Bereiding van Teflon

I

I

Bereiding van 'i'efl.on. l,<'abrieksschema van A.Kuy1.

· ..

~ ~

1

//tJJ

~l

!

____ iiiiiiil

J

November 1948.

Vel!"se hillende waar·den Vla.

Y-_Yl m,et. de bi jbehorenàe . :., waa~den van P-Pl. .

Kv ·nwlehtslljn n

(J!rat'1e-k 1.

V~!"'zadlgde ampspanninge-n( 1n mm. )'

V'8.n een NaOH oplossing.die IQ g,. NaOH

per 100 g. water be~t~blj ve-rB~h111en­

Glf'afle _•

1 als funetle van y. y Y'i

o

c

De fabrieksmatige bereiding van Teflon.

I Inleiding.

11 Bereiding van difluor~onochloormethaan •

. : (overzicht der bereidingsmethoden en

de onderlinge vergelijKing hiervan).

1

111 Verwerking van dichloor-moaofluormethaan tot

difluor-monochloormethaan.

IV Beschrijving van het ontworpen schema ter bereiding

v

van difluor-monochloormethaan.

Berekening van de hoeveelheden materiaal, die op ver-schillende plaatsen door de apparatuur stromen.

VI Berekening van de grootte van de, in het schema

voor-komende, droogtoren.

I Inleiding.

Onder Teflon verstaat men het door Du Pont de !amours in de handel gebrachte, vaste, polymerisatieproduct van tetra-fluoraetheen. Door z'n speciale physische en mechanische eigen-sChappen is dit product zeer geschikt voor electrisch

isolatie-.

materiaal, terwijl het bovendien zeer corrosiebestendig ls.

In

dit schema, en dat van den Beer van LoonJzal een

berei-ding van dit product gegeven worden waarbij:

1) Chloroform en fluorwaterstof omgezet worden in

difluor-monochloormethaan.

-~) CHF₂Cl + 2 HOl

2) Difluor-monochloormethaan gepyrolyseerd wordt tot

tetra-'fluoraetheen.

polytetra-o

c

fluoraetheen.

In dit schema zal de bereiding van difluor-monochloor-methaan worden gegeven.

2

Als norm voor de productie werd gesteld ongeveer 100 Kg. per 24 uur.

D,

prijs van Teflon in staven e.d. bedroeg verleden jaar ongeveer

I

80,- -

I

85,-

per

Kg.

I I Bereiding van difluor-monochloormethaan.

In de" literatuur vindt men voor de bereiding van d&ze stof de volgende methoden:

1) OHOI

,

-r

l- AgF ₍₁₎

Ohloroformdamp wordt bij 2500 Q langzaam geleid over een meDgsei van AgF en CaF_{2 (1 : 4),} uitgespreid op horren in een, electrisch verwarmbare, koperen toren. De reactieproducten worden hierna flink afgekoeld, zodanig, dat ze condenseren.

Het rendement aan ORF 2Cl bedraagt dan

47%.

Bet OaF2 dient hier als verdunningsmiddel, terwijl het

AgP

het" eigenlijke fluorerende agens is.

2) OHCl, BbF'} _{• OBF20l} (2)

1650 g. CHOl" 2520 S BbF, en ?O

cm~

BbCl, (katalysator) worden in een autoclaaf gedurende ongeveer

6t

uur verwarmd tot 1000 C. De druk loopt hierbij geleideljjk op tot

± 58

atm.

Na

afkoelen wordt het gas uit de autoclaaf afgelaten in cylinders en gekoeld met vast 002• Vervolgens wordt het gas uit de cylin-ders geleid door gedestilleerd water om HCl te verwijderen en

gedroojd door gefractionneerde destillatie en door het te lei-den over natronkalk en vast BaO. Tenslotte wordt het CHr2Cl zuiver verkregen door gefractionneerde destillatie.

r

o

3

Bet reDdement van 4e omzetting wordt bi~ez. beschrijTlng niet vermeld.

3) (3) (4)

-Al8 katalysatoren .orden hierbij SbOl3 en .bOlS' tea ... n, gebruikt.

·De uitToering van deze reactie Tindt plaats in een koperen reactor, waarop een stijgbuia .eplaat8t i8, welke aan het

boyen-e~de voorzien 1. van een afsluiter. De uitvoering kan zowel discontinu als continu gesohieden. Bij de continue uitvoering worden de ch1orotorm en de fluorwaterstof regelmatig aangevoerd. De reactor wordt op ~6° O. gehouden en de druk op 4 atm., door regelmatig een gedeelte van de reactieproducten door de atalui-ter, aan de bovenkant van de stijgbuis, at te laten_

Om de meegevoerde katal7sator terug te winnen worden 4e reactiegassen eerst gewassen met ohloroform, hetwelk daarna in de reactor gebracht wordt. Daarna worden de reactiesassen ge.as-sen met water en dan met een natr~dro~de oplossing (beiden om het bij de reactie ontstane zoutzuur en de zich in de reaotie-g.ssen bevindende, o~esette, fluorwaterstof te verwijderen).

~en81otte worden de reactiega8sen gedroogd met zwfvelzunr en gecondenseerd.

Ken gebruikt ~5 gewichtsdelen BbOl, + 10 gewiohtsdelen SbCl3 op ~O gewioht,delen OHOl3 en 10 gewichtsdelen HP.

