Katalytische oxidatie van SO2 in rookgas

o

b

'

U

_.

'

D

'

1

'0

adres:

..

Laboratorium voor

-.-~ -~~

·

Chemische Technologie

.

_

....

Verslag behorende bij het processchema

van

G.V. Beek en e.G.Voermans

onderwerp: _Y~.r::t_.s_Qg

__

JD __

_

RQ9.kg9_~

___

___

__

~

___

___

.',

B~~lslaan62

RljswUk

Roland

'

Ho

,

lsllaan400

_. , D~lft ,~

.

" datum:

'.;.,. '" l' " ;§~~.r t , .,,'4;, N 'i' ;. • ' W ·.-; ... :"':3r:vIl' .. ·'l.,."Tf~"f"~ • ... , .. "

.

' • /:? , , ' " < ... ~ _.It· '"

.-

...

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

"',

.

ti. ~'i; .... ~. ;, V "

_"

_, > ( .

.'

~, }~'I. "

_"

.

,. .,. .• " t , . .. < • .-... .' , , t .. '". . .'. . ~. T .01 . .

,.

:6 .. ~'ft'~ , , , , '" \~ ~. } , \"'.~ """lI " " l'~. t -e. .. ~ h:8 ... , ... ~ "\

.

" ,

.

"

" ~ .. ~ '\

.

" " ," ' I ' ,~ h, , , ;

"

C

" ' ~ ...

u

' ;

U

0

,',

.,

_,

0

.

.,~

··

U

,:J • ,

,

0

i

D

0

", ..

'

0

.. .

'

0

.

", " ;";n ~ ~'u : ,. ·vtJ ." 't

o

'.,.,' N ·

r

.

l,

[

:

r

'

,l r ' I I l r ' r 1 , 1 , J

[l

Katalytische verwijdering van zwaveldioxide uit rookgas

G===~=======.=============.======.===C=====.==.==.=====

e.G.

Voermans

G. van Beek

.

[

, r , 1 INHOUDSOPGAVE SAMENVATTING·

...

.02 •• 3 • • 9

...

INLEIDING •••••••••••••••••••••••••••• PROCESBESCHRIJVING ••••••••••••••••••••••••••••••• ekonomie 0 • • • • • • • • 0 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

9

het proces •• o • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

9

BEREKENINGEN •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1 2 inleiding •••••••••••••••••••••••••••••••••••• 12 samenstelling van de rookgassen •••••••••••••• 13 elektrostatische precipitatoro •••••••••••••••

15

katalysatorbedo ••••••••••••••••••••••••••••••

19

absorptietoren ••••••••••••••••••••••••••••••• 27 alternatieven voor de apparatuu~ ••••••••••••• 36

GEGEVENS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

37

SYMBOLEN •.••••••••••••••••••••••••••••••

EENHEDEN ••••••••••••••••••••••••••••••••• _{• •}

MASSA EN VlARMTEBALANS

.

.

.

.

.

...

LITERATUUR ••••••••••••••••••••••••••••••

...

APPENDIX ••• 43

• .47

•• 48

..53

A B processeno • • • • • • • absorptietoren •••

.

. .

.

. .

.

.

... .

.55

.64

...

I • L r ' I l ' r '

.

; , )

'1

L j r 1

I

~

l J I l ; 2 -SAMENVATTING

Bij verbranding van zwavelhoudende olie (

4

10

zwavel ) in een 500 MegaVlatt- elektriciteitscentrale komt per sekonde 2,8 kg zwaveldioxide vr1J. Daar dit gas schadelijk is voor de gezond-heid

2~

moet het ui t de rookgasstroom verwijderd worden. Het wordt daarom in een katalysatorbed ( katalysator is gepromoteerd vana-diumpentoxide op drager) bij 450 oe geoxideerd tot zwaveltri-oxide. Vervolgens wordt het zwaveltrioxide geabsorbeerd in 80

%

zwavelzuur bij een temperatuur van 1~ oe, waarbij een totaai rendement van 90

10

gehaald wordt, zodat de milieuverontreiniging wordt gereduceerd tot 10

%

van de oorspronkelijke waarde.

Ekonomisch gezien dient de olie zoveel mogelijk zwavel te bevatten

-1

zodat de zwavelzuurproduktstroom, nu

4

kg.s ,zo groot mogelijk is. De apparatuur is volumineus en kostbaar omdat het materiaal bestand moet zijn of tegen hoge temperaturen of tegen zwavelzuu~ ( onder 200 oe moet roestvrijstaal of zuurvast-gecoated materiaal gebruikt worden.

, , r ' I .l l )

l

l

n

_{l J} l ,

I

1 co 3 -INLEIDING

De literatuur maakt melding van vele mogelijkheden om rookgas

te zuiveren van zwavelhoudende verontreinigingen ( vooral de zwaveloxiden ). Hierbij kan onderscheid gemaakt worden tussen veelbelovende en belangrijke en minder belangrijke processen.

De minder belangrijke processen zijn vermeld en kort beschreven in

appendixA , terwijl hieronder een korte beschrijving volgt van

de vier belangrijkste processen, te weten :

1 dolomietinjektie

2 alkalized alumina

3 reinluft ab-adsorption

4

katalytische oxidatie

( zie figuur

1 )

De kern van dit proces is de absorptie van

zwavel-dioxide aan calciumoxideT en magnesiumoxidedeeltjes welke worden gevormd door meeverbranding van kalksteen met de brandstof. Vervol-gens worden de deeltjes met water gescrubd en een slurry, bestaande uit onoplosbare sulfieten en sulfaten, wordt als produkt afgevoerd.

Alkalized alumina

( zie figuur 2 ) Dit proces gebruikt alkalized alumina (Na

20A1203)

als absorbens en werkt bij 330

°c

in een bewegend bed. Regeneratie

vindt plaats bij 610°C met een reducerend gas ( bijvoorbeeld waterstof of koolmonoxide ) zodat zwavelwaterstof ontstaat. Dit gas wordt in een Claus-fabriek verder verwerkt tot vrij zwavel.

( zie figuur

3 )

Ook dit is een absorptieproces, nu bij 150°C met

aktieve kool in een lan~zaam bewegend bed. Actieve kool is een

katalysator voor oxidatie van zwaveldioxide tot zwaveltrioxide

dat met het aanwezige waterdamp reageert tot

zwavelzuur. De aktieve kool wordt bij 371°C geregenereerd met een

inert gas waarbij zwaveldioxide en kooldioxide vrijkomen welke in ee

I • i L ,

r'

l

r'

l,

f'

l ,

~l

'l

, J

rl

n

n

.. 4

-( zie figuur4, ) De kern van dit proces is de oxidatie van

zwavel-o

dioxide tot zwaveltrioxide bij 450 C door een vanadiumpentoxide katalysator. Wanneer de gassen voldoende afkoelen ontstaat zwavel-zuurmist welke wordt afgevangen in een mistvanger of zoals door ons is berekend wordt het zwaveltrioxide geabsorbeerd door verdund zwavelzuur in een gepakte kolom bij 132 oe.

Voor een uitvoerige studie over ekonomie, technische aspekten ,enz. van deze processen wordt verwezen naar Dennis 26).

::-j

----,

-

---

=---::J

=---.J

\

.

,

---..J ~

" - - -

"

,.... J

~

LlME-'

SI

\

~

t

MILL

J

BOl LER

---,

TO STACK

!::

"

'"

H'

:

~ 1\_ L. "., ~;

600

0

to

M

BUS-TION

~

AIR

270°F

L

AIR

HEATER

HEAT

EXCHANGER

'. ~Î'ë:~·l :· , .. . 1'/////// v_lVI . . ' . _, • • • '.: - -' " ' , ,. O' iA'~SOR'~'''-

\

'

.

