Reinigen van de restgassen van de salpeterzuurbereiding

(1)

(2)

t-•

-

..

INHOUD.

Samenvatting Inleiding Bes c h r ij v in 9 proces

Fysische en chemische aspecten Berekeningen maSS2- en Katalysator Berekeningen voorwarmer Berekeningen stoomketel eerste reaktor Berekening turbine

_,

warmtebalansen na de pag. 2 3 5

6

12 20 21 23 24 Berekening stoomketel na de turbine 26 Berekeningsprocedure schoorstenen

27

Tabellen schoorsteenhoogten 31

(3)

,.

-

.

L

I

r

_

.

•

2 5 A f~ E NV AT T I i~ G •

In dit verslag wordt een berekening gegeven van een katalytische reduktiemethode vaIT de restgass en van de sal peterzuurbereiding.

Deze reduk_{tie gebeurt met aardgas} _over _een palladium-katalysa~or _{op dra}_g_er.

Hierbij wordt de concent ratie van de nitreuze gassen van 0,5 vol.% tot ongeveer 60 p.p.m. terugçebracht. Er wordt vanuit _{gegaan, dat}

~

e

_{fabriek onder} Ameri-kaanse conditi~s _{werkt dus met} _ho_g_{e d}

ruk absorptie ( ong.8 atm. )

(4)

..

• .

'

•

3

INLEIDIN.§'

•

(lit.1 ,2,3,)

In dit proces gaat het om de reduktie van de gassen, die uit de la0tste absorptietoren van de salpeter-zuurbereiding komen.

Dit

gas heeft de volgende samenstelling: 0,2-0,5 VGl.%,

2,5-5 vol. o,~

verzadigd bij de absorptiecondities. Het restant lS stikstof.

Men voert deze katalytische reduktie uit om: 1) NO en N0

2 te verwijderen, om de luch tverontrei-niging tegen te gaan . Dit heeft ook tot gevolg , dat · de schoorsteenhoogte geringer kan zUn.

2) energie terug te winnen.

~

~:~'

Men kan seLectief reduceren ( alleen de NO en de • r

~~ ~etifJ;I'NO

)

of totaal. (alle oxyden, dus ook de zuurstof)

~

llt.

"

'"

.~.n1~

2

~

,,\J

~

t.

.

P

"I

D e

~

e 1 c ct i e ver e d u k tie lJ e beu r t rn e t

~

3 b ij on ge vee r

r

~

20 U C 0 ver P t a I ska t a I y s a tor. Der e act ie s van N H 3

met NOen N0

2 _\gaan over de katalysator sneller dan die met O

2. Men reduceert op deze wijze de stikstof-oxiden tot ong. 10 p. p.m. Als katalysator kan men de metalen van de platinagroep, cobalt en nikkel gebruiken, maar platina is verreweg het beste. Een nadeel van deze methode is, dat men ammonium-nitraatvorming krJgt , waardoor het niet goed mûge-lijk is energie terug te winnen. ten verder nadeel is natuurlijk de hoge prijs van de ammoniak. Een voordeel is dat men niet de zuurstof reduceert, waardoor het brandstofverbruik veel ~eringer is dan bU bv. methaan als voeding.

Voor de totale reduktie kan men verschille~de brandstoffen g8bruiken, zoals CO, H

2, koolwaterstof-fen, cokesoven gas en zelfs bv. kerosine .

(5)

I

r

!

I

•

• ..

•

4

[1.1 e n moe l. h i er b ij het r est' . as 0 p war 11i e n t 0 t deo n t s t e

-kingstemperatuur, die afhankel ijk is van de voeding ( met k 00 1 wat ers tof fen 4 0 0