»e geeen4enseerde reaotleproduoten bestaan voor 80 - e5~ uit OBPOla en OBPa01. De rest is

OBOl3-Van deze 80 - 85~ is ongeveer l~ O!n'~l.

4) (5) (6)

Dit 1s eea fluorering in de dampphase.

150 gewiohtsdelen OHOl3 en 20 lewlchtsdel.a HP worden per uur verdampt en over 260 gewiohtsdelen van een gegrannleerde

o

o

kool katalysator geleid bij ongeveer 300°

a.,

en een druk v . 1

ata. De reactiegassen worden afgekoeld tot ongeveer 0°

a,

en dan

gewassen met water bij ongeveer 50° a. en vervolgens met een aatriumQJdroXJde-oplossing, ook bij ongeveer 500 a. (beiden om gevormd HOl en onomgezet HP te verwijderen). 'enslotte worden de reaotieS&S8en gedroosd met geooncentreerd zwavelsuur, eveneens

o .

bij 50 0., eD: gecondenseerd.

Bet condensaat bestaat uit OH013' OErSOl en CErC1S. De

op-br-sst aan aBF20l + _{OBPa12 bedraagt} 85 - 9a,C, berekend op

toege-Van deze 85- 9~ is

.t

1/, deel (ongeveer l4~) OBPS01. Verder vindt men in de literatuur (,) (8) (9) (10) bij ver-sohillende bereid1ngametboden van OPS01S de opmerldna, 4at onder geschikte omstandigheden volgens dese methoden ook wel OHPaOl te maken sal zijn.

Vergelijking der 4 genoemde methoden.

PluorereDd. agens Kat 811'.s 8tor Uitvoering / 1 niet vermeld (ws1.1 atm.) At,I moet perio-diek gerege-nereerd wor-den, duur continu 2 1000 _C. 58 atm. SbP3 moet perio-cI1ek gerege-nereerd wor-den. 3 75° 0. 4 atm. 300'! Cl 1 ata.

duurder dan bij 4, in - goedkoop, sekere mate ,vluchtig, niet vluch-in zekere mate gittig, tlg, Diet gevoelig voor vooht. g!ttig,

on-gevoelis v. gerinse ho.-veelh. voch"

...

disoontinu oontlDU en oontihu disoontinu

o

c

Re.ctle producten Rendement 1

a

gedeeltelijk gedeeltelijk vast (AIOl) vaat (SbOl_{3 )}

48 ~ onbekend ( eoht er

lang-zaam door lei-den)

5

4

alle gasvormis (gam8k

ke-l1jk at te voeren)

10

~

I

14_

(van de getluor •• r e

produoten)

Gaat men ua aan 4e hand van de.e gegevena na welke methode de

gesohiktste temperatuur, de gesobikate druk enz. heett, dan krijgt men het volgende:

1 2 Temper.tuur Druk

..

Pluorerend agens Katalysator

-Uitvoering

-Reaot1eproducten 3

-4

-Deze onderlinge ver ge-lijldng houdt niet in,

dat aan alle taotoren

een gelijke wa~de

wordt toegekend.

Aangezien het rendement van methode 2 niet gegeven wordt, en bij methode 1 niet vermeld wordt hoe langzaam het mater1aal door-ge1eid.wordt, i. een vergelijking van rendementen uit 4e laatste tabel wegselaten. Bet lijkt mij toe, dat de reDdementen bij _tb!»-de 1 en 2, wanneer men bovendien de reaotietijd mede in

bescheu-w1Dg neemt, niet aantien11jk boven 41.e van methode 4 sullen lissen!

'Vergelijkt men .en en ander met elkander, dan ls m.i. taethode 4 te pretereren.

111 verwerking van diohloor-.oDOtluormethaan tot

d1tluor-monochloormethaan.

Baast het OBFa01 ontstaat veel OBPOla' wat .en sonder meer ala zodanig zou kunnen verkopen; het wordt n.l. gebruikt ala wer-kend l10haam in koelmachine. en wordt verhandeld oDder de naca Preon a1.

r

o

ü

Echter heeft Oroco (11) een methode geoetrJieerd om OBPC12

om te zetten in aBPaal en OH01_{3 •}

2 _OBrOla ) OBP 201 + _OlIC13

Dese methode wordt als volgt besc!reveJu

In een vat, voorzien van een terugvloeikoeler, worden 90 gewichtsdelen OUP012 gebracht en vervolgens 4 gewichtsdelen droog Al013' De terugvloelkoeler wordt op -100 O.gehouden, ' . . wijl hij verbonden ls met een eondensvat, hetwelk op _500 O. gehouden wordt.

De temperatuur van de ~ van het vat wordt gedurende 2

uur op een temperatuur gebouden, dle overeenkomt met het kookpunt van zuiver OHP01_{2 blj} 1 atm. (8.7° 0.). Vervolgens wordt de iDho11d van het vat gedurende 3 uur op _100 0. ,ehouden. Voor 4e reactie beelnd1sd wordt, wordt de temperatuur eerst opgevoerd tot 280

o •

• en verkrijgt zo 30 gewichtsdelen condensaat, hetgeen uit gelijke delen OBPaOl ~n OBP01₂ bestaat.

