Bereiding van mangaandioxide

/ -

-..

,

:

INHOUD. 1. CONCLUSIE 11. I NL.E:IDl NG

111. BESCHRI.JVING VAN DRIE .D,L'I'Em~ATIEVE PROCES WIJZEN

- TUNNELOVEN PROCES - RO'l'ERENDE OVj<~N PROCES

-

FLUID

BED PROCES IV. COST - ENGENEERING

V. KOSTENCALCULA'fIE VAN DE OVEREENWt1ENDE PROCESSTAPPEN

VI. KOSTENCALCULATIE VAN DE DRIE A1TÏ'~RNA'rIEVE PROCESST AFPEN

VII. TOTALE KOSTENCALCULATIE APPENDIX A

APPENDIX B APPENDIX C

LITERATUUR

-EN

BRONVERMELDING VERKLARING DER GEBRUIKTE CODES PROC}<.;S 1<'LOW DIAGRAl'1MEN EN GRAF'IEKEN

MASSABAL4.NSEN \ / ,i \. 1

/

1 2

?

8

9

11 i j

18

20 21

23

24

25

26

29

..

,

--- 1

-I. CONCLUSIE.

Dri e met hades V3.n th ermi sche on tleding van Cal ciumni tr;:iat, dat

bij de ontsluitins van apatieten voor phosphaat bereiding als bijproduct met slechte opsl3.geisenschappen en zeer lage econo-mische waarde , ontstaat , werden nader bestudeerd. Deze drie

met hode s waren (A) Tunneloven P!'oces, (15) Ra te rende Otlen Pro-ces, en (C), F'luid Bed Proces met Gas Lift Heater.

Gebleken is, dat het roter ende oven proces in vele opzich ten het gunstigst afsteek t.Ee t heeft een r et urn on original inves tment D van

0,30

8

,

vs.

0,z83

voor proces

C

A)

,

en

0,16

6

voor proces

Cc).

De berekeningen waren e;ebaseerd op een aanvoervan

30.000

torv'jaar droog calciumnitraat, een hoeveelheid, die potentiëel

38

.

LtûO ton t ech nisch

60

%

salpet er zuur kan leveren, vermeerderd met

10.

ZOO

,

-- 2

-11. INLEIDING.

Overschotten onrendabel calciumnitraat met slechte opslageigen-schappen ontstaan bij de bereiding van fosforzuur door ontslui -ting van in de natuur voorkomende apatieten met salpeterzuur:

Gezocht wordt naar een economische rna~ier om deze overschotten calciumnitraat thermisch te ontleden, zodat ni~reuzen ontstaan, die tO.t salpeterzuur verwerkt kunnen worden, terwijl calciumoxide als bijproduct wellicht een extra bijdrage kan leveren om het proces aantrekkelijker te maken.

De ontleding van calciumnitraat is sterk endotherm o

dingsreactie verlo~pt vanaf 500 C als volgt:

de

ontle-De grote knelpunten bij het ontwerp van de thermische ontleding zi~'n

(1)

de wijze van warmte toevoer

(2) het werken met nitreuzen bij hoge temperatuur

(3)

het gevormde calciumoxide vertoont een sterke neiging tot sintering, waardoor verstopping kab optreden in dien mate, dat het gehele proces tot stilstand gedwongen wordt.

Van de wijzen van warmtetoevoer blijken er drie methoden te zijn, die eventueel technisch realiseerbaar zijn, en die verdere uit-werking verdienen :

A. Het TUNNELOVENPROCES,

B.

Het ROTERENDE OVEN

PROCES,

C. HeJt FLUID BED PROCES.

In dit verslag worden de economische aspecten, waaraan deze drie thermische ont~edingswijzen ten grondslag liggen, nader bestudeerd en op hun merites beoordeeld.

Deze lettercodering A,B en C, die overeenkomen met de bovengenoem-de proceswijzen, zal verbovengenoem-der door het Eehele verslag gehandhaafd worden, wat betreft alle hierop betrekking hebbende apparaten, flow diagrammen, appendages, kostencalculaties, etc.

-

3

-De diverse s tadia, gecodeerd met de nurr;mers 1

tl

m

9 vóór de lettercoderi ng, zien er al s volgt uit:

l-A,B,C Opslaan in fabriek

t

Z-A,B,C Opsmelten

I

.

~

3TA,B Voorverwarmen 3 -C Do seren

t

!

4-A,B

verWijffen

kri

s

t

a

lw

a

t

e

r

4-C

verrUiven

5-A,Thé'rm:oOntleden 5-B Thlrm.ontleden 5-e Therm.Ontleden

ll~

.---_1

j

6-A,B Koelen kalk 6-e Koelen kalk

~

7-A,B Malen en breken kalk

f

8-A,B / 7-C Verpakken kalk .... ' > - ' ' V ' ' ' - - - '

9-A,B,C Verwerken van nitreuzen tot HN0

3

We merken hierbij op, dat een aantal processtadia bij deze drie wijzen van thermische ontleding dezelfde zijn, n.l.:

I-A,E,C O~slaan i~~ fabriek

Z-A,B,C Opsmelten 6-A,B,C Koelen kalk

9-A~5~Q Verwerken van nitreuzen tot HN0

3

•

Voor de drie procesmethodes werd een aantal aannames gedaan, die de vergelijkbaarheid onderling vereenvoudigen, te weten:

(1) De jaarlijkse tó.eveer van grondstof Ca( N0

3) Z .G-HZO be-draagt 30.000 ton.

(2) De processen verlopen alle continue.

(3)

Gerekemd wordt met een jaar van (ZOO uur.

(4)

De thermische ontleding geschiedt in alle gevallen bij een dusdanig hoge temperatuur, dat conversie volledig gesteld mag worden.

- 4

-(6) Er wordt 60

%

technisch salpeterzuur Eefabriceerd.

(7)

Een manuur wordt ~esteld op f 10,L

Vanaf een jdee tot uiteindelijke real isering van een bepaald

project , zullen de volBende fasen doorlopen worden: (1) Ramen, (2) Be~roten, (3) Calculeren.

Steeds zal, naarmate de bestede tijd en interesse in het pro-ject groeitde nauwkeurigheid toenemen. Zo zal, in het· allerees-ste stadium, de raming een nauwkeurigheid bezitten van 20-40

%,

de studieraming 10-20

%

,

de begroting en het vaststellen van het bu dget 5·:,:10

%,

terwijl een voorcalculatie op 0-5

%

nauwkeurig dient te wezen.

Een schema voor deze fasen ziet er als volgt uit:

pr oduc t-r esearch

i

.}

t1arktonderzoek

~

Be paling op timaal pvoductie-'

---f-

_______

3~~~!~~

____

_

:(

~

o

Orde van groot te ramingen _ Be paling van een aan tal al ter-voor onderscheide productie- natieve p~oductiewijzen

wi j zen

l

Vaststellen van gunstige

pro-,. ductiemethoden

Advies

!

I

I

Globale bepaling en afzet der

directie~~~-- STUDIERAMING _, ~ k _{apl aa SUl} ' t 1 ' t _rus t ' _lng

---~---

---1---Voorlopige aanvragen

~

V d . t k"

