Kalksalpeter conversie met koolzuur en ammoniak

BREEKWALS M::CH. SCHROEFMENGER ABSORPTIE / CARBONATATIETORENS _VALCO~ENSOR INDAMPER PRILTOREN

!;

~

ZEEF AMMOLYSE MENGTAf'f< E>

-:h\

~

• • • r

1

nt\f=

~~

...

'"

"'

f -[i

_f)

₍

1---~

-t}

r.cycta

(

r-,I

..

.

I-M stoom

(

f)

(

1

I I. \

~

h

I:M I I

...

f)

I , , 1'-7

(

... 000· <.., EO>

[)

~

f)

('rn!r

_sc

)

(f:M

1---r---

₍

... r--- ~ ~ C 0 ~

"

:>

i::M ., oom

~

Z

L>

(

i::M

~U

Lw

~

cb

~~

(~

~ J~

~

(1111 lucl< koelwat.r A Ca(NQln., .. _{(V, /~ / ' \ / r-}

,

I

-.

1" _~ B C02 ~ ~ t C Nlü

~

.

...-... D Ca COl Iloolzuur _r -O+E·G E NH4NÜJ F fW con ... G MgSO, I Ca(NOJ)2

T

,."cl. 5toom C 0,12

t

A 1,66 CARB. -SCHROEF- _{>ENG- e O.u.}

I

G 0.02 F 0.11 F 0,1) A 1,&6 C 0.12 o 1.51 TORENS >ENGER IANI< _{E UO} F 1,)5 o 2.16 o 0.10 I 1.15 E J." E 0.99

I

F 1.15 REGEL- F 0.31 IN-TANI< OA'*ER ° 0.60 B 0.31 E 0.91 00.60 C 0.11 E 0,91

I

o 1. SI F 0,13 _{F 0,00} E 2.50 G 0,02 PRIL- G 0,02

I

MASSABALANS

I

F 0." TOREN STROMEN iN KG,ISEC 1J.H:12 Koelwater

+

... H : . -H:l1' _{H :674 -H: 2140} H'

...

,..

1: 25 lucN:uillut

-'-t

1l0.lwat .. n....,. cand.neer oH: n. "ENG-PRIL -At+: 2 I, 25 -H: 15.217

I CA/B- REGEL-

IN-T :50 TA NI< muI . . '90

...

t

I T~ENS _-H:I2.C11JO TANM: -H:ll.1JS OA"P(R -H :16.252 TOREN -H:

~:SU)l 1

J

SCHR~F-I 1:70 T :7Q f,1O T: 120

I

I

WALS _-H,271O f+<"5.050 ,-J +t:1S.050

I

..aaR

I

1,25 _{H:. 141} H' T:25 T:25 àHz 2 . b.H:UI

t

-

....

carbon.l .. ie

....

_'"" ~~ lucht -H,42.956 _{KALKSALPETER-<:ONVERSIE} ,mei 1961 1+.1), _1,10 H:2 T;l., I1 WARMTE BAlANS I

koetw • • sloom recycle H.I .•• RUITER F.R.STORM.

HiN KW . T iN"C . P,NATN

-l' I,' ,.;

...---"""F:T"""n---.-..,

.:.

_ _ "_O_-J~~ VASTE STOF ~, 14360 12000 1100 '----'="-'-'-_ -...1)--_ ~ C-c ) ==f"":" --,....- "'''--=='''--'2:L'-=-~~;;jia~ ~J...!:

...

~._Utw::::::l..-L-:b::C.ld:

-. ... ~''''~' .. '.''''''''~'' '==:.~""""" """"""'''''=1 : A

:

i

SONDENS I , " . " " h ·h .... _h == ... .:.: .. = ....

:

>.-=r.

hh.h_ .. _· ... _hdJ SCHAAL 1 - 20 MATEN In mmo .u Ê ~ " SCHAAL 1 -, ~,,..,"

.'

/

""0

'"

"

_ _ _ _ _ _ JCO lOf'''''' prrm,n ~---BESCHERMMANTEL -~,---I SOlA TI E ~r---'~-BUITENMANTEL -~'r---'l~ STOOMRUIMTE H..._---1nr----1I-EXCENTRISCHE AS ~~----A ~---n~--~-SCHRAAPWANO '---~~--~~-SCHRAAPBLAO IJ " .u È ~ "

WARMTEWISSELAAR met GESCHRAAPT OPPERVLAK en EXCENTRISCH GEPLAATSTE AS

SMELTEN van GaNQ,l,.I.H,O m.b.v. WARMTE en AMMONIAK

H.l.de RUITER F.STORM JUNI 1968

- I

Fabriek&voo~ontwerp Toor de

conversie va~ calciumnitraat

met koolzuur en ammoniak.

..

_{. ,} --

----" , ' j

>4

: ,~ J ...

.

' < '1-"'" .~ >', • > . , .'

"'~;

""1 ~'. " . :,.0' ",','1

.

,I i , I

I.

11. 111. IV.

v.

VI. VII.' IX. ~---~~---~~-Inhoudsopgaye pag. SamenTa ttiJag.

.,

Inleidinp:.

4

Type procea. Beschrijving en uitvoering.

5

Massa- en warmtp.balan~ •

7

Physiliche en ch'emische aspecten. 13

Berekening apparatuur. 16 , Appara tenl i j ~ t. 25 Litteratuur overzicht. 26 . ----. "".'~~~ -.~~' -.~J\ .... • -{ .i

~;-.,

:~ ~ .. -, J

I

I

j

1 - - - _ - -..

-1.

S amenva t t ing

In de kunstmestinnustrie wo~dt calciumnitragt als een

betrekkelijk weiAig waardevol bijprodukt verkregen.

Technologiache veredeling hiervan ligt dus voor de hand.

3

-In onderstaand rabriekevoorontwerp wordt een proces geschetst

dat hiervoor kRn dienen.

Calciumnitraattetrahydraat wordt met equivalente hoeveeiheden

koolzuur en ammoniak in een 3antal mengers en

carbonatAtie-torenB omgezet in een verpoIDPbare suspensie van CAlciumcarbonaat

in een wateri~e ammoniumnitraatoploBsing.Deze suspensie wordt

door indampen, prillen en drogen verwerkt op strooibare

kalkammoAsalpeter.

Bij het ontwerp v~n de rabripk is rekening gehouden met

een voedin.~ VAJl 43.2$'0 ton calciumnitraattetrahydraat per

jaar. ~

In een ,schroet'menger woràt de voeding gesmolten in zijn' eigen

kr-istalwater en in een mengtank m~t een· r~c1rculátie van de

produktstroom en de rest van de nocdzRkelijke ammonlRkgemengd.

Dit mengsel wordt in roterende schotelkolommem gecarboniseerd

en na bijmengen van magnesi.1mls'llfaat, om terugvorming van

calciWlU1itraat t~ voorkomen, ingedampt en verde~ verwerkt.

De verdikking van het re~ctiemengsel tijdens de carbonatatie

kan worden vermed~n door de vervloeide voeding te verdunnen

met een recirculatie van een gedeeltF van de produktstroom uit de carbonatatletorens. Er hoeft dus geen water gesuppleerd

teworde» wat later tegen hoge kosten weer uitgedRmpt zou

moeten worden. Doordat de schotels in de carbonatatietorens

roteren wordt 'aankorsting op het·oppervlak vermeden. -koelend

Voor een juiste dimensionering van de diverse fabrieksonderdelen

met name bijv. van de hoogte van de priltoren en die va. de

carbonatatletorens di~nen meer experimentele gegevens ter

beschikking te staan.

Onder dit voorbehoud kunnen de lage grondstofkosten, de

waarschijnli.ik vrij hoge investering en de marktprijs va·n

het produkt tegen elkaar worden afgewogen voordat eventueel tot bouw kan worden overgegaan.

- L

-JI. Inleiding

In de kunstmestindustrie worden plantenvoedln~sstoffen bereid door ontsluiting van minerale rost~ten met stçrke zuren.

Bij de ontsluiting van apatiet met salpeterzuur ( ODDA-proces ): Ca_IOF₂( P0

4

)6

+ 20

HNO~

--+ 10

Ca(NO~)2 ~

6

H)POU + 2 HFf

ontstaat een oplossinq welke n9 gedeeltElijke neutralisatie met arnrnoniak nog een zekere hoeveelheid Ca ( NO )' bev':it. Dit hygroscopische

Ca(NO~)::?

