Jodium uit aardoliepekel

' .. • 1' ---.. / I '., .. / )oe

-> .. , -...:c " < , .., ,t .! 0<. ('" ~ ,-/

,,

6 ..

6-

;

2

'

11.//'01

~P;,"'t\[

""

tMw

V!l-AJ,

OV6R

.

t;RT".s

,·

• • _ ~...J ot • l' ·J)EI ...

PT

\ " .,

. . • ' . ' 1 ' .' ...• ~. "

.

~

t

. .

. " .

.

' .. ' '.

.

\ -I ' , t· ~ I : , • . ", ',' , _. ,

.

. ', .. ' J 0 D I U M U I T SEPTEMBER 1957. P. van Saane J.C. van Markenplein 1 Delft • '. ~

_._-.'."

A A R DOL IEP

E KE L FABRIEKSONTWERP • E.G. Brinkman

Laan van Overvest 3

Delft~

..

.

.1.,

-'; .

" ". H;OOFDSTUK L. HOOFDSTUK 11.

·

INLEIDING.

A. Voorkomen van Jodium.

B. Technische bereidingen van Jodium. I. Uit zeewier.

11. Uit Chilisalpeter. 111. Uit aardoliepekel.

IV. Uit minerale wateren.

V. Zuivering van ruwe Jodium.

C. Productie en gebruik van Jodium.

F ABRIEKSONTvlERP • _, A. Localisatie en proceskeuze. B. Bes~h~ijving proces. I. Pekel zuivering. 11. Jodiumwinning. C. Beschrijving apparatuur. HOOFDSTUK 111. BEREKENING ZANDFILTER.

HOOFDSTUK IV. LITERATUUR. A. Gebruikte symbolen. B. Inleiding. I. Filtergegevens. II~ Vloeistofgegevens. 111. Aannamen.

IV. Wijze van berekening. C. Bépaling filteroppervlakte.

I. Gegevens.

11. Berekening van de benodigde filteroppervlakt~.

111. De toegepaste oppervlakte van het filter. BEREKENING AARDGASCIRCUIT.

A. Gebruikte symbolen. B. Inleiding.

I. Gegevens. 11. Aannamen.

111. Wijze van berekening. C. De .smoring van het aardgas. D. De compressie van het aardgas.

r.

.:

HOOFDSTUK I. 'INLEIDING. ( Literatuur 4, 8, 11 en 12. )

A. Voorkomen van Jodium.

Jodium wordt op aarde ',niet in enigszins geconcentreerde

vorm aangetroffen. Vrij jodium is alleen aangetoond in enkele mine~

rale wa~eren, vooral in het water van Woodhall Spa ( V.S.). Enkele

mineralen bevatten kleine hoeveelheden (ca. 0,2-1,0 PPM.J.) zilve!-,

kwik_{T ,} koper- of 'lood-jodiden. Natuurlijke wateren hebben veelal een

klein gehalte aanjod~de en jodaat ( zeewater 0,05-0,06 PPM.,

kust-zeewater 0,02 PPM., rivierwater

ca.

0,001 PPM., en mineraalwateren

, ,

tot 1000 PPM. maar veelal 0,1-0,5 PPM.J. ). Ruwe Chilisalpeter bevat o.a. NaJ0

3• Organisch gebonden jodium is een bestanddeel van

plant-aardige en dierlijke organismèn.

B. Technische bereidingen van Jodium.

I. Uit zeewier. (0,2-0,5

%

J.)

a. Kelp-proces. Aangespoeld gedroogd en ve'rbrand tot

diepze,e-wier wordt

~erz~~

"kelp'" (0;5 - 1,3

%

J:-'j. De kelp .

. ''lordt met heet water uitgeloogd, waarna de verkregen op-lossing door gefractionneerde kristallisatie wordt bevrijd van veel alkali-carbonaten, -chloriden en -sulfaten. De

moederloog welke vooral alkali-jodiden en -bromiden bev~t,

wordt nu aangezuurd met H

2S0

4

,

en geoxydeerd met C12, KCl03,

Mn0

2 - H2S04 e.d •• Het neergeslagen j~dium wordt gewassen,

gedroogd en gedestilleerd.

Ook wordt de moederloog wel behandeld met koper- of lood-zouten. Het neergeslagen jodide wordt da:p. geoxydeerd met Mn0

2 - H2S0

4

'

waarna het vrijgekomen jodium verder

wordt gezuiverd.

b. Het zeewier wordt uitgeloogd met heet water of verdund zuur.

De verkregen oplossing (0,1

%

J.) wordt geconcentreerd door

CuJ te praecipiteren, het neerslag af te filtreren en het te verhitten met NaOH. De verkregen NaJ-oplossing wordt met C1

2 geoxydeerd en het gevormde jodium verder gezuiverd.

II. Uit Chilisalpeter. (0,05 - 0,2

%

J.)

, . .

a. Uit ruwe salpeter wordt door gefractionneerde krfustallisatie

Na~03 gewonnen. Aan de moederloog (0,3

%

J,.) wordt 802 of bisttlfiet t'oegevoegd, waardoor een gedeelte van het jodaat tot jodi,de wordt gereduceerd, en de reactie

+

5

J'

+

JO ' ₃

+

6\H -

3

H ₂

°

+

3 _{J 2}

optreedt. Na neutralisatie met Na₂C0

'-:

jodium afgescheiden en verder gezuiverd.

b. Ruwe salpeter wordt op 200 - 250

°c

verhit in een stroom van lucht, stoom en S02 •. Het vrijgekomen jodium wordt'ver-der gezuiverd.

