F BRIEKSONTWERP:
UITG ANDE VAN
AM1~NIAK
EN KOOLDIOXYDE .
DELFT, 3 NOVEMBER 1958 .
--" [J t'l
~
.
.
· 'WWl'YVl
~T'~~~'B' ~) . ~
"
-~A
IlIACTORElI 1, Z, J . \
I
_
"
I
~ \ -& I1 ,_.. , - .
11I {
~J
"
I
I
-I'';----L~' 1
r
....
~~~
~~
IIH!
,..
r-r--r
--.~
HEA.REIEHE. RATlEKOl.llM
UH
nu ....1 I
~
~ ::-;:
---
I~="
~~-. "zO ~ ~ ~ ~ ~ ~
1-'>' T TTr n iT T
~
~ ,.-
::r
r-i s-
h
r
rrt I I I I n
I'tIILL .TOll€II
~ER_
VAT
mlW ---
- -'-'
<->
.---'
---.--.--- '
,---'.--- '
.
-
J--
,---' -
-y--r
C.r~.m
•• t •
-.
~'
."Ua4.,.
j2-
NHJ - .OlTANK
'---J
~
.I.
,.. ...
IIH.
•
~~~[~O
1.2
:
J
•: _ __ _ _ _ _ _ ____ _ _ 1 -
r -- -
I
~
......
--.-
/ _u..... . .
l--- - - -<--....:::::: MZO ~
,
L
I
( )
~
I
1-'
::r ....
-.......- T
I
IIIL.-
~
I I
t:x:
•
). ,..
( ~
DE BEREIDING VAN UREUM UIT KOOlOtOXYOE EN AHMOHWC ~AL: 1 : 20 eET.: F.C.J .BRANDT DATUM: 7 OCTOBER 115.
~
~
-1-
DE BEREIDING VAN U::.:mU::I or TECHNI SCHE SClIAAL UITGAANDE VAN AMMONIAK EN KOOLD I OXYDE .
..r
'0
•.. die se Unt ersuchun g hat d a s unerwartet e Resu ltat g e g e be n , d a ss bei der Vereini su ng v on Cyan s ä ur e mi t Ammonia k Hornsto f f entsteht , e ine a ue h in sofern me r xwiir d i.ge Tha ts ac he, a l s s ie e i n Beisp ie l von de r k üns tl iche n Erz eugung e i nes or :ja n i s c h e n , und zwa r soge nann t e n ani malischen Stoff e s a us un org a ni s c h en St offen darb iet e t .
"
F . Woh l e r Anna l e n d e r Pb y s i k (1828) 12 253-256 His t or i sch ove rzi cht Nada t Roue l le i n 1773 v o or het ee r s t ee n st ik s t oîho ud e n d e s ub stan tie ha d ve r kr e gen door i n da mpin g van uri ne, s la agd e P r o u t er in 1 8 21 in deze substant i e in z ui ver e vor m af te z on d e r e n . De s t of we rd benoemd n a a r zijn bron van h erko mst. In 1828 pu blice erde F . Voh l e r d e e erste g e ge ve n s over een g e s l a agd e be r e i d i ng , in v itro, va n ureum. Deze ontdekking bete kende op z i c h z e l f re e ds e en omwenteling in de toen tertijd g a ng ba r e op v att ing en over h et onder scheid tussen or ganische en an- orga n is c h e s tof f e n . Daa r n aa s t is de mogelijkheid, ureum op g r o t e sc h a a l te p r od uc e r e n , d e oorzaak g e weest van het ontst aan van een be l a ngr i j k e c he mische industrie, waarvan de omv ang nog steeds toenee mt ( 17, 48, 53,
54, 67). Na d a t g e d ur e n d e de eerste we r e ldo or l og de bereiding d o or hydrolyse uit gaande van calciumcyanamide plaats vond, wor d t sindsdien al ge meen van de bereiding uit ammoniak en kooldioxyde bij de ver schillende processen, g e br ui k gemaakt . Deze bereiding is gebaseerd op een reeds in 1870 door Ba s a r of f g e v on d e n reactie:
- 2-
Het aldus verkre gen amrnoniumcarba maat werd do or Ba s a r of f omgezet in ureum en wa ter vo l gens:
Het eerste, op deze basis, in de techniek ge r e a l i s e e r de proces is afkomstig van de l.G . Farbenindustrie en werd uitgevoerd in de fabriek te Oppau (1914) . Sindsdien is een groot aantal v@ianten op deze bereidingswijze ontstaan , welke zich van elkander onderscheiden door temperaturen , werkdrukken, onderl inge verhouding van de uitgangsstoffen etc .
-3-
TOEPASSINGEN VAN UREUM ( 4 , 32, 48 , 67 ) . Tot de belangrijkste toepassingen beh oor t h et gebruik van ureum in ureum -formaldehyde -harsen , welke in hoog polymere toestand voor constructies gebruikt kunnen worden, en in l aag-polymere toestand als tegen uit wassing door zware regenval bestand z i j n d e me s t s t of f e n . Tevens worden de ze ku nsthar sen als p l a k mid d e le n g e br ui k t , bv. bij de triplex - e n board -fabric age. Hi e r n a a s t wordt ureumformal dehyde -hars g e br ui k t a l s t oe v oegi ng aa n pa pier en textiel om de ei gens c ha p pen hi e rvan te verbeteren . Bovendien wordt een no g s t e e d s toeneme nd p e r c e n t a g e van "
het ureum z e l f a l s k uns tm es ts tof g e br ui k t , wa a r v oor het, door het ho ge N- g e h a l t e , ui t e rm a t e g e s c h i k t i s, mi t s h et g e h a l t e aan biuree t l a a g bli jft ( 32, 37, 42). Hi erb ij kan zowel k r is t a l l i j n ur e u m ui t g e s t ro oi d , a l s een oplo ssing
~
van ureum
~p
de bl a d e r en d e r p l a n t e n ge s p r oe i d wor d e n .
Tijdens de 2e we r e ld oo rl og is ge bleke n , d at he rka uwe r s in staat zijn, d ank zi j d e aanwez igh e i d v an be paa l d e bacterieën in hun s p ij s ve rt e ring s or g a n e n , ureum in la gere a mi n o z ur e n om te z et t e n , welke z od oe n d e de e iw i t v oe d i n g ged ee l t e l i j k kun n en verva n ge n. De ze , i n Duit sl and op vrij g r o t e sc h aa l t oe g e p a s t e met hod e , i s n a d e oorlog niet g e h e e l ver la t en e n vi n d t in d e U. S . A . vrij v e e l toep a s s i n g . Een a na l og e t oe p a s si n g i s h e t
~e b r uik
a l s v oe d i ngsbodem
v o or g i s t c ul t ur e s . Al s g rond stof voor d e chemis che indu s trie d ie nend , wor d t ur e um naa s t de v erva a r di g ing v a n de r e ed s g e n oe md e h a r s en , g eb r uik t v o or d e
verv a ar di g i n ~
va n o . a .
bar bitu ur z u ur, c offefn e, hyd raz i n e , ~e l a mi n e , s ulfa mi ne z uur, g ua n i d i n e , ur et hane n e t c . Ureum wordt v erder a ls we e kmake r t oe g e voegd a an di ve rse produ cten op c e llul os e ba s i s , zo a l s cel l ofaan , cel l ulos espons en
- ~ a r e n,
te r wi j l
het de ver -
v or mi n g va n hou t onde r invloed van d ruk e n t empe ratu ur ve r g e makkel i j kt .
- 4-
Verder wor d t he t t oe ge v oe gd a a n deodorant - cr~ mes te n eind e ~e b eA c h~ d i3 i nc van d e k le d i ns d oor het h i er in verwer k te a Lurru n i un -e s uLfa a t t e vo orko me n ; t oe ge v oe gd aa n exp l os ie ve n re ut.ra l is e er t ~t de j a ar s~ dee l t e l i j k e on t Le d i ng hierv en on t s t a rie r.ur e n, .e·e lke t o t n; cv'c1ar l i j ke explosies a an Le Ld i ng z oude n k unne n v-e ve n , Een der gelij ke func tie ver vult het a ls toev oe gine; aan tand pa sta 's , waarbij h et de in de mondh ol te o ~ t s t a ~ e z ur en zou moet en n eutr alisere n e n zodoe nde tandbede r f voorkomen . Eén van d e nieuwst e toepa s s in 0en van ur eum i s in d e pe t r oleumind us tr ie, wa a r h et ~ e b r u i k t word t om ~ l ip hat i s c h e vQr bind insen me t r e ch t e te t 2~s t e s che i de n va n a l ipha t i sc h e ve rbind ins en me t ve r t ak t e ketens . Dit is m o ~elijk do or d a t kr i s t a llij~ ur e u ~ i n t e r mol ec ul air e h ol tes ve r t oont, wa a r de r e c hte ketens v ~ n a lip ha t en jui s t in op g e s lo t e n kunrie n vo r de r; , terwi j l verta k t e ke te os n ie t i n he t k r is ta l kunr;e n 1 iIJ.Y'1C n 0p:je no men . Door de a l du s ve r kr e gen C onp .l. e xe n me t ',',T 8 te r te l.e h:: ! '1<'1 e l e n, l os t he t ur e um op en k ome n de a l ip ha t e n me t r e ch t e ketens we e r vr i j . Een ruwe scha t t inó V J D het ve rb r uik ( z e geven v a at' he t j a ar 1955) volgt uit (17): Bemes t ings do e l e inde n Veevoed er I nd ustrieel leb r uik , vn l. p la s t i c s
62
20 18 100%
-5TOEGEPASTE PROCESSEN ( 18, 32, 48, 67 ) a
Fr oc e s zonder kringloop
De basis voor alle hedendaag se pro ce s s en wordt ge v ormd door dit type , dat zonder e e n krin gloop we r k t , welke niet omgezet kooldioxyde of ammoni ak weer aan de reactor toe zou moeten voeren . Dit proces word t nog s l e c h t s g e br ui k t indien v ol d oend e verwerkingsmogelij kheid aanwezig is voor niet -omgezet ammoniak , bv . in de vor m van ammoniumnitr aat . Bij dit
,
~'
p r oc e s wo r d e n d e g r on ds t off e n in stoechiometrische verhou 0C
ding in reactie g e br a c h t bij 120 - 200 at m en 160 - 200 . Na g e d e e l t e l i jke omze tt ing i n d e re a ctor van het ge v o rmd e carbamaat in ure u m, afh a nke lijk van de rea c tieo ms tandi gheden, wor d t bij la ge druk in een vo l gend e re actor h e t resterend c arb a maat g e s p l i t s t i n ammoni ak en k o ol d i oxyd e . Na zui ve ring is het ureum g e s c h ikt v o or verk oop . Te n e i n d e d e bi j dit proces optre d ende no odzaa k, om v o or n ie t - omgez e t ammoniak een andere verwerkings mogel ij k h eid te vinden , te omgaa n , zijn p r oc e s s e n ontwikkeld wa arbi j he t a mmonia k en/of ko ol d i oxyd e vi a een kr inglo op wee r in de r ea c tor k un ne n wor d e n geb r a ch t . De o uds t e me th od e i s d i e waa rb ij g ewe rkt wo rd t met een he etgas _ k r i ng l o op . b
Heet - gas kringlo op
Aa ng e z i e n bij lage r e t e mp era t u ur ammon iak en k oo l d i oxyd e bi j c o mpressi e c a r ba ma a t v orme n ( 2), dat z od oe n d e het c irc ulat ies ys t ee m z o u vers t op pen, we r d e n bi j d i t p roce s van de l . G. Fa r be n i n d us t r i e d e uit de 2e r eactor (carbamaa t -ontlede r ) tred end e ga ss e n bi j h oge temp e ra tuur ge c o mp r i me e.r d e n terug g e v oe r d naa r de au to claa f . He t was d i t proces da t in 1914 in de f a bri e k te O'pp a u werd ve r we z e n L'i j k t , He t had naast ee n moe i l i jke regeli n g va n d e t e mpe r a t u ur to t nad e e l , d a t d e c omp r es sore n buiteng ewo on veel te li jden hadden , z oda t de me thod e
