Bereiding van ureum volgens het D.S.M. stripproces

.

.J1.~.

adres:

_datum:

_{l.S -}

_.l.-"~

-•

Ii~LBIDING

..

.

-

..

-

...

-

....

---

...

--!Lu

'fr.t

/0{

1

?

/ /Jrl)

i-'

/

~

l . UI

rvv

..

::RLLi van ho t PROQ&S.. .~ '" IJ j

l _ _

.... --... - ... - - -... - .. --..

- .. ----

---'//J--:)

1/ J~~.:::::::

l'-

Uitgaande

-ra:-~

ifI}

en

~z

wordt

ureum

(g.~ynth~

tie

••

ra

:;;

.e"

__

._O~:

~~

druk van 130

at~

.

en een tem.,eratuur V:ln

l8c

QC. De <tven,.i ch.t

scon-~ -'

- versie h,ier:;ij is onzeve<t.l' 5 0

%

,

als de

.,

R

3

/CO

a

-verhoudi.ng gelijk ~s aan.

2

.5.

De ure Wil-carl)a.maat -0 :;lo3si ng, wJ.<:tri n oot-:: het niet ge

-reageerd.e iiH

3 zich bevind.t stroomt uit in een strip~~\er, waar dil .. zelfde f'Gact.ieomstandighed&n hears'an. het onderin de stripper ingevoerde synthesegas CO

2 doet di~nst al;;> strip:.lend medium, a.l-VOl'èn5 de reactor binnen

t

a

Gaan.

~or een andere NH

3

/C02-verhou.lin

s

üJ. de stripper ontleedt het carbamaat, ter;{Lil de ammonLlk sedes'-irboerd wor dt dOQr het s1Jrip-pende gas • .Joze t \ .. e~ ma(;hanis .. H~S l(}iden ,]rtoa, dat van de totale

hoeveefhcid NR

_3t

die de

reactor i nGaat

-

als

carb~~a~t

en

in . . op

-gel

o

ste

vorm-

85%

I{~al:' teruggevoerd ':iordt naar de reactor.

De r~sterende hoeve,~lheid i,Ii3 wordt Uil. OXiJa1'1sie tot 2 at/J1.. al.> gas teruggewonnen, en vervolr;ens als :H3-091osaing ~ ... eer i n d.; r eactor

b~pompt.

Je ~rdelcrJ. van dit J.)I'oces À:omen tot uitin,:3' in ee t la_.er ~ner­

gioverbr'lilik -nilld$r recycle ... t in ~·.;,n .~eriIl6ere hoev~ellleid

oeno-diGd ::coel\-/ater en .2itoorn, en in ecn la:~-ere ,:::.rocGsdruk, terw3;;1 de zuiverheid en het overall-rendliaient hetzaltd!:it of be ~or z.~jn do.n b:j de :mdere ureumbereidingsw~j~en. , I ! I I

1

j

1

··1

Ir. 'lIOEPt33IHG~H.

---~~---Ureum wordt 0) vele m<J.nier·:n tO~;3a~a.:3t en verwèrkt i d~ belang

-r~kste hi3rvan worden hier verm~ld.

a. :-J$ belangrtik:st e toer>aaaitlL~ van ureum i s z'n gebruik als m~.:3t-·

stof. ;W.6 rnestlStof heeft h,~t v-=le I!0ede eie;enschappen" o.a. een hooG sti.kstofgeha1te, ~,,!1 j3;oede resistê!ltie tc;:~en uitlot;én, an is

n

i

et

cOI'l'osief voor de s!;rooiapparatuur.

b. Het formaldehyde ~n o.i ...... zure!: of ül l'\:aliën vindt er p olyoon-den3atie ,p1(.l.a.ts ell worden ureur1for:naldehyd~harsp,n e;evarIlld. Deze

."orden cie bruikt

... ter vervaardiging var. vorm.3tukken

l vooraJ.

elt)ctroteohr:.i~cte

... a1s l1F-schuim

voor isolatie van S)OU/llnuror. • inlustrie) •

... als b~sté\nddeel van kleef.'5toffen Voor tri91ex en fineer, van

la

k

en

vernis ~~or texti el,;apier an metalen.

c.

::::j

l

::a:~:n:: ::::i:~:, ~i::::t::e~eci

i

te

van

ver-ct

.

In

g~ruik

als stimulans b::,: vorilling van microorganismen in gist • i

e. lIreu~ 'do~dt cebruikt al.3 ei'.IHbron in veevoed-ar3.

f . Grondstof in de fa.i.'maceutische industri~ (barblturacen t èafferne).

.~

lIl.

~BCHl~ISCHB B"':;J.liUl.)I~-;G;).lYi;';;H.

~-.~--~-~---~~---Al~e ureumproces3en werken bi': One;eV0.::Jr dozelfd.-~

reac'Cieolnstandighe-den, een

temperatuur

van 1~O-190oC en een

druk

van 120- 2:10 atm •

.De vormingsreact1e is aen evem'lict.t 3rea:;tie, daarom is de

recycle

van de niet tot; ureum 'gereag,:erde )rodukten van groot belang .. In

de ~jze van terugvoeren ondersch~iden zich de verschill~nd~

ureum-proce.3s~n. ook al omdat de acl-:·~nbaa.r c~:ivoudi35te i:lethode, het

di-r ekt comprimeren en recirculeran van d~ Lete aynth~se~assen,

v

anwe

-h t . , . t d te.~a

..

~

...

qp 1 . •. •

g~ e zeer corrosl.eve ;:ai.·a~: ar

v

an

eze Sassen, nJ.e~\ GlOS0~1J!~ 1.15.

Het

"onee

thru:t-proees, 1, ... aarb~j geen r ecirculatie i)l aat s vindt, '-/ordt

buit<3!l beschouwing

gelaten.

De processen

z

0

n:

~. Recirculatie in olieoplossins . (Péchi ney) • De niet ;;ereageerde L;U

3

en CO2 g.::!.ssen worden op~elo:3t in e~n

mine-rale

olie

en dit mengsel

H

ordt

t ï;rusr;epompt

nair

de

reactor.

Na de

expansie.

waarb

:ij

~m3.

en

CO

2 als gc..s

ontw·'-i

ken,

wor:1t de ureumopl.os-s~ns

in

een rectificatiekolo~

van

de olio cescheiden.

B

.

Partiële

recirculatie.

-

_~iH3

en CO

2 worden sel ectief oP!~~lost i n rasp. a~oniumnitraat (

In-venta)

of ethanolauline (Chemico) t da.lrna ~':c~r sedesorbeerd met

stoom

en

na:.:.r

de reactor tçrug;evoerd. ~venalG ~'iet niet

O

IJGe

loste

gaSt dat dus gescheiden \ ... ordt gerecirculeer G.

C.~otale recirculatie.

-

_{Blj een hog'~re NH}

3

/C0

2-verhouding (.1:.

4)

in de

reac.tor

wordt per paas

meer

ureum

gevormd

.

Daardoor

kan

oo

k

de

E20

/

C0

₂

-v

e

rhouding

in~de

re-actor hoe;er liJn. hoewel \'later het cvemd.cht in ongunstige z.in betn

-Tloedt. "::en overmaat HH3 in de recycle maa~:t bovendien,

dat

men min-der

water

nodig heeft 011 de tot caroaLlaat gecondenseerde

gél

s-sèn

~m3

CO

2

na~r de

reactor

t erug

t

e

voeren.

Bet uit de reactor ontwijkende Sélö!llen.:;sel wor dt in twee trap":en geex-pe.ndeerdj bij de aerste trap ontstaat na rectificatie ~nl.. NHJ-gas, dat

gecondenseerd

en

terug

gep

ompt

wordt.

Z

ven

alz

de carbamaatopl~ssing die 30\iel hij de eerste als b:: cl~ tweede

tra

p

ontst:lat.

x

î

PRO C

~

S BES C H

R

Y

V

I

~

G

•

----~---~-~--~~~--~---I . 'lH;;;ORETHI3CILS .. lSP":;CT~. ---~--~~---~-~---

---De produktie

van ureuln

uit kooldioxyde en ammoruak

gaat

volgens onderstaande reacties.

2 HH3

+

CO

2 ~ NH2 COONH

4

+ a kcal.

NH

2COONH

4

~ NH2com~ + H20 + b kcal.

( 1 ) ( 2 )

'vJaarb:'j res? am.rnoniumcarbaIlil.at en

ureum

wordt gevormd,

terl..njl als vol~reactie nog kan o?treden de

vorming van

biureet

uit

ureum:

- - '

2 NH

2CONH2 ~ l'n12Cûl'ffiCOnI12 + NH

₃

+

c

kcal.( ,} ).

