Fabricageschema voor zwavelkoolstof

~

~---,

1

_. 1 .... I ---+i

l~--",

I .~-=

~

----+j l , J J ! I -. ~ I ---1( ; I

~

J

,

._

L

_

, ~ t: -~

"

11

~

.

'

1

1 :1

r-f'l

,

i

;.

1

'

~

li---fl -Z' j - --; '~ " I J }--_ ~~r--__ ,1 _ Z-=- .-~ _~ I

r-h

',

~

L

'!

_

_

---'--

_~-___

1 -r-:1 ~ -. --jo -)

L

.

~

-~~

L

-L

:

\.-T ~ ---'-== --..'..

-

~+-

----j

-,

( "

r

L +---I.~

_

..

,I

r

.

..

F

A

B R I C

A

GES C HEM. A VOO R Z W

A

VEL K 0 0 L S TOF

Bereidingswijzen:

De bereidingswijzen van zwavelkoolstof vallen uiteen in twee

reactie-typen (1-3):

1. een vast-gasreactie, waarbij zwaveldamp inwerkt op koolstof bij

750-1000oC; beukenhoutskool geniet wegens zijn lage asgehalte en

hoge reactiviteit van oudsher de voorkeur, hoewel tegenwoordig

ook turf- en petroleumcokes gebruikt worden.

2. een gas-gasreactie, waarbij zwaveldamp met methaan reageert bij

500-7000C in aawezigheid van een katalysator.

Opmerking: ook de voorgestelde bereidingswijze uit methaan en zwavelwaterstof moet hiertoe gerekend worden; daar de

evenwichts-ligging van deze reactie evenwel temperaturen boven l1500C

nood-zakelijk maakt en zelfs dan betrekkelijk lage rendementen geeft, heeft deze methode het niet tot commerciele toepassing gebracht(4). Van de onder 1 genoemde reactie zijn verschillende uitvoeringsvormen bekend:

a. Retortproces: gietijzeren retorten van 2,5-3 m hoog en een ovale

doorsnede van 0,6~lm worden uitwendig verhit met generatorgas.

decalcineerde houtskool wordt in vuistgrote stukken discontinu

toegevoerd; de vlèeibare zwavelvoeding geschiedt continu. De

ont-wijkende gassen bevatten naast het hoofdprodukt nog wat zwavel,

zwavelwaterstof en COS. In verband met de grote corrosiviteit van

zwavel en zwavelverbindingen bij temperaturen boven 4500C worden

de retorten van een gasdichte chamottebekleding voorzien. Enerzijds

wordt de warmteoverdracht hierdoor zeer ongunstig beinvloed,

ander-zijds is een gelijkmatige verhitting van retorten van dergelijke

omvang zo moeilijk, dat na enige tijd toch barsten in de bekleding

optreden. Al met al varieert de levensduur der retorten, afhankelijk

van de uitvoering en omstandigheden, van 3 tot 14 maanden.

Produktie per retort 500-1500 kg zwavel~oolstof per dag.

b. Electrothermisch proces: elec ~ische vUamboogoven van vuurvaste

steen, oorspronkelijke uitvoering volgens E.R. Taylor (1901) met

koolst ofelectroden. Produkt ie 7 ton zwavelkoolst of per dag;

rende-ment 88% op zwavel, 70% op koolstof. Energieverbruik 1000 kWh per

ton zwavelkoolstof.

Voordeel: inwendige verwarming, betere corrosiebestendigheid.

Nadeel: kostbaar energieverbruik.

Op de Taylor-oven zijn tal van varianten gebaseerd, o.a. met water

gekoelde ringelectroden (5)(5a) en electrische weerstandselementen.

c. Verschillende moderne uitvoeringen passen fluidisatie toe van fijn

verdeelde, voorgegloeide koolstofdeeltjes, waarmee de oververhitte

zwaveldamp bij 800-9000C reageert. Conversie tot 95% op koolstof (6-10).

De onder 2 genoemde reactie is in een serie publikaties en oktrooien,

vnl. van medewerkers der Pure Oil Co. en Food Machinery

&

Chemical Corp.

nader uitgewerkt en beschreven (11-22) en werd als uitgangspunt gekozen

---

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

- -_.-

- - -

----_

.

_.-

- - -

-"--

-

_._---"'

/ c..) vi"",, A. '-

...

0 . . . _ .

.-

-- --

'"

---

.--.;..

(

31)

'- _. C-..., c.. :..

_'.

" /'1 t

,

.'

....

,

.

ri,

•

•

L

,

---

:; '1-'

•

~ K ... .,t ... \

....r:..

'"

I J 'IJ#'

""

' ...

...

...

.

' .. ~1!~ t~

...

JP,,.

~O

,

' 1 l I ,; :

.

-

"

-

...

.

.

_,

.

