Fabrieksschema bereiding van fluor

~tZ.lS~

r../.I.

dL<.

k

~

-( - - - _ . _ - - - " - - - _ . _

..

_-~---...::iT;:s-~~--~~~·-~7

7=

cûZ.

~#=.---.-.J. ~ _CU~~-k~_1IVV? ..

IIE

___________ _

_ _

~.

..-__ .-.. _ _ _ _ _ _

... ===--=:;:::;:;;;;oa----.-,

...:~

\

----7;o,e--~-'U(fl-/~-'.t.ek-~--~~.

... .... . .

--...

---~-~~_:~~- itcf:e,.;::~<4ef., 'Wl()cá'-:Z~:'A_'

_

_ _

~ctl.-ot~--~~~-~-~-~-~

,/ __

~ee.a

__ __ ...

_'-""V""" ..

-~-~"d-p-~Z&:r(U;(~:-cJec(e.,_t?4~.

_:Z __ .

~~de40...tl·- t~

---~~-~~.~

-!JeJ;;(Ç4.~-~,_.~--t-/E-e~-,(Z?'~~-,;n..,e-___

i~_~_C~~_~_~

M~::::':;-~'

-_o«.tu'-~'-~r-j1e-C{h~~-

-

1 - - ' - - - . - ,

----~c«-cJ:eh,-~Çc4-t&.-~-~--~-J1~-

~~_.-~----_._~~:&~s~e(k~

..

-~--

__________ , ___ .. ______ .. ______ _

_

Z>._~2d ~

cá .

~:_--~~--

..

-~d

.' -- -- -- -- -- '

16'~-/I;J/lIZ~r--- ---~-

' - - -

--~- ~-~

---,

.~~_~~~._~~&_(X::

q7'7'0)'-~-~'o4r

-_k_~_~--~~;o

,-o(,i.<_~J/_~_i_h_~~_I-IEt?';' ~9'?

9)'

Oá-zt_~~~!C..~~,-c«-çg~d ~~tL_;~,

._ctÇcJ-'JJ:--~--

--.---- -

-~-7

.-. - --- .-

---'--.-~

,

_ _ _

~--Olie-~~..J:~--ct.e-~~'s~ ~~~09--

tÁ?

____

~

__

ctá_~___&-.-.

.

' .

______ . _______ ._

. ____

c2~_, Ç(e_~~~_~~ea.?~~~_.~_~_~r_

"te_.,f"~ _~_.~_i~~~-,-~~z: _e?_~_o(.e __

4-_ 4-_

-&e?-~.~~--s~-~-~-~.~7f~~cn.-t'-I..Vl-0-~-c<e.

_

~~~~d_?Çt.~..

'h,

~~_~-_~~~-~r-~/l- __ ._

o/O-kt-~iY-ÇÛ--~-c«L·§-.D"-fJf;7~~~-4?--~­

---ke,t-~o--=--t..'1~sp~-M7---·--·-~-~··-~-~·---- .. -- ..

- - - -

V~ua-.~-~-~eie!!:~-~-i7"~ I-~~~

. . .. ---?Ck-=-O,

"0--

~-~cá'-f!/}

__

17,-7~;k-_~.r

~-W~,,-~~-~-~ ~-W~,,-~~-~-~.- ~-W~,,-~~-~-~--~7_4~ec..e-...rch.o-I'do

--~-ç:vuo"-1-<?~d-~~-~d_7~- é-~~

...

= ..

(.1,

..16/,._a~,

2.v7.-t_fVl_~<_--.!;j'LZ_~

E..

~_y?~ç:(_~~_

..

_Qt7]/? ___ _ -.1

_ _

--'--!..-~__L~eé'o_ ~~-Ç(q-~~;Jt.J'.S'~d...-~---~-_te

..

~ ~ ~aA.:t- e(,~_~~._. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ..

_- ____ ita

7~-~-4ct-kdeL~~-L<

~_4a_t"~

_

_ ._ .. 'V-a.-. - ~~-- Ç(.,~ . . ~-k~d....-J1~-J.~-ee--.-~1;~­

______

-6~~-IV.

-""7CCWf--~,,--~-h.u--M-2r..~-d?7-Z~-~t--... N_hç(a.e.c4t

_~c:t.i,_._ /(;-~-~ -c;;I.a~ç(--~-~-t::!-~Ql-­

. _ '1NtI1ç.á':,/.

ct.V3/1_~_~~_t- C~~)--~-~-a.a...,-~

..

I

-____ kdeL

.

kaeL __

...

-~

~~.

..

-CAA.v1-·7/~

't'd~o{R

.. -

.~---~.

..

~~-(~/~J

~~_~.

__

~.--t:>Uc.. -~f-~~

e-.

~ ~

c.q .

.. ,).-

..

.

_

Vrv....

_~

.

~cJrvu:..(;(.cJ'~ ~ _t..v~~c;ec-:ea-....r

__

~_dR_?~ ,~

I __

te

ct..e-._

~/"e"..,,_~

.h..

W_M:.~z:::-/V_'7';;;-'-1-

---~cU'-7"~Mf-j7L~V:-.

--,.- - ..

_lJ

z

1_.-.

~

... __ -_

r_~~

.... -

'-?='-~-P-'---(?1J1~'-"

'"

----"----~~

---~--- ---~--- ---~--- ---~--- ---~--- _ . _ ---~--- ---~--- --, - - - - -_ .. _._---_._-~-

-- -- -- --

._-_

.. -' -... - - - _ . - - - _ ... -- '

-TOELICHTING OP HET FABRIEKSSCHEMA

BETREFFENDE DE BEREIDING

V~

FLUOR

!

KEU~_Y~!'L~~!:!9.Q~§~N;

A;Bereiding van ~ll!Q!:~~

Voor de bereiding van fluor is de elec"{;rolyse van i'.luorwa"Gerstof,

I~

.

')

opgelost in gesmolten kaliumfluoride,de a1:mgewez~n methode;Ditpproces ~\(,..

kan in beginsel op drie wijzen uitgevoerd-wordé~,n.l;bij:

a.Lage temperatuur(kamertemperatuur of lager) • .

Wanneer men een oplossing neemt van kaliumfluoride in een grote

overm~Qt fluorwaterstof,heeft men een electrolyt v~n voldoende

geleià-ba~rheid om de electrolyse met succes uit te voeren.Het is moeilijk een in dit milieu niet corroderende anode te vinden. Verder is het

dui-delijk,dat het bij deze uitvoeringswijze nodig i~ de cel te koelen,

eventueel zelfs tot zeer lage temperatuur(Moissan ging tot -15C)om de dampdruk van fluorwaterstof laag te houden.

b.Hoge temperatuur~boven 200°C)

MMen kan fluor bereiden door de electrolyse van een smelt van KF.HF

(ka11umbifluoride)m~t bij 200°C of hoger.Bij deze vrij hoge temperatuur

zou een stalen electrolyse-vat te sterk gecorrodeerd' worden~zodat men

tot gebruik van de veel duurdere constructie-materialen koper of monel' zou moeten overgaan. Als anode-materiaal zijn zowel nikkel als koolstof bruikbaar.

c.Iets verhoogde temperatuur(ong.IOO°C)

Door de electrolyse uit te voeren in een smelt van ong.2 molHF op I mol KF,waarvan het smeltpunt in de buurt van 100°C ligt,ishet mogelijk de nadelen van zowel de lage als van de hoge

temperatuur-methode te ontlopen~~De corrosi vi tei t van het milieu is zodanig dat het

emectrolyse-vat uit gewoon koo~stofstaal geconstrueerd kan worden.Als

anodemateriaal komen weer nikkel en koolstof in aanmerking. Bovendien blijkt de regeling van de temperatuur met weinig kosten te kunnen·geeea4 schieden.

Uit het bovenstaande werd besloten dat de beste keuze voor een

pro-ces ter bereiding van fluor is,de electrolyse van een KF.2HF-smelt bij:

tt

ong.IOOo C .Er zijn voor dit proces verschillende typen cel ontwikke,ld, , .J<"'}.Ji,..,

in

hoofd~t~k

111. G wor,dt beschreven welk type voor ditfabrieksschema

~\U~

't\ ....

