Bereiding van chloor uit zoutzuur

Rijswijk, October 1963

c.

W.J • Hooykaas .

Karel Doormanlaan 42 Rijswijk.

Inhoud. 1. Inleiding. 2. Proceskeuze. 3. Schema~ts. 4.a.SHELL-Chloor/proces. b.Kosten en Baten.

5.

Materiaalbalans. 6. Warmtebalans. pagina. 2. 4.

7·

11. 12.

13.

15. 7. Hoofdapparatuur. 16.

7-1.Afscheiding waterdamp en zoutzuur. 17. 7-2.Verwijdering inert gas. 19.

8.

Nevenapparatuur. 22.

• Inleiding.

Gezien de ontwikkeling in de chemische industrie zal het chloor verbruik toenemen. Voor de vervaar-diging van insecticiden en kunststoffen is chloor onontbeerli~. De kostpr~s van deze twee groepen van producten wordt direct bepaald door de pr~s van chloor. De totale productie van chloor in de Verenigde Staten van Amerika in,1962 was 7.078.798 short ton.(1).

Nog steeds is de elektrolyse van natriumchloride de grootste chloorbron. Daar zeer veel electrisch vermogen nodig is, is deze w~ze van produceren. duur. We produceren echter gel~kt~dig natronloog; hierdoor is het proces toch economisch verantwoord. De kostpr~s van chloor door elektrolyse met

kwik-cellen in de Verenigde Staten van Amerika (2) is:

$

83,64 kosten voor het koelen,

drogen en vloeibaar maken van chloor nog

extra ,6,20

Totaal per ton chloor

$

139,84 Per ton chloor kr~gen we 1,12 ton NaOH.

We zien hieruit dat zolang de afzet van natronloog gelijk blijft aan die van chloor~ dit een goede ma-nier van produceren is. De tendens is er dat het chloor verbruik veel sterker toeneemt dan dat van loog. De elektrolysekosten gaan dus steeds meer op het chloor drukken. De afzet van loog zouden we kun-nen verhogen door de fa~ricage van soda; doch de loogpr~s is nog te hoog. De kostpr~s van chloor, bereid met behulp van kwikcellen, zal dus toenemen.

Er is een grote vraag naar chloor, en er bestaat een overproductie aan zoutzuur. Grote hoeveelheden zoutzuur vinden we als b~product van de koolwater-stofchlorering, zoals:

perchloorethyleen, tetrachloorkoolstof, fluorverbindingen door verdunning van

chloor door fluor, vinylchloride via dechloorethaan, glycerine uit propaan via

allylchlo-2

ride.

In 1960 is 3,.000 ton zoutzuur door de Koninkl~ke u~ ~UluiMvi. Shell vernietigd. Dit brengt dus extra kosten met

3

Men zoekt dan ook naar een proces om chloor uit zout-zuur te bereiden.

De volgende processen kent men hier voor:

a. Elektrolyse van HOl.

b. Direkte oxydatie van HOl met anorganische oxydatiemiddelen. c. Tweetraps-processen met metaaloxyden via

metaal chloriden.

d. Katalytische gasfase oxydatie van HOl met lucht.

Proceskeuze.

f

"

4

We kunnen voor de bereiding van chloor uit zoutzuur de volgende processen in de literatuur vinden.(3,4.):

A. Elektrolyse van HCI.

B. Elektrolyse van metallische chloride oplos-singen. C. Oxydatie van Hel met N02.

D. Katalytische oxydatie van Hel met zuurstof.

ad. A. Elektrolyse van HCI.

Met de bereiding van chloor door elektrolyse van Hel is begonnen door de l.G. Farbenindustrie. Zij ontwikkel-de een "Bitterfield" elektrolysecel. Na ontwikkel-de wereldoor-log is het gehele proces door Italië overgenomen en verder ontwikkeld.

Hier ontwikkelde men de De Nora-elektrolysecel. Deze cel is ingericht als een filterpers; men heeft verti-kale elektroden en diafragma's. De anode en kathode zijn van grafiet .Het frame bestaat uit een zuurbestendig synthetisch materiaal, Haveg; en de diafragma's zijn van PVC. De ruimte tussen anode en kathode is opgevuld met grafietkorrels.

Een voordeel van deze wijze van produceren is dat het zoutzuur 10~ organische stoffen mag bevatten.

Behalve chloor produceren we gelijktijdig waterstof. Zowel chloor als waterstof zijn zuiver.

Voor een schema, zie fig. 1.