111. Uit aardoliepekel. (10 - 140 PPM. J.)

De ruwe pekel wordt bevrijd van olie, slib en organische ver-ontreinigingen door toevoeging van kalk of aluin, sedimentatie en filtratie. De gezuiverde pekel wordt op de volgende wijzen verwerkt :

a. De pekel wordt aangezuurd en met C1₂ geoxydeerd. Het vr1J-gekomen jodium wordt door lucht in tegenstroom vervluchtigd en geabsorbeerd in eén waterige aangezuurde HJ-oplossing, waarin het HJ-gehal te d00.E-voo~rep.d inleiden van S02 op peil,wordt gehouden. Na verzadiging wordt de oplossing met C1

2 geoxydeerd en het, gevormde jodium verder gezuiverd.

b~ De pekel wordt aangezuurd met H

2S04 en behandeld met NaN02, waarna het gevormde jodium wordt geabsorbeerd aan actieve kool. De verzadigde kool wordt behandeld met NaOH ( of met

_{- -}

--Na

2C03, NH

4

0H, NaHS03 e.d.), waarbij een 3

%

jodide-oplos-sing wordt verkregen. Deze oplosjodide-oplos-sing wordt geoxydeerd met Na

2Cr207 - H2S04, waarna het jodi~ verder wordt gezuiverd. Ook kan het jodium van de kool worden afgestoomd, of electrolytisch ( kool als, kathode ) worden verwijderd. c. De pekel wordt met zoveel van een 2

%

AgN0

3-oplossing

be--handeld dat uitsluitend AgJ, vrij van AgCl, neerslaat. He.t neerslag wordt gecoaguleerd met FeCI

3, afgefil treerd, uitgewassen met gec. HCI ( gevormd,Fe(OH)3 lost op ), en gemengd met staalkrullen. Nadat gevormd zilver is afgefil-treerd wordt de verkregen FeJ₂-oplossing met C1

2 geoxydeerd en het vrijgekomen jodium verder gezuiverd.

IV. Uit minerale wateren.

a. Java (100 - 140 PPM.

J.).

Het water wordt in tegepstroom

OPl OSSI rv.e:.

met S02 behandeld. Uit de ontstane J

2-WI IlfIl!f1'1I 9 wordt met bewegend koperdraad CuJ ( ca. 55

%

J. ) gepraecipiteerd, dat wordt afgescheiden, gewassen, gedroogd en als zodanig geexporteerd.

b. Salsomaggiore, It. ( ca. 60 PPM. J. ) Het water wordt be-handeld met een mengsel van H

2S04 en NaN02• Het gevormde J2 wordt geextraheerd met petroleum en met sulfiet-oplossing in jodide omgezet. Na oxydatie met Na₂Cr

₂

0

7 - H2S04 wordt het,vrijgekomen jodium verder gezuiverd.

V. Zuivering van ruwe Jodium.

Ruwe jodium (75 - 90

%

J.) bevat als verontreinigingén vooral JCl, JCN, ~ater en verschillende zouten. Uit Chilisalpeter bereid jodium bevat vooral zwavel. Het ruwe product wordt op de volgende wijzen gezuiverd :

a. Het 50dium wordt onder 'gec. H

2S04 gesmolten. Veront-reinigingen trekken dan in de H

2S04-laag. Het product

wordt afgetapt, gebroken, gewassen en gedroogd. (99,8

%

J.). b. Het jodium wordt, met of zonder stoom, gedestilleerd,

gecondenseerd en gedroogd. (99,8

%

J.).

C. Productie en gebruik van Jodium.

De bereiding van jodium uit zeewier, reeds in 1813 in , FranRrijk uitgevoerd, heeft zich tot de huidige tijd enigermate kunnen handhaven. Het proces is vooral toegepast in Engeland,

Frankrijk, Noorwegen, Rusland en Japan, veelal op primitieve wijze en nimmer op grote schaal.

De bereiding uit Chilisalpeter, welke van 1870 dateert, heeft snel Chili tot de belangrijkste producent van jodium gemaakt. Dit land heeft steeds de jodium-markt ,beheerst.

Vanaf 1890 wordt op Java en vanaf 1930 in I.talië ( -8also-maggiore ) op beperkte schaal jodium verkregen uit mineraie wateren.

De V.S. produceren sinds 1930 jodium ~it aardoliepekel. De laatste jaren wordt ook in Japan, waar de bereiding uit zeewier is gestaakt, dit proces uitgevoerd. Beide landen zijn belangrijke jodium-producenten geworden.

De wereld-jodiumproductie is betrekkelijk gering, en be-draagt, vrijwel constant, ca. 1500 ton/jaar. In 1930 werd b.v. 1650 ton geproduceerd ( 80

%

Chili. 9

%

~ava, 7

%

Japan ) en in 1950 1350 ton ( 70

%

Chili, 20

%

V.S. ).

Jodium wordt door een groot aantal afnemers, maar steeds in kleine hoeveelheden, geconsumeerd. Dit is de oorzaak van het ver-schijnsel, dat de jodiumprijs niet in directe verhouding staat tot de fabricagekosten. In feite wordt de prijs i~ Chili vastgesteld. Van 1900 - 1930 steeg de jodiumprijs langzaam van $5 tot wel $lOjkg. Met het oog op de opkome~de jodiumindustrie in de V.S. werd de prijs na 193.2 zeer sterk verlaagd, tot wel $2/kg.(1936), dit met funeste gevolgen voor enkele Amerikaanse fabrieken. De prijs steeg hierna langzaam tot ca. $3,50jkg., maar vertoont de laatste jar,en, tenge-volge van Japanse concurrentie, een daling tot ca., $3/kg.

De jaarlijkse jodiumconsumptie in de V.S. bedraagt ca. 750 ton, de eigen productie ca. 300 ton, zodat 40

%

van de behoefte

·

door eigen productie wordt gedekt. De laatste jaren vertoont de consumptie een duidelijke stijging.

Jodium wordt voornamelijk in gebonden vorm verbruikt. Zo bestaat de jodiumconsumptie in de V.S. voor 11

%

uit J₂, voor 69

%

uit KJ, voor

4

%

uit NaJ en voor 13

%

uit organisch gebonden jodium. Het jodium vindt toepassingen bij de vervaardiging van pharmaceutica, kleurstoffen en fotografische materialen. Voorts wordt jodium gebruikt als katalysator in de organische chemie, vindt zilverjodide toepassing als condensatiekern-materiaal bij kunstmatige regenverwekking en wordt methyljodide als brandblus-middel toegepast. Ook worden gejodeerde voedingszouten, voor mens en dier geproduceerd.

