— [ v r VX *•
n^JUMiuiXi. tutu i-itUit '\H/¿'ajLí.-»L ;.wd¿u-,.
vu. Al <<l+jJl<h' i)-."* U/e- Sí.'jrw^'ivX ¿£-C_ ^»>^i^»
1 » 1 * - -,
1049 A 279
Keune, F. Der gewölbte und verwundene Tragflügel ohne D i c k e i n Schallnähe. Köln, Westdeutscher V e r l a g , 1956. 30 cm, 30 b l z . , b l z . 29-30 l i t . opgn.
W i r t s c h a f t s - und V e r k e h r s m i n i s t e r i u m N o r d r h e i n - W e s t f a l e n . F o r s c h u n g s b e r i c h t e , no. 279.
1363 D
National A d v i s o r y Committee f o r A e r o n a u t i c s . Report. Washington, U.S. Gov. P r . Off., 1956- . 30 cm, no.
1254-D.B 613 h
Sizaire, P. G u i n d e a u x électriques des n a v i r e s modernes. N a n t e r r e , L a télémécanique électrique, 1956. 27 cm, 4+55 b l z . , a f b n . , l i t . opgn.
Aa XX 65
Starten und F l i e g e n ; Jahrbuch d e r L u f t f a h r t und F l u g t e c h -n i k . S t u t t g a r t , Deutsche V e r l a g s - A -n s t a l t , 1956. 23 cm, Bd. 1, 392 b l z . , a f b n . 1049 A 211 Sturtzel, und G r a f f. D i e V e r s u c h s a n s t a l t für B i n n e n s c h i f f -bau, D u i s b u r g . Köln, Westdeutscher V e r l a g , 1956. 30 cm, 37 b l z . W i r t s c h a f t s - und V e r k e h r s m i n i s t e r i u m N o r d r h e i n - W e s t f a l e n . F o r s c h u n g s b e r i c h t e , no. 211. 1362 F Technische H o c h s c h u l e S t u t t g a r t , V e r k e h r s w i s s e n s c h a f t -l i c h e s I n s t i t u t (für L u f t f a h r t ) , Forschungsergebnisse. B e r l i n , S p r i n g e r , 1929- . 27 cm, H e f t 1-Aa XIV 194 Tijen, H.W. v a n , en Kapsenberg, C. S c h e e p s o l i e m o t o r e n en -gasturbines; 9e dr. Deventer, K l u w e r , 1956. 25 cm, 8+635 b l z . , a f b n . , 4 u i t s l . schema's l o s a c h t e r i n . 1957, 8, 457
„SALPETERZUUR UIT AMMONIAK."
Inhoud. pagina* I . L i t t e r a t u u r l i j s t . l a , b
I I . Algemene i n l e i d i n g . 2 I I I . T h e o r e t i s c h e aspecten en de p r a k t i j k .
4-I 4-I 4-I - l Verbranding van Ammoniak. 4 I I I- 2 Oxydatie,compressie,condensatie. 7
I I I - 3 A b s o r p t i e . 9 IV. Behandeling f a b r i e k s c h e m a . 19
IV- 1 Keuze. IQ IV-2 Berekening Reactor. 13
IV-3 Bespreking van de apparatuur. 16
Bijlagen:
Massabalans % - 7
E n t h a l p i e b a l a n s -^1-5
Processchema P Pabriekschema P.
11. L i t t e r afruur l i j s t 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9-10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25-26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. M.Shreve G.G.Furnas Kirk-Othmer F.Ullmann F.Gmelin aG h e m i c a l P r o c e s s I n d u s t r i e s1* . 1956 "Rogers Manual of i n d u s t r i a l C h e m i s t r y . 1943 " E n c y c l o p e d i a of Chemical Technology." 1952. " E n z y c l o p a d i e der t e c h n i s c h e n Chemie., ,XI. 1932
"Handbuch der a n o r g a n i s c h e n Chemie."IV-N'
Symposium over s a l p e t e r z u u r . G e l e e n 1955»Chem. Weekblad 52(1956)61-87 Symposium over Chemical R e a c t i o n Engineering.A'dam.Chem.Eng.Sci.
8(1958)177. " I n o r g a n i c P r o c e s s Industries".1948.p.276 " M a t e r i a l s of c o n s t r u c t i o n p-229 Chem.Eng.63-1(juni 1956)178,185-i b . 65-1(me1956)178,185-i 1956)170. i b . 63-1 (.Jan. 1956)274 Ind.Eng.Chem.45-1(1955)1386. i b . 2^(1931)860. Brown B o v e r i M i t t e i l u n g e n . 4 3(1956)255« Rev.Chim.Bukarest.7(febr.1956)74. Chem.Eng.¿3(aug.1946)113. i b . j£(nov.l948)lo6. Ind.Eng.Chem.19(1927)1250,1(1909)1121. P r o e f s c h r i f t . D e l f t . ( j u l i 1958). J.Am.Chem.Soc. 43(1921)518. " A b s o r p t i o n and E x t r a c t i o n " . 1 9 5 2 p.368. "Thermochemical C a l c u l a t i o n s . " 1 9 4 1 p.277« W.R.Forsythe e.a. J.Am.Chem.Soc.64(1942)48.
G.Fauser Chim.et Ind.20(1928)415.
i d . i b . 2^(1931)556.
L.Andrussow Z.Ang.Chemie.39(1926)321,552. S.Handforth e.a. Ind.Eng.Chem.26(1934)1287.
B i o s F i n a l Report N= 889»"Fabrication of n i t r i c a c i d . " K. A. Kobe J. A . L e e P.R.des J a r d i n s S . S t r e l z o f f n.n. G.C.Inskeep e.a. J . B . T a y l o r e.a. F.Huber U . C o r i n a M. C.Sze n.n. J.B.Taylor W.A.Dekker C.L.Burdick e.a. T.K.Sherwood e.a R.R.Wenner C. Wurster A . M i t t a s c h . Lunge e.a. M. Bodenstein M . C u r t i s V.Auerbach n.n. Chem.-Ing-Techn.28(1956)1.
"Salpetersäure aus Ammoniak".1951« Z.angew.Chem.20(1917)17o6.
Z.Elektrochem.31(1918)145. " P i x e d N i t r o g e n . "
38. L.Andrussow Z.angew.Chemie.63(1951)21. 39. i d . i b . 63(1951)350. 40. F.E.Warner The Ind.Chemist
.23(1947)17-41. W.Kraus Z.angew. Chemie.66(1954)138. 42. H.F.Johnstone e.a. J.Am.Inst.Chem.Eng.1J$1955)318. 43. n.n. Chem.Eng.§5(28 j u l i 1958)58.
44. K.Winnacker «»Chemische Technologie."II p.209,I(1958)p.l26. 45. M.Bodenstein Z.Elektrochem.47(1941)501. 46. n.n. Chem.Eng.65(5 mei 1958)56. 47. n n. i b . 60-2(nov.1953)130. 48. M.Bodenstein.TranS.Elektrochem.Soc.71(1957)353. 49. F.E.Warner Trans.Inst.Chem.Eng.London.24(1946)118. 50. C.L.Parsons Ind.Eng.Chem.n(1919)541,lg(1927)794. 51. H.W.Webb "Absorption of n i t r o u s gases"london(1923). 52. T.Smith. "Chemical engineering K i n e t i c s . "
53. F.Kuhlmann. Ann.29(1839)281.
54. W. W. Scott Ind.Eng.Chem.19(1027)170.
55. Isaac M i l n e r Philosoph.Trans.Royal Soc.London.Ser.A79(1789)300. 56. L.Andrussow Z.Angew. Chemie.66(1954)138.
57. H.Zeise , tT h e r m o d y n a m i k ., ,I I I - l , p.30.
58. J . P e r r y "Chemical E n g i n e e r ' s Handbook."IIIded.p.239.
59- R.H.Harrison e.a.Chem.Eng.Progress.49(19#3)349.
60. G.M.Swab „Handbuch der Katalyse"II.Wenen(1940).
61. Y.I.Atroshenko Trudy Khar'kow P o l i t e k h . I n s t i t u t e . 4 - 2 ( 1 9 5 4 ) 1 5 1 . 62. N.I.Belyaev, Khim,Prom. (1957)214.
2
II.Algemene i n l e i d i n g .
Dat men u i t ammoniak met z u u r s t o f s t i k s t m f -oxyde kan b e r e i d e n i s n i e t het e e r s t g e b l e k e n u i t de proeven van Kuhlman(53),maar u i t d i e van
Isaac M i l n e r ulfc Cambridge(55)»die ammoniak l e i d de over v e r h i t t e b r u i n s t e e n en d a a r u i t s t i k s t o f -oxyde verkreeg.Kuhlman;echter h e e f t de o x y d a t i e met l u c h t z u u B s t o f over een p l a t i n a k a t a l y s a t o r gevonden,die t o t heden tóe nog de vrijwel e n i g g e b r u i k t e k a t a l y s a t o r voor d i t p r o c e s i s . H e t proces z e l f i s naar Ostwald genoemd,die i n het b e g i n van deze eeuw v e e l onderzoek h e e f t v e r r i c h t Dat het p r o c e s s n e l ingang vond,komt v o o r a l op r e k e n i n g van de o n t w i k k e l i n g van de hoge-druk-t e c h n i e k i n d i e hoge-druk-t i j d , waar door de ammoniakprijs
s n e l ddalde en het Ostwaldproces goedkoper werd dab de bereidingswijze u i t c h i l i s a l p e t e r e n zwavel-zuur. V o o r a l door de hoge c o n v e r s i e d i e p l a t i n a g e e f t , t o t bijna 99% (4-3),verdient het de voorkeur boven k a t a l y s a t o r e n u i t Al,Co£en Bi(28,31,34,54)
Het Ostwaldproces komt h i e r o p neer (1,2,3,4,5) dat men een mengsel van l u c h t en ammoniak(9:l) bij 800-900°G. over een a a n t a l dunne P t - n e t t e n l e i d t , w a a r d o o r het NH^ vrij v o l l e d i g oxydeert t o t NO v o l g e n s de r e act i e v e r g e l i j k i n g :
4NH^ + 5 02 -> 4N0 + 6H2Q + 216000 c a l .
Het gasmengsel wordt i n een stoomketel g e k o e l d t o t 150°G,het water wordt afgecondenseerd,het NO geoxydeerd t o t N 02 en t e n s l o t t e i n
absorptèe-t o r e n s omgezeabsorptèe-t meabsorptèe-t waabsorptèe-ter i n HNO^. R e a c t i e s : 2N0 +02 2NB2 + 27000 c a l .
3N02 + H2Q -> 2HN0j + NO + 32000 c a l .
