Schema voor de bereiding van Tetrachloorkoolstof

(1)

SCHEMA VOOR

DE BEREIDING VAN TETRACHLOORKOOLSTOF.

R. Bettman

(2)

,- Inhoud.

Inleiding.

Bereidingsmethoden.

Nadere beschouwing van de verschillende processen. 1. de c~orering van a. photochemisch. r' b~ thermisch.

.

2.

de chlorering van CHq. met 012

CH4

met HOI en 02 het zwavelkoo1stofprpces. Keuze van het proces'.

Economisch aspect.

S~enstelling van de reagerende gasswn. Het proces.

Beschxijving van de materiaalbaLans~ verwerking van de tetraphase. verwerking van de zoutzuurpbase. Constructiemate,rial.en.

Berekeningen.

de grootte van de reactor. de koelspiraal. de absorber. separatoren. mengers. stoomdestillatie olie-tetra. de zoutzuurstripper. stoomdestilJ.atie CC14 + ~C14 , hogere producten. Voorcalculatie. Literatuur •. 1. 2 2

:3

4

5

6 8 8

9

11 12

13 +4

14

16

17 _17

17

18

(3)

. ~

.

'

DE BEREIDING VAN TETRACHLOORKOOLSTOF. + _ =:::a::=:. :::::: ::a:2 1!&l _.!!!!Z2!!' ===s

Besproken wordt een ontwerp voor een technische installatie voor de bereiding van tetrachloorkoolstof uit aardgas door chlorering met overmaat chloor bij verhoogde temperatuu~.

De fabriek werd in Hengelo geprojecteerd, b~ voor-keur als e-en uitbreiding van de Koninkl~ke Nederlandse Zoutindustrie.

De jaarproductie bedraagt: (1) 1000 ton tetra,chloorkoolstof.

93

ton perchlooraethy1een.

3250 ton 30

%

zoutzuur.

(4)

f1#

~/,/

~~P'

2

Tetra is te gebruiken voor de productie van freon, in brandblusapparaten, als oplosmiddel en als reinigings-middel (2).

Bereidingsmethoden.

Voor de bereiding van tetra zijn verschillende

proces-sen ontwikkeld. (2). De belangrjjkste berusten op één van de

voil:gende reacties:

1. De chlorering van koolwaterstoffen, speciaal die van

laag moleculair gewicht, met· behulp van chloor:

CH4 + _{4 C12}---+ _CC14 + 4 HCl

2. De chlorering van methaan met behulp van zoutzuur en

zuurstof:

3.

De inwerking van chloor op zwavelkoolstof:

Nadere beschouwing van de verschillende processen.

1. De chlorering van methaan met chloor.

De chlorering van verzadigde koolwaterstoffen, speci-aal de lagere, is in 1935 voor het eerst technisch en com-mercieel succesvol toegepast. Deze chlorering is slechts

mogeljjk ~a activering van het chloor. Een gedeelte van de

chloormoleculen splitst zich'in atomen en deze reageren

met een CH4 molecuul onder vorming van een CH

₃

-radicaal

en zoutzuur. Het CH

3

-radicaal reageert op zijn beurt weer

met een C12 molecuul onder vorming van een Cl-atoom en

CH

₃

Cl enz. De activering kàn zowel thermisch als

fotoche-misch geschieden; beide methoden vinden een uitgebreide toepassing.

Fotochemisch. (3) (6).

. .

De fotochemische methode - bestralen met licht van

3000 - 5000

î -

werkt bij lage temperatuur, waardoor geen

teer- en koolvorming optreedt en het eindproduct vrjj is van onverzadigde verbindingen.

(5)

CH4 + Cl₂ ) CH 3CI + HCI OH

3

01 + 012 ;- OH2012 + HOI CH2Cl2 + _Cl2 ~ CHCl 3 + HCI CHC1 3 + C12 ) CH4 + HCl

De scheiding hiervan is betrekkelijk kostbaar.

De reactie wordt beinvloed door sporen verontreini-ging (zuurstof, water en onverzadigde verbindingen), die hem tot stilstand brengen. Het is dus in het algemeen niet

mogel~k een direct gebruik te maken van aardgas (ontdaan van zwavelverbindingen), maar isolatie van het methaan is

noodzake~k. Een tweede nadeel is, dat de lichtbron het

gas tot op slechts betrekkel~k korte afstand activeert. Er

zijn dus vele lampen nodig, wat hoge kosten met zich mee-brengt.

Thermisch. (4)

(5).

