De reductie van ijzererts in een gefluidiseerd bed

;'

, . •• .1 . ~: .. ~

J.H.O&

Hazew

ink

e

l,

donkerstraat

56 Delft

C.J ..

Valk, simonsctraat :32 Delft

E. C.A.

1.:

•

..

~,Vol

tman

El

pe

rs ,

Inhoud

Samenvatting over de technolo~i~che uitvoering van het

Inleiding

Ui tge,ngspunten van het onh:erl1 BeschrijvinG van het Drooes Prócescondjties

Berek~ninr ~~~~~~tuu~ r·1assa- en warmteb[~le,ns

Overzicht EDecificatje apparatuur Symbolenlijst Literatuuroverzicht proces. p2:,,: paf pae paf' pa& 'Dnf pag pac pe.g pag 1 2

4

r.; . / 8 11

34

46 47 49

-

~

-!'~en voorontwerp is rer_{nr8.k:t voor een proces, ..:e.e.rin ij?,ererts}

in fluide bedden gereduccp.rd \·'ordt, met een cap8.c~ tei t ve.n een milliocn ton ruw ij~pr ocr j~fr.

De Grondstoffen voor hd P~OCGf~ ?ij".! ijzererts (Yiruna),

zuur-sto f en é' ",releas.

De reactor bestaat uit drie fluide bedden boven elkaar, waarin het poedervormige ij~erertB in tegenstroom met de reductiegassen

gerrdnceerd wordt.

De Bynthe~p v&n de reductiegasscn vindt plaats in het middelste bed door directe insnuitint': w:n parc1R"-"S, d?t n,rt.ieel verbrand wordt.. De reductiee~S8en worden na verwijdering vrn water en kooldioxide gerecirculeerd.

Het 8ldus verkregen ruwe i jzer kan verdBr ver''Ïerkt "lorden tot

staal of kan voor soecifieke doeleinden gebruikt worden • Knelpun-eten bij de uitvoering vormen de overlooppijpen, Haarin de veste stof tegen een gasstroom in n~ar het volgende bed valt, en de gasverdeling in het fluide bed.

De pé:.rtiele verbranding van aardgas dient te geschieden voordat het in het bed wordt gespoten om explosiegevaar te vermijden. De productiekosten bestaan voornamelijk uit de grond8tofkosten en het proces 781 dan ook alleen rendabel zijrr in gebieden met

zeer goed...1mop aardC;3.S. Verder dient het proces nog ["eoutimali-seerd te worden. Hiertoe kan bijvoorbeeld de temperatuur in het onderste bed EangeD2_st Horden en de bi j de condensatie van het \-later in de synthesBf'"assen vri jkomende \o:armte gebruikt .worden voor de bereidinf VRn zoet wFter uit zeewater.

- c.

-In de vijftiger jaren is er veel research gepleegd aan mogelijke"

alternatieven voor de reductie v::,n er{s vi<l het hoogovenproces. De redenen hiervoor waren voornamelijk de volgende drie(lit. 1).

1) De toenemende beschikbaarheid ve.n brandstoffen die f;oedkoper dan kooks ,.;aren.

2) De behoefte aan nieuwe kleine staalfabrieken in de ontwi~:elingslanden.

3)

Het toenemende aanbod van poederertsen door steeds

intensievere ertsverrijking.

Een van deze processen is het proces waarbij gebruik gemaakt wordt van een fluiàe bed.

De voordelen hiervan zijn:

a) Het erts, dat in voornamelijk ffjn verdeelde vorm

aan de afnemer wordt geleverd, behoeft niet zoals bij het hoogovenproceclé voorbehandelt te worden (pellettisering enz. ), m~ar kan direct als voe-ding dienen.

b) Eenvoudig onderhoud.

c) Gemakkelijke ·regelmogelijkheden. d) Effectief gas-vast contact.

Drie processen, waarbij gebruik \<!Ordt 'gemaakt van een fluïde bed, treden op de voorgrond.

1) Het H-Iron proces.

Dit ,."erkt met zuivere waterstof, , .. elke onder zeer hoge druk

... ' ----. extern gefabriceerd moet worden. Dit proces wordt op beperkte . - ' - - .

schaal 60mmercieel toegepast door de Alan Wood Steel Company, die het product, dat uit zeer zuiver, pyrofoor ijzer bestaat, voor speciale doeleinden gebruikt.

(lit.

2)

2)~Het Nu-Iron proces.

Dit proces wordt met "'!aterstof onder lage druk bedreven en was aanvankelijk veel::belovend maar is door de grote verbete-ringen aan het hoogovenproces niet meer economisch. Ook hier wordt de rlaterstof extern met a.ardgas gegenereerd. (li t. 3)

-

.

3

-3)

Het ESSO FlOn proces.

Het proces is eebaseerd op een uitvinding van

A.D

.

Little. Het

Herkt onder matige druk, ,'marbij de reductie€0l:Gsen door di -recte inspuitine van koolwaterntoffen in de reactor gegene -reerd worden. Dit proc0s biedt goede perspectieven voor eco-nomische rentabiliteit. (lit.

4)

Gekozen werd voor het ESSO FlOR proces, in een verbeterde uit~ voering waarbij gebruik vlordt gemaakt van een recente verbeterine;, door ESSO geoctrooieerd. (lit.

5)

Als koohlaterstofvoeding werd het voor de hand lif'gende aa.rdgas gekozen.

De capaci tei t v~.n de huidige nieuwbollYT hoogovens in acht g eno-men, is bij de berekening uitgegaan van een productie van

- 4

-rIl Ui tg<ènpnpunten Ven hd ontwerp

Externe gegevens

Uitgegaan is van een capaciteit van het proces va:n 1 millioen ton ijzer/jaar. Dit komt overeen mot een productie vpn 38 kg ijzer per seconde indien gedurende 300 d2ren per jaar vol-con-tinue wordt gewerkt.

Het e~ts bestaat uit Hüstiet(FeO) en hematiet(Fe

203) en heeft een bruto s2-menstelling ]1'e

13017" Dit komt overeen met 55,5 mol';!' FeO en 44,4 mol~;~ Fe

203 of in gc\üchtsprocenten: 34,61, FeO en

65,4~ Fe

203" Dit is bij benadering de samenstelling ven Kiruna -erts. Verder is het [;2.nggesteente in het erts ven!2.arloosd. De bruto samenstelling van het product VEn het middelste bedis

Fe

10011

,

hetgeem overeenkomt met 87,5 mol~·~ FeO en-~e 12,5 mol~~ Fe

₃

0

4·

Het ijzer in het eindproduct is voor 95% gereduceer~ tot metaal. De rest bestaat uit FeO.

De water/waterstof verhouding in de passen ~it het onderste bed

R9

naar de cycloon

x8

is vastgelegd: H

20/H2 = 0,35

Ui t'-gegaan is van ae..rdgas dat voor 100~,~ uit methaan bestaat en zuurstof dat voor

5

:1.

uit stikstof besta:at.

Kooldioxide \-lordt geabsorbeerÁmet een 2H monoethylamine oplossing

o

Alle'· grondstoffen hebben een temperetuur va,n 25

c.

