Processchema trichlooraethyleen

Z $'

PROCESSCHEMA

<

--

~ o ;:s

--Snelhechter folio A 6021-05

T

RJCHL OORAETHY

L

EE/I/

N.W.F. KOSSEN

DATUM: 30 OKT.1958

Van ... _ ... _ ... 19 ... _ tot ... _ .... _... 19 ... :._ .. _.-1 -

-•

t't • >

·

•

•

..

INHOUD VAN HET PROCESSCHEMA

1. Inl.eiding _blz. 1

2. Keuze van het te volgen proces blz. 1 3. Plaats Tan de fabriek blz. 2 4. Grootte der produotie blz. 2 5. Verloop van het proces blz. 3

6. Bloksohema _{blz. 3}

7. Materiaalbalansen blz. 4 8. Warmtebalansen blz. 7 9. _{Grootte-berekening der apparatuur blz. 17} 10. Constructiematerialen _{blz. 23}

Bijlagen, _Bloksohema

x-y figuur voor de kleine dest. kolom

•

.L.1.'rERATU~IJST Vu :uE IN liET l:lROCESSC11E.KA AANGEHAA.I;DE LITERATUUR

1) R.E. Kirk

&

P.F. Othm r : Encyclopedia of Chemica!

Techno1ogy, Vo1.3 (the Interscience Encyc10pedia

Inc. N. Y. )

2) W.L. Faith, D.B. Keyes

&

R.~. C1ark; Industria1 Chemica1s

blz. 773

(J.

Willy & Sons 1950)

3) Auteur onbèkend: l:letro1eum Hefiner 34, 185(1955)

4) Auteur onbekend: Chem.Eng. ~, 152 (Mrt. 1957)

5) ~.tl. Groggins: Unit Processes in organic synthesis

blz. 247 (McGraw Hi11, ~ondon)

6) Auteur onbekend: Petroleum Hefiner ~, 123-4 (1955)

7) J.]'. Tan Oss: Warenkennis en Technologie, Deel 111, blz. 272 (de Bussy 1957, Amsterdam)

8) Bluti fina1 Heport no. 1050, blz. 20-32 en 51 9) ~IAî final Heport no. 843, blz. 8-14 en 24 10) ~erry: chemica1 ~ngineers Handbook

11)

w.

Koglin: Äurzes Handbuch des Chemie, blz. 855

(Göttingen, Tan den Hoek & Ruprecht 1951)

12} Can.Pat. 395.840, 15 april 1941 13) ~rit.~at. 575.530, 21 februari 1946 14) Brit.Eat. 565.494, 14 november 1944

15) Brit.Pat. 505.196, 5 mei 1939

16) Brit.Pat. 097.482, 23 september 1953

17) U.ti. ~at. 2.369.485, 13 februari 1945

18) C.D. Hodgman c.s.; Handbook of Chemistry and ~hysics

(Ohio 1957)

19) J.M. Cou1son and J.F. Richardson:

Chemica1 ~ngineering I, blz. 167

(~ergamon Press London 1957)

•

•

Trichlooraethyleen ("tri") is een kleurloze, onbrand-bare vloeistof met een moleculairgewicht van 131,4. Het kookpunt is 86,90_C.

Tri is bij inademing van de damp in geringe mate gif-tig, alleen grote concentraties hebben blijvend schadelij-ke gevolgen voor de gezondheid (lit. 1, blz. 788).

Toepassingen:

1. ontvettingsmiddel voor metalen;

2. vlekkenwater ("dry cleaningfl _{) ;} 3. narcosemiddel.

Het is ook een tussen-product bij de perchlooraethy-leenbereiding.

Tri wordt in de handel gebracht onder de volgende na-men: Blacosolv, Penn-A Chlor, Tri, Triad, Triclene, Trivec, Tromex, Vapoolean, Vapoolor.

2. ~UZE VAN HET TE VOLGEN PROCES

Tri wordt bereid uit tetraohlooraethaan, dat wordt ge-maakt door ohlooradditie aan aoetyleen. De tribereiding komt neer op het onttrekken van 1 mol. HCl aan een mol. C

2H₂Cl

volgens de reaotie: 4

C

2H2C14 - = , C2HC13 -+- HCl

Deze reaotie kan tot stand komen door:

1. verhoogde temperatuur (kraken) met of zonder katalysator llit. 12, 13, 15, 16)

2. HC1-onttrekking met behulp van Ca(OH)2 onder vorming van CaC1

2 (lit. 17)

3. Katalytisohe ontleding bij lage temperatuur (100 - 2000C) (lit. 14) met N(Et)3 als katalysator.

Ad 1 Voordelen

a. er komt ongebonden RCI bij vrij b. eenvoudige methode

Nadelen

a. hogë temperatuur (4600C), dus warmte, economisch

be-zien, niet gunstig.

b.

de katalysator (BaCI

_Z

op kool) wordt vrij snel in-actief (lit. 13) en 1S erg duur.

o. het vrijkomende HCl stelt hoge eisen aan de oonstruo-tiematerialen en aan het drogen van het tetraohloor-aethaan.

d. de opbrengst (90

%)

is lager dan bij de

- 2

-Ad 2 Voordelen

a. hoge opbrengst (96

%)

b. lage temperatuur bij de reactie (~ 800C) c. geen katalysator

Nadelen

a. een tamelijk ingewikkelde reactor

b. het vrijkomend CaCl 2 is zo goed als waardeloos Ad 3 Voordelen

a. lage temperatuur

b. er komt ongebonden HCl vrij Nadelen

a. de katalysator N(Et) moet continu worden aangevuld in verband met verli~zen

b. opbrengst slechts! 89

%.

Het vrijkomende HCI, dat afgescheiden en gezuiverd moet worden, is alleen zeer voordelig, wanneer het in eigen fa-briek kan worden gebruikt, bijv. voor de bereiding van vinyl-chloride. Wanneer dus een fabriek moet worden gebouwd, waar alleen tri wordt geproduceerd, verdient de 2e methode de voorkeur.

3. PLAATS VAN DE ]fABRIEK

Voor de bereiding van tetrachlooraetaan moet men de beschikking hebben over veel goedkope energie om het

ace-tyleen te kunnen maken uit CaO, C en H₂0 volgens de reactie: CaO + 3 C - CaC 2 ~ CO

CaC₂ + 2 H

20 - C2H2 + Ca( OH) 2

(Het hierbij vrQjkomende Ca(OH)2 is bij de tribereiding weer te gebruiken.)

De aanwezigheid van een waterkrachtcentrale is dan ook zeer gewenst.

Deze omstandigheid gevoegd bij het feit, dat Amerika de grootste afnemer is van tri, doet de keuze voor de plaatsing van een fabriek op dit land vallen en meer in het bijzonder op de omgeving van de Niagara Falls, waar danook meerdere tri-fabrieken zijn gevestigd (zie lit. 3). Bovendien is hier, over het water, een goedkope toevoe~r van grondstoffen moge-lijk.

4. GROOTTE DER PRODUCTIE

Volgens lito 4 bedroeg de jaarproductie aan tri in Amerika in 1955: 150.000 ton.

Het aantal tri-producerende fabrieken in Amerika ligt tussen de 20 en 25, zodat per fabriek gemiddeld t 7000 ton per jaar wordt geproduceerd. Deze productie zal ook hier aan-gehouden worden.

