Ontvangst- opslag- en doseersysteem voor zwaveldioxide: Een veilig en bedrijfszeker systeem inclusief milieu- en veiligheidsmaatregelen

I

I

I

I

1

I

I

I

I

I

I

-I

I

I

I

-I

I

.

, .~~~(

21

0

Cj.~o

0~

--PAM

r:'~/~r4-2fiN3/ kP-oj'

%-20..4.-.

F.V.O.

Nr.

-30

4

3

Vakgroep Chemische Procestechnologie

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp van:

J.T.M Evers

E.C. Rodenburg

Onderwerp:

ONTVANGST- OPSLAG- EN DOSEERSYSTEEM VOOR

ZWA VELDIOXYDE

Een veilig en bedrijfszeker systeem inclusief milieu- en

veiligheidsmaatregelen

Adres: C. Fagelstraat 61 2613 GV Delft tel: 015-138758 Opdrachtdatum: apri11993 Verslagdatum: juli 1993

T

U

D

e

I

ft

Faculteit der Scheikundige Technologie en der Materiaalkunde Technische Universiteit Delft

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

11 VOORWOORD

Het fabrieksvoorontwerp is uitgevoerd in het kader van de studie Scheikundige Technologie van de Technische Universiteit Delft. De opdracht voor het

fabrieksvoorontwerp is uitgegeven door Zetmeelbedrijven "de Bijenkorf" B.V. (Z.B.B.) te Koog a/d Zaan.

Voor de vele nuttige informatie en voor de mogelijkheid om het

fabrieksvoorontwerp in samenspraak met Z.B.B. uit te voeren willen wij Z.B.B. graag bedanken. In het bijzonder de Mdeling Technologie en onze begeleider Dhr J. van Riet.

Koog ald Zaan, 19 juli 1993 J.T.M. Evers

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

w INHOUDSOPGA VE Titelblad. Voorwoord. Inhoudsopgave. Opdracht Samenvatting . Conclusies en aanbevelingen . 1 INLEIDING.

2. UITGANGSPUNTEN VOOR HET ONTWERP . 2.1. Beschrijving van het produktieproces van Z.B.B.

2.2. De noodzaak van de dosering van zuivere zwaveldioxyde in

"finishing legs" in de produktieprocessen van Z.B.B. 2.3. De totale doseerhoeveelheid.

2.4. Potentiële leveranciers en aanleveringsmogelijkheden van zwaveldioxyde

2.4.1. Transportreservoir 2.4.2. Stationair opslagreservoir

2.5. Fysische en chemische eigenschappen van zwaveldioxyde .

3. BESCHRINING VAN HET ZW A VELDIOXYDE-DOSEERSYSTEEM

3.1. Het doseersysteem .

3.2. Lokatie van transportreservoir en opslag

Ü ili vü IX x 1 3 3 5 6 8 9 10 10 15 15 17

4. MOTIVERING VAN APPARAATKEUZEENBEREKENING 19

4.1. Motivering van het gekozen zwaveldioxyde-doseersysteem

4.2. Keuze en berekening van apparatuur. 4.2.1. Het transportreservoir (VI). 4.2.2. Het buffervat (V2) 4.2.3. De verdamper (H3) 4.2.4. Het leidingwerk 4.2.5. Afsluiters 4.2.6. Persluchtvoorziening 19 21 21 21 22 24 25 25

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

IV 5. MASSA EN WARMTEBALANS. 27

6. OVERZICHT SPECIFICATIE VAN APPARATUUR 32

7. INTERNE EN EXTERNE VEILIGHEIDSMAATREGELEN 35

7.l.Persoonlijke bescherming smid delen .

7.2. Oververhitting van zwaveldioxyde opgesloten in een transportreservoir . 7.3. Lekkage 7.4. Alarmerings- en detectiesysteem 7.5. Noodplan 8. MILIEU- EN NEUTRALISATIEMAATREGELEN. 8.1. Milieumaatregelen 8.2. Neutralisatie.

9 RISICO-ANALYSE (HAZOP)

10. INVESTERINGSRAMING 10.1. Kosten 10.1.1. Mschrijving en rente . 10.1.2. Onderhoudskosten 10.1.3. Arbeidskosten. 10.1.4. Hulpstoffen . 10.2. Baten 10.3. Wmst- en verliesrekening .. 10.4. Economische criteria

10.4.1. Return On Investment (ROl) . 10.4.2. Pay Out Time (POT) .

SYMBOLENLUST . LITERATUURLIJST. 35 36 36 37 38 40 40 40 43 50 53 53 54 54 54 55 55 55 55 56 57 58

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

v

BIJLAGE I. CHEMIEKAARTEN EN MATERIAL SAFETY

DATA SHEET . 1.1

1.1. Chemiekaart van zwaveldioxyde 1.1

1.2. Material Safety Data Sheet van zwaveldioxyde 1.2 1.3. Chemiekaart van waterstofperoxyde 1.6 1.4. Chemiekaart van soda (natriumcarbonaat) . I. 7

BIJLAGE U. FYSISCHE EN CHEMISCHE EIGENSCHAPPEN EN

CORROSIETABEL U.I

U.I. Dampspanning van zwaveldioxyde . U.I

U.2. Dichtheid van vloeibaar zwaveldioxyde U.2

TI.3. Oplosbaarheid van zwaveldioxyde in water

U. 4. Verdampingswarmte van zwaveldioxyde .

U.3

U.4

U.s. Soortelijke warmte van vloeibaar en gasvonnig zwaveldioxyde U.S

U.6. Thennodynamic properties of saturated sulphurdioxide ll.6 U. 7. Viscositeit van vloeibaar zwaveldioxyde .

U.s. Corrosietabel

ll.9. Watergehalte van (pers)lucht afbankelijk van de temperatuur

BIJLAGE Ill. GEGEVENS VAN AKZO Ill.l. Uitvoering van het transportreservoir

Ill.2. Uitvoering van de kraan van het transportreservoir Ill.3. Uitvoering van het stationaire opslagreservoir

Ill.4. Samenvatting van het bezoek aan Akzo Zout in Rotterdam Ill. S. Het zwaveldioxyde-doseersysteem van Akzo Zout in

Rotterdam .

Ill.6. De zwaveldioxyde-buffertank van Akzo Zout in Rotterdam ID.7. De zwaveldioxyde-verdamper van Akzo Zout in Rotterdam Ill.S. Lay-out tekening van de installatie

m

.

9. Lay-ouy tekening van de opstelling van de transportreservoirs m.lO. Lay-out tekening van de opslag van de transportreservoirs ID.ll. Film van Akzo

TI.7 ll.S ll.9 Ill.l Ill.l Ill.2

m

.

3

m.4

m.6

m.7

m.s

ID.9 m.IO m.ll ID. 12

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

V1

BIJLAGE IV. GEGEVENS VAN MESSER-GRIESHEIM. IV.I. Uitvoering van de transportreservoirs en diens kraan van

Messer-Griesheim .

BIJLAGE V. GEGEVENS VAN CSM V.I. Uitvoering van de doseerpijp

V.2. Uitvoering van de aansluiting van de doseerpijp BIJLAGE VI. DRUKV ALBEREKENING .

VI. 1. Berekening van de drukval over de doseerpijp VI.2. Berekening van de drukval over de afsluiters VI.3. Berekening van de drukval over de doseerpunten. BIJLAGE VII. LOKATffi ZW A

VELDIOXYDE-DOSEER-SYSTEEM EN OPSLAG VIII. I. Plattegrond van Z.B.B. .

VIII.2. Lay-out tekening van de opstelling bij Z.B.B .. BIJLAGE VIII. SCHETSEN VAN DE DOSERING VAN

GAS-VORMIG ZWAVELDIOXYDE

vnll. Dosering van gasvormig zwaveldioxyde vanuit een transport-IV. I IV. I V.I V.I V.2 VI. I VI. I VI.2 VI.S vn.l

VIT.l

vn.2 VIII. I

reservoir met behulp van drijfgas VID. I VID.2. Dosering van gasvormig zwaveldioxyde vanuit een stationair

opslagreservoir met behulp van drijfgas . VID. 2 VID.3. Dosering van gasvormig zwaveldioxyde vanuit een

transport-reservoir middels verwarmen VID.3

VIII.4. Dosering van gasvormig zwaveldioxyde vanuit een stationair opslagreservoir middels verwarmen

BIJLAGE IX. VEILIGHEIDSSTUDffi IX.I. Offerte van het bureau SAVE

IX.2. Omschrijving van een veiligheidsstudie

VID.4 IX. I IX. I IX.6

I-=---~_·_---

.