ZOI) het eindproilukt

~eeJ'

slechte

opslagkwalitetten geven én-wordt da3rom als het tttr':ihydraat ui tgekristalliseerd en 'afgecentrifuge\ rd. ne Inet ammoniak

geneutraliseerde moederloog wordt verwerkt tot

fosfJ:3t:3.mmon-salpeter.

Het bijprodukt Ca(NO )

.u

aq ( goedkope Qrondstof ) kan met koolzuur ( goedkoop iutir ) en ammoniak (betl'é:'kkeli .ik goeokope base ) worden orruzezet in kalkammonsalpett"!r noor de gevormdt'"

CaC0'l- suspensie in waterige ammoniumnitraat oplossing in té dampen,te prillen en te drogen.

Overall-reactieyergeli ,jking:

Wil men een hogel' stikstofpercentag~ in het eindprodukt dan kan door een klassificatieproces ( bezjnkbak bijv. )

or door artiltreren de CaCO geheel of gedeelteliik worden verwijderd.Di t vt"!rgt echter Jeen extra invt'stt-.ring en bovendien

·a~~ kanxammoniumnitraat onder bepaald~ omstandighed(n spontaan detoneren. Bij het proces zoals in onderstaand tabrieksvoor-ontwerp beschrey~n.wordt het Yaste CaCO~ volledi~ meegenrild. Kalkamrnonsalpe ter kan o'jk bere id VI.'orden · door ammoni umni traa t

Tan een Ste~~el-proces t~ mengen met gt"'malen kqlksteen.

Het gaat echter om het veredelen van een betrekkeliik waardeloos

bi jprodukt.

DeZE veredeling kan ook ber~ikt worden door thermisch~ ontleding

Tan het calciumnitraat in salpeterzuur. Hierdoor ontstaa.t nan

een gesloten stikstofkrin;;rloon omdat dit salpeterzuur weer gebT'ulkt kan wordeR TOOI' ontsluiting van minerale fosfaten.

Uit octrooi-onderzoek is gebleken dat oe convel'sie bi; het

mengen d~T' reactanten zonàer meer zeer geT'tna _is.

Voor iR.nustT'!ele toepassing zi .in da.J.rom technologi sche

kunstgrt'"")en als cascade opstel.ling met instelling van btpaalde pH-gebieden bf recirculati~ noonzakeliik.

-I,

111.

~ .Er.Qces. Beschri ,iving en ui t.voering.

Bij het kalksalpeter conversie-proces wordt een goedkoop zout

ge.engd met een goedkoop zuur en e~n betrekkelijk goedkope

bas. e~.[eI"Werkt op een pH-neutrale, strooibare kunstmest

met een lnoog stikatofgehalte. Het proces verloopt continu. Omdat het zout een bijprodukt is van de kunstmestindustr1e

en zelf ook in kunstmest wordt omgezet ligt het voor de hand

de fabriek te bouwen in de buurt van de moederindustri~ en

voor de distributie van het produkt dezelfde kanalen te

gebrui-keR als voor de andere produkten. Dit zal voor een produkti~

va. 53.500 ton kalkammonsalpeter per jaar echter wel extra

opslag voorzieningen e.d. Terg~n.

Bij de technologische uitvoering van het proces wordt

vaat/gas-reactie zoveel mogelijk vermeden. Daartoe wordt het

zout in een schroefmenger eerst partieel geammoniseerd waarbij

het vervloeid en daarna in een absorpt1e/mengtAnlt verdund

met een gedeelte van de produktstroo~Door de verdunning di~

ontstaat bi:i de recirculatie wordt een verdikking van het re ...

. actie;nenQ!sel tJ jà~ns d~ carbonata'tle voorkomen. Bi:i dez~

carbonatatie wordt' koolzuur ~an torens in tegenstroom toegevoe~d

en onder grote warmte-óntwikkeling o'DgenoJUnen. ( zuur/base~

reactie). Hlerbi:i mag d~ 'iemnerq tuur r ~.et boven de 70

oe

komen om terugvormlng van ~~lciumnitraat te voorkomen.

Om de in de carbonatatietore.a gevormde suspensie bij hogere

teJlO)eratuur te kunnen ind!imoen wordt er MgS04 aan toegevoegd,~

Dit v~rhiadert de terugyorming.

Gewenste Torm ( nauwe zeeffractie ) en samenstelling ( droog) worden hierna door prill~n en drogen gerealiseerd.

Omdat de kristallen van het hygroscoptsch~ Ca (NO~)2.4aq bij o'Dslag aan elkaar koeken 15 het noodzakeliik de voe~ing eerst

tijn te malen. Di t gebeurt met eer: gekoelde bT'eekwals welke te grote doorgevallen brokken terugontvangt via e.en mechanische

zeef. Door de nu fijne verdeling is de hierop volgend~ ve r

-vloei!Ag eenYoudiQ~r. Door de ontwikkelde ammonisatiewarmte

smelt het aan de 8chroermenger gedoseerde Ca(NO~)2.4aq

in zijn eigen kristalwater. Doordat de as in de sëhroefmenger

excentrisch geplaatst is is minner aandrijTingsenergi~ no~ig

en ontstaat bovendien een betere menging met èe ammoniak. dan

bij concentri8ch~ asplaatsing het geval zou zjjn. Hi~r is een

schroefmenger gekozen omdat dan tegeliikertiid de voor het

smelten van de vaste stof noodzakeliike warmte-overdracht en ;

een groot gas/vaat contact onpervlak wordt verkreg~n.

Bij deze, part!ele ammonisatie wordt slechts zoveel ammoniak

toegeToegd,dat eventueel aanwezi~ salpeterzuur is

geneutra-liseerd en h~t kristal is verTloeid. Dit ls ongeTeer de helft

van de benodipde equivalente hoeveelheid. ( Bij technisch Ca(NO~)2.4aq is nogal e~ns salpeterzuur ult het

ontsluitlngs-proces äanwezig). Door de neutralisatie wordt plaatselijke

pH-daling voorkomen. De vloeistof wordt vern0~t naar

de absorptie mengtank en laat zich hierin als vloeiator

-I

I

I

I

I

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

~ 6 ~

-v el een-voudiger met de recircul&tie-sus~Lnsie mengen dan nit met het vaate zout het geval zou zij: .• D? l'est vaT' é!.r ~:mmon~.C:.k'

wordt hier toegevoegd waarbij de ontwikkelde warmte door koe11Dg wordt a~ieToerd.Dit mengsel wordt boven in de carbo-natatietorens gespoten. Een voorbeeld VAn een carbonatati~toren

staat beschreven in het Duitse patent no. I. c6~. 436

(

OP

laboratoriumschaal). Afmetingen werden nit t vérmeld. ~en voor-beeld van een carbonatatietoren op fabrieksschaal is de kocl zuur-absorptietoren bi1 het Solvay-proces. Cok daar vormt zich

tijdens de koolzuurabsorntie een neersl~g. ~et verschil met

de kalksalpeterconvers1e is dAt het calciumcarbonaat zeer slecht oplosbaar 1s terwijl het natriumbicarbonaat bij het

Solvay-proces redeli.ik oplosbaar is. Om kalkafzettina op de koelwand te voorkomen is in de" 'toren een vrij hangende roerasaangebracht • Aan deze roeraa zijn roterende ~chotels bev~stigd. Bi~ het

Solv8y-proces ia geen roeras in gebruik. De bij d~ re~~~ie:

,

+ CO₂ - + ca.Co

3

1+

2 NH

4

N03 + 3H20

ontstan~ calcietkristalletjea krijgen nu door de roterende

scho-tels een impuls en zullen dan door hun schrapende werking het oppervlak schoon houden. Om bij gebrek aan gegevens toch tot een ontwern te komen werden de gegevens van de Solvay-torens gebruikt voor de dimensionering van de carbonatRtie-torens. Typische verschilIe» tussen beide processen staan in tabelvorm onder punt

v.

Genoemd moet nog worden dat ooor de roterende schotels een goede vloeistofverdeling in de toren ontstaat ( vloeistof-gord i jnen ).

In een regeltank met "levl"l control" wordt de uit de cS'lrbonA -tat1etorens ontYa~gen pro&uktstroom gesplitst in een recir-culatiestroom en een stroom die naar een indA,mper gaat. Voordat de produktstroom de tndamper binnentreedt wordt

magnesiumsulfaat toegevoegn. Dit om te voorkomen dat bij de

hoge temneratuur in de indamper

(I20

·

C)

calciumnitraat uit

de reactienrodukt~n wordt teruggevormd. Het percentage water

word t van 17 tot 7, ~% 'ieruggebracht.