•

_,

..

- • &

.,-- ' ~ _, I '

••

.J • <: .1" (

•

r , J

.

.

-; -i l - ,~ 7

.0

,

,,-\ - -I ... ,.I ....

...

.

.-'

'"

.

...

-..I

..

-.,.. I ..

r

..

~ I .,. , I .~ (

.,.. 1/

i

t_

0#

,..

....

_...

_{• _-A. ~}

_...

_.."A.III)~

...

~

"

~a. .... ~

•

',-.. c;;, :('1

''t,

>'"

...

..

-,~

..

,.,.

" <

c-...e

_~'

'

_,~.~

~

_.

. ~::.

.)-,

~-

-. ... I

/J

L" _ _

~

__ ' . . .

~

I

;J

-""

UL ~~ .. _ _ _ _ ~~. L _ ._-~-... _--~_._--- '-'-~--- " . ' - ' --'-_. ,_ .. l

-..

-

_I ----....

.

-.

-

--

•

.

..

...-

--.

Û\~~--t-C\ ~

...

~

.

...c.,

1\

'"~~ .

..

...

"

._"

...

-~~-.. ', "" • " ~ _.J. (~J ~ ' " ::I " . " " •

"

-.

....

-

.

.

' ... '--j lS

_,

_. .

,

..

,.

.

-

..

----

-

.

-v

-2-CH

4 + 4s ... CS2 + 2H2S

Het thermodynamische evenwicht ligt erg gunstig en bij gebruik van een geschikterikatalysator zoals silicagel of geactiveerde alumina kunnen bij 500-700oC single pass-omzettingen van 80-95% worden be-reikt, afhankelijk van temperatuur en space velocity. Als grondstoffen worden enerzijds technisch zuivere zwavel, anderzijds methaan resp.

aardgas of kraakgas van destructieve kolenhydrogenering gebruikt. Als laatstgenoemde gassen niet meer dan 1% C

4 ' 3% C₃ en 10% C2 bevat-ten, kan met een vast katalysatorbed worden gewerkt, dat blijkens de ervaringen (15) maandenlang meegaat , zonder merkbare daling in activi-teit. Is het gehalte aan hogere koolwaterstoffen groter, dan treedt af-zetting van zwavelhoudende teerprodukten op. Men kan dan óf het teveel aan hogere koolwaterstoffen vooraf door selectieve absorptie aan het gas onttrekken (17), óf met een gefluidiseerd katalysatorbed werken (16) hetgeen continue regeneratie mogelijk maakt .

Een heet mengsel van zwaveldamp en methaan wordt in stoechiometrische verhouding in de katalysatorruimte geleid. On.det'-ca. ' 50oC is de reactie endotherm, daarboven exotherm (23). Zij verloopt zonder nevenreacties en. levert een mengsel van zwavelkoolstof en zwavelwaterstof op, waaruit de zwavelkoolstof door selectieve absorptie wordt afgescheiden. De als H

2S gebonden zwavel kan teruggewonnen worden volgens het Clausproces (24), oI verwerkt worden tot NaHS, Na

2S, ZnS of H2S04•

Het proces heeft zekere voordelen boven de onder 1 genoemde: het is een contin~ proces met een goedkope koolstofbron en werkt bij veel lagere temperatuur, waardoor ook de corrosie beperkt blijft.

Bij alle bereidingswijzen van zwavelkoolstof dient

rekening~orden

gehouden met het feit , dat dit produkt licht ontvlambaar en vergiftig is; in verband daarmee moet de installatie volkomen lekvrij zijn en

dient opslag en transport onder water plaats te vinden. De hoge statische electriciteit van de damp maakt aarding van metalen apparatuur noodza-kelijk. Veiligheidsmaatregelen worden beschreven in Mfg. Chemists' Assoe.,

Chem. Safety Data Sheet SD-12 (1947).

Reactie-omstandigheden:

Op grond van de gegevens van Folkins, Miller

&

volgende reactie-omstandigheden gekozen:

Molverhouding zwavel/methaan: stoechiometrisch Katalysator: vast bed van silicagel 8-14 mesh, Temperatuur: 6000

c

Druk: 1 atm.

Hennig (15) werden de

stortgwwicht 0,45 kg/l

Space velocity: 400 vol/vol kat .h,berekend op OoC en 760 mm Hg Conversie: 90%

Produktie:

Voor het opstellen van onderstaand fabricag~schema werd uitgegaan van een produktie van ca. 12000 ton per jaar, resp. 1,5 ton per uur.

(Invoer in Nederland over 1955-58: ruim 13000 ton per jaar)

Voor de beräaning werd in eerste instantie aagenomen, dat de grondstoffen zuiver methaan en zwavel zijn. Bij een 30nversie van 90% zijn nodig:

methaan: 22,2 kmol/h

=

355 kg/h

=

497 m /h (OoC, 1 atm.)

zwavel: 80 kat/h

= 2561 kg/h

, waarbij in aanmerking is genomen, dat de niet-omgezette zwavel wordt gerecirculeerd in tegenstelling tot het on-omgezette methaan.

