..

•

,

-9. besloten is tot een ontsluiting met een zoutzuur oplossing in volledige tegenstroom. Het A.P. 2.061.639 gebruikt 20 %-ig HCI, dat onder in de toren geleid wordt. Door aan-wezige carbonaten vindt er een koolzuurontwikkeling iplaats. die aanleiding kan geven tot een hinderlijke schuimvorming. Volgens dit patent is dit bezwaar te ondervangen door de afvoer onder het phosphaatniveaa in de toren te brengen en

'1 IJ JJ .'-:"t !) J ~'(' _.B 2: J f:; .7; j ,:;.. .H ~ _ ::~ \ J : ~ ' . ' ..:~ i ' .... ~: e..~ -1 ~:f·~; sn IJL t: 1.. :....:: ...i ft C" water op het phosphaat te sproeien. Door het phosphaat

( , . --l n·f Ct r " ( - , ,:: '''f a V ij;:; ~:. n S 'I l 0 'I

gelegen boven de afvo~r e~ -hetversproelde watër'-:;' vindt er • )1 ~ j U '\ T 'f H. ~ ~ ~ '.; :' ~ '; n ' ". J .~

. ~oc; e~lk..!m~c.h~~ls-che vepb;!e'tigilig V'aIl-,; het schuim plaats.

Laten wij het water, dat boven in de toren gesproeid wordt even " Î' • . " • .t 0 j f! ~ t L u i r':' .t fl 0

bui ten beschouwing dan onstaa t een oplossing beitáfülCI~ uit:

, '. • ;1<.1 : );~ -• i jj~)()I1r;.:.'"

.z_Ja

14,6

% P2

05 aanwezig in monocalciumphosphaat, Zie Berekenin-gen pg.15§1.

Het F.P. 710.132 verstrekt nevenstaande gegevens over de CaC12 _P20S

30 % 2 0 % 24

% %.

oplosbaarheid van monocalciumphosphaat in calciumchloride oplossingen.

.

'

Volgens Vol~fkovich (3) worden

phosphaten ontsloten met 15 %-ig HCI boven 250C., zodanig dat 30% van de P aanwezig is als phosphorzuur. Er zou nu geen kans bestaan op het niet oplossen van mono-calciumphosphaat. Het A.P. is dus in tegenspraak met het F.P. en het Russisch litteratuur_referaat. Misschien worde. de verschillen veroorzaakt door de verschillende

grond-stoffen. Uit deze gegevens is nu besloten, de hoeveelheid zoutzuur in het A.P. -iets te wijzigen, zodat er vrij

phosphor-... , ... ." I'

' j • t • ~~ 1 . c;:-:.i:ufIlov 111

,-... ,-.

' •• 1 ...

....

-na :1e':'(1' 're: aJ :1t:1'!.uJ ~;J '~l tJB~ .. .LIlt 'li ':-' 'f1i' ,tc- 1 ,~'h U' 'leovlJ':

Ontslui ting van Pebble phosphaat me.t salpeterzuur

j :~ u: ~ é..! 0 rt.' j ~!1 ''{ 0:'" , ;; <> ~ r, "1 1:;:' C . ' J '.' d ' a t H1' J ~ n (I 0 '1 ," J i:! W

volgens Guyer en Likiernik:(5).

Jr)!1l. v '!9JiiW <!..;)L':-;~·I i<~'r",11 Jc·;1 :F ·1"-·:)~1 c.,,) ae\;':)(~ :leó~":'~2'

P

b" . '"' r) ~ c, ,·· .. ·t ~ ~, c .. ,~ . ~ " "1 ~ et 1".' • 19 V '3 :r.J'1 " ,~ . . . IJ ontsluiten tot : .J .1 l: ~ . .D 'I :-' .~ J' 3 ~ 0 :~ '''cr ~.: e (' . '( > monocal.phosph. vrij phphzuur.

STERKTE VAN HET ZUUR.

oo.~OOg.

.~ i ."1"'. ',.'_,\ .'1 , , . _ ,~ C". t !' '.L t r ri ~ t

2,70 2,40

1,85 2,00 1,80

IS'

~

%

Hel is 0,41 gmol/100g opl.

~. ',i<: \/,-. .!li~ "'4::1 ~ v,,·-~ ..; -:--'v-i-V - - . , ,- ... , • I. --r ~~

.;1-' ?, I'-" r ::_'..1-- iJ,s ,...!~ (~i)'1C (_l:rt~C!·'{r ,I 'lJ ':' ('J -'--:" r :' q r. '..,' (', ". ... ...

