"Dual purpose" installatie voor de productie van MZA of PZA

Laboratorium voor Chemische Technologie

V e r s l a g b e h o r e n d e bij het f a b r i e k s v o o r o n t w e r p v a n

•m

R . P . PLANTENBERG e n R . KIRSCHBAUM äs* mm

Jf¡¡

- « o n d e r w e r p :

..!,.D.üAL..EUilE0SE.,.,..XNS.TALLA3,XE..y.QQB..DE....

-PRQDUC-TI E. - .VAR. .MZA.. CXF- - PZA..

adres:ACHTEROM 64 DELFT VLAMINGSTRAAT 24 DELFT

o p d r a c h t d a t u m FEBRUARI 1976 v e r s l a g d a t u m DECEMBER 1976

o

„ 1 _

I Inhoudsopgave 2 Iïa,b S a m e n v a t t i n g , C o n c l u s i e s 3 I I I I n Ie i d i n g 5 IV U i t g a n g s p u n t e n v o o r h e t ' o n t w e r p 7 V P r o c e s b e s c h r i j v i n g 1 0 V I P r o c e s c o n d i t i e s H V I I Het S i m u l a t i e m o d e l van de r e a c t o r 17 V I I I B e r e k e n i n g van de a p p a r a t u u r 22 IX M a s s a - en W a r m t e b a l a n s 42 X S y m b o l e n l i j s t 43 X I L i t e r a t u u r o v e r z i c h t 45 X I I G r a f i e k e n i n d e x 46 X I I I G r a f i e k e n 1 t/m 19 X I V B i j l a g e n I t/m X I

I n d i t f a b r i e k s v o o r o n t w e p w o r d t de m o g e l i j k h e i d b e k e k e n om

Maleïnezuuranhydride (MZA) en P h t a a l z u u r a n h y d r i d e (PZA) met b e h u l p v a n d e z e l f d e r e a c t o r t e p r o d u c e r e n . D i t i n v e r b a n d met de m a r k t -g e v o e l i -g h e i d v a n z o w e l -g r o n d s t o f f e n a l s e i n d p r o d u k t e n én de ho-ge i n v e s t e r i n g v o o r een m u l t i p i j p - v a s t b e d - r e a c t o r . C e n t r a a l i n d i t o n t w e r p s t a a t de B A S F - r e a c t o r , d i e 22.000 v e r t i c a l e p i j p e n h e e f t e n w a a r b i j u i t w e n d i g e k o e l i n g p l a a t s v i n d t d o o r m i d d e l v a n c i r c u l a t i e v a n e e n g e s m o l t e n z o u t m e n g s e l ( H i t e c ) . I n de p i j p e n b e v i n d t z i c h een "^O^-KgSO^ k a t a l y s a t o r op A l g O ^ o f S i 0 2 d r a g e r . Deze k a t a l y s a t o r i s b r u i k b a a r t o t m a x i m a a l 550°C. Met b e h u l p v a n een c o m p u t e r m o d e l w e r d e n t e m p e r a t u u r - en c o n c e n t r a t i e p r o f i e l e n b e r e k e n d . De i n v l o e d e n van v e r s c h i l l e n d e p r o c e s p a r a m e t e r s z o a l s k o e l m i d d e l t e m p . , i n g a n g s t e m p . , i n g a n g s d r u k en k a t a l y s a t o r v e r -d u n n i n g w e r -d e n b e k e k e n . De u i t e i n -d e l i j k g e k o z e n r e a c t o r w e r k t , b i j p r o d u k t i e v a n M Z A , b i j een d r u k v a n + 1,5 a t a , e e n r e a c t o r t e m p . v a n + 435°C en e e n k o e l m i d d e l t e m p . van + 380°C. V o o r p r o d u k t i e v a n PZA i s de d r u k ook + 1,5 a t a , d e r e a c t o r t e m p . +400 C en de k o e l m i d d e l t e m p . + 330°C. Dë PZA w o r d t g e s u b l i m e e r d i n een s w i t c h - c o n d e n s o r ; de MZA w o r d t g e c o n d e n s e e r d i n d e z e l f d e c o n d e n s o r , d i e dan e c h t e r met k o e l w a t e r w o r d t b e d r e v e n . De a l d u s v e r k r e g e n ruwe p r o d u k t s t r o n e n w o r d e n i n d i t o n t w e r p a l s e i n d p r o d u k t b e s c h o u w d . De c a p a c i t e i t e n en s e l e c t i v i t e i t e n u i t g a a n d e v a n de v e r s c h i l l e n d e g r o n d s t o f f e n z i j n a l s v o l g t : B e n z e e n g e e f t 12.000 t o n MZA p e r j a a r b i j een c o n v e r s i e v a n 87$ en een s e l e c t i v i t e i t v a n 7 2 $ ; N a f t a l e e n l e v e r t 17.000 t o n PZA b i j een c o n v e r s i e v a n 99$ e n een s e l e c t i v i t e i t v a n 8 3 $ .

G e b l e k e n i s d a t h e t " d u a l - p u r p o s e " i d e e met de voornoemde B A S B - r e a c t o r t e v e r w e z e n l i j k e n i s . Ook w i n n i n g van de ruwe p r o d u k t e n u i t de

p r o d u k t s t r o o m i s met één t y p e a f s c h e i d e r m o g e l i j k .

Het v o o r de s i m u l a t i e g e b r u i k t e c o m p u t e r m o d e l v e r t o o n t i n h e t g e v a l van b e n z e e n - o x i d a t i e een z e e r g r o t e g e v o e l i g h e i d v o o r de p r o c e s p a r a m e t e r s , z o a l s k o e l m i d d e l t e m p . en k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g . B i j de o x i d a t i e van K a f t a l e e n was deze g e v o e l i g h e i d nagenoeg n i e t a a n w e z i g .

Be b e r e i k t e p r o d u k t i e c a p a c i t e i t i n g e v a l van MZA, l a g o n d e r de w a a r d e n d i e i n de l i t e r a t u u r d o o r BASP w o r d e n g e c l a i m d . De o o r z a a k h i e r v a n moet w o r d e n g e z o c h t i n een z e e r s p e c i f i e k e k a t a l y s a t o r .

De b e r e i k t e p r o d u k t i e c a p a c i t e i t i g v . PZA, stemde o v e r e e n met g e g e v e n s v a n p r o c e s s e n d i e b u i t e n h e t e x p l o s i e g e b i e d b l i j v e n .

A l s l a a t s t e c o n c l u s i e moet worden genoemd d a t de p r o d u k t i e v a n M Z A , a l s n e v e n p r o d u k t van de P Z A - v e r v a a r d i g i n g , e e n v o u d i g kan w o r d e n o p g e v o e r d d o o r de k o e l m i d d e l t e m p . , en daarmee de r e a c t o r t e m p . t e v e r h o g e n . De o p b r e n g s t aan PZA z a l h i e r d o o r v e r m i n d e r e n en de g e p r o d u c e e r d e h o e v e e l h e i d warmte z a l een w e i n i g toenemen.

5 -I -I -I -I n l e i d i n g ( L i t. 1 en 2 ) MZA en PZA z i j n b e i d e n g r o n d s t o f f e n v o o r de v e r v a a r d i g i n g v a n p o l y e s t e r - en a l k y d h a r s e n , met a l s v o o r n a a m s t e t o e p a s s i n g s g e b i e d de v e r f i n d u s t r i e . MZA w o r d t ook g e b r u i k t a l s t u s s e n p r o d u k t v o o r de v e r v a a r d i g i n g van - B u t y r o l a c t o n , 1 , 4 - B u t a a n d i o l , T e t r a h y d r o f u r a n en F u m a a r z u u r , t e r w i j l PZA nog een t o e p a s s i n g v i n d t a l s P h t a l a a t -weekmaker en P h t a l o c y a n i n e - k l e u r s t o f .

MZA;

De w e r e l d p r o d u k t i e b e d r o e g i n 1 9 7 5 o n g e v e e r 5 0 0 . 0 0 0 t o n . De V e r e n i g d e S t a t e n namen d a a r v a n 129«OO^ton v o o r hun r e k e n i n g ;

D u i t s l a n d 36.000 t o n . '

P r o d u k t i e v i n d t p l a a t s op de v o l g e n d e w i j z e n :

- G a s f a s e o x i d a t i e van B e n z e e n i n k a t a l y t i s c h e b u i s r e a c t o r e n

- G a s f a s e o x i d a t i e van b u t e r e n o f a n d e r e 4 a 5 C-atomige o r g a n i s c h e

s t o f f e n ( L i t . 3 en 4 ) . D i t p r o c e s kan worden b e d r e v e n i n een m u l t i -p i j -p - r e a c t o r óf i n een f l u i d b e d - r e a c t o r .

- V / i n n i n g a l s b i j p r o d u k t van de PZA p r o d u k t i e , d o o r o p w e r k e n van h e t w a s w a t e r . De o p b r e n g s t kan m a x i m a a l 5 é. 6 p r o c e n t van de PZA-p r o d u k t i e b e d r a g e n . ( L i t. 5 en 6 ) . PZA: De w e r e l d p r o d u k t i e b e d r o e g i n 1 9 7 5 + 1 . 1 0 0 . 0 0 0 t o n , w a a r v a n de V e r e n i g d e S t a t e n + 450.000 t o n p r o d u c e e r d e n en D u i t s l a n d 250.000 t o n . P r o d u k t i e v i n d t p l a a t s op de v o l g e n d e w i j z e n : - G a s f a s e o x i d a t i e van N a f t a l e e n o f O r t o - X y l e e n i n k a t a l y t i s c h e b u i s - o f f l u i d b e d - r e a c t o r e n . - v l o e i s t o f f a s e o x i d a t i e van O r t o - X y l e e n o n d e r v e r h o o g d e d r u k mbv. v e r s c h i l l e n d e o x i d a t o r e n . ( R h o n e - P r o g i l p r o c e s ) De g a s f a s e o x i d a t i e van O r t o - X y l e e n i s de f a v o r i e t e r o u t e (759° v a n h e t g e p r o d u c e e r d e PZA v o l g t d e z e ) , vanwege een h o g e r e s e l e c t i v i t e i t n a a r PZA en m i n d e r p r o b l e m e n met p o l y m e r i s e r e n d e n e v e n p r o d u k t e n

B i j a l l e g a s f a s e o x i d a t i e s b e s t a a t de k a t a l y s a t o r u i t VgO^ op een d r a g e r ( A l g O ^ , S i O g , S i C ) , w a a r b i j a l s p r o m o t o r e n k u n n e n w o r d e n t o e g e v o e g d ; Z i l v e r , F o s f o r , T i t a a n , N i k k e l , K o b a l t , K a l i u m s u l f a a t en Mo l y b d e e n o x i d e n . De g e k o z e n p r o c e s o m s t a n d i g h e d e n z i j n s t e r k a f h a n k e l i j k v a n h e t g e k o z e n t y p e k a t a l y s a t o r .