Wanneer we aannemen, dat de fabriek continu werkt, met uitzondering van 40 dagen per jaar voor reparaties,

vacan-ties e.d., wordt de dagproductie: 7000

(365 - 40)

21,5 ton.

,,'

,

Dit komt overeen met een uurproductie van 0,9 ton tri. 5. VERLOOP VAN HET PROCES

.. ' '1 ....

/ -.

I'

In de reactor vindt de volgende bruto reactie plaats: 2 C2H2C14 " ca(oHI 2 - 2 C2HC13 ~ CaCl 2 + 2 H20

De reactie ~B speelt zich af in de vloeistoffase. De evenwichtsligging is niet te berekenen, daar de molecu-laire thermodynamische potentiaal van het tri en van het

tetrachlooraethaan onbekend is.

Volgens lito 3 is de reactie echter aflopend.

Ook van de reactiesnelheid zijn geen gegevens bekend. In de reactor loopt het tetrachlooraethaan naar bene-den over een aantal schotels met opstaande rand om een zeke-re verblijf tijd in de kolom te krijgen. Het Ca(OH)2 wordt toegevoegd als 10

%

oplossing in water en loopt eveneens naar beneden over de schotels, zodat menging optreedt met het tetrachlooraethaan en tri wordt gevormd. Tri vormt met wa ter een aze otroop, die bij \?20_{C kookt; daar nu de}

tempe-ratuur in de reactor boven ?20_{C wordt gehouden, kookt het}

ontstane tri uit de oplossing. Onderin de reactor is de tem-peratuur zo hoog (1020_{C), dat het meeste onomgezette}

tetra-chlooraethaan als water-azeotroop uit de oplossing kookt en condenseert op de hoger gelegen schotels, waar weer een reactie optreedt met het Ca(OH)2. Slechts 4

%

van het tetra-chlooraethaan blijft op deze wijze onomgezet en verlaat de reactor aan de onderzijde. Het verloop van de stofstromen in de reactor is tengevolge van de vele chemische en fysi-sche gebeurtenissen, die tegelijk plaats vinden, zeer inge-wikkeld.

De tri - water azeotroop verlaat de reactor aan de bo-ven-zijde en wordt dan gecondenseerd en gekoeld tot 20 oC. Hierbij ontmengt de azeotroop zich in een water- en een tri-laag. Het tri gaat naar een kleine destillatietoren om de lichte bijmengsels (voornamelijk dichlooraethyleen) te ver-wijderen. In een grote destillatiekolom wordt hierna het

tri gedestilleerd. Voor een illustratie van de gang van za-ken bij het proces wordt verwezen naar het blmkschema. 6. BLOKSCHEMA.ME T TEMPERATUREN EN DRUKKEN

In het blokschema zijn de ~~

9

warmtewisselaars voorgesteld door nevenstaand figuurtje.

In de rood-omlijnde hokjes zijn

de hoeveelheden van de stoffen, die per uur bij de reactie betrokken zijn, aangegeven. Deze gegevens zijn afkomstig van de materiaal balans.

De vermelde temperaturen en drukken zijn afkomstig uit lito 3, 8 en 9.

In tegenstelling tot het schema uit lito 3 is in het blokschema een "stripper" opgenomen, waarin door drukverla-ging de ~ _{kg C2H2Cl4 uit de CaCl2 oplossing verwijderd wordt.}

'l

4 -7. MATERIAALBALANSEN

De materiaalbalansen worden berekend te beginnen bij de laatste destillatiekolom, dan volgen de kleine destillatiekolom, de reactor en de "strippen".

Materiaalbalans voor de grote destillatiekolom Hier wordt afgedestilleerd 900 kg)hr tri, dat volgens lit. 9 verontreinigd is met 9,3 kg

perchloor-aethyleen (C Cl ) en 9,2 kg tetrachlooraethaan (C2H2C14). Aan de onder~ij~e der kolom worden afgetapt:

25 kgjhr tri en 31,6 kgjhr C

2C14

De voeding moet dus bestaan uit 900 ~ ~5

=

995 kg/hr tri en 9,2 ~ 9,3 + 31,6

=

50,1 kg/hr verontreiniging. Dit is dus tevens het ketelproduct van de kleine destillatie-kolom.

Materiaalbalans voor de kleine destillatiekolom

Hier wordt afgedestilleerd: 20 kgJhr 4ichlooraethy-leen lC

2H2Cl ) en?5 kgjhr tri. Het ketelproduct bestaat zoals

bovenv~rmeld

uit 925 kg/hr tri en 50,1 kgjhr ver-ontreiniging. De voeding moet dus bestaan uit

925;. 75 -== 1000 kgjhr tri en 50,1 -t 20 - 70,1 kg/hr

veron'ti-reiniging.

Materiaalbalans voor de reactor

Aan de bovenzijde verlaat 1000kg/hr tri en 70,1 kg/hr verontreiniging de reactor. Om de hiervoor benodigde

grondstoffen te kunnen berekenen, dienen eerst de mole-culairgewichten van de reagerende stoffen bekend te zijn:

Stof Mol. ge!!.!. C 2HC13 131,5 Ca(OH)2 74,1 C 2H2C14 168,0 CaC1 2 111,1 H 20 18,0

Voor de vorming van 1000 kg tri is volgens de reac-tievergelijking nodig:

1000

--- • 74,1

=

281,8 kg Ca(OH)2 2.131,5

•

•

Daar volgens lit. 3 een overmaat Ca(OH)2 van 10

%

aanwezig dient te zijn, wordt de totale hoeveelheid dus

281,8 T 28,2 == 310,0 kg

Het Ca(OH)2 gaat de reactor binnen als 10

%

waterige oplos-sing. Hiervoor is dus nOdig 9 • 3~0 ~ _{2787,0 kg H20}

De hoeveelheid CaC1₂, die de reactor verlaat bedraagt:

1000 4 5 k

_______ • 111,1 ~ 22, g.

2.131,5

De tri verlaat de reactor als azeotroop met 7

%

water. Aan de bovenzijde verlaat dus

7 100. 1000

--- • --- =75,3 _{kg H20 de reactor.}

100 93

Er wordt tijdens het proces geproduceerd:

lQQQ_ •

18 = 136,9 kg H

20 131,5

Onder uit de reactor komt dusl

2787,0 + 136,9 - 75,3

=

2848,6 kg H20

De omzetting bedraagt 96

%,

dus aan zuiver C

2H2Cl4, is nodig: 100 1000

• --- • 168 = 1331,0 kg 96 131,5

hiervan wordt verbruikt:

!QQQ- _

168

=

1278 k C H Cl

131,5 g 2 2 4·

Er gaat dus verloren 53 kg C

2H2C14- Verder bevat het C2H2C14 4,5

%

verontreinigingen:

fû§ ·

1331,0

~

60,9 kg

Aangenomen is nu, dat alle verontreinigingen met het tri meegaan en dat de overmaat C

2 H₂Cl de reactor aan de onderzijde verlaat met uitzondering van 4, 9,2 kg, die met het tri

m~aat. Bij de hoeveelheid-water, die de reactor aan de onder-zijde verlaat, moet nog worden opgeteld het water, dat ontstaat door condensatie van de verwarmingsstoom.

