Schema voor de bereiding van soda uit meerwater

l (

Schema voor de bereiding van soda uit meervmter.

Inhouds opga ve : 1. Inlei ding

2. Phasentheoretische beschouwingen

3

.

De opstelling der stofbalansen

4 . Opmerkine;en over de vaste afzettingen

5

.

Bespreking van het schema voor de sod

a-vlinnin(j ui t Lake A~chero.

5

.

1

3esprekinG van (te verschillende -Dewerkingen in volgorde van hun uitvoerinG·

5.2 De C02-krliîgloop.

5

.

3

Het watersysteem.

5

.

4

Constructie-materialen. 6. Berekening van het zandfilter . 'l' D 9

=

~ Intnint!! dJ Litteratuurlijst. Bijlagen • pag. 2 2 4 6 8

17

20 22

/'i

I~,

2

Inleiding:

De opdracht is, het ontvleryen van een schema voor de bereiding van soda uit een aantal kleine meren in de Jind-vlOestijn ten 11 .0. va::1 Karachi.

De bereiding van chemicaliën uit meerwater is niet nieuw: in Californië bevinden zich een aantal op dit gebied vJerkzame bedrijven, terwijl de Grootste soda-pro-ducerende fabriek in i.lexLco, die in 194& geo:pend werd, uitgaat van ~neer\vater . 1),2),3),4),5) ,6),7),8).

Phasentheoretische oe schomvingen:

Ui t de in tabe'l I vermelde analyses van monsters ontvangen van Hare~LIajesteits Ambassade te Karachi, blijkt dat het meerwater behoudens vaste en andere niet terzake doende verontreinisingen bestaat uit een oplossing van NaHC03, Na2C03, Na2S0Lj.. en HaCl .

'Te.\. ...

l

~ Liguid samDles: % NaHC0 3 % Na2C03 oi _;0 Na2S04 % NaCl % H20 H2S Total

Lake Lake Lake Sarewari Lake Darab Saidwaro Akhero I'Jukamvmri Bhanwari

Lanlbro 1,63 2,52 1,09 0,71 9,06 10,04 11,66 12,11 4,44 l~, 90 0,91 3,19 5,15 4,24 4,29 12,05 79,50 79,45 f'3,86 72,43 + + + + 99,78% 101,15% 101,81% 100,49%

Het probleem is dus om uit een gegeven oplossing van het quinternaire stelsel HaHC03-Na2C03-Na2S04-NaCI-H20 zoveel mogelijk vast (bi)carbonaat af te scheiden.

Gegevens over het genoemde quinternaire stelsel, waarin bij 20°C als vaste phasen kUlulen optreden:

a . ~a2C03' 10 H20 b. Na2S04'

b' • Na2S04 • 10 H20

c. NaHC03.

d. Na2C03.2Ha2S04 (bllrkei te). :: ~:~a2C03' :;:~aHC03.2H20 (trona) ol . 1,aCl.

zijn verzameld Idoor J .E.Teeple 9),10). Deze beschrijft het stelselVvoor éen temperatuur en druk geldige tetraëder. Op de 4 hoekounten daarvan. oevinden zich de zouten: Na2C03, Na2S04, NaHC03 en l:aCl.

'I ' - . /.

3

NoCllr)

FIG. lS-S. System NaCl-NasSO.-Na,cOr-NaHCOr-H,Q, at 20".

en elk~ punt birm.en de door de tetraëder begrensde ruimte

geeft ons de verhouding var!. de hoeveelheden dezer zouten

in een verzadigde 0:910ssing . De tetraëder ruimte is in

zeven delen verdeeld, elk corr esponderende met ~ aan één

der genoemde vaste phasen verzadigde oplossingen. :u.e

schei-dingsvlakken tussen deze ruimtedelen zijn de meetkundige

plaats van aan twee vaste phasen verzadigde oplossingen,

de snijlijnen dezer vlakken corresponderen met aan drie

vaste phasen verzadigde oplossingen. T'enslotte komen telkens

4 van deze lijnen samen in de

7

invariante punten waar

5

phasen naast elkaar bestaan.

De vier vlaklcen van de tetraëder zijn de

Jänecke-diagrammen van de 4 quaternaire stelsels:

NaCI - Na2B04 - Na2C07 - H20,

NaCl - lifa200~ - ~'.aHCO~ - H20,

Na2S04 ::: Na2C03 - 1~aHC03 - H20 en

NaCI - 1~a2S04 - NaHC03 - H20,

welke door Il'eeple afzonderli jk onderzocht zlJn 11).

Hu worden van de auaternaire stelsels door Tee:ple numeriel-;:e gegevens vers'trekt; V8.L'1. het quinternaire

stelsel echter niet en Ge::;evens hierover zijn ook niet

in voldoende 1:1a te uit cie eerste af te leiden. Met name kent men het verloop niet xan de vleJrJ\:en en. l i jnen in

het inwendige van de tetraeder en het is niet :joed mogelijk

om te voorspellen, welke zouten bij het indampen acht

ereen-volgens zullen uitkristalliseren, noch hoever men kan

in-dampen voor er iets neerslaat.

','iel is uit de figuur te zien dat zelfs in het

gunstigste geval, waarbij lJa2C03 het eerst zou uitkrista

lli-seren, men toch spoedig een tweede kristallisaat zal krijgen

Villl burkeite of trona.

Het is echter ook duidelijk dat de situatie veel

gunstiger wordt, naa.rmat e de verhouding NaHC03 / Na2C03 in

\j '''''

.""~

.. \(t.t.>c'À. ..

"0

\~~,.c\.:.. """',,\-\. ..

"

...

,"'"

---~ - - ~ - - - - ---- - - ---- - -...

4

NaHC03 kan nen het bicarbonaat tot op een klein percentage

doen uitkristalliseren terwijl toch de andere zouten in

oplossing blijven.

De volgende werlc'Jijze, die overigens ook door

de andere 0:9 dit gebied \'Jer~<::zame bedri2ven vwrdt gevolgd,

ligt nu voor de hand: men dampt het meerwater gedeeltelijk

in en zet dan alle soda m. b . v. C02 om. iD. bicarbon2.at,

V12):.lrven een deel neerslac.. t . ::-Iet vaste bicarbonaat wordt ge

-scheiden van de m.oederloo; en verder verv,rerkt , ter'wijl de

moederloog wordt afgevoerd naé:ll' de woestijn.

Hic.l:,oij kan nog opgemerkt worden, dat het

niet mogelijk is deze werk1.vijze (d.w.z. eerst 002 inleiden

en dan indampen)V; daEtr i !l dat geval bij het ind.a.:rllpen alle

of al thans een groot deel van. het C02 weer zou on.tvJijken,

12),13).

De opstelling der stofbalans en:

De worgestelde werkrJijze leidt oT1Jniddellijk

tot de vraag, heever moet vlorden ingedam~)t . Het antvv'Oord

luidt d,~t aan het te verdalT)en :;:>ercentage een hoogste grens

gesteld vlorclt door de volgende overwegingen:

1. Bij het indampen en het daarop volgende koelen en

transporteren 11aar de carbona~--·tatietoren mag niets

uitkristalliseren . ,

2 . Bij het carbonateren mag geen Cl of 804" in enige

vorm uit~ristalliseren.

3. Bij het caroonateren moet om :,ractische redenen (zie :9ag. H ) de car-üonatatie gedeeltelijk kunnen 'olaa ts vinden voo r er iets uit~~ris talliseert •

- Het is duidelijk, dat aan I) voldaan is als

we indampen totdat de meervloeistof verzadigd is bij de

laagste temperatuur, ·waarop de vloeistof bi j de verdere be

-handeling gebracht wordt . Een beschouvling van de gegevens

van 'l'eeple leert ons verder dat in dit geval ook aan 2) zeker voldaan is.