üm

de

concentratie va:l

biureet

in

het eindprodukt

zo

laag

mogelijk

te

hou'den

,

w

ordt

de temperatuur niet te hoc.:; f;ekc.zen. Alle reac -ties

syeJl~l1

zich af in

~e Vloei.st:t-;~

~

~-;:

v"'-'

}'réjacquea geeft als

vormin

gs3nell".eid

voor vast carbamaat:

x

=

a.S (

I

·

pi

)

t

i·!aa

rb

:

~

log a

=

B -

5

f

O en

x

=

afgescheiden hoaveelhaid

caro.

:'Ulaé..

t

~

=

o:'Jpervlak

waa

rop

carbaInac-·.t afgezet

P

=

werkdruk in atm

.

i.n gram per uur.

"lordt

in

c;l

.

{Qk,

rl).--r-L",/

~

-.

<:

P

1:: evan\>dchtsdruk b2,:i

te

mperat

uur

'.L' in oK.

B :: constante, afhan...~el.ljl<: van St variërend van 0,)5 tot

0

,

4

.

,.

Uit

deze

formule

blijkt,

dat

hoge

temperatuur en druk

gunstig

werkll1'l

op de c.uba!11aatvorminc-. Als 'l')150oC en

P

>

lOO atm

.

dan

is

de

reactie b

ij

-ila momenti}.-'tn

en

aflopend. iloven

133°C

_.

_{__}

i

s

darb

a

maut

vlQ~ib~~

en

ook

... -... ..

,

.

neemt de

corrosie

sterk toe

.

De

r<ta.ctie

warm

te

van reactie

(1)

j.s.

- T .... oC uitgaande van -J&êlsvorm1.g :'!H~ en CO 2

' ~l Jsq ~ ~

j

38

};:oal.

/mol

,

als

vast carbali1a,~t

H

ordt

eevormd (Ut. ~).

Di

t

geldt

V'O-Or-{

T

<

lOOoC.

Zn de

sm~aI"!llte

o::cL-',"-af;t 6 kcal/mol

(lit 1). --..

?

•

De

reactiewarmte

voor

re~ctie

(

l) onder

de

pr~cescondities

-

T

=

180°C

en

P

""

c

₎

l

\

41S we,

da

;:!~rtelti!e \la!:..~_~lLko~t ver~l1jking

v

an

de

r~actiewarl.1te:

Ca

=

carballlS-a

t

veronderstellen,

dan wordt

de

I

I

--

-?

5

)

~

b

~80o

c

L::.

~OOo

'

- Aismel t -

C

(

c

..

2C .. \

~

p~

?

-

f

1A/"-t"'-"

3g

cp

=

36

,

'+

kcal/kmolOe ( l i t

1)

en ia bet gemiddelde van de soorte

-Ca 1"J t I '

?

,d,:.:~.:"."., _ _ ~ 1;] I:e. warm es van vas;; en v oeJ..baar carb-amaat.

\ \ C

=

'

C

=

!

8

kcal /kmol. ' _PNlI

P

eo

r

3

2

1:

₁₈₀

0 =

38

-

6

- \.36

-

:

28

)

8

0

x

10-

3

-

~!_~:~!L~2!!

(

= a u.1.t . vgl

0.)

.

Het geTornde earoanaat komt alleen in de vloeistol fase voor en is

. ,in de gasfase gedissocieerd in NB

3

en

e0

2

:

.,;.Dit

is van groot belang

b· .. : de scheiding van het g-evorrilde

ur

~

um

en het niet omgezet te of

)!i.:t."~t.

gestripte c~rbàma~t. _/e

I ' C.

~':eacti0vdrzel;jk1nG (2) i s .::el' vloeistofreactie (~11 i 8 eLdotherm,

jJc'?tt;../

~l

=

-

4

kcal/mol

(lit 1)

.

Deze dehy~ratatie _. tot

ureum

verloop_-t ~ede

-~--~~ .. ,.

l

~k

s~el

~ov

en

l 300C en dan alleen i n de vloeistoffaso.

~e

even

-'i

wi chtsconver.sio b:Jdraagt bij eea ~9_~çll.:i.g.m~~..!..ch m;~gd~l 45-55

.'

s

•

1

. Het da.n niet omgezette car";).::-,:ua.3.t ontleedt g~deeltel~~;~~ in de strip

-pe

r

of

',,'ordt

iÜ6~ carbamaatopJ.ossins gerecü'culaerd. Eet wa.ter dat zodoende met de carha.ma.~t l~C r'::lctor wordt ing'.)voercl beInvloedt de reuctie ongunstig. Jit Y...:l.n [;0 COr:J. :,ens~erè. Ho:cden door ovorm2.at a:n -moniak in do rC3..::tor.

Door het uit de reactor kotlende en in ..:vtamricht verker~nde vloei

-stofmene;scl in 0an stripper t ) l..:iden, hoeft lllc..ar een . .;ering [;(!dael. te van het carbamaat te worden cerecicul eerd. ~E:n 1:II

3

/Co

2:""v3rhoudin

s

van 2. t

5

in de rdactor is dan voldoende Croot. Uit e;{)erimenten vara Kawasumi (lit 2) bl5jkt d." evem'licLtsdruk b;; deze invoerv~rhoudins

lÜn!nt.:l.al. te ûjn t Al ., !';len nu de l;J:;rk -druÏ{ Geltk a.an de r,:vemüchts~iru;: !ciest, 1~û.:'1 een Goed.e tem·~

)er<l.tuur-; ,/ reg~ling van de él.utocla:l.f 'dcr<.bn verjr..rciul'':.. ~'it geldt uit~raard ni et

1

op elk monent en op elke plad.ts , \1ant anders zou er ge()n reactie !:logel:jl-c z~~n •

.ijij een

~n

w

er

~d

ru.

k

v

~n

130 ä.t.:l. i s de evemJi chtstell'l::..'eratuur 1830C. De autoclaaf kan ,>forden bescilou',;cJ. als een ca;scade va:, i deaal be roer-de tankreactoren, die een Joec.~ be~~aderinf; .;eef t var" een :CJropst

room-r~actor • . .Ji t bereikt nen door in de reactor schot t e:. met caten aan te bl'enGer. t die de autoclaaf verdelen i lL kompartirûe:, t en, wa:..èrin een

. goede ...lenging optre eelt, omdê:o.t d,:.: vl.)e.i.sto:':- z.ich met t(l.rael:jl<: [;':cote \

s~elb3id door de gaten }er st .

- - - -

-In .de stripper ,·rordt de ov.erroo',lt l:iJ:3' die in de ureumoploGsin;;

is opgelost grotendeels ceüesar.J,'·èerd. ::;n het na~~vdzig~ c<Arb~un;;\a.t

/'---7'

ontleedt

b~ina

in

z'n .;eteel.î

Ve dissociatie van het carb<uaa.~.t wordt

---

~"''''''2---''' 6

_of

.?

_

~

o

ts

p

Y

x

~3

CO

2

1

2

logP

=

log Ps - 0,2764 -

3

log xy , w~ari~ ? :;:; diasociatiedruk ?s= idem bij NH

3

/C02 . Y ::

molfl'aetie

~1l3

in

x - molfractie

cO

2

in = 2. dampfase ') ( dampf.;;o,..:;e.

J

Wanheer filet CO

2 '>fordt ge5tri pt, :lii<d ~rt de vT~.arde va:_ x tvt 1, dus y J !'ladert tot O. lU.erdo-or wor;';i; de J.iG_:0ci~Ltie ';.r·~k zeer S_'oot en z

o-d00fld~ ontleedt het oari:lam,~<J.t.

In

.plaa.t.s

van

met CO

Z

k3..ll oo~:;: ID.:?t .IU., ':;or den g":8t~·ipt, zoals t 3ch

-nisch wordt to(!.;epast door ShAH-i'l'o.::;ret t i. j,)it is minder ; uüGt1g,

omdat NH

3

?

he den liK}

dat

e

r

in

beter o;:;lost t ·,'1aardoor h::: t ·noodzakeliJk is groter,., hocveel

-t~rug te winnèo.

j

it

nad'H~l .v'}çg~ ni~t OJ..I t~gen het feit, de Btri~)~er een grot-?r pel'centaee oarbamaat zal bntlede~:.

'"

(lit.

3)

.

?

