I
lbfi
J
I
I
FABlUEKSSCHElU VOOR DE BEREIDING VAN BOORZUUR. I. H. LBIJTSCHER:
11. R. A. W. VAN RIJN:
R. A. • van Rijn,
IJ!.5.
Borax uit Kernie~. Boorzuur uit Borax.
Fabrieksaehema voor 'de bereidi~ van bOo~zuur uit borax.
De te.ebniache bereiding van b.corzuur uit borax lis pas in de laatste tijd tot Gntwikkeling gekomen.
De
opkomst van bprax als grondstof voor de bereiding van boorzuur loopt/. parallel aan de ontwikkeling van de boraJl-indu.strie in de V.S., met name het Trons-proces.
.
'
.
Hier verkrijgt men immers grote hoeveelheden borax, en
~ worden gedeelte lijkt verwerkt op boorzuQr. Het
merk-waardige fei~ doet zich voor dat terwijl vroeger, toen
B8ssoliet. (H.zBO ) de bron was voor borium.verbindingeJ1, llor8lX verkregen weid «oor stoechiometrische neut~lisatie van
hoorzuur, men tegenwoordig jlilist boorzuur maak. uit borax." Vrijwel het enige bedrij~ dat zich met deze bereiding besig houdt is uiteraard de American Fotasn
&
ChemiealCO~poratioD, de exploitante van het Bearles meer, en van da :!abrie ken in. Tr.oBa •.
Da.reaetiavergelijking voor de bereiding van boorzuur
ia als volgt:
.
.
5H20 + N~B407 + 2H
Als zuur gebruikt men vrijwel uitsluitend zwavelzuur.
Men verkrijgt. dan een oplossing welke boorzuur en natriu~ ·sulfaat bevat. Om rUl te weten, hoe uit daae oplossing .. .
boorzuar af te. scheiden zonder dat
xa
SO
meekristalliaeert werd onderzocb..t of in de literatuur iits4
bekend was o.ver het ayateam boorzuur-natriwns.ulfaa'l-w:ater. Het blee.k dat in J. Tee.ple:,. Iad.ustrial Development of 8e:arles Lake brines, A.C.S.Monograpnmo.4.9:1929,
verschillende systeemen zijnQpgenomal'l welke direct verband houden met de isolatie van
zQ,llten u.it mult1a.omponent.-systeme.n, o.a. ook het qll8ternaire ~8teea N~B4~ - ~B03 - N~S04 -~O, bij vier temperature~ Dl. ao,~, 23,5, 28,5 en 350~.
Teeple zegt hier " ••..•• these fou.r diagrams represent the: c:erebrationa of a ruaarch chemist. fee,ling his way towarda a prooes8, probably cyclia, :tor the manufacture of gerse acid f'rom bora:. anel ~SQ.4.·"
Eén kringproces heeft inderiaad in dit geval een groot
oordee~ boven een niet-kring proces. ~ het eerstegevs1
borax ontstaat, afgescheiden.
Er
is dus geen verlies aan boorzuur. Wanne~r wij verder de reactievergelijking bezien:5H20 + ~B~07 + H2S04 )N~S04 + 4H3B03 ,
dan blijkt dat bij d:eze reactie water verbrtl1kt wordt, zodat indaDlp8n, met de d'aaraan verbonden apparatuur, Biet nodig is. Wel moet ervoor gezorgd worden dat wanneer borax gebruikt wordt ala B~:a4 Q7 .. l0 aq,. de tdq)eratuur bij da krist.sllisat.1e van
li~ao4 zoo' laag gehoudeoD wordt, d,at het Na2So4 met 10 mol
kristalwater kristalliseert. .
aoodoende wordt het met de borax ingebranhte water weer met he.t Jl~S04 verwijderd uit de kringloop.
Ui t de diagrammen van Teaple voor 23,5 e,D 28, 50C waarvan d& aoncentraties opgegeven waren in, grammen zout per i~o g~. water, we.rden diagrammen samengesteld. waarin werd uitgezet het gehalte aan
zout
per 100 g~. totaal;op
deze wijze werd een ruimtefiguur, eea tetralder verkregen, waarbij de drie basis-puntea de vaste zouten voorstellen (H3B03, Ia2B4Or
an B~S04) en de top water. Voor een planimetrische figuur werd deprojeetie volgens Sehreinemakers genomen, waarbij alle pantea uit het ru~tediagram verticaal op het dr1ezoutenvlak
g&-i
projecteer4 worden. Z.oo ontstond fig. 6. -,Bij de behandeling van een borax-oplossing met zwavelzuur ontstaan twee verbindingen, H
3B03 en Ia2S04~ Uit dit
mengsel zal zich bij af.koelen het eerst boorzuur afscheiden
(fi&.~l. Da afkoeling kan zoover doorgezet worden, tot de oplossing behalve aan boorzuu;r, ook aan natriwnsulfaa.t
verzadigd wordt.
Om nu Hit de aaD twee zouten verzadigde oplOSSing het natriumsulfaat alllén a~e scheiden, kan men gebruik maken een eigenschap welke uit fig. 1 blijkt.
Men ziet, dat Na2BI0016' natriwup'entaboraat (pwlt P) ,een veel grotere oplosbaarheid heeft dan hoorzullr
CR)
ofborax CD}. .
van
Wanneer dus aan aan oplossing die verzadigd is aan boorzuur een geringe hoeveelheid NaOH wordt toege-v'oegd, dan ontstaat een anversadigde oplosaing welke nog groot. hoeveelheden
penta-boraa~ kan opnemen, en welke HOg vrij ver kan worden afgekoeld, voordat natriumpentaboraa~ ä~~kristalliseert._
H&tz&lfda kan men zien in fig.
3.
Hier kan borax eenzelfda oplosbaarheidsvergrotin& teweeg brengeD.Het moe·t dus mogelijk zijn, door toevoeging van NaOR of
bor~, aan een oplossing welke verzadigd is aan boorzuur en aan natriwnsu.lfa81t, een oplossing te- verkrijgen die bij a:rkoelen alleen a2S04 praeipitee~t.
Met de. achtergebleven moederloog kan de kringloop opnieuw, worden begonnen.
Bij de~ reaQties_ wordt gebru.ik gemaakt an zwavelzuur en BaOH, twea stoffen dia in de diagrammen niet voorkomen.
Om dllS de: richting van de lijn te vindea waarlangs zich.
de brllto samenstelling beweegt, bij toevoegen van ~én van
d:HEf twee stoffen, werden de punten H2S0
4 en NaOH berekend ..
Men kan nl. de vier ~omponenten van de reactie
(H2S04 + 5~Ql . + N~B4Q7 ., 1I8l2~04 + 4~B03 zieD als een reciprook zOll~paar. Ken pllnt S op de tetralderr~bbe B~S.04 - H
3B03 dat overeenkomt met de
samenstel~ll& Na2S04 .4~B03 kan op twee wijzen opgebollwd . ' .
worden.: lll.t. N8l2:l04+ 4H,BO" doal1 ook lli1; Na2R4~ + C~S04 + ~crl Men vindt het. Pllnt Z. (~S.o4 + 5H20). op het verlengde van CS.
Y as door de vergelijking:
B..
zs:se
=
MCh2R407},:M(II2S04+5H201Z waarin M de molecllla1rg&wicf1:t_
ziJn.
Zoo werd V90r Z gevonden:
A IL---:~--X-a s Xz = -69.3. Y z
=-
+65,4.Er wordt gewerkt met loodrechte assen, omdat dit op
racllt.hoekig, millimetelZpapier eenvolldiger is. Het verband
tllssen een pllnt .-p in A ABC! Dl&t. samenstelling SI " A, b " B ell
Y as B e
%
e en de JE: y C'oordînatenis:
Xp ::. a + ~ ..
Yp
=
~t;. = 0,866025 ~.--0 l' .
. Het p~'t voor z-wavel~llur T ligt ol? ~etverl.~ci~ van de.
liJD.
w.: -
Z- zadanig dat ~Z,.ZWO = M(5H20:1 . M(H2S04,)..
De coordinaten. voor de projeetie
van T zijn dan:
y, as X~
=
-1.79.1 YT=
99. (),
-
...-. Het pllnt T ligt d~s onder ll&t
basisvak. Om het ptUl.t. Bda
te vindell werd in het zl.j'vlaJt
N~R4 07.~B03
"H20
de vierdeaomponen~ van het reciproke ste:lse~:
A 1I:;.-.. _ _ _ _ ~!"__N~B.4 07+'ZH20 ~ 2NaOIi+ 4Ji 3B03
bepaal.d.
Voor de ·proja~tie. van het p~~
a
(BsOK) werd gevonden::Ia
= ,3,0.5 Ya
= 136.2. 2,~ +~ 5".Aangezien van het systeeDl li~B4 ~ - lfa'2S04 -
1I3
B03 -H20
,
I
I" ..
verbindingslijnan dUB recht getrokken moeten worden, kan mea ~1~ d se grafieken niet met enige na~wkearigheià eijfers bepalen •.
