2019 www.entropie.nl TOVERS VAN HELDER Aanmaaktover 42 AANMAKEN 1 TON ALUMINIUM PRIJS 1.076.180 Vraag Wat is de prijs van het aanmaken en leveren van 1 ton aluminium? Antwoord Recept ΔSσ ΔScf ΔSθ [kj/ K] [kj/ K] [kj/ K] 1 1 aluminafabriek 734-37 550 2,, 1 kantoor aluminafabriek 7-1 2 3,, 1 hs carrier in 19 4,, 3.750 mensen aluminafabriek 114-17 4 5,, 1 aluminium smelterij 8.889-444 1.333 6,, 1 kantoor Al-smelterij 15-1 4 7,, 1 vrachtwagen in 19 8,, 1 hs carrier in 19 9,, 2.025 mensen a.smelterij 716-108 26 10 2,E+19 m³ lucht pm pm pm 11,, 5.778 kg bauxiet 5.158-13 191 12,, 333 kg kolen 379-56 401 13,, 713 kg aardgas 6.415 1.016 77.026 14,, 2,E+06 kj stroom 506.413-5.274 437.522 15,, 18 kg dieselolie in 19 16 2.889 kg mineralen naar Omge -2.285 nvt nvt 17,, 1.000 kg H₂O naar Omgeving -3.889 nvt nvt 18 1 ton Al maken -472 10.341 29.388 19,, 5.200 tonkm doen 626-416 1.920 AMT 42 1 ton aluminium klaar 522.821 4.990 548.369 1 1 aluminafabriek Gereedschappen
alcoa alumina fabriek pinjarra australië Het bauxiet, gehaald uit de Huntly-mijn, wordt per transportband over 20 km naar de alumina-fabriek te Pinjarra verplaatst. In deze fabriek wordt uit dit erts alumina Al₂O₃ gehaald. HT 11 O a.fabriek = 1,E+06 m² C a.fabriek = 4,E+06 ton alumina/jaar ofwel 1,E+06 ton aluminium/jaar ofwel 0,05 ton aluminium/s Continueproces. Ti1 = 1/C = 22 s/ton aluminium Td1 = 75 jaar = 2,E+09 s ET 2 Rijtjesfabriek qi a.f./ton = Ti1/Td1 = 9,E-09 ΔS inzet a.fabriek /ton = 9,E-09. Eigentover aluminafabriek [kj/ K]. ofwel 2,E-06. ET rijtjesfabriekfabriek [kj/ K]. want de aluminafabriek is ongeveer 200 x uitgestrekter dan de rijtjesfabriek omdat O rijtjesfabriek = 10.000 m² en de hoogte van de rijtjesfabriek is 2 x zo laag Met ET 2 Rijtjesfabriek: ET 2 1 r.fabriek afspelen 4,E+08-2,E+07 3,E+08 1 2,E-06 r.fabriek doen 734-37 550 2 1 kantoor aluminafabriek Stel van alle werknemers werkt 30 procent van de dagploeg op kantoor ofwel 100 werknemers n = 4,0 rijtjeskantoren want aantal werkplekken rijtjeskantoor is 25 MT 4 qi kantoor/ton = qi a.f. = 9,E-09 ΔS inzet kantoor /ton = 9,E-09. Eigentover Kantoor [kj/ K]. ofwel 4,E-08. ET rijtjeskantoor [kj/ K]. want het kantoor is 4,0 x groter dan het rijtjeskantoor Met ET 2 Rijtjesfabriek: ET 3 1 r.kantoor afspelen 2,E+08-2,E+07 6,E+07 2 4,E-08 r.kantoor doen 7-1 2 3 1 hs carrier
Het alumina wordt per hs-carrier naar de aluminiumfabriek te Portland, nabij Melbourne verplaatst. s = 2.000 km L = 1 ton alumina Zie verder 19 4 3.750 mensen voor de alumina-fabriek pw = 1.000 werknemers 200 dagen/jaar 8 uur/dag 5.760.000 s/jaar.werknemer fu = 1,25 fk = 3 pm = 3.750 mensen Tiw = 5.760.000 /C fabriek = 1,37 s /ton alumina Tdw = 45 jaar = 3,E+08 sec qim = Tiw/Tdw = 5,E-09 ΔS inzet pm / ton alumina = qim. pm. ET Helder = 2,E-05. Eigentover Helder [ kj/ K ] Met ET Helder : ET Helder 1 Helder afspelen 5.731.259-860.982 210.151 4 2,E-05 Helder doen 114-17 4 5 1 aluminiumsmelterij De aluminiumsmelterij te Portland heeft de volgende eigenschappen:
portland smelter O a.s.fabriek = 3,E+06 m² C k.fabriek = 4,E+05 ton alumium/jaar ofwel 0,01 ton aluminium/s Continueproces. Ti1 = 1/C = 88 s/ton aluminium Td1 = 75 jaar = 2,E+09 s ET 2 Rijtjesfabriek qi a.s./ton = Ti1/Td1 = 4,E-08 ΔS inzet a.s.fabriek /ton = 4,E-08. Eigentover aluminiumfabriek [kj/ K ofwel 2,E-05. ET rijtjesfabriek [kj/ K]. want de aluminafabriek is ongeveer 600 x uitgestrekter dan de rijtjesfabriek omdat O rijtjesfabriek = 10.000 m² en de hoogte van de rijtjesfabriek is 2 x zo laag Met ET 2 Rijtjesfabriek: ET 2 1 r.fabriek afspelen 4,E+08-2,E+07 6,E+07 5 2,E-05 r.fabriek doen 8.889-444 1.333 6 1 kantoor aluminiumsmelterij Stel van alle werknemers werkt 30 procent van de dagploeg op kantoor ofwel 50 werknemers n = 2,0 rijtjeskantoren want aantal werkplekken rijtjeskantoor is 25 MT 4 qi kantoor/ton = qi a.s./ton = 4,E-08 ΔS inzet kantoor /ton = 4,E-08. Eigentover Kantoor [kj/ K]. ofwel 7,E-08. ET rijtjeskantoor [kj/ K]. want het kantoor is 2,0 x groter dan het rijtjeskantoor Met ET 2 Rijtjesfabriek: ET 3 1 r.kantoor afspelen 2,E+08-2,E+07 6,E+07 6 7,E-08 r.kantoor doen 15-1 4 7 1 vrachtwagen De aluminiumbroodjes worden per vrachtwagen naar de haven verplaatst. s = 200 km L = 1 ton Zie verder 19 8 1 hs carrier De aluminiumbroodjes worden per handysize-carrier naar een klant in Azië verplaatst. s = 3.000 km
L = 1 ton Zie verder 19 9 2.025 mensen voor de aluminiumsmelterij pw = 500 werknemers 200 dagen/jaar 8 uur/dag 5.760.000 s/jaar.werknemer fu = 1,35 fk = 3 pm = 2.025 mensen Tiw = 5.760.000 /C fabriek = 16 s /ton alumina Tdw = 45 jaar = 3,E+08 sec qim = Tiw/Tdw = 6,E-08 ΔS inzet pm / ton aluminium = qim. pm. ET Helder = 1,E-04. Eigentover Helder [ kj/ K ] Met ET Helder : ET Helder 1 Helder afspelen 5.731.259-860.982 210.151 9 1,E-04 Helder doen 716-108 26 Men Neme 10 2,E+19 m³ lucht De lucht is nodig voor het leveren van zuurstof, maar ook voor het opnemen van kooldioxide, stikstofoxiden en fijnstof. De prijzen voor de massa-overdrachten worden in de betreffende tovers verrekend. 11 5.778 kg bauxietgranulaat Toverzicht. Met Haaltover 11, Bauxiet: HT 11 1.000 kg bauxiet klaar 893-2 33 11 5.778 kg bauxiet doen 5.158-13 191 12 333 kg koolstof Toverzicht. Dit is het verlies aan de koolstofanodes tijdens de electrolyse. De koolstofanodes worden gebakken met koolstof en pekteerresidu van een olieraffinaderij. Zij worden aangevoerd uit de Verenigde Staten. Schematiseer dit met de aanvoor van kolen uit de mijn te Cerrejón in Venezuela. Met Haaltover 1, Kolen: HT 1 1.000 kg kolen klaar 1.138-167 1.204 12 333 kg kolen doen 379-56 401 13 713 kg aardgas Voor de droogovens wordt aardgas gestookt. E drogen = 1,E+07 kj/ton alumina ofwel 3,E+07 kj/ton aluminium Met KT 4 Aardgas : KT 4 2,47 kg aardgas klaar 22 4 267 13 713 kg aardgas doen 6.415 1.016 77.026 Toelichting: Het verbranden van 2,47 kg aardgas geeft 100.000 kj. 14 2,E+06 kj stroom Voor inzet electromotoren voor mengen en roeren. Voor electrolyse. E electrolyse/motoren = 6,E+07 kj/ton aluminium