!:

.

b. v. een valcondensor wordt het uitgedam'Ote water afgevoerd en wordt de druk in de

indamper laag gehouden.

De ingedampte suspensie wordt naar de priJtoren geDompt en in

de roterende conische prilkop gl"'bracht. Cm n'l de vaste cal -ciumcarbonaat-kristalletjes mee te kunnen Drillen is in ne

prilkop la.ngs de wand een schraapmes aangF: bracht. !)e voor ne

afkoeling en gedeeltelijke indamping van dp gr:prilde drunpels

benodigde hoeveelheid lucht wordt door ventilatoren bovenin de toren ui t de omgeving aan2ezogen. Deze o'wpvingslucht trf'edt de toren onder aan de zi,ikant door "shutters" binnen. Crndat het geprilde produkt nog niet helemaal ~roog is moeten de

korrels in droogtrommels verder worden gE:=_:roog::. Van hicru1 t kan het produkt met transportb~unen naar de opslagruimtes ver-voerd worden.

---:---~. _ . - - -

-IV Massa en Warmtebalans.

De fabriek moet per jaar ~C.000 ton calciumnitraat verwerken.

Indien de fubriek 300 dagen p~r jAnr in ~~bruik is, dan komt dit overeen met 1 ,(~ kg Ca(N03)~.4 Bq / sec. = 7,04 mol./ sec.

De :;chroF'f:'1enf'F'r Inkomende s trOr.len :

7,04 mb I. C~:O~)2' 4 aC].. f spe. I

7 ,o~ mol. ammotiiakgas sec,

rit :

vloeistof

Inkomende stromen

uit de schroefmenp;er,vl,pistof 7,04 mol. ammoniakrn"

6

ser,

de"Recycle" temp, '70 r; :

(

15,6 mol. vaste stof raC07 / sec,

31 ,2 " 0 pee los t N lT 4 r 0

3' / sec.

46,7 " water / s~c.

'otanI

Hier vinrlt de re~ktje ~]Aats

"ot.ntor ')r-c. 25

sn

? ,

r,:-r

,

rJ; 4,90 \

.

.

o

e

;Je 0('< " " 70 o~ ~ :-ft " " 1 Ca(N0 3)2" 1 r,0 2 ~ 2 ;":3 -+ !l 'Ti'; ~ 1 Cri~r:;~. ,.f 1 • De inkomende stromen:

Vloeistof uit mengtank

7,04 mol. CO₂ - p:~s ! s.-c.

De totale uitstromende vloeistof Deze laatste stroom bestaat ui t :

( 1 _5,6 + 1 '1 ; ,",-1 !'Tl'} 1

.

_;aC· '7 _/ C-tar-. ( 31 ,2 2 '7 ,Ot; \ _{~" 1} t· TT ".,r; _G~C. /

.

~~ 4 zl (!!6,7 ., 3 '7 , f'!. r~o.i , / .. l' f"'-:""' . 2 1 ,66 " .12 1 ,78 1 ,7f, (,1,12 kB' _/ ft kp; _/ kg / kg / sec. " sec. spc. 6,f0 kf,' I sec. ( ,fJr kg _/ sec.

o

7 · , ' I kg _/ sec. --: , 1 1 _{kF: /} ~ (1'(".' ~' ,26 kr ! sec. '1 ( 7 _kg j sec. • 1 ,22 kf,' _/ sec . ..., , 1 1 I.l ,., ,~ ·'t· + + -t

- 8

-D~ R~g~ltank

Van de vloeistofstroom uit de carbonatatietoren moet volgens het duitse patent ( Lit.

5

e ) het 223/323 deel gerecirculeerd worden, het 100/323 deel is de productiestroom.

Deze laatste bestaat uit

.

.

1 7,04 mol. CaCO (vaste stof)

_/

sec. = 0,70 kg _/ sec.

2 7,()4 mo1.

NBAN~3(opgelost

)

/

seoe. 1. 1 3 kg I

sec. I 3 7,04 mol. H 2 I / sec. 0,38 kg

/

sec. + 2 ,21 kp: / sec. De recirculatiestroom .

7,11 kg I spc.(uit de carb.toren) - 2,11 kg / sec. = 4,90 kR

i

sec.

Voor specificatie van deze stroom; zie de mengtank.

De Inoamper

Er wordt 0,23 kg,water/ •• o. verdampt.

In:0 ,02 kg MgS0 4 0,70 kg CaCO 1,13 kg NHL\;

d

3 0,38 kg H 20 2,23 kg 17 gew

.%

water /eec. fsee. Isee. Isee. / sec. Uit: + 0,02 kg MgS0

4

(),70 kg CaC0 3 1 ,1 3 ke: NH liNO 7 0,15 kg H 0 ./ ;2 2,00 kg

7,5gew.%

water

De Fri 1 toren.

/eee. Isee. Isee. / sec. I sec. + o

De suspen~ie wordt alleen gekoeld tot ongeveer 50

c.

De Droogtrommel.

Na de de priltoren moeten de kore13 nog gedroogd worden,

de

7,5

gew.~ water wordt dan verwijderd.

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

- 9

-De '11armtebalans

,Je waarden van de diverse enthalpiën zijn ontleend aan l i t. 3.

6 HO betekent ; de enthalpie in de standaard toestand , deze is

o

25 C en 1 at.

In, de geraadpleegde handboeken stond niet de enthalpie vermeld die precies op het proces van toepassing zou kunnen zijn.

Wèl geeft Rossini (Lit~) de enthalpie van ammoniumnitraat bij oneindige verdunninf,' , bi,i 50 ;'110} . Wht0~ en bi: 10 mol. water;

:üer zou dus grafi sch gëx tr-apo leerd kunnen worden naar 1,5 mo 1.

water. De onnauwkeuricheid bij deze extrapolatie wordt te groot,

bovendien is er niets bekend over eventuele hydratatie-energie(ën).

Hetzelfde geldt voor eálciumr.itraat.

Bij a~moniak in water kan voor het verkrijgen van de juiste enthalpie geïnterpoleerd worden, doch hier ie nieh bekelld over de invloed van

de calcium- en njtraationen.

De temperatuur vld inkomende stromen, vast calciumnitraat, ammoniakgas en kOQldioxidegas is gesteld op 25 graden; dit komt overeen met de standaardtoestand,(zie boven).

De soortelijkewarmte van de diverse,stoffen en oplossingen, zijn verkregen door sommatie van de soortelijkewarmte van overeenkomstige stoffen en oplossingen die in lito 7, vermeld staan.

De Schroefmenger

~e enthalpie van de inkomende stroom

C~0)~4R20 (S) in standaardtoestand (std.) NH₃ (G) in s td. -509,37 Kcal/mol. - 11,04

"

tl -+ -520,41 11 ti ~ _mo I _• = 7,04 mol./sec. 1 cal= 4,18 joule ~ W

=

A HO • Y' mo 1. . 4 , 1 8

=

-

1 5.

37

_

i: kW.

De entha.lpie van de uitgRande stroom

I

A Tr_r, O _C~O

y)

_{2 opgelo s t in 10 aq. In std. -228,50 Kcal/mo 1.}

A~:O _{4 mo. H} 20 in std. - 273,2P

_"

" e:.Ho NH 3 opgelost in 4 aq. In stct.

-

19,00

_"

" + -520,86 ti

"

7,04 mol/sec. o ~ _mo I.AH .4,18 = -15.390 kW o

De temperatuur van de uitgaande stroom is 50 C. voor de opwarming van 25-naar 50 C is nodig :

~M 1 ,78 kg/sec. 0,8 0 c cal/ gr. r: p

oe.

6,T 25

Ow

_~

_.

_f

_{.A T • 4 , 1 8} 153 kW. ,0 P I';

1

?

- 1 Q

-Totaal In :: - 15. 376 kW

1'it: -15.~90 + 153 -1 5.237 "

139

jc-"

Er m0et dus aan wa.rmte (stoom) 139 k'd worGen toegevoerd.

