22
It
laboratorium voor Chemische Technologie
LA
5
0RATORIUI
,:
VOeR cnm
,l
IECI-I2 TSCENOLCGIE
De
r~generatievan
?eitsvloei~tof met behulp va!1
een
fluïd-bed-re
actor.
Procesvoorontwerp
v
an
A.F.
v
a
n Coststroom.
r
nmCUD
2.
Ko~tebeschrijving van
het
~eitsproces.3.
De
zoutzuurbeitsing.
4. Regeneratieprocessen.
4.1.Processen
Bet
vooraf
gaa
nde
precipitatie.
4.2.Froces
s
en
zonder precipitatie.
5.
~erekenine;v
a
n het Lur
g
iproces •
. 5.1.He"t
Jll'oces.
5.2..
13epa
lin
g
v
8.
n de
wa:çmtebalans
over de reactor.
5.
3
~Bepa
l i n
8
v
an
de
warmte
bal
c
,ns over de
pre'évaI
J
ora
t
or
•
. 5.4.
~epalincv
an
S
en
y.
5.5.
B
erekenin
g
v
a
n
de
af
rr.
etin
g
V2
.
n de reactor.
5.6.
Berekening
van de preëvaporator.
5.7.
B
erekenin
g
van de adiabati
sche
absorber.
5~8.
De
warrüte- en
massabalans.
6. Evaluati e
6.1.
Globale economische ev
a
lu
at
ie.
6.2. Vergelijl
:
in
g
van het lur
g
irroces met het
RUthnerproces.
7 .Lij
st
v
a
n
g
ebruikte
symbolen.
8.
Lijst van
0
eraadplee
gd
e literatuur.
I
,.
1.
INLEIDING.
Het door
de
hoogovens
gep
roduceerde
plaatstaal moet alvorens
het koudgewalst
ka
n
worden
tot
blik,
eventueel
gevolgd door
een vertinning
, behandeld
worden met
een
zuur, waardoor
de
gevormde
ijzeroxiden oplossen en
weer
een
schoon
oppervl
a
k
ontstaat.
I
D~
oXidelaag zou
immers bij het
walsen
in het ijzer
worden
I
I
geperst, zodat
onregelmatigheden en vervormingen zouden
ont-staan.
2.
KORTE
l3ESCHRIJVING VAN HET
BEITSPROCES.
Het ijzer kan
op
diverse
manieren
in cont
a
ct
worden gebracht
met het zuur. Dit gebeurd onder
meer
in horizontale baden
bij
de
bei
tsine
met
zwavelzuur en
tegenwoordig ook
veel in
verti-cale sproei
torens bij
de zoutzuurbei tsing, het zuur \vordt
hier tegen het ijzer
aangespoten.
De verblijf tijd in de
beitserij
wordt
grotendeels
bepaald door
de temperatuur van het beitszuur, voor zoutzuur is dit
meestal
60
o
C. , voor
zwavelzuur
100
o
C. In mindere mate is de
zuurcon-centrntie,
10-15
%,
hiervoor bepalend.
Na het zuurbad volgt een deaktivering in een loo
g
bad, en een
spoelinG
in een waterbad.
De beitstijd voor zoutzuur bedraagt rond 30 sec.
Met
de
toen~evan de bei tscapaci tei t
Y{erd
het probleea van
de lozinc van de restconcen
t
ratiezVlavelzuur en het
ijzers1J~-faat een steeds
groter
~robleemen ging
men
op
zoek
naar
reee~neratiemocelijkheden vo
o
r deze
af'valprodukten.
Een bevredieenà proces io
hiel~cornooit
gevonden,
het
conwer-eicel meest
aantl'ekkelijk
was neutralisatie van het zuur met
ol
,.
.~
kalk.
Het geheel v/erd
dan ofwel in
water
Gel
oosd of\'
/
el in
diepe
putten.
3.DE
ZOUTZU1TRBEITSING.
De
,
laatste jaren vindt de
toepassine
van
zoutzuur
steeds
meer plaat s.
I
I
Reden hiervoor zijn de vol
g
ende voordelen.
I I
I
-
!
In te
g
enstelling tot bij de zVlavelzuurbei
tsing
zijn
G
een
I '
scalebreakers
1 Inodig voor het breken van de oxidehuid,
dit
geeft
ook
geen
versteviging
als gevolg
van de
daar-door optred end e vervormin
g
.
- De
gebruikte
verticale torens nemen een veel kleinere
plaats-in.
('\
,.'J
r \..~ .... '. ' ' ...-
Bij
een stop treedt bij
2',wavelzuur:J
ei tsing in de baden
ovel~bei
tsing
op,
bij
de sl
,
roei torens
wordt
de zuurtoevoer
dichtr;edraai d.
Praktisch al het ijzer kan
worden
terugeewonnen.
- Het oppervlak wordt schoner dan bij zwavelzuurbeitsin
g
,
waar
het moeilijk oplosbare ijzer(II)sulfaat
op
het metaal
achter-blijft.
1
-
De oxiden reageren snel met zoutzuur, het metaal langzaam.
~
bij
z'1l8velzuur
is dit precies andersom.
- Vo
o
ral bij zoutzuurbeitsing is de beitssnelheid over een
groot concentratie-gebied constant,
zodat
weinig bijgeregeld
4.
REGEIERATIE1
'
RCCEé:
~~EN.In de
Ij.
teratuur worden
vele
proce ssen be schreven, e;lo baal
kunnen
we deze
in
twee
groepen
verdelen .
.
'
.1,
Die
processen
wa~rin
het
cevormde
ijzer(II)chloride eerst
~
111'...'
wordt ger
1
recipi
teerd,
afgescheiden
en vervolgens
wordt
omgezet
tot
ijzertrioxide .
