s. P. Bertrsm s Fabrieksschema voor de vervaardiging van technisch Na thiosulfaat,

Transcriptie

1 1 P' s. P. Bertrsm "c./ '1'. ' I~l}- 'V ~,.. ~i '1'/1 \ l~' - Fabrieksschema voor de vervaardiging van technisch Na thiosulfaat,... I.J l. 1. Keuze van de bereidingsmethode. Het is mogelijk Na thiosulfaat op zeer vele wijzen te bereiden. De klassieke methode is 80 2 te absorberen aan een soda oplossing, deze oplossing te neutraliseren met soda en de zo verkregen sulfietoplossing te koken met zwavel en in te dampen. Vele pogingen zijn gedaan (vooral van Russische zijde) om te trachten deze bereidingswijze economischer te maken door zodanig te werken, dat dit indampen komt te vervallen, dan wel dat men uitgaat van afvalgrondstoffen van diverse industriën, zoals afgewerkte ijzeraarde uit de zuiverkisten van de gasfabriek, uit afval sulfiet loog uit de aniline kleurstof industrie, enz. enz. Ik heb mij bij de keuze van de bereidingswijze op het standpunt gesteld, dat de ontworpen fabriek in Nederland zou moeten staan en zou moeten kunnen werken onder in Nederland practisch verwezenlijkbare omstandigheden. Het komt mij daarom voor, dat de klassieke methode uitgaande van 802 en soda hier wel de aangewezen weg is. 2. Bepaling van de grootte van de fabriek. Blijkens de mij verstrekte inlichtingen door de Bedrijfsgroep Chemische Industrie wordt binnen Nederland geen Na thiosulfaat vervaardigd. De in Nederland ingevoerde hoeveelheden blijken uit onderstaande tabel. Invoer Na 2 s 2 0 per jaar. Jaar 198 Land van herkomst Duitsland Engeland België Zwi tserland Transp. kg. guldens

2 2. Jaar lbnd van herkomst kg. guldens transport Japan Tzecho Slowakije Frankrijk Finland totaal I 199 Duitsland Engeland België Zwitserland Frankrijk Portugal Italië totaal Engeland V.S totaal , ti 1947 Engeland v.s België Zwitserland Frankrijk totaal

3 (. Jaar Land van herkomst kg. guldens Engeland V.S Duitsland Frankrijk Canada België Polen totaal totaal tlm October dit is in 12 mndn OVERZICHT ~ guldens 2rijsLkg , , t , , , ,200 Hieruit blijkt wel, dat Nederland per jaar gemiddeld een 600 ton Na thiosulfaat invoert van verschillende kwaliteiten. De grootte van de fabriek wilde ik nu baseren op het opvangen van de helft van deze invoer, en zou dus neerkomen op een productie van ongeveer 00 ton per jaar.. Beschrijving van de fabrieksinstallatie. Het vervaardigen van S02 in zulke kleine hoeveelheden als voor deze fabriek benodigd zijn (± 16 kg per uur voor een 8-urige