HOOFDSTUK 11. FABRIEKSONTWERP. ( Literatuur 9, 10, 11, 12 en 13. )

A. Localisatie en proceskeuze.

,

De jodiumfabriek bevindt zich in de Verenigde~Staten,

in de directe nabijheid van een olieveld, waar aardoliepekel en aardgas in ruime mate aanwezig zijn. Met als grondstof aardolie-pekel, produceert de fabriek per jaar ca. 1:00 ton jodium, of ca. 30

%

van de gehele jodium-productie in de Verenigde Staten.

Aardoliepekel heeft als grondstof de volgende voord~len

1. Het jodium-gehalte van aardoliepekel is relatief hoog.

2. Aardoliepekel is een afvalstof. De pekel is goedkoop, en in onbeperkte hoeveelheden verkrijgbaar.

3. Aardoliepekel mag veelal niet ongezuiv~rd in buitenwater ge-spuid worden. Jodiumwinning ondervangt de noodzakelijke pekelzuivering.

Aardoliepekel ~eeft wisselende samenstellingen, welke duidelijk van die van zeewater verschillen. De fabriek verwerkt gemiddeld een jodium-rijke pekel van de volgende samenstelling

Cl 14000 PPM. Ca 400 PPM. J 140 P~M. _/

Na 9000 PPM. K 400 PPM. Mg 40 PPM. HC0

3 1000 PPM. Br 200 PPM. S04 25 PPM.

Sporen Ba, Si0

2, Fe- en Al-oxiden, vluchtige- en organische-bestanddelen.

De jodiumfabriek is ontworpen aan de hand van een proces van de Texas Cie, N.Y., beschreven in U.S.Patent 2.676.092.(1954). De gevolgde werkwijze is een ontwikkeling van het tlBlowing Out" proces, dat reeds kort beschreven werd in Hoofdstuk I ( Technische bereiding III a. ). De uit de gezuiverde en aangezuurde pekel

door oxidatie met chloor vrijgemaakte jodium wordt namelijk niet met lucht, maar met aardgas onder hoge druk vervluchtigd. Uit het aardgas slaat bij drukverlaging zonder meer vast jodium neer.

Aardgas onder hoge druk is een uitstekend oplosmiddel voor jodium. Het mechanisme van het oplossen en uitkristalliseren is niet ,geheel duidelijk. Een verklaring kan gezocht worden in een partiaalspannings-effect of in het optreden van retrograde verschijnselen.

Het uitgevoerde proces heeft de volgende voordelen: 1. Alle grondstoffen zijn goedkoop en gemakkelijk verkrijgbàar.

Zo is b.v. het AgJ-proces ( Technisèhe bereidingen 111 c. ), bijzonder afhankelijk van de'zilverprijs.

2. Het proce's is eenvoudig. Het omvat zeer weinig proces-trappen, is weinig arbeidsintensief en leent zich grotendeels voor een continue en automatische werkwijze.

In het genoemde Patentschrift wordt een werkwijze

aan-gegeven~ waarbij de,gezuiverde, E!angezuurde en met chloor

ge-oxydeerde pekel wordt behandeld met aardgas van 200 - 300 atm., bij een temperatuur van 15 - 150 °C. ( vooral bij 95 - 150 °C.), 'waarbij 90 % van het vrije jodium in het 'gas oplost. Van de

op-geloste hoeveelheid slaat bij drukverlaging tot 35'- 100 atm. wee:r 90 % als vast jodium neer. Een nauwkeurige studie van het systeem a~rdgas - jodium is noodzakelijk tenèinde de meest

gun-stige drukken bij absorptie en kristallisatie, en vooral' een rede-lijke temperatuur voor de grote hoeveelheid te verwerken pekel, te kunnen vaststellen.

Met het oog op de economie van het proces en-bij gebrek aan nadere gegevens, wordt in het uitgevoerde proces nu de behan-deling van de pekel op een standaardtemperatuur van 20 °C. uitge-voerd. 'Bij de absorptie is de druk 300 atm., bij de _. kristallisat~e

,

100 atm. gekozen. De voluineverhouding'aardgas rfo pekel bedraagt 1., terwijl een lange absorptietijd ( ~uim 1 min. ) wordt toegepast.

De fabriek verwerkt per dag 2500 ton ruwe aardoliepekel, waarbij naast een regelmatige aardgassuppIetie per dag 75 kg. FeC1

3, 28,5 1. 78% H

2S0

4

en 108 kg C12 worden verbruikt. De dagelijkse productie bedraagt 312,5 kg j'o,diUJ:.lj..:-(i9,9,8 % zUiver).

B~ Beschrijving proces. I. Pekel zuivering.

De ruwe aardoliepekel, welke via 6" pijpleidingen wordt aangevoerd, dient te worden bevrijd van resten aardolie en

van zwevende en colloidale stoffen ( vooral gesuspendeerde klei ). Door de zuivering worden vervuiling en verstopping bij de

jodiumwinning voorkomen, terwijl door het verwijderen van onverzadigde organische materie verliezen van vrijgemaakte jodium ( die ca. 10 % kunnen bedragen ) worden tegengegaan. Daar bij het aanzuren, vooral van Ba bevattende pekel, nog een weinig ne'erslag kan ontstaan, is deze bewerking in de

pekel-zuivering, direct voor de filtratie, opgenomen.

De verwijdering van de resten aardolie geschiedt, door de

/

pekel boven in een grote tank, de olieafscheider, te laten

stromen. Door de opwaartse kracht beweegt de soortelijk lichtere olie zich omhoog, waarna ze via een overlooprand wordt afgevoerd.

