Fabrieksontwerp voor de bereiding van methyleenchloride(CH2CL2): Deel 2: Scheiding van het mengsel CH3CL-CH2CL2-CHCL3-CCL4

1.

t.A.van

ilabrieksontwerp voor de bereiding van methyleenchloride(CH2C121 ·Deel 2:Scheiding van het mengsel CH3CI-CH2C12-CHC13-CC14

Inleiding~In _{deel 1 wordt door C.F.Madlener de chlorering van CH4} be.handeld;naast onomgezet CH₄ bevat het reactiemengsel

~e chloreringsproducten: CH3C1 (methyl.chloride ) -CH2C12 (methyleen~~J.o:

ride} ... CHC13(chloroform)-CCl .(tetra)Het gehele reactiemengsel wp:!'d~

gecondenseerd z.odanig ·dat bij volledige conà.ensatie van

CH2C12\een:~

minimale hoeveelheid CH3C1 cohdenseert.De niet gecondenseerde tlQ.. ~ CH3CI samen met het onomgezette CH4 (ongecand.) wor~t als eerste\lî recycle naar de reactor" teruggevoerd.Het bij de destillatie ont-1~ stane CH3Cl .. wordt de tweede recycle naar ele. reactor.De chloroform;' en de tetra worden als bijproducten verkocht.

Bij de berekening van de destillatie van het vier-componenten-stel~el is in eerste instantie het stelsel beschouwd als te be-staan"uit drie binaire systeme-r.;in een aanvullende berekening is voor de eerste kolom een ternaire behandeling uitgevoerd.ln het eerste geval wordt voor elk van de dr1e binaire stelsels de

T-x

en xó;;oy f~guur berekend met de wet van·Raoult voor binaire stelsels, alle mengwarmten worden verwaarloosd.De schotelgetalbepaling ge~~h: schiedt volgens de methqde .van Mc Cabe-Thiele.

j

Met behulp van drie destfllatiekolommen wordt gescheiden(litt 1 en wel:

lOkolom 2okolom 30kolom

werkdruk 10 a.ta

... 5, ata destillaat (99gew.%) ( )

1 ata ( . )

residu ( )

1)e overall-wa~mte-en materiaalbalans is in deel 1 door Madlener behandeld.

Tevens is in d.it deel de berekening van de destillatieapparatuur weergegeven. Berekening~

Gebruik wordt gemaakt van de dampspanningsformules: voor CH3Cl: log Pmm=

voor CH2C12:

=

voor CRClS:

voor CC14 '

De condensors leveren het volgende mengsel:

CH3Cl: 55kgjhr temp!"",350_{C Enthalpie o;.724kcal/hr}

43,5

-

-55

...

-900

--CH2CI 2: 97,3

...

... 35

...

--

-1158

--15,9

-

-55

...

-297 CHC13 21,4 0;;0 -35

-

-173

--CC14 7,1 - .. 35

-

...

50

--240 , 3kgjhr _. -3302kcal /hr ..

(Enthalpie wordt 0 gesteld voor vloeistof van OOC)

(litt.4)

2. gew~~ 41;0 47 ;1 8;9 3 0

..

mol%' 55;6 38;0 5;1 1,3 c'

0~376

0;340 0;231 0;200 mol.fractieverh. 0,856 0,115 0,029 ~ 0,41.0.376 ~ 0.471.0.340 ~ 0.089.0.231

+

0,030.0,200= temp.mengael :: ... 3302 240,3.0,341

l okolom: TMx en x-y ~iguur;

t\,

'Jln

.

molen: T oK t.Oq~ 107.1. Ps:; mm .0.856 0,115 0,029

1\

'.

Pa-Pb

lAl"

CH3Cl mm mm mrn rnrn CH2elt mm

fYwY1

~2C12CHCl~ CCl~ CHCl!~C14

319;1· 46,0 3,1~ 7600 874;3 62,970,0697 935,6 320,4 47;3 3,127882 908~0 54.9 0~0722 971,6 323~1 50 3,10 8302 979;5 58,98 0,0776 1047;8 328,1 55 3,04 9703 1230 73;1 0,0961 1314i7 333~1 60 3,0010760 1431 84;34 0~111 1528~6 338,1 65 2~96 11940 1666 97,3 0,128 1778:7 343,1 70 2~~2 132501939 112.3 0,147 2069,1 348,1 75 2~87 15090 2344 134,2 '0,176 2499,5 353,1 80 2;84 16310 2625 149,4 0,196 ~798,1 358,1 85 2,79 18570 3173 .178,7 0~235 3380,0 ,363,1 90 2~76 20070 3556 198,9 0,261 3786,5 368,1 95 2.72 22260 4138 229,5 0.302 4403.9 373,1 100 2;68 24700.4817 264,9 0~348 5124 37811 105 2,64 27400 5605 305,6 0,402 5929 38~,1 110 2,61 29520 6280 340~2 0,447 6674,3 388,1 115 2.58 32020 7037 378~7 0;498 7476;0 388,6 115,52,57.32860 7154 384 0.505 7600

2okolom: T-x en.x-y figuur;

atrn.~ atm~

-

P atm.~atm.;Pb

0,02 . 0,98 ~ alèm!