Het bleek ea:hter dat door de AmH"ican Potash
&
Chem1cal Corporation te Trona twee patenten zijn ~itgebrach~, welke betrekkin& hebben op de bereiding van boorzuur uit bora~, met beh~lp van zwavelzuur, volgens een kringproces. in het eerste patent: U.S.Pat.a.104~009 (4.-l-l938), Ned.Octrooi 23722 (16-l-l93l} wordt borax gebruikt ..• om het boorzuur bij' de kristallisatie van. het Ba2:S0~ in oplossing te houden.;H8 2:&4. ~ + 6~:B03 7' N~0016 ... 9H20
Volgens het. tweede patent. (Amerikaans no. onbe-kend., Ned.Octroo~ ~788Q (16-8-32) kan men inp1aats van borax voor het LD oplossing houden van het boorzuur, ieder alkaliscá
lat~iuma9~ nemen dat miDder boriwa bevat dan Natriampentaboraat
(b:w. la2:R4O-r' llaiBO
a"
BaOK, Ha2.003) volgens de reacti.,10.
:'3003 + 2oai
~ B:t0016 +.. + l6H2:0Door bVl. lITaOR te gebr~ike.n. i.aplaats van borax, kanmea per kringloop volgens dit paten~ meer dan twee maal zoveel boorzuur krijgan •
. ~m tweede verbeter1n& pp het eerste· proces is het volgende: Men voegt aan de moederl.oog van de vorige c.y:cle de t.otale
benodigde hoeveelheid borax, doch slechts
'0%
van de totaal benodigde l:l9a.veelheid z.w:avelzuuf. toe.. Da zo ve-rkregen oplossing. F' die men kan opvatten a;ls eu oplossing die eenerzijds booJrsuur en natriwnsulfaat, anderzijds borax (deovermaa~} bevat - dus pentaboraat , zie bovenstaande
verge-~i1king - ia volkomen onverzadigd en bllj'ft dit selfs bij ~oeling. De oplossing bevat, onder de in het patent
a~egeven omstand igheden., omgexekend op pe·ntaboraa't., ongeveer 9Q~ van de: totale hoeveelheid bori~verbindingen als godanig~ D«~e Qplossing kt~'D eenvoudig gefiltreerd worden oa vreemde stoffen uit het borax te verwijderen; er is geen gevaar voor l.u:tkristal11s.eeren.. X'en tweede- voordeel is het volge-nde':' Bij de kristallisatie van boorzuur set zich boorzuur' af op koelbuizen e.d. in de kristallisator. Dit boorzuur is meilijk te verwijderen door oplossen in water~ De boven-baacbreven oplossing lost boorzuur sneller op dan heet water. Bovendien. heeft men geen verlies aan boOirzuur omdat het weer
in de: kringloop wordt opgenom~ V66r de kristallisatie van het boorzuID' wordt de resteerende hoeveelheid awavelz~lU"'
t.o'ge voegde
Dit
gewijzigde octrooi werd voor het fabriekssohema 'toegepas". WBact"bij NaOR werd. gebru.ik.'t om boorzuur tijdens de kristallisatie van. Natr·i.umsulfaat in oplossing te houden, en verder het aavelmuur in twee trappen werd toegevoegd. De oplossingY'
werd niiet gefiltretlx:d, omdat van zuivere· borax werd l1itgegaan.Voor ean dergelijk proces. is in het patent een getallen-voorbeeld gegeven (zi. tabel ,). Deze getallen werdea .
CJmgerekend ia grammolen, eon deze met een factor t42.82 voor
",2 ton-bor!m) vermenig\fuld.ig·d om. de fabriekscijfers te
varkrijgen 1& k&mole. (tabel 4).Vervolgenà werden deze weer in kilogrammen omgerekend (tabel 5).
•
zijn in tabel 6 omgerekend op da aoordinaten voor de
projactiefiguur. Men doet di~t door de volgend& transformatie: Wanneer een punt P in de tetraederfiguQr een samenstelling ne&.ft a% ., b1' R-, c?, C en ~ water (waarbij a + b + Cl + W IR
lOO)-dan zijn de coordinaten voor de projectiefiguur
a'
=
a +~w; b'=
b + ~w; e' = c. +-Ihw•
TevEUls zijn de X en Y ClOordinaten, die zich voor rechthoekig millimeterpapier beter lenen, hieruit berekend.
Het proces wordt nu als volg~ uitgevoerd.
, Aan de moederloog van de vorige cycl& (F) wordt de benpdigde hpeveelheid borax 10 aq toegevoegd (G), dan
401'
van de theoretisca banpdigde hoeveelheid zwavelzuur. Het,punt
F',
waarop men zodoende komt, ~mgt bignen het onver-zai"igde gebied zowel van 28.5 als van 23.~. D&z&oplossing w.ordt opg~warmd en gebruikt om de boorzuurkria-ta11isatorea te reinigen van afgezet boorzuur. Vervolgens wordt de resteeragde hoevee.lheid zwavelzuur inge'bracht,
afgekoeld op 28.5 C.,en men beweegt zion in het diagram Daar punt Á. De oplossing bayat nQ alleen boorzuur en natri~
sulfaat, en in onverzadigd aan de ee-rsta. Boorzuur krist, -all1aeext uit ~~ wordt afgescheiden, de samenstelling van de moederloog is C en ligt op de lijn 228-225. 0 ~oals uit het
diagrsDl b.lijkt zou men nog iets verder
(±
~)
kunnen afkoelen, doch door de vrijwel vertioale ligging ven de lijn 228-225zal de opbrengst aan boorzuur practisQ~ niet toenemen, terwiJl men ge,vaar loopt dat, mocht de temperatuur plaatselijk iets lager zijn dan deze- ver'laagde temperatuur, er natril1DlSulfaat
mee uitkristallisee~t. I
C
Aan de moeierloog C wordt water toegevoegd, om het water-verlie,s t.g. 'i. de reactie, aan te vullen, en tevens NaOR. Cn)
Deze hoaveelheid NaOK wordt z6 genomenbat bij de erop volgende kristallisatia van natriumsulfaat de vereiste hoeveelheid
afgescheiden kan worden zonder aopreaip:ttatie van andere zanten. De na de afsgheiding van N~'s04.,lO sct.verkregen moederloog P ia we&r
2l.5
C. en is uitgangs~loeisto~ voor de~ volgende cyole.Het proces, over~ebracht op fabrieksschaa~, is nu als volg"t.., (zie' flowshee:t):
"
Borax, kome~de uit een bunker A wordt continu en in regel-bare hoeveelheid in de reactor 1 gebracht. Hierin stroomt tevens de moederloog uit 7 en 4~ van de benodigde hoeveelheid 100% "
zwavelzuur. In deze reactor ontstaat dus oplossing F1. Deze tank is voorzien Van een aan de zijkant ingebouwde, electrisch aangedreven roerder. Eenzelfde roerder is op alle in di.t proces gebruikte tanks aangebracht. Bij reactor 1 wordt sterk geroerd om de ingebrachte borax in oplossing te brengen. Een centrifu-gaalpomp pompt uit deze reactor een deel van de vloeistof rond door een buisverwarmer, waarin de vloeistof door stoom verwarmd
'w6rdt, terug in de reac'tor.
o Op deze wijze wordt de vloeistof verw~rmd tot ongeveer 4Q O. Deze temperatuur ligt niet vast, zij moet zoo genomen
.. worden, d§t de vloeistof, wanneer zij in de kristallisator X2 komt, niet beneden 28.50 C afgekoeld is. De temperatuur mag niet
te hoog genomen worden, omdat dan de koeler aan de kristallisa-tor de vloeistof niet voldoende snel op 28.50 0 kan afkoélen.
Een schot, in reactor 1 ingebouwd, zorgt er voor, d~t de vloeistof' welke naar pomp 1 stroomt, niet zoo turbulent is, dat vaste borax meegeslee~t wordt.
Deze oplossing F wordt door pomp j naarkristallis~tor
Xl gepompt, waar afgezet boorzuur opgelost wordt. Bij de aange-geven schakeling der afsluiters wordt K1 dus gereinigd. Van Kl stroomt de vloeistof door de overloop naar pomp 2 , welke de vloeistof in reactor 2 voert. Hier wordt de rest van het
zwavel-zuur toegevoegd, zodat dus de afscheiding van boorzwavel-zuur begint. Deze vloeistof wordt dan door pomp 3 naar kristallisator Kl gepompt, waar boorzuur kristalliseert. De vier kristallisa~
toren Kl t/m K4 zijn zgn. Krystal Olassifying Oristallizers (perry p~g. 1793), en wel zonder vacuum. Vacuumkristallisatoren zijn niet te gebruiken omdat deze waterverlies geven door in- ,
dampen, hetgeen hier niet toelaatbaar is. Bovendien leveren deze
-kristallis~toren door hun werking als c1assifyer, een uniform product en tenslotte wordt hier niet gekoeld in de kristallisa-tieruimte, waardoor ~zettingen op de koeloppervlatken tooh tot een minimum beperkt blijven. De werking van deze kristallisator '
is, nu als volgt: Uit de eigenlijke kristallisatorbak wordt een deel van de heldere vloeistof via een circulatiepomp door de koeler gepompt en onderin de kristallisatorbak teruggevoerd.
