De produktie van dimethylformamide uit dimethylamine en koolmonoxide door middel van een eenstapsreaktie

.J - ..

ClO.OO ')

"

.

I

Vakgroep Chemi~che

Procestechnologie

.

•

. Verslag behorénde bij het fabrieksvoorontwerp

van

R • P • all der Lans;

J .

R.

La:ngev:eld

.

onderwerp:

opdrachtdatum:

l<i~03-1990

~;' .; -I ' '.j. ~. :-.~ 0. 1:,.

.

" 1'"

t · ,

J ., "-'-,' _Y-!F. ;.1 ' . ot. , c (j-; iil Ot ~-, ,.\ ~. ~ ,

.

' î '. ". ". ,) " ./ ~ ~ ., , '., . ) 1 " " I "hj .f.

'"

.j.-.~,)", "I ~ .. - ~'''' .... ''' { '. :., '10",; ~- .!;;'. h _/ ;,. ... , ' ~>i~ ,I:( d f "

. .. 't

/ ~' .. :" f .,

..

,. I l,' ~.' :r ); ~ ri J . '~ ct ...-; tI" t; ". , j ' .. J.

•

' t ), :"'.1 "!f ;'! ~' " . ... '~, " . ' J. \ .

Samenvatting

In dit verslag wordt een ontwerp beschreven van een proces voor de produktie van dimethylforrnamide. De voor de synthese van

dimethylformamide, DMF, gebruikte route is een eenstaps reaktie van koolmonoxide,

co,

met dimethylamine, DMA. Als katalysator wordt natriummethylaat gebruikt, welke wordt opgelost in methanol om homogene katalyse te verkrijgen.

Het proces kan grofweg opgedeeld worden in twee aparte

deelprocessen. Dit zijn respectievelijk een reaktorsectie, welke kan worden gezien als één zogenaamde 'loop' reaktor, en een

scheidingssectie, alwaar het gewenste eindprodukt gescheiden wordt van eventuele andere reaktieprodukten en niet omgezette uitgangsstoffen.

De reaktorsectie bestaat uit een reaktievat, een circulatiepomp, en een ejecteur. Hiermee wordt een groot contactoppervlak

verkregen, waardoor een hoge reaktiesnelheid bereikt wordt. Het reaktieprodukt wordt gezuiverd door middel van een

destillatie, waarbij de katalysator uitkristalliseert. Om de produktstroom te ontdoen van deze vaste stof wordt gebruik gemaakt van hydrocyclonen.

Het proces is zo gedimensioneerd, dat 20000 ton dimethylformamide per jaar wordt geproduceerd.

De benodigde investeringskosten voor deze plant zijn geschat op Mf 3.3. De jaarlijkse kosten zijn Mf 27.3 en de opbrengst van DMF bedraagt Mf 40 per jaar, wat resulteert in een

exploitatie-overschot van Mf 12.7 . Hierbij is geen rekening gehouden met belasting en rente.

c

l,., 1

I

Conclusie en aanbevelingen

Het voordeel van de produktie van dimethylformamide uit

dimethylamine en koolmonoxide door middel van een eenstapsreaktie op de door ons onderzochte manier is dat er slechts gebruik

gemaakt hoeft te worden van relatief eenvoudige middelen.

Het proces heeft een hoge omzetting en een kleine verblijf tijd in tegenstelling tot de bekende industriële reaktoren, welke gewoonlijk bestaan uit complexe torens met een klein

gas-vloeistof oppervlak, lage opbrengst en met problemen betreffende de warmteoverdracht.

De eenvoud van het proces heeft tot gevolg, dat de

investeringskosten laag kunnen blijven, wat een kleine "Pay-out timell met zich mee brengt.

Voordat de produktie van DMF in de door ons beschreven configuratie in praktijk kan worden gebracht dient aan de volgende punten nog enige aandacht te worden besteed:

De dimensies van het reaktievat.

Er is zeer weinig bekend in de literatuur over

impulsoverdracht van de twee-fasenstroom uit de ejecteur naar de vloeistof in het vat. Hierdoor is de

penetratiediepte van de straal niet bekend en kan slechts een schatting worden gemaakt van de optimale hoogte van het vat.

Deeltjesgrootte van de katalysator.

~

'i

Om onder- of overdimensionering van de hydrocycloon te voorkomen moet nader onderzoek gedaan worden naar de

deeltjesgrootte en de oplosbaarheid van natriummethylaat in het systeem methanoljDMF.

Koolmonoxide.

In plaats van zuiver koolmonoxide, zoals in het hier beschreven proces, kan ook gebruik gemaakt worden van

synthesegas. Dit heeft als voordeel, dat de grondstofkosten beduidend lager zijn, maar als nadeel dat een zwaardere pomp nodig is om het grotere gasvolume aan te zuigen. Er dient namelijk meer vloeistof rondgepompt te worden.

". I

<... 1

I I

Inhoudsopgave l . 2. 3 • 4 • Inleiding Uitgangspunten Procesbeschrijving 3.1 Inleiding 3.2 Reaktorsectie 3.3 Zuiveringsectie 3.4 Procesregeling 3.5 Opstarten 3.6 Procescondities Apparaatbeschrijving 4.1 Reaktievat 4.2 Ejecteur 4.3 Pomp

4.4 Warmtewisselaar voor afvoeren reaktiewarmte

4.5 Destillatiekolom 5. 6. 4.6 Condensor 4.7 Reboiler 4.8 Hydrocyclonen Massa- en warmtebalans Kostenschatting 6.1 Produktiekosten 6.2 Loonsom 6.3 Investeringen

6.3.1 Methode van Zevnik-Buchanan

6.3.2 Methode van wilson

6.4 Kostenevaluatie

6.5 Berekening "Pay-Out Time"

6.6 Berekening van de "Return On Investment"

Symbolenlijst Literatuur

Bijlage l . Fysische gegevens

Bijlage 2. Ontwerp vloeistof-gas ejecteur

Bijlage 3 • Ontwerp warmtewisselaar

Bijlage 4. Dimensioneren van de kolom

Bijlage 5. Ontwerp hydrocyclonen

Bijlage 6. Massa- en warmtebalans

pag. 1 3 7 7 7 9 9 11 11 15 15 15 19 19 21 23 23 25 29 33 33 37 37 37 41 43 43 45 47 49

I

C l Cl I

\.-

1

, I '--' ,-1 \...'

Bijlage 7. Specificatieformulieren apparaten Bijlage 8. Flowsheet

c

1

-, I

L I

1. Inleiding

Oimethylformamide, HCON(CH3)2t OMF, werd voor het eerst

geproduceerd in 1893. Het werd echter pas rond 1950 van technisch

belang als oplosmiddel bij het spinnen van acrylvezels. Ondertussen zijn echter vele nieuwe toepassingen gevonden.

Oe meest toegepaste processen voor de produktie van OMF zijn de

één-staps reaktie van koolmonoxide, CO, met dimethylamine, OMA,

(vgl. 1) en de twee-staps reaktie met methyl formiaat en dimethyl-amine (vgl. 2 en 3) [1]. (kat) ---> CO + CH30H (kat) ---> HCOOCH3 + (CH 3)2 NH ---> HCON( CH 3)2 HCOOCH3 HCON(CH3)2 + CH30H (1) (2 ) ( 3 )

In het kader van Fabrieksvoorontwerp werd opdracht gegeven een

proces te ontwerpen voor de produktie van DMF door middel van een éénstaps reaktie van CO met OMA. In dit éénstaps proces reageert een oplossing van dimethylamine in methanol met koolmonoxide in aanwezigheid van natriummethylaat als katalysator. De reaktie

vindt plaats bij 80-150

oe

en een druk van 15-25 bar [2]. Het

produkt wordt gezuiverd door middel van destillatie.

Oe wereldproduktiecapaciteit van OMF bedraagt ongeveer 225000 ton/jaar. Hiervan is de helft in Europa gelokaliseerd. Het

grootste deel (65-75%) van het geproduceerde DMF wordt gebruikt

als oplosmiddel voor acrylvezels en polyurethanen; 15-20% voor de

produktie van farmaceutische produkten, en de rest voor pesticides en andere doeleinden.

(.; , I

C-I

c

l

( I '-'

,

(,.., 1

I

2. Uitgangspunten

De capaciteit van de ontworpen plant bedraagt 20000 ton/jaar. Dit is een gemiddelde produktiecapaciteit van een DMF plant

volgens Ullmann [lJ. Met het aantal bedrijfsuren gesteld op 8000 per jaar komt dit neer op een produktie van 2500 kg DMF/uur.

Er is gekozen voor een proces zoals beschreven in het Duitse

patent 2710725 uit 1977 [2].

De uitgangsstoffen zijn DMA en koolmonoxide in zuivere vorm. Opgemerkt dient te worden dat ook synthesegas gebruikt had kunnen worden i.p.v. koolmonoxide. Hier komen we later nog op terug.