V;(Ä,.o"'("t';~··:1 Ö bc.. .. p ':' ""~""

SC RU

~:'

-

":1"'. ,,-,...., '-.\ ~ . /, '1' ... _ --.:o..~ _ "_ .

I

120

0 ';:

!

RECYCLE

MAKE-UP

H20

SETTLING TANK

_{" . r'-..._} SLUDG~

REMOVAL

'"--;;.-Figu're 1. Dolomite injection process- wet scrubbing flow diagram.

\

,..---. r--~

\.

:---J

:=:J :=J l - - - - . J

---.J

=---.J ., ~ - , ) ~. FURNACE 8

BO I

LE R

ABSORBER

625°F

v CONVEYl NG GAS 2 .

Figure 3:. Alkalized alumji1a process flow diagram.

,.---, ,...---.,

~~6~A'WtT

I

HOPPER i CONVEYI NG ! GAS VENT

I

_H2S

~

TO

SULFUR RECOVERY I I V I • I I A.

REGEN-ERATOR

REDUCING GAS Il200°F CONVEYl NG GAS ~ 0\

:--J

::-=J =-=:J =---.J =---.J ~ , ---.J I

FUEL

~ _J " ~ - - - - , ~ , J .---, ...--, j

FlUE GAS 10 STACK

1,

1'"""" A~B--S O-R-B~E~NT---;;:r-.,

BOl LER

REG EN ERATOR

3 x

FINES

Figure~. Reinluft process flow diagram.

220°F

COOLER

290°F

BLO

W

ER

'

~2S04

~

"

t51

1 ₁ ---. ~ ~ ,---. r -J

:--J _ J . ] ==:J ~ FUEL

r---..,

_-' \,.. r -l BO! LER ~

,

.J DUST COLLECTOR ---:J ELECTROSTATIC

PRECI PIT ATO R

i'

V205

~ ~ ---, ,

CATALYST

,

'

t

AIR HEATER

BED

" 90QoF _)ISPOSAL DUST

AI R

>~

COMBUSTION AI

R

H2S04 STG

70-80%

,

4

Figure 2.. Catalytic oxidation flow diagram.

STACK

Î

_-,

250°F

~

, ~~

H2

_S0

4

'

MIST

~....,j!ELlMI-J

NATOR ---, .----.

_---

r Q')

r'

r

n

n

n

n

n

9

-Procesbeschrijving Ekonomie

Wanneer het principe 11 de vervuiler betaalt 11 wet geworden zal zijn

en bekend is hoeveel de vervuiler betaalt bij een bepaalde milieu-verontreinigende emissie, dan is een ekonomische evaluatie van het

proces mogelijk. De onkosten aan extra investering ( circa 40 mil-joen gulden )Jonderhoud,bedrijfskosten en boete zouden tegen de opbrengsten moeten worden uitgezet waarbij de schommelende zwavel-zuurprijs een extra moeilijkheid is. Zoals de zaken nu staan kan een dergelijke investering nooit op ekonomische gronden worden bedongen en draait het verwijderen van zwaveldioxide uit rookgas om één belangrijk punt : zo goed mogelijke verwijdering bij een zo klein mogelijke financiële aderlating.

Het proces aan de hand van het flowschema

Er blijken een aantal apparaten nodig te zijn, buiten die welke in elke normale elektriciteitscentrale voorkomen, voor de katalytische oxidatie van zwaveldioxide tot zwaveltrioxide en de verwijdering van zwaveltrioxide uit het rookgas. Het zijn de volgende apparaten die nieuw zijn voor een elektriciteitscentrale

precipitator katalysatorbed absorptietoren mistvanger

zwavelzuurvoorraadvat

Om warmteverliezen te vermijden wordt de benodigde verbrandingslucht, via een onderwindventilator C5 voorverwarmd in de luchtvoorverhitter H7. Het warmteafstaand medium is rookgas welke hierbij tot ongeveer 200 oe afkoelt, zodat de lucht warmer wordt. De lucht wordt in de

ketel vermengd M4 met de zwavelhoudende olie en verbrand tot rookgas. Belangrijk is dat voor een goede verbranding een overmaat lucht nodig is, zodat het rookgas zuurstof bevat.

r ' l _

r

f'

,

l

n

n

r

- 10

-Het rookgas staat door straling en konvektie energie af aan het in de waterpijpen, onder 110 bar druk stromende water. Het water stroomt vervolgens inde receptor V10 en het vrijkomende stoom wordt geleid naar de stoomoververhitter H6 waar het wordt verwarmd tot ongeveer 510 oe bij 110 bar.

De stoom vervolgt zijn weg naar de meertrapsturbine-generatorcombinatie Tug1 en verliest daarin bijna alle energie welke omgezet wordt in elek-trische energie en mechanische verliezen. Het uit de turbine komende lagedruk stoom wordt in de condensor H2 afgekoeld en g0condenseerd. De condensor is een verzamelnaam voor verwarming van gebouwen, benodigde processtoom, enz. Het water wordt in de pomp weer op druk gebracht waarna het water wordt voorverwarmd in de economyser H8 door warmte

uitwisseling met rookgas.

Terug naar het rookgas. Na de waterpijpketel nog meer

energie in de oververhitter H6. Na de oververhitter wordt het rookgas vrijwel volledig gezuiverd van as en roet( om vervuiling van het kata-lysatorbed te voorkomen) in een elektrostatische precipitator. In dit

apparaat verliest het rookgas ook enige warmte zodat de intree tempera-tuur van het rookgas in het katalysatorbed ongeveer 450 oe is. Het

kata-lysatorbed( zwaveldioxide wordt voor 90

%

gekonverteerd tot zwaveltri- 0

oxide) bestaat uit gepromoteerd vanadiumpentotxide op drager waarvan

o

de gunstigste werkingstemperatuur ligt tussen 430 en 480 C. Het rook-gas stijgt iets in temperatuur door de ontwikkelde reaktiewarmte, als

het warm,teverlies naar de omgevimg wordt verwaarloosd.

~het katalysatorbed R12 koelt het rookgas af in de economyser en de luchtvoorverhitter tot ongeveer 200 oe. Bij deze temperatuur is nog

geen zwavelzuurvorming mogelijk alhoewel het op de koudste plaatsen niet onmogelijk is; Het materiaal van de apparatuur moet dus bestand zijn

tegen de korrosieve kracht van zwavelzuur.

In de absorptie toren T14 wordt het zwaveltrioxide geabsorbeerd door 80

%

zwavelzuur, terwijl de rookgassen verder afkoelen tot ongeveer

1~ oe. Na verlaten van de absorptie toren wordt de eventuele mist in de Brinkmistvanger afgevangen en via een zuigtrekventilator naar de schoorsteen geleid.

r ' L ~

l.

L

[

[

['

l J

n

r

co 11

-Om de konsentratie van de absorptievloeistof op peil te houden, moet suppletiewater worden toegevoerd aan het zwavelzuurbuffervat.

~.~ Een produktstroom wordt aan dit buffervat onttrokken welkelna koe-ling naar de opslag gaat.

l

,

[~ [~

r '

L .

[1

r

r

12 -BEREKENINGEN INLEIDING

De benodigde gegevens zijn zoveel mogelijk uit de gangbare handboeken g

haald en zijn vermeld in tabelvorm op bladzijde41 • Enkele grootheden

zijn nader toegelicht op bladzijde37 en volgende. Daar waar dit moge-lijk is zijn de normale eenheden en symbolen gebruikt terwijl zij een nummer gekregen hebben welke corresponderen met de nummers in de

gegevenstabel.

