Processchema ftaalzuuranhydridefabriek

i I • I I

I

NHOUD

1. Samenvatting 2. Inleiding

3. Theoretische voorbeschouwing 3.1. Reaktiemechanisme 3.2. Th ermodyn ami ca 3.3. Reaktiekinetiek 4. Fabrieksontwerp 4.1. Algemene beschrijving 4.2. Beschrijving van de flowshe t 4.3. Stofbalans

4.3.1. Konve rsiefak to ren 4.3.2. Recycl eber eken i ng 4.3.3. St ofbal an s berekening 5. Reaktorsektie 5.1. De Reak t or 5. 1 . 1 . Het gef1uiài s eerà e bed 5.1.2. Berekening 5.1.3. Koel i ng

5.2. Warmte balans van de reaktorsektie 5.3. Kompressor 5.4. Cyk10nen 6. Desub1imatiesektie 6.1. Algemeen 6.2. Be s ch r i j vi ng en berekening 6.3. Warmtebalans

7.

Terugwinsektie 7.1. Inleiding

7.2. Technisch mogelijke terugwinningsmeto den 7.2.1. Adsorptie

7.2.2. Absorptie

7.2.3. Komprimeren, koel en en expanderen 7.2.4. ni e~ko e 1 en

7.3. Diepko 1insta11atie

7.3.1. Opzet van de installatie 7.3.2. Berekeningen blz 1 2 3

3

3 5 7 7 7 8 8 9 11 15 15 15 16

19

21 22 22 24 24 24 26 28 28 2b 28

29

29

29

30

30

31

blz

8. Voorkoelsektie 42

8.1. Inl eidi ng 42

8

. 2.

Opzet van de installatie

42

8. 3 . Ber ekeni ngen 42

8.3 .1 . Ber ekeningen van de warmt ewi s se l a ar s 42 in de aanvoerluchtstroom. ~_I I ,

•

•

9.

Literatuur Gr af i eken

1. lrijs ftaalzuuranhydri de 2. Vrije omzettingsenthalpie

3.

Omzetting o-xyleen

4.

Dampspanning ftaalzuuranhydri de 5. Dampspanning o-tolualdehyd

6. Damps panni ng o-xyleen

7. " - V - grafiek

8. Ekonomi s ch e gassnelheid

9.

Mol l i er - di agr am van propaan

In

fiSm" -

l;l grafiek

n,

1\ -

Lucht

12a Soortelijke warmte stofstromen l2b Soortelijke warmte F, T en X. Bi j l agen

1. Ber ekening omz tting X m.b .h . analoge rekenmachine 2. Floweheet

3 •. Bl okoi agr am van massastromen

4a Stofbalans reaktor- en desublimatiesektie 4b Stofbalans voorkoel- en terugwinsektie

5a Wa rmt ebalans van reaktor- n de subl i ma t i e s ktie 5b armtebalans van voorkoel- en terugwinsektie 6. Dampspanningsgrafi k F, X en T

7. Berekening soortelijke warmte 7.1. Ver kl aring F, T, X formule

7.2 . Soortelijke warmte van stofstromen 7.2 .1 . De sublimati etor en

7.2.2. Reak t or

- 1 y

1. SAME1\VATTIN

ti-I ..

I

I

•

I

I

)

Een fab ri ek pr odu ce e r t 20. 000 tOD ftaal zuurarillyd rid e per jaar

door midde l van een kataly tische oxi da tie van o- xy l e en met

lucht. ve ga sfas e- oxidati e ge s ch i ed t in een geflu Ià i s ee rd beè

va n vanadiumpentoxid korrels.

ue

gr oot ste winni ng van he t

produkt vindt pl aat s doo r àe sutlima t i •

hen di r ek t e recycle van een gede el t e van de ga s s t r oom vinöt

I

plaats na de de su bl i ma t i e. Ook wordt gebruik gemaak t van een

indirekte recycle waarbi j door miadel van di epkoel ing het l'

overgebleven produkt, niet omgezet o-xyleen en bi jpr oduk t en

uit de resterende gasstroom worden arge scheä.cen,

1

..

Ol

2. IhLEIlJ1

1G

4070

25~

30% 5%

gedaalue prijs (zie gra-bij deze prijs geen winst uitbreiding plaats van de De vraag naar ftaalzuuranhydriae in huxopa stijgt met 10% per jaar '-1).

Het aanboe is als volgt verdeeld over d~ vraag:

w

ekmakers alkydharsen

onverzadigde polyesters r st {o.a. verf)

Ondanks d in vijf jaar tijd sterk fiek 1) en d geuite suggestie dat me r mogelijk is, vindt nog steeds produktiecapaoit it.

}rod.P.Z.A. in US:1963-220.000 ton.a ;1964-245.000 ton.a (10,11)

tn

EuroëE

:1964:N-basis:230.000 ton.a ;X-basis:150.000 ton.a

verwa ti ng 1966:~-basi~250.000 ton.a ; X- ba si e : 170 . 000 ton.a)(l) D grondstof voor de ftaalzuuranhydridebereiding is nat·taleen

en o-xyle n.

De verwachting in huropa voor 1966 is: 40% op o-xyle n 60~ op naftaleen. De prijzen in mei 1965 van produkt en grondstoffen waren

ftaalzuuranhydride f 0,74 kg- l ~

naftale n f

0,

'-1

kg- l

l

~,,~

~

o-xyleen

f

0,23 kg- (2) ~~.J.1ttry

De produkti op naftaleenbasis geschiedt dOQLghans in en

re

~

~~

aktor m t geflu~diseerd b d , terwijl de produktie op o-xyleen- .1

basis tot nu to is gevoerd in een vast-bea reaktor. Le red n hiervan is dat de omzetting n in fluId-bed nog te kl~in zijn.

~ n belangrijk voordeel van àe reaktor met gefluIdi e rd b ti

is, ,da t door d la ere ka~itaalsinve t ringen bij grot pro-dukties de af chri"'jfkos min er op de kostprijs drukk n ,

Di t is de r den waarom naftaleen het ondank zijn hoger prijs ,

tegen o-xyleen kan opnemen.

T r illu tratie volgen hi r enkele percentages van b staand pro-o en, o.a. van het Von Heyden proces, dat~ kat ly ator heeft

ge chikt voor 0 el naftaleen als o-xyle n, lIL

*

op o-xyl nba i ; vast bed ~\'~)"2, 94 - 97 gewichts • op naftal nbasis; vast- of gefluIdiseerd

~dd

89 - 95

gewicht

~

]; tegenwoordig meest gebruikte Pfoduktiecal,acitei ten liggen 'Ik

.tu sen de 18.000 en 32.000 ton.a- • \.

W

De verwachting gaat uit naar capaciteiten tussen de 34.000 en t ~ . 45.000 ton. -I. (5)

1

-I

•

I

\'

•

Bij ée door ons te o~twerpen fabriek is uitgegaan van een ca-paciteit van 20.000 ton.a-l, omàat grote produkties beter ren-deren, de markt uitbreidt en o-xyleen met fluId-be~ een lagere

kostprijs geeft.

In het v rvolg zijn de volgenàe afkortingen gebezigd:

o-xyle n i..

o-tolualàehyde T

male~nezuuranhydride M

ftaalzuuranhydriàe F

3 -4,872 0,138 1,976 600 - 1500 01\ A B 10,020 2,824 10,020 -24,620 2,300 B 2,460 0,138 4,430 300 -9,350 A 12,188 -,H,886

~r_

X

'

l2>

~11

3.1. Reaktiemechanisme

De gasfasereaktie van X met lucht in aanwezigheid van een vanadiumpentoxidekatalysator bij hoge temperatuur heeft een

aantal reaktieprodukten tot gevolg, waarvan de opbrengst sterk wisselt met àe omstandigheden.

Een onderzocht mechanisme, dat binnen

10%

aansluit bij de

metingen volgt hieronder:

~

r

~

~ C0t.

.r

~ 0

<Soortgelijke ~chema's

zijn ook lders v

r-m

ld (12,15))

De zeven voorgestelae reakties verlopen alle volgens een

ge-lijk mechanism • De chemische reaktie tussen een organische

verbinding in de gasfase en de aan het katalysatoroppervlak .

geadsorbeeräe zuurstof is snelheidsbepalend. Met behulp van L-~

een analoge rekenmachine is aan de hand van de opgegeven re- ~"

aktiesnelheidsko,nstanten een konversie-iidd grafiek opgete- .

kend, die het voorgestelde mechanisme i streertt Lit is in

bijlage 1 behandeld. (8) \

-fJ

3.2. Thermodynamika

Voor de berekening van àe vr~Je vormingsenthalpie der

ver-bindingen en de vrije enthalpie verandering der re~tie~ is

gebruik gemaakt van de benaderingsmetode van Chermin' en Van

Krevelen. (9)

De vrije enthalpieän uit het studie-onderwerp 1963 "Ontwerp

van een ftaálzuuranhyàride reaktorl l _{overgenomen, ziJn}

nage-rekend en goed bevonden •

_.

Berekening van de vrije vormingsenthalpie van

X

en

T:

algemene formule: { G~)i

=

A + 10-2.B.T tcal.mol- l•

(T in ot) X:

I//~

-'hj

'1

1

-

c ltj 4

HC

~

~ / 2 -C~

2 -CH3

100 RIn

r

I

•

1

I

"

- 0,348 9,328 _- 4,580. 9,810

4

-T

:

I

~ ~ 4 lie"t ~

.

ti' 2 -e~ -C~ -CliO

\(~-~

H3

_u

₌

1.

lJ

-tHO

_{300 - 600 of, 6CO - 1500 '1\} A B A B 12 ,188 2,460 10,020 2,824 9, 350 2, 300 10,020 1,976 -10, 943 2,215 -12,310 2,4 36 -29,28 0, 77 -30,15 0,83 -16,68 7,74 -22, 42 8,07

,

I

I

Voor de vrije vormingsenthalpieën als functie van de te

mpe-ratuur is nu te schrijve n: 300 - 600 ~ ,600 - 1500 "1\ ~ G: ) van: X -0,348 + 9, 328 . 10 .-z T -4, 560 + 9,810 .10 .-L T F -103,9 6 + 8, 67 .10-t•T -103,17 _{+ 8, 30}

.rc

"

.