-::-

~~~

_

~

_

~

en met H 2 1 5 0 - 2 0 DOe )

De brandstoffen ne~mt men in geringe overmaat ,

omdat eerst op de katalysator de zuurst of reageert

(6)

•

ti

BESC~RIJVING PROCES.

/

Het restgas uit de laatste absorptiekolom wordt ge-mengd met de voor de eerste reaktor benodigde hoevee l-heid aardgas. Daarna wordt het in de eerste

warmte-.wisselaar opgewarmd tot de ontstekingstemperatuur van o

425 C met het gas van de NH

3 verbranding. Dit h~eft een temperatuur van 820- 880 °C.

In de eerste rea~tor wordt een deel van de zuurstof

9 ere d u c eer d (Qfl 9 . 2 , 5 (10) . H ier bij s t ij g t d e tem per a t u u

r-o

tot ung . 750 C. Vervolgens wordt het gas gekoeld tot

425 oe door stoom op te wekken.

i'>r.~ Daarna 'J'Jordt de tweede hoeveelheid aardgas toegevoegd.

~~:::-~

~

~ ~. In de tweede reaktor worden de nitreuze gassen en Y/"3~ de resterende zuurstof gereduceerd. Het gas wordt

~

t

/I~

/

;:.

~

d a a rna in een t u rb in eon t spa n n e n t 0. t 1 a tm .

~~

~ierna

wordt het gas verder gekoeld in een stoomketel

~

h~

__

wa a rin 1 a 9 e d ruk s t oom wor d t op Cj e wek t •

"

_

Z

.

/

--

I

./ Vervolgens voert men het g~s naar de schoorste~n .

I

~

/0 l

tl

Jtp

/

1{

",

1

0

7 tl

'

y7

MI

:/

~

(7)

-6

FYSISC

HE

EN CHEMISCHE ASPECTEN.

Bij de reduktie van de restgassen van de salpeter-zuurbereiding met methaan heeft men te maken met de

volgende reakties: ,'- CH 4 +4f'W :: CO2 + 2H20 + 2N2 ~ ~ 5CH 4 +8NO + 2H20 = 5C02 + 8NH3 X, CH 4 + 2N02

=

CO2 + N2 +2H20 7 -} 7CH 4 + 8N02

=

7C02 + 8NH3 + 2H20

Over het mechanisme van deze reakties

( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) over een lysator is in de l i tteratuur niets bekend.

---'"

kata-Ook over de kinetiek is niets bekend. Alleen met de katalytische reduktie met waterstof i.p.v. methaan

over platina zijn proeven genomen om een reaktiesnel-heidsvergelijking, activeringsenergie en reaktiesnel

-heidskonstante te bepalen.

Wel is bekend, dat de reaktie met zuurstof het snelst

is.

Thermo~namica van de reakties.

o 0

Bepaald werden voor de reakties de ÓG ,,6H en log K.

De log

K

waard~n werden voor twee temperatur~n name -lijk 400

°c

en

6

15 oe

bepaald. Dez~ twee temperatu-ren geven de ~renzen aan van het gebied, waBrin hier

gewerkt wordt. Voor 600-1500

OK

geldt ( l i t .6 ): -2 o

óGf)CH

= -

21,2SG + 2,596 .10 .T 4 (

_AGf)H

0

₀

=

_-5

₉

_,13

₈

₊ _1,₃_16.10-2 _.T o 2 - 2

(óGf)CO

=

-

94,234

-

0 ,

035 .1

0 .T

2 o - ') (6G f ) rJO

=

21,

543 -

0 ,

JO

1

•

1

0 '-

.

T

(6G~)

NU

2

= 7,933 + 1,486.10 -2 .T o (ó G_{f )}N H 3 -2 = -1 2, 972 + 2,784.10 .T .,

J

(8)

I'

• -

\'

-..

7 Rea k tie 1: (6G

°

)

1 = - 94, 234 -Cl , 035 . 1 0 -2 . T + 2. - 5 9 , 1 38 - 2 -2 + 2. 1, 316. 10 . T + 21 ,250 - 2,596 .1 0 . T= - 191 ,260 - 2 +0,001 . 10 .T.

°

E

l _{dt 1d l} K-

(-

A

G

)r - 3 r ge Dg -

4 ,

559 .

10 .

T

T=673 oK: (6 Go) =-1 91,267. log K =62 ,2. r T

=

1 0 8 I:)

°

K: ( ~G 0) = -1 9 1 , 2 7 1 • r l og K=36 ,5. ...,

°

-~ Reaktie 2: (~G ) = - 94 ,234 - 0,035.10 -.T - 118,276 r

-

2 -

2 +

2, 632. 10 . T + 21 ,250 -4.21 , 543 + 1,204. 10 . T - 2 - 2 -2,596. 10 .T= -277,432 +1,205. 10 .T. T=673 oK:

(

A

G

_.o) _r= -269, 322. T=10d8 oK : (AGo) = ~264 , J32 . r l og k:::87 ,6. log 1\=53 ,2.

°

-2 Reaktie 3: (AG )3= -52~ , 764 - 1,107. 10 . T. T=673 oK : (ÓGo) =-530,214. log K:::172, 7. . r log K=107, B . Reaktie 4: (6 G

°

) 4::: - 2 0 7 , 1 2 6 - 2, 9 7 1 • 1 0 -2 • T • log 1<:::73, 9. T=1088 oK: (~Go)= -239,486. log K=48 ,2. r

°

-2 Reakt ie 5: (~G )5= - 796, 404 - 5,401.10 .T. T=673 oK: (AGo)

=

- 822, 804. r T=1068 oK; (~Go )

=

-855,204. r log K=266,0. log K=172 ,3.

De reactiewarmte bij k_~amertemperat uur is I-lel ijk

•• , . _ .,.J

aan het konstante deel van de vergelijking van als funktie van de temperatuur.

Zoals uit de volgende berekening zal blijken is de reaktiewarmte slechts zeer weinig afhankelijk van de temperatuur.

(9)

L

.

i

• "

•

\ B T o 0

j

Men gebruik t de formule: 6 H = ~ H + .oc

p dT

r rs

Stel

T=BOO oe.

T

s

Reaktie 1: Ó c = p

-

_c PCO 2 + 2 c

=

t(

c -+- c )

P

₂

_{5 oe}

Paoooe

--c PCH 4

AC

=t(37,2 +55,1 P +( 33.56 +42,3)

-t(

35,79+74, 95) -(29,36+35,19)

=

2, 1 J/mol. (lit.7) Reaktie 2:Ac

=

c +2ë - c -4c

=

P

Peo

PH 0

2 2 PCH 4 PND 4~,15 + 2.37,93 + (29,1 2 +33,1 3) - 55 ,37 -2(29, 83+34,36)

=

0,51 J/mol. Reaktie 4: 6c

=

p c

_Po

+ - c -2ë 2 P CH 4 PND2 ·

-=

4 6 , 1 5 + 7 5 , B 6 + 3 1 , 1 2 - 5 5 , 3 7 - (3 7 , 1 1 + 5 3 , 0 5 )= 7 , 6 J / mol • 107]

De integraal wordt nu:

~

c

dT , voor de vierde reaktie geeft dit: 7,6.

77 ~9

J/~ol=7,6.

775 .

~:

,

39 .1

0-L1

kcal/mol =1,41 kcal/mol. Ten opzichte van de reaktie-warmte van ong. 200 kcal/mol is dit te verwaarlozen.

De

reaktiewarmtes worden nu :

Reaktie 1:(oH )1= 0 -1 91 ,260 kcal/mol.

Reaktie 2 : (6Ho)2= -277,432 kcal/mol.

Reaktie 3 : (6 Lj 0 ) 3

=

- 522 , 764 kcal/mol.

Reaktie 4 : (àH 0 ) 4::: - 207,126 kcal/mol.

Reaktie 5 : CAd 0 )5= -796 ,404 kcal/mol.

Men ziet dus dat de reacties alle vrijwel volkomen aflopend zij n . Het blij k t echter dat in de praktijk geen ammoniakvorming voorkomt bij de reduktie met methaan.

Bij de reduktie met waterstof treedt wel ammoniak-vorming op. (ook bij andere voedingen die wa terstof bevatten)

(10)

• I

~

1

• ..

9

Als katalysatoren _{kan men} _{gebruiken: platina}_, _palla

-dium, rhodium, ruthenium, iridium en osmium op ,dra-gêl,.

'----

, /

Voor methaan heb~en _palladium _{en rnodium de l} _aa_g_s_te

ontstekingstemperatuur_, _wa_dr_bij _de _{reaktie begint}

•

Pal _{ladium en rhodium hebben vrUwel dezelfde aktiv}