In de beschrijving van de berekeningen komen slechts die getallen voor, welke absoluut onmisbaar voor het ontwerp zijn. Niet alle appa-raten zijn volledig berekend. Zo zijn de mistvanger en het zwavelzuur-buffervat volledig weggelaten, de eerste omdat niets bekend is over de mist welke in de absorptietoren ontstaat, de tweede omdat dit erg on-belangrijk is. De elektrostatische precipitator, het katalytisch oxidatiebed en de absorptie toren zijn volledig berekend, terwijl van de andere apparaten het nodige berekend is.

l .

[

[~

[

r'

r , l r ' I l . r ' i ' r

l ,

~l

i l

l

J

r~

l i

r

- 13

-SAMENSTELLING VAN D"S ROOKGASSEN

Met behulp van deketelgegevens wordt berekend hoeveel olie en lucht

wordt verbruikt in de ketel waaruit eenvoudig berekend kan worden wat

de samenstelling van het rookgas is. De ketel verbruikt zoveel

brand-stof als nodig is om 500 MW-elektriciteit te kunnen produceren. De

voleende vergel~king wordt gebruikt om de vrl.;K:omende

verbrandings-. warmte van de olie te berekenen. 1)

P eff -

rlw'1

ketel

.IY[

theor'1'[ thdyn

.1?

mech'1 el • ( 1 )

Substitutie van de benodigde gegevens levert het volgende resultaat op

Een andere mogel~Kheid geeft ons de prakt~Kwaarde voor het rendement

van een centrale welke in vele gevallen als volgt wordt opgegeven

-1

2500 kcal.kWh ;

Omdat

1

kWh

=

860 000 cal. is het rendement 2

P

;googgo

~

0,344.

Di t is in overeenstemming met de vergelÎJKing \-lelke door van Berkel

gegeven is,zodat voor de verdere berekeningen de hierboven berekende

verbrandingswaarde van de olie wordt gebl~ikt.

De keuze van de olie is arbitrair; in Kirk-Othmer staa.t een li,;st van

veel gebruikte oliesoorten waarui t wij een olie kozen met de volgende

specificaties

10

0 APr

CjH-verhouding - 8,5

. "

Uit een nomogram volgen de andere benodigde gegevens over deze olie. 3)

Het belangrijkste gegeven is dat de verbrandingswarmte van deze olie

6 -1

geljjk is aan

42,8.10

J.kg •

Het olieverbruik volgt uit

~n,olie

:=

'I.

w

./4

· H r j ( 2 )

Er blÎJKt dus

34,8

kg olie par sekonde in de ketel verstookt te worden.

Wanneer wordt aan-genomen dat de olie bestaat uit

4

%

zwavel en verder

koolwaterstoffen waarvan de C/H-verhuuding bekend is, dan is de mass

( I

l

[

,. , I I I L r ' i . l . ( , r ' L , r'

I

_{l ,} '"1 1 I l J ( ~ ! l J ~ . l ;

r

r

14 -rl -1 ~,S

=

1,4 kg.s

~m

,

H 3,5

~m,C"

29,9 --- +

~m,ol=

34,8

.Met behulp van de verbrandingsvergelijkingen \\ordt de rookgasmassastroom

berekend I C + 02 "7 CO 2 2H 2 + 02 --~~ 2H20 S + 02 > S02 Het resultaat is s

~m,c02

Ol: 109,6 rl _ 31,5 Y'm,H 20 ~ SO" ::; 2,8 m, 2 kg.s -1

"

uit

rI,

= 79,7 kg.s -1 m,02 uit

rI,

m,02 28,0 uit

rI,

_"" 1,4

_"

ro,O" _c.

---:2:

rI,

.

=

1 09, 1 " m,02

Indien lucht 20

%

zuurstof bevat is de theoretisch benodigde

hoeveel--1

heid lucht gel~K aan 545,5 kg.s • De ketel werkt b~ 30

%

overmaat

lucht, zodat de uiteindel~ke rookgassamenstelling wordt

~ 32,7 kg.s -1 1,021 kmol.s -1 m,02

rI,

_{m, 2} N 567,4 It 20,264 It ~ 109,6

_"

..

2,491 ti m,C0 2

rI,

31,5 It

..

_1,750

"

m,H 2O ~ 2,8

_"

..

0,044

_"

m,S02 --- + --- +

~m,

rookgas

-

744,0 It

..

25,570 It

Er ontstaan verder kleine hoeveelheden as, roet, zwaveltrioxide,

stikstofoxiden en andere gassen welke verwaarloosd werden in deze

berekening maar welke een belangrijke rol kunnen spelen in de

r ' L,

[

:

[

:

r '

[

:

n

r

15 -ELEKTROSTATISCHE PRECIPITATOR

B~ verbranding van olie onts~taan as- en roetdeeltjes welke met de

ale

gasstroom worden meegevoerd. Uit de literatuur werd ~ volgende tabel samengesteld : oliesoort zware stookolie 11 olie no _u 4 stookolie stookolie stofhoeveelheid . -1 -1 kg stof.kg ol~e .s 9,12.10-3 6 " 95,0 1,5 "

"

literatuur Stern 4) Magill 5) "Ross 6) Gilpin 7)

Uit de bovenstaande tabel volgt dat de roet- en ashoeveelheid nogal kan variëren zodat het volgende gekozen werd :

~m,

as s:

-2 -1 -1

10 kg stof.kg olie .s

Verder is van belang de deeltjesgrootteverdeling)welke volgens Ross 6)

als volgt is : deeltjesgrootte gewichtsprocent m

%

- 60.10

-6

10 40 - 60. - 8 30 -40 • - 8 20 - 30. - 12 15 - 20. - 11 10 - 15. - 14 7,5- 10. - 10 7,5- 27

De stofafvanger wordlverdeeld in twee compartimenten: een zwaarte-krachtsstofkamer en een elektrostatische precipitator. Een elektros-tatische precipitator vangt deeltjes af met een grootte kleiner dan

20 ~ terwel de zwaartekrachtsstofkamer deeltjes kan afscheiden met een minimale afmeting van 20 ~ • Eerst wordt de elektrostatische

r •

[

:

r'

['

1

[,

I

J

II

~

.

r

A

16

-precipitator berekend om vervolgens de stofkamer te berekenen.

De elektrostatische precipitator werkt met een rendement van

99,9

%.

De verklaring hiervoor is als volgt de katalysatormassa

moet vervangen worden als 20 gew.% stof op de katalysatormassa is

gekomen. Stel nu dat alle stof in het eerste katalysatorbed wordt afgevangen dan moet het katalysatorbed vervangen worden als 130.103

kg stof in het bed is afgevangen. Per dag laat de elektrostatische

precipitator 30 kg stof door zodat na ongeveer 4000 dagen het kata-lysatorbed vervangen moet worden. Deze berekening is in goede

over-eenstemming met prakt~kgegevens van H.C.Millett.( de berekeningen

staan vermeld in de katalysatorhoeveelheid berekening )

Voor de berekening van de elektrostatische precipitator volgen we

de leidraad in het boek van White. Het benodigde effektieve vangop- 8)

pervlak wordt berekend met een efficiëncy-vergel~king

exp.( -

AI

~

).

v

v p

])e deeltjesvalsnelheid volgt uit v

p

2E.