Zo k r i j g t men een s a l p e t e r z u u r waarvan de concen-t r a concen-t i e 45-60% bedraagconcen-t, afhankelijk van de werkwijze.
ia
78% Salpeterzuur kan men krijgen door verbran-ding met z u i v e r e Op»maar i n de s t o e c h i o m e t r i s c h e
C^/ÏTH^ -*-s •tle"t mengsel e x p l o s i e f , e n daarom brengt
men met i n e r t gas de c o n c e n t r a t i e s beneden de e x p l o s i e g r e n s . A l s i n e r t gas g e b r u i k t men h i e r stoom,die gemakkelijk i s a f t e scheiden door condensatie en door zijn hoge C voor een goede w a r m t e d i s s i p a t i e z o r g t(9,17»30).Ook bewandelt men wel de midden-weg t u s s e n l u c h t - en zuur-st of v e r b r a n d i n g , n l . diejjnet z u u r s t o f v e r r i j k t e l u c h t , (25). V Q n De t o e p a s s i n g e n van s a l p e t e r z u u r l i g g e n op a n o r g a n i s c h ( k u n s t m e s t s t o f f e n , e n d i v e r s e oxydad a t i e p r o c e s s e n ) p r g a n i s c h ( e x p l o s i e v e n , k l e u r s t o f fen,e.a.)en f a r m a c e u t i s c h g e b i e d ( f u n g i c i d e n , i n -s e c t i c i d e n en a l g i c i d e n ) .
4 I I I . T h e o r e t i s c h e aspecten en de p r a k t i j k .
I l I l V e r b r a n d i n g van NB^.
De op p a g.2 gegeven r e a c t i e v e r g e l i j k i n g i s een b r u t o v e r g e l i j k i n g , wat a l d i r e c t v o l g t u i t de orde-g r o o t t e , z o a l s deze zou v o l orde-g e n u i t het a a n t a l bij de r e a c t i e b e t r o k k e n moleculen.Over het mechanis-me, de d e e l r e a c t i e s en de t u s s e n p r o d u c t e n zijn a l v e e l onderzoekingen v e r r i c h t door Andrussow (27, 38),Bodenstein (33,4-5,4-8) e. a. (32,59).Toch i s men het nog n i e t o n d e r l i n g eens en i n 1954 was er nog een d i s c u s s i e h i e r o v e r t u s s e n Andrussow
(56) en Kraus(41). Wel wordt algemeen aangenomen, dat de r e a c t i e v e r l o o p t v i a een a a n t a l t u s s e n p r o -ducten met een z e e r k o r t e levensduur,omdat man de tusserproducten nog n i e t e x p e r i m e n t e e l h e e f t kunnen aantonen.Men v e r o n d e r s t e l t , d a t de r e a c t i e gaat v i a NH^O en HNO,welke l a a t s t e s t o f o . i . v . 02 ( of 0 ?) NO geeft.
We z u l l e n ons nu v e r d e r met da b r u t o r e a c t i e b e z i g houden.Vast s t a a t , d a t - e v e n a l s bij andere
o x y d a t i e r e a c t i e s over v e r h i t P t , - h e t z u u r s t o f z i c h zeer s n e l a d s o r b e e r t aan het k a t a l y s a t o r -oppervlak en dat de NH^-moleculen, d i e d i t 02/Pt t r e f f e n z e e r snel,momerrbaan r e a g e r e n t o t NO. De r e a c t i e t i j d voor 98% conversie,resp. de
bot-—8 —10 s i n g s t i j d zijn van de orde van 10" ,resp.lO~
sec.Toch wordt n i e t het meest s t a b i e l e e i n d -product i n meer dan k l e i n e hoeveelheden gevon-den: d i t i s n l N g (+^2^ e n o o l c n^e^ N20,dat bij
850°0.ook nog meer t e verwachten was(6,pag.71)• Een en ander b l i j k t het b e s t e t e kunnen v e r k l a r e n met de r e a c t i e s n e l h e i d .
Dat voor de r e a c t i e t o c h een c o n t a c t t i j d van
—li.
ca.10 sec. nodig is,komt doordat de d i f f u s i e s n e l h e i d van de NH^moleculen de s n e l h e i d s b e p a -lende t r a p i s , a l t h a n s bij hoge temperatuur(850 ). Bij een t e lange c o n t a c t t i j d b l i j k t e r meer N2 t e
l a n g met de hete k a t a l y s a t o r i n c o n t a c t b l i j f t ) , en bij een t e k o r t e contatrbtijd z a l n i e t a l l e NH^ omgezet zijn; door r e a c t i e van het t e s t e r e n d e NH^ met het NO t o t N2 ( 2NR"5+3N0— 2 i N2+ 3 H20 ) z a l i n
d i t gevan z e l f s een dubbel N - v e r l i e s optreden(26) Om de t i j d t e v e r k o r t e n , d u s de c a p a c i t e i t per p
m gaas t e verhogen, z a l men dus de t r a n s p o r t t i j d d i e n e n t e v e r k l e i n e n . D e d i f f u s i e c o e f f i c i e n t l i g t v a s t door de temperatuur en men z a l dus de t r a n s -p o r t a f s t a n d moeten v e r k l e i n e n . H i e r u i t kwam men
op de gedachte fijnmazige n e t t e n t e g e b r u i k e n i.p.v.de aanvankeliike vorm van s p i r a a l v o r m i g gewonden P t - b l i k( 3 1 , 5 0 ) . D i t Pt-net werd eveneens rondgewonden(19,50),maar l a t e r en nu nog steeds wordt het u i t g e v o e r d a l s een v l a k net,omdat de k a t - v e r l i e z e n h i e r b i j minimaal bleken. (29)Bovend i e n i s bij een v l a k net (29)Bovende s n e l h e i (29)Bovend o v e r a l h e t -z e l f d e , waardoor de temperatuur o v e r a l g e l i j k i s , en men geen T-pieken krijgt d i e s t e e d s een l a g e r e c o n v e r s i e geven om bovenvermelde reden.
Zo komen we op de tweede f a c t o r , d e temperatuur. Bij een bepaalde druk en een bepaalde c o n t a c t t i j d h o o r t een optimumtemperatuur(25,27),maar de me-n i me-n g e me-n over waar deze l i g t v e r s c h i l l e me-n voor de meeste onderzoekers.Voor p = l a t a worden genoemd temperaturen van 750 t o t 900°C.Nauwere grenzen
zijn 800-850°C. (6,7,38,26,50).Uit de proeven van Pauser(26) b l i j k t , d a t boven 850° de c o n v e r s i e n i e t meer zodanig toeneemt,dat de p l a t i n a v e r l i e
-zen geen b e s l i s s e n d e f a c t o r zijn.
De druk b l i j k t v r i j w e i n i g i n v l o e d op de conver-s i e t e hebben.Deze z a l i e t conver-s l a g e r worden,althanconver-s bij zijn optimumtemperatuur d i e bij druk hoger l i g t . Dus bij 850° z a l de con v e r s i e z e l f s beduidend l a -ger z i j n , t e r w i j l bij 950° de P t - v e r l i e z e n erg hoog worden.Drukverhoging i s voor de c o n v e r s i e dus on-gewenst.
Verder i s van i n v l o e d de s a m e n s t e l l i n g van de voeding,dus het NHzpercentage.De s t o e c h i o m e t r i
-sche s a m e n s t e l l i n g voor de c o n v e r s i e i s 14,5% NHj,maar d i t g e h a l t e i s t e g e v a a r l i j k i n verband met de e x p l o s i v i t e i t . B o v e n d i e n g e e f t het een t e g r o t e temperatuur s t i j g i n g , waardoor üe u i t t e e d e -temperatuur t e boog w o r d t . I n de p r a k t i j k b l i j k t 10-11% het meest t e v o l d o e n(6,8,26).
T e n s l o t t e i s de k a t a l y s a t o r z e l f van i n v l o e d , e i g e n l i j k i s d i t de h o o f d f a c t o r . V o o r de s t e v i g -h e i d g i n g men a l i n de t w i n t i g e r garen e r t o e
over i.v.m.de t o e n stijgende temperatuur van het proces,om 28% Rh.toe t e voegen.De i n v l o e d h i e r -van i s onderzocht door Handforth (28) en F a u s e r
(25),alsmede door Andrussow(27).Het bleek dat
door t o e v o e g i n g van Rh. de c o n v e r s i e i e t s steeg en de P t v e r l i e z e n a a n z i e n l i j k afnamen,tot een p e r -centage van 10% Rh.Deze hoge per-centages zijn v o o r a l n o d i g bij het Du Pontproces,dat v e r b r a n d t bij 8 a t a en ca.950°.De c a p a c i t e i t van de kat.
i n kg NHx/m .sec. uitgedrukt,neemt t o e met t o e
-2 -2 name van het a a n t a l mazen per cm ,maar ook h i e r
-aan i s e r een g r e n s , n l . d i e van de n e t s t e r k t e . Bij a t m o s f e r i s c h e v e r b r a n d i n g g e b r u i k t men meestal 3 a 4 netten met n=lo24 mazen/cm en een draad-d i k t e van 6.10 ^cm.
De k a t a l y s a t o r v e r l i e z e n kwamen a l enige malen t e r sprake.Ook h i e r o v e r i s z e e r v e e l bekend.
( l i t t. 6 , 7 , l l , 1 9 , 2 6 , 2 9 , 3 5 » 3 6 ) I n het algemeen neemt het P t - v e r l i e s met de temperatuur z e e r s t e r k t o e boven 800°.Verder i s de g a s b e l a s t i n g van het net
p
(kg gas/m .sec.) en het gewichtspercentage 0^
van invloed.Men kan nu a l l e s i n een formule weer-geven a l s v o l g t : ( m . b . v . l i t j ^ g 8 , 7 7
Mpk (g/m^.sec.) = c . 0m. l o T" 'ag# w a a r i n
Mp = g e w . v e r l i e s aan Pt
0m = massastroom van het gas
ag = g e w i c h t s f r a c t i e van het 02
T = a b s o l u t e temp.
D i t g e l d t wat de t e m p e r a t u u r a f h a n k e l i j k h e i d b e t r e f t s l e c h t s t o t ca 900°.
Af k o e l i n g , compressie, oxydat i e .
De gassen v e r l a t e n de r e a c t o r bij ca.850° en moeten dus g e k o e l d worden voor de o x y d a t i e van bet NO,omdat het evenwicht:
2 NO + 02 ^ 2 N 02 + 27.100 c a l .
bij deze temperatuur v o l l e d i g l i n k s l i g t ( 2 ,1 9 ) Bij 200° i s er i n evenwicht 95% N02,wat voor ons
voldoende i s . E c h t e r i s de r e a c t i e s n e l h e i d bij
hogere temperatuur voor deze r e a c t i e l a g e r , i . t . m . wat men zou verwachten u i t de f o r m u l e :
-E
k = A.e . D i t v e r k l a a r t men door aanname van een d i m e r i s a t i e t o t ( N 0 )2 ,waarvan het
even-w i c h t bij hoge T v o l l e d i g aan de NO-kant l i g t . Zo kan de t o t a a l r e a c t i e s n e l h e i d een neg.temp. coëfficiënt hebben.