Interne gegevens

Enthrlpiegegevens werden gehé;.ald uit Ro'ssini ( ?;ie ,tR,belf). Van de voleende ge~evens werd

C

kca.l/mol p Fe

_5,93

FeO 13,0 Fe 304 43,0 Fe 20

3

25,0

gebruiY>, gempakt :

~

kg/m3 3

T,86.10

3 5,7" 10 3 5,18.10

5,?4.10

3

R

4gasconst.ante1

=

8,31 kJ/kmol I oC · Lit.22 en lit.24 L

,;.. ,

-

5

-IV Protce~besc}1ri j~i.E,.g

De reactor bestaat uit drie boven elkaar geplaatste fluide

bed-den, elk voorzien van cyclonen.

Het erts, bestaande uit ijzeroxiden, wordt in-het bovenste

bed geleid en in tegenstroom met de reductiegassen gereduceerd

tot metallisch ijzer.

In het bovenste bed wordt het erts voorge\'larmd en koolmonoxide

katal-yt.iseh onder invloed Vé:!.n het erto met water geconvert'eerd

in koolmdioxide en waterstof.

Dit gebuert om twee redenen:

a)

Ter voorkoming van koolstofafzetting als gevolg van het

Boudovard-evemti eh t

2CO ---C + _{CO 2}

Hiervan heeft men last in het temperatuurgebied van 500 - 600 °C, hetgeen moet vlOrden gepasseerd om I':atar en kool~ioxide te kun-nen vervlijdereri. en om de gassen te kunnen comprimeren.

Koolstofafzetting geeft aanleiding tot verstopping en corrosie door vorming van ijzercarbide in de leidingen.

b) Dereduetiesnelheid van ~eO tot ijzer met koolmonoxide is ongeveer 20 maal zo klein als die met waterstof (lit.6) Om een vereiste conversie van ongeveer 90

%

van het koolmonoxide te bereiken, dient water in vloeibare en damp-vorm te worden

gesuppleerd, dit' i.v.m. een sluitende N'armtebalans.

Het in het bevenste bed opgewarmde ijzererts valt via een OVAr-loop j,n het middelste bed. Hier wordt het Fe

20

3

-

FeO mengsel ge-reduceerd tot een FeS0

4

~ FeO mengsèl.-Bovendien vindt hier

de synthese van reductiegassen plaats door partiele verbran-ding van aardb~s en zuurstof, die

5

%

stikstof bevat.

L

Deze partiele verbranding kan \-lorden opgevat te verlopen in twee stappen.

Verbranding va:n methaan volgens 'één van de volgende reacties

---~--- _{- - -}

--

6

-r.

.u

..

~ . _'CH

+-

_GaL ~2CO \-~ _+eH).. ~

_e

_UIL'"

.

'i ..

C~lll

·

O"-

~-rö.H'2.

=--

_ol'

-:tt

t-3<.:. ...., .\ .. T'\c. ' 7

@

CH

4

+ 202 :....- CO2

+lH,3.0

Q/'t<-v b) CH

4

+ 1-i;D2 --ti>

CJ

:1- 2II20

c) CH

4 + 02 - - - . CO

'*"

H20 + 1:2

Gevolgd door _{de omaetting ve.n het overgebleven methaan met}

wa-ter _{en kooldioxide wê.a.rbij het erts katalytisch vlerkt:}

k--+ H

20 ~ CO + 3H2

+ CO

2

~

2CO + 2H2 Jl ....

J

o

I.p.v. bijv. de laatp,te reactievergelijking _{kan men ook het}

vlatergasevemdcht gebruiken:

@

+ H₂0

~~

CO

2 + H 2e.x v

De overall reactie voor de twwede stap wordt dan:

CH

4 +

~

()2

.::--... CO + 2H2

Een omzetting van practisch 100.% _{van het methaan is mogelijk.}

In de onderste reactor wordt het erts door[~·ereduceertB. _{door de}

voorgewarmde reductiegassen, die uit waterstof, inert(stikstof) en het niet in de bovenste reactor geconverteerde koolmonoxide bestaan.

1 . 1 1 .

3

Fe30

4

+

3

H2 ---+ FeO +

3

H20

FeO + l₂ H' ₂ •

De voor de reacties benodigde vl8.rmte wordt _{geF'uppleerd door de}

warmteinhoud van het uit het middelste bed komende erts. Er wordt onder verhoogde druk ge."rerkt _{om de volgende redenen:}

a) Verhoging van 'de reductiesnelheid

b) Kleinere afmetingen van de a.pparatuur( _{echter zwaardere}

uit-voering)

c) Verbetering van de fluidisa_{tieeigenschappen van het gas.}

Het ijzee uit de onderste reactor wordt gekoeld _{in een inerte}

-

1

-De gassen, die het bovenste bed verlaten, ,.:-::

gespuid om OpbOUl'l' van inert' gas te voorkomc:),:: een verdamper geleid.

In deze verdamper wordt het water op de con~: .nodig voor suppletie in het bovenste b·ed.

Het water, dat in de verd2Jllper geleid Hord·~'. met de gassen, die de verdamper verlaten. Vervolgens "lOrden de gassen in een condeuf,c.:,'

ter v~rwijderd wordt.

s-edeeltelijk

'E::rvolgens door

gebracht ,

:t

voorgewarmd 3.ch t , was.r

wa-De gekoelde gassen Horden ontdaan van CO

2 ~.n absorptiekolom met een oplossing van monoethylamine(1)lEA)Q

De gereinigde gassen worden gecomprimeerd e:ü ' . ··,-.rarmd in een gasfornuis en vervolgens in het onderste bed {c.-. "id.

Tabel

3

Fe

FeO

Fe

2

0

3

F'e

3

0

4

H 2

H

2

0

N

2

CO

CO 2 H 4200C 22,9

44

,2

10,8 1,1,3 11,9 12,0

11,

8

kJ /mol jo..> $ -b 1-1'

--725°C

kJ/mol

17

,

4

39,4

. -22 b 41,2 _ IC:>!"

1

9,8

2

5,2

- 2 j.

5

21

,

5

.

21,7

-

rfÎ?-H8

7

5

°C

k,T /mol /" _. I ( ",1, . -<.~ ( . . ( , ... (,~)

Ic

r.., __

L66'j

-

47

,77

- Z, ,sJ

9

1,

6

_{- 7 "-'1} ' '" b \- - ~êl 2{,?_ <> ( ' . ,

49

,

8

_- leG 6 - -

'""

24

,

4

Zó'L(

32,5

.

Z6?

j

_{7. Yf é.}

-2

6

,

5

26,8

_

(Je.

_-

"! 6,t, _ I

v(l,)

t, 1,8

_-

)) ( r: 7 :', ; . -~l3 ;z. IS 2 I, G _ _ t '2'( 1 3

7

l .,. -'-1 0 - 't I ~ .-'t 1 2. _ (\ , U

-/Qj'l---o

"'19

'.

J

I

~

----~1 + 2 - 0 _ ~S--17-

r

if

2.

' j 2. _ ..2. bJ~

'"

-

2. '1

/f

! ! j ! 5 '2..

~.

