fflgSn
Verslag behorende
bij het processchema
van
mÈÈÊÊ^*
I . V . T i c h 1 e rJ
onderwerp :
adres: Oude. D e l f t ^2,
D e i f t .
iatumV e r s l a g over de o p s t e l l i n g van een
P R O C E S S C H E M A
voor de technische b e r e i d i n g van
N I T R O B E N Z E E N
J.W. T i c h l e r Oude D e l f t 42
1.1. Grondstoffen en b i j p r o d u c t e n 1.2. Toepassingen 2. Proceskeuze 2.1. Mogelijke processen 2 . 1 . 1 . Ladingsgewijze processen 2 . 1 . 2 . Continue processen 2 . 1 . 2 . 1 . Dampfaseproces 2 . 1 . 2 . 2 . V l o e i s t o f f a s e p r o c e s 2.2. P l a a t s van de f a b r i e k 2 . 3 . P r o d u c t i e 2.4. Mogelijke r e a c t o r e n 2 . 5 . Keuze r e a c t o r 3 . Theorie 3 . 1 . Mechanisme 3 . 2 . R e a c t i e s n e l h e i d 3 . 3 . Samenstelling mengzuur 3 . 4 . Optimale c o n d i t i e s 3 . 5 . Re ac t i e e n t h a l p i e 4. B e s c h r i j v i n g proces 5. V e i l i g h e i d 5.1. Explosiegevaar 5 . 2 . Brandgevaar 5.3. V e r g i f t i g i n g s g e v a a r 6. Berekeningen 6.1. Stofstromen 6 . 2 . Warmtestromen
6 . 3 . Grootte der apparaten
7. C o r r o s i e 8. C o n c l u s i e
2-Gebruikte symbolen» MZ * mengzuur
NB - nitrobenzeen B = benzeen
DNB - m-dinitrobenzeen; van de o- of p-verbinding i s nergens sprake N - s a l p e t e r z u u r
Z - zwavelzuur W - water
In hoofdstuk 6 worden de massastromen van de v e r s c h i l l e n d e stoffen ook met bovenstaande symbolen aangeduid. De i n d i c e s b e t r e f f e n daar de s t r o o m l i j n e n , z o a l s aangegeven op de c o p i e van de tekening. r - r e a c t i e s n e l h e i d k - r e a c t i e s n e l h e i d s c o n s t a n t e c • c o n c e n t r a t i e H =
fl
ewf ff l
voor de n i t r a t i e gewicht ö cewicht Z DVS - dehydrating v a l u e of s u l f u r i c a c i d - gew ich t w n a v o l l e d i g en i t r a t i e van het benzeen M « moleculairgewicht T - temperatuur t - v e r b l i j f t i j d H «= e n t h a l p i e 6 m stofstroom r
w
0 - volumestroom rv JZ5 - warmtestroom1. I N L E I D I N G 1.1. GRONDSTOFFEN EN BIJPRODUCTEN
Nitrobenzeen ( i n het v e r v o l g afgekort t o t NB) i s het m o n o n i t r a t i e -product van benzeen (afgekort B ) i
+ HN03 * Q + H20
In d i t v e r s l a g z a l d i k w i j l s gebruik worden gemaakt van de a f k o r -t i n g N voor s a l p e -t e r z u u r ( n i -t r i c a c i d ) en W voor wa-ter, zoda-t bovenstaande r e a c t i e v e r k o r t geschreven kan worden a l s i
B + N — * NB +
W
De toegepaste technische processen corresponderen met deze r e a c t i e -v e r g e l i j k i n g . E r z i j n r e a c t i e s bekend, waarbij g e n i t r e e r d wordt met s t i k s t o f d i o H i d e en s t i k s t o f t e t r o o t i d e , doch deze processen z i j n n i e t commercieel, ( l ) (2)
Grondstoffen voor het proces z i j n dus benzeen en s a l p e t e r z u u r . Wanneer het proces wordt u i t g e v o e r d met een mengsel van s a l p e t e r -zuur en geconcentreerd zwavel-zuur ("meng-zuur", " n i t r e e r z u u r " ,
" n i t r a t i n g a c i d " , afgekort MZ), r e s t e e r t u i t het proces verdund zwavelzuur. Hiervoor z i j n twee mogelijkhedeni
Ie Het wordt verkocht, dus beschouwd a l s b i j p r o d u c t .
2e Het wordt i n een aparte f a b r i e k s e e n h e i d geconcentreerd en met v e r s s a l p e t e r z u u r ( b i j v . 56-60$) opgewerkt tot mengzuur. Een
d e r g e l i j k e f a b r i e k h e e f t trouwens ook zwavelzuur a l s b i j p r o d u c t , dat kan worden verkocht aan b i j v . een kunstmestfabriek, een
" m e t a l p i c k l i n g " - b e d r i j f of een zwavelzuurfabriek voor gebruik i n een contactproces absorptiesysteem. (3)
In i e d e r g e v a l moet voor de NB-fabriek mengzuur a l s grondstof en verdund zwavelzuur a l s b i j p r o d u c t worden beschouwd. Verder kan i n
sommige g e v a l l e n nog een geringe hoeveelheid d i n i t r o b e n z e e n (verder DNB genoemd) a l s b i j p r o d u c t worden beschouwd!
NB + N — > PNB + W
Synoniemen voor NB z i j n i mononitrobenzeen, n i t r o b e n z o l , o i l of mirbane, o i l of myrbane.
1.2. TOEPASSINGEN
De meeste economische gegevens b e t r e f f e n de NB-productie i n de USA. Europese c i j f e r s z i j n m o e i l i j k e r v e r k r i j g b a a r . In de USA wordt 80$ van de NB-productie g e b r u i k t voor a n i l i n e b e r e i d i n g . Op de Economisch-Technische a f d e l i n g van TNO, Koninginnegracht 30, Den Haag, werd een o v e r z i c h t verkregen over de a n i l i n e p r o d u c t i e en toepassingen i n de USA (4), z i e ook (5)»
I960 1961 1965 106 l b s I Q6 l b s I Q6 l b s I Q3 ton $> rubber chemicaliën ( v u l k a n i s a t i e v e r s n e l l e r s en antioxidanten) 79,0 75,0 8 8,0 39,9 65 k l e u r s t o f f e n 18,0 17,0 20,0 9,1 15 farmaceutische en v e t e r i -n a i r e chemicalië-n 7,5 7,5 7,5 3,4 6 f o t o g r a f i s c h e chemicaliën (hydrochinon) 2,5 2,5 3,0 1,4 2 d i v e r s e n 14,0 13,0 16,5 7,5 12 t o t a a l 121,0 115,0 135,0 61 100
Andere toepassingsmogelijkheden voor NB z i j n de b e r e i d i n g van ben-z i d i n e , c h i n o l i n e , aben-zobenben-zeen voor de k l e u r s t o f f e n i n d u s t r i e ; ben-zeer weinig i s bestemd voor de parfumerie. (5)
We z i e n dus, dat van de t o t a l e NB-productie ongeveer 50$ besterad i s voor de r u b b e r i n d u s t r i e , c a . 30$ voor de k l e u r s t o f f e n i n d u s t r i e en de overige 20$ voor verschillende chemische (waaronder farma-c e u t i s farma-c h e ) b e d r i j v e n .
Tamelijk recente gegevens over de t o t a l e productie van NB i n de USA werden ook verkregen op de Economisch*Technische a f d e l i n g van TNO (4)1 p r o d u c t i e j a a r 106 l b s 105 ton 1960 1961 1965 160,0 145,0 185,0 72.5 65.6 83,9
Omstreeks 1956 bedroeg de wereldproductie 120.000 t/a, de productie i n de USA 60.000 t/a ( 5 ) . Wanneer de verhouding tussen deze c i j f e r s g e l i j k gebleven i s , kan de wereldproductie v o o r 1965 worden geschat op 170.000 t/a.
De p r o d u c t i e geschiedt i n de USA b i j zes b e d r i j v e n (6)»
American Cyanamid Co», Bound Brook, N.J. E . I . du Font de Nemours and Co., Inc., Gibbstown, N.J. General A n i l i n e and F i l m Corp., Rensselaer, N.Y. Monsanto Chemical Co., Monsanto, 111.
N a t i o n a l a n i l i n e Div., A l l i e d Chemical and Dye Corp., B u f f a l o , N.Y. Moundsville, W.Va. Naugatuck Chemical Div., Naugatuck, Conn.
De p r i j s van NB bedroeg i n mei en j u n i 1964 ( i n tanks, "dubbel gedestilleerd")» 0,095 - 0,76 gld/kg; van DNB ( i n drums)»
0,26 $/lb - 2,08 gld/kg. ( 7 ) . ( i n l i c h t i n g e n van de Dienst
Econo-mische V o o r l i c h t i n g van het M i n i s t e r i e van EconoEcono-mische Zaken, Bezuidenhoutseweg 151, Den Haag.)
2. P R O C E S K E U Z E
2.1. MOGELIJKE PROCESSEN 2 . 1 . 1 . Ladingsgcwijze processen
B i j de n i t r a t i e p r o c e s s e n i n het algemeen kunnen we voor de l a d i n g s -gewijze processen de volgende voordelen noemen (3)»
Ie F l e x i b i l i t e i t . Doordat de v e r s c h i l l e n d e ladingen p r a c t i s c h ge-h e e l gescge-heiden bege-handeld worden, kunnen per l a d i n g gemakkelijk p r o c e s v a r i a t i e s geïntroduceerd worden. D i t i s v o o r a l van belang, wanneer een b e d r i j f v e r s c h i l l e n d e n i t r a t i e p r o d u c t e n f a b r i c e e r t . D i k w i j l s kan dan i n dezelfde f a b r i e k worden overgeschakeld van het ene product op het andere ( s p r i n g s t o f f e n i n d u s t r i e ) . Wij be-perken ons t o t de p r o d u c t i e van NB. Wanneer de f a b r i e k eenmaal i n b e d r i j f i s , z u l l e n voor de o p t i m a l i s e r i n g s l e c h t s k l e i n e w i j z i g i n g e n aangebracht worden, zodat d i t v o o r d e e l h i e r n i e t b i j z o n d e r opvallend i s .