~~~

,

gekozen 1S'. \\Q~ ~.},,~,

B;Zui vering van Fluor.. ~ :'~~'i~""\"'"

~ill cr<'t"I/

Het· in de electrolyse-cel bereide fluor

®

ong.

5%

fluorwaterstof

bevatten.Het is niet mogelijk deze fluorwaterstof ~±~ door condensatie

tè verwijderen,omdat fluorwaterstof bij zijn stolpunt (-92,3 C) nog een

Jo.< J 1 • • t ... ,) ': \.. .' J f .... ;.: JiTO . :: .. ;"tn~':

.

...: .. r. :: .. ~ . . . ~ , t -j . , ... '.-,. < • y . I I . ! I, " \ u ,. '. _ J

.

-, " '\o.j •• ~.

zo hoge dampspanning heeft, dathet volgens de ~br~~ litt~atugr_niet ' mogeli jk is om tot lager dan 4% fluorwaterstof ·"""te komen. Daarom werd be-sloten,de fluorwaterstof te verwijderen door adsorptie aan natriumfluoP4 ride en dit natriumfluoride dan te regenereren met stikstof.Op deze

wij-ze kan de fluorwaterstof tot :Op minder dan een half procent verwiJderd .~

1L~~f"'-worden. A<7JNf~ v~~p....r...y ~ 1

(~

w...x

.lA" V ~.

·C·.BereidinB-y!!!!_~lgorwaters!Q~ J/V' )J.. ~~f • .;,. ... r

De bereiding van de te electrolyseren fluorwaterstof kan geschieden door ontleding van een mineraal fluoride met behulp van een zuur.

Als grondstof komt in aan merking "acid-grade fluorsparll_{,een in de}

handel verkrijgbaar product,dat door flotatie zoveel mogeliijk van gang-gesteenten (calciet en kwarts) is gezuiverd.Deze grondstof bevat nog ong.l% Si0

2 en ong.l% CaC0 1 .Ongeveer de helft van het product is grover

dan 300 mesh (0.05mm).Om dé reactie met het zuur vlot te doen verlopen, moet het fluoride zo fijn mogelijk zijn.Verschillende bedrijven malen daarom het "acid-grade fluorspar" nog verder, totdat àihles fijner is dan

300 mesh. .

Voor het zuur wordt meestal 98% zwavelzuur genomen, dat goedkoop is

en een geringe vluchtigheid heeft,~odat het gemakkelijk uit de bereide

fluorwaterstof is te verwijderen~

De reactie CaF

2+H?S04= 2HF+CaS04 is endotherm,d.w.'z~dat het zowel

voor het doen aflopen Van de reactie,als voor de reactie-snelheid nuttig is bij verhoogde temperatuur te werken. Gekozen is een proces waarbij een

1

lange reactor gebruikt wordt,waarin de temperatuur verloopt van 150°C

; ;

tot 315·C.1_{De gemiddelde verblijf tijd van het reactiemengsel is dan}

onge-veer 1 uur.