7 -IV U i t g a n g s p u n t e n v o o r h e t o n t w e r p E x t e r n e g e g e v e n s : C e n t r a a l u i t g a n g s p u n t v o o r d i t o n t w e r p was de B A S F - r e a c t o r met 22.000 v e r t i c a a l g e p l a a t s t e p i j p e n , d i e d o o r de D e g g e n d o r f e r W e r f t w o r d t gebouwd. Z i e f o t o op p a g i n a 2. De b i n n e n d i a m e t e r v a n de p i j p e n b e d r a a g t 28,5 mm., de b u i t e n d i a m e t e r 33,7 mm.(Eénduims n a a d l o z e v l a m p i j p KEN 3 2 5 7 - 1960) De p i j p e n z i j n 3,2 m e t e r l a n g en worden g e h e e l met k a t a l y s a t o r (van v e r s c h i l l e n d e v e r d u n n i n g ) g e v u l d . De k o r r e l g r o o t t e v a n de V 2 0 ^ - K2S 0 ^ k a t a l y s a t o r b e d r a a g t v o l g e n s L i t . 7 , 4 m m . De gekozen- v e r d u n n i n g e n moesten zö z i j n , d a t de r e a c t o r z o w e l b i j p r o d u k t i e van MZA a l s PZA s t a b i e l t e b e d r i j v e n was.

A l s k r i t e r i u m werd genomen d a t de s p i t s t e m p . i n de r e a c t o r n i e t h o g e r mocht z i j n dan 450°C. ( V e i l i g h e i d s m a r g e van 100°C v o o r

s i n t e r i n g ) . V e r d u n n i n g e n v a n b e s t a a n d e PZA r e a c t o r e n waren h i e r b i j t o t l e i d r a a d ( L i t . 9 en 1 0 ) .

K o e l i n g v a n de r e a c t o r g e s c h i e d t dmv. een z o u t b a d ( K i t e c ) , wat z i j n warmte i n een h o g e d r u k - s t o o m k e t e 1 a f s t a a t . Deze k e t e l i s

u i t w e n d i g g e m o n t e e r d ; z i e e e r d e r genoemde f o t o .

Om t o t een g a s b e l a s t i n g v a n de r e a c t o r t e komen, werd u i t g e g a a n v a n een m a x i m a a l t o e g e s t a n e d r u k v a l o v e r de b u i z e n .

De waarde h i e r v a n i s t e b e p a l e n a l s e c o n o m i s c h optimum, en w e r d g e s c h a t op m i n d e r dan 1 a t m o s f e e r . D i t i s v o o r MZA-en P Z A - r e a c t o r e n

i n o v e r e e n s t e m m i n g met p r a k t i j k g e g e v e n s . De d r u k v a l van 1 a t a l e i d d e t o t een g e k o z e n m o l e n s t r o o m van 550 mol/s .

E e n a n d e r b e l a n g r i j k u i t g a n g s p u n t was de c o n v e r s i e . Deze moest zó hoog z i j n d a t de c o n c e n t r a t i e s van B e n z e e n o f N a f t a l e e n i n de

a f g a s s e n o n d e r de t o e g e l a t e n w a a r d e n b l e v e n i n g e v a l van " S a f e L o c a t i o n C h e m i s c h e en f y s i s c h e e i g e n s c h a p p e n van a l l e b i j h e t p r o c e s

m a s s a - e n w a r m t e b a l a n s , k i n e t i e k , en v o o r de d i m e n s i o n e r i n g v a n de v e r s c h i l l e n d e a p p a r a t e n . T o t s l o t e n k e l e algemene e x t e r n e g e g e v e n s : Temp. v a n h e t i n g e v o e r d e k o e l w a t e r 15 °C Temp. v a n h e t u i t g e v o e r d e k o e l w a t e r 40 °C A a n t a l b e d r i j f s u r e n 8 0 0 0 . I n h e r e n t e g e g e v e n s : - B r a n d g e v a a r l i j k h e i d MZA,PZA,Benzeen en N a f t a l e e n z i j n a l l e b r a n d b a r e s t o f f e n , i n d i e n z i j a a n g e s t o k e n w o r d e n . Z e l f o n t b r a n d i n g t r e e d t a l l e e n op b o v e n 450°C. B i j b l u s s e n z i j n w a t e r en COg g e s c h i k t e b l u s m a t e r i a l e n . - E x p l o s i e g e v a a r In d i t o p z i c h t z i j n de m e n g s e l s B e n z e e n / l u c h t en N a f t a l e e n / l u c h t van b e l a n g . De o n d e r - e n b o v e n e x p l o s i e g r e n z e n v o o r v e r s c h i l l e n d e s t o f f e n w o r d e n g e g e v e n i n de o n d e r s t a a n d e t a b e l . Ook z i j n h i e r i n de o n t s t e k i n g s t e m p . en v l a m p u n t e n o p g e n o m e n . ( L i t . 1 1 ) * v l a » < °0 ) rp ( °C ) " o n t s t e k i n g v ' Onder E x p l ( V o l . . G r . fo) E o v e n E x p l . G r . ( V o l . <fo) B e n z e e n -11 ' 550 1,2 8,0 N a f t a l e e n 80 540 0,9 5,9 MZA 103 475

-

-PZA 152 580 1,7 10,5 Over h e t a l g e m e e n k a n men s t e l l e n d a t b i j h e t g e b r u i k v a n e e n v a s t b e d r e a c t o r h e t r i s i c o om b i n n e n h e t e x p l o s i e g e b i e d t e w e r k e n -t e g r o o -t i s , z o d a -t v o o r B e n z e e n de maximale g a s b e l a d i n g v a n 1,2 v o l . ^ en v o o r N a f t a l e e n de maximale b e l a d i n g v a n 0,9 vol'.$ genomen i s .

B i j h e t g e b r u i k v a n f l u i d b e d r e a c t o r e n w o r d t w e l b i n n e n h e t e x p l o s i e -g e b i e d -g e w e r k t .

9

-V o o r de s t o f f e n N a f t a l e e n , MZA en PZA i n v a s t e vorm g e l d t ook n o g h e t g e v a a r v a n s t o f e x p l o s i e , z o d a t b i j o p s l a g v o o r z i c h t i g h e i d moet v/orden b e t r a c h t .

- V e i l i g h e i d s a s p e c t e n

MZA e n PZA z i j n v a s t e s t o f f e n b i j kamertemp.

Z i j i r r i t e r e n de s l i j m v l i e z e n , de h u i d en de ogen en kunnen b r a n d -wonden v e r o o r z a k e n . D i t l e v e r t een d i r e k t p r o b l e e m t a v . de g e z o n d h e i d

van de mensen, d i e t i j d e n s h e t p r o d u k t i e p r o c e s met de v a s t e s t o f f e n i n a a n r a k i n g komen. Ook MZA-damp en PZA-damp z i j n g e v a a r l i j k .

De d a m p s p a n n i n g e n b i j kamertemp. z i j n e c h t e r k l e i n ( Z i e g r a f i e k e n 2 e n 3 ) - C o r r o s i e I n de v l o e i s t o f f a s e i s M a l e i n e z u u r z e e r c o r r o s i e f , z o d a t i n a p p a r a t e n w a a r i n d i t p r o d u k t v o o r k o m t o f v o o r kan komen ( C o n d e n s o r , A f g a s w a s s i n g ) een h i e r t e g e n b e s t e n d i g e s t a a l s o o r t moet w o r d e n t o e g e p a s t . O

MZA :

L u c h t v a n 25°C w o r d t op e e n d r u k v a n 2,34- g e b r a c h t mbv. c o m p r e s s o r C 1 , w a a r b i j de temp. o p l o o p t t o t 107°C.

W a r m t e w i s s e l i n g met de p r o d u k t s t r o o m u i t de r e a c t o r d o e t de l u c h t -s t r o o m v e r d e r i n temp. -s t i j g e n t o t een waarde v a n 250°C.(H4)

B e n z e e n , w a t a l s v l o e i s t o f i n de v e r d a m p e r H3 a a n w e z i g i s , w o r d t opgewarmd en v e r d a m p t o n d e r a t m o s f e r i s c h e d r u k . De warmte d i e h i e r v o o r n o d i g i s , w o r d t g e l e v e r d d o o r c o n d e n s e r e n d e stoom v a n 120°C e n 2 a t a . De B e n z e e n s t r o o m w o r d t a a n g e z o g e n d o o r de v e n t u r i m e n g e r M5, w a a r n a de temp. v a n de r e a c t a n t e n 243°C b e d r a a g t . De v o l u m e v e r h o u d i n g B e n z e e n : L u c h t w o r d t n a u w k e u r i g op 0,012 gehouden. W a r m t e w i s s e l i n g v a n de r e a c t a n t e n s t r o o m met h e t k o e l m i d d e l v a n de r e a c t o r i n H6 d o e t de temp. toenemen t o t 350°C. D o o r de d r u k v a l o v e r H4 ( 0 , 1 a t a ) , M5 ( 0 , 1 4 a t a ) en H6 ( 0 , 1 a t a ) i s de r e a c t o r i n g a n g s d r u k 2 , 0 a t a . De r e a c t i e v i n d t p l a a t s i n e e n k a t a l y t i s c h e v a s t b e d - r e a c t o r R 1 0 , w a a r o v e r de d r u k v a l 0,8 a t a i s . Door h e t s t e r k exotherme k a r a k t e r v a n de o x i d a t i e , i s de k a t a l y s a t o r a a n g e b r a c h t i n 2 2 . 0 0 0 nauwe p i j p e n , waaromheen h e t k o e l m i d d e l c i r c u l e e r t . Het k o e l m i d d e l ( g e s m o l t e n z o u t ) s t a a t de opgenomen warmte a f i n s t o o m k e t e l H9, w a a r b i j stoom

g e p r o d u c e e r d w o r d t v a n 50 a t a (265°C). Pomp P8 z o r g t v o o r de ( s n e l l e ) z o u t e i ' r c u l a t i e . De p r o d u k t g a s s e n v e r l a t e n de r e a c t o r met 393°C b i j een d r u k v a n 1 , 2 a t a en k o e l e n i n eerdergenoemde g a s k o e l e r H4 a f t o t 258°C. W a r m t e w i s s e l a a r H2, d i e u i t g e v o e r d i s a l s s t o o m k e t e l , v e r w a r m t h e t k e t e l w a t e r v o o r t o t 80°C, w a a r b i j de p r o d u k t g a s s e n i n temp. d a l e n t o t 2 1 7 ° C . T e n s l o t t e w o r d t de p r o d u k t s t r o o m i n k o e l e r H 7 a f g e k o e l d t o t 75°C. Om h e t s c h e i d i n g s r e n d e m e n t i n de c o n d e n s o r t e v e r g r o t e n , v e r h o o g t

de c o m p r e s s o r C 1 1 de i n m i d d e l s t o t 1 a t a afgenomen d r u k ( v e r l i e z e n i n l e i d i n g e n en H4, H2, H7) t o t 2,0 a t a .

De temp. van de g a s s t r o o m u i t de c o m p r e s s o r i s 151°C.

I n de partiële c o n d e n s o r H l 2 , u i t g e v o e r d a l s een l a m e l l e n c o n d e n s o r ( z i e b e s c h r i j v i n g P Z A ) , c o n d e n s e e r t 70$ van h e t MZA b i j een temp. v a n 60°C. De c o n d e n s a a t s t r o o m ( 1 3 ) kan g e d e s t i l l e e r d worden; de a f g a s s t r o o m ( 1 4 ) moet nog een a f g a s b e h a n d e l i n g o n d e r g a a n om de o v e r i g e 30$ M Z A , i n de vorm v a n M a l e i n e z u u r , t e v e r k r i j g e n .