Vanuit de olieafscheider stroomt de pekel door een pijp naar een halfconièche, van roerarmen voorziene, bak, de uitvlokker. In de ui tvlokker worde,n, door het toevoegen van FeC1

3, :olloid~le

bestanddelen Uitgevlokt, terwijl tevens een scheiding tussen de

c

de FeCl

3-oplossing worden boven langs de as toegevoerd, ter-wijl de behandelde pekel via een overloopran~ wordt afgevoerd. De vaste stof zakt omlaag en wordt door de roera~men ingekl~

en naar het centrum gevoerd. De slurry wordt discontinu weggepompt. Door een goot stroomt de pekel vervolgens naar een

half-;~~. conische bak, de bezinker, waar hij boven in het centrum wordt

~~%

".

ingevoerd. In de bezinker wordt zoveel

r§ffiVélzu~toegeVOegd,

dat

~

;;

f~ de Ph van dé pekel van 7,5 to t ca. 3,5 daal t. Door het aanzuren

\~~

worde,n' nevenreacties, welke bij de oxydatie kunnen optreden, .

+

zoals b.v. :, 3 J₂

+

3H20 -.6 H + 5 J' -+ J0

3' ., tegenge\'{erkt • . Bevat de pekel Ba, dan kan in de bezinker een"weinig BaS0

4

-neerslag ontstaan. Het -neerslag bezinkt, en wordt discontinu van de bodem van de bezinker verwijderd.

,

De aangezuurde pekel, welke via een overlooprand van de bezinker wordt afgevoerd, wordt tenslotte naar een zandfilter gepompt, waar hij van de laatste verontreinigingen wordt bevrijd. Door de zwaartekracht zakt de pekel door het filter en stroomt in een wachtbak, van waaruit hij later naar de reactor wordt gepompt.

11. Jodiumwinning.

In de reactor, een dikke pijp gevuld met keramische p~kking

welké een goede menging van pekel en chloor waarborgt, wordt het in de pekel voorkomende jodide tot jodium geoxydeerd. Het chloor wordt v66r de reactor toegevoegd vanuit een stalen voor-raadtank. De hoeveelheid chloor, welke in 10

%

overmaat wordt toegevoegd wordt automatisch geregeld.

De pekel, welke nu opgelost jodium bevat, wordt dan door een pomp boven in de, van een keramische pakking voorziene, absorptietoren geperst. Onder in de toren wordt aardgas onder 300 atm. toegelaten, hetwelk in tegenstroom door de pekel om-hoog stijgt. Daar de oplosbaarheid van jodium in aardgas onder deze omstandigheden aanmerkelijk groter is dan in de pekel, wordt het jodium grotendeèls door het aardgas geabsorbeerd.

De afgewerkte pekel verlaat de absorptietoren aan de onderZij~~ , en wordt naar een rivier

afgeVOerd.~~~

Het jodium bevattende aardgas verlaat de absorptietoren aan de bovenzijde en wordt nu direct naar de kristallisator," een eveneens van keramische pakking voorziene toren, gevoerd,

~ waar, door middel van een smoorklep, de druk van het gas tot

W"~~

"~~ ~ordt verlaagd. Zowel door de drukverlaging, .als ten~

\' gevolge van de door de smoring optredende temperatuursdaling, neemt de oplosbaarheid van ,jodium in het aardgas sterk af, zo-dat het grotendeels uitkristalliseert en zich op de wand en op

':jo ) ' ... l! 'I

~~

i

I

~

,"

~

\JY

~-k~

_\\~ ;; \ _I I

-\

\

J. ... ~ . . . ." 1 '

l=._ ... _. ".,., ....

~,Jj]'

"

·

.'

de pakking afzet. Het aardgas verlaat de ~ristallisator aan

de onderzijde, wordt door een compressor weer tot 300 atm. gecomprimeerd en naar de absorptietoren teruggeleid. Regel-matig wordt een gedeelte van het circulerende aardgas afge-laten, om ophoping van aanwezige verontreinigingen te voor-komen. Regelmatig wordt ook vers aardgas gesuppleerd •.

Zodra de kristallisator verstopt dreigt te raken, wordt hij afgesloten en de aardgasstroom over een andere kristal-lisator geleid. De kristalkristal-lisator wordt dan tot atmosferische druk afgelaten en weer gesloten, waarna de voorraad jodium wordt gesmolten door de kristallisator door middel van een stoommantel op ca. 125 °C. te verwarmen. De gesmolten jodium wordt onderaan de kristallisator afgetapt en in platte

ge-emailleerde bakken opgevangen. Na stolling worden de brokken jodium in een breker fijngemaakt, en in ho.uten vaten van

ca. 40 kg. ~erpakt.

c.

Beschrijving apparatuur.

I. Olieafscheider.

Afmetingen: cylinder, diam.: 8 m., hoogte: 6 m.

Materiaal : 'constructiestaal,' corrosiebeveiliging door

inge-hangen Dow~met~ ( alliage met meer dan 85

%

Mg. ) strips.

Bijzonderheden: ruwe pekelinvoer op 4m., pekelafvoer op 0,5 m., olieafvoer langs overlooprand. Een vlotter ( s.g. 0,95 ),

welke op de invoer werkt, regelt het· olie-pekel niveau op

ca. 5,25 m •• Verblij~tijd pekel 2 uur 35 min., verticale

snelheid 3,9 cm./min •• 11. Uitvlokker.

Afmetingen: halfconische cylinder, diam.: 10 m., hoogte cylinder 0,5 m., hoogte conus 0,5 m ••

Materiaal : zeewaterbestendig beton.

Bijzonderheden : invoer pekel en waterige FeCl

3 oplossing

langs de as, pekelafvoer langs overlooprand. Gevormd neer-slag wórdt door houten roerarmen ingeklinkt en naar het

cen-trum gevoerd, waar de slurry discontinu wordt

wegge~ vld~?

,

n/

n~~·

FeC1

3 dosering : 30 PPM. Aan een hoeveelheid van 2500 tOÎ~~

pekel wordt p.e~á~ 75 kg. FeC1

3 toegevoegd. ~

1 .

Verblijftij~ pekel 30 min. 45 sec., verticale snelheid

i,l

cm./min ••

111. Bezinker.

Afmetingen: halfconische cylinder, diam.: 10 m., hoogte cylinder 0,5 m., hoogte conus 0,5 m ••

{

.

,.

, A

JtJ""

\j'\W' ,

~

I .

-1-

)~

Materiaal: greneliout.