~

~ er ere Ul wer lng proJect V t t 11 h t b d t

---

--

t -

-

---

--

--

----

-

---

---.--

~~-: -~-

-r

~~~-

-

~-

--~-~~-

----Def ini tieve aanvragen en ' { Ko stenbewaking

,bestellingen ~ ,

I

voOrCalC)latie Bouwen ,... Nacalculatie

~

Re sul taten

J

COverzicht Statistiek

- - - ._

-- 5>

-Getracht wordt een antwoord'te geven op de vragen:

Cl) Wat kost een geheel nieuw bedrijf voor de verwerking van calc iumni traa t ov erscllott en te r berei ding van salpeter-zuur met calciumoxide als bijproduct, en

(2) Wat is de rentabiliteit van het geplande project?

Dit verslae; beoogt niet meer te zijn dan een studieraming,

e en financieel overzicht dus met een nauwkeuri[';heid van

.

~-:t

'-10

~

van de vermoedelijke som van de instal latie, verkregen uit een min of meer globale informatiestroom omtrent de toe te passen proceswijzen en apparatuur, en de variabele kosten. Deze nauwkeurigheid is mogelijk zelfs meer dan het streef-percentage, aangezien de volgende factoren een rol van be-tekenis uitoefenen:

(1) Het betreft een mi~uw proces , dat met hoge temperaturen en corrosieve gassen werkt, en waarvan de "kno\\' how" niet of nauwHi jks bekend is,

(2) Er kan niet beschikt worden over sc herp gespe cifi ceerde apparatuur en optimale werkcondities,

(3)

Er kan niet beschikt worden over een getraind en met kennis beladen kader van specialisten op het gebied van con-structie, marketing, cost-engeneers, verwarming, etc.

Toch heeft het zin een studieraming te maken, indien we de orde van grootte van het investeringsbedrag en de variabele kosten van de processen vergelijken, en ons niet gaan blind staren op de absolute kosten.

Tevens is het de bedoeling, dat dit verslag productie-orien-terend is en niet markt-orienproductie-orien-terend. Dit is niet zo onredelijk, als maar blijkt, dat de kostprijs van door thermische ontleding van calciumnitraat verkregen technisch salpeterzuur beduidend lager ligt dan die,door verbranding van ammoniak verkregen. In het ideale geval, zou dan dezelfde hoeveelheid salpeter-z uur teruggewonnen kunnen wor den, die 1h': e.erste instantie nodig was voor de ontsluiting van de apatieten.

Bventuele financiele revenuen van kalk zouden het proces nog een extra a~ntrekkelijkheid verschaffen.

Verder zij gesteld, dat de eventuele vestiging in Nederland wordt gebouwd, en dat er dus met Nederlandse prijzen wordt gerekend,

die op dit moment

- -

-

---

-- 6

-Wijzieingen als wa'irdeverandering van de munteenheid ten

gevolge van bijvoorbeeld i nflatie en herwaardering werd

geen rekening gehouden.

To t slot zij nog opgemerkt, dat royal tie s de 00 rzaak kunnen zi jn ,

dat datgene, wat op appier aantrekkel ijk lijkt, toch niet kan w

or-den uitgevoerd. Hiervoor moet eigenlijk een uitgebreide octrooi-recherche aan vooraf gaan.

7

-111. BE.sCHRIJ VING VAN DRIE AL'llKRNATIEVE PRODUCTIE'NLJ ZEN.

A.

~e~ !uEn~lEv~n~r~c~s~ ~i!.ill.

ziw ook fig.A. en appenix A.

Droog calciumnitraat wordt via J.O instelbare doseerinrichtingen

op een laag poedervormig coLciumoxide gebracht, dat zich bevindt

op een lopende band van silicium-gietijzer. Deze band bevindt zich

i n een oven , di e do or mi ddel van s traling van een met aaardgas ve

r-hitte Nimonic kap van 60 m2 wordt verhit. Voor de temperatuur van het calciumoxide l aagje wordt 700-800° C aangel11omen, wat

ruim voldoende is voor de totale ontleding van calciumnitraat.

De 0 n tstane ni treuzen worlden met behulp van een Ro ots-BI ower ge

-voerd naar de salpeterzuur fabrikage . De ontstane calciumoxide brokstukken, die van de lopende band afvallen, worden met

gekoelde rolcrushers verkleind t ot een deeltjesgrootte van 2 cm, waarna ze via een koelgoot, en een maal -en breekinstallatie

ten-slot te verkleind wo rden tot 0.5-1 mm. Ee n gedeel te van he t po eder-vormige CaO wordt t eruggeleid naar de oven om te dienen als bekle-ding van de lopende band.

B.

Het Bo!eEeEd~ ~v~n_P~o~e~._Lit_(~)~

zie ook fig.B. en Appendix B.

Als warmteoverdragend medium worden hier CaO pebbles gebruikt.

Deze worden apart gefabriceerd door hydrostatische compressie, gevolgd door calcinering bij 1900oC.

Droog calciumnitraat wordt, samen met hete CaO pebbles en met voor-verwarmde lucht door een holle as van een roterende oven ingevoerd. De ontstane ni treuzen worden, net als onder A. via ee n Ro

ots-Blower gevoerd naar de salpeterzuur fabrikage. Uit de oven treden eveneens de CaO pebbles, en tijdens de ontleding gevormd CaO. Deze twee vormen van Cae worden gescheiden. De CaO pebbles gaan via mechanisch transport naar vier pebble heaters, waar zij met

aardgas op 12000 C gebracgt worden, en alsdus weer kunnen worden ingezet als warmteoverdragend medium. Tijdens het proces gevormd CaO wordt via een be tonnen .koelgoot, bekle ed met een zinklaag,

gevoerd naar een maal -en breekinstallatie, waarna het verpa~t wordt.

-

8

-C.

liel

rl~i~ ~e~ Er2.c~s~ ~i!_._Dl

zie ook fig.C. en Appendix C.

Een oplossinlj van calciumnitraat in haar kristalwater wondt via doseerinrichtingen in ee n fluid bed verstoven. De warmte,

nodig voor de ghermische ontleding e;eschiedt met hehulp van

cal cium-oxide poeder, dat in een gaslift-beater, voorzien van

aard~as branders op hoge temperatuur gebracht is. H~t mengsel dat uit deze gaslift-heater treedt, besta~nde uit calcium-oxide en hete rookgassen, wordt gescheiden met behulp van een

systeem van

7

cyclonen. De hete rookgassen kunnen daarna nog

gebruikt worden voor het voorverhitten van lucht, nodig voor de

gaslift-heater; dit voorverhitten gebeurt met twee warmte-wi s-selaars. De nireuzen, die uit het fluid bed treden, worden eerst met een cycloon, daarna met een Cottrel l apparaat ge

-scheiden van het r eactieproduct. Een gedeelte van de nitreuzen w wordt gecomprimeerd om voor verstuiving van het fluid beà te zor-gen., het overige deel wordt via een Roots-Blower gevoerd naar de salpeterzuur fabrikage. Een gedeelte van het calciumoxide, dat

de reactor verlaat om geregenereerd te worden, gaat via een koelgoot naar de verpakkingsinstallatie.

-~~---

9

-IV. COST-ENGENE~;Rl NG.

Gaan we uit van de veronderstelling, dat er bij de diverse procesgangen géén verlif~s aan nitreuz.en optreedt, dan ontstaat bij volledige thermische ontleding yanccalciumnitraat,

ge-volgd door verwerking tot salpeterzuur, uit 1 Mol. Ca(N0 3)2'

