Technische bereidingswijze van Ureum

Z DI 111 3

z

ö

-...

r

< 11 :l

/7/.~

---_&:_---:---.. -_. -.---.---I

v.n~d~~---

19

rf'--tot ____________________________________________________________________________________ 19 ---_____ _ I

Rlj

~

r,

nen

• III

I CONDEHSOR

I

I

I

I

.

~ i I ~~~ CQ. ABSORIIER I

!

I \ ! I ! i

I

\ \ \ \ \ I,

1

\

I

\

.

.

,

~:

~SSE"

~

~ ,-'I , ;_J_J ~ - ,~ ~- r'!~ \ _) .T

l

..

-tI '!\OH CJIL ' , ' MEAo FERW -=---,,; -----., _, --- --- ---~ MtA.cc. ~~ --i "'~ REACTOR

....

~

,

-i ;. _ ~II' MEA REGEHERAlE-t= ___ M ICOLOM \

\

,--~ , HH.-co. KOELER CARIWoIMT--, , --~~ , ! ':, 1 : iEETOREN _L ~ , .W I ~ ONnEDER ----'--u ' ~~MPER j' PRIlLTOREN loSO VENrl.ATOR ' '\ -- ---- ---cl! 1--- - - - 11 - !--- - -

'~.

STOF\lt.NGER ... ... ... ... , . ' .. UREUM NH"

I

J

I

Inleiding. (Lit . 1,2,3)

Urelill. Ylerd ()n:~eveer 15 ja"r ::..:ele'.:en :..]-::t··~el-;:t . Ci'sc:n on chemici

z··als B'-;erhe ve, r,~~='l1~.:::TD.~' (1'7_'9 - 173;) en 8che,=,le (1742 - 1786 ) de a'3ndacht v est i;c~. i J::'. ,~~) het fe i t det een bij zondere st i;:st ·'f

-h -adende st f a~n'~ezig was in ~e urine, was het R~uel1e pas die

in 1773 ureum uit dr :)O~Jed.il!.2~;t e ar ine is ' 1eerê_e, Q,-,or extract ie

met alc -'h'l .

Aan Fc'urcroy en V8Uc111elin 1;: 'rut de eer t ,':"E: C:.at zij in 1799 vvor

het eerst ure'UJ:1 in J:rist allijne v rm ver~~regen hsb·Jen.

Prout anel yseerde in 1824 ureum volledig en sl a:lóde erin de ffi,)

-lekulair formule vast t e stellen.

De samenstellins van ure,l!:L; ';rer:::. dd'ini tiel' bevesti.sd :l"or de bt-j

-reieling van ure)JTI d 'or Wöhl er in 1828. Deze ber fJidin8swij ze van

een lrganische verbin:J.ins uit an 'lr ;::miscJ,le st'··flen bete':cende een omwenteling in de t -·entertijd ~an.:..:bare ':'llvat t inc;en.

:V~~hler bereidde ureut.!l è. ::r ind9r.:J-llen van een 'pI ~st;in'.:c~ van ':aIiLU1li S··.'cyana·'1t en ami:1 'nLmlSülfaat v -Igens :

Deze berei:;.in2:s"'i jze is sl Elcht s V:'Jll hist r isch b,:;l '-lnt-.:.

De bereidin:.,; van ureuI'l is tensl ~tte de '~or:z;a":':'e"leest VEm het

'ntsta'n van bel~n Tij~E: chemische in:~strie~n.

Hen ':ent v ~or de berei,~~ing v'~n 'tlTe'cl'.: v,,;r schillen(ë: netL. r'::'en, . g .

3.. Uit .f s.::;een en -:>lT·:. ni _'11~ Cl / C=== 0

"'"

Cl

+

2 NH.., -)

+

2 HCl

b. D 'or hyc1r' lyse l,Ü t.~a8lJ.r'l.e v '~~l c '11c i 1.]c~T'mC1:l1ide, ','leF~e ::l

etllo-iein ie ~erste Wereld'Drl ~~ t epassi~s vond;

r. _{J a} Cl~ _'~2

+

:-_IJ "0 _{2 .-}-{ _{_"1}f:r 0-('~·T:·71

+

('a('10 2 v-'-J-'-:_ 2 v v

3

stoffen:

=:;e l.G. Farben is de ee,rste -":{:;~,\Teest c:ie Ure,lrr1 '11 .:..;rl.te sch;·wl

vol2;ens b ':venstFl 'nde reAC ties berei6.de. In 1914 ·'.'~rd te OP.l.';Yll

bij Ludwit:;sh:3 C'en (-;;ui tsl 'c!ll,.l ),~.e eerst e Urew' rgbriel~ .:...,eb()il'.vrl.

Toel)assin,c:en V':'ln nre1.1El. (Lit. 4,5)

De toepassinsen V"ln ure,tm zijn velerlei .

Tot de bel,':msrij1_{cste t )el)assin~en teh,lort het t:ebruil~ V:3.n ure}

-r--

-urn in veevoeder (ca 1,5%)

Het clierlijlc lichf-1 !Y:l is in sta',t en":ele aminzuren z e l f p te

b·'uwen. Zo is ,~eble1T m 'lJlt 8peci0 -:1 '~:3lveren ei "i tten \ mlnen

)l,bouwen uit 'lrelun, i'1its 00\ :Jl('~:;h,f ,1 in het v~)el' ~e";t;venl ·relt .

Het '1.reUll1 wurdt dr'lTI '10 .Ir l'lin~ê;ten~, R::":/; in 'ILinf.'zuren om..;ezet, Uit de 8ït1Ïn:,;zuren :-;:1'111 het lich:1~i'l ni,81J."Te ei'witten Vflr'Jen. lIet dier

-lijk licha"m is echter niet in stu't een r eserve von eiwitten

op te h:J}Jen, z ,81s bijv . "rel met ve'tten. Je IJverma':t aremn en oo~: afl.:JT!3 1:: ~)r d;l~·:ten 1~ 'mc:m in (le ur ine vr ij vuor, (ca 22 .sr am

per liter) waarin ze de,or de ni'iren uit het bl,ed ;\, ,rdt afge

De meest belélnJrijke t 811;1s: in::; v:m ~U'eu.r'! is het ~~ebYlüh: ·'~ls

r.1eststof, v'1n'.v'::.~e het hn~~ sti>:::'-~t f sehDltf ) (4':::i~) . Da'OJT het

stikstlfgehalte vrm urei.1l:l C'l 15(.1 pr::'cent h 'ber li:st dnn d'3t

van (J:JH₄ ) 2304 en het zeer :::; ed in ·.ïater ,p l osb aar is, "l-)rdt

-, ureum zO'l\lel in oplossing 31s in kristallijne t )est8.nJ alf)

r

l\:Ullstmestst:'f verkjcht, mit~ h,:.t gehelte aan biureet ~~~g

'1. blijft .

De meer Jnzui vere s 'orten "tirden spec iaCll als st ilcst of'mest

bruikt.

.;

e-/'

De ureumharsen wJrden bereid uit de zuiverste soorten ureum

(46%) en f ':·rmaldehyde . In .J'pl:iSSÜlb dienen de ureumharsen als

plakmiddel.

Ureumhars heeft de eigenschap veel zetmeel te kunnen Jpnemen,

waardoor het '.l\Taterbindendverm.Jgen van het zetmeel .:sereduce8rd

vJ"'r dt .