De Mengtank

De enthRlpie van de inkomende stromen :

vloeistof uit de 8chroefmenger -1 5,237 k'N

amrnoniakgas,zie:

" 326 ti

-+

-

15

,

5Q3

ti

Het ammoniakgas moet nog opgewarmd worden van 2~-nRar 50

oe

.

ep

"

'"

0, 12k gis e c . ,?' :7I rn A 1 8 1 r \ k iH " 0 1/ oe y.;.,,= fM' C _{.~ •• :l, = \' ."' .} C = !,A ca r;r. . \/ 1 P P De absorptipwarmte van ammoniak is : NH 3 (, G) / NH 3 in 4aq. -11 ,04 -1 9,00 Kcal/mol Kcal/mol + 7,c6 ti "

~moJ.= 7,04 mol/ sec. VJ_W= VJmol. ·~Ho.4,18 ~;z234 ~'\!.

De v I oelS . t 0 f moe t opr;ewarm d -" ord-n van r 50-rlaar 70°C.

y\

11.

.

C P =1 ,°0 kg/sec. ~ _ rn ~ 0 1~6 kW O ₇ 1 , ')" ".,,- VJM·Cp.A • • ,. ,1cl = \'. " = . , C a. / gr . ,." ~ d """vpk~·. ~e ontwikkelde warmte i A 234-10-1n6 = 118 kW. !

Deze warmte worçll met het koelwater, 1an[;s de wand var, de L:'lrk,.gf'cvof'!'~ .

De enthalpie van de vloeistofstroom uit de mengtank is :

-1 5.563-118

=

- 15.681 kW.

B~i deze laatste stroom is niet de "Recycle" geteld, indien aangenomen

wordt dat, bij menging van de "RecycJe"met de r ea''!'!moniseeràe

vloeistofstroorn, er thermod\'namisch niets veranderd dan kan de

enthalrie van de tlRecycle" ,na de Carbonatatietoren,worden uitf'erekend.

De Car banatati etoren.

{a",,,,ft.', > l('-:rCt.. )

De enthalpie van de inkomende vloeist0f (70 °C) is -1 ~. (h1 kNo

De enthalpie van het koolrJ.ï oxidegas is : (z"vC) - 2. 7é,Q ti

o

I = 7,04 mol/ sec. -10.:.61 " TT 0 • óHo CO, (G) = - 04,05 kcal/mo 1. t:. ~Vl = ~ , .~Ho.4 ,18 :na .l. - 2.780 kW. +

- 11

-Het kooldioxidegas moet op~~w8rmd worden van 25 oe naar 70 oe , hiervoor is nodir, :

~TIl C,31 ke:/ sec. 0 .j." 1'-~. • ('. • .6'1"' •. ~ ,18 2.1 ~ '!; • c 0,4 cal; gr. e. :r- _" ~ AT 45

°c

.

In de carbonatatietoren vindt d~ volgende renkti~ plaats Ca(N03)2-+1C02+2NH3+4H20 ---. 1C .. C0

3r ?NH4/,;J3- ~u20

De reaktiewarmte is als volgt berekend :

De L'lHo van de reak tan ter: is : De ~Ho cler r~ak t i eproduk ten is :

ARo Ca(N0

3j in.'Oaq. =- 229;)1 l':cal;mol. C .. C07; CS) :-25f,45 Kcal/mol.

It CO 2 (r:) :- Y4 ,1'5 I t " " 2...\: ~T ,~~ _,. 0"l: It H 2û 4 mol. :-273,28 It It 3 in ln ... q. :0 -1 64 , :~ 2 molen =.-;!O4,96 1'\H~ 2mol . in 4ao.=- W ,('\0" " /

----~~----~----~---634,84

" "

-

c

58,33 De reaktiewarmte is :

Indien aangenomen wordt dat de reaktiewnrmte bi' 25 oe de zel~de is als bij 70

°c

dan is de warmte die,!n!!t het koelwater, af{,;evOl!"rd wordt: 698 24 ~ (74 kW.

De enthalpie van de vloeistofstroom uit de carbonatatietoren is

-1P.461 - 674

=

-19.135 kW.

De "Recycle".

It

t'

"

Volgens het patent (lit.5 e ) mo~t ~~t 227/~2~ deel gerecirculeerd worden. De produktiestroom is dus het 1 'n; ~:~ deel van de vlo~i8tof­ stroom uit de carbonatatietoren.

Bij aanname van de voorwaarde,die eer~-r ~~n~-rn~ is (zi-: Mengtank. ) , is de enthalpie van de vloeistofstro,.)m uit (je carbonatatietoren 323/100 . -19.135 =-6?'î'7n k':.

Je enthédpie van de "Recyr:le" is dan :

-(2.090 ~ '9.135 = -4? a~5 k1.

De enthalpie van de vloeist0fstr~om naar de carbODatatietoren i3

-42.°55 -1 5.681 = -5f.(.)6 kl,'.

ti

11

+

_ 12

-De Indamper .

De enthalpie van de suspensie,naar de indamper,is -12,.135 kW. De suspensie moet in de indamper opgewarmd worden van

70°C naar 120°C, hiervoor is nodig: CaC0

3

(

s)

c =0,227 p cal/gr.oC. ~,l~j .:0,70 kp,/sec.

i'v Fr 4N030Pl. : c =0,6

P ti

"

ti ~M:1,53 ti "

~T =50 °c. ~'NO:~M' cp .À';'. 4 718 voor CaC0₃ CS) en NE₄N0

3 opI. wordt di t: 34 + 192 ₌ 226 kW.

Er wordt 0,23 kg/5ec. aan water verdampt. De enthalpie van deze

water-ptroorn (120°C.) is als volgt berekend:

~~ = 0,23 kg/sec.

AHo=.~6 ,32 Kcal/mol

~

',V = 1 (13 • 0-v • .0. HO • 4 7 1 8

18 ,,.

De enthalpie van de suspensie die de indamper verlaat ie dUB ,

-1°.1 35 ~ 226 +3.557 ==:l~~~~?_t!~

De damgspanninc,van een 92,5 gew.% ammoniumnitraat oplossing

bij 120 C.,is volgens Lit.8 gelUk aan 0,4 at.

De temperatuur van verzadigde waterdamp van 0,4 at. is 75°C (lit.9). De enthalpie van waterdamp van 120°C en 0,4 at. druk is a]s volgt berekend:

De enthalpie van de waterstroom - 3.648 k~Y. (zie: boven) .

is de ~tandaardtoestand

°

Opwarmen van 25-naar 75 C

verdampen bij 75°C

verr.itten van de damp tot

0 M=O,23 kg/sec. ~W= ~M· 628 • 4,18

=

604 kW. + 50 555 23 628 cal/gr. "

_"

(li t. " " c P =(',5 " 11

De totale enthalpie van de dampstroom (120°C.) is dus

-~. 648 + 604 =

"L.044

kW.

De warmte die aan de indamper toegevoerd moet worden is

. {-19.1 35 + 15.352 + ~ .044\=

7'9

kW.

9 )

(li t. ₉

De warmte wordt verkreRen met behulp van De vprdampincswarm te is : ~12 cal/ p:r.

o

stoom; 140 C en 3,5 at. ';1' is nodip: :

0

_r.r stoorn. 512. ~,1e = 739 kW :: 0,345 kr stoom / s~c.

is

v.

Fysi~che en chemi8che a~pecten.

De Schroefmenfer (Votatnr) Ia de votator vinden twee proc~~sen plaat~ :

1. Absorptie van ammoniak aan het kristal enjof oplos~en van

ammoniak in het vervloeide kri~tal (calciumnitraat). 2. Smttlten of vervloeien van de calciumnitraat kristallen.

- 13

-~ Zoale uit de warmtebalane bHikt is de absorptiewarlR_~e juilit voldoende /nv<A

t:r1-OIR de kri~tallellTe-II.e.rtf'!ftó- De te.peratuur van de kri~tallen aa. de tt-,~ ingang van de vot.tor i8 25 C. het emeltpunt van Ca(N0z.) .4aq. i~ 420C . .

U ....

?

Aangezien niete bekend wae over een eventueel lager vetvioeipunt

Taft de kristallen. onder invloed van ammoniak, moet dus warmte

worden toegevoerd om de temperatuur van de geeaolten kristallen o

op 50 C. te brengen.

Er werd aangenomen dat de gasabsorptie snel verloopt en het

warate-transport snelheidsbepalend is. Dit laatste bepaalt dus de grootte

van d@ 8chroefmenger (warmtewi~selen~ppervlak).

De Ablorptie-mengtank.

Aangenomen werd dat de absorptie van ammoniakgas,in de geroerde tank, snel verloopt. De ontwikkelde warmte wordt gegeel telijk e;ebruikt voor het opwarmen van de voeding (van 500

e

naar 70 C). De resterende warmte

wordt ~fgevoerd via de wand Van het vat.