Als men stript met G0

2 wordt

85%

V3.n de ~·iH -voêdin~ di e niet om~~(l

--... . - : . . j 1."" <:>

zet is in ureum via de strip.ler :ils cas ~eru~;gevo}rd n:3.ar de re<.l.ctor

(lit.

·

4)

.

Jeze 85;~ i13 de som van h~c

rm

3

,

dat uit de ureUmOIJlossin[; ge.<lesorbBerd ~4'or\it en var. het ont~(ld:o carbamaat • .uitkomt neer op

-m;L.ni.maa.l /8~ d1.ssociatiE:t "fanne(~r het 0 _'g:losb

IDi

3

voor l ',jO% gede -,: sorb':;::rd ;..rordt. '::0 omdat de wet v.:u:. He::ry i r;. z-=~(er0 lnat8 z;l.l ;eld8n.

I' .

K

I1

is dat niet lOOgeLik. "::6n e.:act·.:

b

,

~r-::k,,;

ni

n.:s

is eGhter lli ..:t r.toc;el:jk cn

7

_ daarom zal onze aanna.;tB, dat het c-..i.rbama,::.t voor 90;6 zal dissoeieren ,

~3~

-:-7'/

-de realitej,t ..ü-eht benaderen. /l.,~.( r( •

De resterende 10,0 van het carbam.J.at ·,:orJt als oIflöSsi·ng zerecil' cu-leerd en z' n oplosbaarheid bepaalt de hoevi;elhaid. ~"at~r. die i n de

, reactor i:iordt terl lll'c;evoerd. l:tj een r t:icirçu1aat temper:.ttuur van 400C

- 0

-==-

_

ltiU1 een druk van één atm. , dient de :ti,: O/l.a- verhoudinG

J,

31;e zJn'

)

;

b\i

a"~n"f)zigbte1d '\Tan een overma'-it i:H

3

(lit. 1). lU.eruit kan de H20/ CO d-vel'hQuding van de reactorvoadinG 'I/orden b0rekend, wa.:.rmee weer ) de eonv-.::rsi.(i)bEaad van CO

2 naar ureum k3.n \"orden bepaald met behulp

van het nQf:3og~am van Cook (lit.

5)

.

I

I

- ---_.---~

Een andere Illo[;el:,jkhaid om h~t niet Olllbezet te

c.trbamaat

te l';'tten

diosociël"en is drultverlaginc. Vanwece die dissociatie in de Sd.S

-fase t vertoont h:Jt P, T- diagram van ca.rbama.at geen tripldpunt. 3u

-blimatie- en sm61tlijn z.;jn viel éld.lli,;eziS, maar de kooklijn tiordt ver -vangen door een

gas

-

vloeistrof

50b

i~d

.

Pt

i

~

_.

.r.3.i;i drukverlaging van de UrCWllO]los- 2.0Q

sing in het exp3.nsievat (rectifi~r)

van 130 tot 2 at:n. zal b.3t naast él - I:fl>

Sc.Q.

kaar bestaan Vä.n gas en vloeistoj;'

niet meer lUO~;eltk zijn. Het carbal'JD.:lt

zal Gaan disclociërent omdat dan de

pro~e$condities buiten het L-G-b~­

bied li~gen, \>/aar alleen het óas

stabi~l id. ~e dissociatie heeft ten

IOC>

.e

I~ _l.oo

G

gevolge, dat cr v:armte aan d~ onlossing ont trokken ;;ordt t die hier

-door afkoelt tot een te!.1peratuur dL: ::tfhankeL)t L, Van de ilo€:ve~l­ heid gedissocieerd carbama,c,t.

.

'

7

lfo

I

I

I

i

II.

HA;:)3AB..l4-\.NS

•

.

--~---~~-~~~~-De produktie i'3 1000 ton per dag t d\ ... z. er is leen rekenin,.: gehou-den met h-:t .... ,atert;eha1.te V,~ll :: 0,3

%

in het eind ;1l'odukt.

ua

invoerverhouding van Iffi3/C02 i s gelijk aan 2 t~ sekozen.

D~ uitgangsstoffen z2jn: gasV'ormig CO

2 van 1 atm. en 20°C en vloeibaar HH3 van. 7 ,!+5;;H;nl en 15°C (uit

clruktanl::) •

Zoals al v2rmeld kan se.steld i'lorLlen, dat 90]~ van h3t ni~·t omgezet-te c'U"bamaa.t in de stripper di.-;;..;ocieert, ter~-;'öl 10·~ als carbamaa t-oplossing in de auto-claaf .... ror.lt teruggevo..!r C:.

De bereltenin,::; vau d,~ nassaba1ans voor stri;>pcr en r:;:l~tor verloopt

als

volgt

.

/ '

;·i6n nee-Dlt een bepaalde conv:.;rsiegraad aan, men \:e e t rtocvi):; l ureum

per :Jeconde ~eproduceerd moet :,:orlen; hiern::e l iegen de mnssastro -men van 1lli3

en

~2 na.al" de r-eactor vast. !,:~t verschi l tUssen de som daarvan en de ureu1IStroom ls d.;;: hoevee1h~üd c:5.r0.:1:11aat t die naar

de stripper stroomt. 10% ~ervan vlordt als op1ossi:n:,' in 'datar na,r

d~ raactQr teruggevoerd, waardoor de H

2 O/C 0 2-v0rhouûin,; van da voe-ding komt vast te l iesan. :'let dGze i~0Gevcns is uit het ~ram

~~_ Co~k de conY'arsiccra.:l.d voor :;02 bepaal d. Door 3.f' . .f,:kinr: V.:ln deze

waarde

met de aan:;enonen converGiecraad i e

ééü

k::::;)r zeit.aree-cd • .;)an

convereiegraad LCO :; 0,53 bij ee!1 l:I

20/C02-verhOudin[; = 0,2.

2

R

.c;

A

'"

\.J T

u

R

I N U I T

Gas 4. .ffhJ' 1-;), .e.." Vloeiatof

Ga

s

V1oei.:;;tof

kmol/s

kg/s

kmo1/s

1I:C/

s

kmol/s

kg/s

mol/s

kg/ö

U 0,193

11,

57./

Ca

o

,17

G

1 5,

71

~ 0,171 1) ,3/ .. v NB

₀

_,

_"6

./7

,5

8

Ü, 1~62

7

t

861/

0,350 5,9'5 0,182 3,1.0 v'

3

...,

CO

2

0,347

'11

15,27

0,1:;9

_-

.é, ,-99

*2°

0,

0

75

1,

3

1"

°

, ::

,

<)

·

'6

J-',-.

,

78

...

totaal.

1;5,73

!cg/s '~5, 73 kó/ s•

('

loJ

T

R

I

p i? S

R

I N

_V

I T

Gas Vloeistof' Gas Vloeistof

kmo1/s

ke/s

)mo1/s

k

G

/s

kmol/s

k

g

/s

kmol/s

ke;/a

U

0

,1

93

11,57

0,193

11,57

Ca

0

,1

71

13,34

,

0,'017 1,3~:J

HE}

0

,

182

5

,1

0

O,!~lj.s

_7,53

0

,

044

0,75

-CO

₂

0

,1

93

3

,

"

9

0

,

3'7

1:1,27

iJ'; (2 0

_/l,t/3

1l.,0

0

,

266

!~,

78

(' -/"1' _,~r;78 ,2-t, ".1 ", ~I,C::O:::> c- o;

totaal

111

,

28

kg/a ,..,;

),

' \ f

7

I

r;

41,2,:'; k!::/s

1'1

d ~

---Exnansie

..

-~

..

-

...

..,

lX;j de expansi~ van de ureulllop1osöillg van 1.30 naar 2 atm. zal ~Gn

gedeelte van h~t opceloQte iiH

3

desorber~n. Bovendien zal .. "ater

i eaan verdam.pen en het carbarnaat enicszins gaan ontleden. Om.dat de

! ~;---_.

afkoeling, die het

gevo1

,;

is van de

expansie

,

snel

geschiedt, lIUlg

''lQrden aangenomen dat slechts ~}:m f)\,~~1e van h3t carbamaat zal

) ~_ (mtl~dan. Dit is g~.:.;teld op 2016.

Deze ontledin3 zal wn.rmt~ a·:l.H de O;iJ.bevinc onttrekken;

th

.

cr

À T

;c:

lh

~

fl.H '"

L

A,./.,.,t(l,.~.ptJ-et~"

1

'f

m p

T

va />Ijli SJi')'} Jrtl. .. ,~11 J (1)

totale masaastroom naar rectl.!ier (18,1+3 kg)

hoeveelheid carbaulén t, dat ontlo',,: dt

~H = warmte nodig voor de ontledinc' V'ln 1 mol carba:na·:3.t

Ol

kcall

" mol)

v := gemiddelde soortelijke vlarmte van de oplossing

p

De' gemiddel de soorte~ijke ·.-.rarmte van de ureumop1osain6' 1.Iordt

be-kcaJ./kg (ti t 6)

kcal/kg

koe.l/k:'; (lit 9)

vai:~ de komponenten :

+

<P

IU;?