B~ de thermische processen worden de gassen in het

algemeen voorverwarmd tot 2000 en vindt de eigenl~ke

reac-tie bij 450 - 5000 C plaats. Een katalysator (Cu-zouten,

cokes) wordt soms toegepast, maar schijnt niet van grote

betekenis te z~n. Deze chlorering is veel minder gevoelig'

voor onzuiverheden, .wel moet er zorg voor worden gedragen,

dat de temperatuur niet te hoog oploopt. Boven 5000 wordt

de reactie:

OH4 + _{2 01 2}~ 0 + 4 HOI

van belang en deze heeft een explosief verloop. Tevens

treedt boven 5000 0 ontleding van tetra op:

, Deze ontleding is echter niet ernstig, daar het ge-vormde perchlooraethyleen waardevol is.

2. De chlorering van methaan met zoutzuur en zuurstof

(7).

Een mengsel van methaan, zoutzuur en zuurstof, met

stoom of stikstof als inert medium, wordt b~ 400 - 5000 0

(6)

4

Verkregen ~ordt een mengsel van de vier

chloor-methanen:

OH4 + HOl +

t

02 ;. OH

30l + H20

OH

30l + HOl +

t

02 )i OH20l2 + H20

OH20l2 + HOl +

t

02 - - - ? OH01

3

+ H20 OH01

3 + HOl +

t

02 ) 0014 + H20

De onderlinge verhouding der producten ~:sq~oê.<fu te

regelen.

Het proces berust op de Deacon-reactie, die ontwik-keld werd om zoutzuur tot chloor te oxyderen:

Een technische tgepassing van deze reactie is de be-reiding van monochloorbenzeen volgens Raschig (o.a. grond-stof phenoi bereiding).

Een bezwaar is, dat ongeveer 10

%

HOl niet wordt

om-gezet, waardoor een uiterst corrosief mengsel ontstaat.

Ook b~ het Raschig proces wordt hiervan veel hinder

onder-vonden. Het gehele proces,dat, gezien de grote

hoeveelhe-den zoutzuur, die b~ vele organische chloreringen

vrijko-men, van ~oot b~lang belooft toe worden, bevindt zich nog

in het laboratorium stadium.

3.

Het zwavelkoolstof proces. (8)

(9).

Dit is een ouder proces, maar wordt toch nog op zeer grote schaal toegepast. Volgens Faith is dit het meest toegepaste proces in de Verenigde Staten.

Zwavelkoolstof kan direct met chloor worden behandeld,

in de tegenwoordigheid van een ~zer-katalysator, of met

S012 of met S2012" In de pract~k wordt meestal een.

combi-natie van reacties toegepast. Een zeer veel gebruikt

pro-ces maakt ge~ruik van de directe chlorering van OS2 in .

stalen tanks. Het gevormde mengsel van 0014 en S2012 wordt door destillatie gescheiden. De 0014 wordt verder gezui-verd en aan het S2012 wordt een overmaat OS2 toegevoegd. Het gevormde mengsel van tetra en OS2 (overmaat) wordt af-gedestilleerd en dient als uitgangsstof voor de eerste chlorering.

(7)

Fe-kat .' CI2-~ ~---r----" Air

s

K o 1 Neutralisatie en drogen Na OH

De grote giftigheid, brandbaarheid en de hoge prijs van,zwavelkoolstof zijn de ernstige nadelen van dit proces. Keuze van het proces.

~ de voorafgaande beschouwing van de verschillende

processen is wel gebleken, dat aan het disulfid.e-proces zeer grote bezwaren kleven. Het HCl-proces is reeds veel aantrekkelijker, mede door het toekomstig overschot aan zoutzuur, maar moet stellig eerst verder worden ontwikkeld in een pilot-plant. De directe chlorering van methaan werd gekozen en wel volgens de thermische methode, daar in dit geval van het aardgas, zoals dat in Nederland geleverd wordt, gebruik gemaakt kan worden, en de investerings- en

produc~iekosten lager zijn, dan bij de fotochemische method~.

Dit laatste geldt in het bijzonder, wanneer met over'maat

chloor wordt gewerkt, daar dan 'in hoofdzaak (90

%)

tetra

ontstaat en de onvermijdelijke bijproducten betrekkelijk

een-voudig en goedkoop afgezo~derd kunnen worden.

De Chemische Werke Hüls (10 en IDa) heeft een afdeling, die volgens bovengenoemd principe werkt en bovendien het voordeel heeft dat de te reageren gassen niet voorgewarmd behoeven te worden. Hèt proces verliep vlot en bijzondere moeilijkheden deden zich niet voor.

(8)

7 /

6

Economisch Aspect.

De bouw van een tetrafabriek in Nederland is volkomen verantwoord. In 1953 werd rond 650.000 kg meer in- dan

uitgevoerd, à

~er

kg.

De

gronds~

aardgas en chloor, zijn in voldoende

zuivere-~orm te verkr~gen in Hengelio. Het chloor kan van de Koninkl~ke Nederland~che Zoutindustrie, via een p~p

neiding, worden betrokken. Onversneden aardgas à

f

0.13 (22)

per m3 is

daa~

via het

stadsb~izennet

te

verkr~gen.