° ,

~O 0. 20. a tm 356,3 83,2 2,81 0.47 CR3Cl OH201 2 4,53 5 ÇH013001~ 1,56 0,2 . 1,80 358,1 85: 2 .• 75 0;49 4,77 5t26 1,64 0.26 1 i90 363,1 90 . 2,72 0,54 q,57 . 6,11 1;89 0.30' 2~19 368,1 95· 2,68 0,58 6,24 6,82 2,10 0;33 2.,43 373;1 100 216,4 0;65 7'26

_••

7,91 2.,43 038

_•

2,81 378;1 105 2~61 0,72 B,,45 9.17 2,81 0;43 3;23 383,1 110 2,58 0,78 _'~49 10,27 3,13 0,49 3;62 388~1 115 2,56 0,84 10,62 11~46 3,47 0,55 4,02 393,1 120 2,54 0;94 12,36 13;30 4,01 0',63 4,64 396;6 123,5 2,52 0;98 13,30 14.28 4;32 0,67 l?OO

30kolom~ .T-x en'x ... y figuur: mm ~ mm= Pa ?b 0,02 0;98 mm mm OH20120H013 _C014 760 _458,4 6664 6910 7254 8388 9231 10161 11181 12590 135'12 15190 ·16283 17856 19576 2.1441 2.2946 .245.44 25260 . Çltrn 3.19 3 .• 36 3,97 4,39 5,10. 5 •. 94 6;65 7,44 8,66 9 ;28 mm P~Pb x=P~Pb rnrn :P.a-Pb 666:1 6628 6552 6285 6071· 5821 5531 5100 4802 4220 3813 3196 2476 1641 926 ·];24

o

atm :3

,

19 3,10 2,81 2.57 2.19 l; 77 .1,38 0,98 1 0,959 0,903 0.749 0,658 0,573 0,495 0,4Q5 0,356 0,278 0,234 0,179 0,127 0,077 0,040 0,005

o

1 0,923 0,717 0,585 0,429 0,298 0,208 0,132 1 0,341 y-x.P

_-pa

1 0,995 0,987 0,957 0,932 0,900· 0,863 0,804 0,763-0,679 0.618 0;524 0;411 0,276 0,157 0,021

o

0,971 0,876 0,798 0;679 0,547 0,426 0,30-2 0,36 0,041660,111 0 0 0 mm 1

~ 3; 335.1 62 2;98 36',1 772;4 808,5 '4,92 ;3 316; 2, 267;7 0,846- 0,900 337;1 64 2;97 3'7 ;5, 801;4 838;9 510;8 328,1 2.49 ;2 0,759 0,838 339;1 66 2.95' 40-1 ,

,

,t362';6 903;0 '549 ;9 352;8 210.1 0,596 0,708 341-1 . t 68 2;94 ,41~6 895;0 9~7;o 5,70 ;5 366;·1' 189,5 0.517 0,637 343;1 70 2~92 44'8 · t 959.0 1004;3 611.,4 392:,4 148~6 0,379 0,501 345;1 72 2~90 48,4 1030;0 1078;8 ,656 ~ 6 42.1,8 103';4 0,245 0,348 34,?,1 74 2;88 52,2 1106;0 1158~8 705,2 453,0 54,8,0,121 0,184 349;8 76,72;86 56-3 .

,

1188;0 1244,8 760 484;3 0 0 0

°

Rerekenin€en ~$P 1 kolom·

q

. .,"

'Voor ~en voed1ngssamen~telling Xf~Ot556

\ 1

volgt u,i t de T-x ·figuur. van 'de ,eerste kolom een voe(lings temperatuur

tf:: 66;20C,;.d'e v?eding moet daarom meteen voorverwarmer verhit worèlen

l van een condensortemp.-40,3T tot de voedingstemp.66.2oC.d.i.l06,5°. kg/hr 98,5 113,2 21;'4 7,1 c . O,B76 0.340 0,231 0',200 Enthalpie bij 66,2 0C 3940 4097 526 151' 8714kcai/hr. QeU'.A~ T

Aantal buiZen vOQrYf?rwaI'mer'

Q~8714 kca~( h; . 20,.; , ,

U~150~4,88~732 keal/hr.m.- C.(litt.4) .AT=S2,2.

hieruit volgt A:O,145 m2::I,560 ft~

voor

in

buis is de O· .. D.(uitw.diam~J; O,541l ,

de

r.D ...

finw: diam.l:

20,364

u •

en ~et opp •• O~163 ~t Ift.

We hebben dus nOd:i.g 1.560:: 9,5 ft=2,9 m.;we nemen 3 buizen van 1 m

in .

, , 0,163. .. '. ' '

Bepaling van het schotel€etal~d1ameter en lengte, yan de lOkolom: Als zuiverheid voor hetdestillaat stellen we'de eis:

99.gew.% CH3C1 (M ... G~50,5). ,

I gew.% CHgC12(M ... G.85 ) ;d.i.in mol.fractie xa:' 99/50,5 :::0,994 bijbehorende td= 47,9 99/50,5+ I/S5

°C.

°

Zo "ge.ldt voor het re~idu:xk:: 1/50.5 =O~0177 _{en t k:113,4}

c.

. 99790,2 "

verder was x =0,556 entf; 66;20C~ .

nu geldt:F:D;K. en voor de lichtste component: , 0,41 F:0.~9 IJ ~ O.OIK _

Uit beide verg; Vo1gt:n~9S,lkg/hren K::142;2kg/hr.