----D.Zuivering van Fluorwaterstof,'1

De ruwe fluorw'aterslbof, die uit de reactor komt, bevat ong';5% water,

ong-,1_{3% SiF en ong.lO% zwavelzuur',Jdamp en nevel)':De meegesleurde}

zwavel-zuur-neve1 4kan verwijderd worden in een electrostatische nevelvanger.Nu moet uit de overgebleven damp nog verw{jderd worden: SiF

4,C02en de rest

van het zwavelzuur (ong.0,2%). '

, Het SiF₄ en het CO

2 kunnen verwijderd worden door gebruik te maken

lf

·c~van hun grotè Vluchtighei~.Wi.J. wUIen da.arvoor de verkregen damp conden-. seren en afkoelen tot -20 C,dan kunnen SiF

4 en CO2_afgevoerd worden als

~\) damp~'We kunnen echter de uit de nevelvanger verkregen damp niet zonder

~~~ meer afkoelen tot -20DC,daar we dan moeilijkheden krijgen door

bevrie-~-~? zing van water:We moeten eerst het grootste deel van het aanwezige water

~ condenseren door afkoelen tot 25°C~

~ We hebben nu twee vloeistoffen verkregen die in hoofdzaak mengsels

Van water en fluorwaterstof zij~.We kunnen hieruit nagenoeg zuivere

flu-orwaterstofdamp

(99,95%)

verkrijgen door destillatie.

11 PRODUCTIE-CAPACITEIT VAN HET,BEDRIJF.

Aan de eis dat de.productie-capaciteit aangepast moet zijn aan de Nederlandse behoefte kan niet voldaan worden.Aangezien er bij het C.B.S; geen handel in fluor bekend is,is het moeilijk een schàtting omtrent de grootte van een eventuele markt voor fluor te maken':

r _... t ~ ... - .::; .... r! ' .... J . • ..., . - I Ju

-.

' , .... ' : 1 ~ <., I , ;,J _ ... ~...,; _ " 'r .. .<J 'I , ) . , . .J;': :-': [!:.1 r. l.~ : : : ~ ~~ !J.) I: ~.

.

, ~ I.

.

~ .. : .i~....t ::p./ ;~;. ·};..,~'1 J ';.; t ft ,: .j]"~ _{, "} ... : .... ': : - , ~ ... ; . . . J ...t ... ~J .,f ... V : 0 . _ ',l. ...1 ... i .~ ,.... ~~ '-... -, :::) ; ( :1f~~.:;j:;·~ 'I); ~ .' r . , . ~, ;I~j[~;:)"~ '),1 11 """; ,', " r::-:; 'J ' ... • \ ,,\ " t "'-. "'-.; '"! ,1 'J. J ." "1 :. \~ 1; ... <: .... ol." ... V·' ., ."!!) ~~.~; [~j: Ij: .

.

, ~.i:., _i ·'r."" _... ""fV" .. I>J .... 'f ·L ... 10:: J ,..-. • • fU '} ,i ,.' 0._. ~~ -:. J. i. ... • "_, ... ~J _v . ,_.,,~ ~'. .~ ~ ~ . J " " I • " ' .. _. 'ou _ .... -... 1-, V ... \J , • ",. e t:.\ j~: 'f J', • oj ::..t:-: , . t <tJ ... : .... :

'-v_~ • . ,. ..J • \. ; , • I r

.

" "

.

" " ' ') ~

..

" .1' J t ~~ ,

...

.

~ .. .;.. ,

.

~ j ~, ~1 ~ J -~ "' , . ' ( Y r ... W ... '...i 1 .'.10 J , ' V v • j,-~V J ,.,,-.. , -t .... 'u , 0 : .. J .. .;

--

""\ ,

.

. .; ... " .... ~. 'V-" :.1' ... -~' ... .A __

Besloten werd de capaciteit van· de fabriek aan te passen aan de ca-paciteit van de gebruikte reactor voor de bereiding van fluorwaterstof.

Deze react?ren hebben n.l. een standaard-capaciteit van ong~500 kgjhr

vloeispaat~In ons fabriekssehema wordt alle verkregen watervrij

fluorwa-terstof in 300 electrolyse-cellen tot fluor verwerkt~we kunnem ons ech~&

ter oo~ voor stellen dat slech~s ~~en deel van de fluorwaterstof ge~lec- .

trolyseerd wordtg en de rest b~v. gecondenseerd en als zodanig verkocht;

'7" Het bedrijf zoals door ons geschetst heeft een productie-capaciteit

va:~ 202,5 kgjhr fluor,dit komt overeen met een jaarproductie van 1775~t

111 ~~P~ATEN.

A.Molen~

1

J' !,,:Functie:. Malen van, ,acid-graàe fluo~sparfl tot een

deeltjes'groot-te beneden 300 mesb (0,05 mm) r;

\JtMA-f-

St:>% XnNCA lO"b ~~ , .

. g-:Beschrijving:, ,Raymond" rollenmolen met gesloten lucht-circuit

voor het transport van het gemalen product~:Het gemalen vloeisp&at wordt t ~

ui t de transporterende lucht afgescheiden ineen cycloon~ l..~:f:-ot.~t\NOcM:U-tt.f.~

Î. 2.~'Opmerking: Bet hangt van@omstandigheden af of de plaatsing van.

-'deze molen economisch verantwoord is~ .

if;Capaciteit: 506,1 kgjhr vloeispaat~l ~ dwt<C>~\o(.. C4.v1~i..À..rt.t~t ~ ~ I.//J,

... . .' ~ it. ~ \ ~~ -a.... t~1t... ~Y'ó"-4.k """'4'

~';;Reactor~ -E:: ~ k tJ)).v.. U-U~(IAÀ k.. f rv-vwv'r ~ lM>-ft '~ffi~

r~ ~""" trf~ \~I-c..~t f ~ Vl2tWru.J.,vw_