i-te i t : 0 m dat pa _{11 a d i u m e c h ter v e}_c!_{1 go}_p-_rj_kop_{e r i s z a I}

men dit metaal bij voorkeur gebrui ken .

Bij ethaön en propa_{an als voeding is echter p}_l_atina

het meest geschikt gebleken.

Het metaal wordt gebruikt in e~n _{hoeveelheid van}

0, 1-5 gew.% van het dragermateriaal_; _{bij voorkeu}_r

echter 0,1-1 gew.%.

Als dragermateriaal gebruikt _{men geaktiveerde}

alumina, silica , silicagel, diatomeênaarde _{of kera}

-mische materialen . Deze 12atste genieten waarschijn

-1 ij k d e v oor keu r •

Meestal wordt een bolvormige of cylindrische drager

toegepast van bv. 1/4 of 1/8 inch diameter.

Als reduktiemiddel kan men behalve _{methaan ook vele}

andere voedingen tuepassen , zoals

cokesovengas _, _{waterstof, ker}_os_ine_.

raf fin a der ij gas ,

Meestal werkt men met een hoeveelheid voeding, die

iets groter is dan, de stoec_{hiometrisch nodige voor}

het tota_{le zuurstofgehal te} _.₍ _ong_.₁_,_{1 maal zo groot)}

Bij gebruik van een grotere _{overmaat nee}_m_{t de} _koo

l-monoxidevorming toe.

Bij een redel_{ijke overmaat wordt} _o_n_g₈_ve_~_r ₀_, ₁_-₀_,₂

vol . ~ _{koolmonoxide gevormd} _.

Bij gebruik van een ondermdat voeding krijgt men een

ogenschijnlijke reiniQing van het restgas, doordat

~ '-

'-.

~,

--

..

----dan reduktie van het N0

2 tot het kleurloze NO op

-treedt. De bruine cluim uit d~ _{schoorsteen verdwijnt}

(11)

• I

\

.

I MI

..

10

Het NO wordt d~n e_{chter niet verder ge}_r_educeerd _en

zal weer tot N0

2 geoxideerd worden in de lucht.

Hierdoor wordt de totale vp._{rontreiniging aan} _N0

2

5

dus niet verminderd. Wel voorkomt men op deze wUze

?

natuurlijk hoge N0

2 concentraties.

.I

De

belang_{rijkste criteria voor de} _katalysa_t_or _zijn

de ontstekins_{stemperatuur en de levensduur.}

De ontstekingstemperatuur _bedraagt _bij _methaan _als

voeding bij een verse katalysator ongeveer 400 oe.

Bij waterstof of voedi~gen, _{die waterstof bevatten}

lS de ontstekingstemperatuur veel lager.

BU zuivere

o

waterstof ongeveer 150 C.

~

J{

'

/

,

{

I~

De levensduur _{wordt hier beper}_k_t _door _{de mogelij}

k

-hei d tot ~§_ij"e door het re s t gas, dat i mme r sen -~ele procenten _{zuurstof bevat,} _en _{door de}

tempera-tuur, waaraan de katalysator blootgesteld _wordt.

Di t laatste is waarschijnlijk _{de belangrijkste factor.}

~roefond8rvindelijk is gebleken , dat men met de

//

.,

/

p

k a a ysa t I t or t empera t uur b ene d en ongeveer 815 o._{_}C moot _{_}

bI ij v en.

Indien men de katalysator _{lange tijd blootstelt} _aan

tem per a t ure n van 0 n 9 e vee _r ₈_{0 0} ₀_{e s t}_ij_{9 t de} _'₀_n_t_s_t e-"'=""

kingstemperatuur _voor _{de methaan}_ver_b_rand_ing _met

50- 90 oe. Deze stijging _{kan men echter} _voor _een

-groot deel _{voorkomen door} _er_vo_or _{te zorgen, dat men}

voortdurend , dus ook bij het koelen na het

uitscha-kelen van de installatie, met eEn overmaat methaan

werkt, dus onder reducerende omstandigheden.

Wanneer men waterstof _{als voedin}_g _gebruikt _{kan de}

katalysator aan veel hogere temperaturen blootge

(12)

/

o

• ..

..

r~en werkt gEwoonlijk

60.000. [,m3 gas per

-

---1 ---1

met s~ace veloeities van

3

u~r per m katalysa~or.

Bij hoge space velocities heeft men een minder

complete No en ~D2 verwijdering.

ong .

Over vergiften voor do katalysator is niet veel bekend. Wel bleek de katal ysator zUn akti viteit te

behouden bU gebruik van raffinaderU~8s met 0,05

vol.~ car~unyl~ulfide ([85 ) als voeding .

(13)

..

12

EEREKENINGEN

M

ASSAEALA

N

SE

N

,

_{WARMTEEALANSEN E}

_N

REAKTORE

N

.

Hoeveelheid restgas.

De berekening _{zal worden opgezet} _voor _{een fabriek}

met

een verbruik van 2~ 00 ton stikstof per dag, wat

over-eenkomt met een capaciteit van 900 ton 100

%

salpe-terzuur per dag.

Voor de berekening gaan we uit ,van een restgas met

de volgende samenstelling:

H

2 0:

NO+N0 2: °2 : 1% 0,5% Dit zUn voor No+N0 2 en O2 voor de pr aktijk maximal e waarden. 5,0;l', N 2 : · 93,5'10 1 ton 100

%

HN0 3 oevat 14/63 .1 000= 222 kg stiks tof.

Stellen we het absorp_{tierendement op 9}_8% _en _h_et

con-versierendement op 95

%

,

dan is aan NH

3 nodig:

2 2 2. 1 0 0

fll_

B

.:J

.Q

il

/

9 5

=

2 :ï 9

=

1 7 , 7 kmo I .

14 14

Overall reaktie over de salpeterzuurfabriek:

NH] + 20

2 = HNOj + H₂0.

Stel men gebruikt een O

2 overmaat van 25

%.

Dan nodig 2_17,7+ B,85= 44,2_{5 kmol O}

2/ ton HN03•

1 Nm3 lucht (21% 02' 79% N

2 ) bevat 21 0 l i t er 02'

Dit is 210/22,4= 9,4 gmol 02' De _{hoeveelheid lucht}

/ 3 .

is dus 44250 9,4 = 4710 Nm _{per ton salpeterzuur.}

3

79 vol

%

is N

2, dus 3720 Nm N₂/ton HN0₃. Dit komt

over€en _{met de} _g_{ekozen 93,5}

_%

_{in het}

restgas, dus

3

komt er per ton HN0

3 100/93,5.3720

=

3960 Nm

rest-3

gas v rij. _{Dit is p}_e_r _se_c₀_{n d e 9 0 0}_•_{3 9 8 0} ₌_{4 1}_,_{4 6}

N m •

24.3600 ___

-"'--3

Hierin zit 8,85 kmol= 3, 85.22,4= 198 Nm zuurstof ofwel vrijwel = 5~, _{zoals boven a}_a_n_g_enomen_•

(14)

11

..

•

-13

De temperatuur van het restgas, als het uit de laatste absorptiekolom komt is 10-40

°c.

Stel 25

°c.

Dit most worden verwarmd tot de bij de katalysator

en het rBduktiemiddel behorende

ontstek~ngstempera-o ' 0

Jur. Voor Pd en CH

4 is dat 400-450 C. Stel 425 C. Dit opwarmen gebeurt in een warmtewisselaar.

Toe te vO~..I~J:':'..5IImj:.~_ aan .~~j:_~.§ tga s '. s.g. van hei restgas.

s.g. N 2 DOe, ata.)= 1,2506 ata.)= 1,4289. s. g. O 2 s.g. NO s.g. N0 2 idem idem =1,3401

=

2,055

gemiddeld over deze twee s . g. = 1,697 s.g. H

20 idem

=

0, Cl04

S. 9. van het restgas dus = 0,01 . 0,804 + 0,005.1,697