De in het reactievat achterblijvende vloeistot bestaat voor

ongeveer 65 gewiohtsprooenten uit OHP012 en 35 gewiohtaprocenten OH013'

I)eze methode ls opgenomen ln het schema, met de bedoellng om al _{het OBF012, dat bij de reaotie tuasen OH013 en} HP ontstaat, om

te .etten in OBP₂0l en OH013• Een uitvoeriger bescbouwiDg hierover

volgt blj de beschrijving van het ontworpen sohema.

Bnige waisoM eigensohappen van HP. OHQ13' OBrOl

_a

en

OBreGL.

HP OH013 OSPC12 _OBP20l Kookpunt bij 1 atm. 19.40 O. 61.2° O. 8.70 O. - 41° O.

..

û

'1

htt

Beschrijviaa v,nVontworpen schema.

Uit voorraadtank 1, welke van buiten voorjien is van een

isolatielaag en van binnen van een koelspiraal, stroomt een zekere hoeveelheid HP per tijdseenheid (te meten met een rotameter) naar verdamper

3.

Hierin stroomt het

HP

uit een ringvormise aproeier~

op het buitenoppervlak van een hol, kegelvormig, liohaam, hetwelk van binnen door stoom, van lage druk, verwarmd wordt. Deae stoom komt van boven binnen, terwijl de onderkant verbonden is . . t een condenspot.

Bovendien heett de verdamper een stoommantel, waarin dito stoom toegelaten wordt aan de bovenkant van de verdamper, terwijl de onderkant wee~ in verbinding staat met een condenspot.

Dit alles dlent om de hoeveelheid vloeibaar

HF,

die per tijds-eenheid aangevoerd wordt, ook in dieseltde tijd geheel te verdampeD.

Uit voorraadtank 2 stroomt een bepaalde hoeveelheid _OBD13 per

tijdseenheid (.eet te meten met een rotameter) via een ringYorm1se sproeier op een overeenkomstig kegelvormig liohaam, all hiervoor beschreven, in verdamper ". Dit lichaam wordt echter van binnen verwarmd met warme reaotiesassen

«

3000 0), terwijl de verdamper zelt weer voorden is van een stoo_tel, waarin, op deaeltde wij .. als bij verdamper 3, stoom toegelaten wordt. Het gasvormige HP ea

J

OH013 treden uit de respeotievelijke verdampers, worden verde. op-gewarmd door middel van electrisohe oventjes en treden tenslotte

.

----

~--gezamenlijk in reactor 5. Deze reaotor i. oirlEelWormg uitgefter4 en bevat 2 horizontale pljpenplaten, waartussen een aantal pijpje. zijn aangebraoht. Elk pijpje is gevuld met 260 gram gegranuleerd. kool kata17sator • • en zou wel met minder pijpje. kunnen vol..taan, door pijpjes te nemen welke langer ZijD en/ot een grotere diameter '

he~.D, ware het niet, dat in het eerste geval 4e weerstand, 41.

het sa. ondervindt, groter wordt (we willen lietst werken ~ij 1 a~

en ln het tweede ,eval de w@rm*e-overdraoht ensunatis beln.loed ordt.

o

o

Onder elk pijpje is een schoteltje aangebrac~t, waarop de

katalysatormassa rust.

8

De gassen kunnen nu, zomer .. eel weerstand. te ondervinden, tussen de onderkant van elk pijpj e, en de rand van het daaronder opgestelde schoteltje, uittreden.

Door een manometer v66r en ná de reactor heeft men een

con-trole op de weerstand, die de gasstroom in de reactor ondervindt.

De pijpjes worden aan de buitenkant verwarmd door middel van

condenserende Dowtherm damp.

De gebruikte Dowtherm is de z.g. Dowtherm A, welke bestaat

uit ?3.~ diphenyloxyde en 26.~ diphenyl.

W maken hierbij gebruik van verzadigde damp van een zodanige

temperatuur, dat de pijpjes, en hun inhoud, op ongeveer 3000 (L

gehouden worden (de druk is dan ongeveer 3 1 4 ata.). De warmte,

-4ie bij condensatie van deze damp oDder deze omstandigheden

vrij-komt, bedraagt iets minder dan 60 kcallkg. De reactiegassen

(OHF₂0l, CHFC1

2, OHOI" HOl en HF) treden nu uit de reactor en

gaan dan via verdamper 4., waar ze een gedeelte van hun warmte

afgeven, aan de hierin verdampende OHOI" naar condensQr 6.

Hierin worden de gassen afgekoeld tot ongeveer 0° 0., waarbij

het grootste deel van de, in de reactiegassen aanwezige, onveran-derde OHCl

3 damp condenseert naast een gedeelte van de andere

be-standdelen uit het reactiegas. Vervolgens treedt het mengsel van

vloeistof en damp in e$n vloeistof-damp scheider

?,

waarvan hiernaast een horizontale doorsnede getekend is.

De vloeistof wordt bene-den afgevoerd, en via pomp 8 . . er t ruggevoerd

o

o

9

In de eerste hiervan wordt het gasmengsel gewassen met

wa-ter om het grootste deel van het aanwezige HOI en HP te

absor-beren. In de tweede scrubber wordt het gasmengsel gewassen met

een NaOR oplossing van ongeveer l~ om de laatste resten BOl en

HP te verwijderen. Via een vloeistof-afscheider 12, welke dient om het gasmengsel te bevrijden van meegesleurde waavloeistof,

treden de gassen in de laatste scrubber, waarin z~ gedroogd

wor-den met geconcentreerd zwavelzuur. De 3 scrubbers werken b~ een

te.peratuur van 50° 0., om het oplossen van andere bestanddelen

dan HCl, HF en

E20

in de wasvloeistoffen zo veel mogelijk te

elimenteren.