_T T -18,68 + 7,74 .10-&•T -22,,42 + 8,07 .10 •-I. T M -108,66 -t. _5,61 -&. + 5,87 3 .10 .T -108, 05 + .10 •T 1 . COl. -94, 076 - 0,061 . 10 .-'l T -94,234 - 0,035 .10.~

.

T

litO -58, 076 + -I. -&.

,

.

_1,154.10

_.

_T

_{-59,138+ 1,316.10}

_.

_T

De reaktieve r geli j ki nge n van de omzettin gen zi j n als volgt:

1. X + Ot ) T + Ht0 2. X +

4

i

o

,

~ 2M + } H₁₀ 3. X + 1~

o

,

~ 8COa. + 5Ht,.0 4. T + 2 Ot ~ F + 2H"0

5.

T +

9i

O~ ) 8CO, + 4H~ 0 6. F + 7~' Ot ) 8C0t. + 2HI0 7. 2M + ,, 6 O~ ) 8CO" + 2H,.

°

vlie.

ue

bereke ning van de

V

omzet t ingSentha lpi e is gedemonstr e erd aan

de hand van vergeli jking 1.

X + 02, ) H1.0 + T

fö

G1

=

[IJ

G

;j.

+

[d

G

;4~o

-

L4G

;]x

300 - 600

ox..

600 - 1500 ~, lG;J,~

=

-18,68 + 7,74 . 10·t.T -22, 42 + 8,07 .10::.T [G:]~ ~

=

-58, 08 + 1,15.1ût.T -~9, 14 + 1,32. 10 .T [G:)t = 0, 35 - 9,33 .10·t .T 4,58 9,81 .10·t .T

Al

GOl,

= -76,41 - 0, 44 . 10·t . T -76 , 98 - O,4 2 .lG1.T

D~;

zettingSenthalPieën

van àe ancer e reakties zi j n op de

/

,

- 5

-Tabel van omzettingsenthalpieën die in graiïek 2 zijn verwerht.

2

ÛO

-

600~ 60G

-

1500Cl}.. dG~ -76,41 ~, -76 , 96 0,42.lC-z.T I • A .... l'

=

0,44.10 .T , Á ... lwi 4Gf = -391, 60 + 5,6b.1 0~1..'1' -398 , 93 + 5,36 .10"1.'1\ X -t G d G"J

=

-lü42,64

-

4,05.10-2•T -1044,9b

-

3, 51. lOof.•l'

I

-

T

_'"*

_lt' AGr

=

-201,43 + 3, 24 .10·t• T -199 , 0 3 + 2,86 .10· t•T T .... Cr j G'j- ₌ -966,23

-

3, 6l.l0·a..T -966 , 00

-

_{3,09.10::.'1:} ~ G~ -764, 8C 6 -1. -768 , 9b .H' -. G = ,85.1C .T

-

5,95.1C .1' hi .. G d 'J,.1

=

-6 51, 04 9,93.10·&.T -656,05 8,87 . 1ü·C..T (G

=

nCO_l + mHIO).

Uit graiiak 2 blijkt dat èe omz e tting naar COl en H..ü thermoèyna

-misch de mee st stabiele toestand geeft. Het beïnvloeden van èe

reaktiesnelhecen met een katalisator is dus noodzakelijk.

Le reaktiewarmte is het konstante de el in de vergelijking van äe

omzettiLgsenthalpie. In tie nevolgende tabel zijn de bereken de

waarnen vergelek en met waarden bekend uit de literatuur. De een

-heia is kca1 .mor '.

300-600Oj\ 600-1500 C7J\ Allen Schneider 1 arks en

(12) (13a) Al lara (1 4 ) X -. 1' 76,41 76,96 109,0 92,4 X -t lt' 277,64 276,01 30c,3 307, 0 X ~ h; 391,60 396,93 423,9 1.. ot G l04?,64 1044,98 1091,7 1093,7 1090,C T .. .I!' ' 201,43 199,03 T ot G 966,23 96b,OO ~. _{... G} 764,80 _768,98 fu .., G _{651,04 656,05}

ue waarden uit de literatuur zlJn berekend naar gemid deld e waarëen

van Kharasch of via benaóeringsmetoden analoog aan de metode van

Chermin en Van Krevelen. De waarden hebben betrekking op

standaard-konditi es. Daarom zijn verd er de berekenue waarden aangehouden, Gi e

betrehki ng hebber. op een temperatuurtrajekt. '

3.3 ReRktiekinetiek

Van de arge Lopen tien jaar zi jn op di t ogenblik drie onderzoehen

naar de gaaf'aae-oxt óata e van ,\. met lucht tot lt' in gef 1u ïd i s e e r c

bed toegankelijk. vi t zijn een onderzoek var. Schn ei de r , lJui'tsLano ,

1956 (13), een onderzoek van Gos t a hov e11a , Sparl j e , 1962 (6,7,b)

en een onderzoek van Bh a t tach a ryya , India, 1958-19b3 (15,16,17).

~e resultaten van een Italiaans onoerzoek wachten nog op publika

-tie (19).

De optimale resultaten ZijL in onders~aande tabel ve rmel à .

s

mol 10 conversie katal;sator

T't; X. .ii

r

1\. Cat

405 60,4

.chneá oer _{375 63 , 6 V1. Os op silicagel}

13b) ₄₀₅ 77,0

Cos t a l\ovella _{310 10 53 14 23 V" 0,r+} },.t::50_f oj, silica

b) _gel

hattach a ryy a _{490 12,0 67,b 3,6 16,6 gesmolter:} VI.Û5' korre l

16)

_-==

o (

(

--~---, - 6 ~ i / (20) gr ali ek 3 tot 4,1 2,7 0,347 0,25 bij 490 0Czijn in

Hiervan zlJn de waarnemingen van Bhattacharyya het meest

aantrek-kelijk. De opbrengst van 77~ bij ~chneider is een uitschieter en

daarom nogal aanvechtbaar. Uit de experimenten van Costa ~ov e l l a

volgt een hinderlijke produktie van fu en een grote konversie naar

GCl·

ne keuze van de katalysator, de temperatuur, de lucht-X verhouding

en de "space velocityll blijken een grote invloed te hebben op de konversie.

Bhattacharyya vindt de verhoogde produktie van fu bij het ge brui k

van VlOS op kiezelgoer en V~Os + 1~SO~ op silicagel bij

toenemen-oe temperatuur in een getluïdiseerà bed (16a). ~le t gesmol ten V~

0.>-korrels vindt hij ook M in een vast bed '15a) in tegenstelling tot

èe reaktie in een geÏluYèiseerà bed.

De optimale lucht-A verhouding (molen per mol) ligt rond de lC-C

(15b). Toenemende "space veloci ty" heert een verhoging van ö e

op-brengst tot gevolg (16a).

Het vervangen van lucht Goor zuurstof heeft gem verhogiLg

van

ue

opbrengst tot gevolg, verder is geer. relatie [ evon den tussen

kata-lysatoroppervlak en konversie (17).

EeL onderzoek naar de f'unktä e van het Vf Of heeft. geleid tot de iàee

dat zuurstof diffunoeert door de oppervlaktelagen van het oxide

heen.

1'venwicht voor de gehele massa:

3

VIOs~

3

VI.CY'-J+' + Ot.

Zod oend e zal op ce ene plaats van de k~talysator ~uurstof uit de

lucht binnentreden en op een andere plaats aan een organische

ver-binding zuurstof worden af'gestaan: een vorm van iOFen~ra.r.sport.

(12).

1;i t zou kunnen betekenen dat de werki n t·: van VI.Os wordt gestoord coo r een fijne verdeling van de k(~talysator op dr ag er en Goo r de toevoeging van 1"50.,, •

Verder zij nog ve rmel d àat èe homo gene ga sfa se- oxid a t i e tot Cel en

HtO geen rol èpeelt bij kl eine kon t ah t t i jd en (0,23 sec.) (12).

Vergelijk verder:

verblijf tijd , sec.: 7,2

fraktie omgezet X l,523

~e geg ev en s uit de li t e r a t uu r (16a)

uitdrukking gebracht.

Aan de hand van grafiek 3 zi jn aanriamen geàaan wat betrert ce

konversie van 1" en

'

r

,

bi j een eventuele recycle. Le optimale ver- "~

bl i j f tijd is 6,23 sec., na twee ma a l deze tijG is ongeveer 2,5~ ,

van het ~' omgezet in

eo

j,

en hlC'. Voor de z.eke rh e.i c is hi ervar. het èubbele aangenomens

5

90

vez-br-ancu r.g van 1:. '

Ui t de gr a f i ek is verder aangenomen, àat in het begin van oe rea}.-I'

tie de omzetting van X naar T bepa.Lenó is en later al l e en ue om- /

zetting van }' naar CO" en H"O , omdat na T

=

0,23 sec. de X- en ...

T-lijn in de gr af i e}. praktisch hor i zcn taa l. Lo per., ter wi j l de }t'

afneemt en de COl, toeneemt.

Voor de te recirkuleren T is da a r om aalgen om en , c.a t 100c;o omze

t-t i n g ir. .t' p1aat svi nc t.

I •

I •

I

•

I

•

7

-~

,y

J

~

De optimale gegevens van Bhattacharyya (zie 3.3) za jn genomen als uitgangspunt bij het voorontwerpen van de fabriek.

4.1. Algemene beschrijving

Het gehele ontwerp is verdeeld in vier sekties, t.w. èe

reaktor-sektie; d degublimatiesektie, oe terugwinsektie en de

voorkoel-sektie.

