Bereiding van aromaten door dehydrogenering van naftenen

(1)

~

Verslag behorende bij het processchema

van

onderwerp:

."-,..

.,lle.r:e.1~

.

v.an

.

-Ar.o.uLaten-.

:-doó.r:-

-

__

.?.~~ .. , :

~ • • '1'

~

1965

(2)

-,

.

INHOU"JSOPGAVE

1. Samenv~tting 2. Inlei ding

3. Beschrijving V'1n he t nra ces

4 ••. lF.l.SSa- en w8.rmteb"l<:ms

5. Fysische en che~ische aspecten

5.

Berekening 8ppar3tuur

6.1. Je fluid-bed reactor

6.2. Je berekening v"'n het vermogen voor de pOM.p

6.3. :e

berekening V'3n h~t vermogen voor de oompressor 6.4. Berekening vrm warmte~issela8r 1 5.5. ',Varmtewisseloar 2

6.5.

'ferdamper

6 .7.

fertiele condensor 7 •. Appara tenl'jst

8. Lijst ven gebruikte symbolen 9. Gebruikt.e literatuur

10.Blokschemn mRterianlstromen

~]okschem3 warmtestromen

11.Grafiek met berekende oonversies

B;jlage 1 flowscheme en àetniltekening reactor

.

Rjlage 2 gegevens over vloeib88r zout. v;-Jn

Rjlage 3 geeeven3 over het fil termclteriaal van de reac-:or. de blad 1 2 4 6 15 18 18 22

23

24 25

25

27

28

30

31

32

33

(3)

I

-I I~ I ,..

- -1-1. SA113N 'TATTING

J.it processchema behandelt de reactorsectie van een fabriek voor de bereiding van aromaten uitnaftenen in, een fluid - bed reactor.

Aangenomen werd , dat in tegenwoordigheid VAn een katalysator ( platina op aluminiumoxide) b~ een temperatuur van 490

Oe ,

een druk

v~

30 atm en een waterstof - koolwaterstoffen verhouding VAn 10 , zich

de volgende reacties afspelen

cyclohexaan

₌

benzeen + 3

methylcyclohex8an

₌

tolueen + 3

1,2-jimethylcyclohexaan

₌

o-xyleen + 3 tetraline

₌

n8ft,"lleen + 2

~ ... ,;~~~/i..

Het berekende rendement bedraagt, bij een ka,:tB

lysat.o2'-activiteit van 70

% ,

ongeveer 66

%

'.I 'L..-" ;',l ""'-.Ju..

~ _ _ ',,,,. JvVV\M., 1...""-<. I

, \

. ' 0 '

De hete reactiegassen worden afgekoeld tot 40 8 ,

b~welke temperatuur alle koolwaterstoffen geconden-seerd z:jn. Het vloeib~re .'~rom!'ten-neftenen mengsel wordt naar de scheidingssectie gevoerd; 'een gedeelte van de waterstof wordt gerecirculeerd, terwUI de rest

als product wordt afgevoerd.

Bij de in dit ontwerp aMgenomen voeding van 500 ton/dag

bedraagt de aromaten productie ongeveer: 314 ton/dag, en de waterstofproductie : 16,1 ton/dag.

""

(4)

I

.

I

· I

"

I

~

Î

-2-2. I N L :; I :J I ~ G

~ o.j dit re:orrüngsp::,oces v8::,}(reeen 8ron:"lten,n<)r-·.eLjk

~enzeen, tolueen, o-xyle~n, e~ nnftnleen, heb~en e~n

zo grote verscheidenheid v~n toepgssing~n, dat het in

dit bestek te ver zou vo~ren de~e op t~ so~~en.

In het '11ger-:een bm me:1 Z9gg" 1l d~t hier opr"!k3 is V8n

e3nstel o2sisgrondsto::e:l voor de 2h2mische industrie.

~echnische b~rei jing::"·ogelJ.{h8 den

.J:3 twee voornanl"':ste b·:reiJings~oi..;el:j}(heden z:jn:

a) uit aardoliefrncties (b .. l'.r. r2::or~inGsprocessen ) '0) op steenkol-Jnb"sis

7~n deze twee ~ogel~khejen is de ~erste voor de

pro-d~ctie van benzeen, tolueen en xJleen veel belangrJker

dRn de tweede. Hoewel n.':J:::·t~üeen nog wel een 2teenko

-len product i s,~Un er Al d~verse instalInties in ~gn

~ouw voor de productie van nR:t~leen op RarJolieb8sis.

B~J dit ontwerp werd ui tgegann V"ln een voeding ( 500 t/dag)

welke bestond uit: cyclohexnan, ~ethylcyclohexaan,

1,2-dimetl~lcyclohexaan en tetraline. Jeze componenten

worden geaoht de belangrljkste bestanddelen te z~n van

de voedin~ voor een aro~AtenfAbriek.

Ter vereenvoudie;ing v~n de berekeningen werd

veronder-stelJ d9t alleen slechts dehydrogenering optreedt.

In Jit ont~erp ZAl een fluid-bed reactor worden berekend

ter vergelJking met een een ontwerp met v~st-bed reactor.

Je 3romaten productie bedraagt bJ Jit proces: 314 t/dag

b:j een conversie vnn O:1gev'>er )5 procent.

(5)

I, I

-3-Gezien de qard VAn de eronjstoffen zAl deze fnbriek in de buurt Moeten liggen VAn de 81rdolie verwerkende industrieen, zoals r8ffin9derijen, ofwel gu..'1:3tig 5elegen l"1oeten z:jn wat betreft ~'l8nvoer van deze Brondstof::'en,

w~Arbij ge dacht kan worden aan e~n ligging in de buurt

" VAn grote zeeh8vens.

(6)

I

-I

I

~

I

~

I

i

I

- - - - -~-3 ...,.,., _• _'1 _""'

s ,..,

_J u _: R _,. LJ '{ T _.. 1\T _I' G "' A ': r1 ~ _~..J'l1" n R 1'\ ''''J '"'...I' ,_';;:' _J

( Zie bUlage, proces ~lowsche~e

Ja voeding van n~ftenen wJrdt ~et een

centrifugael-pomp o~ een druk van 30 8t~osfeer gebrpcht.

1ervol-gens wcrdt de voeding Opeo.wRr~j vpn 20 O~ tot 280 O~

door warmtewisseling met de hete refl'Jtieg8ssen.

In een fornuis wordt de vloeisto~ verd8mpt en de

temper2tuur op

490 °8

gebracht.

(

{~\ L· C ,.'

Het gas van koolwaterstoffen ',vordt nu in een E/1

S-• • {.~ 'lt"...{ L '

(

,~~

menger op het flowscheme st'='at Abusievel;ju k v9ntu- _ ~~-.vl

ri'!!lenger ) met waterstof vrom dezelfde terr:per8tü.ur "

~j..r"'c.... ~

, I . v- ( ' J ~-fj

V\.-en druk ge1'!:engd. I ; ) .. i-./')·v

'

""

~~

J:i t gasmengsel wordt nu in de fluid-bed reélctor ge-' .

leid. In de reActor heeft nu in tegenwoordigheid

van de katalysator de sterk endotherme reactie pla,qts.

~ reactortemperatuur wordt constAnt op

490

J~

ge-houden door de reactor inwendig te verhit~en met

een vloeibaar zout '-d8t de benojigde '1V8rmte

ver-schaft door 9fkoeling v~n 580 O~ tot 530 O~.

Uit cJnstuctie o~gpunt wordt het vloeibare zout

onder een druk van 30 Atmosfeer door de

reactor-pijpen gecirculeerd.

Je reactiegassen komen uit de reRctor met een te~

peratuur van

-+90

O~ en een druk V~!l 29,7 atm. en

geven,nadat ze door een cycloon zUn gegaqn, een

gedeelte van hun WArmte af a~n de koude voeding.

19 temperatuur van het gas is hierdoor gezakt tot

394

Oe. 7ervolgens worJt in een twaede

warmtewisse-laar de recycle waterstof met dit ~A8 opgewarmd.

Je temperatuur is nu tot 226 Oe gezakt.

Om alle koolwqterstoffen in het gas te condenseren

moet afgekoeld worden tot

40 Oe.

(7)

I

-I

-I !~

I

~

I I 4f r I

r

" '

-5-Jeze 8fkoeling geschiedt in twee 1) ~fk)eling v~n 225 J~ tot 170

vr~jkor.tende warmte wordt ',v:lter

2,8 ato. omgezet in stoom.

stappen :

0., ,J ; m ot..:le " ;.J h' 1. '? rb" ,.J

r,

v,')n 130 -.I::; en

2) In een partiele -Jondensor wordt vervolgens het

Û

gas afgekoeld tot 40 ~ ~et koelwater (deze

koe-ler staat niet op het schemR getekend.)