De wereldpr~,dulctie van urew.marsen bedr )e8 in:

1947 4({;CO t jn

195.3 8 h~:)O t ','n

1957 125:.'\(',('; t : n

Enkele andere t "epassingen v~::m ureum. zijn:

In de pharmaceu~ische-ind.ustrie voor de bereiding V'1n verd .. ivings

-middelen, z als L1L"tlinal , Ver'm 'll, Pent 1barbi t 81, Pent Jthal , e .d.

Het zijn alle st ffen 1ie ~~ het centrale zemr7stelsel werken .

In de a'3rd')lie-in~~ustrie ~Im 'nvertal:te lJé1r3ffinen te k .... lnnen

scheiden van andere verbindingen. tillvertakt e par ,gffinen kunnen

een kristallijne "ldductverbindin,';; met ureum v' rmen.

deze scheiding is v,')oral van belang v lor het verh'igen V8n het

',ctagngetal van benzine en bij de verbetering Vi.:m de ker .)iJine

kwaliteit (vriespuntsdaling) voor straalvliegtuigen. Men ver -wacht een gr ,te vraag nag,r ureum "Hat betreft la,at stgen,iemde t _eT

Als activ9tJr w'irdt ureum a :n snelsldeer t legev·Je,sd. Een vo

or-deel is dat ureum zelf niet c')rr 'sief is.

Het addi ti epr Jd'-lkt van ureum met een lier :xide dient (als

"hype-rr'l" of "perhydrit") als desin:(ect~ms en oc.'k als :::atalysat )r bij

de pD17merisatie van butadieën t ît kunstrabber.

V')orts v indt het n )g t (:>epassingen 0 .9.. 81s t.'7eeJrJna]~er in de pa

-I

1

pierindustrie; bij schel1ah.:vernis jm dit beter te d;Jen hechten;

als 10oirniddeil. ("B';lgar") in de wi tleer-10cJierij; 'Jill de v Jrming

van flnx-gist in Sherry te d .en versnellen.

Een rWiVe schatting van het verbruik van de wereldpr'.:du1~tie aan

ureum is V,jor: kunstmestst;)f + veev()eder 45%

kunstharsen 45%

~verige toepassingen 10%

Prr)duktiecijfers en verk~opprijzen. (4,6,7)

~

Ondan..kS

het feit dat de U.S.A. de grJotste

.1 reld .. is, wordt ureum

ge

1m~

o

rteerdVui

t West

~

~

tanie, Noorwegen en Italie.

EEn g'Jed overzicht geeft de vfJlgende tabel

Jaar Pr.Jduktie in t Jn/jaar

1935 800 1939 10)00 1940 15000 1941 25000 1943 38350 1947 47 ()(jO 1948 > 60()CO 1949 250000 1950

3

JO

OOO

1951 220000 1954 1955 4,> 000

ureum pr0ducent ter we

-Duitsland, Groot

Brit-voor de U.S.A. Import in t on/ jaar 3935 820 1266 9521

Jaar 1957 1058 19 59 (v e rw • ) 1960 (v erv ~ ) t -\n/.

Prnd~ctie in I Jaar I ropor t l· n t on// Ja. nr

485l)CO

550Q.)\..)

750."'00

900COO

De wereldpr·:Jduktie a8n ureum bedroeg ca 850000 t;)n in 1955. Hier-van produceerde Japan 14tY\'O ton.

In 1958 produceerde Japan 418000 t on

'J. S .A. 55,JCO:) t 'Jn

West-Eur .'pa 450000 t Jn

Nederland 60000 t :m (raming)

Engeland 12COO ton

Noorwegen 100nO ton

De enorme pr'Jduktie van Japan ligt in de gr )te naburige afzet

-gebieden z')als: Rood-China, Form~sa, India en Korea; vervo

ers-kosten spelen een gr~te r~l.