Beschouwen we de in- en uitgaande stofstromen, dan blijkt dat

ingaande stofstroom

uitgaande stofstroom 4498,1 kg/lu 4497,7 kg/hr

De afwijking hierin ligt binnen de afwijking der

moleculairge-wichten, zodat we mogen zeggen, dat deze materiaalbalans slui-tend is.

•

•

- 6

-Het water, dat de reactor aan de bovenzijde verlaat, wordt na koeling in de waterafscheider weggenomen.

Materiaalba!ans voor de "strippen"

Alvorens hier iets over te kunnen zeggen, dient eerst aan-dacht te worden besteed aan het fysisch gebeuren in de "strippen~

Hier komt een vloeistof binnen op kooktemperatuur (102 0 ) en

76 cm kwikdrUk. De druk wordt plotseling verlaagd tot 28 cm kwik, zodat de vloeistof heftig gaat koken en vrijwel al het C2H2C14 en een deel van het water verdampt. De hiervoor benodigde warmte wordt onttrokken aan de vloeistof zelf. Volgens lit. 18 kookt

zuiver water onder een druk van 28 cm kwik bij 74 0C.

We zullen nu aannemen, dat tengevolge van de opgeloste zou-ten het kookpunt 20_{C ~oger is, dus 76}0_C.

Nemen wé de soortelijke warmte (s.w.) van de vloeistof gelijk aan die van een 15

%

_{CaC1 2-oplossing in water, dan blijkt} deze volgens lit. 11 gelijk te zijn aan 3,506.103 J/kg 0C. De warmte, die de vloeistof dan kan afstaan ispw :' çz)m.(S.W.).AT

Waarinfw :. afgestane warmte (J/hr)

~ ~ massa stroom van de vloeistof (4028,1 kg!hr), name-m lijk 3343,t kg reactieprod. en 685 kg water van de

stroomverwarming (zie punt 8).

A T = temperatuurverschil (hier dus 102 - 76 -= 26°C)

Hierui t volgt: I"w .. 366,5.106 J/hr

Hierbij is dus geen rekening gehouden met de hoeveelheid water en C

2H2C14, die verdampt en zodoende geen warmte meer kan

leve-r:.7

ren door afkoeling. De hierdoor veroorzaakte fout blijkt echter

~ ~ slechts 5

%

te zijn.

---De Jlfw wordt gebruikt om ~et C

2H2C14 en een deel van het water te verdampen.

Stellen we de verdamp'MiIl~warmte van het C9,H₂C1

4 gelijk aan de verdamp" wa~ van zuiver C2H2C14, namelijK

230.10 3 J/kg, dan kost de verdamping van 43,8 kg/hr C2H2C141

3 6

43,8 .230 • 10

=

10,1 • 10 J/hr • Er blijft dus over aan warmte:

(366,5 - 10,1) • 106 :: 356,4.\~/hr.

Deze wordt gebruikt om water te verdampen. De verdamp\n~ warmte van het wa~er gelij~tellende aan die van zuiver water

(2,26 • 10 J/kg) verdampt dus

~§§~i

;

157,5 kgjhr water 2,26

•

ingaande stofstroom per hr:

Totaal

uitgaande stofstroom per hr: 1) aan de bovenzijde Totaal 28,18 kg Ca(OH) 2 422,5 kg CaC12 3533,6 kg _~O 43,8 kg C H CL 2 2 4

---4028,1 kg 43,8 kg C2H2C14 157,5 kg H20

---201,3 kg

2) voor de onderzijde blijft dus over: 28,18 kg Ca(OH) 2 422,5 kg CaC1 2 3376,1 kg H 20 ~--- ---~-Totaal 3826,78 kg

De uitgedreven stofhoeveelheid bedraagt: 201 3 • 100 .

---~---_4028,1 5

%

van de voeding

De hierboven berekende stofstromen zijn verwerkt in het bl oks chema.

8. WARM:r'EBALANSEN

Be warmtebalansen worden berekend voor: 1. de reactor

2. de destillatietorens 3. de warmtewisselaars

Ad 1 Het is niet mOielijk een exacte warmtebalans voor de

reactor op te stellen, daar hiervoor in de literatuur niet genoeg gegevens bekend zijn. Door het doen van enige

8

-Nevenstaande figuur is een schematische voorstellin~

van de reactor. De getal-len geven de hoeveelheden voeding en

reactieproduc-ten in kg!hr, berekend

met behulp van een materiaal-balans (zie punt VII van het processchema).

Bij de hoeveelheid water, die de reactor verlaat, is nog niet opgeteld het wa-ter afkomstig van de stoom-condensatie. 2.7~1 H'\.o ~ \ 0 ( ... {OH)~ -(~:'I C1H, CL'I 6o,~ vUCl ... ~r.

De vOlgende aannamen zijn gedaan:

' 1000 C~\-\Cl! 7:>;~ \-\.0

,

0

,

I vero",t;('. '2.J, '1 C c..(O~,) L 412, s- Cf)"C 12. 1d''-lJ,6 l-h 0 ~),8Cd1ZCI'(

1. De soortelijke warmte (s.w.) van de C

2H2C14-voeding is gelijk aan de B.W. van zuiver C

2H2C14•

2. De s.w. van de Ca(OH}2 + H20 voeding is additief samen te stellen uit de s.w. van Ca(OH)2 en H

20.

3. De s.w. van de producten, die de reactor aan de onder-zijde verlaten, is gelijk aan de s.w. van een 15

%

CaC12-oplossing in H20.

4. De s.w. van de C2HC13 - H20 azeotroop is additief samen te stellen uit de s.w. van C2HC13 en H20• 5. De reactiewarmte bij 72°C is gelijk aan de

reactie-warmte bij 250C.

6. De gang van zaken in de reactor kan worden voorgesteld door de vergelijkingen:

+_{75,3 kg H20 720C (G)}

De rest van het water wordt tesamen met het CaC12 op-gewarmd tot 1020C.

7. De verdampingswarmte van de C2HCL3 - H20 azeotroop is additief samen te stellen uit de verdampingswarmte

(vw) _{van C2HC13 en H20.}

8. De voed1ngstemperatuur bedraagt 15°C, de temperaturen van de C2HC1 3 - H20 azeotroop en CaC12 oplossing bij het verlaten van de reactor bedragen respectievelijk 72°C en 1020C.

•

Met behulp van de s.w. gegevens en de entha1pi!n uit de literatuur en bovenstaande aannamen is de hoeveelheid stoom (x) te berekenen. De s.w. en de entha1piän (~Hr)

zijn in onderstaande tabellen vermeld.