,-I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

vu

OPDRACHT

Technische Universiteit Delft

Iulianalaan 136 2628 BL Delft tel: 015-784374/4351 telefax: 015-784452

la. v: prof. ir I. Grievink

drs. F.A. Meijer

betreft: Fabrieksvoorontwerp (FVO)

Zetmeelbedrijven De Bijenkorf BV (ZBB) Postbus 170

1540 AD Koog aan de Zaan

tel: 075-532142 telefax: 075-704301

I.T.M. Evers

Koog aan de Zaan. 19-04-1993

Bevestiging van uw akkoord -met enkele kleine modificaties in

samenspraak met ZBB Geachte heren,

De afspraak is om aansluitend op mijn vooronderzoek (stageopdracht) het FVO uit

te voeren. Aan de eisen die gelden voor het FVO, die u .(hr. Grievink) een aantal

dagen geleden genoemd

had.

kan, onder conditie van geheimhouding danwel

be-perkte externe veslaglegging, worden voldaan. Indien het veslag van het FVO voor ZBB gevoelige punten bevat (bijvoorbeeld fabricageprocessen die zij nu niet

pu-bliek wensen uit te dragen), kan een aangepaste beknopte versie (zonder deze

ge-voelige punten) naar de universiteitsarchieven en is het volledige verslag, onder

be-paalde voorwaarden als geheimhouding etc., ter inzage aanwezig op de ZBB

locatie.

De FVO-opdracht is, een bedrijfszeker en veilig zwaveldioxyde ontvangst,

opslag- en doseersysteem te ontwerpen om zwaveldioxyde te kunnen doseren aan

een processtroom om de microbiële groei in het proces te onderdrukken, inclusief

alle consequentieinvesteringen. Er zijn een paar alternatieven geboden om tot een

zwaveldioxyde ontvangst, opslag- en doseersysteem te komen. De FVO-opdracht zal de volgende stappen moeten omvatten:

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

viii

- het ontwerp van een zwaveldioxyde ontvangst, opslag- en

doseersysteem (Proces & Instrumentatie Diagram)

- in- en externe milieu- en veiligheidsmaatregelen - Veiligheiclsanalyse (HAZOP-studie)

- de procescomponenten (inclusief instrumentatie/sensoren/stuurorganen en procesregelingen) specificeren

- neutralisatiemaatregelen specificeren om nadelige zwaveldioxyde-effecten indien nodig in de (eind)producten te elimineren

- andere preventieve en curatieve maatregelen om de microbiële groei te elimineren / onderdrukken

- investeringsraming en begroting

- alle nieuwe apparaten/componenten dimensioneren en specificeren Deze opdracht moet leiden tot een volledig detailontwerp van het gehele zwavel-dioxydegebeuren.

De FVO-periode moet in totaal acht volledige werkweken in beslag nemen. De

aanvang van de opdracht is op 19 april 1993. De streefdatum gereed is eind week

29 1993.

Met vriendelijke groet,

I.T.M. Evers, ZBB.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

IX SAMENVAITING

De opdracht van het fabrieksvoorontwerp was het ontwerpen van een

bedrijfszeker en veilig zwaveldioxyde ontvangst-, opslag-, en doseersysteem voor Zetmeelbedrijven "de Bijenkorf' B.V (Z.B.B.) te Koog a/d Zaan.

Z.B.B. produceert voornamelijk maïszetmeel, hetgeen een voedingsprodukt is.

Aan deze produkten worden hoge kwaliteitseisen gesteld. In deze produkten treedt groei van micro-organismen op, waardoor er ongewenste afbraakprodukten ont-staan. Om deze microbiële groei tegen te gaan is het noodzakelijk om zwaveldi-oxyde aan het proces te doseren. Zwaveldizwaveldi-oxyde zorgt tevens voor een betere scheiding tussen de diverse componenten, zodat zuivere componenten verkregen worden. Ook de mechanische ontwatering wordt door zwaveldioxyde verbeterd.

Op basis van gegevens en ervaringen van een aantal bedrijven, te weten Akzo in Rotterdam en Amsterdam en CSM te Halfweg, is een zwaveldioxyde-doseer-systeem ontworpen dat gasvormig zwaveldioxyde met behulp van droge perslucht aan een processtroom doseert. Zwaveldioxyde wordt als vloeistof aan het trans-portreservoir (maxirnaal1000 kg) onttrokken en wordt in de verdamper verdampt tot gasvorming zwaveldioxyde. Ertussen bevindt zich een bufIervat, zodat er continu gedoseerd kan worden. Het zwaveldioxyde-doseersysteem bevat drie doseerpunten, waarvan er bij de 'Food' en 'non-Food' derivatenfabrieken (S-7 A) intermitterend 7,5 kglhr respectievelijk 5,25 kglhr en bij de W-12A hydrocyclonen continu 27,6 kglhr zwaveldioxyde gedoseerd wordt. De maximale capaciteit van het doseersysteem is 40,4 kglhr.

De zwaveldioxyde-concentratie in de eindprodukten moet voldoen aan de Wa-renwet (:::; 50 mglkg), waardoor het noodzakelijk is een deel van het zwaveldioxyde uit het produkt te verwijderen. Dit gebeurt met waterstofperoxide (35 geWO/o), waarbij zwavelzuur ontstaat. De pH wordt bijgesteld met soda.

Omdat het gebruik en de opslag van zwaveldioxyde gevaren met zich mee-brengt is een risico-analyse (HAZOP) op het zwaveldioxyde-doseersysteem uitge-voerd en wordt voor het zwaveldioxyde-doseersysteem door de Provincie Noord-Holland de volgende vier zaken vereist. Het aantonen van de noodzaak van het gebruik van zwaveldioxyde, een proces-en instrumentatie diagram (P & ID), een schatting van de emissie van zwaveldioxyde en een veiligheidsstudie uitgevoerd door een extern bureau.

De geraamde investering is fl451.000,- (± 30 %). Per 0,1 % meer productopbrengst levert het systeernjaarlijks fl250.000,-.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

x CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

Voor de plaatsing van het zwaveldioxyde-doseersysteem is een Hinderwetvergun-ning van de Provincie Noord-Holland nodig. Deze wordt pas verstrekt als aan vier eisen van de Provincie Noord-Holland is voldaan. Deze eisen zijn een proces-en instrumentatie diagram (P & ID) voor het zwaveldioxyde-doseersysteem, een schatting van de emissie van zwaveldioxyde, een veiligheidsstudie uitgevoerd door een extern bureau en het aantonen van de noodzaak van het gebruik van zwavel-dioxyde.

Om gasvormig zwaveldioxyde continu te kunnen doseren aan de processtro-men wordt het als vloeistof uit een transportreservoir van Akzo of Messer-Gries-heim (maximaal 1 000 kg) onttrokken en via een buffervat naar de verdamper ge-leid. Het systeem wordt op 6 bara gehouden en door middel van tracing en isolatie van de leidingen na de verdamper wordt het zwaveldioxyde in de gasfase gehou-den. Het ontworpen zwaveldioxyde-doseersysteem voldoet aan de richtlijnen van het CPR-6 boekje.

Een opslag-inrichting voor transportreservoirs bevindt zich in de buurt van de doseerinstallatie. De aangeleverde transportreservoirs worden met behulp van een vorkheftruck in de opslag-inrichting geplaatst

Om zwaveldioxyde-emissie in de fabrieksruimte te voorkomen is een stan-daard-tank: met indirecte afzuiging ontworpen. Anders kan voor de emissie gesteld worden dat de concentratie zwaveldioxyde in de lucht bij een evenwichtssituatie van zwaveldioxyde opgelost in water met lucht bij 50°C 6,2 g/m3 bedraagt Deze waarde is echter aan de hoge kant omdat zetmeel een enigszins zwaveldioxyde-bindend karakter heeft

Een veiligheidsstudie omvat een individueel en/of een groepsrisico, waarbij de kans op sterfte ten gevolge van een bepaalde activiteit wordt bepaald. Een offerte is hiervoor aangevraagd.

Het is absoluut noodzakelijk het zwaveldioxyde-doseersysteem te plaatsen, omdat anders niet aan de gestelde microbiële kwaliteitseisen van de afnemers kan worden voldaan. Deze kwaliteitseisen zullen de komende jaren steeds verder aan-gescherpt worden.

De hoge kosten van het zwaveldioxyde-doseersysteem worden voornamelijk bepaald door de leidingen en meet- en regeltechniek (die 81 % van de investerings-kosten (fl451.000,-) bedragen), die volgens de richtlijnen voor het werken met zwaveldioxyde [CPR-6] vereist zijn.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Xl

Voor verdere uitwerking van dit systeem is nog een aantal aanbevelingen: • Bij de noodzakelijke neutralisatie, waarbij zwaveldioxyde uit het produkt

wordt verwijderd zodat het voldoet aan de Warenwet, is geen rekening gehou-den met zetmeelgebongehou-den zwaveldioxyde. Hierover zijn wel richtlijnen in de praktijk bekend, maar nog geen theoretische kwantitatieve gegevens.