! .. 1 ! . f • ~I

.

, .J. ..c. 1 1-!

.

\', ). 1 I .. ~J

..

Á I": 1 ' 1 ~ 1. ! , 1 ! . j .~' ! ..1,' .J. ;,

-3-Zwavelsmelter:

Aan een goed geisoleerde tank, die voor driekwart gevuld is met

ge-smolten zwavel van 140°C wordt via een hopper semicontinu 2561 kg

poedervormige zwavel per uur toegevoerd; daarnaast wordt 281 kg

vle~ibare zwavel van 130°C uit de zwavelcondensor gerecirculeerd. De viscositeit van vloeibare zwavel (25) bedraagt bij het smeltpunt

(119°C) 10 centipoise, daalt tot 6,7 cp bij 160 C, om dan plotseling

scherp te stiJgen tot 93000 cp bij

188-9°~;

na dit

maximu~

vindt

ge-leidelijke daling plaats tot aan het kookpunt (444,6°C). Bij 140°C

heeft de zwavel een viscositeit van 8 cp, die behoorlijk verpompen

met een doseerpomp mogelijk maakt (15).

De warmte nodig om de zwav

₃

1 te smelten en op 140°C te brengen (23,25)

wordt geleverd door 3850 m rookgassen per u~r (berekend op standaard

volume bij 20°C en 1 atm.;

~

=

0,318 kcal/m °c (33)) afkomstig uit de pebble-oven, die daarbij Efkoelen van 400°C tot 329°C.

st of _kgih enthalpie kcal/h

in: zwavel 256C 25 1 0 zwavel 130°C 281 89f16

2B1+2

8926 uit: zwavel 140°C 2842 95826 Warmtebalans : zwavel: 95826 - 8926 = 86900 kcal/h rookgassen: 3850xO,318x(400-329)=86900 krnl/h Pebble'-oven:

In verband met de uitzonderlijk hoge viscositeit, die zwavel over een groot traject tussen smeltpunt en kookpunt vertoont, en de stof moeilijk

hanteerbaar maakt, wordt voor verdere opwarming tot kookpunt en verdamping

een pebble-oven gebruikt. Deze bestaat uit drie boven elkaar gelegen

kamers. In de bovenste kamer worden mullietkorrels (3A120~.2Si02; 8mm)

verhit van 100°C tot 11000C met behulp van rookgassen, àié door een tweetal tangentiaal geplaatste methaanbranders worden geleverd. In de middelste kamer gQven zij het grootste deel van hun warmte af om de bij

140°C ingevoerde vloeibare zwavel te v~rdampen. In de onderste kamer

worden de pebbles door inblazen van lucht verder afgeKoeld van 450°C

tot 200°C, waarna mechanisch transport naar de bovenste kamer mogelijk is. Door een drukregelingsmechanisme, aangesloten op de kelen, die de kamers

verbinden, kan de gasafvoer zo geregeld worden, dat in alle kamers gelijke

druk heerst en geen vermenging der fluida optreedt (26-28). Middelste kamer:

st of kg/h enthalpie kcal/h

in 2842 95826

2842 520112

De warmte nodig om de vloeibare zwavel van 1400C op te warmen tot het

kookpunt, te verdampen en op 450°C te brengen, moet worden geleverd

door de hete mullietkorrels, die daarbij afkoelen van 1100 tot 450°C.

Bij een gemiddelde soortelijke warmte van 0,3 kcal/kgOC (33) zijn

hiervoor v~reist: 520112 - 95826

~ .i .i J . U ( 1

.

'.L .' ,

,,.

-L ~ J J t v J 1. J 1: .1 .' . .1 .: u .ij ~

..

,

. J~ \ ! '.1 , .' t. i " l ' -'.~ ':l'o. 0 O. ,0 -() .r. ' . ft

"

n' f •.. • ! , j" I:: .'. r

-

Jo 1 ;, : ( , .i .' J " 1 ;.1 .i , ~.

,

,

, ( _'. " ., ·1 , .. i 1 J v J -' v " ! J 'i .l .l .L i r ' r ' . .I J .

-4-Bovenste kamer: 285 m3

3methaan/h geeft bij

verbranding3~et

3565 m

3 _{lucht/h (25% overmaat)}

3850 m rookgassen/h (~ = 0,339 kcal/m C, alles berekend op

standaard-volume bij 20°C en 1 atg. (33)) nodig, om de bij recirculatie tot ca.

100°C afgekoelde mullietkorrels weer

0g

11000C te brengen en dalen

daar-bij in temperatuur van 15000C tot 1000 C.