, Gegevens over de Nederlandse ureumpr:duktie en export zijn

~~~.

(SChaars, daar de Staatsmijnen in Zuid-Limburg de enige produ

-VII"

:

cent is. In v,:;lgend overzicht eni8e gegevens hier::,ver.

Jaar Inv :) er Ui tV:j er t .-m g11. ton gld. 1950 1189 505000 106 69000 1951 1373 8L5OO0 324 327000 1952 376 19000,) 1038 48100C 1953 1291 580\..1('0 2279 2029000 1954 522 219COO 2897 1361000 Prijzen. (4,6)

In 1950 en 1955 vvas du prlJS (v Jor grote h:'eveelheden) v')or

42% ureum (ureum met 42% stikst ~f) 385_óld. resp. 660 gld. per

"

~/Î

~~r

terwijl 46% ureum on"eveer 0,42 gld.

r~

0,54

e

ld.

--

de~?

Terwijl de marktprijs in 1]58 terugg8lopen is van 430g17.·p er

t Jn t :,t 407 gld. per t ')n.

Vergelijkt men de prij zen 418 gld. lier t elll 45% ureum met

33~% NH₄N0

3 tegen 285 gld. per t Jn, dan blijkt dat NH4N03 vo

or-deliger is (berekend na3r het N gehalte). De vervr)erskosten zijn

echter geringer v:'or ureum en ~ok is het beter uit te strJoien. Enige grote producenten van ureum met fabrieken en prr)duktie- , "

"\ -,1-, I,.-f. :1, .

cijfers worden genoemd:

Hercules Powder Company

Allied Chemicals and Dyets Mrmsanto Company

North American Cyanamids

Sumitomo Chemical Company

Imperial Chemical Industries

Nihon Gas Kagaku Kogy~ K.K.

U.S.A.

U.S .A. U.S.A. U. S.A. Japan Engeland Japan " , .'(L ; -2 1 0 t on/dag 2 ca 150 ton/dag 2 100 t on/dag 180 t .::_m/dag 120 ton/dag 2 135 t on/dag

90

t on/dag \

Uit ( 8 ) blijkt dat de meest econC)mische pr.Jduktie van ureum

\.-Technische processen

(7,

11, 12)

Algemeen: (Lit. 9, IC)

Het reactiemechanisme van de ureumsynthese is de volgende: .

O-NH / 4 C==O ~ NH 2 ammonium-carbama3t ) ureum

De viJrming van het tussenprodl.L1.ct amraonium-carbamaat veroo

r-zaRkt vele moeilijkheden. In de eerste plaats heeft het

car-barnaat een hoge disscciatiespannins (~. 1 atm. bij 600 C,

4 atm. bij 800 C,

7

atm. bij 1000 C en 28 atm. bij 1400 C),

(1

(2

zodat de synthese alleen als hogedru:proces, met een redelijk , ")

rendement, ui tv Jerbaar is; bovendien stijgt

~~

")

reacti

e

snelh

e

id

\yt.€,kt

kwadratisch met de druk.

Ten tweede heeft:het carbamaat de neiging a':m de wand van de

reactor te koe';:::en, hetgeen niet z:)zeer een kwestie van slechte

warmtegeleiding als wel een verschil in reactiesnelheid in de

vaste phase en in de gasphase is.

Dit laatste kan men voorkomen door de CO₂ in vloeibare NH

3

te

leiden (l.G. Farben, Inventa, en Fauserproces) of dDor een

inerte vloeistof te gebruiken (P~chiney). Het carbamaat komt

dan als een '\:ristalsuspensie in de vloeistof v~)or.

De reactiesnelheid in (1 is sterk dru..1.c en temp. afhan...1.celij~c

---.."-.../"--en is voor te stellen door: x

=

a S (p2 _ p2} 530 1 waarin l og a

=

B -(Li t

Itl

.

x = gew. carbamaat per uur gevormd in gram.

?

. ! "ot I

S

=

opp. van het neerslag in cm

p

=

wer1:druk

"

c:..

Pl

=

evenwichtsdruk bij temp . T

=

Tl

B

=

een constante afh. van de aard v.h . opp. en varieert van 0,35 - 0,4

Men moet dus in de praktijk bij zo hoog mogelijke dru..~ werken en een temp. welke bij deze dru': h,:)ort.

I

Mits ven 100 P ~ atm. en PI verloo15pt 00

c.

de reactie oneindig snel. Dit gebeurt bo

-Ten derde is reactie (2 een evenwichtsreactie die slechts een

omzetting van 40 à 50% geeft indien men de CO

2 / NH

₃

mol. ver-houding 1 : 2 kiest. Leidt men dan het reactiemengsel eenmaal

door (d~ ~.:~ dan vindt slechts een 40% omzetting plaats

of no:;f minder, daar het carbaminaat onmiddellijk ontleedt bij

druk af laten.

Het onomgezette CO

2 en NH₃ ',,:an men gebruiken voor de bereiding van ( NH4)2S04' NH₄N0

3 en Na2Co3 (l.G. Farben), dC'ch dan wordt dè ureumproduktie min of meer bepaald door de afzetmogelijkheT

den van zijn bijprodu'--:ten.

Vanda:'lr d'3.t men liever het NH

3

en/of CO2 recirculeert,

De ree il'()nl'-d~ ir-~ brengt ()p zichweer H1: Jeilijkheden me t zich mee

daar het cA.rb8,n·'1at ze:-:;~c CJDr-~;üe-::' Ü , en gemakkelij1-ç: gevormd

kan worden uit NH

3-gns, ver~ntreinigd met CO2 ' bij compressie.

Een overzicht van de bekende ureumproeessen volgt nu. l.G. Farben-proces met recirculatie. (13)

In dit proces perst men de CO_{2 ' bevrijd van z}wavel en edelgasT sen t ezamen met NE

3

bij 170 atm. en 220

0

C in een autoclaaf.

Wegens de corTosiviteit van het react i emengs el is deze reactor verlood. Omzettingsrendement ca 50%. Het mengsel wordt daarna

Jntspannen op

t

ato en gedestilleerd. Het carbamaat c,ntleedt volled.ig en de NH

3en CO2-gassen wO~den_bij _X5°

..9.

__

in ~~n

De ureumeplossing wordt ingedampt, uersproeid en gedroogd. De

:NH

3

:

"'

có~

'

e~

'''

H20

damp, die bij het indampen ontstaat, w:..")rJt

~ na gedeeltelijke condensatie in een abs'Jrptietoren geleid en in water opgelost.

De ( NH₄ )2C03 oplossing neemt in een ~ de afgassen van

de laatste aut:Jclaaf op, waarna gedestilleerd wordt. De gassen

gaan naar de verzameltank en worden tot 170 atm. gecomprimeerd

(2600 C) om met de suppletie we'"r naar de reactclr geveerd te

worden.

De warme gassen zijn zeer corrosief en vereisen veel onderhoud

aan de compressoren. Het is voornamelijk om deze reden dat het

pr0ces verlaten is en men de restgassen verwerkt t ot (NH4)2S04

en Na2C0

₃

.

Een ander nadeel is dat het ureum l _'od bevat en dus weinig

ge-schikt is voor veevoeder. Inventaproces.

1''-

'

''-

,

Om de corrosieproblemen bij de recirculatie te omz~, scheidt men bij dit proces CO₂ en 1lli3 en verpompt beide apart.

De scheiding v indt plaats in een absorptiek:üom, WagrJ..i t de dis .... s::>ciatiegassen de',·NH