De kostprijs is $ 35,50/ton Cl 2 ,gebaseerd op een dag-

1

1~1:~ productie van 24 short ton per'dag. Bfjproduct is

240.000 cu. ft/ dag H2 • 0 ~ L

'-s

9 cf 11 (J •

- - -

~

I

~-<t

'

~~, f'

2.:

t

I

ad. B. Elektrolyse van metallische chloride oplos-singen. Dit is een indirecte elektrolyse methode voor de be-reiding van chloor.

B-a. Westvaco proces.(5).

Bij dit proces wordt een koperchloride oplossing aan elektrolyse onderworpen. Er ontstaat hierbij chloor en het gereduceerde metaalchloride.Men stelt dat dit

pro-ces 3010 goedkoper kan werken dan bij een normale

elek-trolyse.

Het proces is nog niet commercieel; het is wel al op pilot plant schaal gebruikt.

B-b. Schroeder proces.

Het Schroeder proces maakt gebruik van een nikkelchlo-ride oplossing.

.,

ad. C. Oxydatie van HCl met N0 2.

Dit proces van de I.F.P. werkt in de vloeistoffase bij lage temperatuur en atmosferische druk. Het oxydatie-middel is HN03 en H2S04.

Schema, fig.2. Voordelen:

1. geen warmte nodig voor oxydatie. 2. hoge reaqtie snelheid.

3. C12 en N02 gemakkelijk te scheiden.

5

4. de oxydatie middelen worden gezuiverd, opge-werkt en weer gebruikt.

De kostprijs is

$

27,-/ton chloor.

ad. D. Katalytische oxydatie van HCl met zuurstof. Deze katalytische processen zijn onder te verdelen in:

1. Deacon-proces.

2. Zuurstof over een metaalchloride. 3. Oxydatie van HCl met 803.

D-1. Bij het oorspronkelijke Deacon-proces oxydeerde men, HCl met behulp van lucht, in de gasfase over een warme koperkatalysator. Het chloor wordt geabsorbeerd in CC14. Minder verlies hebben we wanneer men een ho-ger kokende hexachlorobutadieen neemt. (Hooker Chem. Corp. ) •

De nadelen waren:" lage chloor concentratie en slechte activiteit van de katalysato~.

Een modificatie was het Airco-vastbed proces en het fluid-bed Deacon proces.

Bij het fluid-bed proces hebben we geen hot spots ~

d~door kan een ged~el te van de rE3acti~,?-rmte

afge-voerd worden. Er moet alleen een vrij hoge temperatuur zijn ["4500_{c). Het Airco proces maakt juist een goed}

gebruik van de hot spots en kan een lage gemiddelde temperatuur handhaven. (2000C).

In de belangstelling staat tegenwoordig het 8HELL-chloorproces. Het is een gemodificeerd Deacon proces. De katalysator is verbeterd zodat een grotere selec-tiviteit bij een lagere temperatuur (3600C) kan worden bereikt.

D-2. Zuurstof over een metaalchloride.

Het zijn twee traps processen volgens het volgende schema

Fe203 + 6HCl = 2FeC13 + 3H20. 250-3000C. 2FeC13 + 3/202

=

Fe203 + 3C12 475-5000C .

?

6

We hebben hier minimaal twee bedden nodig, welke

steeds wisselen.

In principe werkt het proces als volgt: de

oorspronke-l~ke massa wordt met voorverwarmde HOl in het

chlo-ride omgezet. Stikstof wordt overgeleid om het res-tant HOl te verw~deren; hierna zuurstof om 012 te kr~­

gen. Er is dus geen HOl in het product.

Er z~n twee processen welke volgens dit principe wer-ken.

Het Dow Ohemical Oompany proces, welke met een bewe-gend bed reactor werkt.(fig.3.)

Het proces ontwikkeld door de I.G.Farben-industrie in Oppau. Deze werkt met een vloeibare katalysator.

D-3. Oxydatie van HOl met S03·

Het 'proces verloopt volgens de reactie: S02 + 2HOl = H2 S04 + 012 + S02· Deze bestaat uit twee onderdelen:

HOl + SO? = HS0301 70-1000_0.

en 2HS0301 = 802012 + H2S04 16000, Hg012,druk. De grote moeil~kheid is de scheiding van S02 en 01 2'

S02012'= S02 + 012 actieve kool.

Ohloor kunnen we nu absorberen in tetra, hierin is S02 slecht oplosbaar.