\ . "'"'. , I.
\t
.
'.-~"
,.J~} \
• 2. Die processen
wa~rde
te
regenereren vloeistof in
reactor
~
wordt
eebracht.
4.1.
De
aan
het proces
onttrok:-~envloei stof
wordt
na8r een
koeler geleid, vmar mede
door inleiding van
op
een andere
plaats
vri
j komend
zoutzuurgo.s, het ij zer
(11)
chloride neerslaat.
Door I.uddel
VcU'leen centrifuge
v.'ordt
di
t afgescheiden,
en in
een raaster
geoxideerd
.
Het vrijkomend zoutzuurgas
wordt
in
,'~
een
gepak
t
e kolom
geabsorbeerd. Dit
kan
gebeuren met
water
tot zuiver zoutzuu
'
r
of net een andere
portie bei
tsvloei
stof
tot een verrijkt
zuur.
(2),
(3).
4.2.
Bij
processen waarbij de bei tENloeistof in de reactor
wordt f;eleid kunnen
Vievier belangrijke processen
onderschei-à
en.
• :1 •
• 2.
.3 .
Het Haveg-proce s.
(tl),
zie ijlae;e.1..
b
"T" . . , - - --,'.
~
i
Het Dravo-C.)rperat:.on-proces.
(s),
zie bijlage
11 •
Het RUthner-pro
ces. (6),
zie
bijlage
III.
~
\
4.2.4.
HET LURGIPROCES.
Het
cent:"~UI:lvan di t
proces
is een" fluïde bed "-reactor
waarin bij een temperatuur van 800
0C. het ijzer(II)chloride
met
stoom en
zuurstof
reageert tot ijzertrioxide
en zoutzuur
volgens
Het ijzeroxide
wordt
door middel van een cycloon
afgescheiden
en het
zoutzuur
g
as gaat
samen
Bet
de verbrandingsgassen
n
a
ar
de " preëvaporator
1Iwaar
een
ged
e
elte
van
de
spent
pielde
liquor wordt verdampt. De in"
het
eas
aanwezige
zoutzuur wordt
geabsorbeerd
in een
andere
portie beitsvloeistof.
Dit
vindt
plaats in een
adiabatische
absorber
gevolgd
door
een
waste-scrubber. De
verrijkte
bei tsvloei
stof wordt teru
gg
evoerd
naa
r
het beitsproces.
De onderuit de
pre~vaporatorkomende geconcentreeide
vloeistof
5.
BEREKENInG
V
A
N
HET I
J
URGI-FROCE
S
.
:Bij het ont\'lerp is ui
tcecaan
v
on een
bei tscapaci tei
t
vnn
één
miljoen
ton
per
jaar. Dit komt ongeveer
overeen met
de
capnci tei
t
van
de Koninklijke
Nederlandse
Hoogovens en
Staal-fabriel~en
N.
V. in IJmuiden.
1
•
Bij
e
?
n bezetting van
80
%
vrat
overeenkomt
met
8000
produktie-"
~
I
u~en per
jaar,
betekent
dit een doorzet van
125
ton
beitseoed
per uur.
@, 9/ '
~
100i:;
VolGens literatuuropgaven varieert het zuurge1Jruik per ton
staal van 4 -6 kg
.
(
.~
"-'
5k;
'jJolvC/\~~)
Ditkomt neer op een regeneratie(!),paciteit van
+
600
kg
Hel
per
uur,
wat
bij een
zuurconcentratie
van
10
%
neerkomt op een
doorzet van
6000
I of
6
m
3
beitsvloeistof
per
uur.
utt de door Lurgi
opgegeven
concentra
ties konden de volgende
massastromen
worden
berekend.
Voor een
verkl!:1rinC'
?
~van de n81Ilen zie het flo'Tlsheet van het
G
proces fig. ,
.
1.
A
/
B+C
D
E
F
G
H
I
H
2
0
31360
6000
25300
6000
2400
31300
2400
?400
Hel
3130
600
2530
1226
313
3756
939
939
Fe
2500
480
2020
-
480
2020
480
-HCl eq .
3260
626
2634
-
626
2634
-
-Voor de concentratie s t.
ON.water geeft dit in
~
L
HCI
10
10
10
20,4-
13
12
39
39
Fe
8
8
8
-
20
6,5
20
-T,
oe
60
60
60
120
100
90
800
800
Dit is nog exclusief de stcftoe- en afvoer als
gevole
van de
5 •
1
HET J?R
oe
ES.
Stro
om
A k
o
mt
ui
t
de
o
ps
l
acte,nl(
v
an
de
be
i
tsvloei
s
tof,
en
splitst
zich
in
een aantal
stro~en:stroom TI
wordt onderin
dePre~vaporatorge
voerd en vormd
s
ame
n
m
et de uit
fJtroom
C
afk
o
mstig
e fer
ri
chloride
de aan
dit
zout
ge
conc
en
tre
er
de
stroom
F
.
stl"oo
m
e
worot bo
venin
de
verd.
amper ge
voerd, en
v
J
ordt
dOOl
'
de hete, uit de
reactor
afkomst
i
g
e
gassen
verdamp
'\:;
, en vor
m
t
met dezelfde
0assen s.
tro
om
E.
stro
om
D
vlordt
na
a
r
de
,
abs
o
r
ber
ge
voerd en vormt
het 2.bsorbens
voo
r
het
in de
:::-eactor
ge
vo
rmde z
outzuur.
\ '
In
de reactor
waar
in
gefl
uïdis
e
::':
l'd
zand de rol
v
an YI8.rm
te-
~'
.