PZA:

L u c h t v a n 25°C w o r d t mbv. c o m p r e s s o r C1 op een d r u k v a n 2,24 a t a g e b r a c h t , w a a r b i j de temp. o p l o o p t t o t 102°0.

W a r m t e w i s s e l i n g met de p r o d u k t s t r o o m u i t de r e a c t o r d o e t de l u c h t -s t r o o m v e r d e r i n temp. -s t i j g e n t o t een waarde v a n 156°C.

De v e r d a m p t e N a f t a l e e n v e r l a a t de v e r d a m p e r H3 met een temp. v a n 218°C De b e n o d i g d e warmte w o r d t nu g e l e v e r d d o o r s t o o m v a n 3 1 , 3 a t a (237°C). Na i n t e n s i e f mengen i n M5 i s de temp. v a n de r e a c t a n t e n s t r o o m g e s t e g e n

t o t 160°C. De v o l u m e v e r h o u d i n g N a f t a l e e n / L u c h t w o r d t n a u w k e u r i g g e r e g e l d op een waarde v a n 0,009.

W a r m t e w i s s e l a a r H6 w o r d t d o o r l o p e n d o o r h e t g a s , maar n i e t d o o r h e t z o u t , z o d a t de r e a c t a n t e n met een temp. v a n 160°C b i j e e n d r u k v a n 1, 9 a t a i n de r e a c t o r R10 komen. De d r u k v a l o v e r de r e a c t o r b e d r a a g t nu 0, 7 a t a ( d o o r de g e m i d d e l d l a g e r e t e m p . ) . De e x o t h e r m e r e a c t i e maakt h e t m o g e l i j k om u i t de s t o o m k e t e l H9 stoom t e w i n n e n van 17 a t a (204°C). De p r o d u k t g a s s e n k o e l e n i n H4 a f v a n 332°C naar28l°C en p r o d u c e r e n i n s t o o m k e t e l H2 een k l e i n e h o e v e e l h e i d s t o o m v a n 38 a t a (248°C), w a a r b i j de p r o d u k t g a s t e m p . v e r d e r d a a l t t o t 140°C. I n k o e l e r H7 w o r d t de k o e l w a t e r c i r c u l a t i e g e s t o p t . D o o r de z e e r l a g e d a m p s p a n n i n g van PZA b i j 60°C i s de c o m p r e s s o r C11 n i e t n o d i g en kan h e t ruwe PZA d i r e k t i n de s w i t c h c o n d e n s o r s w o r d e n

p r a k t i s c h 1 0 0 $ . S u b l i m a t i e op de l a m e l l e n v i n d t p l a a t s d o o r d a t e r

koude o l i e d o o r de c o n d e n s o r w o r d t g e l e i d , , d i e een i n g a n g s t e m p . v a n 40°C h e e f t . A f s m e l t e n van de v a s t e PZA g e s c h i e d t d o o r o l i e c i r c u l a t i e met een i n g a n g s t e m p . v a n 2 0 0 ° C

De a f g e s m o l t e n P Z A - s t r o o m ( 1 3 ) kan worden g e d e s t i l l e e r d en de

a f g a s s t r o o m ( 1 4 ) moet worden gewassen, om de k l e i n e h o e v e e l h e i d MZA

t e v e r w i j d e r e n ( + 3 $ ) .

G e z a m e n l i j k e O p w e r k s e c t i e :

Z o w e l b i j de p r o d u k t i e v a n PZA a l s MZA, i s o p w e r k i n g van h e t w a s w a t e r i n t e r e s s a n t vanwege h e t a a n w e z i g e M a l e i n e z u u r .

G e d a c h t moet w o r d e n aan d i s c o n t i n u a f l a t e n v a n h e t w a s w a t e r , v/at dan e e n 40$ o p l o s s i n g v a n M a l e i n e z u u r i s , en c o n c e n t r a t i e t o t 1 0 0 $ d o o r i n d a m p i n g . D e h y d r a t a t i e tot'MZA kan i n e e n g e r o e r d e t a n k p l a a t s -v i n d e n , d o c h i s o m e r i s a t i e t o t F u m a a r z u u r k a n e -v e n e e n s i n t e r e s s a n t

z i j n . ( L i t. 5 en 6 ) .

Z u i v e r i n g v a n de ruwe PZA- o f MZA-stroom v i n d t p l a a t s d o o r " o v e r h e a d d e s t i l l a t i e " o n d e r v e r l a a g d e d r u k . ( L i t. 1 2 en 1 3 ) .

Het b e n o d i g d e a a n t a l s c h o t e l s l i g t i n b e i d e g e v a l l e n r o n d de 10, z o d a t de i n v e s t e r i n g e n v o o r d e z e d e s t i l l a t i e - s e c t i e n i e t e x o r b i t a n t hoog z u l l e n z i j n .

V o o r h e t g e v a l d a t MZA w o r d t g e z u i v e r d , z a l van een o v e r d i m e n s i o -n e r i -n g s p r a k e z i j -n ( 1 2 . 0 0 0 t o n M Z A / j a a r i n v e r g e l i j k i n g t o t 1 7 . 0 0 0

t o n P Z A / j a a r ) ; d i s c o n t i n u b e d r i j f l i j k t h i e r daarom een goede k e u z e .

F l e x i b i l i t e i t

De g r o o t s t e vorm v a n f l e x i b i l i t e i t van d i t o n t w e r p i s h e t o v e r

-s c h a k e l e n op een a n d e r e g r o n d -s t o f , maar b i n n e n de p r o c e -s -s e n , u i t g a a n d e v a n B e n z e e n en N a f t a l e e n moet ook een z e k e r e e l a s t i c i t e i t b e s t a a n . Zo w e r d met h e t c o m p u t e r m o d e l o n d e r z o c h t , wat h e t e f f e c t was v a n

g a s b e l a d i n g beneden de o n d e r s t e e x p l o s i e g r e n s en z o w e l v o o r PZA»als M Z A - p r o d u k t i e g o l d d a t de r e a c t i e d o o r k o e l m i d d e l t e m p . v e r h o g i n g p r i m a op gang t e houden was.

C a p a c i t e i t s v e r m i n d e r i n g e n v a n 10 a 1 5 $ z i j n d a a r d o o r goed m o g e l i j k . C a p a c i t e i t s v e r g r o t i n g i s e c h t e r een i n g r i j p e n d e r v e r a n d e r i n g , omdat de F l o w ( a a n t a l m o l / s ) v e r g r o o t moet w o r d e n om b u i t e n h e t e x p l o s i e g e b i e d t e b l i j v e n . V e r g r o t i n g v a n de P l o w l e i d t , b e h a l v e t o t v e r h o g i n g van de c o m p r e s s i e -k o s t e n , oo-k t o t v e r h o g i n g v a n de b e g i n d r u -k en v e r g r o t i n g v a n de superficiële s n e l h e i d aan h e t e i n d v a n de r e a c t o r . De w a r m t e h u i s h o u d i n g w o r d t h i e r d o o r op c o m p l e x e w i j z e beïnvloed. Een c a p a c i t e i t s v e r g r o t i n g v a n 1 0 $ g a f i g v . P Z A - p r o d u k t i e een v e r h o g i n g v a n de s p i t s t e m p . van +25°C ; een s t i j g i n g d i e met r e g e l i n g van

de k o e l m i d d e l t e m p . w e l op t e v a n g e n zou z i j n .

B i j M Z A - p r o d u k t i e was de r e a c t o r n i e t meer s t a b i e l t e b e d r i j v e n , ( k r i t e r i u m was r e g e l i n g van de k o e l m i d d e l t e m p . met héle g r a d e n ) z o d a t i n d a t g e v a l van v e r g r o t i n g van de c a p a c i t e i t moet w o r d e n a f g e z i e n .

V I P r o c e s c o n d i t i e s R e a c t i e k i n e t i e k MZA: B i j de r e a c t i e v a n B e n z e e n met Z u u r s t o f i s e e n g r o t e o v e r m a a t Z u u r s t o f a a n w e z i g , z o d a t e e n e e r s t e orde r e a c t i e mag w o r d e n v e r o n d e r -s t e l d . ( L i t . 7 , 8 en 1 4 ) . h e t mechanisme z i e t e r a l s v o l g t u i t ; k3 B e n z e e n Jc1 ->C0,C02 en HgO k2 l MZA-De r e a c t i e v e r g e l i j k i n g e n z i j n a l s v o l g t ; k1 C6H6 + 4 0 C4H205 + 2,5 0 •>-C4H205 + CO + C 02 + 2 H20 k2 C 02 + CO + H2 0 i6H6 + 7,5 02 k 3 -*-4 C 02 + 2 CO + 3 H20 Met b e h u l p v a n de A r r h e n i u s v e r g e l i j k i n g e n kunnen de 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 n worden b e r e k e n d ; KT = K0. e x p ( EA/ R . T ) De c o n s t a n t e n v o o r deze v e r g e l i j k i n g en de r e a c t i e w a r m t e s z i j n i n o n d e r s t a a n d e t a b e l g e g e v e n ; K0 ( 1 / s ) EA ( k j / m o l ) AH ( k J / m o l ) k1 5.101 11 147 -1400 k2 2,5 21 -1 080. k3 2 , 5 . 1 08 109,2 -2500 R e a c t i e k i n e t i e k PZA: V o o r de r e a c t i e v a n N a f t a l e e n met Z u u r s t o f i s h e t r e a c t i e m e c h a n i s m e van P e t e r s o n a a n g e n o m e n ( L i t . 1 5 ) . D i t kan a l s v o l g t worden weergegeven

k2 PZA k1 N a f t a l e e n klT -p-MZA k6 k 5 s>C02 , H20 ^ k4 ' N a f t o c h i n o n

1 5 -De r e a c t i e v e r g e l i j k i n g e n z i j n a l s v o l g t ; k1 C1 0H8 + 4,5 02 C8H405 + 4,5 02 C1 0H8 + 1 , 5 02 C1 0H6 ° 2 +10,5 0 , C1 0H6 ° 2 + 7'5 °2 C1 0H8 + 12 02 -> OgH^O, + 2 C 02 + 2 H20 k2 -> C4H205 +• 4 C 02 + H20 k3 C1 0H602 + H20 k4 10 C 02 + 3 H20 k5 _{C^HgOj + 6 C 0} 2 + 2 H20 k6 -> 10 C 02 + 4 H20 V o o r de r e a c t i e s z i j n de 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 n , a k t i v e r i n g s -energieè'n en r e a c t i e w a r m t e s g e g e v e n i n de o n d e r s t a a n d e t a b e l ; K0 ( 1 / s ) EA ( k j / m o l ) A H ( k J / m o l ) k1 5 , 6. 1 06 71,4 - 1 7 7 1 k2 1 , 2 . 1 01 4 181 ,0 -1846 k3 1 , 4 . 1 05 54,6 - 500 k4 1 , 6 . 1 04 50,4 -4572 k5 4 , 3 . 1 03 33,6 - 1 3 5 3 k6 7 , 8 . 1 05 71 ,4 -5072 . De K a t a l y s a t o r : ( D i t . 7 en 8 ) V o o r de o x i d a t i e v a n B e n z e e n en N a f t a l e e n w o r d t d e z e l f d e k a t a l y s a t o r t o e g e p a s t . Deze b e v a t +70$ d r a g e r m a t e r i a a l ( A 120 ^ o f S i 02) , 9$ V2 ^ 5 ' en £21$ K2S 0 ^ . De a c t i e v e w e r k i n g v a n h e t K g S O ^ - b e s t a n d d e e l o n t s t a a t

pas b i j 3 02~ d o s e r i n g . B i j e e n temp. v a n 350°C r e a g e e r t S 02 met

