Schema van de bereiding van ureum uit koolzuur en ammoniak

,

i

ll~

,

S che ma van de be re id ing van ure um uit koolzuur en ammoniak •

.

,,'

J

IL·· ! I~ \

Mn

I ~n~ I 1 1 u _{;:: :::} u w ~ n I co. o /

-Ir

1 'TiG-w

P--=

I

I I f , L _ I I + !o 1. 1S

-SCHEMA VAN DE BEREIDING

VAN UREUM

I ~

I ..

1t

_.

\

SC::.:iE~fcA Y.AY, DS F'~RSIDI'~ G V A!.T URE TJM UIT

KOOLZTJTTR EN AMMONIAF.

Voornaamste literatuurbronnen: 1. F.I .A.T.-rapport 8~9.

2. U.S. 2 116 881. (193 8 ).

3. FréjacQues. Chimie et Industrie . ft) , 22 , (1948 ).

4. Friedman en Marshall. Chem.'::':ng.Progress • 45 , 482 , 573 , (1949). Fa bricage me thode n .

Voor de bereiding van ureum zijn verschillende rrethoden bekend: 1. waarschijnlijk de meest bekende methode is de synthese van Wöh1er uit een vvaterige oplossing van kaliumcyanaat en ammoniumsulfaat.TIeze methoèl.e heeft tegenwoordig echter voornamelijk nog historische waarde .

2. De hydratatie van cyaanamide:

C

~N + g 0

-'-'NH2 ·'2 '"

(Chem.Met.Eng. 32,791,(1925)

gee ft als product mengse Is ,die ure um bevatten,die goed te ge bruiken zl.Jn als meststof,maar die minder geschikt zijn voor de bereiding van zuiver uraam..

3. De vorming van ure um uit phosgee n en ammoniak ve r100pt we 1 vlot, maar is voor technische toepassingen t~uur.

4. De reactie ,die te chnisch de mee ste toepassing vindt, is de reeds in 1870 door Bassarow gevonden dehydratatie van ammoniu.rncarbamaat onder

invloed van warmte en druk:

Het ammoniumcarbamaat wordt bereid uit koolzuur en ammoniak.

Deze methode vormt de basis voor het hieronder beschreven fabricageschema. Plaats van de fabriek.

Daar de grondstoffen voor het proces NH3 en C02 zijn,ligt het voor de hand,de fabriek te vestigen bij een synthetische-ammoniakfabriek,daar deze NH

3 aflevert als hoofdproduct,terwijl daarnevens bij de bereiding van _H2 voor de NH3-synthese als bijproduct C02 gevormd wordt,zowel bij de bereiding van h2 uit cokesovengas,zoals in Nedèrland toegepast wordt, alsook bij het gebruik van wate rgas, zoals de I . G. het deed.

Coke sovengas bevat ongeveer 1, 55~ C02 en 60 <, H2. Voor de productie van Km

ureum is per gram H2 7 gram SOa nodig. Cokesovengas bevat per gram H2

0,025 gram C02, dus indien hoogstens 1/300 van de totale ammoniakproductie gebruikt wordt voor dEr ureumbereiding, bevat het cokesovengas voldoende C02,anders moet ook gebruik worden gemaakt van een andere C02-bron,b.v . van CaC03.

In het geval van watergas wordt per gram H2 11 gram C02 geproduceerd, dus ruim voldoende .

- - - . _

- -2-Productie cauacite it •

In het verslag van de "Kunststoffencommissie" wordt de behoefte aan

ureum voor Nederland globaal geraamd op 2 000 ton per jaar. Deze hoeveel -heid is in het schema ongeveer aangehouden,n .l . 250 k.g. per uur.

Hiervoor is noodig per uur een verse voeding van ongeveer 140 k .g. ammoniak en ~85 k.g. koolzuur.

(Opmerking: daar zoals uit het bovenstaande blijkt het bedrijf vrij klein is,is aansluiting bij een groot bedrijf,zoals b.v . de Staatsmijnen

zeer gunstig in verband met de levering van verschillende vormen van energie ,het uitvoeren van reparaties e .d. )

Productieproces.

Per uur womt 142 ktgt NH3 ingevoero.Dgze wordt gecomprimeerd in de 4-trapscompressor

(1)

tot 400 atmosfeer.

Per uur wordt lR3 k~g~ C02 ingevoerd. Deze moet om overmatige corrosie te voorkomen,in de hogedrukreactievaten,ee rst bevrijd worden van alle zwavelverbindingen en sporen zuurstof.

