Bereiding van 56% salpeterzuur capaciteit 900 ton per dag

I I

.'

Laboratorium voor "

C~emische

Technologie

H.J.BEVERDAM _ P.GEERLINGS,

_{•••••••••••• ~ ••••••••••• Io.-\ •••• ~ •••••} '\o . . . ,. • • • • • • • • •• •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

BEREIDING

_'

56

%

SALPETERZUUR

.. -... ___ .. 0"... . ... : ... , ... ~ ... ~ ... __ ... _.0 ... ___ ... _. _ ... . ~'lo

..

C.8

.

PAC

.

LI

..

E

.I

T

...

9

.,

Q

..

O

. _

....

TQ;l08

.

G.

adres:

L AA N V. MEERDE RV 00 RT 15L.2

'

RIETVELD42

datum:MAART

196

INH0UD

I. Samenvatting U.Inleiding

III.Proceskeuze en plaats der fabriek

IV .De chemie van het proces

V. Bescl'lrijving van het proce~.

VI.}'lass~en

wannte-halane

VII.

Berekening apparatuur

VIII. Specificatie apparatuur IX.Literatuur overzicnt

Bijlage en tekeningen.

-.-2

3

6 7

9

20

26

I N HOU D

I. Samenvatting

II.Inleiding

III.Proceskeuze en plaat~ der fabriek IV.De chemie van het proces

V.

Bescrrijving van ret proces. VI.loiassa-en wannte-balans

VII.Berekening apparatuur VIII.Specificatie apparatuur IX.Literatuur overzic~t Bijlage en tekeningen.

-.

-- -- -- -- -- -- -- ~-1 2

3

6

7

9

? / ~b

1.

I. Samenvatting.

Met be~ulp van recente literatuur gegevens werd een fabriek ont-worpen voor de bereiding van 56 ge .... % salpeterzuur met een cape.-citeit van 900 ton per dag (op basis van 100 gew,/~ HNO) ),waar-bij de oxidatie en de absorptie onder hoge druk plaatsvinden. De toegepaste synthese ,die analoog is aan het hoge druk proces volgens Dupont, heeft de volgende bijzondere kenmerken :

1. de wmDoniak-brander en de warmtewis6ell!.8.rs voer de koeling van "'et producteas vormen één compact geheel.

2. door intensieve menginG der reactanten wordt bij de ammoniak verbranding ondanks de hoge druk een conversierendement van 97 ~ verkregen.

3.

een katalytische afgasbrander vermijdt zowel lucrtveront-reiniging als corrosie van de afgas-turbine.

4. de voor de compressie benodigde energie wordt voor 65

%

ge-leverd door de afgasturbine ;de resterende 35

%

worden op-gewekt door een stoomturbine, terwijl daarnaast nog een aan-zienlijke l1oevecll-eid exportstoom geproduceerd wordt.

De resultaten alsmede de voor het proces benodigde producten zijn in de onderstaande tabel weergegeven.

Omstandigheden: Benodigd: Geleverd :

Druk in ata. NH

3 koel ketel aard 56

%

export Nf,3- lIU - water water gas HNO 3 stoom

2

m·.J /dag m)/dag m)/dug

oxidatie absorptie t/dag t/dag t/dag

Il. Inleiding.

A. Eigenschappen en toepassingen van salpeterzuur.

Salpeterzuur is bij kamertemper~tuur een kleurloze vloeistof, die kookt bij 86oC. en een smeltpunt heeft van -42oC.Het soor-telijk gewicht bedraagt

1,5~07

g/QQ3 bij 250C.Het zuur heeft sterk oxiderende eigensc~appen en beroort tot de sterke e:ectro-lyten.Het is in de r.andel voornaJllelijk verkrijgbaar als 55-65 gew.% en als 98-99, 5 eew.>~ zuur.Het eerstgenoemde verdunde sal-peterzuur wordt grotende"ls in de kunstmestindustrie gebruikt voor de bereiding van Willaoniumnitraat en nitrofosfaten.Het sterke zuur vindt zijn toepassing in de· organische industrie bij nitre-ringsreacties ter bereiding van explosieven,organische kleur-stoffen en raketbrandkleur-stoffen.

ö. Tecr.nisc'l,e bereidinesmogelijkreden.

Tot het moment ,w~rop de technische synthese van ammoniak werd verwezenlijkt, werd het zuur op technische Bchaal bereid door de ontleding van crilisalpeter door sterk zwavelzuur. Dit proces werd verdrongen door de direote synthese van stik-etofoxide uit zuurstof en stikstof uit de lucht door middel van het vlamboogproces van Birkeland en Eyde.Uet de introduc-tie van de synthetische ammoniak verloren bovengenoemde pro-cessen echter hun commercieële ~rde.Alle moderne processen zijn gebaseerd op de katalytische oxidatie van ammoniak met

be~ulp van lucht.Ret eevormde stikstofoxide wordt na afkoeling met een overmaat lucl't olll(:,"ezet in stikstofdioxide, r.etgeen na absorptie in water het productzuur levert.~en onderscreidt, afrankelijk van de werkdrukken,verschillende processen,w~r­ van enkele voorbeelden l)ieronder zijn weergegeven t

1.0xidutie en ahsorptie bij atmosferische druk ( I. C.l.) opLrengst : 45 - 52 (:ew.~~ EN0

3

2.vxi~tie en absorptie bij een druk van 4 ata. ( Uontecatini) opbrengst : ~5 gew.~ HNü

2. -'

.

3.0xidatic en absorptie bij een druk van 7-8 ~ta. (Dupont)

opbrengst : 60 - 62,5 gew.;:' miO"

)

4.üxidatie onder atmosferiscr_e druk, gevolgd door absorptie

bij een druk van 2,8 ata. (Staatsmijnen)

opbrengst t 55 gew.% HNü

3

5.0xidatie bij 4 ata. en absorptie bij 8 ata. (Grande Paroisse)

opbrengst : b5 b""Cw. ':' I" lûW 3

111. Proceskeuze en pl&ats der fabriek.

Uit het vorige hoofdstuk blijkt,d~t men bij de toepassing van

de k(.,talytische oxid.e.tieprocessen de keuze reeft tussen drie veracrillende werkwijzen :

1.oxidatie en absorptie bij lage druk 2.oxidatie en absorptie bij hoge druk

3.oxidatie bij lage druk ,gevolgd door absorptie bij hoge druk.

Alvorens tot een keuze over te ga~ dient de invloed van de druk

op de oxidatie en de absorptie afzonderlijk te worden nagegaan.

Oxidatie procesvoering bij een hoge druk heeft als voordelen a.compacte bouw van reactor en warmtewisselaars.

b.de mogelijkheid van een grote doorzet

c.grotere stoomproductie

hier tegenover staan echter de volgende nadelen t

a.daling van ret conversierendement b.verhoogde platina verliezen

c.extra investering ten behoeve van de compressoren

d.noodzaak van drukbestendige apparatuur.

Absorptie hierbij heeft ret werken bij hoge druk als voordelen a.compacte bouw van de absorptietoren

b.de oxidatie van NO wordt versneld

c.de absorptie van N0

2 in water wordt bevorderd

daarentegen geldt hier slechts ~ls nadeel

a.de noodza"k van drukbestendige apparatuur

Ue keuze van het beste proces voor een bepaL.lde situatie is

natuurlijk ~6t de technische uitvoering ook afrunkelijk van economiscre factoren. De belangrijkste elementen ,die de kost-prijs van het product bepalen zijn de prijs van ammoniak,pl~

tina katalysator, stoom en koelwater.Om een kwantitatieve in-druk te verkrijcen van de bovengenoemde factoren is in onder-stahnde tabel een overzicht weergegeven van de belangrijkste resultaten die bij de drie processen werden verkregen en die zijn ontleend aan de-. publicaties van Strelzoff( 3) en Horton (11).