De 'schotelgetalbepaling ult dex ... y figuur volgen~ de methode van

llc-Cabe ... Thiele lev.ert 7 theoretische schotels op;nemen we een schotelef-ficiency van Ot6 d?n wordt het aantal werkelijke schotels 10/6.7 .. 12. Verder volgt uit de x-y figuur dat de vqedtng op de 30theor.schotel vált,d!i~op de 50werk.schotel •

. .Afmetingen lOkOlomj-diameter;hiervoor gebruikt men de formule(litt.4):

U:;:Kv'~.

1- l

l. . u~snelhe:i.d van de. damp in ft/sec;

• 4. ~/,:: S ~g .vloeistof bij57~ 90C::118 ;20F : I/~L. s.g.damp b:l,j 118,2 ,F.

~

ï

_

50.7 .. 10.492 ::1,201 I 1'" 359.1 .. 578.;2 . .

'A,::

0,956.62;4:: 59,65. .

,h

tV

/ K.,,= O,l.(bij plaatá tánd-l

ft~

n vlöelstofslot van 0,5 '") HIeruit volgt u::O.1 59,6 - ';201=0,69 ft/sec'~::21;1 cmlsec.

, " ' .. 1,201·

De

fr1~rhoUding

b,edraagt R:3 ,Cli

tt.~l)

.

De ~p-'l.'ît't de eer$té kolom is dan 4 D:::4.98 ~1=392,4kg/hr

Het s.g. bedraagt 1;20lJ

. . 62.4 '.. , .

ne top bedraagt dus 392;4;1000.62;4 :566 c~3/sec. . 1.201.3600

De damp$ne1heid bedroeg: 21;·lcm/sec.

Het 9P:p.van de doorsn.van de kolom is dus 566 =269 cm2=3;14 r 2

. . . 21,1

r

=

9,25 cm;de diameter van de kolom bedraagt 2.9;25=18,5 cm. Lengte kolom; we nemen een.pla~tflfstand van 1 ft,:30,45cm. Voor 12 practische ·schchtels wordt dan de lengte van de kolom:

12;0,3045::3;7 m;

Warmte nod~g vQor de verhitting van het verdampend element in de eer~ ste kolom; Voeding; 'kg/hr M.G. 98,5 50,5 11~;2 85 21,4 119,5 7 '1 t _ 154 240;3 kg . bij.66;2oC K.molen. Verd.warmte 1,951 80Pcu/lb 1"332

_,

, . 70 0,180 60 0,046 46 3';509k.mol idem in Kcal/Kmol. 4040, 5950 7170 7084 Yerd.w~rmte voeding: 7880 7930 1290 330 17430kca1 ( lPcu/lb = 1. gcal/g).

, De verdampingswarmte van de voeding beëlraagt dus 17430= 4967kcal/kmoL'

, . 3,509

Destillaat;98;1 kglhr en beVat 1~~60 kqlOl.CH₃C1 en 0;012 kmol.CH 2C1 2

. 1;972 kmol.

De totale hoeveelh.damp die opstijgt is 98;'l;'lt972~4= 7;738 krool.

, 100 (R=3)

Gebruiken w,e VOO,r de verhitting V2n de verd\mper stpom van 3,~·.ata(de

conde~War!lte hiervan bedrIagt 515 ~4 ~~al/kg}, dan is hiervan nodig:

4967. ,5Q9(q-l} ~ 7,738 kg.· (litt.5l . 515,4, . . . .

Indien de voeding vIQeistof is van kooktemp. bedraElgt q=l;benodigd is dan 74;6 kgjhr stoom van 3,3 ata(temp.hierven bedraagt 1360C=277 OF)

. (litt.5)

De hqeveelheid warmte die we dan in de verdamper stoppen bedraagt dus 74,6.515.41:138 ;,448 kcal/hr ~ ~

Cf.

Aereken1ng condensór en koeler van de l okol:om:

_..

-"

Voeding:, kg!hr Enthalpie idem idem BTU/lb kcal/kg kcal/hr

CH3Cl: 98,5 45,28 25,18 2.480

•

...

.,.,5 i u. • - lIf'

..

~ ?:'. ~ ... .:., CHC1 3 : 21;4 CC14~ 7,1 Residu: 1,4 112~2 .21,4 7,1 ne~tillaat: CH3Cl~ 97,1 CH2C12 : 1,0 ~. ,. > , .... ..,.. ~ ~ 27,54 24,.3 G~j ,ti " • .".r- .... _ , 1 ~ .. ... ~ .,....J;t ..,. ,. 15;31 k.328, ... 13·51 ;; 96 .. , =...,...,... -. Wf~ 5454koal!hr • .42;6 .. 38,6 Z6,2, ,22,7 Wk

=

9i4 912~7 8,5 8,5· Wd~ ,921;2: kcal/hr.

:De warmtebalans voor de eerste kolom be,dráagt:

, ,

Warmteinhoud voeding ,*wvé;n:;tiQm:perwarmte

=

W.inh.reeidu

'i-

w.inh.dest. ~

~

,

.~ierin is Q; de som va.n koeler-en condens orwarmte .) . ·dus, 5454. 38448 ~ 5015 ~,921 ~ ~

~ Ei 37 9 66kc al /hr •

,

.

Berekening van koeler-en oondeneorwarmte afzonderlijk.