2

Molen HN07 en

1

Mol CaO.

;J

Bij een jaarlijkse verwerking van 30.000

toni

jaar droog calciu

m-nitraat ( mol. gew.= 164 ), zou er dan theoretisch kunnen ont

-staan 23.000 ton 100

%

HNO?, of wel 38.400 ton / jaar techhisch ;;

60

%

HN0 3•

Als bijproduct zou dan tevens nog 10.200 ton

I

jaar ongebluste kalk ontstaan.

Bezien wij een rr.ament het probleem niet als de vraag: Wat kost het thermisO'h ontleden van 30.000 ton Ca(N0

3

)2

I

jaar, maar in plaats daarvan : Wat zou het ~reëren van een fabriek kosten, die per jaar 38.400 ton 60

%

teclmj_sch salpeterzuur moet

leveren, benevens 10.200 ton ongebluste kalk

1

volgens conven-tionele methodes ?~Of scherper gesteld: Wat is het benodigde investering kapitaal voor de apparatuur, gebouwen, bijkomende diensten, zoals electriciteit ,-:n stoom -en water toevoer, en en-geneering ?

Een aantal benaderingsmethodes voor het oplossen ~an dit pro-bleem worden gegeven door Aries en Newton. Lit. (5).

De gemiddelde investering ( " fixed capital cost 11) per jaar'ton wordt voor synthetisch HN0

3 opgegeven als $ 1650 Vermenigvul-digd met de jaarlijkse productie snelheid levert deze methode

de investering op. Bij een productie van 38.400 ton zou dit in 1955 dus een investering rechtvaardigen van $ 6.330.000.

Om dit bedrag te herleiden tot hedendaagse Nederlandse valuta, moeten we het nog vermenigvuldigen met verhálUding van de Marshall and Stevens index en met de waarde van de $. Deze bedraagt met:'

een apparatuurkostenverhouding van 0,77 van West- Europa t.o.v. de V .. S dus 0, 77 x f 3, 60

=

f 2,77.

Het iuvesteringsbedrag bedraagt dan voor conventioneel pro-duceren van 38,400 ton

I

ja~r HN0

3:

- 10

-Voor de ilHesterine; van CaOI jaarton wordt ope;egeV811 $ 6 . Het blijkt, dat deze prijs volledig gebaseerd is olp de prijs van de aanschaf van de benodigde kolen , nodig voor de verbranding van CaC0

3, de calorieprijs dus. In Nederland , waar de ko len-prijs ca. 15

%

hoger J.j et dan in de V .S., zou deze investering

per jaarton dan $ 6,90 bedragen. Bij een productie van 10.200

·ton CaOy' jaar meteen investering van $ 6,90

I

jaarton CaO, zou de 11 fixpd capital investrnent If dab bedragen:

Nfl. 6,90 x 3,60 x 10.2UG x 293./ -195 ~.·-Nfl. 390.000.

::: ===.~::====

===.

Zou men dus een to tale investering berekenen voor de pro ductie van bovengenoemde hoeveelheden HN0

3

en CaO, die vrijkomen bij

de thermische on tIe ding, dan zou in we zen ee n inv es te ring van totaal ~!~~=~~~§~~~~~\~; vÓllgens conventionele productiewijzen te verdedigen zijn, vooropgesteld tenminste dat er een markt bestaélt voor genoemde producten. Wat het salpeterzuur betreft is dit wel reëel, aangezien dezelfe hoeveelheid nodig was voor de on tslu i.ting van apa tieten, het vooraf gaande pro ces.

De markt voor ongebluste kalk ziet er aanmerkelijk minder gunstig uit. Volgens Bron (1) iS"de Nederlandse Landmacht de enige

a fneme r van dit pro duct a Nfl. 60

I

ton, doch all ee n in kleine hoeveelheden. Lit (10) vermeldt een prijs van Nfl

45/ton.

(1961). Volgens de methode met de If turn-over ratio" bij een prijs van

$ 6 1100 Ibs, en een turnover ratio van 1,29 bedraagt de

inves-tering voor een fabriek van dezelfde capaciteit aan HN0 3; omgewerkt in Nederlandse munteenheid anmet een index 293/1~5 van Ma ershall en St evens : ~~é=~é~~R~ ~2~.

Voor de CaO bereiding wordt dit ~~~;~~~~~~~~ zodat de totale

investering van procesapparatuur, gebouwen, voorzieningen eq engeneering, volgens deze benaderingsmethode Nf1 21.932.000.

==:..=======-=====

Résume:

Een criterium voor het verkrijgen van salpeterzuur volgens het nader te bestuderen thermische ontledingsproces, zou kun-nen zijn, het feit, dat de .investeringskosten minder moeten zi jn ,dan di e volgens conventionele methode'li. t~ s maat van aantrekkeli jj{hei d van het proc es zou kunnen di enen, ho eveel

het verschil bedraagt tussen de te berekenen knvestering van het nieuwe proces en de bovengenoemde investering van Nfl. 26.890.000. c.q. Nfl. 21.932.000.

- 11

-V. KOS'rENCALCULA'rn:; VAN DE OVE}{.F;i'~NKOHENrE PRJCESS'rAPPEN.

(l)l-ABC-VO. Voorraadvat. Vol. 80 m

3

• Bij een geschat

stort--z

gewicht van ca. 2QOOkg/ m~ dus genoeg voor 160 ton. Biij een

bedrijfstijd van 8000 uur, betekent dit bijvullen eens in de

50 uur. lengte 4,4 m, diamet er 4,8 m, dikte 5 mm • AISI 316.

Gewicht 2,5 ton Prijs f 25.000.== Li

t. (

9

7

(2)2-ABC-OP. Opsme1tvat. Vol. 2 m3 • met lintroerder, compleet

met aandrijvine; en l introerder en stoomspiraal ~ 2000,= Bron (2). Prijs f 17.000.=

O)6-ABC-KO. Koelen kalk. Aangezien er e:een hoge eigen

ge-steld worden aan de kalk, en het bovendien zeer weinig opbrengt, kan hier volstaan worden met een minimale koelinstallatie,n.l een

betonnen koelgoot met bijvoorbeeld zink bekleed. Een geprefa -briceerde betonnen loods, summier verlicht, en vorstvrij verwarmd kost f 40

I

m3 • Std.: lengte lOm, breedte 1,5 m, en hoogte 2,5 m.

Prijs f 2000.=

(4)

8-AB

I7-C.

Verpakken kalk. Ruwe scr~tting, gebaseerd mp

een ge ~icht van 200 kg, en een prijs van bewerkt staal van ca.

f 10.f;'j kg.

Prijs f 2000.=

(5) 9-ABC. Verwerken van nitreuzen.

9-ABC-RO. Roots blower. Debiet ca. 4,3 m3 Isec. Voordeel van directe as.ndrijving door een elctromotorjl:de volume. stroom is relatief klein, en er zijn geen kleppen nodig. Lit. (11).

Volgen~ lit.(6) zou dit met een 160 pk. motor f 40.000,=

kosten. Bron (3) gaf een waarde op van f 50.000,= , reke-ning houdend met het feit, dat met corrosieve materialen

ge-werkt werd.

Prijs f 50.000.=

Met d~gegevens van tabel 242 van Lit.(8) uitgezet in grafiek 1, kunnen wij door extrapolatie vinden, dat bij een productie

van 26.700 ton HNO

j de kostprijs f 193 /ton jr. bedraagt.

Aangezien nitreuzen in het nieuwe proces niet vervaardigd

worden uit an@oniak, komen hier de hoge kosten van de ammoniak,

en de katalysatdr te vervallen. Van de resterende 23

%

yitgaven

aan dien sten ( 3% ), loon en onderhoud (

8

%

),

en af sc hri jving

~12

%

) ,

is het reëel dit bedrag lager te stellen, aangezien

12

-procer; benodigd is.De benodi gde j.nvestering komt dan op 20

%

van f 192

=

f 38 ,40

I

ton jr. Voor 26.700 ton bedra~gt deze installatie tot verwerking van de nitreuzen dan f 1.025.000

,=

Prijs f1.025.000. =