De snelheid van deze stroom moet zoo groot zijn dat geen. ~ krist~llisf4tie optreedt voordat de vloeistof -in de bak'ln aanra- I king komt met andere, reeds gevormde kristallen. In de bak zelf treedt dan kristalgroei en kernvorming op. De voeding welke direct in de inll.tbuis van de circulatie-inrichting inkomt,
wordt das direct afgekoeld, verdund -met een aanzienlijke ~o~veel~
heid moederloog. Zeer fijne kristallen welke door de stroDdng i naar boven komen, verdwijnen door de overloop, en worden terUg-gevoerd naar resctor 2. De moederloog, die een temper~tuur moet 1 hebben van 28.5 0 verlaat de kristallisator uit de bodem en ,
wordt regelmatig toegevoegd aan de centrifuge 02 d.m.v. een ro-terende schoep. Deze centrifuge, een vertlc~le zelflossende zon~
der spoe1
3
nrlchting, ontvangt per uur=
5 m van een vloeistof die per m ongeveer 300 kg boorzuur bevat. De -afgecentrifugeerde boorzuur wordt men een transportband naar de droogtrommel 8 ge-bracht.De moederloog, nog verz~digd aan boorzuur en bijna aan
Na2S04 loopt in voorraadtank 5, waar NaOR wordt toegevoegd en de oplossing iets opgew~rmd wordt indien nodig zodat voor de
~18-tallisltor K3 geen natriumsulfaat uitkristalliseert. Deze kris-t~llisatie begint volgens het systeem bij
:!:
270 O. Uit tank 5 wordt Aa vloeistof naar kristallis8torrZ gepompt, bi~ normalegang van zaken direct, bij overschakelen op de reserve kristal-lisator K4 via buffertank 6.
Er zijn in totaal vier van dergelijke butfertanks in het systeem opgenomen (no's 3, 4, 6 en 7). Zij;.hebben een tweeledig doel:
1) Bij korte stilst~d van een der kristallisatoren, ver-oorzaakt door omschakeling op de reservekristallisator, kunnen zij de inkomende vloeistof opnemen, zodat de kringloop niet stagneert (no's 3 en 6, blauwe lijnen).
2} Bij~:eventueele stilstand van het bedrijf kunnen zij de
. c:,ireulerende vloeistof opnemen, zodat er geen gevaar is dat krisJ tallisatoren, centrifuges of leidingen door kristallisatie ver-stoppen (groene leidingen).
Zoo kan men reactor 1 leeg laten lopen in t~nk 7, reactor 2 tez~en met de boorzuur afleverende krist~llisator K2 in tank 4, de uitspoelende kristallisator Kl in tank 3, en de natrium-sulfaat atleverende kristallisator K3 in tank 6. Deze vier but-fertanks zijn voorzien van stoomspiralen waardoor de vloeistot op temperatuur gehouden kan worden. Uit deze tanks kannde
vloei-stof weer op de oorspronkelijke plaats teruggevoerd worden door de centrifugaalpompen 4, 5, 7 en 8.
De vloeistof welke in K~ komt, wordt daar op 23.50 0 afge-koeld, waarbij natriumsulfaat als decahydraat kristalliseert.
Dit wordt in centrifuge 03 afgescheiden en naar droogtrom-mel 9 vervoerd. De moederloog loopt uit 03 in tank 7 en begint
vandaar de kringloop opnieuw. .
De beide neerslagen van boorzuur en natriumsulfaat passee-ren een roteepassee-rende droogtrommel, waar zij luehtdroog gemaakt worden, door inblazen van warme lucht van 300 O. Zij belanden dan via transportgoten in de eindsilo's D en E. De lucht welke voor het drogen benodigd is, wordt door een exhauster aangezogen via een zakfilter 11 en een luchtvoorwar.mer 10.
Het overschakelen op een andere kristallisator.
Op het schema is door de roode getrokken lijnen de normale gang van z_ken gegeven, wanneer kristallisator Kl uitgespoeld wordt, K2 boorzuur levert, en K3 natriumsulfaat terwijl K4
schoongewassen wordt. Wanneer nu K2 zoo begroeid is met boorzuur dat de kristallis~tie ongunstig beinvloed wordt, dan moeten K 1 en K2 v§Il functie verwisselen. Men doet dit door Kl te ledigen, de boorzuur bev~ttende oplossing in Kl te laten lopen, en K2 leeg te maken.
Men laat dus in Kl geen vloeistof uit reactor 1 lopen, doch laat deze vloeistof uit reactor 1 eenvoudig door de blauwe lei-ding overlopen in buffertank 3. Uit Kl wordt door de groene bo-demleiding regelmatig vloeistof afgelaten naar pomp 2 en de
kringloop. Wanneer Kl leeg is, wordt de boorzuur beVattende loog uit 2 niet meer in K2 gelaten doch in Kl. De uitlaten van Kl worden dicht gehouden tot Kl vol is, dan wordt de centrifuge Ol aangezet en de roteerende uitlaatschoep in werking gesteld.
Onderwijl is de voeding van reactor 2, welke bij het leeg zijn van Kl ophield, vervangen door vloeistof uit buffervat 3 via pomp 4 (blauwe leiding). Wanneer K2 leeg is, wordt cent~ifu
ge 02 afgezet, de toevoerleiding erheen gesloten en vloeistof uit reactor 1 via pomp 1 ingevoerd. K2 levert pas vloeistof af
als zij tot de overloop vol is; gedurende die tijd loopt de kringloop op de voeding uit 3, 3 ontvangt geen vloeistof meer uit 1, deze gaat naar K2. Waaneer K2 vol is, wordt _pomp 2 aange-zet en reactor 2 zoo gevoed. Buffertank 3 met pomp 4 worden dan uit de kringloop genomeh.
Het overschakelen van K3 op K4 is veel eell:voudiger omda'ti _
hier het afgezette natriumsulfaat niet teruggewonnen wordt •. Men
voert de voeding dan niet in K3, doch in K4 in en ledigt K3.
Wanneer K3 leeg is, is K4 vol; dan wordt K3 afgesloten en
me
water schoongewassen en levert K4 dan natriumsulfaat aan centrl~
fuge K4.
De centrifuges Ol en 02 kunnen beide uit ieder van de kris-tallisatoren Kl en K2 gevoed worden, zulks in verband met revisie e.d. van de centrifuges. Hetzelfde geldt voor 03 en 04 t.o.v.
K3 en K4. .
Gebruik van regelinstrumenten.
Voor een proces als dit is het een eerste eis, dat de hoe-veelheden van de aan het proces deelnemende stoffen, welke per tijdseenheid toegevoegd worden, alsmede de bij de kristallisatie optredende temperaturen, nauwkeurig bekend zijn en op een bepaal-de waarbepaal-de gehoubepaal-den kunnen worbepaal-den.
Het is niet de bedoeling, het type meetinstrument te onder- _
zoeken, maar meer de plaats, waar een dergelijk toestel aange-bracht zou moeten worden.
a) FLOWMETERS. De regeling van de hoeveelheid circuleerende
vloeistof geschiedt door flow meters. Hiervan is de belangrijkete'
de flow recorder controller welke in de persleiding van pomp 8
ingebouwd is, en welke de hoeveelheid vloeistof regèlt, die naar ',
reactor 1 stroomt. Dit is de eenige plaats waar men de hoeveel-heid vloeistof per tijdseenhoeveel-heid kan instellen op een bepaalde
waarde. W§mmeer ~ldus de hoeveelheid vloeistof welke per
tijds-eenheid in reactor 1 stroomt bepaald is, liggen de andere v1oei- .
stof snelheden vast. Een Liqui&. level control op reactor 1 zorgt .;
ervoor d~t er evenveel vloeistof uit 1 weggepompt wordt als erin
komt. Een dergelijk prinCipe is verder overal gehandhaaf~. Zoo
werd bereikt d~t alle reactoren en kristallisatoren steeds vó1
zijn, echter niet over kunnen lopen. Men ziet Liquid level con-trollers aangebracht op reactoren 1, 2 en 5, buffertank 3 (niet
steeds in gebruik) en de vier krista11is~toren. Terwijl bij de
reactoren een afsluiter geopend of gesloten wordt, is bij de J
kristallisatoren de werking iets anders. Hier wordt de omwente-" _
1ingssnelheid van het roteerende doseeringsmechanisme naar de
cen-trifuges veranderd door stijgen of dalen van een vlotter in de .
kristallisatiebak. Deze verandering moet zoo geleidelijk mogelijk '
gaan, om schokken in de centrifuge te voorkomen. .
WaArschijnlijk is een variabel-e1ectrische weerstand in het circuit naar de electromotor die het schoepenrad aandrijft, de
beste ~ oplossing.
b. TEMPERATUURREGELING. Er zijn verschillende types
toege-past:
1) Aan de buisverwarmers voor reactoren 1 en 5 zijn Tempera- ,
ture Recorder Oontrollers aangebracht, die op een bepaalde waarde ingesteld, de hoeveelheid stoom naar de buisverwarmers regelen, zodat de vereiste temperatuur gehandhaafd wordt.
2) A~n de kristallis~toren zijn T.R.C.IS aangebracht, die
door regeling van de koelwaterhoeveelheid zorg dr~gen dat de
tem-peratuur zan de naar de centrifu~e lopende vloeistof de juiste i~'
d.i. 28,5 C voor Kl en K2, 23.5 C voor K3 en K4. 3) Regeling van de drooginstallat1e:
Ben T.R.C., aangebracht op de luchtinlaat naar droogtroJJDDe1 8, regelt de hoeveelheid stoom, welke naar de buisverwarmers loopt
en houdt zod4ende de temperatuur van de drooglucht op 300 O.
Vochtigheidsregul@.teurs, welke de vochtigheid van de ontw1j-'.
..
em moeten er voor zorgen" dat de ' vochtigheid van de ontwijkende.' ei .
drooglucht niet boven een bepaalde waarde stijgt.