3 ö

+ 0,05.1,4289 + C, 935. 1,2506 = 1,2585 kg/m (1 ata,O C) Soortelijke warmte van het r~str.as:

H 20 NO N0 2 O 2 N'J Dus c p c _c c P 2:j U

c

42:; \..J

c

j3,56 37, 75 3~ , 66 29,83 32,22 31 , 07 37, 1 1 48 ,75 42 ,99 29,36 33,1 7 31 ,27 29,1 2 3C,93 30,02 o

van het restgas

=

30,17 J/mol. C. Het gemiddeld molecuulgewicht van het restgas M = 28, 17.

De aan het restgas toe te voeren warmte bij het ver-o

warmen tot 425 C bedraagt dus :

:3 -4

41,46.1,2585.30, 17. 10.2, 39.10 .400= 5345 kcal/sec. 2 B, 1 7

Het gemiddeld molecuulgewicht M van het aardgas

=

0,92.16 + 0,01.44 + 0,07. 28 = 16,7 •

.,

(15)

...

..

1 4

Ook het aardgas, waarmee gereduceerd wordt , moet op

o

425 C gebracht worden .

Benodigde hoeveelheid CH

4 bU toepass ing van 1

reak-tor. (dus met recirculatie)

5 %

O 2 dus hiervoor

2 ,

5 %

CH

4 0,25 0,25

%

NO dus hiervoor 0,06 ~ CH 4

fa

NO dus hiervoor 0,1 2

%

CH 2 4 Totaal . dus 2 ,7

%

CH 4. dus 2, 97 vol.~ CH 4.

Met een overmaat van 10

%

HierbU is aangenomen, dat de stikstofoxiden voor

0 , 2~ i uit NO en voer 0,25 % uit N0

2 bes~aan . Juiste

waarden hiervoor zUn niet bekend.

3 . 0

Het restgas was 41,46 m / sec ( 0 C,1ata), dus nodig

. 3

1, 23 N m / sec CH

4 •

Sam~nstelling van het aardgas : hiervoor is gekozen

de samenstelling van het gas uit Slochteren :

CH

4 88 ~~

hogere koolwaterst offen 4 ~

CO

2 1

%

N

2 7}b

Omdat de hogere koolwaterstoffen ook reducerend

zul-len werken nemen we aan dat het gas voor 92

%

uit

methaan bestaat.

Benodigde hoeve2lheid aardgas:

3 0 100. 1,23=1 ;537 m (0 C, 1 ata) 92 " c c p _P 25

°

c

425

oe

CH 4 35,79 59,30 47,54 CO 2 37,12 50,52 43, 71

N

2 29,12 JO ,92 30,02 o

Dus c van het a" rdgas= 4f. ,24 J/ mol C.

p

3 o ·

s . g.

=

0, 71 kg/m (25 C)

(16)

-·_- -_._ - - - --,

1 5

Toe te voeren warmte in de warmtewisselaar voor Ihat

opwarmen van het aardgas:

3 -4

1, 337.0,71 . 298.46,24. 10 .2, 39. 10 .400

=

275 kcal/sec.

16, 7.273

Totaal toe t~voeren warmte dus: 5345 + 275

=

5620

, -_: cl 1 / sec. ( bij geb r u ik' van re c i r c u 1 a tie ) •

j~re~ening van de reaktoren .

~) Toepassing van 1 reaktor. Samenstelling van het

gas men 9 s e 1 n a a r d e r e a k tor (4 1 , 4 6

r~

m.! re s t gas +

1_t.~

i

7

3 -Nm aardGas): -' Nm 3 Ui _;0 N 2 36 ,B94 9 [J , ti 6 CO 2 0,01 3 0,03 CH 4 1.,224 2,86 H 20 0,397 lJ ,93 N O+N U 2 0,206 0,48 °2 2,063 4 , f~ 2 Toté)ul . C "7 ~ _'1_, 1uO, wu,r-o

In verband met de temperatuurstijging van ong. 130 oe

"",~=,.

-per

%

zuurstof moet het zuurstofgehalte in het

gas-mengsel beneden 3

%

blijven.

We moeten het gasmengsel dys verdunnen met eindgas.

\ ( recirculatie)

Het totale zuurstofgehalte is 4,82 (02) + 0,24 (N0

2)

+ 0, 12 (NO)

=

5, 18 ~ (zie reaktievergelijkingen) .

Het volume na de verdunning wordt dan ~.42 , 797 =

3 3

73 , 8 Nm /sec.

3

Aangenomen space velwcity: 60.000.Nm

3/h

Be~odigde hoeveelheid katalysator: 3

3600. 73, 8

=

4,43 m .

60000 ~

m

Stel de dikte van de katalysatorlaag ~s 10 inch

=

0 ,254 m. Dan wordt de diameter van het katalysatorbed

D

=

4,43

=

4,71 m.

(17)

I

!

~

I.

•

.,

..

1 6

b ) Toepassing van. tweereaktoren .

In de eerste reaktor wordt de helft van de total e hoeveelheid zuurstof gereduceerd met de stoechiome

-'I!9GT'~"'. ..,..-.--.,

trische hoeveelheid methaan . In de tweede reaktor is een 10 ~ overmaat nodig voor een goede reduktie van

&iJi

de stikstofoxiden . .

Het totale zuurstofgehalte in het r estgas is:

5 (0

2) + 0,25 (N02 ) + 0, 12 (NO) = 5,37 <;t,. In de

eerste reaktor verbranden we dus 2,68 ~. Dit vraagt 1 , 3 4

%

eH 4' dit 1 s

~

-2 , 063 = 0, 5 5 4 til

3

eH 4' 0 f wel

3 5 0

0, 602 m aardgas. (1 ata ,O C)

Naar de eerste re~ktor gaat nu . dus het mengsel van

3 3 0 '

41 , 46 m restgas + 0, 602 m aardgas . (0 C, 1 ata) '",,~-- 24

Samenstelling van het gasmengsel naar de eerste reaktor" m3 ( OoC) _vol _"_~'f, CH 4 0,554 1 , 32 °2 2,,073 .1 ,92

N

2 38, 807 92,26 N o+~J O 2 0,207 0,49 H 20 0,415 0, 98 CO 2 0,006 0,14 Totaal 42.,062 100

Benodigde hoeveelheid kata l y s a t o r ; ),' ,

42, 1 .360D

=

2,,525 m3• '

P

Vv

/UU-

-vh--z--60000

/

17

I

Als men weer een laagdikt e aanneemt van 10 inch wordt de diameter van de katalysatorlaag en dus van de reaktor D= j ,54 m.

---Je reduktie van 02 op de katalysator gaat sneller dan de reduktie van NO en N O

2•

In de eerste reaktor vindt dus de reaktie plaats CH

4 .., + 2 O2

=

CO2 + 2 H20 3

° ,554 m ,J 1. 1 08 m 3 0,554 m 1,108 m 3

(18)

I

I,

· I

~

I

..

• /

lP

1 7

5~nenstelling van het gas na de eerste reaktor. f'J m .j

%

°2 2,073-1 , 10" 0, 965 2 ,29 NO+NO 2 blijft gelijk 0,207 0,46 N · 2 bI ;;ft gelijk 3e ,i;'..:7 92 ,27 [°2 0,006+0, 554 0, 560 1 , 33 H 2 0 0,415+1,108 1 ,523 3,63

Tem.E~E~~_~.!_yan_ ~_B.!_._g~.:=>_ !:la, .dee_e!'§te ___ ~e.?l:_tor.

Verbrand 1,10B i\lm3 zuurstof, ofwel 49,5 grol.

Per grol 02 komen

+.192

=

96

kcal vr~ .

Vrijgekomen warmte 4750 kcal. Soortelijke warmte.

40D en 800

oe.

Hiervoor is c gemiddeld tussen

p c l -r::! .. J r-·-&LJU '--j" .2 30, 76 °2 32 ,99 cO 2 49, 55 'J -' ' - " .... ~

e

3 J , 1 3 35,21 :J5,10 C P j 1 ,44 34 ,10 52,32 c in j/mol . p

r\lO 32,04 34 ,36 J~~ , 20 gemid,.:eld OVEr

i'.

o

N0

2 48, 33 ::;3,05 50, 69 en [JO 2 41,95.

H; O 37,Ll5 J? ,J6 31_?_,9₀

Het oemiodeld molecuu~gewicht

M =

27, 86 .

De gemiddelde soortelijke warmte c van het mengsel

p

vJ 0 r d t dan: 0 , 9 2 2 7 • :3 1 , 4 4 + C,

°

2 2 9 • J 4 , 1 0 + 0 ,

°

4 b • 4 1 , 9 5

+ 0,0363.39, 90 + 0,0133.52, 32

=

29 ,02 + 0, 78 + 0,20

+ 1,45 + 0, 70

=

32,15 J/mol .

De temperatuurstijging bedraagt dus:

-4 3