J/

'i

_j

r

r

~

,.J" Sj Cl (

\... \ 8

-V ProcesGondities

5·

1• Thermodynamica:

Bij de berekening vP',n de \"i::rmtèinhouden van de lP.Rsen is ui

tge-gaan van het enth;üpipverschil H - H

250C van die g'senn.

De enthnlp!è v,m water werd berekend uit de enthalpie Vtm

'rIater-damp en de verdampingswarmte:

H , = H

water waterdamp

~erd.

Voor gegevens

r

zie lit 24

v

De enthé,lpie van ijzer en ijzeroxiden \-lerd berekend m. b.~v. de formule H

=

C (T -

25

).

p

Reactiemechanisme:

Bij de reductie van de ijzeroxiden treden de vol{'"ende reacties

( lito

8)

A

,

H875°Ç

=

2,3

kJ/mol

A H725

0_C

32,5

_kJ/mol

7

/

, ?

A

H875

0_{C :: 16,3} kJ mol ·1o' ,tc.y1.

n

H

72S

oC

=

15,6 kJ/mol De ijzeroxiden kunnen ook door koolmonoy.ide gereduceerd worden. De reductiesnelheid met koolmonoxide i~· ongeveer tvlintig mpal zo klei:n als die met waterstof ( l i t t ' ) • Bij de berekening is daarom uitgegaan dat de ijz.roxiden alleen door waterstof

optreedt: CO + H

° .---;

2c '7 ( ', ' / ( {'L{-\."

A

H875

0_C

_e33,4

_{kJ /mol} fj,' H 4200C

~8.0

kJ/mol De evem-lichtsconstante K s CO,.,.H 2

= ? wordt alsvolgt berekend :

eO.E

2

0

1 K

n c _ - + f ; ! . : ; : .

AH

~s

s RT R

As

kan worden berekend met ~egevens

Aldus vindt men: 420 oe

875

oe

uitRossini.

K _s

=

9.6

-

9

~

Verder reapeert het rneth~an met ondermaat zuurstof waarbij

w~ter8tof en koolmonoxide wordt gevormd. ( lito

7)

('11 "",1 + 2°2 ~ CO₂ + 2E₂O CH

4

+ l

'

"

:O

2

..

CO + E20 ~()I. C1' _1 IJ. +

_°2

..

CO + H₂0 + p.₂

_H875

:::

270,4

kJ

W2;:,rne" in een tweede tr«.p voI gi;:

CH

4

+ p ··2 0

..

CC + 3H2 CH

4

+ CO.2

...

2CO + 2>-< ·'2

Dit geeft de overé~ll re8ctie:

)l~O

'~H4 + ~{)2 - - - -... CO + 2H

2

H875 :::

22,0 kJ/mol

5.2.

l"(eactiekinctiek

De bij de reductie ven ijzeroxiden snelheidsbep~lende stap is de

re2ctie: FeO + H

2 ~ Fe + p.20

Geeevens over desnelheid vindt men in de li ibrctuur, met rflv,n

-kelijkheid 1/2.n druk, temner2.tuur en w2tere-chalte(Lit.13)

De reacties v';·.n meth8e.n verloDen snel, zelfs die met kooldioxide

en water, waarbij zich het evenwicht zeer snel i~stelt o.i.v. het gedeeltelijk gereduceerde erts

Voor de CO-shift geldt:

r

_{eO :::}

K'(

PCO -

PCO

cv.) K( x CO - x ev. ) K :: K exp (-~

IRT

)

o 11 -1 a K ::: 10 s o :: ( 1 i

t1 )

( lit:2S)

De drukafhankelijk v(:n de snelheid wordt in rekening gebr;;cht dooreen ver~nellingsfactor /

!

5.3.

Temperatuur

De temperatuur in het bovenste bea wordt beDe aId door de ligging V2.!1 het watergasevemricht en de snelheid Haarmee het bereikt wordt

~

( o.i.v. het erts).

Die Van het middelste bed wordt bepaald door de opbreng-st aan

reductiegassen , die groter vlOrdt bij lagere temperatuur. De temperatuur mag echter niet te le.ag zijn om te voorkomen, dat

- 10

-en kooldioxide reageert. Ook speelt de-v ontbrandingstemperatuur

van methaan een rol.

In het onderste bed wordt de temperatuur bepaald door de ~nel­

heid waarmee de ijzeroxiden worden gereduceerd. Verder speelt

de neiginF tot sintering van het gereduceerde i jzer een rol.

Deze neiging neemt toe bij hogere temperaturen. Eventueel

kun-nen toevoegingen aan het erts worden meegegeven om sintering

tegen te gaë,n zoals bv. c2lciumcarbonaat( .:!: 0,1

%

)en

magnesium-carbonaat ( + 0,1% )

De optim2,le temperatuur gebieden ?ijn:

bovenste bed

700

800

OF

middelste 11ed

onderste bed

1500 - 1700 op 1100 _ 1400 op

( Lit.5)i

( lit·5 )

Gekozen zijn d2,arom de volgende temperaturen in resp. het bovenste

middelste en onderste bed:

420,

875

en

725

oe

5.4.

Druk

Uit overwegingen van reductiesnelheid van het férrooxide to~

ijzer, fluidisatieeigenschappen van het gase en de grootte van

de apparatuur Hordt gewerkt onder ho{"e druk.

Tot drukken van 10 atm. neemt de reductiesnelheid va,n ferrooxide

vrijwel evenredig toe met de druk, d~,arboven Hordt ~ij constant

(lit.13·fig. 1 en 2)

- 11

-VI Berekening van anonratuur

6.1. Condensor H1

In de condensor wordt het t:water, dat in gassen aanwe:'lig is, gecondenseerü.

Er is gekozen voor een horiz,ontale condensor, \olaarbij het koel-water door de buizen gaat en de gassen'oIn de pijpen heen stromen.

De'condensor is in twee gedeelten 'berekel".d:

1) Een. gedeelte Ylaarbij alleen afkoeling optreedt van de gassen

van 206 oe tot 137°C. 137 oe is de temperatuur waarb~j het

~vatEn' onder de heersende druk (8,9 atm.) begint te

conden-seren.

Voor-' de afkoeling is no~ig: ~ ",,::19000 kl{

Het benodigde warmteNisselende oppervlak is alsvolgt'te

bere-kenen:

_CPw

₌

FUA Tl og F

₌

1 w/m2oe /~ U 25 T.

₌

206 °c In gas T uit gas

=

-

137

°c T koelwater = 25 .oc ~i i , '}'-o/- ~\.. ~ 'll CIV' AT I og

We vinden aldus voor het warmtewisselend oppervlak

Ar

= 5380 m 2

2) Een gedeelte waarbi j zowel afkoeling al s condensatie optreedt

~\U 166360 kH U

=

350 W/m2oC'

(1

it. 18)

T.

= 137 °c ln gas T _UI ' t _gas

=

30 oe T. koelwater = 20 °c In A. Tl _og '" 42,1 °c T' . t Ul koelwater = 30 °c F

=

0,85

We vinden aldus voor het warmtewisselen:d! opp.

(lit.19)

13300 m2

2

Het totaal benodigde oppervlak is 18680 m

-- --

-- 12

-De keuze valt op pijnen met een diameter van

25

mm, d ... :.z. dat deze een imlendig oppervl2k hebben felijk

0,0785

m

2

Im.