Tot ds reaktorsektie behoort àe grondstcftoevoer, de reaktor en

àe koeling van het gefluióiseerd bed, waaraan de produktie van stoom is gekoppeld.

In de d sublimatiesektie wordt het grootste deel van het produkt

gewonnen. Deze a sublimatie geschiedt door het gedeeltelijk

af--gekoelde reaktorgas te mengen met gekoelde lucht, waardoor het,

produkt uit de gasfase neerslaat. De massastroom i s door de ' ft' .

mengang ongeveer verdubbeld. De helft van öe ze stroom gaat

v~a

~

~~"".~Jt

een d~rekte recycle terug naar de reaktor, omdat geen volled~ge'

omzetting heeft plaatsgevonden.

In de terugwinsektie woràt de andere helft van de massastrooID,

a!Komstig uit de desublimatiesektie, verw~rkt. voor middel v~.

een normale koeling wordt hier het resterende produkt gewonnen, terwijl winning van de nog overgebleven onomgezette verbindingen plaatsvindt door middel van uiepkoeling. Deze stoffen gaan via een indirekte recycle terug naar de reaktor.

In de voorkoelsektie wordt lucht gekoeld ten behoeve van de

d"esublimatie. Lit gebeurt met koude uit de terugwinsektie om een

goede warmte~konomie te verkrijgen.

4.2. Beschrijving van de flowsheet l ' ' . , I

lJe grondstof 1.. en de J.. en T van de indirekte recycle ui t ó e IAtLC Lt l}'-'

terugwins ktie worden via een voorverwarmer n een verdamper ~~

voor de ingang van de reaktor bij de gasstroom van de direktejV~

recycle gevoegd. lJe direk te recycle loopt vanuit de desubli-' _rll.;,~et

matietoren via een kompressor en een warmtewisselaar naar de ~~.

reaktoringang. Het produktgas uit de reaktor passeert twee

cyklonen. De eerste cykloon di en t om meegesleurde gr ot er e

katalysatoràeeltjes naar de reaktor terug te voeren. ve tweeae

cykloon verzamelt de rest van de mee~oerde fijnere deeltjes

(fines). Het produktgas passeert hierna drie warmtewisselaars. 0~~

In de eerste vindt oververhitting van verzadigcî.e hogedrukstoom '

plaats. In de tweede wordt het gas van de àirekte re cycl e voor- ~

verwarmo en in de derde koelt het produktgas af tot een ge- o~ ·

schikte temperatuur voor de desublimatietoren. ':r~~r'1 '

Het koelen van het gefluïdiseeràe bed gebeurt met e~l

vloei-bare zoutstroom, ai e de warmte van het bed naar een

hogeèru1-stoomketel brengt. De verzaàigde stoom uit de ketel woràt

over-verhit en drijft daarna een turbine aan ui e di en t voor stroo

rn-'J

çpwekkrng of kompressoraandrijving. ben deel van de hogeè ruk s t oom

r-:tA''Ó'o et dienst in de x-vercemper-. IJe atgewerk te stoom komt via

~ een koeler als kondens in 'een konoenavat dat warmte ontvangt

ui t àe eerder genoemde derde warmtewisselaar voor het ar'koeLen

van het produktgas. I

In de desublimatietoren worden pr oduk t ga s en gekoel à e lucht ge- .

mengd om 95~ van het produkt te wmnen , 1a de toren spli tst de

1\

stroom zi ofi in het gas voor de direkte recycle en ~e restgas '7 ?

voor oe terugwinning. 1it restgas öoor l oopt e~n wat rkoeler,

een voorkoeler en een àiepkoeler. ~

D

\.lI 1 " )" ',;{' -,

~ fy (/11.'TV_{1.&' •}

I I• "' f' \ . )•," {t ' -\ - 8 -, t tt') I j{",.'''' ,}. ' Ar \ I ,J 1j, J" -f-' I·, 0:,'1/' I \\"JllI.- ,J t "./'" .".. 1 1 . I'v lJ{If, ./ ) ' /;\/ ,t1~/

Met de waterkoeler worc.t de resthoeveelheid produkt gewonnen,

terwijl de voorkoeler,T en de diepkoeler ,X en Tafscheiden

voor de indirekte recycle. Het restgas is nu tot -35°C gekoeld

en heeft een zeer lage absolute vochtigheid.

ve

voorkoeling en

dielkoeling geschieden met proparo. dat een eigeL gesloten

cir-cuit vormt waarin zich bevinden: een au bbel t r a ps kompressor,

twee warmtewisselaars, twee konuensors en een koeler.

De kouoe van het eiepgekoelde, droge restgas wordt

achtereen-volgens voor drie ooeleinden benut: ten eerste in twee

warmte-wisselaars voor het koelen van gek ompri me e r d prop&an, ten

twee-de in drie warmtewisselaars met tussengeplaatste

waterverneve-ling voor het koelen van lucht, nodig voor de éesu blimatie,

ten ee r de in een regentoren voor het enkele graden koelen van

water dat wordt gebruikt voor koeling van vloeibaar propaan

en water dat bestemd is voor de waterkoeler.

Om het gas deze gehele gang door het proces te Laten maken zi jn

op verschillende plaatsen ventilator~ ge}laatst.

~ "

" .3. St of ba l an s (zie schema 2, 3, 4)

V

J

...

i;<J

4.3.1. 10nversie

4.3.2. Recycle berekening

4.3.3. ::>tofbalans ber ek ening

4.3. St oi bal an s (zie schema 2, 3, 4)

De beschouwingen en be rekem nger. hebben be tzrekka.ng op kmoLv sec",

Voor de stofbalans zijn de resultate n omgereken d in kg. s e c-I

•

4.3.1. 1onversie1aktoren

Voor de berekening van de konv e r s i e s zijn kOn~.fsieiaktoren

in gevoerd. Het symbool voor deze !aktoren is ' . Le flaa t.s i ng

var. de indices heeit oe volgende bet ekern ás , '" /1,0

Bi j de omz et t i ng van Ä naar lo' ontstaat uiteen hoeveelheid var!

Ä die oorspronkelijk óe re;~tor binnenkomt, die fraktie van litO

die door àe faktor f wordt aangeg ev en. War~e e r op de pl a a t s van

ha.0 , 0.. of A staat is er geen sprake van ontstaan mH~ van k

or.-sumptie.

De volgenoe omzettingen zijn van belang (ce cijfers h ebb er. be

-trekking op het cnoez- 3.1. gegeven me chanisme)

1 X + Ct ) T + H10

1-4 X + 'Ol t F + 3h_t 0

3 X + 1QiOl ~8 CO l + 5H(O

6 l' +

7io,-

_{~ 8CO~}+ 2H1..0

4

I

r

+ 20t ---+ }\ + 2HLO

Voor de omzettingen 1, 1-4 en 3 gel den de optiDlale re sul taten

van Bhat t a charyy a (zie 3.3). Voor de omz et t i nger. 6 en 4 zi jn in

bi j l age 2 aannamen uiteengezet var] r eaj, 5,en lCO~i~.

lie volgende tabel van konv e r s i ef ak t or en beschrij ft de omzet t i nger.•

r re 0,95

o pge gever konv e r s i e lItO vormin g COl. vormi ng 0, kor.eumj t i e

1 xf ;

₌

0,036 ,d r.,

₌

C,03 6 _"f~

₌

0,036

1-4 _~f:

₌

0, 67b )(f~.o

₌

2,l34 .f~l

₌

2,034

3 tC.>,

= 0,166 f~O,

₌

C.,b30 fto,

₌

1,32t )<1"-

=

1,743

;( )( x 1110 _{" W,}

6 ,f;"L

=

0,0 5 _11"".~.,et>

=

(,I,le ;<,1""

=

o

,

'1

10

"f:;'· >I: (;, 375

W, _• 4 f" 1,00 ~F 2,00 Tl ; 2,Ü0 T 7' = _T!'""O

=

=

f" 0,120 l x J( = ;t'%"

=

F f/4 i rf#,0 •T + r Ii,0 . ]'

!

i i •

I

"

9

-De massastromen, die de reaktor ingaan worden aangegeven door de hoofdletters i , T en F. De stromen H~O en CO~ die ontstaan

en àe stroom

°

di e wordt gek on sume e r d , z~jn aar~egeven èoor

de kleine letters, achtereenvolgens h, c en o.

r

T "f eo;I

vorming van H..O: h

=

j " f ft_t() + tfl1%O + I,fft. J . X + vorming van C0t.: c = x

f/

';L'

•

X + t f~: •F 0t,-konsumptie 0

=

I

»

:

+

»:

+

x

f e:.:

}

.x

+

~

~. T

+

Tf~

~~r

};us h

=

2,900. X + 2T + 0,1 F c

=

1,328. X + O, 400F o

=

3,813. X + 2T + O,375F 4.3.2. Re cy cl e

Le suppletie van 0l in het circuit van de àirekte recycle en de s~ui van in oe reaktor geproduceerd HtO en COt gebeurt in feite in de sublimatietoren door middel van de aangevoerde

kouàe lucht. Teoretisch zal pas na een oneindig aantal recycles de samenstelling van het gas in het oircuit konstant zijn,

omdat, zoals zal blijken, de opbouw van de samenstelling ver-loopt olgens de meetkunaige reeks.

Sch ema t i s cp ziet ~~n totale recycle-äoorgang er als volgt uit.

I. Sch ma 1 " R.0 0 tJKT(fA !> F~ -1 T=-1 AF:r:jÄS

"'--1

~-.F=o,025 IVDIR'EI<Té REe C.Lê T=<- O,5"û

De betekenis van de letters is: RR = reaktor

DN

=

desublimatietoren

VR

=

1 : 1 verdeler van àe stroom na ae desublimatietoren

~I

=

Ie koeler van de terugwin-sektie

~J

=

2e en 3e koeler van àe

terugwinsektie

F en T worden volledig uit het produktgas afgescheiden en verèer gewonnen of gerecirculeerd. ~e totale grondstofstroom X is samen-gesteld uit vers aangevoerd X en X uit de direkte en inèirekte

recycle. Deze stroom is steeds konstant.