E 2. r/!)1

o

O t

Wanneer de kleinste deeltjesstraal'wordt gesteld

-3 -1

de valsnelheid gevonden: v ; 24,6.10 m.s •

p

is het gasdebiet welke te berekenen is uit

rt

v '"' rtm,rOOkgas

I

J

. ( 3 )

( 4 )

op 10-

7

m werd voor

Een andere onbekende

Bij 450

°c

bll.;1ct het volumedebiet geli,;1c te zjjn aan 1,52.103 m3. 8 -1 ;

Substitutie van deze gegevens levert voor het effektief vangoppervlak op :

"" 0,185.10 6 m 2

De dimensies van de apparatuur liggen vast als de lineaire gassnelheid

van het rookgas Ibekend is. Omdat het doorstroomde oppervlak van de

pre-cipitator gel~k is aan het doorstroomde oppervlak van het kata

ly-satorbed is de lineaire gassnelheid v

~

3 m.a-1• ( zie

blz

~

Q

)

).

o

'super/fic,

r'

l.

·

L

[

:

[:

[:

r '

'L r '

[]

n

[1

n

~

r

B

17

-Ret doorstroomde oppervlak en dus de dimensies van het apparaat volgt uit

Hob .. rI. / v

'f'v 0

Het resultaat is

H

0

b

c

507

m , zodat de dimensies van de 2

elektrostatische precipitator als volgt gekozen z~~ : hoogte 10 m

breedte

51

m

( 6)

De lengte van de elektrostatische precipitator volgt uit het gegeven dat de vangplaten op een onderlinge afstand van

0,2

m z~n opgesteld zodat er

255

vert\:aal opgestelde vangplaten van 10 m hoogte

noodza-kel~k z~no Omdat ieder plaat twee ztden heeft , geldt voor het effek-tief vangoppervlak :

2 0 n • H • L

De lengte van de vangplaten blijkt te zijn :

L .. .36,3 m

Voordat het rookgas de elektrostatische precipitator intreed~, wordt een stofkamer gepasseerd welke de volgende funktie heeft t

1 afvangen van .grove stofdeeltjes,

2 tot rust brengen van het rookgas, want 'l'lervels verminderen de werking van e~n elektrostatische precipitator •

In de stofkamer krijgen de deeltjes een stationaire valsnelheid welke berekend kan worden met de vergelijking van Stokes voor deeltjes

kleiner dan 80 ~ en met de vergel~king van Osceen voor deeltjes groter dan 80 ~.

Stokes Osceen v p v p 2 0

(j>

s -

S )

0 g

(f)

2 • r =

-9

0 ~ 4/.3 • r.3 •

1T •

(J

s -

f ).

g K - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 6 •

Tf •

rrt .

r • ( 1 + .3 /16 Re)

[

.

["

I l . , 1 , J

rl

- 18 ... 2 r .E(kg .m-3) 2000 2500 3000 ~ vp (m.s-1) .300 1,08 1,20 1,36 200 0,80 0,90 1,02 150 0,62 0,70 0,80 100 0,40 0,47 0,54 15 0,27 0,32 0,37 50 0,14 0,15 0,20 40 0,09 0,12 0,14 30 0,05 0,07 0,08 20 0,02 0,03 0,04 10 0,006 0,01 0,01 5 0,002 0,002 0,002

Het is duidel~K dat de stofkamer erg lang wordt als alle deeltjes groter dan 20 ~ worden afgevangen. Daarom kan de stofkamer alleen dienen om de gasstroom tot rust te brengen en om zeer grote deeltjes af te scheiden. Als een lengte van 20 m voor de stofkamer wordt g e-kozen dan worden deeltjes groter dan 200 ~ volledig afgevangen als

de breedte en hoogte vande stofkamer respektievelCk 51 en 10 m z~n.

De opbrengsten ztn te berekenen met behulp van de tabel uit Ross. In de stofkamer wordt

5

gew-~ roet en as afgevangen en het over-blijvend.e in de elektrostatische precipitator. Als 1 ge'fl-% van de olie roet en as vormt , is de massastroom as en roet :

~m,

as + roet 0,348

-1

kg.s

r ' i L ~

t.

L

["

[~

_A

1

['

r"

r

'

[

"

[

"

[

,

c

r~

[~

rOl ! , J ~l

l

J "

I

, ) r l , J

[":

rl

-

19-KATALYSATORBED

Na een korte theoretische inleiding wordt: de katalysatorhoeveelheid

be-rekend op twee manieren. Vervolgens worden drukval en warmte-effekten berekend.

Een massabalans over een plakje uit de reaktor heeft de volgende vorm:

massastroom in - massastroom uit + produktie

=

0

In symbolen of d ~ :: mol,S02 ( ~ + d~ ) mOl, S02 mol, S02 RSO •

d V

2 + R SO • dV 2

°

Worden de volgende uitdrukkingen in deze vergelijking gesubstitueerd

( 1 -E) d N

S02

V • d t

(12) d ~ _mo, I SO ₂

=

-P

dan levert dit tenslott.e de volgende ontwerpvergeli.;1dng op

( 1 - E)

V

P cl t

Wanneer de gasfilmovèrdracht en de diffusie in de poriën.

snelheià.s-bepalend z~n, geldt voor de processnelheid de volgende uitdrukking:

d N SO 4. TT • 2 _C SO r _• 2 2 or; d t 1 ₃ + k

rrl •

k .a _• r g v

De volledige ontwerpvergellking wordt dus door kombinatie van

verge-I~King14 en 15 gevonden. Integratie tussen de grenzen

V

...

0 C SO a: C_s02,in 2 V

..

V

_'

_,-

C SO

..

C_{S02 'Ui t} 2 ,

héeft tot resultaat t

~

.

( _{- +} 1 3 _{r )} V k • • v k _{"l( •} a • p v (10) (11 ) ( 16) g V In C

s

0 2,in C_{S02 ,Ui} t ;(18) I

4.ïT.

r • 2 ( 1 - [ )

l

.

l

1

.

[

[

[

[~

r:

r 1 , J "1

l

J '''1

I

, ) , ) - 20

-Da definities van de symbolen zijn s

v

..

volume m3 rlv gasdebiet m.3.s -1

-k

..

gasfilmdiffusiekoêfficiënt m.s -1 g

lYt

..

benuttingsgraad _-1 k

..

chemische snelheidskonstante m.s specifiek reaktieoppervlak -1 a

..

m v r

..

straal katalysatorpil m

e

SO >= Zwaveldioxidekonsentratie mol.m -.3 2

De berekening van de benodigde gegevens is als volgt.

Gasdebiet

.3 -1

m .s

Gasfilmdiffusiekoëfficiënt

Deze grootheid wordt bepaald met behulp van de empirische relatie 12)

E.

1 -

E.

k • r

g _{0,2 (}

~.

_{Vet r}

(1 -E). (20)

Substitutie van de bekende gegevens levert de

gasfilmdiffusiekoëffi-ciënt op <1ls funktie van de superficiële gassnelheid

k

g • v o

0,5

Wij kozen een lineaire gassnelheid van 8p

5

m.s -1, zodat de

superfici-ële gassnelheid is .3 m.s-1 waarbij de ' volgende

gasfilmdiffusieko-ëfficiënt hoort De k ;: g

0,147

benuttingsgraad

'1

'"

-

.3

.

(

ç1

-1 m.s volgt uit 1 tgh

ç1

waarin de thiele-modulus als

1 ₎

-ç1

(21)

r \ ... '

l.

l

[

(

[

['

r' r' I

,

, L ,

"

I , J

r

,

, )

n

r I , , 21 -(22) Voor het berekenen van de benuttinggraad is de chemische snelheids-konstante k nog onbekend.

H~ ~ordt

nu op 24,0 .10-

9

gesteld,

terw~l

de berekening daarvan nog volgt. De thiele - modulus bl~kt de ~aarde

~ K 2,00 te hebben zodat de benuttingsgraad gel~k is aan 0,810.