§!P.! Sw

(JL!i

°cl

Lit. Ca(OH}2 1,212.103 10 C2H2C1~ 1,123.103 10 15

%

_{CaC12 in H20 3,506.10}3 11 C 2HC13 0,935.103 ₃ 10 ~O 4,190.10 10

.§i2.! - AHr J/mo1 Li t •

C2H2C14 177,0.103 1 Ca ( OH) 2 (aq ) 1002. 103 10 3 C2HC1 3 4,19.10 1 CaC12 (aq) 877 • 103 10 3 H₂0 285,5.10 10 Voor de reactie: 2C2H2C14+ Ca(OH}2- 2C2HC13 + _CaC12 + _2H20,

kunnen we de reactiewarmte als volgt berekenen:

354,0.103 - 1002.103 +

~

Hreactie -::: - 877.10 3 - 571.10 3• 3 - 8,36.10 Dus L\. H - - 100,4.103 J/2 molen C2HC1 3· reactie

-We willen de warmte-ontwikkeling per uur weten en daar per uur 1 ton tri wordt gevormd, is de warmte-ontwik-keling dus:

- _!2QQ__ •

100,4.106 = - 382.106 J /hr

2.131,4

10

-Het warmteverbruik in de reactor kan n~uitgaande

van aanname (6) als volgt worden berekend: C 2H2C14 voeding 1391,9 kg/hr S.w. 1,123.103 J!kg °c t::. T : 57°C Benodigde warmte: 1391,9 x 1,123.103)<.. 57 = 89,3.10 6 J/hr

Op dezelfde wijze wordt het warmteverbruik van de

andere op te WBrmenen te verdamDen stoffen berekend.

Het totaal hiervan ie 1553,3.100J/hr.

Het instellen van een refluxverhouding (1 : 1) boven in de kolom heeft echter tot gevolg, dat de dubbele hoeveelheid C2HC13 - H20 moet worden verdampt, bij het bovenvermeld

ï

totaal van 1553,3.106 J/hr moet dus nog eens

(257,0 + 170,3) • 106 J/hr worden opgeteld. Deze warmte

~ wordt afgevoerd door de koeler bovenin de reactor. Verder

moet van het "totaal" de reactiewarmte worden afgetrokken, zodat het warmteverlies in de reactor bedraagt:

(1553,3 ~ 427,3 - 382,6) • 106 :: 1598,0.106 J/hr.

Hier komt nog bij het uitWendige warmteverlies door het temperatuurverschil van de reactor met de omgeving. Voor de berekening hiervan stellen we de gemiddelde wand tem-peratuur der reactor op 75 0C, de buitenluchttemtem-peratuur

op 150_{0. Het oppervlak van de reactor bedraagt ca 45 m2 •}

De warmte-oveodrachtsco~ffici~nt (~) bedraagt:

0<. :: 0,27(AT

s) ,25 BTU/hr. sq ft. OF (lit. 10, blz. 474)

of ~,. 5,68 • 0,27 (~(j T_s)0,25 J/m2 °C sec, waarin ~Ts

het temperatuurverschil tussen de reactor en de

omringen-de lucht is (hier dus ~600C). Zo vinden we dus

~ = 4,91 J/m2 0C sec. Het warmteverlies door geleiding

en convectie bedraagt dus:

3600 • 4,91 • 45 • 60 ~ 47,7.10 6 J/hr.

Aan de reactor moet dus aan warmte worden toegevoerd:

(47,7 + 1598,0). 106 = 1645,7.106 J/hr.

Deze warmte wordt toegevoerd door onderin de reactor stoom te blazen.

Nemen we oververhitte stoom van 175°C en 1 atm, dan is

~ te berekenen. De s.w. van stoom van deze temperatuur

en druk bedraagt 1,93.106 J/oC ton (lit. 10). Het

tem-peratuurverschil bedraagt 175 - 102 ~ 73°C. Bij de

af-koeling van 1 ton stoom ~omt dus vrij '.

73 • 1,93.106 c 140,9.10 J. De condensatiewarmte bedraagt

2265.106 J/ton. Per ton stoom komt dus vrij 2406.106 J.

Er moet worden geleverd 1546,4.106 J/hr. Er is dus nodig

12~Q~2 0,685 ton stoomjhr.

;::;406

- 11

+

Ad 280 De kleine destillatie kolom.

Nevenstaande figuur geeft een overzicht van de stof-stromen per uur en hun temperatuurniveaus van de kleine destillatietoren. Het kookpunt van het af

te destil1'ren

C2~C12- _{C2H 01 3}

mengsel bedraagt 7500. De ref1uxverhouding is 7 : 1. De s.w. van de voeding is gelijk genomen aan de s.w. van zuiver tri, hetzelfde geldt voor het ketelpro-duet. De omgevingstempera-tuur is geàte1d op 150C. De voelbare warmte der stof stromen is ook op deze tem-peratuur betrokken. De s.w. van C2H2012 is 1,168.103 - - .). .000 ~~ tn ,0,1 .. \j.Q.~""'\: ~al", i~I"'~

1

-

--1

9U"~ ~'fi 50, \ ' ~e.('" .. t~ fa.(", :~\ ... ~ J/kg °C (lit. 1). We ~u11en nu eerst de hoeveelheid voelbare warmte berekenen, die de kolom x ingaat: Voeding :,1070,1.0,935.103 (80-15) 140,0.1,168.103 (74-15) . 3 525;0.0,935.10 (74-15)

=

65 • 106 J/hr ~ 9,7. 106 J/hr ~ 29,0 • 106 J/hr

---Totaal 103,8. 106 J/hr De verdampte warmte van C2H2C12 bedraagt 309.103 J/ki

(lit. 8). De s.w. van C2H2C12 gas 1s niet bekend en daarom gelijk genomen aan de s.w. van C2HC13 gas. De hoeveelheid voelbare warmte, die de kolom uitgaat, be-dra.agt dus kete1prod.1 · 975~~.0,935.103(90-15) 160,0.0,670.103 (75-15) 600,0.0,670.103 (75-15) 160,0.309 .103 600,0.240 .103 Totaal

::;

e8,~

.

-106 J /hr ::- 6,4 • 106 J/hr ::; 24,1 • 106 J/hr ;; 49,5 • 106 J/hr ~144,0 • 106 J/hr

---

-

---292,3 • 106 J/hr Het verschil tussen de in- en de uitgaande warmte be-.dra.agt 188,5.106 J/hr. Deze warmte moet dus aan de

kolom worden toegevoegd. Hier komt nog bij de warmte, die de kolom afstaat aan de omgeving.

Ad 2a

12

-Voor deze warmte (~w) kunnen we schrijven:

fl5

_w :> U • A • D. T

waarin:

A T temperatuurverschil van de kolom met de omgevin~ (80 - 15 650₀₎

U totale warmte-overdrachtseo!ffici~nt

A oppervlak der kolom

u •

A wordt als volgt berekend:

1 d 1

ÜÄ

=

~-Ä;;; ~-~

waarin:

À = warmtegeleidingsvermogen van de isolatie (hier kruk met 0,0432 J/m2 00 sec)

d '" dikte der isolatie (2.10-2 m)

Agem '" het gemiddelde oppervlak der iàolatie~ m 2 beide "1: 15

Au

:0. het ui twendige oppervlak der isolatie

Uit

~

a 5,68.0,27

(~Ät)Ü,25,

w'aarin A t is het

tempera-tuurverschil van de buitenkant der isolatie met de om-geving (t 2000), volgt 0(: 3,73 J/m2 00 sec, zodat U • A :: 20,5

J/oo

sec, en hieruit volgt,i6w ~ 1,332.103 J/sec. Dit komt overeen met een warmteverlies van

4,81.106 J/hr. De totale toe te voeren warmte bedraagt dus:

Wanneer we deze warmte willen toevoeren met behulp van een warmtewisselaar met condenserende stoom van 12000, dan is er, daar 1 kg stoom 2,3.106 J kan leveren, nodig

!~2J!~ = 8&,2 kg stoom/hr

2,3

De grote destillatiekolom Nevenstaande figuur geeft een overzicht van de

stofstromen en hun temp. niveau's van de grote

des-tillatiekolom. Het kook-punt van het af ie destil-leren C2HC13 bedraagt 860C,

de refluxverhouding: 1 : 1. De omgevingstemp : 150C. Ook hier is de voelbare warmte der stofstromen op 15°0 betrokken.