Deze vochtigheidsregulateurs. zou men kunnen uitvoeren in de vorm van een tweetal thermometers, een met een droge, de ander me~
een natte kwikpeer. De eerste thermometer geert dus de dry bulb temperatuur, de tweede de wet bulb temperatuur. Ret verschil is een maat voor de vochtigheid van de lucht. Een dergelijk instru-ment is niet gevoelig voor temperatuurschomm~lingen.
Het drogen van boorzuur en natriumsulfaat.
Ret is de bedoeling om de afgescheiden en in de centrifuge gedeeltelijk voorgedroogde neerslagen van boorzuur en
natriumsul-f~at te ontdoen van het nog aanwezige, niet gebonden water. Dit brengt eenige moeilijkheden met zich mee.
Natriumsulfaat wordt afgescheiden ls Na2S04' 10 H20 , het 1s niet de bedoelingjdit hydraat volledig te ontwateren, doch slechts om het luchtdroog af te leveren. Boven 32.380 0 gaat BÀ2S04 10 aq over in het anhydrische zout. Wordt Na2S04 10 H20 dan ook boven 32.380 0 verwarmd, dan 'splitst het 10 mol kristalwater af, en men verkrijgt een oplOSSing van natriumsulfaat in water.
Men kan Na2S04 10 H20 dus nooit op deze wijze drogen tot an-,
hydrisch zout (Eenzelfde moeilijkheid ondervindt men ook bij Na2B407 10 ~q) vandaar de speciale ontwateringsoven). Wanneer watervrij natriumsulfaat verkregen moet worden kan men of een spe-ciale ontwateringsoven gebruiken zoals bij borax, of het natrium-sulfaat oplossen in water en boven 32.38° 0 kristalliseren. De moederloog kan weer voor een volgende portie dienen. Men verkrijgt zoo een steeds toenemende hoeveelheid moederloog die men hetzij door een deel weg te laten lopen, hetzij door indampen op peil houdt. Hoe men dit laatste doet zal afhangen van de waarde van het watervrije ~triumsulfaat.
Om dus Na2S04 10 H20 te dragen mag de temperatuur van de drooglucht dus niet boven 32.38 0 zijn, doch h 30°0.
Voor het drogen van boorzuur moet deluchttemperatuur ook laag_zijn. Hoewel de opg~ven verschillen, blijkt toch wel uit llte~atuurgegevens, dat boorzuur boven 500 0 water verliest.
4 H3B03 ----? 4 HB02 ---+
+
4 H20
Het zuur zelf heeft nog een meetbare dampspanning (boven 5000; DaaroW werd besloten, de droogtemperatuur voor boorzuur even-eens op 30 0 te houden; dit heeft als voordeel dat er nu slechts een luchtvoorw~rmer noodig ia.
Berekening van de benoodigde hoeveelheid lucht.
Het boorzuur wordt bij 28.50 C ~geventrifugeerd en komt met
+ 27~, 0 in de droogtro~el. De temperatuur van de ontwijkende lucht zal dan ook + 27 C zijn.
Het natriumsulfaat wordt bij een temperatuur van 23.~0 0 afge-centrifugeerd, zoodat wanneer ook hier een temperatuurdaling van 1.50 0 tijdens hetotransport 0ptreedt, het natriumsulfaat met een temperatuur van 22 0 ~n de droogtrommel komt.
Dê berekening van de theoretisch~ benoodigde hoeveelheid lucht valt nu in twee deelen uiteen, nl. de lucht, benoodigd om het na- I
triumsulfaat te droge~ Literatuur: Perry 1083, 103.
Het boorzuur bev~t a% vocht; de te verwijderen hoeveelheid water is dus; O.Ola x 1303 • 13.03 a kg water per uur.
150 0 • 590 F)"dan bevat deze lucht, indien verzadigd met water-dgmp: 0.01068 kg water per kg droge lucht, of
0.01068 0.01050 kg water per kg vochtige lucht.
1.01068 •
Vocmtige lucht van 590 F heeft een volume van 13.07 cub.ft/lb,~_
ot
t~:g~
in3/kg.De totale waterinhoud van deze uitgangslucht is: x i~:g~ 0.01050
=
0.01287 x kg/uur.Bij 2700 kan deze lucht bevatten: : h '
16.02 0.02298 • 0 02547 kg/uur.
x
14.13 • 1.02298
•
' .
De hoeveelheid water die deze lucht dus maximaal kan opnemen
ls dus 0.02547x-0.01287x. 0.01260 x kg/üur~ ' .
De theoretische benodigde hoevee1heid 1uoht voor het drogen
-v~ boorzuur is dan te berekenen uit:
13.03a
=
0.01260x of: x • 1034a.Voor het ~triumsulfaat vindt men op dezelfde wijze:
8.03b
=
0.0065Oy of: y=
1235b.Nemen wij voor een conservatieve schatting ~ vocht aan in de
beide neerslagen, dan is de benodigde hoevee!heid lucht:
voor het boorzuur x
=
2070 m luur en voor hetnatriumsulfaat y _ 2470 m3/uur.
Wanneer deze hoeveelheid lucht gebruikt wordt, is zij verza-digd met waterdamp bij het verlaten van de Croogtommels. ult
3ve111$
heidsoverwegi~en nemen wij een 5~ overmfiat, dus
x
=
3010m luur
eny • 3700 m~~uur.
Wanneer de droogtrommels een diameter hebben van 150 cm, dan
ls de luchtsnelheid in de trommel voor het boorzuur (~rommel 8):
3010 2
=
1700 m/uur, en in de trommel voor het natriumsulfaatt
(1.5) ,2100 m/uur. ,
Deze snelheden zijn van zeer veel be1gng, omdat voora1 het ,
boorzuur, dat in schubjes kristalliseert en zeer licht is, de
nei-ging zal vertoonen, om met de lucht aeegeblazen te worden. '. ,I, ,
De-totaal benodigde hh lucht is nu: 6710 m3/uur, op te warmen
van 150 C op 300 C. De soortelijke warmte van vochtige lucht ls
volgens Perry (pag.1083): e~= 0.238 + 0.45 H voor niet te grote
temper~tuurversoh11len. H
=
0.01068 bij 590 C dus:O~. 0.238
+
0.0048 • 0.243.-AAngezien 0 uitgedrukt is in Kcal/kg°O, wordt de totaal benoo-digde wArmt e:
6710 X 16.02 X 0.243 X 15 • 29980 Kcal/uur dat is
13.07
3.968 X 29980 • 118960 BTU/hr.
De luohtverw~rm1ng gesohiedt door een eenvoudige, met vèrz.-·
4'pestóom verhitte luchtvoorwarmer, zoals op het schema
aangege-ven. De-stoom condenseert in de pijpent iedere, slangvormig ge~egde
stoombuis heeft een eigen stoomaanvoer. Op deze wijze wordt in
ie-dere slang dezelfde temper~tuur gehandhaafd.
Kr zal nu bereken~orden, hoeveel van dergelijke slangen
ach-ter elkaar gezet moeten worden, om de lucht op de vereiste
tempera-tuur te brengen. "
De algemeene vergelijking voor de warmteoverdracht is: WArmte afgestaan door condenseerende stoom
=
door wand overgedragen warmte=
door lucht afgenomen warmteIn formule
waarin:
S
=
gewicht van de condenseerende stoom in Ibs/hr.V
=
verdampingswarmte van de stoom bij de stoomtemperatuur· .in BTU7lb.
U
=
overall warmtedoorg~s coefficient van stoom naar luchtin BTU/lb. sq ft. hr. F.
A
=
warmteoverdragend oppervlak in sq ft.~tm
=
werkzagm temperJtuurverschil tussen stoom en luchtin 0,.
L
=
hoeveelheid te verwarmen lucht in lbs/hr.Cpl • soortelijke warmte van de lucht in BTU/1b ~.
tu • uittreetemperatuur lucht in ~.
ti • intreetemperatuur lucht in ~.
In dit probleem ligt de hoeveelheid warmte, die overgedragen
moet worden, vast.~tm wordt bepaald door de temperatuur van de
stoom, terwijl A en in tweede instantie ook U bepaald worden door de eigenschappen van het toesiJel, waarin de warmteoverdracht plaat." heeft.
Allereerst zal dan uitgerekend worden de hoeveelheid stoom, d~
per uur benodigd is. Gegeven is verz.digde stoom van 2500 P,
30 lbs/sq in • + 2 atm. Deze stoom heert een latente warmte van
945 BTU/lb.
-Uit: S)(Vt
=
L X Cpl X (tu - ti)S)( 945
=
3.968 X 6710)(tg
:g~)( 0.243x
15=
,118960vindt men S : 125.9 lbs/hr. 57.7 kg per uur.
Berekening van U, A, A tm.