In een hoge druk Rfscheider wordt de

vloeistof,be-staande uit een r.tengsel van aromaten en naftenen, gescheiden van het gas,waterstof.

Je vloeistof g~at nu ~8qr de zuiveringssectie,waar

het mengsel in zUn componenten wordt gescheiden.

3en gedeelte VAn de waterstof wordt gerecirculeerd,

namelijk een hoeveelheid molen die gel:jk is aan tienmaal

de hoeveelheid Molen koolw~terstof:en in de voeding.

1eze hoeveelheid w~terstof wordt eerst gecomprimeerd

v~n

29,7

atm. tot 30 atm. en verv81gens in een

warm-tewissel~~r in tegenstroom met de hete reactie

-gassen opgewarmd tot 350 0::; • In een fornuis wordt nu de, temperatuur ven de waterstof op 490

Oe

(8)

I I I

I

-j

.

I

.

I

·

I

~

I

-r ; ) -4. wAS S A- ~ ti WAR w T :: :3 A L A :T S

( zie oloksch~m.a's op bl.'1dz:jden 31 en 32 )

.. ~assabaléms

rer dag ~oet de fabriek 500 ton nnft9nen~engsel ver-werken.

1 mol voeding bevat: 0,4 ~ol tetr~line

0,3 mol cYJlohexaon

0,15 ~ol methylcy~lohexnan

0,15 ~ol 1,2 - diMethylJy~lohexaqn

Het gewicht V'=lfl ~ol voeding is dus:

0,4.132 + 0,3. S4 + J,15 • '00 + 0,15.112

=

109,5 gram. Je M~ssastroo~ v~n de voejinc is: 500.000 = 5,775 kg/sec

24 .

3;00

Ofwel uitgedrukt in Molen: 5775

=

~2,9 ~olen/sec

~5

Aangezien de reActie wordt uitgevoerd onder water-stof druk en wel b:j een "1012mrerhoudine }~''1 : H

2 = 1 : 1C , ~oeten in de g~smenger 10 . 5~,9

=

529 ~olen H₂ Met

de nqftenen gemengd worden.

~ass9stroom waterstof n~nr de reactor is : 529 • 2

=

1058 gr/sec

Totale meSSastroom nnar re~ctor : 1058 + 5775

=

~833 er/sec

'Je pro ducts troom ui t de re,:, ctorC>je fysi

sche-~specten) heeft de volgende s~menstelling :

~o~?~:ne?~

-- _... [,

""~

'

~t

~6-

1,

9 :~ie

'

~/s~

Te trqline .J

I

th ft '11 een

i

1 I~ , ? 3

I

';yclohexaan

I

5, 7C

I

i I lenzeen Iwethylcjclohexaan

I

1'0 lu"'! en '1,2 - dimethylcjclohexaan ! a-Xyleen 10,39

2,79

5,19 5, 19 I

I

I I

I

en chemische gewicht in gr. 910 1305 4·70

2

73 n2

310

)+5

!

--J

1244

f

· .. -'

. -_.,_. --~'-" --... -- -i j 5833 _J ~

(9)

•

...

In de hoge druk nfscheider wordt het niet eecondenseerde

gas,waarvnn wordt 8Angenomen dat het geheel uit water-stof bestaAt, VAn de gecondenseerde koolwaterstoffen gescheiden.

Uit de bovenstaande tabel ,die de sAmenstelling VDn

de productstroom geeft, zien we .dat de hoeveelheid koolw8terstoffen bedraAgt : 5)89 gr/sec

Hoeveelheid geproduceerde wnterstof : 1244 gr/sec

Jeze hoeveelheden worden in de ~. J.qfscheider Van elka~r

gescheiden.

Aangezien een ~edeelte v~n de wnterstof weer wordt ge-gebruikt,is de netto productie Ben wnterstof

1244 - 1058

=

185 gr/sec

Totnle koolWAterstoffen productie : 5589 gr/sec J.lt is onder te verdelen in 3625 cr. ~romaten/sec

en 1953 gr. naftenen/sec

Je hoeveelheid stoo,." die wordt verkree;en bjj het

af-koelen van de Vroduct5trooM,bedraagt : 0,759 kg/sec met T

=

130 O~ en

r

~ 2,75 at~. (zie w~rmteb2lRns Benodigde hoeveelheid koelw~ter voor de p~rtiele

condensor 45 k~~/sec ( ;3ie.v~rmteb8l0ns )

Hoeveelheid zout voor de v9rwar~ing V8n de reactor

(10)

\ - 1

,

\t-pf."v \t,. ... ~-.. \."V; i I l r f' (/I-1(.i,

ID

~_ : j

/~

( .

"

! . v

_&(

, J

qo

-) , i') I j

..

(11)

I

-I

.

I

~

r

I i

de temperAtuursverho~ing VAn de de drukv9rhoging tot 30 Atm.

Het kooktr3ject VAn de voeding b:j een tot881

kAn berekend worden m~t de wet v~n RAoult : n

=

X • P

· A a a

Hierin z~n : PA

=

partiRAl druk VAn ~ornpónent ~

x _R

~, ,

·a

=

molSrAatie v~n ~o~ponent B in vloeist. fase.

dampspanning van c::>r:.ponent ~ ':J:j

de gekozen t2mpe~p.tuur. ( lito 1 )

~Uer'o:j r.1oet steeds gelden : '" _L p ₈

=

1\_,,. ₀t _a_"1

In dit Beval luidt de vergelJking :

T

0,4 . ·Pteir. ~ 0,3 • r oyale + 0,15. IrnoJycl. + 0,15 _{• .6.1,}₂_di. - I

J

!J .. '

Via aen tlPit'll ::md error Metho~e_ y~nden'IB,dE!t begin kooktraject ( bubble point ) ligt b~

r

=

250 Oe •

1Jor het einde V3n het kooktrajeot gelJt :

~

, I

L

xa

· F.t\o

.

~.

=2:

Ya

~

1

1 /

L1

.

c

~~

4"

'. ' 8 ' ~

Zodat' de vergeLjking luidt:

°

t 3 • 30 +

°

is

~

•

30 + 0

-?

15 • 30 + 0, 15 • 30 =

Paycl. ~tetr. "'"1"'\ • .],'/.:::1. F1,2- di'T!.

vr:Jll het

3veneens vi'1 triAl ""nd error vinden we 'loor het~ eind van

J , 1)

het kooktrajeJt : ~

=

310 v .

Het kooktra j act 10 Ypt dus v.m 2;0 ..J

~

to t .31

Ö ...;

J .

~

',Ve zullen nu werken r.1~t een t!;er.1i d3eld kookpunt v')n 280 lerekening van de warntecApgJitei t v~~ je vloaistof : 8

p ~aarden zJn vr~ weinig afhRnkel~k VAn je Jruk, ~38~ wel temperntuur aftwnkeLjk. Ter v-9reenvoudiging werd de

J_p

c~~s:

_

~~~

.

~eronderstelà.

Dit ( 2 ) vinden 'Ne 1 : at T'rl. ""j ., t ,., , .. 25 0,., ~o~ponen 'J 1 .. ,J "'Oen i

- - _

...

_-

-, ..

-

._

.... -... ~y.:::lohexa:m 'Tetraline P CFl}/gr. C ... --...

---J

0, 524 j

I

0,389 1 0,443 , \ 0,448

I

"' ... - _ ... _-. - . __ .... _ ._ .. _----1 l~ethylay~lohexaAn {1,2 - Dimethyloy~lohexa~n ---~~_.-... -_ ... _.-. ... ,.~.----_ ... -...

_

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

(12)

-r -I I .. , I ..

I

"

I

r

- - - ---,---:c-____::_=_ -9-Hieruit vinden we ~ v p = 0,447 cDl/gr.graad

=

1,37 _KJ/kg.grand

Je hoeveelheid warmte die nodig is o~ de voeding op te

war~en

VAn 20 °8 tot 280 Oe bedraagd :

( 280 - 20 ) • 1,87 . 5,775

=

2,80 • 105 '.1

:eze hoeveelheid wnrmte wordt in wn.rmtewissel"lsr 1 door de hete reactieg3ssen op de voeding overgejr~

gen.

Berekenin,:; v"n de verd::H'1pingswarmte van de voeding

- " _Q-J 0_'-80 0 ... _v:

B:j temperatuursverhoging wordt de verda~piniSw3rmte kleiner. Jeze wordt dan berekend met de volgende

.:.l

₁₁₂

formule : Ll

H~: r~~ Tr"l.~

J

c)~ '1S>

( li t. 3) A ril

L

I -

-rr.

= verdA.r,pingsw8 rmte b~j 280 0 8

, ,

,

25

0

c

..ó H 1 = rr = gereduceerde temperatuur bJ 280

O~

2 T_r

=

1

, ,

,

T

_ger.= T 1j'i ·'kr. T . + kri tisch U1 v 8orr:ponent Tetraline lrn k in

I

I 1715

I

~yclohexaan j553 ~ethYlCYClohexa~nI559

L

1,

,

_

~-~i

"

,

_'.' pO 2

, ,

( 2

Aangezien we de sé1!!'.enstelling vnn de voeding kennen, kqn de verdampingswarmte berekend worden.

Je verdampingswarmte is :

'"

(13)

I~

\

.

I

3erekening Van de hoeveelheid warmte, welke nodig is om de damp van 280 00 tot 490 Oe op te warmen.

Uit (4) halen we de warmtecapaciteit ( in cal/gr.):HP-~

voor ideale gassen. Temperatuur in OK •

I

~o-;~~~n ~

I

1

'3' 00" - 'I'emp-e~atu~~' ,'. '" ---.' ... '---

-_o

l

1 400 5'ö6 ' 600" 16"ö " --800 -f ,Jyclohexaan j 178 244 318 399 485 576 1 !.,:iethylcY·:Jlohex. 1188 255 .330 -1-12 499 590! ~ 1,2 dimethylcyclohex.! 191 2J~ 335 417 504 595 I Benzeen 145 194 249 307 359 434-Tolueen 153 205 252 324 388 457 o-~yleen 165 220 279 343 410 481

i

1

~~

,

~

,

~s:~f

;1955 2303 2653 3004 3350 3718 1

"

J

Uit deze tabel bLjkt dat de enthalpieverschillen voor

zowel voor de {laf tenen als voor de aromaten een

con-stante waarde hebben.

Aangezien er geen waarden gegeven zUn voor tetraline en naftaleen, werd aangenomen dAt deze dezelfde

en-thalpieverschillen vertonen als resp. de naftenen en

de aromaten.

'.Ve vinden nu dat voor het verhogen VAn de

tempera-tuur van de damp van 260 JO naar

4YO

DJ het

enthal-pieverschil is : 182 cRl/gr.

De benodigde warote bedraagt dus

,-182 • 5775 • 4,19

=

4,40 • 10° ~

-Jornuis 1 moet dus leveren : ( 1 ,00 + 4-, 4~) .10 J '.V

=

= .5,40 • 10:'> ',t{

'ge endotherme

re!"lctiew~rl"1te

bedraagt : G, 50 • 105

'

,

v

( zie fysische- en chemische aspecten )

Jeze warote wordt toegevoerd "".et vloeib8ar zout,

(14)

I~ I I~ , I

!

-11-d e reac or t Me t ~ • = -') 30 J , . J .

Je warmtecapaciteit Van het vloeibare zout in dit

tem-peratuurtraject is (b'jlege 2 ) : 0,373 ~'T'l:r/lb.oF

=

1,552 J/kg.o,~

Je ~assastroom zout bedraagt dus

:) 5 • 106

1~52

.(580-530)

=

833 kg/sec.

Het ga s, dElt ui-c de reactor kO"1t, moet zover worden

afgekoeld tot de koolwaterstoffen erin gecondenseerd

zijn •

3lj verwaarlozing van de drukvallen in de

warmtewis-selaars, is de .totaal-druk van het mengsel bij

conden-satie ( zie reactorberekening ) : 29,7 atm.

Uit de tabel VAn blad 6 kunnen de molfracties v~n de

componenten berekend worden en hiermee de b:j

baho-rende parti~pldrukken; met deze l8Atsten is met (1)

de condensatietemp~rAtuur voor iedere component te berekenen.

Je condensatiewa.rmten in de onderstaande t::lbel z:jn

uit (2) •

1

~~mponent

_kOlen

I

P,rti~

_ol I ,.., ,) .~ _~~erd.

l.Jond. . j se .... druk in I v t 8 trr.. ! FJ/Mol I ~ Tot:'lle condens. warmte

KJ

_

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

'l--

...

'.'-

... (-. ... _."._- "--'-'-~ .. '----'11 i Te tr;=tl tne i 5,95 ; 0,305 153 55,2 3S 1 i Naftaleen '14,23 _'_0,525 200 _45,4 550 i f Cyc lohexaan 5,70 0,245 -U 30, 1 171 I

i

"genzeen '10,39 0,455 »,) 30,8 319 r

\

,u.

~yclohex. 2,79 0,123 42 31 ,7 89 Tolueen 5, 19 0,228 ::):) 33,5 174

.

1, 2dL~. ~ycl. _2,79 :0,123 )9 I 33,8 94 o-Xyleen ), 19 : 0 ')?8 _?)

I

3-),8 191 i ,'- t-Totnle condensatie-'.VA rrn't8 2089 KJ ._ i Ji 1:; is 8CJhter de condensBt1ewar1"'!te b:j 25 ()8. ~

(15)

I

"

I

r

;'

r

I

Indien we een gemiddelde condensqtieternperatuur van

140 oe aannemen en tevens een

Tkritis~h

=

550 0J,

dan kan met de formule VBn blqd

9

de

condens9tie-warmte bij l'

=

140 0 ~ worden berekend

= 0,9

-.:ns condensatiewarmte bedraA.gt : 1,85 • 10 5

w

Uit bovanstaande tnbel zien we ook jat het conden-satie traject loopt v~n 200 o~ tot ongeveer 40 0J •

Jit betekent dat de re8ctiegassen Rfgekoeld ~oeten

worden van 490 °8 tot 40 0:,:: • Je hoeveelheid warmte welke hier':)~j afgevoerd moet worden k'~n berekend

worden met de tabel op b18d 10 •

We vinden dan de volcende "'lBrmtec~prlci tei ten

naftenen : 0,80 cal/gr.oJ

8romaten : 0,57 c81/gr. oJ

t t f 3 50 1 1 0,.,

WR ers 0 : , C8 / gr. J

~ze warmtecapnci tei ten z~jn de gel!liddelde wfJBrden

over het afkoelings trAject.

Uit de t3bel op blad 6 vinden we de hoeveelheden

van de drie groepen

.

NRftenen 1963 er/sec

Aromaten 3626 gr/sec

Waterstof

.

1244 t., "'r/sec

Totaal : 6833 gr/seo

'Ve kunnen nu de verandering v!!n de w'lrmteinhoud per

graad berekenen :

1244 • 3,53 + 3626 • 0,57 + 1963 • 0,30

'l

5833

.4,19 .5833 =

=

29,4 J;o'0.sec

~et deze waarde voor de verandering vnn de

warmte-inhoud van de rnassastroorn per craad kunnen nu

gemak-kelijk de warmtestromen in de warmtewisselaars

(16)

l

I

..

' . i

-13-In wAnntewisse18ar 1 bedraagt de wArmte stroom 2,80 lü'N,

zoals 1s berekend op blAd 9 •