C~3

\2) /1 ." / 1/.) " C'/_:: ~­ '11/" . i i ") • '.). I '

Deze waarden ge.,substitue3rd in f~'Tln.ule (2) leveren op

ë

_p ==

0.51

kca1/k

e

·

9

f;

M- i

?

/1 / '

' - . / (

Waarna met behulp va.n f'oruule (1) g..:~vonden "rorelt, dat de temperatuur

~ 11°0

zal

dalen

.

I

\

\

I

Ilo

-~

,;"

?

)

\.

\ ~ ." . ~ -,'J ,

I

,

De t emperatuurdalinc ten ::'~volge van NH

3

-desor ptie en ... aterverdam~

.,ine

is berekend met het vloci.;tof-darnp

evc!1\-ncht

van het ~'Je..t~r­

HH3-syst~ent (ti

t

8)

.

Voor een a~ngenomen temperatuur is de vloeistof- en dampsamenatel~

'ling bepaald. Met deze waarde i s op analoge ",~jze als geschied' is voor de temperatuurdaiing door de çarbai!laatontledinc;, de afkoeling van de oplossing berokend.

De \'1aterdam,~s,i')annins van een ureumoplossing i s bepaald als fUhctie

van de ureumconcentratie (lit 1); deze is lu~er dan di e van het

NH

3

-water systeem, i,;emeten b:j oenzel.1\le t')lU:):~r'::l.tuur. ~n hetz.elt'de

O"'el dt voor d.e n-artiaals::Jan., ninrr b van NII

3

• Verondersteld ;nai:" Q dan Q.ok

\>lorden dat voor ee,n tamalj~k r;oco!'lc,:;ntreer J0 ureu;noplos.sing

(60-'10%),

de t emperatuur minimaal lO-15° hoger moet zijn dan vo~r het hH

3-wa.ter

3ysteeru om dezelfde da.mpdruk te vdrkr~;gen.

10

H

ek~nin

3

houdend

met

boven:3taande correctiû, vindt men voor de tent-

?

2~:~~~

_!