42,062.1,25. 32,15.2,39.10 .10 ,

A

T

27 , 8 6 ----~·:_J l iJ

(~~:!G>;.?~

:

'};

1'"

De intreetemperatuur was 425 C, dus de temperatuur,

o

(19)

,

'

.

..

I 1 8

Als het gasmengsel uit de eerst reaktor komt wordt de tweede hoeveelheid aardgas toegevoegd, ditmaal met

een kleine overmadt. Stel deze overmaat is 10

%

.

Dan wordt dus toegevoegd 0, 603 Nm3 + 10

%

= 0, 663

Nm

3 aatdgas.

De

vrijgekomen reaktiewarmte in

de

eerste

reaktor was 4750 kcal/sec.

Voor de verwarming van het aardgas van is nodig:

o

,

6 6 3 •

O.!l

.

L~

..

?

2.,8

~

2 4 • 1 0 3 • 2 , 3 9 • 1 0 - 4 • ti U 0 = 1 J 6 k cal / sec •

16, 7.273

Tusse~ de eerste en de tweede reaktor moet dus aan warmte worden afgevoerd 4750-136

=

4614 kcal/sec. SameI]stelli.!:1.9-_Y.?.!l __ h.~~_g_a.?.m.en .. g§.!:..l_, dat naar de tweede

Feaktor~~.

Dit i s s~mEngesteld uit het g~smengsel ui t de eerste

r~~ktor + O, ~63 aardras . r~ 2 C LJ 2 CH 4 H rl 2-C') j ti , [j L1 7 + LJ, U 4 ~ O,56U + O,JU7 ':l

N

m-.J

3: , ) ~ J U,567 , (1 ;~ L. , ,,16:J Totaal 42 ,725

Omzet ~ingen in de tlÁeede re a kta r : 1 ) CH 4 + 2°2 = CO2 + 2H2O 0, 46 0, Y6 Ll,4B 0, 96 2 ) CH 4 + 4NO

=

CO2 +2H2O + 2i~ 2 0,026 0 ,103 0,026 0,052 0, lJ52 3 ) CH 4 + 2N02

=

C lJ2 + 2H2O + N2 0,052 0,1 03 0,052 0, 103 0, 052 .:; 1 , IJ U 0, ij:7 1 ,3 J 1 ,43 3,50 2,25 100,OU Hoeveel heiden

(20)

-'

I

.

I

..

I 1 9

Samenstellino _{- ' - -}van het .. _- -..J. _oesme_ . __ . __ nasel na dB tweede reaktor.

~ ...

--

-Nm..l _N_m3

_%

N 2 3~, b~3+0, 052+0, ~~2 36, 957 91 ,06 ~ CO 2 'O, 567+0,48U+0,U26+0, 052 1 , 1 25 2,64 H 20 1,523+0,960+0,052+0,1 03 2, 638 _6__ , 1 --h G CH 4 0, 610- 0, 48- 0,026- 0,052 0,0:i2 0, 1 2 Totaal 42, 7"(2 100,OCJ

Volgens lito is het NO-N0

2 gehalte in het

eindgas-mengsel 50- 100 p.p.m.

Bij de berekening is alleen rekening gehouden met vol-ledige verbranding tot CO

2 op dc katalysator. Met

eventuele CO vorming is dus geen r ekening gehouden,

omdat hierover te weinig bekend is.

In de tweede reaktor vrijkomende reaktiewarmte: 1) Bij de omzetting van ~ethaön met zuurstof komt vrij :480/22,4.1 91 = 4090 kcal/ sec.

2) Bij de reaktie van methaan met NO komt vrij :

26/22,4.277

=

321 kcal/sec.

3) Bij de reaktie van methaa~ met N0

2 komt vrij :

52/22 ,4.207 = 461 kcal/sec .

Totaal dus 4090 + 321 +481 = 4892 kcal/sec= 20500

kW.

De temperatuurstijging van het gas wordt dan dus:

. _ -4 3 ~

42. 772. 1. 25.3.è , 73 .2, 39. 10 .1 0 .. A T = 4892. ~/qf<-C--'

27,79

Dus de temperatuurstijging i s 326 °C •

... 0

Eindtemp~ratuur van het gas dus 751 C.

----Bij oe berekening van de massa-en warmtebalansen is

van de maximale concentraties aan O

2 en NO+N02

uit-gegaan. Dit is ook gebeurt met de berekening van de

apparatuur. De begindr0k wordt op 8 ata gesteld.

Bij een lager zuurstofgehalte veranderen natuurlijk de massa- en warmtebalansen. Zo kan men bij een

zuurstof-gehalte beneden 3

10

met 66n reaktor volstaan.

De apparatuur is berekend voor het geval van twee reaktoren, dus zonder recirculatie.

(21)

I

'

I

i

-I

I

I I

"

...

/1

..

IJ'

20 De katalysa~or.

Als dragermateriaal gebruikt _{men bolletj} _e_{s met een}

diameter _{van 1/4 inch.} _Deze _bolletjes _hebben

een .

oP-pervlak van 100 sqft per _{cuft. (lit. 12 )}

diameter bolletje d = 2,54 4

=

0,635 cm. 2 oppervlakte van 1 1 sqft

=

O,3052m2 2 bolletje dus'n d = 1,27 cm . 100 sqft

=

93000 2 2 = 0,093 m = 930 cm • 2 cm • cuft = 93000 =73500. 1 ,27 Aantal bolletjes in cuft = O,02lLi m3

Aantal _{bolletjes per} m 3

=

₇₃₅₀_U

0 ,02tJ3

- 2.60U.UOO.

Stel laGgdikte van de katalysator 1~.

2 - 4

Dan is de inhoud van dit laagje 1'(c h = 1,27.10

3

cm pûlladium per bolletje.

Dus per kubieke meter k_{atalysatoi wordt dit:} 2,6.106.1 ,27.1 U-4 cm3 = 330 cm3.

s . fJ •. Pd

=

12. lJus per k_{ubieke meter katalysator}

330. 12

=

3960 gram palladium.

Dit _{komt overeen met} _de _{eveneens in de literatuur}

(lit 8) gegeven waarde van [,5 gew.~ katalysator.

Dan wordt de _{berekening als} _volgt:

3

Inhoud bolletje 0,1 34 Cm • Stel s. g. van de k

era-misc~e _{drager =2. 1boll}_e_t _j_e _w_eegt_._dan ₀_,2₆₈

gram.

- 2 6 ₃

Aan Pd 0, 5.1 0 .2,6.10 .0,268 = 3480 gram Pd/m .

De _{katalysator met} ₀ _,5 _g_{ew.% Pd kost ongeveer}

f

75

perkg.

Benodigde

=

4,Y6b

ofwel 4 ,960 .3,960

=

19, 7 kg Pd.

3 m ,

2. 1Y ,7

=

39,4 kg Fd

=

1 9 e '.iJ • -!~ , • D ' u s nod.l.g 3740 kg ka

ta-lysator. ~osten _{katRlysator dus} _394U_. ₇₅₌

_f

_~~6_. _00o_.

(22)

-1

I

Jt.

•

I 1

1 -•

..

•

21 .

Berekening van de warmtewisselaar voor het opwarmen van het restgas en de eerste hoeveelheid aardgas.

Toe ~e voereA warmte 5481 kcal/sec.

-1 -1 -1

Er geldt U =0( 1 +0(2 ~ = overdrachtscoëf. in de

pijpen.

~2

=

overdrachtscoëfficiënt om de pijpen.

hier verwaarloosd. De weerstand van de pijp zelf wordt

Er geldt Nu

=

0,027 ReO,8. PrO ,3] ( in dep ij pen)

D_us O(

_1='

0 027 0,_O·~8.

P

0 _t9 _V0 ,8

D ' •

'lt-.

IIO

Gem. temperatuur van het gas in de pijpen 225°C.

°

3 (8 ata, 425 C)

=

1,2585.8.273

=

5,52 kg/m •

I/.

9 8

l

=

4,08.10-2 W/moC

~

-6 / 2 2,734.10-b 2

'l

= 20 ,8.10 Ns m :: kgs/m .

D. gesteld op 50 mm, en de snelheid op gemiddeld

lnw. 40 m/sec.

eX

=

Ot027.5r52~,8.4t08.10-2.400,8.

0,88 = 68,6

t

0,05 0,2.(26 ,0.1 0- 6)0,0 - I

I

Om de pijpen geldt de formule Nu = 0,1 8

ReO,6.PrO,

~

3

Men heeft nodig 17,7 kmol NH

3 per ton salpeterzuur • Stel men gebruikt 11 vol.}~ NH_, .

..J

3

Dus 89 vol. /o

=

89/1 1.17,7.22,4

=

3210 Nm per ton HNO]. Hier komt bij 10/9.17,7.22,4

=

357 Nm3 ( uit de

reak-tievergelijking 4NH

3 + 5 O2 = 4NO + 6H2D)

De .volumestroom van de ammoniakverbranding, waarmee