3 deor een ureumni trast oplossing wordt o

p-genomen. Het CO~ blijft over en w~rdt gerecirculeerd.

L

In een desorptiekclom wordt de 1TH

3 v sn de opl 'Jssing gescheiden

waarna recirculatie vclgt.

De synthese zelf geschiedt bij 200 atm.

') :::: werkt met een g~e 'Jverma!"t HH

3

,

wat tingspercentage teneev Jlge heeft.

en 180 - 2000 C. Men een gunsti~ o mzet-De re81~tor bestaat uit een corrosiebestendig metaol.

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

-

-,._---~-'

Fauser-Montecatiniproces.

Montecatini werkt bij 1700 C en 160 atm. NH

- - _. _

-Bij dit prClces wc,rdem ook de gassen gescheiden en daarna in

waterige oplossing verpjmpt. Het reactiemengsel bestaande uit

carbamaat, ureum, CO2 en overma~t NH7,' wordt onder

verminder-. / de druk in een condensor gevoerd.

In het expansievat w'!rdt door warmtetoevoer de overmaat NH

3

met wat CO

2 afgev erd. Dit k8mt in de condens~r, waAr het

sa-menkomt met stoomcondensaat en vL:eibare NB]. Het CO₂ Wordt

als carbamaat geabsorbeerd.

Deze vloeist~:;f wordt weer naar de react::r verpompt •

Het resterende deel in het expansievat wordt zolang verder

gedissocieerd t~t ureum overblijft.

Het oude Fauser-pr,-yces werkte zonder recirculatie; de disso

-ciatiegassen werden hierbij verwerkt o_{p NH4HC0}

3 of NH4N0₃.

P~chiney-proces

De recirculatie van dit proces vindt plaats d.m.v. een o

lie-suspensie. Het carbamaat in de suspensie heeft geen gelegen

-heid zich af te zetten. De corrosie is op deze wijze beperkt.

Bovendien neemt de 01ie inde reactor de reactiewarmte op, die

bij de dissociatie weer afgesta ln wordt. Doorda8 de tempe

ra-tuur niet h'Jog opl::y)pt is de corrosie veel minder. OOl~ het

verpompen kost minder energie dan het comprimeren van grote

hoeveelheden gas.

Als laatste voordeel is er hAt feit dat de CO₂ niet zuiver

beh,:,eft te zijn. Het rendement is ongeveer

50%

bij 18~':) C en

200 atm. De Compagnie des Produits Chimir"ues et Electr:::,

metal-lurgiques te St. Auban heeft dit prr'ces uitgevoerd.

Proces van Du-Pont et de Nemours (14)

Dit proces kan men vergelijken met het Péchiney-proees; de

, JI ;Y' J1-/~ \0 'L~ OJI' \.,' \t \ J.I,'" . ,,~

///

het evenwicht echter ongunstig beinvloedtn. Men werkt ~ met overmant NR

3

nl. ca. 5NH

3

op lC02, opg e-l ost in

0

,73

H₂0.

De druk wijkt af v 3n de vor ige pr 'cessen, deze is nl. 400 a.tm. hetgeen de cJrrosiviteit van het mengsel in de reactor sterk vergr not. Vandaar d:"3t men de 'rvanden met zilver bekleed.

Het reactiemengsel dat de react~r verlaat onderga~t een ex

-pansie t :t 130 atm., wa"1rna de ~werma·;t NH

3 afgedestilleerd

w0r dt en teruggev :,erd nSlr d.e NH

3 t CJev:Jer. In een eerste

dis-sociatielDlo!D. viT=lrdt het carbama'3t '.:ntleed en het W.d

3

-

CO2

=

mengsel overgedestilleerd. In de t weede kol om wordt het res-t ant carbamaat verwijderEL

In absorbers wordt al het CO

2 en NH

₃

opgevangen, wa'1rbij weer enig carbamaat ontstaat. Dez8 slurry wordt naAr de reactor verp:lmpt.

De omzett ing van carbamaat in ureum vE;rl:;opt v,::>or

7

0

%.

Chemica-proces (15,

16, 17)

Van dit proces wordt bij het cmtworpen fabriekschema gebruik

gemaakt.

De scheiding va.n NH

3 en C)2 wirdt bewerkt door CO2-abscrptie in di- 'lf m::mo-ethanolamine-:'pl ·ssing.

Men werkt met driev'Judige h·"eveelheià. NH

3 t.:J.v. CO2 bij

175 - 185') C, b ij drukken van 17C - 250 at m.

Door de overmaat NH

3

is de conversie

7

6

%.

Het r eactiemengsel gaat uit de reactie~:....e-l-cr;'rf nai:lT de NH

3- 7

~J[~pper, a1v':lrens ~ee~p8njeerd t~_Zijl~_t )t _<?.:~

17

_at m. De gr ;)

Keuze van proces.

De voordelen van laatst genoemd pr,)ces zijn.

1.

Een hoge omzettingsgraad nl.

76%

i.p.v.

48%

normaal.

2. Men behoeft 42% CO

2 minder te zuiveren en te -c;mprimeren.

e0.v,",

a:,~

3. Men kan de reactie autothermisch laten verlopen in ~~_ ~.~-:.

,.~U·t[T act,2r, zndat men hier in geen koelopp. nodig heeft.

').

J

4. Men beh0eft minder carbama!3t te )ntleden.

5. Elegante meth~de van CO

2 - NH3 scheiding.

Hier sta-':it tegenover dat men 74% meer HH3 mc\et verpompen en

, f f

men de D.E.A. of ;.LE.A.- C:~2 :-:--plossingmoet regenereren •. (hl!.{thH.[è.(.ri-c,.."

Uit de Lit. (8) blijkt dat de kostprijs van ureum verkregen

bij het chemict)Tpr~)ces iets hoger is dan bij ~,lontecantini

-proces; bij dit laatste proces is de kostprijs het laagst.

Hierbij moet opgemerkt wurden dat bij het Chemic,.l-proces

(aan-~ienliWhet-investêringSkapi taarlager kan zijn (hetgeen

na-tuurlijk de kostprijs van ureum ook drukt), indien men een

gedeeltelijke recycle van à:é }j1I

3 ~ Cl-~2 d~ toepast en de rest

verwerkt t o_{t (NH4 )2CC}

3

_{en NH4}N0

3

•

Plaats van de fabriek

De ureum fabriek is gecombineerd gedacht met een ammo

niakfa-briek welke als grondstof aardGas .;ebruikt. Door conversie

met stoom w8rdt hieruit de benodigde waterstof verkregen voor

de ammJniaksynthese, terwijl het hierbij vrijkomende kooldi

-"xyde na reiniging voor de ureumsynthese gebruikt kan worden.

Bij het Stikarofbindingsbedrijf van de StaAtsmijnen te Geleen

verkrijgt men de wRterstof d(~or coversie van watergas, waArbij

CO

2 als bijprr1dukt wondt verkre2:en.

Daar verv"lerlosteIl., voorAl in dit geval, een zeer _belan6rijke

een plaets die via waterwegen gemakkelijk te bereiken is, bijv. Z. Limburg, West Duitsland (Roergebied; langs de Rijn, Mannheim) •

Z0als reeds eerder vermeld is, w~rdt gestreefd naar een pro-

j

)~ ~~.

duktieoapaoiteit van 125 t,,~n per dag, wat volgens lito eoo- I

.C\

l"cl b

i I

I

, ;~~-f"",

'\'> );:>~{ ,~ 11--..-0 { , \'AA_ '" i . v .