De s.w. van de voeding en het destillaat is gelijk genomen aan de s.w. van zuiver C2HC1;S. :ro \ ~ Io/vo .. tr. 915'..\ \t~ tri (~OO()

(

2-

~ lr; ~1,6 " e~ Cl.., C1I6°C)

Ad 3

De verdampingswarmte van het destillaat is gelijk geno-men aan de verdampi. warmte van zuiver C2HC13•

De hoeveelheid voelbare warmte, die de kolom ingaat, bedraagt nu:

voeding: 975,1 • 0,935 .10 3 (90-15) - 68,300 • 106 J/hr reflux , '918,5 • 0,935 .10 3 (85-15) -:.. 60,100 • 106 J/hr

---Totaal 128,400 • 106 J/hr De hoeveelheid voelbare warmte, die de kolom uitgaat, bedraagt: destil1aats 1837.0,670.103 1.837.21=0 .10 3 ketelprod.: 25.0,935 .103 31,6.1,168-.103 (86-15) : 87,400.106 J/hr verdamp''1~442 ,000 • 106 J/hr w'armte (116-15)

~

2,340 • 106 J/hr (116-15) ~ 3,720 • 106 J/hr Totaal

5;5~~6~-:-ïÖ6-J/h;

Het verschil tussen de in- en uitgaande voelbare warmte bedraagt dus:

(535,46 - 128,40)106 ~ 407,06.106 J/hr.

Ook hier komt weer bij de warmte, die de kolom afstaat aan de omgeving.

Wanneer we weer een isolatie nemen van 2 cm k~fk, en we nemen aan, dat de ex niet veranderdL.~s,dan isb

!1een opper-vlak van ~ 22 m2 (zie lit. 8):

UA : 36,9 J/OC sec.

Bij een kolomtemperatuur van 90'b volgt dan: Iw = 2,77.103 J/sec,

dit komt overeen met een warmteverlies van 9,95.106 J/hr. De totale, toe te voeren warmte bedraagt dus

(407,06 ~ 9,95}106 ~ 417,01.106 J/hr. Op dezelfde wijze als onder hoofdstuk 2 is te berekenen, dat hiervoor nodig is

1!2""QJ:

~ 179 kg stoom van 2 atm en 1500_C. 2,33

In de apparatuur zijn (zie blokSChema) 9 warmtewisse-laars opgenomen, genummerd W1 t/m W9. Van elk van deze warmtewisselaars zal achtereenvolgens de warmtebalans worden opgemaakt, onder verwaarlozing van de warmte, afges taan aan de OIDgevini.

!l.s

In deze warmtewisselaar wordt de tri-water azeotroop en 70,1 kg verontreiniging gecondenseerd. We nemen hierbij aan, dat de condensatiewarmte van deazeotroop gelijk is aan die der afzonderlijke bestanddelen.

14 -Gegevens:

cond. warmte tri 240 _• 103 J/kg (li t. 1) cond.warmte water

.

• 2260 • 10~ J/kg (lit. 10) soortelijke warmte water: 4,19 _• 10 Jjk:g.OC

Bij condensatie van 1070 kg tri per uur komt dus vrij: 1070 • 240.10 3 ~ 257.10 6 J/br.

Idem voor 7·5,3 kg H20/hr: 75,3 • 2260.103 -:0 170,2.106 J/hr.

Totaal komt dus vrij:

(257 + 170,2)105~ 427,2.106 J!hr.

Gebruiken we voor de koeling water van 15°0, dat W1 verlaat bij een temp. van 400_{C, dan kan 1 kg koe1wa toer opnemen:}

(40 -15) • 4,19.103 ~. 104,8.103 J.

Dus aan koelwater is nodig:

19Z~gL1Q~

=

4,07.103 kg/hr of 1,132·kg/sec

104,8.103

!2.:

In W2 wordt bet water-tri~mengse1 gekoeld tot 25°C, daar bij deze temp. de ontmenging van water en tri vrijwel volledig is (lit. 1).

De ingangstemp. van het tri-water-mengse1 bedraagt 700C, de uitgangstemp. 200C. Voor bet koelwater zijn deze temperatu-ren resp. 15 en 400C.

Gegevens:

s.w. van tri: 0,935.103 J/kg (lit. 10) Bij de trikoeling komt dus v~ij:

1070,1 • 0,935.103 (70-25) " 45,0.106 -J/hr. Bij de waterkoeling:

75,3 • 4,19.10 3 (70-25) = 14,22.106 J/hr. Totaal s

(45,0 + 14,22).106 : 59,22.106 J/hr.

1 Kg water kan, .indien ve~hit van 15 - 40°C, opnemen: 4,19.103 • 25,ID ~ 104,8.103 J. Er is dus nodig:

~2~22L1Q~ ~

5,65.102 kgjhr koelwater, of 0,157 kg/sec.

•

~:

In W3 wordt hettri verwarmd van 25°0 tot 8000, door middel van condenserende stoom. Voor de verwarming van 1070 kg/hr

tri is nodig: 6

1070 • 0,935.103 (80-25) ~ 55,0.10 J/hr.

1 Kg condenserende stoom levert 2260.103 J. Er is dus no-dig aan stoom:

55.106

~

24,4 kg(hr

2:260:ïo

6

!á,:

In W₄ wordt per uur 160 kg C2H2C12 en 600 kg tri seerd met water als koelmidde1b waarvan de temp. de koeling oploopt van 15 - 35 C. 3

Gegevens: verd.war.mte 02H2C12

=

309.10 J/kg. Voor de eondsnsatie van get tri is nodig: 600 • 240.10 : 144,0.10 J/hr.

Voor de condensatie van C2B9C12 is dus nodig: 160 • 309.103

=

49,5.106 J!lir.

Totaal:

(49,5 + 144,0}106 = 193,5.106 J/hr.

geconden-tij dens

Het water kan opnemen 83,8.103 J/kg. Er is dus nodig aan koelwater: 2',31.10 3 kg(hr.

,~:

Deze warmtewisselaar is voor wat betreft de warmtebalans opgenomen in de berekening van de kleine desti11atieko1om, zie 'Q1z. 12

In W6 moet per uur worden gecondenseerd 1800 kg tri 18,ç 'kg C2014 18,4 kg C2H2014 De cond. warmte van deze producten is gelijk gesteld aan

die van zuiver tri (240.103 J/kg). Bij de condensatie komt dus vrij: 1837,0 • 240.103 441.106 J/hr.

Wanneer de in- en uitgangstemp. van het koelwater resp. bedragen 150C en 400_{C, dan kan 1 kg water opnemen:}

4,19.103 • 1 • 25 ~ 104,8.103 J. Aan koelwater is dus nOdig:

~~lL1Q~__

4,21.10 3 kgjhr

104,8.103

!:z:

In W7 moet per uur worden afgekoeld van 85 - 25°0: 900 kg tri

9,3 kg C2C14 9,2 kg C2H2C14

•

16

-De s.~. van dit mengsel gelijkstellende met die van zuiver

tri, komt bij deze afkoeling vrij:

(85-25)918,5 • 0,935 • 103 : 5~6.106 J/hr.

