Verslag behorende bij het processchema: Propeenoxyde via propeenchloorhydrine

'(

~

~

-u-

w

~

PO

•

~.o f

fl

~

~~

~

~-

u

;

"

)

ti

~

~

1=1

,----

'

'T_ _ l

o

r)

I I

-L--~II I

I

,---

-I

r

Z!J !

_F

I

~

l

LJ

~

-

'---i.üj-+t

I, : '

1$

Q

~

,

:

--=

<

I

L.

_

T= 1'11 I1 I1 I T lil'=-.". ~ -,, -"1

~

l:

" 'I" :t. ""

i,,<

.

AFGAS

J

r'

1,900

I PROPEENOXYDE E.B.M.MAJOOR MEI '61 5ch.. al 1:50

lr--i!J

w

CaO ~ ~

,

: I' ,-

Dl

-

1

~

-j

..

_

..

, , .

,

!

,

hb

t2+-~

.-t< I I

--1"

---~ ~ -~.:.

'

.:h:

_-

_-

L'

_~

I

IIL

~

_~

.

k:'i

~:'

.

:-:

"

,

,

" ',. -

"

I .cl. • . . • . . . •

~,

PRO N - -,-- - -

J

.--J

_

_

-

J ~. .

I I /

..

...

..

..

Schema van een PRüPEENüXYDE-fabriek.

E.D.M. Majoor Spoorsingel 38

INHOUD:

I

UITGANGSPUNTEN.

11

PROCESKEUZE.

III

BESCHRIJVING VAN HEI' SCHEMA.

IV

ST OF - EN WARMTEBALAN SEN.

'!

V

ONTWERPBEREKENINGEN.

VI

GRONDSTOFFEN.

VII

BIJLAGEN.

VIII

LITTERATUUR.

"

.. . ._

-I. UITGANGSPUNTEN.

De fabriek is ontworpen voor een productie van 17.000 ton propeen-oxyde per jaar.

Volgens onderstaande tabel is van de totale propeenproductie in 1957 in de U.S.A. 5,1

%

gebruikt voor de bereiding van propeenoxyde. Het geschatte verbruik van propeen in 1960 van dat land is 2 miljard pound, dus 900.000 ton.

Tegenover een productie van ongeveer 60.000 ton in 1960 in de U.S.A. is een capaciteit van 17.000 ton per jaar voor een fabriek in

Nederland verantwoord. Wel overtreft dit de huidige nationale behoef-te, er staat echter tegenover dat het Europese achterland een belang-rijke afnemer zal zijn.En da t vooral voorzover het Eu r omar k t l a n d e n betreft.

Propeenverbruik en productie in 1957 in U.S.A.

Totaalproductie: 730.000 ton (1,610 billion pounds ) 94

%

uit raffinaderijgas ti

%

L.P.G. Verbruik: Isopropanol 53,8

_%

Dod e c e e n 25 , 6

_%

Noneen ti, 8

_%

Propeenoxyde 5,1

%

All y l ch l or i d e 1,0

%

I Cumeen 3,ti

_%

Rest 1,1

_%

(litt. 1)

Als vestigingsplaats is ge k o z e n het gebied van de Botlek bij Rotterdam Deze plaats combineert de meest ideale omstandigheden in zich.

.

.

Aanvoer van grondstoffen: propaan-propeen van de aldaar gelegen raffinaderijen (Shell of Esso). Chloor van de

K.N.Z.

Een keukenzout-electrolysebedrijf is daar in aanbouwen zal zeker voor de in-bedrijf-stelling van de propeenoxydefabriek klaar komen. Tussen het electro-lysebedrijf en de Shellraff inaderij i s een chloorl eiding gepl_~. In verband hiermee wordt geädviseerd de fabriek te vestigen dichtbij het terrein van de Shell-raffinaderij te Pernis, ookalomdat dan het reactiegas (hoofdzakelijk propaan) goedkoper naar de raffinaderij kan worden teruggevoerd. Afvalwater kan zonder bezwaar in de Nieuwe Water-weg of eventueel in zee gespuid worden. Proceswater wordt betrokken uit de Brielse Maas. Kalk wordt per schip aangevoerd.

Transport van producten kan over water geschieden via de zee naar Scandinavië en via de Rijn naar Duitsland.

Er mag niet uit het oog verloren worden dat de grootste afnemer de in Pernis gelegen petrochemische industrie zal zijn.

Propeenoxyde vindt toepassing als laagkokend oplosmiddel voor nitrocellulose , celluloseacetaat, lijmen en andere verbindingen.

Een belangrijk deel van de bereiding van 1,2-propaandiol geschiedt via propeenoxyde, omdat op deze manier een groter rendement te bereiken is.

Een sterk in belang toenemende toepassing is het gebruik van propeen-oxyde in de polymeerindustrie.

Het is namelijk de basis van vele epoxyharsen en polyesters. (cfr het C

3-analogon van polyglycoltereftalaat, Terlenka)

Het laatsée nieuws is het mogelijke gebruik als grondstof voor poly-propeenoxyde.(litt.14)

Verder is propeenoxyde tussen-product bij de bereiding van mono-, di-, en triisopropanolamine.

Een klein deel van de productie van propeenoxyde vindt zijn weg in de landbouw, daar het gebruikt wordt als fumigant, hoewel het niet zo giftig is als etheenoxyde.

II, PROCESKEUZE,

Propeenoxyde wordt gemaakt door oxydatie van propeen, CH

3- CH

=

CH2, Naar de keuze van het oxydatiemiddel onderscheidt men drie

berei-dingsmethoden, n,l,die via:

a. Oxydatie van propeen met een peroxyde.

b. Directe oxydatie van propeen met lucht of zuurstof. c. Oxydatie van propeen met hypochloorzuur, HCIO, via

propeenchloorhydrine, CH _ CR CH

3 I - I 2

OH Cl

Ad a, De voornaamste peroxyden zijn: H

20 2,

- Metaalgeactiveerd H

20 2,

- Organische perzuren,

In de techniek zijn hier de perzuren verreweg het be~langrijkst,

Gebruikt woeden: perazijnzuur, CH - C -

° -

OH, al of niet in situ

3 I'

°

gevormd. permierenzuur, H - C - 0 -OH

*'

o

aceetaldehydemonoperacetaat,

AMP,

CH - CH -

° - ° -

C - CH₃• 3 I 11 OH

°

In het laatste geval wordt ,U W gemaakt door autoxydatie van

aceetaldehyde met zuurstof en ozon, 03' als katalysator,

De Union Carbide Chemicals Corporation heeft in 1958 aangekondigd

een fabriek te gaan bouwen di e volgens dit principe werkt.

Ad b, Directe parti~le oxydatie van propeen tot propeenoxyde gaat

niet zo goed als bij etheenoxyde. De opbrengst is hier veel lager

door de vele bijproducten di e ontstaan.

Tot nu toe is er nog ge e n fabriek gebouwd op basis van directe

oxydatie van propeen, We l wordt er intensief naar gezocht blijkens

de stroom van patenten in de laatste 10 jaar,

De reactie wordt op twee manieren uitgevoerd, n,l, inde gasfase of

in de vloeistoffase, De vloeistoffasereactie geschiedt dan in een inert oplosmiddel, meestal benzeen, C

6H6, ( eventueel met

nitrobenzeen, C

1. Gasfasereactie -katalytisc h.

..

2 CH - CH - CH

3 , , / 2

o

Druk: ongeveer atmosferisch.

Een propeen-zuurstofmengsel (1 : 0,35 vol.) wordt door een

gefluïdi-seerd katalysatorbed gelei d. Re nd e me n t : ? (laag)

Als katalysator Ag of Ag op drager met Au, Pt, Mn en

aardalkali-promotoren .

(i ;

tt. 3 en 4) -niet katalytisch. Druk: 3, 8 atm. 2. Gasfasereactie = Gepakte reactor:~ o Temperatuur: 400 C surface _: 7 _-9 _cm2/_cm.3 free space Olefine: Zuurstof

=

3, 7 Opbrengst: I (v o l ) 3 44 kg per m reactieruimte. Druk: ti - 8 atm.

Pakking: 3/8 inch Raschig ringen.

= Pijpenreactor .

Temperatuur: 3300_ 400oC.

(litt.5)

"~ t

Verdund propeen,bij voorkeur een propeen-propaanmengsel van 30 - 60

%

propeen, en 2 - () %v o l . zuurstof door een roestvrijstalen of messing

pijpenreactor met circulatie van de reactiegassen.