Chemische reaktiesnelheidskonstante

Veel onderzoekers hebben de chemische snelheidskonstante bepaald voor

de katalytische oxidatie van zwaveldioxide tot zwaveltrioxide over vanadiumpentoxide op drager. Slechts Eklund had metingen verricht b~

lage zwaveldioxide konsentra.ties zodat wj,; z~n gegevens gebruiken.

k E

40.10-6

eklund

-1 -1 -1

mol S02' gram kat • s .atm

De waarde moet worden herschreven in het door ons gebruikte

eenheden-stelsel met behulp van

k k eklund Het resultaat is , R. T

-5

- - . 1 0 a m k

Zwaveldioxidekonsentratie

-9

-1

24,0 • 10 m.s

In de rookgassen is 44 mol S02 in 1,52.103 m3 gas aanwezig, zodat

voor de zwaveldioxidekonsentratie wordt gevonden ,

Deze waarde is voor de berekening niet noodzakeltk. Het gaat om de

verhouding C / C Deze verhouding is 10 als de

kon-S02,in S02,uit

versiegraad 90

%

is. Deze konversiegraad is b~ 450 oe nog bereikbaar. Het bedvolume

Het katalysatorbedvolume bltkt na invullen van alle berekende gegevens

in de ontwerpvergeltking zeer groot te z~n :

l.

r:

[:

n

l

~l

n

B

c

22

-Een andere, een-voudiger berekeningsmethode maakt gebruik van een

relatie gegeven door de Jong welke luidt :

- - - &

k

g

0,35

De ontwerpvergel~king wordt in dit geval

2,3 • r • ~

v

v

_{= ---}

377

3.( 1 -E). k

Deze berekeningsmethode is waarsch~l~k te ruw om tot een

resultaat te komen.

juist

Een verandering in katalysatordeeltjesstraal heeft weinig invloed

op het bedvolume, maar veel invloed op drukval en prijs van het bed.

De economische deeltjesstraal kan bepaald worden door de kostpr~s

van de volgende faktoren te bepalen

1 pr~s katalysator als funktie van de straal 2 drukval als funktie van de straal.

B~ een deeltjesgrootte van r -

1 cm is de drukval al 27,2.103 N.m -2 •

zodat het niet mogel~K is nog kleinere doelt jes te gebruiken. De

drukval over het katalysatorbed werd berekend met

A wr L waarb~ .6 P ... Warmteeffekten 2 v 0

---d

p A wr 1

-E

_V

--E

3

~

170

---

_v

_.d

0 p ( 1 - E) + 1, 75 ~ (26)

Belangr~k is het te weten of tussen de katalysatorbedden bet rookgas

gekoeld moet worden. De reaktie verloopt blj

450

0e optimaal zodat een

grote verhoging van de temperatuur ( het evenwicht verschuift dan

naar de kant van het zwaveldioxide) een verlaging van de

konversie-graad veroorzaakt. Lagere temperaturen geven een langzamere rea

ktie-snelheid, zod~t 450 oe het juiste kompromis is. Een kleine tempe

t .

[

r:

I , J

23

-Op de katalysator vindt de volgende reaktie plaats

o

De reaktiewarrute b~ 450 C wordt berekend met de methode aangegeven

door fT .A. de Jong, Uit de onderstaande vergeli5kingen kan de ·

reaktie-warmte berekend worden,

4H _r .. L::.. H 2 +

L.\

HO r,s +

L1

H3 (28)

4

H 2

_STa

z:

C p,reakt· d T r HO )

f,s prod _ ~( n ,Ho f,s reakt ) (30)

_

r

Tr

z:

C d' d T

,) - p,pro

T

(31)

s

Het uiteineltk resultaat is dat de reaktie~warmte van bovenstaande

reaktie is :

TIeze door ons berekende reaktiewarffite stemt overeen met meetwaarden

welke uit de literatuur bekend

z~n.

Per sekonde stroomt 44 mol zwa- 18) 11)

vel dioxide het katalysatorbed in, waarvan 40 mol wordt omgezet in

zwaveltrioxide. Het warmteeffekt voor twee mol omgezette zwaveldioxide

is berekend,dus de vr~komende warmte per tldseenheid is :

20 .i\H r 6 4,10.10 J k. (32)

TIe

vraag is nu of zodanig ~X' dat

de rooX.:;assen deze vri.;l<omende ~Iarmte kunnen afvoeren

1 de bedtemperatuur niet noemenswaardig verandert

2 de centrumtemperatuur van de katalysatorpil niet te

. hoog wordt.

ad 1 De temperatuurssttging van het rookgas b~ het doorlopen van

het katalysatorbed wordt berekend met de volgende energiebalans t

l.

[

.

L

L

.r

rl

l J

[l

,

'l

! , j r ., , J 11 1 l

24

-Het bl~Kt dat de maximale temperatuursst~ging geltk is aan 5,12 oe.

De konklusie is dat de reaktiewarmte eenvoudig kan worden afgevoerd

door het rookgas, mits de warmteoverdrachtskoëfficiënt van

kataly-satorpil naar rookgas niet te klein is. Dit kan gekontroleerd

wor-den door de warmteoverdrachtskoëfficiënt van een bol in een bed te

bepalen en daarmee het temperatuursverschil tussen bol en rookgas uit te rekenen met

De warmteoverdrachtskoëfficiënt volgt uit

..

2,0 + 0,60

h • d

21)

Substi tutie van de benodigde gegevens levert voor de rlarmteoverdrachts-koëfficiënt op :

h IC

8,8

-2 0 -1

W.m • C •

Om de warmteproduktie per katalysatorpil te kunnen berekenen, moet

het aantal katalysatorpillen bekend ztn. Dit aantal volgt uit

n 0,231.10 9

Delen we de totale warmteproduktie van de reaktie door dit aantal

dan vinden we de warmteproduktie per pil :

rfw,bOl

-2

- 1,76.10 W

Met behulp van vergeli~king 34 kunnen 'tle nu berekenen dat het

tempe-ratuursverschil tussen rookgas en buitenkant pil slechts 1,6 oe

bedraagt. Dit is natuurltk een gemiddelde waarde het zal waarscht

n-lijk z~n dat het temperatuursverschil aan de ingang va.n de reaktor

L

[

[

[

r ,.-, • J

n

j

" , J

n

- 25

ce

ad 2 De temperatuursverdeling in de katalysatorpil wordt beschreven

met 22) T s T q • r

-

---6 • ( 1 + h • r 2

-~2-

)

r

De centrumtemperatuur van de katalysatorpil is slechts 0,2 oe hoger

dan de temparatuur aan de rand van de pil. TIe temperatuursverdeling in de katalysator pil is nagenoeg vlak, zodat het gevaar van sintering van de katalysator gering is.

~!~!~~~~~~~~~~~ De katalytische omzetting van zwaveldioxide tot

zwavel trioxide vindt plaa te in een katalysatorbed ( vanadiumpentoxide

op drager) dat verdeeld is in drie lagen van elk 1,06 m lengte. De afmetingen van het bed zijn 51 m breed en 10 m hoog en het nordt

direkt achter de elektrostatische precipitator geplaatst zodat een

goed geisoleerde bocht overbodig wordt. De bedden staan dus verti-kaal opgesteld tussen roosters. Deze vertikale opstelling maakt het mogelijk snel van oude naar nieuwe katalysator te wisselen, zonder dat

het proces gestopt behoeft te worden. Vergiftiging van de katalysator

. is gering, vooral als promotoren ,.orden toegepast terwi,jl. het vana-diumpentoxidegehal te moet liggen tussen

3,7

en

9,5

getT-'J1.

Volgens Matsui en Kiyoura heeft kooldioxide geen invloed op de

kata-lytische konversie en wordt de konversiegra~d door de aanwezigheid

van waterdamp verhoogd.