Ha

een laatste vloeistofafscheider I}, welke dient om het

gasmengsel te' bevrijden van migesleurd zwavelzuur, gepasseerd te

zijn komen de gassen in een compressor 14, waarin ze op een dr1lk

van 5 atm,_ gebracht worden. Het gasmengsel, dat nu bestaat uit

CBF2Cl, CBlCl2 en iets CHCI~, stroomt nu onder deze druk via •• n

koeler 15 in de fractiJheerkolom 16, welke voorzien ls van e.n

isolerende laag. In deze kolom vindt een fractio~*~ plaats

ond r een druk van ongeveer 5 atm., waarb~ het CHIP 2Cl

(kookpunt 5 atm. - ± _{0° C.) afgedestilleerd wordt ,terwijl CHrC12}

.

I

en CHOl} als bowemproduet afgevoerd worden naar

fraetionneer-\~v

I

_{kolom 17. Ifet CBF2CI wordt onder eigen druk afgevoerd Daar tank}

[\1\,

,18. Bij de, in deze tank heersende, druk (iets kleiner dan

5

atm)

~~

_{beeft bet CBP2Cl een bepaald kookpunt (iets}

kl~in&r

dan 00 CJ,

en~e.r:~emperatuur wordt in de tank gehandhaafd, waartoe ~ voor-zien is van een isolereDde laag aan de buitenkant en van binnen _,

. van een koelspiraal •

..

~~

hactioIlll8erkolom 17 llrijgt 2 voedingen, en wel in de ... rste

~~

aats

het bodemproduct van fractionneerkolom 16, bestaande

ui~

~ _{CBFCl2 en OHOl}, en een voeding, afkomstig uit filter 24 of 25}

o

o

10

eerste voeding kan door middel van warmte-uitwisselaar 19 op 4e gewenste temperatuur gebraoht worden; de tweede voeding. dito door warDlte·-uitwisselaar 20. De fractionnering vindt hierin plaats onder een druk _{van I atm., waarbjj het OBFC1 2}

afgedestil-leerd wordt (kookpunt I atm. : 8.70 C.), terwijl OHOI, als· b04emproduct afgevoerd wordt en door middel van pomp 8 weer terugg -voerd wordt in bet proces.

Bet

_{vloeibare CHFCl2 wordt nu onderin} het reactievat 21 gevoerd. Dit reactievat is voorzien van een koelmantel, een

doseringsinriobting voor bet regelmatig toevoegen VlD een zekere hoeveelheid AlC1₃, een roerder en een terugvloeikoeler. De

uit-stroomopening is op een zodanige hoogte aangebracht, dat de hoe-veelheid CHFOl2 t die er beneden inkomt t gemiddeld 2 uur in dit

reactievat verblijft. Door geSChikte koeling wordt de temperatuur van de inhoud op ± 8.70

a

gehouden. De afmetingen van de AlOI,

deeltjes moeten zodanig Zijn, dat ze met de vloeistof b~ het roe-ren. een goede homogene suspensie vormen. Steeds stroomt een ge-deelte van de suspensie via genoemde uitstroomopening on4erin reactievat 22. Dit reactievat is, uitgezonderd de doseringsin-richting voor AlOI₃, analoog aan reaotievat 21 uitgevoerd. De uitstroomopening is hier zo aangebracht, dat de vloeistof, dle er ome rin inkomt, er gemiddeld 3 uur in verblijft, terwijl de

o .

temperatuur van de inhoud, door gesohikte koeling, op -10 C. gehOuden wordt. Ook hieruit stroomt steeds een gedeelte. van de suspensie via de uitstroomopening onderin een derde reactievat 23, hetwelk analoog is aan reactievat 22. In reactievat 23 wONt de suspensie opgewarmd tot 25°

a

en verblijft hierin sleohts

korte tijd. Van hieruit stroomt de vloeistof + AlOI, via een, op geSChikte hoogte aangebraohte, uitstroomopening naar "n van dEt twee 'filters 24 en 25.

o

11

is ieder van deze. via een afsluiter. ver_omen met de zuiglei-ding van compressor 14. De gassen, die door de terugv1oeikoe1era ontwijken (CBr 201 en CHFC12) komen ze weer in de fraetionne r-kolom 16. Door een geschikte stand van de afsluiters in de lei-dingen tussen de terugv1oeikoe1ers en de zuigleiding van com-pressor 14 houdt men de druk in elk reactievat op 1 atm. ·