Indien het koelwater wordt verwarmd van 15 - 300C, is er dus nodig aan koelwater:

§!.§L1Q~

=

833 kg/hr 62,8.10 3

!a:

Deze warmtewisselaar is opgenomen in de warmtebalans van de grote destilla.tiekolom (zie blz.I~)

!2:

In W9 wordt per uur gecondenseerd 43,8 kg C2H2C14 157,5 kg H20

De condensatiewarmte van het C2~C14 bedraagt volgens (lit. 8): 230,6.10 3 J/kg.

Bij de condensatie van 43,8 _{kg C2B2C14 komt dus !rij: 6}

157,'5 • 2260.10 3 356.106 J/hr. 1 43,8.230~6.10 10,1.10 J~

komt vrij bij de condens. van 157,5 kg water.

Totaal:

(10,10 ~ 356)10 6 = 366,1.106 J/hr

(Hierbij is dus verondersteld, dat de verdampingswarmte bij 28 cm Hg ongeveer hetzelfde is als bij 76 cm Hg.) Wanneer de condities van het koelwater hetzelfde zijn als bij Wl , dan kan 1 kg koelwater dus opnemen 104,8.103 J/kg. Er is dan dus nodig aa.n koelwater:

6

~2§~lL1Q_ = 3,49.103 kg/hr.

104,8.103

WIOJ

In _{W1U wordt 43,8 kg C2H2C14 en 157,5 kg H20 gekoeld van} 102 tot 25°C (ook hier is weer de meest ongunstige temp. genomen, namelijk 1020C), dus AT;:. 770c. Hieruit volgt dat~' :: (43,8 • 1,123.103+ 157,5 • 4,19.10 3 )77

=

w

:: 5,46.107 J/hr of fiw -= 1,52.104 J/sec

Wanneer we het koelwater laten opwarmen van 15 tot 35°C,

dan kan 1 kg koelwater opnemen 83,8.103 J. Er is dus nodig: 1 52.104 _{-~--- - 0,181 kg/sec koelwater}

8,38.104

!J.l :

In VIII 'iV'orden dampresten, die in W

1 niet gecondenseerd zijn, gecondenseerd. Stellen we deze resten op 5

%,

dan komt bij de condensatie van deze gassen vrij: 5900 J/sec. Bij koelen met koelwater, waarvan de temperatuur oploopt van 5 tot 10°C, is hiervan dus nodig:

6900

---5

0,281 kg/sec

W 12,

In W12 worden de dampresten, die in W₆ niet gecondenseerd zijn, gecondenseerd. Stellen we deze rest ook hier op 5

%

dan komt bij deze condensatie vrij: 5250 J/sec. Bij

de-zel~de koelwatercondities als bij WIl is dus aan koelwater

nod1g:

--~g~Q---~ = 0,250 kg/sec

5.4,19.10

IX. GROOTTE-BEREKENING .~ APPARATUUR

Van alle, in het schema voorkomende apparatuur, zal de groot-te worden beschouwd.

1. De reactor

Voor een berekening van de grootte van een reactor is het noodzakelijk alle procescondities te kennen, zoals reactie-snelheid, stromtngsbeeld en physisch gebeuren. Daar deze condi-ties niet of slechts zeer onvolledig bekend zijn, is de grootte der reactor dus niet zonder meer uit te rekenen.

De omstandigheid doet zich echter voor, dat in lit. 8, blz. 20 e.v. de gegevens vermeld zijn van een reactor, die de-zelfde C2H2C14-voeding heeft als de reactor uit dit schema. Was dit niet het geval, dan moest de verblijf tijd een bepaald

reactorvoorbeeld worden bepaald en een nieuwe reactor worden berekend, zodanig, dat de verblijf tijd ongeveer hetzelfde zou zijn.

De reactor uit 1it. 8 bestaat (zie tekening) uit 3 delen, het onder-ste deel bevat 28 scho-tels, het middendeel 7 schotels, terwijl het

b~enste deel gepakt is

uitgevoerd (Raschig-rin-gen) en bovendien een

condensor heeft, waar-door een zekere reflux optreedt.

De C2H2C14 en het grootste ~edeelte van het CalOH)2 (90

%)

wor-den aan de bovenzijde van de onderste sectie

in de kolom gevoerd. De rest van het Ca(OH)2

wordt aan de bovenz1jde van de middelste sectie toegevoegd om eventuele sporen zuur, dje ontstaan zijn, weg te nemen. Het bovenste gedeelte der reactor dient voor het condenseren van de overmaat stoom en het ontwijkende tetrach1ooraethaan. Het onderste gedeelte der reactor heeft een diameter, die hoofdza-kelijk bepaald wordt door de benodigde verblijf tijd. Tevens

treedt een soort destillatie op, zij het in geringe mate. De diameter is gelijk gehouden aan de diameter uit lit. 8, name-lijk 1,55 m. De gassnelheid door de sdhotelopening is alsvolgt

18

-Per uur verlaten 12,28 K molen de kolom. Bij een reflu, x-verhouding van I : I is de gasstroom inde kolom dus 24,56 Kmolen/hr. Het volume van een Kmol bij de heersende temp. is 28,3 m~, zodat de volumestroom bedraagt 0,193 m3/sec. De dia-meter van de schotelopening bedraagt 0,4 m. De opening heeft dus een opp. van 0,1257 m2. De gassnelheid (Vg ) in de opening is dus

V

_g

=

Q~12~_

=

1 54 m/sec

0,1257 '

Wanneer we aannemen, dat de vloeistof naar beneden stroomt in druppels met een gemiddelde diameter van 0,5.10-2 _{m, dan is}

de opwaartse kracht op één druppel ten gevolge van de wrijving: K

t -

c

(1,0

v

2 )( 1 Tl

n

2)

- w 2;-~ g 4

,P, '" 4, 6 kg/m3 •

Cw ::. f(Re) (grafisch te bepalen) n,l. Cw ::=. 0,43.

Hieruit v,olgt: K \ = 4,62.10 .. 5 N

De benedenwaarts gerichte kracht op een druppel (K ~ ) bedraagt:

K

~

-=

~

11

n

3 Y'l --1)g '" 93.10-5 N

Van meesleuring der druppels door de opstijgende gasstroom is dus geen sprake, zodat de schotelafstand zeer klein kan zijn

(0,2 m). Voor 28 schotels wordt de lengte dus 5,4 m. Hier komt nog bij de benodigde lengte voor aansluitingen e.d., zodat een lengte van 6,2 m voldoende is.

De vorm van de schotels is als aangegeven in onderstaande figuur. De schotels hebben geen

goede destillatieeigenschappen, maar wel een grote "hold up", terwijl de kans op verstoppen door het Ca(OH)2 vrijwel nul is.