2e A r b e i d s i n t e n s i v i t e i t . Deze i s b i j processen, waarbij gewerkt
wordt met grote ladingen n i e t g r o t e r dan b i j contunue processen, hetgeen b i j v . gebleken i s b i j de productie op grote s c h a a l van n i t r o g l y c e r o l en n i t r o t o l u e e n .
Continue processen
Hiervoor kunnen de volgende voordelen genoemd worden (3)» Ie Lagere i n v e s t e r i n g . Om een k l e i n e a r b e i d s i n t e n s i v i t e i t te
k r i j g e n hoeven geen grote apparaten voor grote ladingen te worden aangeschafti de apparaten hoeven s l e c h t s zo groot te z i j n a l s nodig i s voor de gewenste v e r b l i j f t i j d . D i t i s voor-a l b i j de processen op middelgrote of k l e i n e s c h voor-a voor-a l een belvoor-ang- belang-r i j k v o o belang-r d e e l .
2e V e i l i g h e i d . Ook z u l l e n er dus i n de apparaten kleinere
hoeveel-heden aanwezig z i j n , hetgeen met oog op de v e i l i g h e i d b i j de b e r e i d i n g van s p r i n g s t o f f e n een b e l a n g r i j k v o o r d e e l kan z i j n . Daar NB o n v e r g e l i j k e l i j k v e e l minder g e v a a r l i j k i s dan de n i -t r a -t i e p r o d u c -t e n i n de s p r i n g s -t o f f e n i n d u s -t r i e , i s d i -t v o o r d e e l h i e r n i e t zo b e l a n g r i j k .
3e A r b e i d s i n t e n s i v i t e i t . Deze i s vooral voor processen op kleine
en middelgrote s c h a a l en voor g e v a a r l i j k e processen i n het algemeen k l e i n e r dan b i j ladingsgewijze processen.
Mede gezien de t a m e l i j k geringe p r o d u c t i e c i j f e r s voor NB ( z i e 1.2.) i s v o o r a l op grond van Ie en 3« besloten tot een continue proces-v o e r i n g . E r kan dan nog onderscheid worden gemaakt tussen een dampfase- en een v l o e i s t o f f a s e p r o c e s .
D a m p f a s e p r o c e s (8)
H i e r b i j wordt benzeendamp met de damp van b i j v . constant kokend s a l p e t e r z u u r (68$ HNO,) over een k a t a l y s a t o r b e d g e l e i d b i j tempe-r a t u tempe-r e n tussen 130 C en 430 C. Actieve katalysatoren z i j n b i j v . calcium-, f e r r i - en magnesiummetafosfaat. Door de geringe opbrengst van d i t proces (ca 30$) i s het n i e t aantrekkelijk als commercieel proces.
2 . 1 . 2 . 2 . V l o e i s t o f f a s e p r o c e s
D i t i s het algemeen commercieel toegepaste proces. Het i s ook voor d i t processchema gekozen.
In een n i t r a t o r wordt B (benzeen) met MZ (mengzuur) g e n i t r e e r d . Met de h i e r g e b r u i k t e symbolen kan d i t a l s v o l g t worden weergegevens
-6-Z s t a a t h i e r voor afgewerkt zuur ("spent a c i d " ) en bestaat dus u i t verdund zwavelzuur. Het product wordt gescheiden i n een bovenste NB-laag en een onderste Z-laag.
Be omzetting van N ( s a l p e t e r z u u r ) i s n o o i t geheel v o l l e d i g . De omzetting van B kan v o l l e d i g z i j n , wanneer met overmaat N gewerkt wordt. Het n i e t gereageerde N komt g e d e e l t e l i j k i n de Z-laag, g e d e e l t e l i j k i n de NB-laag. De lagen kunnen op twee e n i g s z i n s v e r s c h i l l e n d e manieren behandeld worden»
Ie Het N wordt u i t de NB-laag gewassen met water. H i e r b i j l o s t een weinig NB i n het water op. Het wordt teruggewonnen door e x t r a c t i e met B. D i t B wordt vervolgens g e b r u i k t om de Z-laag te d e n i t r e r e n ( i n de d e n i t r a t o r ) . Het d e n i t r a t o r p r o d u c t wordt gescheiden i n een bovenste B-laag, waarin dus wat NB opgelost i s , en een onderste Z-laag. Door deze bewerking gaat het n i e t gereageerde N dus n i e t geheel v e r l o r e n . (9)
2e De Z-laag wordt i n de denitrator gedenitreerd met vers B.
Een gedeelte ervan wordt vervolgens g e b r u i k t om het N u i t de NB-laag te extraheren, om vervolgens nogmaals voor d e n i t r a t i e i n de d e n i t r a t o r te worden g e l e i d . De e x t r a c t i e i s n i e t v o l l e -d i g en het resteren-de N wor-dt met water u i t het NB gewassen. Het NB, dat h i e r b i j i n het water o p l o s t , gaat v e r l o r e n . (lO) De onder 2e beschreven werkwijze i s onlangs uitgewerkt i n het processchema van H. de Blank.
H i e r z a l de onder Ie beschreven werkwijze worden uitgewerkt, waar-na v e r g e l i j k i n g van de beide werkwijzen mogelijk i s .
2.2. PLAATS VAN DE FABRIEK
Gezien het onder 1.2. gestelde over de toepassingen van NB l i g t het voor de hand om de f a b r i e k i n het Westen des lands te v e s t i g e n . Voorts l i g t het voor de hand om b i j de NBfabriek een a n i l i n e
-f a b r i e k en een " a c i d p r o c e s s i n g p l a n tH voor de b e r e i d i n g van
meng-zuur t e bouwen. De g r o n d s t o f f e n benzeen, s a l p e t e r z u u r en zwavel-zuur (oleum) z u l l e n moeten worden aangevoerd. De aanvoer van ben-zeen i s h i e r v a n het g e m a k k e l i j k s t . Het z a l dus v o o r d e l i g z i j n de
f a b r i e k te v e s t i g e n i n de buurt van een s a l p e t e r z u u r f a b r i e k en/of o/C een zwavelzuurfabriek. Voor wat b e t r e f t s a l p e t e r z u u r kan gedacht
worden aan IJmuiden, V l a a r d i n g e n of S l u i s k i l . Voor wat b e t r e f t zwavelzuur aan Amsterdam of V l a a r d i n g e n . Voor de p l a a t s van ves-t i g i n g kan dus gedachves-t worden aan i n d u s ves-t r i e ves-t e r r e i n b i j IJmuiden of het B o t l e k g e b i e d . In d i t bestek kan m o e i l i j k voorkeur gehecht worden aan een dezer beide gebieden. Rekening moet nog worden ge-houden met s l u i z e n en havengelden. Het e e r s t e v a l t g u n s t i g u i t
voor het Botlekgebied (open v e r b i n d i n g e n ) , het tweede voor IJmuiden. Als p l a a t s van v e s t i g i n g voor de NB-fabriek wordt IJmuiden gekozen.
2.3. PRODUCTIE
In 1.2. z i j n zes bedrijven genoemd, die de geschatte productie van 85.000 t/a i n 1965 voor de USA moeten leveren. B i j één d i e r b e d r i j v e n ( N a t i o n a l A n i l i n e Div.) z i j n twee p l a a t s e n genoemd
( B u f f a l o en Moundsville) zodat kan worden aangenomen dat de pro-d u c t i e i n 7 f a b r i e k e n g e s c h i e pro-d t . D i t betekent pro-dus per f a b r i e k
12.000 t/a. Er z i j n twee redenen om de productie groter te kiezen»
Ie Het genoemde c i j f e r i s een gemiddelde. Het NB van de g r o t e r e f a b r i e k e n z a l een lagere k o s t p r i j s hebben.
2e Er moet rekening gehouden worden met een stijgende
Aan de andere kant moet, gezien de geringe wereldproductie, n i e t te v e e l van de a f z e t m o g e l i j k h e i d verwacht worden. De p r o d u c t i e van de f a b r i e k z a l worden g e s t e l d op 18.000 t/a. Een jaar op
8000 productieve uren s t e l l e n d e vinden we dus een NB-debiet van
2,25 t/h - 0,625 kg/s.
B i j de berekening van de toe t e voeren hoeveelheid mengzuur i s van d i t g e t a l uitgegaan, zonder met de o n v o l l e d i g e omzetting rekening te houden. Daardoor z a l d i t g e t a l u i t e i n d e l i j k nog i e t s k l e i n e r worden.
2.4. MOGELIJKE REACTOREN (zie f i g . 2 . 4 . 1 . t/m 2.4.8.) 2.4.1« Serieschakeling ( l l )
Sen a a n t a l i n s e r i e geschakelde geroerde tankreactoren met mantel-k o e l i n g . Door oplopende temperatuur wordt gezorgd, dat i n i e d e r e tank d e z e l f d e conversie p l a a t s v i n d t en dus dezelfde warmte afvoer nodig i s . Deze o p s t e l l i n g tf-st v e e l i n v e s t e r i n g . Bovendien i s b i j g r o t e r e hoeveelheden de temperatuurbeheersing m o e i l i j k .
2 . 4 . 2 . Reactor met compartimenten (12)
De r e a c t o r i s door aan de roerderas bevestigde s c h i j v e n en door aan de wand bevestigde doorboorde s c h i j v e n i n v e r s c h i l l e n d e com-partimenten v e r d e e l d , d i e i e d e r a l s een geroerde tankreactor werken. Hierdoor wordt eenzelfde soort e f f e c t b e r e i k t a l s b i j
2.4.I., maar de u i t v o e r i n g i s goedkoper. Echter i s de
temperatuurbeheersing met é*én koelmantel nog m o e i l i j k e r . K o e l i n g van de v e r -s c h i l l e n d e compartimenten apart zou b e t e r z i j n , maar ook duurder.