1 2 3

Type proces : lage druk hoge druk gecombin.

ox. abs. Druk in atB. : 1 8 - 9 1 8-9 Investerings- 1,0 0,89 1 , 11 kosten verhouding: Benodi:de roeveelh. 1,0 0,54 0,75 roestvrij staul in verhouding : Benodiuue hoeveelr. 0,290 - 0,289 - J,287 -NE) in t/t 100;

l-mo

3: 0,300 0,292 0,290 platinaverlies in 78 15~ -2?0 78 mg./t 100'10 HNO) koel water in m) 103 115 115 per t. 100% HNO) Bxport stoom in 1,0 0,8 - 1,21 _1,0 verhouding : bereikte zuursterkte 45 - 52 57 - 60 57 - 60 in gew.%

.

.

rendement oxidatie 97 - 98 95 - 96 97 - 98 in %

.

.

rendement absorptie 90 9U - 9~ 98 - ;)9 in 'I _{(0 :}

Uit het bovenstaunde valt af te leiden,dat ~et gecombineerde pro-ces door de lagere platinaverliezen en het grotere conversie-rendement van de ammoniak oxidatie de voorkeur geniet boven de

t:, ,.0 •

andere processen.Vooral weGens het feit, dat de kostprijs van het

a.rfUUOnia.k voor 80 /~ de prijs van het productzuur bepMlt.Dat

on-danks dit feit de keuze toch op het hoge druk proces is gevallen,

is gebaseerd op de volgende overwegingen

1. de lagere investeringskosten

2. bij de recente processen bleek het mogelijk door vergroting van de diameter der a.mflloniakbranders cen lagere gassnelheid te verkrijgen hetgeen rendementen van

97

%

opleverde. Jansen

(9)

en Strelzoff (3) •

'3. In verband met de g'rote ch.paciteit zal een einglestream -operation a.lleen mogelijk ~ijn bi-j toepassing van het hoge druk proces. Bij de andere processen zou dit alleen mogelijk zijn met parallel gescl'l.J,.kelde branders. ( 9 )

4. De

mogelijkheid tot terugwinninG van energie met behulp van

de waste heat boiler ,~rdoor een surplus ahn energie ter

besctikking komt in de vorm van stoom.

5.

Door verbetering van de constructies van de platinafiltera kon het platin~verlies gereduceerd tot ongeveer 140 mg/t 100%

HNO 3 ( 3 ) en (5)

Bij rat literatuuronderzoek bleek, dat op dit moment salpeter-zuur fa.brieken met een capaciteit van 900 ton 100:i 100

3 per

dag nog in het ontwikkelingsstadium zijn en operationele

gege-ven~ ontbreken. Daarom werd besloten met behulp van

schaalver-groting een proces te ontwerpen, hetgeen gebaseerd is op een pu-blicatie van E.C.Bingham (1) ,Wharin een salpeterzuurfabriek wordt beschreven met een cb.pac1teit ven 500 ton 100

%

Hl1Ü

3 per dag. Plaats ven de fabriek

Het 1"'uropoortgebied is de 8.Wlgewezen pla..b.ts voor de bouw van de ontworpen fabriek.Deze keuze ia gebaseerd op de volgende om-stendigr.eden

1. gunstige ligging wat betrefJ de leverantie van ammoniak.

2. de mogelijk tot de a.fzet v~~ het product zuur en atoom a~

de ~liggende kustmeatfabrieken.

3. koelwater is in ruime mate hanwezig.

r

c.

IV. De chemie van }let proees •

Tegenwoordig wordt de grootste hoeveelheid salpeterzuur ge-produC'eerd door middel van de kb..talytische oxidatie V&J'l ammo-niak met zuurstof uit de lucht.liet proces valt uiteen in twee belangrijke stappen

1 • de oxidatie van WlIlllOniak met behulp van een Pt-Rh kata-lysator.

4 NE

3 +

S.

û2 ~ 4 NO + 6 R20 + 216700 cal.

2. De oxidatie van stikstofoxide tot stikstofdioxide en de absorptie van stikstofdioxide in water, "ft:.arbij salpeter-zuur wordt gevormd.

2 NO + 02 ~ 2 00

2 + 269u2 cal.

3 N0

2 + H20 ~ 2 HNO,. + NO + 32530 cal.

Het bij de tweede reactie gevormde stikatofoxide wordt eveneens weer tot stikstofdioxide geoxideerd.

De totale reactie kan wee ree geven worden doar :

+ + + 100600 cal.

Bij de ammoniak oxidatie kunnen echter ook nevenreacties op-treden zoals : + 6 h U 2 + '3 H 2 + 303100 cal. - 21960 cal.

De conversie tot stikstofoxide is door toepassing van de spe-cifieke katalysator en bij de optimale ea-<Jsnelheid 97 ~ , zo-dat tengevolee van bovengenoemde rea.cties slechts '3 I~ stik-stof ontstaat.

Het afgaa ,dat de absorber verlaat be'vat nog nitreuze dampen. Deze worden met behulp van methb.b.n en een katalysator

geredu-ceerd tot stikstof. CH 4 +

4

NO ~ CO2 + 2 N2 + 2 H 2

°

+ a cal. CH

4

+ 2 N02

:=:=;.

CO2 + N2 + 2 H 2

°

+ b cal. CH

4

+ 2 02 ~ CO 2 + 2 H2U + c cel. ---.,

Het resterende gas,dat dan in de gasturbine wordt geëxpandeerd

7 _{I •}

V. Bescrri.1ving van het proces.

o ·

Lucl'-t van 15 C. wo rdt via een kaarsenfilter aanga zogen door een drietraps-centrifugaal compressor ~et tuasenkoeling en gebracht op 9,20 ata. Na compressie is de temperatuur van de lucht 1450

c.

Daarna

wordt de luchtstroom G~splitst :

1/6

deel gaat naar de abaorber terwijl de rest via een tweede filter nahr de lucht-voorverwanner wordt geleid. Eierin wordt de lucrt verwarmd tot

o

292 C. met behulp van de ~ete reactiegaasen.Vervolgens wordt de lucht n~ar de meneer r,eleid.

Vloeibare ammoniak van 9,20ata. en 22,6.0 C. wordt met behulp van atoom van 1050 C. verdampt en daarna. verhit in de ammoniak-su-perhea.ter tot 1120 C. Dan wordt de ammoniak via een filter in de menger gebracht.Dit ia een dubbele menger.De lucht treedt a.xia.al in en de e.mmoniak wordt door een krans van venturi' s radiaal ingeepot&n.Daarna ~t dit men6sel door een ~engbui8 waarin platen met verspringende gaten zijn

~bracht.waar-door nogmaals een bijzonder goede menging optreedt.

In

de convertor vindt bij 8990

c.

(1) de katalytische omzBtting plaats van ammond.ak met lucht. ( voor 97:' tot NO en voor 3% totN₂) De hete rea.ctiegaasen worden dan achtereenvolgens geleid door een trein van warmtewisselaars,die allen met elkaar tot

één

geheel verbonden zijn om. een maxiID8b.l wannte rendement te verkrijgen. J.chtereenvolgeru! doorlopen de reactiegassen :

- de afgas-superheater, wt.a.rin de afgassen van 2500

c.

tot 4500 C. -.orden verwarmd.

- een vlampijpketel met een productie van 29 ton stoom per uur ( 160 0

c.

en 6,3 ata. )

- een luchtvoorverwarmer, wu.arin de lucht wordt ver*a.rmd van 1450

c.

tot 2920

c.

0' 0

- een afgas-heater, waarin de afgassen van 115 C. tot 250

c.

worden verwarmd.

- een platina-filter.

o

De reactiegassen zijn ml afgekoeld tot 180 C. (dit is nog

bo-ven ""et dauwpunt va.n "'et gaamengsel) en t reden dan in de koa-Ier -condensor.

2.

Deze condensor is uitGevoerd in tien parallel-gesc"akelde

eenheden.~it in verband met de grote roeveelheid af te voeren warmte.

In de koeler-condensor vinden de volgende processen plaats : - koeling van de re&.ctiegassen van 180°

c.

tot 350

c.

- condensatie van waterdamp

- oxidatie van stiketofoxide tot stikBtofdioxide

- absorptie va-~ stikstofdioxide in het gevormde water tot

40

%

salpeterzuur.