De aanuui ciing li'

=

1 enz. betekent dat }1 aankomend met de

hoeveel-heid van 1 kmol zich verderop in het schema verdeelt volgens de

da a r aangegeven getallen.

ne opbou van de samenstelling wordt verder pef ko~ponent

toe-gelicht. .

In de schema's slaat de doorgaande, horizontale lijn, steeds op de strçom van cie beschouwde komponent.

I

.

•

-1

0-l'l2

-Stel dat bij ~h van h~ a kmol.sec-I binnenkom,t.

Schematische voorstelling van een aant a l doorgange n.

Sch ema 2

~

W

ct

RR

~ a.+~

~!VRL

~

+Q..

RR

~

a+ 4.2.

+

a -

etc.

~2.~

L

~2. +~

4-~e hoevyelheid ~t di e de realtorlbinnenkomt is:

N

t

=

a(~ + ~ + ~ + ••••• )

=

a(~:~)

=

a.

li, O

De hoeveelheid water èi e in àe reakt or ontstaat i s h

-

(zie

4.3.1.

).

Sch emat i s ch e voorstelling van een aan t al doorgangen .

Sch ema 3

t ..

I •

I

lJe van de reaktie a1komsti ge lit.ü ài e öe reaktor binnenkomt is

H~O

=

h(~ + ~ + ~ + ••••• )

=

h.

Voor het water àa t birmer.k omt bi j 1.l1 via de koude lucht el. via

de waterverneveling in

v

1

geld t een recenering analoog a&i ci e

voor :N1..

CO"

Le hoeveelheid Cet di e in de re~tor ontstaat is c (zie

4

.3 .1 .) .

De reden eri ng is gel i j k aan ci e van litO. Dus àe van de reaht ie

afkomstige hoeveelheid COL ài e de reaktor binnenkomt is:

CO"

=

c.

QL

ve

hoeveelheid 0Ldie in ce reaktor wordt verbruikt is 0 (zie

4.3.1.).

ve hoeveelheid die bij Lh binnenkomt is b.

Schematische voorstelling van een aant al ooorgangen.

Schema 4

ée-~--->@- ~ -O~

'H-~-O

~-

~

r~

-

~

-

-.

~

k..-!è -

0 -

~

~

-

b

+

10 .-

t

-

0 - 0 •

fvRI

b

+

b

+

~

-

"

-

Q.

~

~2.4

2

~

2 4

2~24-

8 2..4

De hoeveelheid O~ di e de reaktor bi nnen gaa t is:

Ol

=

b(~ +~/f +"/J' + •••••) - 0(~ + ,A4 +.lIJ> + ••••• ) = (b-o).

-11-T

Van T gaat net zoveel de reaktor in al s eruit gaat omdat T uit ce

reaktor volledig wordt teruggevoerd en in oe re~tor totaal

in F wordtromgezet.

Dus T = )(f_r •I..

~"")

Het lt' àat bij iedere doorgan g ui t oe reaktor komt is afkoms t i{;

van omgezet A, van áoorgelat en l ui t cie direkte recycle en var,

T, arkomst.ig uit de direhte er. äe ir.direkte recycle.

t>ch ema t i s ch e voorstelling van een aantal doorgangen.

Sch ema 5

.r

~

\

>(

~/':X~OI

02~-t:X

RR

l.rxt-t~

[O,025

,/~K

]+

'~

T

-xh=

-\'

F )(

JF

F/F X}/=

rb

f: T X

..

~

.

.

.I:Xjj;,o2'i-I:.:(002~.t 7

+ 0025.

.I,!=r+

~/F F r ' .J ' T~F T

I

"

I

.

!

-J: xrO,()~ 5" + L:(o,iJ25)~ -fi~ f:J~(o,025)J+

/;"r

ro,025+

Á!

(o,

o2V

J.7

-X1t: c: FIJF FJr' , TOF C F[r .J

~

:

lPXJ:r, a.P2'. / »+ (0,02' .

e

r

f

(0.

025. -/F)

1-1-

-I,FT:

[1

f-CJ0:15 J Pt-({ F.0,

O

.2V

~?-

'

"

xh: C rtF FIF ~aF riF rl; FIF

.J-T '

Le hoev eelheici .r' die vanui t rill na a r :Uh gaat is:

F=

[

-f +q 02; {/ c

f (0,

02

5";c

I,-

F;

2

+

,

:

]

'

[ x!/

x

-f--

rt

F

TJ

hun

r;

r.

4 )

r

/p /F

.Ir

)

X L-t-o,025 F

tJ

°LX! F +rI F' x{r °

dez e recycle OgaefUHlii GliJ zullen vereer

bij ce berekening van de massabalans.

/ r 4

' I

r

/;;=

7

o f= 1.1_ 002!)

.Ir

)

.

/

-/

.)(.,..

.

T / L ' r I F LX / F T f' -J of omdat T = xiJ .Á: Le re su l t a ten van

toerassing vinnen

4.

3. 3.

St of ba l ans

~e bereke~ing van de stcfbalans valt uite en in twe e delen:

de àirekte recycle en àe indirekte recycle.

Bi j de direkte recycl e zal de berekeYJi:ng per komponent ge beu r en ,

terwijl bij de indirekte recycle de geh ele stofstroom wordt

beschouwG. Voor appa r a t en er. stromen woràt dezelfde notatie als

onöer

4

.3.2.

ge be zigd; met di en verstande öa t hier de mol s t r

o-men staan in mol . sec:

In äe volgende tekst is met bv , Ji' naar HR beàoeld, de .rl- s t r oom

bi j de Lngan g van R1{.

,IJ

lJir ek t e recycle.

l!'

Een pr oduk t i e t i j d van 8.000 h.ä/ geeft voor 20. 000 ton jaar~r

o-dukti e een ~m,F van : V V

1 2.101 6 ·1 6 1 -,

]

=

8. 10 '

. 3 , 6 . 103 = 0, 94 kg. s ec

=

4,

P

~o .sec •

lJe z e ~rodukt i e komt voort ui t de de sub~ at i e t o ren en de eerste

koe l er van äe terugwinsek tie. Di t is volge ns sch ema 1 gegeven

onder 4.3.2. een fr ak t i e 0,97 5 van de F- s t r oom , di e ga at van

1lli na ar D1. -I' -" 6,555 moL,sec =0,6S6kg.sec . /

.

.

0, 120 .6 ,5 55 = 0, 78 6 mol s sec =OPö4 kg.S EC 4,68 ., -, 0,97 5

=

4,800 mol . s e c = 0, 7~2 kg. sec • 0, 95.4 ,800 = 4,560 mol.se~' = 0,676 kg.sec· ~ 0,0 25.4,800 = 0,1 20 mol . aec'" = 0,G18 kg_{. se c· ' •} 1'\,:

=

Dus : ~. ui t RR l!' uit 1Jl~ F naar RR, }' ui t X

L.ooal s onaer 4.3.2., schema 5, is af geleid is de i-stroom uit Rrt:

-] 1 . Îfr:+ f F . _f

T

.

,

\

.

7

~ = 1.0 ,0 25 ._{r f ;}

L

x F T F ,

r:

:..J

Invul l en van de or.óez- 4.3. 1. gegeven konversiefakt oren ge ert ;

F =

1-

0,(J~5 .0, 95

. [0, 678 +

1

.0 ,03~

<

')..

J=

0,7 32 X ]\ uit RH. is 4,800 mol vsec'", - . - D D X 4I 800 vUS : A naar ~u~ = 0, 732 = X uit llli X

=

_.(f"_.( .X

=

~

l

~

I T

Voor

~

gel dt zoals onder 4.3.2 i s af geleid: T =

w

i;. x

Dus: T uit

RR

;

T naa r RH T = 0,0 3~6, 5 5 5 =O, 236mo~s e è/ =0 ,0 26kg .seë '

- I kg.sec . ·1 3,174 kb' sec • i

J

Q.t

Voor het verbruik van O~ in de reaktor geldt (zie 4.3.1. ):

rr,= 3,813.X + 2T + 0,375.F

0

. =

3,813. 6,555 + 2.0,236+ O, 375 .C,120

Ol. verbrui k in RR.

~

=

25,511 mol . se c · ~

De bi j oe reak tieomstandi gheden beho r end e mol-verh ouding 1uchtj X

is 95,1 (16). n.w . z . een OLIX verhoudi ng va n 95, 1 : 5

=

19, 02.

Lu a : 0.. na a r RH Ol. = 19,02. X

=

19, 02. 6,555=124, 676mol .sec· ' =3,9l)}.g,seë~

~eze hoeveelheid is aange geven al s b- o (zie 4.3.2., schema 4)

Dus : O~ van de koude luch t naar L~,

b = 19, 0 2. X + 0 = 150,187 mol. s ec~ = 4,b0 6

.,

01" ui t RH. 19, q2 . X - 0

=

99,165 moLvaec =

h

De hoev e el h eid 1t,'-,ài e met àe koud e lucht lil' bf.nn engaat i s vier

maal de hoe ve elheid Ol, ' Di t is in 4.3 .2 . , scl1erlla 2, aangegeven

met de letter a.

.,

'

-,

Lus : hl voor

RR;

1~ na RR.a = 4.b = 600,7 48 mol . s e c = 16 , 6 21 kg. sec

-1

3-,

H~O uit k l = r.(~.droge lucht)

De molenstroom i s na aftrek var

~mol = 0,7539 kmol vaec" •

~ ,

I

•

COL

Voor het ontstaan van CO~ in de reaktor gel dt (zie 4.3.1.)

c = 1, 328. X + 0,400.F.

c = 1,328.6,555 + 0, 400 .0 , 1 2

.

