De bereiding van fosforzuur uit Arubaans fosfaat m.b.v. het ovenproces

(1)

Verslag behorende

bij

-

het fabrieksvoorQntwerp

van

adres:

opdrachtdatum :

(2)

(3)

J

r

1

I

L ..

l:

,

..

I

r'

l.

[J

n

c ..

n

l .

n

I

.

Tl;};3I])

Ir'}

111.1 Inleidbg.

111.2 S):e

ci:fi

~:e

.

tie

Vé'_n è_e

rrronès

toffen.

111.3 FE~tOI'e:1

di

e

bijdre.gen

tot

à.e produldiek

o

sten

.

IV.

BAL'J~SEN

IV.1

r:2

.

S

sab':::.l

e

c

ns •

IV.1.1

Inleiding.

IV.1.2

Proces

rc

ak

ties.

IV

.1.3

P

roc

es

kondities

.

IV.1.4

Bdc21S.

IV.2

Rar~te~~lans

.

IV.2.1 Inl

eià.ing

.

IV.2.2

En

th

alpietab

el.

IV.2.3

De

enthalpiebalansen

over

de

versc

hillende

onderdelen.

IV.2.3.1

Enthalpiebalans oven.

IV.2.3.2

Enthalpiebalnns

co~bustion

c

hamber

.

IV.2.3.3

3nthalpiebalRns humidifier

IV

. 2.4 O:;Jmer:,dn

g

en.

IV.2.5 Berekening van

de benodigde

8 0eveelheid

koel-

en

pr

~ces

'·,"'.

te

r

.

v.

MOTIVERT~G

7Xg

.LPPARA_I\TKEUZE

E=~

DE

:on=3=~SIOHEREJG

V.1 Elektrische

o

ven.

V.2 Hot

p

reci

]i

t

e

tor.

V.3 ~

· Té'

ter3c::,ubber.

V.4 Fosfor opsla

gtamc

.

iJ.5

Verbra

.nè.ingskarrle

r.

V.6 ~armte~isscla2r

.

V.7 Hur:liè.ifier

.

V.8 Precipitator.

V.9 Pompen.

VI. KONSTRUKTIE

p::10BLEn:rT

I. V

.

!.~

.

DE

ST:C:;RK CORnOSIEVE

;

· ~ERK

I

NG

V/lJ

·J

HET

FOSFORZUUR

.

VII. DE

EKO;JO~

· :ISCBB ~<\2TALYSE

VI!.. 1 Inleiding.

VII.2

C

ategorisering

van

de

te

onderzoeken

g

ebieden.

VII.3

Toege~aste

methode

en

ges

tel

de

eisen.

VIII. nrvEsTERING:SN

(4)

J

( 1

r

• L

X

II. KOn

'

::LUSISS

XI

II. LITERATuuR

X

IV. BIJLAGE:~

!

l.

r '

..

I

' I

I

, J

f1

n

l

J

n

(5)

I

1 l-1

[

,

r

1 l •

f

1

l ,

n

, J

[l

n

In

1

962 '

,

'er

è.

in

o"pclr?C~lt

van de Aruban

I

!1dus

try

é:

.

:::d

!i:ining

Com

è)().ny

(1)

oen

o:'lèerz:)e~

3"

o

d",,"x:

i'!",::.r de

eX

~llo

i

teerhse.rheid

V

En

hot

Arub:"

.

~

.

!1s

fosf

2('

t

~:éJ

.

;O

r'bi

j

hot

3G.t

elle Insti tute

de

experimenten verrichtte.

:

;

en

k\~a.:n

toe

:'!.

tot de

l::onk

l

usie, dat het .:\.rubao.ns fosfé'

.é'.

t

zi

c

h

tec

hnis

c

h

so

ed

lee

nde

voor·de bereiding

van

fosfor n

.b.v.

het

elek-trische

ove~

pro

ces.

Je overall c]èrengst zou

le

_g

er

li

gger;

dan in

de V.S.

anngezien het

Aruèé'

.é:m

se fosfê.é'

v

t

veel ijzer

bove

.

t. Deze

gaat

eon

binding ['

v

a

n

eet

het

G

evor~de

fosfor e!1

er

ontste.at ferro-fosforus,

Fe2P •

In

196

3 e:'l

1965

verrichtte Batelle een

ekonomische

studie

(2)

waaruit

coest

blijken of hetproces ook

rendabel

~as

.

~:en k~

· :f'.!:1

toe:l tot de lconklusie è.at

tegen

de a?neeboden

elektrici-teits

'Çlrijze:--. het

,roces"ekonomisch

e_antrek',(eli~k"

zou

zi

jn

indien

!!lcn

op

voldo

8n~1_e

afz

ct

in het bui

terüa

.nd

zou kunnen

rekenen.

De Aruban

Cho~ic~l

In

d

ustries

~

.

V. kwan nl. in dezelfde

tijd

met

kunstmeststoffen op de ::Jél.rkt

'

· ~aarVé'.n

de

fosfor

uit andere goedkopere

brorLncn i:erd

g

eh

ae.ld

.

Bovendien

maak

ten

zij zelf è.e

am

m

onié'

_~

en

sal-'Peterzuur die '::leiden zo

belangrij~(

zijn voor de

ver::er

~<i

ng

van

het

fosforzuur.

Het

~:

e

s

'.:el noodzê2celijk

mr;.

r~.de

~1

te vinde!1 die in fosforzuur

of

ê.ndere

deriv~ten

van fosforzuur

dan

kunstmest geinteresseerd zouden

zijn

.

Het doel van dit fabrieks-voorontl-:erp

'i~as,

na

te gaan

of

het

fosfor-zuur

nu

nog

tc~en

een

ekonomisc~l ap.!1va~rdbare

prijs geproduceerd zou

(6)

(

,

[ ,

r '

l

.

r

-[

l

l .

,

L 1

1 L

J

n

s

.~. ~ _ .

-

'T;"_ . _"1T . " -" _.I. rrm _ T_ . . 1>_. r,"! ,'-"

Voor de

b

e

re-ï

~

i

.