De

grondstoffen zijn hier dus goedkoop aan te voeren.

Het Centraal Bureau voor de Statistiek verstrekte

ons de volgende c~fers:

INVOER:

C1₂ _HCL CCI'

4- C2C14

Jaar kg cent kg cent kg cent kg cent

/kg. /kg. /kg. /kg. 1951 45.960 22 5.4-21.496 10 570.537 100 7891 146 1952 80.850 22 157.232 15 272.698 80 40 428 1953 812 107 31.154 18 669.270 5L. 367 164 UITVOER: C12 HCl:· - CC14 C2C14

Jaar kg cent kg cent kg cent kg cent

/kg. /kg. /kg. /kg.

1951 geheim 1.433.540 34 25.671 121 11.983 103

1952 geheim 1.027.595 40 21.856 11>11. 10.441 99

1953 geheim 1.151.114- 37 .37.291 60 29.375 60

Wanneer ~ deze c~fers beschouwen en kleine part~en

buiten beschouwing laten, daar hier de transportkosten een

. I

onevenredig grote rol spelen en het waarschijnlfjk zeer zui-

_.

vere producten betreft (b.v. C12 ' 1953) dan komen ~ tot

de v?lgende p'r~~en: C12: 20 ct/kg.; HCl 26 ct/kg. en

CC14: 51 ct/kg.; C2C14 : 60 ct/kg.; NaO~ 33 ct/kg. ;

(9)

Om een meer algemene indruk van het pr~sverloop te

verkr~gen zijn de volgende grafieken uit Faith (8) over-genomen. 60 $/ton 100 % HOm ~~_~HO~l_ .. ____ ·~ 193'3: ,)31' .... "tl .... ~s- .~~ , \ . $/100 -p~und ' <..$0 I.SO Ol 2-'i.~bl1 -I~J.) ~JT ';~I 'l~S" /~J

. ,

u·~t

$/pound ).

/

! ,()."6-~ COl4-:OP<t '4J'

Men moet er rekening mee houden dat er in de toekomst in Nederland een overschot aan zoutzuur zal komen. Het ver-werken van de overmaat chloor op bleekloog is verantwoord

(10)

Samenstelling chloorgas:

C1₂ : 98.6

% ,

_{CO2 : 0.8}

%

en

Hf2 :

0.6

%

(9 ).

Het chloor, dat gebruikt

of beter 11 sniffgas 11 • [~

J

I

Samenstelling aardgas: (11) Tubbergen: Relatief gewicht 0.658 t.o.v.lucht Koolzuur Zuurstof Stikstof Zwavelwaterstof Methaan Aethaan Prppaan Butaan Pentaan

Het uitzoeken van optimale condities zal in de pract~k

dienen te geschieden. De - onbekende - explosiegrenzen

schljnen ru:îmschoots vermeden ie worden in het proces, dat

~ willen gebruiken.

Het proces.

80 m3 chloor en 10 m3 methaan verbranden per uur in

een watergekoelde loden reactor, b~ ongeveer 5000

c.

B~

deze reactie is 100

%

overmaat chloor aanwezig. Het dient

als verdunningsmiddel. Het reactiemengsel koelt af tot

300 C in een loden sp'iraal; wordt dan gemengd met 10 m3

methaan en brandt opnieuw in eenweede reactor. Het zout-zuurgas, dat zich in de eerste react0r vormde, dient nu

(11)

absorptie systeem geleid waar 30 r~zoutzuur ontstaat en

waar de gechloreer~e producten condenseren. Ongeveer

7 %

van het gebruikte chloor is overmaat en wordt op hypochlo-riet verwerkt.

De gechloreerde koolwaterstoffen worden na decantatie geneutraliseerd met een natriumhydroxyde-oplossing. Het

geneutraliseerde mengsel (CC14 , C2C14 en hog~re) wordt

dan aan een stoomdestillatie onderworp~n, de zwaardere

próducten blijven in de ketel achter (2

%).

Na decantatie

van het stoomdestillaat wordt het product gedroogd en

ver-volgens gefractionneerd: 20

%

perchlooraethyleen en 80

%

tetra.

Het zoutzuur bevat nog wat chloor en gechloreerde

koolwaterstoffen. De koolwaterstoffen worden ver~derd

door wassen met een paraffine-olie, het chloor door strip-pen met lucht (12). Resten chloor kunnen adsorberen aan actieve kool (13).

Het gehele proces is continu gedacht en vindt plaats

b~ een slechts zeer geringe overdruk. naar met sterk

cor-rosieve stoffen wordt gewerkt z~ pompen, op één enkele

uitzondering na, vermeden.

Beschr~jv~ng van de materiaalbalans.

In de nu volgende beschrijving wordt steeds gewerkt

met bepaalde hoeveelheden per uur. Kortheidshalve is dit "per uur" niet steeds herhaald.