Warmtebalans :

rookgaesen 3850xO,339x(1500-1000)=652500 kcal/h

mullietkorrele: 2175xO,3x(1100-100)=652500 kcal/h

Onderste kamer:

In de onderste kamer woraen de mullietkorrels met 3565m3 lucht/h

gekoeld van 450°C tot 2000Cj de lucht wordt hierbij voorverwarmd

20°C t ot 170°C.

Warmte ba lans :

mullietkorrels 2175xO,3x(450-200)=163125 kcal/h

verbrandingslucht: 3565xO" x(170-20 )=163125 kcal/h

Oververhitter, methaanverwarmer, luchtvoorwarmer:

°

De hete rookgassen, die de bovenste ovenkamer bij 1000 C verlaten

doorstromen achtereenvolgens een drietal warmtewisselaars. In de

eerste wordt de uit de middelste ovenkamer afkomstige zwaveldamp af-van

van 450°C samen met het in de tweede warmtewisselaar ~veneens op

450°C gebrachte methaan oververhit op 6eOoc. In verband met de

cor-rosiviteit van zwavel en zwavelverbindingen bij temperaturen voven

450°C, moet dit toestel in resistent CrNi-staal worden uitgevoerd (17).

In de derde warmtewisselaar wordt de uit de onderste ovenkamer

tre-°

dende lucht verder opgewarmd van 170 tot 320 C om vandaar naar de

methaanbranders te worden geleid.

De rookgassen worden via de zwavelsmelter met behulp v.n een Rootls blower aangezogen en in de schoorsteen geblazen.

Oververhitter :

Zwaveldamp bestaat uit een evenwichtsmengsel 8

8 = 86 = 82, waarbij de

onderlinge verhouding der componenten afhangt van temperatuur en

(partiaal)druk. De door Folkins en medewerkers (15) verstrekte gegevens

maken het mogelijk de aamenstelling van het in- en uitgaande gasmengsel

en de daarmee corresponderende volumina te berekenen. UH de door Stull(23)

verstrekte tabel volgt, dat de enthalpiestijging van het met 8~ aan te

duiden evenwichtsmengsel bij verhitting van 450 tot 620°C 4825 kcal/kat

bedraagt.

De rookgastemperatuur daalt hierbij van 1000 tot

615°C(~

=0,328kcal/m3 oC)

p st of in zwavel 450°C methaan 450°C uit: zwavel 620°C methaan 620°C Warmte balans : kg/h 2842 355 3197 2842 355 3197 enthalpie in kcal/h 520112 108824 628936 948572 166000 1114572 reagentia : 1114572-628936=485636 kcal/h

-0, ,-" ..!.-,-' ,.l.· i U ,) :. , 'l 1 l )~,

-

t , 1 ~ 1 1 J ••. , , ;j 1 _t .. !

..

L !( ~ J. ~ • .111-)

,

..l :--- J. .-1 ! ;, .. ; .' J

.

:J' -'-

.

' .j

"

-5-Methaanverwarmer:

Het voor de reactie benodigde methaan wordt hierin verhit van 25°C tot

450°C. De rookgastemperatuur daalt daarbij van 615°C tot 527°C.

stof kg/h enthalpie in kcal/h

in methaan 25°C 355 0

uit: methaan 450°C ₃₅₅ 108824

Warmtebalans:

rookgassen: 3850xO,321x(615-527)=108824 kcal/h

methaan : 108824 kcal/h

Lucht voorwarmer :

Bij een temperat~urdaling der rookgassen van 527°C tot 400°C

(c

=0,319 kcal/m °C(63 )) kan de verbrandingslucht verder worden

voErverwarmd van 170 C tot 320oC.

Warmtebalans:

rookgassen: 3850xO,319x(527-400)=155975 kcal/h

verbrandingslucht: 3565xO,3x(320-170)=155~75 kcal/h

Reactor:

Globale berekening, waarbij temperatuur en gemiddelde samenstelling

van het reactiegasmengsel met de daaruit voortvloeiende e , benevens

conversie en reactiewaemte in aanmerking worden genomen, Pleert, dat

bij een adiabatische reactor ~de temperatuurdaling over het

katalysator-bed ca. 34°C katalysator-bedraagt (23). Het zwaveldampevenwichtsmengsel S*, dat bij

dissociatie warmte opneemt, om deze bij associatie weer af t~ gevp.n,

werkt hierbij als een welkome temperatuurbuffer. Oververhitting der

intredende reagentia op 6200C is dUS voldoende om een gemiddelde

bed-o

temparatuur van 600 C te handhaven.

In verband met de corrosiviteit van het rèactiegasmengsel bij deze

temperatuur is de vaste bedreactor inwendiB bekleed met magnesiet.