Voor de war~te-overdracht8co;fficiënt werd de laagste waarde gebruikt die de literatuur (Lit. 9] vermeldt.

De afmetingen van het vat worden bepaald door het benodigde koeloppervlak.

De Reaktiewarmte.

In de carbonatatietoren vindt de volge»de reaktie plaat~ :

Ca(N03)2.4aQ.-t-1C02+2NH3 - 4 cacot2NH4i:03+3F120" a Cé..] .

Volgens het patent (lit.

5

c ) is de reaktie warmt~ 160 Kcal/kg Ca(NO~)2.4aq. In het pat~nt staat echt~r niet wat de conditi~s z~n ( temp. ~n druk)~

BoTend.i~n kan calciumnitraat in va!'lte of vloeibare toe5tand veri:-ren,dit

vermel~ h~t patent ook niet.

De berekende reaktiewa.rmte (rr..r .v. l it. 3) ia slechts

125 kcal/kp; Ca(:;01;\~ .4aC].

De oorzaak van dit versc~i l zal pezocht ~oeten worden,in enerz~ds de

bovengenoemde onnauwkeurieheden in het patent en~~~~~~~~~-in-dë-­

onnauwkeuricheid van de berekende reaktiewarmte,ten gevolge van het niet preci es bekend z~jn van de passend e el: thaI ni ën der di ver~e l! to ffen,

voor dit bUna watervrUe milieu. Zie voor dit laatste;de aanvang van de warmtebalane.

- 14

-De Carbonatatietoren. re kooldioxidega.-absorptie.

Het kooldïoxidegas wordt in de vloeistof, aan het vloeistof/gas kontaktoppervlak,als koolzuur geaba·orbeerd.

Het koolzuur reageert met amaoniak,dat in de vloeistof is opgelost, vervolgens wordt het,via bicarbonaat,als carbonaat-ion naar de "bulk" getraBsporteerd.

De pFf TEl de "'bulk" ia ongeveer negeB Ilaar dewe zal ,door de gevorade grenslaag heen,dalen tot zes à zeven,aan het vloeistofjgaa kontakt-oppervlak. Deze lage pH zal een belemmering z~n voor de gasabsorptie. Aan de "bulk"kant van de gr~nslaag zal het carbonaat-ionen tranliport, in eer.te instantie,nog versneld worden door de vorming van vast calciuMcarbonaat dat een klein oplosbaarheidsprodukt heeft.

De carbonaatconcentratie blUft dus klein.

Het vaste calciumcarbonaat,dat het eerst in de grenslaag gevormd wordt, kan een belemmering worden voor het transport van calciumnitraat en ammoniak door de grenslaag.Dit geldt ook voor het transport van carbonaa t-bicarbonaa ~onen en koo 1 zuur door de grenslaag .

Kwantitatief is niet bekend welk(e) transport(en) snelheidsbepalend is

(z~n) (carbonaat-bicarbonaat-ionen,calciumnitraat en ammoniak).

Het is dus noodzakelUk dat de"neutrale" grenslaag goed gemengd wordt .et de "bulk". lJit wordt bereikt in een gasabsorptietoren die in het patent (Lit.5e) staat beschreven. Deze toren vertoont sterke overeen-komst met de carbonatatietoren in het "Solvay" proces. Het verschil is dat de schotels in de "Solvaytoren" vast staan terw~jl die in het patent beschreven staan , kunnen draaien.

Fet hierboven beschrevene geldt alleen voor hoge concentraties aan calciunmi traat en ammoniak in de "bulk"; hoog t!"n opzichte van de concentratie in de r,renslaag.

Onderin de kolom is de concentratie van calciumnitraat en ammoniak in de "bulk" klein ~ zodat het transport van deze stoffen door de "bulk",snelheidsbepalend zal worden.

Bovenin de kolom haeft de vloeistof nog een zekere partieelspanning voor ammoniak waardoor bovenin de kolom ook nog reaktie in de gasfase is te verwachten.

De Tolgende faktoren zullen van invloed z~n op de koolzuurgas-absorptie

1. De C02-g~s druk.

Een hoge druk is r,unstig maar waarschUnlUk niet van grote invloed op de absorptie snelheid (Lit. 5c).

2. De temperatuur.

Een hoge temperatuur is gunatig t.a.v. de viscositeit ~n de

diffusiecoëfficiënt van de v)o~istof doch ongunstie; voor de oplosbaarh~id

van kOJldloxide gas in de vloeistof; deze neemt af b~ toenemende teaperatuur.

3. De viscositeit.

Een lage viscosi tei t is gunstig voor de vloeistof menging,dt:;.s oDk voor de gas-absorptie.

4. ~et kontakt-oppervlak vloeistof/~as.

- 15

-5. De verhouding vaste- Gtof (CaC0

3) ,vloeif;tof.

Volgens"Perry" (L1 t. 10) neemt de viscosi tei t van een suspensie

toe ~et toenemend gehalte aan vaste ~tof. Dit zou dus ongunstig

zijn voor de vloeistofmenging e~ dus voor de gas absorptie.

Voor dit proces geldt juist het omgekeerde. De gesmolten calciumnitraat

kristallen,waarin aamoniak geabsorbeerd is,hebben een hoeere viscositeit

dan de reaktieprodukten \ de suspensie ) anders zou de "Recycle" geen

zin hebben.

6. De ionenconcentratie.

Een hoge ionen-concen tra ti e i s gun s tig voor de a bsorpti esnelheid ,

indien het ionentransport in de "bulk" snelheidsbepalend blijkt te z~jn.

De"Recycle"

Het patent (Lit. Sc) werd eerder aangevraagd dan het patent (Lit. Se)

waarop het fabrieksvoorontwerp is gebaseerd.

~et patent (lit. ~c) beschr~ft een analoog proces waarbU de koo~dtoxide­

gas absorptie plaatsvindt in een cascade van dri~ geroerde tankreaktoren.

De pq. moet in iedere tank nauwkeurig instand worden ~ehouden door

een juiste dosering v~n het kooldioxide-gas in de reeds gëammoniseerde

suspensie van calciumnitraat en reaktieprodukt. De conversie in de

eerste tank is éi5~';,in de tweede ?S-99'i~ en in de derde q9-1 OO~',.

De tankreaktor zoret voor een verdunning van de r-aktanten met cie

reaktieprodukten.

Het is niet mogelijk om direkt kooldioxide gas te absorberen in een

oplossing van gesmolten en gëammoniseerde calciumnitraat kristallen.

Oudere patenten, dan boven genoemde,geven wel oplossingen:

toevoeging van w~ter en overmaat ammo~iak. Beide hebben nadelen.

De oorzaak van de slechte gas-absorptie moet de hoge viscositeit zijn.

De oplossing die het meest recente patent (lit. 5e) geeft is,evenals

bij de tankreaktoren , verdunning van de reaktanten met het reaktieprodukt.

De kooldioxide-gas absorptietoren is op te vatter. als een "b:\,tisreaktor"

waarvan de voeding voor ongeveer 1/3 deel uit reaktanten bestaat en

voor 2/3 deel uit reaktieprodukten.

Het voordeel van deze "buisreaktor" is de nog hogere conversie dan bij

de tankreaktor,nl; 99,8-100

%

bij 50-70oC.

De hy.JO~opiciteit van het einprodukt wordt bepaald door het gehalte

aan Galciumnitraat.

BU de indamper is het r,unstig als de temperatuur hoger dan 700C kan zijn.

Bij temperaturen boven 70°C wordt meer calciumnitraat teruggevormd (lit.5e).

Het patent (lit.5d) geeft een oplossinF.

"ioor toevoeeing van 1gew% magnesiumsulfaat aan het reaktiemengsel,is het

mogelUk de temperatuur tot 120°C op te voeren.

Het maenesiumsulfaat lost op in het reaktieprodukt. Na indampen vw di t

mengsel,bij 120cC en afkoelen,zal er calciwnsulfaat uitkristalliseren

VI

Berekening apparatuur.

De schropfmenrer (Votator) .

In British Chemical Engineering (Lit.11) staat een verslag van

experimenten met de vota tor.

- 1 S _

["en heeft de invloed op de warmte-overdrachtscoëfficiënt bepaald van:

de rotatiesnel~eid van de as en het aantal bladen op de as (per lengte-eenheid

De twee {Srafieken,bi,ide detailtekeninf,' geven dit weer.De proeven zi,in

gedaan met een kleinere votator dan die

or

de detailtekening staat e~

de stof,waarvan de warmte-overdrachtsco~fficiänt werd bepaald,had steeds

een prandtlgetal van 490.