• Bij het ontwerp is in principe uitgegaan van de transportreservoirs van Akzo, die een inhoud hebben van 665 kg zwaveldioxyde. Messer Griesheim levert sinds kort ook transportreservoirs met een inhoud van 986 kg zwaveldioxyde. Dit betekent dat er minder vaak gewisseld hoeft te worden. Er is minder hand-ling voor het systeem nodig maar de vloeistofInhoud is groter. In een veilig-heidsstudie zou verder onderzocht moeten worden of dit transportreservoir de voorkeur verdient boven het transportreservoir van Akw.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

1 1. INLEIDING

De opdracht van het fabrieksvoorontwerp (FVO) is het ontwerpen van een bedrijfszeker en veilig zwaveldioxyde ontvangst-, opslag-, en doseersysteem om zwaveldioxyde te kunnen doseren aan enkele processtromen.

De opdracht voor het fabrieksvoorontwerp is uitgegeven door Zetmeelbedrij-ven "de Bijenkorf" B.V. (Z.B.B.) te Koog aJd Zaan. Z.B.B. produceert maïszet-meel. Een deel van het maïszetmeel wordt omgezet in glucose en iso-glucose of verwerkt tot zetmeelderivaten in poedervorm. De nevenprodukten, die geprodu-ceerd worden, zijn maïseiwit of maïsglutenmeel en maïskiemen voor de bereiding van maïsolie, maïsglutenvoer en maïsweekwater.

De produkten van Z.B.B. vinden o.a. hun toepassing in de voedingsmiddelen-, farmaceutische -, textiel-, papier- en ldeefstoffenindustrie.

Het doseren van zwaveldioxyde wordt in het proces primair aangewend om de groei van micro-organismen en daarmee de vorming van ongewenste afbraakpro-dukten zoveel mogelijk te vermijden. Deze afbraakproafbraakpro-dukten leiden tot produkt-verlies, kwaliteitsverlaging en raffinagekostenverhoging.

Een andere reden, dat zwaveldioxyde gedoseerd wordt, is om een betere scheiding van diverse componenten (met name eiwit en zetmeel) van de maïskorrel en om zuivere componenten (zetmeel met een zo laag mogelijk eiwitgehalte) te verkrijgen. Daarnaast verbetert zwaveldioxyde de mechanische ontwatering, waardoor de energiekosten afuemen.

De concentratie aan micro-organismen in de eindprodukten voor een aantal potentiële afuemers overschrijden soms nu al hun toegestane limietwaarden

(zonder zwaveldioxyde-dosering). Deze limietwaarden zullen in de nabije toekomst verder dalen. Dit leidt ertoe dat er aan het waswater van de hydrocyclonen continu zwaveldioxyde toegevoegd moet worden om primair de produktafbraak door mi-cro-organismen te beperken. Het gaat hierbij vooral om de plaatsen waar de

zet-meel suspensie gedurende enige tijd verblijft in bijvoorbeeld een buffertank (micro-organismen hebben een exponentiële groei). Tevens wordt er zwaveldioxyde gedo-seerd aan het waswater van twee cyclonenbatterijen van met name de 'Food' deri-vatenfabriek.

Zwaveldioxyde is een giftige, (wanneer het in a~nraking komt met vocht) cor-rosieve en milieugevaarlijke stof. Hierdoor is er erg veel aandacht besteed aan de

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

2

bijbehorende milieu- en veiligheidsmaatregelen.

Het probleem bij de toepassing van zwaveldioxyde-dosering in de inwekerij is dat de zwaveldioxyde-concentratie in deze fabriek (maïszetmeelfabriek) met een relatief'open' proces op een zodanig hoog niveau ligt, dat tijdens productiebedrijf bij langdurig aaneengesloten verblijf maatregelen getroffen dienen te worden. De systeemcomponenten worden zoveel mogelijk als verantwoord gesloten en via een

geforceerde afzuiging op lichte onderdruk gehouden.

De produktiecapaciteit is 800 ton grind1/etmaal. De maïszetmeelproduktie wordt op ongeveer 1,5% van de wereldproduktie geschat.

---"Erts IWFE\(WA~R

1

A

I

KleMEN

A

~lUTDJVOËR

I .