De katalysator, natriummethylaat, lost niet geheel op in DMF en DMA, daarom wordt methanol als oplosmiddel gebruikt. Er is dan

ook sprake van homogene katalyse. De katalysator en het

oplosmiddel worden teruggewonnen.

Bij dit proces moet water gemeden worden, omdat het met de

0

katalysator reageert tot natriumformiaat en methanol. In de

,,---~

recyclestroom moet dan ook een spui ingebouwd worden om ophoping

van natriumformiaat te voorkomen. Als uitgegaan wordt van 5 ppm

water in de grondstoffen moet ongeveer 75 kg

natriummethylaat (met 400 kg DMF) per jaar worden gespuid.

,,~

Ook reageert een klein deel van de methanol tot methyl formiaat.

Door bij de voor de vorming van DMF optimale procescondities te

werken, wordt de vorming van het bijprodukt zo goed als vermeden. Het patent spreekt niet over een significante hoeveelheid, daarom wordt in de berekeningen geen rekening gehouden met de vorming van methylformiaat. Wel is er een spui in de recyclestroom van de

• I

methanol opgenomen. ____________ . ( ,.-"'4- vV- ·~t;

... (...-

·

\ ,~

In afwezigheid van lucht ontleedt de katalysator pas bij 300"q ~.

"..,.- .

;1.-[3]. Zo'n hoge temperatuur wordt in het proces niet gehaald. )~ ~

Voor het in bedrij f nemen en houden van de fabriek zijn de }

v)f~"

volgende voorzieningen benodigd:

Koelwater. Om de reaktor te koelen en voor de de condensor van de destillatietoren. Totaal 16.8 lis.

Een aansluiting op het electriciteitsnet. Voor de pompen is

c

.

J

ongeveer 115 kW benodigd.

Een verwarmingsinstallatie voor de reboiler.

Verder moet er rekening mee gehouden worden dat koolmonoxide een zeer giftig gas is [4]. Detectoren moeten derhalve aangebracht worden bij de toevoerleiding of het opslagvat om lekkage tijdig te melden.

Een aantal fysische constanten van de bij het proces betrokken stoffen staan vermeld in bijlage 1.

(' f\(CYCLL M(1l1~0l./DuA KOOLI.AONOXlDE

GEm

DJllETHYlAI.AJNE ___..I'--t> ~

L.:J

()

MI

KA TAL YSA TOR

METHANOL R[CYCLE DuF jl< A T.

..

I l,.l(fiG(R

I I

H 61 KOCLER

I

I

H 11

I

\'[~WAR,,(R

..

2 EJEKn:UR T 7 KOLOU P 12 POMP

R J RCAKn(VAl lol 8 HYlJROCYCLDDN H IJ KO[LER

V IW oer<. ou 1 cnuu '" 9 HYlJHOCYCLOOU V '''' VLGfJS1Of-CAS $01(100/ P rCIIP P 10 I'OI.AP P 13 po,P

- - - -- --- - --, -- -- -HG 9 )!dJ_JI8

~~8'5

~

P12 - - H--~

1

(~;

"

-

"

'l

-

,

l

~)~\ J T7 lC HU

-2'IoowmH

~---OPJ5

0)-{'<T

@TI;

B

~- re

~

~--~~(Ï,J~----~ = CU[ 4

@àill--'---

CID

H

~

.---P~R~O~C-E·SS""C""H""Ec-•• I,...,A--v-on----;PO:-;R""O~D""'U:-;,K""ll=E~D=-=J-;-:IA~E';TH~YLF~Oo-R~tA AM JOE

uit DIIoAETHYLAMINE en KOOLMONOXIDE

R.P. vld Lon~

J.l1. lonfJovl'lld

o

Sltooffiuumm.r

o

lom? In C

rob,. vOOf'"onlwerp 2U52

o

....

b'. druk In bor

Fig. 3.1. Schematische weergave van het voorgestelde proces.

3. Procesbeschrijving

3.1. Inleiding

De voor de synthese van dimethylformamide, DMF, meest gebruikte routes zijn respectievelijk de eenstaps reaktie van koolmonoxide, CO, met dimethylamine, DMA, en de tweestaps reaktie met

methylfor.miaat en DMA. In het hier beschreven ontwerp wordt gebruik gemaakt van de bovengenoemde éénstaps reaktie.

Het proces is schematisch weergegeven in figuur 3.1. Het proces kan grofweg opgedeeld worden in twee aparte deelprocessen. Dit zijn respectievelijk een reaktorsectie, welke kan worden gezien als één 'loop' reaktor, en een scheidingssectie, alwaar het gewenste eindprodukt gescheiden wordt van eventuele andere reaktieprodukten en niet omgezette uitgangsprodukten.

3.2. Reaktorsectie

De reaktorsectie kan worden gezien als een 'loop' reaktor. De 'loop' bestaat uit een reaktievat (R3), een circulatie pomp (P5), een uitwendige heat exchanger (H6) en een ejecteur (M2). Het

vloeibare reaktiemengsel wordt continu vanuit de tank (het

voorraadvat waarin de reaktie zich afspeelt) door middel van de circulatiepomp via de heat exchanger door de nozzle rond

gepompt.

In de nozzle wordt met het vloeibare reaktiemengsel als

drijfmiddel de voor de reaktie benodigde hoeveelheid koolmonoxide aangezogen. De uitgangsstoffen voor de synthese van DMF en de recycle stromen komen het reaktievat binnen onder het

vloeistofoppervlak.

Een deel van de door de pomp verstuwde vloeistof gaat niet naar de nozzle, maar wordt afgesplitst naar de zuiveringssectie.

I

c

'

I I I I

c

~

c

'

( ' -' ,

c

I

I

c

C I

I

I I C

I..-I

~)

3.3. Zuiveringssectie

De zuiveringssectie bestaat uit een destillatiekolom (T7) met bijbehorende reboiler (Hll) en condensor (H13 en V14), gevolgd door twee hydrocyclonen (M8 en M9). Het topprodukt van de

destillatie, voornamelijk methanol en OMA, wordt gecondenseerd waarna een deel wordt teruggevoerd naar de kolom en een deel weer terug gaat naar het reaktievat. Het bodemprodukt, voornamelijk OMF en vast natriummethylaat, wordt door middel van twee

hydrocyclonen gescheiden in een schone vloeistofstroom en een slurrie. Een deel van de schone vloeistof gaat via de reboiler terug naar de kolom, het andere deel is eindprodukt. De slurrie wordt teruggepompt naar het reaktievat.

3.4. Procesregeling

De reaktiecondities in het reaktievat worden op de gewenste waarden gehouden met behulp van controlers. De druk in het vat wordt geregeld met een ventiel dat is ingesteld op de gewenste reaktiedruk [2]. Dit ventiel wordt voorafgegaan door een knockout drum welke de door het aflaatgas meegevoerde produkt terugvoert. De temperatuur in het vat wordt geregeld door het debiet van de koelvloeistof in de heat exchanger te manipuleren.

De stroom van de reaktor naar de destillatiekolom wordt met behulp van een levelcontroler zodanig geregeld dat het vloeistof-niveau in het reaktievat op de gewenste hoogte blijft. Ook de bodemstroom uit de kolom en de uitgang van de condensor van deze kolom worden door middel van levelcontrolers geregeld. Dit om droogvallen van respectievelijk de kolom en de condensor te

voorkomen. De condensor- en reboilerstroom die teruggaan naar de

.. ~.

--kolom worden geregeld met flowcontrolers, welke zo zijn ingesteld dat de uitgangsstromen van de kolom een gewenste zuiverheid

bereiken.

c

c

o

I

, I

l..

c

~'

3.5. Opstarten

Om de 'loop' reaktor op te starten moet de volgende procedure worden gevolgd [5]:

Controleer of er geen vloeistof in de aanzuigkamer van de

ejecteur meer is.

Sluit de regelaar van de gasaflaat achter de knockout drum. Er moet voldoende vloeistof in het systeem aanwezig zijn om

te voorkomen dat er gas in de vloeistofpomp kan komen.

start de vloeistofpomp.

Controleer dat het uiteinde van de ejecteur onder het vloeistofniveau van het reaktievat blijft.

Zorg voor de benodigde druk in het reaktie vat door

bijvoorbeeld een inert gas toe te voeren. Met het toenemen

van de druk in het reaktievat zal de mixing shock (zie par.

4.2.) zich stroomopwaarts in de ejecteur bewegen.

3.6. Procescondities

Een OMA stroom van 0.429 kg/s met een temperatuur van 25 :C

wordt opgemengd met een recycle methanol/OMA stroom van 133°C en

een recycle DMF/katalysator stroom van 267

oe.

Alle stromen

bevinden zich op een druk van 22 bar. Dit mengsel kan eventueel

worden aangevuld met methanol en katalysator afhankelijk van

hoeveel van deze produkten verloren gaat door omzetting cq.

spuien. Na het mengen heeft de stroom een temperatuur van 62

o

e

en een samenstelling van 69.65 gew% OMA, 29.70 ,gew% methanol en

0.55 gew% natriummethylaat.