KoeleI'warmte:d.i,het verschil in.enthalpie van-he-i! dest.bij de damp-'temp.47,90C en,kamertemp.250C.(verschil is 22,90_C}

Destillaat:kg/hr c~ W verschilin kcal/hr: C H3 Cl: ·9 7 ti 1

° ,

3"'16 836 ti 1

~H2C12; 1,0 0;340 7~8

844,0 kcal/hr.

Deze warmte moet door water afgevoerd worden;stellen we de temp~van het inlaatwater op 1500,de temp. van het water dat de koeler verlaat

op 20°0 t da.n is de benodigde hoeveelheid water 844= '169 ,kg/hr( ::372 lb Jh Afmetingen koeler: . (analoog voorverwarmer )

,---0-" Q;::: U~.A:;4 T.

~-844 koal/hr r

U~ 300.4,88~·.1470 kcal/hr m20C.

AT: 12",3

hiarultvolgt: A=O;047 m2 •

Voor i~ buis is O.D. O,54B _en

_I.D.

_O,364u_{;cap:bij doorstroomsnelheid} van 1 ft.per sec.~161t5 ·lb/hr.;totE:;le waterhoeveelh.was 372 lb/hr, , du~ nodig: 3·72, = 2,3 bu:i,zen;het opp.hiervan bedraagt 2t3.0~0954 •

. 161,5 0,3Q5~ 0,067 m /m.

Vóoreen pass.wordt lengte 0,047- 7Q cm~

0,067-We nemen 2. buizen van

f

lf _{in serie ter lengte van 70 cm •.}

. . '

Condensorwarmte:' bedraagt nu '37 966 - 844, :: 37 122 kcal/hr.

bij waterin1aat t.emp :van150C en ·waterafvoertemp. van 400 Ct bedraagt de benodigde hoeveelheid water; 37122 =,1485 kg/hr :: 3368 lb/hr.

1 .• 25 Afmetingen condensor; Q; :: U. A .4. T Q" #: 37 122 kcal/hIl ; AT :12..3 2' U ~ 500.4,§8

=

2450 kca1/hr mOe. Hieruit volgt: . A ~ 1~23

m-nemen we

k

n , buis daI}. nodig (zie bij koelerberekening ) . . .. .:?368 .. ' = 20.Ç) buizen;het opp. hiervan ber.ra~gt 20,9.0,0.954.0;305

2=

.161,5. . 0,61m /m.

v,oor 1 pasEI wordt de 1engHte 1~2.7 =2;09 m.;we nemen

i"

.buis O.D. in

. . . 0,61 .

6.

~~."",.~ -r .. ,...._

. ,. l

5.

r:

ahell; de diameter van de con(lensor. bedraagt dan 12 ~ 7 cm, de leng-te van de cond.wordt 2;09 meleng-ter.

Tussenkoeler(koeler tussen leen 2Pkolom):

De hoe~eelheid warmte die

hier moet worden afgevoerd is het ve rSchil in entha~id;e V!.'ln het re-sidu . van de l okolom en van de voeding van de 2:okoiom; de gOdemtemp. van de lOkolom bedraagt l13,4oC,de voedingstemp.vnn de 2 kolom is 85,8 oC(zie T-x figuur van de 20kolom);hetenthalpieverschil W_kl-W_f2

=

5015-3870:: 1145 kcal/hr. . QeU~A~ T. Q:: 1145 kcal/hr. U~ 1000 kcal/hr m2oC.,

A

Te70'. Hieruit volgt .8::0,016 m2:0"JL8 ft 2 ,

Vqór à-n·buis wordt dit 0,18

=

1,1ft:: 33,5 cm lengte 0.163

Verwarmingselemen t in verdamper van lOkolom; ,

Q:::U • .A .. L\ T Q:= 38 44,8 kéaljhr (zie verdamper) TI= 400 kcal, hr m20C ~ ·

A

Te30 Hierui t volgt Ë=34,4 ft 2 :d.i. 71 buizen ~.n 3 ft la Met behulp van buizentabellen nemen we een stookelement van 1 m.leng-te en diamem.leng-ter van 20 cm.

Berekeningen aan 2okolo"m:Berekening V'qn de afzonderlijke onderd.elen gaat geheel analoog als bij lOkolom,zoiat volstaan wordt met het weergeven van de numerieke gegevens~,

kg/hr gew.% mol% mol fr. kmol/hr M •. G. Voeding CH3C1: 1,4 I 1 85

,

. 0,0185 0,028 50,5 OH

Ö

C1 2 : 112;2 78,9 87,65 0~8765 1,320 85 OH 13'~ 21;4 15,1 8,36 O~0836 0,126 119,5 CC14; 7!1 5 2,12 0,0212 0,032 154; 142,2 1,506 Xf=0~8950,tf= 85,8oC~

Destillaat bevat 1 gew.% CHC13 M.G. 119;5

99 _{-- mengsel van 0,02 mol CH3Cl en 0,98 mol CH2C12;} het gem.mol.gew.hiervan is 0,02.50,5 1 0,98.85 e 84,3.

Xd= 99/84,3 ~ 0,993 ,td 1/119,5 ~ 99/84,3.