\ALfURONAAï

zetmeel

kiem/Olie

kie bel zemel .. - - .... _. eiwitten

~~~-jW;t

/

_~

_.

_I

MAlE'N

I

_DROGEN

~ATtI!Pl

_{0 t>ROG~N}

OWTW/lrEREN

f(FIITTfI

FUfif.Rfl

ON'f\N ATE RE,.,

11.'OAMPEli

'!'

\NASSfW

\VASS~N 1\l0t \(\(EN

~

0 0 -<9~

8'0

Ó _{0 0} " " n 0 -.- ...

.

~ ~ ~

+",

_

~ '1'~

~

- -

>I'"

ET nEl: L

'"

~

_~."

~

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

3

2. UITGANGSPUNTEN VOOR HET ONTWERP

Het ontwerp van het zwaveldioxydedoseersysteem is gebaseerd op een capaciteit van circa 1050 ton grind per etmaal. Het aantal bedrijfsuren voor dit continue proces is circa 8000 per jaar. Tevens is rekening gehouden met een intermitterend verbruik ten behoeve van twee wascyclonenbatterijen voor de bereiding van Food-en non-Food derivatFood-en.

2.1 Beschrijving van het produktieproces van Z.B.B.

Maïs wordt door de Z.B.B. verwerkt tot zetmeel. De nevenprodukten die gepro-duceerd worden zijn maïseiwit of maïsglutenmeel en maïskiemen voor de bereiding van maïsolie, maïsglutenvoer en maïsweekwater. In de naastgelegen bedrijven wordt een deel van het maïszetmeel omgezet tot glucose en verwerkt tot zetmeel-derivaten in poedervorm.

De maïskorrel is opgebouwd uit een olierijke kiem, het hoornig endosperm (bestaande uit zetmeelkorrels in een dikke eiwitmatrix), het melig endosperm (bestaande uit zetmeelkorrels in een dunne eiwitmatrix), de gluten, die het meeste van het eiwit, dat in de maïskorrel aanwezig is, bevat en daarboven de huid (zeme~

ruwe vezel).

Het produktieproces is in vijf stappen te verdelen. Deze zijn inweken, ontkie-men, ontzemelen, glutenisolatie (zetmeeVeiwitscheiding) en de zetmeelraffinage. Een schema van de industriêle verwerking van maïs staat weergegeven in figuur 1.

De scheiding van de maïskorrel in zijn componenten volgens het natte verma-lingsproces berust op de verschillen in aggregatietoestand, in deeltjesgrootte en in

soortelijke massa.

Maïs wordt in tegenstroom ingeweekt met zwaveldioxydehoudend water. Het inweken is voor het wijzigen van de eiwitmatrix, het losmaken van de kiem, het ex-traheren van de oplosbare stoffen en het desinfecteren. Het zwaveldioxyde wordt in zekere mate geabsorbeerd door de maïs. De effecten van zwaveldioxyde zijn remming van de groei van rotting veroorzakende organismen op de maïskorrel door verhoging van de zuurgraad (zwaveldioxyde-concentratie), verhoging van de

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

4

snelheid van de waterabsorptie door de maïs (het losweken van de kiem), en het verbreken van de zetmeelinkapselende eiwitmatrix, waardoor het zetmeel vrijkomt.

De kiemscheiding vindt plaats in kiemcyclonen (hydrocyclonen).

De kiemscheiding berust op de volgende drie factoren: de eiwitlaag tussen de kiem en zemel en tussen kiem en de rest van de korrel wordt bij het inweken aangetast, waardoor de kiem is losgeweekt. De kiem is elastisch, zodat het mogelijk is om bij de grofyermaling (vóór het ontkiemen) de kiem los te maken zonder dat er kiem-breuk optreedt. Het soortelijk gewicht van de kiem is lager dan dat van de overige delen van de maïskorrel, zodat de kiemen in de overloop terechtkomen en de aftap gebruikt kan worden voor verdere verwerking. De aftap bevat vrij en gebonden zetmeel, vezels en zwevend (onoplosbaar) eiwit.

De zetmeeVeiwitscheiding gebeurt in twee fasen.

De eerste is scheiding van zoveel mogelijk eiwit van het zetmeel in schotelcentri-fuges. De overloop is eiwitrijk. De aftap is zetmeelrijk, maar bevat nog oplosbaar en onoplosbaar eiwit.

De aftap wordt gezuiverd in een aantal hydrocyclonen in serie (wascyclonenbatte-rij). De scheiding in de hydrocyclonen berust op de optredende centrifugaalkrach-ten centrifugaalkrach-ten gevolge van hoge tangentiële snelheden. De wascyclonenbatterij wordt in tegenstroom bedreven, waarbij het waswater van de laatste naar de eerste stroomt en de zetmeel stroom andersom. De overloop is eiwitrijk. De eindaftap van de hy-drocyclonenbatterij (zetmeelsuspensie W -12A of geraffineerde zetmeelsuspensie) wordt opgeslagen in tanks voor verdere verwerking in de glucose- en derivatenfa-brieken en in de zetmeeldrogerijen.

De dosering van zwaveldioxyde vindt plaats aan het waswater van de W-12A

hy-drocyclonen om voor een betere zetmeel-eiwit scheiding te zorgen en om de mi-crobiële groei in de opslagtanks na de W-12A hydrocyclonen te remmen. Ook dient intermitterend op de dezelfde wijze zwaveldioxyde gedoseerd te worden aan het waswater van de hydrocyclonen in de derivatenfabrieken 'Food' en 'non-Food'. Voor de zetmeelraffinage is een deel van de zetmeelsuspensie uit de tanks no-dig. Deze stroom wordt ontwaterd in een centrifuge. Het verkregen filltraat bevat naast zetmeel nog eiwit en fijne vezels. Het wordt hiervan gezuiverd en vervolgens ingedikt in een klaarcycloon. De aftap van deze cycloon vormt samen met de zet-meelsuspensie W-12A de voeding van de centrifuge.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

5

2.2 De noodzaak van de dosering van zuivere zwaveldioxyde in "finishing legs" in de productieprocessen van Z.B.B.

De microbiële kwaliteitseisen, die de memers van de eindproducten die Z.B.B. produceert stellen, worden steeds strenger. Bijvoorbeeld werd er tot voor kort uitsluitend naar de concentratie levende micro-organismen gekeken. Nu worden er zowel eisen gesteld ten aanzien van de concentratie levende als dode micro-orga-nismen in de eindproducten. Om aan deze strengere eisen te kunnen (gaan) voldoen ofwel om geen significant marktafzet-kwantum te verliezen is Z.B.B. on-der anon-dere genoodzaakt in de eindfase een aantal van haar (Food)-productiepro-cessen een geringe hoeveelheid zuivere zwaveldioxyde als desinfectant toe te voegen. Het betreft hier met name die productieprocesonderdelen waar geen pH enloftemperatuur maatregelen kunnen worden getroffen, omdat hierdoor het vereiste rheologisch gedrag van met name de zetmeel (Food)-producten verloren gaat. De zwaveldioxyde die gedoseerd dient te worden behoort, vanwege de

procesfase (direct na de laatste raffinage processtap ) waarin het wordt aangewend, van de zuiverste vorm te zijn teneinde het eindproduct niet ontoelaatbaar te

verontreinigen. Vandaar dat geen gebruik gemaakt kan worden van het huidige zwaveldioxyde productieproces (zwavelovens).

Een andere reden om zwaveldioxyde te doseren is vanwege het effect dat zwaveldioxyde heeft op het verbreken van de eiwitmatrix waarin de zetmeelkorrels zijn ingebed. Zwaveldioxyde draagt namelijk bij tot het verbreken van de disuIfi-debruggen in de eiwitmatrix. Hierdoor wordt de structuur van de matrix verbro-ken, waardoor het zetmeel in de vereiste zuivere vorm vrij komt. De raffinagekos-ten, onder andere bij de bereiding van zetmeel suikers en de afvalvracht zal hierdoor significant lager zijn. Tevens worden de raffinagekosten verlaagd ten gevolge van het feit dat er minder, door schadelijke micro-organismen gevormde, afbraak- I afvalproducten (metabolieten) uit de producten verwijderd behoeven te worden. Hierbij dient opgemerkt te worden dat hierdoor het product-rendement wordt ver-hoogd danwel het productverlies wordt verlaagd. Hetgeen resulteert in een vermin-dering van de milieubelasting/milieuverontreiniging.

Verder verlopen de mechanische ontwateringsprocessen van de producten, onder aanwezigheid van zwaveldioxyde beter, hetgeen de energie-efficiency van het productieproces ten goede komt (NMP+ -eis).

BLOKSCHEMA PLAATS ZWAVELDIOXYDE DOSERING

W-12A

S02-

doseer-systeem

waswater

onthard water

I~

filtraatwater +

Hel

SO~

--~O.5

m~

i ...

~

W-12A hydrocyclonen -. vuil waswa

ter

~

.-suspensie

---E55m~

---~mgso~

~

Derivatenfabriek

geraffineerde

...

r - - - .

zetmeeTsuspensIe

I'"

Zetmeeldrogerijen

• Glucosefabriek

Figuur 2. Blokschema plaats zwaveldioxydedosering aan het

waswater van de W-12A hydrocyclonen

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

6

Het doseren van zwavel dioxyde in de gekozen vorm is dus een absolute noodzaak zowel ten behoeve van het voldoen aan de interne als externe eisen die

aan de producten worden gesteld en zal overall gezien eerder resulteren in een ont-lasting dan een beont-lasting voor het milieu. Alle maIszetmeelproductie-en verwer-kingsprocessen worden daarom in waterig zwaveldioxyde-milieu uitgevoerd daar hiervoor geen alternatief voorhanden is.