De zuivering van zwavelverbindingen geschiedt door het 002 te leiden door 2 torens, gevuld met actieve kool( 2). Dede rde toren kan geledigd. en gevuld V'Torclen,terwi,jl de andere2in bedrijf zijn.De afsluiters zijn

zodanig geplaatst,dat het gas bij elke combinatie van de torens eerst doàr de meest afgevirer1<"te kool en daarna door de rooest verse kool geleid kan worden.

De torens zijn 4 m. hoog, diameter 15c

Iml

"Slke toren bevat 80 k .g. kool. Daarna passeert het gas de warmteuit'Nisselaar (3) . Het gas wordt

hierin opgewarmd van 20°0 tot l10oC,door van zuurstof gezuiverd gas, dat de warmteuitwisselaar betreedt met een temperatuur van 200"C.

Globale bereking van de '.'larmt eui t wisselaar:

t

100·

---.--+---4---.

(10" ml Cl t l

=

m?c'?t 2 65uC 150°C 1~3xs.w·C00,,9? = 1R3xs .w·co'? x(200-x) 0 ,115 )C 90 = 0,120)( (200-x)

x

= 11

6 C q

=

U 1t A lCÓ.t

1 • 96 - 90 96 ln 90 == 194 q == 5 ~ A 1. 194 , en q == l R3 "' 0,115 1. i~ "' 90 == 1976 Ycal. == R 000 B.T.U. ROOO == 5 ~ A '" 194 A == '8 sq.ft . Neem

t"

pijpen. TI ~

Re

== -

'r'

)

D

== 0,364 in. == 0,03 ft . 185 k.g./hr == 18_3/44

~

_{22,4 m}3_/hr

6

v == 3500/0,0007 f .t ./hr. == 5 • 10 f1C100C == 0,168 l bs .jcu.ft .

t

== 0,046 1 bs ./( ft • )( hr. ) 6 0,03 ". 5. 10 ~ 0,168

Re

== 0,046 Aantal pijpen == 600 000 4 000 == 150 3500 cu.ft ./hr. ft ./hr. == 600 000

~~endig oppervlak van

t

il

pijp is 0,0954 sq.' t / f t. Neem 15 pijpen,die hebben een ODv1ak van

15

x

0, 09 54 == 1, 43 sC). ft • / ft •

Het totale verwarmende oppervlak moet ziJn 8 Sq .ft . ,dus delengte van

piJpen moet zjjn R/l, 43 == 5,6 ft .

De warmteuitwisselaar (3) bestaat uit 15 pijpen van

-

t"

in een 3" pijp,.. 1e ngte 5, 6 ft .

Het gas dat (3) verlaat ,wordt dan in !1et electrisch verwarmingselement ( 4) verhit van 110"C tot 220°C. -.-.... - .. - -- - .

Vandaar gaat het 88-s naar de katalysatorkolommen (5), gevuld met een Ni-Cu kata1ysator;afmeting~n 4 meter hoog, diameter l~ cm.

Ook hier zijn 2 torens in bedri~f,tervvijl de

3

e met nieuwe katalysatormassa gevuld wordt. Het gas wordt weer eerst door de meest afge'JI.Terkte katalysato

r-:nassa ge 1e id.

"Daarna gaat het C02 via warmte ui twi ssela8.r (3), waarin het afgekoeld wordt tot ongeveer

l1ö

o

c

naar de 4-tra"ÇlsCOffirressor (6),I!!aarinhet gecomprimeerd '.'lordt tot 400 atmosfeer.

-4-De ammoniak uit de arnmonialrcoffiDre ssor en :1.et koolzuur uit de koolzuurcom

-pressor passeren 8Hr een olieafsc(leider (7) ,bestaande uit een schuino-ogestelde

cylinde r , v.raarbij zich de ea,sin- en uitvoer aan de ho€,B zijde Oevinden,en de olie l')eriodiek wordt afget2.'lt aan (t~ 12.e;e zijde Vi::i. een druksluis •

Van de olieaü:lclle ic1e rs (7) gaan de &.ssen via de meetflenzen (P) naar de

autoclaven (9). Tot in de au,toclaven worden :'THJ en C02 door a~arte -pijpleidingen

gevoe rà. , 'ra.nt a1s ze door 1 le

i:=:

ine gevoe rà. zou,den wo rfiG 11 ,zou dit aanle iding vunnen geven tot vorminG van arrmoniUmCéLl'Oa1laat in èe leiding,gepaarà gaan0,e

met emsti~ge corrosie ,grote v.rarllteont'\'ikkelinp; en eventueel verstopping van

de leièUng.

-~r z:,n 2 autoclaven,l l n oedrijf ,de andere in reserve .