.

\.'\ 'ij ()rS r , ~'"

.

~ I I!}l·a \

,-..

_J. "Il

or

>0\ ~ 0 ; c.;!'

..

,

r - - - -I I

I

.

Ol •

,

10. phosphorzuur in de vbeistof aanwezig is, die de toren verlaat, terwijl boven in de toren zoveel water gesproeid wordt, dat er 15 % HCI ~gebruikt wordt. Onder in de toren komt nu

281 ton 20 % HCI per dag ( pg,.16 § 2) en boven in de toren komt 94 ton water per dag (pg .16 § 3 )

Bij verwaarlozing van A1203' Fe203' Si0 2, S03 en F resulteert nu een oplossing bestaande uit:

324 ton water per dag 82 ton CaCl 2 per dag

45,5 ton monocalciumphosphaat per dag.

p16,4 ton phosphorzuur per dag.

Over de grootte van de toren werd noch bij de HCI noch bij de HN0 3 ontsluiting iets gevonden. Guyer (5) vermeldt de PS' ~

De bezinking •

De vloeistof komend uit de onDsluittoren zal

vaste bestanddelen bevatten. Ter voorkoming van verstopping in de hierna geplaatste gevulde toren is een verwijdering van

de grofste bestanddelen gewenst. In verband met de corroderende werking van de vloeistof is hier een eenvoudige, slolide

bezinkbak op ~iijn plaats. Er is hier dan ook gedacht aan een bezinkbak, zoals deze toepassing heeft gevonden bij de ketelwaterzuivering.

De verwijdering van ijzer.

Voor een goede werking van kunstmest is het hiet noodzakelijk, dat ijzer verwijderd wordt, temeer daar er zich met het ijzer uit de bodem toch weer ijzerphosphaat vormt. Niet onmogelijk is echter een minder goede

fluor-I • I I •

,

-verwijdering uit de vloeistof door vorming van een ijzer-complex. Volgens A.P. 2.287.264 wordt terro tot ferri geoxy-deerd door lucht in een met cokes gevulde toren te leiden. Bij een PH gelijk aan 2

à

~ is het ijzerphosphaat onop~osbaar

in de~ oplossing. Pickard (4) geeft voor een zandfilter een capaciteit van 50 gallons/ft2.hr., dat isx 2,5 ml /m2.hr. Een filter van 6 m2 is dus voldoende. Is het ene filter in bedrijf, dan wordt uit het andere het ijzerphosphaat met de nog zwevende bestanddelen, die in de vloeistof aanwezig

waren, gespoeld. Eventueel wordt met perslucht het neerslag losgemaakt. Via een centrifugaalpomp gaat de vloeistof

naar een wachtbak, waarvan het volume ongeveer 3 x de uur productie is.

De verwijdering van Fluor.

Over de werking van fluor op de planten Zijn de menin-gen verdeeld. Voor sommige planten schijnt F een nadelige werking te hebben. Volgens sommige onderzoekers vermendert de oplosbaarheid van de kunstmest in citroenzuur.

In het hierna volgende deel van het schema zal fluor onge-twijfeld een storende invloed uitoefenen, zodat de fluor-verwijdering reeds hierom nodig is.

De fluor wordt geadsorbeerd aan silica, dat gemaakt wordt uit serpentijn of chrysokol door een behandeling met sterk zuur. Voor een bed van 6 ft. diep is de doorvoersnelheid vol-gens A.P. 2.164.§2Z 1,5 gallon/ft 2 ,minuut, dat is

4,4 m3/m 2 .hr. Een oppervlak van

~,5

m2 per filter is dus voldoende. Volgens A.P. 2.~23.785 is door deze adsorptie het fluorgehalte van de oplossing te verlagen tot 5 dIn. per millioen dIn. vloeistof. Volgens A.P. 2.287.284 kan

,

I

~

12.

fluor ook verwijderd worden met actieve kool. Aan de

verwij-dering met silica is de voorkeur gegeven daar dit gemakkelijk

in eigen bedrijf gemaakt kan worden. Door uitwassen met

water is de fluor uit de si1ica te halen. Uit deze

wasvloeistof wordt F als tia2SiF6 gewonnen tijdens verwerking van niet ontsloten bestanddelen.

Absorptie van zoutzuur.

Voor het ui tkristalliseI'en van CaCI₂.6H_BO moet

de oplossing volgens D.R.P. 561_.079 18 % vrij HOI bevatten.