Massa balans.

I

~

\

(~ ~

De continue ureumprJdukt ie w _'rdt ingesteld 'p 150 t on ureum

----per dag (6,25 t en ureum per uur).

De j aarpr0duktie bedraagt dan ca 55000 t on ureum. LHa\l

~

6.:;

t\,.J0 {<.

l~ (0'-1

Grondstoffen.

De zuiverheid van de gr'~\ndst)ffen is v 1gens (16): Kooldioxide Zuurstof Zwavelverb. gas 10-

3

%

10-4

%

Koolmonoxide 0,1

%

maximaal maximaal maximaAl Inerte gassen 1

%

maximaal Kooldioxide,? 98,9

%

minimaAl • -+ . r ... !\r.j/./'J • ,.l_l "-Vloeiba~r ammoniak Ammoniak 99,5

%

minimaal Water "Olie 0,5

%

maximaal 5.10-

3

%

maximaql " 1'\ l . . · - ·

V>

~

~

',

<"

\

De zwavelverbindingen en

.h

~

t

zuurstof kunnen

w

~)

rden

verwij - \

",:_\ .• t.· . derd door het gas

~'

ver

geac~ive

e

rde

kloi

~n

een platina kata- i: lysator t e leid;,n. ~~Ll t = . \ f ... . ,., :

u ïlt,Ll'{':.~ .... (-' '('/'" Ir -7 ( Niet in het schema 'ipgenmen). ' , ' 1 ' ( "

Bij cDndensatie van het CO

2 blijven de inerte bestanddelen

(N

2, -4.) gasvormig en '"unnen als zodanig afgeblazen worden.

De h',eveelheid inert gas dat d )or de CO 2 -ntgasser wordt

af-1 geblazen bedraagt 2 krnol per uur (De h,-eveelheid ben:,'digd

CO₂ is 6 -'25 kg/uur ; 1% inert ; gem. Mol. Gew. inert = 30 ~

60,25 = 2,01 km"'l inert) en neemt een v'.~.lume in bij 18C· ata.

30

en 278C van: Reector. 2,,01 • 2;,4 . 180 300 • 10

3

=

273 174 1.

Hier w'Jrdt 76

%

van het ingev'erde vl')eibare NH

3 en CO2

Cl

D:-der de gegeven ~,mstandigheden (18U ata en 18CPC; moa. verh NH

3

:

CO2

=

6 : 1) omgezet in ureum. (16;17) l ~ ( t-tlv I.~t ti I } ~/,

() I , , ', n

'J

.

'I'\I,'\.'"!..

\V" V',({\

'.;V· ~

\

Invoer per uur in de vier reactren: 14.C'25 kb 1ffi3 (.:.:: 825 km,)l NH 3) 6.05C kg CO

2 (= 137,5 Kmol CO2)

Omgezet in ureum: C:, 76 x 137,5 km il

=

104,5 kmr) 1 ureum

=

6.270 kg ureum

in H

20 : 1,~A, 5 km"ll - 1.881 kg H20 Over aan carbaminaat: 1.37,5 - lCl4,5

=

33 km')l

=

2.574 kg carbaminaat

Ui t de v ier react)ren klmt dus per uur:

825 - 2(137,5) kmol NH

3

=

550 km:Jl l'J'lI.3 ..c. 9.350 kg NH 3 t otaal NH 3 - stripper. 1.881 kg H 20 6.270 kg ureum 2.574 kg carbamina,'1t 20.075 kg ? 1./

De uit de v ierreact::)ren k'imende vloeistof k îmt v ia een recl u-ceerventiel, wa~r de druk gereduceAr d vlc,rdt t Olt 17 ,'3iê,. en het

reactiemengsel afk~)elt t -t 11 0 C, in de NH

3 stripper. Over de t np w,':rdt afgev:)erd nFl::;r NH 3 c ,ndens"'r en buffervat 9 8

%

v an het v rij e NH 3' (15)

=

(',98 9350 ;::;-9163 kg lJH-, lJer uur. (;::; 5Y? km"l) ) B,)dempr -dukt Carbarnaat .mt leder. 9.350

=

187 kg HH:/h . / 6.27 ',I kg ureum/ h 2.574 kg carbaminaat. h 1.881 kg water/'h

In de drie carbamaat-mtleders vindt een 1CC% omzetting in

C~2 en NH

- --- --~

De c,'ndities waarnnder deze :::ntleding plaats vindt benevens

? de reflux v~rh:uding V8n het b:;demprodu"kt wf!rden gen:-!men naar

gegevens uit U.S.1Jatent 2.7C.l.262.

Invoer per uur (zie b'îdemllrJdukt NE.., striplJer) )

Over de t 'JP: 33,3 kmI h CO₂

=

1.466,7 kg/

h

CO₂

(117-' _{C en 1,C7} ata) 47 kmi1/

h

H₂0

₌

845,8 kg/_h H₂0 73,3 kmi_{l /h} NH.3

₌

1.246,8 kg/

h NH₃ Bodemprodukt na9r verdamper:

(1100 C en 1,:~7 ata) = 104 kmo1/ h 6.250 kg/

_h

ureum 1.;.'29,2 kg/ h H20

=

71,7 kmr) l/h - 4,.3.3 km:-J1/ h 73, 5 kgf h NH ~ '"

Per uur vindt een ref1ux van het bodempr:)dU}~t p1a'-1ts van:

"" 9.500 1011e 1 ureum 5.2.30 km-,l H

20 .395 km;)l NR₇

j

Het topprodU}{t van de carbammat )nt1eder gaat na een k ,eler

naar een absorptiek i 1,m wa -,r CO₂ en H₂0 seabsorbeerd w:)rd~en., het resterende Iffi3 gAS w'rdt déln, na een loobsI>r -Ieier

gepas-seerd te zijn, na c :::mI1X8si--: ie en k 'eling, verzameld in het NB.3 buffervat.

Het b -;dempr "Jdukt gaat na '~r cl everdamper.

Verdamper.

gega'3n; om deze reden m)et de verdarJping

water bij zo la,9g mJ8elijke temp. en dus

(460

C

en ~,l ata). k~!

Topdamp 7.3,5 kg lJR

3

/

h

699,2 kg H₂0 /h

Bodemprndukt kg ureum /h ,

33

kg H

-Het bodemprc-)dul~t ID')et ca 5% "Tater bevatten wil het geschikt zijn voor de prillt'ren.

In (;.e prilltoren wIJrdt de ureumopl Js[.ing C'nc.ler druk versp )

-ten. In dien deze ·'pl :·)s.c: ing meer ian 7% '.'later bevat blijft

het eindpr'>du}ü v ,chtig; bevat de opl-'ssinS minder dan 3%

dan m -et men bij duscl::onig h \ge temp • verspuiten dat biureet

vorming 'ptreedt.

Een L'lengsel van 95% ureum en 5;:'~ water kan het best versp -,ten w')rden bij 1240

c.

i

i r ' 1

Prilltoren. ! ~-! Aoo,1 \ .... ~ , \ ' , ;", "-"

" .'~-.' {.l . ' r... r

-Door de ingev erc1e lucht, zal het merendf:el van het water dat

de uireum bevat verdampen. Het gelmrrelde eindpr .-,dukt heE:tt

een watergehalte van 0,5% en een biureetgehalte kleiner dan

1,2%.

De verbruikte h'-'eve· . ."lheid lucht (15(, m3'/sec) ( 18 ) v -'ert dus

297 kg WAter per uur af.

Eindpr "dukt: 6 .25::- kg ureum/h met 3~ _{kg w8ter/h} '

--

--"""

Men droogt· niet nR,

is te verwijderen.

'md8t het ineesloten water

(0,5%

moeilijk

)

I

c Ü.~'~\.., \. ~\,.._ .J-t ' ... r lof .. L..l 'v L (\I' \ol i f t, / i .1u 1 , " :

Monop~than:lamine nbs 'rber.

Het gasmengsel dAt de carbamFlAt ntleder !ver de t -1' verlaat , _{o eva}t'" ₎ r-_{:J ,}c:_'., ' _.1.l.TH _{', 7 •}

,

. /

\'m het grootste deel Vl111 het MIL voor

)

te sebruilç:en leid.t /ie11 het f./'lsmen~sel

(Lit. 20) -m bet van CO

2 te Jlltd en.

l1assabalans abs rber:

In~()~r-1'er_u:sr :

Van de c8rbaIDaat ntleder:

verdere ureUJIi pr,dukt ie in dl"; lJEA-nbs roer 1466,7 }.~g C. 2 845,8 :\:6 TT /'~ n 2u 1-'4.': 8 kc