4 r I 4. werkdag) is waarschijnlijk het beste te bereiken door directe verbranding van zwavel; het toepassen van een roostoven voor pyriet zal hier niet goed mogelijk zijn, door de zeer geringe capaciteit van de fabriek. De zwavel wordt in een roterende trommel gebracht met behulp van een transportschroef. In deze trommel verbrandt reeds een gedeelte van de zwavel, terwij] de rest sublimeert. Deze sublimerende zwavel nu wordt met behulp van secundaire lucht verbrand in de achter deze trommel aangebrachte verbrandingskamer. Volgens opgave van een prospectus betreffende een dergelijke brander, verlaten de verbrandingsgassen deze verbrandingskamer o met een temp~ratuur van ± 20 C. Deze gassen nu worden door een cycloon geleid om eventueel vliegstof te verwijderen, waarna gekoeld wordt. Daar deze gassen nu door een absorptie-toren geleid moeten worden, is het noodzakelijk deze gassen te verpompen, waarvoor ik in dit geval een vloeistofringpomp gekozen heb." Deze pomp brengt de gekoelde S02-houdende gassen onder in een absorptietoren, welke in principe overeenkomt met een Paulsontoren (Mc Cabe, Swanson FaDer rrade J.~, 48, Juni 25 (191)). Deze toren is uitgerust met zeer grote borrelschotels en wel één per plaat Dit wordt gedaan om de zich in de toren vormende neerslagen te beletten de schotels te verstoppen. Boven in de toren toch wordt met constante snelheid een soda oplossing gepompt, welke door de toren naar beneden stroomt in tegenstroom met het S02-gas. Hierbij komt CO 2 vrij, wat met de soda een bicarbonaat neerslag kan geven. Dit wordt zoveel mogelijk vermeden door bij 70 0 C. te werken. De voor de toren benodigde soda oplossing wordt in een soda oplostank bereid en met een centrifugaalpompje via een regelende rotameter boven in de toren gepompt. De toren werkt bij een temperatuur van ± 70 0 C. De op deze wijze bereide bisulfietoplossing wordt via een constant niveau regelaar afgevoerd naar een wachttank voor deze oplossing. Het is door de constructie van de toren mogelijk voor schoonmaken en stoppen van het bedrijf de verschillende schotels te laten leeglopen. Dit wordt berei-kt----

5 6. De uit de centrifuge verkregen oplossingen worden in de indampketel teruggevoerd, waardoor dus de verliezen aan thiosulfaat worden beperkt. Qck,de in de filterpers verkregen filterkoek, welke voornamelijk uit zwavel zal bestaan, wordt in de indampketel teruggevoerd. Het is duidelijk, dat tijdens dit procédé enig Na sulfaat gevormd zal worden, welk zout echter door zijn goede oplosbaarheid in het waswater terecht komt. Mede ter verkrijging van een witter product is het gebruik om in de indampketel een kleine hoe veelheid kalk toe te voegen, waardoor het sulfaat als gips in de filterkoek achterblijft. Dit heeft tevens tot gevolg, dat de filterkoek op regelmatige, door de practijk bepaalde tijden, moet worden weggegooid.... ) 4. Berekening van de totale materiaal balans. Zoals reeds ~oven werd opgemerkt, is deze fabriek gebaseerd op een productie van 00 ton Na 2 S aq per jaar of 1000 kg per dag, als mag worden aangenomen, dat per jaar 00 nuttige werkdagen gemaakt kunnen worden. Daar deze hoeveelheid vrij gering is, loont het._niet de moeite een continue bedrijf in te ~... richten. Dit is dan ook de reden, dat ik mij baseer op een 8 urige werkdag, met een productie van 0,5 kg mol per uur. In het volgende wordt de materiaal balans berekend, waarbij gewichten en hoeveelheden per uur zijn berekend. Indien per uur 0,5 kg mol Na 2 S 2 0 moet worden geproduceerd, dan moet volgens de reactie vergelijkingen: S + 02 ~ t 0 + tna2c0~ NaHS0 + tc0 2 NaHS0 + tna2c0 ~ Na 2 S0 + tc0 2 + t 0 N8 2 S0 + S + 5H20 ~ Na 2 S aq 0,5 kg mol zwavel verbrand worden of 16 kg. Indien dit verbrand moet worden met 10 % overmaat lucht, dan is hiervoor nodig 0,6 kg mol 02 of 19,2 kg, waarbij behoort 2,4 kg mol N 2 of 67,2 kg. I