:~

r

zijn dUB bij

9

meter lange pijj)en

26400

stuks nodig. Rangschikking van de pijgen in: driehoekssteek met een steek van

32

mmo

. . .:..3 :,.lh'" -3

Benodigde opp. per pijp is dus: 2 x ~ x

32.10

x ~,3. x

32.10

.

Totaal opp.:

26400

x~

0,886.10-3

== Hieruit volgt: D t _{om re} k ==

5,45

m

:Berekening drukval v~ de gassen

1)

Over baffles

2

23,7

m

-3

2

==

0,88

6.

10

m

In

de verdamper zitten

9

baffles met een keerschotopening van

30

%

.

Opp. keerschotopening is

0,3

x

23,7

~

7

aantal molen/s.RT begin ~ begin ~ eind p

34,3

m

3

/s

14,2

m

3

js

==

3,95

kg/m3

=

5,55

kg/m

3

1

}

p"v

'

v _max b _a ffl _e == --A • opp. factor _.

~E!i ~:: RT 3'

24,2

m

Is

:: 7,75

m/s 2 m ,.

opp. factor = 2 x onp. van gelij],::?'. driehoek met lengte steek idem - opp. doorsnede pijp

-3

0,886;10 -

3

==

2,24

0,88

6

.10

0,49.10

Drukval over de

9

b2.ffles is dus APk

== 9.1,02.

2)

Langs pijpen

L1

p

== 9,7.

f.

N

_r

•

~

v2

~

/

v_p ==

4,9

.2,24

==

11,0

m s

~v

_max

==9.1,02.4,75.(7,75)~

=

3380

N/m2

(lit.19)

,

De snelheid is betrokken op opp. door middellijn.

f ==

0,750

_

2:J---s - D t R

0,2

____ ~u • e D u S :: steek

32

mrn

_ _ _ _ _ L " h = hooeie keel'scho'!;." d, = binnendiameter r,: 1. Nb aantal baffles + - 13

-"

25

mm 10-2 :: 68000 . ,.; ~,g ::

1,

84

m 1. :: 5,45 m' 10 Di tingevuld Geeft h !. • .' ". )0 H/m 2

Total'e drllkv2..l over ';' " neor is dus 67880 H/m2 : 0,62 atm. BE'nodigde hoeveelheici :" ',:;lwater:

}>'r!

185360

11 H (20 _ 300

c )

";"-~1 0~,~5-::-5 ':::"'5 -+~1 0~,~3-9-2 =

272.103 mOl/s": 4,1

m

3

/s

6

.2. Warmtewissel~ar H2

•

In deze wif:selaar ,;0:,-,\/.' )200 kW afgevoerd.' Het koehlater, dat

bestaat uit het nabehu. '" de condens uit condensor H1, stroomt

om de pijpen heen. ~ T gassen in

T

Ul't C 206 oe gassen o Tkoelwater in ::

25

·

c

Tkoelwater uit

U

=

25

H/m2o

C

'" 78

oe

---

'\)

"'"

~

.

.J..) 2

Benodigd oppervlak == 2~) m

D.

Tl .

=

177

oe

.

og

(lit.18)

Bij gebruik van zelfde ie . ,t pijpen als bij condensor H1, is

het benodigde' aantal ; ) stuks

Dl" t _gee ft _{: ,} D d' lnwen

1&

Drukval over w. 1'/. .v.?.1~

IIp

::

4fl!

-à

v2 D .35 m :;;assen

OPP. pijpopeningen:

4

bi,;,,}

'

(2,5)2 10-

4 ::

if;v

=

14,8

m

3

/s

v ::

14,8

mis

2 2,39 ·m .

14

-L

::

6 m

f

::

3,89

kg/m

3

~

= 2,23.10-

5

Nsec/m2

He vinden met deze gegevens een Re Vê.n 64500, waaruit grafisch

volgt: 4f = 0,03 (lit.18)

Na invullen:

~

p :: 3070 N/m2 ", 0,03 atm·.

6.3. Partiele verdamper H3

In de verticale verdamper vlOrdt het water gedoel teli jk verdampt waardoor een

sam~nstelling

,.,raterlstoom ontstaat zoals deze

no-dig is voor suppletie in reactor

i?$

De gssen ,die

den afgekoeld, stromen

T. = 420 oe 1n gas

door de pijpen.

---

~\J)

-=

488

.\OS

~VJ)

o

T

_Ul 't _gas =

250

C

Deze temperatuur is zo gekozen, daar deze hoger

moet zijn dan de 180 oe die nodig is om stoom v?n 10,2 atm.

te produceren voor reactor

1<s.

T _{in rrater}

=

78°C _. o T,t _U1wa t _er · = 180 C Dit geeft: l1.T l og = 205 oe U ." 25

vi/moe

·2

Dit geeft een benodigd opp. van

9540

m

(lit.18)

Bij gebruik van 6 m lange pijpen met een diameter van 25mm , in driehoeksopstelling met een steek Val'1 3.2 mm, '7ijn 20255 pij-pen nodig.

D

verdamper

4,80

ra

::

.

,

5-

t:M,

De verdamper is

9

m hoog vanwege de vrije ruimte die nodig is voor de gevormde d3lIlp ( ongeveer 25% van totale VOlume). Drukval van degassen

/lp _{= 4fj)2 v} L· 2

15

-v ."

6,53

mis

1

'"

2,53.10-

5

Nsec/m2

Dit geeft voor Re ~ 20300 4f = 0,03

IIp

=

-7300 N/m2 /V 0;01 atm. _

'r

Rea

ctor

bovenste

H;ludeJ st;e

o

nderste

ho

o

gte

straal

bed-hoocte

druk

t

empera

-tUl] !' 10 lil

4

In 1 In

9

,

,45atn

420

oe

(0,

9-30

) {

1,5-9)

()

0,9;r)

(1-i~,5) 000-ra m atm 4."iO·~

10

m

4

m

1 In

lOm

4

lil

1

In

10

atm

725

o

e

(

1

- 1

2

_, h\ _{/ )} (/"_Oj ::: ~ -Dtr.:: 3700

-::;)

-De tusSen h&akjes geplaatste

cct311cn

geven

~e

ln

litto

5

gegeven grenzen.

-16-~e

reactorgrootte en de

rc~ctieo~sth~1igheje~ ~ijn

afhankelijk

van

e

en aantal in twee croepen te verdelen

fa~toren:

Groep

1:

kinetiek

Gro

ep

2 -

fluidisatie.

Een

tri

al

and error methode

lS

daarb

m

de aangewezen weg

,o

m

tot

een aanvaardbaar

o~twerp

te

~o~en.

uit

g

ecaan werd

van

een Kiruna erts

(

lit

t.

8

),~et

een

korrel

-gro

ott

everdelinc;,zoals aanGegeven voor ee:!.

"

run

o

f mine"

erts

zie

f

ig.

3

De

reactormaten en de

rea

:::-tieomsts!1d

igheden

werden gekozen

binnen

de

geGeven

grenzen

(litt.5

)ten

bijeencebra

.

ch

t

in fig.4.

AD1. toetsin~

van de

aanna~en

aan de kinetiek

.