2 . 4 . 3 . Schmid-Meissner reactor (13) (3)
Een geroerde t a n k r e a c t o r met k o e l l i c h a a m . Het product gaat door t | de buizen, het koelwater om de buizen* Door het g r o t e r e k o e l
-oppervlak i s deze r e a c t o r v e e l b e t e r g e s c h i k t voor g r o t e r e hoe- ]'
veelheden. v*> UAuu*^\ W ,
2 . 4 . 4 . B i a z z i reactor (14) (3) * « ^ '
Een geroerde tankreactor met k o e l s p i r a a l . Koelwater gaat dus door de buizen, product om de buizen.
2.4.5» Azeotrope d e s t i l l a t i e (15)
Het product wordt h i e r b i j t i j d e n s de r e a c t i e azeotroop g e d e s t i l -l e e r d , waardoor het water v e r w i j d e r d wordt. Zonder de benodigde gegevens, d i e i n het o c t r o o i n i e t vermeld worden, i s d i t systeem n i e t voor berekening t o e g a n k e l i j k .
2 . 4 . 6 . U-buis reactor (16)
Door de p l a a t s i n g van de roerderbladen wordt eenzelfde s o o r t e f f e c t b e r e i k t a l s b i j 2.4.2.» de buis wordt i n compartimenten v e r d e e l d d i e z i c h a l s i n s e r i e geschakelde geroerde tankreactoren gedragen. Ook h i e r i s met een mantelkoeling de temperatuurbeheer-s i n g m o e i l i j k .
2 . 4 . 7 . Injecteur (17)
De te n i t r e r e n s t o f wordt h i e r b i j door de MZ-stroom aangezogen. In de v e n t u r i b u i s v i n d t zeer goede menging p l a a t s , waardoor de r e a c t i e s n e l h e i d zeer groot wordt. De reactanten worden vooraf gekoeld. D i t r e a c t o r t y p e i s nog s l e c h t s voor de n i t r o g l y c e r o l -b e r e i d i n g ontwikkeld.
2 . 4 . 8 . Tankreactor met uitwendige koeling (18)
Deze i s a l l e e n g e s c h i k t voor procesvoering op semi-technische s c h a a l , b i j v . 200 kg/h.
q KEUZE REACTOR
Als n i t r a t o r wordt de Schmid-Meissner r e a c t o r gekozen. Op de tekening z i j n w i j z i g i n g e n aangebracht t.o.v. de schets i n het b e t r e f f e n d e o c t r o o i s c h r i f t (13), en wel de volgende»
Ie Om de r e a c t o r gemakkelijk te kunnen r e i n i g e n worden onder-en bovonder-endeksel met boutonder-en b e v e s t i g d .
2e Om dezelfde reden wordt het koellichaam l o s i n de reactor
opgehangen.
3e Om k o r t s l u i t i n g van de B-stroom te voorkomen wordt deze i n de
c e n t r a l e c i r c u l a t i e p i j p ingevoerd. Het g e n i t r e e r d e product wordt door het bovendeksel u i t g e l e i d , waarbij dus de r e a c t o r geheel gevuld i s . De roermotor wordt aan het onderdeksel ge-hangen.
De warmteafvoer u i t de d e n i t r a t o r z a l een orde k l e i n e r b l i j k e n te z i j n dan u i t de n i t r a t o r . Daardoor z a l b i j de d e n i t r a t o r kunnen worden v o l s t a a n met een eenvoudige k o e l s p i r a a l . Om een goed con-t a c con-t con-tussen produccon-t en k o e l s p i r a a l con-te bevorderen z a l de diamecon-ter van de d e n i t r a t o r wat k l e i n e r en de hoogte dus wat g r o t e r gekozen worden. Zowel B a l s Z z u l l e n h i e r door het onderdeksel worden i n -g e l e i d . De roermotor wordt op het bovendeksel -g e p l a a t s t .
3. T H E O R I E
3.1. MECHANISME (19) (20) (21) (22)
De n i t r a t i e van een aromatische r i n g i s een e l e c t r o p h i e l e sub-s t i t u t i e . In het algemeen i sub-s het n i t r e r e n d e reagensub-s het NO - i o n of n i t r o n i u m i o n . (Dit hoeft n i e t a l t i j d zo te z i j n , z i e b i j v .
(19) b l z . 305-3O6).
De r e a c t i e moet v e r l o p e n v i a een e n e r g i e r i j k overgangsproductt
B i j gebruik van mengzuur a l s n i t r e r e n d reagens ontstaat het n i - | f f
troniumion door inwerking van het zwavelzuur oj> het salpeterzuur» 4 v,
HH05 + H2S 04 ?= i N0+ + HjO + 2HS04 (c) ^ S a l p e t e r z u u r gedraagt z i c h t.o.v. het s t e r k e r e zwavelzuur a l s *J
een Br5nstedt-base» r e a c t i e (c) v e r l o o p t w a a r s c h i j n l i j k v i a de j volgende"dééïreacties t
HNO, + H^SO, a=fe HoN0* + HSO" (d)
3 2 4 ^ 2 3 4
H2NO^ NOj + H20 (e)
H_SO. + H„0 HSO' + H_0+ ( f )
l 4 d 4 3
Het b i j (b) vrijkomende proton z a l door een HSOT-ion geaccepteerd worden, zodat de volgende b r u t o r e a c t i e opgesteld kan worden.
HB05 + H2S 04 + C 6H6- ^ C6H5N 02 + HSO' + HjO
3 . 2 . REACTIESNELHEID (3) (20) (22) (23) (24) (25)
In de v e r s c h i l l e n d e b o e k e n((3), (20)) wordt de n i t r a t i e met meng-zuur beschouwd a l s een tweede-ordereactie»
r - kC^C, , waarinT N B ' r • r e a c t i e s n e l h e i d ; k = r e a c t i e s n e l h e i d s c o n 8 t a n t e ; Cjj= concentratie salpeterzuur; C_* c o n c e n t r a t i e benzeen.
In het i n 3.1« gegeven mechanisme i s r e a c t i e (a) de snelheids-bepalende s t a p . Reactie (b) v e r l o o p t s n e l . De r e a c t i e s n e l h e i d z a ^ dus evenredig z i j n met C_ en met de c o n c e n t r a t i e van de
N02- i o n e n . De evenwichten (d;, (e) en ( f ) ( a l l e i o n e n r e a c t i e s )
s t e l l e n z i c h s n e l i a , dus ook het evenwicht ( c ) . E r z a l dus een bepaalde verhouding bestaan tussen C^Q+ en C^. , waarmee de bo-venstaande formule v e r k l a a r d i s . U i t 2d e e v e n w i c h t s v e r g e l i j k i n g e n
b l i j k t echter, dat deze verhouding, en dus ook de constante k, s t e r k a f h a n k e l i j k z a l z i j n van de s a m e n s t e l l i n g van het mengzuur. Verder i s k n a t u u r l i j k temperatuurafhankelijk.
Er z i j n v e e l r e a c t i e s n e l h e i d s m e t i n g e n v e r r i c h t voor n i t r a t i e -r e a c t i e s (22) (23) (24) (25). Echter n i e t voor de n i t r a t i e van benzeen b i j de i n de n i t r a t o r heersende mengzuursamenstelling en temperatuur. De r e a c t i e s n e l h e i d i s daarvoor te g r o o t . Het i s
dus n i e t mogelijk om op grond van d e r g e l i j k e metingen een v e r - r, b l i j f t i j d i n de n i t r a t o r v a s t te s t e l l e n . Op" grond van o c t r o o i - Ij gegevens (9) i s voor de n i t r a t o r een v e r b l i j f t i j d van 12 min._^ - |ja» v a s t g e s t e l d .
-10-Getracht i s om met behulp van metingen van Lewis en Suen (25) een v e r b l i j f t i j d i n de d e n i t r a t o r t e berekenen. De a f w i j k i n g e n i n mengzuur8amenstelling en temperatuur z i j n echter te groot om t o t een bevredigend r e s u l t a a t te komen. Bovendien g e l d t bovenstaande formule voor homogene systemen. De w e r k e l i j k e r e a c t i e -s n e l h e i d z a l de -som z i j n van de r e a c t i e -s n e l h e d e n i n de beide f a s e n . Inderdaad b l i j k t de r e a c t i e z i c h i n de f a s e n te v o l t r e k ken en n i e t op het grensvlak. De d i f f u s i e s n e l h e i d en dus de r o e r -s n e l h e i d -s p e e l t du-s ook een r o l .
Voor de d e n i t r a t o r i s een v e r b l i j f t i j d van 15 min. vastgesteld.
(3)
do).
3 . 3 . SAMENSTELLING MENGZUUR
De s a m e n s t e l l i n g van het mengzuur kan op v e r s c h i l l e n d e manieren worden aangeduidt
Ie De gewichtspercentages N en Z worden genoemd. B i j v .1 mengzuur
36/54 bevat 36 gew.$ salpeterzuur, 54 g©w«/£ zwavelzuur en
10 gew.$ water. ( D i t mengzuur i s h i e r g e b r u i k t . ) De som der percentages N en Z kan g r o t e r z i j n dan 100. In dat g e v a l i s een mengsel van s a l p e t e r z u u r en oleum t e r sprake.