, In de autoclaven vindt de vorming van am"lOnitullcarbamaat --olaats ,dat onner

I . Vinvloeël van hoge druk en temnerat1l\)r ontlee(l,t in ureum en ",ater. De tem')Jeratuut'

JY'"

in de autoclRaf ,noet on 200-21öoC eehou('!en worden.Daarom zijn 0e autoclaven

~~

I

omgeven door

~"

en

koelmantel,waardoor \'fRtpr stroomt .Eet lroude water komt onner

r in de koelmamtel,\~.ra8.r tengevol~ van de reactie in de autoclaaf de grootste

'.'Tarmteontwiv-1reling -olaats heeft.Zodoenèle wordt plaatselj,]1~ te sterke verhitting

voorkomen. (10) is een thermometor (therllokoppel) ,die ('e toevoer van het koel

-vlater regelt.Op de tekening Ü3 [let uiteindc van r1e t hermometer schemati8~h vrij

[lOOg in 6e aut oclaaf aange geven, voor de Dractijk zal moe ten worden nage gaan,

I

•

I

,

of er grote te'!l)eratllnrversc~lillen in "'e autoclaaf vO'Jrkomen,en innien dit :let g2val i8,zal df~ t~lermometer moe"C8n eL:lc1i{sBn in

re

warmste zane .~Iet zal

ge\venst z2,.n \3en voorzieninG' te tl'81ten,0-:J

r

lat door de koelmantel ook stoom geleid. kan '.'.10r('1en,als de tem}eratn:~.r van ~le autocla8.f te laA.g is, bi,i {let in bedrijf

stellen of bij een oedrj,:fsstoring.

De sJlelt,die de autoclaaf' vult ,is zeer corrosief.ln de literatu1J.r v-IOrden

verschillenr1e o'Jlossint;en verm.elr om hieraan ~let hoofd te bieden,b.v .:

Selg.P. 450 974.beveelt oe1r_{leëling van {I,e autocJ_aaf met een Sb-Pb-legering}

aan.

Yhim.']eferat.Zhur.

i

,

No.7-8, 13'2, (1941),noerr_{lt de Hussische staalsoort}

:.~. I . -IR 3 •

.3.P. 4QQ _{404. noemt ~)n of ?o-'n.antel,(ma.x. temp. 250°C) of een bekleding} met ~a of Al .

I'"him.1\';ashinostroenie

2"

27, (1937) noerxt als m::oest g-escrlikt voor èle ure um-synthese een staals oort ~et :ie volg-e mie S8."'lenste 11ing:

C:C,09 , :3i:0,07, Mn:O,8·3, Cr:8 ,2, ~Ti:17,1, r.1_{o:3,8?, r:u:4 ,lCi, l'i:(),75}

%

U.S. ~ 129 Gil.S . ppeft Rls rnicldel ter ver"lViin ' van CO'~Tosie van flGt

staal van de élll.tocLin.fiet t08voe gen aan het reêlctie'lengsel van een

:Jolyvalent -,'1e~aal ~\ls Cu,Bi,~~ "Fe ,7 ,=-{g,02'~n in een concentrati-e van"rninste~~

f'ju:O,OOOl';>, BI of Co 0,C0025~1, pe O,C003i~,enz.

,,/'

1:-..

, /

Deuitvoering in de nractlJk is echter niet zo eenvoudie. i

TJ .S. 2 0<\3 010. schrijft voor toevoeGing van formamide aan het reactiemeng

-sel,om corrosie te voorko~en.

'T.S. 1 gQR 10P .• Ter voorko''!lin~ van corrosie bi'; chroomstaal woroen c'le metalen o:ypervlakken,c1ie blootstaan :=tan de dampen 'boven de reactiesmelt beschermd

door ber'eJ-:-}--en met een o"Jlossine;,c1ie 'Ju 'oe vat .:"\i t [',€eft Cu-~L-f4-carbaT!laat. ";elke o-olossing van het -probleev

1 ~<e h3~'3t'; is,zal eXDeriraenteel vast gesteld

-5-het grootste e;eCieelte van de autoclaaf is gevuld met tS8smolten massa,

'"' rlet bovenst~ gedee lte me ~~ gcl.S , 'Je rl ruk i~ de autocle.af ','lord t ge re ge ld

,t/t/

door manometer (ll),éhe c'l(-~ aj:'sl\.lit':;r in afvoerleir'line bedient.

).6(' l-iet vloeistofniveau Van niet hog;er stU~n dan de in de tekening aan ge-~- g-even stand .lIet W01'0.t dan door he terboven st8,8.l1d.e gas in de afvoerle idih~

Van f'Je autoclmd' '\ramt het reactie'nengsel via het reduceerventiel (1:2) in de arnmonic;.kafsche ide r (13) ,cHe volgens he t zelfde nrincipe ge bou.wd

is als de olieafscheiders (7).De c'lrllv in de ammoniakafscheider is

12 atm.,d.e tern!)eratuiJ.r is l20bC.