Oonclusie:

Het SHELL-chloor proces is economisch het meest ver-antwoord. ~ -_._--. -. --- __

Technisch is het_eenvoudiger dan de andere gel~kwaar­

dige processen, vooral daar de materiaal keuze geen

moeil~kheden meer opleverde

De plaatsing van het bedr~f is het gunstigst in de

nab~heid van petrochemische industrie, zoals in de

Botlek het geval is. We hebben dan een gemakkel~ke

aanvoer van HOI en afvoer naar een verwerkende indus-trie.

Tabel I. Oapaci tei t: 14000

~~I

a chloor.

~ trrllJ1'f/~

\~ ,<.u..rt... JX.II,wJ,.)Á 11.

el'?

~

grondstoffen directe kosten bijproducten vaste kosten totale productie-kosten prijs af fabriek bruto winst investering rentabiliteit

Shel1 Deacon de Nora IFP

flit 01 2

-:~:

- 47 64

r~)

46 -/- 47 60 4, 69

-I - -

94 124 130 11,

/

--/- -106 fl x 200 200 200 106 76 70 3.3 4.9 4.6 3,% 12/0 11/0 200

_8,

4.,

16,0 ~ - ~ - ? ~ ~r~Lr,'Vn~

.

I

7

~ H2 (c;12 ~oelwatj/r

J

~

abs.kolom scrubbers voorraad tank r

--

....

..

_{1 8{oHOl naar abs ...}

opslag

8 " ,. _drogen ,

9

2 zui verinlp .... _'012

.---l

N~2

) oxyde

k0

3

reactor re1 11 02

rNO,

verd.HN07)

--,. ~ ..

--L -

Cl

ion zuur extractie scheiding _{H2 0 }.}

r

vel d .. H2:~ _°4 verdamper .... " . ~

I

fig.2.

~t

1----.

afkoelings zone chlorerings zone 400°0 oxyd.zone .500°0 warme lucht 0> ucht /,-J~~-stoo J.~"---,,.-... _ _ • 02 2atm. fig.3.

I_D

~

9 '\f afg s

l

Ol

-

-c

1 ..

-~:_-~~-~~-~~~~

]

.---. .---..---. ___

"~J

J

--- --

---A·

d-~-~~-~ ~

Jt:J---+-," m _r -'20 t----, 1100 :~t::~~€=-,:-::=·-dowtherm _0,

,

( -. ..AFGAS • •

~._t.j

I_~~ r l ' ;;/ I .~ CHLOOR , , ,

l ___ . ___

-! P ~

, "Lr=! .

_{' - ~ ... '"" stoom} ~--_.

I I • I

'.

SHELL-chloor proces.

I

Het 8EELL-proces berust op het katalytisch oxyderen van gasvormig zoutzuur met luchtzuurstof bij 3bOoC in een fluid-bed reactor.

4HCI + 02

=

2C12 + 2H20.

11

Als katalysator wordt gebruikt CuC1 2 , met één of meer chloriden van de zeldzame aarden en één of meer chlo-riden van de alkalimetalen, op _{8i02 als drager.}

Door de lag~ reactie temperatuur vervluchtigt het CuCl2 niet, Ihierdoor daalt de katalysator activiteit weinig. Dit is niet het geval met de katalysatoren voor het oo~spronkelijke Deacon-proces.

De reactie is zwak exotherm. Voedingsgassen behoeven niet voorverwarmd te worden. De verhouding van de voedingsgasSen is: HOI/lucht

=

0,84.

t-De omzettigg is 75d

/o. \

e reactie gas wor ~ gekoeld, van zoutzuur ontdaan, en gedroogd met zwavelzuur. We werk€llhet

gas

verder op

door het chloor te absorberen in tetra. Door destilla-tie scheideb we het chloor weer van de tetra. Chloor voeren we vioeibaar af; de tetra gaat terug in het proces.

Opmerkingen.

a. Gebruiken we technisch zuurstof in plaats van lucht dan krijgen ~e maar een kleine verhoging van de conver-sie. Wel hebben we een hoger chloor gehalte in ons re-actie gas, ~at het opwerken goedkoper maakt; maar de reactor moet meer gekoeld worden. We gebruiken alleen

technisch zuurstof wanneer deze goedkoop aanwezig is., b. Als bijproduct van de HCl verwijdering maken we 30~

zoutzuur.

I

c. Het afgas bij de absorptie kolom kunnen we door na~

tronloog leiden. We verwijderen zo al het chloor, in verband metl de lucht verontreiniging; en maken als bij-product bleekloog.