2e De s a m e n s t e l l i n g van het mengzuur wordt v a s t g e s t e l d met be-t r e k k i n g be-t o be-t de hoeveelheid be-te n i be-t r e r e n s be-t o f ( i n d i be-t g e v a l dus benzeen) door v a s t s t e l l i n g van» . . . ^
de verhouding R - ge w^ch t % voor de r e a c t i e ,
en de "dehydrating value of s u l f u r i c a c i d "
DVS - fiCW?°^ w na v o l l e d i g e n i t r a t i e van het
. gewicht W 0
benzeen. °
E r z a l h i e r gewerkt worden met e q u i v a l e n t e hoeveelheden N en B, zodat. H . ï . . o 8 0 6
Mg 78,1
In dat g e v a l i s van mengzuur 36/54*
DVS - 54 - 2,66 (3)
10 + 1 8t ° * ?6 , x 78,1 x 0,806 . b J
B i j DVS 2,70 bestaat kans op d i n i t r a t i e . (18)
3 . 4 . OPTIMALE CONDITIES
U i t metingen van Kobe en M i l l s (26) kan tot de volgende proces-c o n d i t i e s geproces-conproces-cludeerd worden»
maximale opbrengst 98^ optimale temperatuur 60 C
temperatuurgebied 35 - 75 C optimale HgSO^-concentratie 85 gew.$
Z/B gewichtsverhouding 1,2 h , - | X N/B mol.verhouding 1,0 (dus R - 0,806) I^W-W*^ W
r e a c t i e t i j d 40 min. *
Door de goede menging i n het h i e r gevolgde continue proces kan de r e a c t i e t i j d v e e l k o r t e r genomen worden, z o a l s gezegd i n 3*2. De op de mengzuursamenstelling b e t r e k k i n g hebbende optimale con-d i t i e s z i j n overgenomen. Daaruit worcon-dt con-de i n 3»3« genoemde meng-zuursamenstelling berekend.
Voor de n i t r a t o r i s een temperatuur van 60 C gekozen. B i j T > 60 C kan d i n i t r a t i e optreden (26). Voor de d e n i t r a t o r i s d e z e l f d e
temperatuur gekozen a l s voor de overige apparaten (mengers, s c h e i
3 . 5 . REAC TIEENTHALPIE
In de encyclopedieën kan men voor de mononitratie van benzeen een r e a c t i e e n t h a l p i e 4 Hr l » -27 of -28 kcal/mol vinden. U i t de
behandeling h i e r v a n b i j Groggins(3) b l i j k t echter, dat deze ge-t a l l e n bege-trokken z i j n op de r e a c ge-t i e mege-t o» -verdund s a l p e ge-t e r z u u r . Voor een j u i s t e r e berekening moet men de r e a c t i e e n t h a l p i e nemen, betrokken op de z u i v e r e s t o f f e n en ook de mengenthalpie i n reke-n i reke-n g brereke-ngereke-n. Deze mereke-ngereke-nthalpieëreke-n ereke-n de s o o r t e l i j k e warmtes vareke-n de mengzuren z i j n t e vinden i n een g r a f i e k i n het boek van Groggins
(3), b l z . 86.
De r e a c t i e e n t h a l p i e i s te berekenen u i t de vormingsenthalpieën van de reactanten en producten, ook gegeven i n het boek van Groggins, b l z . 91» B i j de bepaling ervan i s uitgegaan van C a l s Diamant. Twee r e a c t i e s z i j n van belangt
M o n o n i t r a t i e : ARV i n kcal/mol» +9,7 -4115 —> A Hr i - -34*3 kcal/mol. +2,3 -68,4 Dinitratie» l QsR, + 2HNCL ! 6 6 3 Hf i n kcal/mol» +9,7 -2x41,5
—* AH
r2- -67,3
C6H4( N 02)2 + 2H20 -3.8 -2x68,4 kcal/mol-12
4« B E S C H R I J V I N G P R O C E S
Op de copie van de tekening z i j n de v e r s c h i l l e n d e bewerkingen genummerd met romeinse c i j f e r s :
I N i t r a t i e I I Scheiding I I I Wassing IV E x t r a c t i e V D e n i t r a t i e VI Scheiding VII S t r i p p i n g
V I I I Opslag en menging van g e r e c i r c u l e e r d B met vers B.
De l e i d i n g e n en apparaten tussen deze bewerkingen (warmtewisse-l a a r s en b u f f e r t a n k s ) z i j n met arabische c i j f e r s genummerd. N i t r a t o r I wordt v i a l e i d i n g 1 gevoed met MZ u i t de mengzuur-f a b r i e k en v i a l e i d i n g 11 met B u i t de opslagtank VIII. Het B i n deze tank wordt v i a l e i d i n g 8 d.m.v. een niveauregeling met vers B aangevuld. In I wordt het B b i j 60 C genitreerd tot NB.
Gerekend i s met een uitvoertemperatuur van het koelwater van 45 C. p ^ " .| Het koelwater wordt i n de n i t r a t o r , a l s ook i n a l l e andere gekoelde^,,,/^/
apparaten ingevoerd b i j een temperatuur van 20°C.
itP^4
Het mengsel van NB en Z wordt i n k o e l e r 2 gekoeld tot 45°C, waar-/^4:' yjnb i j gerekend i s met een verwarming van het koelwater t o t 35 C. A^*"^ a*tA-I Het product wordt v i a b u f f e r t a n k 2 naar separator I I gevoerd. IM/j^ Om s e p a r a t i e i n de b u f f e r t a n k te voorkomen, i s deze v o o r z i e n van ^ twee r o e r d e r s .
In s e p a r a t o r I I gaat het NB naar boven ( l e i d i n g 3) en het Z naar beneden ( l e i d i n g 12). Doordat de r e a c t i e i n de n i t r a t o r n i e t ge-h e e l v o l l e d i g i s , z u l l e n beide lagen wat N bevatten. Het n i e t g e n i t r e e r d e B komt geheel i n de NB-laag.
Het NB moet g e z u i v e r d worden van N. Het wordt daartoe v i a b u f f e r -tank 3 naar menger I I I gevoerd, waar het wordt gemengd met een g e l i j k e hoeveelheid water van d e z e l f d e temperatuur (45 C), dat wordt aangevoerd v i a l e i d i n g 5» Beide stromen worden boven i n de menger ingevoerd, en wel i n opwaartse r i c h t i n g om k o r t s l u i t i n g t e voorkomen. De menger i s v o o r z i e n van v i e r r o e r d e r s , waarvan twee getekend. B i j de menging gaat het N v o l l e d i g over i n de waterfase. Het mengsel wordt door de bodem afgevoerd naar separator I I I , waar het NB de onderste l a a g wordt (naar l e i d i n g 4) «n het W de bovenste
l a a g (naar l e i d i n g 6 ) .
B i j 45 C l o s t een weinig NB i n W op. Dit NB wordt teruggewonnen door de W-laag u i t separator I I I te-extraheren met B i n e x t r a c t o r
IV. Een enkelvoudige e x t r a c t i e i s voldoende, zodat de e x t r a c t o r > f / ^ ' ^ IV g e l i j k v o r m i g kan z i j n aan de w a s i n r i c h t i n g I I I : een menger en f^c een scheider. Het W wordt v i a b u f f e r t a n k 6 Kaar de menger IV ge- ^ oitr
voerd, t e r w i j l het B v i a l e i d i n g 9 aan opslagtank V I I I onttrokken
wordt. U i t s e p a r a t o r IV wordt de onderste W-laag afgevoerd v i a '^'p
l e i d i n g 1. De bovenste l a a g bestaat dus u i t B met een weinig NB en wordt gebruikt om de Z-laag u i t separator I I te d e n i t r e r e n . Daartoe wordt de B-laag u i t separator IV v i a b u f f e r t a n k 13, de Z-laag u i t s e p a r a t o r I I v i a b u f f e r t a n k 12 naar de denitrator V gevoerd. Door middel van een k o e l s p i r a a l wordt de temperatuur i n de d e n i t r a t o r op 45 C gehouden. Voor de uitgangstemperatuur van het koelwater i s 35 C genomen. Aangenomen i s , dat het Z door de g r o t e overmaat B i n de d e n i t r a t o r v o l l e d i g g e d e n i t r e e r d wordt.kr
Het product van d e n i t r a t o r T wordt v i a b u f f e r t a n k 14 naar separa-t o r VI gevoerd. B u f f e r separa-t a n k 14 wordt geroerd om dezelfde reden a l s buffeittank 2. In s e p a r a t o r V I wordt de bovenste l a a g gevormd door het B, waarin z i c h dus wat NB b e v i n d t . D i t wordt v i a l e i d i n g 15 teruggevoerd naar tank V I I I . De Zlaag wordt v i a l e i d i n g 16 a f -gevoerd voor verkoop of om t e r b e r e i d i n g van nieuw MZ geconcentreerd t e worden.
Het NB u i t s e p a r a t o r I I I moet nog g e s t r i p t worden t e r v e r w i j d e r i n g van het n i e t g e n i t r e e r d e B. Het wordt daarom v i a een b u f f e r -tank en een warmtewisselaar naar s t r i p p e r V I I gevoerd. In de warmtewisselaar 4 wordt het product v e r h i t tot 188 C (tegen het kookpunt). Daartoe wordt gebruik gemaakt van dowtherm E ( d i c h l o p r - _ benzeen) van 430 F • 221°C, b i j een druk van 40,4 p s i = 2,78.105N/m .
(Stoom van 220 C zou een druk hebben van 23 atm.)
Voor de kookketel van de s t r i p p e r wordt dowtherm betrokken van de-z e l f d e dowtherm-installatie» ook 221 G.
De condensatie van de damp g e s c h i e d t i n condensor 10 d.m.v. k o e l -water, waarvan de uitgangstemperatuur op 50 C g e s t e l d wordt. Het condensaat wordt teruggevoerd naar tank V I I I . Het g e s t r i p t e NB wordt v i a l e i d i n g 17 afgevoerd voor verdere verwerking of om ver-kocht te worden.