,

-

,

CO~produktie in RR

=

c

=

8, 753 mol.sec

=

0, 38 5 kg.sec •

Zoal s in 4.3.2 blijkt is de CO~ s t ro om naar RH gelijk aan c.

Dus: COt. naar RR c:: 8, 753 mol s aec"

=

0,385 kg.sec·'

COt, uit TT:: 2c= 17,506 mol.sec"

=

0,7 70 kgss c "

RtO

Voor het ontstaan van H~O in de reaktor geld t (zie 4.3.1.):

h :: 2,900X + 2T + 0, 1 F

h = 2,900.6,555 + 2.0, 036 + 0, 1 . 0 , 1 2

-I .)

H~O produktie in

RR

= h = 19,493 mol. sec

=

0, 351 kg.sec •

Uit en drooggrafiek volgt da t met tot O·C gek oeld e lucht, bij

ver-zadiging van waterdamp 0,005 kg H~O per kg Gr age lucht meekomt (3b).

De hoeveelh ei d àr oge lucht is a + b :: 21,7 kg.sec •

~us : HLO van de koude lucht naar DN = 0,005.21,7 = 0,108 kg.seö' =

6,000 mol. sec-I •

Uit berekeningnen in 6, de de subl i ma t ie s ek t i e , volgt dat in L1\

aai water verneveld wordt: 0, 208 kg.sec" = 11,560 mol . s ec·' .

Deze beide hoeveelheden komen met h ook voor in de ài r ekt e recycle

zoals in 4.3.2, schema 3, is uiteengezet.

Dus: H~O naar Ra = h + (BtO van koude lucht) + CH~O van verneveling) =

:: 0,667 kg.sec" :: 37,053 mol.sec·'.

H~O uit RH = h + (H~O naar R) = 1,018 kg.seö' = 56,546 mol . sec· ~

Indirekte recycle

De stofstroom ui~

vN

wordt in ~ gesplitst in twee gel i jk e delen.

(zi e schema 1 oneer 4.3.2.). De stroom naar de terugwinsektie pas

-seer t achtere nvolgens drie koelers: een normale koeler

(k

,),

een

voorkoeler (k ) en een diepkoeler (k ). Ui t d ze koelers komen ,

afhank lijk van de diverse dampspann~ngen, de verschillende stromen

van Ht O, F, T en X.

D dampspanningen (p) van F, T en X zijn via de literatuur (zie

bijlage

6),

respec t i eve l i j k afkomstig van de grafieken

4,

5 en 6.

De relatieve vochtigheid C~) van het water is uitgedrukt in kg H~O

per,kg drog e lucht (3d) .<,,'\:

Bi j de berekening'van de at.romen F, T en X is een druk van 760 mm Mg

aa ngenomen.

D formulering is bv. voor F als volgt: F~.(~mol).{molgew.).kg.seë~

De drie koelers worden achtereenvolgens behanè ld. '· o. b~~~

. .1 ve normal e Koel r VV"""I )

H

t O

= 0,667 kg.sec v r r = 0,01475

F

=

0,018 kg.sec'" !Ir ~!o' pF= 3,2.10- f'rnmHg

T ::: 0t014 kg. sec· ' . PT

=

3,4 .10~ImmHg

2./

G

X = 0 042 kgo ec· '

..

Px

=

5. mmlig

_.~

~ = 21,937 kg. sec = 0,353 kg. sec I

~ol= 0,7719kmol.sec- ' = 0,018 kg.s c·

ooI •

= 0,01475. 21,252

=

0 314 kg. sec • ~~.

-'-

-14-3

2. 10"

Y

=

~60 .0,7 539. 148,1 3,4.10-1 = ~.0,7 539.l20,2 ~ J-= 4,70 . 10 kgv sec"

-:

= 0, 04068 kg. aec'" I~ 11') , ( , ".~. ' r

=

0,0044~ PT= 6,8.10 mrnlig PX= 1,8 mmHg -I kg.sec kg.sec" .1 kg. sec ,,0

=

0,219 T

=

0,006 = 0,00445. 21 , 244 ';;" 0,095 kg.'sec·'.

in kt achtergebleven mat er i aal :

= C, 186 kg. s e c-' .

en T af. '

li~ O _{uit k L}

=

r.(~m.droge lucht)