'
(r-~
-
AI')
overdra
ger
s1
)
8el
t,
vlordt
do
or
ver
bra
ndin
g
v
a
n
aard
ga
s
de
~~"
',
./ cJ
J
1_temper
a
tuu
.l'
op
800
0C
geho
uden.
Deze
warm
te i
s
direc
t
nodig
\
lom
stro
o
m
F
en
de
verbr
a
ndin
gsgass
en op deze temper
a
tuur te
bren
g
en
en
indirect om
stroom
e
te verdampen.
Het
ge
vor
m
de ijzeroxide
kan weer
t
erug
ge
voerd n
aar
de
P
ellet-.
ofsinterf
ariek
en vervol
g
en
:::;
n
aar
de hoo
g
ovens.
Het vrij
g
ekomen zoutz'uur
gas w
ordt in een
adiabati sche
8.bsorber
weer teru
g
g
ebracht
in de beitsvloeistof.
De
bij
het
oplossen
van het
ga
s vrijkomende
warmte
w
ordt niet
afgevoerd
do
o
r
koelwater
,
maar
do
o
r
de verdampin
g
van
water.
Een
g
edeelte V
8.
n d
a
t verdampte
water w
or
d
t evenalLs een
rest-concentratie
zoutzuur teruggewonnen
in de
scrubber.
De voorve
rdar2.
per bren
g
t
stroOl
!:.
C in rechtstreeks contact met
.
de hete gassen van stroom I, dit is
warmte-economisch gezien
erg
G
un
s
tig, omdat de
g
root
st
e
hoeveelheid WBI'l:J.te
wor
dt
g
ebruikt
voor de verdamping van
yvater
uit de processtromen, en
een hOGe
het intermediate FeC1
3
te voorkomen, en de
rea
ctiesnel
he
id
voldoende hoog te
meken
.
Na
verrijkin
g
wordt de bei ts'VloeiEltof terugt:evoerd naar de
bei tserij.
5.2.
J3EPALn~GVAN DE
\'U.m
.
lTE3ALANS
OVER
DE
RE.ACTC'R
.
ne volgende
btllans
is op te
stellen:
Hierin
is:
F"T
l~.+
+
Q
:
de ver
brandingswarmt
e v
a
n
het aardeas.
AH r ,1073 :
de reactie0armte bij
800
0C.
TIN
de enth
alpie
v
an
de
in
ee
voerde lucht.
HO
de
enthalpie
v
an
de
ingevoer
(
e aard
gas
=
])e voeding
VOOTde
reactor
komt onder het
koekpunt
van de
o
oplossing binnen
T
=
100
C.
Voor de
gebruikte
enthalpi~ën
zie
tabel
(1),
deze werden bepaald
met
behulp
v
a
n de Ther
E
odynaro.ical
Tabl-es
van Janaf.. (c9),.bijl
ag
en
V.
·
·D:
De enthalpie van een
stroom 'nerd berekend al
s vol
g
t:
H",O
~HCl
FeCl~H.
= ].P
m
•
1000/1'.1 •
Im
1000/1.1
2400
1 000/18
313
1000/36,5
1060
1000/127
H
n
= -
t1r~·7
K
J
/hr.
"H
=
~
H.
I ] .o
0Hm-H~qR
Hi
r, ~,
85
781
I-::
72,3
-
618
""'é~
75,7
f?- 631
-
-5.2.2.
De
beEchiJcbare
lucht heeft
een ter!ll
:
eratuur
v
a
n
25
0C
en een
vochti
gh
eid v
an
70
%
=
2,
B
kg.
\'l ~::-tt er
kg.""Troge
lucht
Aangezien we
in
het systeem met
ve
el gro
tere vochti
G
heden
v/erken
w
ordt de
ze wate
rhoeveelheid en
de
da
arm
ee sa
menhange
nde enth
a
l
r
,
ie
verwa
a
rloo
sd.
Cok
de enth
a
lpie v
a
n het ingevoerde
aardgas wordt
vervvaarloosà
_
.
5. 2.4.
Q.
k:ë.Y"'r
'
...:
.
{..
\
1&I-<-~
'"\!lli
.;.
.
-t 0
\C,, .~--<.
De
verbrandingwa
ar~
e
van aardgas
bedraagt
37600
k,J/kg.
di t
komt
neer
op
836
kJ/taol.
In de
warmtebalansen wordt
Q
=
836
y
gesteld, waarin"y gelijk
is aan het aantal verbrande molen
aardgas
per uur.
5.2.5.
Hr
,1073"
Voor de d8.IDpdruk van FeC1
2
vvordt in de literatuur
bij
800
0C
een
waarde
opge
se
ven van
55
rum Hg.
"
Stellen
we
de druk in de reactol"
gelij-)r aan
2
ata,
da~mn
J
",L>-,I~
'
erf.
J.<
r'LeP
-
:-het chloride voorkomen in een concentratie van
3,B
~. ~ \\ t~'.;1<, ?
De in de
reactor
voorkomende concentratie
bedra
E:
gd
slechts
~r
/
,,,r
2
%
,
zodat
we
élannemen dat alle ij zerchloride
gasvormig
aan
"".
rY
wezig is. De
reactie
zal dus in de
gasfase
Alleen het
gevol~de
Fe
2
0
3
(
Tsm
=
1500
0
C )
stof aanvlezi
g
zijn.
=
-
381
kJ/mol Fe
2
0
3
•
Tota
a
l
wordt
om
g
ezet
480
/S
6
• 10
3 •
t
=
4280
mol
Fe 2
0
3
'
hr.
Dus totaal l::omt vrij
aan
reactie
war
mte:
1628 • 10 3
kJ/hr
Uitgevoerd
worden:
.1. de reacti
eprodukten
(de omgezet-'
c
e voeding)
.2. de verbrandin
f,spr
odukten •
• 3.
de
stikstof
en de overma
at
zuurstof.
allen
bij
een temperatuur van
800
0C.