Ten aanzien vari 3) ku:rmen we onmerken, dat

bij grotere waarden van de verhouding % NaCr , gec

ombi-. , . % Na2S04

neerd met de aanwezlgneld van een relatief

groot percentage NaCl het gevaar bestaat dat 17Je bij het

carbo.nateren onmiddellijk trona neerslaan

*)

'~uanti tatieve voorspellingen zijn echter slechts mogelijk na een uitvoerig experimenteel onderzoek .

Nemen Vle nu in eerste instantie aan dat deze

l~t

..

-t...

moeilijkheid niet zal optreden, dan is ook een quantitatieve

*) Men beüchouwe bijlfoorbee ld he t extreme geval dat in het

geheel geen Na2S04 aanwezig is: zie diagram 27, J .E.Teeple

10c.cit .p .117. Zie ook fig.18-5 John E.Ricei loc.cit.

~

'"

_~

~

,-,"

~

"-~

~

precisering van 1) en 2) nog niet mogelijk zonder experimenten.

Deze laatste kunnen echter zeer eenvoudig zijn en werden door

ons uitgevoerd 2;let kunstmatig, overeenkomstig tabel

I,samen-gestelde meervloeistoffen.

Aan de hand VéU1 de sar.1enstelling van de meren kan men voorts oereke;J.en, hoeveel C02 nodig is voor een 'volledige

omzetting van Ila2C03 in NaHC03; heeft deze omzett ing plaats

gevonden, Ëian is het quinternaire stel sel over gegaan in het

quaternaire systeem HaHC03 - Na2S04 - NaCl - H20. Van dit

systeem zijn voldoende gegevens bekend om te voorspellen

hoeveel 1'~aHC03 zal neerslaan, zodat de berekening van een

stofbalans nu mogelijk is.

De resultaten Veill O-clZe proefjes en deze berekeningen

zijn verzamel d ir.:. ·oi jlage 1. :,:/e zullen hier alleen het

resul-taat vermelden van een willekeuri_ö al s voorbeeld gekozen m.eer ,

n .l . Lake Akhero. Ook }üerna zullen alle oeschouvJingen betrek

-king hebben op dit Lake ll.khero; de ver1Nerl'Cing van de andere

meren kiJJl op analoge rJi,jze 3eschieà.en.

~

~

~

~ ~

$,2

%~

WI1TE/JDRMP

Tabel

"-6

60als uit de tek:enins reeds blijkt komt . het verdere

qroces neer op een thermische ontleding van het NaHC03, volgens 2 HaHC03 ~ Na2C03 + H20 + C02·

O'omerkingen over de vaste afzettingen:

Naast de op 01z .2 vermelde vloeibare _ilonsters werden uit .l~arachi ook noc; no:o..sters van vaste afzettingen

ontvaIlgen. A.anse zien geen c;eol02;i sche exploratie heeft plaats

gevonden en dus niet bekend is, hoeveel er i n de Bind-VlOestijn aan deze vaste afzet ti 11 [5e J:-l D.élnnezig is (het is zeer wel moge

-lijk dat alleen aan de 'flater 'aTb een korst is ontstaan) "verd

de aandacht in Doofdza:::.k ~;ericht op ~1et neer1.-'later.

II.Golid .8amnles:

Lake La.L;;:e Lake Barevlari Lake Darab

Jittewari .Akhero :.:uka::nVlari Bhanwari

,-rl /0 C03' , 20,91 22,17 21,67 22,57 % HC03' 37,38 25,31 22,27 24,08 % Na + 30,25 28,70 29,30 28,60 '71, ~o Cl' 0,41 0,19 5,82 1,46

%

8 °4' , trace 5,28 4,98 3,69 Insoluble 0,75 4,11 1,18 1,65

%

H20 10,08 12,22 11,06 13,38 Iron _{+ + + ++} Total 99,78% 97,98% 96,28% 95,70%

Voor de vervlerki ng van de vaste afzettingen,

waarvan in tao el 11 het hoge bicarbonaatgehal te o"9val t,

liggen bij een o~)ervlakkige oeschouvling de volgende twee

werkvvi jz en voo I' de hand:

1. Het zout VlOro.t; direct omselcristalliseerd uit water.

Deze Iüethode biedt weinig perspectief doordat de oplos-baarheid van lTaHCO") zeer 2;ering is en bovendien wei:J.ig

tem~eratuurafhankelijk.

2. Het vaste :9roc1uc t wordt ve _riü t waarbij het bicarbonaat

ont-leedt . Vervolgens wordt o:p[-Çelost in meerwater tot een

ver-zadigde oplossing is verkregen, welke oplossing op

dezelf-de wi jze 'öehandeld vlOrdt als de ingedaml)te neren. Deze

r.nethode lijkt o:J.s het meest aantrekkelijk, mede omdat:

a. meerwater en vaste afzettingen op vrijwel overeen-komstige 'Ni jze vervJerlct kllnnen worden.

b. De verhi t'~ing va Y', de vaste afzettiJ.gen ons C02 levert, hetgeen als su;)qletie-C02 gebruikt kan worden voor

de carbonatatie.

Aange zien van ~le Ambassade te i(arachi weinig of

niets vernomen is over sestelçiheisl van d,e bodem, klinatolo

', - - "

worpen, aangezien niet bekend is hoeveel de gemiddelde

temperatuur en het aantal zonne-uren per dag bedragen,

dus niet te zeggen is of men al dan niet met behulp

8

Bespreking van het schema voor de sodawinning uit Lake Akhero. 1. Bespreking van de verschillende bewerkingen in volgorde van

hun uitvoering.

A. Filtratie van de meervloeistof.

Daar de meervloeistof door vaste stoffen is verontreinigd, wordt ze naar een zandfilter gepompt, teneinde ze van deze bestand-delen te bevrijden. Met het oog op de periodieke reiniging van het filter, welke noodzakel~k is voor het verwijderen van het vuil, werd besloten tot het plaatsen van een buffertank, zodat continu gefiltreerde vloeistof naar het verdampstation gepompt kan worden.

Volgend op de bespreking van het schema zal een nadere be-schrijving en een berekening van het zandfilter gegeven worden. B. Verdampstation en warmte-uitwisselaars.

De warmte van de ingedampte vloeistof, welke de verdamper ver-laat, wordt gebruikt voor het voorwarmen van het gefiltreerde meer-water. Dit kan geschieden in een warmte-uitwisselaar waar beide vloeistoffen in tegenstroom door-geleid worden.

In een tweede warmte-uitwisselaar wordt het meerwater m.b.v. stoom (1400 C, 3.68 ata) op kooktemperatuur gebracht.

Uit een globale berekening bleek, dat bij een temperatuu~er­ schil van 450 F, tussen de kokende vloeistof in de verdamper en de voor het verwarmen gebezigde stoom, en een aangenomen overallcoëf-ficient voor warmte-overdracht van 400 B T U/hr sqft OF. het ver-warmend oppervlak 630 sqft moet bedragen.

Derhalve werd besloten tot het plaatsen van één verdamper van het ttbaskettt _{type, waaruit de vloeistof na passeren van de}

pijpen-bundel direct wordt afgevoerd.

Verdampers van dit type worden algemeen gebruikt voor het con-centreren van zoutoplossingen.

Wegens de geringe capaciteit van de verdamper-installatie is

een multiple verdamping hier niet op zijn plaats.

De stoomtoevoer naar de verwarmingssectie van de verdamper moet geregeld worden naar de verlangde zoutconcentratie in de uit het apparaat tredende vloeistof, waarbij er zorg voor gedragen moet worden, dat geen kristallisatie van zout in het apparaat plaats vindt; immers dit zou aanleiding kunnen geven tot verstopping en

Aangezien het van groot belang is ~at geen vloeistof met de damp uit het toestel meegesleurd wordt, is boven de pijpenbundel een spatscherm aangebracht, terw1jl de verdamper van een spatvan-ger voorzien is.