- koeling van }-Iet gevormde z-uur.

o

De koeling geschiedt met koelwater van 20 C. Het temperatuur-verschil is namelijk te gering om uit de af te voeren warmte-stroom nog energie te putten. Het afgevoerde koelwater heeft een

temperat~ur van 450 C.; dit in verband met de afzetting van eventuele zouten op de pijpen.

De

reaetie-gsasen worden nu via een gas-vloeistofscheider (een serie cyclonen) met een temperatuur van 350 C. onder in

da absorptietor&n gevoerd.(klokjesBcrotelkolom)

Het stikstofd10xid& wordt geabsorbeerd in het reeds gevormde zuur en in het toegevoegde water. Het in de koeler-condensor gevonnde verdunde salpeterzuur (40 gew.~) wordt in de absorp-tietoren geleid op die schotel, ~r de concentratie van het zuur

40

%

iB. Verder wordt onder in de absorptietoren lucht ingeleide

1/6

van de tot~l aangezogen hoeveelheid lucht) om ret gevormde stikstofoxide te oxideren.Boven in de absorptie-toren wordt gedeminerdlise€rd water toeGevoegd om het

gevorm-de stikstofdioxigevorm-de te absorberen.umdut er bij gevorm-de absorptie ~n

de oxidatie van stikstofoxide tot stikstofdioxide warmte vrij-komt ,moet op iedere 8c"otel gekoeld worden.lIet pruductzuur wordt aan de onderk~nt van de absorptietoren afgetapt.

De

afgaasen worden via een mistafscr.eider en drie afgasverhit-ters gebracht van 350

c.

op 4500

c.

~an

wordt rat arGus met be-hulp van meth~n katalytisch gereduceerd. Piema is de stik-stofoxide concentratie te verwaarlozen (enkele p.p.m. )

9

.

o

De

temperatuur is bij de verbranding opgelopen tot 850

c.

Het is niet mOGelijk ret gasmengsel bij deze hoge temperatuur in de gasturbine te lei den. Met behulp van stoom wordt d~rom het af'ge.s gekoeld tot 7500

c.

en daarna pas in de gasturbine _I gevoerd. lIet gas expandeert van 7,12 ata. ne.ar 1 ata. en de

. QJ

temperatuur is dan 350 C.geworden.( T-S-die.gram.)

Het geëxpandeerde gasmengael wordt vervolgens door een vlam-pijpketel geleid, wt.b.rdoor de temperatuur tot 1500 C. daalt.

In verband met het dauwpunt van de afga.ssen mag de

tempera-o

tuur in de schoorsteen namelijk niet beneden de 150 C.komen.

VI. Massa - en warmte b.e.le.n~ • A. Uassabale.ns Vereiste productie

NH

+ ') 17 kg Overall efficiency 900

t/d

100

eew.%

HNC

3

=

10,405

Y~B

=

165,3 molla HhO') + 63 kg 95

%

(1) H ü 2 Wkg

,è;r moet dus worden verbrand,

11

x 10,405 x 100 '" 2,960 kg lUi)

63 95

Indien niet anders vermeld, zullen alle grootheden in ret vervolg

per seconde bedoeld zijn • .Je dampdicrtJ-eden werden berekend (zie bijlb-g6 I)

Gebruiken we lucrt,de.n is nodig: (zie verslag

P.F.Cox

)

NP. 3 2,960 kg

=

O,7~1 3 _10,00 vol.~~ 0,791 3 2,960

_k

_e

_·

m ::

=

_m.

=

3 °2 10,66 vol.%

=

1,480 m

=

10,250 kg. N,2 70,00 vol.~~

=

5,600 m. 3 z 34,000 kg. 3

H

20 0,74 vol.% :: 0,059 m

..

0,228 kg. ) , Totaal 7,930 m 3

=

47,438 kg. liiervan is : 7,139 m

'5

;:: 44,478 kg. lucrt

Extra lucrt nodig voor de absorber is 1/6 van het totaal (7) Overm8.b.t luc}-t om NU na. de abaorber te oxideren is 1 : 1,15(2)

~ door de compxessor aangezogen :

7/6

x 1,15 x 44,478

=

59,600 kg. lucht

= 9,550 m3 lucht

- -

-De reactie vergelijkingen voor de convertor luiden in kg.

1. Nn~ .... 2,353 02 ~ 1,588 H

20 .... 1,765 UU (97 %)

~

2.

NH,

.... 1,410 02 ~

- - - , J ' 1,600 H₂0 .... 0,820 N₂ (3 /~)

vol~ns reactie 1. vol~ns reactie 2.

reageert : 2,960 x 0,97 = 2,870 kg.lffi 3 0,090 kg. N.H'} verbruikt :2,353 x 2,f570= 6,750 _kg.

_°2

1,410 x O,.J90 .. 0,130 ~.

_°2

gevormd : 2,870 x 1,588= 4,560 kg H (,) • '2 1,600 x 0,090 .. 0,140 kg.H2O 2,870 x 1,765= 5,060 kg. NO 0,820 x 0,090 .. 0,074 kg.

Het mengsel, dat de convertor verla.a.t,best~at uit,

ll 2

·

34,074

kc'.

12,730 '3 1230 Hl>l.

·

:: _{m =}

°

2 : 3,370 kg.

=

1,100 1'Ill'3

..

105,2 mol. H 2U

.

4,9'50 kg. 2,mO '3 275,5 mol.

.

:: _m

=

NO

·

_·

5,060 kg. = 1,770 m '3 :z 166,5 mol. ....

l'ota.a.l :43,434 kg. s 18,470 _m '3 ::& 1777,2 mol.

In de koeler-connensor condenseert alle waterdamp, behalve de

roe-veel "'eid, die overeenkomt met de parti~lBpanning van waterdamp

bo-ven 40 gew.% EN0

3 van 35

0

c.

Deze partiaalspanning is _~ :z: _{0,0336 ata. (16 )}

760

De partiaalspannine van de waterdamp bij het binnentreden van de

koeler-condensor is

12..a.1

)<.

7,12 .. 1,094 au.

100 Dus er condenseert 1.094 -0,0336 x 273,5 1,094 • 266,0 mol. H 2U • 4,790 kg. H"O t:.

Stel dat er x ke. 40 eew.~ m10

3 worden gevormd

4 Nu ....

120 kg

3u

....

2 ~ H 2 U 4 liNO '3 ( toté..e.l re act ie )

96 kg 36 kg 252 kg

x kg 40 ~ lINU

3 komt overeen met : 2/5 x kg 10ûïo Eh03 en 3/5 x kg H20 komt overeen met

2/5

x •

...l2

ke·

H

20

252

Totaal aan water: 2.x.36 .... 3/5 x ~ 4,790 kg.

5.252

Er ontstaat dUB 'f, 29 kg. 40 gew.h HNU

3

- - -

-x = 7,29 kg.

- " - " " . _ - - '

-11 •

2/5 7,29 L§.... :: _{0,416 kg}

r.

2O ~eeft gereageerd met

.

.

.

.

252

2§ 0,416 = 1,110

_ke

0 en 120 • 0,416 :: 1,390 kg NO

36 2 ';6

Aan NO is dus over : 5,060

-

1, '390 = 3,670 kG

Nu

IC 122,3 mol NO

Oxidb.tiegl'Qb.d: 90 ~ dus er wordt 0,9.122,3::1 110,1 molliü 2

ge-vormd ::I 5,07 kg liü

2 • Dit is afkomstig uit lJ2 .110,1 : 55,05 mol 02 • 1,761 kg 02 en 110,1 mol NO • Er blijft dus over:

122,3- 110,1 :;I 12,2 mol NO

=

0,366 kg NO.

Het gasmengsel,dat de koeler-condensor verlaat heeft als samenstelling

N,2 34,074

ke •

4,320 m '3 °2 3,370 - 1,110 - 1,760 :: 0,500 kg ::I 0,055 m

3

H 20 4,930 - 4,790 = 0,140 kg :; 0,028 m 3

NO

0,366 kg

=

0,043 m3 00 2 5,070 kg :; 0,500 m3 + Totaal 40,150 kg:: 4,946 m3

De hoeveelheid lucht,die in de absorber wordt geleid is gelijk

~ 59,600 - 44,478

=

15,122 kg

(1/6

van het totaal) en deze bestaht uit ,

Q..lIQ

100 :; 22,59 gew.~ _\.)2 : ; _~ • 15,122 z _3,420 1,640 100 1.260 100

=

76,00 ge".>~ li 2

=

76.80 1),122 '" 1\,620 1,640 100 Q,.Q1Q

.