5.2.6.1.
De reactie in
molen
ziet er
als
volgt uit.
+
8560
8560
2140
4280
17120
mol/hr.
hieruit vinden
Vle
dus de voor de reactie oenoàigde
zuurstof
en water.
5.2.6.2.
wanneer
vve
aannemen
dut
aardgas
voor 100
%
uit methaa
d
~(.r'1( ~
en lucht voor
~
ui t zuurstof
krijgen
we de volgende
brandin
gsr
eactie.
ver-
o--.J
. ~
y.CH
4
+
2.S.y.02
+
8.S.y.N 2
=
y.C0 2
+
2.y.H20
+
2(S-1î.y.02
+
8.S.y.N2
Hierin is S de overmac.t aan zuurstof.
,
.rr.JI'
5.2.7. De onder
5.2.
ol
Genoemde vvarmtebalans gaat
dan over
in:
704.y
t
237. S.y
=
9200. 103
kJ/hr.
5.3. BEPALING VAN DE
MLSSABALANS
OVER DE PREEVAPORATOR. (
PEV
).
Deze worden bepa
a
ld door de volgende
stro~en:.1.
Btde voeding (
TB
=
60°C)
.2.
I,
de uit de reactor afkomstige
gassen
na verwijdering
van het ijzeroxide •
• 3.
F,
de voeding voor de reactor •
.
4~E7
de Hel-rijke stroom die na
ar
de
absorber
gaat.
5.3.1. De voeding komt de PEV. binnen
.
op de beitstemperatuur
deze
i~
gelijk
aan 60
0C.
Op dezelfde manier als onder 5.2.1. Derd hier de enthalpie
bepaald, deze is
gelijk
aan
H
B
= -
989 • 103 kJ/hr.
5 • 3 • 2.
Hr
=
HH -
HK
=
99 1 0 • 1 0 3
+
237 ,4 • S. y.
+
1
3
1 ,1
y.
kJ/hr.
H
K
is de enthalpie van het in de cycloon verwijderd ijzerchloride •
5 •
3 • 3.
HF
=
-
447 • 1 0 3
kJ
/hr •
.
5.3.4. Volgens Lurgi i s de -temperatuur vc:n de
ui
t de PEV
komende
gassen
gelijk aan 120°C.
hierUit volgt
HE
=
15720. 103
+
92.y
+
29,2.S.y. kJ/hr.
5.3.5 Dit resu..lteert in de volgende warmtebalans over de
TElT:
Hl =
HF
+
H~
JJofwel,
2Q8.S.y.
t39,3.Y
=
6380 • 103
5.4. Bepaling van S en
y
De vlarmtebalansen over de
reactor
en de
FEv
leveren ons ti'lee
vergelij !ringen met twee onbekenden,' waarui t deze zijn op te
I'
Het
gem
idd
eld
m
olecuul
G8'ii
ich
t
v
a
n stroom H bedro.a
g
t
28
,
we
vinden dus vo
or
d
e
diohtheid v
a
n het
gas
273
•
28
=
-:;"7V
.
---.---,.---1
v7 3
•
'c!.2
,7
en het
gewi
oht v
a
n de
doorgevoerde
hoeveelheid
Ga
s:
G
=
11,
2
0,312
=
3,
49
kg/sec.
5.5.2.
BEPAL
IHG V
Ar:
DE HOC
'
GTEVAN
HE
T
·3
ED.
Hav
e
g gebruikt
voor
hetzelfd
e
pro
ce
s een
turbulato
r
reactor
('-I ).
B
ij
een
react
iete
mpera
t
uur
v
a
n 600
0C
g
e
e
ft men een
verblijf-tijd op v
an
0,2
sec.
Het
ij
zer
o
x
ide
w
ordt
tii
nmedia
tely
sV
i
ept
out
"
sa.men met
de
gasE
;
en.
Wan
neer
w
e
er
van
uit
gaan
d
a
t de
reactiesnelheid bij
800
00.
minstens
e
v
en gro
ot ie, d
an
komen
w
e op
ee~ve
rbl
ijf
tijd van
,/Wo
"Á
"
1 / ) ' wr" )I
r~·
~
4\ \"\~\
Ij~
\ i if...;; " .:-Lv""",,-/ > 'lA "v } v'1073
873
• 0.2
=
0,25
sec
•
.
:JJ-fJ,f'/VVV' U-'"
I~\~,.-.I
\
nJZuJt-I!-IC~wl ~
t., ,ci
Il'-vV"]
t1
~
(!'
~{,
d"9
I.)IV'" vwv/'Houden Vle deze waarde
aan vo
o
r
de
b
ere
ke
nin
g
va het re
a
ctor-volume d
a
n
krijgen
w
e Vb
=
0,25
•
11,2
=
2,7
m
3 •
Dit
zou
re
sul
teren in
een bed met
een
hoogte
v
an
+
0,
5
m.
en een
breedte
v
an
+
-
2,50
lD.Waa
rdoor
niet aan
de ei
s zou
zijn
vold
o.an
d
a
t
D~Lf =
±
2,
of de
gassnelheden
11
zouden
verh
c.og
d
moeten worden
tot
4·
mi
sec.
'---"
\X'y~A;
'JU-1:
Proefberelr
e
nin
g
en hebben
aan
t:e
toond
d
a
t bij e
e
n
-',,-.--
~van
0,5
sec. Vie aan alle
eisen
kunnen
.
3
1
m.,
het reactor volUIiJ
2
5,4
m
5~
5
.3~BZI
.
i\J;ING
VAN
DE
FLUIDISATIETCESTAIJ)
V
AN
HET
:s:
m.
