2017 www.entropie.nl TOVERS VAN HELDER Aanmaaktover 14 AANMAKEN 1 TON KALK PRIJS 48.090 Vraag Wat is de prijs van het aanmaken van 1 ton kalk? Antwoord Recept ΔSσ ΔScf ΔSθ [kj/ K] [kj/ K] [kj/ K] AMT 14.1 1 transportsysteem pm pm pm AMT 14.2,, 1 kalkfabriek pm pm pm AMT 14.3,, 1 binnenvaartschip pm pm pm AMT 14.4,, 1 vrachtwagen pm pm pm AMT 14.5,, 396 mensen pm pm pm AMT 14.6 2,E+19 m³ lucht 0 0 0 AMT 14.7,, 1.786 kg kalksteen 1.947-69 604 AMT 14.8,, 7 kg dieselolie zit in 10.18 AMT 14.9,, 37 kg aardgas 452 0 32 AMT 14.10,, 107 kg slibgranulaat pm pm pm AMT 14.11,, 75 kg subkoolpellets pm pm pm AMT 14.12,, 648.688 kj stroom 5.469-56 4.730 AMT 14.13,, 218 kg zuurstof 1.394 0 0 AMT 14.14 1.786 kg mergel malen 0 0 0 AMT 14.15,, 1.786 kg mergel branden -3.681 5.927 30.737 AMT 14.16,, 1.000 kalk malen 0 0 0 AMT 14.17,, 200 tonkm doen 148-118 575 AMT 14 1 ton kalk 5.729 5.684 36.678 Gereedschappen 14.1 1 transportsysteem In volgorde van inzet : overslagkraan, laadschop, transportbanden Dit alles bracht Helder onder de noemer 'inzet transportsysteem'. Het systeem draait 24 uur per dag,365 dagen per jaar. C ts = 500.000 ton kalk /jaar = 0,02 ton/s Ti1 = 1/C = 63 s/ton kalk Td1 = 20 jaar = 6,E+08 s qi1 ts/ton = Ti1/Td1 = 1,E-07 ΔS inzet ts /ton = 1,E-07. Eigentover Transportsysteem [kj/ K]. Verder pm in afwachting van de eigentover. 14.2 1 kalkfabriek
In de kalkfabriek wordt de van elders aangevoerde kalksteen verder fijngemalen en geroosterd in een draaioven. De klinker wordt tot kalkpoeder vermalen. C kalkfabriek = 500.000 ton kalk/jaar schatting ofwel 0,016 ton kalk/seconde Ti2 = 1/C = 63,1 s/ton kalk Td2 = 40 jaar = 1,E+09 s qi2 = Ti2/Td2 = 5,E-08 ΔS inzet k.f. / ton kalk = 5,E-08. Eigentover 18 Gereedschap [kj/ K]. Verder pm in afwachting van de eigentover. 14.3 1 binnenvaartschip De helft van de kalkproductie wordt per binnenvaartschip afgevoerd over 200 km.
Dit wordt doorberekend in 14.17 14.4 1 vrachtwagen De helft van de kalkproductie wordt per vrachtwagen afgevoerd over 200 km. Dit wordt doorberekend in 14.17 14.5 396 mensen Het aantal werknemers schatte Helder op 120, 200 dagen per jaar, 8 uur per dag. pw = 120 werknemers fu = 1,1 fk = 3 pm = 396 mensen Tim = Ti2 = 63 s / ton cement Tdm = 3,E+08 sec 45 jaar qi = Tw/Td = 2,E-07 ΔS inzet pm / ton kalk = qi. pm = 0,0001. Eigentover Helder [ kj/ K ] Verder PM in afwachting van de eigentover. Merk op: dit is exclusief binnnvaartschip en vrachtwagen, want hier is de levering van mensen al doorberekend in de verplaatstovers. zie 14.17 14.6 2,E+19 m³ lucht Men Neme De lucht is nodig voor het leveren van zuurstof, maar ook voor het opnemen van kooldioxide, stikstofoxiden en fijnstof. Zie verder onder 14.14 e.v. De prijzen voor de massa-overdrachten worden in de betreffende tovers verrekend. 