2.3 De totale doseerhoeveelheid

In de geraffineerde zetmeelsuspensie (W-12A suspensie) moet een zwaveldioxyde-concentratie van 350-400 mglkg:2 zijn.

Om deze zwaveldioxyde-concentratie in de geraffineerde zetmeelsuspensie te bereiken moet 400-450 rog zwaveldioxyde/kg gedoseerd worden aan het waswater van de W-12A hydrocyclonen (zie figuur 2). Deze waarden zijn gebaseerd op de experimentele gegevens van Amylum (zie ook [9]).

De huidige stroom van de geraffineerde zetmeel suspensie is 35 á 45 m3/h. In de toekomst zal dit 55 m3/h worden. Bij de berekening van de doseerhoeveelheid wordt uitgegaan van de toekomstige waarden. Deze SS m3/h komt overeen met een productie van circa 1050 ton grind per etmaal. Er wordt 1,4 m3 waswater per ton grind gebruikt. De waswaterstroom is dus nu:

1,4 m3 waswater/ton grind. 1050 ton grind/etmaal = 1470 m3 waswater/etmaal = 1470 ton waswater/etmaal

Er moet maximaal 450 mg zwaveldioxyde/kg in 1470 ton waswater/etmaal kunnen worden gedoseerd. Dit is dus:

450 mglkg • 1470.103 kg waswater/etmaal = 662 kg S02/etmaal

=

27,6 kg S02/h

2J3ij Z.B.B. wordt zo'n vloeistof concentratie (mglkg) vaak ppm (parts per million) genoemd. Dit

is echter niet correct, omdat ppm letterlijk betekent ~ volumedeeitje gas of damp per miljoen

volwnedeeltjes verontreinigde lucht (ofwel cm3/m3 of mmolJkmol). ppm is dus op volumebasis, terwijl mglkg op gewichtsbasis is.

- - - -- - -

-BLOKSCHEMA ZWAVELDIOXYDEDOSERING

'non-Food'

_waswater

S02-

_S02

_···

_..

_...

_~om3~

doseer-

~! ~

systeem

m

~mgso~

cE25k~

HYDROCYCLONEN

geraffineerde

suspensie

Figuur 3. Blokschema plaats zwaveldioxydedosering

aan het waswater van de hydrocyclonen

in de 'non-Food' derivatenfabriek

I

I

I

I

I

I

I

I

vuil waswater

I

•

I

suspensie

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

7

Aan het waswater van de W12-A hydrocyclonen moet maximaa127,6 kg zwaveldi-oxyde per uur kunnen worden gedoseerd.

De zwaveldioxydeconcentratie in de geraffineerde zetmeelsuspensiestroom in de derivatenfabrieken 'Food' en 'non-Food' moet 100-150 g zwaveldioxyde/m3 zijn.

Voor de 'non-Food' derivatenfabriek geldt een maximale waswaterstroom van 10m3/h. Hierin wordt zwaveldioxyde gedoseerd zodat de geraffineerde zetmeel-suspensiestroom (S7A = 25 m3/h) uiteindelijk maximaal 150 rog zwaveldioxyde/kg bevat (zie figuur 3). Daardoor moet de totaalstroom van 35 m3/h maximaal 150 mg zwaveldioxyde/kg bevatten. Er geldt:

35 m3/h

*

150 mglkg = 10 m3/h

*

[S02]

Er moet dus maximaal 525 mg zwaveldioxyde/kg kunnen worden gedoseerd. Dit komt overeen met:

10-103 kg waswater/h

*

525 mg S02 /kg waswater = 5,25 kg S02 /h

Aan het waswater van de hydrocyclonen in de 'non-Food' derivatenfabriek moet dus maximaal 5,25 kg zwaveldioxyde per uur kunnen worden gedoseerd.

Voor de 'Food' derivatenfabriek geldt een maximale waterstroom van 30 m3/h. Hierin wordt ook zwaveldioxyde gedoseerd, zodat de zetmeelsuspensi~ stroom (S7A= 20 m3/h) uiteindelijk maximaal 150 mg zwaveJdioxydeJkg bevat (zie figuur 4). De totale stroom van 50 m3/h moet maximaal ISO rog zwave1dioxydeJkg bevatten. Er geldt:

50 m3/h. 150 mg/kg = 30 m3/h. [S021

Er moet maximaal 250 mg zwaveldioxydeJkg kunnen worden gedoseerd. Dit komt overeen met:

30-103 kg waswater/h

*

250 mg S02/kg waswater

=

7,5 kg S02 /h

Aan het waswater van de hydrocyclonen in de 'Food' derivatenfabriek moet dus maximaal 7,5 kg zwavel dioxyde per uur kunnen worden gedoseerd.

BLOKSCHEMA ZWAVELDIOXYDEDOSERING

'food'

waswater

502-

doseer-systeem

S02

I

ce·5k~

1

HYDROCYCLONEN

~-<§::

mg

so~

geraffineerde

suspensie

I

I

I

I

I

I

I

vuil waswater

I

suspensie

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Figuur 4. Blokschema plaats zwaveldioxydedosering aan

het waswater van de hydrocyclonen

I

I

in de '1'ood' derivatenfabriek.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

8

Aan het waswater van de W12-A hydrocyclonen moet maximaal 27,6 kg zwaveldioxyde per uur kunnen worden gedoseerd. Indien microbiële groei het noodzakelijk maakt moet aan de waswaterstromen van de hydrocyclonen in de 'Food' en/of de 'non-Food' derivatenfabrieken 7,5 kg respectievelijk 5,25 kg zwaveldioxyde per uur toegevoegd worden. Maximaal moet er 40,35 kg zwaveldi-oxyde per uur kunnen worden gedoseerd.

Tabel 1. De doseerhoeveelheden

plaats van doseren maximale doseerhoeveelheid continu of intermitterend

kglhr kgls

W-12A 27,6 767.10-3 , continu

Food (S-7A) 7,5 208.10-3 , intermitterend non-Food (S-7 A) 5,25 146, .10-3 intermitterend

totaal: 40,35 11 2.10-3 ,

2.4 Potentiële leveranciers en aanleveringsmogelijkheden van zwaveldioxyde

In Nederland is Akzo Chemica1s te Amsterdam de enige producent van vloeibaar zwavel dioxyde, maar Akzo levert geen (componenten voor een) doseersysteem.

Akzo kan vanuit Amsterdam cilinders leveren met 60 kg inhoud (mwendig volume

49 I), transportreservoirs (ook wel drums, rolvaten en minibulk genoemd) met 665 kg inhoud (inwendig volume 560 I) of tankautovullingen van 20 ton (16,5 m3), 21,5 ton (17,5 m3), 22,37 ton (19 m3) en 28,53 ton (24,5 m3).

Transportreservoirs zijn toestellen onder druk met een inhoud groter dan 150 liter, bestemd voor opslag en vervoer van gassen ofwel vloeistoffen. Stationaire opslagreservoirs zijn toestellen onder druk bestemd voor opslag en vervoer van gassen ofwel vloeistoffen, die gedurende het gebruik vast opgesteld zijn op een fundatie en door middel van vaste aan het reservoir verbonden leidingen gevuld en geledigd worden [5].

Zwaveldioxyde is in de vaten als vloeistof opgeslagen onder de eigen

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

9

Messer Griesheim levert ook zwaveldioxyde. Messer Griesheim levert cilin-ders van 60 kg (49 I), transportreservoirs en tankautovullingen. De transportreser-voirs van Messer Griesheim hebben een inhoud van 550 kg (4471) ofvan 986 kg (830 I).

Door de doseerhoeveelheid van maximaal 968 kg per etmaal vallen de cilin-ders met een inhoud van 60 kg af

2.4.1 Het transportreservoir

De transportreservoirs zijn van koolstofstaal en worden gevuld met vloeibaar zwaveldioxyde gebracht en leeg opgehaald. De transportreservoirs zijn uitgerust met rolringen voor de hanteerbaarheid.

De mogelijke leveranciers voor transportvaten zijn Akzo Chemicals ofMesser Griesheim. De uitvoering van de rolvaten van Akzo staat weergegeven in bijlage m.l (twee koperstijgpijpen met messing kranen, D = 76 cm, 1= 1,8 m, inhoud 665 kg = 560 I). De uitvoering van de messing kranen van Akzo staat in bijlage m.2.

De uitvoering van de rolvaten van 550 kg en messing kranen volgens Messer Griesheim staat in bijlage IV. 1 (één stijgpijp met messing kraan, D

=

70 cm, L

=

1,4 m, inhoud 550 kg

=

460 1). Gegevens over de vaten 986 kg van Messer-Griesheim zijn nog niet ontvangen.

De uitvoering met de twee stijgpijpen is noodzakelijk als vloeistof onttrokken wordt door middel van drijfgas. In geval van alleen vloeistof ( of gas) onttrekking is één stijgpijp voldoende. De messing kranen vallen binnen het vat en worden (mdien niet aangesloten) beschermd door een aan te brengen beschennkap.

De vaten zijn ontworpen en getest op 20 bar. Dit betekent een maximale tem-peratuur van 80°C (zie bijlage n.l). Het rolvat is voorzien van een zwakke plek aan de kant van (een van) de stijgpijp(en), zodat bij overschrijding van de ont-werpdruk niet het hele vat explodeert, maar alleen dat punt doorbreekt. Als het vat aangesloten is, moet ervoor gezoergd worden, dat de zwakke plek vovenin zit en onderin (een gaslek is minder gevaarlijk dan een vloeistotlek). De maximale werk-druk is 10 bar. Dit betekent een maximale temperatuur van 55°C (zie bijlage n.l). Volgens de richtlijnen voor vloeibaar zwaveldioxyde [5] mag een transportreser-voir niet warmer worden dan 40°C.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

10

2.4.2 Het stationaire opslagreservoir

Het stationaire opslagreservoir heeft de uitvoering zoals deze in bijlage ill.3 is aangegeven. Het stationaire opslagreservoir is gemaakt van koolstof staal en heeft een volume van 25 m3 (L

=

8 m, D

=

2 m).