Voor de condensatie van de damp werd een ejector gekozen; deze bezit boven een oppervlaktecondensor de voordelen van geringer kosten, snelle warmte-overdracht en maakt gezamenl~Ke afvoer van gecondenseerde damp en koelwater

naar

het voorraadbassin mogelijk.

Het verdampstation kan gereinigd worden door opkoken .et wa-ter; grondiger reiniging, b.v. bij verwijdering van eventueel op de pijpen neergeslagen CàS0_{4 , CaC0}

3 en MgC03, kan na gedeeltel:ÏJ"ke

de-montage geschieden m.b.v. roterende schrapers.

Met het oog op deze reiniging is het plaatsen van een buffer-b~ssin na het verdampstation aanbevelingswaardig.

,

~I

cJ

Filtratie en bezinking van het ingedampte meerwater. Mocht het meerwater ionen bevatten als bijvoor-beeld Ca· of ~~ waarover in de analyse-resultaten niets vermeld is, dan is het mogelijk dat bij het in-dampen producten als bijvoorbeeld CaS04, CaC03 of MgC03 kristalliseren, waardoor het ingedampte

meerwa-ter niet geheel helder zal zijn. Een filtratie of bezinking is dan noodzakelijk daar anders de gesuspen-deerde vaste stof, het bicarbonaat dat bij de carbona-tatie neerslaat en daarmee de gefabriceerde soda zal verontreinigen.

D.) Carbonatatie 14)

De carbonatatie van het ingedampte meerwater is het hart van het bedrijf en is een zeer delicate be-werking. Er vinden nl. tegelijkertijd een absorptie gepaard gaande met een chemische reactie en een kris-tallisatie plaats, terwijl de oplos-, reactie- en

kristallisatie- warmten een koeling noodzakelijk maken. De bewerking is zeer moeilijk uitvoerbaar, enerzijds door de neiging van het bicarbonaat om oververzadigde oplossingen of een deegachtig ("pasty"), moeilijk fil-treerbaar kristallisaat te vormen, anderzijds door ge-makkelijk optredende verstopping.

De ammoniak - soda - industrie beschikt op dit punt over een ruime ervaring: men ondervindt daar nl. de-zelfde moeilijkheden bij de carbonatatie van de met NH3 behandelde NaCt - pekel; betreurenswaardig genoeg betracht deze industrie echter een traditionele ge-heimzinnigheid. Voor de uitvoering van de carbonatatie

de

viel de keus op het meest algemeen gebruikte, zg.

Solvay - kolommen, waarover nog de meeste gegevens

beschikbaar zijn. 14 )

In deze, geheel met bicarbonaat - suspensie gevulde kolommen, wordt het omhoogborrelende gas telkens opnieuw verdeeld door een aantal,-van één paraplu - vormige klok en áén centrale opening voorziene'7schotels, die zodanig geconstrueerd zijn dat een verplaatsing van de bicarbo-naat - kristallen mogelijk is. Tussen de schotels be-vinden zich koelsecties bestaande uit een groot aantal horizontale pijpen.

De Solvay - torens bezitten de onaamgename eigen-schap dat er een vrij sterke aankorsting plaats vindt op de schotels en koelpijpen met als gevolg een steeds toenemende verstopping en afname van de koelcapaciteit. Nadat een toren 3 à 4 dagen in bedrijf is geweest, is dan ook een vrij langdurige reiniging noodzakelijk. Een onmiddellijk gevolg hiervan is, dat men niet kan volstaan met één toren. De reiniging kan geschieden door de toren met water uit te koken, door na vullen met water stoom in te blazen. Deze methode moet om zijn kostbaarheid en het gevaar van "overcleaning" beperkt blijven tot een bijvoorbeeld halfjaarlijkse grote schoonmaak. Bij "overcleaning" wordt de toren

schoongemaakt tot op het metaal, met als gevolg een rood. kleuring van de eerste hoeveelheid bicarbonaat, die na reiniging gefabriceerd wordt. Beter is om de vuile toren schoon te spoelen met de te carbonateren vloeistof,

waarbij de carbonatatie dan in een tweede toren plaats vindt. Eventueel kan in de eerste toren een voorcarbo-natatie plaats vinden met C02_arm gas tot beginnende kristallisatie. Na verloop van tijd moeten de functies van de torens verwisseld worden.

Bij de carbonatatie - torens behoren een cycloon-vloeistof afscheider en een compressor. 15) Het eerste apparaat dient om de met de niet - geabsorbeerde gassen meegesleepte vloeistof af te scheiden en naar de kolom terug te voeren.

I

'

-De compressor dient om de hydrostatische druk van de vloeistof in de kolom te overwinnen. De compressie van het carbonatatiegas is overigens zeer welkom, daar een grotere parti~le druk van het 002 gunstig is voor de absorptie en de chemische reactie. Hiernaar wordt an-derzijds gestreefd door met rijk gas te werken.

Een zuigercompressor is hier te prefereren boven een turbo - compressor:

1) omdat pulsaties in de 002 stroom het verstoppen van de toren tegengaan; een snelheid van 60 - 80 omw./min. is zeer gunstig.

2) omdat, indien de toren gedeeltelijk verstopt is, dus de te overwinnen druk groter, het debiet van de turbo - compressor afneemt.

3) omdat normale turbo - compressoren een te grote capaciteit hebben voor dit bedrijfje.

De compressor moet een circulatie - systeem met koe1-voorzieningen bezitten voor circulatie van een geconcen-treerde soda oplossing die dient voor de koeling en smering in de cylinders. Normale smeerolie wordt onder invloed van 002 spoedig taai ("sticky").

12

---E.} Filtratie van de bicarbonaat - suspensie. \~)

Voor de afscheiding van het bicarbonaat uit de sus-pensie, die van de carbonatie - torens komt werd een Oliver- filter gekozen, waarmee het vochtgehalte tot ca 14% kan worden teruggebracht. Eventueel kan men daar-naast nog een centrifuge gebruiken, die het vochtgehalte verder terugbrengt tot ca 7%,hetgeen gunstig is voor het drogen en calcimeren, doch noodzakelijk is dit niet. Bij de keuze van het al of niet aanschaffen van een cen-trifuge moet men zich dus op economische overwegingen baseren. Indien mogelijk moet het filter een aantal meters boven de begane grond worden opgesteld, bepaald door het vacuum ,waaronder men wil filtreren.

In dat geval behoeft het filtraat niet weggepompt te worden en kan men volstaan met het zuigen van een vacuum aan de filtraatzijde. De suspensie kan door de in de toren heersende druk naar het filter getranspoxteerd worden. Bij het wassen is het belangrijk, dat het water zeer

zacht is, daar er anders CaC03 of MgC03 in het doek kan neerslaan. Het is in ieder geval van tijd tot tijd nodig het filter een tijdje in water te laten lopen om het schoon te maken. Ca 1,2% van het bicarbonaat gaat ver-loren door oplossen in het waswater. Het waswater wordt evenals de moederloog naar de woestijn afgevoerd.

De capaciteit van het filter wordt uiteraard sterk be-paald door de eigenschappen van het kristallisaat.

Wordt het proces in de carbonatatie - kolommen goed geleid,

dan ontstaan grove kristallen en een filter met een

breedte van 30 inches en een diameter van 4 ft kan in dat geval een capaciteit hebben overeenkomende met 80-100

ton/24hr soda, bij een vacuum van 8

à

10 inches kwik. De hoeveelheid lucht die verpompt moet worden is ca 500 m3/ton soda.

- - --

-14

Fj

Het calcineren van het natriumbicarbonaat.

Het natriumbicarbonaat wordt m.b.w. een trans-portband naar de calcineerovenJ gevoerd, waarin het

2.Nö;:Hêó~

gedroogd wordt en ontleed vOlgens.~iN~03 + H20 + 002. Bij dit proces in de oven worden de volgende moeilijk-heden ondervonden:

1. Het NaH003 heeft de neiging om, vooral a18 het vochtgehalte al te groot is, samen te bakken tot klompen, waarvan de kern niet voldoende wordt omgezet.