Deze stroom wordt in het reaktievat, waar een temperatuur en

een druk heerst van 90

o

e

en 22 bar, opgemengd met het al

aanwezige reaktiemengsel en in contact gebracht met het in de ejecteur aangezogen en gedispergeerde koolmonoxide. De

koolmonoxide wordt in de ejecteur aangevoerd met een temperatuur

van 25

oe

en een druk van 2.2 bar. Het drijvende medium in de

ejecteur is het uit het reaktievat gepompte reaktiemengsel. Deze

stroom wordt met een debiet van 52.6 kg/s door de ejecteur

gepompt met een druk van 46.1 bar. hierbij wordt 0.266 kg/s

koolmonoxide aangezogen dat zo wordt gedispergeerd dat in het

c

c

c

L

c

c

reaktievat een gas/vloeistof oppervlak ontstaat van 1200 m2 /m 3 . In het reaktievat wordt, bij de beschreven temperatuur en druk en het bereikte gas/vloeistof oppervlak, het OMA voor 98.5% omgezet. Om het vloeistofniveau in het reaktievat constant te houden moet 0.904 kg/s van het reaktiemengsel afgetapt worden. Deze stroom wordt voor zuivering van het OMF aan de destillatie toren aangeboden bij een druk van 10 bar.

Het methanol en het niet omgezette OMA verlaten de toren via de

top bij een temperatuur van 133

oe

en een druk van 9.9 bar en

worden bij 22 bar teruggevoerd naar het reaktievat. 2.0 kg/s DMF verontreinigd met neergeslagen katalysator verlaat de kolom bij

een temperatuur van 267

o

e

en een druk van 10.2 bar. Het OMF

wordt gezuiverd door middel van twee hydrocyclonen waarna 1.3

kg/s weer teruggaat naar de kolom en een produktstroom overblijft

van 0.695 kg/s. De slurrie, verkregen na scheiding met de

hydrocyclonen, wordt bij een druk van 22 bar teruggepompt naar

het reaktievat.

VLCf I) TOF

ri

l

GAS

~

I

I

, VOEOI1./6 _" _ _ -,

Fig. 4.1. Schematische weergave van het reaktievat.

c

I

c

I C

4. Apparaatbeschrijvinq

In dit hoofdstuk worden de dimensies van de verschillende

apparaten besproken. Slechts de uiteindelijke dimensies van deze apparaten worden hier vermeld. De gebruikte berekeningsmethoden en theorieën staan uitgelegd in de bijlagen.

4.1. Reaktievat

De gemiddelde verblijf tijd van het reaktiemengsel in het

reaktievat, bij gebruik van een '1oop'configuratie, nodig voor omzettingen van bijna 100%, ligt in de buurt van een half uur

[6]. Bij een produktie van 2500 kg/hr DMF en een

vloeistofbezetting van 80% is dan een reaktievat nodig met een

volume van 1.6 m3 .

Om te vermijden dat het in het reaktiemengsel gedispergeerde, niet opgeloste gas door de circulatiepomp wordt meegesleurd, moet het reaktievat een bepaalde minimale hoogte hebben. Deze hoogte moet toereikend zijn om het niet opgeloste gas naar het vloeistofoppervlak te doen keren. Dit gebeurt als gevolg van het dichtheidsverschil tussen het gas en de vloeistof.

Een tweede maatregel om te voorkomen dat er gas wordt meegezogen door de pomp, is het plaatsen van een plaat in het vat. Dit

gebeurt zodanig dat het gedispergeerde reaktiemengsel niet rechtstreeks vanuit de nozzle bij het aanzuigpunt van de pomp kan komen. Deze maatregel heeft bovendien als voordeel dat er een goede menging optreedt en het gas voldoende impuls verliest.

Het vat is cilindrisch van vorm en loopt aan het eind conisch toe (zie figuur 4.1). Het heeft een geschatte hoogte van 2 m en een totaalvolume van 1.6 m3 .

4.2. Ejecteur

De absorptie van het te reageren koolmonoxide is voor het hier onderzochte proces de snelheidsbepalende stap. Omdat bij een gegeven druk en temperatuur de oplosbaarheid van het gas vast

~éCTlON-" - - -_ . - - .:_-,ji'7-- " : -L!QUID - . ( MIXING '--_ _ ----' - -JET F L O W - -SHOCK ·- -FR01H FLOW

.

r i /,P,~,

I

-lJ' ",; : = : ::

====

'

~

---Fig. 4.2. Schematische weergave van een gas-vloeistof ejecteur.

Kwalitatieve verandering van de druk en de snelheid van

het gas en de vloeistof over de ejecteur.

Fig. 4.3. De voorgestelde ejecteur.

c

L

c

c

L

I

ligt, kan de snelheid van de reaktie alleen worden vergroot door het contact oppervlak tussen gas en vloeistof te vergroten. Voor deze situatie is het gebruik van een 'loop'reaktor gekozen [6].

In de 'loop' wordt gebruik gemaakt van een nozzle voor het

aanzuigen en dispergeren van het te reageren gas. Op deze manier worden gas/vloeistof oppervlakken bereikt welke ongeveer dubbel

zo groot zijn als bij conventionele geroerde tank reaktoren. Een bijkomend voordeel is dat een ejecteur geen bewegende delen

bevat. De kosten in aanschaf en onderhoud zijn dan ook relatief laag.

In figuur 4.2 is schematisch een Vloeistof-gas ejecteur weergegeven. Met de Vloeistof-gas ejecteur wordt, met de vloeistof als drijvend medium, de benodigde hoeveelheid gas

aangezogen [5). De vloeistof wordt vanuit de nozzle (a) centraal de mengbuis (c) ingespoten. Het gas stroomt vanuit de

voedingsleiding (d) naar de aanzuigkamer (b) en wordt aangezogen in de mengzone (e). In het diffusiegedeelte wordt een gedeelte van de kinetische energie van het mengsel omgezet in druk.

Een zogenaamde mixing shock treedt op aan het eind van de mengbuis juist voor de diffusiesectie. Hier vindt een

verandering plaats van jet stroming naar froth stroming, waarbij het gas zodanig gedispergeerd wordt dat er sprake is van zeer grote gas/vloeistof oppervlakken [7][17].

Bij de berekening van de dimensies van de te gebruiken ejecteur zijn ontwerpprocedures gebruikt die gebaseerd zijn op

experimenten waarbij mixing shock optrad. De op deze manier

verkregen afmetingen van de ejecteur staan vermeldt in tabel 4.1

en verduidelijkt in figuur 4.3. De berekeningen zelf staan vermeldt in bijlage 2.

Tabel 4.1. De afmetingen van de ejecteur te gebruiken in het proces voor de vorming van dimethylformamide. De gebruikte symbolen staan uitgelegd in figuur 4.3. Alle afstanden zijn in cm. 5 106 26 15 7 2.50 17

c

4.3. Pomp

De doorzet van de pomp moet zodanig hoog zijn dat er goede warmte overdracht tussen het reaktievat en de warmtewisselaar mogelijk is. Bovendien moet het bij deze doorzet mogelijk zijn om met de gebruikte ejecteur de benodigde hoeveelheid koolmonoxide aan te zuigen, waarbij dan een gas/vloeistof oppervlak van

tussen de 1000 en 2000 m2/m 3 verkregen moet worden.

Bij deze doorzet blijft de eventueel gevormde neerslag, als gevolg van de met de pomp verkregen turbulentie in de

vloeistofstroom, gesuspendeerd. Hierdoor zal zich geen vaste neerslag vormen, waardoor een goede warmte overdracht mogelijk blijft.

Bij een doorzet van 52.6 lis en een drukopbouw van 22 naar 46.1

bar wordt aan boven beschreven eisen voldaan. Bovendien wordt bij

deze doorzet het reaktiemengsel in het reaktievat zodanig

gemengd, dat er sprake is van een homogeen gemengde vloeistof.

4.4 Warmtewisselaar voor afvoeren reaktiewarmte

Om de reaktiewarmte af te voeren wordt gebruik gemaakt van

koelwater, dat verwarmd wordt van 25°C tot 40°C. De reaktor wordt

op een constante temperatuur van 90°C gehouden. uit de

enthalpiebalans volgt dan dat de af te voeren warmte 1017 kW is, zodat er 14.1 kg/s koelwater nodig is. We laten het koelwater door de buizen stromen, omdat de massastroom hiervan het laagst

is. Er kan dan met een kleinere ww volstaan worden dan wanneer

het koelwater door de mantel stroomt.

De massastroom van de circulatievloeistof is 52.6 kg/s en wordt

gekoeld van 90°C tot 82.7°C. De stofconstanten van beide stromen

en gedetailleerde gegevens van de ww staan vermeld in de tabellen

1 en 5 in bijlage 3. De berekening vond plaats volgens het berekeningsvoorbeeld van Van den Berg [9].