Uit de space velocity = 400, berekend op 0 C en 1 atm), volgt voor de

aangenomen produktie een katalysatorruimte van 3,75 m • Bij een

stort-gewicht van 0,45 kg/l is nodig 1700 kg silicagel van 8-14 mesh.

Berekend op de gemiddelde reactortemperatuur is de werkelijke space

velocity =1000, waaruit een contacttijd van 3,6 sec. volgt. Bij een

gassnelheid van 1 m/sec. wordt de bedhoogte 3,6 m en de diameter 1,15 m.

stof _k~ih enthal,l2ie in kcalih

ip

methaan 620°C 355 166000 zwavel S* " 2842 948572 3197 1111+572 uit: CS 2 586°c 1520 141852 H 2S

"

1360 207006 CH 4

"

35 14969 S*

_"

282 69834 3197 1+33661

-1 .1 ' J ..!..

..

:; r ~

.

1 _" • d _'lr,) S r

.

1 -"

-

, _J\ .1 ó: ~ , .. u Jt; 1 _\ , _{, .l}

-6-Koelers:

Het reactiegasmengsel bestaande uit zwavelkoolstof, zwavelwaterstof,

methaan en zwaveldamp verlaat de reactor bij 586°c en wordt vervolgens in drie trappen gekoeld tot 25°C~

Plaatkoeler:van 586°C tot 2500C

Bij 250°C is de partiaalspanning van de onomgezette zwaveldamp in het gasmengsel nog enkele mmHg lager dan de verzadigde dampspanning van vloeibare zwavel bij deze temperatuur; er condenseert dus geen zwavel in de eerste koeler.

In verband met de corrosiviteit van zwavel en zwavelverbindingen in het eerste deel van dit temperatuurtraject is men weer aangewezen op CrNi-staal (17), waarbij uitvoering als plaatkoeler aanzienlijk

goed-koper is dan als buizenkoeler (29).

stof _k~Lh enthal;eie in kcalLh in CS 2 586°C 1520 141852 H 2S

"

1360 207006 CH 4

"

35 14969 s*

_"

282 69834 3197 Z+33bbl uit: CS₂ 250°C 1520 53820 H 2S

"

1360 77310 CH 4

"

35 4990 S*

_"

282 64003 3197 200123

Benodigde hoeveelheid koelwater: 433661 - 200123 9350 l/h 40 - 15

o

°

Zwavelcondensor: van 250 C tot 130 C

In dit traject condenseert 99,6% (281 kg/h) van de nog in het gas-mengsel aanwezige zwavel, die invloeibare toestand wordt teruggevoerd naar de zwavelsmelter.

stof _k~Lh entha lpie in kcalLh in CS 2 250°C 1520 53820 H 2S

"

1360 77310 CH 4

"

35 4990 S*

_"

282 64003 3197 200123 uit: CS 2 130°C 1520 24636 H 2S

"

1360 35166 CH 4

"

35 2149 S vlb

_"

281 36266 S damp

_"

1 102 3197 98319

Benodigde hoeveelheid koelwater: 200123 - 98319 4100 l/h 40 - 15

r - J , , -'. 1 1 1 , 1 r· 1 .... -. 1

-7-Eindkoelers: van l300C tot 25°C

Bij 25°C is de partiaalspanning van de zwavelkoolstof in het gasmengsel

nog enkele mmHg lager dan de verzadigde dampspanning van CS

2 bij deze

temperatuur, zodat geen condensatie plaatsvindt. Wel zet zich de nog

in het gas aanwezige zwavel (ca. 1 kg/h) af op het koelend oppervlak,

zodat periodiek overgeschakeld moet worden op een parallelkoeler.

Verwijdering van de zwavelafzetting geschiedt do~ verwermen met stoom

op 130-l50oC. Dampspanning van zwavel bij 25°C: p=4.l0- b mmHgrvO,08g/h(25)

Opmerking: een alternatieve methode om de ljaatste resten zwavel uit het gasmengsel te verwijderen is absorptie met een lichte gasoliefractie

bij 130oC; daarna volgt dan verdere koeling tot 25°C.

st of _k~ih entha 1pie in kca1ih

in CS 2 130 0 C 1520 24636 H 2S

"

1360 35166 CH 4

"

35 2149 S damp

_"

1 102 2916 62053 uit: CS 2 25°C 1520 0 H 2S

"

1360

e

CH 4

"

35 0 S vast

_"

1 0 2916 Ö 62053

Benodigde hoeveelheid koelwater: 40-15 2500 l/h

A bsorpt iet oren:

Door een blower wordt het gekoelde en van zwavel bevrijde gas in een

gepakte absorptietoren geblazen, waarin de zwavelkoolstof door een

ge-schikt absorbens selectief moet worden opgenomen. Door Folkins en medew.