Bovenste bed

:

-

R5

De

h

ie

r optredende reac

tie

is

de shift

r

enctie

,

waa

rbij

CO wordt

o

m:e

zet

volGens de

reactie:

:cy-

H,tO - ~04 + II.a.

Het

in

cro

te

h

oe

veelhe

i

d aanwezige

,

fi

jnver

deelde

ijzererts tree

d

t

h

ier

b

ij

op als

katalysator.

Berekend is

,

dat

ree

ds

na

ee

n

doorlop~n

bed

dikte

v

a

n

1S0

rnrn,99o/

van

de

:;0

o

mg

ezet

is.Deze

be

rekeni

nc.

is

uitgevoerd

o

nde

r de

aan-na

men

:

•

a

)

Volledice propstroo

w

.

b) De

activiteit va.'} de büalysator bedraag

t

een

pro-mille van de

in

shiftreac"toren

gebruik

te

katalysa

tor.

•

,,"

l' 19. 2 Grafieken ter bepaling k

c (,

..

"'-... 1 _... 10 IC

"

-:J ä

_....

0 10 2.0 30

"'0

..

•

'(0

-1

7-Pen kan

dus

stellen, dat bij

een

bedhoogte

van 1000

m.IIJ

,

de

shift-reactie voor

ze:::cr

'

FJ:'

vorlo;

;c

1

t:a.!1

zijn

..

In

het

m

i

ddelste

bed

verlopen de

reacties:

Het verloop van deze reacties is zo snel dat op

elk m

oment

de

gassen ln

eve~wic~t

blijken te zijn

me

t

de

vaste

stof

. (litta:tO

.

Ook

de

ln

het

bed

verlopende

gasreacties

zijn zeer snel.

De

bedhoogte var

1000

r:.m

zal

dus

ruim voldoe:1de

zijn

voor het

binnen de specificaties verlopen van' cte

reacties.

Onderste be

d.

De reactie:

R9

}

"eO

+ H_t ~

i"e

+ _. H 0 _l

kan

w

orden

opge'latals een

"s

h

rinking

core," r.eactie. Clitt.l1 ,"blz492)

Hier

beweegt

he

t

reactiefront zich

~et

de

tijd naar binnen,

bij

gelijkblijvende

deelt

jesgrootte

.

De chemische

reactie is snelheidbepalend,de

reactiesnelheids-~ .

konstante bedraagt:

kt:

3.10-!rn/sec • •

Dez~

waarde

is

gecorri-c ~.

geerd

Gp

het in

de

gassen

aanwezige

percentage·

,

water.

zie

·fig.2

(litt.13"

)

Voor een ladin

gsgewijs bedreven re

a

ctor

geldt:

~=

1-r~=

1-

( 1-X:F'e

O) 1/3

.

(litt.

iJ).

waarin:

-c

=ti

jd

,.benodigd

voor totale omzetting·

van

het deeltje

•.

re

=straaJ

ono~gezette

kern

d

p

-diameter

deeltje

',.

-18-Verder geldt:

..,. _ /J .d / , , -cFeO ~) i

=

400 sec.

waarln:

P

'

_FeO

=

f:".o13ir

voluwe van

FeO

CT' - CO:-1C

en trati

e

H~

r1.2.

Voor

he

t

co~tinu ~e~revcn

bed

~eljt:

')

6

)

<'( •

J

l, (

1-t,1.c

o (m

3/Ii.

:

ol )

3

(mol/Ir:

)

Indien

~/~

5,geldt bij Goede benaderins:

1-X

FeO

=

1/4.t'/t

Zo geldt

voor

~:bij

een verlancde

omzetti~g ~an ~5%:

~

=

(1-Q,95)/0,25.4~O

=

2000 sec.(ge

m

.

verblijf

tijd)

L _ _ _ _

Bij

deze

berekening kon

gebruik

gemaakt worden van

de

cemiddelde

cteeltjesdiameter,dp,zoals

b

leek 0it

~e

onderzoekingen

van

l::c.Kew.an

(litt.l0 ),dat pas

bij

d

'

eeltj

esd

iameters

groter

dan

3

~m

deze vereenvoudiging

niet meer

toecepast

kan worden.

De benodigde

bedhoo

c

t

c

(bij minimumfluidisatiesnelheid)

volgt

dan uit:

waarin:

H

=

, t

m

=

0,67

m

,zodat een

vereiste

bed-"hoo,;te

Va.D 1 m

re

sul

teert.

ti.

',massastroom

vaste stof'

₍

_33,3

_,

_kg/sec)

-

diameter bed

( ₈

_m

₎

-soortelijke

m8.SSE:

vastè

sto:f

(

_4,10.10

3

_kr;/m

3

₎

-_

_1-'

"""orosi

_.... + v ,... :"oL'-1...1 U ~'l'; J ..". '1.': ~'l. .i. ' ~.1 • • -.\....~ ~~.I, ' '" ., _. .., ~ :" . _1 ~ 0 C' r ). 1 r . r'1 1 - r:"''' )

- ~"""~-".>Ju"'..L-_ü.lc...L.lel,-". I.=v ,./'t '

,"

Bovenste bed

i

.

:

iddelste bed

Onderste

bed

Vis

cositeit

_-5

_-

₅

4

,

23.10

-

5

2

2

,

77610

4

,

72

..

.

1

0

Nsec/rn

j.~inimum

f

l

ui

-6,6.10- 2

3

,

7

010

- 2

-

2

dïsatiesnelheiè

3

,

4.10

uT"S

r:l/

sec

Superficiee

l

e

,

snelheid

0

,

98

1 , 1

2

_0,

₇₅

u

_s

m/sec

TD

H

8

8

_7,

₅

rn

En

t

ra

in

rnen

t

1 ,77

2,

3

2

1

,

88

k

g/s

ec

Dr

ukva

l over

0,

2

3

0,

22

0, 17

bed

~p

a

t

m

S

oo

rt el

ij

k

..

e

2,

8

0

'

1 ,

6

8

2,

00

ma

s

sa

ga~

P

g kg

/

m

Soo

rtel

i

jke'

5

,

3

1.

10

3

'

3

3

massa

er3s~'

5,16.10

4,10 .. 10

ç>s

kg

/

m

fl'I

ol

enst

roo

m

85

7

q

6

11

5

4

8

Ç;5

'

g

a

s

..I j

-1 )

-Ad

2:

Fluidi~ntie.

Onder

'-'e

heersende o

m

standi

chede

n

wordt

deflui

d

isatie van de

ijz

ere

rt

sdeeltjes

beInvloed

doo

r

een

o~ntal

niet

te

v

oo

rspellen

eiG

ens

c

happen

van

het

ertG,zOalsnelgl~C

tot

saDenkoeken,~e

breukvast

he

id,ed.

Je hie

ro

nder gedane

uit

spr

aken w

or

den

dan

80k onder dit

voor-behoud Ged2

D.

:l.