Residu: bevat 1% van eam mengsel: met gem.M.G~84~3;

en 99% mengsel van 0,80

gem.M;-G.126;4;. mol CHC13· en

O~20 _{mol CC1 41,met}

xk

=

1/84;3

=

O,0148,.tk=122oC~ 1/84,3

I

99/126~4

De materiaalbalans luidt: FeD ~ K en

voor lichtste comp: 0,799 F~ 0;99 TI ~ 0~01 K. met F. 142,2 volgt voor D: 114;5 en K

=

24,7

Uit

x-y

figuur volgt voor het aantal theor.schotels met Me Cabe-Thiele methode: 10~bij schoteleff~van Ot6 wordt dit.lO/6.10= 17 werkelijke schotels;voeding vindt plaats op 30 _{theor.schotel ~ 5}0 practische schotel; de refluxverh~R bedraagt ook hier 3, (li tt.l)

.A~metingen kolom:

, . 7.

)1..=

!~~

f I a

_".

84 6.8 492-t _ _0"902 t '.

I

Kv= 359.1.642,6 1,333' • 62 ,4 :: 0,1

Top uit 2okolom:

83,.2

Hieruit volgt u= 0,96 ft/sec

=

29,3 cm/sec.

4]J:: 4~114,5

=

458,0: kg/hr :: 458.1000.62,4 ..,. 3600.0,902'

.-.8496 c'm3 /sec.

2 2

Opp.à.oorsnede kolom: 8496 - 290 cm

=

.3,14 r ;r::: 9,61 cm;diameter is

29,28 -. . 19.; 2 cm.

Bij 17 werk~schQtels wordt le~gte van de kolom: 17.30,45: 5',2 m. ·Verdamperwarmte voor de 2okolom:

.

.

. Voeding; kg!hr I\[.G •. kmol/hr CHSCl: 1,4 50.5 O,h28 112~286 1,320 21,4 119,5 0,180 . 7,1 154 0,046 CH~C12: CHC1 3 : CC1 4 : 14a~"2 1 ,57-4 d.i; 8956

=

5693 kcal/kmol. ~574 . 0 verd.w.bij85,8 C in Pcu/lb:gcal/g. 73 65 58 45 Destill,aat ~ :t. 114,5 kg/hr = 0,0,27 kmol CH3C1 t 1,317 ,-- _{CH2C1 2} 0,009... CHC13 . 1,353 kmol. id:'.'kc al / ve rd • w • kInol. 3687 5525 6931 6930 in kcal 103,2 7293,;0 1241,0 318,8 8956.

-Totale hoeveelh.damp llaar boven; '114,5 .. 1,353.4= 6,198 kmol~

ï-öo---· .

NOdig aan stoom van 3,3' rta(COndenserend met 515,4 kcal/kg).;

5693.~l,574(q-l) ~6,198 :t 86;4kg/hr;(q:l voor vloeistof van kookterrpj

515,4/ ' ' . '

De warmte nodig voor de verdamper Wv.bedraagt dus68,4~515;4'= 35253 kcal/hr. Enthalpie van voeding residu-en.destillaat:

voeding: tf: 86, 80C. ' . . kgjhr kcal/kg ,kga1. lj4 32,345~9 112,2 ·2~,2 3276,2 21,4 19,8 424,1 7.1 17,2 122,8 ~1.~4~2-,2~. Wf~ 3870 kcal/hr. Destillaat; td:

25

0C CH3C1 : 1 , 3 6 CH2C12: 112. CHC13: 1,15 ],14,5--45,9 41,5 . 28,2 24,4

Wk=

0,2 12,3 583,7 163;5 759,7 9,4 .13,2. 8 ,5 9J~_~ f i · ; 8 6 , 4 \Vb~ '971,6

(~ is som koeler-en oondensorwarmteJ 3870

+

35253 :: 759*7+ 971,6 ~~

Q. :: 37 392 kcal/hr. _,

Koelerwarmte en afmetingen koeler:,

De koelerwarmte is het verschil in warmteinhoud van het destillaat'bij '83.66 en 25 °C.;verschil is 58~65"

kg/hr . tempveÏ'sc~. 58 ~ 65 oe .' cp Enthalpie

CH3Cl: 1,36 58~65 C 0,376 29.~

CH2C12! ·112~0 -- 0~340 2228,8

CRC13~ 1',;15 0,231 15",6

2274,3kcal/hr.

Nemen we de temp.van de water-invoer op 15°C en die ven.de wl'lterafvoer op 200C,dan bedraagt de hoeveelheid koelwèter 2274~ 455 kg/hr=lOOl

_' ---5 - lb/hr.

Afmetingen; Q::,U .A.4T, '

Q::. ~2.74 kcal;hr

'U. 30Q.4,88::1470 ~cal/hr 'm20C~

AT, :: 12,3 ~

Hierui t vo:).gt .Alf; 0,126 m.:J . ' ..

Voor ~n: buis met, O.D. 0,54 en I.n. 0,3.64 is de cap.bij een snelh.van 1 ft/seo ~ 161,5 1b/hr;we hebben' dan nodig

!Q.Q.!.

'=:,6,2 buizen;deze heb--.

, 2' 161,5

. ben een opp.van 6,2'~O,095.0;305 cO,18l m '/m;voor 1 pa§s wordt ëtit een lengte van 0,126 =0;7'meter~

D,181

.90nd~ns.2~: de oondensorwarmte'is ~ .... koelerwarmte: 37392 - 2274 :: 35118 kcal/hr.