In filter 24 of 25 wordt het Al01, afgefiltreerd. Hlerb~

is de ene in gebruik, terwijl de andere wordt gereinigd.

~~~

~

De filters ztjn van binnen voorzien van een aantal varti-.J.e

'\".r

filterelementen. elk bestaame uit een raam, waarop fijn geweven

,\r~ metaaldraaddoek gespannen is (eventueel een doek van textiel er

~ overheen). Bovendien zijn deze filters voorzien van een

koelman-~)I

tel; hiermede kan men de temperatuur van de vloeistof in het

/ filter nog wat regelen. De. van AlOl, bevrijde, vloeistof, welke bestaat uit OWI; + _{OHFC12 , wordt nu gevoerd} in fraetionneer-kolom 17.

Men dient de afmetingen van de reactievaten 21, 22 en 23

Zodanig _{te kiezen, dat hierin, per tijdseenheid, evenveel OErC12}

~mgezet wordt in _{CHOI, en CHF2Cl, als er CHrCl2 uit de} react,,~ 5 komt (zie hierbeneden).

In dit schema is de omzetting van het, bij de reactie ge-vormde, CHFCl2 in CBCa, en CBF2Cl uitgewerkt op grond van de gegevens voor de discontinue uitvoering, die in de literatuur (11) gegeven wordt. M.i. is echter de mogelijkheid niet uitge-sloten, dat men de bewerking, bij geschikt gekoze·n temperatuur en reactieduur, continu_ in "n reactievat kan uitvoeren.

De benodigde meetinstrumenten en controleurs zijn slechts gedeeltelijk in dit schema aangegeven.

Bij deze bereidingsmethode moeten die delen der apparatuur, die met vrij HF of HOI in aanraltinC komen, vervaardigd zijn uit materialen, die tegenover deze stoffen corrosiebestendig zijn.

o

G

.12

Hiervoor vindt men o.a. aangegeven roestvrij staal (hoog nikk.l en chroomgebalte). De scrubbers word.n, behalve hiervan, ook •• 1 g.maakt van lood of bakeliet.

De ~pparatuur D8. de scrubbers kan van de meer gebruikelijke

materialen (gietijzer, smeedijzer, staal e.d.) vervaardigd worden.

V Berekening Van de hoeveelheden materiaal, di. op ver-schillende plaatsen door de apparatuur stromen.

a) Wanneer reactor 5 slechts 1 pijpje zou bevatten krijgt men

het volgende: OH01 3 + 2 HF 119.5 40 CHOl, + HF 119.5 20 ---..) CRF 201 + 2 HOI 86.5. 73 -~, ORF01 2 + ROl

10Jf

36.5

Per uur wordt 150 S OH01

3 en 20 g.HF door de reactor ge-voerd, dit betekent een overmaat aan

OHOI,

t.o.v. de hoeveel-heid HF.

Stel het rendement aan fluoreringsproducten, gebaseerd op toegevoegd HF, 89% en de opbrengst aan CBF2Cl 1/7 van deze a~.

Van de 20 g. HF/uur wordt 89% omgezet, d.i. 17.8 g. HF/uur.

Bieruit ontstaat:

1 40 l7_! _{20 - 76.923 g.OBP201} + _OBP012/uur.

7 Je

ä6.5

+ 7 X 103

Deze 76.92' g. bevatten 10.989 g.

o

_{HIP 201 en 65.934 g. OBFC12•}

,I

De 10.989 g.OHF201 zijn ontstaan uit: 10.989 x 119.5 _ 15.181 g.OH01,.

86.5

De 65.934 g.OBF012 zijn ontstaan uit: 65.934 x 119.5 • 76.497 g.OH01

3• 103

o

Totaal 15.181 + 76.49~ g .• 91.678 g.OH013luur

Verder ontstaat bier bi':

-10.989 X '3 + 65.934 ~36.5 a 32 6~O •

B01/~'1-86.S

103

0 · · · · O'

M-.'

En tenslotte i8 er noS 2.2 g. "DOmse.et HP/uur.

11

Be . . t men aaa, dat de 150 - 91.678 , .• 58.322 ,.OB013 voor het grootste deel aohterblijven in de vloeiatof-damp soheider 7,

dan kO.~ per uur uit de aerubber: 10.989 S.OBPa01J 65.934 g.

0JI.P012 _{+ lets OB013 (aangenomen, dat} er üeta VaJl het OBrl 01 en

het OBlP'012 achterblijft in de re.pectievelijke w.avloeiatotten). In de reactievaten 21. 22 en 23 gebieupt het volseDde:

.ll013

2 OBP012 ~ OBP201 + OB013

206 86.5 119.5

Wordt de, in de reactor. per uur gevormd.e hoeveelheid _CBlI'C12 hierin volledlS, 1n dezeltde tijd, omgezet ln OBPaOl + OH01!, dan ontwijkt door de terugvloeikoelera:

65.93& ₀₆ x 86.6s . • 27.S86 a.OHraCl'uur. _{0 . I}

'evena ontwijkt hlerui teen zeltde hoeveelJlei4 OBl'OlS ot

27.686 &luur.

In tractionneerkolam 16 treedt dus per uur: 10.989 g.~ 27.686 S'. 38.675 g.OBFgOl en

65.934 g.+ 27.686 g .• 93.620 g.OBr012 _{+ ieta OB013}