Voor voldoende o x y d a t i e z u l l a n we daarom s t e r -k e r moeten -koelen.Bovendien -kan men dan oo-k het g r o o t s t e g e d e e l t e van het bij de c o n v e r s i e ge-vormde water kunnen afcondenseren,hetgeen een r e l . c o n c e n t r a t i e van de n i t r e u z e gassen t o t ge-v o l g h e e f t en dus een ge-v l o t t e r e a b s o r p t i e .
De i n v l o e d van de druk op de o x y d a t i e b l i j k t a l u i t de bovenstaande r e a c t i e : d r u k v e r h o g i n g i s g u n s t i g , z o w e l u i t evenwichtstandpunt b e z i e n , a l s r e a c t i e k i n e t i s c h . N u hebben we vnl.met d i t l a a t s t e t e maken,omdat bij l a t a het evenwicht bij 100° t o c h a l r e c h t s l i g t . D e r e a c t i e s n e l h e i d wordt e c h t e r gegeven door:
p
r = k.p^Q.p q dus h i e r o p h e e f t de druk
een s t e r k e i n v l o e d , t e r w i j l ook voor de a b s o r p t i e van het N 02 drukverhoging n u t t i g i s .
Het p r o c e s wordt tegenwoordig hierom meestal onder druk u i t g e v o e r d ( 3-8 a t a ) , h e t z i j a l l e e n de o x y d a t i e en a b s o r p t i e , ( en dan moet men na a f k o e l i n g en condensatie gaan comprimeren)hetzij h e e l het proces onder een druk van 7-8 ata,dus
8 ook de v e r b r a n d i n g van ÏÏH^ onder druk.( Du Pont-p r o c e s ) . ( l i t t. 3 )
Bij bet gecombineerde p r o c e s z a l men na de con d e n s a t i e gaan comprimeren,omdat men dan het H20 n i e t b e h o e f t t e comprimeren (16 mol%)
I n de p r a k t i j k k o e l t men t o t 25-30° om zoveel mogelijk water t e condenseren en om een zo l a a g mogelijke i n t r e d e t e m p e r a t u u r i n de compressor t e hebben.Men p a s t n l . v r i j algemeen
turbocompres-soren toe(10,12,15,17)»die n i e t voldoende gekoeld kunnen worden voor i s o t h e r m i s c h e werking(—> mi-nimale compressiekosten)Nu kan men tegenwoordig de temperatuur l a t e n oplopen t o t 200?
D i t i s de temperatuur d i e men ongeveer b e r e i k t met een a d i a b a t i s c h e c o m p r e s s o r ( t o t 5 ata),maar t o c h a a l men ook h i e r b i j nog moeten k o e l e n , omdat
door de drukverhoging de o x y d a t i e van het NO wordt v e r s n e l d en h i e r b i j v e e l warmte vrijkomt. Bij het condenseren voor de compressie moet men zo s n e l mogelijk k o e l e n om zo w e i n i g mogelijk HNO^ i n het condensaat t e krijgen. (6,2,3)
V l a k voor de compressor wordt bovendien de secundaire l u c h t toegevoegd,nodig voor de oxy-d a t i e t o t en bij oxy-de a b s o r p t i e t o t
De u i t l a a t d r u k van de compressor bedraagt 2 t o t 5 ata (11,35),en z e l f s t o t 7 ata(15).
Voor k o e l i n g i n j e c t e e r t men wel water of s a l p e t e r z u u r i n de compressor,waardoor ook e v t . a f g e z e t NH^NO^ of NH4N02 oplost,maar het
l i j k t mij onwaarschijnlijk dat deze s t o f f e n i n r e d e -l i j k e hoevee-lheden z u -l -l e n o n t s t a a n , d a a r n i e t om-gezet HHj n i e t meer z a l voorkomen i n d i t stadium.
De aandrijving van de stosrsm compressor g e s c h i e d t met een t u r b i n e lopend op de i n de k e t e l ontstane
stoom.Bovendien wordt de druk van de r e s t g a s s e n benut(na opwarming met het warme gecomprimeerde g a s ) i n een e x p a n s i e t u r b i n e . B o v e n d i e n i s voor het op gang brengen van het proces een e l e c t r o m o t o r nodig.Heel d i t samenstel van machines b e p a a l t voor een g r o o t d e e l de r e n t a b i l i t e i t van het procédé,omdat men graag s t e r k w i l comprimeren.
I I I - 3 . A b s o r p t i e .
Ook over de a b s o r p t i e van het NO^ i n water t o t HNO^,dus e i g e n l i j k c h e m i s o r p t i e , i s a l v e e l b e k e n d ( 0 . m . l i t t . 6,7pag.l77f 20t/m 23,51)
B r u t o r e a c t i e werd reeds gegeven op b l z.2.Deze v a l t u i t e e n i n de volgende d e e l r e a c t i e s : 2 N 02 -> N204 N204 + H20 -> HNO^ +HN"02 2 HN02 -» H20 + N20 j N203 _^ N 02 + N 0 Van deze s e r i e i s de e e r s t e de s n e l h e i d s b e p a l e n -de r e a c t i e , m a a r h i e r n a moet men h e t ontstane NO weer overvoeren i n N 02 en d i t i s een nog v e e l
t r a g e r e r e a c t i e dan de d i m e r i s a t i e van N 02, a l
-t h a n s bij drukken -t o -t 4- a -t a , daarboven worden ze b e i d e van i n v l o e d .
Of de vorming v a n het HNO^ i n de gas- of i n de v l o e i s t o f f a s e p l a a t s v i n d t5i s nog een punt van
d i s c u s s i e ( z i e ook l i t t .3 0 , d i s s e r t a t i e van i r Dekker,bij wiens promotie d i t probleem t e r s p r a -ke kwam).
De b r u t o r e a c t i e e v e n a l s de daarop volgende o x y d a t i e van het ontstane NO zijn s t e r k exotherm, waardoor de temperatuur dus z a l oplopen en de
o x y d a t i e s n e l h e i d z a l verminderen,daarom moet men s t e r k koelen.Bij a t m o s f e r i s c h e a b s o r p t i e gaat d i t i n z u u r k o e l e r s i n het c i r c u l a t i e c i c u i t van de ( g e p a k t e ) a b s o r p t i e t o r e n s . I n schotelkolommen k o e l t men door s p i r a l e n op e l k e schotel.De tem-p e r a t u u r bedraagt ongeveer 25°.Verdere v e r l a g i n g met een koelmachine i s n i e t economisch(14,26). De v o o r d e l e n van d r u k a b s o r p t i e zijn e v i d e n t : s n e l l e r e r e o x y d a t i e van N O , k l e i n e r volume van de gassen en evt.hogere c o n c e n t r a t i e van het zuur.
10
IV.Eabriekschema. IY-1. Keuze.
A l s we a f z i e n van h e t gewone a t m o s f e r i s c h e procédé,dat a l vrijwel nergens meer wordt geko-zen v o o r een nieuwe f a b r i e k , i s de keuze:werk-wijze van Du Pont , t o t a a l druk dus 8 ata,o£ het gecombineerde schema met een a b s o r p t i e d r u k van 3-5 ata.Ook i s e r nog een proces(Montecatini)^ dat zowel v e r b r a n d i n g a l s a b s o r p t i e bij 3,5 a t a doet p l a a t s v i n d e n ( 4 6 ) , m a a r d i t schema l i j k t me het zwakst i n zijn totaalrendement van 94 a 95% Het gecombineerde procédé wordt gekozen door f a u s e r ( 2 6 ) , A u e r b a c h(35) en Jansen(6),het Du Pontprocédé wordt besproken door de Amerikaanse l i t t .(3,11,12,18,40,49).
We z u l l e n deze twee werkwijzen nu op enkele punten met e l k a a r v e r g e l i j k e n :
1) .Conversie:Du Pont:96-97%,gecomb. 98-99%(43) 2) .Katalysator:Dupont h e e f t een ongeveer 5üx zo
groot k a t . v e r b r u i k , m a a r k a n ( 3 5 ) d i t door terugwinnen v a n de k g t met f i l t e r s , h e t z i j v e r g u l d e d r a a f l ( i n v e s t e r i n g ) b e p e r k e n t o t 5x v e r b r u i k bij 1 ata(35 mg./1000 kg HNO^). 3) Absorptie i s vergelijkbaar,beide ongeveer
98%,zij het dat bij h e t gecomb.pr. en 3 a t a
druk e r meer t o r e n s en meer w.w.'s n o d i g zijn. 4) E n e r g i e v e r b r u i k : ( 1 1 ) A l s men atm.pr.op 1,0
stelt_> wordt de i n dex voor DuPont 7,2 en voor het gecomb. 5,3-(Hierbij i s nog n i e t b e t r o k k e n de teruggewonnen e n e r g i e u i t de restgassen,maar deze beïnvloedt de v e r -houding van b e i d e p r o c e s s e n n i e t ) .
5) Onderhouds- en i n v e s t e r i n g s k o s t e n zijn voor gecomfe. 20% hoger dan voor Du Pont.