Bep

a

ald

wer

de

n

de

Ir.Ul l ::;Uill

ïluidis8ties:l

elheid,

1e

superi'ic

ie

e

le

gassne

lhei

d

,

d

e

TDH,~e

meesleuring VA:l vaste stof uit het bed

,

d~

drukval over

het

be

d

,

de

verdeel~laat

w

erd

,

eve:lal

s de

val-pijpen

,voo

r de aangenomen

co~dities

ged

imensioneerd.

j

'ini

m

um

fluidisatie

s:-le

l

h

ei

d

.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-be

pa

len

we

t d

e

Ïor

IE:le

:

2.,0

waa

rin:

Ps=

f>g=

-

2

,

/

\

' "

'

d

_p

(ps-f>C)g

sJor

tel

ij

:-::e

d

i

chtheid

s

oortelijke dichth

e

i

d

(l

itt.

11

,blz.

73)

v

a

n

:

'

let

erts

.

(kg/

m

3

)

v

an

het

gas

.

(kg/m

3 )

g ₌

ver

s

nelli

ng

van

de

zwsa

rt

,

ekra

cht.

(m/sec

2)

viscositeit

2

,

-

_-

van

het gas

(

N

sec/m )

umf

-

-

finn

l

ffi

u

m flu

i

d

i

sa

ti

e

snelheid

Cm/sec)

De hierin

Geb

rui

kte

waarden

v

oor

de viscositeit w

erd

en

gevonden

uit

de formule:

-20-<P

ab

--[1

+

(~Q

/

'h)

0

,5.

(I"

:b

/

r.:"

) 0,25] 2

2

,

31

- ~

(

1

-"

)" /"

ia 1\1

)

0

,5

b

Waarin;

TJa

lil

aantal wolen

aa

nwezl

ge

corr:

;:J

onent a

M

_a

=

molecuulcewicht component

a

(litto1

5

)

De

a

ldus berekende

\':;:)~3.rden

v

an

1

en

u;~:f

kunnen worden gevonden

l i l

tabel

4 .,

evenals

:

:

e

waä

rden voor

t>

s en

P

fT

CC)

De

superfici~ele Gassnelheid,d~t

is de

gassnelheid,betr

okken

op

de

lege

buis

,

werd

berekend

uit

de

in

de massabalans

gegeven

rnolenstrocm,onder de aanname,dat de g3Gsen

·

onder

de

heersende

omstandigheden bij

benadering voldoen aan de

ideale

gaswet.

Dan

geldt:

waarln:

us

·

·

:: superficieele

gassne

l,heid

A

=

doorsnede

reactor

~

=

molenstroom gas

mol

C

m

/

sec)

C

m

2

)

(mol/

sec)

de

gevonden waarden

voor

de superficieele gassnelheid

zijn

eveneens verzameld in

tabel

4

De verhoudingen u

_s

ju+,

blijken zo te

zijn

:

TIl.L

onderste

bed:

middelste

bed:-bovenste bed

:

14,8

Deze waarden

zi~n

goed te passen ln de gegeven gebieden.

Cl

i

t

t.

11

,

t

l

z

77)

Verband

ts. TDH

Us en

va

tdi

ameter

'4000 2000

F

ig. 6

1000

ter

bepa

-~ NE ₄₀₀ b()

--'" _{E 200}

-ling

entrain

-•

ment

~ ~~ ₁₀₀ ~"-~ '" 0 ::l 20 10 6 4 10:-3 0.7 0,6 0.5 C'· 0.4 . d 0.3 O;:>en area in f---~f---'---+--- dlstributor - - - - j <10%

Figo

7

Verband

tussen

."

cwgaten

R

E

gat

-21-!r~n~p~r! ~i~e~g~0~nG ~e~e~t~

Hier

onder

\vordt de hoo(3te verstarm ,be!lodigd

,

o

m

de

op

g

eworpen

deeltjes

hu~

s

t

ationaire valsnelheid te

laten

bereikep~

Ee

n

ruwe

schatting van

de

TD

H

kon vlorden gedaan aan de hand

v

an gege

ve

ns

o

v

er

de gedragingen

v

a

n

katalysat

o

rdeelt

jes (litt.l1

blz.93

).

Uit f'ig.

5..

we

rd

a

l

dus

de TDH

eesc

hat,bij een straal

v

an

8 m,

en

d

e

in t

abel geGeven

waa

r

den

voor

u

_s

(in

de fig.

_{uo '}

De

ge

vonden

waa

rden

staan opgesteld

ln tabel' 4

Naar aanleiding hiervan

werd de ho

o

gte

van

elke

reactor

gest

eld

op tien

meter:lmeter bed,negen

meter

boven

he~

bed,zodat

de

TD

U"

in elk

gedeel

te

zeker

g

eh

aa

l

d

w

or

dt

;

~e~s~e~rin~ ~a~t~"~t~f_(~n~r§i~c~n~'_

De entrain

men

t

kan worden

bepaa

ld,indien de vrije hoogte

bo-ven het bed

groter

of

gelijk is aan de

TDH

,door

de volgende

procedure te volgen.

(litt o l1 blz.

303)

a)

b)

deel de deeltjes

gr

oottev

e

rdelingin een

₂

aa

n

t

a

l nauwe fracties

bepaal voor elke

fractie de waarde:

Us

waarin

:-a

.~ ~emiddelde

deel

tj

esg

rootte van de fractie

i

p,~-alle waarden

in

ces-stels~l,i.vomo

liit.gegevens

c)

bepaal uit

f'ig.6

de bij

beh

or

ende

waa

rd

e

:

_A

_p

F

_u

. g

s

d)

vermeni

gvuld

i

g

deze

waa

rd

e

m

et de

bijbeho

r

end

e

gew

-22

...

e

)

SOil:llleer de gevonden waarden'

voor

alle i'rDcties

,

f )

bepaal d

:

e totale entrain

.El

ent

,

door dez

e

,

waarde

te

ver-men

i

g

vuldi

een

m

et

Q .1\ ' ~

.u

\

cas

reac

L,O I' S

Een rekenvoorbeeld is gegev

en

(bij

lage'3

)

,

De

ge~onden waarde~

staan opcesteld in tabe

14

De

:lOge c::asbelasti:::.,s

in

a3.mr:erkin

:;

~;enomen

z

ijn

de

gevon~len

waarden

zeer acceptabelo (zie

ook

de

cycloonberekeninflblz~

26)

Drukval over

het be

d

.

De drukval over

het

bed

kan

v

.'Oden

berekend

met de for

m

ule:

(litt.Jl

blz.72)

waa

rln:

L

mf

=

bedhoo

g

te

bij

ITnrllmUm

fluidisatiesnelheid.