De totale kosten van de apparatuur voor de overeenkomende pro-cesstappen bedraagt voor (l) t

Im

(5), inclusief een afschrijving ian 10

%

f105,600

.=

Samen met

(6)

wordt de totale prijs

- 13

-VI. KOSTENCA1CULATIS VAN DE DRIE ALT~HNATIEVE PROCESSTAPPEN.

A. HET rrUNNELOVEN PROCES.

(1) 3-A-VV: Voorverwarmvat. Werkdruk =74 atm. WerktemperaruUJt =

o

435 C. Hoogte = 1,5 m j Diameter 1,2 mi Voorzien van roerder.

Benodigd aardgas 0,0024 m3/sec. Cf = 1213 kW. w

Prijs vat: ff~~OOO.=

Prijs branders: f1200.= (bron 4)

(2) ·4.;..A-VW. Verwijderen van water. Expansievat, voorzien

van schraapinrichting aan de bodem, en van kaarsfiltersys-teem aan de top. Hoogte 4m. Diameter lm.

Prijs compleet: f 12.000.=

(3)5~A-TO. Tunneloven. Verwarming door straling via Nimonil1: kap.

Be nodigd aardgas : 1690 m3/ uur. I _,.., de oven een lope nde

band van totaal 12Om. lente en 1 m. breedte., gefabriceerd

van silicium gietijzer.

Specificatie kosten, Lit.(l):

Band, rollen, ketting, plaatbevestiging

Be tonnen vloer

Betonnen randen

Isolatiesteen aan 2 zijden Vuurvaste .steen Vu urvaste bkdem Ovenkap Isolatiesteunboog Sc hoorsteen Aandrijving Vulinricr.tingen (10 maal) Aardgasbranders, incl.aansteekbrander en appendages, (bron 4) Totale aanschafkosten f f f f f f f f f f f f f 150 .000.= 2.230.= 660.= 5~550.= 20; 800.= 7.560.= 25.600.= 7.500.= 1.500.= 40.000.= 16.000.= 35.000.= 312.450.= Deze post werd door bron

(3),

geschat op f 600.000,= , inclusief

"

installatiekosten, uitgebr~ide meet- en regelapparatuur,en funde-ring.

N.B. Op het eerste gezicht blijken deze twee cijfers veel te verschillen, naar wel moet bedacht worden, dàt bijvoorbeeld Aries en Newton, 30

%

van de aanschafkost rekenen voor alleen regelapparatuur.

Ook is de schatting van de isolatie aan de lage kant.

- 14

-de instalJeringskosten.

Wij zullen voorlopig de primaire aanschafkosten van f 312.450. aanhouden, en 8.an het eind van de berekening pas de posten als pijpleidingen, installeringskosten, E::ngeneering, etc. in

pe

totale kostencalculatie verdisconteren.

(4)

7-A-MB. Maal en ~reekinta1latie.

Lit.(6) vermeldt voor een dry grinding open circuit balI mill met een capaciteit van

3T

/

hr, wat voor

di t geval van 2,2 T / hr wel wat groot is, ee n prij s van

~

14.500.

Prijs f 60.000.'"

De totale aanschafprijs voor bovengenoemde appai'atuur voor het tunnelovenproces bedraagt derhalve f=~~S~~?S~~

- 15

-Ve rvolg kostencalc ulat ie al terna tievc pro ce sstap pen.

B. ROTER~NDE OVEN PHOC~S.

(1) 3-B-VV Voorverwarmvat .

zie Hoofdstuk VI. (1)., 3-A-VV

Prij 5 vat

Prij s branders

(2) 4-B-VW : Dehydrateringsvat

zie Hoofdstuk VI. (2) , 4-A-VW.

Prij s (3) 5-B-FR Ro terende Oven.

Inclusief aandrijving en lagering, en

ventilator voor perslucht,voorverwarmd

door warmtewisselaar 5-~WW.Bron (3):

f 5000.=

f 1200.=

f 12000.=

lf 260.000.= (4) 5-B-SC :Séheidi ngsinstallatie pebbles / CaO brokken.

Ei gen schatting. Ee nvoudige constructie • Vibrerend.

Prijs

(5) 5-B-PB. 4 Pebble Heaters. Hoogte

0,8 m. Vuurvaste steen.

1,2 m

f 4000.=

Diameter 2

Eigeh schatting, gebaseerd op I 100 / moppervlakte

vuurvaste steen.

PrijS f 6000. =

4

branders van 200 m3/ hr aardgas, inclusief

venti-latmren, en compleet met aansteekbrander en beveiliging.

Bron (4).

Prijs f 37.000.=

(6) 7-B-MB. Maal -en breekinstallatie. Lit (6). Capaciteit van 2 T / hr.

Prijs f 54.000. =

Detotale aanschaffingsprijs voor bovengenoemde apparatuur van het roterende oven pro?es bedraagt derhalve: f~379.200.=

- 1

6

-Vervolg kostencal culat ie alternati eve processtappen.

C. J!'1UID B~D PROC~S.

"3

3-C-DO. Doseercompressor. Debiet ca. 0,5 m / s ee. ver-stuivingslucht. Bron (3). 1i

t.

(6).

Prijs f 7000.=

(?

(2) 4-c-vs. Recirculatie ver stuivingscompressor. Waaier en pomphuis van hoogwaardig roestvrij staal, bestand tegen vochtige nitreuze dampen. Dubbel uitgevoerd. Prijs per stuk, inclusief aandrijfmotor: E 120.000.=

(bron

(3».

(-:'_-' ) _/c:_- " _{\. ...}

_-

V

(3) 5-C-FB. Fluid Bed Reactor. Hoogte ca. 8 m. Diameter gem iddel d ca 4 meter. Wa nddikte 20 mm. Ma te

riaal!!-(4)

Ho ogw aar dig corrosie be stendig staal .

Bron (3). Prijs f 150.000.~

( Indien gebasee rd op ca. f 10.= /kilogram bewe rkt staal, komt de prijs op ca. f 160.000.= ).

(4») 5-C-CY. Reactorcycloon. Bestand tegen 6000 C.

(bron (3». Prijs f 16.000.=

(5) 5-C-CT. Cottrell apparaat. Debiet ca. 1,4 kg nitreuzen/sec. Lit.(6) omgerekend geeft een prijs van f 62.000.=

Bron (3) rekent hiervoor f 52.000.=

(6) 8-C-CO-l. Compressor.Debiet 1 kg lucht/sec. T =600o

c.

Vermogen: 45 KW = 61 pK.

Lit.(6) omgerem:nd levert een prijs van ca. H' 37-.000,= Bron. (3) rekent hiervoor f .30.000.=

(7) 8-C-CO-2. Compressor. Debiet 3 kg lucht /sec. T = 7270 C. Vermogen 120 kW = Ji63 pK.

Li t. (6). omge rekend levert ee n prij s van f 134.000. =, Bron (3) schat deze compressor inclusief aandrijfmotor

op f 150.000.=

(8) 8-C-CY-1-7. Cyclonenbatterij van 7 stuks, bestand tegen temperaturen van ca. 900oC.Debiet: 38,5 m3/sec. Hoogte 5m.

--

- - -

17

-Ver~olg kost encalculatie al ternatieve processtappen.

Bekleed met vuurvaste steen . Gefi'chat door bron (3)

op f 45.000 / stuk.

Prijs : 315.000.=

(9

(9) b-C-GH. Gaslift-Heat er. Voorgestelde hoogte 23 m. Diameter

3,7

m.

Eigen ervaring ICI prill toren,die 3,5 x zo hoog was,

en een 1,5 x zo grotere straal had kosti;e ca

!i~

350.000.=

Inclusief branders . Prij s : f 500. 000. =

(10) 8-C-WW-l. Warmtewisselaar. Warmtewisselend oppervlak: 220 m2• 'lype Ljüngstrom luchtverhitter. Lit. (6) vermel dt een globale prijs van $ 10 / sq. ft, of ca.

f 300~

_/

m 2

.

Di t zou neerkomen op een prijs van f 60.000.8

wat enigs zins aan dev hoge kant lijkt.

Eigen schatting f 40.000.=

(11) 8-C-WW-2. Warmtewisselaar. Warmtewisselend opppervlak: 1800 m2• zie (10).

EigEn schatting f 120.000.=

De totale aanschapfingsprijs voor de hierboven gespecifi-'ceerde apparatuur voor het fluid bed proces bedraagt derhalve:

f

l

.620.000. =

.. 18

-VII. TOTALE

KOSTENCALCULATIE.

De totale aanschafprijs, die gevonden wordt door optellen van

de aanschafprijs van de apparatuur van de overeenkomende

pro-cesstappen en die van de alternatieve processtappen, geeft slechts

een eers te indruk hoe de drie pro c essen ten opzich te van elkaar