De dimensies van de ww zijn:

- Manteldiameter

=

0.5 m

Lengte

=

2.7 m

- Verwarmend oppervlak

=

24 rn 2

- Aantal buizen 110 (4 passes)

U

_g

t

t

t

t

t

t

hb

-\-1-L - -

1 t ' -Ug,p

....

A

=

acti ef opptZrvlak (bubbling artZa) B

Fig. 4.4. Schematische weergave van de schotelconfiguratie.

c·

c

c

c

l..

I

4.5. Destillatiekolom

Het opwerken van de produktstroom uit het 'loop'reaktorsysteem gebeurt door middel van destillatie. Deze produktstroom bestaat voornamelijk uit het reaktieprodukt (DMF) , methanol en nog wat niet omgezet OMA. Het gewenste OMF is gemakkelijk te scheiden van de beide andere stoffen, daar dit produkt een kookpunt heeft dat aanzienlijk hoger ligt dan dat van de andere stoffen [10]. Er treedt echter een complicatie op bij deze scheiding.

In de te bewerken produktstroom is ook natriummethylaat, dat dienst doet als katalysator bij de reaktie, aanwezig. Deze katalysator lost goed op in methanol, maar slecht in DMF. Als tijdens de destillatie het methanol over de top van de kolom verdwijnt zal het natriummethylaat uitkristalliseren in het zo goed als zuivere en slechte oplosmiddel, DMF.

Bij het ontwerp van de destillatiekolom moet daarom rekening gehouden worden met het ontstaan van vastestofdeeltjes in de bodemsectie van de kolom. Bovendien is de katalysator slechts stabiel tot 300 °C, zodat de scheiding plaats kan vinden bij een druk van ten hoogste 10 bar. Bij deze druk is het kookpunt van OMF nog ruim beneden de ontledingstemperatuur van de katalysator, zodat deze behouden blijft en kan worden gerecycled naar het reaktievat.

Daar er een vaste fase in de kolom aanwez~g is, werd gekozen voor een kolomconfiguratie met zeefplaten. Zeefplaten zijn minder gevoelig voor verontreinigingen dan klepschotels of gepakte

bedden [11]. Bovendien zijn zeefschotels goedkoper en beter en gemakkelijker te onderhouden/ vervangen dan beide andere opties.

Het benodigde aantal schotels is berekend met behulp van het simulatiepakket CHEMCAD 2 -versie 2.4 en bedraagt 15. Oe voeding komt binnen op schotel 7.

De schotelconfiguratie is zodanig ontworpen dat er net geen sprake is van flooding (zie bijlage 4) [12]. Oe uiteindelijke afmetingen van de schotelkarakteristieken staan vermeld in tabel 4.2 en schematisch weergegeven in figuur 4.4.

----1

c

'

_I (: C '

I

cl

)

Tabel 4.2. De configuratie van de schotels van de destillatie-toren voor de zuivering van dimethylformamide. De destillatie-toren bestaat uit twee secties, de topsectie boven de voedingschotel en de bodemsectie. De in deze tabel gebruikte symbolen worden

verduidelijkt in figuur 4.4.

schotel topsectie bodemsectie

aantal (-) 7 8 D (m) 0.20 0.35 Abub (m2 ) 0.03 0.09 B (m) 0.03 0.15 s (m) 0.02 0.02 Hs (m) 0.60 0.60 Hw (m) 0.025 0.025 Ó (m) 0.005 0.020 4.6. Condensor

Het topprodukt van de destillatiekolom wordt geheel

gecondenseerd. Een deel van deze stroom gaat als recycle terug

naar de reaktor en de rest gaat als reflux terug de kolom in. Met behulp van CHEMCAD 2 -versie 4.2 is het benodigde

koelvermogen uitgerekend, te weten 224 kW. Ook hier wordt

koelwater gebruikt, dat opgewarmd wordt van 25°C tot 40°C. Voor

het laten condenseren van het topprodukt lS dan 2.7 kgjs nodig.

Het koelwater stroomt door de buizen.

Zie bijlage 3 voor het ontwerp van deze condensor. De dimensies zijn:

- Manteldiameter 0.25 m

- Lengte

=

1.2 m

- Verwarmend oppervlak

=

2.0 m2

- Aantal buizen

=

28 (4 passes)

4.7. Reboiler

Nadat het bodemprodukt van de kolom ontdaan is van vaste stof

wordt een gedeelte van het produkt in de reboiler verdampt. Het hiervoor benodigde vermogen is 575 kW. Omdat de temperatuur van het bodemprodukt vrij hoog is (T=540 K) is stoom niet meer

toereikend en daarom wordt er een olie gebruikt.

Cl

I

L

c

L I ',---,

c.

C, (.. , ,

I

I

1...-1

Er wordt gebruik gemaakt van een kettle-type reboiler met het

verwarmend medium in de buizen. Alleen de U-buis pijpenbundel van

deze reboiler is ontworpen en de berekeningen staan in bijlage 3.

De uiteindelijke dimensies van deze reboiler (U-buis) zijn (zie

tabel 8 bijlage 3):

-

Diameter bundel

₌

0.44 m

-

Lengte

₌

3.65 m

-

Verwarmend oppervlak 29 m2

-

Aantal buizen

₌

134 (6 passes)

4.8. Hydrocyclonen

Er is gekozen voor hydrocyclonen als scheidingsmethode om de katalysator uit het produkt te halen, omdat dit een relatief

goedkope en compacte methode is. Het is niet alleen nodig de kat.

uit het uiteindelijke produkt te halen, maar ook uit de te verdampen stroom om aanslag en verstopping in de reboiler te voorkomen. Het bodemprodukt, 7800 kg/uur, wordt door de cycloon gesplitst in twee stromen:

Een slurry met de kat. die naar de reaktor teruggaat, en een stroom met bijna zuivere DMF, die weer gesplitst wordt

in een deel dat naar de reboiler gaat en een deel dat als

eindprodukt afgeleverd wordt.

Met behulp van empirische relaties volgens Bradley [13] kunnen

de grootte en de drukval van de cycloon berekend worden bij een

bepaald scheidingsrendement.

De grootte van de deeltjes is gesteld op 70~ aan de hand van

Janssen [14], die als deeltjesgrootte van commercieel

verkrijgbaar natriummethylaat 70~ opgeeft. Om niet voor de

verrassing te staan dat de reboiler verstopt raakt, zouden voor de volledigheid metingen verricht moeten worden aan het systeem DMF/methanol/NaOCH 3 ·

Als uitgangspunt voor de terug te voeren slurry is een

massapercentage kat. van 15% genomen. Het is niet mogelijk om dat

met één cycloon te bereiken, zodat een tweede in serie is gezet.

De manier waarop de hydrocyclonen gedimensioneerd zijn staat in

bijlage 5. De uiteindelijke dimensies zijn (zie bijlage 5, tabel 2) : - Lengte - Diameter - Vloeistofdebiet cycloon 1

=

0.85 m

=

o.~

~

o

li s

./

cycloon2 0.32 m 0.05 m 7.0 lis 27

Cl Cl

c

c

i

c

c

G

5. Massa- en warmtebalans

De massa- en warmtebalans staat vermeld in bijlage 6. Er zijn

een aantal aannames gemaakt als uitgangspunt bij de berekening hiervan.

Er is uitgegaan van 2500 kg/uur DMF als produkt. De overige

stromen zijn hieraan aangepast.

Bij de massabalans is de katalysator niet meegenomen. Wel is bij de destillatietoren 12 kg/uur extra DMF genomen ter vervanging van de katalysator. Dit is gedaan omdat het percentage

katalysator in de hydrocycloon wel significant is. In de stroom

die de kolom uit gaat, wordt de extra DMF vervangen door

katalysator. Na de hydrocyclonen wordt de katalysator weer

verwaarloosd, waardoor de recycle-stroom die de reaktor in gaat

geheel uit DMF bestaat. Dit is alleen gebruikt in het ontwerp van de cyclonen en is niet meegenomen in de massabalans.

Verlies van katalysator in de produktstroom is eveneens verwaarloosd.

spuien zijn niet meegenomen, omdat de stromen erg klein zijn en

de precieze grootte niet bekend is. Er wordt in werkelijkheid een

kleine hoeveelheid van de methanol-recycle en een deel van de kat.-recycle gespuid.

Voor de berekening van de warmtebalans is gebruik gemaakt van de

volgende formule: H

=

T <Pm

*

f

Cp dT 298.15 + _<Pm

_*

_r waarin H = enthalpie (kW) <Pm = massastroom r reaktiewarmte (kg/s) (J/g) Cp = soortelijke warmte (J/gK) ( 4 )

Als nulpunt is 25°C genomen. In plaats van de vormingsenthalpieën

is de reaktiewarmte meegenomen en als waarden voor de Cp zijn de waarden uit tabel 5.1 gebruikt.

c

G

c

tabel 5.1. Specifieke warmtecapaciteit van vloeistoffen [8].