- - -- -- - - - -- ---
-
-
~
- 6-
verlaten wer d ten gu ns t e van he t pr oc e s z onde r kringloop , nadat i n de 2e wer e ldoorlog de c ompress or e n bi j bombard eme n t en wa r en verni eld. Te ne inde in plaats va n c ompr e ss oren p ompen t e kunne n ~ e b r u i k e n , werd door DuP ont ee n p r oc e s on twi kke l d waa r bi j de n ie t omgeze t te ga ss en t er uggev oerd we rd en a l s e en ammonia ka le opl os s ing i n wa t e r va n a mmoni umc a r bamaa t . ~
Oplossings kri np;l oop-pr oc e s volgens DuPont (71)
Hierbij bes t a at de vo e d i n g van de rea ct or ui t H2 0 : CO 2 = 5 : 0 ,73 : 1 mol , z odat dus 2t ma a l de s to echio me t r isc he h oe ve e l he i d ammon i a k geb ruik t wor d t . ~i t de r e 3c ti epr od uc t en we lke de r e a c t or ve r l aten word t een gr oo t 5ede e l t e va n d e overma a t ammoniak i n d r oge toe s tand a fg e s che iden 1 nor een f l a s h - dest i ll at i e , wa arna het vloe i ba r e ~ edee l t e van het meng s e l i n ee n tw ee t al on t l e de r s bevri j d wor dt va n ni e t om~eze t ca r ba maa t . Be t h i~ r b i j vr i jkomende rT!en ~s e l v a n k c ol.d i oxyde en 'Jm::'1 onio. k p or'lt i n he t a l s darnp on tw i jke nde '.'/::Jt 8r :::~e9t30rbe (,~.!'d bij c onde ns et i e VE,n d e ze wa t.e r d a mp i n een t wc e t a I abs" I';, t ie}··o lo'TJ.i"1en . J e h i o r bi j ve r lrl:'e gen \'18 t e r i ge op los s i ng 1'1 (''-'' .-} t t e za me n .ne t ve rs e Gr ond s t offe n naa r de reac t or te rugge v oe r d. Do or d e a a nwe z i ghe Ld van veel wa n i s he t n o odzake lij k e e n hoge r e act ie -- te r in de gr ond s t of f e--d ruk en - t e mp e r a t uur t e ha ndha ven , v-a t vee l c or r c s i e p rob l e men veroor za a k t . NH
3
'J
"- -
d
Olie -s usre n s ie -pr oc e s ( 34 , 6 7 )
Be n vo l gende oplossing O'TJ. verstor~ i nG tence volge va n de ca rba maa t vo r ni.ng t e ge n te -:;09Jl j ~ .J fl: o-:J.J t i G ven de Compagn ie des Pr od. Chi m. e t 31ec tro~é tal l . , en 2taat ~eke0d als he t Fechine y p ro c es . Di t p r oc e s ma ak t :~: e b r u i k V3n een. :llj_<~ !~:r ir g l o op waa r het c a r bamaa t a ls s uspe n s i e i n w or d t :r.P8c.; e r :L ~it bied t s l s v oor del en %
1
Een ve rbete r; '1""; va n de c ons t .r uc t i.e f "'iloe i l ijke w::'~.r :nte uj t v.Ti s se li ng i n de r e a c t or, ~ o o d z J t e l i j k doo r d e gr ote ho ev e e lheid
-7v r ijkomende 2
re8c t i ewar ~te .
Ve r~inde ring
van
a a n t ast in~
d o or co rros i e . Het proce s
0
wordt uitóev oerd bij 180 C en 20 0 ötm , de voe ding be staa t uit 2 mol ko oldi oxyd e per mnl am~oniak .
Tens lotte wordt i n e e n aantal
pr oce ~sen
de ongewens t e
v or mi n g va n ca rbama at te 6ense ga an door ammoniak en koo l d ioxyde te scheide n a l ~ v o r e n s d e o ~ st a n d i gh e d e n van d r uk en t e mp er at u ur t o t car b omaatv or ~in g en dus ve rstoP I ing , aanlei ~
ding zouden kunnen geven . e
I nve nta -p r oc e s
Dit pr oce s, on t wi k keld d o or de Holz ve rzuckerungs A .G . ( Ho va g) in Zwitserl and, g e bru i k t voor de s ch e i ding v a n ammoniak e n koo ldioxyd e e en wa t eri ge op lossin8 van ure um-nit ra a t , waa r i n a mm on ia k op l os t . He t in gas vormi ge toestand ov er bli j ve nde k oo l dioxyde kan dan a p a rt ter u ~ gevoerd wor d e n , e vena ls he t ammon i a k n a da t dit in ee n regere rat ie -kolom we e r is vr ijgemaak t . Het pr oces ge bruikt ve r d e r onge ve e r dez e l f d e druk e n t empe rat u ur 00
en a l s he t Pechiney-proces, n ome lijk 200 a tm e n 180 - 2 00 een ammon i a k : kool dioxy de verhoud i ng die i ets g ro te r is dan de stoechiometrisc he.
~e
rea c tor word t ge k oe ld d oo r water in
stoom om te ze tten in koel li cha me n in de re ac tor . De omzetting van h et carba maat i s ca f
50% .
Het Mon t e c a t i n i - p r oc e s
Hierbij wordt in e e n a bso rp t i e systee m g e br ui k g e ma a k t van een niet na der ge no emde a bs orp tievloei stof , welke hetzij ammoniak , hetzij k o ol d i ox y de a bs orbeert. He t ui t de re actor tr e de nde me n g s e l wordt , na passeren van een red ucee rventiel , d oor verwarming van het merendeel va n de overmaat a mmon i a k ontdaan . Hierbij is echt e r niet te vermijden, dat een g e d e e l t e van het aanvanke l ijk als carbamaat g e bond e n k o ol d i oxyde vr ijkom t en met het ammoniak me e gaat . Om verstopping door carbamaatvo rming te gen te g a a n , wordt dit mengsel van a mmoniak en kooldioxyde in e en sproe itoren be-
- 8hand e l d met stoomcond ensaat en vl oe iba r e ver s e a mmoni a k, be n odigd voor aanvulling van het bij d e r e a c t i e i n ur e um omgeze tte amm on iak . Bij d ez e bewe rking co nd e n s eer t h e t me r ende e l der a a n vankçlijk v r ij g e k omen g a s s e n onder invloed va n h e t k o ud g e s upp l e e r d e ammoni ak e n te ngev olg e van toe ge paste koelin g. Dit c ond ens aat wo r d t nu a a n de re ac tor toe gevoerd t e rwijl het ga s v or mi g g e bl e ve n g e d e e l t e va ~ de t op d amp n aar een v olgende reac tor wordt g e v oe r d , -t.eza-ma-n --me -iï h e t bi j de e x p ans i e a c h t e r g e bl e v e n bodemp roduct , be s taande ui t '_
rÓ,
I
..
wat e r , c ar ba maa t en ureum . In de ze r e a c t or on tl e ed het re ste r e n d
~
c ar ba ma a t, wa a rna h e t g a s me n g s e l , best aande uit k oo l d iox y d e e n a mmon i a k met bijmenging van wa t e r , aan een sc h eiding word t onderworpen d o or mi d d e l van absor p ti e .
g
Het Che mi c o-proc e s ( 18,
59, 63 )
Van di t p ro ce s i s bi j het onderhavi ge fab riek son twerp g e bru i k g e ma a k t . De s c h e i d i n g tussen a mm on i a k e n koold ioxyde word t hi erbi j met behulp van oon oe t ha n ol a mi n e ( MEA) selectief uit g e v oe r d . He t h i e rbij niet g ea bs orbee r d e k o ol d i oxyd e wor d t in h et al g eme e n nie t naa r de rea ctor t erug gevoe rd. Het proces word t me t e e n gr o t e overmaa t ammoniak ui tge voe r d , nl .
3 x de s t oe c h i o -
met r ische ve rhouding l h
Mê t h od e met g e s c h e i d e n car ba ma atvor mi n g en omzetting va n car ba maat in ur e um ( 1)
De z e methode on t wikke ld d o or de S oc . Anon . Ammoni a que Synth. et Déri v és , e n l at er i n samenwe rki ng me t d e Staat smi j n e n verd er ontwikkeld , ma a kt g e br ui k v a n e en tweet al reac t oren , wa ar van é én dient voor de v or mi n g v a n ca r bamaa t , da t i n de t weede o mgezet wor d t in ur e um.
~ve n t ue e l
in de v oeding a a nwe z ige kl eine hoeveel -
heden ine r t -ga s kunnen h ie rbij g e ma k k e l i j k d o or sp uie n uit de e e r s t e re a ct or ve rwijd e rd wor1en . In d e ee rste r e ac t or h eerst o een vr i j l a g e temp e rat uur (1 50 C) wel k e e ven b o ve n h et sme l tp un t v a n het carba maat l ig t . Door de hog ere temperatuur i n de tw e e d e o react or (1 80 C) wor d t hie ri~ he t c arb , maat ge d e e l t e l i j k omsez e t in ur e um.
- 9Het on t st ane r e actiemengsel wor d t , na d ruk ve r la g ing , i n e e n de r de rea c to r on t daa n va n a~~on iak e n k oo l d i oxyd e , wa a r n a het v l oe i ba r e r e s t a n t in een v ~ ~rde r e a c t or bevr ijd wor d t va n de l a at ste r e st e n ca r ba ~aat . )an kan de wate r i~ e ureum- opl ossing verder op d e ~ e b r u i ke l iJ k e wij ze ve rder bewe rk t wor de n . De i n de der de en vie rde re actor v r iJ~e k o m e n 38ssen , bestaand e ui t k ool d i oxyde en 8 nm oru ak '.'lord e n n a c omp r e s s i,e aan de twe ede r e a c t or t oege voe rd . Auer bach (2 ) ~ e e f t a a n , da t de cont r6 l e ven te mperat uur e n d r uk bjj eerl. de rc;eli jke c cmpr e s s i e ~18 UW ke ur i g geha~dh a afd moe t k unne~ ~o rd e n , te ne i n de vor ~ in~ va n va s t ca r bamaat i n leid in 1e n e n c o ~press oren t e voor k ome n . He t s e" 'rIJ i k va n s pe c i a Le ~0-1 ~ p ~~S S () r e n '.'oor het s a me nj.e r s en V3n d i t :te n:::;se l va n 96% a'n['1 0i'lJ a k en Ij.~= :roo ld i o x~Tr:'e is 'iJ!'"'.. oo k n o od z a ke Lt j k , He t proces ''1 ,c\]lr f.:; ::-:eb r ui k vat' ee ::l ove r ma e t o\'ll rlon ia k i n de voeding .
- 10KE UZE VAN HET PROCES . Roo seb oo m (67) g e e f t e e n ver geli j k i n g va n v er sc hil l ende p r oce s s e n , wa ar bi j hi j to t d e conc l us i e k omt , d a t he t P e c h i n e y - p r oce s econ omis c h g e z i e n zee r aant rekk e l ij k is. Bij deze vergel ij king i s e ch t e r sle c h t s een zeer be p erkt aan tal p r oc e s s e n i n besc ho uwing ge nome n . Me t n a me de processen: Mon t e c a t i n i ; Ch e mica; ASED-S ta at smi j nen en Hova g; on t br eke n a a n de ze be schouwing , die gede eltel i jk ge basee rd is op d e i n de litt e ratuur v o ork omend e g e g e ve n s (
56, 57, 69).