12 Kosten en Baten.

De fabriek is opgezet voor een verbruik van 29.200 ton zoutzuur per jaar. De Shell heeft 35.000 ton zoutzuur per jaar over, en kan hiervoor dus een gedeeltelijke af-nemer vinden.

Als bijproducten krijgen we 30~ zoutzuur wat als tech-nisch zoutzuur verkocht wordt. Indien gewenst kr~gen

we ook bleekloog.

We baseren onze berekening op

per jaar. 8000 productieve uren Grondstoffen: HOI tetra 480 H20

.f-

~4tà~'

7n-en-.---=-=-=-, Fl. .

It.

Fl.----Fl.500,-

It

3

Fl.240.000. Fl. 0,20jm Fl. 2.400. Totaal Fl.242.400. Producten: 01₂ vloeibaar,13.840 ton 30~

HOI

24.345 ton

lc-,t.t«- •

I

el

I.H"'" Fl.2Q'

,-It.

Fl.2.768.000.)

~l

1(,Ot

1~

. Fl. L1-5,-/t Fl.1.095.500. JY.V'l{ ~

~""""

Totaal Fl.3.863.500. Opmerkingen. . ~

a. We mogen zeker niet aannemen dat we het zoutzuur / voor niets kr~gen, ondanks dat er een zo grote over-productie is dat het vernietigd moet worden. Het is onmogelijk voor zoutzuur een prijs aantegeven.

b. Door een speciaal tarief voor grootverbruikers zal de prijs voor water ook wel lager kunnen worden.

13 Materiaalbalans. kg/u. stofstroom 1 2 3 4 ₅ 6 temp. 0C. 20 20 360 40 40 40/25 druk.ata. 1 1 1 ,5 1 1 1/5 phas e G G G G G G N2 2630 2630 2630 2630 2630 02 798 200 200 200 200 C1 2 2660 2660 2660 2660 HOl 3650 913 182,5 H2 0 675 41 ,5 17,3 totaal 3650 3428 7078 5714 5507,3 5490 stofstroom

₇

8. 9 10 1 1 -: Ij' temp.oC. _{32/80 13 -1.5 40 40} druk. ata. _{5/2,5 5 2,5} 1 1 phase L G L L L N2 2630 02 200 01 2 2527 133 2527 HOl _{2835 913} H2 0 5544 2130,1 tetra 16640 60 2 totaal 19167 3023 2529 8379 3043,1

14 stofstroom 12 13 14 15 16 temp.oO. 40 40 40 40 20 phase L L L L L HOl 21

04-

r ;

5

182,5 264,5 82 H20 4910 ,5 1472,4 2799,2 1302,6 1472,4 totaal 7015 1654,9 3063,7 1384,6 1472,4 stofstroom ₁₇ 18 1 9 20 te" ·mp. °0 • 2 40 330 330 phase L L G L HOl 82 H20 2775 17,3 17,3 tetra H2S04 2300 2'300 totaal 2857 2317,3 17,3 2300 stofstroom 21 22 23 temp. 00. -18 110/30 30 phase L L L tetra 16700 16638 62 totaal 16700 16638 62

Warmte balans kW.

Als basis voor de warmte-inhoud van de stofstromen is 200_{0 genomen.}

Reactie warmte vrijgekomen: A.

M.b.v. stoom toegevoerde warmte: R. reboiler.

D.m.v. inwendige energie opgenomen warmte: I en 11 compressor 111 compressor Condensatie en mengwarmte: D G I M

M.b.v. dowtherm toegevoerde warmte: J Warmte-inhoud stromen: 1. HOl 2. lucht 26.water 3.5.tetra totaal 610,3. 266,3. 100,3. 27,4. 779,2. 116,8. 12,5. 192,8. 269,.5. 0,0. 0,0. 0,0. 0, 1 • 2832,7. 15

Reactie warmte opgenomen:

A.

opwarmen yan de voedingsgassen M.b.v. koelwaterafgevoerde warmte: A. koeler (dowtherm.) O. gaskoeler D. koeler K. regenkoeler L. gaskoeler T. tetrakoeler

D.m.v. freon afgevoerde warmte: H. N. S. condensor Warmte-inhoud stromen: 21. HOl 3010. 29. water 8. tetra + chloor 11. chloor totaal 468,2. 142,2. 468,.5. 867,6. 244,7. 48,0. 97 ,0. 3,2. 124,7. 350,6. -66,7. 17 ,3. -16,5. -374,2. 2832,7.