B~

de berekeningen

z~

wij uitgegaan van 80'm3 zuiver

chloor en 20 m3 methaan. Uit de eerder gegeven analyses

bl~kt,

dat dit

over~enkomt

met 81.6 m3 gedroogd celgas en

21.6 m3 aardgas. De aanwezige waterstof verbrandt tot zout-zuur, de overige verontreinigingen storen niet.

In de eerste reactor treedt totaai 92.4 m3 gas binnen

b:ij 200 C. Uit deze reactor stroomt een mengsel van 118.9 kg

C12 , 64.6 kg CC14 en 61.1 kg HCl. Hierb~ werd aangenomen,

~at, dank z~ _{de overmaat chloör, uitsluitend CC14 gevormd}

wordt en nog geen nevenproducten.

De. reeds genoemde waterstof levert 2.4 kg HCl. B~ deze

reacties komen 38.000 Cal vr~, welke door waterkoeling

wor-den afgevoerd. Hiervoor is 2.5 m3 koelwater nodig, die

(12)

10

In de tweede reactor komen een ongeveer gel~k aantal

caloriën vrij, die op'dezelfde manier worden afgevoerd. Naar deze tweede reactor stromen de gekoelde reactie

gas-sen en 10.8 m

3

vers aardgas. Er uit komen: 124.6 kg'HCl

is het inert niet in rekening gebracht. Bovenstaande

ge-tallen werden gevonden door omrekening van de over het

_..

HULS-proces gevonden gegevens. de

Uit koelspiraal van de tweede reactor treedt ongeveer

115 m3 gas van 400 C. Condensatie van tetra en

perchloor-aethyleen en afzetting van hexachloorperchloor-aethyleen treedt on-der deze omstandigheden niet op, daar, zoals uit

neven-staande grafieken bl~kt, de partiaalspanningen onder ~e

maximum dampspanningen liggen (14, 15).

De gassen worden vervolgens naar een absorptiekolom

geleid, waar de gechloreerde ~oolwaterstoffen worden

condenseerd en het zoutzuurgas, in 290 ltr water wordt

ge-absorbeerd (30 r~ig HCl). Vrij komen 51.400 Cal/uur, die

door 3.5 m3 koelwater (in: 150 C ; uit: 300 C) worden

af-gevoerd.

Een probleem vormt de overmaat chloor (7.8 kg/uur). Het chloor kan n.l. óf oplossen in de gechloreerde koolwa-terstoffen en het zoutzuur óf boven uit de toren tesamen

met de inerte gassen ontwijken. W~ konden hierover geen

gegevens vinden en hepben dus beide uitersten bekeken. Met de inerte gassen wordt tetra uit de kolom

meege-voerd. B~ een temperatuur van 200 C boven in de kolom

ont-~kt

per uur 2.4 m

3

inert plus maximaal,., m

3

chloor,

ver-zadigd met tetra- en waterdamp. Uit de voorafgaande

gra-fiek volgt, dat, de maximale dampspanning van tetra b~ 200 C

91 mm Hg bedraagt, voor water is dit 17.5 mm Hg. In totaal

ontwijkt dus

6~~~5

X 5.7

~

6.65 m

3

gas; 0.8 m' (5 kg)

hier-van is tetra. (Wanneer het chloor oplost en dus onder uit de kolom verdwijnt hebben wij alleen met de 2.4 m3 inert te

rekenen en wordt slechts 2.1 kg tetra meegevoerd~. Dbor'de

afgassen te wassen met paraffine-olie winnen wij de tetra

terug; het ontwijkende chloorgas wordt op hypochloriet ver-werkt.

(13)

De scheiding van de gecondenseerde producten (s.g. 1.6) en het zoutzuur (s.g. 1.15) geschiedt in een conti-nue separator.

In de gechloreerde koolwaterstoffen lost :,chloor en zoutzuur op en wel maximaal 5.2 kg 01 2 en 0.44 kg HOI. Evenzo lost in het zoutzuur chloor en tetrà op; maximaal

respectievelijk 2.6 kg en 4 kg. Deze getallen vonden wij

op de volgende ~ze met behulp van gegevens uit Beidell

(16).

In 30

%

_{zoutzuur lost maximaal op: 10 g 012/1410 g}

30

%

HCl (extrapolatie), mol.verhouding 0.2/100 mOl/mol.

In de tetra lost b~ dezelfde temperatuur (250 0) 7 g

C12/l00 g C014 op, 0.15 mol/mol. In de separator komen op

1 mol OC14 36.4 mol H20 + HC1. De verdeling van het chloor

over beide phasen:

O~~ ~ 36~4

=

2. Er is maximaal 7.8 kg

chloor en ~ kr~gen dus 5.2 kg ervan in de tetra en 2.6

kg in het zoutzuur.