-14-5. V E I L I G H E I D 5 . 1 . EXPLOSIEGEVAAR
N i t r o v e r b i n d i n g e n z i j n i n het algemeen e x p l o s i e f . NB echter a l l e e n i n dermate extreme omstandigheden, dat tegen het explosiegevaar geen bepaalde voorzorgsmaatregelen genomen behoeven t e worden. DNB i s wel een g e v a a r l i j k e r s t o f , doch het i s i n s l e c h t s zeer geringe c o n c e n t r a t i e s aanwezig.
In sommige g e v a l l e n z a l w e l l i c h t het NB g e d e s t i l l e e r d moeten worden t e r v e r w i j d e r i n g van de geringe hoeveelheid DNB. Deze d e s t i l -l a t i e z a -l een v a c u u m d e s t i -l -l a t i e moeten z i j n , omdat het kookpunt van DNB (303 C) v e e l hoger i s dan dat van NB (B11°C) en het DNB de kolom i n geconcentreerde vorm v e r l a a t . In dat g e v a l z a l het misschien v o o r d e l i g z i j n om ook de benzeenstripper V I I onder v a -cuüm t e b e d r i j v e n . Gezien het geringe percentage gevormd BNB
(0,3$) i s echter geen rekening gehouden met v e r w i j d e r i n g ervan.
5. 2 . BRANDGEVAAR
Wat d i t b e t r e f t i s B (vlampunt -27-10°C, gntstekingstemp. 500-740°C) de g e v a a r l i j k s t e s t o f . NB (vlampunt 87-92 C, ontstekingstemp.
482-510 C) i s v e e l minder g e v a a r l i j k . Toch moet de organische
f a s e steeds a l s b r a n d g e v a a r l i j k worden beschouwd, omdat deze f a s e steeds B bevat.
Daarom z i j n de apparaten, d i e de NB-fase bevatten a l l e v o o r z i e n van een s t i k s t o f t o e v o e r , zodat a l l e bewerkingen h i e r i n onder s t i k s t o f kunnen worden u i t g e v o e r d . D i t z i j n i n f e i t e a l l e appa-r a t e n behalve de tanks 6 en 12. Duidelijkheidshalve i s deze voor-z i e n i n g a l l e e n b i j de separatoren getekend.
5 . 3 . VERGIFTIGINGSGEVAAR
Opname van NB i n het lichaam veroorzaakt methemoglobinemie, waar-b i j hemoglowaar-bine wordt geoxideerd t o t methemoglowaar-bine, dat, i n t e g e n s t e l l i n g t o t oxyhemoglobine, n i e t gemakkelijk z u u r s t o f a f -De maximale toegestane c o n c e n t r a t i e van NB-damp i n l u c h t i s 5 ppm» Be f a b r i e k moet daarom goed g e v e n t i l e e r d worden. De o n t l u c h t i n g e n moeten t o t hoog boven de f a b r i e k worden doorgetrokken, zodat de eventueel ontwijkende dampen d i r e c t door de wind v e r s p r e i d worden. A l l e apparaten moeten goed g e s l o t e n z i j n .
NB i s een goed oplosmiddel voor de meeste organische s t o f f e n , o.a. voor v e t t e n . Hiermee samenhangend wordt het gemakkelijk door de huid geabsorbeerd. Daarom moet aan de werkers i n de f a b r i e k iedere dag schone k l e d i n g v e r s t r e k t worden en een douche na i e d e r e w e r k t i j d moet v e r p l i c h t z i j n .
Een e e r s t e symptoom van N B - v e r g i f t i g i n g i s het blauw worden van de l i p p e n . In d i t stadium v o e l t de patiënt z i c h i n de r e g e l zeer wel en z a l ontkennen dat hem i e t s mankeert. Daarom moet iemand waarbij d i t symptoom geconstateerd wordt d i r e k t onder medische c o n t r o l e gebracht worden en de werkers moeten na i e d e r e w e r k t i j d een medische c o n t r o l e p o s t passeren.
Niemand mag i n de apparaten gaan voordat een b e p a l i n g van de NB-c o n NB-c e n t r a t i e i n de l u NB-c h t binnen het b e t r e f f e n d e apparaat i s ge-s c h i e d .
B i j mensen met een normale v i t a l i t e i t kan een t i j d i g behandelde N B - v e r g i f t i g i n g i n het algemeen zonder b l i j v e n d e gevolgen worden genezen.
Mensen met een verminderde v i t a l i t e i t ten gevolge van anemie, c a r d i o v a s c u l a i r e aandoeningen en long- en nieraandoeningen moeten echter worden afgekeurd voor werk i n de NB-fabriek.
A l c o h o l g e b r u i k heeft een verergerend e f f e c t op N B - v e r g i f t i g i n g . Daarom moeten ook l i j d e r s aan c h r o n i s c h alcoholisme worden afge-keurd. In de f a b r i e k s c a n t i n e mag geen alcoholhoudende drank wor-den v e r s t r e k t .
-16-B E R K K E N I N G E N 6.1. STOFSTROMEN
6.1.1. N i t r a t o r I
De stofstromen i n kg/s z u l l e n worden aangeduid door het symbool, dat steeds voor de b e t r e f f e n d e s t o f i s g e b r u i k t , met a l s index het nummer van de betreffende l e i d i n g ( z i e copie t e k e n i n g ) . H i e r b i j z a l Z steeds betekenen het a a n t a l kg/s H-SCL, t e r w i j l b i j de verdunde zwavelzuren het water apart a l s W z a l worden aangeduid. (Dus n i e t meer: Z = verdund zwavelzuur).
L e i d i n g 11 en 1. , , Gestelde productie NB - 0,625 kg/s ( z i e 2 . 3 . ) -{17] Dus B.. - MB x 0,625 - T^ f 4 x 0,625 = 0,397 kg/s, 11 ^ 123,1 N l R - 0^806 (zie 3.3« en 3.4») f \J Dus H j - 0,806 x 0,397 = 0,320 kg/s Z l » 1 , 2 (zie 3.4.)» dus Zx - 1,2 x 0,397 - 0J47jNcg/s B l l \ - 15_ (zie 3 . 4 . ) , dus W - i | x 0,476 = 0,084 kg/s Zx 85 0 5 — I L e i d i n g 2
In het b e t r e f f e n d e o c t r o o i s c h r i f t (9) i s een tabel bijgevoegd met procesgegevens ( z i e onderstaande t a b e l 6.1.1.), d i e weliswaar on-v o l l e d i g z i j n , maar waaruit toch enkele c o n c l u s i e s getrokken
kun-nen worden. o, U Nitrating acid, percent HNOt 25.2.. 25.2.. 25.2.- 39.67-39.67. 39.67. 40.01. 40.01. 40.01. 40.01. 40.01. 40.22. 40.22. 40.22 40.22. 48.85. Reten-tion time, min. 11.00 12.08 14.76 10.90 • 11.82 31.44 39.95 9.42 11.18 12.50 17.31 32.43 3.00 5.88 5.92 5.95 10.80 Nitra-tion temp., o jr 115 170 116 140 '140 140 14ü 140 130 200 130 140 185 129 158 160 110 Nitric acid-benzene ratio 0. 945 0.837 0.633 0.917 • 0. 797 0.839 0.874 0.911 1.05 0.757 1.17 0. 833 0.838 0.864 0.838 0.881 0.990 NB layer i Nitrobenzene. 1 Dinitrobenzenc. Percent NB i 94.0 97.3 88.0 95.1 .96.8 98.3 92. 8 93.8 89.8 93.6 87.5 95.2 95.6 91.8 95.5 95.0 90.2 Percent DNB' 0.06 0.20 0. 11 0, 24 0.15 0.22 0.44 Unni-trated material, percent 0.25 0.38 0.39 0. 39 „Q.35 O.40 0.14 0.19 0. 21 0.26 1.95 0.70 10.90 0. 37 » 0. 42 0.23 0.17 "OS" 0.20 5. 5« 0.21 _L 1.46 4.24 1.92 2.09 0.15 Percent HNOi 3.33 1.69 0. 85 4. 27 .2.33 1.41 2.48 TT. 7.35 0. 51 11.90 2.52 ~2"TS5 3.39 2. 47 2.56 9.05 Percent HiSOt 0.25 0.14 0. lfi 0.06 • 0.09 0.00 0.14 0.40 0. 48 0.04 0.19 0.33 Waste-acid layer Percent HNOi 1. 56 1.24 0.89 2.70 -1.73 0.95 1.37 "00" 3.64 0.15 5. 04 1.65 "2-ÖÖ 3.33 2.42 0. 72 5.86 Percent H1SO4 73.76 73.80 72.83 72.10 .72.60 72.5 71.7 71.57 72.20 71.11 70.28 72.50 71.94 71.99 72.91 68.75 Percent NB' 1.03 0.69 0.73 0.65 .0.53 0. 51 0.26 1. 75 1.39 0.35 0.89 "Ö" 1. 21 0.42 0. 41 0.85 Percent DNB J Tabel
6.1.1-0.14 0.00 0.09 0. 01 v 0.101 0.03 0.01 1. 31 1 T 0 T 0.09 0.05 0.03 0.11 Yield, percent 99.0 91.fi 85.4 99.1 y 95.9 \92.3 ^¡2.3 97.2 99.6 100.0 96.1 100.0 97.2 95.7 98.0 96.0 99.5 Tabel 6.1.1,
x 0,959 x B n - ^ f f ^ x 0,959 x 0,397 = 0,600 kg
De c o n d i t i e s i n de met + gemerkte r e g e l i n t a b e l 6 . 1 . 1 . benade-ren het best de i n 3«4» genoemde condities.
Derhalve i s aangenomen dat 95»9$ van het B i n de n i t r a t o r wordt omgezet i n NB.