Opbrengst: 40 - 60 kg per m3 reac tieruimte. (litt.ö)

3. Vloeistoffasereactie. - katalytisch.

Temperatuur: 175 - 2250C. Druk: 20 atm (voor 100 % propeen)

50 atm (voor propeen-propaan 1:1) De hoge druk wordt door middel van stikstof verkregen.

Rendement: 26

%

en 9

%

respectievelijk aan propeenoxyde en

1,2-propaandiol.re (litt.7)

40

%

en 20

%

resp. door CO

2 en CO-verwijdering in de

circulatiegassen, en door speciale temperatuur- en

druk-condities, als P enT in voorwarmers e.d.

Ad c. De bereiding van propeenoxyde via propeenchloorhydrine door

oxydatie van propeen met hypochloorzuur.

~ HCl + HClO 7

CH - CH - CH

2

+

OH

3 , /

r -\_, , '-t ---"::'

CH -

CR - CH 2 +

H

20

~

a: CH - CH

-

?H2

3

_"'"

/ 3 I Cl ...

OH

Cl

~ b:

CH - CH - CH

3 I 1 2

Cl

OH

Er bestaan dus twee propeenchloorhydrines ( ~ en

r

)j

beiden geven

bij verzeping met loog propeenoxyde.

CH - CH -

_C(H2

NaOH

CH - CH - CH

+

NaCl

+

H

20

~ 3 I

_k

l

3 _{... / 2}

OH

Cl

0

CH - CH - CH

NaOH

CH - CH - CH

2

+

NaCI

+

H

20

-/ 3 I I

2

k

2

3 \ /

Cl

OH

0 k

=

7,85 mol/ltr/min. bij 200C )

1 voor een pseudo-eerste-ordereactie

k

2 2,65 mol/ltr/min. bij 20

0C

) in water.

Dit proces voert men op dezelfde manier uit als bij etheen, maar

ook hier is het rendement lager. Wa n n e e r in één goedgeroerde reactor chloor in water wordt geleid en propeen in contact wordt

gebracht met het ontstane HelO, dan is het rendement slechts 60 - 70

%

terwijl in gelijke omstandigheden met etheen een rendement van bijna

90

%

bereikt wordt.

EEn dergelijkrendement nu kan met propeen verkregen worden door in

twee reactoren te werken. In de ene wordt hypochloorzuur gevormd en

inde andere reageert propeen met de hypochloorzuuroplossing. De eis

die hieraan ten grondslag ligt, is dat de vrij-chloorconcentratie

3

lager dan 0,5 kg/m moet zijn. Daartoe wordt een grote recirculatie

toegepast. Het ontstane propeenchloorhydrine in waterige oplossing wordt continu aan de reactor onttrokken en met kalkmelk overgevoerd

in propeenoxyde bij het kookpunt van de oplossing. (litt. 9,10 en 11)

Zowel de bereiding met peracetaat als via chloorhydrine is technisch

uitvoerbaar. De betere toegankelijkheid via de litteratuur van het

chloorhydrineproces, het feit dat de meeste bestaande fabrieken

gebruik maken van deze methode, en de eenvoudiger zuivering die via

de tweede trap bereikt wordt is de reden dat aan het

chloorhydrine-proces de voorkeur is gegeven.

Ookalomdat wat corrosieproblemen beide processen geen duidelijk verschil vertonen.

\ ,

\'

"\ ."_,. ".

:<

.-J'/

î

, I ," .

:}

\ '~ \ ,r.•i\'~...

<

-,,---

-bedrijf stellen

met wateréan

.

'

lIl. BESCHRIJVING VAN HEl' SCHEMA.

Er zijn twee chloorhydrine-reactoren. Ze bestaan uit twee gedeelten,

In het onderste deel wordt chloor ingepomd, hier ontstaat HCIO, in

het bovenste deel wordt een 40 - 60

%

propeen-propaanmengsel gepompd.

Een intensieve circulatie tussen de twee delen wordt in stand gehouden, dit is mogelijk door het soortelijk gewichts-verschil van

de vloeistof in de reactor en de vloeistof in de omloopleiding.

In de omloopleiding is een koeler opgenomen om de warmte ontstaan door de exotherme reactie tussen propeen en hypochloorzuur af te

voeren. De temperatuur in de reactor is 350C. Omdat chloor en

propeen-in vloeibare toestand worden aangevoerd wordt in twee verdampers

(bij iedere reactor twee) chloor resp. propeen-propaan verdampt. Per uur wordt in iedere reactor 1510 kg chloor en 2486 kg propeen-propaan (2 : 3) toegevoerd.

Continu wordt aan het reactiemengsel 30 m3vloeistof onttrokken (per

uur). De z e oplossing bevat 60 kg propeenchloorhydrine (voortaan PeR)

3

per m , zodat op deze manier 1800 kg PCH per uur per reactor wordt

geproduceerd. Deze oplossing ga a t naar de verzeper.

Het propaan en de overmaat propeen (8

%

t.o.v. C1

2) verlaten de

reactor aan de top, en wordt naar een afgasscrubber gev o e r d waar

het ga s van verontreinigingen al s HCl en sporen C1

2 wordt ontdaan.

("/'v""'-"'"

Om de vloeistof hoeveelheid in de reactor constant te houden wordt "\

ç . 3

. ,. ;1. .1 per uur ongeveer 30 m water ge s u p p l e e r d . Voor het in

\\ .~'\.

\~. ":\' " i s voorzien in de mogelijkheid om de reactor te vullen

\

\\:~"\.

Çf,~

~~" ,

350C

'~\

(Eenmaal voor beide reactoren.)

"->.JO /

\ c~ De reactor is ge ma a k t van met rubber bekleed staal dat aan de

binnen-(

kant met zuurvaste steen is bekleed, leidingen zijn voorzover ze met

de reactorvloeistof in aanr aking komen van ge~boniteerd staal en

anders van ge wo on staal, dus ook de chloortoevoerleiding.

De circulatie bedraagt ongeveer 1700 m3 per uur.

Het onderste deel van de reactor heeft een diameter van 1,35 m en

een hoogte van ongeveer 6 meter, het bovenste deel heeft een diameter

van 1,75 en een hoogte van ongeveer 14 meter. De reactor is totaal

2. Afgasscrubber.

Deze toren die voor beide chloorhydrinereactoren dient, heeft een

diameter van 1,50 m en een hoogte van 8,00 m. Het lagere deel is uitge-voerd in zuurvaste steen de top is van staal. De toren is gevuld met 2 inch Raschigringen. De pakkinghoogte bedraagt 6,00 m.

. 3

De gasstroom 1S 1850 m p~r uur, 20

%

natronloog wordt ge v o e d in de 3

v : top van de scrubber ( ± 35 m per uur). Deze natronloog wordt perio-diek getest en vernieuwd wanneer het natriumhydroxydegehalte minder dan '3

%

is geworden. Daartoe is een voorraad vat van 4 m3 aanwezig.

3. Verzeper.

Het propeenchloorhydrine wordt verzeept met 10

%

kalkmelk dat in een overmaat van 10

%

ten opzichte van de theorie wordt toegevoerd.

Eén verzeper is geplaa.tJ

g l,· bij elk van d-e chloorhydrinereactoren.

De verzeper is een horizontale cylindrische vat met vlakke einden. Diameter 2,00 m, lengte 3,50 m met een dampuitlaat met een diameter van 1,00 m en een lengte van 1,00 m. Er bovenop is een condensor gemonteerd om zoveel mogelijk van de waterdamp in het uittredende gas te condenseren.

De kalkmelk-chloorhydrineoplossing komt binnen aan de ene kant door een llavegpijp, gaat heen en weer langs dwarsschotten en verlaat de verzeper via een overstroompijp met variabele hoogte.(afvalwater)

De dwarsschotten die tot iets boven het midden van de cylinder reiken o

zijn gemonteerd op een as, zodat het geheel 180 kan draaien. Dit is gedaan om eenvoudige reiniging mogelijk te maken.

Stoom wordt op de bodem ingeblazen door 50 mm pijpen die

uittree-openingen hebben aan de onderkant. Dit is gedaan om de kalk te belet~

ten zich op de bodem af te zetten.

De temperatuur in de verzeper is 107oC. Per uur wordt 20,5 m3

kalk-3 (t s'ei»,>

melk en

a

o

m' PCH-oplossing toegevoerd. Het stoomverbruik"bedraagt

5 ton per uur. Het afgas bevat ruim 1000 kg propeenoxyde en ruim

-

200 kg Dichloorpropaan. Di t afgas dat een verzadigde damp is, is de voeding van destillatiekolom

J.