Tijdens deze absorptie moet eerst nog monocalciumphosphaat omgezet worden in calciumchloride en phosphorz.ur, hiervoor

is nodig 14,~ ton HCI per dag; voor de vorming van 18 %

vrij HCI is 106 ton/dag nodig, totaal dus 120 ton HCIlper dag.

Zi e pg. 16 § 4. Wegens de grote absorptie warmte van

360 - 500 cal/kg.HOl is koeling vereist. Voor

absorptie-apparatuur wordt gebruikt de Tyler absorptie buizen, deze neem een klein grond oppervlak in en de koeling is goed. Als materiaal is karbate genomen, wegens de grotere warmte-geleiding vergeleken met gesmolten silica.

Het zoutzuurgas voor deze absorptie moet eerst gekoeld

worden van 950_{0 tot 30}0_{0 in een regenkoeler. Voor de berekening}

van het aantal pijpen voor deze keeler wordt verwezen naar

pg 18 • Er blijken nodig te zi:n 8st,el pijpen van 22 Qlk,

1,98 m. lang van bocht-center tot bochtcenter, de inwendige

diameter is ~,17 m.

-I •

I

I •

..

13. De ve,erking van niet-ontsloten bestanddelen.

Uit deze bestanddelen wordt door een behandeling bij hogere temperatuur phosphorzuur en fluor gewonnen.

De werkwijze is volgens A.P. 2.152.364 met sien' verstande dat inplaats van filters bezinkbakken gebruikt worden, wegens de corrosie. Ontsluittoren en bezinkbak I worden periodiek gespuid. De niet ontsloten bestanddelen komen in een ketel terecht, waar zij met geconcentreerd zoutzuur worden verhit. De Hel en HF gassen, die tijdens deze bewerking mochten ont-wijken,worden in een kleine absorptie-toren in water. opgenomen. Dit water wordt in de ontsluittoren geleid.

Na verdunning wordt het spuigat van de ketel geopend, zodat de inhoud via een steensluis naar een wachtbak stroomt, waaruit de vloeistof in een bezinkbak 11 gepompt wordt. Hier bezinken de fijnere bestanddelen, die niet ontsloten kunnen worden. Dit bezinksel wordt uit het bedrijf verwijderd. In een menger wordt keukenzout toegevoegd, in de bezinkbak hierna bezinkt het gevormde Na 2SiF6, dat na uitwassen periodiek uit deze bak verwijderd wordt en naar een droger gevoerd wordt. De aflopende vloeistof gaat weer naa~r de ontsluittoren.

Nabeschouwing.

Uit het voorgaande is duidelijk gebleken, dat de corrosie de keuze en bouw van de apparaten in sterke mabe bepaald. Een goedkoop metaal bestand tegen zoutzuur moet nog

steeds gevonden worden. De materialen, die tegen de componenten van de vloeistof bestand zijn, Zijn in tabelvorm hiernaast

• :lGC1\L)' .. · .. ~....:..l. _'1 '2..i.I 11 '9 .:!. )J .f .'":' -'1. ''':'':·li HF Hel Hastelloy.

₊

₊ Karbate . _{+ -t} , t 11i Stoneware,glas.

-

+

Rubber. ₊

.,..

-J :1.) Haveg. ot + """' .43 . • n',''..!·.)ilÜ ,,-~) J.t., " _.~ j ; -1.,";1.f_,·":" '.":0=.1 A.1,,--,. H3P04· C&C1 2 +

+

+

~ + + + + + + JIU (Hl :~.t a . c j • .J •

..

,

•

•

•

14. worden op plaatsen waar de kans op beschadiging gering is.

In aanmerking komen karbate en aardewerk, waarvan het laatste materiaal slechts gebruikt kan worden in dat deel van de

fabriek waar HF afwezig is. De prijs van karbate is echter zeer hoog, zodat een ontsluittoren van zuurvaste steen, zoals vermeld in enkele patenten, in weerwil van de grotere slijtage toch economischer zou ~unnen zijn.

Alvorens tot de bouw van de fabriek over te gaan, zal nog een uitvoerige research moeten worden verricht, immers over de capaciteit van de ontsluittoren, de bezinkbak I en de apparatuur voor de »erwerking van niet-ontsloten bestanddelen, is al heel weinig bekend. Uit deze researcg zal dan verder moeten blijken, hoe sterk het zuur voorde ontsluittoren moet zijn, opdat monocalciumphosphaat op zal lossen, en of de verwijdering van Fe met het oog op de F ver-wijdering en een mogelijke precipitatie van fer~verbindingen in andere delen van het bedrijf noödzakelijk is. Tevens vindt men dan het % nmet-ontsloten bestanddelen. Ter beper-king van het aantal appendages is zoveel mogelijk gebruik gemaakt van de werking van de zwaartekracht bij het

vloeistof transport.