Cp

=

A + B*T + C*T 2 + D*T 3 + E*T 4

A tjm E zijn constanten: T in K, Cp in JjkmolK.

stof A B C 0 E

MeOH 1. 076E5 -3.806E2 0.9790 0.000 0.000

OMA 5.065E5 -8.987E3 70.45 -0.2282 2.656E-4

OMF 3.200E4 8.580E2 -2.246 2.356E-3 0.000

Het is niet nodig om verdampingswarmten mee te nemen, omdat alle stromen vloeistoffen zijn.

Verwaarloosd is het verlies aan warmte naar de omgeving door

apparaten/leidingen en aangenomen is dat er geen temperatuurverschil is over de pompen.

I

c

6. Kostenschattinq

Om een schatting van de totale kosten van de ontworpen plant te

maken is gebruik gemaakt van het volgend vereenvoudigd model

[15]:

KT

=

Kp + KI + KL

=

a*P + f*I + d*L ( 5)

met: KT

=

Totale kosten

Kp = Produktievolume afhankelijke kosten

KI = Investeringsgebonden kosten

KL Loonafhankelijke kosten

P = Produktiekosten (grondstoffen en voorzieningen)

I

₌

Investeringen

L

₌

Loonkosten

In het model zijn rente, afschrijving en werkkapitaal niet

---..::....---inbegrepen.

\

\

Voor de factoren a,d en f, die de kosten in rekening brengen die \

afhankelijk zijn van P, I en L zoals onderhoud, verzekering enz., .

worden waarden uit het "Beste model" gebruikt:

a

=

1. 13 - -

\J

~~~

c;...

d = 2.6

f 0.13

Eerst zullen schattingen gemaakt worden voor de produktiekosten,

de investeringskosten en loonkosten. Daarna zullen twee

verschillende rentabiliteitsberekeningsmethodes gebruikt worden, de "pay out time" (POT) en de "Return on investment" (ROl).

6.1 Produktiekosten

De produktiekosten worden geschat door voor iedere grond- en hulpstof de prijs te vermenigvuldigen met het verbruik.

Met afvalstoffen is geen rekening gehouden en het stookrendement van de verhitting van de reboilerolie met aardgas is gesteld op 30%. Voor de aandrijving van de pompen wordt electriciteit

~ruikt.

_{, 1"")-}

~.

, . '" ,1",\ 'l

Jaar 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1 1970

I

1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1 M & S instal-I led eauil'ment I , _indpx I 1926 = 100 I (Process ind.) \ 167 178 179 181 184 I ₁₈₉ 206 224 228 232 237 236 237 I 238 241 244 252 263 273 285 303 321 332 344 398 I 444 472 505 545 599 660 72] 746 761 780 790 798 814 852 ~900 , Encost voor

Chem. r:ng.

I

PE Co=osite \ ?reisinciex

Plant Cost Plant Constr. (\~ .DtsL)

Index Cost (l"K) 1962 = 100

';ina,

19~O!N'd.rlan~

I

.

(USA) Jan.1970 en 1957.'59=100 _{Jan. 1980 en 1985} .. 5 1 9 76 - I Jan. 19 75= = 100 genomen 100 geno- I men.'.

I

100

I

73,9 41,7 53,5 80,4 48,8 63,7 81,3 53,5 72,7 84,7 52,6 74,3 86,1 54,1 74,3 88,3 59,4 77 ,0 93,9 , 62,5 80,7 98,5 64,4 84,5 99,7 65,7 88,2 101.8 67,5 88.8 102,0 68,2 91,4 101,5 69,7 95,5 102,0 70,9 100,0 102,3 72,0 101, J 103,2 74,3 104,6 104,0 77,0 108,7 107,2 81,6 III ,1 109,7 83,0 107,8 113,7 80,0 102,8 119.0 1 92.7 110.1 125,7 105 • 125,7 51 132,2 115 135,5 60 137,2 125 140,0 67 144,1 138 146,6 70 165,4

I

168 158,3 78 • 182,4 218 166,8 104 192,1 281 175,8 111 204,1 310 185,4 114 218,8 338 191,6 122 238.7 363

.

200;8 118 261,2 108 125,3* 124 297,0 119 132,9 , 131 314 128 140,5 142 316,9 140 144,4 ₁₅₄ 322,7 150 147.2 ₁₅₄ 325,3 105· _{150,4 157} 318,4 110 _{154,0 159} 323,8 115 159,6 ₁₆₃ ]42,5 125 164,7 lóS ~]56,0 ₁₃₅ ~170,O _?

Indexcijfers van enkele kostenindices

Fig. 6.1. Plant Cost Index.

I I L

c

c

L

. J

In tabel 6.1 staan de geschatte produktiekosten.

Tabel 6.1. Schatting van de produktiekosten (P).

GRONDSTOF HOEVEELHEID PRIJS PRIJS*HOEVEELHEID

DMA 12370 ton/jr _f 1300 /ton Mf 16.1 / j r

CO 7683 ton/jr _f 420 /ton Mf 3.2 / j r HULPSTOF Aardgas 1570*10 3 m3/ j r _f 0.19 /m3 Mf 0.3 / j r koelwater 480*10 3 m3/ j r _f 0.05 /m3 Mf 0.02 / j r electriciteit 9.5*10 5 kWh/jr _f 0.10 /kWh Mf 0.1 / j r

Totaal

(P) :

Mf

19.72 j j r

Omdat de katalysator en methanol gerecycled worden, zijn de kosten van deze stoffen buiten beschouwing gelaten.

Als dollarprijs is f 2,- genomen. Prijzen van de grondstoffen

komen uit Kirk-othmer [11] en van de hulpstoffen uit de

Handleiding [16].

_ . _ -1039---~---~ __ ~ __ --~ 20 18 16 14 o 12 0 ' ) 10

.s

I.. ₈ :::J :::J

-

<U 6 I.. V a. E u 4

-2

/

/

/

/

~

!

Temperatuur1alHor -curve

I

I

Methode van ze~nik -Buchanan j

f

r---

r---o

c:

.

-

₁₀₂ E a..

"

a.

-

0 a. '-.,. )( <U a..E Ol 10 c I "C Drukfaktor-curve :::J _{Methode van} 0 .c _{Zevnik - Buchanan} I.. u > .x :::J I.. "C o 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 o 0.05 0.1 0.15 02 025 0:3

temperatuurfaktor Ft druk faktor Fp

F CONSTRUCTION MATERIAL : lo=m

m

0 Cast iron. carbon steel. wood I

0, I Aluminium. copper, brass, stainless steel 1,26

(400 series) I 0,2 Honel, nickel, i:lconel stainless steel 1,58 I

(300 series)

0,3 Hastelloy, etc. 2,0

0,4 Precious metals 2,5

Alloy factors for var~ous rnaterials of construction

Fig. 6.2. Ft, Fp en Fm voor de methode van Zevnik-Buchanan.

L L L C

I

cl

I ~ I ~I

J

6.2. Loonsom

Voor de berekening van de loonsom is gekozen voor de Wessel-relatie:

manuren aantal stappen

=

k

*

ton produkt (capaciteit/dag) 0.76

Hieruit kan het volgende verband afgeleid worden:

L

=

32

*

aantal stappen

*

CO. 24

waarin: L = totale loonsom in kf

C capaciteit in kT/jr.

( 6)

(7)

Dit geldt voor een continu proces voor 1986 op basis van 350 kf

per functieplaats.

Met het aantal stappen gelijk aan twee (een reaktor en een destillatie als functionele eenheden) wordt de totale loonsom

L=l31 kf. Voor een continu proces komt dit op nog geen halve

functieplaats per jaar. Dit zou alleen mogelijk zijn als de plan~

als deel van een groter geheel gezien wordt. Toch lijkt het ons

I

reëler als er één functieplaats is. Voor een ç~

---ploegendienst moet dit met vijf vermenigvuldigd worden. De totale

loonKêst~n

komen dan op Mf

~

5

per jaar.

6.3. Investeringen

Voor de berekening van de investeringskosten is gebruik gemaakt

van een tweetal stapmethodes.

6.3.1. Methode van Zevnik-Buchanan

Deze methode is gebaseerd op het feit, dat investeringen een functie zijn van:

- procescapaciteit en - procescomplexiteit.

- - - _ . - - -

-10T---~---T_--_4---~---~~10

I complexity Methode van Zevni k - Buchanan

Bepaling: Prijs per funktionele unit Basis: 1978 07---~---_+--~~~~~~~~~~---__+1,0 m=0.5 degressieexponent m =0.6 - - - - . I +---~~~~~~--~~~~~~--~~

__

~~~---~~~M_O,O,

-

105 Produktie ton/jaar

Bepaling investeringen per funktionele eenheid

Fig. 6.3. IE als functie van de produktie voor de methode van

Zevnik-Buchanan. 106

c,

Cl

I

_I

~I

i

Voor de schatting van de kosten zijn slechts vier basisgegevens

vereist: - procescapaciteit

- het aantal functionele eenheden (N=2) - een "cornplexity factor" (Cf)

Plant cost index (CI=360, zie figuur 6.1)

Voor de "cornplexity factor" geldt:

(8)

Hierin zijn Ft, Fp en Fm respectievelijk temperatuur-, druk- en materiaalfactoren, die de prijs van een functionele eenheid

corrigeren voor verschillende werkcondities. In figuur 6.2

kunnen waarden voor deze constanten gevonden worden.