- - - -- - ---_. - - - . " , , -, At:vo~rJ~r_u!!:r.!. Over de t ·)p: Via de bodem:

190

718C

9

9

30

kg CO 2 kg H-.,O c.. kg

MFAl

Ü 1<:-, .• 1237 kg NH₃ ! ~ -I, ' _ ' 3,2 kg CO 2 j.. '-, -9,8 kg NH

3

9930 kg HEA 1656,7 kg C:-:;2 8025,8, kg H 20

Daar de over de t cp komende gassen van de M E A absorber nog 0,095 mo1% CO

2 bevatten en vC11gens (Li t. 19) de oplo sbaar-heid van ammoniumcarbamaat in 1 1. NH

3

ca 1,5 gram is

(het-ge8n ~vereenk0mt met C,05 mCJ1%) moet men um carbamaatvorming,

gepaard gaand met sterke cCJrrnsie, in de compressoren te ver-mijden, ook dit restje CO₂ verwijderen.

De verwijdering van dit 1af-Jtste restje CO

2 gesQ.hiedt in een

~n -~.aog.

0

-EJ.

-_spr..Qeier.

M E A - regenerat~r.

Overeenkomstig het Britse Patent n'J. 745.406 Mee - CC₂ - oplossing geregenereer d bij 1250

De invoer per uur in de regeneratoE is: wordt de C. 9.930 kg mea 8 • ~\25, 8 }::g H 20 1 . 656 ,

7

kg CO 2 9,8 kg NH

3

Hiervan ontsnapt per uur .lp de t up : 1466,7 kg CO₂

845,8 kg _H2 '

9,8 kg NH

3

Er w,)rdt dus per uur weer naar de absorber teruggevoerd:

-Energiebalans.

De reacties die in de vier reactoren optreden met de hierbij

behorende warmtee~~ecten zijn: (Lit. 7)

/ O- NR₄ CO_{2 +} 2NH3 ~C~O 1"11') c:.

+

7.70, kcal/_kmol

Bij de vorming van 104,5 kmol ureum (627U kg) per uur uit 137,5 kmol CO_{2 (6};50 kg) en 825 kmol NH

3(14C25 kg) is het chemisch

warmte-effect in de reactoren:

+

104,5 (30.000 7.700)

₌

2330 • 103 kcal

+

(137,5 104,5) 3U .000 =

9

9C

103 hiervr)or nodig: ( AH = 213,1 6050 x 82 = t otaal: 3320

.

1~)3

131,1 = 82 kcal/kg. Lit.21) 496 • 103 kcal/_h kcal kcal

Zodat voor het 0pwarmen en verdampen van het NH

3

(332

0

496).ln3

=

2824 • 103 kca1/h gebruikt kunnen wo

r-den.

2824 . 103

Per knFl1 NH

3 is beschikbaar ₈₂₅

=

3423 kcal/h •

Indien men de ammîniak bij 72 C en 18C atm. inveert en onder reactie-omstandigheden brenet is:

~ H

=

8753 53Y'

=

3423 kcal/km.:: 1 NH

3

De invoertemp . van NH-z m')et dus 720 C ZlJn, indien men het

)

CO

2 bij 27° C invoert' en geen warmte afVoert uit de reactor.

Constructief biedt dit belangrijke voordelen voor de

reac-tor. CO

2 - compress~r.

Om het CO₂ van 1 atm. en 270 C, dat we als uitgangsmateriaal

kiezen, te c0mprimeren tot 180 atm., is een vier-trapsco

m-pressrr nodig nl. van 1 atm. - 4atm., 4 atm. - 16 atm., 16 atm. - 64 atm., en

64

atm. - 180 atm.

De eerste drie trappen wor~en inwendig gekoeld met water.

Zonder koeling zou de temp. van het CO

2 na adiabatische co

m-pressie als volgt berekend kunnen worden:

G~

wa8rin K _(voor CO₂

=

1,31)

Door het CO₂ van 1440 C en 4 atm. te koelen tod) 340 C en 4 atm.

treedt een enthalpiedaling op van 35é - 307 = 51 BTU/_lb =

28,3 kcal/kg (Lit. 22).

Men moet dus aan warmte afVoeren 61.)50 28,3 Evenzo moet men bij de tweede trap afVoeren:

en bij de derde trap

=

171,6 . lo3kcal/h

149 . 103 _kcal/h

139 103 _kcal/h

Na compressie t 0t 180 atl:1. blijkt de temp. van het CO₂ tot

1200 C opgelopen t e zijn.

Me~ulp V~E:_:!_~_~d_amp~~Çt~}!!.3::3 van 0'') C w:Jrdt nu de CO₂ geco

De hoeveelheid warmte die

den overgedragen is 393 •

Daar de verdampingswar~3e

is, hebben we 393. ll' = 301,52 a'in de verdampende NH 3 moet wa r-103 kcal/ho van het NH 3 bij 0° C 301,52 kcaljkg 1310 kg NH 3/ h • als koelmiddel nodig.

De verontreinigingen zoals N

2 en A condenseren niet en

kun-nen via een regelbarE': drukaflaat afgeblazen worden.

De ammoniak die vl'ieibaar '!pgeslagen is bij 460 C en 17 atm.

komt door adiabatische compressie t ')t 180 atm. op 2700 C

(K NE) = 0,241) 6. H

=

5935 • 103 kcal/kmr)l.

A H per km)l NH

3 tussen buffervat (17 atm. en 46° C) en na

de koeler (18C atm. en 72° C)

=

5330 - 4821

=

509 kcal.

Totaal moet dus 825(5935 - 509) = 447:' . 103 kcal afgevoerd

worden inde kJeler na de NH

3 compressor.

NH

3 - str ipp er •

Uit de massastroom, die via een reduceerventiel, de NH

3

-stripper bij lL;o C en 17 atm. binnenstroomt, wordt 98;;~ van

het vrije 1TH

3 verwijderd.

Er ontsnapt over det op van de NH

3-stripp er ieder uur dus 0,98 X 9350 kg

NH

3

=

9163 kg

NH

3 (539 kmo1) bij 47°

C

en

17 atm.

Nemen we aan dat in de ref1uxcondens')r van de NH

3-stripp er hiervan 70% condenseert (379 kmo1 1\JH3)' dan m.: et via ko

el-water per uur afgev -'erd w,'rden:

ar-m s'-'orte1ijke warmte: (539 + 379)721 = 660,4

=

1672

aan c·'ndensatie warmte:

1 ) kcal

l_o3kcal

379 X 4435

t ··'ta:=ll 2332,4 • 1 :3 kcal/

h

De warmte die via stcom van 1800 C in ele insteekbundel per

?

" 'I ~\ \ 'I '-I-" " '--> ~ -:;. , , "

uur aan het mengsel m'iet w,::'rden )vergedragen, wordt berekend

uit:

+ af te voeren warmte van c')ndens,'lr: 23.32,4 • 10.3 kcal

enthalpieverschil in- en uitstromend mengsel

=

enthalpieverschil

539

kmol NH.3damp 1100 C en 470 C bij 17 atm =

539 x 721

=

388,6 • 103 kcal

t 'Jtaal: 2943,8 • 1(\3 kcal/ho

Voordat de NH

3 in het buffervat w)rdt]pgeslagen, w::1rdt het

gec')ndenseerd in twee c'"'ndensClrà; de hierbij afgev ~)erde

warmte is: 539 x 4435

=

238(\ • 11'i3 kcal/ho

e

Condensatiewarmte NH

3 bij 17 atm.

=

4435 kcal, km ü).

Carbamaatcntleder.

In de drie carbamaRt-'ntleders VI )rdt bij (1100 C en 1,07 atm.

-(

het carbamaat v,811edig ,ntleed in NE

3, CO2, en H20, die de

ontleders bij' 1170 C 'wer de t :D verlaten.

,.~

-De warmte die a9n dit prrJces muet w(Jrden t -:.'egev:)erd kan

be-rekend worden uit het verschil in enthalpie-inhc'iud Vi-m

in-1\ en ui tstr0mend reactiemengsel, d ch ook uit het verschil in

enthalpie-inhJud van het reactiemengsel dat in de vCJ

orwar-mer moet w:)rden npgewarmd v an ~~~)gO C ') t ,')t ~~Z~ C (Li t. 23).