Door
extr
a:p
ol
a
tie
w
erdt voor het
gekozen
fluïdi
so.tiem8.tcriaal
een!
Lf
=
0;
4
0
L
evonden.
(~)
- - - -
-los
s
en. Dit i
s graf
isch
gebe
urd in fi
G
. (1).
Dit levert
S
=
1 ,21
y
=
22,3
•
10
3
mOl/hr
-
35-6
kg/hr
=
50
0
m
"j
-'
hr.
S.y
=
27,0
10
3
mo
ljhr
De
e
evol
gen
hiervan
zijn
vervlerkt in de mass
a
-
en warmtebal
an
sen
fi
g
•
(J )
en (
ft ) •
1
I
i
/
5.
'
5~
BEREKENING
VA
r:~
DE
AFIIETIHG
V
Ar:.
DE
REACTOR.
B
ij de
berekening
is uit
gegaan
v
a
n de vol
gen
de punten.
- het te
fluïdiseren
materia
a
l is round s
a
nd
18
=
0,86
- in ve
rba
nd
met
de
korte reactietijd
en de
gro~eho
e
ve
e
lheid
ga
s
moest
een
keuze gemaakt worden tussen
een ho
g
e
gassnel-heid
en een
breed bed. In ve
rban
d
m
et de
gewens
te com
ra
ctheid
v
a
n
de
install
a
tie is
gek
ozen voor een ho
g
e
gass
nelheid.
hiervoor was nodi
g
dat de diameter van het
g
efluïdiseerd
materiaal
redelijk
groot was;
da
a
rom viel de keus
ol'
deel tj
GElmet-een
Cl
~van1
mrn
met een vri j naune deel tj e
sgrootteverdeling.
~
-p-
",
Î '
{
L
f/Db
=
.:t.
i
/
-
.
- v-"
.
=
-
2
m/
sec. Dit werd vastgesteld na een aantal
proefbere-J.
kenin
g
en.
5.5 •
1 •
BEF AL
n~G
VAN DE TI I
AT.iE TER
VA
N
HET
TIE
n.
Daar noch tijdens de verbranding, noch tijdens de reactie een
grote
volumever
a
ndering 01
:,
treedt
1zal
het volume v
a
n
stroom
H
)D
~
(
al s doorzet
genomen
word en.
Deze bedraagt:
~
\
3~"hrL ~
~
.
4v:=
r
~ ·-3~56
~
103
=
11.2
m3jsec.
~t
.Bij
een
superficiële
snelheid v
a
n
2
.
m/sec.
g
eeft dit Db 2,65
m
=
f
'
G
·
Umf
=
7,
26
.
U
m
f.
U
mf
zal kleiner zijn
dan 1
ru/sec. dus
Re
yk
leiner dan
.J
20.
\'"
y
·e kunnen
d
an
de
vol
Gen
de for
m
ule
toe:p8.si::~envoor de
berekeninG
(
ti
s' dp) 2
0P -
P
g
c
3
.g
af
U
mf
=
s
150
~1
1
- f"mf
=
o ,
33
Ir;
sec.
H '
:tenn
. .
1;vo g voor
1
t
0-\I
mf:
Gmf - Ab •
f
mf • Umf
0f'
g
=
0.226 kg/sec.
Voor deeltjes van 1 mm is
m
te
grafiek van G
f
als
funtie van
aan - 0,6 •
beIJalen
1- .(
te be
p
alen via de
( 10 ).
Dez e i s
g
eli j k
In
grafiek
(S)
is dit uit
e
evoerd, en hieruit is bij
geceven G
f
de
~
berekend.
Deze is eelijk a
8.
n 0,92.
~.5.4.
Dit alles levert voor de reactor de volgende maten op
Db
=
2,65 m
Li
=
1,0
m
D
=
2,65 m
r
---~
5. 6
6BEREKEN
I
N
G
V
A
H
DE
J?EV.
Uit de m
o.s
sab
a
l
a
ns
over d
e
hele inst
a
ll
a
tie
vol
G
t dat
s
troom
13
g
elijk
m
oet zijn a
2
n stro
o
m
F
hieruit
is dus
de
g
rootte van stromen
TI
en
C
te bep
a
len.
In de verd
a
mper wordt strocm
C in
te
ge
nstroom
veraamI
l
t
door
de warr
,
lte V8.n stro
o
m
I,
vla
a
rbij
vv
o
rev
a
n u:itgaan
dat
C geheel
verdc1J1lpt
tot het dihydr
aa
t
v
a
n
ij
zer
(11)
chloride.
Deze
deh;ylttl"8.t
:::
üi
e
verloopt als
volet:
FeCI
2
.4H
2
0
---+FeCI
2
.2H
2
0
-
FeCI
2
·H
2
0
105-115
0C
150-160
0C
Ge
g
evens voor
de
berekening zijn:
.0
v,I
:=11 ,2
m3jsec
•
0
v
,
B
=
0,67. 10-
3
m
3
/sec.
f6
v C
:=1,0
•
10~3
mlsec.
,.
.0
v
,E
:=6,0
m)/sec
•
,0v,F
:=0,67. 10-
3
m
3
/sec.
5.6.
1. 13EREKENII\G V
M7.
DE
DIi\
H
ETER
VAN DE PEV.
Stroom C
wordt
bovenin versproeid in
druppels groter
dan 2
mm
Stellen we
dat de
grootte
van het druppeltje slechts aÎneemt
door
krimp,
dan blijft na droging over:
:=
8.10-
2 •
1]:.
2
3
10-
9
1 28
10
3
163
o
•
. , .
•
127=
-8
5 , 5 . 1 0
l(g.