l;Functie: Reactie-vat voor de ontwikkeling van fluorwaterstof uit ~ J....

calciumfluoride en zlillvelzuur';,1 . "",,"o-v-.

~.Beschrijving: Langwerpig retort met U-vormige doorsnede7Straal van

het onderste deel van de doorsnede is ~ m,de totale hoogte is 3 m; ~

lengte van de,. r,eactor is 20 m':Het' retort staat onder een helling van

1:26.In de as van ,het cylinder-vormige deel ligt de aandrijfas voor een

aantal roerarmen die met een snelheio. van 1 omw'~ïjmin7 ronddraaien

'!I

De in

laten voor Vloeispaat en zwavelzuur en de uitlaat voor fluorwaterstof

liggen aan het.hooggelegen eind,deuitlaat voor calcium~ulfaat (een dwars

op de reactor staande transportschroef) bevindt zich aan het laaggelegen

eind"~

,;Constructie-materiaal: Staal,wanddikte 2 cm.i

I.

Verblijf tijd: 1 uur: '" 0 •

i.Temperatuur: -Verloopt van l50

e

aan het hooggelegen eind tot 315 C

aan het laaggelegen eind.

2.Capaciteit:

,02,9

kgjhr ruwe fluorwaterstof~

C .ElectrQstatisQ.hLnevely~!!ger •.

i.Functie: Met behulp van een electrisch veld verwijderen van uit

de reactor meegesleurde zwavelzuurnevels en ~ventueel stof;

g.Beschrijving: Cylinder-vormig vat met kegel-vormig onder· eind, in

de as van de cylinder bevindt zich een draad die onder ~lectrisch~

boog-spanning staat. .

3.Constructie-materiaal: Kop~r met ongjO,5% arseen.

I.Capaciteit: Ongeveer 340 m jhr gas waaruit 29,9 kgjhr 96% zwavel-zuur moet afgescheiden worden.

otr! l \ ~~''': -;] .~~t,,:Jj";':·,= . ~'.i:),) ',: ~ i Jj :,~IJ J J .1, ç ~'t',..~ . . . ' ... _ ,J .,o" ,'", ,:

...

• r:....:

,.

\ •• ,t. ." -~ , ' ,;.. \.l- ~ ~ "'" '\"'" ., u • .:c "'" ... t._ ... -'_$ j" ~;;1 r!!"~","~ ~1 ~iO ." .... 6 V - ' f , \ "\ :.. r .. ;" .... - • '"\ 41"';._1 t. .. V ".IJ ..., ... '\., "',' - ~, . ' \ ' ... " , " . '

..

-.

. , ,-_., .. :J4' r ., _{. v} " :;.:J' "" ~~:~;.T,\· ,,,'1 . - ,~:t.

:",

i";" ~.; ),', ~F~~~'~ J ••. - .-\.J /' '\ ... \001 . \ .

.,

... , ., ... ;~\ ç~~~ .... , " c ;.-.~ ~ .• \ ~l~A

au

. ..,,~ q,~:..~!:: v < ' - n.l.') JE! Otl . <:!.tv~ . .tr:_103:;~i:.S. .f. 4 • Y.... .,J-"! .; ., !! ; .-; j j ~! { ' . ""',. ... ~r .. ".' .... ~ )("'(.-.. .... 1. "''''1 l .... ~ ... v .,#J,.; ; L t ~ .: ~ .. i [G ~i ,"} . : "'1-;~" ~ J :; ... ~;: ," ... ! .::"~; C'

..

, ... - . ",WOV .'. .~~: 1. & :rr ~J ~: . _ • .r~ ~ ' ; ", ~ ~l \~~.;

4i!)1~ jo" ~.; -,,""De

·-·'S~· .... =·~~·: & • • O~!)::::1"! ~,~:.::v~ ~ .r!f:O·~~: ._~ .. , ... ~: fL1V' ., , , :;.,.; ... • \,0 • .) oJ " , - "_'"'i"\ • • \0.. ... ... t ! _ '

..

• v·'. "._. _~V".2..: r,. ,'.1. j;)OL'!

D.Coudensor vo~r w~terd ... mp.

" . 1..Funct~e: ver:':ij.deren v~~ het groots"te, deel v~n <.1e ·.-:u;cerutimp ui-i;

net, gu.o\Jmeng.sclite .... ~men mot eeti'bel",ngrijke hoeveelheid flUorvktorLtof,

door: c.\fkoe len, tO'L250

C 7

l.BeSchr~jving: Regenkoeler gekoeld metw?oter:

2~Constructie-materiaal: Koper met ong. 0 5~ arseen.'

...

!~:Capaci

te i t:

Conden~e.ren

van 58,5 kg/hr f31'f, !fF, te

~amen

me t nog

0,8 kg/hr H~~04 uit 340 m Ihr damp •

.l!i .'Condensorvoor fluorwaterstot:...t.

•

•

!.Functie: Condenseren van de fluorwaterstof door afkoelen tot -20°Cen afvoeren van de niet condenserende gassen ,-5iF en 00, .'

g.Verwerking van,SiF en 00,: Het CO .. zou als'ga~ in de 2lucht afge

voerd kunnen worden,het StF

4 eCh~er niet~fie niet condenserende gassen .

moeten verwerkt worden door oplossenin loog,tezamen met voldoende HF

1

om het SiF~-ion te vormen. (Zie ook onder I I ! H J ,

L,

.'ru

~lJIfJV' •

!~~ijXll1iX'6ZibiAÄi /,~'

-' ï.~Beschrijving: "Warmtewisselaar bestaande uit een bundel e enwij-dige buizen in een cylinärisch huis.De warmtewisselaar is vert.icaal

op-gesteld en om de buizen bevindt zich,kokende ammonLak. ~

i.Constructie-materiaal: Staal met b. v.'

9~

Ni -

~

f"~

i;Capaciteit: 60ndenseren van 202,2 kgjhr 99,0~ 'Hli\

-F!Destillatie-tore~

l;Functie: Bereiding van nagenoeg zuivere fluorwaterstof-damp uit