De temperetuur ervan is 350C.

4. Bereiding Kalkmelk.

Kalkmelk wordt continu bereid door continu kalk met een doseer-inrichting toe te voeren in een stalen tank, waar ook continu water met een temperatuur van 6loC wordt toegevoerd. (4320 kg CaO en

Het toevoerwater wordt opgewarmd met het hete afvalwater uit de verze-per. Om bezinken van kalk tegen te gaan is de tank voorzien van een roerwerk. Roeren bevordert ook het blussen.

3

De inhoud van de tank is 25 m hetgeen overeenkomt met de behoefte van

een half uur productie.

5. Destillatiekolom I.

Deze kolom is een schotelkolom van 12 meter hoog en 40 schotels. Hij

werkt bij atmosferische druk. De voeding vindt plaats op de achttiende

schotel. Het theoretisch aantal schotels bedraagt 7.

Het topproduct dat bij 350C overkomt is 97,8

~

\propeenoxyde.

Per uur is

- .. I .. , r- tX

dat 2047 kg. /"-'... I ~. -.1"'"'1 ' / ' / :-: J

o

Het ketelproduct wordt bij 100 C afgetapt, 4ti3 kg per uur. Het bestaat

voor 85 % uit 1,2-dichloorpropaan, 8

%

is water en 7 % is propeenoxyde.

(gewichts%). In verband met aanwezigheid van organische zuren of liever

zuurreagerende bestanddelen in de voeding is als materiaal voor de kolom vertind koper gekozen.

Het ketelproduct wordt in een koeler van 1000 naar 870C gebracht en

naar een scheider gevoerd, waar de waterfase en de dichloorpropaanfase gescheiden worden.

De dichloorpropaanfase is bijna zuiver n.l. 99

%.

Het propeenoxyde zal

n.l. door zijn veel grotere oplosbaarheid in water dan in dichloor.

,-.. ( t ',.t It \-t

propaan practisch geheel in de waterfase gaan zitten. .. ~..-'-

-De waterfase die een temperatuur van 870C heeft is de voeding / anL/ :Jk'?

destillatiekolom 11. /

~~

Het propeenoxyde en het dichloorpropaan worden naar hun opslagtànks

3 3

gepompt, die resp.

6

m en

3

mmeten.

6. Destillatiekolom 11.

De tweede kolom is een met i-inch Raschig ringen gepakte kolom.

Hoogte 9,00 m, diameter 200 mmo Pakkinghoogte 8 x 0,5 m.

Aantal theoretische schotels 8.

Het destillaat, 30,1 kg 99,7

%

propeenoxyde per uur.

IV. STOF- en

AlUtl'EBALANS.

Er is gebruik gemaakt Tan de volgende afkortingen:

PCR

PO

Dep

DCIE

Cl

f lrI

~

rn

propeenchloorhydrine.

propeenoxyde.

1,2-dichloorpropaan.

dichloorisopropylether.

vrij-chloorconcentratie. (kmol/m

3)

moleculair gewicht. (kg)

assastroom.

(kg/hr)

rende ent.

De

ateriaalbalans wordt gevonden door gelijkstelling van de in- en

uitgaande stof stromen.

(litt.lO,ll,l3)

Reactiegegevens:

o

Te peratuur: 35 C.

Druk: ongeveer atmosferisch. (alleen

vloeistof-kolom)

PCR-concentratie in uitgaande vloeistof:

60 kg/m

3•

PCR-rendement op basis van C1

2

:

90

~.

Propeen-overmaat t.o.v. C1

2

:

8

%.

DCP : 9

~

van het ingebrachte Cl

₂

wordt in DCP omgezet.

DCIE: 1

%

van het ingebrachte C1

₂

wordt in DC

LE

omgezet.

Gesteld wordt dat C1

2

voor 100

%

wordt omgezet.

Propaan gaat onveranderd door het toestel.

100

%

'

Grondstoffen:

Productie:

!

uit een 40-60

~-

engsel

propeen-propaan~

''-

--.-

-';~"nc

L

\

1A.,1rV.

...

.

-Een 'productie van 15.000 ton PO per jaar eist bij een rendement van

t

80

%

voor de vorming van PO uit PCR en daaropvolgende zuivering

een productie van 30.000 ton PCR per jaar •

Dat is 3600 kg/hr, wanneer één jaar op 350 dagen van 24 uur wordt

gesteld.

De materiaalbalans wordt berekend voor

~~n

reactor met de halve

capaciteit nl. 1800 kg PCR per uur •

___ __---L.-__ •_ _

-

I

A, Reactor in

C1

2- g a e ,

1

.-

rn

71 1

=

1800,~.----

• 1510

~':t

0,90

~C

ft

=

3 6

M

CI

~Cl'

2 ,(overmaat)=

2 MC H

3 6

1510,42, 1,08 • 966

71

966 kgJk

,1,5 - 96

ti,44,1,5

= 1520

42

1520 kgJhr

349 kgJhr

Voor de hypohalogenering is B

20

nodig. Voor ieder

molecule PCH en DCl

E

is 'ên molecule H

20

nodig,

Er wordt dan totaal 349 kg H

2

0

verbruikt per uur.

Totaal vloeistof

3

Per uur wordt

30

m

vloeistof met een

PCB-concen-tratie van 60 kg/m

3

aan de reactor onttrokken,

Dit moet worden gesuppleerd,

We stellen dit op

30

m

3/hr,

(In werkelijkheid zal

dit iets schelen door het B

20-verbruik

in de reactor

en omdat de dichtheid van deze vloeistof niet

precies 1000 kg/m

3

is,

B, Reactor uit

t. -

37.

42 •

~

=

5

171

Afgas

Propaan gaat onveranderd door het toestel.

Chloor en HCl in het afgas te verwaarlozen.

Een deel van de overmaat propeen wordt

ge-bruikt bij de vorming van

D

Cl E .

M _ _ C 3Hij

C3H6(DCIE)- DClE'y

DCl E'

Van de overmaat

C

3

B

6

is dan over 75 - 5

70 kg/hr.

De

"i"

komt in de tor ule omdat er voor êên

molecule DelE twee moleculen C1

2

nodig zijn.

1520 kg/hr

70 kg!hr

3

Vloeistof uit

30 m /hr

\

-kg/hr

met PCH

1800

DCP

217 k

g/hr

DCIE

18 kg/hr

HCl

120 kg/hr

3 3

Per uur wordt ao m

oplossing met 60 kg per m PCH afgevord.

PCH-uit is dus 1800 kg/hr.

9 ~

van het chloor wordt aan propeen geaddeerd

o

nde r vorming van

DCP, volgens:

1

%

van het chloor wordt verbruikt bij de vorming van DClE.

4 4

MDC 1E

A

111

~

PDCI

E=

O,Ol.PCl •

.~

=

0,01.1510.

.~

=

18

2 M

CI

11

2

Bij de reactie:

-

•

HCIO

+

HCl

wordt de helft van het chloor in

H

Cl omgezet. Geen HCl echter

ontstaat bij de chlorering van C

3Hti

tot DCP, want dit is een additie.

Bij

de vorming van DCIE wordt ook HCl geproduceerd volgens:

CHa-?H - fH

₂

OH

Cl

CH 3-

fH - fH2

+

HCl

OCI

Cl

CH -

₃

CH

3-

CH -

_{I -.}

ca

₂

OCI

Cl

CH - CH

3

I

o

I

CH

:

Er is dus een overmaat HCl ten opzichte van PCR.

Volgens litt.ll bedraagt deze:

[

HC~

-

[

pcIij

=

3,3 ",

De uitgaande HCl-stroom wordt dan:

• 1,033

=

1

800.

3 6• 5.1,033

=

7

20.

,

I

I I

-.

I

I I I I I ! I I t I I I I I

Materiaalbalans Propeenchloorhydrinereactor in Tabelvorm.