14.7 1.786 kg kalksteen Hoeveelheden voor en na het bereiden van 1 ton kalk : Stof M m vóór m na n Ca 0,040 C 0,012 O₂ 0,032 [kg] [kg] [kg] CaCO₃ 0,100 1.786 17.857 CaO 0,056 1.000 17.857 CO₂ 0,044 786 17.857 Totaal 1.786 1.786 Met HT 7 Kalksteen : HT 7 1 ton kalksteen 1.090-39 338 halen AMT 14.7 1,8 ton kalksteen 1.947-69 604 14.8 6,7 kg dieselolie nemen Binnenvaartschip neemt 0,005 kg dieselolie/tonkm zie VT 14.6 Vrachtwagen neemt 0,062 kg dieselolie/tonkm zie VT 1.6 Totaal 6,709 kg dieselolie zie 14.18 De prijs voor het nemen van dieselolie wordt doorberekend in 14.18 14.9 37 kg aardgas Voor het branden van de kalksteen worden aardgas, slibgranulaat en energiepellets gebruikt. vormingswarmte Hf : CaCO₃ + warmte CaO + CO₂ -1.207-635,0-394
ΔHf 1 mol CaO = 178 kj/ K ΔHf 17.857 mol CaO = 3.178.571 kj/ K.ton kalk μ draaioven = 0,70 schatting E kalkoven = 4.540.816 kj/ K.ton kalk De aangewende brandstof is voor ca 33% fossiel. Helder nam hiervoor aardgas. 2,5 kg aardgas geeft 100.000 kj uit KT 4 Voor E kalkoven is dan nodig 37 kg aardgas / ton kalk Met HT 4 Aardgas HT 4 1 ton gas 12.209-6 865 halen AMT 14.9 0,037 ton gas halen 452 0 32 14.10 107 kg slibgranulaat Helder stelde dat het aandeel biomassa in de thermische energieproductie op ca 33%. Als biomassa wordt slibgranulaat opgehaald bij een rioolwaterzuiveringsinstallatie die 100 km verderop ligt. De verbrandingswaarde van dit granulaat is 14 mj/kg. Dus benodigd 107 kg biomassa/ton kalk Verder pm in afwachting van Brengtover Slibgranulaat. 14.11 75 kg energiepellets zie AMT 10.12 Voor de opwekking van de laatste 1498 mj thermische energie worden subkool-pellets verbrand. De verbrandingswaarde is 20 mj/kg Dus benodigd 75 kg pellets/ton kalk Verder pm in afwachting van AMT 10 Subkool-pellets. 14.12 648.688 kj stroom schatting Uit ingewonnen informatie leidde Helder af dat het energieverbruik via stroom ongeveer 1/7 deel is van het thermische energieverbruik. Ofwel 648.688 kj/ton kalk. Deze stroom is hoofdzakelijk nodig voor de voor- en nabehandelingen zoals malen, zeven ed. en het transportsysteem. Met AMT 4 Fossielstroom: AMT 4 1 kj stroom 0,008 0,000 0,007 AMT 14.12 648.688 kj stroom nemen 5469-56 4730 Pandgeld De prijzen zijn doorberekend in 14.14 e.v., behalve: 14.13 1.394 voor 218 kg zuurstof Voor het onttrekken van zuurstof aan dampkring voor verbranden biomassa, zie 14.15. Sσ 1 mol O₂ = 205 J/ K slibgranulaat Het zuurstofverbruik voor het slibgranulaat stelde Helder gelijk aan dat van het papier in de subkoolpellets. Dus Sσ O₂ slibgranulaat = 290 kj/ K subkoolpellets polyetheen n o₂ = 1,5. n -CH₂- = 3964 M O₂ = 0,032 kg D zuurstof = n. M O₂ = 127 kg Sσ 127 kg O₂ = n. Sσ 1 mol O₂ = 812.679 J/ K
ofwel 813 kj/ K subkoolpellets papier n o₂ = 8,5. n (C₆H₁₀O₅) = 1417 M O₂ = 0,032 kg D zuurstof = n. M O₂ = 45 kg Sσ 45 kg O₂ = n. Sσ 1 mol O₂ = 290.417 J/ K ofwel 290 kj/ K Mengen en Roeren Kalkfabriek 14.14 1.786 kg mergel malen De kogelmolens draaien op electrische stroom. Het verbruik van de stroom geeft lokaal geen entropisch effect. 14.15 1786 kg mergel branden Samenvatting resultaten 14.15 : verbranden aardgas 331 53 3.995 verbranden slibgranulaat 331 53 3.995 verbranden energiepellets plastic -1.425-624 2.796,, papier -347-202 1.058 decarbonisatie -2.571 6.648 18.892-3.681 5.927 30.737 14.15a Verhitten tot 1100 ⁰K verbranden 37 kg aardgas zie 14.9 Met KT 4 Aardgas: KT 4 2,47 kg aardgas 22 4 267 verbranden AMT 14.15a1 37 kg aardgas 331 53 3.995 verbranden verbranden 107 kg slibgranulaat zie 14.9