Voor de investeringen geldt:

I = IB + IH = N

*

IE

*

1.33

*

Cl / 219 (9 )

met I = totale investering

IB = investering in de proceseenheden

IH = investering in de hulpapparatuur, zoals ketels, gebouwen enz.

IE = investering per functionele eenheid

Aangenomen wordt dat I B 75% van de totale investering is. uit figuur 6.3 kan de prijs per functionele eenheid afgelezen worden en uit figuur 6.1 de "Plant cost index".

De resultaten van deze methode toegepast op de plant zijn weergegeven in tabel 6.2.

4.l c

.

-U _vloeistoffen ::::> ~ vaste

-

<I'l 10 3 stotten 0 U c ::::> v Ol Cl] L-V > ~ 10 2 0.5 2 3 4 5 10 20

inves terlngs fakt or f

Fig. 6.4. Investeringsfacter f als functie van de jaardoorzet

voor de methode van Wilsen.

....

<I'l o U4.l ,." 10 Wi I son (971) / '

V

~ c: 10 c , -.<1

. /

V

::::>

.

. .

<

: /

10 10 2 102 103 104 105 106

Jaardoorzet in tonnen van

Average Unit

Fig. 6.5. Average Unit Cest

AUC" 21 (Jaardoorzet)0,675 '\../

L

C G

c

-Tabel 6.2. Investeringen (in Mf) volgens Zevnik-Buchanan.

N _{Ft Fp Fm Cf Cl IE} I

2 0.045 0.17 0.0 3.3 360 0.8 3.4

Met deze methode wordt voor de investering een schatting van

Mf 3.4 verkregen met een dollarkoers van f2,-.

6.3.2. Methode van Wilson

Ook bij deze methode is de benodigde informatie gering. In plaats van het aantal functionele eenheden wordt uitgegaan van het aantal apparaten (N), exclusief pompen.

Er geldt:

(10)

met f = factor afhankelijk van het soort proces (vlst/vast, zie

figuur 6. 4 . )

AUe

=

bverage Qnit çost (figuur 6.5.)

N = aantal apparaten (=11). De reaktor en de ejecteur zijn als twee apparaten beschouwd.

Ft, Fp en Fm zijn correctietermen voor temperatuur, druk en materiaal (figuur 6.6).

Tabel 6.3 geeft de resultaten weer van deze methode. Hierbij is weer aangenomen dat IB 75% van de totale investeringskosten is.

Als koers van de Engelse pond wordt f8.64 genomen, de wisselkoers

uit 1971.

Tabel 6.3. Investeringen (in Mf) volgens Wilson.

N f _{Ft Fp Fm} AUC _IB I

11 1.6 1.1 1.1 1. 25 0.086 2.3 3.1

De met deze methode verkregen investeringskosten bedragen Mf

3.1.

- - - -1.4 a. u.. 1.3 L

3

1.2 ~ (1] ~ 1.1 :J L "0 lO 10-3 1.4 ~

\

\

~

/

:

/

L

"-..

r---

~

10-'

10 druk in atm. , I I u.. 1.3 L o ~ 1.2 1

I

/

I I

/

V

I (1]

---

I _~ I

--- r--à. 1.' E <l) ~ 1.0 , -100 _o 10 100 1000 temperatuur in

oe

Methode van Wi Ison : temperatuur-en drukfa ktoren

L o 1.0 1. 1

-1.2 :-1.3 1-1.4

.-~ 1.5 (1] i - '-1.7 1.8 1-1.9 ,-2.0 0 r -B Koistofstaal rons Ko olstof /Molybdeen Aluminium LS meedijz.er Ro estvrijstaal (AISI 321) Wo rthite Ro Ha

est vrijstaal (AI SI 316) stelloy C M onel ckel Ni Tit aan Konstruktie·materiaalfaktor voor de methode van Wilson

10.000

Fig. 6.6. Ft, _Fp en Fm voor de methode van Wilson.

---,

c

c

I

~I

L

6.4. Kostenevaluatie

Met formule 5 worden de totale kosten:

Kt

=

1.13*19.72 + 2.~*~75 + 0.13*3.25

=

Mf 27.3

. V:t(1

-k \u.~,

\

Hierbij is als totale investeringskosten het gemiddelde van de beide stapmethodes gekozen.

De opbrengst van het gemaakte product DMF is 20000 ton/jr met een prijs van $1000/ton [11]. Dit komt neer op Mf 40/jaar. Het is volgens deze methode een winstgevend proces, want het netto

verschil tussen kosten en opbrengst bedraagt Mf 12.7.

6.5. Berekening van de "Pay-Out Time"

De pay-out time wordt gedefinieerd als het minimum aantal jaren, dat nodig is om de oorspronkelijke investering terug te

verdienen. Onder oorspronkelijke investering wordt alleen maar de afschrijfbare, vastgelegde kapitaalinvestering gerekend. Het

werkkapitaal wordt verondersteld aan het eind terug te worden verkregen. Voor de POT geldt:

POT L: EO IF 1 waarbij

Eo

IF exploitatie-overschot

investering (fixed capital)

(11 )

Het exploitatie-overschot wordt gevonden door de opbrengst te verminderen met variabele en semi-variabele kosten. (Verzekering, rente en belasting worden niet meegerekend) .

In ons geval, met

Eo

=

Mf 12.7/ jr en lF

=

Mf 3.25, wordt de out time POT

=

3.1 maanden. Dit lijkt ons zo snel, dat de realiteit hiervan sterk in twijfel wordt getrokken.

I

cl

I

c

Cl

c

c

6.6. Berekening van de "Return On lnvestment"

Bij deze methode wordt de jaarlijkse winst gedeeld door de

totale investering (vast- en werkkapitaal). Vermenigvuldigen met

100 levert dan de ROl in %.

In formule vorm:

ROl W / (lF + Iw)

*

100% (12)

Als werkkapitaal wordt 10% van de vaste investering genomen.

Met als winst de jaarlijkse opbrengst verminderd met de kosten

geeft dit een RO! van 355%.

De samenhang tussen de ROl en de POT is dat de ROl gelijk aan nul is bij een projectlooptijd gelijk aan de POT.

De nadelen van beide methodes is dat er geen rekening gehouden

wordt met: - belastingen

de waarde van geld in de tijd - de bouwtijd

- rente

Er zal dus een sterk geflatteerd beeld ontstaan.

----

-

;f . fvv",.... ~Îf .\.A_ , v I 45

----:-1

I

, I ( I ~I r '--' I L

c

~. Symbolenlijst AUC a C Cf Cl Cp d Eo Fm Fp Ft f H I IB

IE

IF IH IW

KI

KL Kp KT k L N

ct>m

P POT r T Average Unit Co st constante kapaciteit Complexity factor Plant cost index warmte kapaciteit constante exploitatie overschot materiaal factor drukfactor temperatuurfactor

factor afhankelijk van het soort proces (vloeistof/vast) ;

constante enthalpie (W)

investeringen

investeringen in de proceseenheden investering per functionele eenheid vast (fixed) kapitaal

investering in de hulpapparatuur werkkapitaal

investeringsgebonden kosten

loonafhankelijke kosten

produktievolume afhankelijke kosten totale kosten

constante loonkosten

aantal functionele eenheden van de plant: aantal apparaten massastroom (kg/s) produktiekosten Pay-out Time reaktiewarmte (J/g) temperatuur (K) 47

c

c

L ( \..I

c

L

Literatuur

1) Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage,

Verlag Chemie, Weinheim, (1973)

2) Duits patent 2710725 uit 1977

3 ) Beilstein: 1, 280 I 138 11 268

4) Chemiekaarten, NIA, VNCI, 6e editie, (1990)

5) Witte, J.H., Efficiency and design of liquid-gas ejectors,

Britisch Chem. Eng. 10 9 (1965) 602-607

6) Leuteritz, G.M., Reimann, P., Vergéres, P., Loop reactors:

Better gasjliquid contact, Hydrocarbon Process. Pet.