IN

UIT

component

k

g/hr

component

kg/hr

C1

2

1510

pcn

lSOO

C

3H6

966

C

3H6

70

C

31lS

1520

C

3HS

1520

"H 0"

3

49

HCl

720

2

DCP

217

DCIE

IS

!..otaal

4345

totaal

4345

Chloorbalans

IN

UIT

component

kg/hr

component

kg/hr

C1

2

1510

via

PCH

679

DCP

136

DClE

7

HCl

700

'totaal

1510

totaal

1522

Propeenbalans

IN

UIT

component

kg/hr

component

kg/hr

C

3H 6

966

via

PCH

S05

D

CP

SI

DCIE

9

C

3

H

6

71

-totaal

966

totaal

966

-- -- I

J

- -- - ---- -- - - - -- - - -

-Warmteproductie in deel B van de reactor. Reactie:

De totaal geproduceerde warmte is dan:

CH - CH - CH

3

2

OH Cl in HCIO om te

+

46,1 kcal/grmol. \ \ t'cal/hr. 3 kgjm alsnog 883 0,15 van DCIE ). 46,1 = + HOCI Om de evenwichtsconcentratie Cl f

~w

= +

~L·

( PCH

zetten wordt nog aan warmte opgenomen.

~w

= -

~L·

Cl

f• 16,3

= -

55 tcal/hr.

In totaal wordt dus in deel

B

l

~

_tcal/hr

geproduceerd. Warmteopname in deel

A

van de reactor.

Reactie:

HCIO + HCI - 16,3 kcaljgrmol.

Gevormd wordt in dit deel van de reactor het equivalent van 0,79 kg 3

C1

2 per m • Het warmteeffect is dus:

. \

~w

= -

~L·

'C1

2 •

16,3 =

I

288 jtcal/hr.

- ,;;? .

Deze warmteeffecten hebben geen noemenswaardige invloed op de tempe-ratuur van de vloeistof.

(Grootst

~

afw

Wki~~

I~

~îeiner

dan 0, 50 C . )

~

~- .

Er kan dus volstaan worden met een koeler op te nemen in de terug-vloeile iding.

dit water is deze capaciteit

r'(

\

vermogen van 210 rcal/hr hebben. adiabatisch

wëTkt~

Dit is uiter-Omloopkoeler.

De maximumcapaciteit van de omloopkoeler wordt gevonden uit het suppl eti ewater.

N.B. Er is aangenomen dat de reactor minimumwarmteopnemingsvermogen van het Bij een maximumtemperatuur

va~

24oC.van

]33Ö) t c a l / h r .

~

,

~~loopkoeler

moet dus een koelend

'I.

aard het geval wanneer in de zomer de omgevingstemperatuur eens op 350C komt •

.j Bij een constructie van de reactor uit met rubber beklede zuurvaste steen zal de warmte-afgifte aan de omgeving zelfs onder extreme om-standigheden niet hoger zijn dan ongeveer 15 tcal/hr, hetgeen in de berekeningen verwaarloosd mag worden.

Omdat in de winter de

suppletiewatertem~reatuur

onder de lOoC kan ko-men, is in de toevoerleiding hiervan een voorwarmer opgenomen.

-.-- -

?-t.

~

ril

I

tI

!/;I (

- - - ----_.- - -

-De materiaalbalans is berekend op basis van het gegeven dat PCH verzeept wordt met 10%-ige kalkmelk zodat de overmaat van de laatste 10

%

is. Het rendement van de verzeping is 92

%'

(litt.ll)

IN UIT

PCR-oplossing per uur Overloopstroom per uur 30 m3 55 m3 PCH 1800 kg CaC1 2 en andere calciumzouten RCI 720 kg DCP 217 kg Af g a s DCIE 18 kg PO 1017 kg DCP 217 kg Kalkmelk H20G 20,5 kg. 20,5 m3 H 20 19440 kg CaO 2160 kg Stoom 5,05 ton

i.

_E!!.er..gieh.alaQ.s_V!tr~ep"e!:..

Voor de berekening van de benodigde stoomhoeveelheid waarvoor deze ener-giebalans is opgezet is ten aanzien van de enthalpie aangenomen, dat deze

o

voor vloeibaar water bij 107 C nulis, en voor P6 in dampvorm nul is, en voor DCP in dampvorm nul is (steeds bij 1070) .

De enthalpie van de overloopstroom is dus nul. (aanname).

o De ingaande kalkmelkstroom treedt in met een temperatuur van 90 C. Om deze stroom op 1070 te brengen is nodig 348 tcal/hr.

De PCR-oplossing heeft een temperatuur van 350C. Om deze op 1070 te bren-gen is nodig 2160 tcal/hr.

In de verzeper moet bovendien ge lev e r d worden:

de reactiewarmte 6,0 kcal/gmol PO dus 1l.4 tcal/hr de verdamping swarmte van PO, 5,25 kcal/gmol 100 tcal/hr de verdampingswarmte van DCP , 3, 88 kcal/gmol 8 tcal/hr In totaal is er dus een warmtetekort van 2730 tcal/hr.

Wa nn e e r stoom van 5 ata en 2360C (H = 593 kcal/kg) wordt toegep'ast met een overmaat van 10

%

in verband met warmteverliezen e.d. komt dat overeen met 5,06 ton stoom per uur.

N.B. Er gaat ook waterdamp met het afgas mee. Ee n gedeelte van de overmaat stoom is hiervoor bestemd.

Het warmte overschot wordt voor het gr oot s t e deel in de topcondensor afgevoerd. De energiebalans strekt zich daar niet over uit.

In:

Voeding:

pe

DCP H 20 Totaal per uur 2034 kg 434 kg 41 kg 2509 kg

Uit: per uur

Destillaat: PO 2004 kg DCP 40 kg R 20 3 kg Ketelproduct PO 30 kg DCP 395 kg H 20 38 kg 2511 kg

6.

Energiebalans Destillatiekolom

I.

Q = nD(R+l) r = 35,06. 1,5. 5,26 = - 277.000 kcal/hr. condensor Q b " l _{=(RnD +} qD- _{+ nK) r = 11,4. 5,25= + 71.900 kcal/hr.} re Ol. er 1"

Enthalpie van de voeding =

7. Materiaalbalans Destillatiekolom 11. + 21ö.000 kcal/hr. Totaal 10.900 kcalihr(3,5%) Totaal

In:

Voeding: PO H 20 per uur 3$,6 kg 36,6 kg 66,6 kg

Uit: per uur

Destillaat: PO 30,1 kg

H

20 0,1 kg Ketelproduct:

H

2

0 36,5 kg PO 0,1 kg Totaal 66,8 kg 8. Energiebalans Destillatiekolom 11. Qcondensor= Qreboiler

Enthalpie van de voeding

+ 6740 kcal/hr 6800 kcal/hr 0 kcal/hr

- - -

-ONTWERPBEREKENINGEN,

"

.,

,Î

"

"

J

Er zijn twee reactoren gebruikt, omdat êên reactor zou leiden tot een

30 meter hoog toestel; dit zou tot een te kostbare constructie leiden,

In het vervolg wordt steeds over éên reactor gesproken.

De reactor:

Deze bestaat uit twee gedeelten, in het eerste deel ("reactor A") vormt

zich hypochloorzuur, in het tweede deel ("reactor

Bil)

reageert propeen

met hypochloorzuur.

o

het vrij-chloorgehalte van de vloeistof, die in

B stroom~

op de

ver-eiste lage waarde te houden wordt een groot deel van de vloeistof

gerecirculeerd.

D

e circulatie hoeft niet met een pomp bewerkstelligd te worden. In de

gekozen uitvoering berust ze op het verschil in dichtheid van de

vloei-stof in de circulatieleiding en het gasvloeivloei-stofmengsel in deel

B

van

de reactor.

Berekening van de circulatiestroom.

De berekening berust op het noodzakelijke chloortransport van

A

naar

B.

Per uur moet 1510 kg C1

₂

van

A

naar B gevoerd worden.

Het chloor is in de vloeistof aanwezig als HCIO, CIO- en opgelost C1

2

voortaan Cl

f

genoemd.

We gaan uit van de volgende gegevens en aannames:

HCIO

-... 3 3

Cl

_f

=

0,15 kg/m

- 0,00211 kmol/m

Eerste aanname:

Omdat

de

K

van HCIO zo klein is verwaarlozen

z

we

(clo-

1

Tweede aanname:

Daardoor mo

gen

(

H+] ,

(

Cl -]

en

(HCIO

]

gelijkgesteld

-Er geldt dus:

(

HCI O)

(

H+]

[

Cl -]

Cl

_f

..

-0,00211

..

-4

6,43. 10

Daaruit volgt:

[acro

]

=

0,01108

3

kmoljm •

Omdat samen met HCIO ook HCl ontstaat, wordt er

dus behalve Cl f

3

0,01108 x 71 .. 0,79 kg chloor per m

getransporteerd.