(17) wordt een mengsel van benzeen en Stoddart solvent (?) gebruikt .

Door Reed en Osburn (30) worden tetraline, o-dichloorbenzeen en een

absorgtion oil van de Phillips Petroleum Comp. (API gravity 40,6 bij

60/60 F, gemidd. M=210) aanbevolen. Daar de door hen verstrekte

gege-vens evenwel onvoldoende zijn om een torenberekening op te baseren, werd hier, om althans tot een globale schatting te komen benzeen als

absorbens gekozen onder de volgende vereenvoudigende aannamen:

a. de dampspanning van het absorbens is verwaarloosbaar bij de gekozen

o werktemperatuur (25 C)

b. de naast het zwavelkoolstof in het gas aanwezige componenten zijn

inert t.o.v. het absorbens.

Verder werd verondersteld, dat aan het grensvlak gas/vloeistof

even-wicht heerst; dat de gasfase ideaal is en dat de druk constant is over

de gehele kolom.

Uit de door Sameshima (34) bij 25°C bepaalde partiaaldampspanningen

van het systeem ~enzeen/zwavelkoolstof resulteert de op bijliggende

grafiek weergegeven evenwichtslijn.

Voor de top van de toren werden de volgende waarden geko3en:

Y2=0,015 kg CS

2/kg inert gas~ 2/3 vol% CS2 in ontwijkend gas =21 kg CS2~

X

J j 1 L " , L # , . ; , • ' Á ~ ,J _. -1 -'. ..: 1 ()

,

' J ,)

-

'

'I. I , J.

-• I

v " -' , v < c.' .L 'ti 0 ' .. ('1;"': l.J': 1 , i 1 .-1 _"_ fj 'I. • .I. ~ '..I. t':. -1 i.. _. \ '" 1 j

J... __ __ ~ ___ _ _ ---f--- ---I -'?'I. , - : : - -~j T~ :---1--- --- -1---·-- - ----i 1 - - - -- - - ' - - . - - t - - ---~-... .t () -- 0,. <t L - . \ . - - b - - - L - - f - . - - - i - - - j - - - ----.

-

--- ----

----ckf/

-8-Het in de bodem ingevoerde gas bevat 1520 kg zwavelkoolstof op 1395 kg

inert gas

(G) per uur: Y =1

,

09

0

De

r~aklijn

uit X

₂

Y

₂

aan

~e

evenwichtslijn snijdt Yl=1

,

090in X=0

,

770.

Deze waarden gesubstitueerd in de werklijn vergelijking geeft als

minimum vloeistofbelasting L . =1960 kg benzeen/h

o

In navolging van

ml.n

enige door Treybal gegeven voorbeelden werd de werkelijke

vloeistof-belasting L=1

,

5 L.

gekozen

,

zodat L=2940 kg benzeen/h

o

.

ml.n

Uit de vergelijking van de werklijn volgt dan voor

Yl~1,090

Xl=0,515

.

Opmerking:'

X

l

=0

,

515 kg CS

2

/kg

C6H6~

0

,

529 kmol CS

2

/kmol C

6

H

6

'.

_x

cs

=0

,

345(molfractie)

2

Globale evaluatie van de summiere gegevens van Sameshima (34)

leidt tot een mengwarmte van ca

.

90 kcal/kmol voor deze

samen-stelling, overeenkomend met een temperatuurstijging van

o .

slechts 3,5 C voor de hier toegepaste hoeveelheden

.

Warmte-uitwisseling met de omgeving mede in aanmerking nemend

,

werd

dit temperatuureffect als in eerste benadering verwaarloosbaar

be schouwd

.

Het aantal transfer units kan worden voorgesteld door de integraal:

;

Y

₂

n = _

(l+oY)(l+oY

_i

)

G

Y

l

Y-Y

i

dY

Daar CS

₂

en C

₆

H

₆

in

elke. v:r~~udinR

mengbaar

dat

de

gäs

-

fiim

-·

~ ~

'

ntroleert,

dus - k L = -

00 ,

- -- ---- G

Grafische integratie geeft

dan n

G

=

17,9 T

.

U

.

Materiaal balans:

stof

k~Lh

st of

in: gas

CS

₂

1520

uit: gas CS

₂

H

2

S

1360

H

2

6

CH

₄

35

CH

₄

~.i_jn,

mag aangenomen worden

*

dus Y. =Y

•

l. k~Lh

21

1360

35

vlst C

6

H

6

2940

vlst C

6

H

6

2940

CS

2

1499

5855

5855

Bij een hoeveelheid gas van 1518 m3/h en een gassnelheid van 0,75 m/cec

.

berekend op de lege

to~en,

wordt de torendiameter: 0,84 m

Gasbelasting 5200 kg/m h

2

Vloeistofbelasting 5250 kg/m h

Volgens de ge

gevens van L

.