!)3 wRrmtebAl~ns over deze warmtewisselaar is

( 490 - TUit) • 29,4

=

2,80 • 106 ,hieruit vinden

we Tuit

=

394

o~

In warmtewisselaAr 2 moet de wnterstof opgeWArmd wor-den V8n 41 oe tot 350 oe • :l! massastroom H

2 1s 1058 gr/sec en de warmtecapaciteit

1s

:3,50

c8l/gr.o

J,

dus de

I"

wArmtestroom is : (360 - 41) • 3,50 • 1058 • 4,19

=

4_,98.10:)

w.

~ warmtebalans over deze warmtewisselaar is :

6

( 394 - Tu~t) • 29,4 ::: 4,98 • 10 , hieruit vinden we

TUi t ::: 226 C

In de verd'OMper ','lekken we 1 '1ge druk stoom op. 'Ve lsten het g3S afkoelen tot 170 o~ , zodat de w3rmtestroom

(221" 170 \ ')9 A 1 1";;: .10 6 'tV

i s : :) - ) . ~ , ' t

=

,J~

Ingevoerd wordt WAter v~~130 oe en 2,75 atm. en afge

-voerd wordt stoom met dezelfde temperAtuur en druk. ',V8rmteb~üans over de verdamper :

cR .

520. f, 19.10

3

=1 ,55 • 106 ,we produceren dus

0,750

kg stoom/sec

~,

In de partiele condensor moet het g~s worden afgekoeld tot 40 oe en de vrijkomende condensatiewarmte afgevoerd

worden.

Afkoelen VRn gAS : ( 170

-

40 ).29,4

=

3,81.10 5 ',7

80ndens8tiewA~.te (zie bInd 12 )

₌

1,85.105 ','I

>

TotBAl 5,56.10J ',rl

Gekoeld wordt met WAter, d~t vnn 20 oe tot 50 0 8 opwarmt.

';hrmtebalAns over de condensor :

Q

.

(50 - 20) .4,19.103

=

5,56.10 6 ; hieruit vinden

. nv

(17)

'

..

I~

I

I I~

I,

In fornuis 2 wordt de waterstof van 360 0 8 naRr 490 oe verhit.Je hoeveelheid warmte die hiervoor nodig is

be-draagt: (490 - 359) .3,50 .1058 = 2,05 • 106 TI.

Aangezien 20 0,j 9.1,s bFlsistemperFltuur bij de berekening

van de warmteba18ns is aangehouden, hebben de prod4ct -stromen nog een wnr~teinhoud.

186 c;r/sec ; de 10 de waterstof-productstroom is warmteinhoud hierv~n is : 185 • 3 , 50 • 4, 19 • (40 - 20) = r

=

0,05 .10;) ·tV 20 de koolwaterstoffenstroom is : 5,589 kg/sec; de warmteinhoud hiervAn is : 5,589 • 1,87 .(40 _ 20)

=

= 0,21 • 105 ',1

Het vermogen van de centrifugAalpomp ( zie por.p bere-kening ) bedraagt : 0,04 • 106

w

Het vermogen ven de compressor ( zie compressor

bere-5

kening ) bedraagt : 0,03 • 10 1,'{

'Ve kunnen nu de totale warmtebalpns opmaken: Inga9.nde stromen in

Pomp Jompressor Fornuis 1 Fornuis 2 0,04 0,03 5,40 2,06

Uitgagnde stromen in ~W

7erd~mper 1,65 - - + 7,53 rArt. condensor H 2 productstroom KW productstroom

5,55

0,05 0,21 - + 7,57 ',Ve zien dAt tussen in- en ui tgpande w8rmtestroom een

verschil bestA8t VAn

°

,04 1.'~~V • :Ji t verschil is te w:jten aan de aannamen, di e er ge daan z':jn bij het berekenen VAn

de thermodynamische gegevens • Aangezien het verschil slechts ~

%

bedraagt, loont het niet de moeite de bere-keningen te herzien.

(18)

Î I

,

I

.

I

-15-5.

F Y SIS G H 3 3 N J H E ~ I S G H SAS P s e T 3 N

Indien de temperAtuur niet boven de SOO 0J stijgt mogen

we aannemen dat zich voornamelijk de volgende dehydroge-neringsreRcties ~fspelen: oyolohex2~n methylcy~lohexa8n

/'~

C.H)

l~(H~

1,2-dimethylcyolohex3an tetraline

- )

o

o-C+1]

3 TT + ·'2 tolueen

~C~+3H2

V"-CI1

₃ a-xyleen

0)+2H2

n:CJftnleen

Ter vereenvoudiging van de berekeningen werd aange-nomen dRt zich alleen deze re8c~ies Rfspelen.

Volgens

(5)

~oeten de rsnctiecondities de volgende kg v03ding/uur

L.::

.

s

.

.,.

=

kg k2t 2lys8tç>r 1'oto::>ql druk

=

30 ~i;r.

=

3

w.olv'3rhol,;.Jint; H')/kooLi[èterst.

=

10

<-. '

.

. -., ..

• ,.~. • t. • - VI

Als k8t8lJso~or moet ~orden gebruikt rt .(0,3 ~ ) op

A1

20₃ • Ter veresl Jkinf met een v8st-bed reactor (zie

ontwerp processohem8 S.Renken) werden katn

lysRtordeel--4 tjes geno~en Me~ _{e3n diameter : dp} = 5 • 10 m

(19)

I

-~ I

I

I ..

I

.

r

'!olgens (5) is de experir.;entele evenwichtscon"stan te: 7545

T

( T l n " OT'" I~ /

~ i; ,.

Voor de ~ndere n8ftenen werd in

{) :l ' I~ frr" :1 ... "

(5) een evenwiJhtsconstsnte

gevonden, welke o~gewerkt in metrische eenheden de vol-gende vorm heeft

10 _g _Lr _"_p

=

20,00 _ 11~02

Je 'oei de

( ~1 l. n Or?' .c. \ /

fun~tie v~~ de Jonversies

K Ptetr. _Ptetr. 2 P tot. K Pnaftenen Pnafteen = xnafteen

wet bovenstaande vergeLjkingen kunnen de Jonversies als functie van de temperatuur berekend worden.

In grafiek I z:jn de resul tgten van deze berekeningen ge geven. 'Ne zien dat b:j T

=

490°C goede conversies

optre-den1

Tetraline conversie

=

95 ,5

%

Naftenen conversie

=

93,0 1

I)3ze conversies zullen all een optreden bij een katalysa -toraotiviteit V8n 100

%

.Indien we aannemen j8t de kgt !"l -lysatoraotivi tei t 70 "'~ bedraagt, déln kr~j:~en we de vol!~ende conversies :

Jonversie van tetraline

=

57,55 ~

Conversie VAn cyclohexaqn I methylcyJlohexaan ]'

=

1,2-dinethylcyclohexaan

/' 10 4

J ) , :0

Rekening houdende met de senenstelling van de voe ;ing krijgen we als resultaat een pro ductstrooT!'l, wFlarvan de samenstelling gegeven is in de t8bel op blAd 5 •

(20)

I ,.

i

-17-Be~ekening_v~n_d~ re~c!i~w~rmt~

LlG

Volgens de thermodynRmicB is : ln K= - ~

Nu is

DG

=.6H - TLlS ; uit deze beide vergeLjkingen

vinden we :

As

log K

=

2,3.R

.6H/2,

_T

3. R

'Va kunnen .jus ui t de K waRrden V8n blad 15 de

reRctie-warmt en berekenen. We vinden zodoende : reactiewarmte voor tetraline

reactiewarmte voor noftenen

35,00 RC?l/mol

50,75 J~:J~ 1/1':101

~et de gegeven molfracties van de componenten in de

voeding en de berekende conversies knn nu de

reactie-w~rmte per mol voeding worden berekend :

0,6.0,6)1.50,75 + O,4.0,J755.35,Ov

=

29,25 Kcnl/mol.

Aangezien de totale molenstroom is : 52,9 malen/sec,

is de totale reactiewarmte :

52,9 • 29,25 .

4,19 • 10

3 =

5 ,5 •

10

6 ~

de rekening v~n de hoeveelheid k8 tRlysator:

L. H. S. V.

=

3 dus :

5,775 • 3500

(21)

6. B E R Z K 3 N I N

GAP F

A RAT

u

U

R

1. De fluid - bed reactor

Je dru..1{: in de reactor is 30 atm. en de temperatuur

bedraagt 490 08 • ~Ameter katRlysatordealtjes

onge-veer 0,5 mm •

TIe minimum fluidis~tiesnelheid wordt berekend met(7) :