:=
Gaan
Vleervan uit dat het ontstane
d~ltje
bolvormig
is
-
dan
geldt:
of\vel d
P
-4
=
3,4.
10
m
:=5
,? • r.::10-
8 .
1
Hierui t kunnen
we
nu de
max
imaal
toela
é,-
tbare superficiële
snelheid berekenen.
==
I'
iJ
•
u .
g
'l
g
14,6 U
g
Via de
grafiek
lo
g
C , :::
f (
log
Re
)
werd
do
o
r trial
and
error
Vi
gevonden dat
Um
ax
=
2,5
m
/sec.
Op het
punt waar
de vallende ijzerchloride-deeltjes
het kleinst
zijn,
is de
gassnelheid
het
grootst,
echter
door
de
grotere
dichtheid van
de deeltjes
t.o.v. het
gas zal
dat elka
ar
voor
het
grootste
deel compensere
'
n.
Nemen
we
een
supe:rfici'éle
gassne
lheid van 1,
5
m/sec, dan zal
de
snelheid maximaal
zijn bij
'
de
hete-Gas-inlaat,
namelijk
(
1
_
~~393
• 1,5
:::
2,5
m/s~
_
s
frv-
/
e1.~ NiYli
f~ {'
<>~
L
~
,
'
De deeltjes
Z1...1.1
J
en
dus d
aa
r niet
w
orden op
gehou
den in hun
vleg
omlae,g,
Gebel~rtdit
Vi
el,
dan zullen
ze
bovenin v/eer (xNochtigd
worden,
daardoor
groe
ien
en zal
de valsnelheid
groter Borden.
Bij
Ut
::::1,5
mJ
s
eo.
'
en
Pv~ 1~=
,J.J
<6,0
m
3/sec.
vlord
t de diamet
er
van de verdrup.per
gelijk
aa
n
2,3
m
5
~6
~2.
BERSI0JrUNG
VAN
DE HOOGTE
Vi
\N
DE
PEV.
In andere
soortgelijke
processen
spreekt
men
over
instananeous-ly vaporisin
g
van de vcrs}
)
roeide
druppels.
Voor de droogtijd va
n
vallende druppels in hete
gassen,
te~ïijlkristallisatie optreedt,
geldt
'If,.,-f.,.J p -tP
Iv" l,..yV""" (vIW~
I "
)
2
A'.
1.D "
Tl,T
::: ~~~.-, ~I2
I)
)
Tlc
de volgende correlatie:
, .L-) VI Jfo' _ -.1.1; .~ J,' /" C'''''''vr
)(W
-W)
o ( D
~2
+
c
'
2 ·
r
s
12,
Cl
,
12. k •
At
v
(
fJag.
'
I')~l ~
( // )
.0-ti
'>
~
~
,
~o
') ? '~k
"'V.
~0 ~
Û'~
_
'~"
Hierin heeft het
eerste
lid
betrek~ingop or de
ar
oging van
het
krimpende
d
eeltje, b.et
tweede
deel
g
eeft
de
bijdrage
voorde
drooBtijd bij
constant volume.
We
nemen
a
on
dat
bij
de dro
g
in
g
tot het
dihydra
?
t het eerste
.
lid
8
epalend
is voor de
droogtijd.
Hieruit berekenen we d
a
n een dro
o
gtijd van 0,5
sec.
De
,
over de
kolo
m g
eniddelde v
a
lsnelheid ligt
in de buurt
v:
::
m
I
I .
0,5
mi
Eec.,
de voor de droging benodicc
1e hoogte
bedraagt dus
I I
ongeveer 1
m~De voor de
sproeiers
benodigde ruimte
stellen we
ook op
1
m.,
evenals de
rui
m
te
benodigd
vo
e
r
het opvan
g
en
van
de
ijzer-cllioride-d
e
eltjes.
We
l~omendus op een kolomhoogte van
3m
en
een
diar.c.eter van 2,
3m
f)
.7.
}3EREJilll':n~G VAlT
DE
ADL\3A
rrrSCHE
A:~SOR:l:m.Str~om
E wordt
onderin
de
absorber gevoed
.
Het
zou
t
z
uur
cas
wordt in
te
gens
troom
geabsorbeerd
aan stroom D,
en vormt
stroom
Cr
.De restconc
e
ntr
atie
zoutzuurgaswordt evenals een
gedeelte
van de
a
ls
ge
vo
r:;
V
2
n de
OI
J
losw
8.rmte ge
vor
m
de
stoom
geabsorbeerd
in
de scrubber,
w
aar
bovenin
wa
ter
Ylordt
g
edos
eer
d.
Voor
de
opzet
v
a
n de c
omb
in
a
tie
a
bsorber-scrubber
z
ie
fig.(
6 ).
5.7.1.
De
warm
tebalans.
Over
de combin
a
tie
k
é
m
de vol
g
ende
balans
w
orden or
g
esteld:
==
I
-T+
"M
Over
de
absorber
wordt
een
gemi
ddelaé temperatuur aan
g
enomen
Hierdoor
gaat
de balans over in de vol
ge
nde ver
ge
lijkin
g
:
HI
,.
• .1rr
==
3,7 • 4, 18 • 10
6
=
15,4 .10
6
l:J
/hl~.
HI~
bestaat ui t de
som
van de enthall")ieën van een h
o
eveelheid
'ü
inert
gas
en
stoom.
-
3
8
-
133 .10
•
4
,1
==
555 10
3
kJ/hr.
De re st
Gaat
dus aan stoom naar bui ten, bij een ui
tcan
:.::
s-
. \ ')
o
~Jr)tem
-
peratuur
van
90
C
bedraagt
di
t
5
2
00
kg/hr.
~.