De samenstelling van het reactie mengsel ,dat de autoclaaf ve rIaat , is:

ammoniumcarbamaat 139

ureu.m. 250

ammoniak 303

water 1~3

totaal 875kgtar.

In de a~moniaJ.rafscheièer vvorè.t 249kg. ]\E:3 'ger uur afgescheiden.Dit

wordt teruegevoerd naar de ammoniakcompressor en :üerin ine;ebracht na

de ee rste trap ,als de druk dan 12 atm. bedraagt, of ande rs voor de ee rste

tra::> •

De smelt ,die de arnmoniakafscheider ve rlaat ,heeft de volgende samenstelli"j

ammoniumcarbamaat 139

u.reu.m 250

ammoniak 54

'.'.'ater _1~3

totaal 626kgjhr.

Het reactiernengsel gaat dan via het reduceerventiel (14) naar de Ie

carbamaatdestillátiekolom (15) .:ge druk hierin is 4 atm. ,de temperatuur

120°C, Het mengsel is oververzadigd aan gas biJ deze temperatuur,daarom is de inlaat in de toren hoog g-eple.atst .

Fe r uur verlaat een damp van r1e vol~3néle sa:rJ.enste lling de kolom:

ammoniumcaroamaat 119

a'.nmoniak 40

water

9

totaal 16P_kgjhr.

De vloe istof hee ft Cie volgende samenste lling:

ammoniumcarbamaat 20

u.re um 250

ammoniak 14

',V(ite r 174

totaal -45Rkg(hr.

De diameter van de destillatiekolom is als volgt gera.amd:! \(

aangenomen YJ8rd een ulaatafstand van li- voet en een liquid seal van 1 in.

:De sne lhe id U van de damp word 1; be re 1<::en0. uit: ft

-

-6-u

= de sne lhe id van de damt') in ft/se c.

Kv= een constante .-;:)e ze is voor de gekozen plaatafstand en liquid seal

0,14 ft/se c. (Fe rry pag. 1540).

)/= de dichtheid van de neergdande vloeistof.Daar voor het roongsel geen gegevens bekend waren,is de berel<:ening uitgevoerd voor water.

Voor water is

fl

=59 lbs/cub.ft . bij de heersende temDeratuur van 120°C = 24P,"F. (zie Badger en MacCabe pag. 644).

fz.= de dichtheid vande damp .Hiervoor is waterdar:rrp BBnomen.

Het soortelijk volume van vvaterdarrrp bij 120

o

e

en 1 atm. = 27,5 cu.ft/lb

(Me Adams pag.379) ,dus de dichtheid van waterdamry bij 1200

e

en 1 atm. is 1/27,5 lbs/cu.ft .= 0,0361bs/cu.ft .

(bij 4 at m. ) = 4 x 0, 036 ==0 , 144 1 bs / cu. ft •

IJ

=

0

,

14

~

V

59~i~!4

'

=

2

,

36

tt

.

/seo

.

~ hoeveelheid damp is 168 kg/hr.= 371 lbs/hr.

ft = 0,144 1bs/cub.ft.,dus het volume van 11b. damp is 1/0,144 cub.ft . == 6 ,9 cu b • ft •

371 lbs. nemen e en volume in van 371 x. 6,-9 cub. ft .

De doorsnede 0 == 371 ", 6 ,9

2186 'I. 3600

De diameter D

De hoogte van

van de kolom - ~oorgestroomde volume (cub. ft

- sne lhe id( ft ./hr.

= 0,249 sq. ft. = 231 cm2

van de kolom

=

17 cm. de kolom is 4 m. genomen.

De daP'lp,die de destillatiekolom verlaat ,wordt gecondenseerd in condensor (16) ,die als volgt globaal berekend is:

1'18 v F

=

)

Per uur moet 16~ kg. damp gecondenseerd worden. De condensor is berekend

voor wate rdamp, omdat voor a'1moniumcarbamaat geen verdampingswarmte

bekend was. ~

I

. verdampingswarmte H20

=

0,54 cal/go

L~

-

dl~~~

X~-i3

=

-15:J2..._cal/ g.

.-'-Voor 16Q _{kg/hr. moet afgevoerd worden;}

16R " 1000 ~ 0,54 cal/hr.

=

90R82 cal/hr.

=

_{363500 B/T/U//hr.}

q = U)( .A l<4t

q

=

363500 B.T .T} .!nr.

At

ln ( 24 8 - 60) (248 - 110) 3fi3500 = 200 ~ A ,r..158

A = 363500/31600 = ll,~ sq.ft .