liggen. Om eentotaler beeld te verkrijgen wat nu uiteinde-lijk begroot moet worden, moet men deze aanschafprijs als ba-sis aannemen, en deze pri js verl1jeerderen met de volgende posten:

Pijpleidingen en Appendages

Instrumentatie.Regel en controlesystemen.

- weinig regelapparatuur

- enige specifieke regelaars - exclusieve en vele regelaars Bekleding en isolatie

Electrische voorzieningen

Grond en land verbetering

5

%

15

%

30

%

Installatiekosten totaal ,als volgt gespecifice~rd:

Funderingen

₇

_%

- Platform en onfdersteuningen 11

%

- Installatie apparatuur + Arbeid:25

%

'Gebouwen

Totale primaire bijkomende kosten Voorzieningen

Aanschafprijs aaparatuur

TIDTALE

11

PHYSICAL PLAN'l' COST

11

Hier komt nog bij voor engeneering en constructie: 30

%

van 261

%

TOTALE"DIRECT PLANT COSTIl

Om tot het totale If fixed ?a:pitalll te komen, moet dit laatste bedrag neg eens vermeerderd worden met de volgende posten:

Honorarium aannemer - 10

%

van 339 %

Onvoorziene kosten - 25

%

van

339

%

TOTALE

IIFIXED CAPITAL COSTIl

i-25

%

15

%

8

%

:i

15

%

10

%

43

%

20

%

136

%

25

%

100

%

261 ~6

78

%

339

%

34

%

[85

%

458

%.

M

_{~, I}

- 19

-De volgende tabel geeft een overzicht van de drie processen:

'l'ABEL.

PROCES A ·1

PROCES

B

PROCES C

T

(l)

Aanschappr.Ljs apparatuur ,f 1.521.250

·

1. 509

.

bo

o

.

2.750.600

62) T'o t ale fixed capi tal , f 6. 9to .000

·

6.950.000

.

12.100.000

0)

Ve r Y.<è.Jo Pi"aarde'·per jaar,f 5.840.000

·

5.640.000 5.E:40.000 (4) Arbei d. 4 man/ s h i ft •

f 25. OOO/m an shi f t l j aar , f 400.000 400.000. 400.000 (5) Supervi sie. 25% van (4), f 100.000 100.000. 100.000

(6 ) Afschrijving.12t

%

van(l),f

.

~

tr...P

·

J~

.

t~

(7) Verwarming, f / jaar 581.506 540.500. 320.500

(

8)

Onderhoud

,

6% van (1) , f 91.275 90.588. 165·000 (9) To ta Ie lasten, (4) t/m (8), f 1.362.935

·

n

J..19::?OO. 1.330.000 (l0) Bruto winst 0)-('3) , f 4.487.000

·

4.720.000. 4.51 0.000 (11) Netto winst, (10)-r:fJ;

%

be-I 11'f _{z .}

IC'''

_J.

lIL

lastine , f 2.243.500

·

2.360.000. ~OOO

.

(12) Working capi tal ,10'/0 van (2) , f 698.000 695.000. 1.210.000 ( 13) Return on Original

Invest-ment, En geneer' s He thod ,

UCl.,

27

v~

13%

- 20

-APP ENIlI X A •

HET TUNNELOVEN PROC~S.

Ca(N0

3

)2" 0 aq. wordt in niet gesmolten toestand op een lopende band gebrac~t , die bekleed is met een peedervormige

laag CaO. Het geheel bevindt zich in een oven, waarvan de Nimonic kap uitwendig met aardgas wordt verhit. Branders

zijn aangebracht over de gehele lengte van de oven, zoda t een uniforme temperatuur aangenomen mag worden. ( 9000 C).

Smeltpunt Ca(N0

3

)2 = 561

0

C • Lit.(L2).

Wanneer het ontledende gesmolten calciumnitraat uitgereageerd

is, is de laagtemperatuur 700-8000

C.

De warmteflux door

ttraling wordt dus niet geheel benut voor de ontleding, maar

ook voor het opwarmen van het calciumoxide.

Vanwege de nitreuzen en de hoge temperatuur moeten er speciale

eisen gesteld worden aan de ovenwand en aan de lopende band. De oven wand kan vervaardigd worden van Ni monic 105, dat f 20,= per kilo kost. Voor de lopenàe band werd silicium gietijzer

voorgesteld, wat wel tegen de heersende procesornstandigheden

bestand is, maar echter niet tegen slagen en stoten.

He t c al ei umoxide wo rdt v ia een inste Jlbare doseerinrichting op de band gebracht. De begin dikte van de laag is 1,5 cm.

Afkankelijk van de dimensies van de band, 60 m. land en 1 m. breed, c.q.

30

m. lang en 2 m breed, worden 16 c.q. 10

doseerinrichtingen voor het Ca (N0

3

)2 aangebracht door de

oven-wand, en gekoeld. Bandsnelheid 0,01 m Isec. Er wordt 10 kg

2

Ca(N0

3

)2 gestort per m band.

Het ontstane CaO wordt gekoeld, gemalen en gebroken in een kogelmolen, en gedeeltellijk weer teruggev~erd om wederom te

dienen als bekledingslaag voor de band.

De oven wand is 60 m2• Over de gehele lengte van de kap wor-den aardgasbranders aangebracht van 2 me. lengte. Er zijn

7 branders over de breedde aangebracht , hangend in ondersteunin-gen. Per ton te ontleden Ca(N9

3

)

2 is 405 m

3

_{aardgas nodig, bij}

een verbrabdingsrendement van

33

%

en een emissie- co~fficient van de wand van 0,9. Voor de verwarming van het CaO heeft men per jaar f 10.800, c.q.

r

22.200

I

jaar nodig aan verwarmings-kosten.

-21-APPE;mI X B.

HET ROTERENDB OVEN PROCES.

Het vereenvoudigde blokschema van dit proces ziet er al s volgt

11 i t: H2 0 'l'HERNISCH ONTLEDJc.:N (Roterende Oven)

1----.--.

C aO CaO pebbles CaO pebb es VERHI'J"l'EN PEBBLES

(4 Pebb1e Heaters)

Het verkrijgen van droog ca1ciumnitraat gaat via de volgende stappen:

(1) Voorverwarmen tot minimaal 42° C, het smeltpunt van Ca(N03)2.4 aq. (2) Verpompen naar een verhittingsvat onder druk. Werkdruk= 74 atm, Werktemperatuur T = 4350 C, en

c

(3) Expanderen. Te = 1350 C. Pe = 1 atm.

o Voor het voorverWarmen tot 50 C Hiervoor is noàig 0,0024 m3/s CH

4 •

is nodig een (j w

Voor het verhitten 0nder druk is nodig een Hiervoor is nodig 0,041 m3/s CH

4•

=

84 kW/s.

De jaarlijkse kosten aan verwarming door aardgas voor deze droogsectie bedraagt dus; bij een gehalte van

88

%

CH

4 ~n

aard-gas,~n

een prijs van 4,5 cent/

~

:

f (0,0434).(3600).(8000).(0.1045) = f 63480.= (0

,88)

Het verkrijgen van 74 atm druk in het drukvat geschiedt met pers-lucht. Het druksysteem is via een regelaar gekoppeld aan de

bran-ders. Het vat heeft een di~mèter van 1,2 m en een hoogte vamn 1,5 m.

Het expansievat, met een diameter van lm. en een hoogte van 4 m, is van onderen voorzien van een schraapmes, en van boven van een symteem " kaarsfilters", die calciumnitraatdeeltjes moeten belet-tem afgevoerd te worden ~ ; ,''''

- 22 -Vervolg Appendix B.

De roterende oven heeft een diameter van

0,8

!'J1 en een lengt e

van 8,4 m~ Met behulp van een isolatiebekleding van

speci-fieke samenstellin[~, is het·,gtralingsverlies terug te

bren-gen tot 1,3 %.(Normaal bedraagt dit voor industrIële roterende

ovens 16

%.

).

B,ij een berekende verblijftijd in de oven van 96 sec., is er m.b.v. een nomogram een optimqle combinatie van omwentelings-snelheid en helling te bepalen, zodanig, dat de deeltjes niet

-1

aan de wand van de oven blijven kleven. N

=

25 min •

Verblijf tijd deeltjes in de oven 96 sec. Hellinghoek: 0,05

mlm.

De7 het CaO deeltjes met

o

, 0

een temperatuur van 1200 C dienen om

I

het Ca(N0