Het stationaire opslagreservoir is ontworpen en getest op 20 bar. De maximale werkdruk is 8,5 bar (afhankelijk van de instelling van de drukbeveiliging).

De aansluitingen aan het stationaire opslagreservoir voor de opslag van

vloeibaar zwaveldioxyde zijn uitsluitend als flensverbinding uitgevoerd en bevinden zich boven het vloeistofuiveau van het reservoir. De flenzen zijn gemaakt van koolstof staal en uitgevoerd met gylonpakkingen. De stijgpijp is van koolstof staal.

Direct op de aansluitflens van het stationaire opslagreservoir is op elke leiding een handbediende afsluiter geplaatst (3,6, 10), direct gevolgd door een afsluiter die op afstand bedienbaar is (2,9). Dit geldt niet voor instrumentaansluitingen (18, 19).

Er zijn twee aansluitingen met betrekking tot het vullen van het stationaire opslagreservoir. De vulleiding met een koppelafsluiter (1) vanaf een tankwagen en een gasretour-vulleiding met een koppelafsluiter (5) ter verwijdering van het aan-wezige zwaveldioxyde gas. Via de stijgpijp (8) wordt het zwaveldioxyde uit het reservoir onttrokken.

Het stationaire opslagreservoir bevat ook de nodige beveiligingssystemen. De drukbeveiliging van het opslagreservoir is uitgevoerd door middel van veerbelaste veiligheidstoestellen (maximale druk 8,5 bar). Alle aansluitingen en tubelures (d > 2 mm2) zijn voorzien van doorstroombegrenzers (1,2,4), met uitzondering van de veiligheidstoestellen.

Het reservoir bevat ook een beveiliging, waardoor de vullingsgraad niet groter is dan 85%.

2.5 Fysische en chemische eigenschappen van zwaveldioxyde

In bijlage I staan Chemiekaarten en een Material Data Safetysheet.

De dampspanning van zwaveldioxyde is afhankelijk van de temperatuur van de vloeistof. Het verband van de absolute dampspanning als functie van de tempera-tuur staat weergegeven in bijlage IT. I.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

11

De dichtheid van vloeibaar zwaveldioxyde is afhankelijk van de temperatuur. Het verband staat weergegeven in bijlage IT.2. De dampdichtheid van het gas onder atmosferische druk en O°C is 2,86 kg/m3. De dampdichtheid van het gas onder at-mosferische druk en O°C ten opzichte van lucht is 2,26 kglm3. (De dichtheid van lucht is 1,28 kglm3 bij 1 bar en O°C).

De vullingsgraad voor een zwaveldioxyde reservoir met vloeistof is maximaal

85%. Dit is omdat bij vloeistofvolumetoename van een bepaalde hoeveelheid zwaveldioxyde de kans bestaat dat bij oplopende temperatuur een reservoir bij overhitting de maximaal toelaatbare druk overschrijdt en bestaat de kans op ex-plosie van het reservoir.

De soortelijke warmte van vloeibaar en gasvormig zwaveldioxyde is afhanke-lijk van de temperatuur. Het verband staat weergegeven in bijlage IT.S.

De verdampingswarmte van vloeibaar en gasvormig zwaveldioxyde is afhan-kelijk van de temperatuur. Het verband staat weergegeven in bijlage n.4.

De viscositeit van vloeibaar zwaveldioxyde is afhankelijk van de temperatuur. Het verband staat weergegeven in bijlage IT.7. De viscositeit van gasvormig zwaveldioxyde ligt bij atmosferische druk in het temperatuurbereik van 253 K tot 373 K (-20°C tot lOO°C) 0,006 mPa·s lager dan de waarden voor lucht onder dezelfde omstandigheden.

Zwaveldioxyde (gasvormig en vloeibaar) is oplosbaar in water, alcoho~ ether en organische oplosmiddelen. De maximale oplosbaarheid van zwaveldioxyde wordt voornamelijk bepaald door de samenstelling, de zuurgraad, de temperatuur van het water en de concentratie van zwaveldioxyde in de directe omgevingsat-mosfeer. In bijlage IT.3 is dit verband weergegeven en in tabel 2 staat de oplos-baarheid bij atmosferische druk als functie van de temperatuur. Dit betekent dat de maximale oplosbaarheid afueemt als de temperatuur toeneemt.

De evenwichtspartiaalspanning van zwavel dioxyde in de atmosfeer boven water (pH 7) in evenwicht met de zwavel dioxyde-concentratie in het water en in

afhankelijkheid van de temperatuur van het water staat weergegeven in tabel 3. Dit betekent dat als zwaveldioxyde aanwezig is, er steeds een evenwicht met de

omgeving instelt en dus steeds meer uit de waterige fase verdampt, als de tempera-tuur oploopt, of als de concentratie in water toeneemt, of als de concentratie in de omgeving afueemt door bijvoorbeeld afzuiging.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

12

Tabel 2. Maximale oplosbaarheid van zwaveldioxyde in water bij atmosferische druk en neutrale pH als functie van de temperatuur. [13]

Temperatuur oplossing Oplosbaarheid

COC) g S02 / I water 0 228 5 193 10 162 15 135 20 113 30 78 40 54 50 45 60 37

Tabel 3. De evenwichtspartiaalspanning van zwaveldioxyde in de atmosfeer (lucht) boven water in afhankelijkheid van de zwaveldioxydeconcentratie

in het water en de temperatuur van het water. [13]

opgelost S02 in water partiêle druk S02 [mm Hg] conc. in lucht [g/m3]

gS92/ 100 g.water 20°C 30°C 40°C 50°C bij 50°C 0,2 8,5 11,8 18,6 31 95,2 0,15 5,8 8,1 12,9 20 62,6 0,1 3,2 4,7 7,5 12 37,6 0,05 1,2 1,7 2,8 4,7 6,2 0,02

O,S

0,6 08 1,3 4,1

Uit de evenwichtsdampspanning van zwaveldioxyde in de atmosfeer boven

water is de zwaveldioxyde-concentratie in [glm3] te berekenen met hulp van

for-mule 1 en 2 of in [ppm] met behulp van formule 3. De definitie van [ppm] staat in

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

M c=-'p(T) Vm T V m = 0,022414·-273 c

=

p(T)·IQ6 13 [glm3] (1) [m3/mol] (2) [ppm] (3)

Hierin is: c de concentratie van zwaveldioxyde [gIm3] in (1)

c de concentratie van zwaveldioxyde [ppm] in (3)

M de molaire massa van zwaveldioxyde [gImol]

V m het molair volume [m3/mol]

p(T) de partiaalspanning [atm]van zwaveldioxyde bij temperatuur T

T de temperatuur [Kl

De oplosbaarheid van zwaveldioxyde in water zal iets dalen naarmate de pH iets

lager wordt. Dit blijkt uit de reacties [1] en [2] (zie ook fonnule 4).

Eiwit heeft een sterk en een zetmeel een zwak zwaveldioxyde bindend karakter. (V 66r de hydrocyclonen is nog eiwit aanwezig.) Maar hierover zijn nog géén kwantitatieve gegevens bekend.

Droog zwaveldioxyde is niet corrosief (behalve voor zink), ook niet bij

ver-hoogde temperaturen. Zwaveldioxyde in aanwezigheid van vocht (water(damp» is

zeer corrosief door de vorming van zwavelig zuur (reactie 1).

[1]

[2]

Zwaveligzuur dissocieert in H+ en HSO) (reactie 2). De evenwichts- of

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

~

=

[H+]·[HSOi]

[H2

0 ·S0

2]

= 0,0139

±

0,002 en p~ = 1,86 14 (4) [mol 11]

De corrosiesnelheid van zwaveldioxyde en zwavelig zuur voor verschillende roestvast stalen staan in bijlage II.8. Uit gegevens van Messer Griesheim blijkt dat bij 50 ppm vocht (water(damp» corrosie optreedt en dat bij 400-500 ppm vocht zelfs putvorming optreedt.

I

•

,

_j

I

i

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

.

1

I

!

-'

I

I

/

1

I

I

I

I

WASWATER W-I2A

\~

..

::::~~:t-I -~

VI TRANSPORIRESEVOIR V2 BUFFERVAT Hl VERDAMPER

- - -

-

-._"/

-

-

-

-

-,

I I I I I I I ~(g) -~-.,..-, I I I .I C I I I I I I l_

....

_._._.

__

.~ I I ! I ! I I

,-_.-I I I

S

(I)

I---~-.,---I

_I

~

I I

Cg)

~

_-

-

--

(

-c

LX

I I I I

(iJ)

:

_._._._._._._._._._._._._._.~ I'-'-'-'-'-'-'-~'-'-'-'-'-'~ !H

(pi)

1

t><I~ ~...

IA

'T

i

~d

X

!

~-4---~~ : I I STOOM

Eunnn

WASWATER 'FooD' WASWATER 'NON-FOOD'

Figuur

5

PROCES EN INSTRUMENfATIE DIAGRAM

van

het

ZWAVELDIOXYDE-DOSEERSYSTEEM

J.T.M. Evers

E.C. Rodenburg

juli 1993

Ostloolmt

I

I

temp il C

OabS.dnak

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

15

3. BESCHRIJVING VAN HET ZW A VELDIOXYDEDOSEERSYSTEEW

3.1 Het doseersysteem

Figuur 5 is een proces en instrumentatiediagram (P & ID) van het zwaveldioxyde-doseersysteem.

Vloeibaar zwavel di oxyde wordt bij omgevingstemperatuur (-20°C tot 40°C) uit een transportreservoir (VI) onttrokken en gaat via een buffervat (V2) naar een verdamper H3 zodat het als gasvormig zwaveldioxyde naar de betreffende injectie-punten wordt geleid. Het transportreservoir en het buffervat worden op druk (6 bara) gehouden door droge perslucht toe te voeren.

Het rolvat is aangesloten via een tlexibele slang aan een vloeistotleiding, die het zwaveldioxyde in de vloeibare vorm naar het buffervat leidt. waarbij de vloeistof-leidingen zo kort mogelijk worden gehouden.