De mol en s t r oom is na aftrek van

~mol

=

0,7399 kmol. sec·'•

T uit

k

~

=

~~~.

0,7399.l2C,2

= 0,008 kg.sec·'. '- . 1 8 A U1t k~

=

7~0 .0 , 7 399 . 106 , 2 Dez e koel er scheidt du s HtO X uit_k l

=

7g0 I .0,7539.106. 2 = 0, 527 1~(1)

, IJeze koeler scheidt du s Ht,O en .l!' af.

D vo.orkoeler

_.,

HLQ

=

0,314 kg.s~c T

=

0,014 kg.8ec~ .- X

=

0 042 k •sec-' ~ =21, 566 kg. aec" !Omol= 0, 75"5J kmol . s e c·'

L

I '~ I

1

-_

y;

L

'

-l/ 11 r

=

1,378.10 .,:-T .q PT

=

3,9.10'~'T- ' / -z.... . -- 4 9' 10-~- -~~ PX " \ " ~":'" , \ ' \ · 1 kg.sec

=

0, 092 = 0,008 X = 0,037 f) _4 ' ~

=

1,378. 10 .21,201

=

0,003 kg. sec •

in k~ achterge bleven materiaal:

-g

.,

= 4,53.10 -kg . s e c

BlO uit k

3 : r'(~m.droge lucht)

De molenstroom is na aftrek van

~mol ,,; 0,7344 kmo1

4

sec'", T uit kj = 37gólO-. 0,7344.l20,2

-z.

X ui t k

~

=

!t7~Ö

10 • 0, 7344.106,2 = De di epkoel e r HlO = 0,095 kg.se~i T

=

'0 ,008 kg.sec' X

=

0,042 kg.sec" ~

=

2l.,341 kg.sec·1 )Omol = 0, 7?f.J9 kmol .s e c-'

I

-I

De koeler schei dt du s litO, T en "\., af.

De resulaten de r berekeningen~kijn weergegeven in een blokdiagram

(zie bijlage 3). Hi er i n zijn~oe sto fs tromen van de komponenten

afz ond er l i j k al s oe geh el e stofs tromen weer ge geven in kg.sec-I.

Van ue geh el e stofstromen is ook de gr oot t e in kmol . s ec~ vermeld

voor de berekenin gen van de volumestromen.

f

.

.----

-15-..

met een behoorlijke

de raktor zal dus onderwerp zijn

L

ol

f

t

5. REAKTORSEKTIE " I\Ji,t,

De ber iding van F t~ 'de reaktor ga a t gepaard warmt ontwikkeling. Samen met het ontwerp van de warmt afvo r en -behandeling in deze sekti van beschrijving en berek ning.

5.1 De reaktor

D reaktor is een rond ~ui~ waarin boven n geperforeerde plaat door ga stroom een g~uIdi eerd bed van katalys tor-deeltj s in stand ordt gehouden. In dit bed sp lt zich de omzetting van X af aarbij zich warmte ontwikkelt di e wordt afgevoerd via in het bed g plaatste koelpijpen. Deze methode van warmt -afvoer heeft het voordeel dat de katalysator minder slijt n dat de goede warmte-overàrachts igenschapp n van het bed benut word n.

5.1.1.

Het g fluIdiseerde bed

Op en vrij, stil ta d d eltje in en gasstroom erken t e tegengest lde krachten, te wet n de weerstandkr cht tengevolge van de viscositeit en/of de vorm en de zwaartekr cht {25a). Afhankelijk van gr oot t e ,. vorm en gewicht zal en deeltj in e n ga stroom zich precies in zevende to stand bevi~den bij een

bepaalde lineaire gassnelheid, de zogenaamde k~tische sn lheid. Een soortg lijke toestand treedt op bij n gefluldi eerd bed, wanneer door een bed van gekorreld materiaal een gas atroomt waarvan de snelheid geleidelijk toeneemt en bij de k~ti8che snelheid de to tand van zweven intre dt. Deze toestanu tre dt niet tegelijkertijd in h t gehele b d op omdat àe deeltje onder-ling niet gelijk van grootte en vorm zijn en zij lkaar ond rling hind ren. Daarom is er sprak van een ov rgangsgebied waarin

het bed van nog net rustend overgaat in net volledi g in beweging. De snelheid waarbij het bed n t volledig in be eging is, he t minimale fluIdisstiesnelheid. Deze snelheid heeft betrekking op het lege volume, als er ge en materiaal aan ezig is.

Het gefluIdiseerde bed is te beschrijven alsof in de doorsnede van het bed in h t vrije oppervlak d kritische sn lheid heerst zodat àe d eItjes alle in zwevende toestand zijn. In w rkelij

k-h id bewegen de deeltjes zich om deze toestand heen. Ze vallen en bewege n omhoog waardoor het geh eel het karakt r van een

vloei-.st of krijgt. Wanne er de gassnelh id wordt opgevoerd boven de

minimale fluIàisatiesnelhei d zal in de door sn de van het bed

het vrij oppervlak groter moe t en orden, omdat de kritische snelheid konstant is. Dit betekent dat het bed expandeert naar een groter volume. Een verschijnsel dat met de ze expansi , juist bij gas-vast gef l uIài s e er d bedden, optreedt is d vorming van bellen. Dez bellen ontstaan onder in het bed en orden groter bij het omhoog stijgen. De snelhei d van de bellen is groter

dat de kritische snelheid. De bellen verhog n dus de gasà9orv.oer,

z vergroten het beàvolume en maken het bed inhomoge n

(30, 37).

Om dit v rschijnsel, da t bij katalyti ch gasfas reaktie een

nadelige invloed heeft, aan banden te leggen is het nodi g àat

h~ bed niet te ve 1 xpandeert.

Het verschijnsel van gasgangen dwa r s door het beGheen

("channeling' t ) kan vdorkomen worden door de de el tjes niet te klein te kiezen, terwijl het ver s ch ijn s el dat het bed in zijn g heel

·

-16-9 i' I I I " I

[

-

.

I I L I

1

1

I 1 :

lin sire ga sn lheid boven het bed de kriti che

snel-heid ber ikt, rd n de bijbehorende deeltj a uitgeblazen; deze

t de maximale uitblaassn lheid.

D hi r tont erp n reaktor heeft d mo ilijkheid dat een zeer

grote volume troom vereist is bij een relatief kl ine hoeveelheid atalysator. T ee grooth d n in e n gefluIdise rd bed staan tot

d b chikking om een grot volume troom te verwerk n. De eerat

ia d kxiti eh snelheid, die vergroot kan worden, hetge n bij

n bep d k t lys tor b tek nt dat d diam ter vergroot wordt.

De t de i het vrije oppervlak v àe dooraneà van het beà

vergrot n, h tgeen betekent dat het bed expand ert. Omdat bij

te v 1 xpansie bellen optred n is voor het erwerken van de

volume troom al middel gekozen het vergroten.van d deelt

jes-di t r. Of deze vergroting is toeg staan in verband met de

v rkleining van het 0PP rvlak is twijfelachting al is er bij de

w rn ming n g verband gebl k n ~ n oppervlak' en konversie.

5.1.2. B rekèning van h t gefluIdi eerde bed

Verblijftijd

D in gr i k

3

voorkomende verblijftijd n zijn berekend uit d

niet olledig gegeven van Ehattacharyya en de daaruit

voort-vlo iende noodzak lijk aannamen .

Bij d re ds opgegeven optimale r sultaten behor n nog d vo~gend

konditi

pace veloei ty (S.V.) 2,79 m3 luchtjm1 kat..sec tv

'-apace tim yi ld

(S.T.I.)

0,130 ki.F~ml kat.sec

X

volume katalysator (= Vk) l,73.10~m 'kat. (16)

g middelde d eltje groott (d)

=

0,1 mm, 'I (17) 0

De volum stroom is: ~ :: (S.V.).Vk = 2,79.l,73.l0-~ 4,82.l0~m~s c-~

Bij dp :: 0,1 mm is e n poro i teit~60 aangenomen '21~. H t zs:J

volume door de k "or-~me:rf is dan 0,.40.1,73.10-:: 0,<69.10 m.

Wanne r nomen mag worden dat het bed

5%

expandeert dan is· .

~ :: 0,63. D ze aanname houdt in dat de ~~boratoriumreaktor vlak

boven het punt van minimale fluIdisatie =Werkt. -s

H t total volume in d reaktor is dan: Ot63ölt63.l0_

l,82.1Ö

$~.

. .J' , -s 3

Het vrlje volume ~s nu: V :: 0,63.1,82.10 ~sl,l5.10" m •

De verblijft1jd is dan: T ::

-;~

=

~:~~:t~7S-=

0,23 eo ,

De v rb11jftijd is voor d t ontwerpen reaktor aàngenomen als de

g middelde v rblijftijd. Deze anname is gedaan omdat het bereken n

van d v rblijf tijdspreiding door backmixing niet mogelijk i

met de be chikbare gegevens n bovendien h t ff kt van d

gedeel-t lijke op ar.m1ng in d reaktor van het inkomende gas het effekt

nog v rtroebelt. H t vrije b dvolume

Voor d drukval tuss n kompressor en desublimatietoren i de

volg nd v rdeling aangenomen:

gep rforeerde plaat: 0,50 bar

gefluIdi eerd bed: 0,30 bar

verd rapparaten: 0,25 bar

I

~

1 t-I I • , I I -I " I

-1:'-Le druk di e ëe kompre s s or du s levert ~ 2,05 bar.

Ir. het mi,-.el var net be. komt cu s een druk van: (2,05-0,65)=1,4<"" ban

Het volume var 1 kmoL van een gas bi j 1 bar en 0oe is 22,4 m30

bi j een dr'~ Va! 1,04 bar er, eer, temperatuur van 490 Oe

=

763~

~ 1 , 3

is het vol um e van 1 kmol van eer. gas 273'I:4û022,4

=

45,3 m •

De mol s troom i s 0,780 kmol.seê'. Hi e rui t volgt voor de volumestroom:

~v = 0,780.4 5,3

=

35,3 m-S. sec'",

Het..\soor e 1Jt I ""k c'eWl. Cicht i _{s e}.

t

-

_{- ~}

~

_-

-

3225,3I 6

= ,

0 640 k_g -5

sm •

Voor het volume van oe reak t or geld t :

V = ~. ~v

=

O, 23.~

=

8, 12 m!

Hoeveelheid kat~fi~ator

Aangenomen is dat de porositeit van het bed onder m1n1mum fluI

di-satie omstandighe den gelijk is aan: {mf

=

0,50 (21.a). _

Verder is aangenomen da t het bed 861 faktor 1,3 is geëxpanà e er d ,

h tgeen nog net maximaal toelaatbaar is (22a). ve porositeit van

het ge ëxpenóee r-ce bed is dan :

ie

= 0, 65.

Hieruit volgt voor het massieve vol um e van de kat~lysator:

3

Vkat

=

(l-te).V = 0,35.8,12

=

2,84 m •

Het soortelijk gewicht van oe katalysator is 3.360 kg.m-

l

.

Het