3)2 van 135 C op te warmen to t 5to 0 C, en

vervo1-gems om het te crntleden.

Er zijn 4 pebble heaters nodig met een diameter van 0,8 m en een

hoogte van 1,4 m. Ieder is voorzien van een aardgas brander, die 0,075 m3 CH

4

/sec. moet verstoken. De CaO deeltjes verlaten de heater met 1200°

C.

De eaO pellets worden apart gefabriceerd

door hydrosgatische compressie, gevolgd door calcineren bij 19000 C in een speciaal daartoe geëigende oven.

- 23

-APPENDIX C.

HET YLUI D BED PHOC~~S. Het f 1 ui d bed:

- De sa.menstelling van het reacgorgas is als vol gt:

x

NO

=

0,23 2 ; x(Q,

=

0,11 2

=

0,45 j

).J

=

0,21 2

Er is hierbij gerekend met 0,3 kg/sec. verstuivj.ngslucht. _. De fysische const anten van het reactorgas zijn:

p

g

=

0,40 kg/m

3

C =

=,

383 kc all kg

%

Pg 'Zg

=

35,4.10-5 poise

~g

₌

19,2.10

-5

cal/cm sec 0 K.

- De minimale f l uidisa tiesnelheid b edraa gt 6,7.10-2 mIs ec.

~ Reactordoorsnede

=

4 m

- G_to/ G_f = 2,2

- Fluïdisatie- efficiency 0,17 - Bedexpansi e 1,15

- Bij een verbredeing van het bovenste stuk tot 6m

door-snsneq.e, is de gassnelheid 10 cm/se c , en worden(~ deeltjes 45-50 uitgeblazen. De gasafvoer dient 4 m. boven het bedoppervl ak geplaatst te worden.

':Drukval over het bed: 0,38 atm

- Toe te voeren hoeveelheid wannte ~ = 3700 k

J/

sec.

Vi

- Te overwinnen drukverschil fl

uï

disatiegascollpressor : 0,40 atm. P

=

170 kW

as

De verbrandingsgassen worden gemengd met voorverwarmde lucht.

Benodigde hoeveelheid aardgas bedraagt 0,24 x

looi

0,7168 x 88 m

3

/sec

7

=

1384 m~1 uur. Dit kost per 8000 uur'à4,5 cent aan verbran-dingskosten : Nfl. 500,000.=

- Verblijf tijd CaO deelt j e : 7 sec.

- Er zijn diverse hoogtes en diameters uit te rekenen voor deze gaslift heater; De laagst~

is

16 m. hoog en een diameter van 4,20 m.

L De totale drukval over de gaslift heater is ca. 6000

N/m 2•

Hiervoor is een ventilator nodi g met een

P

=

120

kW.

•

- 24

-VIIl. LITERATUIH? - EN B1WN VKRj·1EJ,DING

Lit. (1) Li t. (2)

Li t. (3)

P.C.Stamperi us, Processchema 'l'unneloven, maart 1965 F.lvlateo\ " Fi r st Design", Décomposition de Ca(N0

3)2'

mei 1966

C.A. Tas, Processchema, mei 1968

Li t. (4) · Co st Engeneering als onderdeel van project management,

Li t. (5) Li t. (6 ) Li t. (7) Li t.

(8)

Li t. (9) Li

t.

(10) Li t. (11) Li

t.

(12 )

Stichting N.A.P. ,den-Haag, 1968

R.Aries & R. Newton, Chem.Eng.Cost Estimation, New York,195

H.C.Baurnan, J<'undamentals of Cost Engeneering in the

Chernica1 Industry, New York, 1963

C.Tyler & C.H.Winter,Chem.Eng.Economics,New York,l959

P.J. van den Berg & W.A. de Jong, Collegedictaat

Ch emische Werk wij zen, m 31, 1966

Websi Prijzenboekje, Stichting N.A.P. ,1967 J.C. Vl ugter, 1'1 tern Rapport, 1960-1961

F.C.A.A. van Berkel, Collegedictaat Chemische Werk -tuigen, 1964

C.D.Hoàgman, Handbook of Chemistry and Physics, 1958 Bron (1) van Bepenhuizen, Import en Export Chem. Producten,

Zwijn-drecht

Bron (2) Ir. J.A.Warnaars, Afdeling Nieuwbouw AKU, Arnhem Bron (3) Ir.J.J.Lambers & Hr.J.van der Heyden, VHF Werkspoor,

Amsterdam

•

:

- - -- " - - -

- -

-- 2.'/

-VERKLAPJNG

D

F

H GEBRU

I

KTE

CODES.

lA- VO 2A- OP 3A- VV J+A_ VW 5A-

Ta

6A- Ka 7A- MB 8A- VP 9A-

Ra

9A- NI IB-

va

2B- OP 3B- VV 4B- VW 5B- FR 5B- WW 5B- SC 5B- PB

6B-

Ka 7B- MB 8B- VP

9E-

Ra

9B- NI IC-

va

Voorraadvat Op smel tvat Voorverwarmva t Dehydrateringsvat 'l'unneloven Ko elgoot

Maal en Breek Installatie

Ve rpakkin~s:LnstallEl.tie Ho 0 ts Blower Verwerkin~ nitreuzen Voorraadvat Opsmel tv at Voorverwarmvat Dehydrateringsvat Ro terende Oven Wa rm tew issela':lr

Scheidingsinstallatie pebbles/ CaO brokken

1-4 Pebble Heaters

Koelgoot

Maal en Breek Installatie

Ve rpakkingsinstall atie Roots Blower Verwerken nitreuzen Yo orraadvat 2C- OP J(jtp-'SR't èl tN

a

t 3C- DO Do seercompressor

4c-

vs

Verstuifcompressor 5C- FB Fluid Bed Reactor '5C- CY Cycloon 5C- CT Co t treIL Ap paraa t

6c-

Ka

Kc elgoot 7C- VP Verpakkingsinstallatie

Bc-

CO-I Compress or

8c-

CO-2 Compressor

8c-

CY-l-'Î' Cy clonen ba tt erij (7 stuks)

8c-

GH Gaslift Heater

8c-

WW-I Warmtewisselaar ,8C- '1'1'1'1-2 Warmtewisselaar

>9C-

Ra

Roots Blower

.

..

..

rI6UUR.

A.

~A - NI,. 9A-~o z-A-op 3 fJ_ VV 5A -

ro

GA

_;<.0

BA-v?

" • ol • l7it.rel<..2 en Lucit-t

slL

WW

1-.8-va

3-B-VV

b-8-1<6

5""

8

-

? 8 -

1-1/

F

IGUU R.

c.

:t..c-oP

8

C-WW-l C - V>-I 9c-

co_'-1

tJ-j

SC-6H ---~~rr 5C _ CT sc.-Cy_ I-~ 6

é -

~o

9c-Nr

9

C - RO

-4

c.-VS N CO

•

100

180

'

",

INVEST€R./N0

IN

NPL./ JAARWN

60

:

I

A.

füNNE.L OveN "PR.oC6'5 . (

KASSA

f3ALt'~8

.)

A

He

3

ew

lÖ\+~

psu--

sec-.

'O,48~H2.0

,

.64

k~. ~O31

_·LJa.tj. 1.1

G

k~. c{N~

l-

a

I

&

dc.j

CA

0»

-T:

~o°c. Tz

0, 22. k..<!'J ~O

•

Voo('verwarme-~

Yer

·

w

yde('-en

k.ri

stal

water

The

r /'Yl

içc.~

Ont leden

I, 0,

3'1

kj

Oz.. °/42 ~ "'-Ie>

•

naar

s

al peber.z vu r br-i K&5e

fa

Q40

k!2

.b

·

.,

"

.., .. I>

1>.

1-0TERSNJ)E OVEN

'P;OCE~.

(MA.SSA

~ALA-NS).

A)I~

sew1c..htel"\

per

Se.c..

d .

..qe

kj~9

'I- ~ C4(p./O~).1..'(~~

...

1./(, ~ Ü(~,) 2

ï~ 1-DoC ,.: ro'c,

T ...

booOG

T:. 1?>S~c. ~

~~ So} afm

.'"

840 kw

..f21~

kw

15'

Voorverwarrne,tl)

Verw0dU'ev\

The4''î't

i Sc.h

Dnr

lede.V\ kriShl

waicU'

8.1-~ Co.D

k.

₅

Çc,o

l~oelen <>, 't~

Ca-o

-I

_I

T: jat (... 1lco kW pe.lo

b

Ie

s

T:.

1:l.ero c> C

Verhi U

etA

Co..D pe.hb1eS

..

fl co r sa( f>cler 2 uv r Fab-ri~e-~~len /"1:Jrekcn

~I

_I

0,4°

~

.st

r,J fin!}

s

ver/ie

s

CëIO =p--760 J:.W \..N o

,

~ ...-! •

c.

'FlU1D

BE..D

( MA

'S.SA.

"BAL.~

N-$ )

J

kj,

Ûl{J'IiJ?;)X

-4

H

"o

~

T::

~7°

c,

I

~ ~

0,3

~

Lucht

T:::

1.'3

0

c,

c '/

C. tlSOr\

'I.

4

':5

re.odor~o.s

T", 5<j7ö

C-(jveriieS:

Isc.kW r F L.U I D 'BEl)

-o

a

54 ~ . reet c:Ir.rr'f1\ S ):: 677°C

11

~

Co.D

• "-"

-p.

=: [j84o

hu

6ASLIFT _ HeATG'R.

Q

Ver-I,\-=

s-=--~

;J.oo

k

vJ

,.

s!:.1

CI/Lj

I

/tlc-!r6l..- _ _ _ T: /lj77°C

r

L - . . _ _ _ -'~y 0.24 ~ (è.,. 0

/.: s?rC.

ere

lONE:I\l ~ATTER I.,)

..

f. _

,

- - -

-1

.

l

.

r

•

ol

.---_.-

-\

1(

.

rl:

.

T

K:JIJ))QU

Lü~tb-~.

3j~r

_~

_~~Ar~

frLu

cU..

&nI~ ~

Cdx·~·~

_.

_.t

~---

1-SPECIFICATIE VERWARMINGSKOSTEN

Verbrandingswarmte methaan: 19Z kcal/mol 1 mol