(m )

e

mf=

porositeit bij

m

inimum fluidisatiesnelheid.

f::l

p

=

drukval

,

over h

et

bed

(.~:;m

2

)

De

gevonden

waa

rden st

aan

op~esteld

ln tabel

4

~~~~q~G~_~~~!~l_~E~~~e~~_~~_~~_~~~~~!~E~

Dit

werd

uitgerekend voor

het

"

onderste

bed.

De drukval over

de

verdeler

m

oet on

geve

er een tiende deel

be-dragen van de totale drukval over het bed, met een

minimum

(litt.11 blz.

'3

7 )

Uitgegaan

w

erd van apenln

gen

met

een

diameter

van 0,6 cm.

Het

',

aantal

openLT1

ge

n kan

d

an

berekend

worden:

a)

bepaal het

Reynoldsget

al Re

_ar

b) .

bepaal

hieruit het wrijvingsgetal Cw,uit fig.

7

c)

-23-bepaal de gassn

e

lheid door de openin

g

en,u

u

it:

.

or

C

( 2

g [j

Po

r

) 0, 5

l i

_or

=

W

G

=

o,S

d) het aantal beno

digde

op

enlncen

is dan:

u

aant

.

openingen:

o . J

I :

2400

De

valpijp

tussen het

m

iddelste

en het onderste bed werd

be-r

ekend

.

(litt.11

blz.369

-)

Omdat tussen

de twee

bedden

een drukverschil

heerst,tecen-gesteld aan

de·stro

ming

,is

het nóodzakelijk,dat de stroming

vaIl de vaste

stof door de pijp van

het "stick-slip flow" type

is,om gaslekken door

de pijp

te voorkomen,en

·

slugging

1n

de

pijp

tegen

te

gaan.

De

·ze

·

pijp.

wordt

.

aan

de

,

ond;erkant

afeesloten door

een

plaat,

waarin zich een

gaL

bevindt.

De diameter van dit

ga

t

kan worden berekend met de

formule:

F

(tane )

1/2

s

r

C C

1

/2

-

ct

2,

5

.

w

og

f

~ijc

waarin:

=

0

161

( d ; a

)2,746

,

gat deeltje

F

_s

=

massastroom

vaste deeltjes.

55300

gram/sec

er

=

hoek,waaronder

de

deeltjes nog niet

goun

glijden

in engels:

angle

of

repose,=40°

• . 0 ' ,.

.

CV{ en Co

zijn

konstan

ten.

Hier'

is het

product

C

w

•

Co

gel

ijk

aan

1.

ace8iddeldo

dichiheid VSD d~ bul~

=

3,30

~

-24-adeeltJe

=

de

eem

iddelde

de

elj

escroot

te

=

0,024

cm

de

doo

r

snede

v

on

het

_~

pat

.

_"GD.

ct

. .

t

vol(~,_.. t

dan

na invullen van

boven-st

aende

wa

arden;

d

gat

=

21

CQ.= 0, 21

m

Om

v

an

stick-slip

flow

verze~erd

te

zijn

,is h

et

noo

dzakelijk

,

dat

de

snelheid

van

de

vaste

stofstro

o

m

i

n

ie

d

er

gev

a

l

kl

e

iner

lS

dan 60

à

70

c!

n

/ sec.

Een

veili

ge

,,':earde

is

dan

us:":

2

0 c:n/

sec

de

di

amet

er v

an

de

b

u

is

knn

dan

~orden

g

evonden uit

:

~

(

_

_

.-...,..

.

...,...

F=.s....,...

_ )

Ç::.

30

,

8

cm

~

0,30 m

f

3'

7C

/4

s

De schurende

werking van het fluide bed

maakt

een

slijtvaste h

e

-kleding noodza

ke

lijk.

V

oor

dit doel

w

erd gekozen

voor een ln

lo

sse voorgegoten

delen

aancebrachte

laag

smeltbasalt.

De

warmteisólatie

vin

dt

plaats met

ee

n zelfdragende

laag,gemetsel-de isolatiest

een,om een

consifuctie

staá

l

als wandmateriaal

te

ku

n

nen

ga

bruiken.

Gerekend

is)dat

d

e te

mpe

ratuur v

an

het

staal,bij een

5

cm dikke

laag srneltbasalt,en éen

10

cm dikke

laag isolatiesteen,niet

, 0

hoger

wordt

dan 106

C •

.

Gebrui

kte

waard

e

n

~

)..

smel

tbasal

t

=

2

kcal/m

hroC

À, , . ,

l' t)

=

0,17

kcal/m hroC

(litt.2

6J

..

l~:,olatle ~ml.CO

le

De

wanddikte

v

an

de

r

eactor we

rd

b

e

rekend

me

t

D

=

_{pd r}

-25-;;

=

c1

r

u::C

L:'

he

t vat

10

b

a

r

dI' ::

bi

nnf

n

c

ht

:

L

'T

,

c

ter van het vat, 8,30

m

6

:::

to el

a:1t

b

a

re Sp

o.!

1.I"linc construct

iestaal

,

tot

~L1 0

oe

pract; sch

konstG~t

op

7~O

bar.

D

e

v,

a

nddiaLI

:

eter

'

{\'

or

d

t ,na invullen

van

de bovenstaande

waarden

1 ' ', ' . 'Ir d 0

oe:;

ln

de

verce_1J~lnG, Dere~en

op

,

~4

m.

Voor

de

~,(;reke:1i-;g 'ran

de

drukv

a

l

over

de ge

:

;p

le

unit

werd

een

d

rUr

:

V

81

va.n

0,1

at

m

ov

e

r

de cyc.lonen

aangeno

,;-

men

,n.

a.

v.

een schat

t

ing van de waarden

t

en

J

_i

op

(litt.

Dij de

c

y

cloon

b

erekening

op blz

26 werd

en

deze waarden

voor

een

cycloon

uitgere

k

end

.

Tezamen met

de boven berekende drukvallen

over

de

bedden

en

de verdelerplaten

,

resuteert

dan

een drukval

'

van

'

1,0

atm.

over de

g

ehelel unit

.

-26-Bij de

berekeninL-:;

erd

Geb

ruik

Gemankt

V!'.l.!1

de

methode

voleens

hluschelknautz

&

brunner, aanbevolen

bij

een

stofbelading,

gro

-(li

tt.

16

)

Gekozen

werd

voor het cycloontype c,fig. 8

•

Dit type namelijk

paart een

matige

drukval aan,voor de

gegeven,af

te vangen

deeltjes,coede vangstefficientie.Daarbij

is

ook

de

hoogte,

in

verce

li

jking

tot de straal van de uitstroombuis klein,

~

wat gunstig is i.v.m.

~e

beperkte ruimte.

De gassnelheid in de uitstroombuis

werd

gestelili op

15m/sec.

B

ij

deze gassnelheid

is

dan r6dig

aan

oppervlak

uitstroom-buis

:

~/v

r ... 37,5/ 15 ::. 2,5 m

2

De

hoogte van de cycloon moet ongeveer 6m

ZlJn,om constructief

plaatsbaar

te kunnen zijn,zodat het

oppervlak

van

de

uit'-strool1~buis

ongeveer

wordt;

A

=

JCrf

.7t