~~

_:!~

...

~~~~~~~

~

_:!~_~~~~:;~~~

__

!!2~S.

eohter ",el na it;;:ratie.

. ---~----.... .~ Deze temperatuur berekend voor expanaie, geL:t 00:: voor de top van

de rectificat iekolem. ~alr beneden gaande zal de ten~er~tuur dalen

om geheel onderaan ~(U ",aarde b,~reiken, die ssl ',jk i,:; aan die voor àe

t em,pdratau.r in ue 3e~arator.

Je t.em")eratuur L"1 de .=,e i:)arator is v,'j,stg c .::;teld 0 ,) l_._';C_o_(_~_. In theod.e

---~---~---~---m.oet b.i,) deze tempcr':'l.tuu1" al he~ ca1"baruaat ontleed z',~n, '~Ii1nt de l)a

r-t iaaldruk van c'::.rt·J.;n..lat 0:'':; 145°'''; l igt rond 40 at;.a_{. ...,...} . (lit

7).

boven

-di~n moet bi; het ~~H~-'t1C",ter systeem al he t ~iH_. i n de

" ; ; ::.>

. " b" t t L"'o;.:·."<1" drl, 1,',' 1 .·',I,:O\J' (lit ~).

z~g zlJn .',:: een em~)era uur ':.::- _ _, _ v van de ideal i tei t is het mogol ijk d.:.;;,t rest::mtell

;m

3

en c<:~:..~bar.1àat i n de vl oeistof, die de separator varla:it, achtorbL,'ven. Deze hoeveel

-J

heden z,in aangeno;nen.

':"e moei.l::~khcid ';):,,' de uerekeni ng va.n 0.0 massai:J<:..lans VUl.1. d.e r,~ctifier

~

. en de separator is

die via.

ue

S~sfane

\

galegcn in de b.~.:?alini:,: vau de h00ve,Jlheid water t

vJordt afccyoerd.

De hoeveelheid ~Jaterda.mp, die ui t de rect ifier ;'lOr'.t af~eV'oerd, is

bepaald door de tem~orat~ur, die teerot in de top va.n d~ roctific

a.-. tiel:;:olom. net ur~ullJehalte van d~ oplol:>sin.::; 1 ... onz:~'veer :~5 ,:;c

'.dçhts-procent. V'ol gena lit, 1 is clan de ',lat.3rdam)s;:~an.nin,; bij een temperatuur

o van

110

C

0,7

3

atm.

'I'otaaldruk P ;;:; PCO + P rT"

=

2 éltm. 2 r...t1

3

0,7

5

atm

.,

dus

P

eu

+ 2 P,,,;;

....

.

_-' ,

Hoeveelheid NH,-gas - 0,070 kmolts on

CO

2

-

b

a

s

-

0,015 k:~ol/s

>

~) "ÛH;; p .

c

o",

_c:

Hieruit volgen de ,partiaaldrukkcn voor all e 3<lBSen:

= 0,22 a.t rJ. :; 1,0' atm.

=

°'0

_{0, 1}70 ₅

Jus

₌

~

0

,

75

hL~ruit volGt d<;

_---

hOé:v0elh

_-

::

_---~~

id \,.kterdatl'!

u

~;H3 0°2 Il::;.0 totaa~

I

N

U I T

VloeiGtof

kmo1/s

k

;

/3

0

,

19

5

0

,

C

17

0,04'~ 11, /1 1,33 'J'1oeLitoJ l~G.ol/' J

e,1

)3

0

,

':

1

3

0,01"; C. ") ' i ' l , ,_.J :I 1l.. , " ~) -,.. / I, .,:.- j Gas kl'!101/s

°

"'0'1') t \,.1 I O,Of.:'( 0, J0 0,16 0,4)

1,

2:>

~ ,"L -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ---1 _ _ _ _ _ -'--_ _ _ _ ...!-_ _ _ _ _ _ _ _ _ --l ~i '" C T I I .:.~ en .:) A

:ct

i ...

"

r

0 ~{ .t:. ~' "

_""

"

I ~ U I T Vloeistof 'i1oei atot GaB

kmol/s

kC/s

:<:.

mol/s

k,~/S kmo1/s k[Js

U 0,193 11,'57 0,1)3 11, ;'7

Ca

0,017 1,33 0,002 0 , ~ j~1 ,:~ _{0, Qlt'! O,T;}

O,O

Ch

_0,07

C

,

0

70

v

1,1

9

... . J..i.7. -'

-"0 0,O13

0

,

:>6

'" 2 .; J~20 0,256 ',,78 0,21';:-

J

,

," ; ' 0,051 0, )2 .j IU twtaal _{, /}

f

J

,I

j 1'),00

2,77

, ) 1.", .,

Û8sorber

J •. '\ ~: ,f- ,

11

J)e vloeistof t die d:) ,7,e.:c'.s.rator vcr11:::.at b,,)vat 7t,;:' ur,ö·urn, 011 \\for {;t

daar-

./-na v(~rder iU(';8dam:'lt. :i:iern::l. ':rûr(lt de danp G'.o condens<.:er c:" v~rvo1g0ns

-r-"'-_-voorGe~~rmd door de aflo}end0 vloei stof ~n naar

de

~e~orb~r ~cvoerd,

rJ

,"/a..:.~' de re.:.ött:rotde JfH

3

en ::;02 \"'orden~~·e[;t~'i)t. Cm de Gtri :)ger te k un-ne:. oJ~..:'e!::enel1, Hordt b'30tr;ld, dat al "het 'dd.-t:;r val: de :.H'0um0:::l oósin.::;,

die de S€parator vcr1aat,naar de ci.esvrb;)r wordt .;el:::i:.!. "at in feit~ onLlOge1:jk i s.

De berek~ninl_; V..ln d;} d0Gorbar is./eer uitgevoerd met b .:hulp van de

evenwichtsgegevens van het water-a:~onid~ 3ysteem

(lit

8

)

.

Het voeding"'/ater van d·~ de30rbc:r bevat Jlechts

3%

NH-.• Wil de atrip

-wr.~ /'" )

per e~zins rendabeJ.Y; a~n

z

ou

(;i.3';~nlijk al het 3J!llllon1alc

gedesor-( beerd moeten 'l'iord2n. Je

atlo::?cnde

vloeistof

zal

dU3

v:,:

':j

van

NH

3

moe

-ten zij!i. Uit (lit 8) bl:.jkt d3.t 'o'j 1 a.tm. dit bijna llet E':)val is bij een

t'

temperatuur

va08°C

d8 ge,licht . .:;.f;cac tie v.::.n ~':H3 in

de

oplossin

g

be

-t

t,

·

\l/·~./ dra'-'.gt dan O,Ol j.(m i n de damp 0,19. ,31j een bekcnri.~ invO;tr i:.o hioruit

te bar~kencE, dat 75;~ van het !:H?, de;;;;orb:.!ert.

!1en kan been temperatuur V.>..n

100°

,

:;

ki.ez~n,

olild.;.t ..la::-. teveel water

-I

d.amp naar de caxbamaatcond.::nsûr l'ior~t :...fgc '/02['(:. !)a ;.rdoor ;çomt '.-leer

12

t eYljel wa:e..:' in d2 :~utovld.a.f rikt . ..tl., 6:::vo1~ e·:;n l ..i;3:·:r'J cOllv ,r...;iei;rüiJ.d.

" (; R B ~ ~) '.' ~_.J ...:>

....

..

I N fT ei I '~ Vloeicltof 'llo(}Î03tcf 'Jas

kr!lol/s k:~/s ::roo1/s 1~g,/S

kmol/s

k[';/s

H')O

'-0,215

3,·86

0

,

194

3,!.t-8

0

,0

21

0

,

33

CO 2

0

,

002

0

,

088

0,OC2

0

,083

:;H 3

0

,

00

8

0,15

6

0,002

0,034-

0,005

0

,10

2

totaal ~

,08

1₊ " t

514

0

,

:)70

~!!~~~!:

:

!!~l~!!_:~!!~!!!~~!:

In de carbamaat-recycle c0!1den,30r IAorden de gassen, afkorn:>ti_ó van

de rect1îicr ,u de clesorber gecondenseerd. De gevo:cmd...; oplo{isin~-,

wortit vervoleens teruggevoerd n~ar de reactor.

,-.

_o

_{'N D}

E .i S

°

n

v

I N

U

I

T

Gas van rectifier Ga.s van desorber Vloaistof

kmol/s

kg/s

kmol/s

kg/s klllOl/s

kg/s

Ca

0

,

017

1

,

33

C0 2

0

,

015

0,66

0,002

0,.088

NH

3

0

,

070

1

,

1

')

0,006

0

,102

0,042

0

,

71

H 2Û

0

,

051

0

,

92

0,021

0

,38

0)

,07

;

1,31

, , / d~

tie.it

0

,

001

'1'0 taal

2

,

77

0

,57

5

,308

(/ IJ 7

/

.

-_

... .,

'.

Bij de berekening van de massabalans van de reactor

i

oS

uitgesaan van een H

20/C02- v0rhouding van 0,2. en de i nyo"r was 0,073 kIllOl \ .... at·:?r.

i~a doorrekenins bli.jkt d-J.t aan de.;ondansor t en dus aan de r eactory

o

t ~72 klnol i'lat er wqrclt. toes~voerd. Deze hoeveelheid kan ge~uppleerd vlorden, \ .. at o.a. te zien is i n h=t floiIGheet van Continental ..:.,nge

-neering van het Staatsnn..;nE:;)n ureum-.:3t j:i ;;prooes .

l I l . darmtebalans.

--~---.---~---.0.

enthalpièën, nodi[; voor de 'darmteoaLw3, ""ijn berelc:n : t:~n o~)zich­

te van ZOOC en

~

atm. Voor NH, aa CO

2

(~la

Gus) zijn de

enth31)ie~n

b~ald

met behuli> van l i t . 9,

t

v

r

"I

~jl

voor "lo<,;i .stofit::ln ö.:1dt :

~

.

Ö

H=

C A T

p,

.L

~!~!!~~~

Vornq.ngs,oJarmte V..in carba!ll.aat _LlII

=

_{-31 kca.l/mol (zie} ol'l~ _{5 )}

11 )

.Ab~or?tiawarmteNH3

in

w~ter

2/f

' C