Moeilijkheden bij de fundering behoeft men op de rotsachtige bodem van Madoera niet te vrezen.

De PH van de vloeistof, die de toren verlaat is van belang voor de Fe en F verwijdering. Mocht deze PH tijdelijk te laag Zijn, dan kan met behulp van kalkmelk een correctie in bezinkbak I worden aangebracht.

Bij een beschouwing van het schema blijkt het geringe energieverbruik en de geringe arbeidsintensiviteit.

1

-I

•

I

i

..

~.\ ~ 15. Berekeningen.

Volgens Sanfourche (1$ is de samenstelling van het

phosphaat afkomstig van het Christmas Eiland:

39,44 % P205 5",,39 % CaO 2,92 % CO 2 0,43 % _{Fe 203} 0,82 % _A1203 0,18 % Si0₂ 0,54 % F 0,25 % S03 totaal: '96;97 %.

Het ontbrekend % is gelijk gesteld aan water.

LL

Benodigde hoeveelheid HOl per dagr;iv-.

r

Ir,."

f",..

fL-i'~

bij een ontsluiting van het 1:hosphaat \ tot monocalcium

phosphaat:

voor Ca3(P04)2 40,5 ton.

voor CaO 7,3

, ,

voor Al203 f,8

,

,

voor Fe203 0,6

,

,

Totaal: 5(!),~ ton HCl.

Voor 20 tJf HCI is nodil 200,8 ton wa ter,

3

%

water in phosphaat 3,- ton

H20 uit CaO 2

206 ton water •

Laten we het water, dat boven in dettoren gesproeid moet

I I • I

l

~

---~-16.

verwaarlozing van de andere stoffen die nog in het phoèphaat

aanwezig zijn, zoals Al 203 etc., van: 2(!)6 ton water,

73 ton CaC12' berekend uit totaal CaO%( monocalt

ciurnphosphaat in rekening gebracht)

65 tmn monocalciumphosphaat

totaal: 344 ton.per dag.

§ 2.

Voor de omzetting van een derde van het

monocalciumphos-phaat in rhosphorzuur is nodig: 6,1 bon HCI, dus 24,4 ton

water, terwijl er ontstaat: 9,2 _{ton CaCl 2 en 16,4 ton} phos-phorzuur.

Voor de ontsluittoren is dus nodig in totaal: 281 ton 20

%

HCI.

'per dag.

§ 4.

Boven in de toren meett gesproeid worden:

i~

J 281 -- 281

~ton

water. per.dag.

De vloeistof, die de toren verlaat bestaat nu uit:

324 ~ ton water

82,1 ton CaC12

4$,5 ton Ca(H2P(!)4)2" 16,4 ton H3P04

na.t

468 ton totaal ( de verwaarlozingen uitgezonderd). per dag.

In de absorptietoren komt de boven vermelde vloeistof,

door het zoutzulJrgas moet hiervan 45,5 ton monocalciumphosphaat

omgezet worden in _{CaCl Z en H3P0 4 . Hiervo}or is nodig:

14,2 ton HCl en er ontstaat: 21,7 _{ton CaC11}

---

I-J I • I •

•

1'7 • en 38,1 ton phosphorzuur.

De oplossing die

door

deze

o

mzetting ontstaat bestaat uit:

324 ton water,

1~4 ton Ca.C1₂

55

ton

H_{3P0 4 •}

48! ton totaal. per da.g.

Volgens D.R.P. 561.07~

moet deze

oplossing

vo

o

r hat

uitkris-t

a

lliseren

van het CaC1

₂

18 gew.% HCI bevatten,

waarvoor

nodig

is: tQe ton Hel 1

; I~ de a.bsorptie toren moet dus in totaal 6e1e1d worden:

I •

I

·

-18.

BEREKENING VAN D~ GASKO~L~R~

Litteratuur:

J.H.Perry,Chem.Eng.Handb0ok,1941.

W.H.McAdams,Heat Transmission,194~.

~"

,~ocl

UiHQ"~

Het gas wordt gekoeld in een regenkoeler, waarvan

3t

1

,·C. de temperaturen van gas en water bekend zijn, zie

"'---a

(

IIn 1" )

figuur 1. Gekoeld moet worden 12~ ton Hel per 24 h.