~~

JVJ

IV~ ~I( ~

Bijzonderheden invoer pekel en 78

%

~2~~angs

de as,

.~~~

pekelafvoer langs overlooprand. De

~z±nkér

wordt regelmatig

l~

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

"J

H2SO 4 dosering tot Ph 3,5, au toma ti~ch~ met Ph..;.meter en rege~- ,

afS1Ui~~~wordt

aan een hoeveelheid'van 2500 ton

~~

pekel

~5

1. 78

%

~toegeVOegd.

.

~

Verblijf tijd pe~30 min. 45 sec., verticale snelheid

2,1 cm./min •• IV. Zandfilter.

Afmetingen: cy-linder, diam.: 3,60 m., hoogte: 3m.. ~,~~

Materiaal

:~~

/~.

Bijzonderheden: het filter bestaat uit vier korrellagen, a.e.v. 0,10 m. grof grind, 0,10 m. fijn grind, 0,10 m. grof

<)

zand, en 1,20 m. fijn zand. Op het schone filter staat 0,11 m.

~!

pekel.

Pekelinvoe~in

een centraal geplaatste

overlo~B.

De ge-

~

filtreerde pekel loopt in een houten wachtbak ( diam.: 3 m.,

~A'uk.~~

hoogte : 2,50 m. ). Het vervuilde fil ter wordt' in tegenstroom

l~~"'"

met afgewerkte pekel gewassen.

~-Verblijf tijd pekel in filter ca. 15 min., verticale snelheid in schone filter 16,5 cm./min •• Verblijf tijd in wachtbak 8 min. V. Reactor.

Afmetingen: liggende cylinde , diam.: 0,35 m., lengte: 3 m ••

C)~Materiaal

: 'staal be eed met hard rubber.

~

25 sec •• tl,v

~~r~'

_I'(u'

~ Bijzonderheden: de reactor is gevuld met l"/keramische pakking.

. \~~

C1 2 dosering 43 PPM., v66r de reactor, automatisch met Ph- en 'Ox.Pot.-meters en regelafsluiter. Per dag'wordt aan een

hoe-veelheid van 2500 ton pekel, welke 140 PPM. J bevat, 108 kg. C1

2 toegevoegd.

Verblijf tijd pekel in de reactor 7 sec. VI. Absorptietoren.

Afmetingèn: cylinder,

diam.:~20""~,

hoogte: 4,80 m ••

~

,--

-

~

Materiaal : @onstructiesta~) met staal band omwonden, en

~kleed

met zuurvaste steen.

be-Bijzonderheden: de toren is gevuld met 1" keramische pakking.

Temperatuur 20

°c ••

~oo

~.

In bovendeksel'pekelinvoer ( per dag 2500 ton pekel, met 140

PPM. J, of 350 kg. J. ) en aardgasafvoer ( per dag 490 ton

aardgas, met 709 PPM. J, of 347,4 kg. J. )~

In onderdeksel pekelafvoer ( 2500 ton pekel per dag, met 15 PPM .. '

met 71 PPM. J, of 34,9 kg. J. ).

De druk wordt geregeld door 'een drukmeter boven in de toren

en een regelafsluiter in de aardgasinvoerleiding. Een uit-_,

wendig geplaatste vlotter, ,welke op de ,pekelafvoer werkt,re-geIt het pekel-niveau in de onderdeksel op ca. 40 cm., en

voorkomt het b~nnendringen van aardgas in de

pekelafvoer-leiding.

Verblijf tijd pekel en aardgas ,in de toren 1 min. _, 5 sec.,

verticale snèlheid 7,4 cm./sec •• VII. Kristallisator.

Afmetingen -: cylinder, 1,80 m ••

Ma,teriaal : ,'gietstaal, bekle~d met zuurvaste steen. I "Z-\'e..,

Bijzonderh~den : de ~tallisator is gev:uld met' 1" keramische~.

pakking.

Temperátuu~,

Druk 100 atm.. '

~

In bovendeksel aardgasinvoer ( per dag 490 ton a~rdgas, met

709 PPM. J, of 347,4 kg. J. )

In onderdeksel aardgasafvoer ( per dag 490 ton aardgas, met

71 PPM. d, of 34,9 kg J. ) en jodiumafvoer' ( 312,5 kg. J / dag ).

De druk wordt geregeld door een drukmeter boven in de kris-tallisator en regelafsluiters in de aardgasinvoer- en afvoer-leidingen.

De kristallisator is voorzien van een stoommantel. Discontinu wordt de kristallisator afgesloten, tot atmosferische druk

af-o

gelaten, weer gesloten en op ca. 125

c.

verwar~d. De gesmolten

jodium wordt in geemailleerde bakken opgevangen.

Verblijf tijd aardgas in p.e kristallisator ca. 23 sec." verticale snelheid ca. 7,8 cm./sec.

VIII. Diversen.

Alle pijpleidingen zijn uitgevoerd in staal, bekleed met hard rubber. Ook stalen pijpen, met een saran-bekleding, of pijpen van tttransite" ( portlandcement met asbestvezels ) kunnen

wor-den toegepast: De compressor is u~. i~ ~,

en de breker in ~ ~

..

~

'

.

. ;,~ "

1

HOOFDSTUK 111. BEREKENING ZANDFILTER. 2, 3, 5. )

A. Gebruikte symbolen.

B.

D - diameter filter (m.).

A oppervlakte filter (m2.).

H - totale hoogte pekellaag en korrellagen (m.).

h hoogte pekellaag (m.). p ne korrellaag (m.). ·h _n - hoogte x_gn - korrelgrootte ne korrellaag (m.) • 'F - bolvormigheid korrels (-)

.

t - porositeit korrellaag (-). w filtratiesnelheid (m/sec.). f - frictiefactor (-). Ff - frictiefactor-factor (-). F Re' - Reynoldsgetal-factor (-).

PI - druk boven pekellaag (N/m2.).

P

2 - druk onder onderste korrellaag (N/m

2 .).

(~P)fn- drukval in de ne korrellaag (N/m2.).

m

_

volumestroom pekel (m3/sec.).

lp

p - dichtheid pekel (kg/m3 .).

1

-

viscositeitscoefficient pekel (N.sec/m2.)

Inleiding.