Volgens dit pa,tent verla~t de u,ereum-lllossing de carbamaat

-ontleder bij

ioo

--

o C~

De t oe te v0egen h()eveelheid warmte is:

Voor ontleding van _{33 km};'l c arb amaElt :

33

x 3 '

.

lC3 = + 99" 10 3 kcal

Voor verdampen van 47 km,l water:

47 x 9717,1 = 1'- ₄₅₇ 1'1_1., ) _kCAl V00r °Dwarmen V8n 11\)

-

₁₁₇0 _C van: 73,3 km,l NB 3: 73,3 x 7 x 8,5 =

+

4,9 1"I j ,,3 _kcal 33,3 km,l C' 2 : 33,3 x 7 x 8,9 = + 2,1 1 ) , kcal 3 ' 47 km 1 H₂O: 47 x ₇ x18 = -[-

;.;

_.-'

,

9

10 kcal

---

-

--

-

-V:)or afk -)eling van 104 km-)l ureum (1):

ven lIl' - IC 00

a: -

IC' 4 • 10 • 20

en afkoeling van 7i,7 km'-)l H₂0:

:::; = 2,;,8 • 10.3 kcal 12. 9 • L)kcal 71,7 • 10 • 18 t -)taal: _{+ 1426,2 • 10}

3

_kcal/ho 'j

In het t~taal m'et dus m.b.v. verz8digde st00m van 180~ C

1426,2 • 10.3 kcal'/h. aan warmte in de voorverwarmer o

ver-gedragen w~rden.

Verd~per •

Uit de carbama~t 'ntleders k-lmt de ureumopl ~'ssing

(6250 kg ureum(lC4 kmol)

+

1"29,2 kg water(71,7 km,. 1)

+

7.3,5 kg NH.3(4,33 km' l» bij 100° C in de verdamper, Vlaar

73,5 kg NE

3 en 699,2 kg H20 bij 0,1 atm. en 46° C verwijderd

w~rdt; de overblijvende ureUln,pl:~,ssing (6250 kg ureum

+

330 kg H

20 (5%» verla8t de verdamper Dij 123,5) C.

De per uur t 'e te v leren h,'eveelheid warmte is:

V')or het opwarmen van:

104 km:Jl ureum van 100 - 123° C: lC4x23,5x19,2

-330 kg water : 330x23, ~x 1

46,8 . 10.3 kcal

7,8 • 103 kcal

Voor het verdampen van 699,2 kg H,..,O bij 1.),1 atm.

c:.

en 460 C geldt AH= Lî_{28,15 B.T.u/lb=572 kcal/kg}

(Lit. 22;blz.251)z ldat n'dig is: 699,2x572

Voor het verdampen van 73,5 kg Iffi3 bij ', 1 atm.

geldt AH = 376 kcal/kg. Z-'dat 7.3,5 x 376

Tots.',l n:dig per uur:

= 4 ',0

.

=:: _27,7

482,.3

,

De verwarming geschiedt m.b.v. verz. stJom van 18C C en

.

IC' atm., Wat3rV8n de c'ndensatie"!armte 480 kcal/kg en het

volume bij 1800 C en 10 atm~ 187 _m.3/kg bedraa2t.

Er is dus n,dig 482,.3 • 1") = C8 1000 kg, deze nemen per

480 1000 . 187

sec~-)nde een v îlume in van = 52 m3 .

36)0 - 23 -1-) " kcal lC 3 kcal 10

3

kcal

Prill - t ,',ren.

Nemen we aan dat slechts 60% van het aanwezige water (5%)

verdampt, (Gebleken is uit analyse van ureumk.orrels dat deze

nog ca~)ngeSloten water bevatten) dan wordt door de

inge-blazen lucht aan warmte afeev ~'erd.

Smeltwarmte ureum 57,8 kcal/kg (Lit. 24)

voor 6250 kg ureum:

Afkoeling ureum t Clt ca 4('0 C

s.w. 0,158 kcal/'kg vrlrdt: 6250.0,158.83 =

Voor het verdampen ven 200 kg H₂0:

200 9,7.10

3

=

18

Voor het afk:îelen van 13C kg H₂0 t ,t 40°C

130 . 83

=

Tota'')l w:)rc1t afgevnerd:

Koeler na de carbamaat -mtleder.

361 • 10 3 _{kcal/h •} 82 ~ 11- ) . / ' l-J '" KCEl

'h.

- 108 • 103 kcal/h. IC;

103

kcal/ho 345 • 103 kcal/ho

Voor het gasmengsel van de carbamaot 'ntleder naRr de C'-"

2-ab-sorber gaat" m::Jet het gek:)eld w(-:\rden v 8n l17! C t r;t 8eo C.

Nemen we aan dat hierbij alle 1liTaterdamp condenseert, dan is

de hoeveelheid warmte die afgev',erd m')et worden:

Voor 33,3 kml _CO2 t::.. HC0₂ = 33,3xh~:,4x37= Voor 73,3 km~l NH 3 AH NH 3 = 73,3 x 6,87 x 37 = Voor 47 km'l H₂0 À H H₂0

=

47 x 47 x 8,224 x 17 971,71 47 x 18 x 2~, =

=

= 12,8 18

6

l

c,

3

1 1/ , • l, Kca /h. 70,1 • lC) kcal/}l. Tljtaal: 101,5. 103 kcal/

_h.

2360 1. k,elwater van 170 C nemen 101,5 • l~-) kC':ll per uur

De koeler zelf besta::;t uit vijf 1" IHJpen ieder 2,':;m lang.

e

A TIn = 6c:). U :::::

2;~\.~O

kcal/m 2

d

h

~

= 101,5 • 103 kCftl/

_h

.

'-,

Verw. Opp.

=

(;,85 mt

:' )

co,.,

-

abs:")rber. c:.

Uit de enthalpieverschillen tussen de stoffen welke de ab-siJrber binnenk(")men en verlaten en de reactiewarmte die vrij-komt bij abs:1rptie van CO₂ (17,6 kcal/mol) wordt de warmte

berekend die toegev::erd m;let worden m. b. v. elek. b'idemver

-warming. In

_-

Uit 1466,7 kg CO 2 80° C 1237 kg lJH₃ 35 J C

l

845,8 kg R 2'-' 80° C 3,2 kg CCJ2 35° C

e

over de top) 1246,8 kg NH 3 80° C 9,8 kg EH3 110° C 19C' kg CG ₂ 35° C 9930 kg !\:E.t\ lleo C 718C' ~g Ri' 35° C 8025,8 kg H 20 11CP C 9980 kg MEA 35° C 1656,7 kg _{CO" 110c:.} 0 C ~ H voor AH voor AH voor 9930 de Mea:

~

x 50 x 75 =

+

608 .103 kcal!h

3

•

H2~Î 845,8 x 1 x 30

+

7180 x 75

=

+

562,7.10 kcal/ h CO₂

14~~,7

x 8,9 x 30 =

+

88,8.10

3

kcal/'h: 44 186,8 _X 8 _, q _{~ x} 75 _- + 2 _{, .} 8 1_,) ,-3 k I_{ca /} l _h. AH voor NH

3

W

x 8,5 x 30

::;

+

0,2.10

3

kcal/ho g}Z - - l r x 8, r.: x 45 = 47,3.10 3 kcal/ho Reactiewarmte 1466,7 x 17600 44 ~

= -

588, .10/ kcal/ho

6

3

.

Totaal:

+

27,2.10 kcal/ho

Warmtewisselaar.

Voordat de CO

2- Mea oplc-ssing geregenereerd wordt, passeert

heteen warmtewisselaar waarin de t e regenereren oplossing

10° in temp. stijgt, doordat warmte opgenomen wordt van de

uit de Mea regeneratiekolom komende geregenereerde

Mea-op-lossing, die van 1250 C t Jt 1140 C in temp. daalt in deze

warmtewisselaar.

De energiebalans hiervan:

De opgenomen warmte is:

Voor 163 kmol Mee: Voor 8025,8 kg _H20: Voor 37,7 _{kmol 00 2:} Voor 0,6 kmol NH

3

:

163 x 50 x 10 = 81,5 103 _kcal/h 8025,8 x IC) = 80,3 10

3

kcal/h· 37,7 x 8,9 x 10 = 3,4 103 _{kcal/h :} 'I 6 x 8,5 x 10 ₌ 0,04. 1₀

3

_kcal/ho \. J ,

.~ opgenomen: 165,2 _• 10

3

_{kcal/h •}

Indien de te regeneren vloeistc)f 1° in temp. zou dalen

staat het aan warmte af:

Voor 163 kmol Mea

·

163 x 5r

, 8,15 kcal/ho

·

i_' ₌

Voor 399 kmol H

20

·

0 399 x 18 = 7,02 kcal/ho

Voor 4,43 kmol CO') :

c 4,43 x 8,9 = 0,04 kc~l/h.

Q afgestaan 1° C: 15,21

.

3

k I

10 -cal/ho

Zodat het geregenereerde mengsel dus:

165,2 •

~

=