Meestal moet een katalysatorbed verwisseld of geregenereerd worden

als 20 gew-

%

van de katalysatormassa stof is. Stel dat alle stof

welke de elektrostatische precipitator doorlaat wordt gevangen in het eerste katalysatorbed dan kan de werkingsduur berekend worden • Ret gewicht van dit eerste bed is

G

V . ( 1 - [ ) · J_s

:

---3

Per dag komt er 30 kg stof in het bed zodat de bedrtfsduur van de

katalysatormassa ongeveer

4

000 dagen is.

l

.

n

26

-De samenstelling van het rookgas na het katalysatorbed is geworden I

32,7

0,6

2,8

2,5

32,1

109,6

0,3

3,1

-1 kg.s

"

"

"

"

"

r/

De temperatuur van het rookgas is

455

oe. De rookgassen stomen nu

de eeonomyser in. Omdat deze een normaal onder-deel is van een elek-trieiteitscentrale,wordt deze niet berekend. Hetzelfde geldt voor

-e

[

t

·

L

r:

.

[

~

n

[1

l

n

n

.

27 -AB30R1"l'IETORE1;

In de absorptietoren vinden verschillende processen plaats :

1 absorptie van z'~lav9ldioxide en zwaveltrioxide gepaard

gaan-2

de met warmteëffekten (mengwarmte, reaktiewarmte en

sorptiewarmten).

absorptie of desorptie van water, ook gepaard gaande met een

groot ~armteëffekt.

3 koeling van de rookgassen.

In ons geval gaat het vooral om de verw~dering van zwaveltr~ioxide,

zodat de absorptietoren voor die plicht wordt berekend. Vervolgens

wordt nagegaan of punt 2 en 3 daarmee in overeenstemming ztn en

zonodig wordt de berekening herhaald! met de nieuwe inzichten.

Bij het berekenen van een absorptiekolom wordt eerst de keuze van het

pakkingsmateriaal gedaan. In kolommen waarbi: kontakt met zwavelzuur

optreedt, worden meestal ceramische pakkingen gebl~ikt. Deze pakking_

soort is zuur- en corrosiebestendig, te gebruiken bij hoge temp

era.tu-ren en niet duur. Morris geeft een tabel van veel gebruikte pakk ingen 2.3)

waarui t w~i stone,,'are s tacked ring8 kozen serial no 8.

Economische faktoren ,bepalen de torendoorsnede. Dit bepalen is geen

eenvouiige berekening (door gebrek aan gegevens) zodat wij die

achter-wege laten en de economische gassnelheid gebruiken die Morris aangeeft,

-1 .

rlaaruit volgt dat de superficiële gassnelheid in de toren 2,9 m.s 1.S.

De doorsnede van de toren wordt berekend uit

s

rI -1

YJ, • 0 • v

m . ) 0

-1

.367 m 2

N.B.

De tabel in Morris geeft 2,4 m.s -1 aan voor de economische

gas-snelheid, maar deze waarde moet gekorrigeerd worden met een

korrek-tieterm

Een absorptietoren wordt met de volgende ontwerpvergelijking berekend

L

w

K • a • S

.L\P

l

L

.

[

,

[

[

[

'l

, J

n

r

- 28 ...

waarin de volgende grootheden voorkomen

L W K e; a v S

hoogte van de kolom absorptiesnelheid

gasfilmstofoverdrachtskoëfficiënt specifiek oppervlak

doorsnede toren

~Pm drï.;vende kracht

Deze vergel~jking wordt gebruikt omdat de gasfilmweerstand snelheids-bepalend is. l{aar het mogell,jk is worden de gebruikeliJke eenheden ge-nomen maar op vele plaatsen zou dit moeiltkheden scheppen met nume-rieke niet-dimensieloze konstanten zodat ook vaak bet eenhedenstel-sel van Morris wordt gebruikt bij de berekeningen.

Gasfilmstofoverlrachtskoëfficiënt

Deze zeer moeil~~ te bepalen waarde volgt uit

1 K g = k g 1 +

---De gasfilmdiffusiekoëfficiënt k _{. g} wordt berekend met

k

g 0(. R • C. g J P rs • vO,75.

P

---.

( P - P)lm

Een voorwaarde bij bet gebruik van deze vergel~king is dat het rey-noldts getal groter is dan 1500-500.

Re

4 .[',~. V

o

~

--- =

2220

a v

'1

Aan de voorwaarde is dus ruimschoots vold::.an zodat de onbekenden van vergeltking 42 berekend kunnen worden

De gasmengselkonstante is teberekenen met

c

IJ)

o

0,5

L

[

L

L

n

[l

l

" I l J

n

l

~

29 .,.

R gasfilmpakkingsfaktor

-§---De waarde hiervan volgt uit de tabel op blz 39 van Morris

R 1,4

g

Wederom volgt uit Y.orris blz

42

v relatieve snelheid

De relatieve snelheid van het rookgas wordt berekend uitde werkeltke gassnelheid en de vloeistofsnelheid volgens

v = v +

g

De werkeltke gassnelheid volgt uit de superficiële gassnelheid en de

porositeit van het bed. Het verband tussen deze 6rootheden is als

volgt

.

.

v 0 v _g =

E

-1 m.s _{(~ 6)}

Alhoewel het aan te voelen is dat de vloeistofsnelheià te verwaa

r-lozen is ten opzichte van de gassnelheid wordt deze voor een beter begrip van de toestand in de kolom wel berekend. De vloeistofsnel-heid is te berekenen als het vloeistofdebiet bekend is. Normaal werkt

een gepakte kolom op EO

1-

van de flooding rate zodat met behulp van

figuur 13 B uit ~lorris (blz 27) de vloeistofsnelheid kan worden

be-paald.

Vertikaal staat uitgezet Y. V _g f

waarin V

gf

2 -1

= 1 0,4. 1 Om. hr _{en Y • 28, 8}

f

fî

-~

_{19, 1}

zodat voor het ,produkt Y.V

gf wordt gevonden

a Horizontaal staat uit _{X •}

_[3-

v

I

I

L

[

.

[

[1

r,

n

·

- 30 ...

Uit de grafiek volgt dat de maxi~ale liqued rate ongeveer

3 -1 -2

5 m .hr .m bedraagt, zod~t voor ons geval de liqued rate

3 11

3

is,

-1

m.hr 0,8.33.10

-3

m.B -1

Het vloeistofdebiet kan nu berekend worden met

L =

a v

lIet vloeistofdebiet bli~kt de volgende ,marde te hebben

L z 1,33.10-5 m3 .s-1.m-1 wat overeenkomt met een

vloei-stofstroom van 0,295 m3.s-1 en een vloeistofsnelhp.id van 0,05 m.s-1•

( zie fig op blz 44 ). De relatieve snelheid is dus:

v

4,02 m.s -1

p/(p _{. -} p) ₁₀₁ dri ft faktor

Omdat de konsentraties en dus de partiële druk van zwaveltrioxide

gering ztn, is deze term 1, evenals pO,25.

'l'f absolute gasfilmtempe:::'a tuurr

De gasfilmtemperatuur werd geltk gesteld aan 150

°c

zodat de laatste

faktor van vergelijking 42 volGt u i t :

293

.