De noodzakelijke stroom, die hieruit volgt is

dus:

3

m jhr.

1605

..

1510

0,15

+

0,79

Dat betek nt dus

30 m

3/hr

suppletie en 1575 m

3/hr

_circulatie.

P

_{c i r c}

=

Afmetingen van deel B van de reactor.

Het volume van B is 30 m

3

volgens de in litt. 13 gegeven

reactiesnelheid, die onder de hier geldende omstandigheden

3

75 kg propeenchloorhydrine per uur per m

reactieruimte is.

De reactiecondities zijn echter niet identiek.

E

r wordt bij een

hogere temperatuur gewerkt en

d

e propeenchloorhydrieneconcentratie

in de uitgaande vloeistofstroom is hoger.

Genomen is voor deze reactor een volume van 35

m

3

voor deel B.

Dit is in de zelfde orde als voor de chloorhydrinetorens

genoemd

in litt. 16 voor aetheenchloorhydrine.

Voor een cylindrische re

actor

wordt de hoogte van deel B zoals in

de figuur aangegeven:

14,00 m

De diameter is dan

1,75 m.

Het volume van deel

A

is 11 m

3

(ongeveer 1/3 van B,litt.ll)

Volgens de verhoudingen in litt.1

3

zijn de afmetingen dan

hoogte:

_{6,00 m ( van C12-toevoerpunt}

tot hoogte C3Hij-toevoerpunt

diameter:l,35 m.

Tussen A en B heeft de verbindingsleiding dezelfde

diameter als

deel A.

D

e lengte van de as hiervan bedraagt nog eens een

1,75 m.

Berekening van de

warmte~ffectenvan

de chloorhydrinering, de

daarop-volgende verzeping tot epoxyde, en de vorming van HClO uit chloor en

water.

Van de reacties:

•

CR - CH -

_{3 ,, /}

C

H

₂

o

(1 )

en

_HClO

₊

_HCl

worden in de litteratuur geen

warmte~ffecten

gegeven. Bij gebrek

hieraan zijn ze bereken

d

uit de

bindingsenergi~en

van de verschillende

moleculen.

Dit wordt verantwoord geacht omdat ten eerste alle betrokken

verbindin-gen alifatisch zijn en geen resonantie vertonen, ten tweede deze

berekeningswijze met enige aanverwante reacties waarden oplevert, die

overeenstemmen met experimentele waarden.

Bindingsenergie~n

(kcal/mol)

(li

tt.

18)

I

C

-

C

58,6 0 = 0

96,0

C

=

C

100,0

0 - H 110,2

,

;

V

I'I

0 C(.t....I" .)

'V

~

."

~lJ/v"

C

-

H

87,3 0

-

Cl

49 I C 0 110,2

H

Cl

102,7 '), ...--.-.:-~

C

-

Cl

66,5

Cl- Cl

57,8

In de energiebalans voor de reacties moeten de

binding8energie~n

negatief worden ingevoer

d.

(zie fi

guur)

+

E

1

_o

- - - - -- _.

De wamte-vergelijkingen z

ijn

dan :

=

CH -

C

H - CH

2

3 I I

OR

Cl

+

a

kcal

- 682,4

- 159,2

- 887,7

+ 46,1

kcal

De chloorhydrinereactie is dus exotherm, het

warmte~ffeet

bedraagt

+ 46,1

kcal/grmol

+

-

102,7

CH3-

~H

.:.

9H2

OH

Cl

- 887,7

..

..

CH - CH - CH 3 , , / 2

o

- 781,0

+

HCl

+

a kcal

- 6,0 kcal

De verzeping is dus zwak endotherm met een

warmte~ffeet

van - 6,0 kcal

- 159,2

- 10

2,'7

- 57,8

+

..

..

HOCI +

HCl

+

a kcal

- 16,3 kcal

Ook deze reactie is endotherm, het

warmte~ffect

bedraagt - l6,a kcal/gmol

Volgt hier nog een vergelijkin

g

van een berekende met een experimentele

waarde.

- 682,4

+

1-

0₂

- 4

8

..

- 781,0

+

a kcal

Experimenteel wordt hier gevonden

+

50,8 kcal/grmol.

.-

.---HOCI

•

HCl

+

l

02

+

a kcal

-

159,2

₌

-

102,7

-

4

8 , 0

-

8,5 kcal

De proefondervindelijke waarde is hier

- 9,a kcal.

Kortom:

r - - - -- - -- - - ,

CaR

_ti +

HCIO

-

PCR

+

4

6 , 1 kcal

PCH

-

PO

+

HCl

-

6

, 0 kcal

- - - ---~ -~ - -~~ ~

Omloopkoeler.

Doel: Afvoeren overtollige r eacti ewarmte.

Capaciteit: 250.000 kcal/hr. 21 m2

Oppervlak:

.

Gegevens: Warme stroom Koude stroom.

Materiaal: Karbate •

U

= 1000 kcal/ m20C hr ,

Fluldum: PCR-oplossing Rivierwater

3 50 m3/hr Debiet 1600 m /hr Temperatuur in 35°C 200e uit 350e 250C 3 3 Dichtheid 1000 kg/m 1000 kg/m 2 3 Viscositei t 0,0007 N/m

Q,0009

N/m Berekend drukverlies 3100 N/m2 63 N/m2

Snelheid 2,37 m/sec 0,34 m/sec

5 ' l

Inlaatdruk max 1,6.10 N/mu

Gecorrigeerd tempeatuursverschil 12 oe. Constructiegegevens:

De af te koelen stroom wordt door de shell gevoerd, dit omdat anders een te hoge leidingsnelhe i d resulteert.

Diameter shell : 0,60 m Aantal gangen 1 Aa n t a l pijpen 50 Lengte pijpen 3,5 m D 0,050 m u D. 0,038 m J. Steek 0,075 m 2 Opp. pijpen 0,12 m/m

Maat stompen 0,35 m (warme stroom)

0,10 m (koude stroom)

Het drukverschil door de shell is berekend met de Fanningvergelijking waarbij gebruik is gemaakt van de hydraulische straal.

Berekening van het beschikbare drukverschil voor de circulatiestroom in de chloorhydrinereactor.

Dit drukverschil ontstaat door het soortelijk gewichtsverschil van de vloeistof in het bovenste deel van de reactor en in de omloopleiding.

In onderstaande tabel zijn de dichtheden bij verschillende circulatie-stromen berekend,- door middeling van de dichtheid onder in het propeen-propaandeel van de reactor met inachtneming van de druk ter plaatse ten gevolge van de v1oeistofkolom,en in de top van de kolom. Door vermenigvuldiging van deze dichtheid met de versnelling van de zwaartekracht, en de werkzame hoogte hier 13,75 m wordt dan de statische druk op 13,75 m onder de top berekend in de reactor en de omloopleiding, het verschil daartussen is tenslotte het beschikbare drukverschil.

Hierbij is aangenomen dat weliswaar de vloeistof in de reactor lang-zamer omhoog stroomt dan het gas, maar dat dit gecompenseerd wordt

door de wrijvingskracht die de opstijgende dampbellen op de vloeistof uitoefenen. Aangenomen is tenslotte dat het rendement van dit

gas-liftsysteem 75

%

is. (litt.19)

circulatie stroom

3/

1500 m hr 1600 1700 1800 2000 2500 volume topgas 916 m3 916 916 916 9116 916

f

boven 622 636 650 664 686 732 gasvol. beneden 783 m

3

774 764 758 742 721

f

beneden 658 676 690 704 728 778

p

gem. 640 656 670 684 707 755 0,863 0,885 0,904 0,923 0,954 1,018 1,349 1,349 1,349 1,349 1,349 1,349 p 0,486 0,&64 0,334 0,380 0,296 0,248

Vervolgens is voor verschillende leidingsnelheden en debieten het

druk-verschil per m berekend. (met de Fanningverge1ijking 4f = 0,025

In de eerste tabel zijn bij gegeven leidingsnelheden voor verschillende

debieten de leidingdiameters weergegeven. In de volgende tabel zijn dan

Debiet mÖ/hr snelheld 1500 1600 1700 1800 2000 2500 1 m/sec 0,73 6,752 0,775 0,797 0,839 0,935 Diameters 0,613 0,632 0,651 0,685 0,766 meters 1,5 0,595 2 0,515 0,532 0,548 0,564 0,604 0,665 3 0,418 0,434 0,447 0,460 0,485 0,542 4 0,364 0,376 0,387 0,398 0,418 0,470 5 0,326 0,336 0,347 0,357 0,376 0,420 1 m/sec 28,7 16,7 16,2 15,7 14,7 13,7 Drukverlies 1,5 28,4 46,0 44,5 43,3 41,0 36,7 N/m 2 2 96,8 94,2 91,1 88,7 82,6 75,2 3 268 260252 252 245 232 208 4 550 531 516 502 477 425 5 958 931 900 875 832 744