, ' ,

temp~waterinvoer:i50c,temp.waterafvoer 500C,hoeveelheid koelwater is 35118

=

1003 kg/hr=2207 lb/hr.

3 5 ' Q:= U. A .A T . Q~ 35118

U= 500.4,88:::, 245Q kcal/hr m2oC.

4T=

1'7,4

hieruit volgt A: 6,824 m2;voor ~n buis wordt dit 2207 :: 13,6 buizen. 161·5

Het opp. -hiervan bedraagt l3,6~Ot0954.0+305:::0.396 m2

]m.

Voor 1 pass: wordt de lengte 0.824

=

2.08 m;we nemen 2 passes. in 5"

, . 0,396

shell van ~2buisO.D~ in 11/16 triang.pitch;diamet~r shell wordt dan 12,7 cm,de,lengte wordt i2~7 cm.

Tussenkoeler 20en 30kolom~

759;7-393~'366,7 kcal/hr~ 'Af te vgeren warmte beiraDgt Wk2-Wf3

=

Q,=U .A.4 T Q::'367 kcal/hr U= 1000 kcal/hr m2oC. A ,T:: 2 0 . ' ,) 2 A::: 367 =Ot0183 m~= 0,0183.11;5 ~ 0,21 ft 1000.20,

opp;à-n buis is 0,163 ft;2/ ft d'Q.l:$ lengte wordt 0.21

=

1,29 ft = 0,163

39,3 cm.

Voeding: M. G; mol.fr. k.mol.

9:

',.. .

-

rw.~ • "_,.,..; " •• ..r ...,..~ ... ,frt.

. \ , l' r

.

"

CHCY13' 20;7 119',5 0,173

CC1 4 6,7 154 0,24 0.043

met Fe 27;7 wordt De:: 21,1 en K=6,6.-_.

_.

S.chotelgetalbep~ling uit· x-y figuur :volgens MC'-Cabe Thiele levert 24

op.;bij scnoteleff.v~m 0,6wor(1~ dit aantal 10/6 .. 24.= 40,werk.schotels.

Voeding is op 130 the6r.schotèl,d;.i.op 220 werk.schotel.;de

refluxver-houding bedraagt R~ 10 ( l i t t . l ) I _ - - : _ _ Afmetingen kolom: • u=

Kv

V

t;rtJ

--}

i. 119t2.4~2 t 0;271. 359.601,5 1,485.62,4= 92,7

.

(litt.4)

;hieruit volgt u= 1;84 ft/sec:56,1 cm/sec.

. ( s· • g • = 0, 271 ) , ·62,4

4 D=:- 4.58;0 = 232,1 kgjhrz ,?32100.62.,4= 14845 cm3 /se

3600~O,271

Opp .doorsnede kolom is 14845 <

=

264 t 5 ,c.m2·::5.14 r 2

-S6,1 ,

r:: '9,2. Cin;2r= 18,4 c.m,d.i.de diamete~ van de kolom.

Lengte kolom bij 4.0 werk.schotels is 4().30,.5::12,Z m.

Verdamperwarmte voor verdampend,. element: -·----=----.-k-g-r/ .... hr----:]=,r-. G=--. -:-, -i_k-.mo ï en ~ ve rd • w ~ bij . 63 1°0 in voeding: 0,3' 2.0·7 .

,

6,7 d.i. 1577

=

7168 0';22. 85 0,004 11:9,5 0,173 154 0,043 , .0,220 kcal/kmol .

,

Pcu/ll:!(= .' g.cal/g) 70,8' 60·3 ,

,

. 4f!,Z' idem.in kC.al ikmol ~ 6018 7206 .7115

Het destillaat bevat 21,1

Totale hh •. damp naar boven kg!hr,zijnde 0i177 kmol. is 2l,1~0,177.4~3,73 kmol.

100

Benod.igd aan stoom va~ 3~3 ata,( cond.enserend met 5l5,4

'~. 0,22(q-l) ~ 3;73.s=51,9 kg/hr voor q=l

515,4 , . .

Warmte nodig voor de verdamper is dus 51,9~515t4= 26749

(- w )

- v'

Enthalpie voeding destillaat en residu; .

kgjhr kcal/kg ~cal/hr Destillaa.t: UH2Cl2 eHCI _{. 3} t d:;:2'50C ~ " 0,3 . 2,0,7 '5,8 8,5 120,1 " 2,55 . " .?ld=122~callhr. verd .w.in kcal/hr. ,2.4,1 1247 30:6 - 157-7--'-kcal/kg) : I kcalthr

.

' 10 .. voeding; CH)?;q1 2 CHC13 ; CC14~ residu; CH013 % C014 :, " kg/hr ·'0 3 , ,

,

20,7 6~7 kg/hl' 0,21 6;7 kcal/kg 21,4 1'4,6 12 6 .

,

kcal/hr 6,3 302,2 84'4 kcal/kg 13',86 12,00' kcal/hr 2,-87 80,40 . 6,9 kmol/hr 0,Q02 0,043 0,045 _Wk

=

_{83,27 kcal/hr} VV_f

*'

W

_v

=

Wk ~ 'Wd'

*"

~ 393 ~26749 = 83 ~ 122,7 ~ ~ ~= ,26937 ~cal/hr

.

.

Koelerwa,rmte en 'afmetingen koeler; de koelerwarmte is het vers.chil in warmteinhoud tussen 60,8 en kg/hIl 0,3 ' . 20.7 kcal/kg 12,~2 4,8 kcal/hr ,3,7 99~4 . 103 kCEü/hr.