°,5

6

(--- )

=

0,815

423

Met behulp van de bovensta.ande gegevens kan de

gasfilmdiffusiekoëf-fici~nt worden bepaald :

k ::

g 202

-1 -2 -1

kg.hr .m .atm

Omdat H • k

l veel groter is dan

drachtskoëfficiënt K g k wordt g K g 202 -1 -2 -1 kg.hr .m .atm • de overall

stofover-l

l

{

r

r

[

['

'l

, J

[l

r

1

, J "

I

L J

n

l

31

-De volgende onbekende in de ontwerpvergeltking is de absorptie

snel-

heid.-De absorptie snelheid is de hoeveelheid zwaveltrioxide welke per

ttds-eenheid wordt geabsorbeerd

D-P lm 3, 1 kg.s -1

Li

P1

-4

P₂ -2\P~In ----L\P₂

Er wordt geabsorbeerd aan 80 gew-

%

zwavelzuur waarvan de

evenwichts-dampspanning van zwavel trioxide bi~ 1500C gelljk aan mil is. In de

3 -1,

rookgassen bevindt zich weinig zwaveltrioxide (0,044.10 mol.s )

welke een partiële druk geeft van 1,72.10

-'

~ atm, aangenomen dat

de totaaldruk in de toren 1 a tm is. Kerkt de toren met een rendement

van

99

r

dan betekent dit dat

D. P

1 == 1,72

.

10-3 atm en

L\

P

2 1,72. 1C-

5

"

is., l .. aarui >. t voor de gemiddelde

driJven-de kracht wordt gevondriJven-den :

. /

L\

P

lm 37,0.1C

-5

atm.

Doorsnede toren

.,

De doorsnede van de toren was 367 m~f

2 -3

m .m

Substitutie van alle bekenden in de ontwerpvergelijking voor de

ab-sorptiekolom geeft een kolom met een hoogte van :

L

'" 6,51 m

L

[1

r

32

-Nu de lengte van de toren bekend is, moet worden nagegaan wat de invloed is van het verd3.mpen of kondenseren van water. Wij kwamen tot de slotsom dat het waélrsch\..~ljJc het eenvoudigste zal zljm de voelbare afkoel warmte van het rookgas en de reakti'e- en meng'tlarmte geltk te

doen zijn met het warmteëffekt verkregen door verdampen van water uit de vloeistof-stroom.

Het bl~Kt zo te zijn ( zie appendix B ) dat de rookg~stemperatuur

bij het verlaten van de kolom gel~K is aan de ingangsvloeistoftempe-ratuur. Wordt deze temperatuur T genoemd dan wordt de afkoehlarm-te gegeven door

200 • rJ. . C

Dl P

rf •

Dl C P • T

Reaktiewarmte

.D3 reaktiewarmte van de reaktie H

20 + S03 --0:=> H2SO 4

3

is 89,0.10 J.mol-1• Er reageert per sekonde 3,1 kg zwaveltrioxide tot zwavelzuur, dat wil zeggen

38,8

mol, zodat de vrlkomende reaktie-warmte geHjk is aan

6

3,45·10 J.s -1

De mengwarmte bl~kt een orde kleiner te zijn zodat deze verwaarloosd kan worden.

De partiële dampspanning van waterdamp in de instromende l'ookgassen is

34,9 mmHg

Er verdampt nu zoveel water uit de vloeistofstroom dat de partiële

waterdampspanning van het rookgas aan de uitgang van de kolom geli~k

is aan de evenwichtswaterdampspanning van 80

7-

,

zwavel zuur. Deze

evenwichtsdampspanning wordt in Perry vermeld en is een sterke funk- 16) tie van de vloeistof temperatuur. Is de in en uitgaande dampspanning

l

.

[

r

r

[

[

:

"

I

l , rOl I I l J r 1 I I , J

r,

I I ( ;

33

-van de rookgassen bekend dan kan berekend worden hoeveel water ver-dampt uit de vloeistofstroom. Hieruit volgt met

~w,

verd

~m,

verd • r

hoeveel warmte voor het verdampen nodig is. Het volgende tabelletje werd volgens dit principe berekend.

T

~w,verd

~w,a+

_{cf..", r}

°c

MW lIlW

130 42,5

65,9

135 84,4

61,5

140 102,8 57,3

De juiste bedr~fstemperatuur van de kolom ligt b~ die temperatuur

die door het snijpunt van de hlee lijnen wordt veI·kregen. De

bedrijfs-tempeJ'atuurbl~kt 132

°c

te ziJn. ( zie fig

5 )

terwijl er bij die tem-peratuur 28,4 kg water per sekonde verdampt.

-1

De absorptietoren is dus 6,51 m hoog, werkt met

491

kg.s

80

%

zwavelzuur als absorptievloeistof b~ een temperatuur van 132 oe.

De vloeistQfmassastroom volgt uit :

~m,

1

=

De

temperatuur profielen in de absorp~ietoren worden behandeld ixn

appendix B

De regeling van de kolom is als volgt. De temperatuur in het

zwavel-zuurbuffervat wordt geregeld door een stoomspiraal terwijl een ni-veauregelaar de produktiestroom regelt. Een soortelijke gewichtsmeting

in het zwavelzuurbuffervat regelt de invoer van suppletiewater. Blijkt te veel suppletiewater nodig te zijn ,dan werkt de toren niet

~

optimaal zodat fiet setpoint van de temperatuurxixx±Eirtmg regeling op de juiste manier moet worden verlegd. Is de suppletie hoeveelheid

te groot dan verdampt te veel water uit de vloeistof. Om minder

wa-ter teverdampen moet de temperatuur van het zwavelzuur zakken omdat dan de evenwichtswaterdampspanning van zwavelzuur kleiner wordt,

zodat er minder water verdamrt.

l_

l

r ' r l . r '

I

l r~ l l 1

r '

i I l J

n

'. 1

l ,

34

-Een goede en snelle regeling is noodzakel~K om op het sn~punt van

de twee

1

2 3

l~nen van fig5 te kunnen bl~ven.

waterdamp in de toegevoerde lucht

kentngen droge lucht )

An-dere r~okgas temperatuur,

Meer of minder zwavel in de olie,

Verstoringsinvloeden zijn : ( w~ ~amen voor de

bere-De meeste verstoringen dempen snel uit, zodat de werking van de to-ren nooit uit de hand zal lopen.

[1

r1

[1

~

]

~

n

120 ~ . ( MW) w

t

100

90

eo

70

60 50 40 30 20 10 co

35

-120 130 140 150

l

.

[

\

[~

n

l

36

-Elektrostatische precipitator.

Gedacht is aan een roetvanger door vloeistofinjektie, maar dit proces verbruikt te veel warmte en vloeistof. Een cyclonensysteem een te laag rendement en alle andere mechanische afvanginstallaties hebben een te hoge drukval.

Absorptietoren.

In plaats van een absorptietoren zou een sproeitoren gebruikt

kunnen worden, maar de misthoeveelheid zal in dat geval groot zijn terwijl de apparatuur erg groot wordt. Alle andere mogelijkheden, bijvoorbeeld chemische reakties met regeneratie zijn minder eenvoudi~

l.

[

.

L

[

,

l

, 1

, J " GEGEVENS 37 -Diffusiekoëfficiënt

De Gillilandlandrelatie maakt h.et mogeLijK de diffusiekoëfficiënt

bt

verschillende temperaturen te berekenen :

T 1,8

ID273 • (---)

273

Voor rookgas geldt

-4

0,406.10 m .s 2 -1

N.B. De temperaturen z~n in graden Kelvin.

De dyn~mische viskositeit van een gas als funktie van de temperatuur

wordt gegeven door de Sutherlano.relatie

Voor rookgas geldt

~73

Ook hier zjJn de temperaturen te zetten in graden Kelvin.

Deze grootheden vormen het getal van Prandtl in vcrgeli,jking

35.