Voor een stationnaire strooming van warmte geldt:
A t
q • k A
d
,waarin q de hoeveelheid warmte is per tijdseenheid,· A het oppervlak
loodrecht op de warmte stroom, d de dikte van de laag waardoor de
warmte stroomt en t het temperatuurversohil over deze laag. Men
kan hiervoor sohrijven
WtlJlD
6 t ~
q
=:a-
waarin R· kl de weerstand is.Voor een warmtestroom van een vloeistof of gas door een wand naar een andere vloeistof of gas valt het
temperatuur-verval' in versohillende delen uiteen,
en wel zoals op bijgaande figuur aange-geven. Het grootste verval treedt op in
de filmlagen aan weerszijden van de _nd~_
Voor een dergelijke filmlaag definieert men:
Temp.verv~l over de filmlaag
en noemt h de
fl1mdoorgangs-coefficient. Voor bovengenoemd
..
en
Waarin Al en A2 de oppervlakken zijn loodrecht op de warmteatroom, '
-JPl de warme en aan de koude zi jde en tl en t2 de gemiddelde tem- ,
peraturen van de stoffen ~an weerszijden van de wand. Voor de geleiding door de wand geldt:
t -td
q
=
kw
Aw
cdAw •
opp.wand.wal1'in
kw
de thermi sche geleidbaarheid genoemd wordt v.an het mate-'riaal van de wand. Men kan nu deze drie formules omwerken tot:
Opgeteld, geert dit: tl-t2
=
~t
A
t
of: q •
-
-Ulia de overall doorgangscoefficient, gebaseerd op oppervlak Al; e.enzoo U2 en Uw.
Bij het gegeven probleem, de warmteoverdracht van stoom naar luoht door een metalen wand, zal men zien dat de h aan de lucht-kant veel kleiner is dan hl; het blijkt dat van de drie termen in de noemer v~ bovenstaande vergelijking de laatste term veruit de grootste is. In dit geval zal U betrokken worden op oppervlak A2 , dus:
~ At
q
= ---
A2 dA2 1;si
+
kWAW
-+
h2.. Wa@,l" het hier gaat om buizen met kan men de diameters D nemen:
~
D2
à
t
q • ---~--~----~--D 2 dD2 1 ' - + ~~ + ( DlhlkwDw
~ Luchtfilmcoefric~ent ~ : cirlelvormige doorsnede, .Voor deze grootheid leert Mc Adams (pag 229) een vergelijking, voo stroming van lucht over 10 series pijpen loodrecht op de stroom-richting: h Do
-kt 0.26 voorVoor minder dan 10 se-ries moet h vermenIg-vuldigd worden
met Pn'
welke varieert v'an
0.7---'1
h • filmcoefficient. BTU/lb.sq ft.hr.o,P.
Do • diam. buis ft. ,
kt •
thermische geleidbaarheid van de lucht. BTU/hr sq ft ~ pero •
soortelijke warmte v.d lucht bij .:f'ilmtemper~tuur. '~tp? •
visoositeit v.d. lucht bij .:f'ilmtemperatuur 1bs/.:f'~. ,Gmäx • "mêss velocity" door kleinste vrije oppervlak lbs/sq ft.hr.
\ 'M Deze formule, die het Prandtl en Reynolds get~l beva,t, kan
~
I
geschreven worden als:~
\\ h,
)(
0
Jl.:f'
)
0.666 _ ( DoG
max) -0.4~
ti 'Çï(
Cp
GmaxV-
-
0.26Pf
\('
,
:\)
~(P,J
IDe filmtemper!tuur kan men vinden uit:\
.
~ ~
0.,,\,~
/ I\if
\~ I ' t f=
t,. - ~ ~ tm 6.t 2 - At l\./
A
t m · ZS t2 o If\X
In A tI tstoom - tlucht in en~
6. t l=
tstoom - t1uoht uitdus A t 2 • 250 - 59 • 191°F en A tl == 250 - 86 • l64"F.
o
~O L 'waaruit à tm
=
150.1 F en t f · 250 -T
:I 1757 • .Bij deze temperatuur is )1 lucht
=
0.020 cpoise ;; 0.0484 1b/tt br.en Op lucht
=
0.243.°ppr
Verder is het Prandtl get~l ~ voor lucht constant: 0.74
G~~ vindt men wanneer de dimensies van de luchtverhitter gegeven
ziJn uit: '
gewichtshoeveelheid lucht per uur
Gmax • minimaal vri joppervlak
Voor de te rekening werd genoemen een kast, met afmeting loodrecht
op de stroomrichting: 22.5" hoog, 45' breed. Hierin werden twee verschillende slangen gelegd, van verschillende buisdiameter, nl 1.5- en 2.5":
Deze slangen liggen achter elkaar, afstand van slang tot
slang
=
2 X diameter. (d) u ~ - - - ltS - - - ~ ...Q
141C(
J)
.
, " L •..
-
-
-
-
-,
--"
~: - ''y!,'O!''\
~
~ I t 21.5" 1 f•
buitendiameter 2.875"•
• ~--- 45 - ----,." I . I JU I t ~~ - - - -H' ~ ,.r~~M· buitendiameter1.9ocf
'
De bu~safstand d was tn beide gevallen 2 x de diameter.
Totaal oppervlak van de doorsnede van de kast: .:'
;r;~
Oppervlak aanzicht buizen: Oppervlak aanzicht buizen: Recht (2X38+2JC31»( 2.8'75= 3960 . Recht (2X40+5x35 »)t1.900. 485 OW
bochten 3Xi1t(4.32-1.42) . 780 " bochten
%
1t
(~0.9~)
=
68 D·" ·'totaal oppervlak:· 4740 " totaal oppervlak:
Vrij oppervlak 1013-474
=
539 C" = 3.74 D , Vrij oppervlak 1013-553 4600 "
=
3 .190 1=
Per uur wordt verbruikt 6710 m3 lucht van 590 F, d.i. 6710 x 35.1 = 18130 Ibs/hr. 13.07 Gmax • 18130 3.74
=
4848 lbs/sqtt,hr.
1~0
• 5683 lbs/sqtt
.
br
Re=
=
4848 0.0484 )(0.24=
24040 Re=
Gmax Do • 5683 XO.16 • 18790P
t
0.0484 -0..4 0.26 (24040)%
-0.40,243~5683
)(0.74 • 0.26 (18790) h • 6.621 h • 8.566Voor de wand is
kw.
28 (gietijzer)wanddikte d
=
0.203"=
0.017' d=
0.145"=
0.012t zodat: dD
!
~
=
0.017 x 2.875 • 0 00065kwDw
28)( 2.672 • d D2=
0.012 Xl.900 _Yw
28 )(1. 755
-Voor Dw werd het algebr~1sch gemiddelde genomen.
0.00043
De filmcoëAfioient hl voor de stoomkant is meestal zeer groot. In Perry en Mo.Adgms vindt men voorbeelden waaruit blijkt dat hl
>
1000. i s voor vri jwel alle gevallen.De lL.l wordt dan:
1
--1-.--=---~1-
=
6. 62~+0.00065+1öoö
Ook de term voor de wand valt weg, de weerstand is geheel gecon-oentreerd in de luohtfilm.
"
Het oppervlak van een verhittingsslang is:
reoht 138 X 9.032
=
1247 0 " reoht 255 )( 5.969=
'15230 " bochten 6 'ft 2 69 •. ~.
16
16 totaal=
11.2 A' q • Ui A! .Atm=
.
364 0 " 1611 e " boohten 12'; 2.8h0.95. . 3220 " totaal 1845 Cl "=
12.80 1 q=
U~A!.Atm 118960=
6.6? XPn )( 11.2n x 150.1 118960=
8.57 >'Pn)( 12.8k>,150.1 Pn n • 10.7 Pn n=
7.2 n • 10 slangen n=
7 • .Het blijkt dus we1~ dat de op het f10wsheet aangegeven vier
sl~ngen niet vo1dbende zijn om de vereiste verwarming aan de 1uoht te geven. Bovendien wordt bij gebruik van lift pijp de kast veel korter, nl. 22.5" tegen 50" voor de 2.5" pijp.
J.H.Perry W.H.Mc.Adams W.H.Badger &
W.Ke.cabe
Li teratuur.
Ohemieal Engineers Handbook 2nd ed. 1941. Heat Transmission 2nd ed. 1942.
~endi~...!.
Op pag. 13 van het verslag is voor de filmtemperatuur, gemiddeld over alle stoomspiralen, genomen die, berekend uit de gegeven formule
t:f= t -w ~ t m ,
waarbij t het logar1thmisch gemiddelde temperatuurverschil is. De filmteffiperatuur mag zo alleen berekend worden, indien
U
2 con-stant is. Is dit niet het geval, dan moetU
voor iedere Slangberekend worden en q door grafische integratie gevonden worden (Mo. Adams, pag. 143).
Voor U? zullen nu de twee extreme waarden berekend worden, n.l.
die voor de eerste en,de laatste s~ang. 0
voor,~e eerste slang lS tlucht=
59
F'ovo~r de laatste tlucht=86 F,
terwlJl voor beide t wand = tstoom=
250
F
lS. Eerste slang tf : t opp-0,5
(topp-tlucht).=
2500- 0,5 (250- 59)
=
154
F.
Laatste slang tf=
t opp -0,5
(to~p-tlucht)=
2500 0,5 (250- 86)
=
164 F.In de formule voor h verandert nu alleen de visoositeit van de luoht f-A- •
~lucht= 0,0195 cp fA"lucht=
0,0198
cp=
0,0472
lb/ft.hr. =0,0479
lb/ft.hr.Eerste geval- verhitter met wijde buizen.
Re= 24650 Re= 24290
U2
= h=6,556
U2
= h=6,594
Tweede geval- verhitter met nauwe buizen.
Re= 19265 Re= 18985
U2= h= 8,491 U2
=
h= 8,531Hoewel dus de verkregen waarden voor U iets verschillen van de
op pag. 14 verkregen waarden, blijkt dit de uitkomst niet te be-invloeden.
.-.-.-.-.-.-.-.