~

S

y

::-c

~

fosforzu

u

r :

:

erd

het

"clro

?,

e

"

roces"

g

e'

~

o

z

en

om

d

.<tt

è

,

c

k--

<:>

,

li

te::' t

'1<':'1

::et

A

ruèac:mse fosfo

.

n.t

~ ~et

een

geoiddelde

TPL

vnn

51~3

%

=

?3,5

~

P20S,

te laag

is

voor

een ekonomische

n

~

tto

~ro

ce

s

voer

i

n

c

(3)

.

Bi

j

h

et

c'

ro

g

e

:i

roces ,:orè

.

t

cIs

eerste

stap de

fosfaéltrots

geredu

-ceerd

i

n ee

n

ele

~~

trische

e

ven 1::

i

j

15 J

'-::'

oC.

De bel

::

nsri

j~".:

ste

:p

roè.ukten die

:

mtstac.n zijn

fosfor,

ko

ol

D

ono

x

i

d

e,

ferro-

f

o

~f

orus

en

d

e

sl~k.

De ontstane fosfor vordt met

lucht

bij

een ter

:".

yeratuur van

1 ~:

:

)J°C

in

eon verbrandin

g

soven oogezet

tot

fo

s

for

n

e

n

tox~de.

d

ie

na

hydratering fosforzuur

oplevert

met

een

geh~ltevan

3

5 %

.

'

De

co

nsu

c?

tie a.en fosfao.trots bedré!.û

s

t 165.

JO

J

ton

per

ja.ar.

Op

Arub

a

li

g

t

hierv

a

n

een

voorr

.<tR

d

voor 25

jaar

.

Verder

worden

'Tcràrui

k

t

cokes,

n

.n

e:

(sil

icpten)

en

kalk

.

De

bedr

ag

en die het

B

~

telle

Keoorial

Institute in 1965

o

pgef voor

de

te

~eken investèrin~en ~:erden

met èehulp v

p

n

prijsindexcijfers

omgo,

:

erkt tot reöele

\'

-

2. arden

voor

1

973 .

V

oor

het

~roces ~

:

erden

een

~

ass

2. -

en

een ener

g

iebal

a

ns opgesteld.

ret

behul:p

1:ierv2

~

n

en vr

.

n de te

ven:e.chten

kapi

te.c

.

D:::osten

.':erde~

l

de prod

u

k

t

ie-kosten

berekend

.

(7)

lJ

L

[

~

l J

!

.

[

~

r

'

I

l 1

n

l

j

A

lle

b

ere

ke

n

i

n

g

en d

i

e

~

er

d

o

n

g

c

maEk

t

beru

s

ten op de vol

g

ende

c

cve

ns

:

1)

~

et

fos

f

or

zuu

r

,~

or

d

t

c

e

D.a~l:

t

:::

e

t het

"ove

n

proces".

2)

J

e

k

o

n

s

u~~t

ie

aa

n fosf

aa

trot

s

bedr

aag

t 1

6

5.

80

0 ton

p

er j

aa

r,

3)

H

e

t t

ed

ri

jf

~

er

k

t

8 )

00 uur

p

er

jea

r.

II1.2

S

ne

cif

il-'

:

~.

ti

e

'lP

.

n de pron

ds

toffen

~~

s

f~~!:

Uit

de

literatuur (4)

bleek dat d

.

e

s

rJ

.

m

enstelling van

de fosfa

a

t va

n

Aruba

g

e

n

o

m

en

m

ocht

v

orden als:

jv

p

.

n

Sil

ie

ee

t:

IJzererts:

"

23,

5 g

e

l

dchts

;~

P

2

0

5 12,5

gew

icht

s

~ F

e203

1

0 ,7

g

e

vi

chts

~

A

l203

2 Q

,0

g

e

~d

chts

~

CaO

1

8 ,4

g

e

~i

c

h

t

s ~

S

i02

6,16

ee,

·,

i

c

h

ts

;

s

Cf'F2, verèer no

g

enkele andere

oxiè.en

al

s

h

ó

ülo

g

ui

de

n e.d.

Ui t een

on

d

erzoe

kj

E.J. Lo

np;;;

e

a

r

Cor.p

a.

ny,

"Res

u

l

t

s o

f

D

p".'J

1)

I11-

Develo

Jlr.1

ent

;_

r

u

b

a

n P

h

os

phc:.t

e Project"

,

j

::-n

u:o.ri 19

6 2. bl

e

k è

.

a

t

bi

j e

e

n

~~1

'

:::,

ui

k

van 125.

:)

0

0 ton

per j

a

ar

A

rub

a

een voorr

ea

d

h

eeft voor 35

j

a

r.

Ep_

1.c

ele

voorr2~èen

treft

r

eg te: B

ank

i Jerome

B

a

nld

Jerome:

4.2 ~

1

0

6 ton

met

g

e

m

icldeld

6

8. S;i

T

PL

2.3 ~

10 ton

b

ene

~

en

de zee

s

p

i

e

g

el

Ho

~

ital

Rill:

1.6 *

1

0 ~

ton

met

c

emiddeld

5

3 ~

T

P

L

I

Seroe

Color

a

do:

6.5 *

1 0°

ton

~

ct

g

e

m

iddel

d 50% T?

L

Kostenschattin

g

:

Ontgi!L1.co

s

ten

va

.

n fosfn

a

t

=

~~Q._~,:,.2

~

L

!

~

J

Di

t

i

s

aa

m

~

e

zie p.

ls

k

~~a

rt

sd

ioriet.

:J

e

c

h

emisc

h

e

a

nal

ys

e

:'"-die

g

ed

e,a,

n zi j

n

toon

d

en

O

.

e.

n dat het

g

oed

~

e

h

ruikt

k

on

'

wor

d

en in de elektri

s

c

h

e oven.

I

Ont

g

in

k

o

s

ton

b

:

e:::,ts

n

ior

i

et

=

~

:2.

!~_~.12{~~

J

1j

7 erertA kan het

g

oed

k

oop

s

t betro

kk

en

~

orden

u

i

t

Vene-z

uel

2.

~-ê?1:.r

gr

ote

!'

oev

e

el

h

e

d

e

r.

,:wrde

:'l

ont

g

onnen.

Het krn

["

elev

cer

d

.