de in de apparat,en,die onder 111 D en ]!i beschreven zijn,gecE!lden~rde

o~os~gen. " " " \ . .

7

,g.Beschrijving: Kolom van ong; 5m hoogte en 26cm diameter.Àantal ' .

schotels is 7,de indirect 'met stoom verhitte kookketel niet meegerekend~J

De oplossing die 99~ HF bevat~wordt op de bov~ schot,el ingevoerd,de .

andere oplossing wordt.opde 5 schotel van boven ingevoerd~Áls

ketel-product wordt een 50~ HF-oplossing die ook nog

7'1:

_H2Q04 ~evat afgevoerd

1.'Con,structiB-materiaal:Koper met ong. O,5,~ ~seén.

!.Capaçiteit: Topdamp: 2)5,0 kgjhr (263 m /~)

. ~tel-product: 27,8 kg/hr G.JSlectrolyse-cel. :

!.Functie: Ëlectrolyse van zuivere fluorwaterstof tot fluor en waterstof.

g.Verwerking van waterstof: Na verwijdering van HF comprimeren en verkopen.

2.Beschrijving: Rechthoekige bak,l81cm lan~,~6,5cm wij~,en 61cm

diep.Een bovenplaat,.waeraan de electroden,het d1alragma en ae toe- en afvoer-leidingen Toor de gassen zijn gemonteerd, wordt met behUlp van een flensverbinding op de electrolyse-bak bevestigd.Door middel van een, tweede flensverbinding wordt een warmwater-mantel om de bak aangebracht

De bak bevat 760 kg electrolyt, dat betekent een vulling tot 48,5cm De afstand tussen kathode en anode is 3,8cm,het diafragma ligt

dáar precies tussen. Gezorgd is dat de afst~nd v~n de anode ~ot andere

delen van de cel altijd groter is dan de alstana ~ot_de ka~nod~.

De fluorwaterstof wordt ingevoerd via een piJp aie onaer 1n de electrolyt uitmondt.

5.

,i.Electrolyt: 6l~ ~, 38~ HF, l~ LiF. (Het LiF wordt toegevoegd

om-dat gebleken is om-dat daardoor de bevochtiging van de anoden door het

e-lectrolyt bevorderd w o r d t . ) ' ~

ï.

Anode : ~er~e met ~e~geimpre~e~de kool-electroden. ~~

2.Kathode: Ueperforeerde staalplaat,6mm dik_t !?\

I.Diafragma: W~efsel van monel-draad. (~,w(A)C"J I

.ê,.Constructie-materiaal electrolyse-bak:

~taal

.

?

\tJf~

\

2~'

Tlimperatuur: 110°6.

fA~' ~-

.

10. Badspanning:' 9 Vo'! t

_~., ~W''''

IT.

~trOomsterk]~=-olQjlO Ampi~.:r.e

O\f

vr

~

g.Stroom-rendement;

95~

-< .

~L.l.

..

?

U.Aantal

celle~.:

.~

? .

1>'1:r~~MM~

,

14~Schake1ing: 'e ~ ~. '

I5.Totale capt;l;citeit: 202,3 kgjhr fluor.

~Àdsorptie-toren,

1.lfunctie: Àdsorberen van met de fluor uit de electrolyse-cel

mee-gevoerde rluorwa~erstor

!.Beschrijving: Torens gevuld met adsorbens-pil1etjes van ~,5 mm

1.Adsorbens: Natriumfluoride

i.Regeneratie: Met stikstof bij 300°C.

2.Verwerking van fluorw~terstof: Oplossen inloog tezamen met àe

niet condenserende gassen uit de onder 111 E beschreven condensor.

'., 2;Duur Van een cyclus: 30 uur.

~.Gapaciteit: Verwijdering van 10,5 kgjhr fluorwaterstof uit ong.

120 m thr gas. '

J.Compressor~

!.Functie; Comprimeren van de verkregen fluor tot b.v. 30 atm.

~.Beschrijving; Memb+~am-Compressor met twee membramen.A~n de ene

kant van het eerste 'membraam bevindt zich de fluor,aan de andere kant een gefluoreerde olie .De gefluoreerde oli,e bevindt zich aan de ene kant van het tweede membraam,aan de andere kant waarvan zich gewone minerale

olie bevindt,De minera~e, olie wordt aangedreven door een plunjer.

, 1.Capaciteit: 4 m /hr fluor onder 3~ atm, druk.

IV bTOFB.äLàîH~.t

À.Molen.

In: 506,1 kgjhr u~Cid-grade~ vloeispaat.'

Uit: 506,1 kg/hr~~emalen pr0duct.

B'~'Reactor •

De grondstoffen en de producten worden gesplitst in hun bestandde-len.Deze bestanddelen worden weer gesplitst in de hoeveelheden H,F,O,Ca,

SO Si CO die ze bevatten. Uiteraard wordt bij de hoeveelheid 0 niet

6.

I .n: _•

-

Grond-kg/hr snia- 'Grond-kg/hr H F 0 Ca SO~ Si

O~,~

stof. k~/hr k~/hr k~/hr kQ:/hr kgL kgjhr kil ' .. .Acid- CaF 496,1 241,7 254,4 fi8g~!!

SiO~

5,0 2,7 ro _~, 'I _... suaat:' 506 •. CaOO; 5,0 0,8 2,C 2,2 ~8~1 _H 2S0

₆

688,4 11'9 674,4' z a~el ,~ zuur _6qq H?, 10,,8 1~

,

2 9,6 Totaal 1205, .~ _{15,;::: 241,7 13,1 256,4 674,4 2,3 2,2} Uit-_•

XT.O-

_kgjhr Be- _kgjhr "HH ' F _{0 Ca SO Si CO}