3

men opwarmt wordt dus 3567 Nm per ton HN0

3 ' ofwel 37 Nm3/sec. Deze NH

3 heeft een temperatuur van 620 oe.

s.g. =1,25 kg/m3• cp 6000C = 0,266 kcal/kgOC. ·U a n i s _. 3 7 • 1 , 2 5 • 0 , 2 6 6. L:::. T

=

5 4 El 1 . ó T

=

4 4 6

°

C •

Dus de eindtemperatuur van het gas van de NH

3

ver-branding wordt 374 oe .

°

Gemiddeld dus ongeveer 600 C. Voor de stofeigenschap-pen werden de waarden van lucht bij 600 oe genomen •

(23)

I

1

-Ir

..

•

22

'"\

-2

A = 5,35.1 0 kcal/m h gr. -6 2 ~

=

95 ,57.1 0 m Isee.

Stel snelheid om

de

pijpen 40 m/see. PrO, 33 D Ot

=

0,056 m. Ulo w.

=

0,B8. 0,6 -2 Dus 0( 2

=

0, 1 6 • 0 , B 8 . 4 0 _

o

.

~.L 3 5 • 1 0 • 1 , 1 6 3

=

7 3 ~ 7 . 0,056° , 4.(95,57.10-6 )° ,6 .. Dus U-'= 1 73,7 +

Dit geeft U=36.

-68,6

- 3

Dan wordt het benodigde oppervlak dus 5481.4,1 9.10

=

2 373. 36

=

1lp8

m __

"*" ,

Ue snelheid in de pijpen aan het begin = 24 m/see.

Aan het begin is de volumestroom 41,46.29Q

opp. doorsnede

p

~

pen

5, 65=

0,2~6273

m2.

24

3

=

5,65 m Isee.

Dus

Aantal pijpen per pass dus 0, 236. 100

=

120.

°

,

1 9 7 41 .. _ _ _ r

(N

W-Oppervlak per m pijp; 0,157 m2.

Totaal nodig 1708 = 10570 m pijp.

0:157 ....

.

I . . . .

Dus b~ 9 passes 10870

=

10 ,08 m lengte.

9. 120

Dan wordt de diameter

D

= m. t =34, 6531 .78+56+90~2B50mm.

Berekening druk val over deze warmtewisselaar:

Aangenomen gladde pijp: 4f= 0,013. (Re=5,4.;. 40.0,05=

-6 26 ,8.10 5

=

4.1.10.) Dus AP

=

0,013. 9.18, 08.5,48. 1600

=

102.000 N/m2, 0,05. 2 ofwel 1 atmosfeer .

(24)

•

• ..

•

23

Berekening van de stoomketel na de eerste reaktor.

In verband met de druk van 7 8tmosfeer kiest men hier

een vlampUpketel . In deze vlampijpketel wordt de 42 ,062

Nm3 gas gekoeld van 755

°c

tot 425

°c

.

Er wordt stoom

o

gemaakt van 7 ata ofwel 165

C

.

De

t: . . . - temperatuur, waar

-mee het water in de stoomketel komt stelt mèn op bO

oe

.

4 AT

Dan wordt het logarithmisch temreratuurverschil:

o

A T

l _m 430 C. ₂

Stel U

=

40

Wim

°c

.

Af te voeren warmte 4612 kcal/sec.

Dan wordt het benodigde oppervlak:

A

=

~12. 4_z..12~_1.Q 3 = 1125 m 2

40.4JU ~

i'ien gebruikt pijpen van 10 eiTI tJinnendiameter.

2

Deze hebuen eerl oppervlak van LJ ,314 m

Im.

Dus totale pijplengte 1125

=

3590 m.

Stel pUrlengte 12 m

.--

.

U, :.., 1 4

Aantal pijpen 35~u

1 2

Uppervlak d oor s n ede p ij P 0,788 dm 2 .

::: 299.

---;

Dus totsel oppervlak pijpdoorsneden 299.0, 78b

=

236 dmL

•

Inkomende volumestroom 42 ,062.1028. 1

=

22 , 6 m3/sec.

27:';. 7

Dus intre: snelheid 22600

=

9,6 m/sec .

236

De steek t van de pijpen

=

155 mmo Dan wordt de dia

-meter van de ketel, indien men hem helemaal vol met

pijpen zet D= m. t =17, 93. 155 = 276U mmo Men laat echter

het bovenste stuk tot 1/3 van de diarneter vrij om

als stoomruimte te dienen .

Dan geldt

o~pervlak

0

=

1/4

D2 _ 0,2289

u

2

= 1/4 (2,78)2

ofwel 0, 5571 D?= 0,786(2,78)2

2 iJ

Jus D

=

10,89 m . D= 3,3 m.

c:e:=_,.

:::;;:::ssu-Dep ij p I en (: tew a s 1 2r"n; men

gebruikt dus twe,~ ketels van

-

(25)

..

T

i

r

I

..

- - _ .

- - -

_{- - - -}

_-ï-,

24 De turbine.

In de turbine laat men het restgas, dat uit de tweede

reaktor komt, expanderen van

₇

naar atmosfeer.

Deze expansie gebeurt in een gecom . .J..neerde turbine.

Deze heeft het voordeel, cJ.st _{rendement hoger is}

dan bij gelijkd~k- _{of overdru}

In het ideale geval _{treedt er isentrope expansie op.}

( zie gestippelde _{lijn in} _de _figuur)

In werkelijkheid haalt men een _{derge~ijk ~endement}_niet_.

Men _{volgt dan de} _getrokken _lijn _. _{Het thermodynamische}

rendement van een turbine varieert van 0,70 tot U,86.

Het vermogen van de turbine bedraagt tb C A T.

Tm P

Om dit te kunnen uitrekenen moet men _{dus de werkelijke}

temperatuurdaling kennen. Deze berekent men door de

entopie van het gas te bepalen bij 751 o _{C en 7} _a_ta

en ~e kijken met welk~ temperatuur deze _{entropie bij}

atmosfeer overeenkomt. _Voor _{de~entropiewa}₈_rden

werden de waarden van lucht gebruikt, zoals door

(26)

•

25

Uit deze tabellen blijkt, dat men bij isentrope

expan-sie komt tot een temperatuur van 344 oe bU 1 atmosfe8r.

Doordat de expansie niet ideaal verloopt komt men

echter niet zo laag. Ive stellen . het thermodynamische

-rendement van de turbine op 0,8 . Dan wordt de werke~

1 ij k e e in d tem per a t u u r 7 5 1 - 0,

o

.

(

7 5 1 - 3 4 4) = 4 2 5 0 e •

Het vermogen van de turbine wordt dan :

42, 772.32, 73.326 = 20400 kW.

22 ,4 t 4 "

Om het asvermogen van de turbine te berekenen dient

men dit te veLmenigvuldigen met het mechanisch

rende-ment van de turbine , dat we hier op U,96 stellen .

Het asvermogen is dan 1960U kW.

Gebruikt men de turbine voor elektriciteitsop~ekking ,

dan moet dit nog met het rendement van de turbine

vermenigvuldigd te worden . Dit stellen we op 0,97.

Dan is het vermogen 19000 k~. In dit geval zal men

de turbine natuurlijk gebruiken om de compressoren van

(27)

I

-I

I

..

Hierin wordt het gas uit de turbine gekoeld van 425

°c

tot 200 °C. MEn maakt stoom van 4 ata en 143 oe .

, 2 c:r:;:;.~""";;:. iI_;;;_~_!!!f!!!II:!liI!. i. _ _ __ _

Stel inkomend water weer op 80 C.

Dan wordt het logarithmi sch temp8ratuurvrerschil

o

AT

l _m = 190

C

.

Stel c _p van het eindgas is 0 gelijk aan

die van lucht = 0,250 kcal/kg C.

Dan is de a f t e v 0 ere 11 war m te ft 2 , 77.3 . 1 , 25 • 0 , 250 _ 225 =

3010 kcal/sec

=

126.105 W. Stel U W8ur = 40 W/m2

o~.

~ '1

Dan . is f\

=

1 2 ~ • 1 O..J = 1 ( C ~1 m L

.

-

_.-

-

--

_

.

We8r p~Den van 10 cm binnenrliamcter.

Aantal meter p~p 1G60