Z u u r s t o f t o t SU-,, w a a r n a h e t SO, met K a l i u m s u l f a a t h e t a c t i e v e K a l i u m p y r o s u l f a a t v o r m t . De v o l g e n d e r e a c t i e s v i n d e n p l a a t s ;

2 S 02 + 0, 2 SO,

K2S 04 + SO^ K2S 2 Orj

Het gevormde k a l i u m p y r o s u l f a a t kan weer w o r d e n o n t b o n d e n d o o r l u c h t l a n g s de k a t a l y s a t o r t e b l a z e n , w a a r b i j k a l i u m s u l f a a t en S 02 worden

D r u k en T e m p e r a t u u r :

MZA, Met behulü v a n e e n computerprogramma werd de r e a c t o r g e s i m u l e e r d . D o o r m i d d e l v a n i s o t h e r m b e d r i j f werd de o p t i m a l e r e a c t i e t e m p . b e p a a l d . Deze werd b e p e r k t d o o r s i n t e r i n g s g e v a a r , z o d a t e e n g e m i d d e l d e temp. v a n 430°C werd g e k o z e n . ( Z e e r g r o v e i n d i c a t i e ) B i j n i e t i s o t h e r m b e d r i j f w e r d e n de k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g e n , k o e l m i d d e l t e m p . en i n g a n g s t e m p . z o d a n i g g e k o z e n , d a t de p i e k t e m p . n i e t b o v e n de 440°C kwam.

D a a r de d r u k i n h e t s y s t e e m n i e t beneden de 1 a t a komen mocht, werd e e n i n g a n g s d r u k v a n 2,0 a t a g e k o z e n . De e i n d d r u k werd a l d u s

1s2 a t a .

PZA, V o o r de p r o d u k t i e v a n PZA met de g e k o z e n r e a c t o r w e r d e e n

m a x i m a l e temp. v a n 400°C g e v o n d e n b i j een k o e l m i d d e l t e m p . v a n 330°C. O - De i n g a n g s d r u k was i n d i t g e v a l 1,9 a t a ; de i n g a n g s t e m p . was 1 5 0 ° C .

De e i n d d r u k b e d r o e g , n e t a l s b i j MZA 1 , 2 a t a .

o

1 7

-V I I Het S i m u l a t i e m o d e l v o o r de R e a c t o r

V o o r de b e r e k e n i n g e n v a n de r e a c t o r werd een d i g i t a l e c o m p u t e r i n g e s c h a k e l d , d i e de r e a c t o r b u i s s t a p s g e w i j s d o o r l i e p .

Het s n e l h e i d s en concentrâtieprofiel i n de b u i s werd v l a k v e r o n d e r -s t e l d , omdat aan p r a k t i -s c h a l l e v o o r w a a r d e n d i e i n L i t . 1 0 w o r d e n genoemd, werd v o l d a a n .

Deze v o o r w a a r d e n z i j n :

R e ^ l O , L/D >100 , D/D > 1 0 , Bo > 200 .

p p u

Van een b e s t a a n d r e k e n p r o g r a m m a (EXEC 2 ) , wat i n s t a a t i s een héle f l o w s h e e t d o o r t e r e k e n e n , werd d a n k b a a r g e b r u i k gemaakt.

Ook de v e r d e r t e b e h a n d e l e n programma's a l s DHPCG, PYSPRO, MOD(I) en BED z i j n n i e t d o o r de a u t e u r s v a n d i t v e r s l a g gemaakt.

De meer s p e c i f i e k e programma's van h e t p r o b l e e m , z o a l s COLBED, FCT, PRDROP, RHOGAS, VISCGAS, en OUTP waren v a n z e l f s p r e k e n d n i e t v o o r -h a n d e n . De o n d e r s t a a n d e f i g u u r g e e f t een i n d r u k v a n de -hiërarc-hie d i e b e s t a a t t u s s e n a l l e voornoemde programma's. O O EXEC 2 MOD(I)

I

BED

ï

COLBED DHPCG

3 3

i PYSPRO FCT V e l e S u b r o u t i n e s z o a l s " ENTHAL, KFOUT'j SCRYF, e t c . RHOGAS VISCGAS O

d i t v e r s l a g , d a a r v a n deze programma's u i t g e b r e i d e h a n d l e i d i n g e n b e s t a a n . V o o r de v o l l e d i g e u i t v o e r v a n de a n d e r e s u b r o u t i n e s v e r w i j z e n w i j n a a r de B i j l a g e n . T e r e x p l i c a t i e worden de programma's i n h e t k o r t b e s c h r e v e n . FYSPRO v e r z o r g t a l l e l e e s o p d r a c h t e n en b e w a a r t d e z e i n d r i e a r r a y s ; de S T R M - a r r a y v o o r s t r o o m g e g e v e n s , de COMP-array v o o r component g e g e v e n s en de S P E C M - a r r a y v o o r s p e c i f i e k e g e g e v e n s . Z i e v o o r de STRM- en C O H P - c o n v e n t i e s B i j l a g e I I . Be S P E C M - c o n v e n t i e s s t a a n i n COLBED, B i j l a g e I V . EXEC 2 i s h e t h o o f d p r o g r a m m a , w a a r v a n de h a n d l e i d i n g b i j de H r . v a n Meerendonk t e r i n z a g e l i g t . MOI)(I) i s een z e e r k l e i n e s u b r o u t i n e , d i e o r g a n i s e e r t w e l k a p p a r a a t u i t de g e h e l e f l o w s h e e t w o r d t a a n g e r o e p e n , ( B i j l a g e I I I ) . BED r o e p t h e t COLBED-programma aan en z o r g t e r v o o r d a t i n GOLBED

g e e n d i m e n s i e s o p g e g e v e n hoeven t e w o r d e n , ( B i j l a g e I I I ) . COLBED o r g a n i s e e r t h e t r e k e n w e r k v a n de r e a c t o r , z o a l s de t i j d

en de m o l a i r e s t r o m e n . De s u b r o u t i n e s ENTHAL, KFOUT, SCRYF en v e l e a n d e r e worden a a n g e r o e p e n en g e b r u i k t v o o r d a t de v a r i a b e l e n worden d o o r g e g e v e n aan DHPCG. Z i e B i j l a g e I V .

DHPCG i s een i n t e g r a t i e p r o g r a m m a , wat i n ons g e v a l de r e a c t o r

s t a p s g e w i j s b e r e k e n d en t e n s l o t t e h e t e i n d r e s u l t a a t t e r u g g e e f t aan COLBED, z o d a t een o v e r a l l m a s s a b a l a n s k a n w o r d e n g e g e v e n .

Na i e d e r e s t a p , w a a r v a n de g r o o t t e w o r d t b e p a a l d n a a r a a n l e i d i n g v a n de a f g e l e i d e n d e r v a r i a b e l e n , worden de r e s u l t a t e n d o o r g e g e v e n aan s u b r o u t i n e OUTP.

OUTP g e e f t de s c h r i j f o p d r a c h t v o o r de p r o c e s - en k o e l m i d d e l t e m p . en v o o r a l l e m o l a i r e s t r o m e n , wanneer de e e r d e r genoemde s t a p e e n m a a l i s genomen. Ook w o r d t PRDROP a a n g e r o e p e n , w a a r i n de d r u k v a l p e r s e c o n d e , mbv. de gegevens v a n de genomen s t a p , b e r e k e n d w o r d t .

De t o t a l e d r u k (PTOT) w o r d t b e r e k e n d d o o r h e t p r o d u k t v a n de d r u k v a l p e r s e c o n d e ( P P S ) en de s t a p g r o o t t e (X-A) v a n de l a a t s t b e r e k e n d e d r u k a f t e t r e k k e n . E v e n z o w o r d t de a f s t a n d v a n a f h e t b e g i n v a n de r e a c t o r (APST) b e r e k e n d d o o r h e t p r o d u k t v a n de superficiële s n e l h e i d (VELSUP) e n de s t a p -g r o o t t e b i j de l a a t s t bekende a f s t a n d op t e t e l l e n .

PTOT,VELSUP en APST z i j n i n OUTP b e k e n d , d o o r d a t ze i n de s u b r o u t i n e s w a a r i n ze b e r e k e n d z i j n v i a Common S t a t e m e n t s v o o r a l l e s u b r o u t i n e s t e r b e s c h i k k i n g z i j n komen t e s t a a n . Z i e v o o r de v o l l e d i g e u i t v o e r v a n OUTP , B i j l a g e V. PRDROP h e e f t e e n z e e r u i t g e b r e i d e t o e l i c h t i n g i n B i j l a g e V I RHOGAS en VISCGAS b e r e k e n e n n a i e d e r s t a p j e h e t s o o r t e l i j k g e w i c h t en de v i s c o s i t e i t v a n h e t r e a c t i e m e n g s e l , r e k e n i n g houdend met de s a m e n s t e l l i n g , de t o t a l e d r u k en de t e m p e r a t u u r . Z i e B i j l a g e n V I I en V I I I . FCT: ( B i j l a g e I X ) Het h a r t v a n de r e a c t o r b e r e k e n i n g i s de s u b r o u t i n e PCT, w a a r i n z o w e l de k i n e t i e k a l s de w a r m t e h u i s h o u d i n g v a n de r e a c t o r a a n DHPCG bekend w o r d e n g e m a a k t . Deze s u b r o u t i n e k a n w e l 10 k e e r p e r s t a p j e worden a a n g e r o e p e n d o o r DHPCG i n t e g e n s t e l l i n g t o t OUTP, d i e één m a a l p e r s t a p w o r d t a a n g e r o e p e n . De r e a c t i e s n e l h e i d (mol/s.m ) w o r d t a l s v o l g t b e r e k e n d ; RA ) i= C 0 N . . KT De c o n c e n t r a t i e s v a n de componenten z i j n bekend d o o r de m o l a i r e s t r o m e n ( Y ^ ) t e d e l e n d o o r de v o l u m e s t r o o m ( F I V ) . Deze v o l u m e s t r o o m i s - e e n f u n c t i e v a n de t o t a l e molenstroom(FLO\V), de t o t a l e d r u k en de t e m p e r a t u u r ( Y ^ ) en w o r d t ook a l s z o d a n i g b e r e k e n d i n PCT. F I V = PLOW.0,0224. Y1/ ( ? T 0 T . 2 7 3 ) De o m z e t t i n g s s n e l h e d e n p e r d e e l r e a c t i e w o r d e n g e v o n d e n d o o r h e t p r o d u k t t e nemen v a n R. . en F I V z o d a t g e l d t ; A , 1