,

~ord

o

!l t

eg

e!l n

A

fl

3

1 -

5

0 /ton: èl

ae

,rbij

zi

j

n rC

Cèd

s inbe

[T

e

p

en

1 2[>,<::

.

-

en-Iës~ësten:-Het

erts

heeft een ijzere;eha.ltc van 64

%

.

!!~~~: Se~oe

Colorado 0

9 Arub

a

besta

a

tvoo

rna8

elijk

u

it k

p.

l

k

stee

r.

OO

te

voor

d

e

~.?

,

lk

s

teen

l:

e

rè.

en uit

s

luitend

ont

p,-

in

k

osten

in

rekenin

g g

e

b

r

a

cht.

Deze be

d

ragen:

g!!~_~23

)

L!~~

:

'J

arL"leer

een

ver

k

oo-pspri

j

s

e

esteld zou

H

orden

voor het

kalksteen moeten de andere kosten

bij de ontginkosten

geteld

T

t

Torden.

Cokesi

Alle

cokes voor

het

p

roces moet geImporteerd

w

orden.

De

prijs is afh

o.

!L1.celijk V

é.'.

n de

pl

e

,

ats "

,

aar het uit

de

V.S.

komt.

De

prijs van de

cokes

uit de V.S.

De

transportko

s

ten zijn:

De totale pri js bedr

aa,

st dus:

Ele

k

trodc!l: De ko

s

ten voor

d

e

ele

k

tro

d

en in

de

V.S.

is

Om

d

at er we

i

ni

e

l

ektr

od

e

ma

teri

a~

l

nodig

a

!lne

:n

en d

n

t de

z

e

:p

rijs

'

· 'a

t ho

g

er

li

r;

t. De

tror.

.

en

i

n

A

rub

a

zouden

k

osten

is

ma.

g

m

en

g

r

o

fiot

ole

:(

-,.

Jf\

fl 2, 10/k

f':

(8)

---~

1

L.J

r'

l J

l

[

,

['

L

r

'

f

:

l )

L

r

.

f

.

l

~

r

:

I I

I

l

;

~

n

~

n

~

I

r

- - - -

-HL ITI.

3

J D:-,"-'-O~_.v _ "'Y"\ ,-,__ ..::~ ... ~ .. : ~" r:T'''',",,'''''' _ ,.' ...,;'1

to

-'-

V \.

c

ie

' ~~J.. T'or~... ·)lr1.. ... _ti(_ .,' . ' -'·'O-:ot.:; ... c11

(5 )

---

-

_._--

-

--

-

_

.

__

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

-

'

--

'

---n~-8Erh0ol~e pr~eid

geoe

f

enfe erbqi(

voor

rJé

nne

n

fl

2,

:)

0 ?,28

3,

00 2,11

-

2,66

per uur

j

g

e

b-

'

s

eer

d

.

op

"

)een

_"

_er

_"-'

40 _ee"

-

:lr::::;c

ho[er

e

n

rr.

i

élè.

EHl

~~;->der

-

S

,

2'l

_"

)

~'. ~

,,'

,

":''...

A

r

teiè.~l

00"1:

Uit

"Gener

D. l Infor

n:

at

i

on on

A

r

ub:>

é1.S

Industr

:i

['' ['' ['' ['' ['' ['' ['' ['' ['' [''

-On

èe

r

h

o

ll

d:

A

re","

blij~ct

,

Qa

t

d

e

D

ri

.4s

voor 66n

manuur

~

e

m

ià

è

eld

,:,r

ordt

!::::fl

~_2.!.~~.

Deze

bedr

a.2e;

t in de V.S. 1

0';4,

v

r

'

n

de

dire

~:

te

a

r

bei

ds

~

:o

:-'

te"1.

Op

Arub

p.

dé?J'

.

rentegen

15~

va

.m

le

:o:

e

de

veellA

Fe

re

e,

r

b

eids

ic

o

sten

.

Hierbij is inbef',Te

!)

en

de

sé'leris2r-m

V('''1

het

tec

hnis

c

h

g

oschoold personeel, ver

éon.

t-

'o

or-delijk voor

de direkte supervisie

v

a

n

de

p

rodukt

i

e.

1)e

on

d

_{erhouds 'costen}

V

2. n de ele

ktri

sche oven

be

d

re ren

5~

v;;>.n

het

"v

o.s

te

k."

.

'O

i

t

aG,

l".

De

zuur-pro

du'cti

e

nlp.n

t

eist

;:1,:>

n on

d

er

hou

d 10

%

V

2 .

n

het

"V

é'.s

te

kR

.p

i t

;;:;:,

l".

Deze

kosten

,,). j

n inkl

usief de

kosten voor

materia~l

en

arb

eid

bij

routine-on~er

houds

~

erk

z2.~~h

e

den

en

incidentele

re

p

ar

~

ties.

Plant

voo~r~den:

TIe

voorr

aden di

e

m

en

n

oet

a

anhouden

verteEen~oorCigc

ee

n

~2~rde

eie

g

elijk is a

a

n

1 5~

v

a

n

de

j

aa

rli

j~s

e

on

è.

er

h

o

uds:zosten

.

Hierb

i j

::: i jn inbegre!)en:

p",1·

:...1zinC

-materia

~

l,

sm

eeroliän en on

d

er

d

elen

die

g

ebru

ikt

worden

in

de

p

l

a

nt.

Overhe

ê

d

k

o

s

ten

~E=de=~~~~~:--

Laboratorium-

iëostën:---a.

Ele

~t

ri

s

c

h

e

energie:

Deze bedroe

g

in 1965

S

0 ,0

0

6 p

er

k\-ïh

r en

';-

~ord

t nu

voor

g

rot e

bedri

jv

en

geleverd voor

mi

nder

dan

~ J

,1

0~

Stel een

prijs

V

2,

n

:3

J

,

')

7 =

ITl:..

fl.

\

0,V,33/

kt;h

r.

b.

Koel~

'~a

ter:

RAf

l.

0 ,

025 /

D

3. c. Proce

m:ater

:

~

;A

fl.