I. Filtergegevens.

Het filter bestaat uit vier korrellagen, achtereenvolgens

" _{x 10-3}

-fijn zand _{hl :: 1,,20 m. xgl :: 0,5} m.

\~

grof zand h 2 :: 0,10 m. xg2 :: 3,0 x 10-3 m. tM,-fijn grind _{h3 :: 0,10 m.} x g3 :: 7,5 x 10-3 m. grof grind _{h4 :: 0,10 m.} x g4 :: 30,0 x 10-3 m. 11. Vloeistof gegevens.

.

.

Pe.r dag passeert 2450 m3 pekel het filter" ofwel

~p=

28,3 x

lb-~.

De werktemperatuur is. 20 oe. De dichtheid. van de, pekel is 1020 kg/m~,

de viscositeitscoefficient ~:: 1 x 10-3 N.sec/m2.

111. Aannamen.

Het volgende wordt aangenomen :

1. In elke korrellaag hebben de deeltjes onderling uniforme afmetingen. '

2. De porositeit der korrellagen is dezelfde. De porositeit ~:: 0,45.

3. De ruimte tussen de korrels wordt geheel door pekel ingenomen.

4. De druk boven de pekellaag is gel~jk aan de druk onder de

..

'

5. Het filter is schoon. Op het schone filter staat 0,5 m. pekel. 6. De stroming in de laag fijn zand is laminair. De stroming

in de andere korrellagen is turbulent. IV. Wijze van berekening.

Met behulp van de gemodificeerde Fanning-vergelijking wordt de drukval over de laag fijn zand en de drukval over de andere korrellagen, in afhankelijkheid van de .filtratiesnelheid afgeleid. Overwegende dat het filter als zwaartekrachtfilter werkt, wordt de filtratiesnelheid en hieruit de benodigde oppervlakte van het schone filter berekend. De juistheid van aanname 6 wordt aangetoond.

Rekening houdende met de vervuiling van het filter, wordt nu de oppervlakte van het toe te passen filter gekozen, en de werkelijk optredende filtratiesnelheid berekend. Op het schone filter staat nu minder dan 0,5 m. pekel. De hoogte van deze pekellaag wordt berekend.

c.

Bepaling filteroppervlakte. I. Gegevens.

De gemodificeerde Fanning-vergelijking luidt

2 (~p ) f

=

gf.:.e!.!!!.!_ •

F • x_g f Voorts is : _f

=

16 ~~Y· m Xg.w.p en : Rem

=.

---ij--.F

_{Re •} • ••••••• (1) • • • • • • • • (2) • •••••••

Bij laminaire stroming (Re <400.) geldt y= 1.

Bij turbulente stroming. (R:m

>

~ó) g~~d

t Y

=,

0,2. "

~

De bol vormigheid der korrels wordt,.

b~J

bekende

poros~ te~:t

) IA

~~

f

=

0,45 ), afgelezen uit een q'. - E grafiek. 'P

=

0,75. ~J

De 'frictiefactor-factor wordt, bij bekende porositeit en bol-

~lA

. vormigheid, afgelezen uiteen F f -

E

grafiek. F f

=

1300.

De Reynoldsgetal-factor wordt, bij bekende porositeit en' bol-vormigheid, afgelezen uit een FRe -

f

_{grafiek. FRe}

=.

47,5. 11. Berekening van de benodigde filteroppervlakte •

De drukval over de laag fijn zand wordt gevon~en door combinatie aer vergelijkingen 1, 2 en 3, substitutie van y

=

l' en toepassing op de laag fijn zand :'

32?hlo_{Ff 32.10-3 .1 2D.1300 _}

(óp) fl

=

--'2---.

w

=

--':"'----:3Z,'2-:---:-·

w

-x

g1.FRe . (0,5.10 ) .47,5 "

4,204.10 .w.

~

combinatie der vergelijkingen 1, 2 en 3, substitutie van y

=

0,2 ,

toepassing op de betreffende lagen, en sommatie :

32 0,2 0,8 F

_r;

_{.p • f (} (.6P)f234

=

----F--n;~----·

(

Re h2 h3 _{h4 )} 8

;r;2

+

;r;2

+

;r;2 )

.w1,

=

g2 g3 g4 32.(10-3)°,2.(1020)°,8.1300 ---~---47~5Ö;2--~---

( ___ 2L!2____

+ ____

2L!2_____

+

«3.10-3)1,2 (7,5.10-3)1,2

+

' ____

2L!2 ____ )

w1 ,8 - 183 25 106 1,8 (30.10-3 )1,2 ). - , . .w •

De totale drukval over het filter wordt:

(~P)ftot::

(/lP)fl,

+

(/lP)f234:: 4.204.10,6. w

+

183.25.106.w1 ,8 •

.•.••••••••• (4)

Daar het filter als zwaartekrachtfilter werkt is deze drukval~

steeds gelijk aan de totale pekeldruk P. ,

CöP)ftot:: P:: p.g.H:: 1020.9,81.2,00:: 2,00 .;1.04 N/m2.

Hieruit vólgt "nu de" filtratiesnelheid

w=

3,3 .10-3 m/sec.

De benodigde oppervlakte van het filter dan:

~p

28,3.10-3 2

A:: --:: ---;-:: 8.6 m •

,w ,3,3.10- .

De juistheid van aanname 6 ~prdt 'aangetoond, door met vergelijking

3 de optredende Reyno'ldsg~tallen in alle korrellagen te berekenen.

fijn zand - Re -_m- 0,5.10 .3,3.10 .102 .47, .1 , ' - 3 ' -3 0 ' 5 03

-

-

'80. C laminair!)

3,0.10-3 .3,3.10-3 .1020.47,5.103 r

®

(turbulent!)

grof zand

-

Re _m

=

-

--3 - 3 , 3

fijn grind Re :: _m 7,5.10 .3,3.10 .1020.47,5.10

-

-

1200. (turbulent! )

grof grind - Re :: -3 -3 3

-

4800. (turbulent! )

m 30.10 ~.3,3.10 .1020.47,5.10

-111. De toegepaste oppervlakte van het filter.