Het middelste gedeelte der kolom bevat 7 schotels, die, om verstopping tegen te gaan, dezelfde vorm hebben als de schotels uit de onderste sectie. De schotelopening heeft een diameter van 0,3 m, dus een oppervlakte van 0,070 m2 • De gas-snelheid door deze opening bedraagt dus:

°

_{Ö~Ö7Ö7 ~} 193 _{2,73 m/sec}

zodat K

t

= 14,5.10-5 N, terwijl ook hier K~ =' 93,0.10-5 N.

Van meesleuring zal dus ook hier geen sprake zijn, tenzij zeer kleine druppels aanwezig zijn, wat in verband met het niet

op-treden van kookverschijnselen in dit gedeelte der kolom erg onwaarschijnlijk is. De schotelafstand kan dus ook hier 0,2 m bedragen, zodat de hoogte 1,7 m wordt, waarbij 0,5 m is

opge-teld voor de aansluitingen.

Wanneer het gat in de schotel van het type a een diameter heeft van 0,3 m, zal een diameter van het b-type schotel van 0,4 m voldoende zijn om alle vloeistof van a op b te laten stromen.

2.

Het oppervlak van de opening tussen de schotel van het b-type en de wand kan van dezelfde orde van grootte zijn als de ope-ning in de schotel van het a-type, zodat een kolomdiameter van

0,6 m voldoende is.

Het bovenste gedeelte der kolom heeft een pakking van 1" Raschig-ringen, waarvan de hoogte 1,2 m bedraagt en bevat verder een condensor om een refluxverhouding van I : 1 in te kunnen stellen. Het oppervlak van deze koeler is gelijk aan ha

oppervlak van WI , daar eenzelfde hoeveelheid warmte moet wor-den afgevoerd en het gas dezelfde samenstelling heeft als bij W • Het oppervlak is dus 3,94 m2 • Wanneer voor de condensor ptjpen worden gebruikt van 1" :bnI.diameter, dan moet de totale lengte van deze pijpen, daar de oppervlakte 7,98.10- 2 m2_/m

be-draagt,

3,94

--- ~ 49,3 m

7,98.10- 2

zijn. Hiervoor zijn genomen 50 pijpen van 1 m lengte

De diameter van de bovenste sectie kan worden berekend door aan te nemen, dat net geen "flooding" optreedt. Bij een gasstroom van 2290,8 kgjhr en een vl&estofstroom van

1145,4 kg/hr is met behulp van de tabel uit lit 10, blz. 684

de diameter bepaald. Deze bedraagt dus minimaal 0,45 m. Om de constructie der reactor eenvoudig te houden, is voor dit gedeelte ook een diameter van 0,6 m genomen.

Alle bovengenoemde gegevens zijn vermeld in onderstaande tabel.

deel der diameter hoogte inhoud

reactorko- m m lom

---Onder 1,55 6,2 28 schotels

-Midden 0,6 1,7 7 schotels

-Boven 0,6 2,2 1,2 m pakkirg van Raschig-ringen ~ kleine destillatiekolom

_-

_-

.

De afmetingen van de kleine dest.kolom, zoals deze ver-meld zijn in lit. 8 en 9, wijken sterk af van de hier bere-kende afmetingen. De afscheiding van 20 kg!

dichlooraethy-leen uit de 1070 kg/hr voeding is namelijk lleen mogelijk

~

bij de in lit. 8 en 9 gegeven condities, wanneer zeer veel tri

meegaat met het destillaat. Om dit te voorkomen, is in de hier

berekende kolom een zeer grote refluxverhouding (R) aangenomen (namelijk R : 7). Op 20 kg~ dichlooraethyleen gaat dan

75 kg/hr trichlooraethyleen mee.

Nemen we aan, dat het kookpunt van de voeding 860C bedraggt, (he t kpt van tri), dan is ~

=

1,022; de

ti

-lijn loopt dus vri jwel vertikaal.

20

-Het aantal schotels is grafisch bepaald met behulp van de methode van McOabe en Thiele en de relatieve vluchtigheid

(0< -::: 2,36). Het aantal theoretische schotels bedraagt 5 in

de bovenste en 5 in de onderste sectie van de kolom.

Bij de ge~even refluxferhouding is de gaàstroom in de kolom 4,87.10- majsec.

De maximaal toelaatbare dampsnelheid voor een schotel-kolom (Vd ) is te berekenen met behulp van de formule:

V d =

K

V

;Z'!.:~~

(zie li t. 10)

(.>g

hierin is: K ': constante (hier 0,03 m/sec)

(0 1 ~ dichtheid van de vloeistof (1,326.103 kgjm3 )

~g.:dichtheid van het gas (4,65 kgjm3 )

zodat V

_n

=

0,5 mjsee.

Al~ de kolomdiameter D is, dan moet dus gelden: D ~ 0,352 m

tiier zullen we een diameter nemen van 0,36 m. Volgens lito 10 blz. 618 wordt pas bij een D< 0,20 m een gepakte kolom ge-bruikt. We kunnen hier dus inderdaad een schotelkolom nemen. Bij een schotelefficientie van 60

%

zijn dus nodig 8 schotels boven en 8 schotels onder devoedingsschotel. De schotel-afstand in m is ongeveer gelijk aan de dampsnelheid in mlsec (hier 0,5 mjsec). Tussen de 8 schotels is dus een afstand van 7 • 0,5

=

3,5 m.

3. Grote destillatiekolom

De grote destillatiekolom bevat 45 ~okjes-schotels en \ ï

heeft ee~iameter van 0,8 m en een lengte van 8 m volgens lito /

8.

Bij een poging om het schotelgetal van, deze toren te be-rekenen door middel van een uit de relatieve vluchtigheid ge-construeerde x-y figuur, bleken 5 theoretische schotels reeds voldoende te zijn. Als relatieve vluchtigheid was hier genomen het quotient der dampspanningen van tri- en perchlooraethyleen bij 900_{0. Vermoedelijk zijn het destillaat en het ketelproduct}

dus veel zuiverder dan in 1it. 8 is aangegeven.

De diameter der kolom kan als volgt worden berekend. Per uur verlaat 1840 kg gas de kolom aan de bovenzi jde, hetgeen voornamelijk bestaat uit damp. Daar de dichtheid van tri-damp bij het kookpunt 4,45 kgjm3 bedraagt, is de dampvolume-stroom

(%v)

dus :

%

== -_!§~Q--- = 0 115 m3jsec

v

3600.4,45' •

De maximaal toelaatbare dampsnelhe id in de kolom (V d) is te berekenen met de formule

11.}, -

fJ

-

I~l

V dol(

~=ï5~_1l ~

K

V

I;

waarin: K -:; constante (hier 0,01 mjsec)

;Ol :dichtheid van de vloeistof (1,468.10 3 ;Og : dichtheid van de damp (4,45

kg/m3 )

Hieruit volgt: V_d == 0,2 mjsec.

AIs de diameter van de kolom D is, dan moet dus gelden:

~ 71 D2 . 0,2 ~0,115~D~ 0,84 m

De waarde uit 1it. 8 van 0,8 m is hiermede in goede overeen-stemming. De hoogte is 45 • 0,2

=

9 m.

In de apparatuur komen 12 warmtewisselaars voor

(W

₁ tlm

W1

2) , waarvan de grootte berekend wordt met behulp van ae formule:

Jl5

_{w ::} U • A (A T) 1n (lit. 10, blz. 464) waarin:

f

w = warmtestroom (J/sec)

U

=

totale warmte-overdrachtscoëfficient

(J/m

2 _{oe sec)}

(~T)~nlOgaritmisch gemiddelde der begin- en eindtemperatuur (Oe) A

=

warmte-wisselend oppervlak.