Bij keuze van een diameter van 0,317 m voor de omloopleiding bedraagt

bij een debiet van 1700 m3/hr, dus een leidingsnelheid van 5 m/sec het

drukverschil bij een rendement van 75

%

van het gasliftsysteem

33400 N/m2•

Het drukverlies is dan ongeveer 18000 N/m2 in de omloopleiding en nog

eens ruim 3000 N/m2 in de omloopkoeler, totaal dus 21000 N/m2•

De keuze van de diameter van 0,347 m is dus verantwoordt. Er is nog ruimte over voor het drukverlies dat de gegelafsluiter in de

omloop-2

leiding meebrengt n.l. tenminste 5000 N/m in dit geval bij geheel

. /

In litt.16 zijn de af me t i ngpn van een scr ub b e r met ue z e l f d e capaciteit gegeven. Ook de pakkin g n.l. 2 inch Ra s ch ig ring en is daar vermeld.

Re s t nog de bep al i n g van de loogs troom.

Deze stroom van 3% natron loog is ber ek end vogens in litt.20 vermelde

"flooding point"-condi tie s mpt dien verstan d e dat als vl o e i s t of s t r oom is genomen die waar d e, welke behoort bij e e n "flooding point" waarbij de

ga s s n e l h e i d 100/60 is van de in ons geva l gewen s t e snelheid.

Of de scrubber is zo berek en d dat de ga s s ne l h eid 60

%

van de "flooding~

snelheid is.

De berekening is uitgevoerd in het ft,lb,sec-stelsel.

Symbolen:

G_g Gassn e l h e id bij "f l ood i ng point" lb/hr/sq ft lege kolom

2

g Versnellin g van de zwaartekracht ft/ s ec

a Specif iek opp. van de pakking sq ft/cu ft kolom

v

F Por o s i t e it cu ft / c u ft kolom

P

g Di chtheid van het gas Ibs/cu ft

f

~

Dichtheid van de vl oei s t of Ibs/cu ft

?

Viscositeit centipoise

G

l Vloeisto f snelhei d bij "flooding" lbs/hr/sqft lege kolom Gegevens: Opp. ko l om 19,7 s'j ft Gasstroom/hr 318 0 kg of 7010 Ibs

f

_g 0,108 3 18 32 m of 64800 cu ft

P

1 = 54, 3 . G 7010 • 100 590 g _{19,7 60} a v 67 (litt.) p3

is ge lijk aan di e van wat e r gen ome n dus 1,0 cp. In litt.20 vinden we een gr af i s che betrekking tussen:

en

De eerste term wordt in ons gev a l: 0,008.

De bijbehorende waarde voor de tweede term is dan 2,9. Door gelijksteeling vindt men da n : G

l = 41 .8 00 lbs/hr/sq ft.₃ Voor de hele kolom: 37.5 ton per uur. Of ruim 35 M jhr.

Het afgas van de verzeper be v a t door het toegepaste warmteoverschot een grote hoeveelheid waterdamp. De voeding van de eerste destillatiekolom zal echter zo min mogelijk waterdamp moeten bevatten. Daartoe is op de verzeper een condensor ge p l a a t s t , die zoveel mogelijk waterdamp uit het afgas v e rwijde r-d ,

Bij gebrek aan evenwichtsgegevens is de laagst toelaatbare temperatuur waar nog geen PO of

D

ep

condenseerd berekend waarbij de evenwichten ideaal

zijn verondersteld.

Gesteld is dan: PH

°

+ Pp o + PDCP

=

760 mm, waarbij door de vaste

verhou-o

ding tussen de PO -:.~n:D CP- h ó ev e e l h e i d geldt dat PpO

=

9,15 poep.

De laagste temperatuur is da n 32°C, zodat voor de condensor 350 is genomen. Wanneer we aannemen dat de af gekoelde damp verzadigd is aan waterdamp, dan vinden we voor de samenstelling die tevens de voeding van de

destillatiekolom is: PH 0 2 PPO PDCP 42 mm = 65 7 mm

71 mmo ( totaal 20 , 6 kmol/hr)

De moeilijkheid dat propeenoxyde in het condenswater oplost, moet

onder-r vangen worden door de constructie zo uit te voeren dat het condenswater o

/ een temperatuur van bijna 100 C heef~ wanner het terugvalt in de verzeper. Onder deze voorwaarde is bovenstaand e berekening geoorloofd omdat het tot de stationnaire toestand moet leiden door de nu vastgestelde warmtebalans •

Stellen we dat de warmtehoeveelheid welke met het af gas meegaat overeen-komt met de warmteinhoud van de waterdamp die overblijft in het afgas, dan gaat er mee 1,13 kmol H

20, dat is 20,5 kg.

Bij een enthalpie van van

H

t

=

0 komt dat neer op 10.400 kcal/hr. wa er

l 0 70C

Er moet dus afgevoerd worden 340 . 0 0 0 kcal/hr.

Immers de overmaat is 505 kg stoom met een warmteinhoud van 350.000 kcal per uur. Topcondensor Gegevens Debiet ' /h r Temperatuur in uit Capaciteit: Oppervlak: Materiaal: Wa r me stroom PO 1017 kg DCP 21 7 kg H 20 505 kg 1070C 35

<t:

34 0 . 0 0 0 kc al/hr. 2 18,2 m • Staal Koude stroom Ri v i e rw a t e r 34 m3

Constructiege~ven s:

_

Diamet

er

shell:

A

ant a l ga

nge n

A

antal

pijpen

L

engt e pijpen

D

i

Opn

.

pijpen

I~aat

stompen

:

D

ampi nlaat

Dampuitlaat

Koelwa

t er

0

,600

m

4

172

1,

C) 0

m

0

,

0 2t:;

m

0,

0

78 S

m

2

/ m

1,000

m

0

,2

00

m

O

, O

C)O

m

- - - -~-

--4.Destillatiekolom I.

De berekening van het vereist aantal theoretische schotels is gedaan aan de hand van de binaire evenwichten BO-H

20 en PO-DCP volgens de

methode van Sorel en grafische constructie met het x,y-diagram.

Omdat DCP enH

20 ontmenging vertonen tussen 0,5 en 99,5 mol%, de

x,y-diagrammen van DCP-PO en H

20-PO elkaar weinig ontlopen, en het

DCP-gehalte weinig verschilt van het H

20 -ge h a l t e in de voeding is het

geöorloofd de kolom te berekenen met behulp van één van de binaire stelsels.

Omdat de relatieve vluchti gheid van PO ten opzichte van DCP het

kleinst is, is de schotelbepaling aan de hand van het x,y-diagram

van PO-DCP gedaan.

Bij gebrek aan litteratuurgegevens is dit x,y-diagram berekend als

is het een ideaal systeem en wel via de formule:

y = x , waarbij aangenomen is dat de temperatuur van het

\

l + (oc:-l)x

kookpunt van het binaire mengsel lineair met de vloeistofsamenstelling

veranderd. - Bij iedere x is die ~ aangenomen die met de op voornoemde

wijze gevonden temperatuur overeenkomt.

De voeding is (per uur) 35,06 kmol PO

3, 84 kmol DCP

,

totaal 41 , 1 6 kmol

2,26 kmol H

20

en is een verzadigde damp dus q

=

O.

Wanneer PO + DCP

=

100

'/0

,

is de voeding:

_~

₌

38,90 kmol

=

90,1

99,0 is:

waaruit volgt: Het ketelproduct zij:

%

%

35,40 kmol. _ . f. ~

.

~tt~r xK

lfJ%

E

__

~

waaruit volgt n K

=

3, 5 0 . ~I

Grafisch blijkt dan dat

R

_m

.

= 0,27 en

R

= 0,50 blijkt de kleins~~kolom

1n "'----.~/ _

De destillaateis die gesteld wordt

op te leveren.

Het aantal vereiste theoretische schotels is dan 7, waarbij de derde schotel de voedingsschotel i s . ( zie figuur in de bijlage)

Indien eenzelfde berekening voor H

20-PO wordt uitgevoerd zijn er

6 theoretische schotels nodig en is de tweede schotel de

voedingsscho-tel.