ge-wicht aan katalysator is dan: Gkat = 3.360.2,84 = 9. 540 kg •

.e.en vergeli jking met de theoretisch nodige hoeveelheid verloopt

als volgt:

)je IIsl.ace time yield '.' ,i s ~,13~ kg F/m3 kat s ae o , Dit gel ot voor

deeltJes met een gem1odel oe d1ameter:

=

0,1 mm.(16).

lJi t betekent voor een produktie van 0,712 kg.sec" een volume aar!

katalysatormateriaal:

g

: i~~

=

5,49 ml . Aangen omen dat dez e de el t j e s

een t.mf van 0, 60 hebber, (21a), betekent dit voor een fmf van 0,50

VOor andere de el t j e s e~ volurrle van het katalysatormateriaal groot:

~á~5g,60)

=

4,39

m

~.

Het volgens d literatuur öus nodige massieve

volume aan katalysator is: 2,20

m

~

Om

het be~ te laten werken betekent Gf t dus een extra toevoeging

aan katalysator: (2,84-2,20)

=

0, 64 m , di t is 0,64.3.3360=2150 kg .

veze extra toevoeging, om de beGexp~,sie tot 1,3 te beperken, zal

een k~~.satie zijn voor het gr ot e r worden van ëe k~

xalysator-deeltjes. "Lj",v

De massastroomdichtheià

~

l

\

~

He t gehele beàvolume bestaat uit het vrlJe volume nocig voor de

volu-IIe3troom en het volume aar katalysator noci gvocrde reaktie en oe

we:rlcing van het bec,

Dit volume is: Ve

=

e, 12 +

~84

=

1

0,~m

3

Bi j een

L-

D

verhouding 1, da t is de kleinst toelaatbare, ontstaat

de vol~de formulering VOO~d '"am e t er van het bed:

Ve -_- L.₄11'.vz __- lfJ.,l_{4 ~-}T. _ ~'TT" •

L diameter is du s : D

=

vY4.lCJ96

=

241 m

~ ". .zc::':

De hoo[ t e van het bed is L

=

2,41 m. t

Het oppervlak van de hori zontal e àOcrSn eë e van het bed = C

=

4,56 m •

hie rui t volgtvoor de mas sa s t roomd i ch th eid :

-18-.

.

bar . 1Jez e fout het soor -(21b) vrukval over het bed

Hiervoor bestaat de fo~ule:

.}

~

(l-!e).(fkat - Pfluidum).L. g.

Uus } = (1-O,65).3360.2,41.9,81

=

0,28.1CS hml = 0,26

~i t k~opt ongeveer met de geàane aarmame van 0,30 bar.

van

710

is niet ernstig ~dat àe àe er werking hiervan in

telijk gewicht slechts l~ is.

Katalysatordiameter

ve diameter van de katalysator wordt berekend met een formul e

waarin de massastroomdichthei ó voorkomt onder minimale

fluïèisatie-o..at.andäghe den, lJeze sn e ûhef d , ~m" f' wordt uit ~m" bez-eker.d ccor

middel van een bestaande korrelatiW tussen cie ~l)}" en de faktor

l-

t

.

Leze relatie houdt in da t uitgaande van

dl

log ~M m~ eer. lineairfJ

verbanà bestaat tussen de log ~lli" en log ~ , welk ve r-bar.d ve.rL o o j. t

via een tangens[ml, die een funktie is vantde di amet er van de beä

-deel t j e s . Di t verband gelèt over een gebied van10 tot 30~ expansie.

(22a). Vermeld zij dat deze berekeningswijze ~~n uit vele is.

Hij is hi er toegepast omdat bij het geb ruik van andere me th oden

nog meer aanvullende aannamen van het beo zouden moet en woràen

gedaan.

Voor het hi er beschouwde geval is m = 1. (22.). In gr afi ek 10 is

het bedoelde verbanu getekend. _,. _

Hi erui t blijkt uit een ~m"

=

4,95 een ~m"mf te volge n var. 1,5l~g.msa::t

)je bedexpansie is ge s t eld op 1,3. )ja t beiekent voor de fak t or ~ :

~

-

t~0'5r

- 4

I-ti -

1-

0~6~

- 1

2G ₍

- ~ - 0,5 - en fe - (0, 5 3- , u .

Bi j de berekening van de deeltjesdiameter gel dt de volgende fonnule:

a. 11 _ f 688.

ÎJ

i~

Z

i~

'lU

ièum.

(/)at -

I

f 1u i

d

UJr5r/

~

/

~m,mf - • D

"M.

'"

07

':Le berekening met deze formule di en t met h'ngelse eenhe óen te ge

-schie àen omdat de coëf ficient niet ~imen s i e l o o s i s.

. ri. - l -I - I -,

~us : ~m~mf

=

1,50 kg.m .sec = 1102 Ibs sqtt h

IJ

/1

= _j = 0,034 centä poi se (3g) · ·~ .

J fluidum

=

0,640 kgsm

=

0,040 Ibs curt"

!kat = 3360 kg.m-J

₌

_{210 Lbavcuft'"} lnvullen in de formule: ." ~t ~' ; ' t V,~"1 a " f 6f38.])~. • (O,O~O . 2 10 ) f 6,8E:.IO . ( 8,4 0 ) I :IJ I,~l ~m,m:f .=· tO,034)~'P

= •

3,4~n:lO -1.;1

.

IJ

=

- f

6

,

e8. 5~7 5

.7,40

lOoi 1,1,91._ f 0 997 10.5" 1 1,1 1. - . 2

_,

4 _. • • up - . , • .up . -f " of: D;~&

=

1,00 2.;0 .~,mf

}Je faktOor f is een funktie van He . Bij Re) / o is f <l.

Me t trial en error is berekend da t Re

=

600

en f

=

0,3 volooet.

-

s

~

[~

/ 'L

Irue s D'I~ '- - 1,002.10 .1, 102 . 10

=

2.2.L§ _ 2 p - 0,3 lOGO - 44 , • lip

=

0,163 Lnchea

=

4,14 mmo (l ~ .é-:

K+

r .(

,

j/

\J , .

4-eY:

,J)~?

I

vP

.

'('" \Q/cY"/

~"

~

//

~

\

~/ / /

,

-

19-• , 1 1 .... .. : tabel uit-3.2. en o m-uit hoor' c-2 ( l{e

<

5CC (21c)

Voor de ber-ekem r.g van Ge t;rootte var, c e ëeeltjes ci e woreei.

uitge blazen geld t de l'ormul e :

v

= 0,

15

~

.

~,/~

/.

jl

:

: l

ll,' (li.At -

f

:. ]

y,-;\"1.+.'i)

"'~/'-I

~

,,"~i(l

~

..

/~'~"'

s

Le ze f o rnru.Le st aat J..1; l'.J.(o,el s e eel,.hel:eL. :

g

e

=

32,2

v

=

lineaire gassnelheid .01' maxima l e uitblaassnelhei d

v

=

~

=

~

=

7,75 m. s e ë '

=

26,2 ft . s e ë ' .

",1

11./ a116.1 2,62 = 0,152.32,2 .(210)' Dp~,1'" (O, O~ fVl~ (O,Û4)~ I.~~ • "-LIl' -t'/~" "l~) -vSOlt) ')11./ 4,.. .10 ' ~. .i .10' r .26 2 = Lp = ~'fi-Ir~:::--:~~....&.::-~~~-::-i~~~ 0, 2.; ,2 2' .10~j't'. ,1i"~ 0" "'" 6 6 -3 % = _ö,151, 69_{~.2,30. 1,6 ~9.3,7}. l , 485~2 . 2.10 - 2

_-

_,

91 1

_.

0--

_{- ,}

0 0593 ' h 1 5 1nc

= ,

mmo

De gemi ddel oe d~ e l t j e sdi ame t e r is dus 4 mm, terwi jl ce el t j e s

klei ner dan li mm worden uitge blazen. ~

-5.1.3. Koeling van het gefl u!à i s e erd e bed

Warmte ont ikkeli ng in de reakt or

De warmteontwikkeling in de reaktor is in de volgende

gewerkt. De reaktiewarmten zij n gen omen uit hoof dstuk ge r ekend in kJ. mor

'• De omgezette massastromen volgen

stuk 4.3.3. Verder stelt G voor: H~O + CO~ .

X ~ F X ~ G X~T F~G T ~ F

4,443 1,090 0,236 0,006 0, 236 mol.sec~)

1160 4380 320 3230 834 kJ.mol~

5160 4780 . 80 20 200

k

W

De totale warmteproduktie is 10.240 kW. .

Uit de warmtebalans van de hele reaktorsektie blijkt dat voor het

opwarmen van het bi nnen t r edend e reaktorgas 2330 kWnodi g is.

De ko ling in het bed moet àu s 7910 k~ verwerken.

:E' rtiële warmteover drachtscoëfficie nten

ot-bed Lus: • 1

L

I

~ I

Voor het bed bestaat d~ volgende' korrelatie van kental n: (24)

, 0 . -~/l ~

$'

.J

N

u

=

,045.

tie .Gr • ~p 4,1~.10 m dL" d A 95 4 14 10-J ~ ::3,4 10 sec.m'"· Re = nn· 11 = ;r'

;;!:to·

= 602

!w

=3, 3 rJJkg.~~J

t'l

J ~ ~ /j/.I-'-'--=0,6 5 kg.m _I Gr ~ ! p (4~14) .101 .9.81 ~1I=4,95 ~ g.JIil800

= "(j" • kat./ flui dum = 3,4 ) .10-70 • ~ =5/J l.IÖ m-I • ~C-I

• 3,36.10J .0,645 = 1,3.10' (zie

g

~~

l

î ek)

o<D 5 97 10~L -I. .~/l. ;.I.r'

Nu =

A ·

Dus : ~

=

4: 14 : 10-$ • 4,5 .10 .(602) .(1,3.10)'

. -2."-1

..

I

-20-_fJ,."<-J

r{01~ /

Omdat de korrelatie een fout van 20~ heeft, wordt voor de ~ in de

berekeningen gen omen : 640 W.m-z•

oe-'

.

oC-zout

Voor de berekening van de ~ aan de zoutzijde is de kprrelati~ g

e-kozen die bes1-t tussen Re en het produkt (I.;u)

is-rt.

(~ )-~/.

De ve rhoudLngLr;)= 1 voor turbulente stromin g. ""

Voor Re

=

3.1 is het produkt gel i j k aan 100. (25b)

o( Do All.On -.1. Dus: ~ • (~) j

=

100. D~ van 1" pijp: 0,0207 m 1.7.10 .1.56.10 ; 0. 60 6 ~genschalr.en~v~~.pet zou t : 0(

=

100.(

0,606

)

•

0,0207 ~ = OJ606 !i~.m • C -t. -l <>," Af= 1,7~10 ,1\ ••sec__im 4 _ 1 ~ = 4800 W.m • C • cp= 1,5b.10 u.kg . C (4f)

-Wa rmt eove rd r a ch t door straling

Voor de warmtestroomàichthei d ge ldt de formule:

~ ( /.I " ) (I . )-1 ( - )

~st"=u. 'T. -Tl. . -;-+ö-1_{, ol} 25d

Gegevens: al = absorptiecoëfficient buis: 0,7

at. = " bed : 0,9

6 = 5, 75 . 10 W. m-t_{•°K-'" (25d)}

T,

=

temperatuur van het bed

=

490'b

=

7630J\

TL

=

gemidd el de temperatuur van de bui s

=

300 °C

=

573°K

f t" !:' ," -/ - t

~st"

=

5,75.(7,63 - 5, 73 ) •

(J

+;;

-1) 9= 8, 6 kW.m •

1

Koeloppervlak in het bed

Schematische voorstelling van een pijp befl dzijde:d 49' 0°C

zoutzijde: 250 - 300°C

bTl g

=

240 ~90

=

217°C

ln

I90

De op te nemen warmte stroom is ~w = 7910 kW.

De 1 1 1 1 1 -::-5.:,.44i:"l01:--o;~

U i s:

TI

= ~bed + ~zout

=

b4ö

+ 4800

=

3,07.iot

-L

0,...,

-'

U

=

560 W.m • ~ •

De warplt ebalans is: ~w = 1.).A. rrl g + ~st". A

7910.101= A.(560

_x217

+ 860 0)

Aantal pijpen

Een 1" pijp heeft een uitwendig oppervlak van 0,0838 m1. per meter pijp

(3j).

Het bed is 2,41 m hoog, dus het oppervlak per pijp is 0,202 m~.

A tal .. ° 61 302 ' .

an pa jpen J.S: 0, 20 2 = pa jpen , _'I '1.

He t oppervlak van de uitwen di ge door sne de van de

P

1JP

is:5,48.10 m •

ue