De gege ve ns van Ch e n owe t h ( 1 2 ) ma k e n g e e n e xact e waard e r i ng voor elk der proce s se n mogeli jk . Vol gens Co ok ( 1 8) i s he t Ch e mic o-proc es ze e r aant rekkelijk in ve rge lijking met de ve r s c h i l lende and e re p r oc e s s e n , wa a r bi j echter de ve r ge lijking met h et ASED-Sta atsmijne n - proces ontb reekt . Zowe l Co ok (1 8) a l s Roo sebo om ( 67) en Faith et al . ( 1 7 ) g e ve n v oor d e g roo tte van een economisch veran t wo orde fabriek een min imum -p roducti e v an c a 50 t on/ d , terwijl de ge br ui ke l i j k e g r o o t t e g e ba s e e r d is op een p roductie van ca 100 ton/d o Tenslo tt e ge e f t Tonn ( 7 0) e en overzicht van de tech ni sche en econo mis c he mérites va n d e verschillende p r oc essen . I n dez e ver gelijking ontbreekt sl ech ts het sta ats mijnen-pr océdé. Uit d e ze ver gelij ki n g v olg t , dat het proces vol ge n s ~onte cat i n i en dat v ol g e n s Che mico de g r o o t s t e wi n s t re r t on ur e um kan ople ver en . Hierb i j z i j n de to tale p r oc u ct i eko s t en vo lgens h e t Chem i c o -sys teem c a
3%
h oger
dan d i e vol gens Mon t e ca t ini . De benodigd e inv esteringen k un ne n echter i n be p a alde g e v a l le n v oo r Chem i c o - fabr i e k e n ( 1 1 ) z ij n da n die voor f abrie k e n vo13ens
~ontecatini .
la~e r
-11-
~'
Om de z e reden , ~n omdat de me t h ode van Chemi co d oor d e fuffiA- a bsor p t i e e e n ze kere o 8~t rekk el ijkheid be z i t , is de Che mic o- methode ,-'v e ~ o z e n . De IT, r oot t e va n de fab riek wer d i n ve rba nd me t r eeds ve r ,e1de gege ve ns ge ba s e e r d or e e n pr oductie van 120 ton ur eu m/do ~ Aa r ve rso 1i j ki ng s ma t e r i a 81 V00r he t systee m A8ED - 8 t 33 t s mi jn en oDtbr ak, is dit sy ~tee m niet i n o ver~ e 3 i n ~ ~c ~ o m e n . De u r e um - f a h~ ie k is ~e co mb i ne erd ge d a ch t -ue t e e n 8 "": J10niak - f ab rie k , vre Lke a I s Gron d s t of aa r dgas ge br m k t ( 67) . Door c on ve r s ie me t s toom wor d t hier uit de be nod i gde wa t e r s t of verkrege n , waarbij koold i oxyde vrijkomt . Dit ko old ioxyde ka n da n do or r e i n i z i ng in een Gir boto1 -instal l ati e i n de ver ei ste z u i v e ~ h e i d (59) ve r kr e g en ~ o r d e n . ~e co mbinati e me t ee n a mmoni a k-f a br i e k ma akt he t te ve n s mogeli jk via de t us s c n t r a p s a Lp e t e r z uur , to t de vl oei bare me st s t of a omor:i umni t raa t t e ko men , indi en een ge de e l t e van h e t bi j de r e uc t i e me t koo l d i oxyd e nie t omge ze tt e a m m o~ i a k om bepa a l d e r e d e nen niet te r ugge v oe r d z ou wor den na a r d e ureu~ rea c to r .
- 12KEUZE DER
REAC TIE OMS ~ANDIGHEDEN.
De keuze van de omstandi gheden va n temperatuur en druk zijn zee r belangrijk v oor de w er ki ~g van het p r oc e s e n voor de berekening van de omvang der a ppa ra tu ur . Di t ge l d t we l in de eerste p l a a t s voor de r e act oren en de c ar ba maat-ontle ders . Gelijk reed s ve r meld ber ust de v or ming van ur e um op de reactie van Ba s ar of f . Hie rb i j t re e dt vl oei bare amm oni a k in react ie me t kooldioxyde onde r vo r mi ng va n a mmon i umca r ba ma a t , welke reac tie bij hoge druk e n t emperat uur e e n s pont aan verloop heeft . Hi erb ij d i ent ;-;ezorgd t e word en da t de te mr erat uur niet een d usdani ge wa a rde be reik t , dat de dis sociat i e -da mps pann i ng va n he t c ar ba ma a t h oge r wo r d t d an d e he e rsende we r kdr uk , in we lk ge va l he t ca rbamaat zou ~ aa n ont l eden . Is de druk ech t e r voldoe nde ho og , dan t re edt in p laa t s van on tledin ~ van he t c ar ba ma at in k oo l dioxyde en ammoniak e en wate r a f sp l i t s i ng op , waa rbij zich ureu~ v ormt . Reactievergeli jkingen :
) ...J
2 NH
3
+ CO
~TH2COO~4
2
= NH2 COONH4
-->
.i=- ~TH~ C ONH2 + H?O
In e e n zee r Llit~ebrej de t.I; Aoretische be s ch ouw i.n OV 2r deze reac t2 8s , to ont Fr jacques ( 34 ) a a n , d 3t erb i j ee n re ve rsibel evenwic ht ins t e l t . .J:.uubi j is::;eblel:en da t de reac t ie sne lhe id welke to t d~ ui t? i nd e l i j k e evemTichts instell i~ moe t le i de n , st e rk stij st bi j te'Tl:;,era tL' r en bov en het smeltpun t van het gevormde car ba mBat . ~ C ~ 7eke r e autokatalytische lyer king 1'l or d t hie rb i j ve roorz a akt d o or !l At 3evornde ure um en water , daar deze stoffen het smeltpunt VDn het c 9rba~aa t ve r lage n . Hoewel s toffen be ke nd zijn ( 3 2) di e een k ata lyt isc he werking ui toe fenen , blijkt de reactie hij ~es chikte keuze van druk en
?' J
.~
t.empe r a t uu r sne L c;enoeg te verl open om Geen k a ta lysa t oren t e hoeve n geb ruike n . a
De r e a c t or en
In de re ac t ore n moet ammoniak
~et
koold i oxyde i n reac t ie
-1 3 -
kunnen tre den ond er pr i na i r e v or rmng van ca r ba naa t . Dit
,J
\j'
'.
r
'
\~'
houdt j.n dat bi j de ' ~ e k o z e n react ie temper atuur de druk hoog ge n oeg moe t zi jn . De waa r-de n van dr uk en tempe ra t u ur 0-t~? ~e on t l en en aan Fr è jacques (34). Te ve n s zal een z o h oog m06e l i j k omze t t i ngspe rcenta ~e ~2oe te n wor d e n ve rkr egen . Om het rea ctor v olume z o kle in mogelijk te houd en , dient de ve r bl i jf t i j d ko r t te z i j n en du s de re acti esne lhe i d hoog . ~e ns l ott e z al ge en vas te s tof in de r eact or ge v ormd mo ~ e n wor d en , zod a t d us alle componen ten bove n hun sme l t punt moet en word e n g e houden . De ke uz e van het Che mi c o-syste em le g t in ze k e r e mate _. - - -de verhouding CO 2 : NH = 1 : 6 ( mol) va st. Aan de han d van 3 de in ( 34) ver meld e ge ::-:e ve n s e n gra f ieken vol gt dan, in ove re e ns t emmi n g met (18 , 43) een r e acti e t emp e r at uur van 0 l p' ;v- , r 180 C en een re actiedr uk van ca 200 a t m. Dez e keuze heeft een verblijf tijd van ca 20 min to t ge v ol g . b
De ammoniak-de stil lati e k ol om
In deze kolo m wor d t , d oo r mi dde l van een "f l a s h"-des ti l l a t ie het me r ende e l van he t niet bij de re actie omgezet te ammo ni ak uit he t r e a c t i e ne ng s e I verwi j derd. Oi11. e ch t e r sr:: ':"n ve r s t oppi.ng te kr i jgen za l , ~ l t h 3n s i n het bovc~ce jeel te va n de k ol om, ge en c arbama at "1. o~e~ on tl e de n, da ar in dit s e v~ l im"1.er s ko ol d ioxyde als top da :rtp :'l f ~ c vo e r d 1',ord t en z odoende in k ou-te r-e de len van de app a ra t uur a f z e t t i n8 en va n c s rbamaat d oet on t s taa n . Da ar echte r in het ond er ge dee l te va n de ko l om z ove e l mogelijk ammoni ak uit de sme lt moe t wor de n verdreven, word t hi e r ge n re gen genomen me t een 3edee l t e l i j ke ontl e di ng van ca r bamaa t , d a t na te r ugvorr.1in~ bove n i n de ko l om, door de r eflux we e r wor d t meegevoe rd na a r bened e n . Aan de hand van de _S,8,3 eY53 n § ~an_.~J' èJ?cques werd da a r o:n i n ovo r-ee as t.e r-mi n g me t ( 9 , 45) e en werkdruk van 17 atm aanse n omen . B~ j deze druk c ondense ert 0C a~~oniak bi j 48 zoda t d e ~ 2 f l Qx t~~rerä t uur ca 4 8 0C be dra a g t . De bode mtemp e r atuur ~e rd or 1100c v 3 st~e st eld (9). \ j:
{f
,.
.
I
ij" "
.
'.L.J
.
c
-14Hie rbij za l inderd a a d , naar uit de gegev e n s van Frè ja c ques blijkt , g e d e e l t el i j k e
r; !
o n tl ed i n~
van het ca rb a maa t opt reden .
Het i n d e kol om bi n n e n t r e d e n d e g3 S - vloe istof - me n g s e l h e e f t , n a a r be r ekening uitwees , een tempera t uur van l D50C, het ge en ~n g oe d e overe e n s t e ~mi ng met de bo dem te mp er ut u ur van 110°C is. c
De c ar ba ma aton t l ed er s
I n d e c ar ba maat on tle d e r s moe t de d r uk zodani g ve rlaagd zi jn , d at h e t car ba maat v ol le di g on t l ee dt i n k o ol d ioxyde en amm on i a k bi j een t empe r a tuur , wa a rb ij een zo g e r i ng mo geli j ke omze t ci ng van ureum in biur eet op t re e d t . De ze omze t t inc ~a n n og t eg e n ~ g ega a n wor d en d oor e en z o snel mogel ij k e wa rm t ew isse li ng , teneinde de ontledingste mp er atu ur bij e e n zo k or t moge l ijke ver blijf t i jd te berei ke n. Daa ro m i s l n p la a t s van een norma al t ype de vorm g ek oz e n va n een gepak t bed, waa r i n de reeds g e rei ni gde ureurn- s melt, na p a s s e r e n van e e n wa r mt ewi ss el a a r , in innig contact wordt g eb r ach t .ae t de n o g niet g e r ein igd e smelt .
(72) is v o or d e z e k o l om ee n bodemt e mpe r a t u ur van 100 °C en een werkdruk van 2 atm g ekoz e n .
In overeenstemming me t
- 1 5-
Aan de hand va n geg eve n s , ont l e end aan (5 9), werden de vo l g ende, ~ i j bena d er i ng ge l d e nde , e i s en voor de gro nds toff en voo r de b ere idinc, van ureum , va s t ge s t eld :
v
KOGLDIO~{YD }1;
,
0° 2 10- 3 10-4
Zuur s t of ~ - v2rt i nd in g e n
'}b max ima a l % max imaa l -r Jo max i ma a l
0,1
Kool monox yde Ine rt ga s I\ool d i ox;y de
.tûVj}~Ol . l
fb maximaa l
1
re s t
AK (1)
~\ a t
er 0,5 Ol ie ui t compr e s sor en 5 . 1 0- 3
u
maximaa l % max im8a l '/b mi ni ma a l .Jl
70
09, 5
~!..mm on i a k
-,
c, I
r
. ( 1...
1
,
1.1, \..
i {'- ,,.{,. (...\ "
~~ <:..._-~
I
.
~(,
,
I
~
-,
(
,.