Door vergel~ing van de oplosbaarheid van C12 in water

en van CC14 in water en van C12 in 30

%

zoutzuur kwamen ~

tot een schatting van de hoeveelheid tetra die in 30

%

zoutzuur oplost. Voor 415 kg 30

%

zoutzuur werd dit 4 kg.

De waarde van dit getal is - gezien zijn herkomst - dubieus. Het gaat hier echter slechts om de orde van grootte.

Verwerking van de tetraphase.

In de tetraphase zijn aanwezig: 103.5 kg CC14' 10.7 kg 02C14' 1.1 kg C2C16' 5.2 kg C12 en 0.44 kg HCl. Voor het

ver~eren van het chloor en zoutzuur is

\5,9

kg 100

%

NaOH nOdig. Het chloor wordt omgezet in hypochloriet, het zoutzuur in keukenzout. Het gevormde hypochloriet wordt in

Nederland als 15

%

oplossing verhandeld.

Men kan dus de mm~~ NaOH-oplossing gebruiken, die

b~ de electrolyse van keukenzout geproduceerd wordt, en

deze verdunnen. Bij de hypochloriet vorming en de neutrali~

satie komen ongeveer 2000 Cal. vr~. Door koeling wordt de

temperatuur beneden 450 C gehouden.

Na separeren van de bleekloogwordt de tetraphase aan een stoomdestillatie onderworpen. Met de stoom destilleren.

(14)

-~

12

,~

103,5 kg CC14 en 10,7 kg C2C14 over. In de ketel bl~ft 1,1

kg C

2C16 achter. Voor verdere gegev.ens over deze

destilla-tie z~ naar de berekeningen verwezen.

De scheiding van water- en tetraphase na deze destil-latie geschiedt wederom in een continue separator.

Voor de uiteindel~ke _{rectificatie wordt het}

CC14-C2C14 mengsel met geco H2S04 gedroogd in een sectie be-staande uit een aantal mengers en separatoren.

De recti~icatie, waarvoor eveneens naar de berekenin~

gen z~ verwezen, levert 107,5 kg 99,5

De tetra wordt uit het zoutzuur geëxtraheerd met 100 TI

paraffine-olie; hieruit wordt h~ later door

stoomdestilla-tie teruggewonnen. Zie berekening.

Door strippen met lucht (12) is de 2~6 kg chloor (936

L chloorgas) uit het zoutzuur te verw.jjde~en. De ben'odigde

hoeveelheid lucht wordt in het artikel niet opgegeven. ;;~

ge:B:emeB:='WeEä:=ä:8::I:i=flij=eeB::==e:e~:tä:i:~=3:t1eà~=we=à~=:i:=,=Ae==a:=;i:.

ke±:a~e~=a~gege~en. Aangenomen werd dat b~ een verhouding

lucht chloorgas

=

3 : 1 het overgrote deel van het chloor

meegevoerd zal worden. Om absoluut chloorvr~ zoutzuur af te

leveren is tussen de stripper en de opslag nog een

koolfil-fo·

ter geprojecteerd. Behalve chloor wordt door de strip-lucht ook zoutzuurgas meegevoerd. Om dit laatste terug te winnen wordt het gasmengsel door een waskolom geleid, die gevoed wordt met het water, dat later dienst doet als voeding voor de absorptiekolom. Hierna wordt het chloor met

NaOH-oplos-sing uitgewassen. (3 kg 100

%

NaOH)

Opslagruimten voor zoutzuur en bleekloog z~n reeds bij

de Kon.Ned.Zoutindustrie aanwezig.

Vóór ,het in bedr~f stellen dienen de reactoren op de

reactietemperatuur te worden~bracht (5000 0). Dit geschiedt

door in plaats van aardgas waterstof toe te voeren: C1₂ + H₂ ) 2 HCl 22 cal

(15)

Het gevormde zoutzuurgas kan gewoon naar de tantaal ab~

sorber worden geleid en van hieruit met een aparte leiding naar de luchtstripper.

Constructie--materialen. (17) (17a).

De reactoren en koelspiralen: lood. In Hüls werden hiermede goede resultaten bereikt.

De absorptiekolom: tantaal. W~ hebben te maken met uiterst

c0rrosieve stoffen en een grote

warmtegeleidbaar-heid is noodzake~.

Separatoren en Mengers: steen. Goedkoop en toch corrosie bestendig. Mechanische sterkte wordt niet vereist. Voor de neutralisatie met NaOH: durichlor.

Stoomdestillatie (scheiding CC1₄, + C₂C1₄ en hogere):

Hasteloy.

Rectificeerkolom: Silicium ~zer. w.~ hebben hier droge

pro-ducten.

Pomp voor paraffine-olie: hasteloy.

Stoomdestillatie (tetra uit paraffine-olie): hasteloy.

C1₂-stripper: PVC.

,

Waskolommetje (voor HCl uit stripgas) : PVC.