, )

de samenstelling van het gas is verondersteld te

zijn: 80 v~.% HCI en 20 vol.% lucht. Per uur is

5000 kg. Hel te koelen, volume hiervan bij OOC. en

30°C I " .t 60 H 5000 x 22,4 7 mmo g: = 3070 m . 3 36,5 3 I Volume lucht: @ - x 307_0 _ _ _

-~7~7~0~m

__

-

l

_

-:"~

Gasvolàme: 3840 m3 .

770 m~ lucht van OOC en 110 mmo wegen: 770 x 1,293 - 1000 kg.

Het gewicht van de iwlaatgassen is: 6000 kg.

Er wordt één stel pijpen beschouwd waar 500 m3 gas van OOC

en 760 mm.Hg doorgaat, het gewicht van dit gasvolume is dus

500, 6000 =781 kg.

~84Ö x

De benodigde hoeveelheid koelwater is te berekenen uit de

warmtebalans: cp = 0,1-99, (zie hierna~

781 x 0,199 x(91S - 30) - G x 1 x(30 - 15).

Er is dus 675 kg. koelwater per uur nodig.

GASFILMCOEFFICI~NT.

f'8_{x s} o,S 0,1 0,3

h

=

0,0225 X-Dolx/o,~ ~ K x cp.

Hiervoor moet er turbulentie zijn, uiteraard is deze door de

bochtstukken aanwezig. Volledigheidhalve volgt hier het

,--- - -11

l

INLAAT. ·368 :3 volume: 500 273

=

675 m" Gassnelheid: 500 UITLAAT. ~03

=

555 mS 273 19. v - 4 x 675 = 29.800 m/hr.

~

ti

X 0, 1 7 2 . Dicl1theid: 781 4 x 555 = 24.500 m/sec. \ Tt :J 0,172 s

=

675 - 1,16 kg/m3 781 ₅₅₅ = 1,41 kg/m3

Viscositeit bij OoC:

0,80 x 0,0137 + 0,20 ~ 0,0171

==

0,0144 centipoise dat isy 0,053 kg.hr/m2 . IL

=

fo

L_'

_T

_)n.

rr

C

27~ 11- =0,80 )I( 0,103

+

0,20 x 0,77 = 0,98

=

1,0

f-=

0,053 368 273

=

0,071

Re

-Re

=

0,17

x

29~8~e

x

1,16

0,071:'

_ 84.000 D.V.s fL

°

_, 05'Z _{.:J - - -}303 -_0,059 k _g. h r m • / 2 273 0,17 x 24.500 x 1,41 0,059 _ 99.500

Er is turbulentie, zodat de formule toegepast mag worden. De verschillende constanten in deze formule worden nu

successievelijk berekend.

Soortelijk warmte bij constanee spanning:

cp

=

0,80 x 0,194 + 0,20 x O,2tR

=

0,199 cal/kg.oC. Soortelijke warmte bij constant volume:

Cv

=-

cp - R =0,199 - 0,057 =0,142 cal/kg.oC. Thermische geleidbaarheid: K

=

a

.f.

cv· , waarin a

=

0,25(9~ - 5). ~v K= 0,25x (k x 1,4 - 5) x 0,142 xI-" 5= 0,142 x 2,05 x}J

.

Voor de berekening van K moet de filmtemperatuur geschat

-I •

•

•

20.

worden en later gecontroleeri worden of deze veronderstelling

juist is. 30·C W cl lc.r ~ dS· 343 fJ-r= ₂₇₃ x 0,053 0,066 kg.hr/m2 K

-

2,05 x 0,142 x 0,066 0,0192 cal/oC.hr.m. Dichtheid: 368 3

s

=

1,16 J( :1.,24 kg/m' .343 Filmcoëtticiënt: h 0,8 0,8 07 ",J % q. 80c .. /tH • _{0, 01}91.' .. o,19~ , 0,0225 ot oo660'ct 0,'1' • , 6 / i 0 . - 16, cal hr. m . \11. 301

1

//1/

1/11//

/////

2.8°e - -C, è.S.