De o m z e t t i n g s s n e l h e d e n p e r component p e r d e e l r e a c t i e l i g g e n v a s t met de coëfficiënten u i t de r e a c t i e v e r g e l i j k i n g en de v e r s c h i l l e n d e OM^-waarden. Z i j w o r d e n DERY^ genoemd ( v e r a n d e r i n g v a n de m o l a i r e s t r o m e n v a n de componenten) e n hebben de d i m e n s i e m o l / s . s . A a n g e z i e n en Y2 t e m p e r a t u r e n z i j n , i s de d i m e n s i e v a n DERY^ en D E R Y2 ; K/s . De warmte p r o d u k t i e p e r v o l u m e p e r seconde w o r d t g e g e v e n d o o r de som v a n de p r o d u k t e n v a n de r e a c t i e v / a r m t e n en de r e a c t i e s n e l h e d e n ; 0^" =Z( D H . . RA j. ) ( j / s . m3)

Om d i t om t e w e r k e n n a a r e e n temp. v e r a n d e r i n g p e r seconde moet de f a c t o r F I V / ( FLOY/.C ) worden g e b r u i k t , z o d a t g e l d t ; WPROD = F I V / ( FLOW.C ) . Z ( D H . .R. .) ( K/s ) P c' X A , X V o o r de w a r m t e o v e r d r a c h t s s t r o o m ( 0^ ) g e l d t ; 0y= A L F A . ( Y2- Y1 ) .77". D.4L ( j / s ) P e r v o l u m e - e e n h e i d i s d i t ; jzf"= 0w. 4 / ( ^ D2. / i L ) = A L F A . ( Y2- Y1) . 4 / D ( j / s . m3 )

Ook deze w a r m t e s t r o o m moet worden omgewerkt n a a r de d i m e n s i e K/s , z o d a t v o o r WOVER g e l d t ;

WOVER = F I V / ( FLOW.Cp ) .ALFA . (Yg-Y-, ) .4/ D ( K/s )

De w a r m t e o v e r d r a c h t s coëfficiënt ALFA w o r d t b e r e k e n d met de v o l g e n d e f o r m u l e ( L i t . 1 7 ) ;

( A L F A ) ~1= ( hj L) ~1 + ( _Di/X ) . l n ( Du/ Di) + D./( Du. hu )

L i t . 18 en 19 geven v o o r de b e r e k e n i n g v a n de w a r m t e o v e r d r a c h t s -coëfficient v a n g a s n a a r b u i s w a n d v i a p o r e u z e m e d i a ;

-21»

hi = 3 » 5 . \a B/ D i . ( R ep) °f 7e x p ( - 4 , 6 *B)

Met de g e g e v e n s u i t B i j l a g e l k a n d i t worden omgewerkt t o t

h± = 9 3 , 8 ( V E L S U P )0'7 (W/m2.K) I n L i t . 17 w o r d t v o o r d w a r s a a n g e s t r o o m d e p i j p e n de v o l g e n d e f o r m u l e v o o r de warmteoverdrachtscoëfficient g e g e v e n : Nu = 0 , 4 2 ( P r )0'2 + 0 , 5 7 ( R e ) ° '5( P r )0'3 3 Met g e g e v e n s u i t B i j l a g e l en e e n g e s c h a t t e z o u t s n e l h e i d v a n 30 cm/s w o r d t g e v o n d e n : hu = 935 W/m2.K Met e e n warmtegeleidingscoëfficient v a n 50 W/m.K ( L i t . 2 0 ) w o r d t de g e l e i d i n g s - t e r m d o o r de b u i s w a n d v e r w a a r l o o s b a a r k l e i n t . o . v . de o v e r i g e t e r m e n . V o o r ALPA w o r d t n u i n PCT de v e r e e n v o u d i g d e f o r m u l e g e b r u i k t ; ( A L P A ) "1= 1/(93,8 . ( V E L S U P )0'7) De v e r a n d e r i n g v a n temp. i n de r e a c t o r k a n n u w o r d e n b e r e k e n d mbv. de a f g e l e i d e DERY^ , w a a r v o o r g e l d t ;

DERY1 = V/OVER - WPROD ( K / s )

De a f g e l e i d e v a n de k o e l m i d d e l t e m p . n a a r de t i j d ( D E R Y2) i s i n

d i t o n t w e r p g e l i j k g e s t e l d a a n n u l , dwz. d a t de r e a c t o r v o o r h e t i n - en u i t s t r o m e n d e z o u t a l s een i d e a l e menger w o r d t beschouwd. Een l i n e a i r temp. v e r l o o p i s e v e n t u e e l v r i j e e n v o u d i g i n PCT i n t e bouwen.

V I I I B e r e k e n i n g van de a p p a r a t u u r

REACTOR R10 ( Z i e v o o r f i g u r e n B i j l a g e X) A l l e r e e r s t w o r d t de M Z A - r e a c t o r beschouwd.

Om een i d e e t e k r i j g e n v a n de g e m i d d e l d e temp. , d i e i n de r e a c t o r moet h e e r s e n om t o t een goede o m z e t t i n g t e komen v a n B e n z e e n ,

w o r d t de r e a c t i e g e s i m u l e e r d onder i s o t h e r m e o m s t a n d i g h e d e n , (DERY^=0 en met o n v e r d u n d e k a t a l y s a t o r . B e g i n d r u k 1,9 a t a ; F l o w 550 mol/s en Temp. v a n h e t p r o c e s ; 350 , 390 , 4 1 0 , 420 , 430 , 440 , 450 °C . Z i e g r a f i e k e n 4 , 5 en 6. O p v a l l e n d i s d a t h e t v e r b a n d t u s s e n de v e r b l i j f t i j d ( V ) en de a f s t a n d v a n a f h e t b e g i n v a n de r e a c t o r , temp. a f h a n k e l i j k i s .

B i j een h o g e r e temp. z a l met een even l a n g e r e a c t o r de v e r b l i j f t i j d k o r t e r z i j n . Gekozen werd een temp. v a n 430°C, z o d a t met een

g e m i d d e l d e k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g van 0,5 en een v e r b l i j f t i j d v a n 0,9 s e c o n d e een o m z e t t i n g v a n + 90$ kon worden b e r e i k t .

De b e g i n d r u k werd v e r h o o g d t o t 2,0 a t a , om b i j h e t u i t g a a n v a n de r e a c t o r n o g een k l e i n e o v e r d r u k (+ 0,2 a t a ) t e hebben om de

w e e r s t a n d i n l e i d i n g e n en w a r m t e w i s s e l a a r s t e o v e r w i n n e n . ( G r a f i e k 6 ) . D o o r v e r a n d e r i n g v a n de i n g a n g s d r u k b l i j k e n de c o n c e n t r a t i e p r o f i e l e n

a l s f u n c t i e v a n x n i e t t e v e r a n d e r e n ; e c h t e r w e l de p a r a m e t e r s AFST, PTOT en VELSUP ! Z i e h i e r v o o r g r a f i e k 7 .

De i n g a n g s t e m p . w e r d v a s t g e l e g d op 350°C. E e n h o g e r e waarde

zou m o e i l i j k t e b e r e i k e n z i j n i n de w a r m t e w i s s e l a a r met h e t p r o d u k t -gas ( g r o o t o p p e r v l a k ) ; een l a g e r e waarde z o u t o t inefficiënt g e b r u i k van h e t b e g i n v a n de r e a c t o r l e i d e n .

De i n v l o e d v a n v e r s c h i l l e n d e k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g e n b i j een

g e g e v e n k o e l m i d d e l t e m p . v a n 377°C , w o r d t w e e r g e g e v e n i n g r a f i e k 8. Op b a s i s h i e r v a n , en denkende aan de k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g i g v .

- 2 3 » P Z A - p r o d u k t i e v a n 0,28 ( L i t . 10) en v a n 0,3 ( C i n d u , U i t h o o r n ) , werd de v e r d u n n i n g op 0,3 g e s t e l d . D o o r v a r i a t i e v a n de k o e l m i d d e l t e m p . werd de i n v l o e d op de s p i t s t e m p . v a s t g e l e g d . Z i e h i e r v o o r . g r a f i e k 9.Gekozen w e r d e e n k o e l m i d d e l t e m p . v a n 382°C . D o o r b i j t =0,6 de k a t a l y s a t o r v e r d u n n i n g t e v e r a n d e r e n , kan een tweede t e m p e r a t u u r p i e k o n t s t a a n ( G r a f i e k 1 0 ) . G e k o z e n werd v o o r e e n v e r d u n n i n g van 0,62 . T e n s l o t t e k a n o n v e r d u n d e k a t a l y s a t o r w o r d e n g e b r u i k t . D o o r " T r i a l & E r r o r " i s g e v o n d e n , d a t n a ^ = 0 , 7 2 5 de v e r d u n n i n g 1,0 k a n w o r d e n t o e g e p a s t ; H i e r d o o r o n t s t a a t een d e r d e t e m p e r a t u u r p i e k . Z i e v o o r r e s u l t a t e n g r a f i e k 10 . Om meer i n z i c h t t e k r i j g e n i n h e t v e r l o o p v a n de p a r a m e t e r s Tr , PTOT , VELSUP , en de m o l a i r e s t r o m e n v a n B e n z e e n , C 02 , en MZA , z i j n deze a l l e n i n g r a f i e k 11 u i t g e z e t t e g e n de a f s t a n d v a n a f h e t b e g i n v a n de r e a c t o r ( A P S T ) . De m a s s a b a l a n s o v e r de r e a c t o r z a g e r a l s v o l g t u i t : In ( k g / s ) U i t ( k g / s ) V e r s c h i l ( k g / s ) en ( m o l / s B e n z e e n 0,52 0,07 - 0,45 - 5,740 MZA 0 0,40 0,40 4 , 1 3 1 CO 0 0,21 0,21 7,359 c o2 0,01 0,47 0,46 10,582 H20 0 0,24 0,24 13,099 °2 3,68 2,82 - 0,86 -26,994 N2 11,99 11 ,99 0 0 T o t a a l 16,20 16,20 0,00

Q = P m o l , i -A Hi

V o o r .$le M Z A r v o r m i n g g e l d t 0]

V o o r d o o r v e r b r a n d i n g g e l d t ( A 0

V o o r Q w o r d t nu g e v o n d e n 9830,9 k j / s

Een d e e l v a n deze warmte z a l g e b r u i k t w o r d e n v o o r temp. s t i j g i n g van de r e a c t a n t e n , d o c h h e t g r o o t s t e d e e l z a l d o o r h e t z o u t moeten w o r d e n opgenomen.

V o o r de opwarming i s n o d i g :

Met T . =350°C , T .+=393°C en C u i t g r a f i e k 1 w o r d t v o o r de

opwarming g e v o n d e n : 740,5 k j / s .

Het z o u t z a l dus e e n h o e v e e l h e i d warmte v a n 9830,9 -740,5 = 9090,4 k j / n a a r de s t o o m k e t e l moeten t r a n s p o r t e r e n .