duèt. Sa~~~- kgjhr kgjhr kg/hr kg/hr kg/Ar kgL'hr

kgj~

HF 24..:z.,,8 12,~ 2j5,4 ~~SO,- 1/)0 1 r-...: , O,E 29,5 ~

,-

_H

a

_{14;1 1, E 12,5} Ruw _8i1 4 8,6 6,3 2 '-'\

,J

~HF 302,( _0°2 2,2 2,2 ~ Ruw

'---

~~04 8711..8 1256,4 ~15,4 ~iiö04 I~,l:.. 0, E 29,5 CaS0 4 902. ' . 20 0,6 0,6

,

\ftá~l 1205";;'-

_-

15. ... ~ 241 ... 1 1J .. 1 256.4 674.41 2.j 2.2

d~lectrostatische nevel vanger ;'

\~-~

k~7hr

Damp kU~ltr g Yloemstof

HF 247,8 247.,8

c~sD

_<>

H~b04 30,1. 2,1

-~

. 0 14,1.

~.

crtD

sfl!~ 8,6 ,6 4 CO 2 2,2 2,2

,DICondensor voor wateràam~.

In Uit kg/hr Damp kg/hrYloeistof HF 247,8 200,4 47,4

Hi1~4

2,1 2,1 12,9. 1,8 11,1

SfF

8,6 8,6 CO 4 2,2 2,2 ~

E ~:Condensor voor fluorwatersto;L;,

In Uit kgjhr Damp kg/hrV1oeistof H.F 200,4 200,4 H 0 1,8 1,8 S~F 8,6 8,6 4 _{2,2 2,2} \,10°2

F;Desti11atie-toren.

HF

Voeding I kgjhr 47,4 2,1 11,1

:2~04

2 G.~1ectrolyse-cel. In: kgjhr HF 234,9 H 20 0,1 Uit anoderuimte: HF 10;5 Fr 202,3 O~ 0,1 Uit kathoderuimte: Hl' 11,4 . H 2 10,7 H,Adsorptie-toren. ;::.

..

Voeding Ir kgjhr 200,4 1,8 H kgjhr -11,7

0,5

0,6 10,7 Destillaat kg/hr 234,9 0,1 F kgjhr 223,2 19,9 202,3 10,8 Ketelproctuct kgjhr 12,9 2,1 12,8

°

kgjhr 0,1 0,1 In kgjhr Uit kg/hr 202,3 Geadsorbeerd kgjhr

~

°2 K'~'Compressor • In: 202,9 kgjhr Uit: 202,9 kgihr .' A;Reactor~ In;

~~.

~

,

0,1 fluorwaterstof 1 ata fluorwaterstof 30 ata tOU

t~1~

0 kcal ol cal/mlh

oe

25 -29 0

,3

25 -205,4 25 -288,5 25 -193,9 25 - 68,3

~

. ü! kca17mol Mca1/~ -290,3 -1846,3 -205,3

-

17,0 -288,5

-

14,4 -193,9 -1362,0 - 68,3

-

41';9

7·

... I

Uit:

.

kgjhr moljhr tOe

kca~9~01

HF _{247,8 12390 150 - 64,2} H 2S04 30 ,1 H 0 14,1

sf]'

8,6 00 4 _2,2 oa§04 ~71,8 HSO 30,1

H~O

4J . 0,6 Totaal in : I Totaal uit:· Toevoeren :. 307 150 -193,9 783 150 - 57,8 83 150 _{-370, .'} 50 150 - 94,05 6410 ,ll~ _-342,4 307 315 -193,9 33

_I

315 - 68,3 -3280,7 Mcsljhr -3131,6 McalJhr 149,1 Mcaljhr

.

e

kca~Ymol

Mcal~

cal

Jmlh

oe 6,95 - 63,3 - 784,3 32,88 -189,8

-

58,3 8,025 _{- 56,8}

-

44,5 , , 18,2 _-367,7

-

_30,5 8,87 - 93,0

-

4,7 23,8 -335,5 -2150,6 32,88 -184,4

-

56,6

J

" ,18- 00 _{'. J , - 63,1}

-

_{2 1}

,

afgezien van het warmteverlies door straling etc.' ,moet dus aan de , _

reactor 149,1 iIcaljhr aan war,m~e toegevoerd worden.@ dat gas met

3een .

verbrandingswarmte van 4Mcal/m gebruikt wordt, dan wordt dus 37,3 m jhr

B.

gas gebruikt,alleen om de benodigde reactiewarmte te leveren. ~ 1'v:s~.A~.J;k?,

B.Condensor voor waterdamp. .

~

áfgevoerd moet worden:

D5

warmte vrijkomend door 13260 mOl/hr gas af te koelen van 150°0

tot 25 C. We stellen _-C op 7 caljmol 00 •1

P êik125x13~60 caljhr= 11,6 Mcal/hr

De conden'satiewarmte van 47,4 kg/hr Hl!' " 47.4

S

kcal/hr

=

4.6 Mcal/hr De condensatiewarmte van 11,1 k hr H₂0. - 11,1 53 kcal/hr ~ 6,

°

Mcal/hr 49~40p10sw,armte van r

47,4 kg/hr. H]',~2,37 kmol/ru;-; H.lt,tot een oplossing

die 60 6x100 gew.% ~ 78,2 gew.% Hl!' beva.t.

, 2,37x2360 kcalJhr '~

De c~ndensatiewarmte van 2,1 kgjhr H2S0~.

2,lx122,1 kcal/hr -Totaal afvoeren:

C.Condensor voor fluorwaterstof.

5,6 ÏlIical/hr. 0,3 UcalL~ 28,1 Mcal/hr.

iklwk~

vvl'",c-l ...dt tf..T;;(lr 1.4 "'" ç..l. ~f !

Afgevoerd moet worden:

De warmte vrijkomend door afkoeling van 10250 mo1/hr gas van 25°C

~

tot _20°C.

-.-1

(j)c45xlU250 cal/hr :. 3,2 Mcal/hr

De condensatiewarmte van~200,4 kg/hr HF

200,4x~ kcal/hr -.:; 19,5 Mcal/hr

Di

condensatiewarmte van 1,8 kgj1Ur H

°

1,8@kcai/hr s I,U Mca1/hr

De opl,oswarmte van 2UO,4 kg/hr Hl!' :,:10,02 kmol/hr HF tot een

oplos-singdie 99,6 gew.% HF beva~.

Totaal afvoeren:

10,02x125 kcal/hr: 1,3 Mcal/hr

D.Destillatietoren.

Van de destillatietoren is een uitvoerige berekening als Bijlage 1 bij het verslag gevoegd. Volgens deze berekening moet 34,3 Mcal/hr

warm-te aan de kolom toegevoerd worden. .

E .lnectrol;ïse .

In:

,

molihr tO" W25 C VIt