Hoofdapparatuur. Fluidbed reactor.

---16

De oxydatie reactie van HCl tot C1 2 is een exotherme (

evenwichtsreactie. B~ lage temperatuur ligt het even-

0

)

wicht, voor de bereiding van C12 het gunstigst. De ~ ( temperatuur in het fluidbed mag echter niet te laag ---worden, daar dan de reactie snelheid te klein wordt. )

De nieuw ontwikkelde katalysator van ~l geeft een rendement van 75~ b~ 3bOoC. Vr~komende reactie-warmte 192 kcal/kg HCl.

De reactiewarmte wordt voor een groot deel gebruikt om de koude voedingsgassen op te warmen en slechts een klein gedeelte, 142,2 kW, moet afgevoerd worden. Het surplus aan warmte voeren we af met behulp van dowtherm onder druk. We plaatsen ringvormige koel-

I

lichamen in het bed, om kortsluiting tegen te gaan

en tegel~k het bed zo min mogel~k te:storen. '

Afmetingen fluidbed.

verhouding HC1-katalysator ver blijf tijd.

gassnelheid

deeltjes grootte katalysator dichtheid katalysator Hiel'inl.lit volgt: min. fluidisatiesnelheid max. fluidisatiesnelheid hoeveelheid katalysator porositeit drukval beddiameter bedhoogte vrije hoogte Koeling.

dowtherm onder druk. ingangstemperatuur uitgangstemperatuur vereist koeloppervlak

U

Hier uit volgt:

100 nl HC1/kg kat. uur. 25 sec. 0, 18 ~/ sec. 3.10- m. 2, 14.103 kg/m3. 0,04 m/sec. 0,9 m/sec. 26.400 kg. 0,65 0,3 atm. 3,6 m. 4,7 m. 2 m.

Drie ringen met een buiten diameter van 2 m. en een binnen diameter van 1,80 m.; en twee van 1 m. -@,;,80 m. De dowtherm wordt hier spiraalsgew~s doorgevoerd.

17

Constructie materiaal: monel.

!f!~~~~~.:.

De katalysator welke met de gasstroom is meegevoerd, Q

wordt hier afgevangen. Vervolgens voeren we de kata- AAAd~

lysator met behulp van een slot, terug in het fluid- 1 0

-bed. ~

Afmetingen:

gassnelheid, aan- en afvoerleiding

11

miseo.

gassnelheid, in de afvanger 0,3 m/sec.

diameter 2 m.

hoogte 3,5 m.

Construotie materiaal: monel.

Afscheiding van waterdamp en zoutzuur uit het reac-tie gas.

Het is de bedoeling om alle waterdamp en zoutzuur van het reaotie gas te soheiden, Gelijktijdig bereiden we in deze sectie 30~- ig zoutzuur. Een zeer grote

moeil~kheid is de hoeveelheid warmte welke vr~komt.

Dit is vooral de condensatie warmte van water~ te we-ten 2.400~/kg

(9),

en de oploswarmte van zout-zuur in water

17.880

Kcal. kmol (8).

De firma Karbate (U.~heeft een speciale filmab-sorber ontworpen om in een trap zoveel mogel~k zout-zuur en een gedeelte van de waterdamp te verw~deren. In een gexpakte kolom wordt de rest van het HCl ge-absorbeerd en weer een gedeelte waterdamp. De water-damp die dan nog over is, wordt geheel verwijderd. in een gepakte kolom met 98~ zwavelzuur.

!!~~~~ê2!È~~_(10,14).

De door Karbate ontwikkelde filmabsorberbestaat uit vertikale 32-2.5 mm karbate-pijpen, welke met verdund, zoutzuur bevochtigd worden. We gebrulken hiervoQr

3~tzuur. De p~pen z~n normaal in een p~penplaat

gemonteerd; de bovenkant steekt iets uit en is inge-kerfd om een goede vloeistof verdeling te krijgen. Om de absorber niet aan te grote temperatuursohomme-lingen bloot te stellen, wordt het reaotiegas, na de afvanger, eerst in een gaskoeler tot 90~C afgekoeld •. In de absorber koelt het dan verder af tot

40

0_C.

De totale hoeveelheid warmte die we met koelwater moeten afvoeren is:

867,6

kWatte

l~J\J\V~ ,

l~

' 1 8

Aan de hand van opgegeven literatuur kunnen we een o-de praktijk nie~ te voldoen. We mogen aannemen dat vrij-wel al het ~~gas geabsorbeerd is b~ een gassnel-heid van 12 m/sec. in de p~pen. ~ warmte overdrachts- . coëfficient is dan, U

=

600 w/m~C.