,

.

oe

ooe

Bijeen wa~erinvoertemp~van 15 en een waterafvoertemp.van 2 , J

bedraagt de benodigde b,oeveelheid water, 103

J:

21kg/hr=46,2 lb/hr;

5

A;fmetingen: (kU .A.AT

Q: 103 kcal/hr

U::l: 3o..0~4~88· =' 1470 kcal/hr m2oe. AT:: 12,3

O 2 Hieruit volgt A=~~~1~0~3~~~= 0, 06 m

1470.1.2.,3

Voor

i"

buis is ~ap~bij snelheid van lft/sec ~ 161.5 lb/hr.

NOdig ?ijn 462 ::: 0;28 buizen;opp~ hiervan is O;28.0,09§.0,305=

. 161,5 , .O,009·m~Jm

Voor 1 pass wordt dit een lengte van 0.006~ 0,7 m.

, . . , · 0 . , 009 .

Condensor; Af te voeren warmte is ~-koeler,warmtè= 26937~lo3 :26834

kcal/hr. Temp. v~n de waterinvoer bedr~agt 15°C, die van d.e water'afvoer 50 oe i

de benodigde hoeveelheid koelwater bedraagt dus 2.6834- 76,7 kg/hr: 35 '~.=U .. .A.AT Q.::26834 kcal/hr U: 500.4,88= 2400 AT::: 17,4. 16871b/hr. kcalj hr m2

oe.

Hieruit volgt A: 26834 * 0,63 mB. '2450.17;4 Voor

i

U

buis met een cap!van 161,5 lbjhr bij een snelheid yan lit/ sec ,kunnen we volstaan met 168~7

=

10,4 buizen;de~e hebben een opp.

. , .lpl,5

van 10;4.0,095.0;305 = 0,3 ·m2,. ;voo:r 1 pass wordt dit een lengte van 0,63= 2",1 m;we pemen 11 buizen

à-

n

in 5" sb,ell in 11/16 triang.pitch;

0,3

Il..;

~

, ." ·H,· • - , , , , : ) ... , . - .•••

"";""'''.r.~,''''''·

, ,... ..

'~,

- ....

...,~ ~

, • ",'

"'"-'f, " . " \. ' . ' •

~

beh~n(leJ ~ng8Wj j'Z~' ~:'n 'd'e-']~Ok~;~~~:~

.

'~""\"

....

~ F~~:,

,::',

~" . , , ' ,,~, '" l.iehruik werd gemaakt van de fuethode van, Lëwis 'en lla theson (. Iitt. 7) .Di t is een zg. plaat-tot plaat-:-berekeningtwaarbij' men begin.t niet de samenstelling van de

vloe~stof in het reS,idu,met' behulp van de vloeistof-dampevenwichten van het ternaire systeem de damp berekent 'op de eerste'plaat vanaf de reboiler,en met behulp VEin ope:rating-lines:'analoog 'aan de binaire behandelingsmethode volgens Me Cabe-Thfele maar nu uitgebreid voor' ternaire systemen de met deze damp corresponderende vloeistof bere-kent,enz;men gaat hier zo lang mee door tot men een damp verkregen

~

heeft die in s.amen~telling correspondeert met rIe eis d'ie men aFn het \

destillaat stelt.Op deze wijze verkrijgt ~eb het aantal theoretische

\, .. 1,

~c.'hote.ls,

.De voedîngsscho. tel' iS. die waarbij,de vloeistof Samenstelling

~~ corre~pondeert met de voedingssamensyelling.Men gebruik~ verschi11enoo

~~. op.erating-lines' voor boven 'en onder de voedingSó.'Chot,el. voor' de bereke-ningen van de dampsamenstellingen gebruikt men a,e wet van Raoult voor een ternair systeem.

gew ~rb t

.

Voeding: kg/hr' mo17o kmól,hr . c ," mol.fr. CH Cl: 98' 5' 42;3 56;3 1 ;951 O'3~6 0;563 CH3'C1_{2 :} ' '

,

113~2 48'6 38;4 1;3:~2 O~340 0,;384 CHB1 3: '

,

21.;4. 9;1 5~3 0,18 0 0231

.

" . 0.053 2,33,1 3,4.63

(0,046 kmol CC14 wordt bij de verdere berekeningen verwaarloosd) De refluxverhouding R::.3 (li tt .l); de kolom werkt bij een druk van 10

, ata~ ,., ,

'E;i.sen aan samenstelling van destillaat en residu:

. . : . men stelt als eis ,dat het dest~llaat 1 gew.'f~ CH2C1.2 pevat '::: 0,6 mol%) en geen' CHC13 • "Het, residu mag hoogstens 1 gew.)'o CH3 C1 (;: 1,2 molro) bevatten,verder

99/'0 _{yan de voeding áan CH2C1 2 en de tótále hoeveelheid CHC13.}

Dus is' xa:(CH3Cl)= 0'.994 enx k(CH3C1):;O,012~De totale samenstelling van destillaat en resid.u zijn~

Destilláat kmOlthr mol% 1'932

.

99'4'

_,

0;013 0~6 ---1,945 " , Residu kmóljhr 0'019 _• 1;319 0;180 +.518 mo17~ 1.2 86~8 12,0'

De formules voor de operating-lines worden als volgt:

, hierin zijn:

R:i:3( refluxverhoudi~g) =0

In

.