1,

OO

/

m

3. /

d. Br

n

nd

s

tofolie: :

J.A

fl. 27,50/to

rN

Deze

over

he?dk

osten bedr

ag

en 2

0%

v

a

n de

?

rbeids-ko

s

ten inklusief

a

lle uit

ga

ven

voor

pen

si

oen

u

it-kerin

s

en, beta.alde

v

e.ka

nties,

groepsverze~::9:'i!1e:en,

ziekte

k

osten, enz.

Het

bedri jf

g

eeft

h

ieraan

6 ₀

"S

van de

a

rbeids

k

osten

ui t. Hierbij'

zijn

inbegre

p

en

alle

ui t

ge.

ven

die

betre~cing hebben

op

veiligheid,

medische service,

vervoers

service

en hy

g

iëne.

De

kosten

die

men

aan

ki'ïaliteitskontrole

e.d.

heeft,

kunnen

genomen

w

orden

als

15% van de arbeidskosten.

De afschrijving over de elektrische oven

plant

be-draagt jaarlijks 7,5

%

van het vaste kapit

aa,

l,

ter1·rijl de

afschrijving

over de forforzuurproduktie-

I

plant j

aa

rlij

k

s 1

0%

bedra

ag

t.

De fosforzuurplant is dus binnen tien jaar

afgeschre

j

ven en

de

ele

k

trische oven binnen dertien en een

h

a

l f

jaa

.

r.

(9)

-r

1

(

,

I

l

~

[

.

I

'

l

.

f

:

[

'

1 r

'

r

'

I ,

f'

l ,

l

j

n

_l

J

n

I

Ee1~~tin~e~:

In

~ruba k

~

n

men

onder

be~a~l~e

voorwp~rdcn

nieuwe

il1.:1."J.str:~_eë-:1 o~! t[=.~-f:roe-è['~::2.~

o

pz

etfe!l.

Zie: "General Tnfor

mc:.

tion on

Aruba as ê

.

n Industri.a2.

Area",

De~r:.riment

van Ontl-ri

ld

::eling 1962.

Het

leed

gee

n tHijfel dan

ook

nu

gerekend

kon

~

orden

op

d

eze

fac

i

lite~ten.

Y~E~~~~~~~~~~:

D

e

p

re

s

ics

b

edrc:.

ffen

in

totaal j

aa

rlijks

1 ~

v~n

het

v

::-:.

ste kA.pi

t.?~.l.

Deze

i

s

berekend

op

een konsumptie van

1

65 .

000 ton

(10)

tJ

( 1

l

~

\

'

1 ç

.

I

1

r '

I l ,

r '

I ,

n

(1

IV. ELL!·_=~S::::=;

IV.1.1

Inleidinr~

oridërst:::::::-

:::lJ

3. treft men

een

zeer schenati.sche

voorstellin

g

van

het

verloo-p van het 1)roces. Alle

on

d.

erdelen

tot

ê-;:l

,

n

de stora

E

e behoren bij de

fosforpl~t,

de

onderdelen

erna

tot

de fo

sf

orzuur)lent. Deze verdeling yerd

ger::a0.kt

om

de

investerin

g

en te kunnen

splitsen

in

enkele

grote bedragen

w

aarover verschillende

afschrijfter~ijnen

gesteld vorden.

Van

alle stofstromen die in het schema

sta

a

n

aan

g

e

ge

ven,

beh

alv

e

de

sl;::

~

<:

,

l:

erd

de jaarlijkse hoeveelheid

b

ere~<end.

Ook

verd berekend hoeveel

fosforpentoxide onom

g

ezet

met

de slak de

oven

~~eer

verl iet.

In de energiebalans

treft men bovendien

de

hoeveelheden

koel- en proceswater

aan, nodig

per jaar.

Fe2P

~~-

slak

<1<1---Grondstoffen

(P205)

ele

kt

rische oven

~---~

1 P4,CO (P205)

HOT

PRE

CIPIT:

,-

T

C;

.

l

~

P4'CO

!f20

.

'

~e,ste

~

~T

A

T:S:iSC?clJ:B3ER

(P4),CO

STOR.4..GE

cor

s

.

CHA:

,

J3ER

lucht

(3

%

overma

~t

[

HUiUDIFIER

4 4 - - - -

!f20

(§~%j

4 - ...--_ _

-'1'-(

P_2_0_5_) _N....,2

-

H

'

3 P0

_4(85%)

I

PRECIPITATOR

I

(11)

L-'

r '

(

,

l

~

(

,

l

[

, , I .

r .

I

l.

r

'

I

l

r '

l

,-

,

I

l

;

r ,

I )

,-'

_I

l

j

II

n

-IV.1.2

Proc

e

sr

eek

ties

De

rea

kties

die plaatsvinden

in

de verschillende

onderdelen

van h

e

t p

r

oces zijn

te

onderscheiden

in:

DZ

ELEKTRISCHE

OVEN:

6CaO

+.p

205 + 6Si0

2 +10C

'EL==

6CaO

Si0

2 +P

4+1 OCO

P

4 +8Fe

4Fe

2 P

DE V3RBRAITDIlIGSOVEN:

P4

+

₅₀₂

DE

HUMIDIFIER

:

IV.1.3

Proceskondities

De verzame

ling gegevens die hier volgt zlJn waarden uit de

literatuur

verzameld. Er

is vooral naar gestreefd de

op-brenssten

zo

reëel

mogelijk

te houden.

FOSFJ~TROTS

165.000 ton per jaar

SILICATEN

2,38

*

105 killol Si0

2 per

jaar

KALKSTEEN

1,54

*

105 kmol

CaO per jaar

COKES

16.276 *

105 kmol :per

jaar

ELEK'i'RISCRE

OVENTEN

.PERATUUR:

1500

0 _C

VER13::tANDINGS OVEN'l'EH

PERATUUR: 1000

0 _C

CONV3RSIE IN DE

ELEKTRISCHE

OVEN: 91, 5>s

~G

PO NAAR

SLAK:

5,76%

~

P~O~

IN

PRSCIPITATOR

DUST: 2,95%

%

fosfor omeezet in Fe

2 P:

28,8,(0

Ofr

gas

verliezen uit

i-mterscrubber:

3,25%

Conversie

in

de

verbrandings

oven: 98,

3~~

Verliezen humidifier: 2,

14~0

Off gas verliezen PO: 1%

Overall opbrengst:

g1:6%

(12)

' - - - " L

-=:J

=:J

=-~

~--,

---.J ---J - - J

,

----, r - - - - ' \

Electr;furnace

Electr.furnace

Water scr. in \oJate

s

scr.

out

Comb.chamber

Combo chamber

Humidi~ier

Hu

m

i

di

f~er

in

*10 kmolpy

out *105kmolpy

*10~kmolpy

*10 kmolpy

in *105kmolpy

out

105kmolpy in 10 kmolpy out

*

10 k

m

olpy

P205

_2,71

_0.08

_{1 ,67}

_0,03

₅₈

_/1,6

₃₄

;-1

Fe

2

0

3 1 ,29

" --"

;:-l

A1

2

0

3 1 ,73

I

~

)

.