~eem

ttl

piJpen.Het o~:rpervlak hiervan is 0,.163 sq •. ft . /ft.

Dus de totale pijplengte moet zjjn 11~8/0,,163 = 72,4 ft .

De condensor be staat uit 50 pijpen van ~",. lang 1,.5 ft ., in een buis van 6" .

He t in de c onde ns or (16) €ff3 c onde nse e rde me ngse 1 van ammoni umcar

-bamaat ,.ammoniak,en water wordt met beh1l1u van nomn (17) gec'om"9rimeerd tot 400 atm. en teruggevoerd in de autoclaaf.

Het destillatieresidu uit kolom (15) gaat via reduceerventiel (lR) naar de ~ destillatlekolom (19) ,waarin een druk heerst van 1,.4 atm.

Per uur verlaat een dam"? van de vole,ende samenstelling kolom (19): ammoniumcarbamaat 20

ammoniak 14

water

totaal

.-2L

133kg.jhr.

De vloe istof ,die de kolom ve rls.at ,hee ft de volgBnne samenstelling:

ure Ilm 250

l'later 75

totaal 325kg./hr.

1)e niameter van àe destillatiekolom (19) is als volgt globaal

berekend,waarbij weer,als damp water is genomen b~~ gebrek aa:1. gegevens voor het mengsel. De druk in de kolom is 1,4atm. ,de temperatuur is

120"C

=

24poF.

A.angenomen is een plaatafstand van lt ll _{,een liouid seal van 1 inch .}

TT = Y'v Kv = 0,14 ft / se c • ~, = 59 l bs/cub.ft . ~l= 1,4~ 0,036 = 0,05 lbs/cub.ft . 59-0,05 TJ = 0,.14 0,05 =4,RO ft/sec.

De hoeveelheid damp is 104 kgjhr. = 229 lbs/hr.

₌

_Ö~Ó5 ??q _{cub. ft .jhr.}

De doorsnede van de toren

=

=0 , 265 ~ S 29 = 246

:229

0,05

1

ne

diameter D van de kolom is IR cm. ,de hoogte van de toren is 4 m.

genomen.

De damp,die de kolom (19) verlaat,wordt gecondenseerd in condensor (20)

d ie als volgt be re ke nd is:

Per uur moet 104 kg. damp gecondenseerd worden.De condensator is weler

berekend voor waterdamp,omdat volledige fftgevens voor de werkelijke damp

niet voorhanden waren.

I'

Voor de condensatie van 104 kg. waterdam-;J moeten 104 "' 10~':r"4·~1 .

=

224 20 A B.T.TT. nel' uur afgevoerd woreen.

q

=

U ~ A t..f:lt

224 20R

=

_{200 ~} A ~ 15R

A

=

'2'24 208 _{31 600}

=

7,1 sc.ft .

Neem

in

pijDen.Het O"9pervlak hiervan is 0,163 sq.ft. /ft .

Dus de totale pijplengte moet zijn 7,1/0,163

=

43,6 ft .

ne

afmetingen van condensor (20) zi~n:

50 pijpen van

i"

in een pijp van 6". lengte 1 ft .

De gecondenseerde damp wordt met behulp van pomp (21) gecomprimeerd

tot 400 atmosfeer en dan in de autoclaaf te ruggevoerd •

Het residu van ëte ëtestillatie gaat via reduceerventie1 (22) naar de

buffertank (23) ,waarvan de afr'1etingen zijn: hoogte 1,5 m. ,diameter 1,2 m.

inhoud 150 1i·te r .

Daarna gaat de Ilreumop1ossing naar de double-effect verdamper (24),

met Sdwardsponrp (25). De ze verdamner kan van het gebruikelijke ty"?e zijn.

De ureum wordt hierin ingec'lamnt tot een watergehalte van 6 %,dus ner

unr komt eruit: 250 kg. urellm + 15 kg. water.In de verdamper wordt dus

pe r uur 50 kg. wate r ve rdampt •

De kristalbrij komt in ruimte (26), voorzien van een zee fbode m, welke

ruimte afgesloten kan wo:r(len met de de ur (27) .Na sluiten van de

af-slui ters (2°.) en (29) van de rU.irnte (2r) van ttd tot tijd geopend en

geleoigcl worè.en in het 1Nap,entje (30),dnt r'le kristalbrij naar de

droog-t rOffir!le 1 (31) bre ngt •

Het materiaal bewe8{';t zici:1 in deze droogtromrllel in tegenstroom met

lilcht,ctie in 4e 1u.chtv'~rvljarmer (32) tot 2°4<> F is verwarmd met stoom

van 320°F.