Als destlllaat levert de.e kolom 38.676 g.CBPaOl/uur (naar tuk 18) en als bo4emproduct 93.6,20 g.OHP01g/uur + ieta 011013

Bij de omzettlng ln 4e reaotievate. 21, 22 en 23 ontataat uit 65.934 I·OBPOlg, naaat 27.686 g.eErS01, ook 66.134 - 27.686

I-• 38.248 S OBOla'

Ult reaotlevat 23 gaat per uur 4 x 27.686 8 .• 110.V44

g-OBr01₂ + 08013 en wel 38.248S.CH013 en '2.496 g.OBPOla ftaar trac-tlonneerkolom 17. •

o

IJl tractionneerkolom 17· treedt dus per uv I

93.620 + 72.4:96 g .• _{166.116 g.OBP012 en iets .eer} dan 38.24:8 g.OH01_{3 •}

14:

Als desttllaat levert deze kolom 166.116 g. OBl'Ol~uUZ' en al·. bode.produot iets meer dan 38.248 g.OH01_{3 •}

/ De.e

166.~S.

OBP01₂ ko.en oaderin reactieTat 21, waar iJl- '.

~

dese hoeveelheid gemiddeld 2 uur dient te Terblijven. Tijd . . s 4it verblijt ontwijkt er OBP20len OBPOlg vla de terugvloelkoeler,

so-dat de hoeTeeiheid vloeistot ia het vat ietl m1Dde~ dan

2 X 166.116 g .•

332.~.aoet

zija. In reactievat 22 moet de ster sem1d4eld 3 uur doorbrengen, dus d~loel.totiabeu4 moet hier let.

minder dan 3

x

l66.~6

i .•

498.~

g .• ijn. De groette

van het

re-actieTat 23 ~ ook weer at van de tijd, die de .tot er ia door-brengt, ls dit b.v.

t

uur, dan i. de vloeiatot1nhoud kleiner dazu·

166

_j

116 • 41.529 g.

In reaotievat 21 wordt

~

x

l6~.116

g • 7.383

&

jbl~uur

,e-br§oht.

Aan OB013 wordt per uur teruggewoDDen 18.322 + 38.248 S·. 96.570 g. De.e hoevee1heid wordt met behulp TaB poap 8 ia het pro-oe. teruggevoerd.

De "ppletie aan vers OHC13 ult tank 2 bedraast

au.a

160 - 96.670 g .• 53 •• 30 gluur.

b) Voor ongeTeer 100 kg.teflon/a4: uur il ongeTeer 8500 ,.

.. "_sOl/Uur nodlg (sle verder het sohema van den Beer vIJl Loon). BeeDm men in reactor 5 het aantal pijpje. 220 dan wordt de produotie ggO X 38.675 g .• 8508.5 g.OlPgOl/uur.

Ui t reactor 5 treedt dan per uur s

2417.58 g.CBF20l, 14505.48 _{g.OBF01g, 12833.04} g.OH01~,

7180.80 g.HOl en 484 g.EP.

~---.--.---

---Uit 4e laatBte Bcrubber komt per uur:

2417.58 g.OBPgOl, 14505.48 g.espe12 en wat OH01~.

ID kolom 16 treedt per uurs

8508.10 g.OBrgOl, 20596.40

,.eRrOla

+ wat ohlorota.a. In kola. 17 treedt per uur:

36541.52 g.OBPOlg en '''14.56 g.01lO13 (+ nos wat OH01, uit

kolom 16).

In reactievat 21 treedt per uur:

36545.52 g.OBPOl

_a•

Vit reactievat 23 ko~ per uur:

o

8414.56 g. OH013 + 16949.12 S· OBl'el

_s•

VI Berekening van de grootte van de, ia het lohema veorkoaeD4e, ër°ogtoren.

Zoall re.ds besohreven 1s, wo~den in sorubber 11 de gaseen

ge-droogd met belmlp van geconoentreerd navelsuur bij 60°

o.

Bet voohtige gaa, dat in deze toren treedt, is het laatlt tn

aanraking geweest met een verdunde BaOH 4plollins vaa 60° O. en de

spaDD1ag van de waterdamp in de.e gal.en zal gelijk zijn aan de

O. .

maximuawaterdamplpaD.D1ng van 41e BaOH oplossing bij 50°

o.

Voor

e~n op1osling van 10 g BaOH/1OD S water vindt men 1n de literatuur ·

(14) de Tolgende waarden bij enige temperaturen

,

Temperatuur in 0 O. _{PHsO in_.}

0 4.2

20 16.0

40 50.6

60 137.0

80 326.5

Deze waarden zijn uitgezet in sratiek 1, waaruit 400r grafi ... sohe interpolatie de water4ampspanning bij 50° a,bepaald 1a op 86.6 DDIl.

o

o

16

Beemt mea nu verder aalU

a) dat alle ohlorotorm ia oondensor 6 oondenaeert;

b) dat OBPS01 en OErClS onder 4.~. om8ttndigheden ln het seheel

Diet oploasen in de w8avloeistot;

dat de absorptie iaothermlsoAverleopt}

4aw de druk V8ll het ga . . engee1 overal in 4e kolom 760 lIIIIl.

bedraast. dan krijgt men de hieronder vo1,ea4e berekenil1g voor de ~ootte van de absorptietoren.

Onder in de toren treedt pel' uur 241'7.58 g.OBPaOl, 14506.-48 g.

OBrOls en een .ekere hoeveelheid waterdamp bij e.n temperaVuur

van 50°

o.