I
4.r ?u t.~~
- - --- - -
- - -- _ . ( ! ,.
i
I
,t{-) .
'.'
-16-
- f ..
I \; V.~
\
I
\
( '. (
•
\
t
'"
~, \ -...:.
l\,. ~ : {J c."" !
I, ~ . ..-..
.... .,.
'. r \. \~ •
-,
(
\
!,",,_A I,~
f
De we rk i ng van de ont worpe n i ns t allatie zal verkl aard wor d en aan de ha nd van bij gevoe gde te kenin8 . Op de linkeronderzi j de van de te kening zien we de invoer van koold i oxyde e n ammon iak . De ammoniak wordt na a r een opsla g-( bol)ta nk gev oer d. Ee n t weeta l , van koelers voorzi ene compr e s sor en brengt zo wel de aa n d e bol t ak ont nome n ammo náa k a ls het aa ngevoerde koo ldioxyde op de vereiste r eactiedruk , waa rna be i d e stï offen in de rea c tor b innen trede n . He t üi t de reac t or t re de nd e me ngse l van ureum , c a r bamaat , wa te r en aomon i a k wor dt , na gedee l t eli j ke verdamping in een re du ct i event i el , b i j ee n druk van 17 a tm van d e ov ermast vri j e ammon iak on tdaan in ee n ammoni a kdestill atie - kolom . De to pdamp ,Jord t i n e en 4- t; a l condensors g ec ondense er d , wa a rb ij ee n gr ot e ref l ux Nor d t g eha ndha af d . De ove rmaat ammo nf. a k wo.rd t naar de b o.l ua nk te r uggevoerd . ne t uit de kol om trede nde bod emproduct ~ o r d t na ee n t weede drukve rla ging te heb be n ond er gaan , in de c a r bama a to nt l eder s in innig warmt ec on ta c t ge bra ch t me t reed s va n c arbamaat ontd ane ureumsmelt . Hie r door oi.1t1 8ed he t nog aanwezige c ar bamaa t ge heel , wda rb ij ee n to pdamp o nt s ~ a 3t di e naa s t kool d i oxyd e en ammoniak nog wuter bev at . n e t van c arb ama at ge re i nigd e bodempr od uc t wordt deel s geb r ui kt voor een gro te r eflux , deels af gevo er d naar de v e rd b~p e r . I n d e ze verdamp er wor d t ee n snelle v erdamping v erkre gen doo r s ef or c ee r d e stroming door een wa rmte w is s e la~ r , wa a r b i j ee n s t o oms tr~a l e j ec t o r zorgt voer ee n vol- {~f (1., do_~nd l age druk in de verd amper . Ui t de v erdamper word teen ,,,, , ; ,\.ç,f t v ./ ge c oncent re e r d e ureumsmelt na ar de prillt oren gep omp t , om daar "--verspoten te " orde n . tie t hierb i j on t s t a ne " ge prillde " ureum - is veor ver koo p ge sch i kt . De ui t de c a r bamàato ntl ed e rs tre .dende to pdamp word t na enige voor koeling ga s vormi g binnenge vo erd in e en kool d i oxyd e- ab s orpt i ek ol om, wa ari n mon oae t h a nol ami ne O,lEct.) door ee n ge pa k t be d ne e r bened en s troomt . Hi e r b i j lost vri j wel s l le kool di ox yde in he t M3A op, zoda t d e t opdamp uit ammo nisk b esto~ t , ~aa r i n zi c h slecht s s por en koo l - - -
0-
_.
~
~-
~
- 17-
'--)
dioxyde be vi nd e n . ~ ~ ~g e z i e n ec h cer , in te senspra ak met ( 6) t och nog t e v eel koo ldi oxyde aanwezig is , om, na c a r bamaa t - - - .vo rmi ng i n de b eg el e i de nde ho ev eelheid ammoniak op te kunnen l ossen ( opl osb aa r he i d c arb:.-maat 1 , 5 gi l ammoniak ) , wor d t de anmcn i .ak i n een spr oe i tore n van de l aat s t e r e s t en kool d i oxyde o n ~ d a an . Na c ompr e s s i e t ot 17 a t m en co nd ens a ti e wor d t de a l du s gezuiv e r de vloei bare a mm o ~iak naar de bolta nk teru ggev oerd . He t bodempr oduc t va n de a bs orpt iekol om wor d t do or een warm tewi s s e l aa r r-o nd ge pomp t , ·.. v. aar b i j t eugev o.Lge v an d e optrede nd e temperat uursve r hogi ng e ve nt ue e l i n de fu3d- op l o s s i ng meegevo e r de ammo ni ak word t ui tsedr e ve n . Ee n Ger i ng e hoeveel he id koo l d i oxyde wor d t hierbij we l i swa a r ààk ui t gedr even , doch wor d t i e t s hoge r in de ko l om wee r gea b s or b eer d . ver vol ge ns word t h e t b odemproduct naar ee n Narm t ew is s e l öa r gevoe r d , wa a r i n warm te i'. or dt opgenomen V8n eve neens he t door de ze wa rmt ewi s s e l aar s tromende bodem produc t van de re generator . Da a rna wor d t het kool di oxyde-rij ke meng s e l bov en in de rege nerat or gev oer d , wa ar he t koo ldi oxyd e door ~empe rd t u ur s v e rh og i ng wor d t uit gedrev en . De hi erbij vri j kome nde t opdamp wo.rd t part iee l gec on6 ens ee r d , waa r na ee n me ng s e l van kool d i ox yd e , an llio niak e n wa ~e r word t ge spui d . Het b od emprod uc t va n de r eg ene r a t or stroomt door de r e eds b eschrev en wa rmt ew is s e l a ar , en t r eedt na v erd ere koel ing in 2 koe l ers en vi a ee n opsl a g tank we e r in de to p van d e abso r pt ieko l om binne n .
-1 8-
1 11
111
IV V
VI IJII 111:
IX X
XI XI I XI I I XI V XV
XVI
~Unm oniak
opsl ög(bol)t a nk Ko ol d i oxyd e - compre s sor l®moni ak - co mpr e ssor Reactoren 1 , 2, 3. ~~mm o n i 8 k de still atie kolom Euf f er va t" v oor èirnmoni ök Carbama ato Qt1eders 1 , 2 . ver damp er K o o l d i oxyde -M~A - ab s orp t i ek o 1 om
Loog-spro eitoren )~m o n i a k c om p r e s s o r
~::Eit
- b u f f e rv a t MER - regene r é:ltie kolom Buffervüt Pri11-toren St oom s t rd3 1 - e jec t or .
-19DE REGELING
Viil~
DE APPAriATuuR
De r eg e l ing van de appara tu ur za l h ierna :,orden besp ro ke n aan de h8nd van de ver sc hil l ende ,in he t schema voorkome nd e apparat en . a
DE rt3àC l'OliliN
I n de reac toren moe t en druk en tempe r a t uur c ons t an t ge ho uden worden . Daar he t pr o c es zod anig wor d t uit gevoe rd da t geen ~armtewissel2nd opper vl ak in de rea c t or en noodzake l ijk i s, i s d e r ege ling h ierdo or sterk ver ee nvoudigd . 'ae hebb en h i er nl . t e ma ken me t een proc e s me t gr o t e ti jdc on st an t e , zoda t s t ori n; en me t hoge f r e que n ties va n " t ,~'" weinig i nv lo ed zu l le n zi jn . Ee n kor ts t ond ig e vera nd ering \.." '" I v"r-I .: in d e koe l i ng va n de grondstoff en voor de r ea c t or wor d t 1~~~:{~ d us na uw e l i j ks in h et uitgangss ignaa l (d e t empera t uur van '~ ~ ~. de pr od uc t en of d e rea ctor t emperatuur ) merkbaar . Langdur i ge ve r a rrleringen daa rentege n zijn wèl van i nvloe d , maar b eh oe ve n geen a u toma t isch e re ge ling . Door een vernie uwde i nstelling va n de koelwater hoeveelhe id is hi e r op goed kope wi j ze ee n ~e lfd e re sul taa t te be rei ken a l s me t a ut ot .J ? ft ; • ma t i s che regel ing . De druk i n de rea c t or is zo gek o zen , dat \ g eringe afwijkingen h iervan nie t Ja n i nvlo ed zi j n op de gang va n het pr oce s . De rea c to ren behoev en du s i. h .a . gee n a u t oma t i s ch e r eg eling . ,
b DE
.áIlMO.i.~ IAK -D ~S'l'ILLA
,
I
i'I BKOLOM
Voor een goede werk ing van d e ze kol om is de tempe r atuur evena l s de dr uk van groot be lang . De i nla atdr uk, waarmee de rea c t i eproducten d e kol om b i nne n t r ede n , wor d t ger eg el d d oor ee n reduc t i event i el ( Fe ). De r eg el i ng v an de temp era tuur ge sc h i ed t door de h oe ve el ne i d , i n de warmtewiss elaar vo or h et b odempr od uc t b innen tredend e sto om , t e r egel e n crc ~
...I
-20Een ni vea ure gelaar (La) zorgt da t het bodemprod u:::: t op voldoende afstand van de pa kking bl i jf t , maar tevens dat de bodemketel niet droog komt te s taan . Deze regeling ge sc hi ed t , via een relais , in af ha nkeli j kheid van de in de carbamaatontleders heersende druk . De h oeveelheid reflux ~ or d t me t een hoev eelheidsregeli ng ( fC) cons tant ge houden . Onafha nkelijk hi ervan zorgt ee n ni v ea ur egel aa r (IC) ervoor dat de vlo eistofstand in het bij de kolom be horende buffervat de juiste wa a r de heef t , door de hoeve~ heid ammoniak , die na ar de opsla gboltank stroomt , te regelen . c
DE
CA.dB.iufJ.AAT -ON~L.:i:D E.RS
Voor een volledige ontleding van het ca r b ama a t is het van be lang dat de druk in de ontleders beneden een bepaalde , met de bodemt empe r at uur co r responderende , waarde blijft . fu i t s voldoe nde hoog , is de i ns telling van de bodemt empera !.,{ } (,J.t>l\~{"'~ , t uU! niet bijzonder kritisch , zodat hier vo or i n eerst e ((J/-t 1. ' aanleg geen regeling geprojecteerd is . De ~r~~ word t c onu, ;! I·t '.' ,k~{()\~ s t an t gehouden door r eg el i ng van de ~?laatdruk waórmede ~ cl . het bodemproduct ui t de de stillatiekolom in de ontl ed er s ) binnen tred t . lerder word t de af'vo e r van topdamp en b od empr oduct constant geh oud en door mid de l van een h oeveelheid s rege l ing (Fe ) .
I
!
d
DE rBrtDMIPER
Om vorming van biureet zoveel moge lijk tegen te gaa n (13) dient de verdamping van het overto l lige water bij zo laag mog el ijke temper8t uur pla a t s te vinden. De d ruk die nt der ha lv e l aa g gehouden te wor d en , reden waarom ee n s to omstraa l ejector gepr o j ec t ee r d is . De druk wordt geregeld ( PO) door de toevoer van stoom naar de ejector te rege len . Tev en s mag d e temperatuur in de verd am pe r ni et te hoo g ~ o r d e n . Deze wor d t g er eg el d door lliidàel Vdn de st oomt oevoer hOar de warmtewi sse laar .
I
- 21,l h
" ' i\ ' ) \; .-----/"
Zow e l t oevoer a ls af voer van pr oduct e n naa r l de ve rdamper
\-/ ./~
I
wo.rd en ~ eg e~~ (FO) .
e
DE PrtI LL'ro üEN
De t oevoe r van ure um naa r d e pr ill t or-en wor- d t ger eg el d door de zelfde r e gelaar (Fe) die de af voe r ui t d e v erdam-
pe r~ nt -h~ Ud~.)
.