Met AMT 4 Fossielstroom : AMT 4 1 kj fossielstroom klaar 0,0084-0,0001 0,0073 14 6,E+07 kj fossielstroom doen 506.413-5.274 437.522 15 18,3 kg dieselolie Vrachtwagen neemt 0,06 kg dieselolie/tonkm VT 1 D vrachtwagen = 200 tonkm 7 Totaal 13 kg dieselolie HS carrier neemt 0,002 kg dieselolie/tonkm VT 2.6 D carrier = 3.000 tonkm 3 Totaal 5,49 kg dieselolie De prijs voor het nemen van dieselolie wordt doorberekend in 19 16-2.285 voor 2.889 kg mineralen naar Omgeving Toverzicht. M Fe₂O₃ = 0,110 kg HT 11 Sσ 1 mol Fe₂O₃ = 0,087 kj/ K,, Sσ 2,8 ton Fe₂O₃ = 2.285 kj/ K 17-3.889 voor 1.000 kg H₂O naar Omgeving Toverzicht. M H₂O = 0,018 kg Sσ 1 mol H₂O(l) = 0,07 kj/ K Sσ 1 ton H₂O = (1000/M). Sσ 1 mol = 3.889 kj/ K 18 1 ton aluminium maken Pandgeld Roeren & Mengen BAYER-PROCES
HALL-HÉROULT-PROCES Vorming Sσ : stroom bauxietgranulaat fijnmalen bauxietpoeder met Al₂O₃.3H₂O stroom, warmte NaOH (aq) 1 uitlogen, 456 ⁰K, druk bauxietpap NaOH stroom Fe₂O₃, CO, metaaloxiden, kwarts ( rode modder) filteren Na[Al(OH)₄] NaOH 2 uitkristalliseren Al(OH)₃ warmte, energie warmte 3 drogen Al₂O₃ H₂O stroom c 4 elektrolyse co₂ ALUMINIUM Toelichting: De emissie naar de Omgeving van niet-hergebruikte afvalstoffen wordt verwaarloosd; De rode modder gaat terug naar de Omgeving (storten in oude groeve).
Emissie van afvalgassen zoals SO₂,NOx, fluorverbindingen wordt verwaarloosd. produktiehal met Héroult-cellen 1 Al₂O₃.3H₂O + 2 NaOH (aq) 2 Na[Al(OH)₄] 2 2 Na[Al(OH)₄] 2 Al(OH)₃ + 2 NaOH(aq) 3 2 Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3 H₂O(g) 4 Al₂O₃ + 1,5 C 2 Al + 1,5 CO₂ Al₂O₃.3H₂O + 1,5 C 2 Al + 1,5 CO₂ + 3 H₂O(g) Toelichting: Vorming Al₂O₃ volgens het Bayer-recept. Vorming Al door middel van elektrolyse volgens het Hall-Héroult-recept. Gehanteerde molmassa's M Al C O₂ Na H₂ 0,027 0,012 0,032 0,023 0,002 T'overzicht Termen M n m Sσ Sσ Hf Hf reactievgl [kg/mol] [kg] [kj/ K.mol] [kj/ K] [kj/mol] [kj] Vóór mineralen 2.889 Al₂O₃.3H₂O 0,156 18.519 2.889 0,140 2.593-2.560-5,E+07 1,5 C 0,012 27.778 333 0,005 139 0 0,E+00 Na 2 Al 0,027 37.037 1.000 0,028 1.037 0 0,E+00 1,5 CO₂ 0,044 27.778 1.222 0,213 5.917-393 -1,E+07 3 H₂O 0,018 55.556 1.000 0,070 3.889-285 -2,E+07 mineralen 2.889 ΔSσ = 8.111 ΔHf = 2,E+07 endotherm ΔSσ 1 ton aluminium = 8.111 kj/ K Toelichting: - ongeveel de helft van de bauxiet bestaat uit gibbsiet Al₂O₃.3H₂O - kies voor Sσ H₂O de waarde voor de vloeistoffase omdat de geëmitteerde waterdamp eens als regen zal neerdalen en dus niet duurzaam is. Spreiding Scf en opwarming Sθ :
voor de ontwijkende CO₂ geldt met de Eindtover : ET 1 mol CO₂ cilinder -0,31 0,37 1,06 lucht klaar 18 27.778 mol CO₂ cilinder -8.583 10.341 29.388 lucht doen 19 5.200 tonkm doen Vrachtauto : 7 Met VT 1 Vrachtwagen: VT 1 1 vwtonkm klaar 2,25-1,26 5,63 19 200 vwtonkm doen 451-252 1.126 inscheping aluminiumbroodjes HS Carrier : 3 Met VT 3 HS Carrier : en 8 VT 3 1 hsctonkm klaar 0,04-0,03 0,16 19 5.000 hsctonkm doen 175-164 795 Klaar! Bronnen : https://www.alcoa.com/australia/en/pdf/refining-pinjarra-fact-sheet.pdf http://www.visitportland.com.au/industry/portland-aluminium-alcoa/ https://www.youtube.com/watch?v=jbso28su0g4 http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/bref/nfm/jrc107041_nfm_bref2017.pdf