Waskolommetje (voor C12 uit stripgas) : durichlor. Opslae;tanks.

1.. Tetra en hogere producten. .

Waar het hier stilstaande vloeistoffen betreft werd gedacht aan betonnen tanks, gelakt met Artonex (22)

(een lak op kunstharsbasis, waarmede o.a. in de

pe-troleumindustrie goede resultaten werden bereikt).

2. Bleekloog'.

(16)

14

Berekeningen.

Om een indruk te krijgen van de grootte van de appara-tuur, werden alle toestellen globaal berekend:.

;i" Grootte van de reactor.

De verbl~ft~d van de gassen in de reactoren in Hüls

(10) bedroeg 0.8 sec. Dezelfde verbl~ft~d werd aangehouden. Materiaal-Balans.

Er in gaat b~ 200 C:

10 m3

CH4

+ 0.8 m3 inert + 80 m3 chloor + 0.8 ~ W2 en

0.8 m3 002 •

Totaal 92.4 m3 •

Daar b~ de reactie het aantal moleculen gel~k bl~ft

en de temperatuur in de reactor 5000 C bedraagt, passeert

e:r per sec.:

1

7.12 .

3600 X 92.4

x

293

=

68 L/sec.

De inhoud wordt 0.8 ~ 68 L

=

54.4 L.

De Koelspiraal.

Er moeten per uur 38.000 cal worden afgevoerd. De

gassen koelen van 5000 - 400 C.

Het water (2.:3 m3 ) warmt op van 156 - 30°

o.

De overallcoëfficient van· de l.oden spiraal werd bere-kend met de formule

1

u

=

1:.

+ 1.151 D-.

~

+ hi k 1 log Dî (20):

»t

D _o li· 0.-DJ:

=

3/12 ft.

Dh

=

_33/8/12ft. Lood k = 20 B .T.U./hr.sq.ft.oF/ft. (15 + 15a). k 0 • 8 0 . 4 't O. 14 D h~

=

0.027 Di (Re) (;PI') ('lw) (1 + 1.18 R,)

k

=

0.004 B.T.U./hr.sq.ft.oF/ft voor het gasmengsel.

Re -

.e.'V

D

V ''\

997 X 1.63 _ 4 45 k - 0.364 - .

(18)

.. . 16 0.364 0.8 0.4 0.656 0.14 ho = 0.027 • 0.16} (7750) (4.45) (1.1404) hO

=

131 1.511 D . log

3.8 m •

Het koelend oppervlak van de reactor is

. 2

60 cm x " . 30 cm

=

0.5 m .

3.3 m2 moet het koelend oppervlak van de spiraal zijn. Een 3" buis moet 14 m lang zijn.

Er zijn 11 ld.6

=

7. 5 windingen nodig.

2000 Cal

(20)

..

-18

Deze worden geleverd door x kg stoom. In de

~ 0.17) J( 200 X 348 =' 1 m3/u.

154 + 18

9

273

Bjj een kolom ~

=

12.5 cm treedt geen flooding ~p (zie

Perry 1205).

Condensor. > •

4 kg CC14 en 017 kg stoom van 750 C moeten worden

gekoeld tot 300 C.

2000 kcal gemoeid

=

8000 B.T.U.

Bij een .6 T

=

4'50 F is een app. van 6 sq. ft. nodig.

De Zou~zuur Stripper. (12)

Bij een diameter van 12.5 cm kan geen flooding

optre-den. Vloeistofs~room is 370 L 30

%

HOI.

Gasstroom is 4 m

3

lucht.

Chloor-wassing met loog.

De temperatuur mag niet boven 450 C komen. D,e loog

komt na de afgassen en het stripgas te hebben gewassen bij

450 C in de tetra wasser •. Deze wordt gekoeld.

Koelwater in bjj 150 C en ~ bjj 30°

c ...

o

(21)

Er moeten

±

2000 kcal./u. worden afgevoerd.

~ U

=

100 is een QPp. van 2 sq. ft. nodig.

stoomdestillatie.

Per uur moet 118 kg gechloreerd product worden

gezui-verd. Het wordt aangevoerd bij 450 C. Er wordt gewerkt bij

600 C (zie grafiek). In het destillaat komt x kg stoom.

~

figuur werd opgesteld met behulp van de

ct: x

y = 1 + (0( - 1) Je

(22)

Wij streefden naar 99.5.

%

CC1₄ en C2C14 • , .r , .c

....

20

De voeding, die bestaat uit 92.1 Mol

%

CC1₄ep 7 • 9

Mol

%

C2C14,heeft een temperatuur van 450 C.

H-HF

Q =

=

1.11

H - k

q x q.

De Q lijn = y = _{q - 1} - _{q - 1}- x f _•

De minimale reflux verhouding werd bepaald uit de helling van de werklijn.