De grafieken z~n,wat betreft de geometrie,aan de detailtekening aangepast. Pet prandtlgetal is echter niet over het hele apparaat Gelijk aan 490.

Eet prandtlgetRl voor een visceuse v10 p_{iRtof is:}

" '" (',E. ( water 50°(;) Li t . l

"7

= 1 5 c '("\. Pr", c T' •

1

= 100

c= 0,8 k~al/k~.o~ . ~

p

Dit zal dus ongeveer het prandtlgetal van de vloeistof aan de uitgang

van de votator zijn. Aangezien niets bekpnd was over het verloop van

het prandtlgetal over de votator,werd toch gebruik gemaakt van de grafieken.

voor de bepaling van de warmte-overrtrachtscoéffi~nt.

De retekende votator is p;ed8eltelijk een copY van een bestaand apparaat

van de VotatoT Division van de Chemetron Corporation.

"';'e as is echter excentrisch p:eplaatst,di t vermi,idt meedraaien van de

suspensie met de as (7.n.~. massarotatie) bovendien blijkt het benodigde

vermogen voor de as-aandrijving lager te zi,in (Li t. 12).

Het oppervlak van de warmtewisselaar is 18,7 m2,

het gemiddeld-temperatuurverschil over dp votator

temp. wand : 11C:,o,;

p;em. tenp. suspensie: 50 - 25 + 25 = 37,5°C,

2

is:

De votator heeft op de as PO bladen,dus

bC

~OO omwentelingen per minuut

is de warmte-overdrachtscoäffici~nt 220 Wim .oe.

=

~

Er mopt 139 kd. aan warmte worden toegevoerdt,het benodigd warmtewisselend-oppervlaklNblijkt dan te z\in:

..

.

.

~e votator had dus de helft kleiner kunnen

-1l.= 9,~

zijn.

2

De lV.engtank

De warmte-overdrachtscoöffici~nt (~) is 17A ~/m2.oC. ,zie:dpel V.

er moet 118 kW. aan war~te wordpn RfpPv~prd,

stel dat de terrperatuur van het koelwnter aan de in~Rng 200~ is en

bij de uitgang 3noC.,dan is de gemiddelde temperatuur van ~et koelwater

25°C. ~et gemiddeld temper~tuurverschiJ is: ;0 - 2) =

45

0,

Het benodiede war~te-wisselend oppervlak ~,,) is:

7

.ue tank moet dan een hoogte vaI: =- ,C:'"":.en een diameter van 2::1. hebben. De carhonRtatietoren

Voor de carhonatRtip-tnren heeft d0 car~. t~ren uit het Solvay-proces (Lit.1~)

tot voorbeeld gpdiend, ~~~~t dp carh.tnrpn die ie ~et patent (Lit. 5e )

staat,veel ,:)verpeny:"mst vprtoont met de car~.toren uit het ~;olvaY-j)roces.

De mees t o]wall ende verachi 11 en zi,;r. :

- - .-- - - . - - - ---.---~-o-~ ~~-~;;J~-e-:.·_ ~=l~~-~

~~2.lJlet~:~cO~V(;rSi-=-WUze van gas- op vaststaande lop roterende

absor'!'tie scl-lot.f'1s !schntels

' )

oe

.

temp. van de bovenir, ue ta rer: LC: ' 0

jstn~~s

7 (J

suspensie J,: dpri n ';J' _tî::E'n 71°" .. v

w(ze van koeline onderin de t,ren via Iti,:dens de p,as-absorptie

ri,ipwarm tev;i s sc 1 aa r :: us I v ia de torenwand

nq 1e pas-kbsar~tj~ :

- - - -- - - - t - - - - ---f-- - - -

-viscosi tei t L.ar ' -;) q,. iha Jf' 10

cr

.

- - - --- - - --t-.. --- - - + - - - --- ~.-.--

-1 b . . d L. t . nn" t l-·k . ' C r' 0 . 1 I t

op os aarnE'l var, 'Je :"" '.~\..i:.;lS ame lJ goea i au ~ l S zeer s~ec,)'

neerslaf!' "';:-,:-!o\"!qr i'-,r,lot,raiir

----

---

.

- - -

--

r-:

.- - ---.-

---~---.

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

-de j:1~ van de suspensie laag pH = (; IhOOf, p,r ,.. 0

onderin dp toren _ L. _____ .______ _ _~ ______ ._. ___ . ___ ._. ________ _

Eén segment van dp r;(lrr.t~rnn,:npt p~n schotel en één koelring heeft de

volgende afmetingen : koe\ -wat~-r-.~ I ~- -

---

--

l

")

....

- - - - -

-

- _.~ Pet koelwand-oppervlak in 2 één segment is dan : 5.36 m . JE' toren bes taa t ui t 23

segmenten ( 11"',35 m. ).

Trpt totale kaelwand-oppe:r;-vlak

Voor de warmte-overdrachtscoëffic~ënt werd ne zelfde waarde gebruikt als bU de mengtank ,dus 174 Wim • oe. = 0/..

Pet gemiddeld temperatuurverschil is ook het zelfde als b~ de mengtank

o

dus: 45 C.

Er moet 614 k~. aan warmte worden afgevoerd.

Pet benodigde koel-oppervlak (A) is_~

~w '" 0(. A. c.l' : : 674 = 174. ,15.10 • A A = R6 m 2

Eén carbonatatietoren van het gemodificeerde Solvay- type,is dus ruimschoot p voldoende om de reaktie-warmte af te voeren.

Dè Indamper

Voor de warmte-overdrachtscoëfficiënt wp.rd weer de laa~ste w~arde

f.'ebruikt die de literatuur (Ut.9) vermeldt. 'j;Ü is 34R kW/m .oc".",

"'-Pet temner~tuurverschil tussen de stQomp(pen en de suspensie is 20o~. De toegevoerde hoeveelheid warmtp is : 139 kW.

Eet warmtewisselend-oppervlak (A) moet dus z~n

(10, _/ " ' , A • • ., -z, Q 1 0 3

De priltoren A. De hoogte

Bij de r~rekening is uitgpgaan van

oe

volgende p' gevens:

Aanvoer _-==-1...t.l!±. kg/sec. CaCO") suspensie mt=:t s::1.menstelling:

0,60 kg ~aC03

0,99 kg ~HuN03 Temperatuur=I?O°C

o

13 k ~ 0 Gew.;~ H"O 77 7,5;'~ "2 , g ') DichtheId: =1660 kg/m.l

o

,S")~, kg. MgS0 4 ·1 .' Ammoniumnitraat: Oplosbaarheid bj j: c = 0,u8 kcal/kgOC >-.P= 1,6 W/moC

1::>0 °C~9L, 1

g/roo g

Y~rz. opl. 70

'c-

--30°C-=70,L

,

,

Kristallisati~warmte=oplossingswarmte- 6,L7 kcal /gmol a.n.

~

~

$0"<:: .

n

Lucht van 60 ·c (gem. temp.)

c == 0, 21 kcal~kg

~= 1,06 kg/m -r r t..r.I '{ I!" ". /",.r/· \.. . '

Bij de berekening wer~ van de Tolgende aanna~~ uitgegaan:

Tijdé:ns het vallen koelen de gepri lrle drul'nels af. Door deze

a.fkoeling neemt de onlosbaarheid T9.n amr.1Oniumni tI'aat af en

kristalliseert deze in bolschil l en v~n buiten naar binnen uit.

Bii df> ~indtemneratu'lr zal zoveel I';H),~;0"3 zijn uitgekristall i-seerd dat een Tast poreus bolletje v'1n dour am;'.nniumnitraat

aan elkaar gekitte cqlcietkristalletjes ontstaat. De moenerloog

TuIt de holt.es in dit bollet.je ged~eltelijk op.

nm

de tijn

voor ui tkristalliaatie en afkoelin~' tot ~O ·C te bprekenen

wordt. aangt"nomen dat de warmte,rang door een reeds gekristalli-seerde ~chil gelijk moet zijn aan de warmte-overdracht aan het

18.ngsstromel"rle gas enerzijds, maar 3.ndeT'zijds ook gelijk <l'm

de vri jlcon:ey~è.e warm\;,~ "Ic.-.::. de vo:"';" T.de -(jol schil bi j li i tkri:;

-'tal1~sa't1e. Dus: ? W1";"c.. ,~

,

....