2417,58 g.OlPaOl hebben bij 60° C.en 760 ma, aannemend.,

dat

GErsOl zioh gedraagt als een ideaal gas, een volume vans

2'17.58 x 200 )( 323 ~_3 7~A 8A A_3

86.5

-g-

~ Qm. • ~ • • ~ um.·

14605.48 g.OHPOl_S hebben onder deseltde omatandigheden een volume van:

14506.48

x

200 X 323 da3 • 3702.73 da3 •

lb!

~

2'3

.

Totaal dus 4:437.57 dm~ iaertsaalUur.

D. partieelspanning van de waterdamp bedraagt 86.6 _ . en dle vanOlPa01 + OJm'Ols teaamen s '160 - 86.6 lIa • • 6)'73.' lIIIIl.

volumei del" waterdamp:

4437.57 3

3/

6'13.4 X 86.6 dm • • 570.68 da~ uv.

Gewioht der w,terdamp: 273

570.88 )( 0.810 x

m

g .• 390.7 s/uur.

Gewioht van de inerte gassenl 16923.1 &luur.

Het gasmengeel. dat de toren binnentreedt, bevat due: 390.7 • 0.0231 g.water/g·inert.

16923.1

.

IV

3

1 dm. ver.,digde waterclamp weegt ollder dezeltde omstan4tsheden

O.SS46

8-De gegeveas voor 4e evenwichtalijn

(BaS0.

opl.- veraadig4e waterdamp) bij SO·

a,

zoals die in de literatuur (15) opgegeven wor4_ (water4ampspann1ng in mmo ala tunctie van 4e navelsuurooll~ oeatratie in gewiohtspro •• nten) zijn hieronder lSodaniS OJlllewerkt, dat 4e waterdampspaDDing gegeven wordt in grammen water per gram

inert en de hiermede samenbangende concentratie van het water in

4e swavelsuuroploa8ing in grammen water per

sr"

BalO,--In de onderstaande tabel gee!'t:

o

kolom 1 , de concentratie van het ~804 in de zwavelzuuroploa81Ds .

in gewichtaprocenten;

'0

kolom 2 t de overeenkomstige concentratie van het water in de .

awavelsmur oplossing in grammen water per

sr--

BaSO"

koloa 3 I de bijbehGreDde waterdampspanning in mm_;

kolom 4 I het bijbehorende aantal grammen waterdamp per dm~

g&8-..

meng8el van 50°

a,

berekend uit w7~5·

x

0.6846;

kolom 5 : het bijbeborende aantal grammen inert per ~~ lasmeDgael

o 0 bk-A it '160-W.8p. 81 ~

van 5 0 . , ere eUM u 760 x 3. 3wJ

kola. 6 a het uit kola. 4 en 5 berekende aantal grammen water per gram inert in het gaamena8el.

0

o

, ï. l 18 1 2 3 4 5 6 95 O.OiS6 0.0054 <0.00001 3.8136 ,(0.00001 90 0.1111 0.06'1 0.00006 3.8133 0.00001 88 0.1364 0.11 0.00010 ~.8130 0.00003 84 0.1905 0.:51 0.00028 3.8119 0.0000'7 80 0.2500 0.'15 0.00068 3.8098 0.00018 78 0.3158 1.'10 0.00153 3.8051 0.000'0 '12 0.3889 _3.' 0.00342 3.'7945 0.00090 70 0.4286 5.0 0.00450 3.7885 0.00119 65 0.5385 10.6 0.00945 3.7609 0.00261 60 0.6867 18.0 0.01621 3.7233 0.00435 55 0.8182 25.0 0.02252 3.6882 0.00611 50 1.0000 34.0 0.03063 3.6430 0.00841 = ... ..

Oonltructie van de werklijn.

steedl gelc!lts _{<1'71 +}

_{Lxs •}

_{<1'72 + Lxl} ot :

-

L

.

71 - 72 ,

G Xl - x₂

Hierin i l l G de hoeveelheid inert, die in een zekere tijd door 4e _

toren gaatJ

L de hoeveelheid

Haso"

die in dezeltde tijd door de toren stroomt;

11 en 72 de conoentraties van het water, in grammen per gram inert, resp. in het binnentredende en uit-gaande gasmengsel;

Xl en

Xe

de oonoentraties van het w.ter, reap. in de uitgaande en binnentredende zw.ve1zuurop1osling, ook

G

o

19

Bemen we nu aan, dat er 95~i8 zwavelzuur in de twen treedt, dat er 6~-lg ult de toren komt en dat het gaamengsel, dat u1t de toren treedt n08 0.0003 8- water per gram inert bevat..,! dan i8 de werklijn bepaald.

Tevens 121 L bepaald uitl 0.0231 - 0.0003 • 1 - 0.0526

•

0.0241. L • G x 0.0241 • 16923.1 x 8.0241 g_. 407.8 S.1~1g zwavelzuur or 429.3 g.95~lg swavelsuur.

Werklijn en evenwiohtalljn zijn aangegeven in grafiek 2. Daar water goed op1o8baar i8 in zwavelzuur, is de weeratan4, die het water ondervindt in de vloeiatottilm, bij overgang ult het ga . . engsel naar het zwavelzuur, gering vergeleken bij de weeratand van de ga&rilm.

Dan geldt voor een toren met vulmater1aal er lnl

Hierin. is 71 de evenwiohtaconcentratie behorende bij de oon-oentratle 7;