100 :z 0,61 gew.~ E 2U :; _Q....§.J.

.

_15,122 : ; _0,092 1,640 100

De totale ~oeveel~eid gas, die de absorber binnentreedt, bestaat li 2 '34,074 -;. 11,620 = 45,694 kg :: 5,700 m 3 1635

mol

:z '3 °2 0,500 + 3,420 c: 3,~20 kg

=

0,435 m :; 122,4 mol "2° 0,140 + 0,092

=

0,232 kg ::I . 0,046

~3

ca 12,9 mol 110 O,366 kg: 0,043 m3 :0; 12,2 mol NO ₂ 5,070 kg = 0,500 m 3

=

110,2 mol kg.U 2 kg N 2 leg H 20 uit :

Er wordt gevormd: lJ,405

-:ill.-.

7,29 :: 7,490 kg:o: 118,8 mollilW 3

lJO

De absorptie efficiency is 9] ~ (3) ,dus er wordt geabsorbeerd : 100 • 3/2 • 118,8

=

119,6 mol NU

2 • 99

,'. _,

Hierbij wordt verbruikt :60,6 mol H

20 en komt vrij : 60,6 mol UO

Dus ter beschikking: 60,6 + 12,2 ::: 72,8 mol Nv •

• 72,8

=

70,6

mol N0

2

en dit

De oxidatie in de absorber levert

2I

100 is

afkomstig

van

70,6

mol

NO.

Niet e;eoxideerd is dus: 72,8 - 70,6 = 2,2 mol tiu

Resterende MoeveelMeid N0

2 is 110,2 + 70,6 - 179,6 • 1,2 mol N02

02 is 122,4 - (1/2 • 70,6) :: 87,1 mol 02

~e verzadigde-dampspanning van water bij 35°

c. ::

42,175 mm Rg druk

::: 0,0555 ata.

Hieruit vol~ het watergehalte inhet afgas (druk in abaorber 7,12 ata)

Q....Q21

182,69

=

14,78mol !l2U =0,266kgH

20 7,12

Totaal moet men aan water suppleren

~ • 10,405 + 0,266 - 0,6.

7,29

-

0,232 • 3,854 kg

H

2

U

56

Samenstelline van ret afgaa

N 2 1632,0 mol = 45-,694

kt;·

°2 87,1 mol = 2,79C kg. F,2ü 14,8 mol = 0,266 kg. NO 2,2 mol lil 0,066 kg. tIO" 1 • 2 mol

•

0,055 kg • c. + Totaal 1137,3 mol ::: 48,B71 kg.

In de afgasbrander treden de voleende reacties op .:

eH

+ 4

CH

+ 4

CH

+ 4 4HO ~ CÜ 2 + 2 N.2 + CO + U 2 2 + CO +2H0 2 2

Bij volledige conversie wordt aan metr.a.aIl verbruikt

1/4 • 2,2 + 1/2 • 1,2 +

1/2 •

87,1

:::

44,7

mol

=

0,715 kg ~!4 Samenstelling van het afgas

ná

de afgasbrander :

N 2 1,1+ 0,6 :I: 1,7 mol • 0,048 kg + 45,694

kg

:: 45,742

kg.

CÜ 2 0,55 + 0,6 + 43,55 :: 44,7 mol

""

1 ,968 kg. H 20 1 t 1 + 1,2 + 87,1 =89,4 DOl m 1,609 + 0,266 :I: 1,ff75 kg. .Tottlal 49,585 kg. +

---~--~,

1

3

.

Ó. Ene rgieb&l ana

De in de energiebalans voorkomende soortelijke warmtes werden bepa.ald met benulp van de met""odea, die in bijlage I zijn vermeld. Convertor :vrijkomenrle rec.ctiewarmte : 0,97 • 2,96 • 3190

=

9160 kcal

0,03

2,96

4460

=

396

kcal

Warmte in""oud gassen bij

899

0

c.

34,074

::

_9,700

N

0

,285

2 ~,37 =

0,

8

93

0 ₂ 0,26.5 H 20 0,520 4,93

=

2,5,64 NO 0,Z75

5,06

₌

1,392

14,563

reactiewarmte : 'l'otu.al • m x t

(kcal per oe.)

• 899 lil

13100

kcal.

9556

kcal. 9556 kcal

=

4005u lei'!' (kcal)

=

54900 kW

.. 40050

kW

Warmtein~oud van de gassen in de menger ,

3544

kcal. IS 14850

kW.

Ammoniak -verd6ll!per verdampingswarmte van NR

3 Z2,6° C. en een druk van 9,20 ata.bedraagt 281 kcal per kg. (16)

Dus aan de verdamper toe te voeren 2,96 • 281 = 8'52kca1= 3485 kW

Ammoniak-superheater We nemen aan ,dat we het emmoniakgaa tot

o 112 C. opwarmen. wa ~te-inhoud NH 3 bij 112 0 C.

=

2,96 • 0,60 • 4,19. 112 a 835 ~v

warmte -i~~oud lll'3 bij 22,6° C

=

2,96 • 0,63 • 4,19 .22,6=

177

kW

Dus aan de ammoniak-auper""eater toe te voeren : 658 leW

ijeAg!r Totale warmte-inhoud lucht/ammoniak mengsel warmte-in""oud van net ammoniakgas

Dus de warmte-inhoud van de lucht "óó-r de menger

:0: 14850 kW.

=

835

kW.

=

14015

kW.

hier uit volgt: 14015:: 44,478 • c • t • 4,19 p

;.:iet behulp van trib.l and e,rror werd gevonden : t .. 2920 C. er.

c

=

0,258 Cal/g.oc. De temperatuur van de lucht voor de~ de

p

menger betreedt ia dus : 292 0 C.

De ~ete reactiegaasen worden in de warmtewisselaar-trein afgekoeld tot 180 0

c.

~

warmte-inroud reactiegaasen bij 8g9° C. .. 54900 kW.

warmte-inhoud rea.ctiegass-en bij 1800

c.

U 2 : 0,254 .34,074 ,. 8,660 02 0,230. 3,37 ... 0,775 H 20 s 0,530 • 4,93 .. 2,610 NO : 0, 240 5,06 .. 1, 21 5 + -~:-1 '3., 260 • 180 .. 2400 kcal .., 10050 kW. X Totale l1oeveel'heid af te Toeren wannte- : 44850 kVi.

Luc~tvoorverwarmer de lucrt verlcat de compressor met een temperatuur

van

145 0

c.

warmte-in~oud lucht van 292 a

c

•

warate-in~oud lucht van 145 0

c.

.. 0,258 • 44,478 • 292 .4,19 .. 14015 ló'i

.. 0,252 • 44,478 • 145 .4,19" 68tO kW Opgenomen warmte 1205 kW

afgas van warmte in~oud bij 2500

c.

N 2 0,258 • 45,694 .. 11,79 °2

..

: 0,235 O,ZJI 9

..

0,0656 H 20

.

.

0,470 • 0,266

..

0,125 NO : 0,243 _• 0,006

=

0,00146 + 11,98 250 .. 2995 kcal

..

12540 kW warmte inroud bij 115 C. G I

N 2 0,250 .45,694 .. 11,42 °2 0,225 2,790 = 0,63 H 20 I 0,452 0,266

•

0,12 110 0,235 _• 0,066

..

0,01 + 12,19 • 115 = 1401 kcal

..

586) lèM Opgenomen wamte I 6660 kW

Afgas -su12err.eater wamte-irmoud bij 450 0

c.

:

N. 2 : 0,266 45,694 = 12.15 °2 0,250 ~190

...

0,70 H 20 I 0,495 • 0,266

..