Kortom: Voeding: Destillaat Ketelproduct

IIp

=

41,16 n_D

=

35,06 _~ 6,10 ~

=

85,2 % PO x_D

=

98,5 _% PO x K

=

8,75

%

PO 5,5

_%

H 20 0,5

%

H20 34,2

%

H20 9,3

_%

DCP 1,0

_%

DCP 57,3

_%

DCP

I

-

I

.

I

I

I

.

I

.

I

-

- - - - --

-Het schotelrendement

zal

\'1aa

~zijn

gezien de kolommen van 40-50 schotels die in gebruik zijn voor de analoge destillatie bij de bereiding van etheenoxyde.

,

J

\ 277.000 kcal/hr. r = 71900 kcal/hr. Refluxverhouding: 0,50. Qcondensor= n D ( R + 1 ) r =

Q

- (

Rn

_D

+ q~ +

n

_K

)

rebo i Ier - 1"

voor dè vrije

kolom-\

12,00 m\hoog en is de

\L1:1

~!l

( '

,,' '

,

'

,I

Gekoaen is daarom een kolom met 46 practische schotels

De voeding wordt op de 18-de schotel ingevoerd. (Bij de

kolommen op de U-de litt.16)

Bij een gemiddelde dampsnelheid van 0,60 m/sec

ruimte wordt het schotelgedeelte ven ~e kolom

diameter 1,00 m. (bubble caps) etheenoxyde-Oppervlak: 5. Topcondensor kolom

1.

Capaciteit: 277.000 kcal/hr.

Doel: condenseren van het destillaat van kolom

1.

Materiaal: Staal

U

= 600 kcal/hroCm2•

2

50,5 m •

Gegevens: Warme stroom Koude stroom

Fluïdum PO-damp Debiet m3/hr 1360 0 Temperatuur C in 350 uit 350 Diameter shell 0,60 m Aantal gangen 6 Aantal pijpen 216 D, 0,025 m 1 Lengte pijpen 3 m rivierwater 27,5 Gecorrigeerd temperatuursverschil 9,10 2

Oppervlak van de pijpen 0,0785 m /m.

6. Reboiler kolom 1.

Capaciteit: 71.900 kcal/hr

Doel: Verdampen van de ketelvloeistof

Materiaal: Staal U = 1000 kcal/hroCm2

2

Oppervlak: 1,44 m

Gecorrigeerd temperatuursverschil: 500

Gegevens Warme stroom koude stroom

Fluîdum Stoom H = 650 kcal/kg Ketelvloeistof

0,20 m 1 29 0,50 m 0,025 m 2 0,12 m

Im

uit reboiler 350 m3/hr uit Gonstructiegegevens: Diameter shell Aantal gangen Aantal buizen Lengte buizen D. 1 Oppervlak pijpen Hoeveelheid damp o Temperatuur C in

Snelheid van de damp in de pijpem

ö

, 7

~~h r

2 Doortocht (pijpen) 0,0145 m 7. Scheider.

,

3 INhoud 0,4 m Hoogte (= diameter) 0,60 m. Le ngt e 1,50 m.

Scheiding berust op het verschil in dichtheid van de beide fase.

Vloeistofmengsel in: 395 kg DCP 37,6 kg H 20 30,0 kg PO Uitgaande stromen: lJCP-fase 395 kg DCP) 1 kg H 20) 36 ,6 kg 1120 ) 30,0 kg PO )

Re d e l ijk zuiver DCP naar opslag.

Voeding van destillatiekolom 11.

8. Destillatiekolom 11.

Voeding: 36,6 kg H

20 2, 0 3 kmol

~

= 2,55 kmol/hr.

30,0 kg PO 0,5 2 kmol x

_F

= 20,4

%

'

voeding wordt kokend ingevoerd, t = 870C q = 1

.

Destillaat: x D = 0,99 _kcal/gmoI. Totaal 30,1 kg. r 5,25 n_D = 0,52 Ketelpreiduet: x K 0,01 2,03 kmol Totaal 36,6 kg. n K =

Het aantal vereiste theoretische schotels is dan volgens dezelfde

methode als bij kolom I 8.

lJe voeding vindt plaats op de vierde schotel.

Q n (R + 1 ) r - 6750 kcal/hr.

condensoe= D

9. Condensor Kolom 11. Capaciteit: Oppervlak: 6800 kcal/hr. 2 0,92 m Materiaal: Gegevens Flu!dum Staal

u

=

600 kcal/hrm20C Wa r me stroom PO-damp Koude stroom Koelwater. Debiet /hr t

°c

Tempera uur in uit 0,78 kmol 1,360 m3 Gecorrigeerd temperatuursverschil: Constructiegegevens: o 12,33 . Diameter shell

Lengte pijpen

Aantal gangen Aantal pijpen D. 1 10. Reboiler Ko l om 11. 0,200 m 1,00 m 9 27 o,Q12 m 1),150 m. Capaci~ei~: 6800 kcal/hr. Oppervlak: 0,136 m2

Materiaal: Staal

U

= 1000 kcal/hr m2 °C.

Gecorrigeerd temperatuursverschil: 500

constructiegegevens:

De reboiler is hier eenstoomspiraal onder in kolom 11.

Di .. = 0,012 m,

PIJP

Hoogte . 1

=

0,230

splraa

Diameter van de windingen

De inwendige diameter van de reboiler is Q,200 m.

11. Berekening van de diameter van kolom 11 .

Gegevens:

3

Dampbelasting: 75 kg of 33 m per uur.

Vloeistofbelasting 44,7 kg/hr.

Via dezelfde betrekking als gegeven bij de berekening van de loogstroom

I

.

I

•

I

12. Kalkmelkbereiding.

Er moet 16% kalkmelk bereid worden. Per uur wordt toegevoerd

39.000 kg H

20 en 4320 kg CaO ( 77,2 kmol)

De eindtemperatuur moet 90°C zijn. (zie warmtebalans verzeper).

Aan warmte moet wOEden toegevoerd:

t . c

=

39.000 . 70 . 1,0

=

P 2730.000 kcal/hr

~CaO·

t. c = 4320 • 70 • 0,21 4

P 65 . 0 0 0 kcal/hr

Totaal dus 2.800.000 kcal/hr.

Een deel hiervan kan door de blussingswarmte van CaO geleverd worden.

Deze bedraagt 15,5 kcal/gmol (litt.21)

In totaal is de vrijkomende warmte dan 1.200.000 kcal/hr.

Het inkomende water moet du s opgewarmd worden tot 61°C. Dit nu kam

geschieden met afvalwater van de twee verzepers 110 m3 per uur van 1070 •

t

13. Voorwarmer To e v o e rw a t e r voor kalkmelkbereiding.

Capaciteit: 1.600.000 kcal/hr

2

Oppervlak: 36, 2 m

Materiaal:RVSStaal U

=

800 kcal/hr m2 °C.

Gegevens: FluIdum Debiet Temperatuur in: uit Dichtheid Warme stroom Verzeperafvalwater 110 m3/ h r 107°C 920

e

;1;1050 Koude stroom Kalkmelksuppletiewater 41 m3/ h r 20°C 61

oe

3 1000 kg/m 0, Uj m

4

l

S6

~,D O m 0,038 m. 2 0,12 m /m 0,053 m

0,

11:\

rn

0,

10 rn

Gecorrigeerd temperatuursversc hil:

Constructiegegevens Diameter shel!

Aantal gangen

Aantal pijpen Lengte pijpen

D

.

~

.

.

PIJP Oppervlak pijp steek Maat stompen:

Warm

e

str

oom

Ko

ude s

t room

:

.

. \ ) .

- - - -- - - -

_.-14

.

Koeler bo

demnro duct

!o

lom

1

.

Hierin wordt het bodemproduct afgekoeld tot 87°C.

Capaciteit

:

6500 kcal/hr

Materiaal:

Staal

U -

500 k

c al/hr

m2oC.

Qonstructiegegevens

:

Type

:

Concentrische buiskoeler.

Lengte P1Jp:

2 m

Di(bin

nen buis)

0,02

5

m

.

2

Oppervlak:

0,18

6

m .

Koude stroom

1

70°

C.

'1/

arme stroom

0,500

m

3/ hr

100°C

87°C

D

eb i et

Temperatuur

in:

uit:

Aantal gangen:

Gecorrigeerd tempera

tuursverschil:

Co •

15. Voorwarmer

R

e a cto r .