Volgens (8) is + 1

,75.Fr

v~f

é~

..

~. d_p

t

=

1 -IY'I)( \ (~

-

f,:

)

"

'~

=

visoositeit van het gasmengsel.

Indien we wegens de grote overmaat aan waterstof

mogen zeggen dat de viscosi tei t geLjk is aan die V3n waterstof, dan vinden we met (9) :

{

'(L

=

15. 10-6 N. se c/m2

~

=

1215 kg/m 3 (5)

Voor de berekening VAn de jichtheid v~n het gAS, moeten

we het volume eerst berekenen. Volgens de ideale

gas-wet is het volume VRn 1 Y.mol f.as : 22,4 m3 b:,i 273 OK en

1 atm •

In de reactor komen 582 molen, en eruit komen 575 molen.

Indien we het gemiddelde nemen, eaan er 530 mOlen/sec

door de reactor, dat wil zeggen:

630.10- 3

.22,4. 1 .(490

+ 273) AJ 1,3 m3/sec •

JO

273

-~ dichtheid van het gas is dus :

.t:

= 5,25 kg/m3

~

= 656 kg/m3 (5)

6,833

1 ,

3

=

Als al deze gegevens ingevuld worden vergelijkingen, dan vinden we voor de

satiesnelheid : v_mf

=

0,23 m/see

(22)

r

I ,

ï

I

~

r

I

r

-19-~a~i~u~ ~itblaas~n~lheid

We stellen dnt de kleinste deeltjes e'3n diameter vFln

3.10-4 m hebben. :Je uitblaassnelheid vinden we met:

=

C

li t. 10)

C _w is een functie v~n Reynolds ( zie voor grafisch

verband lito 10 ) .~" i./.vv/ .;v

! ' ) ' ,,' " : ir '1 , •• '

I

_vr-.J _/. ' _r_· _'~, , ' I ," '; ,J1 " 0" 'vI/" ~v , \

=

33, d"lt de'.>' r ••

r /

~Tip. trial and error vinden we bij Re

m~ximale uitblaassnelheid is : v r.12X , IVV _{, /} _\

=

0, 90

mis

e 0 _~'-_/~/ / . e-" ' \ , .)./'-,

,

.

,1/ l. '" '..,V"

Op blad 17 is berekend dnt er 5940 k~ katalysator

nodig is. Het volume VAn deze hoeveelheid is:

5940 : 1215

=

14,2 m3 ; dit is ook het reactorvolume.

Aangezien er voor het toevoeren VHn warmte in de

reactor verwarmingspijpen zijn geplaatst, wordt de

.lslugging,I enigzins (zie 11 ) onderdrukt. Hierdoor

is het mogel~k een wat grotere L/~ verhouding te

kiezen, hetgeen de 'Iaackmixing·1 _weer _z!11 _verminderen.

Indien we L/D = 3 nemen ,kr:jgen we de volgende

reac-tor afmetingen :

i1T:f.L

=

~T\:}3

=

14.2

( 1 -r)

Indien

wet:.

is 0,6 kiezen ( deE vp.n blad 18 is 0,46 )

~

dan krijgen we :

L

=

5, 50 m en D

=

1, 82 m

I '

3~j deze reactor-diameter is de doorsnede

3!j de berekende volumestroom(zie blAd 18

de fluidisatiesnelheid : ~= 0,5 m/sec

2,6 m • 2 (,.-' ... ' \

[J, .

'/

is dnn

:::>it is een redelijke snelheid,gezien de v

rnf en de

maximale uitblaassnelheid(welke imr.lers berekend is

op deeltjes v~n 3.10- 4m ) , ,I " I.; l i ' \, \I 'i,.. 1'" (' .; ,-t" 0 :' v'\

vvV

,

, U J.- \

~ ll~

.

\,J- 1'\ r ;, , l~ ,' i' ~ \ i , \.rvi

;

ll

'

"

(23)

I I I ,

I

I , I~

I"

\ [ i

I

_I_~ , I \.

I

, , I·

Be~ekening_v~n_de ~ruk~Al in_d~ ~e~c!o~

Het rooster waarop het bed rust besta~t uit gesinterd

Chroom-nikkelsta~l met een geniddelde porieenw~dte VGn 1,5.10-4m. De dikte van dit l!l.'1teria8l (handelsnaam: Siperm RT 4-7 ) werd 2 cm genomen. ryi t bijlage 3 blijkt dat de drukval over de plaat ongeveer 0,04 atm bedraAgt. Voor de drukval over het fluid-bed geldt(7) :

AP :;

(1 -

E

) .(€_D).~.L

s Jf

NR invullen van de gegevens vinden we:

'

6P:;

(1- 0,6 ) • (1215 - 5) .9,8 . 5.50. 10-5 :; 0,26 atl!l

:us de totAle drukval over het fluid-bed i s : 0,30 atm.

He! yeIW~~ing~szsteem_v~n_d~ re~c!o~

Zoals reeds eerder vermeld ':'I'ordt voor de verwRrming van de reactor vloeibaar zout e;ebruikt, dBt in

gelijk:-stroom met het gas ( in het begein VAn de reactor

heeft de grootste conversie plap.ts ) de reactor binnen-komt met T

=

580 o~ en de reactor verlaat met T

=

530 oe. Omdat in de reactor de druk 30 atm is , werd wegens con-structie-technische redenen besloten ook het vloeibare zout met een druk van 30 Rtm door de verwarmingspij -pen te laten stromen.

Voor de berekening v~n het pjjpenoppervlak is het nood-zakelijk de totale warmteoverdrachtscoeffioient U te kennen. Daartoe moeten de partiele wa

rmteoverdraohts-coefficienten bekeken worden.

-

:e

ex. ,.,

_g<"_J_{s -} k t _{a .}is niet groot, maRr wegens het grote

specifieke oppervlak van de katRlys~tor,

niet belangrijk.

Voor de c;:tl.. vl. zout _ pijp geeft bijl'lge 2 : 700

is deze tJ..,. ~ -Jo

~. - KAl.

~TU/ft2.hr.oF

ofwel omgerekend in metrische eenhe den: 4000 '.V/m2. 0

~

(24)

- - - -- - - -- - - -- - -

-I

I~

-21-'[oor de wnrmteoverdracht vnn de katqlysAtordeeltjes

n,Rar inwendige p ~jpen :

C\

k8 t. _ .. geeft (12) de

P~JP

o

L(~ 0,13 o;3~ 0,1, b

~

F ~ ~

~ r~ l::;Pk~t

tS{,)

volgende formule: ;.. n •

=

0, 0 33 • v R·

l

1. -J.

-J ) •

0-]

-g

cr

Tgr>s

rt

de dimensie ft2/hr en de ~ndere groepen

d1rnensieloos.

d • G .,...,

.. ~ = ~e = 83

]R i s een oorrectief2ctor voor de pla~ts V8n de

buizen ten opziohte v~n het Midden VAn de reAotor.

]R

=

1,4 ( zie lito 12 )

,

=

4,3.10 3

J/kC.J~

= 1,025

~?U/lb.o~

..IP ::'₀s b"

,

=

1,2.103 J!ÁC.op .... Pkst ='0,3 ',7/rn.oC

=

0,173

'

''~U/:[t.hr.

()

F

5,25

kg/m

3

1215 kg/m 3

Na invullen v~n deze geeevens vinden we VO Jr de

partiele warmteoverdrachtscoefficient : 970 '.'11m2• °8 ~~r combinatie vnn de p~rtiele w~r~teoverdrachts

coeffioienten vinden we voor de U een wanrde v~n

on-geveer: 300

'

viM

2 • 0 8 " 'ol. ,

-Aangezien deze wa'1rde vr:j hoog ligt ten opziohte vm de literAtuurw8fJrden ( 13 ), werd een totAle wo rmte-overdrachtsooefficient

q

=

500

l~/rr:2.

oe gekozen.

Het benodigde oppervlak wordt berekend 'm8t de forl'l1ule

,

1\ =

A • U .

llT

_{lorf g"'"}

Iw

5 " '.

-y U -0 ,., "'j 2 0 ...

dierin z:jn :

=

? u " TIl • -J

(25)

r

I

~

1?v

=

6,50 • 10:) 'V /JT = (580-490) - -22-(530-490) ₌ ₅₀ _Oe

o

ln ~ 580-490 ~

\530-490;

hiermee kr:jgen we A

=

cS, 50 • 1 0

'

~

500 • 50 2 == 217 t'!l

Om het aantal p:jpen niet te groot te maken , werden

pljpen met vinnen" gebruikt. 3en p:jp met een diAmeter

vnn 1" en 12 vinnen met een hoogte VAn 1" en een

leng-te VAn 5,50 m ( hoogte VAn het k~tnlysatorbed ) heeft

een effectief oppervlak VAn ongeveer: 3,5 m2•