\ .

0n=&.D=3 .. 1,945::5,835 kmol/hr('Vl.die van nOplaat druppelt) D .. l.~45 kmoi; hr , ( d e s t i l l a q t ) .

Vn:;f!0n ~. D :: 5,835t 1~945.:: 7;78 0kmOl/hr( damp die van nOplaat opst.) De indices n hebben betrekking op schotels boven de voedingsplaat; de indices m op die er beneden. ' , . . . '

Om:::On l F == 5,835.l 3,463

=

9,298(vl.die van mOplaat druppelt)

F:3,463 kmol/hrlvoeding}. . " . . ,

Vm1lCVn :' 7,780 kmo1/hr. (de voeddmg wordt weer ingevoerd als vl. van

kook-W~ 1.518 kmol/hr(residu} ' . ' , temp.

We krijgen nu voor iedere compenent een operating-line beneden en een boven de voedingsschotelQn wel;

beneden; , .

I

vvl

'

I • . f 12. Zo idem; YmfOIf2C12} en ~ Ym{CHC₁ 3 )

=

1,195.Xm~fH2C12) ._ 1 ,195 ,Xm~p~C13) - 0,1694 o , , , Boven de Yn( CHC1 3) -_ 0 75.x 1(CHC13} 2 , ' n T - 1\ lOschotel; 113°0 X_w .P c:rf3C1! 0,0.12 31200 374 CH 2C1 2 ; 0.868 7914 6869 CHC13: °,120 3178 381 20schote1; 108°0 xl 7624 CH3C1; 0,0429 28570 1228 CH2C12: 0,8956 6957 6261 CHC13; 0,0613 2814 169 30schote1: ~OOOC

X2

7658 )Ç:2 ;E OH3 Cl: 0,1361 24700 3359 CH2C1 2 : 0 't 8259 5627 4647 UHC13: 0.0381 2303 92 8098 40gchotel: 79

Cr

x3 F x3. P CH₃Cl:' 0,3490 16300 5689 CH2C12: 0.6219 3066 1907 CHC13t 0,0290 1299 39 7635 X4~P CH3 Cl: 0,600 6 12010 7206 CH Cl : °.350 8 ,1963 687 CH01 3

r

0,0239 853 __

~1~7_

7910 60sochotel ; 50°C; x5 F.

x5. P

UH3C1: 0,8832 8302 7306 CH2012: u,1138, 1144 130 üHU13; .0 .0029 513 ____ 2_ 50°0 ; Yl=

~}-0,16 041 0,8176 0,0221 . 1,O'P01 Y2: ~.P

z.

x_2E 0,4148 0.,5738 0,0113 0.9999 Y4= .-b,,~ 0 , t...:x---z~

o

_,

91094 000869 Û:0021 U,9999 Y5: 2-5_~X5P

L

°

,9822 ' 0,0174 ---\.1,0003 U,9999 Y6= ~6L,

i

X_6.l? Xl °,0429 0,8956 0,0613 0,9998

x

₂ 0,1361 0,8259 0.0381 1, ü~'Ol x₃ °,349 0 0,6219 0,0290 0.9999 X4 °,600 6 °,350 8 0.0239 l,t·Qi253

,

X 5 0,8832

,

0·1138

,

.0,0029 u,9999 X6 0,9783 0,0212 0,0004 li,9999 " . Xf °,563 0,384 0,053

'"

.

• t 1.3 ~ 500C~ _x6 :E _{x6 .. 1? Y6:: x6~}

'-.' F6

P CH3Cl: 0,9783 8302 8136 0.; 9971 CH2C12: 0,0212 1144 23 0,0028 CHC13: 0,0004 513, 81.59 0,9999

Uit deze berekeningen blijkt dat er 6 theor.schotels voor 'de schei-ding nodig zijn;in vergelijking met de binaire behandeling van dit systeem is dit dus één minder;de vergelijking is niet geheel juist, omdat in het ternaire systeem de, aanwezigheid van CC1 4 is. verwaar-. loosd;de voeding heeft plaats op ,de 4oschotel van bene1en;xl tlm

x4 zijn uit de bijbehorep.de yw, t/m 'yö berekend, met de operatingli-nes voor het ,onderste gedeelt~ van de kolom;x5enx6 met die voor het bovenste gedeelte van de kolom~

Literatuur:

I

I

IJ B~I.O.S.rapport File 851,It nr 22. 2) C.I.O.S. xxvI, It .nr 11. 3) F .. I.A.T.Final rapport nr.431 4) J.H.Perry:Chem.Eng.Handbook~1950

5} Badger ahd Me Cabe:Elements of Chemical Engineering. 6) F.I.A.T.Final rapport nr.1299

7) C.S.Robinson and E.R.Gilliland:Elements of fractional distillation,pag.Z14,~~.

. 1950.

,

\

o,S"

~'1.. J Dlot .. 'M.-x.

r .

e....)

t(.

! I I i 1 :

E

:

I:

:

..

..

_i l :f' 'I,. ! I 1 : : : , :

_I

I , ,

..

j

i

1

: : 1

:rt

: 1

I

1

I

h. I I

..

;

:

'

! • ,ti H-HHI-t'1t . , It!ffff~lffiI-IttHtltl: :

·.

.

I I