U i t deze punten b l i j k t , d a t het Du Pontproces aan t e b e v e l e n is,wanneer platina,ammoniak en e l e c t r i c i t e i t , o f een o f twee h i e r v a n goed-koop zijn. V o o r a l h e t k a t . v e r b r u i k i s ^beperkende f a c t o r voor i n v o e r i n g i n West-Europa van het Amerikaanse proces.Omdat i k deze s a l p e t e r z u u r -f a b r i e k me heb v o o r g e s t e l d i n Hederland,heb i k daarom de voorkeur gegeven aan de gecombineerde werkwijze,en wel om het l a g e P t - v e r b r u i k en om de hoge t o t a a l opbrengst .De a b s o r p t i e bij Du Pont g e s c h i e d t bij 6ir a 7 a t a en i n een schotelkolom met k o e l i n g op de s c h o t e l s . B i j de normale gecom-b i n e e r d e f a gecom-b r i e k e n i s de a gecom-b s o r p t i e d r u k 3a4 ata. Fauser (4) vermeldt een a b s o r p t i e d r u k van 5 & 6 a t a ( i n een schotel.kolom)en Huber vermeldt z e l f s een compressie van de c o n v e r s i e g a s s e n van 1 t o t 7 a t a . A l s we nu genoegen nemen met een c o n c e n t r a -t i e van 55% en koelen (bij de absorp-tie) -t o -t 30 ^ kan men bij een druk van 5 a t a d e s t i k s t o f o x i -den voor 98 % absorberen i n één schotelkolom. Een i n t e r e s s a n t e o n t w i k k e l i n g i n de c o n s t r u c t i e
i s i n de s a l p e t e r z u u r f a b r i e k van de B t a b l i s s e ments Kuhlmann a a n g e b r a c h t t e n l a a t het s a l p e t e r -zuur rondstromen over de s c h o t e l op éénsegment najjhierop s t a a t gec. s a l p e t e r z u u r en mét de n i -t r e u z e gassen word-t h i e r v e r s e l u c h -t -toegevoegd^ waardoorzegt mende o x y d a t i e i n v l o e i b a a r m i l -l i e u p -l a a t s vindt.De druk i s ca.5 ata,de tempe-r a t u u tempe-r wotempe-rdt n i e t vetempe-rmeld,maatempe-r wel,dat men k o e l t * met brijn;dus een e r g l a g e temperatuur l i g t voor ƒ ff Of "
^ * de hand.Verder i s h i e r b i j i n t e r e s s a n t , d a t het u i t het oxydatiesegment komende gas op de daarboven l i g g e n d e s c h o t e l i n c o n t a c t komt met het meest eeconcentre •dat dus a l h e e l de s c h o t e l i s rondgestroomd.Hierdoor i s zodoende een s o o r t ;begenstroomeffeet b e r e i k t , w a a r d o o r eea hoge
ab-sorptie-efficiëntie wordt verkregen,soms t o t 99i%* Het schema werd gebaseerd op d i v e r s e procédé's n l . d a t van de S.B.A.(Luik),het Pintsch-Bamag-pr.
12
Wat b e t r e f t de t e r u g w i n n i n g van de e n e r g i e u i t de r e s t g a s s e n h e e f t het gecombineerde systeem ook nog het v o o r d e e l , d a t de d r u k v a l van compres-sor t o t e x p a n s i e t u r b i n e v e e l k l e i n e r i s dan bij Du Pont,omdat h i e r a l voor het p r o c e s wordt ge-comprimeerd.De p i s h i e r 20 psi,dus +¡1,4- ata t e r w i j l h e t t e bespreken schema gebaseerd i s
op een d r u k v a l vanö,3 a t a (vgl.(43$ P=4-,3 p s i , dus ook 0,3 a t a ) .
De c a p a c i t e i t van de f a b r i e k wordt gekozen op 250 t o n 55% ( z i e blz.11) HNO,.
IV-2. Berekening Reactor.
Gegevens h i e r o v e r zijn bekend van Andrussow (38,39,56),Atroshenko(61) ?en Oeie(7,pag.150). We z u l l e n ons houden aan de gedachtengang van Andrussow(en g e b r u i k maken van zijn d i f f u s i e b e r e -keningen.
We z u l l e n e e r s t de g r o o t t e met praktijkg eg evens b e p a l e n en daarna m.b.v.de gegevens van A.(38) de g r o o t t e c o n t r o l e r e n en het a a n t a l n e t t e n bepalen,nodig voor de gewenste c o n v e r s i e .
U i t l i t t . 7 p.150 blijkt,dat de gasbelasting van het net bij een temperatuur van 850° g e l i j k i s aan G = 0,50 kg/m .sec.Onze t o t a l e massa-stroom i s 0 = 6,58(volgt u i t de massabalans.)
6 58 2 Het benodigde o p p e r v l a k i s dan (J*1=Q= 13,1 m
Voor een r e a c t o r g e e f t d i t een r e a c t o r d i a m e t e r D^ = 4,1 m.Deze i s c o n s t u c t i e f zeer l a s t i g ? bovendien i s voor de f l e x i b i l i t e i t het b e t e r twee r e a c t o r e n t e kiezen.De diameter wordt dan „D^ = 2,9m,Inderdaad worden e r i n D u i t s l a n d
n e t t e n gemaakt van 3 m.0(op de onlangs gehouden Achema stond z u l k een P t - n e t op de stand van de Degussa).Het v o o r d e e l van dergelijke n e t t e n i s , d a t de c o n v e r s i e hoger i s , h e t g e e n komt^door-dat aan de wand van de r e a c t o r en het net steeds een g e d e e l t e l i j k e k a t a l y t i s c h e o n t l e d i n g p l a a t s -v i n d t -van NH^,en deze o n t l e d i n g neemt r e l a t i e f af bij g r o t e r e diameters,wegens de k l e i n e r e v e r -houding omtrek/oppervlak.De Lamontketel s t a a t d i r e c t onder het net voor een goede warmterecu-p e r a t i e .
Z o a l s i n de i n l e i d i n g v e r m e l d ^ ( b l z . 4 ) b e p a a l t de d i f f u s i e s n e l h e i d van de NH^-moleculen de g r o o t t e van de r e a c t o r . E e r s t z a l nu een k o r t e samenvatting v o l g e n van de gedachtengang van A.
') D i t a r t i k e l i s g e t i t e l d : c o n t a c t app.for NH^-ox. en schijnt i n Nederland n i e t aanwezig,helaas.
14 Hij berekent e e r s t de d i f f u s i e van de NH^-mo-l e c u NH^-mo-l e n i n een dunne ronde b u i s afh.van NH^-mo-l e n g t e van de b u i s en stroomsnelheid.en g e e f t het r e s -terende NEU a l s o r o c e n t e n van de
aanvangsconcen-Dz t r a t i e op i . a . v . de d i m e n s i e l o z e groep: =^3— , w a a r i n D = d i f f . coëf f . van NH^ i n l u c h t A - J c n2 z = b u i s l e n g t e ( cm ) a = b u i s s t r a a l ( cm ) v = s t r o o m s n e l h e i d ( cm/sec ) 2 3 Nu kunnen we Tl a v vervangen door G ( c n r / s e c . b u i s )
en de f a c t o r rf onder de cdfetanten i n de verg. verrekenen.De b e t r e k k i n g wordt dan:
-11,48 g2- -70 -154?2
0 = 0,8 e » + 0,1 e G +0,04e G.
w a a r i n 0 dus de r e s t e r e n d e N H ^ - f r a c t i e v o o r s t e l t a l s f r a c t i e van de a a n v a n g s c o n c e n t r a t i e .
Deze v e r g e l i j k i n g g e l d t met g r o t e benadering ook voor een b u i s met hexagonale doorsnede.,en dus
ook voor een honingraatbundel,dus een bundel van zeshoekige buizen.Maar i . p . v . G moet men n u - j p i n v u l l e n , w a a r i n n het a a n t a l b u i z e n per cm Bovendien i s G,v en D afhankelijk van de T en daarom g e b r u i k t men gereduceerde grootheden, G ,v en D' b e t r o k k e n op de v o l l e d i g e doorsnede
o ïiD1 z
van de bundel en op 0 C. f Wordt nu f= ~ —
0
H i e r n a kan men de l e n g t e van de b u i z e n gaan v e r k l e i n e n , t o t d a t men een h o n i n g r a a t i . p . v .
h o n i n g r a a t b u n d e l h e e f t . H i B r b i j gaat het r a n d e f f e c t mee spreken,maar d i t kunnen we voor onze bereken i bereken g v e r w a a r l o z e bereken . T e bereken s l o t t e berekenu kuberekenberekenebereken we de P t -n e t t e -n v e r g e l i j k e -n met h o -n i -n g r a t e -n met d e z e l f d e -n en we nemen veasv de hoogte van een h o n i n g r a a t zodanig,dat het spec. opp.gelijk i s aan dat van het net.Nu g e b r u i k t men meestal 3 of 4 n e t t e n ^ d i e n o o i t p r e c i e s op e l k a a r aansluiten,maar a l t i j d t . o . v . e l k a a r zijn verschoven.Hierdoor neemt het aan t a l mazen van de n e t t e n schijnbaar t o e en we kunnen h i e r v o o r een c o r r e c t i e f a c t o r yn
i n v o e r e n , a f h a n k e l i j k van het a a n t a l n e t t e n . Volgens A. i s yn = 1,8-2,4 voor 10 n e t t e n
bij een g e r i n g a a n t a l netten,dus de yn i s meer
dan l i n e a i r a f h . van het a a n t a l netten.Op grond h i e r v a n kunnen we voor onze 3 (vooruitlopend op de u i t k o m s t ) n e t t e n een yn = 1»3 kiezen.
Dan wordt voor ons g e v a l : D» = (85Ö°) 0,55 cm2/sec.
Gr +6
V° = S S E3" - 1 n + 4 = 59 =m/seo.
2.3,14.9.10
n'= (voor normaal P t - n e t ) = l,3«lo24- =133o cm z w i l l e n we berekenen.
We hebben een opbrengst v a n 98% aangenomen, en h i e r v o o r v o l g t uit t a b e l 2 (p.350) van Andrus-sow: f = 0,318.
f=0,318 = n'D'z 1330.0,55»z — = 39
H i e r u i t v o l g t voor z : z=0,017 cm.
De hoogte van een h o n i n g r a a t met e e n z e l f d e spec. opp.als een P t . n e t i s 0,072 cm.(A, 352),dus het benodigde a a n t a l n e t t e n bedraagt Q>Q17 _ 2,4-,
0 072
zodat men met d r i e n e t t e n zeker ' ' kan v o l s t a a n voor een 98%1^e omzetting.
C o n s t r u c t i e v e d e t a i l s van de r e a c t o r e n v o l g e n onder de b e s p r e k i n g van de apparatuur.
16
IV-3» Bespreking; Apparatuur.
I n het k o r t worden i n d i t hoofdstuk de apparaten van het schema besproken i n c h r o n o l o g i s c h e v o l g
-orde. 1.Luchtwasser; 8.compressor-stoomtur-2.luchtvoorwarmer; bine-expansieturbine; 3. m e n g s e l f i l t e r j 9.restgaswarmer; 4. r e a c t o r ; 10.zuurwarmer; 5. stoomketel; l l . u i t b l a z e r ; 6. voedingswater- 12.koeler-condensor; voorwarmerj 13.absorptiekolom; 7«koelercondensorj 1 4 . d i v e r s e n , c o n s t r u c t i e -m a t e r i a l e n . De f a b r i e k i s i n Nederland gedacht a l s onder-d e e l van een g r o t e r b e onder-d r i j f , onder-d a t o.m.ook NH^ syn-t h e syn-t i s e e r syn-t .
ad 1. De aangezogen l u c h t z a l s t e e d s v e r o n t r e i -n i g d zij-n met Si02»ïle»olie, v e t , s t o f , e.d. die
scha-delijk zijn voor de kat.Bovendien wordt- NaCl bij de a b s o r p t i e z e l f s noodlottig,omdat z i c h d a a r u i t koningswater vormt,waartegen geen enkel m a t e r i
-a -a l best-and i s (beh-alve j u i s t de k-at!/ De l u c h t z -a l men l i e f s t a l bij de t o e v o e r zo z u i v e r mogelijk hebben,daarom kan men deze bv.aanzuigen u i t de compressorenhal voor de NH^-synthese, het zij op g r o t e a f s t a n d van de f a b r i e k ( 6 2 ) . D i t l a a t s t e
z a l e c h t e r i n Nederland w e i n i g v o o r d e l e n b i e d e n . Voor de l u c h t z u i v e r i n g kan men f i l t e r e n over glaswol(bv.Amer-glas,dat met een k l e e f s t o f i s bedekt) of men kan de l u c h t met water wassen.