1)e kinematisc1:e viskositeit volgt uit de dynamisct.e viskositeit

terwjJl de temp.enz wordt gedefinieerd alo volgt

a x: - - --

[

o

r:

[

r

[~

rJ

, l i , J , , ,

~

0,°5 W .m -1 • °C- 1

p

'" 0,49 kg.m-3 -5 -2

'7.

D 4,44.10 Ns.m .3 _{J.kg- 1 • oK- 1} C

=

1,076.10 p

Er wordt door substitutie gevonden

-v

0,33

( --- )

=

0,985 a

Van rookgas s Uit de wärme-atlas werd de volgende formule ~fge18id 13)

0,21 waarin

T t -ernpera t uur l°n

oe •

Van EO

ct

z,omvel zuur s Met behulp van de gegevens uit Perry (bI z .3-fO)

werd fi5Uur.ç samengesteld, zodatdaarui t de soortel~D<e m3ssa als

funktie van de tempera tuur kan worden afgelezen.

~~~~!~~1~~_~~~~!~

Met de volgende gegevens ztn vergeli,;ldnt;en

2r.

tlm 31 opgelosmt :

.3 2,2 + J • nlol -1 • C 0 -1

C 28,8 -.3 T 5 T- 2

p,s0.3 + 13,5.10 6,59.10

"

C 34,6 -3 3 T- 2

P,02 + 1,0é.10 T 78,2.10

"

Gegevens gevonden in Perry, blz 3-116. Ook in 20)

De soort.el iJce warmte van rookgas wordt bereke!1d door de samenstell ing te bepalen van het rookgas en vervolgens de b~dragen van de compone

n-ten aan de soortel i:ke Vlarmte te sommeren

Voor vergeliJking 33 gel~t

gew

_%

C P °2 4,4 981 N 2 76,6 1050

ci02

14,7 956

·

L

[1

]

- 39 ~

De soortel(ke warmte van water werd berekend met (Perry,blz 3-116)

S,22 + 0,00015 T + 0,00000134 T2

De b~drage van waterdamp is

gew

%

4,3

c

19~0

De

soortel~ke warmte van ket rookgas volgt nu uit:

C p,rookgas

=

~

-~~~-~-_!_-i 100

.e

.

p,1

...

1076 -1 0 -1 cal.mol • C

L

[

.

[

:

r

'

r

'

[

[

'

1 o~~ 0

[

,

[

.

[

.

[

'

[

r~

[

1

0

J

l

1

~

I '

1,75

9H

_2s04

(80

%)

f

1,69 1,67 1,65 1,63 1,61 1,59 1,57

- 40

-o

25 50 75 100 125 150 175 200

225

. ... T (Oe )

L

- l' 'i-~!" "' ...

[

·

L

symb no no verg lit no eenh waarde no uymb no verg lit no eenh waarde

L

1

3

28

0,185.10

6

22

40

23

21

202

2

1

_"

_"

_"

41

_"

_"

['

3

26

46

54,5·10

3

23

42

_"

_"

3

21

_"

_"

_"

H~

30

0,147

4

34

28

-4

11

₂₀

"

"

r

12,5.10

5

18

14

21

2.10

8

_"

24

_"

_"

"

22

_"

_"

_"

24

18

"

-

,

-9

['

₆

11

,

24,0.10

"

I

"

23

14

33

100

23

,

,

7

35

31

25

23

14

41

,

,

.

40.10- 6

r'

8

6

26

51

26

24

11p10 30

,

,

,

0,0515

-3

I

9

16

40

28,9.10

27

7

26

36,3

.

[

.

10

29

_"

26

26

3,19

"

31

_"

40

26

6,51

[

,

"

33

28

51

23, pI, 6

36

1,33.10

-5

"

54

31

7

255

11

42

23p41

0,5 2

_"

30

8

2

r'

9

l

_"

₄₄

_"

_"

_"

₃₆

_0,233.10

12

26

26

2.10- 2

₃₂

₁

₅₁

_500.10

6

[~

13

20

31

0,999.10

-4

33

40

23p37

2

37,0.10

-5

"

i?2

_"

_"

_"

₅₃

_"

2

_"

l,

"

44

12

6

0,40C10

-1

₃₄

42

2

1

14

4

8

50

5.105

Ol

27

47

27

,

2.1

0

3

~

15

38

15

652.103

₃₅

42

2

1,72.10

-3

16

8

24

R,91

36

53

2

_"

17

10

6

2

-5

n

2

3

42,8.10

37

53

1,72.10

"

30

11

13

-01196.10

6

38

42

34,9

"

28

11

13

-0,205.10

6

₃₉

₃₇

₅₄

3

J

18

6

26

10

41

23

24

11

4,20.10

E,31

19

29

13

-18255

42

42

23p39

1,4

~

It

₃₁

13

+

9045

43

4

26

10-7

20

_

₄₁

20

I

10

6

_"

H?,

29, 22, 25,

26

10

-

2

1

₂₁

₃₄

₂₁

₅₂

,

,

_8,8

37

I ₆ I 4L1

55

24

10

2,25.10

21

3.5

_"

"

I

"

I I

₄₅

_39,40

-

₂

₂

₃₆₇

f!

"

37

_"

_"

I

"

I J1

l

l

.

.. i+-2 _

l

symb verg

lit

eenh

waarde

symb

verg

lit

eenh

wanrde

r

no no no no no no

L

45

47

28

367

68

1

1

0,50

45

56

28

_"

69

1

1

0,80

[

'

46

33

3

5,12

70

1

1

0,95

"

37

3

450

71

1

1

0,98

r

"

52

'

25

293

72

3

0,999

47

37

3

450,2

73

4

12

45

1.

n

5

.10

-6

48

42,52 -

25

423

_"

8,9

12

45

_"

[

₅₁

18

29

1630

_"

20

45

4,44.10

-5

51

25

29

I

377

"

43

45

4,27.10

-5

[

'

ti

₃₈

₂₉

₁₆₃₀

"

44

45

3,44.10

-5

54

47

23p27

55

2

_"

50

16

₉

I

_7.10

_-

3

10,4.10

,

[

,

-3

I

55

51

_"

30

0,833.10

₇₄

₃₅

12

₅₃

I

,

0,05

I

"

56

_"

30

_"

₇₅

37

12

53

I

_0,08

' I

[

,

56

-3

26,35

,

3,"

30

24,6.10

76

,

I

-57

6

30

3

77

5

17

,

I

,

0,49

57

20,26,35

30

3

_"

8,9

t/ru 35

17 I

_"

[

, I _I

"

39,43,46

30

2,9

_"

39 t/m

48

17

I I

0,70

58

42

23p49

30

4,C2

78

38

14 . 17

3

[

'

_"

₄₅

_"

₃₀

_"

₇₉

_39a

₁₇

,

2.10

_1,

₂₉

59

45,46

30

3,97

.

_"

48

17

1,60.10 3

[

:

..,

60

30

0,05

_"

56

17

1,

té:5

.10,)

61

40

18

3, 1

80

42

23p4?

17

3,34

r

~

62

50

23:p27

-

156

81

44

17

0,81

63

37

2-6

82

1,2

51

14

90.10

6

[J

64a

48

23p27

-

19, 1

83

2

18

34,8

65a

42

~ "

36, 1

84

5

18

744,0

18

t/ro 38

I

64

,

0,4

_"

39,47,54

1S

743,7

J

"

43

23p39

-

0,73

_"

55

18

28,4

"

46

ti

"

"

56

19

497

n

11

49

.~'

_"

₈₅

₃

_{t/m 33}

₃₂

1,52.10

3

65

4

1

3,37.10-

12

87

21,22

2,00

n

66

18,21

0,210

88

33,54

-

51

4,1C.10

6

_'?

67

1

1

0,90

89

34

51

1,76.10

~

fJ

r

l