\', '

Daar door vervuiling ae filtratiesnelheid zal afnemen. is

de toe te passen filteroppervlakte 20

%

grote! gekozen dan de'

benodigde. Het toegepaste filter heeft nu een oppervlakte van

2 :

10,3 m ., en een diameter van 3,60 m.

"

De werkelijke fil trat:i,esnelheid in het schone fil ter wordt :

~ 3 ' ,

!p 28.3.10- 2 75 10-3 /

w::

I-::

--rÖ;;---:: , .

m sec.

Het optredende Reynoldsgetai in de laag g~of zand wordt nu 400, ,

de stroming in deze laag wordt als nog juist turbulent beschouwd. Met vergelijking (4) is nu de totale drukval over h,et schone

. ,4 2

filter te be~ekenen : (OP)ftot :: 1,61. 10

Nim.

Daar deze drukval steeds gelijk blijft aan de totale pekeldruk,

is nu de hoogte van de pekeilaag boven het schone filter te bepalen:

(óP)ftot 1 61 104

---p:g-- -

_{hl _4 ':}

ï52Ö:9;Sï -

1,50

=

0,11 ,m.

.

HOOFDSTUK IV. BEREKENING AARDGASCIRCUIT.

N'V'

~s~

\ /( Literatuur

6

en

7. )

A. Gebruikte symbolen.

A - arbeid door het systeem verricht, per mol. (l.atm./mol.).

Q - warmte aan het systeem toegevoerd, per mpl. (l.atm./mol.).

U - inwendige energie, per mol. ( l.a,tm./mol.).

W - enthalpie. per mol. (l.a~m./mol.).

R gasconstante (l.atm./mol.oK.). ,

a - constante van v.d. Waals (12 .atm,./mol 2

~)

•

b - constante van v.d.Waals (l./mol.).

Cv - soortelijke warmte bij cpnstant volume, per mol. (l.atm./mol.oK.).

V P . T t P as p ,e

- volume, per mol. (l./mol.). druk (atm.).

_ temperatuur (oK.) • _ temperatuur (oC.).

- asvermogen van de compressor (kW.).

- effectief vermogen-van de compressor (kW.).

l!tot - totaal rendement van de compressor (-).

B. Inleiding. I. Gegevens.

Het aardgas doorloopt in een kringloop achtereenvolgens de absorptietoren, de kristallisa,tor en de compressor.

Massastroom aardgas : 490 ton/dag.

Druk in en achter deabsorptietoren 300 atm.

Druk in'en achter de kristallisator 100 atm.

Temperatuur absorptieto!en : 200C.' a :: 2, 26 12• a tm,. / mol 2 • ) • b :: 0,043 I./mol. - 0 / oK Cv - ,31 l.atm. mol,. ,. R ::' 0,082 l.atm./mol. oK. 11. Aannamen.

Het volgende wordt aangenomen :

1. Het aardgas mag physisch als methaan beschouwd worden. 2. Het aardgas gedraagt zich als een v.d. Waals-gas.

, ~

. 3. a,.b en~ijn onafhankelijk van temperatuur en ~uk •

4.

Het aardgas neemt, tijdens het verblijf·in de

absorptie-toren, de temperatuur van de pekel (20 °C.) aan.

G>:5.

Uit het aardgas slaat bij smoren geen water neer.

J

~

He~

aardgas warmt,

5 C oP1

tijdens het verblijf in de kristallisator,

~W'

111. Wijze van berekening.

Overwegende, dat bij het smoren van het aardgas het Joule-Thomson-effect optreedt,. worden temperatuur en volume

van het aardgas n~smoring berekend. Rekening houdende met

. ,

aanname 6, worden de werkelijke temperatuur en volume van het aardgas in de kristallisator vastgesteld.

Stellende,· dat het aardgas in de compressor adiabatisch wordt gecomprimeerd, worden temperatuur en volume van het aardgas na de compressor berekend. Tenslotte wordt het as-vermogen van de compressor bepaald.

C. De smoring van het aardgas.

De toestand v66r het smoren wordt toestan~ 1 genoemd.

Met behulp van de vergelijking van v~d.Waals is bij bekende

P

_l

( Pl :: 300 atm.) en Tl ( Tl :: 293 oK.)" Vl te berekenen :

( P 1 f -~2

) (

V 1 - b ):: RTl·

VI

( 300

+

g~~§

') ( V_l - 0,043 ) :: 0,082.293.

·1

Hieruit volgt VI: 0,0795 1./mol., hetgeen overeenkomt met een volumestroom van 2450 m3 aardgas per dag.

De toestand ná het smoren wordt toestand 2 genoemd. Bij het smoren blijft de enthalpie W van het gas constant:

W:: Ul

+

PIV1 : U₂

+

_P2V2•

of: U2 -Ul

=

PI VI -P2V2 •••••• (1)

Wordt nu U als een functie van V en T opgevat_r dan geldt :

dU

=

(~~)T.dV

+

(*~)V.

dT

a

Voor.~en v.d.Waals-gas wordt dit:, dU

=

--.dV + cv.dT.

V2

2 , , 2 , .' 2 '

Integratie:

I

dU::

a.1

±'2.

dV + cv.1 dT.

, 1 , 1 V 1

1 1

U_{2 - Ul}

=,

a. (

Vi -

v; )

+ _{cv· ( T2 - Tl )} •••••• (2)

Combinatie van (l).en (2) levert nu'op :

a.(

~-2

1 .

- V- )

+

c .( ~ - 2 )::

1 v . ,I ,2 .

...

Toepassing van de vergelijking van v.d. Waals en vergelijking (3) op toestand 2 levert de volgende vergelijkingen op :

en 2,26.(

~-

-

-_!_-- )

+

0,31.( 293 - T₂ ) :: 100V₂ - 23,85 •••• (4) v₂ 0,0795 ( 100

+

~~§

)( V₂ - 0,043 )

=

_0,082.T2 2 •••• (5)

Door het kiezen van een waarde voor T₂ en substitutie in

ver-gelijking (4) wordt een bijbehorende waarde voor V₂ gevonden. Is

de keuze juist, dan dienen beide waarden te voldoen aan vergelijking (5). Door proberen wordt gevonden:

T

2 :: 271 oK. (,t2 :: _2oC. )

V 2 ::' 0,163 l.lmól., hetgeen overeenkomt met een volumestroom van

4990 m3 aardgas per dag.