Dus NB^ - * v,y?y * j - n
De overeenkomende hoeveelheden B, W en N zijn» B = 0,959 x 0,397 - 0,381 kg/s. w " Mg x ° »9 5 9 x B l l " TdA x 0 , 9 59 x 0 , 3 9 1 "0 , 0 8 8 kg/8* N » ^ x 0,959 x B1 1 - x 0,959 x 0,397 - 0,307 kg/s Aan DNB b l i j k t t e ontstaan» 0.15 + 0.10 x NB » 0.25 x 0,600 - 0,00154 kg/s 96,8 + 0,53 97,3
De overeenkomende hoeveelheden B, N en W zijn» B N W "DNB 2 A "DNB 2 "w "DNB x DNB x DNB x DNB ï g f ^ * 0,00154 = 0,00071 kg/s x 0,00154 - 0,00115 kg/s x 0,00154 - 0,00033 kg/s irb l/i i ' We vinden dus < NB2 - 0j_600 kg/s B2 - 0,397 - 0,381 - 0,001 - 0,015 kg/s N2 - 0,320 - 0,307 - 0,001 - 0,012 kg/s Z2 - Z1 - 0,476 kg/s W2 - 0,084 + 0,088 + 0,000 - 0,172 kg/s 6 . 1 . 2 . Separator I I
Aan de hand van t a b e l 6 . 1 . 1 . kunnen we ook een indruk verkrijgen van hoe de v e r s c h i l l e n d e s t o f f e n z i c h over beide lagen z u l l e n v e r d e l e n . Daarbij moet worden bedacht, dat, i n d i e n we de percen-tages onder "NB-layer" en "Waste-acid l a y e r " (Z-laag) gecombineerd w i l l e n gebruiken, we een van beide moeten c o r r i g e r e n i.v.m. de v e r s c h i l l e n d e totaalhoeveelheden van de lagen. De verhouding
tussen deze hoeveelheden i s ongeveer te berekenen door aan t e ne-men, dat de organische componenten v o l l e d i g i n de NB-laag komen en de anorganische i n de Z-laag.
We vinden dan»
NB-laag» NBg + DNB? + B2 - 0,600 + 0,002 + 0,015 - 0,617 kg/s
Z-laag» N0 + Z_ + W„ = 0,012 + 0,476 + 0,172 = 0,660 kg/s
2 <£ 2
De c o r r e c t i e f a c t o r t e r c o r r e c t i e van de percentages, genoemd onder "waste-acid l a y e r " , a l s o f ze hoorden onder "NB-layer" bedraagt dus 660
—13—
U i t t a b e l 6 , 1 . 1 . z i j n nu de gemiddelde percentages u i t 12 regels genomen (kolom 2 en 3 van tabel 6 . 1 . 2 . ) . De regels met onvol-l e d i g e gegevens z i j n n i e t meegerekend (tussen de p o t onvol-l o o d onvol-l i j n e n i n t a b e l 6 . 1 . 1 . ) . De percentages i n kolom 3 (tabel 6 . 1 . 2 . ) z i j n i n kolom 4 gecorrigeerd, zodat ze gecorreleerd kunnen worden met d i e i n kolom 2. Na o p t e l l i n g van de kolommen 2 en 4 kan de ver-d e l i n g van ver-de v e r s c h i l l e n ver-d e componenten over ver-de beiver-de lagen be-rekend worden; i n 'fo (kolom 6 en 7) en i n kg/s (kolom 9 en l l ) . V e r g e l i j k i n g van de kolommen 10 en 12 met de kolommen 2 en 3 g e e f t een indruk van de j u i s t h e i d van de berekening.
gegeven i n en berekend u i t t a b e l 6 . 1 . 1 . d a a r u i t berekend voor proces jem. over 12 regels i n tab. 6.1.1, O - l a a g Z-laag gew.$ 2+4 % i n NB* 6 l a a g Ja i n Z-laag l e i d i n g 2 kg/s NB-laag l e i d i n g 3 Z-laag l e i d i n g 12 kg/g ge*7° kg/s kew$ JL 8 5L 10 l i 12 NB DNB B N Z 94,2 0r22 2,05 3,03 0,16 0,3 0,65 0,07 2,06 72,3 24,9 0,70 0,07 2,20 77,3 26,6 94,9 0,29 5,23 77,5 26,9 99,26 76 I t> 0 58 0*21 1,1 0,74 24 42 99*79 98,9 9x 0,002 0,015 0,012 0,476 0,172 0,596 0,002 0,015 0,007 0,001 0,002 160 95,8
o,
2,41 ^1,12|0 0,004 ,000 ,005 ,475 0,3210,170 0716 0 0,61 0474 72,6 26,0 t o t . 100,0 100,0 1,277 0,623 100,0 10,654 100,0 Tabel 6 . 1 . 2 . 6 . I . 3 . Wasser I I I L e i d i n g 5»De hoeveelheid water i s ongeveer g e l i j k genomen aan de hoeveel-h e i d NBt W5 - 0,600 kg/s.
Aangenomen i s , dat het B en DNB v o l l e d i g i n de NB-laag b l i j v e n en dat het N en Z v o l l e d i g i n de W-laag komen.
Oplosbaarheid van NB i n W b i j 45°C - 0,25 gew.^ Oplosbaarheid van W i n NB b i j 45°C - 0,39 gew We vinden derhalve 1 (29) (29) l e i d i n g 4* NB4 = 0,594 kg/s DNB. = W. 0,002 kg/s 0,015 kg/s 0,002 kg/s l e i d i n g 6: 36 N. . 0,002 kg/s 0,007 kg/a Zg « 0,001 kg/s Wg - 0,600 kg/s 6 . I . 4 . E x t r a c t o r IV L e i d i n g 9«
Het h i e r gebruikte B wordt l a t e r i n de d e n i t r a t o r gebruikt om het afgewerkte zuur te d e n i t r e r e n . We nemen h i e r v o o r i e t s minder dan voor de nitrator» Bq - 0,350 kg/s.
Oplosbaarheid van Byi n W b i j 45 C - 0,15 gew.$ (29)
B i j aanname, dat het NB v o l l e d i g door het B geëxtraheerd wordt , j<* en dat het N en Z v o l l e d i g i n de W-laag b l i j v e n , vinden we» g\ \y\
l e i d i n g 7» l e i d i n g 13« . Oi' B? - 0,001 kg/s NB1 5 = 0,002 kg/s j, fV / N? - 0,007 kg/s B1 5 - 0,349 kg/s Z? » 0,001 kg/s -\ W1 5 - 0,000 kg/s W? - 0,600 kg/s y, De l a a t s t e v e r o n d e r s t e l l i n g i s misschien n i e t geheel j u i s t . L a t e r z a l b l i j k e n , dat tengevolge van r e c i r c u l a t i e z i c h een a a n z i e n l i j k e hoeveelheid NB i n het B b e v i n d t . Daardoor z a l w a a r s c h i j n l i j k een zekere hoeveelheid N i n de B-laag oplossen, d i e dus teruggewonnen wordt.
6.1«5« Denitrator V
Aangenomen wordt, dat de d e n i t r a t i e van het afgewerkte zuur v o l -l e d i g i s .
H1 2 - 0,005 kg/s.
De overeenkomende hoeveelheden NB, B en W zijn» NB - x 0,005 - 1 | | ,q x 0,005 - 0,010 kg/s B - ~ x 0,005 - x 0,005 - 0,006 kg/s 3» 18.0 / Itïil-lf W « — x 0,005 - Z 7 n x 0,005 - 0,001 kg/s .„...' We vinden dus» W*\ , N B1 4 - 0,004 + 0,002 + 0,010 - 0,016 kg/s B1 4 - 0,349 f 0,006 - 0,343 kg/s Z1 4 - - 0,475 kg/s W1 4 - 0,170 + 0,000 + 0,001 - 0,171 kg/s 6 . 1 . 6 . Separator VI
Wegens de u i t e r s t geringe mengbaarheid van Z en B nemen we aan, dat de organische en anorganische componenten h i e r volkomen wor-den gescheiwor-den. We kunnen dus stellen»
l e i d i n g 15» l e i d i n g 16»
N B1 5 « N B1 4 = 0,016 kg/s Zl 6 - Z1 4 - 0,475 kg/s
B15 " B14 = 0 , 5 4 5 k g / / s W16 * W14 m 0 , 1 7 1 k g/s
6 . 1 . 7 . Stripper VII
NB^j. en NB^q gaan naar r e c i r c u l a t i e t a n k V I I I . Daardoor z a l het naar de n i t r a t o r en naar de d e n i t r a t o r gevoerde B een zekere hoeveelheid NB bevatten. Dat i s n i e t ongunstig, omdat NB een s t a b i l i s e r e n d e werking op de r e a c t i e u i t o e f e n t (negatieve k a t a -l y s e ) , waardoor "hot s p o t s " vermeden worden. Wanneer a -l het B
u i t het NB g e s t r i p t zou worden, zou B^q » B. * 0,015 kg/s z i j n . /j D i t i s dus i n v e r g e l i j k i n g t o t B^,. een zeer^kleine stroom. Er A\ .
kan dus i n het topproduct van de s t r i p p e r zeer v e e l NB getole- " r e e r d worden, waardoor de s t r i p p e r eenvoudig gehouden kan worden. \
2 0
-6 . 1 . 8 .
Dus i s W
Als s a m e n s t e l l i n g van het topproduct i s genomen»
70 gew.$ NB en 30 gew.^ B.
In het bodemproduct kan s l e c h t s 0,5$ B getolereerd worden. N B1 7 p^öjcg/sj dus B1 7 - 0,005 x 0,6 = 0,003 kg/s.
Dus B1 0 - B - B1 7 = 0,015 - 0,003 = 0,012 kg/s.
Dus NB,n m I S x 0,012 - 0,028 kg/s.
* o Verder kunnen we aannemen, dat het W (kpt. 100 C) i n het
top-product en het DNB (kpt. 303 C) i n het bodemproduct komt. m 0,002 kg/s.
r - DNB4 - 0,002 kg/s.