CaO

7,44

~-)

.

O·

Si0

2 7,44

CaF

2 1 ,30

C

16,276

Fe

2 P

P4

0,88

0,029/0,851

0,851

CO

16,276

N

2 16,8

16,8

°2

4,384

~

---

...

(13)

I I I ,

I

L~

[

,

I '

r '

r '.

.

,

,.

I l J

r \

I

l J

rl

l J

r

~

I

l

J

n

~

.

IV.2

~:

~.r

m

t

cb

rü

él

ns

IV.2.1

!:?:!~§

Bij

he

t opstellen

Vé'.n de

enthe

.

lpiebü

a

ns

is erVétn

ui t

g

eg[l,

::"

n

Q

élt de (':I'ondstoffen

bi

j

25 o

e in

de

oven

vorden

in

g

evoerd.

De enthalpieên

bij

~e

verschil-lende re

é1k

tie-te

mp

eraturen

~erden

berekend

vol

e

en

s

:

T

1 en T

2 zijn

overgangs-tem~eraturen.

(C

p

)1 '

(C

p

)2 en (C

p

)3

zijn

de

voor

het

besctou

~

en

cl

e

temperatuur-

g

ebied

geldende soortgelijke varmtes.

is de

som

van

de overganE;Sllarmten.

De

re

ak

tie-te

~D

eraturen

zijn:

In de oven

1773°K,

in

de

verbrandingskp..mer 1273

0

K

en

in

de

hu

mid

ifier 423°K.

De soort

g

elijke

~~8.r;;lte

bij konstante

druk is een

funktie van de tem

pe

rr.>..tuur in

de

vor::!

van

2 Cp

=

a

+

bT

+

cT

+

~

T

De

kons

'

tante:l

a, b

en c en d

kunnen

::"n

tabelle:l

op-gezocht ,;orden. Deze konsta:lten hebben

voor iedere

f'a~e

een

andere .

';aé'.

rde en

zi jn telkens celdig "oiTmen

een zeker tem

p

er

a

t

uu

rgebied.

Bij de berekening van de enth

a

l

p

ieHn

dient men dus

rekening te

houden met de

verschillende

fase-over-gangen,

zQ1:el

in verbé:'nd

met

versc

hi

llenè.e e 's

als

(14)

- -]

::::=J

=:J

:::=J

=::J

~

,",

L....,;

ENTHALPIETABEL

--

-

-ton mol -ton mol

Enthalpie

320

0 K

333

0 K

Enthalpie

558

0 K

573

0 K

Enthalpie

p.

J •

p.

J •

in kcal/mol

kcal/mol

640

0 K

kcal/mol

~n

uit

298

0 K

423

0 K

631

0 K

1273

0 K

1773

0 K

P

2

0

5

271 23,6

- 360,0

- 360,875

- 357,06

- 347,248

- 326,132

-

307,632

Si0

2

744 - 202,9

-

178,860

C

1627,6

0,00

+

6,2185

CO

1627,6

- 26,416

i-26,172

r-

24,56fi

- 24,458

-14,853

CaO

744 - 151,7

- 129,868

CaO.Si0

2

744 - 377,9

- 335,365

CaF

2

130

130 - 290,3

-

262,7

Fe

₂

0

3 129,2

- 198,5

-

123,844

Fe

0,4

0,00

+

13,8894

Al

2

0

3

173 - 399,09

- 355,852

P4

88 13,4

14,478

14,703

30,554

30,62[\

45,7204

+

56,6884

°2(5%ov.) 438,4

20,9

0,00

7,869

~,,'

N

2 1680

0,00

0,87348

2,3622

7,1675

t

_Fe

2 P

129,2

- 36,0

.

Fe

2 N

-

0,9

30,3899

P

4 (in

Fe

2 P

opg)

3,4

H

3 P0

4 H

2

0 - 68,32

- 68,03

- 56,77

,

- - - --

-1)

Zie litt. (6)

(15)

l

~

r

-[

-r •

l .

r '

I

l ,

n

0 ~l

[1

I

[1

1 n

11

I

IV.2.3.1

Enth~1~iob212ns

oven.

Reakties

:

1) 2P 205 + 6CaO

+

6Si0

2 +

10C - -

6CaO

Si0 2

+ P 4

+ 10 CO

.Ll

RR = 730,

7 kcal (7)

2)

Fe

2

0

3 + 3C

~

2 Fe +

3CO

.1.

RR =+335,1 kcal/mol

3) 8Fe +

P

4 ~

4Fe

2 P

~HR

= -46,244

kcal/mol

o

IN:

T

=

298

K. 2,71

*10

5 kmol P205

7,44

*

105kmol

Si0

2 7,44

*105kmol

CaO

16,276-)(

-

105kmol

C

1,73

*105kmol

A1

2

0

3 1,292

*

10

5 kmol

~

t

_{e 2}

°

3 1,30

*10

5 kmol CaF

2

0

UIT: T = 1772

K

.