R_min

~in + 1 = 0.26 ••• Rmin = 0.35

De reflux verhouding werd 50

%

groter gekozen.

R = 1.5 X 0.35 = 0.52.

De helling van de eerste werklijn wordt dan:

0.52 x . 1 .

y =

1:52

of Y =

3

x

Het aantal theoretische schotels kan nu grafiS~h ". bepaald worden. (p·a~ie.k 3).

Er zijn er 12 nodig.

De voeding moet op de 5 e schotel van boven' worden ingevoerd.

Per uur wordt 7 kg CC14 als destillaat opgevangen. 56 kg 35 L wordt teruggevoerd •

. De gasstroom is 107 kg + 56 kg = 163 kg/u = 32 m3/u. De vloeistofstroom onder de voedingsschotel =

117 kg'+ 56 kg = 173 kg.

Bij een kolomdiamet.er van 22 cm treedt geen flooding op (zie Perry 1204).

De H.E.T.P. wordt 12.5 inch ~olgens een tabel . (21). Het ringen bed moet 3.75 m lang worden.

(23)

,.

Voorcalculatie.

Om een indruk te kr~gen van de levensvatbaarheid van

het opgestelde schema werd een voorcalculatie gemaakt.

Lanili en Gebouwen. _{Af s chr:ijving •}

1. Grond

_f

6.000 0

f

.:!._r.~~.,

-.. / ' -"~ 2. Gebouw 30.000 ₅

_%

1.500 3. Inventaris 5.000 ₅

_%

250

f

41.000

_f

1·750 Apparaten. 4. 2 reactoren compleet f 10.000 20

(25)

-,

52. 53. Inkomsten Jaarlijkse kosten Winst

Omschrijving van de posten. Post 1 : Grond.

f 996.784

493.600

f 503.184

Voor de fabriek is een terrein van 300 m2 nodig, n.l. voor

het gebouw 5 X 20

=

100 m2, voor opslag van

v~ten

80 m2 ,

70 m2 vr~e ruimte, 50 m2 voor tanks.

Samen 300 m2 à

f

20.- =

f

6.000.-Post 2: Gebouw.

In een gebouw van 5)( 5 .~ 20 kunnen de toestellen,

bedrjjfs-laboratorium, bergplaats, sanitair enz. ru~mschoots worden

ondergebracht.

500 m3 à f 60.-/m3

=

f

30.000.-Post 3: Inventaris.

De kosten hiervan geschat op f 5.000.- • Bureaux, stoelen,

vloerbedekking.

Post 4-19: Apparaten.

De kosten van de apparaten z~n op zeer ruwe ~ze geschat.

Grondstoffen.

Bij de calculatie is aangenomen, dat het bedr.ijf 300 dagen·

per jaar op volle kracht produceert.

Post 20: Aardgas. 21,6 m3/h aardgas.

21,6 x24 ')( 300 à f 0,13 = f 20.217,60, rond f

20.000,.-Deze prjjs van het gas werd ons verstrekt door het

Dïrecto-raat Generaal van de Ener~ievoorziening (litt.23).

Post 21: Chloor.

237,9 kg/u )( 24 X 300 = 1712.880 kgf j à 20 ct/kg = f 342.576

rond f 343.000.

De prjjs van 20 ct is hier aangehouden; sn~gas zal echter

(26)

.

"

24

Post 22: Zwavelzuur.

Naar schatting wordt 8 kg zwavelzuur per dag gebruikt.

2400 kg/jo Wanneer wij aannemen, dat het weer op sterkte

brengen 10 ct per kg kost wordt deze post

f

240,- •.

Post 23: Natronloog .

8,9 kg/uur = 64.080 kg/jaar'à f 0,33/kg = f

21.146,-rond

f

21.000,-.

Post 24/28.

Deze posten werden ~uw geschat.

Post 32: Ver,:zekering.

Hiervoor is een

t

%

over het kapitaal aan land, gebouwen en

apparaten.

t

% •

129.000

=

f

649,50, rond

f

650,-.

Post 34: Sociale lasten.

Hiervoor is 15

%

genomen van de lonen; 15

%

van f

33.000,-=

f 4950,-.

Post 35: Grondstoffen.

In het werkkapitaal moet een bedrag gereserveerd zijn om de grondstoffen gedurende een periode, die geschat is op 30

dagen te kunnen financieren. 30/300 •

f

388.000,- =

f

38.800,·

Post 36.

Een reserve van 3 maanden in het loon werd aangehouden:

t ·

33.000

=

f

8.250,-.

Post 37: Vaste lasten.

Som van posten 29 tot en met 32. Post 38: Onvoorzien.

Deze werd op f 10.000,- genomen.

Post 44: Ondertioud.

Hiervoor is 2

%

van het land, de gebouwen en apparaten

genomen. 2

%

van f 129.900,-

=

f 2598,-, rond f 2.600,-.