Dit laatste gedeelte van het sC~lema, d.e d2oe;ing tot een product met

-9-3ij de élrogj.ng van een product 'net 6 ::~ \vater tot een product met 1

%

v'late r , m)et 12,5 kg. = 27 /~ lbs. wate r pe r uur ve rwijderd worden.

Be rekening van

re

l ;lChtvé-: rv·!armé~ r .

.---_._-_._- .-

---. , ()

.

De luchtverwarl"1er wordt ve'rv@rmd \met st;lom van 320 F, d .l.. stoom van

-- ) ~ J... tv...u- .

6,3 atmosfeer. .,.~ / ~

TJitgegaan wordt van lucht van 50"P en een relatief voc:ltgBhalte van

40 af,. Deze lucht bevat 0,03 lbs:---water per lbs: droge lucnt .(zieBader)r en

Mc Ca be ,fi g. 114).

De lucht,die uit de

\ van 212°F te hebben

droogtrommel treedt,wordt verondeI'steld,een temperatuur

en een relatief vochtgehalte van 60 %,di t is 0,028 l bs .

lucht.

vV'ate r De r lb. oroge

Dus 1

ib

.

~lucht

van

=0,025 lbs. \lvater.

50CJ

F en #0 1. relatief VOC(lt neemt op 0,028-0,003

=

'fotaal moet pe r uur ve rwijde rd 'Norden 27, R 1 bs. water.

Hiervoor is dus nodig 27,8/0,025 = 1111 lbs . lucht per uur.

ü-

Het specifiek volume van deze lucht is 12,9 cU.ft./lb. ,dus per uur moet de

\~ j)l.a. luchtverwarmer verwerken 1111)C. 12,9 = 14332 cu.ft ./hr.

Ir

Deze lucht moet ver,'larmd worden tot 2P,4°F.

" u\'

\

De soorteliike v.'armte van deze lucht is 0,29 B.T.U./ (lb)(OF) . (Ferry pag 526).

-

'vJ

;)e warmte ,die per Ui lr in de luchtverwarmer over{,!,edragen moet woroen,ii3

vJeI""

dus: 1111 1\ 0,29 r. (28_{4-50) = 75} 3~2 _B.T.u.jhr.

I

~i~

/1

3erst zal een f',lobaJ_e berexening

v

a:;

~

.~:

luchtverwa:"mer p,emaavt worden.

-~ ,

-~

~~

G!/

6'0"( Re

=

Nee m 1" pijpen.

D

= 1,049 in. == 0,0874 ft. v = 14 _0,006 332 = _-r)3RR_'. ~67 f't

/1

0 • nr.

f

5e"F == ₃₅₉ 29 ~ ₄₆₀₊₅₀ 460+32 = 0,07° 1 bs • / cu. ft • h e"}' = 0,0175 c •. "') _{• =} 0,0424 lbs .j( ft)( hr) 0,00.74 " f')

y)o.

667 " O,07Q 0,0424

.He taantal pi:,pen is Cl. us: 3°3 000

4

uoo

== Y'·3 000

=

96

96lJi~Den hebben een oppervlak van de doorsnec1e:

S 6 x 0, C06 == 0,576 Sq. ft •

Dus de lucht sne 1he id V

=

14· 33:2

- - - --

-

-10-96 pUien hebben een inwendi g oppervl8.Yvan 9C:, ~ 0,2'/45 == 26,35 sC).ft/ft .

q==U'f.. A'/. At

75 392 : 5 ~ A 1C 116 (n.l . 6 t :

A == 75 392 == 130 sq .ft .

5 lt 116

Dus de lengte van de "Ç)ijpen moet

(320-50)-(320-284) 320-50

ln 320-284

zi:n: 130

26,35 == 42

9

Berekening van de overall-coe fficient .

: 116 oF ) ft.

;/;

/ .I / I

-/'

a . :Berekê.ningvan de fi1mcoefficient voor lucht .

h = 0,023

!

(

D

6~'

P ) 0,8

(

gE

V" )

0,4 k == de thermische geleidbaarheid in B.T.TJ./(hr)(sq.ft. ) D : de diameter in ft . v == de sne lhe id in ft /hr.

f

:

de dichtheid in lbs/cu.ft .

f

==

de viscositeit in lbs/(ft)(hr) .

cp == de soorte lijke warmte bi~ constante d ruk in B. T • U • / ( 1 bs ) ( Cl

Jn

kf: D

v

f'

r

cp

f

r

°

,

Ol 61

°

,

°

20 2 0,046 0,250 0,068 1,049 in. == 0,OR7 ft. 24 RAO ft/hr. 0,058 0,255 0,053 h_l · llR_' Q~ _-'- : 0,023~ 0,0161 0,087 ( 0,087 0

~

,046 24 880 < 0,068 ) 0,8 )(

,

(

2L

250 ' 0,046) 0,4 0,0161 : ~~x .- == 2,:34

- -

-

-

-11-_

°

?3 " 0,0202 ( 0,087 1. 24 880 '" 0,053) 0,8

~

hi 293°F - ,o~ ~ 0,087 0,058 ~ 1- ( 0,255 (Oz05R) 0,4 == 2'i00 0,0202

b. Wand van de stalen buis.