Refiner., 6 (1976) 99

7) Dutta, N.N., Raghavan, K.V., Mass transfer and hydrodynamic

charisteristics of loop reactors with downflow liquid jet

ejectors, Chem Eng. J. 36 (1987), 111-121

8) Bibliotheek CHEMCAD 2 -versie 2.4, stofconstanten van DMA,

DMF en methanol

9) Berg, J.W.B. van den, Apparaten voor warmteoverdracht,

Apparaten voor de procesindustrie, Deel IV, TU Delft, (1987)

10) Weast, R.C., Handbook of Chernistry and Physics, The Chemical

Rubber Company, 67th edition, (1986)

11) Kirk-othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd

edition, (1982), John Wiley & Sons, New York

13) Bradley, D., The Hydrocyclone, pergamon Press, lst edition

(1965)

14) Janssen Chimica, cataloguejHandbook of fine chemicals,

(1988), Janssen Pharrnaceutica, Belgium

I C ,

c

15) Montfoort, A.G., De chemische fabriek, Deel 11:

Cost-engineering en Economische aspecten, Intern rapport bij het college ST 44, TU Delft (1989)

16) Montfoort, A.G., Meijer, F.A., Ham, A. van den, Handleiding

voor het maken van een fabrieksvoorontwerp, TU Delft, (1989)

17) Acharjee, D.K., Bhat, P.A., Mitra, A.K., Roy, A.N., Studies

on momentum transfer in vertical liquid jet ejectors, Indian

J. Technology, 13 5 (1975), 205-210

c

C l

~

I

C,

I

c

C ,

Bij lage 1. C,~.S-;",: i ~ 2-:-~D-3J ~_ :Ji. \ ,'j-meth~ :meih3ünamine FYSISCHE EiGENSCHAPPEN Kookounl."C 7 Smeltpun, .• C -92

vlampunt, ~C brandbaar gas ZeUontbrancmcstemoeratuur, v C jOO

Relatieve dIchtheid (water - 1) 0.7

Relalleveoampdicnlheld (lucht - ') 1,6

Dampspanning. bar 01120" C 1.7

OplosbaarholC In w3ter, m'lll 1 $0

Fysische gegevens. \·:::·t,)"U~. "' DIMETHYLAMINE (drukhouder) S:::LANGRIJKE GEGEVENS

KLEURLOOS ONDER DRUK TOT VlOEISTOF VEROICtfT GAS. MET STEKENDE GEUR Het gas 15 r..vaa/oer aan lucnt en verspreidt Zich over oe grond met kans 00 ontsteking c,

afstand. Ten gevolge van net gennge geleHllnqsvermogen van de viOOlstof kunnen elektroslall-I sche ladingen woroen opgewekt bil stroming, oeweglng etc. Bli verbranolnq ontstaan gltlige en I

bijtende gassen (sUkSlofoxlden. zie aldaarl. Oe oplossing In water IS een sterKe Oase en reageen

I

heftIg mOl zuren en 1$ corrOSlel O.I!. ten OOZlchte van aluminium en Zink. Tast in aanwezlq:"\eidvan vocht ook koper en tin en hun leqenngen aan. De stol rcageOrl met voel anOero stonen. Aeageen met namo zeer nettlg mot kwik en OXloallemldOelen.

Explosleqronzcn, volumo+.! in lucht 2,8-14.4 ,---1

I

Minimumontstekmgsenergl8,mJ <0,3' 1 MAC-waarae ':0 ppm 11) mg/m

1

SoonehlKe geleiding. pS/m 3x 10' 1---;1' 1 Relatieve mOleCUUlmassa J5,l

jlog P octanaliwater loerekendl _ 0.2 I WIjle van opname: ue stat Een voor ae gezonohe:d sct".aoehjke conceiltratlB In kan woroen opgenomen In de het lucht lichkan aam dobIJ vri,i<omen van or Inademing van Mt on gas zeer gas. 1

I

I 1 snel WOfoen beretI<'l.

I DfrKi. ge-..olgen: Door snel veraamoen kan de V10CIStOt beVrieZing VQrOorZ2;':en. Traar.vcrwe~· . i kIJno. De SlOf werl(1 Îmlereno op oe oQen en nUld. InaOemlnQ van dil Gas Kan Jor.:)oe~ecm 1

I

veroorzaken. ,.J::J bIOOISI13!I:ng onder meOlsctle observatie Slollen. 1

Ge .... olqen ot/lanqcunge. h&rh!Utid&!lJke bloot1'tttll1ng: Hernaaldehtk cl la:10a urt 9 con!ac: rr.e! oe I'

I r,uid kan nu:caa.r.d.:-e;'!:nqen veroorZ?ken. Kans 00 aandoentnq van d~ IO"la~n Di] r.erhaaldell,)\ 0:

~ èrutotormuie: C;?H7N 'ar,çdu;--:;e 010015121.lng a3.rl O:t qn.s. De stof k.an op Oe reukorQa:1en Jn~orKen !

DIRECTE G::VARENI

VëRSCHIJNSELEN

! arend: zeer brar.dgevaarlljk.

I

I uplosle: gas meI h.::::ht explOSIef.

é'REVENTIE

ç;ecn os:;en \'\..:ur. geen vonKen en niet roken.

g'1slotcn i!:oparaluur. ventl!atle. exolos.eve.ltqe c!ektnsche apparatuur en verh::r:~lna. voerkom

CC~ot..rN van elèi".lros:a!lsclie ladl:1g Indien In ... !oeloare vo'rn () a. C·:)or aarcen, voni(·arm

hand~~reeds.::'ao.

8LUSSTOFFEi~/EERSTE r:ULP

I

toevoer afslUiten. Ina:en n'et mogc:qk; en çeen

I

gevaar voor omgeving laten ultbranaen, a.".

ders blussen meI coeoer. r:a~or.en. kO:)-;l:zuur,

bil brand: drukhou~er ~oel houden door ~:JU:­

ten met waler.

I Si?B~G= HYGI::'~::

/-:I-:"-=.d-::o-=m=-=-.-=n-: D-=I~,(:-:'!-:."a-=-:t:-:.r:::-'n::-c::-·e=-r~lo-c-.=-·,:-:·o:-:e::-,.7n-:-c-.~s,'-e-~-, -'-,-.-o'-,;-·.-:-,,-e-, -c-:-'.-a-:-,-,e'-:-.,-.• -'-:-'z=-"-··:::-·:::-c-;)-:-o,-:-.~~:::-.=",-=.n-=a-,-'-::-::-:,,-=o:::-.--:-,u-:c:,:,=-,.--:-ru-:·s-:-l.--::tc-=a7;":: .... ::-·,;::t-=-en-=-,":::·e:-:o=-o:::u-:o:::!:l::.'-. -:'0::'1. i

!

,<ceipijn. :1OQmrcol..1. i:,.c;scescr:OUiW";1J "'OO'g bca(j~m("n, Cfl O,'~~!J~Cih,k naar ::.Y;e~·1

hUIS vtlrvocren I

Huid: j(cl1je'lso~eronoo r:ar.:::S~:10ef1en. besener·

I

rre~ce kied!ng I

i Ogen: ro:>.::nclo. [:;I'"!' ·~~'aatssc~err:1. c~ C':;:~:e~c"C!rl"i' .. ra In COir.:)I· (>€:~5t lanoOuna S::O'1len me~ ve']i waler j':::O:-";

! ;-.J:;~ met aae;.':,a·.'ç'i:esc .... ,~r~·r? t?'::llenz::?n v~~lIocren ":"\'15 rr.11'''tEd]!< rr.oçe·

i

: l·jkJ. aan nrn~ arts cr('nc~n. j

OPRUIMING

I

ümgcvlnq ontruimen. ceskunolçe waarscnu·

I wen, ventJiatie. noo,1 mei wai2r In vioetstoT sDunen, gaSWOlK teslr'ldfln ;.':el watergoro:!:"'l,

(extra persoor,'I:ke Descherrr.:ng: GASPAKI.

OPSLAG AFVALCODES WC ... \ 3 2: 7') "..\CA: VI OPMERKlr~GcN ETIKETIEP,ING I Ni-PA A: t3-36/37 S: 16-26-23 Nota C

._

0

:

Zeer he nt ontvlambaar lu .:crcrO

i De versct·'l1inse!er. van lonqoedeem openoaren Zich veelai cas na ef"!"< . ..:!!e uren en wcraen verste.r1<t door lichame1llke insoanni:1g. Rusl en COi"!ar.1am I'

j een zmkennUis ;:':r1 aao.rOr:1 ncoczükeh,Ï\. T(",'oien d·cr.~ ?:5 e~rste r.UIO I~edi"=!r.lno .... an een cor.lcosteroidhoudenoc spray, aoor ar.s of oe O:)-Jf c~.:e

i ;;emacn;:cd~.!e 'I.':Jr.:J~n o'l~rwogen. 8i':Jcts!eh·"g 1<..1."'" til hcg~ CO:1Cp.;1tra:ies oe Cl':)':)!! tot g'J\'olg hebten. Niet met water spt;:tcn 00 :ey.kence

I

I crul<.houcGr fcorr::s:-e!). Le.-..r:eflC'3 drul<fiOudtH met le~ naM oove:1 Cf2.E.:cn a.nae~s O:1;snaot .... Iocloaar olmelhylamlne.