0,13

NO

0,254

_•

0,066 .. 0 ,02 + 13,00 _• 450 .. 5850 kcel. = 24550 k\é

- - ---~---warmte-inhoud hij

450

0

c.

warmte-inhoud bij 2500

c.

Opgenomen warmte wast~e!t

boiler

24550

1ëN

1254D kW

12010 kW

Voor

de

opwekking van

stoom

is

be6c~ikbaar

:

44850 -

(7205

+ 6660 +

12010 )

=

18975

lèii.

Temperatuur verloop van de reactiegassen in de warmtewiasele.a.rtrein temperatuur ingang a.fgas-heater :

warmte

in.houd ::

10050 + 6660 ::

16710

!di

dus:

16710

s

41,434 •

0,280 •

4,19 •

t

Temperatuur ingang luchtvoorverwarmer : warmte

inhoud

a

16710

+

7205

=

23915 kW

dus :

23915 :: 47,434

•

0,287 • 4,19

•

t

Temperatuur ingang waste heat boiler :

warnte inhoud = 23915 + 1.8975 ::

42890

kW

dUs : 42890

=

47,434

•

0

,300 • 4,19 •

t o t ::

301

C

.

o t

=

420 C. t :::.

120

0

c.

De ~ierboven gebruikte soortelijke warmtee werden met behulp yen een trial and error procedure bepaald.

Koel er-çondenso

r

Stoom

van 1,12

ata condenseert bij

166,2

0

c.

en d~ condensatiewarmte bij deze temperatuur bed~et :

491,9

kcal/kg. c!ue af te yoeren 6.Wl co~nsatie wannte I 2420 kcal.

3 1«)2 + H₂0 2 liNO} +, NO + 32530 kcal. (3)

gevormd, 2,915

kg.

100 gew.~ HNO}

due af te yoeren a.a.n absorptiewarmte ~. 32530-

151

kcal.

126 2 NO + O

2 2 N02 + 26~2 kcal. (3)

Er

wordt

5,06 - 0, }66

=

4,694

kg

NO

geoxideerd.

dus af te voeren aan oxidatiewannte : 4.694 • 26902=

2100

kcal.

2 • 30

Wannte inhoud van "'et reactie- bij 180 0

c.

gas

Totale warmtein~oud koeler-condensor

2400

kcal.

---1611

kcal. +

Warmte inhoud e&emengsel bij 35 0

c.

N

2 34,074 0,250

=

8,519 °2

0,5CO

• 0,220

=

0,110 H 20 : 0,140 • 0,445 .. 0,062 N 204: 5,070 • 0,209

=

1,060 NO 0,366

_•

0,235 :: 0,086 + 9,837 _{• 35} :: 344,0 kcal :: 1443 161 warmte inhoud van 40 gew.,k HNü

3 bij 35° C

7,29 • 0,675 • 35

=

172,5 kcal + m 722 ~

Totale warmte i~oud na de koeler-condensor 516,5 kcal. De af te voeren warmte in de kneler-condenaor ls dus l

7'671 - 5t6,5, .. 7154,5 kcal. :0: 30000 k\f.

OBI deze wa.rmte af te voeren wordt gekoeld met koelwater van 20

°

c.

o ~etgeen de koeler-condensor verlaat met een temperatuur van

45

c.

wu

ia: 1154,5 :: m. cp

.

(t

2 - t1)

7154,5

=

m . l .

(45 -

20

)

dus m = 286 kg Voor de koeling is dus nodig 286 1i ter water •

Absorptie liolOll

abeorptiewarmte 1/2 • "'8,8 • 32,530

=

1930 kcal.

oxidatiewarmte

( 72,80 -

2,20 ). 26,902 = 1900 kcal.

warmte in'houd suppletiewater : 3,854 _• 1

.2

0

=

77

kcal •

WB.rIIlte inhoud intredende cassen

₌

344 kcal.

.

Warmte

inhoud 40

eew.

%

HN0

3 :: 172,5 kcal.

Whrmte inhoud lucht

=

145.0,252.15,132

..

55,5

kcal. ₊

Warmte int.oud in de kolom is Totaal 4479 kcal. wamte in~oud 56

gew.

%

HN0

3: 18,58 • 0,644 • 35

=

418 kcal =1751 warmte in l-oud afgas van 35 0

c.:

N 2

0,250

• 45,694 - 1t,42 °2 0,221 • 2,19D :0: 0,62 H 20 0,445 • Q,266

=

0,12 NO 0,235 0,066 :z 0,02 12,19 _{• 35} :z 4Z7 kcal -1190 +

Totale warmte in~oud na de absorber : 845 kcal.

kW

- - - -

---'---17.

De af ,te voeren warmte in de absorptie kolom ie dus

4479 - 84~ I: 3634 kcal •

- 0

Om deze wannte af te voeren wordt gekoeld met water V8.ft 20 C.

o

hetgeen de absorber verlaat met een temperatuur van 40

c.

nu is 36'}4.

=

m cp. (t

2 - t1)

3634 = m

1

(40

-20 ) dus m =: 181,7 kg.

Voor de koeling is dus nodig 182 liter water.

Afgae preheater wannte inhoud afgas

ná

de preheater

warmte inroud afgas vóór de pre~eater

1401 kceJ.

47/ kcal.

CPb'enomen warmte 974 kcal

= 4090 kW.

Afgas-brander

De

gereduceerd& afgassen verlaten de brander met een temperatuur van 850 0 C. (1) en worden vervolgens met stoom gekoeld tot een

o

temperatuur van 7~ C.

warmte inhoud bij 850 0

c. :

N

2

:

0,282

45,742. 12,90

CO 2 : 0,299 1,968 I: 0,59 H 20: 0,580 1,875

=

1,09 + 14, 58 • 850

=

1 2.400 kcal ... 51 ~ ló'i.

we.nnte iIWoud bij 7500 C.

N. 2 0,280 ' 45,142 z 12,81 CO2 = 0,295 1,968

=

0,58

H 20

0,570

•

1,m5 = 1,07 + 14,46 _•

750

₌

10830 kcal

=

45400 kW.

Aan stoom afgegeven warmte is dus: 1510 kcal = 6500

lè.v.

o

A fgM turbi ne Hier worden de afgassen van 150 C. en 1,12 ata,

geëxpandeerd tot 1 at.a. en een temperatuur van 3500 C. ( T-3 diagram

warmte inhoud bij 1500 C. en 7,12 ata: 10830 kcal I : 45400 kW.

wannte inhoud bij 3500 C. en 1,00 ata :

N 2 0,261

45,742

... 11 ,93 C0 2 0,Z70 • 1,986 = 0,53

H

₂

0

0,485

_•

1,875

::0 0,91 +

1

'

5,37

_• 350 = 4600 kcal =: 19600 kV' '

.

,

18.

Bij een rendement van 70 ~ (2) zal door de afgaaturbine een

vermogen. worden afgeceven va.D 0,7 • 25000 SI 18080 k'*'.

Afga! -wast! ~,§t boiler

warmte inhoud afga.e na de turbine : warmte inhoud afgas bij 150° C, 1 ata.

.

.

0,258 0,230 0,460 Compressor 1,0 ate. berekening: • 45,742 = 11,80 1,968

=

0,45 1,875 = 0,86

---

+

13,11 • 150

a

1965 kcal

Afgestane wannte

drie trappen met tussen koeling

83°

c

.

40°

C.

114°

C

2,1

ate.

Z,1

ata 4,4 ata idea.le drukverhouding :

p

,

_

_

p~

_

(

p,.

~

1/3

~ - - - 4 - ..:t zie (18) ... P1 P2 Pl 19600 kW. z 8240 kW

65°C.

4,4 ata

=

( 9,2 ) 1/3 t450C

9,2

ata. SI 2,1

hier uit volgt' P₁ ~ 1 ata, P2

=

2,1 ata, P

3 .. 4,4 ata en P4

=

9,2 ata. met behulp van Poisson: _T2 = ( _P2 \

~1

met kc 1,4

T1 P1 ) is te berekenen T 1 • 288° K. en T 2 =

356°

K. evenzo ie T 3

=

338° K. en T4

=

418 0 K. , 0

met behulp van trial and error werd gevonden : T

2 • 313 K. benodigd vermogen : neem aan : c = 0,25 P

P

:a as P ad. hydr. meeh.