0,236*10

5 kmOl

2,71 *10

8 *

7,44

*10

8 *

7,44

*10

8 *

16,276*10

8 *

1 ,73

*10

8 *

1,292*10

8 *

1,30

105 0,236*10

8 *

- 360,0

= -

97,6

*10

9 kcal

- 202,9

=

-151,0 *10

9 -

151,7

=

-113

*10

9 0,00=

0,00

- 399,09= - 67,6

*10

9 - 198,5 = - 25,65*10

9 - 290,3

=

-

0,038*10

9 = -454,

888*10

9 k

cal

===========-=

- 307,632 = -

7,25

-)(-

109kc

a

l

P

2

0

5 16,276*105kmol CO

16,276*10

8 * -

14,

8 53 = - 24,15

*

109 7,44

*105kmol

CaO

Si0

2 7,44

*10

8 *

-

335,365

= -249

*

10

9 1,30

*105kmol

Ca F

2 1 ,30 *10

8 * - 262,7

₌

34,2 * 10

9 1,73

*10

5 kmol

A1

2

0

3 1 ,73

*10

8 * -

355,852 = - 61 ,5

*

10

9 1 ,292*105kmol

Fe

2 P

1 ,292*10

8 *

30,3899 = + 3,93 * 10

9 0,914*10

5 kmOl

P

4 0,914*10

8 *

56,6884 = + 5,18 * 10

9 = -366,99

*

10

9 kcal

==---=========

JC~RR

= 730,7

*

2,474 * 10

8 + 1,292 * 10

8 * 335,1

-1,292

*

10

8 * 46,244

= 229,81 * 109 kcal

4 BALANS:

0 = -

366,99*1

0

9 +454,881 09-229,81 1 09+QE

QE= +

141 ,92*10

9 kcal = 141,92*10

9 4,217 = 189102

KW

3,15*10

7 sec

189*10

2 36524

=

1,66*10

8 kwh

BATELLE:

1 ,26*1 08kwh

(16)

r:

r

'

r '

I

l

J

[~

n

1 Reaktie:

~HR

*

0,

85 1 * 10

8 = -

612,5 * 10

8 kcal

Bij

de co

mbustion

ch

amge

r voeren

"Te

~e

P 4 bij 320

0 K in

aangezien bij T

317 K de P4 vast

lSo

320

0 K

2980K

3170K

317 H

- H

+

H

+J1

13,62

+

28,72 10-*

3 rr}

dT +

P4

-

P

4 THANS

₂₉₈

320 J!

19,23

3 2,98*10

5 )

+

0,51 * 10- T -

₇₂

dT

=

317 13400 + 601

+

259 + 166,5 + 51 ,16

=

14.478 kcal/mol

~20oK

= H2980K

320 +

J

t

_6,76

+

0,606 * 10-3T + 0,13 * 1

0-6T~

dT

=

2 _N2

298 0,00 + 6,76 * 320 + 1/2 * 0,606 * 10-3* (320)2+ 1/3 * 0,13

*

10-

6 (320)3 - 2044

=

0,1485 kcal/mol.

"Z

"'OoK

298

0 K

320

3 1 877 * 1

05 )

H~~

:=

HO

+

J

i

8,27 + 0,258 * 10- T

_.!.J.

'

r2

dT

.

2

298 1/2 * 0,258 * 10-

3(320)2+ 1,877 10

5 =

0,00 +

8,27

* 320 +

(320)

- 3007

=

0,2422 kcal/mol

°

IN: T

=

320 K

0,851

*10

8 mol

1,68 *109mol

4,384 *108mol

P4

N

2 °2

UIT: T = 1 273

0

K

1 ,67*1 08mol P205

1 ,68*1 08mol

N

2 0,851*10

8 *14,478

=

12,32*10

9 kcal

1,68 *10

9 * 0,1485

=

2,50*10

8 kcal

4,384*10

8 * 0,2422

=

1,06*10

8 kcal

2C

=15,88*10

8 kcal

1,67*10

8 * - 326,132

=

-545*10

8 kcal

7,1675

=

121*10

8 kcal

~

=

-424*10

8 kcal

(17)

[

:

[

:

r .

l

l .

[

~

[ 1

:1

n

.

n

r~

r

BAMNS:

- - -

0 = - 42410 - 15,8810

8 8 8

+

612,5*10

+

Q3

= -

~ 7=~:~:c

a

:

(de hoeveelheid

afgevoerde ,.mrmte

uit

combustion cha

m

ber)

Dus: voor elke ton

geproduceerde f

osfor

nodig:

11.830 kwh.

========

(18)

!

1 l .. , 1

,

l

"

l

~

[

.

[

:

r

.

[

:

r

.

r

'

I

r

'

I

f

'

"

I

l )

i1

I

l

J

"

1

J

"

- -

-JV.2.3.3.

Enthalnieba

_---

l

ans

humidifier

Reaktie:

r

₂

0

5 +

3H

2

0 ---

2H3

po

4 Ll

H

_R

= -

45 kca

l

/m

ol

Aan

g

ezien bij

m

631

0 K

de

P

2

0

5 v

a

st

is wordt deze bij

een

temp

.

van 640

0 K

in

de

humidifier in

g

evoerd, terwijl

het

water

van

29S

o

K

tot

de

reaktietemp. van

423

0 K

wordt

op

gew

ar

md

.

6 0

Sa

631 H

40 K

=

H 29

K

+

J

JS,375

+

5,40 3f 10-3T{dT

+

P

2

0

5 P

2

0

5 _29S

'L

f

640 8800

+

J

36,80 dT

631

360.0

00 +

2790

+

831 +

8800

+

331,2

= -

1 ki

/

H

2980K

631 3,f

=

N

+

J {

6,76

+

0,606 3f 10-

TJT

0,13 3f

2

298 10-6T

2 } dT

= 0,00

+

2250

+

93,4

+

8,78 =

gLJ2JJ

kcal/mol

347,243 =

-2,3622=

+

68,32

-580;!:10

S

kcal

39,7*1~Skcal

5613f1

0 kcal

:-8---Je

=

-1101,3~1

0 kcal

.,

_,_I

UIT:

1~8;!:109mol

N

2 met de H

3 P0

4 =

=

7.:.=

14,73f10

8 118,0671f109kc

al

ö ,

--1165,97*10 kcal

8

8 ~HR*1,67x10

=

75;!:10 kcal

8

8 BA~BS:

°

= -

1165,971f10

+

1101,3;!:10

+

75~10

+

Q4

=

;=l~!~1~~~1

(19)

f

1 l

__

[

,

I

,

.