Met de e i s £T = 5°C v i n d t men met gegevens u i t B i j l a g e I :

0m _. A H = 9090,4 = 0m .C . ü T , z o d a t w o r d t g e v o n d e n De i n d r u k b e s t o n d ( g e z i e n h e t temp.- en c o n c . - p r o f i e l i n g r a f i e k 11) d a t de e e r s t e m e t e r v a n de r e a c t o r b u i s t a m e l i j k inefficiënt werd g e b r u i k t . E r i s gepoogd om een z e e r k o r t e t i j d ( + 0,07 .s.) o n v e r d u n d e k a t a l y s a t o r t o e t e p a s s e n . V o o r de b e r e k e n i n g v a n een d e r g e l i j k e r e a c t o r i s een p r o c e d u r e g e v o l g t , a n a l o o g aan de h i e r v o o r b e s c h r e v e n p r o c e d u r e . De opwarming v a n de r e a c t a n t e n v e r l i e p s n e l l e r , de e e r s t e p i e k t r a d + 0 , 1 s e c o n d e v r o e g e r op, z o d a t v e r w a c h t k o n w o r d e n d a t de o m z e t t i n g i e t s h o g e r z o u z i j n . D i t was e c h t e r n a u w e l i j k s w a a r n e e m b a a r . De g r a f i s c h w e e r g e g e v e n r e s u l t a t e n v a n deze r e a c t o r e n z i j n t e z i e n i n de g r a f i e k e n 16 en 17 . 0m. Cp. a T ( k J / s )

P r o d u k t i e v a n PZA : De u i t v o e r i g b e s c h r e v e n r e a c t o r v o o r MZA werd i n o n v e r a n d e r d e vorm g e b r u i k t om de N a f t a l e e n - h o u d e n d e v o e d i n g om t e z e t t e n t o t PZA De P l o w w e r d , i n v e r b a n d met de d r u k v a l o v e r de r e a c t o r , weer v a s t g e l e g d op 550 m o l / s . D o o r i s o t h e r m b e d r i j f b i j 3 6 0 , 3 8 0 , en 400°C werd e e n i n d r u k g e -k r e g e n v a n de o p t i m a l e g e m i d d e l d e r e a c t o r t e m p . ( G r a f i e -k e n 12 en 13 ) Deze b l e e k r o n d de 360°C t e l i g g e n .

E e n h o g e r e temp. z o u d o o r v e r b r a n d i n g v a n h e t gevormde PZA t o t MZA en a l g e h e l e d o o r v e r b r a n d i n g v e r o o r z a k e n . A l s ' k o e l m i d d e l t e m p . w e r d 330°C g e k o z e n . D i t i n v e r b a n d met de c o m p e t i t i e t u s s e n N a f t o c h i n o n (NQ) d o o r v e r b r a n d i n g ( w e n s e l i j k ) en MZA v o r m i n g ( o n g e w e n s t ) i n h e t l a a t s t e d e e l v a n de r e a c t o r . De m o g e l i j k h e i d t o t v a r i a t i e v a n i n een v e r d e r s t a d i u m werd o p e n g e l a t e n . De i n v l o e d v a n de i n g a n g s t e m p . werd o n d e r z o c h t v o o r de v o l g e n d e w a a r d e n : T . = 150, 180, en 220 °C. Op g r o n d v a n de r e s u l t a t e n ( G r a f i e k 1 4 ) werd g e k o z e n v o o r een i n g a n g s t e m p . v a n 160°C . E e n g r o o t d e e l v a n de r e a c t o r d i e n t a l s opwarmer v a n de r e a c t a n t e n , d o c h de b e r e i k t e o m z e t t i n g n a a r PZA v/as z o h o o g , d a t de keuze v a n de p r o c e s p a r a m e t e r s j u i s t b l e e k .

Ook b i j deze P Z A - r e a c t o r werden de g r o o t h e d e n T , PTOT, VELSUP en de m o l a i r e s t r o m e n v a n N a f t a l e e n , PZA, NQ, en COg u i t g e z e t t e g e n de a f s t a n d v a n a f h e t b e g i n v a n de r e a c t o r .

Z i e h i e r v o o r g r a f i e k 15

De m a s s a b a l a n s werd d o o r de computer n a u w k e u r i g b i j g e h o u d e n . Deze werd a l s v o l g t :

I n ( k g / s ) U i t ( k g / s ) V e r s c h i l ( k g / s ) en ( m o l / s ) Q N a f t a l e e n 0,63 0,01 - 0,62 - 4 , 8 8 3 PZA 0 0,60 0,60 4,047 MZA 0 0,01 0,01 0,096 O NQ 0 0,03 0,03 0, 1 5 4 C 02 0,01 0, 8 9 0, 8 8 19,068 H20 0 0,22 0,22 12,262 °2 3, 6 8 2,56 - 1,12 - 3 2 , 5 5 7 ï2 12,04 12,04 0 0

—

T o t a a l 16,36 16,36 0

Het w a r m t e e f f e c t werd b e r e k e n d met de f o r m u l e :

Q 0 m o i f r * H i Q . V o o r de P Z A - v o r m i n g g e l d t ^ ^ M O L ) P Z A « A H1 = 4,047. AH-, ( k j / s ) V o o r de MZA-vorming g e l d t 4 0MOL)MZA- ( A H 1+ Ê H2) = 0,096 . (aH-,+AH2) ( k j / s ) V o o r de NQ - v o r m i n g g e l d t - 0 m o l N Q • = 0, 1 5 4 . AH^ ( k j / s ) O V o o r d o o r v e r b r a n d i n g g e l d t : ^ m o l , n a f t - ^ m o l , P Z A - A^ m o lfM Z A " A^ n o l , H Q) * A H 6 = ( 4 , 8 8 3- 4 , 0 4 7 - 0 , 0 9 6 - 0 , 1 5 4 ) . A H g ( k j / s ) V o o r Q w o r d t n u gevonden 1 0. 5 6 3 , 7 k j / s V o o r de opwarming i s n o d i g : O ( k J / s ) Met T . =160°C , T ., = 3 3 2 ° C en C u i t g r a f i e k 1 w o r d t v o o r de r , m ' p , u i t p opwarming g e v o n d e n : 2 9 1 2 , 4 k j / s

Het z o u t z a l dus een h o e v e e l h e i d warmte v a n 10.563,7 - 2 9 1 2 , 4 = O

7 6 5 1, 3 k J / s moeten opnemen.

Met de v o o r MZA b e r e k e n d e z o u t s t r o o m l e v e r t d i t een A T v a n + 4°G.

O

2 7

-Ook de r e a c t o r e n met onverdunde k a t a l y s a t o r i n h e t b e g i n z i j n b e d r e v e n met een N a f t a l e e n - h o u d e n d e v o e d i n g . Het e f f e c t op de P Z A - p r o d u k t i e was g e r i n g . R e s u l t a t e n v a n d i t d e e l v a n h e t o n d e r z o e k z i j n g r a f i s c h w e e r g e g e v e n i n de g r a f i e k e n 18 en 19. O " • O ' • ("i O O

COMPRESSOR C l ) MZA: P.= 1 a t a PU 1^ 2,34 a t a T±= 25°C ) A n , l u c h t= 1 5'6 8 kë /s B e r e k e n i n g v a n de t e m p e r a t u u r s t i j g i n g : , (K-1/fc)

Tuiï Ti t f (Pu<£PirJ 'w a a r i n Cp /Cv = 1'4 en T in K el v i n

-K O H i e r u i t v o l g t : Tu= 107 C Be e n t h a l p i e - t o e n a m e v a n h e t gas b e d r a a g t : P. . = 0 . 4 H = 0 .C ,aT = 1 2 9 9 , 9 k J / s _{x s e n t r . 'm 'm p /} Pw e r k e l . ~ Pi s e n t r ? h y d r . * Vmech. * 7 v o l . ^ = 1 2 9 9 , 9 / ( 0 , 8 . 0 , 9 . 0 , 7 ) = 2579,2 k j / s

D e c o m p r e s s o r moet dus een vermogen l e v e r e n v a n 3459 pK.

PZA: 0 Pi r T 1 a t a Pu f l 2'2 4 at a T±= 25°C <*m,lucht= 1 5'7 5 ke /S Met de b o v e n s t a a n d e f o r m u l e l e v e r t d i t een u i t g a n g s t e m p . ( Tu^ van 102°C. P i S e n t r . = 1 2 2 " k J/s O Pwer k e l . = 2 4 2 7'2 k J/s

De c o m p r e s s o r moet dus een vermogen l e v e r e n v a n 3236 pK

N.B. De g e m i d d e l d e C^-waarden z i j n met b e h u l p van g r a f i e k 1 gevonden.

u

-29-V/ARMTEWISSELAAR H4 MZA: O De e i s d a t de l u c h t t o t 250°C w o r d t opgewarmd. T1 > i n= 107°C T1 > u i t= 2 5 0 ° C Tp , i n =3 9 3°C 0 m , l= 1 5 , 6 8 k g / s ^ m , r= 1 6 , 2 0 k g / s W a r m t e b a l a n s : 0 m > 1 ^ f l ^ 0m,r- Cp > r .ATr T e r b e p a l i n g v a n Ö_ ,en £ w o r d t g r a f i e k 1 genomen. P»— P J R Gevonden w o r d t : Tp u i t= 258°C B i j z u i v e r e t e g e n s t r o o m b e d r a a g t h e t l o g a r i t h m i s c h t e m p . v e r s c h i l Tl n= 147°C 0 w = U - A - ^ T l n ^ m , r ü p , l - ^ T l Met e e n g e s c h a t t e waarde v o o r U v a n 30 W/m .K w o r d t v o o r h e t b e -n o d i g d e o p p e r v l a k g e v o -n d e -n : A= 520 m2 . PZA: Be e i s i s n u d a t de l u c h t t o t 156°C w o r d t opgewarmd. Tl f l a- 102°0 Tl jUit- 156°C T . =332°C r , i n &m,l= 1 5 , 7 3 k g / s ^ m , r= 1 6 , 3 6 k g / s Op a n a l o g e w i j z e a l s b i j MZA w o r d t g e v o n d e n : T 281°C Met e e n ^ T ] _n v a n 177,5°C w o r d t een b e n o d i g d o p p e r v l a k gevonden

2 v a n 160 m

W a r m t e w i s s e l a a r H4 moet dus b e s t a a n " u i t twee p a r a l l e l l e a p p a r a t e n ( 3 6 0 m e n 160 m ) , w a a r v a n de g r o o t s t e i n g e v a l v a n P Z A - p r o d u c t i e moet w o r d e n u i t g e s c h a k e l d .