Bij gebrek aan informatie over de chemische samenstelling van het granulaat schatte Helder het entropisch effect van het verbranden ervan gelijk aan dat van het aardgas, zie hiervoor. verbranden 75 kg energiepellets zie 14.9 De samenstelling van de pellets schatte Helder op 50 massaprocent polyethyleen en 50 massaprocent papier. - verbranden 37 kg polyethyleen Vorming Sσ : n -CH₂- + 1,5 n O₂ n CO₂ + n H₂O (l) n. 200 n. 300 n. 210 n. 70 ΔSσ n mol -CH₂- = - n. 230 J/ K M -CH₂- = 0,014 kg n = 37/M = 2.643 ΔSσ 37 kg -CH₂- = -n. 230 = -607.857 J/ K of wel -608 kj/ K Het kooldioxidegas lost vervolgens deels op in zeewater, voor die vorming zie AMT 14.15a3. Spreiding Scf : Met BT 5 voor zuurstof, alleen Scf : BT 5 1 mol CO₂ 0,0-0,4 0,0 lucht cilinder AMT 14.15a2,, 3.964 mol O₂ 0-1.608 0 Met ET voor kooldioxide : lucht cilinder ET 1 mol CO₂ -0,3 0,4 1,1 AMT 14.15a3 2.643 mol CO₂ -816,6 983,8 2796,0 Opwarming Sθ : Voor zuurstof nul, want is geen broeikasgas. Voor kooldioxide zie AMT 14.15a3. verbranden 37 kg papier. Helder stelde dat het papier geheel uit cellulose bestaat. Vorming Sσ : (C₆H₁₀O₅)n + 8,5 n O₂ 6n CO₂ + 5n H₂O (l) n. 200 8,5n. 200 6n. 210 5n. 70 ΔSσ n mol -C₆H₁₀O₅- = - n. 290 J/ K M --C₆H₁₀O₅- = 0,222 kg n = 37/M = 167 ΔSσ 37 kg -C₆H₁₀O₅- = -n. 290 = -38.333 J/ K of wel -38 kj/ K Het kooldioxidegas lost vervolgens deels op in zeewater, voor die vorming zie AMT 14.15c. Spreiding Scf : Met BT 5 voor zuurstof, alleen Scf : BT 5 1 mol CO₂ 0,0-0,4 0,0 lucht cilinder AMT 14.15a4,, 1.417 mol O₂ 0-575 0 Met ET voor kooldioxide : lucht cilinder ET 1 mol CO₂ -0,3 0,4 1,1
AMT 14.15a5 1.000 mol CO₂ -309,0 372,3 1058,0 Opwarming Sθ : Voor zuurstof nul, want is geen broeikasgas. Voor kooldioxide zie AMT 14.15a5. 14.15b Decarbonisatie Vorming Sσ : CaCO₃ + warmte CaO + CO₂ 89 40 214 ΔSσ branden 1 mol CaCO₃ = 165 J/ K ΔSσ branden 1786 kg CaCO₃ = n. 165 = 2.946.429 J/ K zie 14.7 Spreiding Scf : Met ET voor kooldioxide : of wel 2.946 kj/ K ET 1 mol CO₂ -0,3 0,4 1,1 AMT 14.15b1 17.857 mol CO₂ -5.518 6.648 18.892 Opwarming Sθ : Voor kooldioxide zie AMT 14.15b1. 14.16 1000 kg kalk malen De kogelmolens bewegen door electrische stroom. Het verbruik van de stroom geeft lokaal geen entropisch effect. 14.17 200 tonkm verplaatsen Het verplaatsen met behulp van electromotoren wordt buiten beschouwing gelaten omdat het verbruik van electrische stroom lokaal geen entropisch effect heeft. Zie verder onder 10.13 voor de levering van de stroom. kalk verplaatsen Van 1 ton kalk wordt de helft per vrachtauto verplaatst naar klant over 200 km en de andere helft idem maar dan met een vrachtschip. Vervoersproducties : 0,5. 200 = 100 vwtonkm Met VT 1 Vrachtwagen : en 100 vstonkm VT 1 1 vwtonkm 1,4-1,1 5,3 AMT 14.17a 100 vwtonkm 140-110 535 Met VT 2 Vrachtschip : cement VT 2 1 vstonkm 0,08-0,08 0,40 AMT 14.17b 100 vstonkm 8-8 40 Klaar! cement
loist in hermalle 0,5 miljoen ton kalk per jaar 150 medewerkers