2. Het natte NaH003 vormt een harde ovensteen op de metalen wand van de ovens, waardoor de

warmte - overdracht belemmerd wordt en plaat-selijk door/branden kan optreden.

3. De gecalcineerde soda heeft een grote affiniteit voor water en gee:t't daardoor onaangename

ver-genoeg

stopping als de gassen niet snel worden afge-voerd: het apparaat mag in geen geval onder druk staan.

4. Anderzijds moet ook een vacuum vermeden worden daar het gevormde C02-gas voor de carbonat4~ie

gebruikt moet worden en niet mag verarmen door leklucht.

5.

Er mag geen vrijkomend 002 verloren gaan.

Voor de uitvoering van de bewerking wordt een horizontale roterende oven gebruikt voorzien van een speciale gas-dichte voedings- en afvoerinrichting. De cilinder is op-genomen in een bakstenen huis, waarin directe verhitting plaats vindt in gelijkstroom: het rooster of de brand~rs

zijn aan de voedingszijde van de oven geplaatst en de rookgassen strijken langs het staarteinde.

Over de gehele lengte van de cilinder is een gietstalen ketting aangebracht, die langs de wand sleept en

'00

o

Factoren, die het calcineerproces bepalen z1Jn

: '5 temperatuur, druk en watergehal te van de voeding.

Ten aanzien van de druk lee~ het principe van

Van het Hoff en Le Chatelier onstde reactie

2NaH003--9Na2003 + _H20 + 002 bevorderd wordt door

002 en H20 snel weg te voeren. Een vacuum in de oven

moet echter zoals reeds werd opgemerkt, vermeden

wor-den, daar anders het gevaar bestaat dat het

carbona-tatiegas door leklucht verarmt; naarmate dit gas

rijker is verloopt de carbonatatie beter. Men werkt

dus bij een druk van 1 ata.

Voor een volledige omzetting is blijkens

onder-o

staande figuren een temperatuur van 160 0 reeds

vol-doende. Gautier [Ber.

~,

1434 (1876)] vond zelfs reeds

volledige omzetting van het bicarbonaat bij 100 - llOoC.

100

o~---~~~~--~

~---_.-~~ tijd van verhitten _ ... ~ tijd van verhitten

"f

O~ _ _ ~~~ _ __ __ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _

Door hogere temperatuur wordt het proces echter versneld

en daarmee het ovenvolume verkleind. Het gunstigst is een 16

o

temperatuur van 175 - 190 C in het staarteind van de oven.

Dichter bij het rooster of de branders is de temperatuur

dan hoger, nl. ca. 270°C.

Uit dé figuren (pag. 15) blijkt voorts nog dat de

omzetting van het bicarbonaat wordt voorafgegaan door

het verdampen van het vrije water. De reactie: 2NaHC03 ~ Na2C03 + _H20 + 002'

waarvan de evenwichtsconditie luidt:

p x P

=

f

CT)

~o _CO2

f

(lOO·C)= 0,23 atm?

wordt belemmerd door de aanwezigheid van veel waterdamp. Een groot percentage water is ook met het oog op de vorming van klompen en ovensteen ongewenst.

Deze moeilijkheden maken het terugvoeren van een deel van het gecalcineerde product met de voeding in de oven nood-zakelijk, hetgeen uiteraard de capaciteit verlaagt.

Door geschikte keuze van de hoeveelheid gecalcineerde soda in de voeding kan men een los, doch niet gemakkelijk

verstuivend product krijgen.

Van belang is hier het op de juiste wijze leiden van de kristallisatie in de carbonatatie - torens; een slecht kristallisaat brengt mee een groot watergehalte in het product dat van de filters komt. Is men overigens eenmaal op de verkeerde weg, dan is het moeilijk deze weer te

verlaten: men krijgt in het zojuist genoemde geval ook een slechte CO2-productie, hetgeen de kristallisatie nog

De soda uit de calcineeroven ' wordt gekoeld

in·~bte-~s

eel1-rende koeler: • Di t ~ inwendig van leischotten voorziene,

stalen cilinderS waarover water gesproeid wordt.

Vervolgens wordt het product gezeefd, in een stofdichte

Rotex - zeef van 20" bij 48".

Wat op een zeef van 8 of van 12 mesh achterblijft

wordt teruggevoerd in de calcineerovens; het fijnere

pro-duct gaat tenslotte naar de verp~ckings - afdeling. De verpakking kan plaats vinden in dubbele jute zakken, die met het oog op aantrekken van vocht bij voorkeur bij

o

80 0 gevuld moeten worden.

De verkregen gecalcineerde soda kan desgewenst nog op verschillende manieren gemodificeerd worden.

Door mengen met water, gevolgd door drogen in een roterende oven kan de schijnbare dichtheid opgevoerd worden van ca. 35 lbs/cuft tot 50 à b5 lbs/cuft.

Door kristallisatie kan men voorts producten maken

als Na2C03 _{.... H20 (korrels) of} Na2003 - lO.H20 (kristalsoda).

Ook door mengen met NaOH _{of NaH00 3} worden verschillende in de handel voorkomende producten verkregen.

~, S .•. De 002 - kringloop.

Het uit de calcineeroven: vrijkomende gas bevat

ongeveer 50% CO? en ongeveer 50% H20. Het wordt van soda -stof en ander stof ontdaan in een cycloon en in zakfilters en vervolgens in een met Raschig - ringen gevulde toren

(I

met water gekoeld tot 30 C entegelijkertijd gedroogd.

Het resterende gas dat ca.

95

%

C02 kan bevatten wordt

gebruikt voor de carbonatatie. Wat niet bij de carbonatatie

wordt opgenomen ontwijkt via een vloeistof-afscheider in de atmospheer.

Nu is volgens het diagram op pag. 5 theoretisch een

18 Nemen we aan dat in totaal ca. 20% van het 002 verloren gaat

I),

dan moet dus geproduceerd worden 0,65 tjhr.

In de calcineeroven ontstaat slechts 0,58 tjhr en er is dus een suppletie nodig van 0,07 tjhr 002.

Daartoe doen zich de volgende mogelijkheden voor: 1. Men gebruikt rookgassen als 002 - bron.

Voor de calcinering is bijv. reeds 0,15 ton steenkool/ton soda nodig dus 0,21 t/ hr .

Dit is zeker voldoende om 0,07 tjür 002 te leveren.

Deze methode heeft als bezwaren dat men moet car-bonateren met arm gas ~ (wat eventueel wel

mogelijk is, dQ1l~in twee trappen te carbonateren). en dat men, tenzij men een kostbare gaszuiverings-installatie bouwt een door de rookgassen veront-reinigd product krijgt.

2. Men bereidt de suppletie - 002 in een kalkoven. Hierbij ontstaat ook OaO, waarmee een deel van de soda zou kunnen worden omgezet in NaOH.

Het bezwaar is echter dat men kalksteen en cokes

moet aanvoeren.

3. Het meest aantrekkelijk, doch enigszins speeU

-latief zolang geen geologische exploratie heeft plaatsgevonden, is de bereiding van 002 uit de

op blz. 6 genoemde vaste afzettinge h..

Zeer geschikt is de vaste afzetting van Lake Jittewari,

welke de volgende samenstelling heeft:

NaHC03 51,4 70 Na20ü3 3b,9 NaCL 0,'1 Na2S04 spoor onoplosbaar 0,8 H20 10,1

Di t product kan op dezelr·de wl.Jze gecalcineerd worden

als het product van het bicarbonaat - filter en levert een soda met ca. 1% onoplosbare rest en ca. l~ NaCL,

d~, direct of na omkristalliseren verhandeld kan worden.

