download presentatie Henk van den Berg, Universiteit Twente

• Kostenreductie en vernieuwing via
procesintensificatie
Resultaten van PI Quick Scans
in de procesindustrie
• Vernieuwing moet – gebruik PI ++
Henk van den Berg
Henk van den Berg 1

Programma
- PI =
Soms: gemakkelijk – kleinere, meer efficiente
apparatuur
Meestal: hard werken eerst:
- Een voorbeeld van Process Intensificatie
- Achtergronden Energietransitie en PI
- Opzet van de PI Quick scans
- Resultaten en ervaringen
- Andere PI activiteiten
- Conclusies en aanbevelingen
Henk van den Berg 2

Reactive stripping in a rotating packed bed
for the production of hypochlorous acid
Dow wanted to have low-chlorides hypochlorous acid
HOCl to replace Cl 2
Looking for a production process in industry + literature
Selected: stripping of HOCl from the brine produced from
reaction of Cl 2 and aqueous caustic soda
Process properties:
- Looked simple and low capital
- Inexpensive raw materials
- Fast kinetics, low vapor pressure of HOCl and undesired
decomposition reaction
Henk van den Berg 3

Process chemistry
Reaction of chlorine and caustic soda in 2 steps:
2NaOH + Cl 2 NaOCl + NaCl + H 2 O
NaOCl + Cl 2 + H 2 O 2HOCl + NaCl (solution

Olin Corporation’s process for low-chlorides HOCL
50%
Caustic
Feed
Chlorine
Feed
140 C
Heater
HOCl yields 65-80% on
NACl
But:
- Solid salt product
- Energy consumption
Reactor
and
Evaporator
Condenser
0-5 C
- High gas recycle
- 50% NaOH expensive
Solid NaCl
Filter
Low-Chlorides
HOCl (>30%)
- High pressure (65-70
bar) for spray
atomization in Cl 2
- Close to explosion limit
Cl 2 O
Henk van den Berg 5

Process intensification
George Quaderer suggested RPB – rotating packed bed:
centrifugal forces move liquids through porous packing,
gas moves countercurrently
Many issues:
- Construction
- Shorter contact times to lower losses
- Operation parameters
- Scale-up
gas
- No understanding of RPB mechanism, contact times,
mass transfer
Pilot RPB build and tests done
liquid
Rotor: axial height 25 mm, outside diameter 406 mm
Henk van den Berg 6

ROTATING PACKED BED
Process intensification – Rotating Packed Bed
figuur
Liquid
Feed
Seal
Outlet gas
Inlet gas
Seal
Rotating
Bed
Liquid
Discharge
Henk van den Berg 7

RPB – industrial application
HOCl absorption tower and RPBs
Operation for almost 10 years!
Development path:
The need to improve
Exploring new idea
Development of pilot
Pilot tests
Understanding fundamentals
Scale-up
First a conventional column built
RPB has taken over
Henk van den Berg 8

Achtergronden Energietransitie en PI
- De procesindustrie werkt sinds ~’97 aan
energiebesparing – MJA 2%/kg product/jr
- Deze aanpak vraagt om procesvernieuwing
- Energietransitie is met name in gang gezet door
Rein Willems ++/EZ – vorming van platforms:
- Gebouwde omgeving, Groene Grondstoffen, Duurzame
Mobiliteit + +++
- Ketenefficiency chemische processen - PI
- Europese doelen 20/20/20
- Nodig: PI, proces synthese, nieuwe technologie
Henk van den Berg 9

Opzet van de PI Quick scans
- Systematische procesanalyse gericht op toepassing van
PI +++ leidend tot energiebespraring = doelstellingen,
functionele analyse, bottlenecks, kijken waar alternatieve
technologie kan worden toegepast
- Gestimuleerd door de VNCI, begeleid door AgentschapNL
- Gezamenlijk uitgevoerd door team van 2 experts +
specialisten van bedrijven
- Up to date proces gegevens
- Alternatieve technologie toe te passen
Gebruik van PI data base
- Vanaf 2007 40 processen geanalyseerd door experts
Stankiewicz, Drinkenburg, Akse, van den Berg
Henk van den Berg 10

Process Intensification Quick scan
- Low-cost, quick
identification and evaluation
of the PI-opportunities in the
customer process
- deliverable: Report with
assessment score, its
justification and
recommendations for further
phases
- process engineering spinoffs
identified
Intake meeting, explanation
of procedures and
agreement on deliverables
Process explanation
by the customer
(flowsheet analysis)
Evaluation of
PI-opportunities,
recommendations
for further steps
Henk van den Berg 11

Resultaten en ervaringen - PI Quick scans
- Als team samen werken is een must
- Systematische analyse:
Komt er niet vaak van bij bedrijven
Blijkt vernieuwing te stimuleren
Werkwijze aanpassen aan bedrijf en proces
- Proces van “10” jaar oud heroverwegen geeft kansen om
nieuwe technologie toe te passen
- Process engineers bij bedrijven komen nauwelijks toe aan
het bijhouden en vernieuwen van kennis
- Experts maken gebruik van overzichten PI technologieën
+ externe expertise
- 40 Processen, zeer gevarieerd – batch/continu, catalyse,
gas/vloeistof/vast, koolwaterstoffen – mineralen - voeding
Henk van den Berg 12

Kenmerken - PI Quick scans
- Creativiteit en buiten standaard kaders probleem
benaderingen
- Schakelen van hardware naar functioneel denken, geeft
ruimte voor het zoeken van alternatieven en vertaling naar
uitvoering
- Open uitwisseling bedrijf – experts
- Door de PI Quick Scans hebben de experts een kleine
stimulans gegeven – binnen de bedrijven moet het
gebeuren
- Vervolg: diepte scans en procesontwerpen
Henk van den Berg 13

Andere PI activiteiten
- PIN NL, sinds 1997 – wordt gereanimeerd
- PI Road map
- PI Action plan
- Verzameling van 75 PI technologieën
- Overzicht van 20 PI toepassingen
- Action Plan PI - projecten onderzoek-bedrijven sinds 2009
+
+
+
Henk van den Berg 14

Conclusies en aanbevelingen
- PI Quick Scans – het werkt!
- Noodzaak en mogelijkheden van vernieuwing van onze
processen door PI +++++ is aangetoond
- PI Quick Scans – geen Haarlemmer olie
- Quick Scans tonen mogelijkheden
– nu verder
Doen! –
waar voor uw geld en inspanning
info: www.agentschapnl.nl
Frank van der Pas
Henk van den Berg 15