=

5290 m lans_

1J, :J14 Weer pijpen

Dus 5290

1 2

van

----

12 m lenoté:.

-441 pij pen. ----~

Tot a a l o ;'-p e rvI a k van dep ij p d oor s n ede n 4 .4 1 . G , 7 8 B dm 2

=

348 dm2•

Volumestroom 42, 772. 698

27J

3

= 109,5 m /sl3c .

I n reesne t lh el "d 1 0 I U.." 5 • __ 10_ 3 302dm/sec= 30,2 m/sec.

348

Onbeze~ oopervlak ven de doorsnede van de ketel

A = 0, 2209 D2 Dus 0= 1/4 D2_ 0,2289 D2=1/4 {3,42)2

De diameter bij totaal bezette doorsnede was 22,045.155= 34·20 mm= 3,42 m.

2 .

2

Uus 0, 5571 D = 0, 786.11 , 65 . D =16 ,43 . Diameter D=4,06 m

Men gebruikt dus weer twee ketels van 6 m lengte en

4,06 m diameter. Ook kan men de lengte van de pijpen

~ ,

iet s 9 rot e r kie zen b ij v • 7, 5 nI 0 In d e i n vlo e d van ver

-vuiling te kunnen opvangen .

(28)

•

. '~ / '

~~

cil

r

:#:0

-~

I

..

•

27

BERCKENING SCHCrR5TEENH~OGTEN .

Voor het berek8nen van de sehuorsteenhoogten _v~or

verschillende ~mstandighcden _{werd de} _{door de stich}

-..---- t i n Cl C [} N [ A W [ ge,: e ven b ere !< en in gsm

e

t h 0 d e geb _{r u}_i_kt_.

(1it.4) .

Deze berekeningsprocedure _bestaat _uit _drie _stappen

:

1. Berekening van de stijging van de gaspluim uit de

schoorsteen ten gevolçe van het soortel~k _gewich_t

e r. d [~ imp u 1 s •

2.

Berekening van de dispersie van het gas .

3. Com~inatie _van _en _{2 tot} _e_en _{voor de praktUk}

te ,gebruiken formule .

De te gebruiken _{formules zijn} _theoret _i_{sch afgeleid}

met een aantal _{uit praktUkgegevens bere}_k_ende

con-stant.en.

De berekeningsprocedure _wordt _nu _{nader uitgewerkt.}

1. 5tij~ing van de _{gaspluim. HiervuJr} _is _de _v_J

lgen-de

formule

afgeleid:

Ah= stijging van de pluim boven

de schoorsteen in m.

o -

h- d~ door he~ gas vertegen

-woordigde warmtestroom _{in cal/sec.}

u= windsnelheid in m/see.

K= constante= 0,175 voor neutrale

I

of vrijwel neutrale atmosferische

omstandi(Jheden .

2. Maximale _{concentratie op} _grondn_iveau _{bij gemid}

-delde windsnelheid u.

Hiervoor geldt: C 2

Op

• 1 0 6 C = - . è max .

_u.

_e.

2 H C ..

J

IJ.

r~

,

(29)

,

• "

,p

1/

Hierin is: V,Jor matig 28

C = maximale voorkomende conce

n-max

tra t ie op gron "d nlvcau ln . . mg / m. 3

Q

= gasstroomvan de verontreinigende

p

stof in kg/ho

u= gemiddelde windsnelheid in m/sec.

H=

h+Ah= hoogte schûorsteen + pluim-stijging. C z - : : : :

c

y stabiel

c

dispersiefactor afhankelijk van , de atmosferische stabiliteit en weer de tijd . dan

-S

C Y :::0,5.

Neutraal weer dan Z

L

y

=0,7.

c

Matig onstabiel W2er den

_L=

z ₀_,9.

Y

3. Samennemèn van deZE formules tot een goede practijkformule.

H ier b ij \vO r den de vol gen c:! e a a n nam en g e d a a n :

a) Lr h'"J:,rst d~; kritie~e "'Jindsn~lheid.

Dit is de windsnelheid, waarbij de grondcuncentratie

maximaal is b ij 0 v 2: r i gen s C 0 11 sta n t e 0 lil S i anc i 9 h e don ;

dus aJleen d2 windsn8l hcid varigrend) . Hiervoor is dp volcende formule afQelcic:! : u . ,= (iKQh+/h)3/4 . crlt b)

_K=

0 ,17') . c)

c

Z U, 7 •

C

= y d )

_Wh

₌

~40 Q . 6 T.

v (m. a.w. C p van .., het gas wordt 340 cal/ Nm"oC ]f'steld) . ~ .. Dit SJ e c f t t ü t re s u l . .-W;;!..Q.~--"--··""··"---·-"--· SP 104

Q

3/2 hoogte schoorste~n

h = '

- ·T (r~

)

""'v· /:l ' L.._crit

(30)

•

• .

-..

29

Hierin l S h= ho

.

ogte schoorsteen in m •

AT= temperatuursverschi l tussen het gas

en de omG~vin~slucht in

oe.

~ "

Q

_v

=

Q

= p 3

volumestroom van het gas in Nm /h.

mas astroom verontreinigende stof

l il kg /h.

C

krit= maximale concentratie verontrei

-nioende stof op grondniveau i n mg/m3•

De op deze manier verkregen waarden zijn gemiddelde

waarden voor neutrale atmosferische omstandiJheden.

Om tot een goede waarde voor de praktijk t e komen

moet men dus aanpassingsfactoren invoeren.

.

---.--C

n

J

CA '·\lE d:-Y e t di t doo r de ve rk re g en waa rden me t twee

te vermenigvuldigen. De op deze manier verkregen

waarden komen vrij goed overean met andere methoden

t er berekening van schoorsteen hoogten namelijk die

van VDr €n van het British .Alkali Inspectorate. Zou men echter zekerheid willen hebben , dat de

grondconcentratie nooit hoger is dan de vereiste waar

-de dan di ent men cle met de formul e gevonden hoogte

t e vermenigvuldig_{en m e t 9}

Ook in dit geval is echter nog geen rekening

gehou-den met sterke inversie of sterk turbulente oms tan-dilJheden. Van geen van deze beide ontstandigheden l S

echt er op het ogenblik het effect te berekenen. Bij de inversie is di t te b~grijpen , omdat de hoogte

van de~nversielaag sterk kan variêren.

Bij langer durende inversies zijn echter de conce

n-traties op grondniveau bij hoge schoorstenen gew oon-l ijk laag, omdat geen transpurt van de verontre

(31)

•

30

Ook wor dtb ij h 0 ges c h oor s ten en va a _{k dei}_{n ver s iel a}

a 9

door de pluim doorbroken .

In het tweede geval _{van sterk turbulente omstandig}

-heden _{kunnen hoge} _{concentraties} _{op g}_rondniveau

voorkomen, maar over het algemeen zijn deze, door de

o_{nder deze omstandighed}_en _sterk_e _dispersie,

van korte

duur.

De z e b ere ken in gsm e t h ,] d e he' ft d c vol IJ end e b epe r kin gen :

1 . Slechts het effect _{van één enk}_?_{le schoorsteen}

wordt beschouwd.

2. H ij i s a 11 een geI di::.; voo r hoe vee 1 h ede n. van 1 5 - 1 0 0

3

rIJm /sec gas.

3. H~ is alleen geldig voor e~n warmtehoeveelheid minder dan 8.106 cal/sec.

Wij hebben in dit rapport de schoorsteenhoogten

( zonder katalytische naverbrandingl berekend van e~n

fabriek van 900 ton 10U% salpot erzuur per daa voor verschillG:nde _waarden _van _Ó _T _e_{n C}

krit.