\
)
I
//
fa n gro o t be lo ng voor ee n goede werki ng VBn d e ze kol om is de inst elling va n de b odemt empe r a t uur . :C;e n te l a ge temperat uur ver oor za a k t hi er aa n z i e nl i j ke verlie zen van ammo niak in he t bod empr od uc t , te r wij l door ee n t e hog e t empera t uur een on zuiv er t09product zo u kun ne n onts t aan . De bodemtemperat uur word t da n ook ger egel d via de in de wa rmt e wis s e ls a r toe gelat e n stoomhoeveelheid (TC) . Ee n niv eauregel aar (LC) voor komt erns t ig e afw i jking en Véln de b odemvl oei s t of s pi ege l . De ( ga svo rmi ge) voeding word t voorg e koe l d , waar b i j d e t emp er3 t uur o .a . ger eg el d di ent te wor d en om ge e n cond ensdtie t e ~ri jg e n . Via een r elais belnvloedt de geme t e n vo edingsho eve elheid he t uit gangssignaa l van ee n dr ukre ge la a r (Fe) we l ke de af te vo eren ho eve e l h e i d t opdamp beinvlo ed t . r ens l o t te ... o rdt de re.f l ux cons ta nt geh oud en door midd e l van ee n FO- eenh e i d .
De instelling va n de t empe ra t uur i n de bodemke te l va n de ze kol om is ni e t b l j zonde .r kr it isch , n i t s een ni e t te ho ge waa r d e (ontleding va n MEii. ) , e vena l s ee n t e l a ge waa rde ( onvoldo e nde d e s or p t i e van kool d i oxyd e ) v erme den wor d e n . ~ e n apar t e re ge l ing lij kt hi e r vo or nie t noodzake l i j k . Da t he t ni vea u in de bodemketel , ev ena l s i n ne t bijb ehorend e b uf'f er-v ert voor
o(
.
- 2 2-
g ec on de nseer de to pda mp cons t ant geh o ud e n Nord en (LC) , is , . op zic hzelf we i n ig i nteressa nt . Bel a ng r ij ke r is , da t een i; tL ~ ~('{~t(,(e, Gempe.rat uurre gelaar ( TC) de t emperatuur van het spui - gas . :' J. . ( . , . • -_.-en het conde nsaat op e e n , aa n de hand van pa r t iaa l spanni ngen , b erekend e waar de ho udt , waa rb i j ge e n verhogi ng van het waA t erge hal t e in het 1:ill.A- c irc ui t op t r eed t , en te geli j kertijd k ool d i oxyde en anmonia k ge s pui d wor de n . vanze lf s pr eken d is hi e r voor nood zake l ij k dat ook de druk in de r ege neratie ko l om ger e ge l d Hor dt (PC) . Di t geb e ur t door de h oe ve el h ei d ) te s puien ga s te re gelen . .~ ~----~
--
! 1/ J(.. \.-'t\,
~
-.
I
./
/
- 2316 , 3 ~
In de practijk is g e bl eken , ~2 t , hoewel het in de re actor v oorkomende re acti e me ng s e l bi j n orma l e temper a tuur en d r uk n auwe L l ':;ks c orros ie f is , d i t daa re n t ege n ond er r e ac ti e o ~ s t a 8 1 i 3 h e è en zeer s te r ke aan tast ing kan ver oor z a ken, vooral va n de r ea~ to r , het reductieventie l di rec t n~ de react or en ie carbamaat -ont leder . Do ar het bekl eden va n de react or 'fI ::t da ar t oe se" c h i1~ t e mat er ia len of he t ee br Lük va n be pa a Ld e J ee.;er i' l ~~en kar) i~ e z e aan ta s t i ng J
sterk ve rmind erd werd e n . Ook de sa~enstelli n = van het re a c ti e r'l e nsse 1 z e lf i c:: von i nv L oen op de c or ros i e. Zo bl ijkt uit e e n r a tent V8 .'1. de : .~: . Ea r be n Lndo s t r i e d a t bij het s e br uik va n ijze ren , ~ et l~ od of tin bekle edde a pp a r a t ~ ur ,
I
/
t
f
he t .s ev.r e ns t is z uur s t of , 2'J,?Yl31s 8 0 e n S-h owlend e ve rb i nd i nge n , uit het .r e a c t i.e oe ng s e L te weren ( 29). J aar e nte ~;en bl i j k t uit een zeer r-eoen t e ·'lerl e j.c l i ns ove r een n ieuT.T! -0l'seri chte f a br iek in Tr inida d v olsens het ASED-S t a a t s mijnen-sys t eem , :t a t bij h et g eb ru ik va n r oe s t.vr ijs t aa I de aanwez ighe i d van iets zuur st of .ju is t zee r s-;ewenst is , ze l f s in d ie .na t .e d at he t in ge ringe hoeve elheden op zette l ijk word t t oe gev oe Gd . rv-----/'..../'-Dan bl i j ke n de r e d uc t j.e ve n t i el e n, welke he t s te rks t van ~ o r r o sie te lij den zoud en heb ben , e en l eve n sd u ur van ca 3 ,IJ oj a a r te b ere .:ï:.~.en (53) . Vo or de be kl e d ing van re 3C t or en reductieventiel, he tzij V00r de ve rvaa rd ig ing va n deze ap p a r a t uren is i n de l i t t era t uur e en Groo t aan ta l leGe r in8en ge3e ve n . Het me e s t be ke nd z i j n lo od en zil ver . Daa r lo od , hoe wel g oe dk ope r da n zilver, het n a deel he eft t e snel te ga an verweken bij hO Ge te mr era t uren (1 8) is 3e t r~ ch t aa n dit be zwaar te ge moe t te k ome n d oo r toe v oeg ing va n anti moon in hoeveelheden va n 10 tot 50% . Hie rb i j ble ek de l ege r i ng me t 10% Sb de mi ns t e a an t a s t ing t e onde rga an , t erwi j l ge e n put vorming optrad (2 6) . Hoewe l d uur , wor d t bekledin g me t z i l ve r veel toe ge past v oor de r e act oren ( 1 8 , 36 , 43 , 51 ).
-24Ook een a a n tal me talen op Cu- basis is g e bl eke n een goed e bes tendi g heid t e ver t on en , mi t s d ez e mi n ste ns 8 0% Cu bevat ten (8). In he tze l fde paten t ( e) wor den Iconel en Dura nickel a l s g eschikt e ma ter ia l en genoemd , terwijl ook J Mon e l zou vold oen eve n als Haste l l o~ ( 3 2 , 43). Bovendien is g e t r ac h t door t oe v oeging e n aa n d e reac torinh oud d e corrosie te beperke n
(32).
Het bezwa ar is echter dat de
hiervoor g e br ui k t e st offen (natrium -silicaat, Cu -,BiCr- , Fe-, V-, Hg - of Mo - z o u t e n ) later weer verw i jderd moeten worden . Dit is ook noodzakelijk indien tengevolge van corrosie h et g e p r od u c e e r d e ureum sterk verontreinigd mocht blijken te zijn (23). Dit houdt t e ve n s een argument in te gen het g e br ui k v an be r a al d e le geringen, omdat het bv . v oor in de plastic -industrie te g e br ui k e n ureum onge \ wenst is dat dit Cr zou bevatten (18) . Reeds g e n o e md werd het gebruik van roestvrije staalsoorten (36, 32, 53) . Teneinde de, ondanks deze ma a t r ege l e n , optredende corrosie tijdig waar te k unne n nemen, wa t van g r o ot belang is bij h et werken met hoge drukken , wor d t in een patent van de
?
l .G . Farbenindustrie voor ge steld de reactorwand te voorzie~ , van fijne g a a t j e s op re gelmatige afstand , ;~d a t het uit kJ ' (L) '" stromen van g a s of vloeistof tijdig de vorming van een l ek ______I
in de bekleding kenbaa r zal make n , voor d a t de on d er d r.uk st a ande mantel e rnstig a a n g e t a s t kan worden
(22). \
" i \ . ~'. I. -. 1. _
r
'f
r
1....\ .... . . "
•
J
,\l t:.+ r c· :r
!
\'\'
. ).( t .\ ••'
1
- 25BEt{EKENING VAN DE fr:EMp:=rtA":UUc{SDHLI NG, OPl'llliDEr DE I N HET REDUCTIEVENTI EL 'I'USS i!N HEiI.CTOR
~ AM1WN IÄ K- DE S T I LL1i.I'I~KOLOM .
In dit drukr educt i ev en tiel, da t die nt om de druk van de uit d e r eactor t r ede nde vl oeis tof v a n 200 atm t e verla ge n tot 17 atm , zal gede e l t e l i j k verdamping va n e e n aanta l componenten va n h e t oorspro nkeli j ke me ng s el optreden . Ui t de r e ac tor treedt i mmers een me ngse l van ureum , c a rbamaat , wa t er en ammo niak . He t carbama at zal b i j een d ruk van 17 atm , en , naa r hi er na bere k8 nd za l worde n , ee n te Dp cra tuur van ca 105 00 , nog niet to t ontl edi ng i n ammoni a k en k ool di ox yde over gaan (2 , 14, 32 , 34) . Bi j on ze bereke ningen zu l l en we moet en aannemen da t het in h e t wa ter opgelos t e ureum en carbama at de damp- vloei stof - ev e nwic "l t en i n gee n enke L op zich t b einvl oeden . Zod oe nd e kun nen we du s he t sJ' s t e em ur eum- c a r bama a t water- ammonia k vel e e nv oud i gd de nken to t he t s ysteem wa t er ammo niak . Hie r gee f t Pe r ry nu de eve nwich t s ge ge ven s voor ! Aa n de ha nd va n d e ze gegeven s i s he t mogel i j k om voor e en b epaalde druk , de verdeli ng va n het oo rspro nkelij k ui t s l ui tend i n vloeibore ph as e aa nwez ig e me ng se l va n ammo niak en wa t e r over de door de ze drukv erlag i ng o ntst ane ga s - en vl oeist of - pha se te bereke ne n , al s f unc t i e va n de t empera t uur . Zodoende kunne n we voor e en aan ta l tempe r at ur en de e nthalpie van het onder h avige me ngse l be r eke n en . Aa nge zi en nu voor een ad iabatisch werkend r eductiev en tiel ge l d t dat de t ota le e ntha lpi e co nstant b li jft , is de e i ndtemperat uur do or interpolatie te be r e ke ne n . Op deze wi j ze wer d een waa r de v erkregen va n ca 105 0 0. De ze ui t koms t is i n wel zee r goe de ov eree nstemmi ng met de door Ma s a o Hi r a no (45 ) gegeve n waa r d e van 105-116 0 0 .
-2 6-
BEREKENING
Invoer / ui tvoer r ed uc t i eve nt ie l
440
kmol/h
NH
82,5
kmol / h
H2 0
3
s tel, e r verdamp en : x
kmol / h
y
kmol / h
da n in dampph ase aanwezig:
% (mol)
H20
= h = -ly-x
in de vlo eistaf phase aanwezig
% (ma 1)
"0
~H' J.~
3
=n =
440-x 522,5 -x-y
zodoende volgen de vergelij ki ngen hx
y =--
I -x
y
= 522 , 5
n - 440 + x (l-n) n
ge l i jks t e l l i ng l ev ert x
= 522,5 n
(
n - 440
h n-l) I -u + -n-
"r"'""I:'"
hiermede valt verder t e berekenen
522 ,5
n - 440 ) h nh + ( n - 1) ( 1 - h )
y = (
l
o 5 10
% NH3 in I'v?oelistc fph~ se 'mr h Imf' 11 +, ~+ A A ,
'\
"'
15 20 25
r----; I'---
30 35 40 45
C 55 60 65 70
-
- r--r---- - r--r---r--r--t--- ~
I'---
~
------- ---------10-_
~- ~-
--
85
C 95
t--- r--
- r--r--t--- r--r---- ~ r--r-- ~ r--r--r--.. - - è.c:.v r---- r--r---- r---- t--- r--- r--:---- r--r-~ c: fVU r---r-- r-r--~ r---
r--- t--- r---- .