~,~
Teneihde de
maasabalans
over de
g
ehele install
a
tie te laten
kloppen, moet in de
scrubber
een hoeveelheid
water worden
toegevoerd die
gelijk
is aan de verdampte h
o
eveelheid
vermin-de2't
met
de hoeveelheid
vlater
die ontstaat door de verbranding
van het
aardga.s.
.
,
.
5.7.2.
Bij de
absorptie van
Hel
uit
gassen met
een hoog
per-centage inert
[;a2.n ne
ui t van de volgende aannnmen:
-de Vleerstand voor
stO:E-
en vvo.rmteoverdracht
z
ijn
e;eheel celegen
in de
gasfase
(IJ).
- de
stof
en warmteoverdr
a
cht
verlopen
tegelijkertijd.
I
,
- de diffusie van Hel naar het
o
ppervlak
is snelheidsbepalend.
,/ i
-
~enbsorptiev
an
andere
'ëassen
is
te
verwa
2
rlozen.
I
i
G blijft const
ant
over de kolom,evenals L.
!
Ais
:pakkingsmateriaal v/erd
Gen
omen
raschigringen
ven 1
tiomdat
in verb
and
met de lage Hel-concentratie
een
grote
porositeit
en
een
groot
contactoppervl
a
k
nodig zijn.
5.7.3.
Bepa
lin
g
v
an
het
aanta
l
HTU
I Svoor
absorber ên scrubber.
Bi
j lage conc
e!1trati es aan Hel
in
ons geval
±.
10
10
kunnen
we
gebru
ik
maken
van
het
X-Y~diagr2~voor
lage druk, dus bij
76
mID.
])i
t is gebeurd in fig.
(:; ) •
(1'-1)
We zien dat
de
absorber moet bestaan
uit een theoretische
ende
scrubber
uit t
w
ee
theorètische
schotels
moet
bestaan
~
Een
schema
voor de in de installatie optredende concentr
at
ies
vind
men in
fig. (8).
5.7.4.
J3EPAIING
DI
AT.:Es:'3R AJ3S0R
B
ER.
We
nemen
aan
dat
G
constant is en
gelijk
aan
i
E
+
i
hl
=
V
a
nwege
het
hoge
percentage
inert, i
s
de
verhouèin[
elL
erg
I
4
kg,! sec.
hoog, het optimale
werkpunt zal
dus liggen
bij een hoge
gasbelas-tine.
Voor 1"
raschig-ringen
ligt dit
bij
+
4000
kgjm
2
.hr
,
.
•
TIe diameter wordt
dan
2,2
m
Dit betekent
voor
de
vloeistofbelasting
dat
L
=
10142
kv'm
2
.hr
•
.
-'.
5.7.5.
BEPALING
HOOGTE
ABSOR3ER
.
W
e
kunr..en
deze
hoo
tS
te berekenen met
de
fornule:
H
=
k
kunnen we
berekenen
m
et behul
p
v
a
n het
stofoverdracht8-g
g
et
a
l:
jn
=
Sh
(
Re
)-1
(
Sc
)-1/3
k
d
~
1
l
I' .
JJ,q81/3
g
•
~
~
=
.)~IJ
'
G
m•
f ·
d
'Z
k .P . •
11
g
1
9
~
e
~
2/3
G
va,
0,41
1,07
(
-
--
-
f
J.
~
(I
6)
=
=
G
~.3t9~
m
wo
rdt
berekend
uit:
1
1
JlJ/
18=
+
I"
'-A
tIn
b
Hierin h
ebben nA
en
VJ~be
t
r
ekkin
g
op Hel en
NB
en V
Tjstaan
voor de
[~emiddeldewaarde
voor het inert plus
water.
We
vinden d
an
:
-5
2,57 •
1
°
W
e kunnen nu
'Irberekenen uit:
--g
~V8p. Gm~
1c
=
1,07
5
'l
2
kg
=
1,73
mol/m
•
Voor H vinden
we
dan:
H
=
0,11
n:.
0,41
-2/3
G
m
~
I!.
J
;O.,$},.9.:/MB
P.
19
sec.
atm.
( I3)
- - - -- - - -- - - - -- -
-5.7.
6. BEREICEFIITG
V
Al7
DE
SCRU3
}3E
R.
3
innen
redelijke
erenzen kunne
n
vle
aannemen dut k
voor
de
g
scrubter
con8ta~ten
[
elijk znl zijn aan
die v
an
de
absorber.
Verschil
zal wel
o
ptreden
in
de G
m
en in
Pg.
Dit
in aa
nm
erking n
emen
d vol
g
t hieruit voor
H:
G
_ _
m-<,_A
,
= 1'7.
10-
2
ID.kg.a.(pg-p~).s
H
=
Dit komt redelijk overeen
met
het reeds onder
5.7.3.
eevonden
aantal
HTUl
s voor
abso
rber en scrub1er.
Gezien de
grote
G/L-verhouding is het nuttie te controleren
of er Floodin
g
optreedt.
L
=
5180
kg/hr.
=
280
lbs/hr./sq.ft •
.
f
g,A
=
0,841
k€ln
3
=
0,0524
lbs/cu.ft;.
0
=
0,835
G
957
I,J
0,417
-
=
=
~
,
$O.G
Uit fig.
,
(
q)
blijkt nu dat er geen Flooding
o:ptreedt~
(/6)
5.7 .7.
BEREKENING V
A
H :DE DRFKV Al QVER DE A
13
SOK
S
ER
E
~~
SCRUB5ER.
G
957
en
L
214·8
1
bS/hr./ sq. ft.
-
=
=
/J
'
volgt nu dat
p
=
103 H/m
2
.
• ( /6 ) voor de
Voor de
8cub~erwordt
dit:
=
957
en
L
=
280 lbs/hl'./
sq.
ft.