10,850 (ca 11°) in t emp. moet dalen 15,21. L i/

wil het te regenereren mengsel lOoin temp. stijgen . . ,

V'Jor de warmtewisselaar is dan b.T_ln

=

4,5'-' U

=

15CO _kcal/m2 0 ch

Q

= 165,2 . 10

3

kaal/ho ; zodat het verwarmend opp= 24,5 m2

wordt.

Koeler.

Mea Dplossing is zoveel dat deze oplossing bij 35° C in het buf'f'ervat binnenkJmt. De temp. daling is dus 114 - 35 = 79° .

De warmte door het kr)elwater opgenomen bedraAgt dus

79 x _{15 121} • 103 = 1206 kcal/ho (zie warmtewisselaar) .

Mea - regeneratiekr)lom. Energiebalans koelend deel.

De damp die de top verlaat bestarit uit 3712 kmol C0_{21 47 km}ol

H₂0 en 016 kmol NH

3 per UUE,

De partiaaldruk van de waterdamp=

47 x 1,14 = 6,63 ata

=

9,25 p.s.i. 37,2 x 47 x ;'-',6

Volgens 22 (blz. 277) is de temp. van de gassen 190c F (880

c).

Het gasmengsel m:Jet dus gekoeld wJrden van 1200 C - 880 C,

zodat aan warmte mDet Voor 47 km')l H₂C Voor 37,2 kmol CO₂ Voor 0,6 kmo1 NH 3 worden afgevé)erd: 47 x 32 x 8,7 37, 2 x ₎"7 _e:. " x 8,9 0,6 x "7 ~ x 8,5 )e.

=

= = 13·100 kcal/ho 10·300 163 23·563 kcal/ho Tevens condenseert 47 kmr)l H

₂

0 per uur in de koeler.

AH cand. bij 88') C = 984 B.T.U./_lb = 545 kcal/kg zodat t otaal in de koeler wordt afgevoerd aan warmte:

23.563

+

47 x 18 x 545 = 486 • 103 kcal/

_{h ..}

Energiebalans warmtewisselaar bodem regenerator.

Daar de geregenereerde Mea-oplossing de regenerator verlaat bij 1250 C (50 hoger dan de intrede temp.) en de reactiewarm-te per kmol CO

2 (absorptiewarmte) 17,6 • 103 kcal is, wordt de

Voor de temp. verhoging (50 ) is nJdig: 163 km')l Mea: 163 x 5 x 50

=

40,7 10 3 kcal/ho 7180 kg H₂6: 7180 x 5 x 1 - 35,8 103 kcal/ho 4,4 kmol CO_{2 :} 4,4 x 5 x 8,9 -- 0,2 103 kcal/ho 76,7 • 10

3

kcal/ho Aan reactiewarmte: Voor 37,2 krool CO₂: 37,2 x 17,6 0 103

=

654

Cm het warmteverlies in de koeler

te compenseren 563 • 103 kcal/ho

3

TotaAl toe te voeren: 1217 0 10 kcal/ho Neemt men B9n dat de h~eveelheid gerecyclede Mea-oplossing

drie maal zo groot is als de afzev()erde hoeve~ lheid

geregene-reerde Mea-oplossing dan wordt de invoertemp. van de gerecy

-clede Mea-oplossing:

3

1250

_C

_{+ 1217} 0 10

3 0 15,21 .

o

3 = 151 , 5 Co

10

Indien men stoom van 18eo C (10 ata) gebruikt ')m de Mea

-oplossing op

o

Ä T_ln = 37 zodat verw.

te warmen dan geldt: U = 600 kcal/_h 20 c L?17 0

l

O

~

2 opp.

=

m = 37 x 600 Q

=

1217 . 10

3

kcal/ho 2 54 , 5 m •

- - -

-Constru.ctiemateriRlen. (7, 25 )

Alh~lewel het reactiemengsel in de react::>r bij normale temp.

en druk weinig corrrJsief is, tast het bij 1800 C en 18:" atm.

sterk metalen aan.

Enigszins resistente materialen zijn menel en r Clestvrij

staal, terwijl ook bekleding van staal met hardlood ,

zil-ver en tin w~rdt t oegepast.

Alhoewel hardl'!od veel gc)edkoper is dan zilver heeft het een

groot nadeel; het verweekt namelijk snel bij hJgere temp. en

komt als zodanig in de ureumk:Jrrels terecht, hetgeen zeer

schadelijk is v:)or zoogdieren.

Men heeft wel getracht l ')od te legeren

waardoor de verwekingstemp. hoger kwam

ming vermeden _--..--. werd.

met 10% antimoon, . ~~

te liggen en~:'y'.?r= 1

Naar vermoeden past men bij het S.B.B. in Limburg austeniet

staAl t ne, gelegeerd met

16 -

20

%

Cr, 10 - 14

%

Ni,

2- 4

%

Mo of Zr en minder dan 0,1

%

C. (Lit.

?6

)

Door de aanwezigheid van iets 02 (0,2 - 2

%)

wordt de corrosieve

werking sterk verminderd.

De buffer- en ,pslagvaten zijn evenals de pijpleidingen van

staal, terwijl de pompen voor NH

3 van gietijzer en voor CO2

van Al-brons zijn gema'3kt.

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

-Literatuur:

1. Werner, E.A. The Chemistry of Urea.(1923) (Longmans - Green; Londen)

2. Bei1stein, A. Handbuch der Crganischen Chemie.

Zweites ErganzunGswerk (1956)

1,

1~; II, 35.

(Springer - Verlag; Berlin)

3. Sidg-wic1_{\., N.V. The "Ir ganic chemistry ,)i' ni tr -jgen. (1945 )} (Longm9ns - Green; Londen)

4. van Oss Warenkennis en Technol ~gie (1957), 1,263 e.v. (de Bussy; iunsterdam)

5. Clark, R.L. Faith, N.L. Keyes, D.B.

Industrial Chemicals (1957)

(Chapman and Hall; L()nuen)

6. Chemical and Engineering NevlS. (1958), .iQl, 25

(1958), 122,15

7.

Ullmann, Encyklcpädie der Technischen Chemie.

(1957), 8,.380

(Urban

&

Schwarzenberg; Berlin)

8. Tonn, W.R. Chem. Engineering (1955), 621°,186 9. Lienhard, E. BeitrA~~ zur Kenntnis der thermischen

Zerse"tl..ung Vlll Harnst "ff (1)54)

(Smidberger; Zürich)

vervolg Literatuur:

11. Kirk, R.E. Othmer, D.F. Encycl':pedia :if Chemieal Teehn ü "gy (195::; ), 1,771

(1955), 14,458 e.v.

(The interscience !'mcycl"pedia, Ine.; New yr~rk)

12. Hatch, L.F. Petrr)leum Refinier (1958),

.2l8 , 123

(1953),

E

11,170

13. Auerbach, V. Ind. Chim. Belge (1954), 14,397 14. U.S. Patent 2.116.8"1 (1934) Dup,',nt & de Ner.1cmrs

15. C'Jok, L.B. Chem. Eng. Pr J8ress (1954), 5(',527 16. Petr:Jleum Pr "cessin:,:; (1956), 11 5 ,127

17. Petrr',leum Refiner (1957), ]211,284 18. Dunw' ody, '1'l.B. Shear,'m, 7!.H.

7

IndustriGl Eng. Chemistry (1953), 45~,496 19. Redemann, C.E. Riesenfeld, F.C. La Viola,

Ind. Eng. Chemistry (1958), 504,633

1";1 C

~.0.

20. Brit. Patent 745.4('6 (1956) Chemical C,JnstructLm CClrpJrê:ltiun 21. Din, F. Therm!~;dynamic Functi:'ms ~f Gases (1956), 1,90

(Butterwirths Scientifie Publications; Londen)

22. Perry, J.B. Chemical Engineers t Handb~)ok (195 )), 255

vervolg Literatuur:

23.

u.s.

Patent 2.701.262 (1955) H. Cook

24. Cambon, Th. Chemie et Industrie (.1955), 1.1,917

25. Chennweth, G.E. Chem. Eng. Progress (1958), 54,55

26. Ned. OctrDoi 77.361 (1955) Stamicarb~)n.