'0 het aotief aanraklngaoppervlak per 4m~ vulmaterlaal;

( V het totale volume, dat door de vulling lngenomen wordt ln da~J

ka'

de gaatllmcoirtlo1ent, gebaseerd op grammen water/gram inert.

-.

t

De waarde van

1

2

1 47 wordt grafisch bepaald door bij eeD

t

71 .,. - 71

.,,-.ntal waarden van 7 de bijbehorende waarden van 1 te berekenen, .,. - 71

zoala hieronder weersegeven, en deze waarden uit te zetten in .en graf1.ek.

20

Deze waarden zijn uitgezet in grafiek

3.

Het oppervlak, begrensd door de kromme, de twee

r

o

\

1

o

21

In de y richting is elk." vakje 0.0001 eenheid en in de anel -re richting 10 eenheden.

Elk vakje is dus 10 x 0.0001 • 0.001 oppervlakte-eenheid.

De waarde voor de integraal wordt dus 4.920.

!

'OV _ 4.920

r

1

~ _{~ len waarde voor kg'O wordt voor dit proces niet gegeven in}

de literatuur. Evenmin voor kgO, waarin kg de gaS:filmcoë:ffiCie~1J

is, gebaseerd op atm.

NU geldt vrij algemeen: kgO _ C y 0.8

gem.

Hierin is 0 een constante, afhankelijk van het beschouwde

proces, en V_{gem• is de gemiddelde hoeveelheid gasmengsel,} die

per ~ijdseenheid en per oppervlakte-eenheid (van de doorsnede der 1 ge toren) door de toren stroomt.

In

Chemical Engineers' Handbook van Perry p.1183

vindt

'

men

waarden ~oor C aangegeven voor verschillende processen, echter

niet voor dit proces. Voor de verdere berekening is nu voor C

--~~iJU;L9d~e~waarde 0.16, waarbij Y'gem. is ~itgedrukt in lb.

gas-mengsel/sq.ft./hr. en kgO in lb.mol.te absorberen stof/oub.ft./ .,

br./atm. Het gewicht van het gasmengsel, dat per uur door de toren stroomt is gemiddeld:

Ç16923.l +

29

0

·Z)

+ (16923.1 + (0.0003 x 16923.1}) _ 37.?45 lb.

2

x

453.6

Stelt men de doorsnede der toren op 0.05 sq.ft., dan ~or4t

~gem.s 20 X 3?745 ~ ?54.90 lb.gasmengsel/sq.ft./hr. kgO wordt dan:

0.16

x

754.90 0.8

~

32.094 lb.mol.water/cub.ft./hr./atm.

Dit komt overeen met:

32.094 x 18 x

453.6

28.32 grammen water/dm?/uur/atm.

~

0

o

2S (p - P1) • Q(.

Cr -

71)· Dan 1as rJ. kSO - kS'O

Zetten we een aantal waarden van 7 - 71 uit tese~ 4. bijbe-den van p - P1 (grafiek 4), dan siet men, d.at het

yerbaDd tussen 4ese 2 grootheden

Diet

v.el yan

een

lineair

yer-band atwijln • • eeat sen nu het rekeDkuDd1g gem1dde1de van 7 - 71

aan 4e top van de toren en van 7 - 71 aan de wet VaD de tore.,

dan vindt

"1'1

hiervoor

0.00'15 sr_en

water/grall inert en

41t komt

30·.48 t l1t... overeen met een waarde voor P - Pi van 30.-&8 - . - '180 a •• .,e- ,

rekend) • . J • P-P1 • 30.48 ~ ~--- • 5.34'14 7-71 '160 ~ 0.0075 kS'O _ ~ kgO • 5.3474 X 18

28

.::3.6 x 32.094 _ 49479 sP . . . _en

wat.r/da~/uur/(grammen

water/gr . . inert)

V _wor 4t ~· _{U.ua .} 4.920 • _{494 9} ~6923.1 _{- .}1 683 _{' - .} A_3

Aangel1en

een

toreDdooranede

vaa

0.06

.q.tt. -

0.466 4a~

seko.en 1a, hetgeen overeeDkolllt .et een inwend1ge d1_eter van

'1.'1 om, wordt 4e hooste, waarover de toren gevu1d 1a, 36.2 Ga.

Delft, Boveaber 1948.

j

o

o

.

1. 3

"

& 6

,

8 9 10 11 12 13 93 LITBRA

....

-.---.---Rutf, Bretaohnelder,

LBohainger en Mi1taoh1tzkJ : Ber. 69, 301 (1936)

-Daudt er Dauclt en Yo r l)auclt en Youke1' Da114t en Ye l' Daudt en Youker Benn'ng en Park ReDDe BeDDe 01'000 Lan4olt-Börnatein BeDDing en Ko Barneaa . I Ind.Eng.Ohem.,H, 6Z"1 (1932l : U.S.P,tent 2.006.·706 I tJ.S.Patent 2.005.'109 I U.S.P,tent 2.005.708 I U.S.Patent 2.005.710 I U.S.Patent 2.006.713 I U.S.Patent 2.40'1.129 r U.S. Patent 1.990.692 I Brit. Patent 389.619 : P~alkallaoh-Ohem1aohe Ta~e1-len ad. 2, p. 1380. I Ind.Bng.Ohem.

-

32,497

.

(1940) 14 Orit.!.bles. 111, 3'10

1&

perry en Dav1a I Ohem.Xetall.BDg.~, 188 (1934)

1 2 id.',' - ,I I. .' ,I .. t ~-' 9 10 11 J , Lt>· . 5 16 17

//"S-18 BEREIDING VAN CHf2CL

~

8 30 oct«ler 1948 A.KUYL

..