kg/hr v p Mcal/hr.

kcallmol calLmol. . ' oe kcallmol

Hli' 234,9 11750 19

-

64,2 6,95

-

64,2 -754,3 H 20 0,1 5 19 57,8 8,025

-

57,7 u~) HF l!'2 H,., OL 2

E1ectrische energie; 3uU x 1ûuU x 9 lJ:T . .

VI ... 2700 kor IJ-:=;' 2322,U Mcal/hr

Totaal in; 2322,0

-

754,6 Mcalihr ;: 1,ó7,4 Mcal/hr

Uit:

kg/hr mol/hr tOe W25 C

w

t l\ûcal/hr

kcalimol calLmol.p l

°

G kcalLmol

21,9 110u llU

-

64,2

202,3 5320 110 0,0

10,7 5350 110 0,0

0,1 5 110

o

,

0

---Af te voeren warmte: 1631,0 Mcal/hr

Per cel: 5,44 Mcal/hr

6,95

-

63,6

-

7t:J,U 6,95 0,6 3,2 6,95 0,6 3,2 6,95 0,6 0,0

-. VI L IT TJ5RAl' UUR I'

Kirk & Othmer: ~ncyclopedia of Chemical Technology

Bd.~ 656-666, 689-692, 695-708.

Symp. on Fluorine Chem. Ind. Eng. ûhem.

22,

~55-8, L73-B, 429 (1947i

J,C.Lawrence: U.S.A. Pat. 2,047,210

\'i.A,Beverloo P.H,de Haan

"

I W-x-DIAGR.àM.

F ABRIE KSbGHEMA BEREIDING VAN 'FLUOR

BIJLAG]!; 'I

1I1

LUORWÀTERBTOF-lli:STILLAi'IE

Voor de berekening van de fluorwa:terstof-destillatie hebben we in de eerste plaats nodig een W-x-diagram. Daarin wordt verticaal uitgezet

de enthalpie W en horizontaal het gehalte aan HF in mol.~

x.

In dit

dia-gram worden dan een damplijn en een vloeistoflijn getekend, die het ver-band geven tussen W en x voor resp. verzadigde dampen en kokende

vloei-stoffen. '

Bij de berekening van de enthalpi8ën werd verondersteld dat zowel

H]' als ~2~ in vloeibare toestand bij 0' C een enthalpie W -::

°

hebben.

lJa

enthalp~een van de vloeistoffen werden berekend door de soortelijke

warmt~ te·vermenigvuldigen met het kookpu~t t_k in oe en van het product

de oploswi::I.rmte van het HF af te trekken. V.oor de berekening van de

en-thalpieën van de dampen werd uitgegaan va~e formule:

Wd·~X.\1d

HF + (l-xJ,Wd HOt C

"F~tk-19)

+

C 'H O·(l-x).(tk-lOO)

, , 2 p,n p, 2 '

Invullen van de getál1en-waarden geeft:

Wd : 10697 - 8572.x

+

(8-x).tk ---·---~O~p~ s~---~irïv.-l---1iW~·d--~ HF x M cal/mol HF ca1/oC.g t t_k• d• callmöl cal/mol

°

0,00 18,0 10 '0,09 18,2 20 0,18 18,4 30 0,28 18,6 40 0,38 18,8 50 0,47 18,9 60 0,57 19,1 70 0,68 19,4 f.l.fj _{0,73 19,'5} 80 0,78 19,6 85 0,84 19,7 90 0,89 19,8 95 0,94 19,9 100 1,00 20,6 ~~é.g 1,00 5ill69 0,,93 5058 0,86 4890 0,81 4623 0,77 4233 0,74 3698 0,74 3030 0,75 2651 0,76 2206 0,77 1727 0,78 1203 0,79 624 0,80 Û,81 k,vl. 100,u 100,0 1800 102,8 107,8 1275 106,6 110,4 777 110,3 111,4 293 111,9 112,2 - 118 105,7 111,4 -5512 87,9 109,7 - 865 66,1 106,9 -1098 56,3 104,8 -1101 47,6 102,8 -1003 39,6 100,3 - 843 32,2 95,1 - 567 25,7 88,9 - 178 19,1 19,1 309 11497 10779 10017 9175 8337 75Q2 6626 5651 5201 4753 4214 3744 3261. 2259'

In het systeem waar we mee te maken hebben komt behalve water en fluorwaterstof ook zwavelzuur voor, Daar van dit systeem geen gegevens bekend zijn, moeten we een veronderstelling maken. We veronderstellen dan dat een mol.' zwavelzuur dezelfdecinvloed op het evenwicht heeft als een mol. water, met dien verstande dat het zwavelzuur niet in de damp-phase voorkomt:

I I WARMTE- EN MATERIAäL-BALANbEN , , A,Gehe1e k01om,L

1._

V.Qegigg_E_I -,-~1, ~ kg/hr HF

=

B, ~ï kmol/hr HE' 11,1 kg/hr H 20": 0,62 kmol/hr H20 ,2,1 kg/hr H 2S04 F 0,.02 kmol/hr H2S04 2,37

°

7 ,- / / x

F :: 3 Ol:' ,87 mol mol 'WF:I\ - 1314 cal mol

I ' I 3,01 x - '1314 keal/hr::: -3955 kcal/hr ~.'_Voeging_F I I.&. 200,4 kg/hr HF:: 10,02 kmoljhr HF 1,8 kgjhr H 20 : 0,10 kmol/hr H~ , 10,02 1# 0 990

11

I' .,. x_F

=

10 12 " ' , mo mo " F ' : -I -I ' , I I 19,12 x - 422 kcaljhr

= -

4271 kcal/hr 422 cal/mol 2·_D~slil1äal ~._ 234, 9 kg/~' HF:: 11,74 kmol/hr 0,1 kgjhr H 20 ~ 0,01 kmol/hr 11,74 W

n

';

2276 caljmol kcaljhr x

_n

~ 11 75 ::. 0,999 moljmol ,

,

11,75 x 2276 kcaljhr:: 26743 !:_K~t~1~r2dyc1 ~._ 12,9 kgjhr HF -;: 0,65 kmol/hr HF 12,8 kgjhr H 20 ~ 0,71 kmoljhr H,

°

2,1 kgjhr H 2S04 :: 0,02 kmol/hr H 2 S0

~..

2 4

xi{:I; 1,38 - 0,47 mOl/mol WK

-= -

516 caljmol

1,38

x