.i
TABEL 1 Gegevens voor het systeem:
Na 2B407 - H3B03 - Na 2S@4 - H20 bij twee temperaturen. Punt Gr zout per 100 gr water Gr zout per 100 gr totaal Vaste Phase
215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225-226 221. 228 · 229 230 231 232 H3B0 3 Na2~407 Ba2S04 2.9 5.5 8.9 12.6 13.2 10.9 9.6 6.3 10.6 14.9 .16.2 12.1 10.6 1.4 6.2 10.4 1.9 5.4 3.7 1.7 7.0 13 .• 4 1.7 7.1 25.2 23.7 31.2 31.3 28.3 36.5 36.1 47.3 47.8 43.1 5.2 6.4 10.6 10.7 7.6 6.7 5.9 6.7 12.2 12.5 7.5 6.6 2.8 5.2 8.4 1.3 3.7 3.6 1.2 5.7 10.3 1 • 1 4.4 20.1 18.9 22.3 21.7 19.7 26.7 26.2 29.9 29.6 26.8 97.2 C10 94.8 A 79.9 B10 80.0 B10.C10 71.3 A.B10 84.2 80.9 69.4 69.9 96.4 94.1 77.3 A.D10 C10.D10 A.B10.D10 B10.C10.D10 010 A B10 72.6 B10.C10 63.4 A.B10 82.1 A.D10 77.2 C10.D10 61.8 A.B10.D10 62.2 B10.C10.D10. Punten 215 tm 223 hebben betre<kking op diagram 45, voor 23.5 oe Punten 224 tm 232 hebben betrekking op diagram 46, voor 28.5 00
Voor de kolom:"Vaste Phase"geldt:
A = ~B03 B
=
Na2S0 4 C=
Na 2B407 D=
Na2B10016 B10=
Na 2S04.10 aq C10 = Na2B 4û7.10 aq D10=
Na2B10016~0 aqEenzelfde codering is in alle tabellen toegepast.
TABEL 2 (Vervolg van Tabel 1 ) Coordinaten van de punten uit tabel 1 :
Sohreinemakera projectie Coordinaten voor loodreoht assenkruis
Punt
ii:;
B03 Na2B407 Na2S04 X=
C + ~ y=
~BV3215 32.4 35~2 32.4 51.4 28.1 216 36.8 31.6 31.6 47.4 27 .. 4 , "'; 217 .· 26 .. 6
a6.6
46.8
50.040.5
218 26.7 27.8 45.5 50.6 39 .. 4 219 30.2 23.7 46.1 46.7 39.·9 220 38.7 33 .. 3 28.0 47.3 24.3 221 37 •.1
35.4 26 .. 9 48.9 23 .. 3 222 30.7 24.5 44.8 46.9 38.8 223 30 .. 0 27.0 43.0 48.5 37.3 224 32.1 35.8 32.1 51.9 27.8 .. 225 37.2 31.4 31.4 47.1 27.2 .226 24.4 24.·4 51.2 50.0 44.3 .2.27 24.2 25.4 50 .. 4 50.6 43.7 228 27.8 21 .. 2 51.0 46.7 44.2 229 39.6 33~ 1 27.3 46.8 23 .. 6 230 38.2 36.0 25.8 48.9 22 .. 4 231 28.1 21.7 50.2 46.8 43.5 23% 27.3 25.2 47.5 49 .. 0 41.1 Aa
BIn de diagrammen wordt Boorzuur aangegeven als A, Borax als C en Natriumsulfaat als B •.
TABEL 3 Cijfers in kilogrammen.
I
H
BO :Na2B 0 OplossingF
_1_ '3 9 3 - :--~
f~§
--
L
Toegevoegd I 46.7x Oplossing A 41.5 Beerslag 3Q.3 --- -Oplossing C 11.2 Toegevoegd Oplossing D 9 - - -. Neerslag Oplossing F 9 1 • .8 1.8 27.8 100 46 .. 4 46 .. 4 I ; 0 .. 71 46.4 I 42.3X! i 27.8J
12.9 __ 110.2 ! 110 2 __ L ________ -t _ _ _ _ I I 12.3 i -! 123.6 i --- ---- -- ---! I 1-:
'66
----_-l- _ _ _ _ _ _ - l - - -_ _ _ _ _x : Beide zouten kristalliseren met 10 mol kristalwater; de hier opgegeven cijfers voor deze twee gevallen moeten dan ook ge-lezen worden als hoeveelheden zout met kristalwater.
Tabal 4 C:ijfers in Kgmolen per uur '~B03
!
Na2B 407 I R 0 Andere stoffen Ba280 4 2 Oplosaimg F 6 •. 21 0.385 8.39 235.51Als pentaboraat (I) 3.90 8 .. 39 238.98 0.385 Na2B10016
In: Borax 5.27 52.67
In: Zwavelzuur 2.27
H2
S'04Yoor Reactie aanw\II~6.21 5.65 8.39 288.18 2.27
H
2S04
Na reaotie, opi F 5.29 3.38 10 ... 66 276 .. 83
Als pentaboraat(III) 0.835 10.66 299.76 2 • .55 Na2B10016
Di: Zwavelzuur 3.38 ~S04
ioor reactie aanw(IVJ5.29 3.38 10.66 2'6,83 3.38
H
2S0
4
Na reactie, opl A 8.82 14.05 259.92 '
Uit: Boorzuur 21.08
Oplossing C 7 •. 75 14.05 259 .. 92
In:. :tiaOR en H20 29.42 0.77 NaOR
..,
. Voor reactie aanw (V) 7.75 14.05 2'89.53 0.77 NaOa
~ Na reaotie, opl D ' 6.21 0.385 14.05 292.03
Als pentaboraat(Vl) 3.90 14 .. 05 295.20 I 0.385 Na2B10016
Uit: Ha2S04.·10 aq .. 5.65 56.52
Oplossing F 6 .. 21 0.385 8.39 235.51
Rij het proces optredende reacties:
lia2B4007 + 6 ~B03 ~ Na2B10016 Reaotie VI en 1 0.385 + 2.31 ~ 0.385 111 . 2.55 + 15.29 - - - - 7 ' 2 .. 55 +
9
H20 + 3.47 +- 22.93 Reactie 11IV
Reactie V Na2B407
+ ~S04 2.27 + 2 •. 27 3.38 + 3.38 +5 ~O -;. Na2SO 4 + 11.35-2.27 + 16.90 ~ 3.38 4 H3B03 + 2 NaOR ~Na2B~07 + 7 H20 1.54 + 0.77 ~ 0.385 + 2.70 +4
H3B03 + 9.08 + 13.52..
!'
...
.,
I TABEL
5
Cijfers in Kilogrammen per ~ar. I H2B02 __ 'Na2B407 ! Ba2S04 ' H20 Andere stQffell
- - -' -.----. ---~---t-
----Oplo_saing j' 384.0 77 • 6 i 11 92 • 3 4242.9
Als pentaboraat (I)' 241.0 i 1192.3 4305.4 158.1 lIa2B10016
In:. Borax 1060.1 948.9
In: Zwavalzuur 222.6 H
2S04
loor reactie aanw(Il)384.0 1137.7 1192.3 5191.8 222.6 H2S0
4 Ba reactie, opl~'
!
945.3i
680 .. 9 1514.7 4987.4 Als pentaboraa~(IIl) I 168.1 1514.7 5400 .. 5 1045.1 N82B10016 In:. ZW8ivelzu.u.r 331.8 H 2SO. ;Voor reactie aanw(I~)945.3 i 680.9 1514.7 4987.4 331 .. 8 H2S0
4
Na reactie, opl
A
i 1782.1i
1995.2 4682.7Uit: Boorzl1llr i 1302.8! ,
op~osaing
a
479 .. 3 j 1995.2 4682.7In: NaOH en ~O I 530.0 30.8 NaOH
I i
loor reactie aanw(T( 479.3 i . 1995.2 . 5212.7 30.8
NaOH
Ha reactie,opl D ! 384.0
i
77.6 1995 .. 2 5261.3 IAls pentaboraat(VI)
i
241.0 ;1995 .. 2 5318.2 158.1 Na2B10016I I
Uit: 5a2804.10 aq. ~ _ ;
, i 802.9 . 1018.4 , Oplossing F _~! ! ! i i 384.0 1 77.6
!
1192.3 : , 4242.9 Bij het proces optredende reacties:Na 2B407 + 6 ~B03 ~ Na2B10016 + 9 H20 Reactie
VI
en I l i l Reactie 11 IV Reactie V 77.6 + 143.0 I ;> 158.1 + 62.5 512.8 + 945.3 ~1045.1 ... 413.1 B~B407 + H2S04 + 5 H20 ~Na2S04+4 H3B03 456.8 + 222.6 + 204 .. 4 ~ 322.4+ 561.3 680.9 + 331.8 + 304. 7 ~480 .. 5+ 836.8 4 H3B03 + 2 NsOH ---?Ns 2B 407 + 1 H20 95.3 + 30.8 "77.6 + 48.6TABEL 6 Vaste punten in het q~aternaire diagram.
A
n B
W
B03 Na 2B4
07
iNa2S0, ~O . Totaal Qp10ssing F ••••••••• kg 384.077.6 1192.3 4242.9 5896.8%
6.5~
+ Borax = G ••••~
•• kg 1384.0 •,
.
...
.
. .
~ ~ I 4.8 ; kg!