W.Q z a l i n r e c i r c u l a t i e t a n k V I I I komen en daar wegens de geringe oplosbaarheid ervan i n B ( z i e 6 . 1 . 4 . ) een aparte fase vormen. Om het gelegenheid te geven i n tank V I I I t e bezinken, zodat het afgetapt kan worden, worden de stromen i n deze tank i n opwaartse r i c h t i n g ingevoerd.
R e c i r c u l a t i e t a n k V I I I L e i d i n g 8.
Deze l e i d i n g v o e r t het voor het proces benodigde B t o e .
10 en DNB, B8 + B1 0 + B15 B9 + B l l ' of» B 8 B, B l l " B1 0 " B15 " ° '3 5° + 0 , 3 9 7 " 0 , 0 1 2 " 0 , 3 4 3 0,392 kg/s.
Resteert nog de berekening van de j u i s t e waarden van NB, rekening houdend met de recirculatie»
N B1 5 + NB 1 ( ) + NBQ = NB9 + NB^ N B1 Q - 0,028 kg/s ( z i e 6 . 1 . 7 . ) . NB 8 0 B1 1 - 0,397 kg/s ( z i e 6 . 1 . 1 . ) B9 = 0,350 kg/s ( z i e 6 . 1 . 4 . ) ? Dus NB m 3-5-°- NB 9 397 ö n 7 , 7 Dus N B1 5 + 0,028 - ^ H Bn ( i n kg/s), of» N Bn - 0,531 NB1 5 + 0,0149 kg/s. In de n i t r a t o r gevormd NB « 0,600 kg/s ( z i e 6 . 1 . 1 . ) . -Dus NB_ - 0,531 NB"!- + 0,615 kg/s. ft NB, 0,0074 NB, 15 12 Verder i s NB f B1 5 + 0,00455 kg/s. 4T (VJL Dus NB 15 11 + 0,028 221-NB 350 **9 - 241 NB 350 W J 39 Of» NB, 0,468 HB + 0,0131 kg/s NBg - 0,002 kg/s ( z i e 6 . 1 . 3 . ) Dus NB 13 NB6 + NB9 0,468 NB + 0,015 W8 0,472 NB1 5 + 0,030 0,010 kg/s ( z i e 6 . I . 5 . ) rai5. In d e n i t r a t o r gevormd NB Dus NB,, 14 Dug N B . 0»030 m B W J J15 1 - 0,472
De overige NB-waarden z i j n m.b.v. bovenstaande v e r g e l i j k i n g e n ge-makkelijk te vinden.
6.1.9« Overzicht stofstromen Massastromen ((Pm) i n kg/s no. NB DNB B N Z w t o t a a l l/min 1 — — — 0,320 0,476 0,084 0,880 30,7 2 0,645 0,002 0,015 0,012 0,476 0,172 1,322 57,3 3 o.flto 0,002 0,015 0,007 0,001 0,002 0,667 33,5 4 0,638 0,002 0,015 — — 0,002 0,657 33,1 36,0 5 — — — 0,600 0,600 33,1 36,0 6 0,002 — — 0,007 0,001 0,600 0,610 36,1 7 — — 0,001 0,007 0,001 0,600 0,609 56,3 8 — — 0,392 — — — 0,392 26,8 9 0,039
_
0,350 — — — 0,389 25,9 10 0,028 — 0,012 —-
0,002 0,042 2,3 11 0,045 — 0,397- — — — 0,442 29,5 12 0,005 — — 0,005 0,475 0,170 0,655 23,7 13 0,041-
0,349 — — — 0,390 25,9 14 0,056 — 0,343 — 0,475 0,171 1,045 49,6 15 0,056 — 0,343 — —_
0,399 26,2 16 — — — — 0,475 0,171 0,646 23,4 17 0,610 0,002 0,003 — — — 0,615 30,8 0. y&ti ~~~ Tabel 6.1.9Voor de omrekening van $ i n $ werden de volgende dichtheden
gebruikt 1 _
. 1,199 g/cK . 1 , 5 7 g/o< • 0,879 g/om^ • 1,000 g/cnr
Temperatuurcorrecties werden n i e t toegepast.
Met volumecontractie i n de organische s t o f f e n werd geen rekening gehouden. Voor de dichtheden van de mengzurent z i e 6 . 2 . 3 *
Het b l i j k t dus, dat N3^„ - 0,610 kg/s, hetgeen overeenkomt met een p r o d u c t i e van I76OO t / a .
6»2. WARMTESTROMEN 6 . 2 . 1 . Stripper VII
Voor het systeem NB-B i s een evenwichtsdiagram berekend u i t de damp8panningen van de enkelvoudige s t o f f e n , onder aanname, dat de i d e a l e gaswet voor de verzadigde damp en de wet van Raoult gelden.
Dampspanningen van NB en B (30)» 105 P i n P i n T i n T i n atm. mm Hg C K 10 84»9 358,0 2,795 20 99*3 372,4 2,680 40 115,4 388,5 2,575 60 125r8 398,9 2,505 100 139*9 413,0 2,420 200 161,2 434,3 2,305 400 185,8 458,9 2,180 760 210,6 483,7 2,070 B 1 760 80,1 353,2 2,835 2 1520 103,8 376,9 2,655 5 3800 142,5 415,6 2,400 10 7600 178,8 451,9 2,210 20 15200 221,5 494.61 2,025 Tabel 6 . 2.1.1. B i j g e l d i g h e i d van de i d e a l e gaswet voor de verzadigde damp en b i j constante verdampingswarmte i s l o g P a l s f u n c t i e van l / T een r e c h t e . Z i e g r a f i e k 6 . 2 . 1 . 2 . In deze grafiek z i j n de tussenliggende waarden van de dampspanningen
gegeven i n t a b e l 6 . 2 . 1 . 3 . , opgezocht. U i t de de wet van Raoult v o l g t 1
NB B " en y - -r=— en PjjB, zoals eale gaswet en
V
NB waarin x - m o l f r a c t i e van B i n de v l o e i s t o f f a s e ; y - m o l f r a c t i e van B i n de dampfase; P - 76O mm Hg « de totaaldruk.Hiermee i s een T-x diagram en een x-y diagram b i j 76O mm Hg be
rekend. Z i e t a b e l 6.2.1.3* en de grafieken 6.2.1.4* en 6.2.1*5 T ; 1 T i n , °K T i n °C 2,700 370 97 2,650 377 104 2,600 385 112 2,550 392 119 2,500 400 127 2,400 415,6 142,5 2,300 435 162 2,200 455 182 2,150 465 192 2,100 476 203 2,090 479 206 2,080 481 208 2,070 483,7 210,6 P B i n mm Hg Pmm Hg N B «i n P - P. N i n mm i n mm x i n iy i n mol% po] 1280 1530 1850 2220 2670 3800 5500 8000 9600 11600 11900 12400 18 24 33 45 62 113 202 360 480 64O 680 720 760 742 736 727 715 698 647 558 400 280 120 80 40 0 1260 1510 1820 2170 2610 3690 5300 7600 9100 11000 11200 11700 58,9 48,8 40,0 33,0 26,8 17,5 10,5 5, 3» 1,09 0,71 0,34 0,001 99,1 98.1 97,3 96.2 94,0 87,0 76,2 ,4 ,9 16,7 11,2 5,6 0,0 2655 08J8 Tabel 6 . 2 . 1 . 3 .
t o t a a l i 5*37 mol/s Dus Xp -0>1|2 - 3,58 mol#
W*Jfi?
Topproduct T» B1 Q » 0,012 kg/s - 0,154 mol/s N B1 Q - 0,028 kg/s - 0,228 mol/s totáál« 0,382 mol/s Dus xT - ° ^ | | - 40,3 molfo 0,382 ! ] N~t, 17 Bódemproduct B i B._ - 0,003 kg/s - 0,0384 mol/s NB!-; - 0,610 kg/s - 4,95 mol/s t o t a a l t 4*99 mol/s Dus X3 - - 0,771 «olJÉ
Omdat de verdampingsenthalpieen van B en NB nogal v e r s c h i l l e n i s het benodigd a a n t a l t h e o r e t i s c h e s c h o t e l s (n^.) berekend met be-hulp van een H-x-diagram. De H-x en H-y l i j n z i j n h i e r i n a l s
rechten getrokken. De e n t h a l p i e van de kokende v l o e i s t o f (H-x l i j n ) i s g e l i j k 0 gesteld, zodat de H-y l i j n tevens de grootte van de verdampingsenthalpieA H g e e f t . Voor de z u i v e r e s t o f f e n z i j n de volgende verdampingsentnalpieen gebruikt ( b i j de kookpunten)i
Ajl^g = 94,2 c a l / g = 7,46 kcal/mol.
4 V B " 7 9 , 0 8 cal/g "9, 1 6 k c i a l/ m o l . (31)
U i t de c o n s t r u c t i e ( g r a f i e k 6.2.1.6.) b l i j k t i n^ » 4 Warmtewisselaar 4»
H i e r i n moet stroom 4 worden opgewarmd van 45 C "tot het kookpunt
van het NB-B-mengsel, dat b l i j k e n s het T-x-diagram ( g r a f i e k 6.2.1.4*) 189 0 bedraagt.
Dus A T - 189 - 45 - 144°C.
Voor de s o o r t e l i j k e warmtes z i j n gemiddelde waarden genomen over
het b e t r e f f e n d e temperatuurtraject. (32) W s cp l n kcal/k«°C $ w i n k c a l / s $ w i n kW NB 0,638 0,389 35*8 150 DNB 0,002 0,4 0*1 0,4 B 0,015 0,50 l . l 4,6 W 0,002 1 0,3 1,3 t o t a a l 37,3 156 t a b e l 6 . 2 . 1 . 7 .