I.v.m. het Na$l,dat bv.op het bedrijf van de ME-KOG i n a a n z i e n l i j k e hoeveelheden i n de l u c h t z a l z i t t e n , i s wassen m,i. de meest aan t e b e v e l e n z u i v e r i n g . H e t g e s c h i e d t i n een l a a g 2V2" Eashig-r i n g e n met een hoogte van 1 m.en een diam.D=l,35m
fed 2).Om op de k a t a l y s a t o r een temperatuuB van 850° t e handhaven,moeten we zorgen,dat de e n t h a l p i e van de binnentredende gassen g e l i j k i s aan d i e van de c o n v e r s i e g a s s e n . dus H =-993 Mcal/h.Bij 1 0 0È i s de e n t h a l p i e
H =-991 Mcal./h.,en we moeten dus het mengsel bij 100° i n de i?eactor invoeren.De voorwarming
kan het NH^-luchtmengsel,of a l l e e n de l u c h t b e t r e f f e n . D e e n t h a l p i e v a n de NH^ bij zijn t o e v o e r (normale L.D.NH^) i s v o l g e n s de e n t h a l p i e -b a l a n s ( B-2) = -1040 Mcal/h,die van lucht
H - -445 M c a l / h ^ ( s t r . l r e s p . s t r . 3 ) en we moe-t e n i n de Tzroorwarmer (-991)-(-1040-445) =496 Mcal t o e v o e r e n . Om een v o o r t i j d i g e v e r b r a n d i n g van NH^ door p l a a t s e l i j k e o v e r v e r h i t t i n g (kat .werking van de wand)te voorkomen,verwarmen we de l u c h t
zó,dat na mengen met de NH^ de temperatuur 100° is.De e n t h a l p i e moet dan na voorwarming van de l u c h t(-991)-(-1041) bedragen,dus H =+50 Mcal/h. D i t komt overeen met een voorwarmtemperatuur van de l u c h t van 112°.(zie E - 2 ) .
We moeten dus 23690 kg.lucht/uur (M-7)van 20° t o t 112° opwarmen en d i t g e s c h i e d t met a f t a p -stoom u i t de t u r b i n e ( 1 7 0 ° , 8 a t a ) . Hs t . 2770 k^/kg '? H = 20fo k j / g g =4^0 k c a l / h Hc o n d: 710kJ/kg ^oorw.=4 9 6 0 0 0 k c a 1/1 1 = 4 % p 0 0 _ = 1 Q ) 0 k g / h
Afmetingen: 2 passes v a n 430 b u i a e n ( l 'van l,70m. £d3.ÏTa de voorwarming van de l u c h t wordt de ÏÏH^-stroom geïnjecteerd.Hij wordt r e c h t s t r e e k s o n t t r o k k e n aan h e t N H ^ - c i r c u l a t i e n e t (1,2 a t a ) . De stroom wordt g e r e g e l d op de temperatuur van de r e a c t o r , t e r w i j l de l u c h t s t r o o m weer g e r e g e l d wordt op de HH^-stroom. Hoewel de NH^ v r i j z u i v e r is^,wordt h e t mengsel nogmaals gefilt|a»erd en w e l over een l a a g aardewerk,Hierdoor v i n d t t e v e n s a l een v r i j goede menging p l a a t s ( d i e t e voren !) lufe <H-S
did^fa^n
WU. ©wie*@>Srwrc
18 a l i n g e l e i d i s door een t a n g e n t i a l e r i c h t i n g van de NH^-buis i n de luchtleièing);bovendien worden h i e r nog e v e n t u e e l uit; de lüchtwasser mee-g e s l e u r d e d r u p p e l s a f mee-g e s c h e i d e n . Afmetingen:D = 3>0 m. H = 1,3 m. hoogte pakk.= Q,75 ad 4-.Reactor. De r e a c t o r i s a l u i t g e r e k e n d onder IV-2. Vanaf het m e n g s e l f i l t e r t o t de voedingwatervoor-warmer zijn e r van e l k apparaat twee p a r a l l e l geschakelde exemplaren,omdat de stroom t e groot i s voor een r e a c t o r en voor een goede warmte-h u i s warmte-h o u d i n g warmte-het b e t e r i s om d i r e c t na de r e a c t o r een k e t e l t e p l a a t s e n . B o v e n d i e n kan men nu eventu-e eventu-e l t i j d eventu-e l i j k eventu-eeventu-en r eventu-e a c t o r u i s c h a k eventu-e l eventu-e n , zondeventu-er dat het p r o c e s s t i l behoeft gezet t e worden.
V l a k voor het k a t a l y s a t o r n e t wordt een l a a t s t e menging b e w e r k s t e l l i g d , d o o r een l a a g B a s h i g r i n g e n ^
aangebracht 35 cm.boven het net.Onder deze l a a g b e v i n d t z i c h de o n t s t e k e r , e e n e l e c t r i s h . element i n de vorm van een dubbele haarspeld.De r e a c t o r -wand boven de n e t t e n i s van V2A-staal,eronder i s hij b e k l e e d met v u u r v a s t e steen.De P t - n e t t e n wor-den ondersteund door een r o o s t e r van N i - C r - s t a a l , dat z e l f weer r u s t op 15 zware Ni-Cr-staalstavem. De n e t t e n zijn geklemd i n een f l e n s k o p p e l i n g , t e g e -l i j k met een r i n g waar de staven op r u s t e n en
een d i e voor de a f s t a n d (ca.2cm.)zorgt.De pakking t e n s l o t t e i s asbest,dat wel i n p r i n c i p e n o o i t
v o l l e d i g a f d i c h t , m a a r dat h i e r u i t s t e k e n d v o l -doet j, omdat e r geen d r u k v e r s c h i l over s t a a t .
De l a a g R a s h i g r i n g e n z o r g t e i g e n l i j k v n l . v o o r een homogene s t r o o m v e r d e l i n g over het gehele n e t , waardoor e r geen schadelijke t e m p e r a t u u r v e r s c h i l -l e n over de k a t a -l y s a t o r optreden.
Verder i s e r t u s s e n de k a t a l y s a t o r en de R a s h i g -r i n g e n nog een k i j k g l a s , en i s e -r v l a k onde-r het net een temperatuur-meetelement aangebracht.
ad 5f
Sc
St oomketel, voedingwat ervoorwarmer.
Deze d i e n t dus om de v o e l b a r e warmte v a n de c o n v e r s i e g a s s e n t e benutten.De stoom wordt v e r -der i n de procesgang g e b r u i k t om d.m.v. een stoomturbine de compresspr aan t e drijven. Z o a l s a l gezegd werd op de v o r i g e b l a d z i j d e ^ i s de stoom-k e t e l van e l stoom-k van b e i d e r e a c t o r e n d i r e c t na het net g e s c h a k e l d , e n wel de 0V0.Bovendien h e e f t deze o p s t e l l i n g een g r o t e f l e x i b i l i t e i t , o m d a t men een van b e i d e s e r i e s naar b e l i e v e n kan u i t s c h a k e l e n . Het type k e t e l i s Lamont met g e f o r c e e r d e c i r c u -lât i e . De keuze van de druk i s een economische, omdat men z o v e e l mogelijk vermogen u i t de stoom w i l h a l e n i n de t u r b i n e . I n de l i t t . w o r d e n stoom-drukken vermeld van 12 (6) t o t 17 (40,49) en 18 aba.
(S.B.A.Luik) vermeld. Wij z u l l e n een druk van 17 a t a aanhouden en een o v e r v e r h i t t i n g van 120°, dus een temp.van 330°.De stoomcapaciteit van een k e t e l wordt dan a l s v o l g t b e r e l e n d . ^ . ( 8 5 0 ° ) = -993^,dus H ^ = -497
I n de k e t e l d a a l t de temperatuur van de gassen i n 0V0,verdamplichaam, en ECO t o t 150° (o.m.13) Hierbij i s H = -5850,dus p e r k e t e l H o -2925 De p e r k e t e l overgedragen warmte bedraagt dus Q _ _497 _ (-2925)= 2428 Mcal/h.De e n t h a l p i e
van de stoom bij 17 at a en 330° C. i s H=740 kcal/kg de e n t h a l p i e van het voedingwater (80°)is
80 k c a l / k g , d u s voor een kg stoom i s 660 k c a l / k g nogig.De stoomproductie p e r k e t e l woôdt dan
^ ^ ^ e t e l = 3680.0,9 =3300 kg/h ,dus
i n t o t a a l 6600 k g stoom/h.
Fa de s t o o m k e t e l s worden de gasstromen samen-gevoegd en gaan dan nog door een voedingwater-voorwarmer waar de temperatuur van het water van 20 op 80° wordt g e b r a c h t .
20 ad 7»Koeler-condensor.
U i t de e n t h a l p i e b a l a n s ( E-2) blijkt,dat na de voedingwatervoorwarmer de temperatuur van de gassen i s gedaald t o t 87°.Door de korte tijd,die de gassen nog maar bij l a g e temperatuur hebben g e h a d , i s e r nog w e i n i g N 02 gevormd,maar nu de
temperatuur beneden de 100° i s gekomen,zal er o x y d a t i e optreden,waardoor het condensaat zwak zuur z a l zijn.Het k o e l w a t e r i s op 15°C. aangenomen^ maar v a n z e l f s p r e k e n d z a l deze temperatuur s t e r k van de s e i z o e n e n afhangen.In de w i n t e r z a l ( i n Nederlanfl) de temperatuur 5° kunnen bedragen, i n de zomer daarentegen wel 20°.Hiermee i n ver-band s t a a t de c o n c e n t r a t i e . B i j l a g e temperatuur kan s n e l g e k o e l d worden en z a l de HNO^concent r a HNO^concent i e l a g e r worden.In de a b s o r p HNO^concent i e z a l de i n v l o e d nog g r o t e r zijn, ook op het a b s o r p t i e r e n d e -ment.
U i t de condensor t r e d e n gas en condensaat bij 25°.De warmteoverdracht i s Q = 1170 Mcal/h. ad 8. Compressor-stoomturbime-expansieturbine.