VERDAHPER H3 MZA: K o o k p u n t B e n z e e n S0°C TB 4 n = 2 5 ° C 4n,B= ° '5 1 5 k g / s Stoom: T„ . = 120°C Pc . = 2 a t a S, m S , m De b e n o d i g d e h o e v e e l h e i d warmte w o r d t b e r e k e n d met

0 - 0 -n.(5 -dȆT-d + r-D) en met waarden u i t B i j l a g e I w o r d t gevonden

v/ m , ± 5 p , ± > ±> rS J0w= 257,3 k J / s Ook g e l d t 0m j S. r S f 1 2 0 o c , z o d a t 0m > s= O , 1 2 k g / s ^ Tl n= 64°C U= 750 V//m2.K , z o d a t h e t b e n o d i g d e o p p e r v l a k PZA: A= 0, / ( U . A T - , ) g e l i j k i s aan 5,4 m2 K o o k p u n t N a f t a l e e n 218°C De b e n o d i g d e h o e v e e l h e i d warmte w o r d t b e r e k e n d met : ^w= N ' ^ p N *A ïn *+ e n me* w a a r d e n U l _ ! ; B i j l a g e I w o r d t gevonden 0y= 414,2 k J / s 2 D a a r h e t o p p e r v l a k n u v a s t l i g t op 5,4 m , w o r d t J & T J ^ b e r e k e n d met de v o l g e n d e f o r m u l e : * T m = V ( U * A )

Met e e n g e s c h a t t e waarde v o o r U v a n 1000 V//m .K w o r d t gevonden

A T k = 77°C

T r i a l & E r r o r g e e f t T Q = 235°C 5, i n

De b i j b e h o r e n d e s t o o m d r u k ( PQ . ) b e d r a a g t 31 a t a ( B i j l a g e I )

3 1 -VENTURIMENGER M5 'MZA: TB , i n= 8 0 0 T 1, i n l , u i t B , u i t r , u i t **m,B=0 , 5 1 5 kg/S 250°C ^ m , l= 1 5 , 6 8 k g / s V o o r d e z e menger g e l d t de v o l g e n d e w a r m t e b a l a n s : ^ m , l 'C p , l * ^Tl , i n "Tl , u i t ) = ^ m , B, Cp , B ^TB , i n "TB , u i t ^ Met de g e g e v e n s u i t B i j l a g e I g e e f t d i t : Tr u ^ 2 4 3UC . PZA: Tl , i n = 1 5 6 ° C TN , i n = 2 1 8 ° C l , u i t N , u i t r , u i t ^m,N= 0 , 6 3 k g / s ^ m , l= 1 5 , 7 3 k g / s Op a n a l o g e w i j z e w o r d t gevonden : Tr u ^ 160°C N.B.

Be d r u k v a l o v e r deze v e n t u r i m e n g e r werd b e r e k e n d met e e n f o r m u l e L i t . 1 7 : 0= M_ ( D /B . )q" ) ~0,5. ( r r/ 4 ) . . ( B ( 2 . p . a P ) ^ m v v m a r m my ' v i / - / \ m a x ' \ ƒ / 0 , 5 Met g e g e v e n s o v e r B en D . v a n C i n d u , U i t h o o r n en to ö max m i n

s c h a a l v e r g r o t i n g werd een d r u k v a l gevonden v a n 0 , 1 4 a t a .

WARMTEWIS SE LAAR H6 MZA : De e i s i s d a t de p r o d u k t e n worden opgewarmd t o t 350°C Tr > i n= 2 4 3 ° C Tr,u i t= 3 5 0 ° C 4 n , r = 1 6 , 2 0 k g / s De o v e r g e d r a g e n h o e v e e l h e i d warmte w o r d t b e r e k e n d met 0 - 0 .C .aT *w *m,r p , r r Mbv. B i j l a g e I w o r d t g e v o n d e n : 0^= 1813,1 k j / s V o o r h e t z o u t g e l d t : 0 = 0 .C . = 1 8 1 3 , 1 k j / s *w ^m,z p , z z . ' ' j# = 1165,44kg/s en C r u i t B i j l a g e I l e v e r t e e n AT v a n + 1°C T z , i n= 5 8 2 °° d u s T z , u i t= 5 8 1 ° C A Tl n= 8 5 , 5 ° C 2 Met e e n g e s c h a t t e waarde v o o r U v a n 100'!W/m .K en de v o l g e n d e V ^ ^ l n 2 f o r m u l e A= 0'„/(U.aT , ) w o r d t een o p p e r v l a k v a n 212 m g e v o n d e n . PZA: B i j p r o d u c t i e v a n PZA i s deze w a r m t e w i s s e l a a r b u i t e n b e d r i j f O

3 3

-STOOMKETEL H9 MZA:

De r e s t e r e n d e w a r m t e , n a w a r m t e w i s s e l a a r ES, i n de k e t e l d o o r

h e t z o u t moet worden a f g e s t a a n , b e d r a a g t 9090,4- 1813,1 = 7277,3 k j / s A l s e i s w o r d t g e s t e l d d a t 50 a t a stoom moet worden g e p r o d u c e e r d . D i t komt o v e r e e n met stoomtemp. v a n 265°C.

Tz , i n = 5 8 1 ° C Tz , u i t = 5 7 7 ° C

Tw , i n= 8 0 ° C TS , u i t= 2 6 5 ° C

A Tl n= 190,5°0

Met e e n g e s c h a t t e waarde v o o r U= 1000Y//m .K w o r d t e e n b e n o d i g d 2 o p p e r v l a k g e v o n d e n v a n 38 m , v o l g e n s A=j3w/(U./iT^ ) . V o o r de m a s s a s t r o o m v a n h e t k e t e l w a t e r g e l d t : ^w= ^m,w-(5p,w-d Tw + rw,265°C > Met g e g e v e n s u i t B i j l a g e I g e e f t d i t 0m w= 3,00 k g / s PZA: De a f t e s t a n e h o e v e e l h e i d warmte b e d r a a g t n u 7 6 5 1, 3 k j / s ( Z i e R10) De T z a l n u ook + 4°C b e d r a g e n , z o d a t i n d i t g e v a l V i r T 330° ° e n T Z, u i t = 3 2 6 ° C E r werd g e k o z e n v o o r onverwarmd k e t e l w a t e r (25°C), z o d a t de d r u k v a n de g e p r o d u c e e r d e stoom l a g e r v/as. D i t k a n z i j n v o o r d e e l hebben v/anneer deze l a g e r e d r u k stoom i n de d i r e c t e omgeving a f t r e k v i n d t .

2

Het b e s c h i k b a r e opp. i s 38 m . Met e e n g e s c h a t t e waarde v o o r U (1000 W/m .K ) en de f o r m u l e A T , =0 ,/(A.U) w o r d t g e v o n d e n :

±n

w T l n = 2 0 1 ° c •T r i a l & e r r o r l e v e r t Tg u i t= 204°C . D i t komt o v e r e e n met e e n d r u k v a n 17 a t a . **m,ww o r d t b r e k e n d u i t : 0^ 0m > w. ( ÖP F W. A TW + rW f 2o4° c > 0m „, w o r d t a l d u s ; 2,86 k g / s m, w

ZOUTCIRCIJLATIE POMP P8

Z o w e l v o o r p r o d u c t i e v a n MZA a l s PZA i s de t e verpompen

massa-s t r o o m : 0 = 1165>44 kg/massa-s . d i t komt o v e r e e n met een v o l u m e massa-s t r o o m m,z 0VfZ= 0,634 m3/s . De z o u t s n e l h e i d w o r d t g e s c h a t op 2 m/s. (v ) 3 Met g e g e v e n s u i t B i j l a g e I w o r d t h e t R e y n o l d s g e t a l + 45.10 , z o d a t b i j een r e l a t i e v e r u w h e i d v a n 0.002 v o o r de f r i c t i e f a c t o r g e l d t : 4 . f = 0,03 • De l e n g t e d e r b u i z e n b e d r a a g t o n g e v e e r 2,5 m . ( Z i e f o t o ) V o o r de d r u k v a l o v e r een b u i s g e l d t : A P = 4.f ( vx)2. A X / D . 3 2 H e t b e r e k e n d e d r u k v e r l i e s o v e r de s t o o m k e t e l b e d r a a g t + 12.10 N/m

Het d a a r v o o r b e n o d i g d e pompvermogen i s t e b e r e k e n e n met:

P e f f . ^ v , z ' ^ = ± 8 -1°3J /s'

Met e e n o v e r a l l " rendement v a n 90$ ( L i t . 20) w o r d t h e t v / e r k e l i j k e v e r m o g e n : Pw e r k e l. = Pe ff / 0,9 = ± 9 k j / s = + 12 PK .

3 5

-WARMTEY/ IS SELAA R/S T 0OI'KETEL H2 MZA: De e i s i s d a t h e t k e t e l v o e d i n g w a t e r opgev/armd w o r d t t o t 80°C. ^m,w= 5 , 0 0 kg/S ^fp = 1 6 , 2 0 k g / s Tw , i n= 2 5 ° C T w , u i t= 8 0°C Tp , i n=258° C De w a r m t e b a l a n s l i u d t : 0 = 0 .C .AT = 0 .C .AT ( k j / s ) *w *m,w p,w w m,p p,p p \ / / Mbv. B i j l a g e I en g r a f i e k 1 g e e f t d i t : AT = 41°C z o d a t T 217°C p p , u i x Nu k a n w o r d e n b e r e k e n d : & T ^ n = ^85 ° C

Het b e n o d i g d e o p p e r v l a k v/ordt gevonden n e t A= 0w/(U.£T, ) , w a a r i n

2 U w o r d t g e s c h a t op 100 W/m .K 2 R e s u l t a a t : A= 37 m • PZA: De e i s i s n u d a t de temp. v a n de u i t g a a n d e p r o d u k t s t r o o m 140°C b e d r a a g t . ( D i t i n v e r b a n d met de c o n d e n s a t i e v a n P Z A , g r a f i e k 2) T . = 281°C T ..= 140°C T . = 25°C p , m p , u i t w,m 2

Het o p p e r v l a k i s bekend (37m ) en v o o r de warinteoverdrachtscoë'ffi 2 w o r d t de w a a r d e v a n 1000 W/m .K g e s c h a t . A Tl n= 0w/ ( U . A ) , z o d a t A Tl n= 66°C T r i a l & E r r o r l e v e r t : Tg u i t= 248°C De m a s s a s t r o o m aan k e t e l w a t e r w o r d t g e v o n d e n u i t : K = 4 , w ^ ° p , w -A Tw + rw , 2 4 8 ° C) O p l o s s e n l e v e r t : ^m,w= 0 , 9 5 k g / B

WARMTEWISSELAAH H7 .MZA:

I n v e r b a n d met h e t dauwpunt v a n de p r o d u k t s t r o o m , mag n i e t onder de 70°C w o r d e n g e k o e l d . De e i s i s dus : Tp > u i t= 75°C Ook g e l d t : Tp |.n= 217°C , Tw > i n= 15°C en T ^ . ^ 40°C . De w a r m t e b a l a n s l u i d t v o o r d i t g e v a l : 0 = 0 .Ü .¿1=0 .C ,&T *w m,p p,p p ^m,w p,w " w Met 0^ p= 16,20 k g / s en g r a f i e k 1 w o r d t v o o r 0^ g e v o n d e n : jZfw= 2341 ,8 k J / s De k o e l w a t e r s t r o o m i s n u t e b e r e k e n e n . An,w= 2 2' 50 k e / s 2 Met e e n g e s c h a t t e waarde v a n 100 W/m K v o o r U en de f o r m u l e A= 0 /(U.&T-, ) w o r d t b e r e k e n d : A= 223 m2 PZA: De w a r m t e w i s s e l a a r w o r d t n u w e l d o o r l o p e n , d o c h de k o e l w a t e r s t r o o m is n u l , zodat e r geen k o e l i n g p l a a t s v i n d t . O

COMPRESSOR C11 MZA: Om de a f v a n g s t v a n MZA u i t de p r o d u k t s t r o o m t e v e r g r o t e n , w o r d t de p a r t i a a l s p a n n i n g v a n MZA v e r h o o g d d o o r de d r u k t e v e r g r o t e n v a n 1,0 a t a n a a r 2,0 a t a . Een h o g e r e d r u k z o u n o g b e t e r e a f v a n g s t b e v / e r k s t e l l i g e n ; e c h t e r men moet b e d e n k e n d a t ook a l l e l u c h t meegecomprimeerd moet w o r d e n , h e t g e e n z e e r k o s t b a a r i s .