-24-Condensor 10.
Condensatiewarmte van het NB-B-mengsel i s
AHy. - 8,81 kcal/mol. (Zie H-x-diagram, g r a f i e k 6 . 2 . 1 . 6 . ) Te condensereni 0,382 mol/s.
D u s $ - 8,81 x 0,382 » 3 , 3 7 kcal/s
Bovendien t e condenseren W* 0,002 kg/s met A H . - 539 kcal/kg. D u s öw - 0,002 x 539 - 1,08 k c a l / s .
Het Kookpunt van het NB-B-mengsel i s 112 C ( z i e grafiek 6 . 2 . 1 . 4 » ) . Het moet gekoeld worden t o t 80°C. D u s 4 T - 32 C.
Het W moet van 100 C tot 80°C gekoeld worden. Dus £ T = 20 C. (32) $m!0 i n Cp i n $w i n kg/s kcal/kg°C k c a l / s NB 0,028 0,360 0,32 B 0,012 0,480 0,18 W 0,002 1 0,04 t o t a a l 0,54 Tabel 6 . 2 . 1 . 8 .
De t o t a a l door de condensor af t e voeren warmte i s dus
$w - 3,37 + 1,08 + 0,54 - 4,99 kcal/s - 21 kW.
De berekening i s n i e t nauwkeurig, want i n f e i t e z a l het W n i e t b i j 100°C als aparte fase condenseren. De temperatuur van 80 C i s gekozen, om er zeker van t e z i j n dat het mengsel v o l l e d i g ge-condenseerd i s .
Kookketel.
H i e r i n moet L, verdampt worden t o t , waarvoor & = 9,46 kcal/mol ( z i e g r a f i e k é. 2 . 1 . 6 . ) . T T
Vf c + B - L-, dus Vk - Lx - B - B(Ul/B - l ) - B(Ul/U - l ) .
^l/M • 1,070 (gemeten u i t constructie, grafiek 6 . 2 . 1 . 6 . ) B - 4,99 mol/s, dus Vf c - 4,99 x 0,070 - 0,349 mol/s
D u s « 9,46 x 0,349 - 3,30
kcal/s.-De verdampingswarmte van het water moet ook door de kookketel g e l e v e r d worden. Dus de t o t a a l toe te voeren warmte i s
$w - 3,30 + 1,08 - 4,38 kcal/s = 16,4 kW.
6 . 2 . 2 . Recirculatietank V I I I
B i j de overige apparaten i s a l s nulniveau voor de e n t h a l p i e ge-nomen 45 0. Bg - 0,392 kg/s cp - 0,418 cal/g°C Tg = 20°G D u s $W 8 « - 25 x 0,418 x 392 - - 4,11 kcal/s - - 17,1 kW T1 5 » 45°G, d u s $w l 5 = 0 T1 ( J - 80°C N B1 0 - 0,028 kg/»5 cp = 0,332 cal/g°C (32) B1 ( J - 0,012 kg/s; cp - 0,449 cal/g°C (32) W1 0 - 0,002 kg/s; cp = 1,00 cal/g°C (32) D u s $w l 0 = + 35(0,332 x 0,028 + 0,449 x 0,012 + 1,00 x 0,002) -* 0,597 kcal/» = 2,44 kW
Bg + B1Q + B1 5 - 0,747 kg/s NBg + N B1 ( ) + N B1 5 - 0,084 kg/s WQ + W1 0 + W1 5 - 0,002 kg/s Dus (0,747 x 0,425 + 0,084 * 0,334 + 0,002 x 1,00)(T 45)
-»$
W8+ f
nQ • $fl5 = - 4,11 + 0,60 + 0 - - 3,51 kcal/s Bus T » 35°C - T9 - T1 3 ]6.2*3* Warmtestromen door meevoering i n de l e i d i n g e n
Deze kunnen op d e z e l f d e manier worden berekend a l s i n 6.2.2. Daartoe moeten echter eerst de s o o r t e l i j k e warmtes en de meng-enthalpieen van de mengzuren bekend z i j n . Deze kunnen worden
berekend m.b.v. de t a b e l op b l z . 86 van Groggins ( 3 ) . Daartoe z i j n e e r s t de percentages N t.o.v. N+Z en N+Z t73".v. N+Z+W berekend, zoals t a b e l 6.2.3.1. laat zien.
In deze t a b e l z i j n ook de dichtheden van de mengzuren berekend m.b.v. metingen van P a s c a l en Garnier (33)« Daaruit z i j n de b i j -dragen t o t de volumestromen ) van de mengzuren berekend, d i e gesommeerd met de volumestromen van de organische s t o f f e n de t o -t a l e volumes-tromen opleveren, z o a l s gegeven i n -t a b e l 6.1.9»
Stroom 1 2 3 6 7 12 14 16 N 2 0,320 0,476 0,012 0,476 0,007 0,001 0,007 0,001 0,007 0,001 0,005 0,475 0 0,475 0 0,475 N+Z W 0,796 0,084 0,488 0,172 0,008 0,002 0,008 0,600 0,008 0,600 0,480 0,170 0,475 0,171 0,475 0,171 N+Z+W 0,880 i , 0*660 0,010 0,608 0,608 <fo N op N+Z 40 2,5 88 88 88 fo N+Z op N+Z+W 90 74 80 1 1 -H i n B t u / l b 70 126 75 1,5 1,5 -if1 i n k c a l / k g 38,9 7 0 , 0 41,6 0,8 0 , 8 $ J ° i n k c a l / s - 3 4 , 2 - 4 6 , 3 - 0 , 4 - 0 , 5 - 0 , 5 + & i n kW -143 -194 -1,7 - 2 , 1 - 2 , 1 c_ i n Bïu/lb F 0,44 0,46 0,57 0,99 c 40 2,5 90 74 70 126 38,9 70,0 -34,2 -46,3 -143 -194 0,44 0,46 0,44 0,46 -25 + 15 0 -9,69 + 4,56 0 -40,5 +19,1 0 -43,9 -41,7 - 4 6 , 3 -184 -175 -194 36 2 54 72 10 26 1,72 1,66 30,7 23,9 0,650 0,646 0,646 1 0 0 74 73 73 127 129 129 70,5 71,6 71,6 -46,4 -45,9 -46,4 71,6 -46,4 -192 -194 -194 } i n kcal/kg°C 0,44 0,46 0*57 0,99 T -45°C - 2 5 + I 5 0 0 0 - 2 1) 0 0 0 $ _ i n k c a l / s - 9 , 6 9 + 4,56 0 0 0 -1,2 0 0 0 $ w Ti n k W "4°»5 + 19 »1 0 0 0 - 5 , 0 0 0 0 <b i n k c a l / s - 4 3 , 9 -41,7 - 4 6 , 3 - 0 , 4 - 0 , 5 -1,7 - 4 5 , 9 - 4 6 , 4 - 4 6 , 4 i n kW -184 -175 -194 -1,7 - 2 , 1 - 7 , 1 -192 -194 -194 <f0 N op N+Z+W 36 2 70 4 Z op N+Z+W 54 72 10 io W op N+Z+W 10 26 20 O i n g/cm5 1,72 1,66 1,51 <PV i n 1/min 30,7 23,9 0,4 1 1 1 0 0 0 0 73 73 73 99 99 26 27 27 1,01 36,1 1,01 36,2 1,67 1,66 1,66 1,01 36,1 1,01 36,2 23,4 23,4 23,4 1) Z i e 6 . 2 . 6 . Tabel 6 . 2 . 3 . 1 .
2 6
-stroom no
In t a b e l 6 . 2 . 3 * 2 . z i j n voor de verschillende stromen de meege-voerde warmtehoeveelheden berekendt
NB
ó i n c i n
g/s ca?/g C $ i n S> i n g/s c m ca$/g°C #w l n kW MZ $ i n kW t o t a a l kW 1 2a 2b 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 25 15 0 0 0 0 0 2 25 10 35 10 0 2 0 0 0 645 645 640 638 0,330 • 13,4 39 28 45 5 41 56 56 0,334 0,332 0,334 1,36 0,332 - 0,12 15 15 15 15 1 392 350 12 397 349 343 343 0,437 + 0,41 0,430 0,418 0,425 0,449 0,425 0,00 •17,1 »- 0,79 - 1,34 - 1 8 4 - 175 -194 - 1,7 - 2,1 - 7,1 + o , 2 93) -I92 -194 -194 - 184 - 161 -194 - 1,7 0 0 - 2,1 - 7,1 - 17,1 - 6,9 + 2,441 - 7,8 1) -192 - 1,46 -194 -194 ) 1); Z i e 6 . 2 . 4 . Z i e 6 . 2 . 6 . 5) Water Het DNB i s verwaarloosbaar Tabel 6 . 2 . 3 . 2 . 6.2.4» N i t r a t o r I 9-B 11 w i l B 9 + B l l (£w9 +# w l i ) w i l ' B 11 B9 + B l l < $ w l 0 +wl5' £ ^ = (. 1 7 r i + 2,4) = - 7,8 kW A Hr l - - 34,3 kcal/mol ( z i e 3 . 5 . ) Gevormd NB - 0,600 kg/s 600 123,1 mol/sDus de tengevolge van r e a c t i e 1 toe te voeren warmte<^
600 - 167 kcal/s = - 700 kW. wrl A H - 34,3 x 1 2 3 f l - 67,3 kcal/mol ( z i e 3.5.) 2 r2 Gevormd DNB - 0,002 kg/s ~ 1 mol/s. Dus $ I ) U 8 " 4 r l + * > \ " 6 7 , 3 X 168,1 - 0 , 8 k c a l / s - - 3,3 kW. wr2 - 703 kW.
Wanneer we de door warmtewisseling toe te voeren warmtestroom<^
s t e l l e n , i s i %
ftrl + * r l l + $ww " $wr + & 2 a '