We berekenen voor de filmabsorber nu:

aantal pijpen 138.

gassnelheid 12 m/sec.

lengte 6,70 m.

diameter 0,70 m.

Voor de bevochtiging van de p~pen berekenen we het vo~ gende: inwendige diameter filmdikte aantal pijpen vloeistof snelheidQ hoeveelheid vloeistof 0,02.5 m. 5,1021- m. 138. 0,33

mi

seè .• 28 L/min.

In deze gepakte kolom wordt e overgebleven hoeveelhertl zoutzuurgas en een gedeelte wa er amp gea sorbeer . De totale hoeveelheid warmte welke vr~komt is

116,8

kW. Om deze af te kunnen voeren wordt de vloeistof, welke, boven in de toren versproeid wordt, gekoeld.

Normaal worden de stalen kolommen met zuurbestendige steen bekleed. Voor de leidingen kunnen we PVC gebrui-ken. De vulling is van porcelein.

Gegevens: gasbelasting

vloeistofbelastin~ 1 inch Rasching ringen kolomhoogte kolomdiameter Opmerking: 5714 2857 6,- m. kg/u. kg/u. 1 ,20 m.

Het aantal H.T.U. voor het systeem NH?-water is bekend. In onze berekening is het aantal H.T.U.' voor water ge-l~k aan die voor

NH3,

voor zoutzuur de vierde machts-wortel uit het quotient der molecuûlligewichten groter. Het aantal ~.T.U. berekenen we ~!,W de partiaal span-ningen.

Hier wordt het laatste restje waterdamp uit het reac~

tie gas verwijderd. We sproeien boven in de kolom 9810· 19

H2S04·

Er komt 12,5 kWatt aan condensatie- en mengwarmte vr~,

welke door het zwavelzuur worden opgenomen.

We kunnen een stalenkolom nemen en giet~zeren leidin-gen.

Gegevens:

1 inch Raschig ringen. gasbelasting vloeistofbelasting diameterkolom 5507,3 2300

c1j

kg/u. kg/u. m. m.