Bij de andere vaste afzettingen ligt de zaak iets

ongunstiger. Hier kan het noodzakelijk zijn de gecal

ci-neerde vaste afzettingen op te lossen in meerwater,

waarna dit gedeeltelijk geconcentreerde meerwater op

-

-20

~.~. Het watersysteem.

Bij het ontwerpen van het watersysteem werd uitgegaan van de veronderstelling, dat weinig zoet water beschikbaar is.

Als belangrijke waterbron moet het uit de meervloeistof verdampte water gezien worden. Dit kan in een ejector tot con-densatie gebracht worden en tesamen met het hiervoor benodigd koelwater naar een voorraadbassin voor zoet water gevoerd wor-den.

De in de verdamper en tweede warmte-uitwisselaar geconden-seerde stoom kunnen eveneens naar dit bassin geleid worden.

Het benodigde koelwater voor:

a) de koelsecties van de carbonisatietoren; b) de koeloven;

c) condensatie van de damp, welke uit de verdamper treedt;

d) het schoonwassen van de bicarbonaat koek op het Oliverfilter;

e) koeling van het C02-houdend gas voor de carbonatatie, wordt betrokken uit het genoemde voorraadbassin~in een koelto-ren op lage temperatuur gebracht. 1:'\

Q.1'1. ~)

Het koelwater, afkomstig van de onder a), b)~.Q& c) ge-noemde apparaten, wordt naar het voorraadbassin teruggevoerd; het voor &e\ onder d) el!: e) genoemde doe 18illà:8!!:, gebruikte water wordt naar de woestijn afgevoerd.

Voor het schoonspoelen van het zandfilter kan gebruik gemaakt worden van de ongekoelde vloeistof uit het bassin.

~j de keuze van een geschikt apparaat voor de koeling van het zoete water viel direct de aandacht op een thans veel in gebruik ~jnde toren met een sohacht van gewapend beton in de vorm van een omwentelings~perbolorde, en inwendig voorzien van een houten latwerk, waarover het warme water uit een ver-deelinrichting gesproeid wordt. Het gekoelde water verzamelt zich in een onder het latwerk gelegen bassin.

De ops~jgende luchtstroom wordt verkregen door natuurlijke trek tengevolge van het temperatuursverschil en het vochtig-heidsverschil van de lucht in en buiten de toren. Indien ge-wenst kan boven in de toren een ventilator aangebracht worden

21

ter verhoging van de capaciteit.

De droge, betrekkelijk warme, lucht boven de Sindwoestijn schept de mogelijkheid van een diepe koeling voor het water.

Een voordeel van het ontworpen koelsysteem is bet circu-leren van zacht water, waardoor eorrosie en vervuiling van ver-schillende apparatuur beperkt wordt. Tevens is dit van belang voor de stoomproductie en voor uitvoeren van bewerkingen waar-voor slechts zacht water gebruikt kan worden (zie pag.

,

'!:.

).

~j de koeling van het water zal een gedeelte hiervan ver-dampen en met de lucht afgevoerd worden. Aangezien ook het spoelwater voor het Oliverfilter eB Jle-e kee1uuabe% .ee!! àet 99₂ llQl1à'iaQ'i sas word.:'-. afgevoerd en op andere plaatsen water door verdamping of anderszins verloren gaat, zal suppletie van (zacht) zoet water noodzakelijk ~jn; hierbij wordt b.v. gedacht aan welwater.

De productie van zoet water bedraagt ten naastenbij

5

t/hr.

Het voorraadbassin moet steeds voldoende water bevatten met het oog op eventuele blussingswerkzaamheden.

~.~. Constructie-materialen.

De vloeistoffen en gassen, die in de fabriek verwerkt worden zijn uitermate corrosief, hoewel de situatie door de afwezigheid van ammoniak iets gunstiger is dan in de ammo-niak-soda-industrie.

In het algemeen kan men zeggen, dat gietijzer moet wor-den gebruikt, liefst nikkelhouwor-dend. In de gevallen waar dit constructief niet mogelijk is en voor kleinere onderdelen als kleppen en klepzittingen, zuigerplunjers, enz. kan men gebruik maken van enkele zeer goed bestendige Cr-Ni-Mo-sta-len.

Beslist noodzakelijk is de aanwezigheid in de vloeistof van SU-ionen, welke in het alkalisch milieu vorming van een beschermend laagje van ferrosulfide op de gietijzeren wanden der apparaten geven. Eventueel moet een oplosbaar sulfide worden toegevoegd (0.001 - 0.002 ton Na₂S per ton soda).

Bij het~ver-filter is ondanks de grotere gevoeligheid van dierlijk materiaal voor alkali een wollen filterdoek te prefereren boven plantaardige als katoenen- of hennepdoeken.

De laatste zwellen teveel op. Als ondersteuning van het filterdoek is een bamboe-mat zeer geschikt.

b.

Berekening van het zandfilter.

1. Theoretische beschouwing.

Aangezien kleine hoeveelheden vaste,

waardeloze stqf uit een grote hoeveelheid vloeistof

afgescheiden moeten worden, werd een zandfilter voor

de reiniging van de meervloeistof gekozen.

De geperforeerde bodem van het filter is bedekt met

grint, waarvan de grofheid naar boven toe afneemt en

waarop als filtrerend medium zand is aangebracht.

Het filter is voorzien van een leiding voor waswater,

teneinde vuil uit het filter te kunnen verwijderen, wanneer de capaciteit van het filter te veel is

teruggelopen. De wasvloeistof wordt dan van onder

naar boven door het filter geperst en wel met zodanige

snelheid, dat het zandbed een begin van opdwarrelen

der zandkorrels vertoont. Dit is een geschikte

wassnelheid, welke niet overschreden moet worden, daar

anders teveel zand met het waswater wordt meegevoerd.

De waterafvoer uit het filter wordt geregeld door

een vlottersysteem.

De capaciteit van een schoon zandfilter kan berekend worden

met behulp van de vergelijking van Darey 16), welke

geldt voor stationnaire stroming van een vloeistof

door een zandlaag

~~ngs

empirische weg gevonden is:

v= K

l!.ll

pL ...

(1.

)

Hierin stelt v de lineaire snelheid van de vloeistof,

gebaseerd op de totale oppervlakte van het zandbed,

voor, (m / sec). K= constante, de permeabiliteit,

welke afhankelijk is van de aard van het,bed, (m2 ).

-- - - -

-AP= drukverval over het zandbed, (N / m2 ).

L= de dikte van het poreuze bed in de stromings-richting, (m).

stellen we ons als vereenvoudigd physisch beeld voor,

dat het zandbed een groot aantal capillairen bevat

en passen we de formule van Hagen-Poiseuille toe,

dan krijgen we een overeenkomstige formule voor

laminaire stroming van een vloeistof door een zand bed als de formule van Darey:

v=

~

• -- ...•••• (2),

AP waarin

128d

pL

2a

N= aantal capillairen per oppervlakte-eenheid van het bed.

d= gemiddelde diameter van de capillairen.

~= een modificatiefactor voor de lengte van de capillairen

in het zandbed; immers deze capilairen zullen niet recht door het bed lopen, doch een meer of minder grillig

verloop vertonen:

1

L =o(L •••••• (2a)

L1

=

gemiddelde lengte van een capillair.

Twee nadelen van de vgl. van Darey zijn:

a. De permeabiliteit is geen constante; ze varieert

sterker naarmate de korrels grover zijn.

----~---

---.4..,..

-/4L..

grof zand

f:ijn zand

b. Er zijn geen voorspellingen omtrent het verloop van

een filtratie te doen bij gebruik van een bepaalde zandsoort, omdat de afhankelijkheid van K van een

aantal factoren, als de grootte en vorm van de

Kozeny 17) beschouwde K als een functie van de vorm en

grootte (xg) van de zanddeeltjes en de poreusiteit

van het zandbed , (E.).