De aanwezigheid van het buffervat heeft een aantal voordelen:

• Er kan continu vloeibaar Zwaveldioxyde in "de verdamper gedrukt worden, zodat een continue dosering mogelijk is.

• Er kan geen perslucht in de processtromen terecht komen (perslucht is nade-lig voor het verdere proces).

• Mits het transportreservoir zuiver horizontaal gepositioneerd is, kan het volledig worden leeggedrukt, zodat er geen verlies aan zwaveldioxyde op-treedt (zie bijlage ill.9).

• Omdat het rolvat geheelleeggedrukt kan worden, 7ijn de koppelleidingen met gas gevuld (perslucht ofzwaveldioxydegas) en is de uitstoot aan zwaveldioxyde minimaal en kan (bij wisseling van de vaten) geen vloeibare zwaveldioxyde tussen afsluiters worden opgesloten.

Het buffervat bevat een niveau-alarm en is zodanig opgesteld ten opzichte van het rolvat dat als het rolvat leeg is, er nog enige tijd verstrijkt (14 minuten) voordat het niveau-alarm afgaat. Dit is gebaseerd op een volumevullingsgraad van het buffervat van 60 % en een alarm bij een vullingsgraad van 50 %. Het vloeibare zwaveldi-oxyde wordt in deze tijd vanuit het transportreservoir en de koppelleiding volledig leeggedrukt. Er is na het alarm nog enige tijd (70 minuten) tot het buffervat leeg is om het lege rolvat te vervangen voor een gevuld rolvat.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

16

De vloeistofleiding naar de verdamper is zodanig uitgevoerd dat deze gemak:-kelijk te verwijderen en schoon te maken is. In de verdamper wordt het vloeibare zwaveldioxyde verdampt tot gasvormig zwaveldioxyde van SO°C. Het verwarmen-de medium is lage druk stoom (2 ato, 133,5°C). De verdamper is uitgerust met een temperatuurmeting en -alarmering en drukregeling en -alarmering. Zodra de druk in de verdamper variëert, wordt (als de alarmwaarde (8 bara) nog niet is

overschreden) de drijfgastoevoer aan het transportreservoir en aan het buffervat hierop aangepast. Het transportreservoir, het buffervat en de verdamper staan in open verbinding met elkaar. Bij een te hoge druk (8 bara), ontstaan doordat het niveau in de verdamper stijgt of doordat de verdamper geheel met gas gevuld is, worden de stoom- en drijfgastoevoer gesloten. Nu is er geen kans op vloeistof uitstroming of gasverhitting. De verdamper bevat ook een temperatuuralarmering (hoog (70°C) en laag (45°C», zodat bij alarm de drijfgastoevoer en de dosering van gasvormig zwaveldioxyde kunnen worden gestopt. Het laag alarm is ter voorkoming van condensatie van zwaveldioxydegas. Bij 6 bara condenseert het beneden 37°C (zie bijlage IT. 1). Het hoog alarm heeft zijn functie dat als de ver-damper leeg is, het gas niet warmer kan worden dan 70°C.

Het gasvormig zwaveldioxyde gaat na de verdamper naar de drie doseerpun-ten. Direct na de verdamper is een drukbeveiligingstoestel (afgesteld op 12 bara) aanwezig. Dit moet omdat na de open verbinding van rolvat tot en met verdamper de vloeibare zwaveldioxyde opgesloten kan worden tussen afsluiters. De drukbe-veiliging is uitgevoerd met een breekplaat gevolgd door een veerbedrukbe-veiliging. Het stoomwezen vereist hiertussen een drukindicator met alarm en een drukindicator. Het is dubbel uitgevoerd zodat wanneer de breekplaat lekt (dit is te merken omdat er dan een druk wordt gemeten na de breekplaat), overgeschakeld kan worden naar het tweede beveiligingsgedeelte en de breekplaat in het eerste vervangen kan

worden. De omschakelpunten van de eerste naar de tweede beveiliging zijn gekop-peld zodat in geval van een calamiteit het gas ook afgeblazen wordt. Het gas kan

naar een natronloogvat worden afgeblazen. Na deze drukbeveiliging is een drukre-gelaar met reduceerklep aanwezig om te zorgen dat in de gasleiding een constante druk van 6 bara heerst. Tevens is een direct afleesbare drukindicator aanwezig.

Het gehele tracé voor gasvormig zwaveldioxyde vanaf de verdamper moet geïsoleerd en getraced (SO°C) zijn zodat bevriezing en condensatie en oververhit-ting van zoninstraling worden voorkomen.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

17

Het zwaveldioxydegas naar het eerste injectiepunt (het waswater van de W-12A hydrocyclonen) wordt met behulp van een drukregelaar gereduceerd naar de gewenste druk (2,8 bara). Op die plaats is tevens een lokale drukindicator aan-wezig. De zwaveldioxydeflow wordt afgestemd op de waswaterflow. Dit gebeurt door de flow van beide stromen te meten en de flow van zwaveldioxyde te regelen middels een verhoudingsregelaar.

Het zwaveldioxydegas naar het tweede en derde injectepunt worden ook op deze manier op de juiste druk (4,8 bara) gebracht en geregeld. De enige toevoe-ging die gedaan is, is een open/dicht klep vóór de regelingen, zodat intermitterend kunnen worden gedoseerd. Het gasvormig zwaveldioxyde wordt op de injectiepun-ten door een geperforeerde buis aan de waswaterstroom toegevoegd. De geper-foreerde buis (conform CSM te Halfweg) is weergegeven in bijlage V.

Perslucht wordt via een drukregelaar op de juiste druk gebracht. Als de druk te laag is (bij laag alarm), hetgeen kan leiden tot stroming van zwaveldioxydegas naar de persluchtinstallatie, wordt een klep verder in de persluchtleiding dichtge-stuurd. Ook als de druk te hoog is wordt dezelfde klep dichtgedichtge-stuurd. Voordat de perslucht bij het zwaveldioxyde komt moet het worden gecontroleerd op de kwaliteit (luchtvochtigheid). Er is een kwaliteitsregelaar geplaatst met een

driewegkraan zodat als de perslucht te vochtig is, het afgeblazen wordt in de lucht. Hierdoor daalt de druk in het systeem en wordt de persluchtklep dichtgestuurd.

3.2 Lokatie transportreservoirs en opslar

Het voorstel is om de transportreservoirs van zwaveldioxyde op te stellen tegen de buitenkant van de Pellekaan (zie bijlage Vll). Hiervoor is een aantal redenen. Op deze plaats ligt de zwaveldioxyde installatie goed beschermd omdat hier geen di-reet rijverkeer plaatsvindt zodat er geen kans bestaat op aanrijding van de zwaveldioxyde-installatie.

De lokatie is goed bereikbaar. Dat wil zeggen dat er voldoende ruimte is rond-om het transportreservoir (minimaal 3 meter) rond-om deze te installeren en te vervan-gen. Het transportreservoir is direct tegen de muur opgesteld, waardoor er aan de achterkant geen ruimte vrij is. Dit is geen bezwaar, want het transportreservoir is

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

18

met behulp van een vorkheftruck eenvoudig te draaien (zie de 'rollers' in bijlage Ill.9) en te verplaatsen. In geval van een calamiteit, bijvoorbeeld als er een lek op-treedt aan de achterkant van het transportreservoir, kan het worden gedraaid met behulp van een heftruck en kan het gat worden gedicht (zie ook §7.3). De kans op een lek in de tank is overigens erg klein, doordat de transportreservoirs regelmatig worden gekeurd door de leverancier (mogelijk Akzo Chemicals te Amsterdam-Noord). De opslag van de volle en lege transportreservoirs bevindt zich direct voor de zwaveldioxyde installatie (zie bijlage VII). De afstand ertusen is minimaal 5 meter zodat de vorkheftruck gemakkelijk de transportreservoirs kan verplaatsen van de opslag naar de installatie en omgekeerd. De afstand moet zo klein mogelijk zijn opdat er zo kort mogelijk met de reservoirs wordt rondgereden over het ter-rein. Kortom de handelingen moeten zo minimaal mogelijk zijn. Dit geldt ook voor de aan- en afvoer.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

19

4. MOTIVERING VAN APPARAATKEUZE EN BEREKENING

4.1 Motivering voor het gekozen zwaveldioxyde-doseersysteem

Dosering van vloeibaar zwaveldioxyde heeft een aantal bezwaren. Wanneer het ge-hele leidingwerk vloeibaar zwaveldioxyde bevat moeten alle lasverbindingen van het gehele leidingwerk worden geröntgend, hetgeen extra kosten met zich mee-brengt.

Tevens wordt de veiligheidsstudie ook gebaseerd op de vloeibare inhoud van het leidingwerk, die kan vrijkomen bij een eventuele calamiteit. Een lek in een leiding met vloeibaar zwaveldioxyde is gevaarlijker dan een lek in een leiding met gas-vormig zwaveldioxyde. Dit blijkt uit de volgende berekening:

Uit bijlage II.2 volgt dat bij een druk p = 6 bara en een temperatuur T

=

15°C de

vloeistofdichtheid van zwaveldioxyde

PI

= 1395 kg/m3 is. Eén liter vloeibaar zwaveldioxyde komt overeen met 1,395 kg zwaveldioxyde.