Het a~ntal benodigde p~jpen V'ln dit soort is dus 217

8ant8.l pijpen = = 51

3,6

J3ze p~jpen kunnen mnt een steek v"'n 19 ~M in de re8etor

worden gezet.

In b2jL=Jge 1 is de rea;Jtor op schRrl getekend.

2. Je berekening van het vermogen voor de pomp

Voor het effectief vermogen van de pOMp eeldt

,

. _

cfJm

.()p

?eff.

=Pv·,)~ =

~

(

lito

1~

)

De dieh the den V3:1 de voe dings0onponen ten z.ijn

I Component '1 . JiOhthei'd

"

~:

'

k

'

;

;;~

'

3

1

t---~_·_-

.

. _

.... -"

..

....

"

'.'_'._._

..

_

....

_._

..

~---_.w

.. -

--t

Tetraline ';yelohexaan ~ethylcJolohexa8n j1,2-dimethylcyolohexaan I ' L-... _ , ~~'_'."" ~ •• ~ •. '"' .... . ," •.. _w·" ) , 973 779 770 785 i

,

i

I

\

I

(26)

r r I

r

l

I I I 1 •

-2]-Joor de gemiddelde ji~htheid vinjen we :

0,4.973 + 0,3.779 + 0,15.770 + 0,15.786

=

855 kg/m 3 Je r18SS,'13troom i 9 5,775 ke/:3ec

6p=29at"1.=29 1,013.10 5 N/m2

À1 s F e f f

=

5

8 ~ ~

5 • '29 • 1,

°

1 3 • 1

°

5

=

1 9 ,9 YW

Indien h8t tot~le rendement _tot = 0,5 , d~n is het

verMogen d:'lt fFm de 88 V fl:l je pomp toegevoerd mO"lt

worden :

I'

PAS:: 19,9 /0,5 -- ~o I~'r, = 0,04 • 1:):) ',V

3.

Je berekening v~n het vermogen voor de oompressor

'Je compressor "1.oet w~ter3tof v"n 29,7 Atm ot- 30 ,0 "ltM

brengen.

Aan tal molen H

2 = 529 malen/sec = 1,058 kg/se':!

Temper~tuur : 40 o~

~om

p

ressieverhouding

:

~~'7

=

1,01

~.I,

Voor isentrope cOMpressie Geldt :

( 1i t. 15 )

',vannt3er we de ge[;evens invullen,kr:icen we

TUit

=

313

.1,010,28

~

=

314

or

= 41 OK

Het effectief vermogen i s "

• "'p

::lls : 1

9ff

=

1,058 • 3,50 • (31t - 313 ). 4,19.1()3

=

= 1 j , 5 Kl.'l

Indien het tota~l rendement~ = 0,5 , d~n is het ggn

de toegevoerde vermogen : r :P = 1 5 ,5 / 0, 5 ::;;:: 30 K'V

=

0,0 3 • 10 b 'V , '1 S ,:.. • f •• ~ e

(27)

#

I

i

I I

r

I

4.

Berekening Vfln wArmtewisselaar

1

~ warmtestrooM bedraggt ( zie w8rMtebAl~ns

:;ns : 2,8 • 105 == A • U •

~

T 19

2,8

uiW (!.T 1 :; 375 Oe {j.T 2

=

210 Oe dus : ~ T lg == 290 0.:;

:te voeding ga8t door de p:jpen en de reactie::-:~ssen door

de shell. In een een dergeLjke wrJrMtewi sselanr mogen we

U == 70 'oV/m2.oJ nemen. r

Het benodigde oppervlak bedra.agt :

i68~

296°:::> :;

138 m2

We nemen pijpen met een "J

=

25 m1"1. Indien er per pijp

1500 l/hr ga"lt dan is Re)10000 , zodat dr-m de

wA.rmte-overdrachtscoeffic1ent van de vloeistof nA.ar de p:jp

groot is.

Het totale vloeistofdebiet -is ó, 75 • 3600 = 24300 l/hr •

We hebben dus no dig

2tggg

==

1

6 p~jpe

n

Bij de gekozen pijpdiameter is de tota!'ll lengte A.an p~jp :

138 :; 1760 m • Indien d, lengte

v

~

m

één piJ'p 5' m

0,0785

wordt genomen , dan is het aantal benodigde PDpen :

~

= 294

p~jpen

Het aantal tubepasses bedraagt dus _{1 j}294- == 19

Uit standa8rd grafieke!1 bLjkt , d"lt het ar.:ntal

shell-passes 3 moet z~n •

Berekening V8n de nfmeting van de ro~p

-=>i = m • t

m

=

factor, ,'3fhankelijk van het aan t !?l p~jpen = 17,75

t == steek

=

1,4 • d_u :; :lls Di

=

17,75 • 45

=

2 • ~ 1 P;J_. P d' J.am. == 1,4 • 32

=

45 mm • 1 800 mm.

1-

\

32 " \ --_._~

.

...

,,;

'Y

'. ! Q 2 .ij :; 1,5.t :; 19 tubepasses :; 70 " 190 "

~

J

cr~

! + _I_"._{',_.}_{_} _{___ -} _I I~ ~ Rompdiameter = 1090 rnm

D,

(28)

I

I , -~ t I I ,~

l

-

-25-A~mgezien de oV9rige w8rmtewisselnRrs volgens dezelfde

stRndaardpro~edure 81s,hierboven esceven,werden

uit-gerekend, zullen hieronder alleen de resultaten vnn

deze berekeningen worden gegeven

5 • Warmtewisselaar 2

'Je tot~le w"lrmtestroo1'l'\ bedral'let hier: 4,93 11.',v •

/). T 19 = 119 0 'J

/ 2 0

Ji t is een gas - gas warmtewisselaAr ; U ,= 50 W m • (;

'Negens de grote warmtestroom en de kleine U en ,6T

lg ,

werden twee wnrmte',visselal'lrs genomen ,parallel, elk

met een A

=

418 m2

TotaAl anntRl p:jpen:888 3tuks met diameter 25/32 voor

elke wisselaar • Aantal tubepasses :

7

Lengte pUpen : 5 m. Rompdiameter : 1572 mm Jigmeter tuiten: 210 mm 6. lerdamper Totale warmtestroom

IJ

r'_\g

=

64 0J 1 ,5 j I.';'W

'7

Totale warmteoverdrachtscoefficient

P~pen

oppervlak : 322 m2

~aT'1eter pijpen 32 / 42 mm lengte pijpen 6 m

A1=m tal p:jpen : 532

(\ I

.I

,lt.

.

/~

r

Het gas gaAt door de pJpen en het water om de pijpen

heen •

7.

Fartiele condensor

Het koelwater stroomt door de pijpen.

"Tegens de grote warmtestroom('P_w= 5,66 WW ) moeten

twee parallel geschakelde condensors genomen worden.

Ste 1 U = 200 'Y/rn2• 08 •

bT

_lg

=

55 Je

(29)

.~

l

Oppervlak per condensor : 2,8).10

200 • 55

~Ve nemen pijpen met 25/32 mm diameter.

Bij .E!Etn pijplengte van 6 meter , is het benodigde aantal

pijpen : 545

Aantal tubepasses 6

Romp9iameter : 1300 m~

(30)

--- - - -I ..

I

L 1 ~ -?:7-7. A P PAR A TEN L

w

S T

1 Fluid - bed reactor,capaciteit 500 ton naftenen/dag

1 Hoge-druk afscheider.

1 Cycloon ; 5120 m3/hr

1 Buffervat voor vloeibaar zout

1 'Tweetra.ps centrifugaalpomp. Oa.paci tei t 6,75 l/sec,

Pin = 1 atm. en PUit = 30 atm. 40KW

1 Turbocompressor, cqpaciteit 3810 kg H₂/h r , 30 ~"

1 oirculatiepomp voor het vloeibare zout.

~a~1e~i~s~1~a~s_eg fo~~i~eg

1 WarmtewisselaFlr voor opwarmen voe ding ; 2,80 l'lW

1 Fornuis ; 5,4-0 i..IW

2 Warmtewisselaam voor opwarmen van waterstof ; 2,49 l1W

1 Fo rn ui s ; 2, 0 5 .. .lW

1 V~rdamp.er voor de bereiding ven L."J. stoom 1,65 MW

2 Partiele condensors ; 2,83 ~w

(31)

I

, !. I I

.

i

8. LUS T

V A N G E 3 R U I

K T E S Y hl BOL

E

N

De in dit ontwerp gebruikte symbolen hebben de eenheden zoals hieronder gegeven tenz~j mders vermeld.

ex

=partiele warmteoverdrachtscoefficient

,~/m2.oC

A : oppervlak,m2

Cp : warmtecaprrciteit,

D

=

diameter,m

dp = diameter deel tj e, m

E

:

porosi tei t

Etaf: porosi tei t op punt van

G = massastroomdiohtheid ,

H

=

enthalpie , J

k

= constante Kp : evenwichtsconstante L

=