Uit fig.
vq )
absorber.
5.7.8.
Bij
nadere beschouwing van de onder
5.7.5.
en
'5.7.6. gevonden
bedhoogten,
blijkt
dat
een
bedhoo
c
te in
de orde
van 20 cm
bij
een
breedte
van
meer dan 2 meter geen
goed
e
werlcin[';
kan
orTeve-ren. Bij
de
berckeninc
is ir
nm
ers
geen
l-ekenin
c
{;e
houden
met
inloopverschijnselen en de
werkingsf,raad.
Een rUV!e.
schatting
levert
zowel
voor de
élGsorber
a
ls voor
de
scrubber
een bedhoo
g
te van 1
ID.
6.1. GlobCll
e
economische evalu,:ttie.
We
doen dit louter op basis van de proceskosten.
I
aardgas:
362 •
22,~L/16
\
"
.'2.ter
5,18
•
8000
•
-electra (
g
eschat) :
•
BOOO
•
0,07
0,5 0
=
=
=
fJ.
fl
fI
2BOO(~/j['.8r
()
20000 /js.
nl'
30000 /jm
l
r
fl78000 /jQar
retour:
-
zoutzuur: 17,1 .36,5 • BOOO
=
5000 ton/jaar
=
f11,9.10 6/jaar.
- ijzeroxide:
i
4000 ton/jaar
(geSChat)
=
Globac
.
l komt di t neer op een vlinst van 2. 10
6
gulden
per ja
a
r.
-Volgens oPGave van lurgi zouden de installatiekosten in 1966
6
~
1,1 • 10
bedragen, zodat
we
kunnen stellen dat dat nu
onge-veer 2.10
6
zou
zijn
•
..-Afgezien van
manuren
en andere onkosten
kunnen Vle
dus
stellen
-6.2.
Ver
g
elijkin
g
v~nhet Lu
rc
ip
r
oces met het
R
Uthner-proces.
n
ekijken v
v
e de install
a
ti
es
v
e
n de twee
proc
e
ssen, d
a
n
mer-ken we d
a
t daar
J
:Vla a
r
r8.
r
:
:;.
tuur niet zo'
n
g
roet ver[
;
chil
in
zi
t.
Een
ver
g
elijkin
g
z
a
l
dus
moeten
gaa
n over
de oper
a
tiekosten
w
a
t bij
nadere cont
ro
le
ne
e
rko
m
t o
p
de
b
rnnstofko
s
ten.
RUthner
ce
eft een b
ra
nd
s
tofver
,
bruik
op v
a
n
7 -
8
k
g
per ton
gebeitst product.
Ui
t
onze berekenin
g
en vol
g
t
dat
di
t
voor het
Lu!'giproce~;slechts
3
kg
per ton is.
Hierin
is
nog
niet verrekend
het
verlies
door w
a
rmteoverdracht n
aa
r
de omgevin
g
.
S
-
tellen Vle di
t o
p
10
%
d
a
n blijkt
no
g
dat on
g
eveer
5
0
%
o
p
het
branstofverbruik
~
or
d
t
bespaard t.o.v.
het RUthner
p
roces.
Voornamelijk
wordt dit
ve
l'
OOrZ8.
2
.kt
doordat in het laatst
g
enoeBd
pI'oces alle
te re
g
enereren in de reactor
wordt t
;
ebr
a
cht terwijl
symbool
omschrijv
:
i.n
g
eeTl..beid
---_
.
_
.
--
-a
a
1-)
Ab
Db
Dr
D
.
p,l
D
p,c
d
p
G
G
f
G
mf
g
Hr
~
Hr,
1073
Hf,
1073
J
D
k
Ui
tVli
S
f
j
elond
op
p
ervlak per
"<Tolune-eenheid
Srecifiek oppervlak
van een deeltje
Doorsnedo v
a
n het bed
Diameter
v
a
n
het
bed
Diameter v
a
n de re
a
etor
Begindi
n
meter
van het
druppel
tj e
einddi
a
noter
van het
drup~eltjeParticlerhameter
Massastroom
Massastroom
bij
betreffende
fluïdis
a
tie
t
I
assastroom bij minimumfluïdisatie
versnellin
g
van de zwa
c
rtekracht
In
m
Inm
m
kg/mIs
kg/m
2
/s
kg/m
2
/s
m/sec
2
Over te dragen
aantal
molen van component
A
mol.
Enthalpie
.
kJ
Hoogte
DlHoogte van de reactor
m
Reactiewarmte
bij
de
aangegeven
teYi
l
per
8.
tuur
kJ/mol
Vormings8nthalpie bij
aangegeven
temp.
Stofoverdrachtsgetal
Thermische
geleidbaarheid
Partiële stofoverdrachtscoëffidënt
Hoogte van het
gefluïdiseerd
bed
I
'.
Ioleculair gewicht
kJ/mol.
W/m
2
mOl/m2jsecJ
I
a
tr.l.
Dlkg/kmol.
Q
s
C' J >J ii
t
i
Ój}
AD
€
Re
Sh
Sc
Partiële d
r
uk
EvenVlichtsdruk
Druk
Verbrandin
g
sw
a
rmte
Overmaat a
a
n lucht
Op
p
ervlal{ v
a
n een d
vr
ûrsdo
c
rsnede
D
egintemr::eratuur
Eindtemperatuur
Gemidde1
de
temper
a
tuur
sver schil
Flurdisatiesnelh~idl,'
I
inimum fluïdi
satie snelheid
1'II
aximum
to
el
a
a"tb
a
re snelheid
V?lume van het bed
Critisch vochtgeh
a
lte
Uiteindelijk
vocht~ehalteAtomair VOlUIJle
Diffusieco~ffici~nt