(6/14)2: 0,58

m

2

_{met h/ri}

=

t4

(fig.8)

_.-- r "

Totaal

zijn

dus

nodiG

4

cyclonen naast

elkaar.

De

maten van

de cyclonen lig

gen

dan vast,na berekening

van

ri

ri

=v

_Atot

/4.n;

=

V

2,5/4.

rc

'=

0,435

lÎl

De

hierui

r

b

erekende

waarde:1

staan

opg

este

ld

ln

De drukval

en het.

vangstc ijfer

werden berekend volgens

d

e

bovengenoemde

proce~ure:

_{(litt. 17)}

Bepaal het froude getal Fri voor de uitlaatbuis:

Fri

=

v

-27-Bereken

de

waarde:

met:

1

=

vfu"lgstef'f'icienc.y,

stel

dit op

9910

~

=

stofbelading,

aanta

l

kilo's stof

per kilo

eas

,

2,75.10-

2

r

g

=Pa·

g

=

20

C>

Ys€s

=-

4.10

4

2

2

kc/m

sec

2

2

kg/ru

sec-ri/re

=

verhouding strD.:J..en

uitlaatbuis

en cycloon, 1/3,5

Ha

invullen van de

boven

st

aande waarde

n volgt

dnn

voor

de

'Z

te berekenen

wa

arde:

3,6.10-)

Bereken

vfrvolgens

~e

waarde:

u·/v. -

_{]. ] .}

-waarin:

F

_e

/F.

_].

=-doorsnee~eI~ouding,1 ~

=

correctiefactor ,0,71

lL

=

wrijvin~sfactor,

0,0055

ÀS

=

wrijvingsfactor, 0,25

re/ri - verhouding

stralen in-en

uitlaat buis ,(r

a/ri

)(

1

,

-0, 5bJra

)

=

::; 2;5

~b/ra

verhouding diaITJ«terinlaat

en

straal cycloon)

h/ri

=

verhoudin

G

hoogte c

y

cloon en straal uitlaat,

14

Gevonden

wordt

voor ui/vi'

de

verhouding tussen de

omtre}~snel­

heid en de

gassnelheid

in

de

uitlaatbuis,na invullen van de

bovenstaande getallen: u·

_].

Iv.

_].

=

2,)67

.l _

-28-je

reken vervolgens

de w8nrde:

r i

ui

2[

1

]

~

_{;) e}

₌

_r

( )

_v-:-

₍

_1-'Xu.

_n/v

_.

_r.

_)'"

-1

drukvalfactor

over

de

inlaat

t

a l l

l

l

Na

ln

vullen

va

n

de

waa

rden

volgt:

3

e - 1f

44

.

De drukval over de

cycloon kan vlorden berekend met:

. ? h Ó P

=

(~

...

~

i )

1 /2 • Ç>

g.

\T

i .

1 , 1 • 1

0

-./

a

tm

met:

3

i

=

J

5

(

u

i t

de

fi

g <> .

9

~

,

1 i

tt •

1

7 )

wordt

dit:

0,04

atm

IvIuschelknautz

L

Brunner

geven

eveneens een

methode,

om

mo

b. v.

de

berekende waarden de

exacte

afscheidingsgraad

te bepalen

Gezien het

feit,

dat voor de

gebruikte

deeltjeegrootte deze

afscheidingsgraad nabij de 100% ligt,is het uitvoeren van

deze,zeer tijdrovende berekening tamelijk zinloos.

De dikte van de

wandbekleding werd,evenals

het matriaal,

gelijk genomen aan de eerder

beschreven

bekledi,g van de

reactoren.

De dikte van de wand werd op

analoge

VJlJ

ze als

bij

de

-Ç~

~

-~

-

I

·

"--

il

·

l

'

r"

_~.J

;

·

i

I

A 8

c

D E

A bb. 5. Kcn"",ertE' typischer Bi!UMten \'on ZyklorodJscheidern

a i. 12,5 0,76 0,005 0,7·j 12,5 6,9 23,5 O.:?7 0,;0 u,005 2,6

I

12,73 8.5 0,S7 0,71 0,0055 2,9 2,5 21 0:27 0,75 0,005 3 2,-15 22 11 0,17 0,93 O,O! 0 (0,0073) 4,3 2,0 37 "} I3eim AX!i!lZyklof! sind IUf Ft: und \fe die an[;I..,u(.,oeIlen Kom~

ponen ten cÎnzusclzen

50 ~o ~i 3D f - - - i - - - ' ;

o

2 3 ujiJj Ij ~2:.:D \ ~)~~l;;-.;6·. Auslrittsdruck\'crlllste ;i

,

I

-l Ó

versdl iedéller Taudnohrc

FiC

.

3

"

Verschillende typen

v~n cyclonen,~et

bijbehoren-de

wé3é.l.roen

.

Fig.9

T

er

bepaling

van

de

wrijvingsf~ctor

- 29 -

'

6.6. Comnrep~or C11

In d~ compressor worden de gasseri gecomprimeerd van

7,7

atm. tot 10,1 atm.

1>

::

60,8 kr,/s ~<l J'1

=

12,9

T.

=

30

oe

1.n

Aangenomen wordt dat de gassen als ideaal mogen worden beschouwd.

-, 3

I;u:: :

P,

c, ""', . ""'~ t _~'.~ lq::/r.:

-) 1" , .-.• -..

H

'

r

Verder geldt voor ideale gBSGCn:

Voor twee atomig gas Geldt:

x..::

Dit geeft voor de

con

s

t

~nt~

K

~

1,01.10

5

/ ' /

1 ( 1 ,1 ' 0,

7

1' ) , - ,

-3

Dus : ~ '" D !~ ,

K

1 ) ( . 0= P - X \),263. 10

Het vermogen van

n '/2. Stel: p

L

therM: "9 vol. O 0, , c

n,8

l -

°

98

t

mech. 3- ,

'" ..

1

,55.

1

"

k

H

Aan gassen toegcvoce:de enthalpie: H

ca

s

met behulp van

oL-:: (mech P

p, part iaalspr

.m

nin[:

_CO?

_0,

₁

₃₆

_atm

_,

₁

₀

_psi

C,concent~atie

_0°2

₀

_,

₆₆

_m

_ol

_CO

2

/

mo

l

J~A

r;;,

concentratie

I.IEA.

₂

_mo

_l

_r.:EA/

_{liter o}

_pl

_.

a

bsorbt i G'.'.'nrrnt e

~~T ~=-1 _:::;0"

in

_opl"

_~25 pmTl"/' _lb

;°2

4.:).LU

L

so

o

r

t

e

li

jk

e

vmrot e

opl.

.

1),95

B

TU/

lbOP

'1

,

visc

os

i tei

t

opl.

0,7

cpOlse

Ka'

ov

erall

eas-I~ilm

_coefficient

0

Ib

lIla

1

1

hr,cu ft

,

atm

V

,

aa

nwez

ig t;asv

olu

Die

ln de

v

lst.

c

u

f

t/hr,

sq

:ft

schot

e

l

A

, o

pp

.

cont

actz

O

:1

e

gas

/

v

I

st

s

q ft

/

sq ft

schotel

T,temperatuur

(

ee::liddelà

)

f071>]?

TA,

te

mper

a

t

uur (gemidde

l

d

)

~G6,7~R

R

,

gas

con

stant

e

0,7

302

3Tul

lb

oR

Ervrv'

m

urp

hre

e

w

er

k

i

ncsgraad"

0,245

Het

feit,

da

t

de

ln

de

litt.

g

egeven formules

op basis

van

de

bovenstaande

eenheden war

en

op

geste

ld,heeft het

boven-staande

weinig

overzichtelijke

pa

kk

et eenheden tot gevolg

Vooral

bij

de

gra

f':itke

n

met ev

en

w

ic

htsgeg

evens

zou

o

m

r

eke

n-en tot

het pra'ctiche

s

telsel zeer

veEü

moeilijkhedeC1

::ri

et