10-
-
10-_
-.
I---
--- ----------- -r--
•
r---
...............
I-....
I
l~~
I-..
--r--
r---- 10-
r-- t--
...............
r-, <,
......
~
""--
...............
r---- t--.. r----
r-- r--. - -
r--
r-.,..
~
<, <, ..........
I-....
t::'1'
f--
75 80
-
<,
-----
'" "" r-,
-
---
Co:;I-J
...
-,-. "" ~
--
h
-=-
., -~ ..LVV
.,
r'
.~
h
'"'
l.:;JV
"''"I FC7
........ .,
•
<,
-
.1. i1V
I---
-..L (
---
-~ BOVi!
.~
'v
"
--
IkC.V
IJ!
1 00
160 170 180 190200 210 220 230 240 250260 270 280 290 300310 320 330 340 Druk (psia)
1 1)0
Ol JO -:---...
5
---.:. <, ~
10
r-.
28 o
2t 0
2CX)
~Te mperat'uur(o ) <,
15
r-.
20
1
~
25
-,
2
\
~
30 ·3 5 40
/
45
"-
2
n/
10 • n
\
V
/
60 65
/ /
70 75
nj
80
1/
./"
~
V
~ .
3
4
10
2
5
1:.
\
I\h \
/
6
~
I
V
· 85
......
I~V V \
,/
5
\
~
\
7
\
8
1\
\
c
9
100
9
\ 1\
10
\ \
11
\ 1\
12
\
\
\
\
100
150
200
250
13
14
280
150
( J.\X)
---.....
\ I
•
50 1()0
r--- r--.
r-. Y r-.
Te mper at Ut lr <,
151 '
1'\ " I'Z r-..
35 t
450
1\
~
-
-
x
-
70C
80r
1\
x
~
-~
-
-
_."
x
.
\
-
1--.
- w.- - _ x \ . 1\
Y\
\
.
\ ~
75C
\
-
x
y\
65C
1-- - -
t---
5L \ 55r so
----
t--.
\ .
\
f\
\
\
. \ 1\
85 C
9
<,
r-,
-
0]
<,
.y
3 l ,r
28 :)
t-;
g 10
25(-)
40r
~
-
X
200
2')()
200
').c
)
95c 1 oor
\
Y \ 1\ 1\
1 05C
\
1 lor 1 l5( 1 2tOC
f\ y
1250
\\
·1 300
1\
13 50 1400 . 260
300
\
Tet per tuu '"
35a
oF 400
440
-
-
-----------
---
-27Uit gegevens volge ns Perry volgt de to tale evenwichtsdruk als functie van het mo leculair pe r c en t age ammon i a k in de vl oeistof met als paramete r de temperatuur (zie grafiek) . Door een r echt e te t r e kk en t er hoogte v~n de achter he t reduc tieve ntiel he ersende druk , kennen we het mo l eculairpercentage ammoniak in de vloeistof n als funct ie van de t empe r a t uur voor deze bepaalde druk . Het verband t uss en deze grootheden is in een tweede graf iek weergegeven . Op ana l oge wi jz e vi nden we het in deze l fde graf i ek weer8ege ve n moleculair-percentage water in de gasphase a ls func t ie va n de temperatuur b i j een bepaalde druk . Doordat nu zowel n a ls h bekend zijn a ls functie van de temperatuur , is te berekenen h oevee l kmo l/h ammoniak en koo ldioxyde bij de drukverlaging i n damp overgaan . Deze berekening ge sch i edde aan de ha nd van de r eed s eerd er afg eleidde fo r mules vo or x e n y. Het resul taat is gr af i sch weergegeven als funct ie van de temperatuur . Hi erna wer d voor een 4-ta l temperatur en de entha lpie van he t verkregen me ngsel van ga s en vloeist of be reke nd en i n grafiek geb r ac h t . Hierbij bleek , dat bi j een tempe rat uur van ca 105°C de entha lpie van h e t in het reduct ie v~ntie l bi nn en t r edend me ng s e l ge l i j k was aan de tota le e nt ha lpie van de twee uit h e t ve ntiel tredende phasen . 110 )(
100
90
temp.
(0 0 )
80
215
..
- 28 -
DE PHI LL-I'O_ru\i I nl eiding Naar uit de li ~t e r at u ur bl ijkt , wordt een s r oo t g ed e e l t e van d e u re u~ prod ucti 8 , do t b ov end ien st ee d s t oeneemt , wegens h e t ho ~ e N-geha l t e a ls mes ts t of ge br uik t . Ka a s t s peciale eis e n , zoa ls ee n l aa g geha l te ab n biur eet , (32 , 37, 42 , 66 ) is he t gewen s t , dat het a an de c on s ume n t af ge l ev er de pr od uc t ee n g oed e s t r ooi baa r he id b e z i t , zoda t het in mec hani sche me s t s t r ooiers te ve r werken i s. Deze e i gensc ha p b e z i t he t ge kr i s t a l l i s e er d e ureum niet in vol doende ma te . i/ie l i swbè:l r i s het mogel ijk door ger inge toe voe gi ngen van c hemi c a li e ë n de vo rming va n kl on t e n te vermindere n (30, 32) , in h e ~ al ge meen ec hter prefereert men vo or o .a . cq;ra r i sc he do elei nd en ze ker de do or "pri l len" verkre ge n ure umkorr e l . ~-I e t "pri l l en" is ee n be werking , waa r b i j een ur e um sme l t met l óa g wa t erg eha l t e (2 4 , 74 ) in fij ne straaltj es in een omgeving van i ner t ga s ~ o rd t Vdrs po t e n , ha~ rb i j de s~raè:l ltj es ond er i nvloed van d e oppervla ktespa nni ng ov ergaa n i n a f~ond er l i jke drupp el t j e s . Tij dens de val door he t inerte ga s koe l e n d e druppel tjes geleid e lL jk af , '~ '::J èJ rb i j ze c eh e e l of gedee l t e l ijk va at wor d en . De a l dus ve r kre gen ,v ri j wel rond e korre ls hebb en ze er we i ni g ne.i. gi.ng t ot k Lo n ti er e n , voo.ra I a ls no g s por en van b-ep --a a l.-d e stof fen wor d en to ege voe gd (3 0) . ~fh an k e l i j k va n he t wa t er geha l :.; e va n de sllle l t , is het h ierna s oms nog nod i g de "ge_ p.r i l Lde " d eel tje s na t e dr'ogen (24 ) . Di G de La t t e.ra t uur i s bekend , d::' G b i j de s to l ling v a n d e f', e pr i l l d e d eeltjes d e warmt e over dra cht he t b e lcmgri j ks t e eff ec t i s , e L za l oo k e e n ger i ng gede e l t e Vdn he t aa nwe zi ge wa ter verd ampen (24 , 31) . ler der i s he t noo d z~k e l i Jk , da t de temp e ra t uur van de sme l t e nige gr ode n h oger i s da n he t s t olp unt , ~i l de vorming va n de " o Ll. et jes ui t een ur'e um s t r'aa I ongest oord kunne n opt rede n (74 ) .
!
- 29In de li t terdtuur i s , voo r zover na te B ~ ~ n , gee n besc hrij ving van e e n we r kende pr i l l - t c, r e n voor ureum b ek end . ;.e l ge ven dh ea r on e n Dunwc ody ee n b e schr~ j v i ng van ee n t ore n voor ammon i umnd t r-ae t (31 , 5 5 ) terliv ijl i n e en pa t en t van 'l'he Chem i ca l Constr . Cy . (74) eeJ oms chri jving vön e en pr i l l ins t al l atie voo r ur eum of ammoni umni t rdd t gege ven wor d t . In het vol te nde word t d~ arom e en be re ken i ng gegeve n van af met inge n , wel ke ee n de r gelij ke t ore n zo u kunne n hebb en . In het voorga dnde is r ~eds o p ~ em e r k t, dat het vloe istofdr uppeltje tijdens de va l d oor ine r t [ ös afko elt en gehee l of gedee lt elijk vast wor d t . Om nu e en voldoe nd lange koel t i j d te krijgen , kan men ee n ze e r hog e ter e n Gebru i ke n , ofwel de va lti jd van het deel tje ver lengen do or he t ban dha ve n va n een p osd t Leve '. ' I : ga e. s ne l h e i d t en opzic h te van het va ll e nde deeltje . De t erenh oogte is dan mede ee n f unct i e va n de bö s s ne l he i d , zoda t de keuze van d e t o.re nhoc g t e ge ba s e e r d z,a l mo e te n zi j n op het be pa l en vön e e n ec onomi sch optimum t us s e n de b ouw - en afschrij vingskoste n van de to ren en de a ansc ha f f ing s - en bedrijfsk o s~e n van de b e nodi Gde ventildtore n . Het opp ervlak van de hor i zont a le d oor snede va n de tore n is vrij wel ui ts lui te nd e e n funct i e van d e keuz e va n de o ~de rli nge af s tand van de s proe iers bove n in de t oren . De ze zal dusda nig moe t en zijn , dat de stra l en ge smo l te n ureum zo mi n mo ge l i j k tot bots i ng komen , ondc.i nks he t f e i t , da t , n':Jdr bereken i ng ui twe e s , er a l t i j d een turbule nte ga sstrom i ng in de tore n he ers t bij gebr ui k van ventilato ren .
-----_._----~- - -
- 30Be r eke n i ng
[.,' ( '
De b e r ek en in ~ is Geb a s e e r d op d e geddcht e , dd t de dbor he t d eel t je ~ fg e s t a n e waTInte h Gof d~ake lijk za l bestaa n u i t vrij ge komen 1 8 be ct e E t ol Lä ng s warmte , n.ia st e e n te verwoörlo zen hoeveel heid v oelb are wa rm t e , ri Le r do cr ka n word e n vermede n , d at bij d e b er e ke ning gebru i k gema a kt moe t word en van warmteoverdracht voor " un s tes dy - s ta t8 - c ond i t io ns" . De z e z ij n wel iswa ar door Gurne y en Lurie (53) voor het gev8l van een bolvo rmig lic haa m b e r e ke nd , d och b i j de7e ber ekeninge n is uit era a .rd geen r e ke ni.ng 2: e houd e n met ee n zi ch v erp .Le a t s e nd f r ont van c onSGa n t e tempe r a t uur ( dA st o lli ~Gs - z 6 ne ) . Bi j o ~ ze be rekeni ngen i s da3 re G~e g en het pr i l l - d e e l t j e beschouwd a l s ee n b ol v or uu.g Li.ch asm vol} C C>1S~i.; ~1tG ':"" , wa n t st o l l i ~J. gs - tellip e ra t u ur , da t zich , naarmate de sto l ling voor t schr i j dt , omgeeft met een :2 teeds d Lk k er ·.Jor d er:d e Laa g " i s ol a ti e na ne r L a e L ' ! , .i vc , het va s uge wo.rd en ur e um . l :» deze l aa g Hord t wé1rmte af ge s taa n a a n he t l a n6 s h e t bo lle tj e stromend e inert e gas , i .c . l uc ht . In eers t e Ln s t a n t i,e 'Ner d aangenom en ~~t de W8~ml;e o ve r - i ti,!" dra ch t 8d n net ~ a s zeer veel s l ec h ter zou z ~ Jn , d a n ae ge l eidinG in he t ge s to lde ure ~n . DasT bovendien , gez ie n de af me t ingen va n he t pr i l l - d e e l t j e , d e "i.so La t Le-d. s.a g " vrij dun is , z al de o p p e r vl a kt e-t effi ~ e r at uur vr i j wel gehe e l b eheer s t wor d e n door de c o n s t a ~ te ( s t oll i ngs-) t empera t uur b innen in het bo llet je , zoda t de o ) p e r v l a k te- ~em p e r dt u ur Vdn het b ol l e t je ook als vr ij we.l c c ns t ant zal mag er; "or d en be s ch c uw d , Tens l ot / t e za l de wa rmt ec verdr3 ch ~ t er pl aa t s e v~n h e t st o lli n ~s f r on t o Lei ~d i g goed zijn . ~~ n k ULne n " e de volge nd e ve rg eli j ki nge n op stell e n l oor de vrij komende stollinc SdSI'Ill te ge ld t, a ls de s to ll i ng s za ne z i ch met ee n s t ukj e dr ver plaa ts t:
- - -- - -
-
- 31-
Voor ci e warmt e die door de l aa g t',e s t ol d ur eum stroomt (50)
rtJ w
=
~
.