, J ~,

K= K-'-f (vorm) f- (xg) f . (E.) •••••• (3).

Onder de poreusiteit,f, verstaat men het volume van de ruimten tussen deeltjes in het zandbed, gedeeld door het totale volume van het zandbed.

De gemiddelde diameter, xg, is b.v. te berekenen uit:

leg= ••••••• (4) ,

L

mi

~~3

indien de zeefanalyse van de deeltjes bekend is.

Deze formule is gebruikt door Brownell en Katz.18)

Andere methoden voor de bepaling van de gemiddelde

grootte der deeltjes zijn voorgesteld door Blake 19)

en Fancher & Lewis.20)

Door vergelijking van de formules

(1)

en

(2)

vindt

men voor K:

K= Nlt d4 . . . (5). 128«

Het totale oppervlak van de capillairen per eenheid

van oppervlak van het zandbed, Oz, is gelijk aan:

0=1 Nwd2 ••••••• (6), _{z 4 -.. ,}

zodat vgl. (5) ook geschreven kan worden in de vorm:

K= Ozd2 •••••••• (5a).

320c

Uit eerdergenoemde definitie voor € volgt, dat

-~.

-4a

zodat vgl. 5 (5a) overgaat in:

E. d2

K-

•••••••• (8).

-W

Het inwendig oppervlak van de capillairen per eenheid van oppervlak en per eenheid van lengte van het zandbed,

Oe, wordt voorgesteld door:

,

Oc=o(N~ :- (d) ••••••• (9).

Combinatie van vgl. (9) met vgl. (7) levert onderstaande

betrekking op:

~ Hangt uitsluitend af van de vorm van de capillairen

(dus ook van de vorm van de deeltjes) en kan beschouwd worden als een vorm factor.

Combineert men vgl. (8) met vgl. (10), dan

verkrijgt men:

2 .

Ki::

-.b

x(3 x constante •••••••• (11).

'ITc

I

Het gemiddeld volume per korrel bedraagt

1/6~xg3,

zodat het aantal korrels per eenheid van volume van

het zandbed, n_k, wordt gegeven door:

1 -

E

••••••••

(12).

n =

k 1/6

1'\

xg 3

Het oppervlak der korrels is bij benadering gelijk te

stellen aan het inwendig oppervlak van de capillairen:

1 -

E

.

2 6 (1

-E)

(13)

o

= x ",\xg = • • • • • • • •

Invullen van de waarde voor Oe uit vgl. (13) in

vgl. (11) levert:

a ••••••••••

(14),

waarin a een constante voorstelt.

Hoewel op bovenstaande afleiding van Kozeny zeker

critiek is uit te oefenen, blijkt de formule toch goed bruikbaar te zijn.

Vult men bovenstaande waarde van

K

uit vgl.

(14)

in de

formule van Darey in

(1),

dan ontstaat de betrekking:

5a v= 2 E. ~p x xg2 x

ra

x a x - •••••••• (la) • (1

-E.)

3

,

fL

Voor de berekening van een zandfilter moet men over

gegevens omtrent€,~en a kunnen beschikken. 21 , 22, 23, 24, 25, 26)

Brownell, Dombrowski en Dickey 27) hebben met goede

resultaten getracht een verband tussen een w

rijvings-factor en een Reynoldsgetal te vinden voor stroming van een vloeistof door een poreus bed, analoog aan het

bestaande verband voor gladde Pijpen.28)

Voor stroming van een vloeistof door een gladde pijp geldt:

f L ~2

~ Pp = . p

~

Dp

•••••••• (15),

de bekende Fanning vgl.

A Pp= drukverval over de buis (N/m2 ),

Lp= lengte van de pijp (m),

Dp= diameter van de pijp (m),

f=

dichtheid van de vloeistof (kg/m3 ),

v= lineaire snelheid van de vloeistof (m/sec),

f= dimensieloze wrijvingsfactor, welke in geometrisch

overeenkomstige gevallen slechts een funQ~ie

Voor laminaire stroming van de vloeistof geldt:

64 _{•••••• (16), waarin} f=

Re

Re het Reynoldsgetal voorstelt.

Bij invullen van deze waarde voor f gaat vgl.

(15)

over in:

32

p

LpF2 3~~v

•••••••• (17).

AP= (---}x( )=

fVD

,

Dp Dp2

Door bovengenoemde auteurs ZlJn een groot aantal

proeven verricht ter bepaling van het drukverval over

poreuze media bij doorstroming van verschillende

vloeistoffen, waarvan de snelheid gevarieerd werd.

De aard van het poreuze medium werd hierbij eveneens

gevarieerd, zodat de invloed van de poreusiteit op

dit drukverval nagegaan kon worden.

Het zal duidelijk zijn, dat bij stroming van een

vloeistof door een kolom van hetporeuze medium de

lineaire snelheid en de door de vloeistof af te leggen

weg groter zullen zijn dan voor een ledige evengrote

kolom (gladde pijp), terwijl de vrije oppervlakte,

waarover de doorstroming kan plaatsvinden, kleiner

zal zijn dan voor een ledige (evengrote) kolom.

De auteurs hebb~l nu ee~emodificeerd Reynoldsgetal

en een gemodificeerde wrijvingsfactor ingevoerd,

welke a.v. gedefiniäerd wo~den:

f

f _mod= _o -_Ff = •••••••• (18)

Remod=

fV%.!;

,.

;

FRe •••••••• (19) ,

W_{aarin Ff en FRe factoren zijn, die het verband tussen}

de wrijvingsfactor en het Reynoldsgetal toepasbaar moeten maken op de stroming door een poreus bed.

v is weer de lineaire snelheid, gebaseerd op de totale oppervlakte van het bed.

Ook hier geldt voor laminaire stroming:

64

f

=

mod Re mod

••••••• (20) •

De schrijvers hebben de factoren Ff en FRe als een functie van de poreusiteit van het bed en de bolvormig-heid van de deeltjes beschouwd en hebben aan de hand

van empirische gegevens grafieken (1gen ~ gemaakt,

waarin genoemde factoren tegen de poreusiteit,f, zijn

uitgezet met als parameterde bolvormigheid,yt.

Onder bOlvormigheid,~, van de deeltjes wordt verstaan

het oppervlak van een bol met hetzelfde volume als

een deeltje, gedeeld door het oppervlak van het deeltje.

Substitueert men de waarden voor f uit vgl. (20)en van Re uit vgl. (19) in vgl. (18), dan verkrijgt men:

xg2_FRe AP AP

---(21),

v= x = K

-32Ff

pL

fL

waarin de constante van Darsy weer nader is geïnterpreteerd.

Aangezien experimentele gegevens over laminaire en zwak turbulente stroming er op wijzen, dat de ruwheid

van de deeltjes weinig invloed op het drukverval

uitoefent, is deze invloed bij bovenstaande werkwijze

niet in rekening gebracht.

Indien de stroming sterk turbulent is verdient het aanbeveling de invloed vande ruwheid in de beschouwing

op te nemen. In het algemeen wordt het materiaal, waar

uit het poreuze bed is opgebouwd, gestort ~n verkrijgt

- - - -- -- - -

-8a

men voor eenzelfde materiaal steeds ongeveer dezelfde rangschikking der deeltjes.

Over de invloed van een variatie in de rangschikking der deeltjes op de voorgaande beschouwing zal daarom niet worden uitgewijd.

Door Ruth zijn vergelijkingen opgestèld uit welke een verband tussen de bolvormigheid en de poreusiteit volgt, doch een bevredigend re-sultaat is nog niet verkregen. Voor de karakterisering van een

zand bed moeten zowel ~ als

E

bekend zijn.