11 rtr-kdT/dr -= -L1lR ~(Tkr- Tg) (litt!X" p ';)"2)?)

c-t/l-t-

C-en 41tR? (Th.- '': ) '" -4ttr2

f

_k

@ir/dt,wa

ë1

rin

(

~

)

de

af te

voer~n

warmte per~g g susp~n~ie.r ~

Na integreren ~n invullen der rRnnvoorw~qrden vind~n we de

tI.tL-tijd nonig voor vol ledig"" uit.kristallisatie:

.l ~J . <,

Psm.B.R.

(

I/~

+~)

0(

CT

-

?g) -' t;k)

Hiervoor is dus nodig de warmtcoverrlrachtscoSfficient ~

en de hoeveelhf id af te voeren w<irmte

<0

De berekening is uit~evoerd voo r de d~ eltjesgroottes: dl

=

2,5. Io-:m

d 2 = 3.0. IC\m

d

₃

=

),5.10

m

~erst werd <ie vqlsne}neif. van deze deeltjps uitgerekend.

Daartop werd aangenOlupn d~t neze snplhl"!id instFlntaan wordt bereikt en dat de snelheid vp.n de luchtstrouffi daarbij kan wàlrden verwa<lrloosd.

De T~lsnelheirl volgt ~~n uit:

r-c

- --

-

)C , ~ T S =- I, 76 \ /

f

sa;

~

I 1 • g. d. (litt. p69)

~,

V

'

....

1 Dit levert: y sI = 11.5

m.ls

v s2

=

I?,7

mis

v_s3

₌

13,7

mis

Met een élimensieloze corT'elatiF' uit Kr~merfi (litt. pI47) kunnen dan de verschilIenne 0{ t S b"'rekend worden.

/;"'" ut! r-î 4 t tiJ,

(01.) d __ _ 2 0 + I

~

(i ) C , I 5

~ - . • ca.

is Pr =- C', 78. ( Kr ame r s)

3 S

Aan de voorwaê:lrde dFlt:IO <Re < IO ,is hier vold aD.

(

Vervolgens wern elF hoeveelhein af te voeren war·"tp CVbeY'ekend.

De onlosbaarheid van

_.

_L

affi',:oni,1.;.nit l'öat biJ":

120 C --- J4,1 gj 100 g vLrz.opl. 30 ·C --- 7C,4 "

Dit betekent dat bij :2("-8 a11~ ctmrnoniurrmitra:it in hpt

aanwe-zigE: water is ong/lost. J,3ij')·J ·C is in i.. , ~j kg E 0

O,I3.7ö,4./?J,6 kg am"1oniu:nnit:-aat opge':'ost - ~,~C3 kg.

Per seconel~ kristall iseert 4US uit:

0,99 - 0,309 -:- ('.,681 kg arnrr,oni....rr.nitraat

=

è.~,C gmol.

De ho'eveelheio warmte ('ie De~' Ic';- "",pdin~ vT'ijkomt is dan:

8,1..6.6,47./1,7)· -= ~l,~; kcaL

-

-"'

)

- - -

-<;)

Behalve kristallisatiewarmte wOY'ot. oek voelbare warmte

afrze-voerd.Deze wordt berekeno Der kg voeding. c AT :::: 0,148. 90 :::: J') ,? kcal/kj;( voedin~.

n

~ De totaal af te voeren hoeveelheid warmte is: ; - '31, '5 + u '3,?' :::: 7L, 7 kcal/ kg voed ing.

~ ?

Na invullen T8n ~ in kcal/m h e e n v~n B in kcql/kg voeding in de formule Toor de valtijd vinden we de:léti.;d in uren. Bij een

L:::.

T = 70·C (aan de hoge kant) vinden we:

tI:::: ~ ,

84

sec. T sI:::: I I

,5

nV sec. Hl

t ₂ ~

4,35aec.

v

::::

1?,7

rr/sec.

H

2

s2

t₃

=

4,8~sec. va) :::: I~t7

m/sec.

H3

B. De breedte en de prilkop

Rerst wordt gedrfinieerd:

I.de prildiameter d

2.de diameter V8n de prilkop D

3.de diameter Tan de

prilgaatj~s

d

u.het aantal iaat jes in de prilkopg n

5.h~t toerental van de nrilkop

N

b.de diameter TBn de vloeistofstraal d

o

::::

44

rn. :::: 5~ m.

=

66

m.

Door het aantal prils Der gat

'/ __ - @ krijgen de prils onderl ing p"r seconde tF' beperken tot

I ,~ We -wt;re~~enen n dan uit:

I .~V' 1t 3

'{Jvb;~f.N1'dY

,/szSm

=

25.

n

·led

·f

_sm•

~?~

~/l

f'l

~

frrJ<

I,

71/

Ijrn'..,.

Q4"l

i

!J,D~

~';

'

{4

'

De conische prilkop heeft de vorm V'ln eEn at';eplOtte kegel.

De oppervlaktedichthe1d (aantal gaatJes per cm ) kRn hiermee bepaald worden.

De horizontale snelheid van de or:ls V_t t bij hpt verlaten vqn de!orilkop bestaat uiteen tqngentïele C'8mpow:::nt V t " en een

radiale component V , ~. V d is te berekenen uit anb

de relaties met de äl'ámet~~ van de vloeistcfstraal uit elk

gaatje d • Voor de volume~tr00~ oelàt:

("\ 2

Çpv ::::

n.~.do·Vrad

---~--Hierui t volgt: V_rad I .- 2,59.10-7/d 2 0 V ₂ :: 4,47.10-7/d2 r8d 0 V rad 3 :: 7,17. 10-7

/d~

Mei een relatie tussen de straaldiameter d en de prlldiameter d kan d berekend worden. In litt. ~ is een 8ergelijke rl"'latie te viBden:

d 1/3 V d·

'1.

d

=

1,5 (6z -+- 2 ) , waa,rin z :: 'I\,'e/Re

=

rao-o

"\. = 12 cp ( bij 70·C ~~ 17 "e~.% _H2C is

"1

=

10 cp)

CT ::: 80 dyne/cm:: 8.10 ' Nsec/m -.

Door invullen VAn de gf'gevf.ns en itereren wordt de

- )

_-

_-rm!

d _{01= 1,29.10} m V rad 1= I , 5~. 10 s d _{02= 1,5').10} -~ m V _{r8.d 2=}

I,36

.

IO-"m!s

d o

,=

I,86.IO-3m V rad )= '2,C7.IO- I

m/s

d bepaalr.. 0

M.b.v. de contractief9c~or C wordt dp gatdiameter bepaald.

Stel C

=

0

,7.

do q

q C q -= -d-_2- ~ 0, 7 •

i

j ./

I

~

Volgens

litt.~_

bestaat er nog een re19tie van V

rad met de andere varia/len: 2 2 2

P

•

TC • N • Dk· ~ - l/3 ,i V _ 0 043 r sm T) 1/ rad - , \ , 2 2

~v..-

'1.

di· n

Hierin staat:R in Ibs/cu. rt

_~v

in cu.rt/min sm N in omw/min

~

in centipoise Dk in f t _g in rt V_{rad in} f t -;ec

~

Door invullen van de variabelenin omgerekende eenheden in deze formule vinden we:

N2 _{Dk ==} 2,~.I03

Dk :::

T,I5

ft

== 'i5 cm.

I

K~

Dk 3 ( Aangenomen _bov:..ndlamp ter)

;Z ::: 2.'.10 w9.9.rde

N₃ 2 _Dk ::: 1,8.10 3 T)it levert na _{invullen en offiT'ekenen:}

NI

=

0,76 omw/sec

\

N_{2 ==} 0,7uS omw/sec \ N _{3 ==}

c,666

omw/sec We berekenen V t met V ta _-= ~.r::. Dk en V tot met ? ang 2 '/2. ng

V_tot ~ ( V;ad + _{Vtang )} •

1/2

--, ; c. .

V _tangI ::: 0,8")5 m/sec. V tot

₌

(0,I5S2 _{+ 0,835}2₎ :::0. _{A') m/sec.} I/2

Vtang2 = 0,8~0 m/sec. V tot .- (0,I962 ~ 0,8202) :::0,84 m/iàec.

1/2

V_{tang ) ==} O,7~3 _m/sec. V

tot -. (C,

'/.,:7 2

+

'J,733

2) =0,58 m/sec.