[

,

l

[

:

r

0

I

i

l

[ '

l

r

0

r

0

I

l r ' l J

fl

n

- -

-1)

~ancezien

de

C

van

F

e

2 P

niet

in d

e

l

ite

r

~tuur

te

vinè

,

c:1

~

~"

,...s

~-erg

voor

de

enth

r-lu

i

e

v",n Fe

2 P

bij

o

-177

3 K

(

ovente

m

pe

r

atuu

r)

die

v

an

Fe

2 N

aanceh

o

ud

en.

2)

Gezien tot

exotherme

ka

r

akt

er

van

zo~e

l

d

e

ver-br,mc1in:; van

h

et

fonfor

a

ls

d

e

hyd

r

a

terin

e;

v

a

n

het

P

205 en

gezi

en

de

rel

a

tief

grote hoeveelheid \

'

,e.

rmte

die

vri

jkor.l

t zO

I,

el

bij

a

f

k

oeline ve.n het

g<lS

uit de

verbr,,

:'1di

ngs~<::8.m

er

v

an

1273

o

K

tot

640

0 K

is er uit

oO

GPunt

V

B,n

~

JGrm

te-e

k

ono

m

ie

een

be

,

lans

(t

~"bc

l)

v::>n

deze

~a

r

mt

e

h

oeveel

h

e

de

n

on

geste

l

d

.

D

eze

~ar~t

e

hoeveelheden

zouden b.v.

s-

ebr

1.ük

t kunnen

è~orden

om

de

b

uizen

die

d2t

eie

on,

zoals tussen de

PA

storase

en

el

e

verbrandingsk~mer,

goed

op

te:-:1:gerat

t.<l5

r te

houden.

109 1:ce

,

1/ jr

H

10 18,30

H

"

12 0,024

H

14

0 ,1823

lf

18 11,58

H

21 5~43

Q

3

17 ,262

Q

4 1,033

IV.2.5

Berekening

v

an d

e

benodigde

hoeveelheid

koel-

en

~E~i!~~-

-

---H1

0 :

G

p

s

r'l

en

gs

el

ve

n

CO

en

P4

en

P205~

aIkoelen v

a

n

~

1773

ÄIf

=

o

J

631 1O-

3 _T}

_è

_T

₊

Tot

aa

l:

8 *

631 36,80

dT

+

Ti8375

+

5,40

*

5"73

8800

=

49,428

kcal/mol

10

6 *

49,428

=

39,5424

*

10

1 k

cal.

(20)

(

,

l--' I '

l

~

[

:

I

'

[

.

[

,

r

.

[

.

['

l

r

.

[

,

[

,

,11

rJ

[ j

r :

r

1 H12:

111.1 :

2. Via

de P4 en de

CO

1773

P

4 :L1H

=

J

4,97

dT = 26,06

kcal/mol

573 Totaal:

8,8~107~26,06~102=

2,294~109kcal

1773

CO

LlH

=

J

2 6,60

+

1 ,2~10-3T}

dT =

537 _{9,605 kcal/mol}

Totaal:

16,276~108~9,605

= 15,62*109kcal

(:t

.cp.~T)

_wal.J

-'-e

_r

=

18,30~109kcal

X

= 76, 2

~

1

0 7 kg

Fosforpentoxide

afkoelen van 300°C naar 25°C

573 -3 2 5.73

H573-H298= 8,375T /

+

2,70*10

I

298

298 = 2,94

kcal/mol

Totaal:

0,08~108~2,94

= 23,52*10 6kcal

eX.cp.

L1

T)

_wa

t

_er

=

0,2352~108kcal

1 = 10

6 kg

water

per jaar.

Mengsel

van fosfgr en

koo~monoxide

dampen

afkoelen van 300 C to 285

C.

573 CO:

A

H=

J

6,60

+

1 ,2~10-3T

dT=108kcal/mol

558 Totaal:

16,276~108~108

=

1,76*10

8 kcal

573 P

4 :

L\H=

J

4,97dT = 0,074 kcal/mol

558 Totaal: 88*10

6 0,074=0,00651109 kcal

8 T)water=

1,823~10

kcal

(21)

I I

,

.

I

,

j

l :

!

.

r'

l

r .

I

'

·l I •

r'

I

• J I •

lJ

- - _ .

-

~

-~-17

H18:

-26

.H21 :

Hoeveelheid

wate

r

nodig

om

de fosfor

en

koo~monoxi~eodampen

af

te

koelen van

285 C tot bO C.

De vrijkomende

warmte

bij afkoeling van P4

van 1500

0 C

tot

60°C bedraagt:

ot88~108~(56t6884-14t703)=36,9~1

08 kcal

Voor CO bedraa

g

t

deze warmtehoeveelheid:

16t276x108~(-14t853+268172)=184,2~108kcal

Totaal:

36t9~108+184t2~10 =221,1~108kcal

( )'

~

T)

-2g1.L

1~l.Q~-9

2~108

kg

1[,

.cp.

water totaal-

24 - ,

..

water per jaar

(92-67,5-0,875)~107=23,625~107kg

water per j

çbm=

~_~_

=

22~,8~1~~

= 4,82x10

8 kg water

cp T

24 0m =

1,48~107

rpm~ ~

~

cp

T

5 43~109

=

~--24

per jaar

22,6~107kg

water

per jaar

Koelwater

R19:

De warmte die afgevoerd moet

worden

bedraagt jaarlijks:

172,62.1e10

8 kcal

rjJ

w=

~mcp

T

=

w

rIJ

m = 1 7 2

~

2 x 1

0

8 =7 , 2

~

1 0

8 kg wa ter per j a ar

24 Koelwater T20:

çbm=

a)

w

=10t33~2~=Ot43*10~kg

water

cp

T

24 _{per jaar}

(22)

-l .

[

:

[

:

r .

I

r '

r

1 l

j

II

f1

[1

r

I .

-V.

M

OTIVERI

NG

VAN APPARAATKEUZE :SN DE

DITBNS

IONERING

V.1 D

e oven

n

,

Een belangr

ijke

variabele in

d

i t

proces

is

de

vorm

van

de

oven

(6) en

de

schikkin

g

V

8 n de

e

lectroden hierin.