-516 kcal/hr : - 712 kcal/hr Aan de kolom toe te voeren warmte:

26743 - 712

+

3955 ... 4271 ': '34257 kcal/hr

B,Gedeel te V!ill-de kolom boven de voedingsschotel voor l!'I'=:'

In dit deel stroomt FII' eruit stroomt D, het verschil moet gecom-penseerd woràen door een stof- en warmte":'"transport naar boven

M.

1, 72 kmol/hr HF -0,09 kmol/hr _H20 1 Tl. x M :;. ~ :. 1,055 mol/mol 31014 kcal/hr W M

=

3i~~~

':

19û27 c&.ljmol C.Voedingsschotel voor F_I -,-Ingevoerd wordt

F

I , die wordt gesplitst in een transport naar bo-ven M, lzie onder E.) en eén transport naar beneden N:

0,65 kmol/hr RF 0,71 kmol/hr H2~

°

,02 kmol/hr H_{2 S04} x N ~ xK -: 0,471 mOl/mol w~,34969 11 kcal/hr fiN; -34969 ~ -25340 cal/mol 1,38 '

,-D.Qedeelte van de kolom beneden de voedingsschotel voor FI~

In dit gedeelte stroomt

'H,

eruit stroomt

K,

het verschil wordt

ge-compenseerd door toevoeren van 34257 kcaljhr warmte aan de ketel. E.Theoretische schotels,

!eI.s!e-_S!?h.Qtä

1'"1

k.

~+-

u.

U

(\M-c

al

(i,.ëfA,

?

In:

~+

G₂

Ui

t

~+

: : : L . - - - - 7 /

D is in evenWic,ht met 1._{1 ' DZen} 02 liggen op de damplijn, Ll ligt

op de vloeistoflijn, G2 - ~l ; M.

L

l : 13,01 kmoljhr B~ 0,13 k~ol/hr

H2

0 2987 kcaljhr

G 2

:

~:~:~: :::~:1:]' 701/:t~<:2

+

::001 kca1/hr

, G

2 is in evenwicht met L2, G3 ligt op de damplijn, 1 2 ligt op de

vloeis'tof-1ijn, G 3 - LZh M. L 2 : 7 , 54 km 01 /hr HF/

° ,

5 3 km 0 1

/hr

H₂

° ,

G 3:- 9,26 kmo1jhr H]' 0,44 kmo1jhr H20 - Derde schote

I

~n~~+-L~/: ~4

Uit: G₃ G

3

~n

evenwicht met L3, G4 ligt op

- 1688 kca1/hr 29333 kca1jhr + L3 de damplijn, L3 ligt op de vloeis'toflijn, L3 - G 4 ~ N L

3: 3,73 kmoljhr HF 2,48 kmoljQr

H20~)

- 5763 kcal/hr

G 4 :: 3,07 kmoljhr HF 1, 76 kmol/hr R~ 0 29270 kcaljhr

In:

13

+ G

₅

G

4 'is in evenwicht met 14, G5

vloeistoflijn, 1. 4 - G5 -:: N ' Uit: G4 + 14 ligt op de damplijn, 1.

4

ligt op de L 4: 2,79 kmo1/hr HF 2,88 kmo1jhr H20l) G 5:: 2,13 kmo1jhr HF 2,16 kmo1/hr H20,. - 3907 kca1jhr 31038 kca1jhr 'yi,jf.f!e_s.2.h.Qt~l.:. In: L4

+

34257 kcaljhr ') Incl; 0,02 kmol/hr H2ö04

111 DlMENBIONBRING VAN DE KOLOM,

AI

Diameter.

Uit: G

5 + K

De grootste dampsnelheid treedt op t~ssen de eerst~ ,en de tweede

theoretische schotel, n.l. 14,77 x 22,4 m /hr: 330,8 m jhr.

Nemen we de scho~elafstand 24 in. ( ong. 61 cm ) en veronderstellen we dat de .vloeistofhbogte op de schotels 2 in. { ong. 5 cm ) is, dan

ge ldt volgens .t'erry' -

V

f. :

~ ~~.

1J'f'Jl<

u:: 0,18 l. ft/sec ~

" 1 - U,00089

~L ~

.

0,18 0,00089 -::. 5, 7 ft/sec)J.j~ ~

u:: 6260 m/hr

~

Q VVl/

~c.c. ~

We vinden voor de doorsnede van de kolom:

330,8 '2 _ 2 .

6260 m - 0,053 m .

•

We vinden voor de diameter van de kolom:

B. Hoogte "

.~~.~

We hadden 5 .theoretische sch6tels nodig, d,w.z. dat we,wanneer de

werkingsgraad van een practische schotel ong. 0,65 genomen wordt, met (

8 practische schotels kunnen volstaan. Bij een schotelafstand van 6~~

en een vloeisff8~n 5 cm, wordt de totale hoogte van de kolom: ~

y-ong. 5,5 m C. Warmte-toevoer aan de ketel.

--Aan de ketel moet 34257 kcal/hr warmte toegevoerd worden. ueze wammte wordt toegevoerd als condensatie-warmte van stoom onder 5 atm. druk. liet kookpunt van water onder 5 atm. is 151 oe, de verdampingswarmte 503,7 kcal/kg • .lJe totale armte-overdrachts-coëfficiënt van condenserende

stoom door ee oper n and naar een kokende waterige~p:?~/stellen

we op 3000 kcal/ .m. C

ö De temperatuur van de kokenu~oeistof in de

ketel stellen we op 105 C ~.~ Oppervlak stoomspiraal; §4257 . ;. 0,248

m2~

3000 x \ 151 - 105 ) Stoomverbruik: ~4257 kg/hr: 68 kg/hr 503,7 W. A. Beverloo.

-[tf1.

rrnm

tg

@F

m

ffF

I !:I ~l

ili

ft :tt E

lffiu

m

E:1J ili fl:

[Ymc

~ :I::

E

a: ~H

:tt

•

-HHm

;I~I.H

1:$ [IJ ~ i1 :!m

,11

Hl t; lli:mll tmtttf 'fF

lffi"t:liBlylrfr

ti

tI

·lHilli

~

TInl III H+ ffiJ rn

BI

-

Httlittl

•

n -~--[!:

I