~

;:; hoogtekolom

q

i

Y~~~~E~~(

6,8, 1 3. )

~~~\

'j

D~lzuur

welke uit de absorptiekolom komt, wordt

~~-//

q hier weer tot

98~

H2S04 opgewerkt; de hiervoor beno-~ digde hoeveelheid ~armte wordt door condenserende dow-( /1

V

9 therm geleverd.

~~ ~,~'

Totale hoeveelheid warmüè nodig: 269,5 kWatte

7

~ Hoeveelheid dowtherm: 4212 kg/u.

\ tOV \ p~pmaat: 39-32 mmo f!" lengte pijpen: 0,.5 m. aantal p~pen: 114. dampruimte: 1 ,.5 m. totale hoogte: 2 m. diameter: 1 1 ,25 m.

~ui~wl

Verwijdering inert gas.

In de laatste sectie van ons proces willen we het chloor zuiveren; we moeten het inerte gas dan verw~­ deren uit het overgebleven gasmengsel. We scheiden het chloor van de inerte gassen door het te absorbe-ren in tetra.

De literatuur (3,15) geeft geen duidel~ke uitspraak over hoe het chloor het beste geabsorbeerd kan wor-den. Sommig~ absorberen in zwavelmonochloride doch het merendeel der processen zuiveren het chloor met be-hulp van tetra. Ook de w~ze waarop het absorberen in tetra moet geschieden is nog een discussiepunt.

De grote moeil~kheid is, de verliezen aan tetra en chloor zo klein mogelijk te houden en tegelijk de grote hoeveelheid inert gas af te voeren.

I.

20 Werken we onder hoge druk, minimaal 10 atm. dan zouden we chloor goed kunnen absorberen. Deze proeven z~n

ech-ter genomen in een fabriek waarb~ de oxydatie van zout-zuur met zout-zuurstof plaats vond. Hier wordt gewerkt met veel grotere hoeveelheden inertgas, en we kunnen dan ook een slechter;,' resultaat verwachten.

B~ atmosferische druk lossen eventueele verontreinigin-gen, zoals C02, te makkel~k op. We verontreinigen dan ons product.

!~~~!,g~~~~~!~~:.

In dit ontwerp is een werkdruk van 5 ata gekozen. De tetra voeren we in b~ -1eo C. en het verlaat de absorp-tie toren b~ 32o C.Op deze manier hopen we de tetraver-liezen en verontreinigingen te beperken.

Gegevens absorptiekolom:

vloeistofbelas ting

16.700

kg/u.l"

gasbelasting 5.490 kg/ud

vulling: 1t inch Berl-zadelsr

hoogte 9,15 m.

diameter 0,60 m.

Om de verliezen aan chloor te beperken, kunnen we met behulp van het afgas, bleekloog bereiden.

Hiertoe zouden we het afgas in een verdunde natronloog oplossing moeten leiden.

~~ê~!11~~~~~Q1Q~_(6,11 ,13,17.)

Het chloor-tetra mengsel scheiden we in een Bepakte ko-lom. Werkdruk is 2,5 ata, toptemperatuur -15 C en bo-dem temperatuur 1100C.

De kolom is berekend met behulp van een Mac Cabe-Thiele diagram. (zie graf. 1.)

De evenwichtsl~n berekenen we uit:

PC12 : Ptetra

=

14 : 0,26

=

54. De q-waarde van de voeding is:

0,83.

Voorwaarden top- en bodemproduct: xd

=

0,998;

xk

=

0,000.

Berekende minimale refluxverhouding: 0,23.

Voor de optimale refluxverhouding nemen we nu 2 x Rmin = 0,46. (17).

9

\

21 Kunnen we nu de eerste werkl~n berekenen, dan ligt ook de twede werkl~n vast.

Aantal theoretische schotels: 4. Schotelrendement: 2Q~

Áantal praktische schotels: 14.

Plaats voedingsschotel: t~ssen de tweede en derde, theo-retische schotel.

We vinden zo de afmetingen van de kolom: hoogte: 7 ill. lttJI.tLv0~'S"V~'

diameter: 0

6

ill.

vulling: 1t inch Raschig-ringen. reflux:

797

kg/u.

reboiling:5240 kg/u.

Chloor wordt Vloeibaar~~erd en is

99.9"

zuiver.

Constructie materiaal: aa' •

;

, cl

C'

I ~- ~

ie,

22 Nevenapparatuur.

Reboiler.

Een massastroom van 5240 kg/u. tetra moet verdampt wor-den. Hiervoor wordt 266.3 kWatt vereist. De~benodigde

warmte onttrekken we aan condenserende stoom, van 1400_0;

hiervan hebben we 448 kg/u. nodig. Afmetingen reboiler: lengte: 2 m. diameter: 0,6 m. aantal p~pen:

95.

pijpmaat: 32-25 mmo

!{l (

/.~,:

-

v~

2~g9:~gi~!::.l?

)

/

;....---In de condensor moet een massastroom (3~24 kg/u.) gas-vormig chloo~, vloeibaar gemaakt worden. We moeten hier-toe 250,6 kWatt afvoere~ls koelmiddel gebruiken we freon. V ~ - DC~ Afmetingen: lengte: diameter: aantal pijps,n: 3 1 ,30 600. m. m. mmo pijpmaat :

hoeveelheid freon: 32-25 7700 kg/u.

Freonkoelers.

---

_H medium H01/H2 0 massastroom kg/u. 2857 ingangstemp. 00. 3g

l

uitgangstemp. 200. U Wim 00. 300 warmteflux kW. 3,2 hoev.freon kg/u. 74,5 temp. freon °C.

-5

pijplengt e m. 0,60 diam. koeler m. 0,20 pijpmaat mmo 6-13 Constuctie

materiaal:(jtá;~

Het te koelen medium stroomt in verdampt buiten om de pijpen.

N S tetra 01₂ 16.700 3.324 30 \ -18 -15 \ -15 500 .500 124,7 350,6 27.000 7.700

-Z5

-20 2 ₃ 0,65 1 ,30 2.5-32 2.5-32 de pijpen en de freon

Waterkoelers.

---

_{C D K} medium _{H2 0 , C1 2} HCI,N

_g

_H2S04 massastroom kg/u. 7.078 7.07 2.300 ingangs temp. 00. _{360 90 330} uitgangstemp. 0c. ₉₀ 40 2.5 U W/m2o C. 30 600 500 warmteflux kW. 468,.5 8{57,6 244,7 hoeVe koelw. 10.400 14.900 21.060 ingangstemp. 00. 20 20 20 uitgangstemp. 00. 60 70 40 pijplengte m. ₃ 6,70 6 diameterkoeler m. 1 ,40 0,70 2,7 pijpmaat mmo 25-32 25-32 3.2-45 constructie mat. monel karbate staal

L T medium _{C1 2 ,N2} tetra massastroom kg/u. 5490 16.638 ingangstemp • 00. 60 54 . uitgangstemp. 00. 25 30 U . W/m2o C. 30 500 warmteflux kW. 48,0 97,6 lioev.koelw. 4130 4.200 ingangstemp. °C. 20 20 ui tgangstEl,pm 00. _{30 40} ptjplengte m. _{3 3} diam. koeler m. 1 ,4 0,6 pijpmaat mmo 25.32 25-32 constructie mat. staal staal

In de koelers C, L en T stroomt het water door de pijpen.

De koeler (K) is een regenkoeler; afstand tussen de

p~pen: 4 x diam. buis

=

180 mmo

24

~~E~~~:!!êê~~~~E~

(p).

De warmte welke nodig is om de voeding voor de destilla-tiekolom, op temperatuur te brengen onttrekken we aan de tetra welke uit de kolom komt.

Gegevens: warmtestroom kW.: 224,7 U W/m2o C.: ,00 lengte m.: 3 diameter m.: 0" pijpmaat mm.: 2,-32 constructie mat. staa16

Wachtvaten.

Normaal zullen we proberen de wachtvaten onder de destil-latie kolommen te plaatsen. In het schema is dit wegens plaatsgebrek niet gebeurd.

2~~EE~êê~E~g.:. I en 11 medium volumestroom m3/u drukverhoging ata type

.

toerental max. cap. omw/min. : m3jmin. : III medium volumestroom m3ju drukverhoging ata type toerental omw/min max. cap. ft3jmin aantal trappen HCl j lucht. 2222 / 2640. 1 Nash Hytor.

LS.

4,50. ,52. CI2/N2/02· 2,00. 4

Clarck multy stage; inwendig gekoeld met water. 12.000

4000 4

·

25