Aan het gas u i t de condensor wordt de supple-t i e l u c h supple-t supple-toegevoegd,die u i supple-t de u i supple-t b l a a s supple-t o r e n komt ( z i e a l d a a r : ad l l . ) D a a r n a wordt het meng-s e l gecomprimeerd.Nu e e r meng-s t een en ander over de d r u k v e r d e l i n g (weergegeven i n het processchema). De l u c h t , n o d i g voor de v e r b r a n d i n g vanNH^
wordt aangezogen met eén v e n t i l a t o r en gebracht op 1,2 ata;na de wasser en de voorwarmer i s de druk 1,1 ata en wordt de NH^ toegevoegd.Deze h e e f t een druk van 1,31,4 ata,maar wordt g e -smoord door de r e g e l k l e p . t o t +1,1 ata.Na het m e n g s e l f i l t e r en de l a a g R a s h i g r i n g e n i n de r e a c t o r i s de druk bij de c o n v e r s i e 1,0 ata of i e t s minder,waardoor e r n o o i t gevaar i s op l e k van de hete en g i f t i g e gassen naar b u i t e n . I n de a f k o e l i n g van de gassen d a a l t de druk nog t o t 0,95 atavlak voor de compressor,die dus h i e r de gassen z e l f a a n z u i g t .
Compressie g e s c h i e d t t o t ca. 5» 2 ata,welke druk bij de v e r d e r e k o e l i n g en condensatie t e r u g l o o p t t o t 5>o a t a bij de conversie,en 4,9 ata van de r e s t -gassen bij i n t r e d e i n de e x p a n s i e t u r b i n e .
Terugkomend op de compressor vonden we dus een compressie verhouding = 5»5«Het te compri-meren volume bedraagt 340 st.m^/min^en hierumt v o l g t , d a t een turbocompressor i n d i t g e v a l p r e -v a l e e r t ,ondanks de hogere compressiekosten,die dese h e e f t i.v.m.een zuigercompressor.Van meer belang e c h t e r i s de c o r r o s i v i t e i t van de n i t r e u
-ze gassen.In de c e n t r i f u g a a l c o m p r e s s o r mag de temperatuur n l . stijgen t o t 200°,waardoor geen t e g r o t e k o e l i n g n o d i g i s bij een i n t r e d e temperatuur van 25°.De compressor bestaat u i t twee trappen van 6 schoepen,met d i a f r a g m a k o e l i n g . ( C l a r k e ) Op grond van de formule voor a d i a b a t i s c h e com-p r e s s i e , v o l g t voor de u i t t r e d e t e m com-p e r a t u u r 208°j de werkelijke u i t t r e d e t e m p e r a t u u r bedraagt 200° en men zou dus een z e e r g e r i n g e k o e l i n g verwach-t e n . E c h verwach-t e r v i n d verwach-t i n de compressor een v r i j
a a n z i e n l i j k e o x y d a t i e p l a a t s , n l . d o o r de drukver-hoging en door de hogere p a r t i a a l s p a n n i n g van de z u u r s t o f na de l u c h t s u p p l e t i e ( z i e : M - 2)jfcet mol %a^e ܣ neemt bij s u p p l e t i e t o e van 5 t o t
8%.Deze o x y d a t i e i s s t e r k exotherm(per kmol NO komt 13.500 k c a l . v r i j . ) en daarom moet men u i t de compressor nog een 700 Mcal.afvoeren(zie E-5) De e x p a n s i e t u r b i n e i s een enkelvoudige overdruk-t u r b i n e .
Het vermogen van de compressor bij een rendement van 80% i s
l ^ g g
= 1720 kW.DE r e s t g a s s e n worden ontspannen van 4,9 t o t 1,2 a t a en bij een rendement van 60% l e v e r t d i t t
0,60.803 = 480 kW.
I n de stoomturbine komt b i n n e n 6600 kg/h.met een e n t h a l p i e H = 7^0 kcal/kg,diis i n t o t a a l komt
binnen 4785 Mcal/h.Voor de voorwarmer wordt 8 ata-stoom a f g e t a p t . ( H = 662 k c a l / k g ) , d i e geconden-seerd wordt (H=170 kcal/k§).Hiervan i s dus nodig:
22
49600Q = i o i O kg/ h .
662-170
Dus i n de a f t a p s t r o o m z i t een warmteafvoer u i t de t u r b i n e van 1010.662 = 668 Mcal/h.;
aan afgewerkte stoom v e r l a a t de t u r b i n e : (6600-1010).£10 = 34-10 Mcal/h.
De e n t h a l p i e v a l i n de t u r b i n e i n t o t a a l wordt dan 4785-(668+3410)= 707 Mcal/h of 707-3,163 = 822 kW.Aan vermogen h a l e n we h i e r u y f i t bij een rendement van 90%:0,9.822 = 740 kW.
Resumerend kunnen we dus zeggen,dat de d i v e r s e vermogens zijn:
Compressor: 1720 kW. e x p . t u r b i n e : 480 kW. stoomturbine: 740 kW.
De e l e c t r o m o t o r moet Het r e s t e r e n d e vermogen l e v e r e n , d . i . 1720 -(480 + 740) = 500 kW.
Voor het a a n z e t t e n van het p r o c e s i s het vermogen van de stoomturbine en van de e x p . t u r b i n e n i e t aanwezig,omdat nog geen stoom r e s p . r e s t g a s s e n worden gegenereerd.Dan moet a l l e vermogen door de e l e c t r o m o t o r g e l e v e r d worden,en deze k i e z e n we daarom op 1200 kW. Gedurende de k o r t e t i j d van het i n l o p e n moeten we deze dan 50% overbelasten.
Het t o e r e n t a l van de t u r b i n e s l i g t v e e l hoger dan dat van de compressor + e l e c t r o m o t o r en daarom moet men t u s s e n de b e i d e groepen een v e r _ tragingsmechanisme aanbrengen.
ad 9»Restgaswarmer.0m de druk van de restgassen t e b e n u t t e n moeten we deze vóór de t u r b i n e op-warmen t o t 15o°.0ok a l i.v.m.deze temperatuur i s
de u i t t r e d e t e m p e r a t u u r van de compressor op 200° gekozen.De warmte,die wordt overgedragen i s
Q = 614 Mcal/h.
ad 10.Zuurwarmer.Het zuur,dat u i t de absorptie-kolom komt,bevat s t e e d s nog wat o p g e l o s t HO/No^ en om d i t met de s u p p l e t i e l i i c h t t e kunnen u i t
-b l a z e n moeten we het zuur i e t s opwarmen,maar n i e t t e hoogj omdat we anders het zuur weer gaan o n t l e d e n t o t n i t r e u z e dampen. I n de praktijk k i e s t men 55-60°C.,wij nemen daarom ook 60°.
De overgedragen warmte i s Q = 188 Mcal/h. ad 1 1 . U i t b l a z e r .
D i t i s een kolom,gepakt met 1" E a s h i g r i n g e n van aardewerk.De hoogte van de l a a g i s 75 cm,D=3m. fee secundaire ( = s u p p l e t i e - ) l u c h t wordt na de l u c h t v e n t i l a t o r l i n k s i n het schema afgenomen en wordt g e d e e l t e l i j k (ca.30%) door het zuur ge-b l a z e n . De r e s t wordt v i a een o m l o o p l e i d i n g weer toegevoegd en het mengsel gaat daarna naar de t o e v o e r l e i d i n g van de compressor.Hier zijn
geen v o o r z i e n i n g e n nodig voor goede menging,om-dat d i t g r o n d i g p l a a t s v i n d t i n de compressor. ad 12.Koeler-condensor.
De temperaturen na de r e s t g a s - en zuurwarmer
zijn a l behandeld i n de bijlage E.Dat de temperatuur h i e r nog 140° bedraagt komt door de steeds
voort»schrijdende o x y d a t i e van het NO. I n de k o e l e r c o n -densor wordt de temperatuur t o t 25° verlaagd. Door de g r o t e h o e v e e l h e i d af t e voeren warmte, 1250 Mcal/h.voert men deze condensor u i t a l s een r e g e n k o e l e r . H e t gasmengsel wordt door 3"
b u i z e n gevoerd,waarover(verdampend)water stroomt, Het geheel i s i n tweeën g e s p l i t s t . E l k d e e l
be-s t a a t u i t 10 pabe-sbe-sébe-s(onder elkaar) van 10 buizen (naast e l k a a r ) v a n 4 m. l e n g t e . H i e r n a wordt de v l o e i s t o f van h e t v r e s t e r e n d e gas g e s c h e i d e n en gaan dan naar de a b s o r b t i e k o l o m .
24 ad 15«Absorptiekolom.
De a b s o r p t i e v i n d t p l a a t s i n een s c h o t e l k o l o m bij 30° en bij 5 ata.
Over de afmetingen van a b s o r p t i e t o r e n s bij het Du Pont-procédé i s v e e l bekend.
l i t t . l: 5 i ? bij 4 0 f t \ A l deze gegevens gelden dus voor een druk van + 6-J ata.
" 1 2 : 50 f t " 4 7 : H 1 3 m.
" 4 9 : H=53 f t
" 4 3 : 15 bij 70 f t . - ( 3, 7 a t a )
R* 3 5 : - ( 3 > 5 ata) 6 torens van 15 m. ,dus i n t o t a a l
90 m.De gemiddelde hoogte bij 6% a t a i s 1 4 m. Nu wordt bij benadering h e t volume(:: v e r b l i j f t i j d ) bepaald door de o x y d a t i e s n e l h e i d en deze i s om-gekeerd evenredig met de druk.
A l s we dus de andere f a c t o r e n constant v e r o n -d e r s t e l l e n , v o l g t u i t -de -d r u k a f h a n k e l i j k h e i -d
A l s we u i t g a a n van de hoogte van l i t t. 4 3 , v i n d e n
we H - Lï*2f. 2 2 = 1 2 m.
5 a t a ^ 2D i t g r o t e v e r s c h i l i s wel t e v e r k l a r e n . D e t o r e n bij 3 , 7 a t a werkt bij een v e e l l a g e r e g a s s n e l h e i d
en h e e f t bovendien het rondlopende systeem,waar-door het rendement van de s c h o t e l s hoger l i g t . Met de z e s t o r e n s van 15 m.(35) mogen we n i e t werken,omdat d i t gepakte t o r e n s zijn.
De hoogte van 2 4 m. z a l dus m.i. de beste benad e r i n g zijn.Door benade g r o t e benadiameter i s benade g a s s n e l -h e i d l ^ g g -h i e r d o o r z a l n i e t de t o t a a l -h o o g t e van 2 4 m. nodig zijn, ook a l omdat we ons tevreden
s t e l l e n met een c o n c e n t r a t i e v a n 55% en de hoog-t e wordhoog-t hoog-t e n s l o hoog-t hoog-t e hierom gekozen op 2 0 m.