Post 45: Directie~

(27)

•

1

•

Post 46: Research. '

Hiervoor werd 10% van de winst uitgetrokken: f 50.000,-.

Post 47-51. 924.480 kg tetra à f 0,5l/kg 108.000 kg zoutzuur à f 0,26/kg 9.500 kg 02016 à

f

5.

6.

7.

8.

Kirk, R.E. en Othmer, D.F.

Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 3, pag. 199 e.v.

Hirschkind, W. Ind.Eng.Chem. 41, 2749 (1949) ,~

Mc.Bee, E.T. Ind.Eng.Chem. 34, 296 (1942) ~~

Hirschkind,

W.

Ind.Eng.Chem. 41, 2749 (1949)

Pianfetti,

A.

U.S.Pat. 2.606.867 (12-8-1952)

Meissner, H.P. en Thode, E.F. Faith, W.L.

Ind.Eng.Chem. 43, 129 (1951)

Industrial ChemicaIs, London 1950, pag. 197, 209, 370 en 563

9. BIOS Final Report 731

10. FIAT 1154

10a Ned.Octrooi 60.076

11. Mededeling Nederlandse Aardolie Maatschapp~.

12. 01dersha~, C.F. e.a.

Chem.Eng.Progress, 43, 371-378 (1947)

13. Mededeling Koninklijke Nederlandse Zoutindustrie.

14. Schleede,

A.

Ber. 33, 3710 (1922)

15. Handbook of Chemistry and Physics, Cleveland 1948,

en

Perry, J.H. Chemical Engeneers Handbook, New Y.ork

1941

16. Seidell-Linke Solubilities of Inorganic and Organic

Compounds, 161, 214~ 221, 398, 399 en

577

17· Lee, J.A. Materials of Construction for Chemical

Process Industries, 182 e.v.

17a Ind.Eng.Chem. 42? 2026 e.v. (1950)

18. Vil1randt, F.C. Chemica1 Engeneering Plant Design,

New York 1949 19.

20.

Mededeling: Bruyaux, A. Amsterdam

Brown, A.I. en Marco, S.M.

Intrqduction to heat transfer, London 1942, pag. 145

(29)

i

•

(30)

.; !-; . - t; ":1:. . ~-... i",' 'B.Lt " ... 1- <Ooi· ~ " ,-, .

4

,

(31)

-I,t r; . '

11 ...

m~fhE~1~it ~~i _E.=fÜLd~i; H~' f+-"i

f!:=;'; :n::r :: ' .... " .... _{I •• '} J~

n

~.:: ,;.,. Ifi" I+< rit ,~,. ,,+, I~~ _~"_.

-1" ~~ ....,

:n

~li: :r:;x=.; :;,~~~ _{... e.;} .:f~';;H

rlf.

::mUr:.,-

:~:;t i;; :h iHti;: . _{;~~ .:.;:; .J ••} ~i·iH ~ ..

k":t ~ ~;.;r!:H _{;.!:!üti::.:-}"'ir;'F _I:_{i;': . ,'"}~J~irT': _~+::t .1;'';. _{'" ct·}

ti-;;,: iO': :;; ;:,:'!.: :::~

lm

m~ .:~: ~:;. T;, _~ _I;":::~F. _~!; ·,t

..

, _;r ~m ~lllt!r .~rt 'rr ~m:i;·: IClQ;r;î rt Il! I: ',"'-:

' . ... w • • • ' *, ... ,"" ... _._~_ ... _ .... ~. '_>'-.••• " _.';.1&,0.",- .~ .:_

(32)

r;. ,1".L . ,

C

,ir·· ';

f'·:' .. -+ * .! .. ···~_ .. _t ... · _ ,. I I I !" . .... ' " ... " ... ~. ... ~: .. 1: , , ,.

,.

.", l . •• : t •..• "...; ";'"'1" ': ' , '

r_

~_._

....

..

.

,

..

~ : <: ~':; I " - !. .! 'l '1<' !~. ·l.~ :+p~ ~i. : ... ~~' .. ~~ .... - ,l-" , .

.

..

:~ :. . . , , ,. - "r .-, f , j': , 'i --... " :,. '. '. 'I" ! • ~ .. ; ... : ... : . .;: t , L 0,8 ' j " 't' • •

.

• ~ ow , I .. 0,7

..

.! ' .. " -.:: " i "'; ... ::!: . ...:;~ - .... I • f ~ .. 1 1 " , I ./. ,-, ! "

l ::"

:'T'::'" ,. -' _,... 'r~ : ,_.1.: .. :", 0,6 ---~~---,--~ * .. ~-:..: ... -.-

.

~ • ' , .. . . 4" _ ... , -, o,s ":

r "

,-: ~.

.

0,00 0,3 •... ., ." ,.' O~2.: :"~ ~ .~(-:: • . t"! ... :"; .. ~~ , .... i, ' , '