~~~E~~:.

IV

V

VI

medium H20/HCl

3

0 /oHCl H20/HCl

vol. stroom L/min. 28 1000 23

opvoer hoogte m. 7,5 1 2, .5 7,5

temp. °C. 40 40 40

type Begemann L.O. L.4. L.O.

max. cap. L/min. 50 1250 50

toeren omw~jmin. 3200 1300 3200

diameter m. 0,17 0,44 0,17

materiaal polyester polyester polyester

aantal pk. 0,3 5 0,3

VII

VIII

IX

medium _{H2 804} H2 804 tetra

vol. stroom L/min. 21 20 171

op voer hoogte m. 7,5 7,5 15

temp. °C. 40 40 30

type Begemann L. O. L.

o.

82

max. cap. L/min. 50 50 200

toeren omw./min. 3200 3200 2730

diameter m. 0,17 0,17 0,29

materiaal staal staal staal

~ aantal pk. 0,3 0,3 1 ,28

! X XI

medium tetra tetra

vol. stroom L/min. 0,61 168

opvoer hoogte m. 15 1.5

temp. °C. 30 ₁₁

°

type Begemann 82 82

max. cap. L/min. 200 200

toeren omw./min. 2730 2730

diameter m. 0,29 .. 0,29

materiaal staal staal

•

Literatuur.

1. Chem. Eng. News. (1963) Sept. 2. pag. 113. 2. Modern Chemical Processes. (1954) vol.3. 3. J.S. Sconoe.Chlorine (1961).

4. Chem. Wbl.

2Q

(1962) "397-404.

5. Chem. Eng. Progr. (1950) Sept.456-463. 6. A.S. Foust, Principles of Unit Operations. 7. G.G. Brown, Unit Operations.

8. J.H. Perry, Chemical Engenering Handbook. 3e druk. 9. W.'t Hart. Fysische constanten van water.

10.Chem. Eng. Progr. (1957). March 139.

26

11.W.S. Norman. Absorption, distillation and cooling towers (1961). 12.A.L. Kohl, F.C. Riesenfeld. Gas Purification.

13.0.A. Hougen, K.M. Watson. Chemical process princi-ples. (1944) vol.I. 14·.Rossini. Bur. Standards. J. Research .

....L

(1932) 679. 15. U.S.P. 2.765.873.

16.H. Kramers. Fysische transportversch~nselen.

17.J. N~man. Technisch physische scheidingsmethoden. 18.F.C.A.A. v.Berkel. Chemische Wekrtuigen.T.

19.Rossini. Selected Values of Chem. Thermodynamic