De pril ondervindt wrijvini'swperstund welkt: leidt tot

heid&afname volgens:

snel-7t' :?I

_p

?

-i/

k_wr == Cw•

4·

d

."2.

1· T == -m. '.' v d t ofwel

dT/dt -=

Na in tegrer, TI e., irLVullen van de rCtndvo, rWáarde voor t =0 id V ~ _{Vtot vinden we:}

We vindeh hierui t

VrOP

elk tijdst)' -;J door de relntle tussen

C en;:{e in grafiek II-4 (li tt. , ). We kunnen bcvenst'::t·.l.nde

f~rmule

&chrijvcn al :

/t~

~

1(.tM1--t-"l .>

:2 .1 1 " Re = ~V'-t-o-t;"".f-l-.""'d Hieruitvolit :

~e=

9.10-3 + 1,31.10-3 cwt voor dl 1

6

-1

-3

Re= 7,5 .10 ... 0,91.10 Cwt voor d₂ I -3 6 -3 t /

Re=

9,41.10 ... 0, 7.10 C_{w voor d 3} <,/~'

Met deze formules zijn op elk t.ifdstip lijnen te trekken

in grafiek II-L van litt.";'" • De snijpunten mpt de C -Re

rela~~e gev~n het bijbehorende Re-getal en hieruit be~ekenen

w~-::>

~oor elke deeltjesgrootte de V op verschillende

tijd-stippen te bp.palen kan de afgelegde ~eg in horizontale richting

bepaald worden dmor integratie. Dit kan door V_t tegen t in een

grafiek uit te zetten en door het tellen van h~kjes het

bijbehorende oppervlak te bepalen.

S =

o~

..

T~.dt

J

-::z-• De breedte van de pril toren is d8n:

Dt

=

28 + Dk Valtiad I 3,

4

sec ~ 4,"35 sec

3

4,81

sec Hooite

441J1

55m

66m

Brettlie 5,55pl 6,35m '-5,15m

De dimensie. van de prilkop zijn:

bovendia.meter

0,

32 m (aangpnomen waarden )

hoogte 0;50 m

---en de rotat1e&nelhe1d ia:

NI

N 2 N "5 -:': 0,76 omw/lDec

=

0,7450rnw/sec = 0,666omw/lDec

De

aeprilde korrelQ zijn aOi niet helemaal droog_ Daarom zal in een droogtremmel de resterende 7;5 iew%

H

°

Terwljderd

moeten worden. Dit kOlitt warmte. I.v.:;.. een

o~ti

:r.

ale·warmte­

huishouding moet worden nagegaaIn hoe diep de korrela in de

pril toren gekoeld kunnen worden tel'wi i l de korrel toch zijn

stevigheid behoudt.

Een andere mog~liikheid is nog de kalkammonsalpeter met hete

lucht in de priltoren te sproeidrogen.Gerekend moet dan worden met

de natte bol temperatuur. De vraag is of de stabiliteit vnn het

Apparatenlijst

I. 3 transportband~n

2.1 gekoelde breekwals

3.

I mechani.che .chudzeef

4.

61 VQtator met verdeelwala en elektrisch aqn~edreven aa.

5.

pompen voor hoo~ visceuze vloeiatof.

6.

I men~tank

7.

2 ~aaabsorptie toren. met elektriich aangedreven, vrij

op~ehangen roerassen.Aan de assen zijn schotels bevestigd.

8.

I re~eltank met ttlevel-control"

9.

I indamper met h;jbehor~näe v~lcondensor.

10. I pril t"ren met: I elek"Lr1iich aangedrev'''n prilkop 2 _ yentilatoren.

een arv~erinrichting.

11.1 droo~trommel.

. ' ~

-

26

-IX

Litteratuur gverzicht

I. Fysiache tranaportverschijnselen, H. Kr~mers, D. U. I,:. 1961

2. Cryatallization, J.W.Mullin, LOden Butterworths,

1961,

p.6?-63.

3.Selected Values of Thermo~ynamic Pr0pertie2, Rossini,

Washinaton, 1961.

4.Handbook or Chemi$try and Physics, C.D. Hoëgman e.a ••

~ 42·ui tiaTe, 1961. S;Duitse patenten:

627.882

9L3.775

r.

e16. 723

1. 111.218 I.o65.~36

6.

TSjechiache patenten:

115.

0

75

115.397

7.International 6ritical Tahles. c d aD Dr.H Kappern,Bonn b Köln Kalk,

1956

Hoechst

1957

B.A.S.F.,

1959

Köln Kalk,1959 e

1936

(VQGr eventueel extrR informatie,

zijn echter niet doorgelezen)

8. A.F.M.Zwinkels. frocesschema. Jan. 19~(.

9. V.D.I. Wärmeatlas. ~95?

Hl. J.E.J'erry. Chem.Snr..':andboek. 4rle druk 1963,..:2, 33

11. S.Azoory,':.R.Bott, British Chemical ]~nGineerinf!, ;.~rt.1f36f, b1 7.1-3. 12. Chemetron Corporation. t;ed.:)ctrooi ( 17 julie 19(1 L

A Ca(l~ln,4 .. B C02 C NHl DCaCOl E N-i4~ F H20 G MgS04 I CaU .. hh Ir. 1,66 H:2

I

6t1:-11 +.=15.050 h2S BREEKWALS ~CH. ZEEF recycle 1--- jI----SCHROEFMENGER AMMOLYSE ... k .",,"" ABSORPTlE / MENGTAN<

op

eb F CARBONATAnETORENS

I)

(rM

I)

(tixt

VALCOMlENSOR watu

1

_1-: t

-I)

,~/+f-M-+f"'k"""'!D!!IiL...!!._OO,'

[)

(~

SlO

rr--+_ZfM

~

(rM

ZrM

INDAMPER PRILTOREN atoom f--"rrr.,l-

I---\I---;{}

I I. \ I I , I VIIII I I ... ~ t SCHROEF'

I

>EJaR

I

H-:Il'

t

T,IIO ,toom ".n .... C 0.12

t

SCHROEF· ><ENGER A 1.&6 C 0.12

J

><ENG· ~---"'~I UN< C 0.12 MASSABALANS

1

ST RO~N iN t«VSEC -H: 15.237 T :50 Li bH.2l1 WARMTE BALANS MENG -fAN< c a.u o I. S6 E 2.S0 F 1,15 I I, ts -H:SI.llI T:70 lJ.H:'. B 0.31 J I koolzuur r·cre!.

I

CAAB.TORENS · H :1514 o 2.16 E J." F 1,IS o 1. SI E 2, iO F 0.&4 { {~.f. '1 t -... : ....

T

REGEl-GO,02 '" ' 00,&00,') E 0.99 ~ F 0.11 "i...' - /--H I. 2140 5tOom F~ IN-DAIoIPER I I \.. ~ .. 0 0.10 f , .- " E 0." F 0.11 :.~ ~~ G 0,02 _-. , - ' " i.~ O·E*G (. ' F 0.11 PRil -TOREN

j

luchtuitlaI , PRil -CAIB- I~ _______ ~ REGél-~ _ _ _ _ _ ~ , ... 1--"""!'-H.-_'!'!'62~S2~"~

TCREHS -H:62011 TANK -H:19.1lS CAMPER TOREN -H:

T ,70 h70 T"20 T H; 141 ludC stoom 00,60 E O,it F 0,00 G 0.02

KALKSALPETER-<:ONVERSIE . me; 19U

racyd. H.I. •• RUITER F.R.STORM,

---..

;

~

900 '1,360, VASTE STOF ~, ~ . ... -'4360 1;j10oo 1100 '===========::.:: .. =---!J~' L' ___ _ _ SCHAAL ,_ 20 MATEN In mmo "-, " " ]] • 10 .u Ê ~ ~---BESCHERMMANTEL -->;---1 SOLA TI E ~r---'!.---BUI TENMANTEL -~.lr---~I--STOOMRUIMTE ___ - -lnl---1t-EXCENTRISCHE AS - 4 - - - - A ~--_h4_--~-SCHRAAPWAND L--~~--~L--SCHRAAPBLAD SCHAAL , . , "

/

"'"''per m,f'! '''' / '700'''", pt'rl"'l'" ] ] 10

WARMTEWISSELAAR met GESCHRAAPT OPPERVLAK en EXCENTRISCH GEPLAATSTE AS

SMELTEN van CalNCl,l,.4H,O m.b.v. WARMTE en AMMONIAK

H.I.de RUITER F.STORM JUNI 1968