Doel:

Bij in bedrij

f

stel

len

van de chloo

rhydrinereactor

moet

deze eerst

g

evul d worden met water van 35°C. Hiertoe is deze

voorwarmer

0

p

g

es t el

d

.

Capaciteit: 690.000

k

c al/h r (Vo

ldo

e

nd e

o

m 3

0 m3 wa

t er p

e r u

ur

o

p t

e wa

rmen

v

an

12

tot 35°

)

K

oud e s

troom

W

at e r

30 m3

12

°C

35

°

c

1000 k

g/m

3

u

=

2u

uU

kca

l/h r

Warme s

tr oom

S

t oom

(1

50° C)

1000 kg

150°C

in:

uit:

2,78

mr!

Staal

Oppervla

k:

Mate

riaal

:

Geg

evens

Fluïdu

m

Debi

et

i

h r

T

empe r at uu r

Dichthei

d

3

, 0

m

0,025 m

0,0785 m

2

/m

0,450 m

3

120

g

ang

e

n

p

ij pen

n

ijoe n

Gecor

r i g e erd t

e

mpe r atuur s v

e

rs chi ,

Constructieg~~gs:

D

i ame t e r shell

D.

lpijp

Oppe

rvlak

pi

.

i p

Aantal

Aantal

Lengte

VI.

G

RONDSTOFF

EN.

l·_P.r°12e~n...:.

P

rope

en

word

t

ver~reg en

va

n

d

e

r

a

f f i n

a

d

e

ri

j.

I

n de b

e r ekening

is u

itgegaan van e

e n

40

-

6

0

%

-propeen -nroua anmengs el .

Dit i

s

ee

n

me~ gsel

dat on ie

de re

raf

fin a deri j

voor handen is.

Het is

namenl

ijk

de k

r

a

akf r

actie

d

i e o

ve

r bl

i jft

n

a dem

et ha nis e r i ng

en d

e-ae t haan-ae t

he

ni s e r

i

n

g

va

n

he

t b

ij

gask~ak i n g ve~kregen

pro

d

uct.

Het is n

i et

noodzakeli~ k

dat

he

t

pr

opeeng

e

hal t e

40

%

is. Het

p

rope e ngehalt

e

m

oe t

tus

s

en d

e

30

en

2

0

%

l

i g

gen.

Een lagere co

ncentrati e is

niet

e

c onom is c h. Bij e

en

hog

er g

e

ha l t e

on

ts taat

meer en

m

e e r

d

ic h l oo rpr op a a n en moet recycling van het

r

ea c t i ega s toe

gep ast

word

en.

,g._Chl.Qo.r:_

Aan het

chloor~worden

gee

n bi

j zondere

ei

se n g

es+

e l d . Electrolytisch

chloor is niet perse

nood

zak e l ij k . Wel

licht k

a n i

n

de toe

komst

Deacon-chlo

o r

ge

brui kt word

e n •

.2._K,gl~:

De gebrande

0

kal

k

die voor

d

e

k

a l

k

me l k ge

b

rui

kt

wordt mag slechts

weini

g m

agn e s i a bevat

t en.

In verband met corrosie verdient het aanbevelin

g

om CaO te

gebruiken dat weinig grint

b

ev at .

/

-" \

Natronlo

og

zoals in de handel verkrij

gbaar

in SO

%

~oplossing.

'

~

"

VIII. LITTERATUUR.

•

1. v' Chemical Engineering 65 . 1. 90 . (1958)

2.

~

/

Industrial Engineering Chemistry

Ql.

25 1 • (1959)

3. U.S. Pa t e n t 2.628.9 65 4. U.S. Pa t e n t 2. 60 0 .444 5. U.S. Patent 2. 53 0 .509 Br. Patent 643. 687 6. Duits Patent 1.082.247 7. U.S. Patent 2. 780 .634 U.S. Pa t e n t 2.780.63 5 8. U.S. Pat e n t 2. 784 .202 9. Bri Pa t e nt 10. Frans Patent 982.9 69 982.969 11. 'I/ I n du s t r i e Ch i miq u e BeIge

JJl. •

113-119 . (1954) , fC.\0 l." ~, -12. International Cr i t i c a l Tables 7 . 233 13. Fr a n s Patent 983.910 •

14. Journalof the Po1ymer Sc i e c e 43 . 45 3 -45 8 (1960)

15. Landolt-Bornstein. Phy s i k a l is ch Chemische Ta b e l l e n (1956) 16. F. 1.A . T . Re p o r t 874.

17. Fieser & Fieser. Organi c Ch emi s t r y . (1956) 18. Ki r k and Othmer. De r d e supplement (1960 ) 19. Unit Operations. G.G. Brown c. s . (1960 )

20. Introductoin to Chemical Engi n e e r i ng . Badger and Banchero. (1955)

I _

VII. BIJLAGE.

G

egev en

word

en

enk

ele f

y s i s ch e

eigcnschap ~ en

van

nropeen-oxyde en 1,2-dichloorpropaan.

Bovendien zi

jn

opgenomen enkele grafieken met de schote

l-b

e na l in g volgens McCabe-Thiele uit de x,y-diag a

mmen

van

PO - H

20

en PO - BCP. Deze diagrammen zi

jn

berekend via de

relatieve vluchtigheid, welke op zijn beurt weer berekend

is met aanneming dat zowel vloeistof a1s

m

gas zich ideaal

gedragen.

PO

DCP

smpt

kpt

dichtheid

34,

1)°

0,859

96,4°

1,16

Dampspanning als functie van de temperatuur

PO

DCP

P

mm Eg

_tOC

_tOe

10

-49,0

-6,1

40

-28,4

19,4

1

00

-12,0

39,4

400

17,8

76,0

760

34,5

96,8

_ _.1_ _

I

.

I

i

I

.

I I !

t

•

I :

I

~-

- -; --.-

r---- , n--- 1 0 0

r'---

---[---+---1----

-r-- _.

L-

-; ie:! ---; -

l--i·--F+--~.h

. --

---;

_, -.--_{I :}--~,I

" -

_'

---T~~

i

--~

(mol%-)

80

I

60

y

--

40

t

---R= » >

-I-

1

I 1

--- --~ .-- - -- - - . .- ---~ - - - - _.- -~ I

!-

,-'

î-:

n

I

-

-:--- r f -- -- --~ '+--.--- --t

i--.;-

-i~-I

_'J

_{" "'"}

. - - - i_I .. --_- ~ :-_-t .• . . ..

.

-- ---./

---I • -I i ' j -..---;-- --:- -+--'- +--+--'1 I

-~---

H+

1;)

:.._.- ---;- ~ ~....

_____

~_

! .••...

.

::'c

C:

, . u- . - - .- -~-~r---I--c-+--t-j - ---.- - - ---+----+-~_i

40

---.+---"---r----t-- -+--'----j

40

.

~~0~

:

so

; -....---~--- _.-_,__---"- -_+___;__i

-.- '--- -- - --.-- ---

'~! '~!

-- ---

x- ••

---:---F

20

60

K

80

0

60

80

y-(-mol%

)

-i -~-~ ~---:-- - -_.. -t ·

!-.

r--f---+---+---t---+--+- - ---- - -A4210x297mm ~_. -·:~-

-:--r-i

'

,

~t-.-+j-f--+-l -2 --- -

-:-- -

-r---c-

--

I_ _ I. i :_{I-~l--: I} 11_{.,,- - - .}

f--

--~----c.

'i-:--

i

----~--,

':

;"~

10

- '._.

-

o(.

-

PO

-

- DCP

j---.i--

_{: ' i ' ,}

+ ; -~ I ,

9

'-: '-: I '

i ï , --- ~ -- :-- ~r

.

r---I

!

- r -

8- - -I , : . -~ - - -_ . ---+ -- ---,-' --- -- - .. -- I i I I .

i

I

f

-t-

-

--

--

--.-i-"':''' -J---f-. ,_..

-I

i

!

:

L

6

--

-

----~-

-..

I~~ -~.+-[--~+

..

'

~

--l~I)_~"':-1 ~_ _...i---.:-~~~~~

1

=-~.-l___+-4--~-+ - ·

I '

F~~18h mr

3

j

'~

~

~

.

~?

f ' :. . : : I I r--;--+-:'-t--~- --~,,--

-

' .'

.

,

-! : 1 ! i · · :

i

~

' .. _. __

:-- I -- -- - -+-~-_t__=__--.-.----.---. )

I

I \ I

\