=

0,520 kcal/kg (lit 1)

= 2, Y;L:cal/mol (lit IC)

14

. I 'p .

k-1~1

r

C ti = 0

~

!~6

~cä..l/kC

(lit

6)

-y-

PCa '

ffk

ukl:

CPu 0::;1,00 kcal./kg

?

_,

(~

\

r,~ ~

I

J

I C 2:; 0,3 k.cal/kg (lit IC) I , .P~m3 Bierbij io NH

3

opgelost in

Hater

.

De warmtepr"oduktie in du rea.ctor i s he t va~ de lorudng van e~rbamaat en di.! dehyJrat~tie var. c~rO:::'IUi.l.at tot urt>Uil

,armte9roduktie door vorming >i)~

-0,547

x

31. x. I \,0-' '5 - -l'J750 !cc.:il/s

\

\

van ureu;u:

4

x

1

(,3

=

₇₇

2 kcal/_.:.:.'-_.i./_~, rh

_,

_:/-

-

warmte,:;,troom)

")" ic~'-:':> l ( W',; 'j' In?Oerstromen; ----~

...

_-~---.6.H ;;;-5,120 ;ccal/l~mol ==

935

0

,t =

797

'1 If 1"0 0 " 2 ' 180

H~6,9

: I H 20 ... 1 ;:;

)750

kcaljkmol

8550

11

=

13

0

0

_"

c

.

~arbamaatre~yyle. /' .,.I ~ (;' ()" ... ",? " , ~ V "j' ),' .../j

/1--

Ir/

/

"""

~f;) " '"' .-.. --- --" .-.-. _.-.. ~ .,--.

-

,.,.~ ...

De

recycle is een Yloe~stofoplo3sin0:

(h

.

'"

fh

ë

Ä T

,H

,:~

a.

... · i n : ; -- 0,75 kcal/Kb.

T

;;

T

m

P_L _ :)L ='-=~ __ . <--... _ .• ~;;.:;.;.<;':::'-... ji / -; I /</i.ö .J ... :/ fl{; ,

.-I

!

,

7

16

d

.

_.

Ureu~oplossins:

-,-.-"

A\

-J

et

\.

ë

o

t:.

'f +

rk

Lll i~; ë\.J m"_ 1)_ , I mC 'snelt . . . , \ ; .I,. L a ''':'~

,----'

+

rI)

.6H

+~

b i! _ , / lll_ Sûhüt

I

m:1H

·

oplo

s\i

.

u -".._ .•

3

J

"

(lit 1) ( I! ) G ::: 0,52 ::cal/ke

PL

1< ~

_'"

.A

C

~ c .\ I n v 0 e r A f v 0 e r

Gas

Vloeistof Vlv.;i"jtof

J

kca.l./s

kl'l ke,:.il/s ki-/ kcal/s 'k'rT

Urewnopl. 3916 l 6l:08 Car bamaa t 0

p

1.

•

~ * ,2 21

_'-16

0 {' Ir

3

355,0 1L

_r8

₉

_v

_-1

_9u

_l

_-

_3.5

₁

_'1

:,~- Vil

CO

2

1'5

1

,

6

1

8'9c'2

v l'ot:ila1 .. 4'/26

164

03

'i-/.~ _! :eroduktie:

4

1

808

kj

2

1

,

:

'

,

:

N~~

M

-:2:c; D lil ""

De netto-':larmte;;>roè.uktie 20")74 k;J v/ordt afoS,:voerd via de earbamaat-condensor. Daarvoor moet 20ó74j

1

29

,

9

=

0,159 kool c~rbamaat ~econ­

denseerd \ .. orden • .Bij een t em.)era.tuur van 180°C en een druk van 130

t'Î

atiJl. is de

;:-m

3

/C02 -verhoudinc in de gasf:'lse

\ van de condensor

wo

i

dt

dus 0,159 kmol CO~

en

;' , J /

I

Ir. i •• , f f> 71

2

,

2

(lit 2).

V

i

a

de

top 0,350 knol NH, afge-A ~,'I

.3

vo

e

r

d

.

(/ I ~I F{ , 9 ';< Iv l! .'

1'

'''

,

U .. t)_~·:, .). . . - - " - I , - ,

Ir

-

I /- , i.\ l .. t-:;l ~'/ ,t i~'~( . J} ,r : .L :!2{~k.~",(

C

on

dens

or.

---

...

l~-Je afgevoerde warmte in

d

e

!

con

dens

or

\'JOrdt gebruikt voor de opwek ..

kine; van lage-druk stoom. Het ~uppletieVJater moet wor.l-!n opgewarmd van 20°C

tot

140°C, de dam~druk van de stooe i s dan 3,5

atm

.

20674-

cp

in Ä 'r :::

t

!'.ll

r_n 0 l ltOOc

st

oo

e

stoom

2

r _{H 0 140}0_{C= 2220 kJ}

2

Hierui t kan b~rekend • ... or.:l::m

dat

door de

af

ge

vo

e

rde

warmte _Z~2§)f~

stoom

?

er

seconde

~orJt g0~roduceerd.

IV I ~/

,

'..0' -.. , -, '- I

t-.

?

~; ,"

-tv' I J /r,.'l.~

It

I j_~ ___ . ~-_

..

, - '

If':~erstrom~n.

a. Gasvormig CO

2

van

180

0

c

en 130 atm.

De

temperatuur.

waarmee CO, de

rea~tor binne~~omt

is

b~rekend

....

met

behulp

van

grafieken (lit 11) ; als

de ingang.:lte.llllJeratuur

en

de drukverhoudine; oe;';:end z:,.:n, -~al1 :nen om tot e<'!n druk van 130 atm te komen het aantal tr<:l.p!)en en de uitsan;:;stemperatuur be.palen. .aij

gebru

ik

van

een

vier-tra[ls

-compressor

met een druk -verhouding voor elke trai' van 3,rl- : 1, is de uitgangstempera-tuur

juist l800c

als

h~t

zas

~et

20°C

en 1

atm

.

de

reactor

binnenkomt

.

ni

80

30

:;

9560

kcal/kmol

(1i

t

j) H 20

_82.2

0

ft 1

=

.6H =

1010

IJ _{X 0) !}

_a

_'3.

_xV

_,'?

/qr l F • BIJ'> I : . I , .• x' (. , {'

-b.

Ureumoplossing

uit de autoclaaf.

Zie

voor

berekening r~actor-darmteba1ans.

Afvoerstromen

.

---

..

--

...

-

...

---c.

Ureumoplossin-g

naar

het

expi:1nsievat.

17

'

l'en

opzichte .van de

bere

::

enin

g

van

de \iQ,r:r!teoalans voor de

ure

-umoploaaing,

komende uit

d.e

reactor,

z~:n

alleen

de

massastromen

{(;.e

ZG'Irijzigd en de berekening is

v;!rd

l~r

analooc. ( ,leer met

ë

.

::

Ot52>

.

J/u

d. Gasstroom naar de autoclaaf. OL / 1 / .

. l· ~.~~~~~ ...

Zie

voor

berek.!ning reactory.[arrntebalans. /-r-d~

Ureumopl. ~m3

CO

totaal , ,) !j1~ (.v-.J . ,.(J.

-9

.

1 n v 0 e r A f v 0 e r 4---~---4

Gas

Vloeistof

Gas

Y

loëi

stof

kcal/a

kiJ kcal/s k','! !

kcal/8

k\-J kcal/s kvl

3916

164

08

.;199 j214

>-355

195

I

4

51

,6

1722

12595

2.1 .... tl Î /~.;I.l

"..:

(

g{r

,

..

'~ , .. ~

I~ de stripper is warmte nodig voot:

-

a.

.

De ontledinG van

caroama.at

-

.

1'6

AH

=

31 kcal/mol, da ' .... armt e st room i.3 d3.11

4

\

..

= 0,154 x 31 x 10

3

=

''''770

kcal/s. b. De de.sorptie van HH3 •

.6.H ::;

2,39

kcal/mol, da:1

rt\

,=

0,158 x 2,39 x 10

3

= 330 kcal/s ...

I

~.

Totaal nodig 5100 kcal/s -;;

_{-_}

21369 k

_..

_{_---}

;;

De netto 1fJarmte behoefte in de stripp~r is 21369 - 45':;1

=

_!§Z.~~_~~!­ In de warJ:1tebehoafte wordt v<;>or::,ien door verliarcû.ng :u~t atoom van 22

atm

.

t

die

een

verdampingswarmte,

heeft

van

1924

k~J.

lS?

'

s

3

De benodigde hoeveelheid ~toom is dan l ' i

=

8.70

k~!s.

92" '-'

REC'l'IFIJ:!;R en SEPARÀ'l'OR

----

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

a. Ureumoplossine t komend V':1.:1 de:! strip-:Jer. J.';ie voor bere:~e'niilg .stri?:Jer- .':,rm~cb.),1anG.

Afvot:rstromen.

----

..

--..,

...

_----b. Gasmengsel van ta~, CO~ en water boven uit de rectifiar .

li00;J

L-H 1,g3

atm.=1013? kcal/k~ol

20

~3~O H 1 atl!!. = '7../

---

(

"?

('

"

.6. H :::

787

'I 1100 '-., CO 2 : H 0,22 :::

9290

kcaljk.u:lol H 20 0

3550

1

'"

:1 ~ H

740

X

~/rJ/ t" :;:

Ij

H

20 : Uj.t een B-3-diagr,:,m is gevonden, .bt bH =

61'+

kca1/ks (1it 12).,

c. Ureumoplossing, komend uit de se)arator.

tlt!

'

~

O;9

_{t ;}

S1J~

Zie voor berekening reactor-warmteba1ans.

R .:. "

·

r

T _{}' I}

~ R .3

.s

'1.) _{.:1. 1\ A T 0} l~ _,

v ....

-I n v 0 e r A f v c e r

Vloeistof Gas Vloeistof

kcal/s

kW

koal/s k_,. l _{kcal/s kV!}

Ureumop19ssing

2199

)2g,

ff

'Î

1:594

6679

-j:;H_

r

l~O

_X

1hS

:; CO 2

'

11

4

"

jJ

7

1

563

b jj-~; I ' <-< ,,' H..,O