=

Z4,3 liter 1 m

3

=

41, Z mol.

CH

4 gehal te in aardgas

88

%.

Aantal kcal

/

m3 aardgas 0,88 x 41,Z 19Z = 7000 kcal / m

3 •

Aantal kJ

/

m3 aardgas 4,z x 7000

₌

2-9.400 kJ / m3 • Prijs aardgas: f 0,045 /

m •

3

In alle gevallen moet 30.000 ton/jaar droog C~(N03)Z ontleed worden.

C = 1,

°

5

kJ / kg °C. PCaO

Berekening minimaal benodigde energie voor ontleden van 1 ~g

~r~o~ 2.aiN~3)Z.

Verwarmen 0,4 kg kristalwater ZOo_lOOo C Verdampen 0,4 kg kristalwater Verwarmen 1 kg Ca (N0 3)Z ZO-560 0 C Smelten 1 kg Ca(N6 3)Z Ontleden 1 kg Ca(N0 3)Z 0,4x80x4,Z 0,4x5 4Ox4,Z lxl,16x54è-lx 84 lx ZOOO

=

134

=

910

=

6Z5

=

84

=

ZOOO kJ kJ kJ kJ kJ TOTAAL 3753 kJ. (~)

Voor het ontleden van 30.000 ton droog Ca(N0

3)Z is dus minimaal

benodigde f 20.000 x 3753 x 1000 x 0,045 ~ f 17Z.000.- (b) Z 9.400

TUNNELOVEN.

(1) Voor droging met de flash verdamper is volgens lit.(Z) 84 + lZ13

=

1300 kJ / sec. nodig. Per jaar betekent dit een benodigde hoeveelheid energie van 1300 x 3,600 x 7200 kJ

=

3,37

8

Di t ka st 3,37 x 10 x 4,5 cent = f 51.600.-Z9.400

(Z) Warmtebalans voor tunneloven.

Een massabalans hiervoor ziet er als volgt uit:

o~ 22...

k,5

~O

T.::

2000

G

De warmte balans

J

Cp.d'f • ÇbO CaO • C • dT P

-~-ziet er dan als volgt ui t :

+ Qverlies

=

Qaardgas

Ui tgewerkt en ingevul d geeft dit:

1,16 x 425 x 1,L6

+

1,16 x 84

+

1,16 x 2000

+

0,22 x 1,05x 500

+

0 30 x

_, Q _aardgas

=

Q _aardgas'

1,16 x 2585

+

115

=

0,70 x

Q

_aardgas Q =

4:1.475

kJ /sec.

aardgas

Voor Q . werd vanwege de benuttingsgraad van

70

%,

lit.(l) ,

verl~es

gesèeld op

0,30 x

Q d •

. aar gas

Eventueel is uit de

0,76

kg /sec. hete nitreuzen van

560

0 C nog

°

energie terug te winnen. Stel dat er tot

300

C afgekoeld wordt,

(d)

dan is deze terug te winnen energie, met een C _p =

1

,

09

kJ/kg oCvoor

nitreuzen:

0

,

76 x 1,09 x

260 ~'

2

-

16

kJ/sec. _(e)

ROTERENDE OVEN •

(1) D~ dr@gïng met de flash verdamper staat behandeld onder

Tunneloven

(1)

,

vergelijking

(c).

Hiervoor was

1300

kJ/sec. nodig.

(2) De massabala ns van de roterende oven en de pebble heaters ziet

er als volgt uit

04-

k:,

(ÄO

-....J

b

~ Ctt~~Ar

'

IgA

~

<:0.0

T:

bOODe.

I

T:.

-135°C

1

I

8~

I

ti OVSN _{Ca 0 j&e-II}

_e-k.

"Pe.a&e

8

k'J

.

pellerl-s

.

CCo.O)

Pebble Heater i-Warm;jebalans: ~ C • dl'

=

Q mCaO p aardgas

8 x 1,05 x (1200-300)

=

Q

aardgas Q d

=

7560

kJ / sec. aar gas

-

1

J

HEATSR.

Stel stralingsverlie5 op

10

%,

dan is totaal benodigd:

-OVal

-3-Hote rende oven:

Benodigde energie opwarmen, smelten, en ontleden Ca(N0 3)2: 1,16 x 2585 kJ.

o

0

Verwarmen ontledingsproducten van 566 C tot 600 C: 1,16 x 1,1 x 40

=

51 kJ.

Totaal: 3017 + 51 kJ

=

3068 kJ of afgerong 3070 kJ. (g) De 8 kg CaO pebbles die van 12000 tot 6000 C afkoelen, dragen een energie over vam j

8

x 1,05 x 600

=

5040 kJ. (h) Hiervan wordt slechts 307ö kJ gebruikt voor de Ca(N9

3)2 ontleding. De rest, n.l. 1970 kJ is dus verlies.

Het overall rendement ~an de oven is hierbij 61

%

.

Evenals onder (e) is uit de hete nitreu~en energie terug te o

winnen. Bij afkoelen tot 300 C bedraagt deze hoeveelheid:

0,76 x 1,09 x 300

=

250 kJ

De warmtebalans van de roterende oven en pebbel heater zier er als volgt uit:

er- les ~

r

COO~<L+.

ca

0 .( bl'b"~).. I,!S k.J ~ S!-rq/;".:;s v

I

IONrLEO/A/6 ..

31,e11-

13'10 Á:èJ

J

HE ATER

l

I

""J 31<10 k:r I (Pl.ler//eS'

=

:l("IO k 7

'"'

89S0 kj

I

_{4"Qa,.~ !"S ~} 39/6 k,7

Alle gegevens in deze warmtebalans ZlJn per sec.

o

Als basis temperatuur werd 135 C aangenoemen, de temperatuur van de voeding, die uit de flash verdamper kwam.

De totale verliesposten bedragen, zie bovenstaande tekening:

(1395 + 2510 + 390 + 195 + 756) kJ

=

5246 kJ Isec.

De grote stralingsverliezen kunnen aanzienlijk - tot l~fo

van hun waarde teruggebracht worden, door gebruik te maken van speciale isolatiebekledingen. Lit.(2).

( j ) •

Tevens moet opgemerkt worden, dat het verlies van 2510 kJ ten gevolge van de afkoeling van de CaO pebbles in lucht, aan-zien-lijk verminderd kan worden. In het ontwerp werd er geen rekening mee gehouden, dat dit grote warmteverlies wellicht ondervangen kan worden door te zorgen dat het transport van de pebbles van de oven naar de peb ble heater i n bijvoorbeeld een kanaal zou kunnen plaa ts

-viu'den, dat 6f uitstekend gelsoleerd is, óf verwarmd kan worden door bijvoorbeeld hete nitreuzen of hete rookgassen.

-•

-..

FLUID BED.

Lit.(3) berekent het ontwerp op een voeding van 1 kg. calciumnitraat hydraat. Di t betekent, dat in ver geli jk met de twe e vorige pro c es-sen, die uitgaan van een voeding van 1,16 kg/sec droog calcium-nitraat, wat overeenkomt met een voeding van 1,64 kg/sec. hydraat,

het fluid bed proces 64

%

langer moet draaien om dezelfde verge-lijkbare hoeveelheid van 30.000 ton te ontleden.

De warmèebalans voor het fluid be d luidt:

Toe te voeren hoeveelheid warmte door afkoelen heet CaO uit

J

~J.lV

gaslift heat er

=

n.C (voeding) pd'f + AH l t + AHd'

1 Pi sme 1SS

87

0

~~

J

870

+

J

n .• C .(prod). dT + 0,3 C .dT + Q l ' •

J p j P 1 ucht ""ver l.es

8?o

boo

= 1540 + 85 + 1600 + 65 + 210 + 120 = 3620 kJ.

( Ic)

Dit werd afgerond tot 3700 kJ, en hieruit werd de calciumoxide-stroom berekend, die 12 kg/sec bleek te zijn, onder aannam~,dat

het CaO tijdens de verblijf tijd in de reactor 3000 in

tem-o

8

0

peratuur zakte van 1170 K tot 70 K.

N.B. De temperaturen staan hierbij opgegeven in 0

K

.

De massabalans voor de gaslift heater ziet er als volgt uit:

•

9

nJZ)~

I.::

12

₇

00

~

k

0.5 /

lucht

k

...

C

=

1,2 kJ/kg OK Plucht 1

bj

l~cÀ _C

₌

_{1,4kJjkg OK} -... 2. ~ (QO '1

T

...t ,3

~!

Prookgas C = 1,05 kJ /kg OK po .... .:. 9700

K

_T=

₁

PCaO h.

5~ tm~al

-

0

I -

.2..100

~

Stellen wij met behulp hiervan de warmtebalans op~ dan krijgen wij: C .5.(2100-1270)

D

... rookgas

=

~erlies + Cp CaO .12.(1170-870) + C . • 3. (1270-1000)

Pl ucht

+ C .1.(1270-600).

Co

.

,

,...: & LJ ..; &

-6-5810

=

250 + 3780 + 970 + blO.

(l)

De netto warmtebalans ziet er dan als volgt u:i.t, indien boven-staande waarden worden ingevuld.

12 kg 0aO

~K

~

1 kg lucht

3

kg lucht

5

kg rookgas

~

10 ~

T=1270o K tr---~ 12 kg CaO h

a.a

r ~l(.t(d bt.L .. 3780 kJ