lengte , m fluidisatie 2 kg/m • sec

~

=

warmtegeleidingscoefficienten t

VI/m.

o~

'. -1

L.H.S. V.

=

Liquid Hourly Space Veloci ty , hr

m = constante

P

=

druk , a.tm

p

=

part1aaldruk , atm

P eff: effectief' vermogen , ·.Y

P ns= vermogen dBt in werkel:J1chei d toegevoerd t'loet worden t

2

= dichtheid. t kg/m 3

~

"bulk dansi ty" , ke/m3 S : entropie , J;oC

T

=

temperatuur , oe

Tc

=

kritisahe temperatuur,

OK

Tr

=

gereduceerde temperatuur

bT1g= logarithmisch temper3tuur gemiddelde, 0J

U

=

totale

warmteoverdr

~

chtscoefficient

, W/m2.oC v

=

snelheid, m/ssa

v mf

=

minimum fluidisatiesnelhe1d , !!l/sec. x

=

molfraotie in vloeistoffAse

y = molfractie in gasfase

(32)

• I

-29-<P

m = massastroom , kg/sec ''(

cp

w ==WRrmte-stroom, (~

=

V1::3cosi tei t ~

=

rendement ' ) Nsec/r.1L ." .: .. _, • "'1 ",.

(33)

9.

GEB R

U

I K TEL I

TEn

A T

U U

R

1) Jordan,T.3.,Vapor Tressure of OrgAnic Compounds,

1954,Interscience,New York

2) Timmermans,R,Fhysic Md Chemic:Jonstants of I'ure

Org8nic Gompounds,1950,201

3) Hougen,O.A. Rnd ·V::ltson,Y."I., :::temicnl ?rocess J?rinciples,

~/iley,New York( 194-4) ,281

4) Rossini,F.D.,Seleeted la.lues of l'hysieel and Thermodyn~

mie Properties of Hydroe~rbons and Related JO!r.pounds;

Am.retr.lnst.~ese8rch Project 4-4, 1953,Pittsburgh

5) Niet gepubliceerd onderzoek ir.Allnm

6) Smi th, R. "3. ,:;he'm. Eng. Trogr.n (6) ,7 S-80, ( 1959)

7) Ontwerp van een f'htaslzuuranhydriJe Re8ctor,T.H."Jelft,

1963,55

8) Leva,l.t .. ,Fluidization,ul::lcGraw Hill,New York( 1959) ,20

. 0

9) iuaxwell,J. B., :l3tabook 0:1 Hydrocarbons,3 ed,New York

10)J.J. Handleiding Fysisohe TransportversehUnselen,

I'rof.ir.H.Kramers, :elft 1961,69

11) Volk,'V. , :Jhem. En[.:. Progr. ,2§. (no 3 ) , 1962,44-4-7

12)Perry,J.H.,ed. ,Jhemic8l Zngineers' H9ndbook,4-° ed,

deGrFlw-Hill,New York, 1963,4-25

13)Traber,~.G.,J.Appl.~hem.~.S.S.~.(1950),2175

14)College dictaat, Frof.ir.P.:.A.A.v8n Berkel,I,38

15) idem 14) ,41 16)idem 12) ,10-8,9

(34)

'>-'77

:. [

1'0"

'

I

DI

,

Iv fo FTéI,; ~ 1,1 ,..--- , -ó,!j3 ; - - - . - - -- -. -,.--'" --

-,--_ _

---..,5",'15"

FóRAlVIS SI '1}

5"

VA~Hrr- 1 w I(..f. Eï.AA (

M

A

TE

R

i A A

L..s

T

R

0

H

Ei

IV _IIV

.

1

,

---_.

I - - - -... ~

&'33

i RtACTo~

:

i

-

_

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

_-l!U

"-Zo-û,T l/t 0 e (" b ~ Cl. 1----... ~

-:"'o~t-83>3

K.J/

. SeC. I ~ -A I I q6~

AlA,W,

'"

·

1

/ .

~5J'5

.

\ ;62

I>

Afo"J

~

,:

1'1'11 " ;-:~

(35)

, I) t3jv~

:t2 /

f5HW

1-

---

-

---

.

,

'WAl? HTG$T1< ókE

Iv' JW

N

v

L IV I V E A V ::: 2.~.

C

--... &/50 HW I VJ f'0 I .... ".

(36)

(37)

combine all the following advantages:

• very high heat transfer rates.

• stabie up to 550°C (over I,OOO°F).

• negligible vapour pressure.

• no fouling.

• low corrosion.

Physical Properties

Melting point 142°C (288°F)

Density in Ibs/eubie ft. 200°C (392°F) ... 120.6

3000

e (572°F) ... 116.4

4000_e₍₇₅₂_°_F) _..._111.8

~500oe (932°F) ... 107.1

~600°C (1,112°F) ... 102.5

Speeifie heat Average value in the range

200°C-600°C is 0.373 Btu/lb. Yiscosity in centipoises 2000 e (393°F) 7.6 3000 e (572°F) 3.2 4000_e ₍₇₅₂_°_F) _1.8 ~ 5000_{e (932}_°_F) _1.3 ~600°C (1,1 12°F) . . . 1.0

Thermal eonductivity 0.35 Btu/hr. ft'>. oF

~0.52 K.cal/hr. m\ cC

Hygrotherm Dilution Technique

The only disadvantage in the use of H.T.S. is its high

freezing point-142°C and this can be overcome by

using Hygrotherm's patented water dilution technique whereby water is introduced into the circulating H.T.S.

at a temperature weil' above its freezing point, the

quantity of water add~d depending on process

require-ments and steam available,

For example, if steam at 100 p.s.i.g. is available, it is

necessary to add only about 10% by weight of water

since the resulting slurry can easily be re-melted.

Fig. I gives the crystallisation temperatures at different

concentrations.

The added water is evaporated out of the system on start-up. (,) :... .... cz:: :;) ~ cz:: .... Cl. :=: _.... I-Fig. I

• low capital cost.

The initials 'H .T.S.' stand for heat transfer salt and

the most commonly used has the composition: 40 %

sodium nitrite, 7 % s~dium nitrate, 53 % potassium

nitrate. It is the safest heat transfer medium for use

above 300°C.

Typical Film eoefficients

At flow rate of 5 ft/sec. in I" n.b. tube.

300°C 590 Btu/ft'. hr. cF

400"e 700 Btu/ft'. hr. oF

~ 5000

e 700 Btu/ft'. hr. oF The above value are two or three times those attainable

with organic heat transfer media. Even without forced circulation, very good temperature distribution can be

achieved owing to the high thermal conductivity.

A typical system employing water dilution is illustrated

in Fig. 2.

The advantages of water dilution are:

I. H.T.S. cannot freeze in the system.

2. No preheating of equipment required.

3. Thermal shock on start-up eliminated.

4. Permits more freedom in design of equipment e.g.

large reactors for organic oxidations, than would

otherwise be possible.

Several systems employing water dilution have been

giving trouble-free operations for several years and the

special technique developed may ce seen by

arrange-ment at Hurdsfield Research Station, Macclesfield,

Cheshire. 160~---' 120 80 40 o 100

(38)

Bijlage 2 Vent Furnace Sump ...

I

__

Salt return Inert gas Fuel Dilution water~~--~~--~~~r---~~~~ Salt holding tank Fig. 2 SPECIFICATION I. Heafers

Electric immersion heaters for installations up to about

1 million Btu/hr. Tunnel heaters for non-circulating

systems, Fig. 3, and for some circulating systems. Vertical upshot oil or gas fired heaters for most large circulating systems.

2. Pumps

Only vertical sump pumps are suitable.

3. Va/ve.l'

Normal Cast Steel Construction but if bellows sealed valves are used, special precautions are necessary.

4. Insll/afiol/