Voor de dichtheid van het gas (bij 1 bara en 15°C) geldt:

M'p

Pg=

R.T = 0,064.1.105 = 2 67k

Im

3 8314·288 _, ' g Dus: 1,395 kg S02(l) == 1,395 kg S02 (g) == 521,9 1 S02 (g) (5)

Eén liter vloeibaar zwaveldioxyde (p

=

6 bara en T

=

15°C) zal verdampen en geeft een gaswolk van 522 liter (of 0,522 m3) (bij 1 bara en 15°C).

Een ander bezwaar tegen vloeistof dosering is dat een stroom vloeibaar zwaveldioxyde niet goed te regelen is. Dit is gebleken uit ervaringen van CSM te Halfweg.

Deze bezwaren hebben geleid tot de keuze voor de dosering van gasvormig zwaveldioxyde.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

20

De inhoud van een rolvat van Akzo is 665 kg vloeibaar zwaveldioxyde en die van een stationair opslagreservoir is ca. 30 ton. Bij een calamiteit (een gat in de tank) is de totale hoeveelheid zwaveldioxyde dat vrij kan komen in geval van een rolvat aanzienlijk minder dan bij een stationair opslagreservoir. Daarom zal de keus ge-maakt worden voor de rolvaten gevuld met vloeibaar zwaveldioxyde, ondanks het feit dat het gebruik van een stationair opslagreservoir goedkoper is dan rolvaten. Bij de dosering van gasvormig zwaveldioxyde wordt zwaveldioxyde als vloeistof onttrokken uit het reservoir door het reservoir op druk te houden en vervolgens de vloeibare zwaveldioxyde te verdampen in een verdamper. Het reservoir kan op druk worden gehouden door drijfgas toe te voeren aan het reservoir of door de

in-houd van het reservoir te verwarmen met behulp van een verwarmingsmantel om het reservoir (zie bijlage n.l).

Het drijfgas van de drijfgasinstallatie moet droge perslucht (zie ook §4.2.6) met een atmosferisch dauwpunt van -40°C of stikstof zijn. Stikstof is een duur

al-ternatief

Bij gebruik van een verwarmingsmantel moet rekening gehouden worden met het feit dat het reservoir niet warmer mag worden dan 40°C. Dit kan opgelost wor-den door de verwarmingsmantel uit te schakelen zodra deze de genoemde tempera-tuur heeft bereikt.

De keuze tussen verwarmingsmantel en drijfgas wordt bepaald door het feit dat de regeling van de dosering van zwaveldioxyde door middel van een verwar-mingsmantel traag is, omdat op druk geregeld wordt. De druk is gekoppeld aan de temperatuur. Wanneer de druk te hoog wordt, wordt de verwarmingsmantel uitge-schakeld en duurt het enige tijd voordat de temperatuur en dus de druk gedaald is.

Er wordt dus voor drijfgas gekozen, omdat op die manier de dosering wel snel en goed te regelen is.

In bijlage VllI staan schetsen van de verschillende manieren van dosering van gasvormig zwaveldioxyde weergegeven.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

21

4.2 Keuze en berekening van apparatuur

4.2.1 Het transportreservoir (VI)

Zwaveldioxyde wordt gedoseerd vanuit het transportreservoir van Akzo Chemicals te Amsterdam-Noord, waarin zich 665 kg zwaveldioxyde bevindt (of vanuit de vaten van Messer Griesheim met 986 kg inhoud als alternatief). Het Akzo

transportreservoir is een transportreservoir volgens de beschrijving in § 2.4.1. Er wordt slechts één transportreservoir aangesloten, waardoor het risico in geval van een calamiteit zo klein mogelijk blijft. Met behulp van droge perslucht wordt het transportreservoir op een druk van 6 bara gehouden.

4.2.2 Het bufTervat (Vl)

Het buffervat heeft een totaal volume van 70 liter en wordt gemaakt van RVS

316L. De ontwerpdruk van het buffervat is net als de rolvaten 20 bara (2 N/mm2).

De dikte van het cilindrische gedeelte van het buffervat is te berekenen met behulp van de volgende formule [IS]:

p'. ·D· e= 1 1

2·f-~ ₁

waarbij Pi

=

inwendige druk (ontwerpdruk) [NImm2] Dj = inwendige diameter [m]

f

=

design stress [NImm2]

e = minimaal vereiste wanddikte [mm].

(6)

Er wordt uitgegaan van een 10" pijp (schedule 20S). Dit betekent volgens Peny

[13] dat de inwendige diameter 10,25" (260 mm) is en de uitwendige diameter

10,75" (273 mm) is. De design stress (f) voor RVS 316L is 120,58 N/mm2 [13].

Uit formule (6) volgt dat de minimaal vereiste wanddikte 2,2 mm is. Doordat er sprake kan zijn van een corrosief milieu is de corrosietoeslag 4 mmo De wanddikte van het cilindrische gedeelte is 6,2 mmo Deze wanddikte komt overeen met een 10"

(0) Hemispt>ericol

(b) E Ilopsoldol

Fi~!lf 6. Vorm van de kop van het

bufrervat

I

.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

22

Voor de wanddikte van de kop van het buffervat geldt de volgende formule [15]: P··R ·C e= 1 c s 2·f·J+Pi ·(C_s -0.2) waarbij Cs

Re

J

=

stress concentration factor

=

crown radius of Di [mm]

=

1 (formed head) Rk = knuckle radius [mm] RJRk =0,06 (7) (8)

Deze formule geldt voor een torisferische kop (zie figuur 6) en voor een maximale werkdruk van 15 bara (waarbij de maximale temperatuur 70°C is, zie bijlage II.I). De minimale wanddikte van de kop is dus 3,8 mmo Bij een corrosietoeslag van 4 mm wordt dit 7,8 mmo

4.2.3 De verdamper (H3)

De verdamper is een simpele dubbele pijp verdamper. Er is voor dit type gekozen, omdat het een goedkope uitvoering is. Meer gespecialiseerde warmtewisselaars zijn duurder en hebben een groter warmte-uitwisselend oppervlak, hetgeen in dit geval niet noodzakelijk is.

Voor de berekening van het warmte-uitwisselend oppervlak, A, wordt gebruik gemaakt van de volgende formule.

(9)

In dit geval wordt met het logarithrnisch temperatuurverschil gerekend [15]. Hier-voor geldt:

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

23

A (Tst in - Tuit) - (Tst uit - Tin)

uT, - ' ,

In - T . -T·

In( st,m rut)

Tst, uit - Tin

(10)

waarbij T st,in, T st.uit= in- en uitgaande temperatuur van stoom

Tin, Tuit = in- en uitgaande temperatuur van zwaveldioxyde

Hieruit volgt dat ATln gelijk is aan 100°C. Er geldt ATm = Ft ATln. Omdat er

sprake is van zuivere tegenstroom is er geen correctiefactor nodig (Ft = 1) en is het

gemiddelde temperatuurverschil AT m gelijk aan 100°C.

De warmteflux Q wordt bepaald door de benodigde verdampingswarmte van

zwaveldioxyde en voor het opwarmen van zwaveldioxyde tot 50°C.

waarbij Lllivap

=

304 kJlkg bij (50°C)

q,m

= 11,2 10-3 kg/s

Cp

=

1,39 kJlkgIK

Tuit = 50°C

T· _m

=

15°C

Hieruit volgt dat Q gelijk is aan 3.95 kW.

(11)

De totale warmteoverdrachtscoefficient U voor stoom/R VS/zwaveldioxyde is

200 W Im2fK (berekend uit de gegevens van Akzo Zout te Rotterdam, zie bijlage

m.7). Hiermee kan het warmte-uitwisselend oppervlak, A, worden berekend en dit

geeft een waarde voor A van 0,2 m2.

De benodigde warmte voor het verdampen en opwarmen van zwaveldioxyde

wordt geleverd door de condensatie van lage druk stoom (2 ato, 133,5°C).

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

waarbij Q = 3,95 kW Mfcond

=

2126 kJ/kg

$~stoom = massadebiet stoom 24

Hieruit volgt dat het massadebiet stoom gelijk is aan 1,83 10-3 kg/s (6,6 kg!hr).

4.2.4 Het leidingwerk

De vloeistofleidingen met zwaveldioxyde zijn 2" volgens de richtlijnen voor vloei-baar zwaveldioxyde [5]. De horizontale leiding tussen het buffervat en de verdam-per is 3" omdat uit ervaringen van Akzo Zout te Rotterdam is gebleken dat deze gemakkelijk verstopt raakt.

De gasleidingen met zwaveldioxyde zijn 1" en over het hele tracé gelsoleerd en getraced. Het leidingwerk is van RVS 316L. De leidingen moeten bestand zijn tegen een werkdruk van 6 bara. Gekozen wordt voor druktrap 16. Het gehele leidingwerk voor vloeibaar zwaveldioxyde moet geröntgend worden.

De drukval over het eerste doseerpunt (van verdamper tot en met het doseer-punt) is 0,78 bar (zie bijlage VI) en wordt voornamelijk bepaald door de drukval van 0,5 - 0,75 bar over de flowmeter. Met behulp van een reduceerklep wordt de druk zo gereduceerd dat het zwaveldioxyde in de waswaterstroom van de W-12A hydrocyclonen kan worden gedoseerd. De druk wordt gereduceerd tot 1,8 bar.

De drukval over het tweede en derde doseerpunt (van verdamper tot en met het doseerpunt) zijn ongeveer aan elkaar gelijk en bedragen 0,75 bar (zie bijlage VI). Met behulp van een reduceerklep wordt de druk zo gereduceerd dat het zwaveldioxyde in de waswaterstromen 'Food' en 'non-Food' kan worden gedo-seerd. De druk wordt gereduceerd tot 4,8 bar.

De stoomleiding is van RVS 316L en 1". De leiding van het drijfgas is ook 1" (druktrap 16).