Fellinger (36) over de absorptie van

ammoniak in water, bedraagt de H

.

T

.

U. voor deze vloeistof- en

gasbelas-ting bij een pakk

ing van 1

,

5

11

_{Berl zadels: 2 ft=0,61 m}

Voor een ander systeem moet deze H

.

T.U. proportioneel genomen worden

t

.

o

.

v

.

(Sc)i (37)

(

)i

SCCS

7'""=:' _ _ 2~

=

0,

76

Berekening geeft:

(Sc

NH

)1

3

Voor de zwavelkoolstof absorptie wordt dus H.T.U

.

=0

,

76xo,61=0,464 m

Totale pakk

inghoogte H =17

,

9xO,464=8,3 m

0 . ( . 1

,

' -1 • 'v, ol .L . v ._

,

_. r , -

<-

-9-Fractionneerkolom:

De door de absorptietoren geleverde voeding heeft een temperatuur van

25 oe en een samenstelling x

es =0,345.

Volgens het T-x diagram van 2 earveth (38) ligt het kookpunt van deze

voeding bij 54,2oe. Aangezien de part iele dampspanning van

zwavelkool-stof als functie van x bij deze temperatuur niet bekend is, werd met

behulp van de gegevens van Schmidt (39) een x-y diagram berekend,

uit-gaande van de geldigheid van de Wet van Raoult.

Hieruit volgt voor x=0,345 y=0,615

Berekening der enthalpieën van vloeistof en damp bij kookpunt geeft q=l,ll

Uit de vergelijking der q-lijn volgt voor y=l x=0,410

Bijx~en gestelde eis v~n xD=0,985 en xK=~fOl vindt men voor q=l,ll

=---~l~ = 0,435, waaru~t R , = 1,26

R , + m~n .

-m~n x

D

Kiest men R=2Rmin= 2,5, dan wordt R+l = 0,28 , waarmee de beide werklijnen

vastliggen. Een constructie volgens Mc eabe-Thiele levert twaalf

theore-tische schotels op, dus 20 practheore-tische bij een verondersteld rendement van 60%. Voedingsschotel is de tiende schotel van boven.

Enthalpiebalans fractionneerkolom incluis reboiler:

st ofst room kca17h Stofstroóm

in: voeding 250e 0 uit: damp naar condensor46°e

reflux 46°e 11865 bodemprodukt 800e

reboiler 800e 518160

530025

V oor re b '1 o~ er eno b d' d ~g e s oom van t 130o e: 518160 5 1 9 " 1000k jh g

Enthalpiebalans condensor:

st ofstroom kcalLh 458206 Stofstroom uit: reflux topprodukt kcalLh 458206 71819 530025 kcalLh 11865 4746 16611 458206 - 16611

Voor condensor benodigd koelwater: 30 _ 15 = 30.000 ljh

Uitgaande van F = 4439 kgjh = 57,4 kmoljh

D = 1499 kgjh = 19,7 kmoljh 98,5%-ige zwavelkoolstof

R

=

2,5

q = l,11

vindt men door berekening op de gebruikelijke w~Jze:

L = RD = 49,3 kmoljh

G = L+D = 69,0 kmoljh = 1851,3 m3jh

L'= L+qF

=

113,0 kmoljh

G'= G+(q-l)F = 75,3 kmoljh

=

2020,3 m

3

jh

K = F-D =37,7 kmoljh = 2940 kgjh 99,9%-ig benzeen

De gemiddelde dichtheden van vloeistof en damp in aanmerking nemend, vindt men voor een schotelafstand van 45 cm en een vloeistofslot van

25 mm als maximaal toelaatbare dampsnelheid onder de voedingsschotel 0,91

mjsec, daarboven 1,01 mjsec. Bij de berekende dampbelastingen zou hieruit

een kolomdiameter onder de voedingsschotel van 0,89 m, daarboven van 0,81 m

volgen; bij dit geringe verschil werd de grootste diameter aangehouden.

---~~-'--~---

---,

. ! , f -' - v -'. J...'.,-1 .1 .1 __ .. ..J -

.

.1. _l

,

,

.

,

•

:+

, , _, .

-1 ..!. ,,'. 1-, ~ L. é.'. 'ol s

.

_.

,

-.

.

. L

,

_.