Bij een hoogte van 1 4 m. ( 4 7 ) zijn 3 5 schmtels ge-b r u i k t , dus op a f s t a n d van 4 0 cm. Wij z u l l e n 4 5
OP e l k e s c h o t e l bevinden z i c h k o e l s p i r a l e n , w a a r -van t o e - en a f v o e r g e s c h i e d t met v e r t i c a l e v l a k l a n g s de tofcen lopende hoofdleidingen.Op de bo-venste t o r e n s wordt w e i n i g meer ge absorbeerd
(23) en daarom i s op de 5 bovenste s c h o t e l s geen k o e l i n g nodig.Bovendien wordt a l een k o e l i n g b e w e r k s t e l l i g d door het absorptmewater, dat boven wordt toegevoerd,en moeten we het r e s t g a s , d a t b o v e n i n ontwijkt t o c h gaan verwarmen a l v o r e n s we het i n de e x p a n s i e t u r b i n e z i c h l a t e n ontspannen. Het gas komt eejévst i n een cjjcloon?waar
meegesleur-de v l o e i s t o f wordt a f g e s c h e i d e n en teruggevoerd naar de kolom.Het zuur wordt naar de zuurwarmer en de u i t b l a z e r g e s t u u r d om het t e ontdoen van HN02.
ad 1 4 . C o n s t r u c t i e m a t e r i a l e n .
Ook over c o n s t r u c t i e m a t e r i a l e n i s v e e l bekend, hoewel nog steeds n i e t a l l e problemen van c o r -r o s i e zijn o p g e l o s t .
Gegevens over m a t e r i a l e n worden gevonden i n l i t t . 6, 9 , 1 5 , 1 8 , 4 0 .
A l s m a t e r i a l e n voor de s a l p e t e r z u u r f a b r i e k worden gebruikt'.
1* R o e s t v r i j s t a a l . D i t i s bestand t e g e n gec.HNO^,
maar v e r t o o n t weld-decay ( a a n t a s t i n g van de on-o p g e l e s t e c a r b i d e n : i n t e r k r i s t a l l i j n e canron-osie.) D i t verdwijnt a l s we het s t a a l s t a b i l i s e r e n met t i t a a n , N b of Cb.(321,347 of 430).
Delen i n contact met HNO^ of n i t r e u z e dampen kunnen van een van deze s t a a l s o o r t e n worden ge-maakt.
2. S i - g i e t i j z e r . D i t i s aanzienlijk goedkoper dan l , e n daarom moet men i n d i e n mogelijk Si-Fe ge-b r u i k e n . Het nadeel i s dat het a l l e e n g i e t ge-b a a r i s
s l e c h t bewerkbaar en dus a l l e e n b r u i k b a a r i s voor g r o t e r e delen,waaraan l a g e e i s e n worden g e s t e l d .
3»Al. D i t h e e f t nog maar k o r t geleden zijn en-t r e e gemaaken-t i n de s a l p e en-t e r z u u r f a b r i e k , m a a r heen-t
26 b l i j k t bijzonder goed t e voldoen.Bovendien i s het r e d e l i j k goedkoop geworden en door zijn l a a g s o o r t e l i j k gewicht i s de volumeprijs zeer
aantrekkelijk.Het wordt op g r o t e s c h a a l g e b r u i k t voor l e i d i n g e n en t a n k s .
De K e t e l en de onderzijde van de r e a c t o r kan men bv. van S i - g i e t i j z e r maken,bekleed met vuur-v a s t e steen.
De d e l e n i n c o n t a c t met het menggas:lucht-NH^ moet men maken van A l , N i , a l l i a g e s h i e r v a n , o f
s t a a l 430 maken,omdat anders de wand k a t a l y t i s c h kan werken op de o n t l e d i n g van NH^.
Pompen kan men maken van s t a a l 4-30,304 of van W o r t h i e t .
Opm.De grafieken?genoemd bij de e n t h a l p i e b a l a n s ,
zijn i n mijn b e z i t , e v e n a l s l i t t .6 , 7 , 1 1 , 1 5 , 3 1 , 3 9 , 43,59Van de meeste andere vermelde l i t t e r a -t u u r zijn e x -t r a c -t e n gemaak-t.
D e l f t , 1 4 september 1958,
Massabalans. I n l e i d i n g .
De p r o d u c t i e van de f a b r i e k werd op 250 t o n
55% HNO^ gekozen,de c a p a c i t e i t van een middelgroot b e d r i j f .
Van de apparaten zijn s l e c b t s enkele dubbel aan-wezig ( p a r a l l e l ) , n l . d e r e a c t o r + k e t e l . W i l mem nu bv. de c a p a c i t e i t op 350-400 t o n per dag brengen,
dan i s b e t b e t e r b e e l de f a b r i e k i n twwe lijnen t e concipiëren dan om de apparaten nog t e v e r g r o t e n , zodat dus de gekozen p r o d u c t i e de maximale i s v a n een enkelvoudige f a b r i e k . D i t g e l d t s l e c b t s voor bet gecombineerde pro^ces,dus a t m o s f e r i s c h e v e r -b r a n d i n g en a -b s o r -b t i e onder druk,want v a n het Du Pontproces i s een f a b r i e k met een dagelijkse productie van 380 t o n 60% M 0 ^ bekend ( l i t t . 1 2 ) .
Het oxydatierendement i s op 98% gekozen,evenals bet absorptierendement.
Bijde berekeningen worden de gassen i d e a a l v e r o n d e r -s t e l d en wordt h e t No0,,,dat bij l a g e temperatuur
IV u i t N 02 o n t s t a a t n i e t apart vermeld,maar a l l e N
wö^it opgegeven a l s "M^".
A l l e stromen worden u i t g e d r u k t i n kmol p e r u u r , en worden met een nummer aangeduid,dat verwijst naar de overeenkomstige nummering i n h e t p r o c e s
-schema.
Na de berekeningen wordt een o v e r z i c h t van de massabalans gegeven i n kmol en i n kg.per u u r .
M-2 Berekeningen. 250 t o n 55% HNO^/dag = 91 HNO-260 H20 s t r . 1 6 . A m m o n i a k v o e d i n g ^ ^ ^ ^ 2 = 95 NH^j — - - - s t r . 1 11% Ammoniak,dus fj»95 = 768 l u c h t . D . i . 0,78 . 768 = 599 NP | s t r. 3 0,21 . 768 = 161,3 02
I
0,01 . 768 = 7,7 H20j
Voor de c o n v e r s i e g e l d t de massavergelijking: 93 ( NH3 + 2f 02 NO +I
H20 ) 2 ( NHj +I
02 -» 2N2 +I
H20 ) H i e r u i t v o l g t de s a m e n s t e l l i n g van de c o n v e r s i e -gassen: 93 NO - s t r . 6 a,b en c 599 + 2 . i = 600 N2 j 161,3 - (93,I
+ 2 . | } = 43,5 02 7,7 + 9 5 . § = 150 H20 We z u l l e n nu e e r s t de secundaire l u c h t bereke-nen, d i e we voor de compressie z u l l e n s u p p l e r e n . Van h e t NO wordt 98%, 91 NO,omgezet i n HNO^.B r u t o r e a c t i e v e r g e l i j k i n g :
4 NO + 3 02 + 2 H20 —> 4 HHO^ + a c a l .
2 Aan 02 dus n o d i g : 9 1 = 6 8 , 2 02«
Zodanige overmaat,dat i n r e s t g a s s e n Ufo 02
over-b l i j f t .Re s t g assen ca725,dus 02-overmaat: 7,25
T o t a a l secundaire l u c h t = 68,2 + 7,25 = 75»5.02
Aanwezig i s verbrandingsovermaat: 43? 5 02 dus
nu nog t o e t e voegen: 75»5 - 43,5 = 32 02
S u p p l e t i e : 0,78 *P _ l i q «
0 7 2 T ° ^ - l i y W2 ) Z i e
S u p p l e t i e : 119 N2 s t r.4 32 02
j
2 J. 3 2 2 H20 T o t a a l l u c h t : 718 N2 e t r . 2 193,3 02 9,7 H20 jInde condensor i s de umttredetemperatuur 25°C. Pg. Q hierbij i s 24 mm,Hg.( l i t t . 6 ).En bij een t o -t a a l molens-troom van 75° i s dan de H20 - f r a c t i e
24
bij één atm. = ^ = j . 750 = 24 H^Ojen de r e s t van het water,150 - 24 = 126 z a l dus moeten condense-r e n . Omdat a l een f condense-r a c t i e van het NO geoB^condense-rdeecondense-rd i s t o t N 02 z a l het condensaat wat HNO^ b e v a t t e n .
De c o n c e n t r a t i e i s afhankelijk van de c o n d e n s a t i e -s n e l h e i d en bedraagt 2-10%.We k i e z e n 5% en bet condensaat wordt dan: 125 H"20 - - - st/r.8
2 HN0:
en het n i e t gecondenseerde gas w o r d t , a l s we de o x y d a t i e g r a a d op 2 % s t e l l e n : 600 N2 ! - - - s t r. 7 41 02 89 NO j 2 N 02 j 24 H20J 24
De m o l f r a c t i e vanhet water i s yjc^ .=0,032,dus de p a r t i a a l s p a n n i n g 0,032.760 = 24 mm.Hg.Dit k l o p t met bovenstaande.
Na t o e v o e g i n g van de s e c . l u c h t wordt het mengsel, dat de compressor binnenkomt: 719 N2
73 02
M-4 I n t r e d e 719 N2 j s t r. 9 compressor: ^ Q 89 NO \ 2 N02, 26 HgO.