De g e k o z e n e i n d d r u k i s dus een e c o n o m i s c h optimum. C o m p r e s s o r b e r e k e n i n g v e r l o o p t a n a l o o g aan d i e v a n C 1 . T . P , i n 348 K T = T . ( 2 ) 0,286 = 424 K = 151°C p , u i t P i i n i s e n t r = 0m „.C. _.4T = 1 2 5 4 , 6 k j / s (mbv. 0 = 1 6 , 2 0 kg/s » m t p p » P P mt P en g r a f i e k 1 ) P w e r k e l =2489,3 k J / s = + 3333 pK PZA: De c o m p r e s s o r i s n u b u i t e n g e b r u i k .

(SWITCH)-CONDENSOR H l 2 ( Z i e v o o r f i g u r e n B i j l a g e X I ) MZA: I n d i t g e v a l w o r d t de s w i t c h c o n d e n s o r met k o e l w a t e r d o o r s t r o o m d . G e z i e n de s p e c i f i e k e t o e p a s s i n g v a n deze c o n d e n s o r s , i s men b i j h e t o n t w e r p gebonden a a n h e t t y p e d a t t e k o o p i s . G e k o z e n w o r d t v o o r h e t g r o o t s t e t y p e , dwz. t o t a a l c o n d e n s a t i e o p p p 3700 m . D i t enorme o p p e r v l a k w o r d t b e r e i k t d o o r h e t g e b r u i k v a n g e v i n d e p i j p e n . De p a r t i a a l d r u k v a n MZA b e d r a a g t 11,4 mm.Hg b i j b i n n e n k o m s t e n met de e i s T .,= 60°C, g e l d t v o o r de u i t g a a n d e s t r o o m e e n MZJ p , u i t . p a r t i a a l d r u k v a n 3 , 3 mm.Hg . ( G r a f i e k 3 ) E r c o n d e n s e e r t dus e e n m o l e n s t r o o m MZA, w a a r v o o r g e l d t : ^ m o l , M Z A )L = ^ m o l , t o t ' ^Pi , 15 1 ~Pi , 6 0 ) /? T 0 T Met b o v e n s t a a n d e g e g e v e n s , 0mo^ ±0-t~ 5 5 2 , 4 2 mol/s ( c o m p u t e r u i t v o e r ) en PT0T= 1 , 9 a t a w o r d t gevonden: <4nol,MZA>lT2 ' 8 7 m o l / s 'd w z ' ^m,MZA>L= ° '2 8 ^ s ' U i t de p a r t i a a l d r u k k e n v a n w a t e r en B e n z e e n v o l g t d a t a l l e e n MZA c o n d e n s e e r t ( L i t . 2 2 ) , en v/el + 3 0 $ . De v r i j g e k o m e n warmte i s opgebouv/d u i t de v o l g e n d e b i j d r a g e n : - A f k o e l i n g v a n de p r o d u k t g a s s e n t o t h e t dauwpunt ( 8 4, 5 ° C ) . - C o n d e n s a t i e v a n de MZA-stroom. - A f k o e l i n g v a n de MZA-stroom t o t 60°C. - A f k o e l i n g v a n h e t r e s t g a s t o t 60°C . Met de r e e d s bekende m o l e n s t r o m e n e n Cp- w a a r d e n u i t g r a f i e k 1 en B i j l a g e I w o r d t g e v o n d e n : 0W to t= 1 0 9 3 , 5 + 1 4 5 , 9 + 116,6 + 3 9 3 , 9 = 1 6 4 4 , 9 k j / s . 2 De warmteoverdrachtscoè'fficient w o r d t g e s c h a t op 5 0 W/m K , b e t r o k k e n op h e t k a l e o p p e r v l a k v a n de g e v i n d e p i j p e n . ( 1 / 8 v a n t o t a l e opp.) O

Met de f o r m u l e 0y{ t o t= A 'U * ft T l n w o r d'f c g e v o n d e n : *TT _n= 72°C .

H i e r u i t v o l g t d a t de temp. v a n de u i t g a a n d e w a t e r s t r o o m 39°C b e d r a a h e t g e e n aan h e t g e s t e l d e maximum van 40°C v o l d o e t .

V o o r de m a s s a s t r o o m v a n h e t w a t e r g e l d t : 0 + 4.= 0 .5 .^T D i t l e v e r t 0 = 16,30 kg/s * w , t o t ^m,w p,w " w ^m,w '^ &/ PZA: 3 BASF g e e f t op d a t v o o r de p r o d u c t i e v a n 14.10 t o n PZA p e r j a a r 2 d r i e s w i t c h c o n d e n s o r s n o d i g z i j n van 3700 m e l k . .

Deze v/orden i n t e r m i t t e r e n d b e d r e v e n met warme- en k o u d e - o l i e .

De d a m p s p a n n i n g v a n PZA b i j 140°C i n de p r o d u k t s t r o o m b e d r a a g t 5,9 mm.Hg. B i j 60°C (de e i s a a n T -+) i s deze s l e c h t s 0,02 mm.Hg Z i e g r a f i e k 2 . A l d u s w o r d t 99,67$ v a n de PZA a f g e v a n g e n . E r s u b l i m e e r t dus e e n m o l e n s t r o o m w a a r v o o r g e l d t : <0mol,PZA>L= ^ m o l , t o t ^Pi , 1 4 0 -Pi , 6 0 )/ P T 0 T ' I n v u l l e n v a n de g e g e v e n s l e v e r t :(0moj_ P2A^L= 4,05 m o l / s ^ m , P Z A)L = °'6°k g / s * Ook a l h e t a a n w e z i g e N a f t o c h i n o n w o r d t a f g e v a n g e n , z o d a t de t o t a l e m a s s a s t r o o m v a n h e t ruwe PZA 0,63 kg/s b e d r a a g t ( Z i e R.10). De a f t e v o e r e n warmte i s opgebouwd u i t 4 t e r m e n : - A f k o e l e n v a n h e t p r o d u k t g a s t o t h e t s u b l i m a t i e p u n t (130,5°C) - S u b l i m a t i e v a n h e t PZA e n h e t NQ. - A f k o e l e n v a n de ruwe PZA t o t 60°C. - A f k o e l e n v a n h e t r e s t g a s t o t 60°C. Met de r e e d s bekende m o l e n s t r o m e n en g e g e v e n s u i t B i j l a g e I e n g r a f i e k 2 w o r d t g e v o n d e n : 0W to t= 166,4 + 377,0 + 42,6 + 955,1 = 1541,1 k j / s .

O Met h e t g e g e v e n d a t twee a f s c h e i d e r s op " b e l a d e n " s t a a n en e e n a f s c h e i d e r op " a f s m e l t e n " g e l d t v o o r de w a r m t e s t r o o m : ^ v i f c fU , At o t '^ln 'w a a r i n At o t = 2-1/ S . 3 7 0 0 m2 en U= 50 W/m2K De b e r e k e n d e A Tl nb e d r a a g t 33°C Met de g e g e v e n s T P ± n= 140°C, T P u i t= 60°C e n T Q ) I N = 40°C v o l g t nu v o o r T Q de waarde 90°C . De m a s s a s t r o o m o l i e w o r d t b e r e k e n d u i t : 0Wjtot = 0mio ' ^ ViO' ^o M b v ' B i j l a g e I w o r d t g e v o n d e n : 0m j O= 1 3 , 8 9 k g / s De v o o r h e t a f s m e l t e n b e n o d i g d e h o e v e e l h e i d warmte i s opgebouwd u i t de v o l g e n d e t e r m e n :

- Opwarmen v a n ruw PZA v a n 60°C t o t 130,5°C . - S m e l t e n v a n h e t ruwe PZA

Met de g e g e v e n m o l e n s t r o m e n e n Cp' s u i t B i j l a g e I w o r d t b e r e k e n d :

0 i + = U 3 , 7 k J / s

n w , s m e l t e n ' '

Deze warmte w o r d t g e l e v e r d d o o r warme o l i e v a n 200°C ( p r a k t i j k g e g . ) De m a s s a s t r o o m w o r d t g e l i j k v e r o n d e r s t e l d a a n d i e v a n de koude o l i e De temp. d a l i n g v a n de o l i e w o r d t d a n ;

o, T = 0 , , / (0 .C ) = + 5 C

o ^ w , s m e l t e n v vm,o p , o ' —

De temp. v a n de warme o l i e l o o p t dus v a n 200°C n a a r 195°C.

Deze w a a r d e n l i j k e n hoog t e n o p z i c h t e v a n de s m e l t t e m p . v a n h e t PZA e c h t e r d e z e z i j n n o o d z a k e l i j k i n v e r b a n d met de p e n e t r a t i e v a n

de warmte d o o r de v a s t e P Z A - l a a g op de l a m e l l e n .

4 1

-OLIEVERHITTER H 1 3 •MZA: n i e t i n g e b r u i k .

^ To , i n= 1 9 0°C To , u i t= 2 0 0 ° C

Men neme e i g e n stoom, dwz. s t o o m u i t k e t e l H2. Ts > i n= 2 4 8 ° C , z o d a t ^ Tl n= 57,5°C

Met e e n warmteoverdrachtscoè'fficient v a n 1000 W/m K v i n d t men v o o r h e t b e n o d i g d e o p p e r v l a k : A = ^ w , s m e l t e n / (U- *Tl n > = ± 2 ' 5 ^ • **m,Sv o l g t u i t ^ . e m e l t e i T **m,S' rS , 2 4 8 ^m,S= 0 , 0 8 k g / s * OLIEKOELER H U M Z A : n i e t i n g e b r u i k , PZA: T . = 90°C T ..= 40°C o,m o, u i t z o d a t &T-, = 36°C T . = 15°C T ..= 40°C w,m w , u i t 2 U w o r d t g e s c h a t op 300 W/m K . Met de f o r m u l e 0 = A.U.aT, v o l g t v o o r h e t b e n o d i g d e k o e l o p p 2 A= 1 4 3 m De m a s s a s t r o o m k o e l w a t e r w o r d t b e r e k e n d u i t : ^m,w~ ^ w , s u b l i m a t i e ^ ^ ^ w *^p,w^ **m,w= 1 4'68 k g / s J

B e i d e b a l a n z e n z i j n w e e r g e g e v e n op de v o o r g e d r u k t e f o r m u l i e r e n . Het n u l p u n t v o o r de w a r m t e b a l a n s werd g e k o z e n op 25°C v o o r de r e a c t a n t e n B e n z e e n , N a f t a l e e n en l u o h t . Ook v o o r w a t e r ( s t o o m ) werd d i t a l s n u l p u n t a a n g e h o u d e n . V o o r h e t k o e l m i d d e l v a n de r e a c t o r ( z o u t ) werd v o o r h e t gemak aangenomen d a t de w a r m t e - i n h o u d v a n de i n de r e a c t o r k o m e n d e s t r o o m n u l w a s . Be opbouw u i t de componenten v a n i e d e r e s t r o o m i s g e g e v e n i n de s t r o m e n / c o m p o n e n t e n t a b e l l e n . Ook de F l o w s l n e e t v a n de " d u a l p u r p o s e " f a b r i e k i s i n d i t h o o f d s t u k opgenomen.