De resultaten hiervan volgen nu en zijn ook uitQezet in grafieken.

Ook is de schoorsteen hoogte berekend voor ons geval

van katalytische _{naverbranding}_.

•

(32)

-•

•

31

het ~estqas zqIu=LeJ __ naverD-.!'~22ding .

4

Q

)3/2

f'1 eng e b r u i k t d e f 0 r mul e h = 1 t 5 G . 1

Q

(-E.

Q .AT C

k

-v 'r l

In Engeland is de maximaal toegestane concentrat~e

op grondniveau van NO+~02

=

0,16 p.pm. Het s. g. van

~j

0 +

i~

O 2 (1: 1 ver

h--;:~

in

~)

is 1, 6 9 7 k g / m 3 • 1 3

In 1 m~ mag dus maximaal zitten 0,1 6 cm NO+N0 2, - -3 -3-ofwel 0,16.10 .1,697

=

0,272.1 0 gram. 3 Dus C k _{T l}-t = 0,272 mg/m • ₃ ₃ ₃ Qv

=

volumestroom gas = 41 ,46 Nm /sec = 149,1.10 N~ /h.

;::

Q

=

hoeve~lheid verontreinigende stof in kg/uur

=

p -2 3 6 / 0,5.10 .149,1.10.1, 697

=

12 5 kg uur. 3/2

(

~) =

1265 3/2 = C krit 0,272 5 3,165.10 4 5 Dush= 1,58.10~165.10 149,1.10 AT 4 = 3,355.10

6T

Schoorsteenhoogten als funktie van 6 T voor restgas-con een tra tie s van 0, 2 enD, 5 vol.

%

N 0 +N O

2 (1: 1) bij

een kritische concentratie van 0,1 6 p. p.m.

Hiertoe worden de met bovenstaande formule verkregen waarden nog met twee vermeni~vuldigd.

:

-0,5 vol. j~ NO+I~02 0,2 vol. '10 NO +N IJ 2

L) _{T(u C )} hoogte(m) ÀT(u C ) hoogte(m)

50 ₁₃₄₂ ₅₀ ₃₄₄ 75 ₆₉₂ ₇₅ ₂₂₉ 100 ₆₇₁ ₁₀₀ _{1 72} 150 446 1 50 1 1 5 200 ₃₃₆ ₂₀₀ ₈₆

-

-250 ₂₆₆ ₂₅₀ ₆₈ 300 ₂₂₃ ₃₀₀ ₅₇ 350 -I 91 350 49 400 1 68 400 43 500 1 34 500 35

(33)

•

, - - - -- - - -

-•

32

5choorsteeflhoogten als funktie van .ó. T voor

restgas-•

conce~traties van 0,2 en 0,5 vol. ~ bij een waarde van

de kritische concentratie

=

0 ,32 p.p.m.

O,S vol. !~ 0, 2

voî~

~

A T (oe) hoogte(m) D.T(oC) hoogte(m)

50 476

50

122

-75 31 6 75 81 100 238 1 00 61 150 1 5 B 1 50 41 200 1 1 9 200 31 250 98 250 24 300 83 300 20

-350 70 350 17,5 400 62 400 15,3 500 49 500 12,3

Schoorsteenhoogten als funktie van

A

T voor

rest-gasconcentraties van 0, 2 en 0,5 vol.% bij een waarde van

de kritische concentratie -

_-

0,25 p. ~

.

m . •

-..

0,5 vol .~10 0,2 vol.'1~

IJ

T.(u C ) hoogte(m ó T(uC ) hOLJgte\rn)

50 782 50 1 76 75 457 75 1 1 7 180 391 100 88 150 234 150 59 200

.

176 200 44 250 139 250 35 300 1 1 7 300 29 350 98 350 25 ,3 400 86 4ÛO 22 ,0 500 69 500 1 7 ,6

(34)

•

33

5choorsteenhoogten als funktie van ~ T bij

reatgas-cuncentraties van 0,2 en 0,5 vol.% NO+N0

2 bij een

kriti-sche concentratie van 0,5U p. ~ .m.

0 ,5 vol.'}6 0,2 vol.'\{,

.ó T(oC) hoogte tlT(oC) hoogte(m)

50 248 50 79 100 124 100 35 150 81 1 50 22,6 200 62 200 1 7 ,3 250 48 250 1 3 , 3 300 41 30U 1 1 , 1 350 35 350 9, 8 400 31 400 8,6 500 25

SO

U

6,8

Schoorsteenhoogten als funktie van 6 T bij

restgas-concentraties van 0,2 en O,S vol.% NU+N0

2 bij e~n

kritische concentratie = 0,10 p.p.m.

0,5 vol.% û )

_,

-

vol. %

óT(oC) hoogte(m) Ó T (oC ) hoogte(m)

50 50 700 100 100 350 1 50 902 1 50 232 200 678 200 175

----

"' ... " 250 538 250 1 3 7 300 451 300 1 1 5 350 387 350 100 400 339 400 88 500 271 500 70

Uit deze tabellen ziet men, dat de hoogt~ evenredig is met de maximaal toegestane grondconcentratie tot de macht - 3/2. Dus deze door de regering vastgestelde

(35)

•

• I

I

_I

34

Schoorsteen hoogte bij het gebruik van katalytische na -verbranding.

In dit geval zijn de verontreinigende stoffen het restant nitreuze gassen en de eventueel gevormde

CO

.

Q

=

1 4 9 , 1 rIJ m 3 / u u r •

v

Stel men heeft in het restgas een concentratie aan

NO+N0

2 van 100 p. D. m.

. -4 3 '

LJan ~s Q =10 . 149, 1.10 . 1,697 = 25, 3 kg/uur.

p .

o

Stel 6. T = 50 C.

Als men absoluut zeker wil zijn, dat de grondconcen. tratie nooit hoger wordt dan 0, 16 ~ .p.m., dan moet men de met de formule verkregen waarde nog met 5, 8 vermenigvuldigen. Dan wordt de hoogte h = 5. 0. 1.58. 104 -~-~~ 149,1.1 0 . 50 = 11 ,4 m. ~ 0,272 3/2

=

De koolmonoxi de mag een concentratie op grondniveau hebben van 100 p. p. m. HU kan in het restgas zUn 0,05 vol. Ä. Dus men moet hem 5 keer verdunnen. Ue nitreu -zen worden met de schoorsteenhoogte van 11 ,4 m ong • 600 keer verdund.

De

CO zal dus zeker meer dan 5

keer verdund worden , zodat men niet bang hoeft te zijn dat ce CO concentratie te hoog zal worden .

(36)

·- - - -- -- - -

_

.. _ -I I

I

'

.,

.

.,

•

LITTERATUUR. I ' " . ). ~ ,,'r' 'i .,r. ~ J ( i / \

1) H. [ . A n dEr sen , " • J • G reE n, D. ti • S tee 1 e ,

Incustrial .:.,nd En:jinF::ering CllE;mistry 53 199- 204

( maart 1961)

2)

U. S.A. Patent 2970034. H. C. And21sen , W.J.Green,

Engelhard Industries Inc.

3) G. Dra k e , :" :-i t. C h B r.;. Eng.

.ê.

(1 9 f 3) 1 2 - 2 0 •

4)

CONCA

w

E

The Calculation of 5tack Heights,

Den Haag (196n

5) J.R.Jansen, Chem.werkolad, 52 , 61 (1 956)

6) Collegediktaat Chemische ~eaktorkunde, J5-40 (1967)

7) LancJolt Börnstein deel 4, Kalorische Zustandgrössen

479 e .v.

8) C.5. Cronan, Chem. Eng .

II

(1) jan.12 1959 , 66- 67.

SJ) P. J • Hof t ij z er, C hem • 'N e E' k b 1 ad, 5 2 , 7 1 ( 1 9 5 6 )

1 0 ) H • [; • Z e 1 der s, C helm . IJ eek b 1 ad,

11. ,

6 6 (1 9 5 6 ) 11) J . H. Perry, Chemical Ensineers Handbouk, 4th

Edition 3- 14H.

1 2 ) Ullmanns L:ncyklopÈldie der technischen Chemie,

3de druk , deel 15, pc. 3~ O •

13) Kirk-OthmeL, l:lcy:lopedü ot LhemiCé

volume 9, 3LU-344 .

14)

vnT

WSrmetafEln CbS en Pa7 .

(37)

300

100 300 yoo

- - - . . 4 /

•

(38)

î

_tOD

Soo t-I I ! I ~oo ~

300-

-Z()O~ I I

I

I I I ! loor 1

-------~~----~---

G 0 o 0

O

' - - - L - - - -

______

....L-_ _ _ _ _ _ _ _ _ -.L.. _ _ _ _ _ _ _ _ _ -L _ _ _ _ _ _ _ _ _ -.J~ _ ____ ._._. 300 100 1.00

- - - -...

~ ~

T

'A'

(39)

'too

1,

I

.300 ;'00 /co 100 ).,00 _.300 /yoo soo - - - 1 ___