I n de compressor h e e f t t e n g e v o l g e van de druk een o x y d a t i e p l a a t s van ^ van het NO.(Dit wordt aangenomen, omdat b e r e k e n i n g vrijwel onmogelijk i s )
Na de compressie: 719 N2 s t r . 1 0 59 =02 61 NO 30 N02 26 H20 V e r v o l g e n s wordt g e k o e l d i n de restgasvoopwarmer en de zuurwarmer,waarin de o x y d a t i e van het NO v e r d e r gaat t o t een o x y d a t i e g r a a d van ongeveer p •sr, We v i n d e n zo : 719 N2 ] i x _ _ s t r . l l 719 N2 , - - s t r . 1 2 49 02 4-4 02 41 NO , 31 NO 50 N02 60 N 02 26 H20; 26 r l20 V e r v o l g e n s wordt g e k o e l d en gecondenseerd t o t 25°. Bovendien z a l door de hoge o x y d a t i e g r a a d gec.HNO^
ontstaan,en wel 45 % , a l s het i n evenwicht i s met het u i t t r e d e n d e gas v o l g e n s f i g l ( l i t t. 5 ) De
waterdamp-spanning van 45# HNO^ i s ( l i t t . 6 , 2 4 ) 13 mm Hg., dus bij een deuk van 5 a t a en een molenstroom van 850 i s de m o l f r a c t i e van h e t water i n de gasstroom
8 5 0 . — = 3 , 5 HpO.De r e s t van het water
5 . 7 6 0 T L
condenseert en wordt g e d e e l t e l i j k opgenomen bij de vorming van het HNO^.Zo v i n d e n we:
5 HNO^ s t r. 1 3 719 N2 ~] s t r . 1 4 20 H20 32,4 0 2
I
l o NOI
76 N 02I
3,5 H20.j I n de a b s o r b t i e k o l o m komt b i n n e n de gasstroom ( s t r . 1 4 ) en de twee condensatem ( 8 en 13 ).Boven-d i e n wor).Boven-dt bovenaan ).Boven-de kolom het a b s o r p t i e w a t e r toegevoegd (17).De uittredende stromen zijn hets a l p e t e r z u u r (16) en de r e s t g a s s e n (15).Nu zijn nog t e berekenen s t r. 1 5 en 17.
Restgassen b e v a t t e n a l l e s t i k s t o f : 719 N2 \ s t r. 1 5
het n i e t geabsorbeerde NO : 2 NO j
de overmaat zuurstèf : 7,3 02
en i s i n evenwicht met water
o 24 van 20 . p=24 mm. :ij=^ , dus 5 H20
De r e s t p o s t nu i s het a b s o r b t i e - w a t e r :
159 H2o] s t r . 1 7
Massabalans i n kmol/uur M-6 ' stroom NH3 »2 °2 NO ' N0 2 H20 HNO, „JL_ J Totaal r— ' '\ 1. 95
• 1
-
1 --
—
95 2.-
718 193-
-
9T7-
921 3.-
599 161-
-
7,7-
768 4. - 119 32-
-
2,0-
153 5. j 95- 599 161-
- 7,7-
863 6.-
600 43 9 3 - 150-
887 7. - 600 41 89 24-
756 8. ]-
--
-
-
125 2 127 9.-
719 73 89 2 26-
895 10. i - 719 59 61 30 2 6-
895 11.-
719 49 41 50 26-
885 12. 1-
719 44 31 60 26-
880 13. : J-
-
- --
20 5 25 14. :-
719 32 10 76 3,5-
836 Í 15. }-
719 7 2-
5-
733 16. ;-
-
-
--
260 91 352 17. --
—
-
—
159 ;—
159 JMassabalans i n kg/uur. s t r . NO NO, H20 HNO^ T o t a a l 1. 2. 3. 4. 5-6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 1615 1615 201o 5 16775 3330 16775 16800 16800 6185 5160 1025 5160 1395 1310 20130 2335 20130 1890 20130 1570 20130 1410 20130 2040 20130 234,0 2790 2670 90 2670 90 1830 1380 1230 2300 930 2760 300 3495 60 175 140 35 140 2700 435 2250 126 470 470 470 470 360 315 65 90 4690 5730 1615 26465 23690 4390 23690 23685 21305 2375 25700 25790 25700 25700 675 25030 20515 10420 2860
E - l E n t h a l p i e b a l a n s .
I n l e i d i n g .
Om een d u i d e l i j k o v e r z i c h t van de warmt e v e r d e l i n g van het proces t e hebben wordt van a l l e stromen de t o t a l e e n t h a l p i e berekend,berekend op een
ba-s i ba-s t emperatuur van 20°.
P h y s i s c h e en thermodynamische gegevens worden o n t l e e n d aan l i t t . 2 1 , 2 4-,52,57 en 58.
Voor gassen kan men de e n t h a l p i e b e p a l e n met de f o r m u l e : T
w a a r i n E ^ e n t h a l p i e van 1 kmol van een gas i n k c a l . , ni =a a n t a l kmol/uur van comp.i
H = t o t a a l e n t h a l p i e van de gasstroom i n Mc a l / u u r .
0^= soort.warmte bij constante druk i n kcal/kmol.°0.
Bij v l o e i s t o f f e n mag men de e n t h a l p i e e n n i e t zonder meer optellen,wegens het mengeffect. Daarom werd voor de s a l p e t e r z u u r stromen de e n t h a l p i e bepaald met:
H = * X +
V l ( a % )
+ Cm«»CT-293). ï è ö J •
1-w a a r i n de i n d i c e s -w en s b e t r e k k i n g hebben op water r e s p . s a l p e t e r z u u r en de vorming swarmte van s a l p e t e r z u u r werd b e p a a l d bij de gegeven
verdunning ( a % ) . c I s de s.w.van het s a l p e t e r z u u r -wat ermengsel,0m i s de t o t a a l m a s s a s t r o o m i n kg/uur
( want c i s i n kcal/kg.°C.
D r u k i n v l o e d op H i s bij de g e b r u i k t e drukken t e v e r w a a r l o z e n .
Voor de b e r e k e n i n g werden de volgende g r a f i e k e n g e b r u i k t :
I.Phys.geg.van MO, a± v e r s u s de c o n c e n t r a t i e ; o
LI.Gem.s.w. van de conv.gassen v e r s u s t C$ I I I . a k Op en c^ v e r s u a temperatuur;
V. H-S diagram van stoom ( Brown-Boveri ). V I . H ^0^ van stroom 6 v e r s u s temperatuur.
V I I . Vormingswarmte v a n s a l p e t e r z u u r v e r s u s a a n t a l molen water,waarmee één mol HNO-^ wordt verdund. N.B.De c i j f e r s hebben b e t r e k k i n g op de stromen i n het processchema. Berekeningen. a" i n k c a l / h .
[ T T
N H3i H = 95(-lo960) -1041 t=20° 2 . H20: 9,7(-57800) -561 t=20° 3. H20: 7,7(-57800) -445 t=20° 4. 2,0(-57800) -116 t=20° 5. N2 : 599.550 +330 ; 0 2 : 161,3.580 + 93 : H20 : 7,7(620-57800) -440 ; NH, : 95(710-10960) ,-974 -991 t=100 N2 : 0 2 NO H20 N2 ° 2 NO H2Q N, °2 NO RpQ 600(&£&£ 6140) +3684 43,6.6510 +283 93(6385+21600) +2603 150(7430-57800)( -7565 -993 600.903 +542 x2£ 43,6.946 + 41 93(912+21600) +2093 150(1028-57800) -8527 •5850 600.460 43,6.485 93(460+21600) 2 4 ( 5 1 8 - 5 7 8 0 0 ) + 276 + 21 +2052 -8604 o it=850 o t=150 •6255 t=87E-3 7. N2 : 600.34 +20 ! ¡ i i 0 2 : 41.35 + 1 ! NO : 89(35+21600) +1926 i N02: 2(46+7960 ) +16 1 s H2Q: 24(40-57800) -1387 •
—>
» - 8. H20 125(-63320) -7915 HNOj : 2(-49200) - 98 i w. At:2380.1.5 + 11 — N2 ; 719.27 +20 °2 : 73.28 + 2 NO : 89(28+21600) +I925 I N 02 2(37+7960) +16 1 H20 ! 26(32-57800)// -1502 j i—>
10. N2 ! 7I9.I25O +899 i °2 : 5 9 . I 3 I O + 77 NO . 61(1270+21600) +1395 i N 02 : 30(1730+7960) +291 H20 -• 26(1445-57800) + -1465—>
11. N2 : 719.880 + 632 °2 : #9.920 + 46 NO ! 41(880+21600) + 923 \ N 02 : 50(1210+7960) + 459 m H2Q : • 26(995-57800)->
{ 12. N2 , 719.830 + 597 °2 ! • 4 4.870 + 34 NO i : 31(840+21600) + 695 N 02 ; 60(1150+7960) + 547 H^Q ! , 2 6(945-57800) -1478 H. +576 t=25 -8002 t=25 +461 t=24' +1197 t=200 o +583 t=147 +395 t=140 oHNO 3 5(-47850) 0m. s. w . A t :671.0,65.5 + 14
.j
N2I
o2 ! NOI
NO 2* H20: 15'!a W2i
°2 ! NO 1 5b!. N2 °2 NO 719.35 32,4.35 10(35+21600) 76(35+7960) 3,5(40-57800) 719-70 7,4.70 2(70+21600) HpO: 5(80-57800) 16. 719.903 7,4.950 2(905+21600) 5(1030-57800) H20 :-260,5(63320) HNO^: 91(-47100) - 239 + 2 + 25 + 1 +216 +608 -202 + 50 + 1 + 43 -289 +949 + 7 + 45 -284 «>
-16495 ] -4286 I 17. 0m. s .w. At=10420.1o.o,65=+68j -20713-^ -1503 + 648 -195 +415 -20713 HgG : 159(-63320) - I 0 0 6 8 J -10068E-5
E n t h a l p i e stromen van en naar de apparaten.
r —;—• — i
j ! ingaand u i t g a a n d
Apparaat verwar-1 voeding
ming; k o e l i n g a f v o e r voorwarmer 496
1
-44-5 — +51 r e a c t o r i - : - l o 4 l j _9 9 1: :+ 51]1
-993 stoomketeltOVO x -995 531 1 -1524 j verdamperj-1524
3383 -4907 eco.i-4907
943 -5850 voedingwater-voor warmer. -5850 405 i -6255 ! k o e l e r -1-6255
1171 [-8002 1 condensor1 :
„ L . . . . _. ... L+576 compressor +5 7 6 l 4 5 1 «?36» _ 1 1 5 _+ 4 b l-
+1197 1 restgaswarmer i+1197 614 +583 j zuurwarmer 1 - 1 +583 188 +395 . k o e l e r -condensor 1 1 +395 i 1 1250r
_1
-1503 |+648 1 a b s o r p t i e - 1 - -10068 j 1983 r - 195 kolom. + 648 i-1503 j - 8002 j ! 1 ' -20713 _ sOpm. I . A l l e stromen zijn opgegeven i n Mcal/uur.
II.De verwarming van de compressor s t a a t t u s s e n aan-h a l i n g s t e k e n s omdat dec cogipressor n i e t verwarmd, maar z e l f s g e k o e l d wordt,het g e t a l d u i d t s l e c h t s de b r u t o e n e r g i e t o e v o e r a a n , d u s compressorvermogen minus de k o e l i n g .
} Het v e r s c h i l i n warmtetoe- en a f v o e r bedraagt h i e r 2, d i t i s opgevat a l s w a r m t e v e r l i e z e n .
Voor hoeveelheden •• ^ie e^tho/p/c- rejjp. /«ÖXM