M

en trac

h

t

een

zo

g

elijkmatig mo

g

elijke distributie

van

de ener

g

ie

t

e verkrij

g

en. De drie

belangrijkste typ

e

n

zijrude rechthoekige

oven met de

drie-electroden

op

één lijn, de ronde oven

waarbij

de electroden op

de

hoekpunten van

een driehoek

t.o.v. elkaar staan en

tenslotte de ovens

die

vooral in Duitsland zijn

toe-gepast, in

de

vorm van een driehoek met afgeronde hoeken.

~~_~EgQ!g~_Qy~g:

De driehoekige oven heeft een stalen wand

die

25~10-3m

dik is.

De zijwanden

en bodem zijn van binnenzijde

be-kleed_~et

koo13tofplaten die een dikte hebben van

711.1Q

-'-

90 .1

()

m.

Verder is ook een laagvaste steun op

àe-ko~f

aangebracht

en

is de bovenzijde van de oven

van

gevmpend klei-aluminiumcement

gemaakt.

Daar

overheen

ligt een antima

gne

tische stalen plaat die in drie stukken

verdeeld is,

waarin

openin

ge

n voor de electroden

zijn

uitgespaard.

De

delen worden

t.o.v. elkaar, t.o.v.

de

electro

den

en

t.o.v. de oven

geisoleerd. De

onderste

helft

van

de

oven en

de

bodem

worden

niet watergekoeld.

De wand

wordt met

"d9uble T beams" verstevigd.

,/

---.

--"

---.

~~_r~sh~h2~~lg~_2y~g:

De rechthoekige oven verschilt niet veel yan

de

drie-hoekige oven en is

de

moeite

van

een aparte

behandeling

niet waard.

Midure of

11

111 '

phosphate nodules.

I1

I

silica. coke, and coal

F errophosphorus spout

I"ig.4. Ncw TYA rot:\ting phosjlhol1ls furn:\cc of 2;3,OOO-k\Y

I':\p:\city.

(23)

-1

; 1

,

' r •

l _

r

.

r'

[

-[

.

r .

,

1 •

r '

I , I

~

1 l )

, 1

, I

II

r

. I .

l,

r

('0

~~

,

1 '

,\

.J.-

_t

De ron

è.

e oven:

De

rJn

:a

O

Vd

n

va

n

T.V~A:

d

i

e

bovendien

o

m

z1Jn

as kan

draaieL

w

erd in

196 3 geb

ouwd. Het

heeft een

diameter

van

3 .

C8

m

en

is

4.8

8 m

hoog.

De

oven

kan

een ladin

g

van

200 ~e~rische

tonnen

bevatten,

steunt op lagers en

maakt

in 15

0 -2

00 hr

één om

wente

ling.

De

bovenkant

van

de O'len st

ae

t los

v

un

de

re

s

t

met dienvGrstande dat

tussen beide

delen

we

l

een waterslot

van

ro~stvrij

staal is aan

g

ebracht.

Op de

'

oódem

11 ~gen

ar

ie lagen

koo13tof-blokken van

(0.430.764.0m).

Alle

ovens

hebben een

afzonderlijke aftap voor

de slak

en de ierroiosforus. Het

aftappen

gesch

iedt met

een

fre-quen~ie

d

ie a

fhandel

ijk is van de belasting van de oven.

Stroo!TI.v

o

o:'

z

i

enin:;::

:

---~

De

s

t

roo

mv

oorziening vindt plaats met de 3 electroden

die

loodrecht

de oven insteken. De stroomdichtheid ligt

over de

~erschillende

electroden tussende 4 en

de

5 amp/c

m

• De

elektrode-consumptie bedraagt on

ge

veer

50 kgjton

fosfor. De

"houder" van de electroden bestaat

uit

een

door

water gekoelde

~

oestvrije

stalen cylinder.

In deze cylinder tre

f

t

men enkele

wa~er

g

ekoelde

contact-pl~

die

zo zijn aan

g

ebracht dat

zij

om de electrode

heen

gek

lemd

zitten.

E

lk van

deze

plaatjes is

d.m.v.

van

k

operdr

aa

d verbonden met twee tr8ns

f

ormatoren.

A

fh

ank

elijk

van de

belastin

g

worden

de electroden

auto-matisch dieper

of minder diep de oven in

ge

stoten.

Nieurre electroden

kunnen ingezet

worden

zonder daarbij

de continuïteit van het proces te verstoren.

Enige

aspecten betref

f

en de dimensionering van de

elec

t

rische oven (1

0 ).

In de 07en

kan

men onderschGiden de

gebieden

waar

warmte

ontwikkeld

wordt

en andere delen

waar warmte

verloren

g

aat. Het patroon van de

warmteoverdracht

is zeer co

mp

le

x

.

KVialit

a

-':;

ief

heeft

men

een

aard

i

g

beeld

van Vi3t e

r i

n

de

ov

en

;e~au

rt.

me

t

het model

dat

men hiervan

heeft

opge-stel

è

,

:{

unnen

slechts

in beperkte

mate

kwa

ntitatieve

uit

spra~

en

w

orden

g

edaan.

r

Bij

de

electrische

s

m

eltprocessen is het raadzaam

de

geleiding

van

de

electrische stroom te beperken tot

de

v-

zênes tussen

de

punt

e

n van de elektroden en de

haard.

Het

proces wordt

dan stabieler en de uitvoering

gemak-kelijker.

Aangezien

de

hoge temperatuur slechts bereikt kan

worden

met een ho

g

e stroomdichtheid, mag men verwachten

dat

in

het

midden

van de haard de weerstand het kleinst is en

dat

deze

g

roter

wordt

naarmate men verder van dit centru

m

zou

m

eten.

De

inhoud van de haard is dus afhankelijk van

voltage en stroomsterkte.

In de drie-fasen-ovens treffen we drie reactiezones.

Op

de

bodem

van

elke zone verzamelt zich de slak. De

ver-zamelplaatsen staan met elkaar in verbinding en zijn

bepalenë

voor

de plaats in de ovenwand

Vlaar

de slak

afgetapt

wordt.

In de fosforovens treft men twee tappunten, waarvan de

bovenste dient voor de afvoer van de slak en de

ander

voor

~et

ferrofosforus.

Er vindt

e

en

continue

toevoer

van grondstof

naar de