2

.5

59

.' - "'-Totaal 32].1+ 9252 " "'.

In de separator is \<laro.te, nodig voor:

a. De ontledincr van cRrbamaat •

.t:l

H

;:

.

3

1

kcal/ mol,

de

warmt

e

hoevae111eid

is

dan

~

w;

0,0115 x 31 x

10

3

;:

357 kcal/sa

b. De d~8or}t1e van NH}O bH ::

2.39

kcal/mol :~\tl=

'l'otaal nodig

385

,

7

kcal/ü

~

0,012

x

2

,

3

9

x

10

;

=

1

_----

S17

_..

k

_-.

~'io

28

,

7

kcal/s

De netto 'vlarmtebehoefte in de rectit'ier en de sepa.rator is

1617

+

28

=

!§22_~~~

De separator werkt b;.J l/fOoe, de Il;>lossini; moet dus v0x·'·,:armd worden

met stoom van 22 atm. je verdampine:.'3warmte of b0ter ~ondensatie'darm­

te is

459

kcal/k~ :0 192:1. kJ/kSo

lJe benodigde hoeveelheid stoom is dan

î~~~

=

0,8.5 !eg .::;t OOlll }?er sec.

De inkomende v1oeiatof wordt eerot met d~ ui tl-;:omende v1oeiatof uit

de desorber voorve,rwarmd Véln

z

e

o

tot 75CiC, :d.arb',~ d:.m de <'ûlo:::'Jimde

vlo-eisto! afkoelt van

98°

tot l~Oc'C. ~t i ,s ber akend vol~~enl3 de for-·

mule

4>

w=

eh

ë

..,Al·

l

=

ti

En

ë

.

.

.ó.TZ ' wë .. ,:crin

ë~=

+ 1 kCJ.I/kg.

.

T

~

"

T

2 .L.J .t"

Invoerstrooo.

a

.

Gerekend :-la de Harmte\'iissela.:.U' is d~ ·;;al'mteir.l..uud ~

~

=

eb

~

AT

=

1 X !!-,lO k ( 70 - 2,0)::: 205 kcal/s. ··

T

H

T

m

9

At'voer stroom

b. Gerakend

v66r

de ,;armte:·:isoela.:;:r, wanneer de; yloeiGtof dus nog

een temperatuur heeft van 9,g9C, is H ~ 2','5,) kcal/s.

e. Gas, da.t ont\,Jij.kt U!l.a.r c~rba;'1iJ.at cê)Od\~nsor °

Je partiaa1druk~(en verhoud~n zich als de molaire hOdv'3cllheden,

bij een tota3.1druk va.n 1 atm.:

De

warmteinhoud blj 'j8°C : H

9ao :

10,0(, kcal/mol 0.2 20° H 1 ó.H :; =

-2a~2

O

,

{)5

H 20° 1

"

tI :::

6

10

_ltcal/kgo

0

,

7

2

atm.

0

,

07

ff H

98

°

9,20 kculjmol

0,07

:;;. li 20°

8

₁

55

11 1 ::: i t.H : ;

0

,

65

"

19

"

.

I' D E S

0

R B E R I

n

v 0 e r U .i t v 0 e r f -Vloeistof Gad

-kcal/s

kW

kc,D./s k' ., Waterol)l.

205

859

t ";,:H

- 3

3,9

1 t; '-'.'" -'"

CO

Z

1.3

~5,

5

n

0

2

197,

6

327,9

'.2otaal -- "

-a5§--In de desorber is \Jarmte nodit~ voor; a. De ont1cdinLl.' Var: c;..t:cb1i::ia;2t.

t

w

c

₀

_,00

₂

_X

₃₁

_X

₁₀

3

=

4

,

8

_kca1/s

b.

De

desorptie

van

~H7. J th - O,O()2 x 2,.39 x 10

3

=

:;2 kcal/a } ~'i-'

rotaa1 nodig

67

!rc,-:il/ s =

_---

281

'dv

.

Vloeistof

kca1/s

1 _{Á f}',₄ '

275,

:

5

1153

2005

.Je netto lIa.riJltQbehoeÏte in de desorber i.3 281 + lll.t.~ ;:; 1425

_

_...

_

_...

k-~I.

Gm

deze warmta

te

suy;1~ren

kan men

stoOu Vdn

3,5

atm

.

en

140°C

ge

-bru.iken, di) v'::rà",mp.inc,s\ièu:mt e i s 2194 kJ!kg.

_

~4~?

_OJr is dan 1 ;;: 0

'

35

ko' stoom .Dar èt:conde . t+ ' Q

C_c .. RB:1.;:"::"_\l.\;OlW.::.~'; J~ ~~

----~---I

nvoerstro>!le

n

a. C}as, ko.:nend vauaî rectiÏi0r. ~ic b0reker~in:E 3.1déhr.

b. "as, komend v3.naÎ QG.:;;orb~r. ~ie b9re~.ce!lin; aldaar.

Af'voerstroom.

---

----c. CarbaamatoploazjinG naar d~ ëtutoelaaf. ':';ia berel;:ening a1daiJ.r.

."' _!I.

_1:

_{13 .1. H A}

,.

_{T C I,) H ~ ..:.}

_a

::.) ü R v I n v 0 e r U i

t

v 0 e r

Gas

J'loeistof

kC

9.

1/s

' .:t::

.,

~: ..

_kC3.1/s

_k.i C::l.rbamiJ.1.l.to)l. • ". 5("... : \

.

,., - 210 Lh

3

43

,

9

134,3

G0

2

12,3

51,5

h 0 2

760,6

:a87

... '0 taal Y"23 ;210

20

, ' ... , '. ,

-I n

de

cond::nsor

kom

t

\J3.rmt~ vr\;;

a. De condt.3!ls.:1tie van c·~rbam3.:J.t.

eh

_Tl;

=

0

,

0

17

x

)

1

x

1

03 ;:: 527 k

c

a1;s

b. De

aoso

r

p

ti

e

vun

NH

3

.

o/

w

=

0,042

x

2,)9

~c

10

3

-

.

1'otaal l~omt vrjj

62.7

kC.il /G :r 100 kcal/s

2

_-.--

.

>27

k:-_'

.

...

_---Via een koeler moet ;>-:15 + 2627 ;:: 2~:2_~~ worden afGZ!vo3r :i.

I

IV. Ber~lcenin'!' ,~:l )aratuur.

---~---.---~--

-Na een ve.cbl ijîtijd van on,;eve?I: 2L minuten in de reactor is het \

eve,mdcht inGetreden (lit 1). In de ra<-lctor bevindt zich dan t al~\

de oassastroom 37,77 kg/s is, 20 x 60 _,

3,~

,

77

.' 3),3 x 103 kg. \

(

9

mtot

.

~

t c0

2+

~

.IlIä

./

,

/

~

H

c.

)

Ü

==

0,

5;i~

+ 0,910 +

0

,

0'13

()Jr'). • k::101....i. ... / .3. ).

;

i

I liet

sooFte1

~ik

se',licht van de oploscin,"; i13

:~e..;

tel

d

0';1

1200

'

kg/m.

3

,

/

',', (soortelijk

i:;':

~\'!icht

ureum::.: 1340 kg/m3). -"""""4.,_=, *"

1",3

Ret volulIle van de reaetorid1Oud =

39,1

x " . , == 33 m3.

1,

2

x

10

t

,

Bij een i m,Jendi,::;e diameter van 1 , Ij 5 m::tcr is

d~

:l.Utoclaaf gevu.ld

tot een hooJSte van 20 ruet0r. "".1':-VOO1' de afvoer van de t'a.ssen naar

dan is (te totale l~)'l..:;te v ... n d" re~ctor ('~l,j ;.1'3'Cer.

De di~t0 van tb ',;an,l is mini;(lûa1 10 :;])1. , ber <Jkeml ,net Ile fOl-mule

d ==

~

,

t

uaaro!..l

de 11élt2riac:..l.s:pJ.n:1iüi: (J = 1000. Het i n rt:kening

brel1~en Vê..l1 het cit:~n ge,Ji~ht en de lnhvud V.ln dJ raactor :seeft J'loq

ecn a<.-.n",ienl:jkc) t oesla;:; op d0 di.l;:t·;;) vad de \ol.:,nd.

STRIP?ER

...

..

---Voor een goede warmteoverdracht tU5se.: de cond~n$erende stoom en de ureumo~lo5sing t waaru.it het ammoniak wordt eedesorbeerd en het

carbamaat ontleedt, dient de vloeistvf als een film langs de

bin-nemvand van de uit'wendig varhitte p;j'~)en te worden e-etransporteerd. De koolstofd.ioxyde wJrJ.t in tegen.::.;troom doer de pij?en geleid. wa·J.r

-b.'j de gassnelh,üd a.':\n een r.laximulIl geconden is. Bi,j uie snelheid zal

23

namelijk de vloeistof dez.:lfde richtirl:::; ollgei3tu'H'd .v0r;;'er_, zodat

niet

al~e

vloeistof de p:jnen aaa de

ond.erz~i

d

;;

~

v0rl.::lten • ..ieze

~

'

f·

·

~

---

h

.

J

tl

"

,.

f

'1

X

snelheid bedraagt :5 tot 7 meter l,er S8C. ( l i t \1 ). ~'-...

_-Wanneer zich in d~ p;jp een stationair~ ctromin:;l5toestand heeft

in-gesteld, m00t de som van de :~rachte!"., die ',;,orken 0 0 een klein

elementje vun?en ;)"~p sel'jlc z'."n aan nul. Eet gewicht v-:.tn de

vloei-~tot en het gas over ecn lent:te dl t ::;:.n~8 ten in de ricl:tin~,: van de

as van de p~jp, tloet gelijk z.i.;n aan de

_....

som

_---"--*'"

var:

_{_}

_....

_{"'. '-_. ,._.}

de krachten va~. de

+."-" - < •

schtdfs~)anniugen va.n het gas op de vloeistof t van de vloeistof

op de wand verilleerderd met het

proJu%t

van de drukval over de

lenG-te dl ell het oppervl;"..i{ van de door.:mec::..e: van Je ?~j? .)i t levert de

1 d ! 1 ( l