Daar het niet steeds gemakkelijk is de bolvormogheid van de deeltjes te bepalen, is door schrijvers een grafiekje geconstru-eerd, gebaseerd op experimentele gegevens, waarin een verband is

weergegeven tussen

yr

en de poreusiteit van een bed, dat uit

wil-lekeurig gerangschikte, regelmatig gevormde deeltjes, met dezelfde vorm en orde van grootte, is opgebouwd. (Grafiek no. 21). Het

grafiekje bevat drie lijnen voor achtereenvolgens los, normaal en dichtgestapelde badden.

Indien men gebruik wenst te maken van bovenstaande beschouwings-wijze voor het berekenen van een filter, is het raadzaam deze

berekening slechts dan m.b.v. de correlatie van

B.,

D.

en D. uit

te voeren, indien ze binnen het kader van het behandelde artikel valt.

Na dit overzicht omtrent zandfiltratie gegeven te hebben zal hieronder een berekening van het zandfilter ter zuivering van het meerwater volgen, gebaàeerd op de beschouwing en gegevens van laatstgenoemde auteurs.

2. Berekening van zandfilter.

De berekening van het zandfilter zal in het

\.s~elsel,

practis~chieden. Verondersteld wordt, dat het filter juist onder vloeistof, in dit geval een zout-oplossing, staat. Aangenomen wordt, dat het zandbed

L m hoog is en bestaat uit zandkorrels van 35 mesh

waarvan de gemiddelde diameter, xg= 4,2.10-4m.

De poreusiteit van het zandbed wordt op 0,45 geschat,

terwijl de temperatuur van de zoutoplossing op

o

25

C

gesteld wordt. Als drijvende kracht voor het

filtratieproces wordt de zwaartekracht gebruikt (g).

De bolvormigheid van de deeltjes is bepaald uit

grafiek (3), waarbij de waarde voor normale dichtheid van stapeling is genomen, zijnde 0,75.

Uit de grafieken (1) en (2) werd gevonden voor

FRe= 48 en Ff= 1260.

De grootheid

A P

kan na de hiervoor gemaakte

veronder-stellingen gelijk pgL gesteld worden.

Voor de viscositeit van de vloeistof bij 25°C werd

aan d

k

hand van gegevens uit de Critica1 Tables

0,0022Jm sec genomen, terwijl de dichtheid'f ' gelijk

1,15.103 kg/m3 geschat wert.

Invullen van alle genoemde waarden voor .de grootheden

ui t v gl • ( 2 0 ) ,

Xg2FRe

~g

v=( . )(_) ••••••••• (20).

32Ff )l-L

levert de volgende waarde voor v op:

(

4,2.10

-4 2

) .48.1,15.10 .9,81

3

9a

v= ---

=

0,0011 m/aec.

32.1260.0,0022

De te filtreren hoeveelheid vloeistof bedraagt

13090kg/hr = 13090 m3/sec.

I

I ~

Het benodigde oppervlak voor de filtratie van deze hoeveelheid vloeistof vindt men uit:

13090

q! = V f = ________

-=----V-

1,15.103 .3600.0,0011 = 3

Neemt men in aanmerking, dat de capaciteit van het

filter tijdens «e filtratie terugloopt, dan zal men

het oppervlak groter moeten nemen, b.v. 10 m2 •

54

-

E -I x

--0:: 0 ... 50

.!

..-z 0

....

_o 46 z :::l ~ 0:: W ~ 42 :::l z (J) 0 -' o 38 z >-w Cl: 34 3~2 \ \ .3

WITH PARAMETERS OF SPHERI

I -'

-'

'I' ,

I , , I

,

I I I I I • ---1 .4 .5 .6 .1 POROSITY, X

Fig.

19.

o

.8

o

.9 1.0

I 0 • I <Ia mi U) .8 I 1. • \ > Cl

7-.; .6 t-g DENSE a: lIJ :I:

~

.41 -

---r---l---~~~~~---~

I "<.4 "

...

21 I ~ °0 .2 .4 .6 .8 1.0 POROSITY, X

Fig.

21.

Chart for Estimating

Spher-icity,

f.

From Porosity, X.

POROSITY WITH PARAMETERS 2.4001 " ti, , , ï ,.--..;.. OF SPHERICITY F- • -Ix

~

_{o 2.0001} I_~: 1.0 " " , , I , . , I I

-

~ z 0.9 0.8 Q75

g

~ 6001 11I \ \ , -o z ::> la.. .5

~

_o 1 2001

I

\\ \ \ \ \ \ \

~

\ \

I'~

\.30

I \ 'I I

I

I

~ .25 .20 z J5 o n " \I" " " "I \ \ \l , \ 1 , \ I ' I 1 i= 8001 '<.f: ~ " 4 { ~ ~ .10 Q 0:: la.. 4001 I' ' " " " ... ... 1 \:

"Po,

I 1 0 0.20 Q30 _{0.40 0.50 0.60 Q10} POROSITY

.x

Q80 O.Sl> 1.00

Fig.

20.

:)

.,

'.-.J

,

'-.J

Bijlage 1

Bepaling van de grens, waartoe de meren kunnen worden ingedampt.

De proefjes ter bepaling van de maximale hoeveel-heid te verdampen water werden als volgt uitgevoerd: Een bepaalde gewichtshoeveelheid kunstmatig, overeen-komstig tabel 1 (pag. 2) bereide meervloeistof, werd in een kolfje onder vacuum ingedampt tot bij 25°0 een begin van kristallisatie optrad; daarbij werd achtge-slagen op de mogelijkheid van het optreden van over-verzadiging. De verdampte hoeveelheid water werd door weging bepaald. Hoewel deze proefjes ons slechts een globale indruk konden geven, werden bij duplo-bepa-lingen goed overeenstemmende waarden gevonden,

waar-van de naar beneden afgeronde gemiddelden voor de vier meren hieronder in gewichtsprocenten zijn opge-geven.

Lake Saidwaro

Lambro

35~

Lake Mchero Lake Sarewari

Muk amwar i 40% 50% JE Lake Darab Bhanwari

20%

B 1

Bij Lake Sarewari Mukamwari is indampen over het genoemde percentage waarschijnlijk verwerpelijk, zowel met het oog op het onmiddellijk neerslaan van trona bij het inleiden van 002 (zie pag. 4), als met het oog op te grote concentratie aan vast zout in het gecarbonateerde product, waardoor

gemakkelijk verstopping van de torens kan optreden.

Met behulp van deze gegevens is het opstellen der theoretische stofbalansen mogelijk geworden; voor Lake Akhero volgt hiervan een beschrijving, terwijl de stofbalansen voor de andere meren kort vermeld zullen worden.

Opstellen van de stofbalans voor Lake Akhero:

Uitgaande van ltjhr meervloeistof wordt bij indampen 0,4t jhr stoom en O,6tjhr van een bij 25°C vrijwel verzadigde oplossing verkregen.

Stof. Samenstelling van Samenstelling ria de meervloeistof. indampen. tjhr gewichtsprocenten tjhr gewichtsprocenten. NaHC0 3 0,025 2,49 0,025 4,15 Na2C03 0,099 9,93 0,099 16,55 Na2S04 0,048 4,84 0,048 8,05 NaCL 0,042 4,19 0,042 6,98 H20 0,79 '18,5 0,38 64,3

---

---

---

---

---Totaal 1,00 100,0 0,60 100,0

Bij verzadiging met 002 vindt de volgende omzetting plaats:

Na2C03 _{+ 0°2} + H20

,

_{2NaHC0 3} 0,099 t jhr + 0,041 t jhr + 0,~17tjhr -... 0,16 t jhr en ontstaat 0,64 tjhr kristal brei, welke bevat:

tjhr

_%

N_{aH00 3} 0,18 28,5 Na2C03 0,048 7,5 Na OL 0,042 6,5 H20 0,37 57,5

---

---Totaal 0,64 100,0

De hoeveelheid vast NaHC03, welke in deze brei aanwezig is, werd bepaald met behulp van gegevens van J.E.Teeple ll ) over het quaternaire stelsel NaH003 Na2S04 NaOL

Point • 236 231 239 242 ... ... ... 243 1 '2« 250 251 SnTDI mll. ....xl, - ... 10" - .. rl -1,0. :IO"e. ",C1. Solid Pbuea NaHCo. ...••... N .. SO •. I0H.O .•..••... NaCi ... NaHCo.. N .. SO •. I0H.o NaeSO •. l0H.o ...•.. N .. SO •. I0H.o ...••. NaeSO •. 10H.o ...•. N .. SO •. IOH~. NaeSO • . N~0t; Na I ... Na C •. NaC! ... Na,SO •. IOH.O, NaeS0ö.