---x

0,053 273 0,0585 kg.hr/m 2 . 2,05

x

0,142

x

0,0585 0,0170. cal/oÓ.hr.m. 1,41 kg/m3•

Thermische geleidbaarheid van Karbate:

Volgens C.G.Duncan-Clark, Trans.Am.lnst.Chem.Engrs 37,399

is k

=

50 BTU/fti.hr.oF/tt.

dat is: 5~ x 0.305

x

1,8

3,96

x

0,3052

Filmcoëtticiënt van water:

(~

ro )~

h

=

150 x .., BTU/tt~ hr. oF

(1941)

massasnelheid van het water dat van de pijp afloopt, in Jb/hr.tt.

r

=

~

_{2 L~} , waarin w = massasnelheid van het water in lb/hr,

L is lengte van de pijp in tt.

De hoeveelheid koelwater is 675 kg dat is 1490 lb/hr.

- -- -- _ . _

-..

1490

r=

=113. 2 x 6,6 ~ h

=

150

~

(- 113 x O. 305) _ 849

BTU/hr.I~.

0l . . 0,19 h -- 4140 cal/m2 .Hr.oC.

De

overallcoëfficient: UO - ~'~~t?1 f.) f.)~f.)~,,? d

ft

x O + k x O

+

Gas: Wand: g g m Og

=

~ x 0,17

=

0,534 hinlaa t : 16,6 huitlaat: 15,2

o

_m

=

- - - = .0,596 + 0,534 0,565 2 Water: Ow

=

z 0,596 4140. 1 UxO = 1 d = 0, 01 21. 1 1 0,01 16,6

t

0,534 ot- 74,5 x 0,565

+

4140 x 0,596 1 , ") _0,113 t- 0,00024

-+-

0,00042 1

---

_O,11i

1

u =

=

16,6 cal/m2.hr.o

e.

0,113

x

0,534 / 2 0

Voor Uuitlaat wordt gevonden 15,9 cal m .hr. C.

Uit het voorgaande is gebleken, dat de gasfilm controleert.

U_{gem .} =

16,6 - 15,2 2,3 +og 16,6

, . . . - -- - -

--•

22~

Het gemiddeld temperatuurverschil:

t2

-

t'i 30

-

15 X

_-

-

::-

-

0,19

t/i

_t';'

95

-

15

t'

-

_{t 2} I 95

-

30 4,35 Z

-

ti - '=-

-t/~

-

t'i 30

-

15 Uit X en Z volgt: Y

=

0,8

,

'

"

(tt - t2) , . 11 - (t2 - ti) 2,3 log , Ir~ ~~ .- t ₂ , t/t' t.., -<J

Het gemiddelde temperatuurverschil ~tm

=

~,S x 34

=

27°C.

10.100

L

15,9 x 0,534 x L x 27

43 m.

De lengte van een pijp is 2 m.,

er zijn dus 22 pijpen nodig voor het koelen van 500 mi gas

van 00 _{en 760 mm.Hg.}

De regenkoeler moet dus bestaan voor het koelen van 3840

m~

uit S stel pijpenkoelers van 22 pijpen elk.

Bij de berekeriing is een veronderstelling gedaan ten aanzien

van de .Jilmtempera tuur, daar de gasfilm controleert hebben

wij dus slechts na te gaan de temperatuurafhankelijk@eid van

de filmcoëfficiënt van het gas. Wij krijgen dan:

TO,S

x

(1/T)0,8

x TO,7 _

h

=

r

IWO I I

l

\

0/

23.

ne berekende waarden voor h uit deze formule zijn in

Onderstaande tabel gezet, men ziet eruit, dat het verschil tussen de filmcoëfficiënt bij 9SoC en bij 300C ongeveer 6 % bedraagt. De gemaakte veronderstellingen ten aanzien van de tilmtemperatuur zijn dus voldoende nauwkeurig.

h °C. iJiixxxi. 6,70

x

c.

27°C. 6,91 x C. 57 7,12 x

c.

87 7,31-

x

c.

11.7

I

24. Li tteratuur.

1. A.Sanfourche.Les engrais phosphatés,Dunod,Paris,1947.

2. F.K.Th.van Iterson~Yersl.Ned.Akad.v.Wet, 53,(1944),3.

3. S.I.Vol'fkovich,Chem.Abstracts~ 40,(1946),2274~

4. J,A.Pickard, Filtration

&

Filters, London,1927.

5. A.Guyer, A.Likiernik, Helv.Chim.Acta, j§,(1933),1033.

A.P. 1.969.951. I

A.P.

2.152.364. I 1 I t

~

A.P. 2.164.627. t A.P. 2.2A7 ~264 . Ce.n.P. 364.270.

D.R

.P.

561.079. Sr.P. 710.132. I .. . ~ ·'t ' · I .