K == warmtegeleidingscoefficient voor staal in B.T.U ./( sq.ft )(hr)(" F "Oer

ft)

d == de v'/8.nddikte in inc{-18 s •

K185°F == 26 d == 0,133

K ....;2::..;6:.-._

d

== 0,133 == 196

c. Warmte ove rdrachtscoe fficient voor kete lsteen.

hs == 2000

c. Filmcoefficient voor de stoomfilm.

~)

1/3 \ /

ho

=

\

kftf

C

g = 1,5 (

4ÁI-1

3 (Mc Adams pag. 262)

r

== ~ == hoeveelheid condensaat op laagste punt condensor

L lengte van de buis

== 75 392 Ilatente ve rdampings'Narmte van stoom bij 320 F ==

4,7 17,9

~f == de viscositeit

t f,2530F == 0,044 ~f,311~F == 0,029

van water.in lbs/( ft )(hr)

.lsc-~ if~ IC g ( 3 P 2 ) 1/3

I

f

2253 "F == 7260

~311uF

== 8901 ho, 253"F == ( 4

r

r

l3

1,5

Tt

== l z5" 7260 == 923 "(

4

~

17

,

9t13

0,044

1

-I

_-12-

"'-=: 1,5 'f. ~90l -

9

_Ro

1

4

X

17

L9

!JIJ

-

7

0,029

Ove rall-coe ffi cient lT.

Omdat de luchtfilmcoefficient veel kleiner is dan de stoomfilmcoefficient

zal de ove rallcoe ffi cient ongeveer de luchtfilmcoffi cient zijn ,en wordt

het binnenoppe rvlak ge bruikt voor de be re klining van het ve rwarmend oppe

r-vlak. 1 1 +

=

TJ 1 2,34 Dj + Doxho 1,049 1,315~2000 + 1,049 1,315>(923 =: 0,4331 1

U50~F

1

=

1 U2R~oF 2,00 1,049 1,049 + 1,lR2û?6 + 1,315l?OOO + 1,049

_-

₌

0,5056 1,315t',gRg

Hie rb1., wordt me t U₅₀0F en TT 2° 4 op bedoe ld de res"!). 2Q_{40F is.}

U aan oe zijde 'Naar de

lucht-temperatuur 50°F TJ500F

=

2,31 Ugem. =: 2,15 q = TJ 'i- j\ ~ L\t 75 392 =: _{2 , 15 1 A /.116} A

₌

75 392 304 sc.ft. 2,1!hl16 =:

-:)us de lengte van de -')i.~pen is: 304 =: 11,5 ft .

26,35

'Vegens ruimtebesparing zijn echter de volgenc't8 aftne'tingen gekozen: 130 pijpen van 1" in een buis van 22" .

Lengte van de pijpen: 304/130 i.0,2745

=

Q,5 ft .

::?erekening van (le afmErtingen van de droogtrommel.

De vole;ènde veronderstellingen zijn e,emaakt:

1 e .dat de c1 roogtijd 1 lJ.ur is. Cl

2~ • de hold -up =: volume van de stof in de ëlr~r __

7

<

.

'\ I

/;

/

/

=

1,·5 ~ 8901 ( 4 ",, 17,9.1'/3 0,029 ) - 12-= 9A9 Overall-coefficient U. 1 1 d

- - - -

+ - - + U _hi K 1 lil

=

+ U50°F 2,34 U50°F

=

2,30 1 = -1 + 2,.00 1 1 - - ₊ hs ho 1 1 196 + 2000 1

=

0,4346 + 923 1 ~9~8~9- = 0,5066

Hierbij wordt met U50u_{F en} U2R4~F _{bedoeld de U aan de zijde waar de lucht}

-temparatuur 50°F resp. 2R4 "F is.

q=U"" Af.o t 75392

=

2,1411 A1. 116

75 392

A

=

2,14 {. 116

=

304 sq. ft .

Dus de lengte van de

p~pen

is:

2~~15

=

11,5 ft .

'Yegens ruimtebesparing zijn echter de volgende afmetingen gekozen: 130 pijpen van 1" in een buis van 22" .

Lengte van de pijpen: 304/130 0,2745

=

8,5 ft .