NaHC Na.sO •. l0~% NaHCO. NaaSO .. N 0 .. NaCi . 100 h . , tel .. aJI SYSTI" XXIII-20· C. (Diagram 49) Gram. per 100 Gram. of Wat~r

NaHCO. Na.SO. NaCI Total

- - - --- -9.6 ... 9.6 ... 19.5 ... 19.5 ... 36.0 36.0 5.4 17.1 ... 22.5 ... 12.5 11.8 24.3 ... 11.7 20.4 32.1 ... 12.1 26.2 38.3 ... 13.0 29.0 42.0 ... 11.0 31.8 42.8 1.4 ... 35.8 37.2 2.1 13.2 27.8 43.1 2.0 12.5 25.8 40.3 1.7 10.8 31.4 43.9 Mols per NaHCO. - - -_20.6 ... ... 11.6 ... . .. .. . ... ... 3.0 4.5 4.3 3.6 • Point. taken from Fr~~tb. Tra,os. Royal Soc. 233A. 35 (1922).

B 3

1,000 Mol. of \Vat~r

NatSO• NatCl. Total

- - - -_{. .. ...} -20.6 24.7 . .. 24.7 2d 55.5 55.5 ... 33.3 15.8 18.2 34.0 14.8 31.4 36.2 15.3 40.4 55.7 16.5 44.7 6U 13.9 49.0 62.9 ... 55.2 58.2 16.7 42.8 64.0 15.8 ~.7 59.8 13.7 48.4 65.7

In de figuur op 'pag.la3. is op de coördinaatassen het

het aantal molen per 1000 molen water van de drie

ver-schillende zouten uitgezet. De punten die 100% NaCL, Na2S04 of NaHC03 voorstellen komen daarmee in het

on-eindige te liggen. We veranderen nu de figuur zodanig,

dat we het aantal grammen / 100 gram totaal uitzetten en trekken vervolgens een rechte lijn door het punt

hetgeen 100

%

NaHC03 voorstelt (p)en het punt,

het-welk onze bicarbonaatsuspensie voorstelt (Q) en

bepalen het snijpunt R van die lijn met het vlak dat

de meetkundige plaats is van de punten, die aan NaHC03 verzadigde oplossingen voorstellen.

De verhouding ~ geeft ons dan het percentage vast

RP

bicarbonaat in onze bicarbonaat - suspensie.

Deze constructie is in bijgaande beschrijvende meetkunde figuren uitgevoerd. Daarbij werd het vlak van aan NaHC03 verzadigde oplossingen verondersteld plat te zijn en

getekend met behulp van de punten 236, 242 en 244:

Punt grammen per lOOg oplossing.

NaHC03 Na2S04 NaCL

236 8,8

.

.

.

· .

.

242 4,4 14,0 _{• • •}

244 1,0 26,1

P 100,0

·

.

.

Q _{28,5 7,~ 6,5}

Met behulp van de verhouding ~ wordt voor Lake Akhero

RP

gevonden dat de suspensie bestaat uit: 0,17 t/hr vast bicarbonaat en 0,47 t/hr moederloog

Voor de aanwezige 0,18 tjhr NaHC03 wordt dus 0,17 tjhr afgescheiden: het theoretische rendement is dus

0:t8= 94%.

Bij verhitting ontleedt het bicarbonaat in soda, C02 en H20 en wel ontstaat:

0,11 t/hr Na2 C03

0,044 t/hr 002

0,018 tjhr H20

Tenslotte zijn de resultaten van de bovenstaande

bere-keningen hieronder samengevat met de resultaten voor de andere meren. Alle hoeveelheden zijn uitgedrukt in

t/

hr •

, , I \ ilt

y

. ! I i i i I i I i I \ -

-\

/

i \ ,\

--'-

.'-..

1

\\0.<:.\

)

/ I / ' / I

---1---

-

<

,

~

--

--

I , I I I / ! ,

i

l

---

J

I

/

I I r I

---t\ .. \\t.o~ ---~--- - - - -- - -- - - _ - - - . . : : = -...:.

---(J

\"\-... u / / / , I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ . ________ . _ _ _ _ J I !

/~\

/

~I!'\

. \ \ \

I~--l. \ \~

-I

I 1 1

\

:

n ...

u '~

)

n. .. \\( ..

o~ (~)

)

n..c.\

₍ I I ~

no..c.\

'

---_ ---__ _ .L-~~ _ _ _ . _ _ _ _ ~_

Literatuur: 1. Chem.Met.Eng.

2§,

644, 657 (1931) 2. Chem.Met.Eng.'~, 488 (1938) 3. Chem.Met.Eng. 48, 98 (1941) 4. Che~.Met.Eng.~, 138 (1945) 5. Chem.Eng.

22,

96 (1948) 6. Ind.Eng.Chem. 21, 520 (1929)

7.

Ind.Eng.Chem.

2Q,

867 (1938) 8. Ind.Eng.Chem.

2Q,

872 (1938)

9. J.E.Teep1e, ttIndustria1 Deve10pment of Sear1es Lake Bines",

A.C.S.Monograph 49, Chem.Cata1og Co,

N.Y.,

1929,

pag. 162. 10. J.E.Ricei,

11. J.E.Teep1e, 12. Harte, Baker

and PureelI,

"The pijase rule and heterogeneous equil1briatt

, pag. 466.

loc.cit. pag. 65-72, 116-119 en 154-163.

\

Ind.Eng.Chem. ~, 528 (1933)

13.

T.K.Sherwood, "Absorption and Extraction" , 1 st Edition, 1937

pag. 209. 14. 15. 16. 17. Te Pang Hou, Te Pang Hou,

H.Darey,

J.Kozeny,

.. Manufaeture of Soda", A.C.S.Monograph 65, Ohem.

Cata10g Co., N.Y., 1933.

loc.cit. pag. 113, 114.

..Les Fontaines ~Bli~"'8" Pub1iques de la Vi11e

de Dyon", Victor Delmont, Paris (1856)

nSoil Permeability", Sitzber.Akad.Wiss. Wien, 136a, 271 (1927)

18. L.E.Browne11 ttFlow of Fluids through Porous Media - Part IIt,

and D.L.Katz, Chem.Eng.Progress, ~, 537 (1947)

19. F.C.B1ake, Trans.Am. Inst. Chem.Engrs.

1!,

415 (1921-22)

20. G.H.Faneher Ind.Eng.Chem.~, 1139 (1933)

and J.A.Lewis,

21. P.C.Carman, Trans.Inst.Chem.Engrs. London

12,

150 (1937)

22. P.C.Carman, J.Soc.Chem.lnd.

22,

225 (1938) en~, 1 (1939)

23. R.R.Sul1ivan J.App1ied Phys.

11,

761 (1940)

and K.L.Hertel,

24. F.E.Bartell and J.Phys.Chem. ~, 1553 (1928)

H.J.Osterhof, 25. 26. J.Donat, D.I.Hitchcoe.k, Wasserkraft u. Wasserwitseh, 24, 225 (1929) J.Gen.Physiol.

2,

755 (1926)

I , "-.J , J H.S.Dombrowsky and C.A.Dickey, 28.

L.F.Moody,

ttPressure Drop through Porous Media",

Chem.Eng.Progress,

~,

415 (1950)