945.3%
I
11.6 kg :1782.1 1%
'
21.2 kg , 479.3 1%
i 6.7 1.3 20.2 1137 • 7 1192 .. 3 14.4 15.1 72.0 100.0 5191.8 ·7905.8 65.7 100.0 680.9 1514.7 4987.4 :8128.2 8.4 18.6 61.4 100.0 1995.2 4682.7 8460.0 23.5 ! 55.4 : 100.0 I , I , ,1995.2 14682.7 17157.2 • Cl + H20=
U' ... .: .. kg I 479.3%
t 6.3 27.9 11995.2 25.9 1 65.4 ' 100.0 11 5212.7!
7687.2 ! 1< ' I I I 67 • 8I
1 00. 0 Icr'
+ NaOH=
D ... kg ! 384. 0 77.6 "f 1995.2 5261.3 ! 7718.1 i dl I 7V 5.0 1.0 68.2I
100.0 D - Na 2S04.10 aq = F kgi
384.0 77.6%
6.5 1.3 25.8I
j 11 92.3 4242.9 15896.8 20.2I
72.0I
100.0 1Voor de berekening der coordinaten werden gebruikt de
forlll~les: As= %A + 1/3
%
water B~= ~B + 1/3%
water Cs=
%C + 1/3%
waterx
=C
+ 1/2B
Y = 1/2 B 3=
0.866025 BV~Ivolg vin Tlbel 6 , Aa C, Bs s_ X = C + ~ y = ~ 3 Punt 30 .. 5 i 25 •. 3 44 .. 2 47.4 38.3 F I 26 •. 7 I i36.3 37 .. 0 54.8 32.0 G 32.1 '28.8 39.1 48.4 33.9 F'
39 ..
6 18 .. 4 42.039.4
36.4
28.5 :, 21 8.
:49.7 46.7 43.0c
..
l<-j I I ~8.9 22.6 48.5 ! 46.-9 42.0 C' i I ! 27.7 23.7 48.6 48.0i
42.1 D I I I 30.5 25.3 44 .. 2 47.4 38.3 F r~ ...-TABEL 7
Moleculairgewichten van de bij het proces voorkomende stoffen
Na2S04 • • • • 142.06 ~a2S04.10 H2O. • 322.22 Na2B407 • • • • 201.28 Na 2B40 7•· 10 H20 • 381.44 Na2B10016 • • • 410.20 Na2B10016.10 H20 590.34 NaB02 • •
•
.
• 65.82 H2S0
4 • • • • 98 .. 08 H3B03
• •..
..
61.84 NaOK •..
..
40.01 H2·O • • •..
18.02Materiaalbalansen over het proces Cijfers in Kgmolen / uur
Water IN UIT
Via Borax.10 aq ••• 52 .. 67 Uit Na8H - H20 ... 0 .. 77 Ingebracht water •• 29.42
.' Verbruikt voor de vorming van
Boorzuur: 5/4 x hh H3B03 •••• 26.34 I . Via
Na
2S04 .. 10H
20 ... 56.52 82.86 i 82.86 . -- .. -- . . - -_._---,---Borium IN ! UIT _ V~~ __ Na_2B407 • 10 aq~_~ .~8 ______ ~ _~~~_ ~~orz~ur ••••••••••••••••• S.ulfaat IN i UIT 21.07 , Via H 2S04 1 e dosis 2,27!
Via Na'2S0 4.10 H20 ••••••••••• 2e dosis 3 .. 38i
5.65 _5.~_2 ____ ~---:;.5~ • ...;65~ Batrium IN UIT Via borax 2x 5.27=10.54 Via NaOH ••••••••••• 0.77 11.31 i-
·---r---
11.34>,
Toelichting bij het fabrieksschema: Bereiding van Boorzuur uit Borax
Rode lijnen geven de normale gang van zaken weer, rode gestippelde
lijnen worden gevolgd wanner de functies van de kristalisatoren K1 en K2 enerzijds en K3 en K4 anderzijds verwisseld worden. Blauwe lijnen worden gebruikt bij het omschakelen van K1 op K2 en
van
K3
op K4.Groene lijnen zijn leegloopleidingen welke gebruikt worden wanneer een van de reactoren of kristallisatoren geleegd moet worden, b.v. tengevolge van een bedrijfsstistand.
Bruine lijnen zijn verbindingslijnen tussen onderdelen van regelinstrumenten.
Zwarte lijnen zijn water- of stoomleidingen. Inhoud van verschillende kristallisatoren
Reactor 1 Reactor 2
Kristallisatoren K1, K2, K3, K4. Buffertanks 3,4,5,6,7.
i • t-:-' 1 L. __ • I r I . L __ . __ . ... ______ _ ,
t·
:~:t t ~---..,-r-L_t
~I .; ••• t . ' .--.
1 . '--r--- '"'-- ... I. !'i
_.J,. _ .... 1 _ I - j .. i ·1--+
- - -".~'---~---...--.----..,----... """"-"'-~~-~':I"""::'"--~"-' , • I . j...
-... '.-l Z . ~ y. Ç> Ç> () ~ ~o.o 8'..6 8 (;> 100 0 C 3'1. 6 1~·1( /3.6 H, 45'·6 S-O.O S/{.3 HL-n,
-/l.g, 1 99.0 T 0 -~.3 tS'l( z. • 111.2,. 330.S 1($'.1{ 'I(: 9/.6 5'0. 0 2ó'.g W 0 18.t. 3J.& .s 31.'( . 60.8 33.3 <\'--
I
-
'
-
...,~.-
--- -~...;;..---- I " __ L._~ . . !-·--f
. , N ... ~Ó~ . N-,,1J,OI N~ 8~Oj' 10 H,.,.°
~
AlqiLS~ . /0 rl.t 0 ., Hi. SO~ 1f~$O~ +lrtf!l.O (~~ M2-T) Na. OH I I H2,O/Ut.q"~,, •• .{. """"'" <k ~e4e ~ ?! e..,.
t-~. -w-cn ol.. ~cJ.s; -w..c...72: I
I
I J. I i -1 ;~ ! ~ H Q IJl • I I\) CD I .... ;-.--t ~ __ -- - - " " " --"'--Na= H. ---300 ' o X. a...•
Schematische Voorstellin~ van het krin~proces . voor de bereidin~ van Raarzuur uit Borax
vol~ens Ned. Oct~ooi ?7880 t.n.v.
American Potash & Chemic~l Corp. te Trona,U.S.A.
Fig.7
De Letters zijn de codeletters voor de oplos~in~en in kwestie, Zie Tabellen 4,5,en
6.
23}YoC. HlSO,;
..:t:
N4 SO . IOC).'} ~~.
/.
.,.,. 1,1/ I /0 Cf' Na4 . SO7 }, .e... SS.gZ
H:z. O. . 2. ~ . ~: ' fJ 8 FIG 2.r --"
s
't"f<
~~
ok~~.,"..J
. ",."~
"""'--4k~,
ol.,..k~_
-?
"'-<~
04
~0..4,04.
-ua-...~~. --.k~
~,
fVQ~
<Ö'" cJ':f + H,t. So~
+~
H2. éJ -7'fH3 80.3 +fIIQ.~
s0-S-f...~~'r'"'
,
,,:,,, ~
~
,
"'..R-%
~~--....
~o..f->~.
~-2&~: '40.. 'Pu n l:- N .N-O .J) N<>-OH· H:J..0 Na:!.. O. B203 · Lt H:J.. 0 } ~..-..-.I; N<l.2. O. "8",0.3 .8 Hz 0 Nq1. O. :1.1\C>3 . /0 H:J.. 0 ~ ... ...I: l' 13 Nq:J..0.S'B,.C3-loH2.0 ~...e-... __ I: '8.2. 03 - 3 H:J..o
~d..' n.. ~, ~~ o.a....- NQOH + ~- z.o~
"l'l'L or.€· ~cL.:.r Cl.Q...- Na. BoL ,:<" Hz.. 0 + vzv.,):--:zouJ..-· ( J o~. ~~ ~ tJa. BO .... 4 Hz-0 +~-2 0 0
-oL ope. ~cL o...a.-. Nqz.. Bl(0l' loH:J..o +~-:z~
~ apR, -v<->v;;l.o...~ ~ Na..2 'Bt 0 Cic; , {O Hz-
°
+ \J<:.i..d.-2.00-. .f:, . C'~. ~d.. a..a... H3 B03 -+ ~ z&U.Á--. Na:l.. 0 - B.z. 03 - H2. O. 30°C. ft. ~ .~.~.~ . .ro-38-(19°6) FIG 1. v~ \ ( :z {; YI4.i " 823. jOe.
•
:J
_ fJa.t,SQJy' /0"'1 .4.c.vo.k 44./
%
Afa2..S()~ -(...0... !iS'.g % Hl. O.NQJ.8~o1' /0<>i- ~ ~-.'l..'1% Nal.6'f07 ... 't7·3% H~o.
~ol ~ ~a.akr~
FIG 4.
8 o{..e. NUUl.~ Nail. ~'10I"(O~ +\r<lAk~.
C ~ . .".vv;z. o..~ Na.il. S0.l(' 1°"",, -+ ~ ~
J:) ~ ~. "'""'- Na;L &. ()~ . r o"'} ~ O-Q... ivo., SOJ( . I o~ + ~ 20u.U:v...
~.
'Di.Q..~ J.j 5"
23 5"
oe.
7Na.:, 610 o'G' 10 H:Y ~a.L; 31.f, I
Z
~)t I 62)9 "t, ~J e... 3.0 t MJ~'Wal el( Of' 10 Hl. 0 ~"...t. $ a;
7
Z.e...