J3erekingen van de afmetingen van de droogtrommel. Ve ronde rste 1:

dat de droogti.:d 1 uur is .

r

'1

d e Oh ld - lIp -- volum.e van de stof in de droger

=

7 d.

-13-3e • dat de helling,waaronder de trommel staat,2 op 100 is. (literatuur: Chem. Eng. Progress 45,482,573 (1949).

De voortgang van de stof in de trommel vindt plaats door

3

invloeden: Ie. de stof wordt door de ribben van de trommel mee naar boven genomen,en

valt dan naar beneden, ,.raardoor het onder invloed van de helling van de trommel een voortgaande beweging krijgt.

2e • door het draaien van de trommel kri~igt het materiaal,dat

PIl

de bodem

ligt ,een voortgaande beweging.

3

e • het materiaal,dat op de bodem van de trommel valt ,kan tengevolge van

de botsing naar voren springen.

2e en 3e worden verwaarloosd t.o.v. le,omdat:

a. de hold-up zodanig gekozen is,dat er slechts weinig materiaal op de bodem liGt.

b. aangenomen is,dat de botsingen van i1et vallend materiaal met de

bodem,doordat zich hiero-p nog rnatè.riaal bevindt ,niet elastisch is.

Stel: het materiaal valt van de ribbe naar beneden,als de ribbe op I/x van de totale hoogte D gekomen is. (J = diameter van de trommel)

Als he t aantal omwentelingen van de troffir:t'e 1 n pe r minuut is ,dan is de

tijd,nodig om die hoogte te bereiken,

-L '..:1 minuten.

-2x n

De valtijd kan verv.raarloosd v'orden women t.o.v. deze tijd.

IQ .,

De voortgang AB bi,! de ze valhoogte is:

AB

=

--2 y. --1 ~ D

100 x

Dus de voortgaande snelheid van het materiaal in de trommel is:

weg

L

I

snelheid::: tijd :::

?

100 J( 1 x ~ TI :::

172x 'f. l/n

4n ,

100 "D ftj«x.m1n. ::: 2,AnD ft/hr.

De snelheid van het materiaal is dus onafhRnve1ijk van het natuurlijk talud.

Daar de droogtijd 1 uur is en de hold-up 7 %,tervTj~l per uur 252,5 kg. ureum gedroogd moet vrorden,moet het volllme van de droogtrommel zijn:

100/7 (VOlume van 252,5 kg. ureum) :::

100", 252,5 ::: 2712 ll.'ter 0 49 ft

Neem oe diameter van de trommel, d

=

1 ,33 ft . ,dan is het oppervlak van de

doorsnede 1,4 sq.ft .

De lengte van de trommel is dan: L

=

De snelheid van het materiaal is dus

n kan berekend worden J"tit

9,49

1,4

=

6, R ft.

6,.8 ft ./hr.

sne lhe id = 6,.R = 2,4 '" n 1. TI

=

Het aantal omv:entel ingen per minuut is

~ 2,4 '/. n ll l ,33

6

,

8

dus; n

=

-1-,-3~3-~-2-,-4-

=

2.

.De

reiding van de katalysatoren.

procédé van de T.G.Farben,vol@8ns F.T.A.T.

8R9

.

a . Bereiding van de actieve kool.

400 liter Ruhranthraciet ,grootte 1-10 mm.v'/ordt gebracht in een oven,die

gevoerd is met vuurvaste steen en hierin verhit . Lucht ,water,gas en genoeg

stoom voor re geling van de tempe ratuur worden onder in de oven gevoe rd.

Een ternperat\l\lr van 920oC(niet hibger c'l.an9500C)vlOrdt 3 \lur gehandhaafd.

Ged\lrende deze tijd neemt het s .g.van de massa,dat eerst 700gJliter is ,

toe tot 900 g/liter en daarna af tot 550 g/liter,vvat het s .g. van het

eindproduct moet zijn.Het product wordt gezeefd en het materiaal tussen

7

en 10 mme wordt gebruikt .

b. Cu-Ni-katalisator.

50 kg. zuiver Ni en 5,5 kg. zuiver electrolytisch Su worden opgelost in

350 kg. 40 '10 HN03. 1000 li te r puimsteen met een grootte van 3 mmo wordt

ove rgoten me t de ze oplossing.De natte massa wordt ge bracht in een zuurbe

-stendig vat en langzaam verhit in een stroom van hete l ucht tot een tempe

-ratuqr van 300°C. :r;e nitraten worden om8'8zet in oxyden en de kleur vera;dert

van groen tot donkerbruin.Het materiaal l aat men afkoelen en zeeft het

daar-na om alle stof te verwijderen. Eet wordt dan gereduceerd met waterstof.