vergroting van het oppervlak van èe doo r sn~à e van de reaktor

door plaatsing van de pijpen i s: 302.5,48.10-~ 0,17 m~. 1

He t totale oppervlak van bed en pijp en word t d~+0 , 17 = 4 , 7 3 m •

~e bi nn endi amet e r van de reaktor is dan: 2,45 m.

.

-

-21-5.L

I.

Warmtebalans van de reaktor ekti'e

De in de reaktorsektie voorkomende massastromen zijn schematisch eergegeven.

J

• '" J

de stoom zijn afgelezen

{j.,f/._ T = Fm .rA. • C • • 0,668.1~46.110

=

21 0

=

~mI stoom .~ s , ~ I bar: Ah115= 2160 kJ.kg ,. bar: DH

=

1900 kJ.kg-. van: .AT = 350 - 215

o

e

AHól1

=

350 kJ.'kg~l.

Turbi-ne-expansie tot x = 0, 8 5 , T = 50 °C, }=O,llb3.r:AHc 910 kJ.kg-'.

Voorverwarming van A en T in VV van 20 t; tot 130 °C

Voorverwarming ge beurt met lagedruk stoom van 135°C en 3 bar. lJe

massastroom volgt ui t bijlage 3.

~e soortelijke warmte van het X en T volgt uit grafiek 12b bij een

temperatuur van 75 ·C.

Wanntebalans: ~m.stoom • QHI~s

De verschillende' enthalpieverhoudingen van

. uit een Mol l i e r - di a gr am voor stoom.(35b).

In VV en k is voor verdamping bij 135QC,

3

In HIJ is voor verdamping bij 215 °C,19

-22-430°C 196

o

e

6830 kW.

=

:: ~ml.:: 3, 53 kg. sec

_I

.

Y'm:~ 0,03 kgsaec", Tt.. ~w max

=

moet worden om de balans

~: ~w,opwarming = 22,6.(490-402).1,17

de af te voeren warmte is: 7910 kW.

1ill..:

7910::

~

1.[~tl~+4,19.(21

5-~35))

~: 3,53.4,19.(135-50) :: (~ml-~m\ ).2160

~w partieel kondensor:: 60 kW.

" I .

~m. is de stoomstroom die gekondenseerd

sluitend te maken.

Het a~~araat aangegeven met WW is een LjUngström warmtewi selaar.

De efficientie van di t apparaat ~s ge s t el d op 90% (4g).

D• •z. dat d warmtewisselaar 9~ van de in het aanwezige

tempe-ra t uur verschil, beschikbare warmte uitwisselt.

~w eff :: 0,, 9.~wI max'

De soorteli jke warmten der in de balans voorkoaende stofstromen

zi j n berekend in bijlage 8 en getekend in grafiek 12a. •

De berekening verloopt als volgt:

algemene formule is: ~w

::

cp. T' ~m.

!!:

~w eff :: 1,10.(402-147).21, 9 = 6140 kW

~Tmax

::

T4 -147 = 6820 :: 283°C

... 21,9.1,10

6140

ö

T

::

Tl

-T

j ::

22,6.1,16

=

234

°C

~: ~

~.350::

(

U2-130).0,66

8.2,09

~IJt,·~w

= 380 kW;

~m

3=

1,08 kg.sec-'•

QYQ:

(~ml + 1,08).350

=

22,6(490-430 ).1,20 ~w =1610 kW; ~m

=

3,53 kgs sec"• .t

,K

:

(~ml + 0,05).GH1SS":: (196-140).22, 6.1,12 ~ =1430 kW; ~ = 0,61 kg. sec" • I =2330 kW. I It i I 1 I.-I, 1 -I ~

3.

Kompressor

De kompr Bsor komprimeert het gas van 1 bar tot 2,05 bar.

De temperatuur neemt toe van 70°C

=

343°K tot T •

Nu i B:.6 T:: X. 343

o

.x.

= 0, 225 (3f)

T ::

70 +

A

T ::

147

c

.

• ", I

volgen de formule gegeven.

lf

ii

~

~

5.4 Cyklonen

In (4b) is voor de afmeting- bepaling de

(zie voor symbolen de schets)

~v ~

vc.Hc.Bc = vc'

~

•

~

:: v c'

~

•

Q~~'

- 1 I.NJ~

Me e s t gebruikte gasBne1heuen zijn: 6-21 m. s e c •~ ~

Kies Vc :: 21 mvsec ", l)

j~" ~~

~'~r

o-

t;l~

D

_c

::

/~

::

8

' ~f , 3

::

3.,,66 m,

~tt

t:

~

Bepaling van äe grootte der de el t j e s

(Dp

cut

=

D

_{pc ) , we1}he veor

de helft worden af escheiden.

r---....~---,

..

....

-23-,

Ne is een dimenzieloze faktor, di e

spiraal bewegi ngen die de gasstroom

Voor deze cyk100n is 1e

=

5.

Jj9

2

D

_C

_'

_'

Dpc

3~C.

TT

~v(

5

s

-

g)

I

/9 . 34.10·'.

2

66

~

\

=

V

; 20.n . 35, 3t 3360-0 , 51

=

betrekking heeft op he t aantal

uitvoert.

,

r -

\

\ '1 , 50 . 1 0.2

1,190.106' •

~

I I " I D_pc

=

11,2;.

Via een ~e l f è e schu4z eef worden de gr ot e deeltjes we er in de reak to r

teruggevoerd.

Om ook de fijnere stofdeel tjes af te scheiden kunnen eer. aar.tal. paral l el geschake lde cyklonen dienen. 1;e berekening hierv an ver

-loop t anal oog •.

Een andere oplossing is de plaatsing van een Cot t r el l -af sch e id er.

I

I

'

--T -- _T , , -_.. . _- ; \<--0,--.>4 l\ ~ ~ ~c. lt Of, Qs 1 ----De ---- L( •tD( ':Ir : 0, t 7ï -Ze , i o , !. _{\ Je} ~ Oe \ '1 ol 7.e

- 2'

-6.

vESD

B

L1MATI ESBKT1E

₁

1\11 , I.-I I~ I

i

~ 6.1. Algemeen

De afscheiding van F uit het }roduktgas is mogelijk door fysische

-of chemische absorptie en door koeling.

De absorptie is ni et aantrekkelijk omdat F eer van het a

bsorptie-materiaal moet worden ge s ch ei üen en er sprake moet zijn van een selektieve absor}tie.

De koeling is mogelijk door:

1. koeling aan koel oppervlak

a. pijpen en platen

b. knikkers, deeltjes (Cowper toren, fluia bed)

c. gasbellen in koude, inerte vloeistof

2. kompressie, koeling en expansie van de gasstroom

3.

menging met koude ga s s t r oom

Voor de produktiewinning is methode

3,

als de eenvo udi gste, gek oz en .

Een semi-technisch onderzoek van de de subl i mat i e van F door mengi ng van gasstromen m~t verschillende temperat uur , di ent bij de be r ek

e-ni ng van de de sub l ima t i e t or en als achtergrond. (23)

6.2 Be schr~ j ving en ber eken ing ~~-{"J.;

De de sublima t i et or en is rechthoeki g van vorm. De dode hoeken binnen zijn afgerond. Bov en in de toren worden de arme en koud e gass troQm gemengd en beneden wordt F kontinu afgevoerd door middel van een loodrecht op de stroomrichtin g lopen d filter. He t geb rui k van een

cykloon voor de vast- gas schei di ng i s ni et verstandi g vanwege

aan-koek en , zoals blij kt uit een ver slag van een bezoek aan de Synr é s .

(33)

v

e

toren is voorzien van een warmte-isolatie en verde r aan de binnenzijde gl ad af gewerkt.

~e werkir.g van de toren is a1nankelij~ va n de afkoe ling en àu s van de temperatuur van het gas van d~ tgang van de toren. ,

De verhouding van de te mengen stromen is ongeveer 1:1 om een te

gr ot e volumestroom tegen te gaan . De temperatuur van het pro dukt-ga s is 140 C omdat geen F vantevoren mag desub limeren. De temp

era-tuur van het koelgas is O·C zonder ijsvorming. Hi erdo or behoe f t

geen smeltwarmte ont trokke n te worden.

De efficientie van de in de litera t uur vermel de desu bl i matie kwam

tot 92 à 98% bi j temperaturen van: produk t gas 160°C en koelgas 16°C, verhouding van de stromen is 1:1,5.

Bi j de berekening van ce toren is uitge gaan van een eind tem~era­

tuur van 70 °C om aannemelijk te maken dat de efficien tie 95~ is.

De berekening hiervan is als volgt:

P

F

bij 70°C

=

0, 05 mm Hg (29 )

De sto fstroom uit de de subl imat i etor en is: 1,54 ~ol ~ sec- 1 ()

(zi e ma s sabal ans bij l age 3)

o

05 -/

lie F-stro'Om àie de reak/tor verlaat is dan : 7W.l,54. 148=0, C:1 5 kg~

De F- str oom die de de sublimatieto r en wordt binnenge voerd i s (zie bijlage 3) Q,7 l 2 kg. s e c ' . Dus theoretisch zou ongeveer 2% de

toren verlaten. Rekening houdend met een verlies door mee s l euring

tengev olge van de ni et ide ale we rking van het fi ltergaas en

OI

"-vol leaige menging, i s voor de toren een el fic ie nt ie aarlgehoucen

"'" I

I •

-25-HOR.. DOORsN,

Y

J./IVA.hR »e

S

vt3L1Iv1AT/~rOR.EN

De volumestroom in de toren is berekend op de uitgangstemperatuur

70°C. De druk in de toren is nagenoeg atmosferisch. 3

1 kmol gas van 1 bar en O~C heeft een volume van

22,4

m •

Bij 70°0 is het volume van 1 krool:

22,4.~

=

28,2

mJ•

Dus de vol'umestroom is: ~~ = 1,54.28,2

=

43,3 m3.sec-l•

De verblijf tijd in èe toren is 10 sec. (29)

De lineaire gassnelheid v is 0,60 m.seè' • 3

Dan is: het volume: V = ~v.r

=

43,3.10

=

433

m •

het bodemoppervlak: 0

=

~

=

~

=

72,2

m2•

lengte is 12 m, breedte is 6 m, hoogte is 6 m.

Om geen abrupte overgang te krijgen tussen menger en toren is deze

overgang gel ei del i j k uitgevoerd met een verlopend tussenstuk. In

deze sclluine wand zijn vlak bij de plaats waar de gemengde

gasstro-men binner~omen, sproeiers voor waterverneveling geplaatst die

noodzakelijk zijn voor de afkoeling. De waterdruk di e bi j een goec e

verneveling behoort, bedraagt ongev e er 30 à 50 bar.

Het filtergaas,ond r in de toren aange bracht, loopt in de le

ngte-riehting van de toren; e.e.a. is in een schets verduidelijkt.

Een goede menging van de gasstromen is van belang voor

warmte-overdracht en kiemvorming. Hiervoor is ge da ch t aan een gasmenger

uitgevoerd als een radiaal werkende turbine-ventilator, waarna '~ I

nog nkel af isselend geplaatste schotten worden gepasseerd·"ll ~_h

(zie schets) -I)~.J.J..'0>"'"

,I,;,,) v . ~' I ~ODvl< __ _ , _ _ /<ou~ . ~

.>

:

I (j~ - - LVCfiT

V

.1)

/

~~

~. I

+

.

"

, ,:: '. "-'". '\ • 'I) / i ;I