11
.a.... ft 7, 3 % -waJ&;.,..·~aL : R~~
8 ope..~. Gl.a.- tJO,J. 6'101-' 10"1- + v<t<J;~.
C ~~ .. o..",-,- HJ80 3 +1f'Q..d...I:~.
D ~ "'"-!1. o..a... ~ ... gf"OI6.IO",", -+ ~~_.
é ~.~. a. ... NC(z.6~o1.IO~~Q.o-N ... g,,,O(,.,o.., -+ vCl.4-ti 2.o~
F~.~. "'''- (l/QL8.oot6./o.,.c...a..~HJBo3 '1'~~
~ ~ NQ.,L ey 01--+-~ WQ. .. B.o 0/(, '/0""'f ... \r'Q.o I: Ho! SOa .
1-1 vu.o..I: (l/Q18~Ol ... ~ Wa .. 8'0°11,. ro~ + ~ Na..6.,0l' (0 ""i-.
I
,. "I
11 .. .-. I.
21 ~" . 39,
"0
~1. tIl( -_. - - - 4 - - - r '\
I\
I{b I(B I r-f .-.
--; \ \ 50---,-
I' T 1._ 11'1-, -, . t ~ . ! ,. i ! I --~ - '---~!--..
-i--.~ _.: ~~~ 1 • tl
., , ~ .... -} 'I , t I' i_,"
I I t_ 1 ,I , I i ( .. i. ., 5"1( , ~ '" v ,M!.RCUI'tIU''', W'VEE'"•
"
• I IL
nn--l ... l"11'" "'PA f)Y".drrc:,,},p-1rlr:")"Y1 ';'1'"' '~""'r;··-r"·",,·, .... lr~l'îrl~ "''';Y1~rl'llpT' p'Y\ """"+:r:lf7."t+~'Yl.~~n
enfllr7,i~os ",n 'hn"''''''+'' ... ~r''++eY'r'", v!"t"'r"''''' ",..,n"!'I"7j ~rl<;.
<I • C;:·,~~-('-u .~ , TT- ,"T' , nf' 'honr7- -. -.'·"r - (:7 , ' ) r-(' 1 î. - "'Rn 'T)·i~,'""" -. '7,,4 v"'r M;r>e>r"'''l à"t vonr
-",' ;-., T+',l'::': ~rrns(,f'''''A: :":~V0"';dnl1 ,"orr'+ '11 0" !l~n;:1o ... ;n """n ,,,,Hr"'n~,,,
", éh"r 1lf'0'I"7.P,t ';, +- à~ "'econc1l"!'Si-'~rr1", ,-()~r7""r'h""nl",.,rl", """ r~".., .. ,, ~~"'''''.
fl",l- vp"'s('h~,l.lFl::c1r 1,,,,t"''''ro'1'''en (fllr"~roleT1î l~,·,nren hor:r?:"'T. 1"J:it v-m~:
vroe"",r - r+/-.~ 100 ()\ ri", 1--""-"n~'I";~"t--stP, "r"-'--' "(ro-,--, "0"'r7,""r ,.r> 1-·t')rQY
\ , ...
,r()'"'r 1t;11r::~<":'I. ~ hor'"')'" vrprrl. "Tcr''''j'o~'~l' nn,.., ... Ylp .... +r<")'; f)n+; f.-'" ...--.""'" n- 1-f)-""',...7'''''r
~~+ rtR s~n~nh4n~~+rische ~npvn~l~qid ~~+ronlc"~ nf S0~n 4-,--, d~ ~4tt~,
~.vo]~d nO"'T eAn l~n-~·~p ~r~st"l"s"tin •
.;::. T,~ de nflt"'_ r '..r"""A~ Afzet.~~i"c·p)" ~""'."'r '",n "OT?:' 0"ld.':Jr cl" ""'1""-'--' 'f'T"'.;;.TJ 'iJa 1:) ()'7.10 ftr.. (r;<J1Horn';;;, Ti~p+) p,l;-':':;lü~I"';T -:'Ja P/),,_/L '\q. ((·",lifl)rni~.
;re~ 4;i '1kal "be"\T"t. 1TlF\"'st8.1 ie-ts c1o'_orirlp A"1 Sl'lf3.8_t, 'naast. ?:".nd on klei .
en wordt ,.,.,.z,,4v"lrë door oj)lOSêpn i"'. 1I,-qter Ar> ",,~lrrjste.liseren.
Kerniet cf RASOl,L~T, 0"r8+ ;'1 nA ;0r?'::+;", U;d (1925) ontdelrt Ln ("'Tn
, . v
S')'mty, .";'115 fornië, i s op het oGenblik een ven ~I": l)elo.;-,i':rijkste [rond
-stoffen V00~ ~R 'h~reidinr "\Ton "orax en to"'rzuur. VolfAns Rar.ertson (14)
lavArt rl~ noron ('n. wP,"-:e j-ern;,.+ ,.",.,.v.rAr1,,+, t')~ ')or""x, de h""lf't Vt'IT1 d"1
wl'lr~ 1 dn"'od,'c+;i.~: (>,... ",.,.t yorrl,..,.t')T) + ... has ;;rAK-en Tro""~ -nroces f-.:i jn" de rest..
\.1; hebhe'lp f"o"n "1""' "se 1nmreY' Yi,.,rie~, vp_n kerT1~ t'lt "'1"1 v;,oten d"s
n. iot VI"11r h; ~""I')n;' 8"" (; r.rl"ien "~-:"-W" 7 i",. \ he i~ .~ i ner" ft 1 '1.-. ,",r" t.. De 11'0 "'1'; +.""
~,.."hr'; ~\TArc:; ~~,,~. "r-'p\-n7~1 001'1 :~r>l""1' 7, (F,):) s~-:r~j··F3"" "t ... 1'1 ~en T-"'I;Ylp,r'""'l."' "fT ... ."
"p.'\"r>p.n+. ir)'t1p' ::,"r;+.:,11 e1"1 h~+: '-'Y'-1t 0::" vo-:-r ç1n.t h'~rn;p,t 5nd"rç1~"r1 ~r"1.1rf')Y~l'ln
Z'li_ve"'J_ _ TT", 'A ;::r Tl !) l '7 .l, l . "" na. i~ --" . , Tfe+ .,..,i·"'''r'''·' ' - -' (1"- " + "'i,,'I-, 0n - " ~p!r ''--''';; "' .. ._ ri~",,!
r'lj .. ,..,+-... '1.-. .... 'ri...;(1+ 1ry",-,?OO ,.,~; v--0rrl+ ~pt f'l"'n Yrj~ f"r0t; ... 1o"''''" ... ~''I'!:ir 1)'"' .. ;
,.,V'I 1_po~ ver';"It~~n:r(l ': t.ot ,..., .. Cr) ,) ''1"",t),"j()"n'''-p~ A"n '-dr.Z";1r~rri .. i"fl"'l .... ; ",." .,T~r"\m~rl ... .;." ... zie verc1ero:;,.
". ~a.l(li'Jmrorl'lten en (;,,:,l~';"'l-n8.tri"rn-horaten 7.i-in er verschillende, n.l. !;0LTi}'A?rIET, 2C:aO.'3T:')0'J.l)t~').1) ::::et /.()" -'/ ' , 'tTt)"Ir1{-o""'end ;n de F.S •. 'l..
(Deatr 1T .. ll",:r): T-Ll~~':I:~'I' of')";)0Rf'\;;<\'1'T-u,r;F,cmT 2dao.lITa~Oe5E~0'3.1f-:r{\
m~~, ~?:~~ ~ 03, vo~~ko~end" :i.n ~e T.!.S;~~.~ rr.aar vo.0~al J.n Ch1l1;
PdhDEI-CI.J of "lObl.CJ,...,T 5 ,aO.(-Jp?O,._, :2 ' met UL 2()3' dat in
Tur~re
bijPanderma Eevondp.n. wordt.
Deze mineralen zijn vrijweJ steeös vl"n ve~l rell'nfr ,,;ewei'1st voor
de bereid:inp' van borax en boorzuur en pas in de laptst", vi.4f+::ien
2
B:r!'lnzi;in zij door de o:!lkon'st v~n l'erniet en ret rron"l. nroces V'ln l,.~'n V00r
-aansts_nnde nlaa.ts verdronr:en. De 6uropeso borill.J1behoefte werd vroe~er
::edekt do')r de hereidinf in ""-;"r0p<t pit; in""~"o~rè ertR,
,m'
.•
0oJ~""f-\.niet (I,).\';.j noenen hier ook noC'; de l11H~nesi ".Tll'Joraten, 'rTJe+ n"'''19 S1"\.S8]i'T1RTIET
(00"t-- w~l SZA'rPEI,JET :::enaamd (1)) 6Tl,:>;6.8B
201e!:gC12, dat in D"itslend in
Stassfurt r:evonden wordt, doch nj At neer 01'> r-0rax venferkt wordt, ,vaar
-schi~nli.jk door de vele ".; ~T~enp"se 1 on ~ Yflrrler ASI'P'.'Ji'Ië:r i')H:O. 3n 2C'
l e2T-1'2 0 ,
rlAt 'n R" slAl"d "'evonden vrordt; en het ond8rvrerp is van vele 11~e1'We H"sR'Ïsche
pa tenten (1 IS)_
![""Aquí, ninfas del sur, venid ligera" : voces poéticas virreinales", Madrid-Frankfurt 2008 : [recenzja]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)