=

_P...:ad.::::.l'I..-_ vol. 0,8.0,9.0,7

Pad.

= rn • cp • (T₂-T₁) + m • cp • (T';-T

₂₎

+ Dl. cp • (T 4-T3) 59,61' • 0,25 .{ (356-288) + (387-313) T (4W-338)}

=

3308 kcal. = 1385·0

lè,".

benodigd vennogen : P is dus

a.s 1.2§2Q =

moa

kW.

0,5

af te voeren warmte:: water Vfl.."l 20° C. wordt verwamd tot 45° C.

0,5

m • 1 • (45 - 20 )

=

59,61 • J,25 • (356-313) + (387-338) dUB m

=

54,8 kg Voor de tuasenkoeling is nodie : 54,8 liter water.

' ..

1. ~

- - -

-

---

-Beschikpare ~~eveolheid exportstoge

: 27700 kW benodigd compressor vennogen

de gasturbine levert

de stoomturbine moet leveren

: 18000 kV;

i

&5 % van het èomp r. V8 rm. }

9620 löV reactie-gas wa8te-~eat boiler levert 18975 kW

afgas waste heat boiler levert 11360 k: ••

+ Totale pMlductie 30335 kW Verbruik stoom"turbine 9620 kW ammoniak verdamper 3485 kW ammoniak superhe~ter 658 kw af~ - p~eater 4090 kW ₊

---Totfl.b.l verbruik :17853 k'''

Er is dus. ter beachikki:ng s 30335 - 17853:c 12482 k.:.

Om 1 k.:;. ntOD'n 'fW, 160 0

c.

en 6, '3 ata. te verkrijb-.n ia nodig

2360 kW • Er wordt dus. 12482 '"' 5,28 kg exportatoom geproduceerd.

2360

Dit komt overeen m8't een hoeveelheid van 5,28 • 3,6 • 24 z 456 ton/dag.

Benodigde noeveelheid koelwater

Koeler-condensor 286 • 3,6 • 24 111 24700 _{m fdag} '3 abeorber 182 _• 3",6

_•

24 lil _{15700 m}3_fdag

compressor

.

.

54,

8

.

3,6- 24

=

4740 m3

/dag

₊ Tott..al benodigde noeveel~eid water 45140 m3/deg Benodigde lloeveelheid lcetelwater (gedemineraliseerd

wat

,

erl

De stoom verbruikt in de stoomturbine,de ammoniakverdamper, de ammoniak-superheater en de afga.a-preheater kan na conden-satie weer aan de we.ate-lleat boilers worden toegevoegd.

Er

eaat

eehter verloren: in de abaorber : },854 • 3,6. • 24

=

3}} m3/dag

aan exportstoom : 456 m3/dag

---+

- - -

-VII.S.rekening apparatuur

Ammon!akverdam2er warmte stroom : ₃₄₈₅ k'~'.

U

=

BOa w/m2 °l

v

'

.

~e verdampen 2,96 kg.N.H 3 van 22,6 0 stoom van 1050

AW

A = 'P

-UO:---T--"

v.

e-n 1,19 ata (16) 34B5 • 10') 8rX).82,4

=

c.

en dus 2 52,9 m (17 )

9,2 at a. met behulp van

T :11 105 -22,6

=

82,4

we nemen pijpen van 25 x 32 mm van roestvrijstaal (Snell corroaion book)

met een inwendig oppervlak van 0,0785 m2;m

totale benodigde lenete : 52,9

0,0785

neem pijpen van 1 m lengte

D =mxt 1 t

=

1,4

•

~

=

1,4

•

32

=

45

mmo u cekozen steekverhouding : 1,4 m

=

~7,06 ( V.D.I. wärmeatl~8 m 674 noo.ig 674 pijpen. dus _D,

=

27,06 • 45

=

1220 mmo / 2 • 1/2 pijp = 32 mm. 1 1/2 steek 2xafstand

pijpen-bundel tot vat wand

=

65 mm. 130 mm.

---Inwendir,e diameter

In verband met stevigheid, kreuk is de wanddikte 10 mm x 2

=

1450 lID. 20 mmo l3ui tendiameter totale lengte :(2 x 1,47) • 1,0 + 0,4 • 0,4 vloeibare ammoni8k~ o===~====:::-. 3',94 ..-- stoom conde~

----1.470 mmo

=

147 cm. = 480 cm.

•

+

21 •

Convertor roestvrij staa.l

katalysator s platina. (Rh gella.l te 6,5

% )

dra.e.ddikte 0,06 mmo

2

Het pla.tina. net heert 1024 mazen per cm ., dat wil zeggen 320 draden op 1 cm. Dus van 1 cm2 net oppervlak wordt 2 • 320 • 0,06 = 38 mm2

int;enomen door platinadraad (9)

3 2

Het vrije gasvolume 12, dan 62 • 0,06 = 3.72 mm per cm net. !{emen we aan dat er 36 netten onder elkaar zijn geplaatst (3.)

dan 18 er 36 • },72 Ir 134,0 1lIll3 vrij gwsvolume per cm

2

doorstroomd. De contacttijd moet zijn

3.

10-4 aec.

(8)

volumestroom : 7,930 m3/sec. (zie maBsabalans het netoppervlak 1s dus 3. 10-4 x 7,93 • 10-4

=

134 • 10 -9

Het pla.tina. net heeft dus een diameter van

~it

leidt tot een gassnelheid van 7,930

=

1,78

1/2

• 1, 18~ 3,14

~

4,45 mlsee. 2 1,700 m = 1,51 m •

In verband met het feit,dat de reeks warmtewisselaars na de COlWertor

één

compact geheel vonnen, dienen de buitendiameters van de betreffende apparaten overeen te komen. Dit in verband met de 8.B8em~1e.ge • Daartoe werd in de onderstaande berekenin-gen een bui tendiame'ter van 2., 5 m aangenomen en werden de andere afmetingen iteratief bepaald •

A!ga.s-superheater af te voeren warmte : 12010 k\ï

biervan 80 % convectie en 20 % stra.ling ,duB

d.

_Tw,

= 0,8 • 12010

conv. = 9608 kW log6T U

=

465

o

c. (

eevonden m.b.v. nomogram ) = 40

w/m

2

o

e

.

(17)

dus benodigd oppervlak = 9608 • 103

40 • 465

reactie gassen om de pijpen I

neem: 100 nun pijpen (dikte 3 mlD

lell(,>'te per pijp s 10 m.

=

2

oppervlakte doorsnede" 0,788 dm

2 Inwendig oppervlak per m.

=

0,314 m /m benodigde lengte is dus : ~ ~ 1640 m.

0,314

er zijn dan 164 pijpen nodig (of 82 U-bundels

J

m

=

13,3 (voor 164 pijpen Dl

=

m x t

=

13,3 • 159,0 2 x 1/2 pijp

, 1/2 steek

ruimte voor 2 passes

2 x dikte W&ld Uitwendige diameter :

=

2120 lIlI:l 106mm 238 mIn 30 mm 20 mm + 2514 !Dm lil 2,514

m.

volum8stroom. af'gas inde pijpen: 12,737 m3/8ec

Gassnelheid in de pijpen 12,7).7 p:::; 20 m/sec.

82 • 0,788 • 0,01

"'@ste reat boiler af te voeren wannte 18975 kW.

Dit wordt omgezet in stoom van 1600 C. en 6,30 ata.

Om 1kg stoom van 1600

c.

en 6,30 ata te maken is nodig' 2360 kW.

Er wordt dus geproduceerd ~ = 8,04 kg.stoom /see.

logAT ij 2360 = 250 0 C. ( B.M.'l'hornton nomogram 2 0 Ol 50 W/rr-

c.