I ,

• I

,

i

!

c

L

c

CAS-nr: [68-12-2J

N,N-dimethylformamide*

DMF

DIMETHYLFOR MAMID E

FYSISCHE EIGENSCHAPPEN t3ELANGRIJr.E GEGE'.,IENS

';ookpunt.· C 153j' KLEURLOZE VLOEISTOF, AAN OE GEUR TE HERKENNEN

Smeltpunt. -c -61 Oe oarr.p mengt zich ç~eo met 'UCilt 00 ~~~l ontleedt bIJ verhll!l;I~ b,:>\'c!1 3S0 ~C en bil Vlampunt .. ' C 58 '."crnranclng onoervormlr:g .... an Çj'lt,;~ OJIT':;!'tt Reageer1 ~et11g met nltralen. tetracnloorkoolslol

letfonlbrandrnaslemoeratuur .. C J..lS I en hcxJCnloorcyctonexaan mei kars C'~ Orar:j r:n c)'plQSle 1 asl sommlqe lo:unS!SIQtlen aan.

Rûlallcve drChth(Hd Iwater - 11

0

95

1

nCllnllC!vo a,:ullpt,JrctllIlOIO (luC!)1 _ 1) 2.5 -'P.'AC·Wil.1tdo --- - -- -- 10 1111111 '!Q mgJml H . - -

-Rel811eve dlClllheld bil 20 "C .... an verzaC1IQd t

damp/luct'umengsel (tucht - 11 '1,01

-Dampspannlnç, moar bil 20 ~C 4 I Wllze van opname: Oe sta! kan woroen ocgenomen In het lichaam Coer mademing. Inslikken en

OplosbaarhelO In water ... oiledlg j .... ooral .... Ia de hUid. Een voer oe oezcn::meld scnad~llIke concentratie m ae lucht kan coor

veroamOlng van deze 5101 biJ ca_ 2ü -C vr:, sr.et worden bereikt: bil vernevelen nog sneller. ExplosIegrenzen. vOlume'%! In lucht 2.2-16

Soortelilke geleiding. pS/m ó x 10. Directe gevolgen: Oe stef we:kl crtk\tell?'1~ CO de oaen. de hUid en de acemhahnqsorganen. Relatieve mOlecuulmassa 73.' I Gevolgen bil langdurige. herhaaldelilke blootstelling: 8q IntenSief hUidcontact kans op LogPoctanollwater -\).7 ! hu:caandoenrngen. lever-en n croescna::!·:;·"!gcn kunnen optreDen.

DIRECTE GEVAREN/

VERSCHIJNSELEN

Brand: branaoaar.

PREVENTIE BLUSSTOFFEN/EERSTE HULP

sproet·

Inademen: noofdoqn. DUizeligheid. braken, I .... entllatle. p!aatsehlke afzuiging ol aa~moe- I frisse lucnt, rust. en arts waarschuwen.

diarree. DUIkkrampen. I schermlng

---_._ ---_._---- -_ ... _----·----c:-~_:_:_:~::--:-:_~~ \~rontr(>lnIQd(! kleding ulllrCIo:\ten. hlJld

was-sen mei wa:er en zeep. en naar arts verwIJzen. O;:;-::g-::.:::n:-: :-ro~o~o:-:n-::.:-,o::-.:-p""'I--:n-. :-S"",.-c:-n"'"l -z-'e-n-. - - - - . : . .!-g-e!:-a-.1,-S-S-cn-e-r-m - - -- - -- - - ' - e " - e r-S-,.l--'S-O-o-e"-'e-n-m-'''-l --'\leel waler. aan naar arts

,. -.. ervoeren

InSlikken: diarree, bUIKkrarrpen. ;:Qc!áOljn. \

\~ulzcl'IJ"'Wld. braken

OPRUIMING

lekvtoelstof opvangen In aIstuIlbare valen. _i

mors .... loelstol opnemen In zand ol Inen ab· _I sorpllemlodet en naar veilig a plaats atvoeren. _I

(extra persoonliJke besctlermmg: perslucnt

-I

masker).

OPSLAG / AFVALCODES

geSCheiden van ox Id a ti e mlddele n. ... entIIa tie langs de vloer I'ICA: C 3162 KCA: 111 OPMERKINGEN I 1 , ,

mono la!en spoelen '!n .HIS waarschuwen Ol

n:tar zieKenhuIS \lcrvccren

ETIKETIERING I NFPA R 20/21 ·35 5 26·28·36 --X_{.. -}i ! Schadell!k 1

Log P octanol/water betreft bereKenDe waarde. GebrUIk van alcoholische dranken versle(l{..! de giftige werKlhg. Alhilnj(ell)k van oe male van

bloots1elhng 'S penoolek geneesKuMlg onderzoek gewens!.

-sn.port Emergeney Card TEC(R).2265 GEVI: 30: VN·nummer: 2265

c

cl

LI

c

! I I Cl

I

~l

CAS-nr: [630-08-OJ

co

KOOLMONOXIDE

( drukhouder)

I

FYSISCHE EIGENSCHAPPEN I _{BELANGRIJKE GEGEVENS}

!

Kookpunt. "C - 191 I KLEURLOOS EN REUKLOOS SAMENGEPERST GAS

Smeupun1. .oe -205 I Het gas meng1 zlCh goed met lvent. makkelqka vorming van explOSieve mengselS.

Vlampunt, "C brandbaar gas

Zet1ontbrandlngstemperaluur ... C 605 MAG-waarde 50 ppm 55 mg/m'

Relalleve dampdlchlMld IluChl-1) 0.97

Dampspanning. bar bij 20 'C 58.8 I _{Wllr8 YIIn o~m.: Oe slof kan worden opgenomen ,n nell,chaam door Inademing. Een voor de}

Oplosbaarhe,d ,n water

noel

I

gezooaneld SC""'de'lke concentratie," de lucht kan 011 vnlkomen van dil gas zear snel worcen Exoloslegrenzen. volume% in lucht 12·75

Minimum onlsteklnqsenerglB, mJ 0.1 b-erelkt.

Relatieve molecuulmassa 28.0 Dlrect1! gnolçen: De stot werl<1 op het bloed. Bloedatwljkingen kunnen optreden. In emstlge

gevallen Kans op stoOITussen van aaemhallng. hanntme. nart-en vaatstelsel. bewustelooSheid. I toevaHen, dodehrke aUoop. De stof wef1(t op net zenuwstelsel. HersenbescnaOtgmgen kunnen

I cptreoen. i I I I I : 6rutoformule: _{co !}

DIRECTE GEVAREN! _{I PREVENTIE ! BLUSSTOFFEN/EERSTE HULP}

VERSCHIJNSELEN I I

I i

Brand: zeer brandgevaarlijk.

I

g~n open Y\.IUf'. geen vonken en niet roken. _i loevoer afsluiten. Inoum nlot mogelijk en geen

i

gevaar voor omgeving. laten urlbranoen. an·

I ders blussen met poeder. halonen. koolzuur.

Explosie: gas mei luchl explos,ef.

I

gesJoten elec1nsche apparatuur apparl"JU'. ventIlalle. exploSleveen verlIChting. vonk· ,IIge I O'j brand: drukhouder koel houdon door spu,·

! ten met water. brand bestrijden vanuit

be-arm ge{eedsct\all. schutte plaats. Inademen: hoofdpijn, oUlZeligheld. bewuste

-I

ventllaue. pl.a..alsel.,ke atzulglng of ademna- Insse lucht. rust. beademing. zuurstof

loadre-loosheid. lingsbeSCllenmnq . nen en onmiddellijk naar ZieKenhUIS vervoeren.

I

I

I I I

I

I

I I , _! i I ! OPRUIMING

I

OPSLAG I AFVALCODES

I

ETIKETIERING 1 NFPA

omgevIng ontruimen, deskundige waarschu-i branCM!Il>Ç. koel. R: 12·23

wen, ventilatie. (extra persoonl'lke beschet-I 5: 7·t6

~

ming: persluchtmasker). I

~

- -ir ,1 ··~itJ Uchl Verglfl'g onMambaar

KCA: VI _I op drukhouder met verchcht

OPMERKINGEN

Zie voor inertlsering van explOSieve ga5. dampJluchlmengsets ~en hoofdstuk 'Ta.bellen en formules' Reukloos. dus gomsKkelllke

oversChrIlding van de MAC-waarde. zonder dat du waargenomenwordl. 8ij V'&fqrt'bglng door koolmonOXide IS speCIfieke eersle hulP noodzakelijk.

Oe benOdigde middelen met gebrulksaanW1lztnq moeten beSCl'ukbaat Z1Jn. In de publikatie van de Artleldsinsoectle P 67 worden uitvoerige

instructies gegeven voor het vellig werken met kootmonoXJde.,. Kootmono:ode ontstaat bij onvolledige verbrandIng van bijVOorbeeld kolen. ohe. hout

en vele organische chemicaliën. Opname In een ztekenhUtS is a1:/td nood.Z.akehJk wanneer verschijnselen optreoen.

Tran.port Emergency Card TEC(R)·20GOS GEVI: 236: VN·nummer: 1016

I

GI

I

I

I