Use inorganic insulation only e.g. megnesia or calcium silicate or glass wool.

Heating coil Salt level Fig. 3 Fill Burner

1r--lit-1Il:=;:::;:::=~

A Firetube ~ Fuel level controller APPLICATIONS

Catalytic converters in the petroleum industry.

Organic oxidations e.g. manufacture of phthalic and

ma1eic anhydrides.

Ammonoxidation reactors, e.g. acrylonitrile manufacture.

Sulphur distillation. Caustic soda evaporation.

Alkyl amine converters.

Organic chlorinations. Resorcinol manufacture. Nuclear energy applications. Waste heat recovery.

(39)

~ ~/ _-' I I : VLCEIBAAR _LC ZOUT , , ,

.

_: , , :...---___________ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ ...J NAAR ZUI\IERI/16

I-P()v1P~ I-WARMTEWISSELAAR-i f-FORNUIS-i I-VENTUR!-~lENGER-I ~REACTOR~ f-FORNUIS-i I-C:MPRESS')R -l I-KCEL:::R~ I-H.Q-AFSCHEID~R~

r

-- ---llQP~-- IMAlEN In m mi ,~tl:I . "'-'. t-' \ll 18:J0

--

---

(]Q A-lilll

IIiS

§

CD Si peen, Rl!.-7 ~

ri

l

s:h2.:J. 1: 1 I

i

l

i I:, I 11_' I s:hail. 1: 10 A 18GO .~_._~ I~ PIJ P b.ws25 ~

•

~ ~

4-•

,.

•

~

*

~

*

# ~

• *

*

~ 'ij! ~ ~ 4- # •

*

_{QEHYI:!RQGEMIi:BI~} gas in

...

-/

_UIl schaal 1:20 NAFIEMEN

I -

• *

'ij! 'ij!

*

,," REACTOR

Vloei baar zout

=--

_F._BARAK(

NOVEMBER 1965

(40)

riHiiMbYt-é

.

",t.fi&:Ä6

.

iWf

.

fbr. '':''rl i4*~\?t!t;HA1W.4lMH~I~'4ii!l4"ibj ... 3iic?dV r.~9èiHs~elj'pii~4';'rG4,#_'4ii-W:4:M;jê't&ViHitHttèi4at·<#·;,i"fh·jà "kW~' '":;.",1;',%'6. Sé"H'iÎ:'e} ~J#):"élMftbi; <._îf'~Aè'. _~-111 .

...

I. Poröse SinterwerJcsfoffe ~ j "

Wir erzeugen aus Metall- und

Kunststoff-... f _•

Tafel t Übe,.sicht übe,. die VOl) IIns e,.zcugten

po,.ösen Sinte,.we,.kstofle Sipe,.n,

"./

'

"

pulvern nach Verfahren der Pulvermetallur- Po,.öse Sinte,.ntetalle

gie poröse Sinterwerkstoffe mit durchgehen-den Poren unter der Qualitätsbezeichnung

Siperm cntsprechend der nebenstehenden Ober- Werkstoff-Bezeichnung GrundwerkstoH

sicht: i- - i.g 4 WiR;

2 Sipcrm R _~Sipenn RT Siperm B Siperm Ni Po,.öse Sinte,.kllnststofle

W cr kstoff -Bezeichn ung

SipCnll Hp

Siperm PTF

Sipcrm Ts

rOst- und säurebeständigcr Chromnickel-stahl (Remanit 1880 SSW)

warm-. und zunderfester Chromnickelstahl

(Thermax 11 A) Zinnbronze (G Sn Bz 10) Nickel

"

GrundwerkstoH Polyolefine (z. B. Polyäthylen) Polytetrafluoräthylen Polystyrol

AuBer den genannten pulverförmigen Grundwerkstoffen sind wir in der Lage, bei Bedarf

auch andere Metall- und . Kunststoffpulver wie beispiclsweise Monel, Silber,

PolyvinylmisdJ-polymerisate und Polymethacrylate zu porösen Sinterwerkstoffen zu verarbeiten.

i ,. I'r : I

r:

'11 i Jt

,Il

: t " 11

I:t

~

.

:_

1 '.i i"

'

:

LI.

I'JJ

"

,:i.!

l ' I • _"

..

td ~: I-' \l) ~ (1) W

,.

Ol

(41)

~

·k

'< ~ , .... _.... t\l,

1

Tafcl2 EigenscIJaltcn de,. Sipe,.1JJ Rund Sipe,.1JJ B - Oualitäten

Qual itätsbezeichn ung Teild,engröflenintervall Mittlere Porenweite Porenweitenintervall Offener Porenraum

L::,. V : V . 100 mm

"

% ~ S· ~ 'per"., R ",

I~.(

)~ ~ R 045 - 1 0,045 - 0,1 5 0-15 _21-30 R 1 - 2 0,1 - 0,2 15 10 - 45 21 - 30 R 2 - 3 0,2 - 0,3 30 25 -75 ₂₁_- ₃₀ R 3 - 4 0,3 - 0,4 75 50 -100 _{21- 30} R 4 - 5 0,4 - 0,5 100 80 - 150 _{21- 30} R 4-7 0,4 - 0,7 150 80 - 250 ₂₁_- ₃₀ Sipertn B II 0 - 045 < 0,045 5 .. 0-15 26-38 13 045 - 075 0,045 - 0,075 8 5 - 20 26-38 13 045 - 1 0,045 - 0,1 12 5 - 25 26 - 38 13 1 - 2 0,1 - 0,2 20 10 - 45 26-38 B 2-3 0,2 - 0,3 35 25 -75 26-38 13 3 -4 0,3 - 0,4 50 25 -100 26- 38 B 4 -5 0,4 - 0,5 100 80 - 150 26- 33 D 4 - 7 0,4 - 0,7 120 80 - 250 26- 38 n 7 -10 0,7 -1,0 250 225 - 380 26- 38

.) In Ergänzung 2U den Daten der Zahlentafel bitten wir, die weiteren Ausführunócn auf den Seiten 8 bis 14 zu beadnen.

4

,'!; ''":) ~~'~:-' '~~~':~ ~~~·;O:'{~~f;~~~;-~'~~r~·.~f'~'~;f~"~· ,.".1'-:~~~ ~.;!;~f".;.-.... ;~' -';--:':!-'''':ï~~··Tr.,t~~~·i''''\'''~ ;'"~'~:~I'"' ~:-~~~'~~~~~:~-!-~?',: .. -"'{,"-,

/

"'"

Didm g/cm' 4,8 - 5,4 4,8 - 5,4 4,8 - 5,4 4,8 - 5,4 4,8 - 5,4 4,8 - 5,4 _~ '" 5,2 - 6,1 5,2 - 6,1 5,2 - 6,1 5,2 - 6,1 5,2 - 6,1 ... ; 5,2 - 6,1

'

.,

'

v

5,2 - 6,1 5,2 - 6,1 !:' 5,2 - 6,1 trl .t::: I-' Ol ~ Cl) Lv

(42)

ti. _~

i

J

, .: ;"'~"',.:Jü. ~'~1....t :t1~~~~lli l: ." .~_f' . . . ' . , ".' -'.,ii""~ ~:'".,. . ,tt;

~ ,11 •

Zugfestigkeit Bruchdehnung Druddestigkeit

"-kp/mm' % kp/mm' 12 -15 5 - 7 14 -16 10-13 4,5- 6 12 -15 8 -12 4,5 - 6 10 -14 7-12 4,5- 5,5 9-10 5-7 4 - 5 7 - 9 ~ 3 - 5 4 - 5 5 - 7 - -10-13 8 - .12 11-14 10 -12 8 - 12 11-14 9-11 7 - 12 10 -13 7-10 7 - 10 8 -12 7-9 7 - 9 9-11 5-8 6 - 8 6-10 4-6 6 - 8 5 - 7 3-5 4 - 7 5 - 7 2-4 3 - 6 4 - 6 - -.. . • ..:.!' ~ ;I~.~.~v::j.i~:'~~l. L-_.-;;:;~;':''1~;;.'''·.T..,':.:''''h..'t :';.'~'~'~;I·"".,.r...l,1, ~,li. "J,H,,,1tL~"',,,, \ .• -WarmzerreiB -festigkcic bei 500 grd C kp/mm' 8 - 10 7 - 10 7 - 9 5 - 7 3 - 5 2 - 4 3 - 5 3 - 5 3 - 5 2,5- 4 2,5- 4 2 - 3 2 - 3 1,5 - 2,5 1 - 2 DurchfluBmenge Q für Wasser bei I kp/cm' Vordrutk (Wandstärke 3 mm) I/cm'h 1 - 2 8 -12 35 - 45 40-55 45 - 60 90 -130 ~ 8 -12 8-12 8 -12 50-70 50-70 200 - 240 200 - 240 400 - 460 400 - 460

..

,

-. <: ~" 4. ' ... ,

Abb. I BeispicIe für den Aufbau verschiedener

Siperm R- und B-Qualitiiten (10 fach)

•

~

Siperm R 3-4 Siperm R 4 - 5 . Siperm B 045 - / Siperm B 2 - 3 . Sipcrm B 3 -4 tIl ~: ... P> (JQ CD VJ

'~~- ;'I4f;-", :: :-~--:. '-;:~"'if";:::'~< •. ~.t! ":"'Ç~7-'~"~~~ ::7"""~t~;~·~7:~·~"?; ~ir~, ~~~;;.,~il'~!~~n~;7~"i':·~ \ -7;;('17f_1';;-'-1'71"_{.: .•}~\'

5

(43)

A

I

~

I I

I

'

I

'- "-tIJ G: I-' co OQ CD Lv

Abb.4 DurchfluBkurven der Siperm R-Q.alitä«n

bei Luft (Wandstärke ?_~~)

DurchfluBmengc Q , m3 In cm2. h R -'-7

j

_I

_/

~R4_5

R 3-4 / . / / ' ----I R 2-3 IS

I

Y

7 v / '

I

R 1-2 f - , ,

y

~ ~ R 0-15-1 ) T T ~ ... 2 3 - - - V o r d r u c k p in ~ ~ cm . , 9

f~ 1··'~:~i~~~fZ,·\r~:':r~·~?·p.'#@P:<*:!t-"'t7~ff9.·~,:'Nh4f~T~TI:~r:;it,~·it't~?fft,,/t'tE,?I~1!f+,f\Y·~:t~!'~ .. 4f~1*-ti''f/fb0f'''''''t_M!?t\'·~'Ji!ttJM\.,?!1·F0+~'O;(,~··Hijé'~'1~