(17) 18975900 :. ~et benodigde oppervlak is dus 50 • 250

neem

aan

pijpen 50 x 56 mm doorsnede : 0,197 dm 2

lengte 12 m. inwendie opp/m. : 0,1570 L1 2 /m.

benodigde lengte 1515 = 964C m Dus ~

0,1570 12

= 004

Dl

=

m x

t

=

29,6 • 1,3 .56

=

2160 mm

(stel steek verh

=

1,3)

dan is ra : 29,6 2 :x: 1/2 pijp 1 1/2 steek 2 x wanddikte Buitendiameter 56 mm 109 mm 20mm 2505 I!Rll

=

volumestroom reactiegassen in de pijpen

13 Gassnelheid in de pijpen , _ _ _ _ _ _ 804.0,197.CJ,Ol + 2,505 m. 13 m3/see. ç:::::, 8 m/S6C. pijpen.

_ _ _ _ _ _ _ __ L - -_ _ _

Luçl-tvoorverwanner af te VOE1re!l warmte : 7205 kV/.

o

log Ä'f

=

142

c.

(nomogram) U "" 40

w/m2~C

.

(17)

Benodigd oppervlak : 7205 • 103 1270

ri

40 • 142

neem pijpen TM 50 x 56 ram.

l

inwendige doorsnede, 0,197

~2

2 .

met een inw.opp/m : 0,1570 m /m. er ie dus nodig: 1270

=

8100 m.

pijp

1

0, 157~

neem aan pijpen van 10 lil .leJl{;,..-te

stel

steekverhouding

=

1,4

danis de eteek : 1,4 • 56

=

75,5 Dl

=

m • t "" 29,7. 7P,5 2 x 1/2 pijp 1 1/2 steek

2

x

waodd1kte

=

""

2: = 2)30 l1D 56 mm lH3

mm

20mm

nodig 810 pijpen w6.hrbij 111. s 29,7 + Buitendismeter : 2524 mm = 2,524 Dl.

volumeatroom van de rea.ct1e{;&Ss.en in de pijpen : 9,975 m3/uc.

9,975 6 _/

Ge.stmelreid in de pijpen "" -;:=:; ~ sec.

810.0,197. 0,01

tfgas l'>ea.ter af te voeren warmte : 6660 lóV

- 0 log A T = 57.5 C. ( nomoeram U :: 40

W/m~or;

.

(11) 6660 • 103 2 Benodigde oppervlakte: = 2895 m.

40 •

57,5

neem pi jpen van 38 x 42 mm met) een inwendig opp ./m =0,1193 m 2

/~

l opp.van de doorsnede:: 0,114 dm

er is dUB nodig : 2e95

=

24200 m.

0,11-93

neem aan pijpen van 16 m. lengte

nodig: 24200 :: 1515 pijpen 16 stel steekverhouding

=

1,4 dan 1s de steek: 1,4. 42

=

>8,7 WUhrbij ll1. ""

40,7

dus Dl = 40,7 • 58,7 .. 2380 l'Qm 2 x 1/2 pijp

=

42 mln 1 1/2 steek 2 x wanddikte = 88 mm :: 20 mm

---

+

wa ste heat boiler gasturbine

steam turbine compressor

tailgas-preheater

ta,fgas cooler tailgas reduction

N H3 su per he a ter convertor c,

N H3 v apo ri ser

waste heat boiler cooler -conden sor absorber

WARMTEBALANS

-

_...

-

...

..

.,

...

strom en in kw)

'

.

...

... -h

..

I

-

I

..

r---

-

---.---

f---j

,

:

H M :;.4 H :"~- _I GAS H 4'~ ' ; ' H ' ~OU T G ST

..

H 1 -. 9 [)

-WHB G C CO MP T PH

--

--

TURB

--

-

RED TURB

...

T j .-}

--T , ~ 0 T 350 T 7 !; u T 85U H J ; 3

I

I

T 20

..

..

....

-

_H ~~

-

-

..

...

...

2 3 2 H T 160

..

Il

..

~

...

H 24550

-

_{rH ~'680}

....

...

T 1 45

..

T 40

-...

... _{T 450}

...

_{, r}

_I

-T" 5 H

..

- 1308 NH₃ H

..

17 7 NH_{3 ~815}

..

H 54900 H.,4 l8 90 H 239' ~ H":'h " 0 H..:. 0 050 COOL H.,1 4 4 J H ''':' ',0

CONV

..

TGH WHB

...

APH TH ABS

-

VAP

-

SH

-

....

-

....

-

..

...

CONC

....

-T 2 2,0 T 2 2,u T , ' 2 T 899 T 7 2 U T 420 T 301 T _{1 8}

°

T 3 ~ T J 5

~ ~

H '40

,~

...

..

_I

,.

T 292

...

(

...

J-I '2S4V H 72 2

....

...

...

..

.,

_....

....

....

_--

₍ --T 250

-

T"35

...

..

T 20

-

T 80 N2~2 0 N2 4 562",,(L

°2 1 3,6

r-o

I

MASSABALANS (st romen in kgf s

02 13,-Z...? _H 20 0,320 H_{2 0} 0,320'

-....

GAS

...

...

TG

~

-

N_{2 4}5,694

...

....

_{WHB GC COMP TPH}

...

_--

_TURB ...

_--

_{RED TURB}

-°

_H~O

2,7 9

°

0,266 H20 3,854

-l

NO 0.0 6 6

..

_'r

N02 0,0 5 5

-

N2 45.694 N ' _{'..:.,620 4 l} CH 4 0.7 1 5 0.2 2

..

~O l.7 90 N;? 34,00

°

.-

..

j~N~ 0.266 02 1 0,25

°

, ,

_°2 3,420 0,055 34,0 7 4 "

"

NO 0,0 6 ti H20_(),n.,8. H 20 0,092 N2 . I _{' ~ 1~} N2 34,0 ; 4 _°2 0,500 NH₃ 2,~ fi 0 NH₃ NH₃ .., I O₂ . . 3,370 COOL H2"- 0,1 •

°

.:

..

.,

..

CONV

..

TGH

....

WHB

..

APH

..

TH ABS

..

....

VAP

...

SH

..

..

...

-

..

....

COND NÓ 5,070 0 " N2 3 4,n 0 0 Hp 4,930 _N02 5610 HN0₃ 1 ~~ NO 5,060 0,366

°2

'0.250

...

_I

'-I

-

, r

_{/, 1,4 '.)LI}

..

H20 0.228

....

_40%HNÛJ -.. . , J - . ; <'

...

7,290 ec) 8,580 'I . 0

o.

'3 volumestroom van de reactiegassen in de pijpen I 8,200

m

Ieee. Gasssnelheid in de pijpen s 8,200 ~ 5 m/see.

1 515. 0,114 • 0,01 Totale lengte van de wa.rmtewi~8elaar .trttin

Afgas

supe rhea te r 10 + _{2 x 0,5 = 11} m

Waste tleat boiler 12 + 2 x 0,5

=

13 m

Luc'ht voorverwarmer; 10 + _{2 x 0,5}

=

₁₁ m

Afgas

"'-eater : 16 +

2

x

0,5

1& ₁₇ m

Platine.filter :

=

2

m

Totale lengte 54 m • Koeler-condensor af te voeren warmte 30.000 lèii.

loe

6

T :z

55°

c. ( nomogram ) + U :: 100 W/m2•o':,. partieële condensor (17) 107 m2. Benodigd oppervlak: '3. 11< 5450 100 • 55

~-eem aan 10 condensors in twee rijen van vijf boven elkaar.

Per condensor dus een oppervlak vereist van 545 m2•

Neem pijpen van 25 x 32 mmo met een inwendig oppervlak /m van

2

0

,

0785

m /m.

Dan is dus nodig : ~ • 6940 RL. pijp per conden.eor. 0,0785

Bij een W::..ngenomen pijplengte van 6 m. zijn dus per condensor

~

=

1154 pijpen nodig, waarbij m =

35,55

6

neem aan steekverhouding • 1,4 dan is de steek :1,4 • '32 :0: 45 mm

Dl

=

m • t :: _{35,55 • 45}

=

_{15~0 mmo}

Berekening van de extra. ruimte ten behoeve van de passes.

De beno~igde nOAveel~eid water door de pijpen is per condensor :

1/10 • }. 1J4

=

28,6 kg./see.