4 n:. Rr
• (T
R- r
1-T2)
voor h et wa rmt e transport na ar de omge ving (50 ) :
'I 'e ns L o t b e
g e st ol de
rtJw
= 4 n: l{ 2 ~ • (T 2 -T 3 )
Hierin zijn:
r;;w r
warmt e s t r oom straal g e smol ten ke r n st r a al pr i l l - de el t j e tijd stollings enthalpie st ollingstemp eröt uur oppervla ktetemper atuur t empe r atuur inert Ga s wa rmt eove rga ng sc oëf f i c ië nt wa rmt ege l e i di ng s vermoge n
m m
sec J/kg
Oe
°0 °0 J/m 2se coO J/msec oO
Door elimineren van ~w en T2 uit de ze 3 vergelijkinge n , kr ij ge n we ee n verb a nd t us s en de st ra al van de ge smol t en k er n van he t deelt je en de ti jd . Dit verba nd luidt :
dt
)dr
- 32We i nte gre ren h e t rechter l i d nu over he t geb i ed r = 0 tot r = R, zod at we aann emen da t vo or een goed r e sul t aa t v an he t "pr i l le n" he t geh e l e d ee ltj e ge s t ol d moe t zi jn . Bovend i en zo u i mmers stolling t ot r = tH slec hts een vermi nde r i ng van he t b enodi gd wa rmt e t r a nspcr-t van c a 12~ tot gev olg h ebb e n , t enge vo lge va n he t rel atief ger i ng e volume van de dan nog vlo eib ar e ker n t .o .v . he t reeds ge s to l de dee l va n h et b oll e t j e . De ze i nte gr atie levert dan uiteindelij k a l s r e s ul taa t
wa a r i n
t
=A
+ B/C<
A
2 e ä H.rt =
B
= 3 .~ TI -T3 )
:
6
À
C'J \ - T3 )
ReA H
Het i s nu du s noodzake l ijk de waarde van ~ te be rekene n . Deze is ee n fu nctie va n o . a . de ga s s ne l he i d l a ngs he t de eltje . {oor deze gas sne lhe i d l angs het vrij vallende deeltj e v ol gt (50) : = 2,5
v
r
V ~e. À
.
gH luc ht
waar i n ö
e
e= e de ~ lt j e
e. l uc h t
g vr
d ee I t j e -
elucht
d i ch the id de eltj e d ich the i d l ucht versne l l i ng zwaar t ekracht s ne lhe id dee l tje t . o . v . ga s
kg/ m3 kg/ m3 m/ sec 2 m/ s ec
-
-
- --
- --
---
--
-
- 33I nvulli ng va n d e vol g ende wöa r de n , wdarb ij a&n de hand van (74) ee n w a~ r d e voo r d e straa l Vdn he t pril l -deeltj e we r d a angenome n : () - 13 00 kg/m 3 "ureum 2 g = 9 , 8 m/ s ec R = 12.10-4 m (74)
e l ucht
3
= 1, 2 kg/m ;
l ev erd e a ls re s ul t aa t : vr = 9 TIl/ sec Een berekeni ng van he t ge t a l va n ~ e y no l d s (He) gaf a l s r e s ul taa t : ( xe ) = 1360. De ver dere ber ekeni ng van oe ge sch i edde volge ns Fr oe s s l i ng ( 35) en Ha n z (65) aa n de hand van de f ormul e : . (Nu)
= 2,0
+ 0, 6.( Pr)
Aa n (77) wer d ontl ee nd:
1/ 3 . (Re) 1/2 (Pr) = 0,7
Z o d o e nd e ~
.
(Nu) = 22
<::
Hie ru i t v ol gt :
eX = 22
~cht
Hi er i n is:
À lucht 2R
= 0 , 026
J / msec oC = 0, 0024 m
(80)
Da n valt t e bereke nen :
Ee n aan de ha nd va n d eze w-ia rd e ui t gev oerde ver gelij king
-
---------- -- - - -~
- - --
- 34-
tu ss en ot e n AI R geef t inder daad de juistheid aan van d e aa nname , da t d e gr oot s t e war mt ewee r s t a nd niet in het b olletje he e r s t , maar aan he t oppervlak ~ Re ed s was ge vond en : t
=A
+
e/«
Nu volgt me t behulp van: '-'
6
eH
= 1300 kg / m3 = 252 kJ 4/ kg -= 12.10- m
R
= 80 JlmsecoC = 100°C ( a anname)
À ureum
(T I-T
3)
\foor de waar de van:
,
2 fÓ HR
= 10-2 s ec
À
=6À
B
H = 3 · Crl-lr3) = 1310
(TI - T 3)
Re A
2 J /m .oc
'<, ..-
Dus: t
= .cl.
+ Bl o(,
= 5,5
s ec
De s nelheid v r t. o.v. de luc ht b edroe g v r = 9 m/s ec , als Vw = dee l t j e s sn el he i d t. o.v. de toren en Vlucht = luc htsnelheid t.o.v. de to r en, vol gt voor d e verblijf tijd v an een d ee l tj e bi j e e n h oogte h van de toren: t
= hivw
en Vw = 9 - Vl uch t h
= 49, 5
- 5 , 5 Vluc ht
. '.-'.1 ~
2
1
2
3
4
6
7
Luchtsnelheid Cm/sec)
4 6
8
10 12
Tore~oogte
(m)
14
16 18
o
,20
2Z-----. -------
I
24
I
26
I
28
IH
I
I 32
Voorbeeld: Lucht ene lheid: 5 m/seo Lucht1rerbruik: 100 m.?/sec Torenhoogte min.s 22
m
I
34-
o
36 38 40 42
50 52 .
Luchtverbruik (m3 /sec) . 160 UO 120 130 140 150 160 170
-35dan komen we tot e e n tO Göle h oogte voor de pr i l l t or e n van 30 ro , uit ga and e va n de re ed s vermelde effectieve h oog t e van 22 m. Bl ijke n s een uit gevoe rde be re ke ning is het niet noodza kelij k de t eren van cyclon en te voorzie n , omdat aan de ha nd v a n ondersta ande verd eli ngskromme (74) voor de gr oo t t e va n de pr i l l d ee l t j e s , blij kt , dat slechts ee n te verwa arl oz e n f r acti e ui t d e tor e n geb l a ze n za l wor d en .
,
'0
,
..- 80
Gewicht spercent age
f- 7° Verdelingskromme voor de gr ootte
~ 60
van de prill -deeltjes volgens (63 ).
~ 50
f- 40 .~
,30
~ 20
f- 1O
10
I
I
I
I
I
I
4
5
6
7
8
9
I
10
I
11
2•
Diamet er (i nch)
I
12
I
13
L
- 36Per uur wor de n 82 ,5 kro o1 ureum = 4950 kg Ih verspot en . Uit (74) volgt voo r een ge sc h i kt e s troom s ne lhe i d i n d e sp r oe i b ui sj e s van de pri l l - t or en : v = 6 m/ s ec . Een geschik t e diamete r vo or de bori ng va n deze b uisj es is 1/32" (74) . De Le ng te va n de spr oe i b ui sj e s s Gel len we aan de hano Vbn (74) op 0 . 15 m. Dus pe r s proei buisj es e en vol ume te v er s pu it en: ~v
= 6 .50 .10- 8 . 3 600 = 108 .10- 4
Dus nod ig
m3 / h
~
4 950 .108 .10-4 /1300
= 410
bui sj es .
ki ezen , voor Beva l Vdn vers t opp ing , re v i s i e ed . 500 buisj es . Om de mon tage e n ui twisseling nie t te zeer te bemo eilij ken , en t eve ns zorg t e dragen dat de s t ra l e n ureum n i.e t met e Lkaa r i n aanrak ing kunnen komen , s t el l e n we de buisj es i n een quadrd t r i sc h ne twe r k me t 0 ,20 maf s ta nd onderl i ng op . Dus benodi gd t or eno ppervla k A voor 500 buisjes: ~e
~i.
2
= 20 m
In bij ga a nde gra fiek z i j ~ Ne ergege ven he t luc htv erbrui k a l smed e de luc hts ne l heid è11 s fu nc t i e van de t or enhoog t e . De luc hGsn e lhe id i s rlddr bov en begrensd doo r een max i ma l e waa r de , waarb oven de pr i l l - de e l t j e s name l ijk ui t d e to ren geb la zen ;Ior de n . De Luc ht wor-d t vi èl ee n omloo plei di ng onde r in de tor e n g eb lazen . De t oe l op ende b odem Vdn d e Gore n is v oor zi en va n een trdnspor tband v oor de v erwijderi ng va n d e pr il1- de e l t j es , we lke Gevens a l s l uchtslot dient (31) . "•.e ki ez e n een hoo gt e Vd n 22 m b ij een luc htv er b r uik van 100 m3 / s ee ( 360000 m3/h ) • ..anneer we aa nnemen dat voor de aanvanke li jke ureumstraa l een vall e ngt e va n 4 m voldoe nde is , om v ol l edig i n druppe ltjes ov er t e ga a n , en voor de bu nkerv orm ige onde r ka n t van de t ore n , i nc lusief de afvo erinriehti ng in d e vo rm v an e e n tra n s port ba nd ed. een le ngt e va n ca 4 m,
\Jf "~ t> ( ~ !
(\ , {
(,vu .« !"
- -- - - - - - - - - -
-
- 37L.AöSA BALu~ S
Hoe vee lheden z ijn verme ld in kg /h stroom no.
ureum
,
c arb ama at
water
I
ammoniak
ko ol d i oxyd e
1'lEA
t t
1 2 3 4 -::>
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
,----,,'
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
283 9 11 220 11220 11220 4840 48 4 0 4 840 4950
2145
1485
7480
4950
214 5
1485
7480 14102 14102 6800
4950
2145
1485
7302 838 1 179
4 950
21 4 5
1485 68 4 68 4
179 1088 1088
801
1079 1079 1079 1079 26
495 0 530940
530 940 525 990
8591 6 6604 6 E04 8591 6 8 5115
2 735 9 9 2 73 5 27 10
1 210 1 210
1368 1368
8186 818 6
1) In de ze opgav e is niet i nbe gr ep en de h oevee lhe id d oor de vent i l ato r en i ngebla zen luc h t , i .c . 396000 m3 / h . lerder is aange nomen
da t vri j wel ge en v e r damping v a n wa te r ui t he t ur eum za l optred en .
--~~-------
-
---
- 39-
~ne rg i eh oeveel oeid
ö t r oom no.
1 2 3 4 "----"
5 6 7 8 ')
10 11 12 13 14 15 16 .~
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
'I'emp e r at uu.r
oe
verme ld in Mca l / h Nomi na l e druk
at m 48 48 2 77 70 40 280 100 180 105 48 48 48 48 48 110 Koe l'H. 80 105 80 35 35 250 48 100 10 0 110 120 100 105
17 17 20 0 200 2 200 200 200 17 17 17 17 17 17 17 2 2 2 2 2 17 17 2 2 2 2 17 17
'I'oe ge v oer d e e nergie 1'i ca l / h 2802 11075 641 9 99 92 10342 7051 10551 20543 20543 9290 13919 6712 7207 8 273 15817 800 15817 5399 5428 69 7 69 7 574 1066 9118 9 68888 35845 35 71 6 978006 9 67588
-40-
8t r oom no .