Om een gunstige waarde voor U te verkrijgen, is het gewenst de stromingen in de warmtewisselaars turbulent te houden. De waarden van U zijn niet exact berekend, daar het hier slechts gaat om een globale grootte-berekening der warmtewisselaars.

De waarden van ~w zijn berekend in hoofdstuk VIII van dit processchema, evenals de koelwaterstromen.

Hieronder volgt nu de berekening der warmtewisselaars. (zie pag. 22)

22

-No.

nl

_f.Ttn

U

tisec)

(m~)

Aantal Diam. R~~old Aantal Len~

I

oe

_{(Jjm2t sec) pijpen (m) . inw. lui tw. passes (m)}

-!

43 Wl 700 1,186.10 5 3,94 16 p,0127 7120

--

4 _1,57 W2 18,9 600 1,65.10 4 1,46 1 10,0254 32600 3530 9 2,0 W3 43,8 1000 1,528.10 4 0,35 10 P,0127 5920

--

1 1,0 W4 49,4 700 5,38.10 4 1,55 14 p,0127 4620

--

3 1,0 W5 30 1000 5,4.10 4 1,80 23 10,0254

--

--

1 1,0 W6 57,7 700 1,22.10 5 3,03 16 p,0127 7350

--

3 1,5 VI? 26,4 600 1,43.10 4 0,90 1 p,0254 25350 5200 6 2,0 W8 34 1000 1,165.10 5 _{3,43 30 p,0254}

--

--

_{1 1,5} 5 , W9 46,5 1000 1,02.10 2,19 16 b,0127 6030

--I

2 2,0

no

30 1500 1,52.10 4 0,34 1 0,0127 5480 7320 _I 6 1,5 e n1 I 57,3 .600 3 0,17 1 0,0127 28100

I

5 1,0 5,9.10

--3

n2

65,2 600 5,25.10 0,13 1 P,0127 25000

--I

4 1,0

Bovenstaande lijst geeft een overzicht vaD de te gebruiken

warmtewis-selaars. De Reyno1ds-getal1en vermeld onder het hoofd "uitwendig" en

achter W2, W7, enWl.O zijn betrok.ken op diameters van de bui tenste

buizen Tan resp. 0,0356, 0,0356 en 0,0191 m.

e

I

-In de apparatuur komen 2 afscheiders voor, resp. AI en All. De tijd nodig voor het ontmengen der vloeistoffasen in deze

afscheiders is gesteld op 300 sec. De berekening van de grootte der afscheiders volgt hieronder:

De volumestroom, die door deze afscheider gaat, bedraagt 0,811 m3/hr of 2,25.164 m3jsec. De inhoud van AI moet dus zijn 300 • 2,25.10-4 ~ _6,75.10-2 _{m3 • Bij een diameter}

_van

0,3 m wordt zodoende de hoogte 0,955 m.

A~~ De volumestroom door deze afscheider bedraagt 5,47.10-5 m3/sec. De in~gud van All_moet du~.zijn

300 • 5,47.10 =1,64.10 2 m3 • B1J een diameter van 0,2 m wordt -de hoogte 0,48 m.

De "strippe~

De stripper., vermeld in 1it. 8 en 9 bevat 5 schotels om te verhinderen, dat door het heftig koken van de vloeistof in de strippen de Ca(OH)2 en CaC1 2 houdende vloeistof in de con-densor komt.

Hetzelfde kan eenvoudig bereikt worden door bovenin de stripper. een pakkinglaag aan te brengen van Raschig-ringen.

Voor de berekening van de diameter der strippen', stellen we de eis, dat druppels, die bij het koken ontstaan (ten ge-volge van spatten) met een diameter D >z 0,3.10- 2 niet meege-voerd mogen worden met de dampstroom.

De gasstroom bedraagt 9,21 kmo1enjhr. Het volume van een kmol bij de heersende temperatuur en druk bedraagt 77,7 m3 , dus de volumestroom (~v) bedraagt ~v

=

0,197 m3_/sec.

Verder moet gelden:

-2

: ,

Cw •

~

f

v

~.

D2

~ ~

11 D3

(~J..

- lOg) g

2 g 4 ' ï'~ I 'I

V ~ 0,3 mlsec

Voor de diameter (d) van de strippe~ geldt nu dus:

d 2 _-? ,_Q~!2~__ _{1 -} d _~

°

_, 91 _m

4 • 0,3

Voor dé diameter van de kolom is genomen 0,95 m. De hoogte van de strippen is in verband met het opkoken moeilijk te berekenen. Lit. 8 geeft 3,3 m. Deze hoogte zal ook hier aangehouden worden. De hoogte van de pakking is 50 cm.

x.

CO~STRUCTIEM!TERIALEN

Alle gewone constructiematerialen kunnen worden gebruikt (lit. 20) bij temperaturen onder 120 oC, onder voorbehoud, dat geen zuur aanwezig is.

:r ... T - . j . j

.

u ~

"

.. .,. J.o \.J 1..1 -..l en : :

.

.;J. \ti

"

0 .,j • ~I

•

_.... oJ '-l

..

::c 'C .j.u 3"' : ~ IA ....

r'-•

o

J

L ~ <n ~ & ... 0\ C. ~ <1 V j

E

~ ~ Cal Q/ ~ .,Ç. 1.-0 v _<ll .,

'"

..!l 0 ~ 0 ft} \.. -LI

----

_T I I j I

,

I '1,& p..1\-. 1 L .J 0

...

<I (J) ~ 0 ~ ... ~ . '

ij

.»

l

f

~ ~

'

'" -.-*"" '0 .... af <S"> '" .... n

!

P-~ )' J~~---

---1

'-0 ... :r <J

..

_..

~ _v CS? ~ ..>t I" ..!) ~

...

~_~~

~v

"

~

'4

}

:'t ~tjt h' l-j ttJt" .,.," 'T'T:=:: -... "I :r cr" i;: :ff h-~t :H 17+1 i i: fT:::r l: r~~: +;;1 ~1~~: J HO ~+ T

'"

.:: f:;; 11

,-~

I

[iAL~"ILICI -STooHj

,-

-I 'f':"j

-

~---1 .i.->I '.

[[

'·1 -~---lr .. -.. -. '-_-'''-, ~ )

~ ~

L-

i

l!r=-~I ,

,

I· '=iJ - - ' - r + [CALCluMCHiORIDE --..- - WATER LCALC~YOROXYDE TiiiCH LOOII ' AETHYLIEII ' I'ERCHLOOIII I AI THYLIEN I ffiH.mI'EN ~---~---'-~-i !ifrW;]

'-

~.!I\.

--

I

rl=n::

.-j

r~ 1~' . I'ERCHLOOR AlTHYLEEII TRICHLOOII AlTHYLIDI

~

...

_

J~

_r~

_

&1.

---

.,

_{Ir --.} ;1 ;------1(

rr

1 TIIICHLiïêiAI AlTHYLIEII TRICHLOOIIAETHYLEDI N.W.F. KOSSEN. "I'""aIR , . . . SCHAAL ~_':

20'" .. '