=

28,6 liter/sec

=

103 m'3/uur 4,19.1.25

:;eem a.a.n ,dat per pijp van 25 mm. ~ ee·n volume debiet van 800 I/uur overeenkomt met een H.eynoldsgetal, dat groter is dan 10.000

Het aantal pijpen per pas8 is dus 10'3.000 :: 129 •

000

het totaal a.a.ntal pijpen per condensor ia s 1154

Per condensor ia dus het aantal water passes:

112i

=

9 •

129

•

é'

5

.

De totale diameter van elke condensor wordt dus :

D 1 1590 mm 2

x

1/2 pijp 32 mm 1 1/2 steek 67 mm 9 passes 90 mm 2

x

wanddikte 20 mm + Uitw.diameter : 1199 mm.. := 1,8 _m. Lengte condensor:

6

+

2 x 0,5

m

1 m

lLateriaaJ. : roestvrij staal •

Absorber Bij de berekeningen van de absorptiekolom

werd

uit-gegaan van ee'n bestaaltde kolom, zoals die beschreven 18 in de publicatie van E.C.Bingham (1) •

. gegeven : hoogte- kolom D 21,3 1&. aantal schotels: 37

berekening schotelafstand : (n-1).p + 2p

=

~ hier uit volgt : ac~otelafstand

=

56 ca.

n : aantal schotels p :schotelafstand

h :hoogte kolom

De diameter van de kolom werd berekend met behulp van een globa-le methode,die is weergegeven in de leerboeken van van Berkel (18) en Treybal {19}.

Bij het contact tussen de twee fasen op een klokjesschotel ~llen vloeio:o:iruppüls opspatten en gedeeltelijk door de opstijgende ga8strooa meegesleurd worden.

De

toelaatbare hoeveelheid vloeistof die op deze wijze meegevoerd wordt stelt een grens aan de gasbelasting van de kolom. Indien aangenomen wordt dat de toelaatbare gasbelasting gelijk is aan de zweefsnelheid van een druppel van bepaalde grootte

lam afgeleid worden :

neem aan : hoogte vloeiatofslot klokje

=

5 cm.

dan kan met behulp van de grafiek,die ~et verband weergeeft tussen de schotelafstand en de waarde van c (zie: lit.18) ,de waarde

---~---c

=

4,75 cm/S8C.

°

= 48,871 ·kg/sec. m f L

=

1000 kg/m 3

(dicptpeid op de bovenste schotel)

eG'"' 8 kg/m3

hier uit volgt 48,f37 = 4,75 • 10-2 • A •

~

(1000 - 8 ) • 8 A = 11,5- m2 = 1/4

:rr.

D2

De inwendige diameter van de absorptie kolom ia dus c

3

,

83

m.

2

x

wanddikte a 0,02

m

•

..

---Buitendiameter van kolom : ~,85 114

VIII

•

Specificatie apP!tatuur •

Ammoniak Atgs.e iiaste lucht afge.a koeler ab80rp

-verd8lll- super- heat voorver- heater conden-

tie

-per. heater boiler warmer 80llJ

kolom

Uitwendige Diameter : 1,41 2,514 2,505 2,524 2,530 1,799

3,85

inm. Hoogte : 4,00

-

-

-

-

-

_21,3 inm. Lengte :

-

11 1~ 11 11 1

-in B. Aantal 614 164 804 810 1515 1154

-Pijpen

.

.

Binnen -Diameter 0,025 0,10U 0,050 0,050 0,038 0,025

-Pijpen in m Aantal 2

-

_-

_-

-

9

-Tube passes

IX. Lite~tuur overzicrt. 1. Bingl18ll1 E.C. 2. Sinha R.

3.

Strelzoff r-_u. 4. Cl1ilton

T.R.

5.

Norden

H.B.

6. MUes F.J. 1. Grahwn R.G. 8. Hoft ijzer P.J.

9.

Janaen J. h. 10.Be11 B.E.J. 11. horton A. 12.Kirk-lithmer 13.Eo1zmann E • . 14 .Asperge r K. 15.Drake G. 16.:.'erry

J.r.

17 • Kre.me rs E. 19.Treybal li.':::. Chem.Eng.Il ,(1966 ) .11,

116-118

Chem. Age India

11

(6) 437 -446 (1 966 )

Chero.Eng.§2 -5 ,170 (1956 )

Cham.:;'ng.Prog.Monograph Series

L2

(3)1960 •

Charo.Eng. §i .1 • Zl4-Z77 (1956)

Oxford.Univ.Press aept.1961.Hti.aeid manuf.

Ctem.Eng.Prog. 60 ,(1964) 7- 77-84.

Chem.Weekbl. ~ {1956

71-77

Cretn.Weakbl.

2.f

(1956 61-66

Cham.and Ind. (1959) 724

~.C.~.~rge.plunts sapt.1966

~neyclop.Chem.Teer. vol.13 p.804 (1967)

Grem.rng.Tec~.3Y

(2)

1~67

Crem.Teer. ~ (1962) 10,582-589

llrit.C~em.Lng.

Q

(1~63) 1Z-20

C~em.J!:ne.

randbook 4 U edit ion 1963

Fys.'l'ransp. Verser .• Delft 1961.

Chem. ~iektuigen Delft 1965.

1.I.a.ss 'l'ransfer uperatiollS 1966.

BiUage I

Berekening ve.n de dichtl'-eden :

De berekening van de dicrt~eden v~n de bij het pr0c&8 betrokken gassen werd uitgevoerd met be~ulp van de idea-le gaswetten. Uitga.unde van de dicMheden bij 0° C. en 1

au.

t zoals die in de handboeken van Rodgman en Perry

voorkomen, werden de dicr.t~eden bij andere temperaturen en drukken berekend met de onderstaande formule :

t' 2 =

ZT3

•

~

1

• P2

T 2

waarbij

_:

_(>

₁ dic'H~eid bij 0°,. v. en 1 ata. dicrtreid bij T

2 °

c

.

druk van P2 ata.

f

2

en een

Berekening van de Boorteliike ~rmtes :

Met berulp van een nomogram ,retgeen is weerGeGeven in het

handboek van Perry (1 G), kan op eenvoudige wijze de

soorte-lijke warmte bepaald wornen. Daar de hier eevonden waurden slec'hts e;elden voor 1 ata. werd met be"'ulp van de grafiek

van Edmiater (16) de invloed van de druk op de soortelijke warmte bepaald. Vervolgens werden de correcties aangebracht op de in het nomogram gevonden WCl.arden.

-.-Bijlage II

In onderstaand overzicht. zijn proc6sgegevens venneld van een aarrt..eJ. bedrijven in Polen , die op grote schllAl salpeterzuur . bereiden • Tevens zijn ter vergelijking de gegevene van een

Frana-enAmeri~s bedrij! weer~egeven,alsmede de resultaten van llet in dit verslag berekende proces. De gegevene zijn ont-leend aan een publicatie van ~.Granowski(Przem.C~~1967,46(5) 246) in llet supplement van de Britisn Chemical Engineering van

november 196' pag. 52 - 58 •

Proces

.

.

Pools Pools Pools Frs.na J.me.rik • Ontwerp

Drukken

I

I

I

in ata : 3,5-9

I

3,5-9 8-8

3,5-

9

8-8 9-7,12 Dagpro1uctiE in t.100ï~ 874 880 258,5 886 257 900 zuur: Concentr. prod. zuur ir 60 60 56 56 56 56 gew.~ Aantal ammonie.k- 4 4 1 4 1 1 branders: Stoomprod. t./t.100~

2,3

1,04 1,4 0,33

-

0,507 zuur: Overall -94,5 (,{

95

%

93 ,

_95,7

_%

_92,5

_%

₉₅

_%

efficiency: 10 Verbruik per t.100'~ zuur: Ammoniak in 286 284 290

282

292

284 kg: I Koel~ter in m : 110 160 110 170 135 50,2 Ketelwater 1 in m3 : 2,83 1,53 2,04 1,0

0,44

0,876 Electricite t in kWh. l 10 10 _{50 9}

-

-,