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44
45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
ï
'r empe r-a t uur oe
l\omi na1e druk atm
Koel w. Koelw . 46 125
0 .1 0.1
20 25
1 1
104 74 74 125 115 35 Koelw. Koelw . Koe lw . Koelw . 180 Yoe1v'1 . 180 180 Koe lw . 180 180
2 2 2 2 2 2
Toegevoe r de energie Mc a 1/ h
+ + +
10
+
10 10
+
10 10
+ + +
+
492 485 1746 7352 7649 0 297 4656 123 4746 30673 30673 3 0060 30189 31142 3 69 35 73 3500 4629 2148 29 1300 20 469 829 12 79 3281
L
- 41-
1'1
Hf
0
g -298 , 16 K 1 aq
= 17
=
- 1 1 ,04
kc a l/mol
=
-
kc a l / mol
2
3 4
5 10 20 30 40
50 100 200 00
18 , 1 18,7 18,87 18, 99 19,07 19, 23 19, 27 19, 28 19, 28 19, 29 19,30 19, 32 13 ,32
=
16, 62
kca l /mol
= Hvap- 760 mm 239 , 73 0 K
+ 5 , 581
kca l /mol
=
+ 1, 351
kca l/mol
H
fli q-298,16oK
Hf uSJ.on . cp
=
0,0085
Litt er atuur
68
kca l / oK mol
- 42-
=
- 154, 21
kca l/mo l
=
- 150,4
kCöl /mol
=
+
18, 5
kc a l / mol (1 4 )
2)
=
+
5,5
kca l/mol (34 )
c p c ri st 3)
=
+ 0 ,03 6
kc a l / mol (34)
Hf
cris t-29
8,1 6 o K
H f aq
o fu sion- 418 K 1)
H
Hf USl. on .~'
1) 2)
3)
Deze waard e i s we l nlg be tro uwbaa r zoda t gebr uik werd s ema dk t va n d e in (34) ge ~ e v e n wöa r de . De ze wöa rd e i s ~ em i d à e l d t u ssen 5 en 6 kc a l /mol . Deze waar d e is door Fr è j ac que s bere kend m. b . v . d e rege l van Ropp .
I
I
I
I
Li t tera t uur
14, 34 , 68
I
I
- 43KOOLDI OXYDE H
f g-298,16o K
Hf
] , = 44
CO2
=
- 94 , 0518
= -
, l J.q
kca l / mol
98 , 09
kca l/mol
Hf USlon .
=
+
1, 99
kca l /mol
Hs ub l im
=
+
6 , 03 1
kca l /mol
I
,
'-/
cp
=
0, 0089
kc a l / mol
Hab s orp tie i n = - 17, 6 !\,: EA oplo s sing
Li tteratu ur
38, 68
kc al / mol
-44-
Hr l iq-298 ,160K -- c
Pa q
=
Litteratuur
+
0 ,05
62 ,52
kcal/mol oe
38 , 64 , Perry
kcal/mol
-
-
-
-- ----
----
-
--
-
- 45UREUM
CH4N 2 O
M =
H
=
5 aq 7 10 15 20 25 50 100 200 400 co
=
fc ri st-298,16oK
<::
60 79, 634
kca l / mol
75 ,790 75 ,879 75 ,970 76 ,056 76 ,107 76 , 142 76 ,219 76 ,259 - 76 ,281 - 76 ,290 - 76 ,301
kca l /mol
-
Hrus i on -405 , 8 oK
=
+
3 ,6
kc al /mol
cp
=
+
0 ,0192
kc a l / mol
Wa rmt ege l e i d ing sv ermogen
=
1335
kg/m3
Litteratuur . 4 , 48 , 68
68 ,8 kc al / mh°C
L
- 4 6WATErt
H = fg -298 , 16oK
- 5 7 ,7979
~l iq-298 , 160K = Hva p 760 mm
= -
- 68 ,3174
9,7171
373 , 16oK Cp
= 0 , 018
Li t t er at uur
kcal/mol
68, Perry
kcal/mol kca l/mol kca l/mol
----------
- 47Litteratuur lij st: 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Aue rba ch , V. Chi mie et Ind us t rie (1948) 21 me Congr e s de chimie i ndus t r i el le Auerbach, V. Ind. Ch im . Be Ige (1954 ) 14 39 7- 4 01 Ayres , F .D . Guc ker, F .T . J . Am. Che m. S oc . (1 937) 222 2152-2155 Berliner, J .F . T. Ind. Eng . Chem . (1936) 28 517-522 B1ohm, C.L . Ri e s enfe l d , F.C . 4 Petr . Ref i n e r (1950) 29 141 -150 B.P . 745 406 B.P. 753 386 B.P . 756 871 B.P . 758 670 B.P. 780 683 Brien, E . B. Petr. Refiner (1954) 26 13 C 46- C 48 Chenoweth, G. E . Chem. Eng . Pr og r e ss (1958) 54 Chi1 ton C.H . Che m. Eng . (1958) 65 7 53-56
55 -59
Clark , K.G . Gaddy, V. L . Kra se, H,J . Ind . Eng . Chem . (1930) 22 289 Clark, K. G. Gaddy, V.L . Ri s t , C.E. Ind . En g . Che m. (1933) 25 1092 Clark , K.G . Krase, H. J . Th ompson, J .G . Ind . Eng . Che m. (1930) 22 735 C1a rk , R.L. Faith, W. L . Ke ye s , D.B . I ndustria1 Che mi c als ( 1957) Cook , L .R . Che m. Eng . Prog res s (1954) 50 327-331 Coulson , J .M. Ri cha r dson , J . F . Chemica1 En gi ne e r i ng (19 56)
--------------- -
-48-
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
33 34 35 36 37 38 39 40
Din, F. et a l . Ther modyna mic fun c tions of ga s e s (1956) Dodge, B. F . Ma son , J . ~ . Trans. Am . l nst. Eng r s . (1936) 32 27- 48 D.R .P. 422 525 D.R .P. 434 401 D.R .P . 542 399 D. R.P . 669 31 4 D. R.P. 740 847 D.R . P. 761 103 D.R . P . 812 547 D.R. P . 812 909 D.R.P . 837 095 Dunwoody, W. B. Shearon jr . W. H. I nd . Eng . Chem . ( 1953)3 496-504 Foe rs t , «. U11manns Enc y kl opädie d e r t e chni s c hen Che mie 3. Auf1 . ( 1954 ) Bd . 5 Ed . 8 Ford, H. E. Te lle r , A.J . I nd . Eng . C h e~ . ( 1958) 50 8 1201 - 1206 Frè j ac ques, M. Chi mie I nd ustr ie ( 1 948) 60 22 -3 5 Fr oessling , N. Ge rlands Be i t r . Geophys . ( 1938) 52 170 Gol dste i n , R.F . Th e p e t r ol e um chemic 31s industry ( 1958) Gowing , D.P . Le eper, R.W. Sa nf ord , W. G. Youn g, H. Y. Sci ence ( 1954 ) 120 499 -500 Gregory , L . B. Scharmann , W. G. I nd . En g . Che m. ( 1 93 7 ) 29 51 4 Groggi ns , P .R . Unit p r oc e s s e s in or ganic synthesis ( 1 953 Hat ch , L . F . Pe t r . Ref i ne r (1958) 8 123-126
- 4941 42 43 44 45 46 47 48
49 50 51
52 53
Hodg man , C.D . et al . Handb. Che m. & Phy s i c s (1956) 38 t h Ed . Jones , W.W . Science (1954) 120 499-500 Jap . P . 2366 (' 55) Jap . P . 2367 ( ' 55) Jap . P . 6568 (' 54 ) J a p . P . 6569 (' 54) Keenan , J .H . Key e s, ~ . G . Ther modynamic pr cre r t i e s of ste am (1947 ) Kirk, R.E . Oth mer, D. ~. E ncyclopedi~ of che mic al te 0 h n olosy Vol . 1 Vol. 14 Kohl, A. L . Journal, A.I . eh. E. (1956 ) ~ 264-2 70 Krame r s , E . Col l e ged i ct a a t i 'hy s . Wer kwij~ e n I . Le e , J . .Ä . Mater ia ls of const ructi on fo r che mical p roces s industr i es (1950 ) Leib ush, A.G . Ly udk ovs ka y a, ~ .A . Zh ur . Pr i k la d . Khim (1949) 22 558 N N Che m. En z .
54
NN Chem.
55
(1958) 6516 73
~n g.
News (1958) Ap ril 72-73
N N
Che rn. En-: • l'T ews (1958)
56 57
? L:j
:::..:::..
Che rn . L ndu s t r Le s (1948) 636
n ~,T
;.~
941
"fiT
".i. ~
4
559
N
Ch e rn..
59
50
N N
Che m. Ind us t rie s (19 49) 64
58
( UIT ) 0
~ \r1
I rl .~
'-'
.
T'ec.~!l .
(1955)
99
NN ~e t r . Pro cess ing (1956) 11 5 127-129
- -- - --
.--
- 5060 61 62 63 64 65 66
67 68
69 70 71 72 73 74 75 76 77 78
N tI Pe tr. ~efine r (1953) 32 Sep t . 179-182 N "1\. .T. Pe t r . Re f i n8r (1953) 32 No v , 170-171 ~
N N
Petr . Refi ner (195 5) 34 Dec . 186- 187 fT N Petr . l1e f j_ner (1957) 36 Nov. 284-287 Petukh ov, B. ~8cu1in , N. 1 Kholodil ' n ay a Tekh. (1953 ) 30 56 -59 Ranz, ','; . E . Che'Il . L:n :; . r ro c;r . (1952) 48 5 24 7- 253 Rede mann, e . E . Ri e s e nf e1 d, F .C . La Viola , F .S . I nd . Eng . Che m. ( 1958 ) 50 633-636 Roose boo m, A. Che m. Eng . (1951) 58 111 - 114 Rossi ni, F . D. e t al . Sel e ct ed values of che mic al ther~odynami c proper tie s ( 1952) 3kee n , J .R . 1 Chem . Eng . ( 1949 ) 56 J uni 319 Tonn, j r . ,/ . H•
10 186-190 Chem. Ene . (1955) 62 U.S .P . 2116 881 ( 1938) U.S . P . 27 01 262 ( 1955) U.S .F . 2712 55 7 ( 1955) U.S .P . 2774 660 (1956) U.S .P . 280 7 574 (1957 ) U.S .P. 2808 125 (1957 ) V.D. I . W är ~e a t 1d s (1953) vröh1er , F . Ann . Physik (1 82 8) 12 253 -256
- - -- - - - - -- - - - - -
-
- -
- 51-
INHOUDSOPGiiVE
. .. . . ... ......
Histor isch over zic ht ... . . .. .. . . Toepass i ngen von ureum . .. . .. ... ..•...•..••••• Toeg epa s te processe n .. ...•.••.....•.....••..•
3
Keuze van he t proc e s .. . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . • . •
10
Keuze de r rea c t ie oms ta ndi gheden ..••.••..•.•.•
12
Gr'o nd sc oîf' en •• •••••••••••••• •• ••• ••• •••••••••
15
Verklar ing van het ont wer p ..••.•.•.•••.. ..••• Legenda va n het p.roc e s sc hema .. . . • . . •. • . • • • • . • De r e ge l ing va n de dpparotuur . . • • . . . • . . . • • • • . Oona t.ruc t Lema t er La Le n . • • • • • • • • • • • . • • • • • • . • • • • Berekening r ed uctie ve nt i el . . • • . • . • . • . . . . . . . • •
16
De pr i l l - tore n · 1ia ssabalan s
~ ~
. .
....•. .•••••..•..•••.••..••..... Ph ys i sche c on s t a n t en ••.. .••• .•••••••••••••••• Li t t e r a t uur l i j s t ~ .•........ ~ne rg i eb a l a n s
I nh oud so pg av e
'-)
EB
.
1
5
18
19 23 25 28
37 39 41
47 51