De werkelijke toestand in de kristallisator wordt toestand 3

genoe~d. Bi,j bekende P3 ( :: 100 atm. ) en T

3 (= 271

+

5 : 276 oK,

voJ,.gens aanname 6. ) is V 3 'te berekenen uit de v.d. Waals vergelijking .•

( P 3

+

~2

) (

V 3 - b ) ::, RT 3 •

V

3

Hieruit vol~t V

3 :: 0,17,0 l./mol., hetgeen overeenkomt met een

volume stroom van 5210 m3 aardgas per dag. D. De compressie van het aardgas.

In de compressor wordt het aardgas adiabatisch gecomprimeerd.

Daar dus dQ:: 0, wordt de Eerste Hoofdwet

dQ:: dU

+

dA

=

0.

Voor een v.d.Waals-gas wordt dit

Of : Hieruit volgt Of : cV·d~

+

( _P

₊

a

_-2

) .dV :: V cv·d.~

+

(

_\1='6

RT ) .dV

=

dT _ R.d(V-b) _cv·-~ - -

--1'\1='61-·

0. 0.

jr'

dT _ ' / d(V-b) cv,· r -T -, - R.

-1"\1:'61..

cv.l~T :: - R.ln(V-b) +

c.

T

~

(V _ b )

Rl

cv:: Cl. _{• • • • • •} (6)

De waarde van de constante C' wordt gevonden door substitutie van dë waarden van T en V in toestand 3 •

0,082

Cl :: 276. (0,170 - 0,043)

-ö;'3Ï::

159,9.

De toestand na de 'compressie wordt toestand

4

genoemd.

.

'

Toepassing van vergelijking (6) en de vergelijking van v.d.Waals óp toestand 4 levert de volgende vergelijkingen op

T'4. ( V 4 - 0,043 )0,2645 :: 159,9. ( 300 +

g~~§

)( V₄ - 0,043 ) :: 0,082.T₄• 4 • ••••• • •••••

(7)

(8)

...

":

Door combinatie der vergelijkingen (7) en (8) en proberen, worden de volgende waarden gevonden :

T

4

=

349 oK. ,( t4

=

,76 oe. )

V

4

=

0,095 I./mol., hetgeen overeenkomt ,met

van '2910 m3 aardgas per dag.

een volumestroom

E. Het asvermogen van de compressor.

, . ,

De door het systeem verrichte arbeid is

4 ' ,

: A

=

I

P;dV. ,3

Steeds gelden de vergelijking van v.d.~aals : P=

en vergelijking (6) : T. (V_b)R/cv

=

159,9.

Door combinatie van deze vergelijkingen en eliminatie van T

wordt het volgende verband tussen P en V gevonden :

••••••

Door

d~t

het

_ ;;;;r

toepassing van vergelijking (9) en integratie, kan nu de gas verrichte arbeid per mol. worden bepaald :

V

L

4 159 9.R ) A :

---L--1--.

d (V - b , 3 (V-~) l-R Cv A

=

- ,,; - "4' .. ,

( a a ) _ A: -159,9.0,31. [(0,095_0,043)-0,2645_ (0,170_0,043)-0,2645] 2 26 2 26 _ ( ~L __ ~ _ ~L___ ) :

u,17u u,095 - i2,3l l.atm.!mol.

De compressor dient dus 12,31 l.atm. arbeid te verrichten om 1 mol. aardgas te comprimeren. Per dag wordt gecomprime.erd

490 ton aardgas, hetgeen overeenkomt met 354,5 mOl./sec.

Het effectief vermogen yan de compressor dient t~ zijn

P _e

=

12,31.354,5 l.atm./sec. _'

=

12,31.354,5.102 J/sec.

=

436 kW.

Bij een totaal rendement van de compressor van 80

%,

dient

het asv;rmogen van de compressor te zijn '. .

~

P _{as" ----..} .. e .. _Ö-8-436 .. Ij-tot ' , , (9) :::- ~~t' p

IJ

~

'-I

%V

~

'u.

\",vY'

,

•

..

,"

LITERATUUR.

r~~IV'(fF

'I". Badger~ W.L. en Banchero, J.T. - Introd'uction to

Chemical Engineering (1955). 2. Brown, B.B. - Unit Operations (1951).

3~ Fischer, F. - Das Wasser (1914).

4~ Gmelin, - Han~buch der Anorganischen Chemie (1933).

5.

Heertjes, P.M. en Nijman, J. - Technisch - Physische

Scheidingsmethoden.

6. ,de Haas, M. - Thermodynamika (19~7).

7. Handbook of Chemistry and Physics (1953).

8. 'MeIlor, J.W. - Inorganic and Theoretical Chemistry (1956).

,9, Minor, D.F. en Seastone, J.B. - Handbook of Engine~ring

Materials (1955).

i' 10. Perry, J .H. - Chemical Engineers Handbook (1950). _, '

11'. Robertsón~ G.R. - Ind. Eng. Chem.'

2.2..

(1934) 376.

12. Sawyer, F.G. - Ind; Eng. Chem.

!i.

(1949) 1547.

'., ,:' 13. Texas Cie N.Y. ~ U.s. Patent 2.676.092 (1954). ~

. / " , !

..

" , " .1 _...~.. , I ' , ' . , -.'

; "

I I 10l.Il PEICII. I

·'

OLIIAFIC . . . K.IITALLIlATCII __ -:~ ___ - - ZAllDFlLTIlI '::"':1" . . I . .

0

. -'1"\ "r"·"·t· .... ' . . . ' " , .

.

' , .' ... ~ .. ), ,,/' ~ r---l\.w •• iCMiM \

,

I • --_ ... _ - - - +

r

o", !!TA.!I!I!C!\,li_1

E.G.e.R, INKMAN_P. '.SAANE

-;-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .. ~RIL1957__ SCHML1:SO

L