·t

13) {fr r\}; vo gan e ormu e op ~ ; Vt d~) _2rm 2

7:

(

P

e;

) r

-

m

(

p

,0-

-

P

L

) ( ::;

-

- -

-

_A 0

dl

2 2r

'"

waarin m

_'"

dikte va.n d~ film

₌

10-) lll;)ter

=

drukgradiënt van h0t::;as over do buis, die een functie is van de filmdikte en het

]eynolds

c

etal

(

Re ) van het

gas.

b

₌

schuifs?Snning 3an de ',land

0

°aO~~

r

=

straal

van de bu.i.s

₌

meter.

2

f

g

=

dichtheid vitn het gas

3

P

L

=

dichtheid van d~

vloeistof

=

1?00 k~;/m

~

"

~

<

~

,)

=

1/.. Voor het a~ntal pi,;pen 'dordt 500 p;e~oz(;n. \'UJ.; k".~

.

-... .

..---'-:i3erekeniM:"

...

__

.

wordt

P

g

bepa<u.::l :&:

0

,

347

kmol/s

voor

he:

gas dut de 6trip~er v~rlaat.

:::~ Ot446 11 , waaruit volgt dat

56

,

3

_dtm.

7

'7 ')

.J ,,

-en

dan

wo~dt

7-200

t :';

dm':>

z

het tot~le volu~e is

d

an

574

dm/

Id

.

p.

44 x

0,3~7 +

17

x 0

,

446

ilan wordt

C

=

-

6,37 4

-

( 1 )

Door trial

and

error i'lloet de filmdikte en de daarb:j behorende

vloei~tofsnelhaid bepaald worden.

3tel

m

=

1 n:un

9

rd T

i s vloeistof stroom, komend vanuit

d~

reactor =

32,8

kg/s '

.lJ

3

.

rh

P

_L

=

1200

ks/m , dC:l.n:1.s

I

V

=

27;5

dm

3

;s.

L

rh

is gasstroom, die

b

oven

uit

de

strilJper kOltit

=

)'l!la

22,.'3 'kg/s

P

a

De bov

e

nataand

e st

rom

en

z~n v~rdseld

ov

e

r

500

9tpen, wa~rdoor

voor 1

p

,

~p

geldt

9

v

L

=

:J

,O

_;(~f

)

x

1

0

~3

~3

/

:3

\\

~

Va=

0,7'

:8

x

10-

Jl1

/s •

Verder

i

s

de il11liendige

omt

re

k 0,11

9

:'1,

het

d,.,rars oppervlao::

=

~

\

1,133

x

1

0

-

3

rn

2

en

de dil\:t,=

v

a

n

de filmlaas

m

=

10-

3mGter

.

Hieruit

volgt

voor

het

~ppe-;vî;k

-

;

-

~-

'

d0

fi

lm 0,013

Je 10-

3

an dus

voor

het

oppervl

ak

,

besc

h

ikbaar voor

de

ea

sdoorvoer

1,020 x

10-

3 m

2

•

De VIOel.t·stofsnelboid Y

_L

volst dan

uit de

vOlg8nde~to;mUle;

V

=

vL x m x omtrekl -.

=

O,05

L {) x 10-'- m /s

L ~JP

v_L =

~l.~§§_~L:

Z

o

ook voor

de

g

assnelh

e

id

va:

eh

-

v

x

o

p

"Oervlak

=

0

,

7

1

+3

x

10-

)

m

3

Is

rVa

-

G

~

ga

sdoorvo

a

r

va

'"

~l.Z~2_~i~

2

m

,

24

2

"t""o wordt berc!.:end ',let de formule -r-o -

r.i

p

V

L ' waarin f een functie van bet ~eynoldssetal is.

4

r-(Re) L =

1

L ' waa11

in

r

.:;

vloeist ofmassasnclheid in kgf tll. S ::;

0

,5

52

ftg/P.l.

s

De viscositeit n .,. worat bij dt: in de stripper heersende omstandig

:-"I...,

-4

heden gesteld op

5

x 10 •

Hieruit vol.gt

--

(~;

-

)

.

:;: l~l{

ló

en da!1 bl.:kt uit grafie;cen (lit lIt) t

,L

dat voor gladde p5jpen L~f = 0,04.

T levert o

De

ze

waarden cesubstitueerd in

de

formule voor b

=

1,31

rVm

2

o --- . ( 2 )

.B " ere. '\:e~n. ;, -d.?

_ _ _ _ _ _ _ _ _ ó6

d

t

Voor de buis geldt

v,.. •

2

u

Om

f

te

(Re)G

=

bepalen, P G TG D

~G

dienen

we

ook

hier het Reyno1dsget~1 ta kennen. , waarin 1'1(,."'"

:!:

:5

x

10-)

'"

53800

.

(Re)t:!

u Ui t 1i t. 1 /+ bl:~kt d1.n dJ.t /ff = G, D21+, ter,,,"~jl v

_G

::;

0,735

mis en J::;

0,0

3

3

m.

"

u

deze

\l1aarden 3ub3tituer~nd inde formule, levert

_,

_.

(

3

)

N

.

B

.

M

et behulp

T~n de laatst Jevonden f-waarde

ka

n

een schuif-spar_ning tU.5sen het omhoog stro:;].enda óas en ,la vloeistof

2 ;>

worden bereltend, weer Tol.;ens Ti ::; f.

i

f

G

v

G

=

0

,

099

,N

!m-.

liierb

jj

i:,; b.\j de bepaling van f a~n6er.lomen d.3.t de scheidin(;;s-wand tussen vloeistof en gas glad ib.

Uit de berekening blJjkt t dat

r

1 ~ boen dus verwaarloosd

mag worden. _ I IJ

"/

\l

ct,y .• v~ '1... ... 0 , Q..c~ ~·{~":'f ~!

f

De

berekende 6egeTens

vol

g

ens

(1)

t (2) en (3) worden e;eaubstitu-eerd in formule ( A ) van de kra.c.li;en!)al sl.n.;;, maar levert nog niet links en rechts dez81fde 1l,·aarde.

J,a iteratie blUkt d:è..t een filrndikte yan 0, B mm een goede ov~rc.en­

komst geeft. De h1çrb~j behorer ... de vloci:3tofs.:lelheid bedr:"v.:·.gt dan v L

=

2.12Z~L~L~!.

Uit

TL

volgt een _=ie van 4<:~g9, de vloeistoffilm is dus tUl'bulçnt,

w~t ee~ Goede warmteoverdracht bevord~rt. De turbulentie en dUB

ook de Tdarmteoverdracht zullen nog worden bevorderd, loordat de

26

carbamaat

d.

is~ocieert,

waarm!;e een zeY.:ere mate van belvorming ge-

1

paard zal

gaan.

lolzens

lito

14

is

de

\iar

lll

teoverdrachtscoë!îici~nt

btw/v

'

van een

kok~nde

vlo3i3tof ongeveer anderhalf maal zo croot alti

die~~

eVdneens uit I

van e,~n niet-kokende. Dit in ovcr'.lec;in;; ne::lendvolgt

l i t . 14, dat U gesteld

nu

~

:'iorde:l op 500 W/m2 oe.

A.angenomen l:1ag '.~ord~nt dat de .'d.r;;ltaoverdracht bepaald wordt door de overdraci:~t van de 'da.::.d rla~r de film.

Uit de warmtebalan,;:; blöjkt d,lt a'1n cia stri~;,;er

1

6

73

3

~d'l moet vlorden

toebevoerd.

rh

=

U.AÁ T ::

Ot5

.

~l

(220 - 180) )~'/ ? Het oppervla]<;: A is dan

...

+ 825 01'-~~~~

I

b'»?:

~

--

26

In l i t. 15 wordt een betrekl:ing voor IX geg2ven als fun.::ti.:.: v .. w de hoeveelheid vloeistof die l:lnb's de :</and ...>troomt:

1/3

0'..

:;;

120

r

/

,

waarin C>( i Jl lbs/ft . hr en

r in BTU/ oF. sq. ft . hr

2 0

Jeze formule levert een ~ van

232

Wim

C.

Het zou geoorloofd zijn, re<ening houdend uet de turbulentie Vè roor-zaakt door de .ussociatie t de \';arL1teovr~rdrachtscoëfficiant te steI

-I

2 0

len op 300 W 111

c

.

Wanneer we deze waarde vergelijken met die t wel-ke gegeven worden in l i t . 14, U\ die ta.ch een zeer rui:ne llIarge

verto-nen, moeten we konkluderen dat de laat~tberekende wa~rde Z2er laag is.

wJJ.k

'" Uit de gegevens die

~

_

\L~e bek~

r.

d z

'~

n

.;

van

de stripper lj,jkt ook een .,aarde van 0<.:: 5CO .>'/m2 oe

de

afmeting van het meest reët:ll.

Als toch de lagere liaarde van (,aanGehouden zou moeten \-/ordt;;n₁ da.n kan men tot dezelfde af!ûetinr; va:: de stripper ko:nen door t.;:: ve

rhit-ten mat stoom van een ho₆,Jre te;.1~)eratuur. net ee;.). dam_idruk in de or-G.c var: 30 atm.

2 0 2

Ui tgaand~ dus van

0<.

:;;

500 i'l/m etA:;; 825 m en 500 pijpen~ komt men

tot een ,3trippet-l.:ngte van 14 meter. Het is echter niet mogelijk over deze lengte een vloeistoffilra i ::-l stand t '3 houden. Bovendien

r---"1

wordt de film ook steeds dunner ! doordat de carb~~~at ontlGedt èn door

r

J,!