6 7. Het zo verkregen S02 (2,0 kg) wordt nu geabsorbeerd aan 26,5 kg N8 2 C0 opgelost in een nader te berekenen hoeveelheid water. Ook voor het neutraliseren is 26,5 kg Na 2 C0 nodig. Voor het sulfideren van de Na 2 S0 is 16 kg S nodig. Er moet een overmaat worden gebruikt, waarvoor hier 50 % = 8 kg S, maar deze zwavel wordt later in het proces afgefiltreerd en weer in het proces teruggevoerd, zodat bij de totale materiaal balans dit niet in aanmerking wordt genomen. Na indampen en kristalliseren, waarbij ook geen materiaal het proces verlaat, wordt het kristallijne product met water gewassen, waarvoor ik een hoeveelheid van 25 kg aanneem. Indien aangenomen mag worden, dat de gecentrifugeerde kristal massa 5 % water bevat, dan komt dit- overeen met 6,2 kg water op 124 kg Na~20 5 aq, welk water het proces verlaat bij luchtdroging. Bij het neutraliseren van NaHS0 tot Na 2 S0 verlaat 11 kg CO 2 het proces. De gassen, welke het absorptieproces verlaten,bestaan uit: 67,2 kg N 2 welke ook was ingevoerd, de overmaat zuurstof, welke bestaat uit,2 kg, het ontwikkelde CO 2, wat ook hier weer 11 kg bedraagt. Deze gassen echter nemen enig water mee, daar deze bij 70 0 C in evenwicht zijn met de soda oplossing, welke in de absorptie toren wordt gepompt. Dit waterverlies is op de volgende wijze te berekenen: Het volume van de verschillende gassen is: N 2 67,2 kg = 2,4 kg mol = 67,5 m bij 70 0 C.,2 kg = 0,1 kg mol = 2,8 m bij 70 0 c. 2 CO 2 11,- kg = 0,25 kg mol = 7,0 m bij 70 0 C. totaal 77, m bij 70 0 C. De soda oplossing is, zoals later zal blijken, ongeveer 10 % sterk. De dampspanning van deze oplossing is bij 70 0 C. 20 mm Hg. _ ,

7 A. Verbranden B. Absorberen c. Neut ra liseren D. Sulfideren E. Indampen F. Filtreren G. Kristalliseren H. Centrifugeren I. Wassen K. Drogen. ad.a. Voor de verbranding is de materiaal balans direct op te stellen: In 67,2 19,2 16,0 Uit 67,2,2 2,0 102,4 102,4 De inkomende bedragen volgen direct uit de totale materiaal balans. De uitgaande stikstof is natuurlijk gelijk aan de inkomende. De zuurstof welke de brander verlaat is gelijk aan de 10 % toegepaste overmaat, terwijl het bedrag van de 802 direct volgt uit de aangenomen totale verbranding van de zwavel. ~ De hoeveelheid water, welke bij de verschillende bewerkingen nodig is, hangt af van de oplosbaarheid van het Na 2 S0, daar dit het minst oplosbare zout is. De oplosbaarheid is bij 60 0 C. 22 g op 100 g oplossing. Er moet worden opgelost 0,5 kg mol Na~0 = 6 kg, waarvoor dus ~~ x 78 = 224 kg 0 nodig is. Als nu aangenomen wordt, dat bij de neutralisatie (ad C) geen water wordt ver dampt, dan moet 224 kg ~O en 6 kg N8 2 S0 dit proces verlaten. Om echter niet met een verzadigde oplossing te werken, wilde ik hiervan 250 kg 0 maken. Uit de totale balans volgt tevens, dat ook 11 kg CO 2 dit proces verlaten. Toegevoegd wordt: 26,5 kg N8 2 C0, 52 kg NaHS0 en 245,5 kg 0, wat alles uit de reactie vergelijkingen volgt: 9.

8 ~--- ~ In Van Uit Naar E. Indam12en. 0 01,1 D 0 77, F Nai>20 107,2 D N8~20 107,2 F S 8,- D S 8,- F ~O 22,8 B 416, 416, F. Filtreren. 0 77, E 0 75,6 G, H Na~20 107,2 E Nai>20 104,9 G, H S 8,- E 0 1,7 D Nai>20 2, D S 8,- D 192,5 192,5 G. Kristallisatie. H. Centrifugeren. 0 75,6 F 0 51~2 1 N8~20 104,9 F Na~20 87,7 I 0 24,4 D Na?20 17,2 D 180,5 180,5 I. Wassen. 0 51,2 H 0 51,2 K NazS20 87,7 H Na~20 79,- K 0 25,- 0 25,- D Na~20 8,7 D 16,9 16,9 K. Drogen. 0 51,2 1 Na~ l 124,- Na 2 S ,- I 0 6,2,. 10,2 10,2 15.