~~~&§

.

t

i

J.

_,

kg lucht 8l0kJ T

=~!:D

970 kJ

3

kg lucht 250 kJ F Q _{vver mes.} l '

-~

____________

__

______________

~

----

--~T:~-~/~~Jo~o

-

k~

--

---~~// '\

~:

1

I ---~---~---4---~,J /~

I

ka

v

d

e

!",c4:é

T

=

B07) 0

k

rw;

dJ

---

I 2..)20

I(.J

T:.~O"b° K ;' - - I ~ ______________________________ ~c4~---~~~---~/. ,

~

1

/

/

I

-

-

-

----~--/-

. .../ _ --p-t>--/ ' - - j -

..L

~

---->4----,V,-l.

/

-

;

/

I

'-"LU-e tA.i(y'U.- /:::

3at>"

K..

I

W;

3:30

'J

Als basis is hierbij een T 8 3000 K genomen.

Uit de rookgassen, die na de 1uchtverhitters nog

eemn temperatuur van ruim 10000

K

hebben, is nog een hoeveel-heid energie terug te winnen. Stel dit is nog af te koelen tot

6000

K,

dan kan er terug gewonnen worden: 9 x 1,3 x 61000 - 600) =

•

,

.e;,.

..

tj.

,

.

'" l.;

"

r, I \

De conclusies die volgen uit de vorige bladzijden zijn als volgt in een tabel samengevat:

Minimaal Proces A ProcesB Totaal benodigde energie in kJ /sec.

inclusief dro ging 3753 5775 9616

Toevoer in kg droog Ca(N0

3)2 / sec 1,CD.e 1,16 1,16 TQtaal benodigde energie vo~r

256~& ontleding 30.000 ton.,in 10 kJ

112

j

59

16~OO

~

verwarmingSkosten

in 10

4

gulden

i'

n,

245 393 Overall verwarmings-rendeme nt in

%

100 7CJ,2

4

3

,8

Proces

c

5810 0,70 2~ç4 381

4

?2.

\

,

•

f " ! " r '

lt

~. J .

j

J

I

'.

I

N HOU D

Samenvatting

van

de tec

h

n

olos

i

s

che

uitvoerin

g van het proces

Inleidin

fZ;

Type

p

roces

en ae

p

r

oduktie

-

hocveelheia

Enkele

te

chni

sche

bereidingsmet

h

oden

Beschrijving van het proces

Phy

s

i

s

c

h

e en Chemisc

he asp

ecte

n

Berekenin

g

van de reaktoren

Reaktor met één fluid-bed

Reaktor met twee

fluid-

beuden

Warmtewisselaar voor

de

reaktor met

één

fluid-bed

W~rmtewisselaar

voor

de

reakGor

met

twee

fluid-bedden

De

cycloon

De luchtvoo

:ve:::'warmer

Berekening

van

ae

com

pressoren

Conclusie

Literatuur-lijst

•

péig.

1

pag.

₃

pag.

4

pabo

t:. ./

pag.

6

pag.

'

?

pag.

11

pag.

14

"

p

êJ.g.

16

pa

g

.

21

pag.

26

pag.

2'7

pag.

31

pag.

36

pag.

38

(

"-..

•

..

-.

In

ae

hier

ont

w

orpen fabriek worot

manga~ncarbona~t om~e­

zet in man

g

aandioxiae, aoor ontleding

a~n

ue

lucht.

~e

fa-briek is

berekend vo

o

r een

c

a

péJ.

ciceit van 30.000

ton per

jetar, wa

t

neerkomt

op

een

omzecting

van 1 kg

mangaancar-bonaat per seconde.

Omdat na

tuurl

i ,jk

mangaancarbonaë.:. t een on tledings

tempera-tuur vereist

aie te hoog is

voor

de

oxidaciereaktie die

op de ontlening volgt,

warde als Erondstof geprecipiteerd

mangaanc

u

rbonaat

gebruikt.

De ontledings-oxidatie reaktie vinat plaats in een

fluid-bed, waardoor

aan ae

grondstof

ae

eis moet

woraen gesteld,

dat

de mangaancarbonaataeeltjes

uniform van

afmetingen

~ ... ..,0-[

moe ten

zi,4n.

'A·v--.r

r

.[V"V'-v'

';l

,

y r

In het navolgende

verslag

Bijn

berekeningen

opgesteld voor

twee reaccoren, te

weten

een enkel- en een

dubbelbedsreac-tor. De

grondstof

van

ait proces

moe~

vele behandelin6en

ondergaan,

zoals

reduceren, uitlogen. oplossen en

precipi-teren. Bij andere

processen

zijn aeze vele

behéJ.naelin~en

1

1 .

niet nodig, vooral bij die

processen, waarbij

met hoge

percencages

mangaandioxiae in de

gebruikte

ertsen

worat gewerkt.

üm ce

concurreren met deze processen zal aan

de

kwaliteit van

het

produkt hoge

eisen moeten Vlorden gesteld,

om

ue

in

verhou-ding hoge kosten te drukken.

Om

deze reden is de reactor

berekend voor een renaement

van)8~.

~

De ontleding vindt

plaats

bij een

temperatu~r

van omscreeks

380

o

C,

w

u

arbij

ervoor

gezor

g

u moet worden, aat ue

cempera-tuur van het bea niet boven

de

420

0

G mag

stijgen.

Er zouaen

dGn andere

dan

~

gewenste

oXidef van het

mangElan gevorma

worden.

De

grote

moeilijkheid

bij ait

proces is

de

nood~akelijk­

heia van

het gebruik

van

deeltjes met weinig

spreiding

in

de

deeltjesgrootee. Alleen

zeeffrakties

tussen bepaalde

grenzen

kunnen woraen

gebruikt.

".

Er moe

t

aus né,té..<

r een

ffiunie

r

v

an

precipi tatie

van

d.e

man-gauncurbonu~tdeeltjes

woraen

ge~ocht

waarbij ue

juiste

deeltjes

g

roo

Lt

ev

erdelinG

ontstaat

.

Indien

zo'n

pre

ci

p

it

atie onmogeli

jk is

zullen ue deeltjes

kunstm

at

i

g

op

ae

juiste

g

r

ootte

m

o

eten

worden gebra

c

ht

.

2

.

Dit

kan

door

g

ranuleren

o

f

door

breken

van a

e oor

sp

ronke-lijke d

e

eltjes

g

evol

gd

Qoo

r

uitze

ving

van ae

jui

ste

fr

a

kties.

Een

g

oede zeef

a

nalyse

i

s bebalve

voor de

vuscstelling

V

éi

n

de fluldis

at

ieom

s

tan

dighed

en

ook

belan

g

rijk bij

u

e

bereke-ning van

de

stofvangst

bij

a

e cyclonen.

Tenslotte moet

nog wor

ae

n o

pgeme

rkt,

dat o

ntwer

p

en van

dubbell

ué..<gs

fluide-be

uQen

in

d.

e

p

r

a

ktijk

w

einig voorkomen,

zodat niet

met

lOO~

zekerbeid

k

a

n wo

r

d

en vool

'

spe

l

d

of de

r

de

hier

ontworp~n

tweeb

ed

s-re

aktQ

r aan

de

verwachcingen