,

, \

,

,

. ~ .1

,

"

-10-Balans fractionneerkolom incluis condensor en reboiler:

st ofst room

kgjh

enthalpie kçaljh

in

voeding

25°e

4439

0

uit: topprodukt 46°e

1499

4746

bodemprod. 80

0

e

2940

71170

4439

75916

Koeler bodemprodukt:

Het bodemprodukt van de fractionneerkolom wordt na koelen op 25°e

teruggepompt naar de top van de absorptietoren.

stof

kgZh

entha12ie kcalLh

in

benzeen

80P

,

e

2940

71170

uit:

benzeen 25°e

2940

0

Benodigd koelwater:

71170

7117 ljh

25-15

=

Koeler tOEErodukt:

Het uit de condensor afgevoerde produkt, 98,5%-ige zwavelkoolstof

wordt na koeling op 20

0

e opgevangen in een verzameltank, van waaruit

het door verdringing met water naar de opslag wordt verplaatst.

stof

k~Lh

enthalpie kcalLh

in

zwavelkoolstof 46°e 1499

4746

uit: zwavelkoolst of 20

0

e 1499

-1130

Benodigd koelwater:

5876

_20-15

₌

_{1175 ljh}

-.-J. u .1. ., . , v _ 1 1·

-11-Litteratuur:

1.

2.

3.

4.

5.

5a.

6.

7.

8.

9.

10.

ll.

12.

13·

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

2l.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

O.

Kausch

,

Der Schwefelkohlenstoff, Berlin 1929

F. Ul1mann, Enzyklopädie der technischen Chemie, Berlin 1932

Bd 9, S 263

Kirk

-Othmer,

Encyclopedia of Chemical

Technology

,

New York 1949

W.A.

Adcock

&

W

.C.

Lake (Pan Am.

E. Halm, Swiss 288,418 (1953)

l.G. Farben,

Ned

.

63,439 (1949)

Vol. 3, p 142

Petroleum Corp.) US 2,788,262

(1957)

Standard Oil

Developement

Comp.,Brit. 644,537 (1950)

B.W. Gamson (Great Lake Carbon Corp.), US 2,556,176 (1952)

Bergwerksverband etc.,

Brit

.

688,147 (1953)

T.D. Heath (Dorr Comp.) US 2,700,592 (1955)

H. Sperling, Chem. Techn. 8 (1956) 405

C.M. Thacker et al, Ind. Eng. Ctiem. 33 (1941) 584

C.M.

Thacker

(Pure Oil Comp.), US. 2,330,934 (1943)

C.M. Thacker

&

E.

Mil1er

Industr.

&

Eng. Chem. 36 (1944) 182

H.O. Folkins et al, 117th Meeting

Am. Chem. Soc.,Houston, March 1950

H.O. Folkins, E.

Miller

&

H. Hennig, Ind. Eng. Chem. 42 (1950) 2202

H.O. Folkins

&

E.

Miller

(Pure Oil Comp.) US 2,565,215 (1951)

_-'

,

H.O. Folkins et al, (Pure Oil

Comp

.)

US 2,568,121 (1951)

H.O. Folkins et al, (Food

Machinery

&

Chem. Corp.) US 2,661,267 (1953)

W

.

W

.

Odell et al (Standard Oil

Devel~op!ment

Comp.)US 2,663,622 (1953)

H.O. Folkins et al, (Food

Mach

.

&

Chem. Corp.) US 2,666,690 (1954)

Food

Mach~nery &

Chemical Corp. US 2,708,154 (1955)

Food

Ma

chinery

&

Chemical Corp. US 2,709,639 (1955)

D.R. Stull, Ind. Eng. Chem. 41 (1949) 1968

J.L. Edgar, Trans. Inst. Chem.

Eng~s.,London

24 (1946) 118

Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, New York 1949

vol. 13, p 360

Dow Chemical Comp.

,

Brit. 642,557 (1950)

C.A. Porter

&

M.M. Marisic (Pure Oil Comp.) US

2,6~,717

(1952)

Babcock

&

Wilcox, Brit. 678,914 (1952)

T.M. Reichert, De Ingenieur 68 nr. 41 (1956) Ch 61

H.R. Reed

&

J.O. Osburn, Proc. Iowa Acad. Sci. 60

(1953)

308

Selected

Values

of Chemical Thermodynamic Properties,

Circular of the National Bureau of Standards 500 (1952)

W.M.D. Brtanti, Ind. Eng.

~hem.

25 (1933) 820

J.H. Perry, Chemical Engineers' Handbook, New York-London

J. Sameshima, J.

Am. Chem. Boc. 40 (1918) 1503

Handleiding Techn. Phys. Scheidingsmethoden, blz. 55

Sherwood

&

Pigford

,

Absorption and Extraction, New York 1952, p 283

idem, p 287

H.R. Carveth, J.

Phys

.

Chem. 3 (1899) 210

G.C. Schmidt,

z

.

t.

Physik. Chem. 121 (1926)

.

244

.1 _! -! , 1

,

!

·

--! ~

,

, ! .!. <--- !

.

-

.

! -J_

·

._. ,

,

,

1 !

.

..

• J J_ , I f -' , _ . I f \ t,

.

-'-•

·

:., -1 , ~

.

;, ! J ~ _\ !

,

-,

.'

.

" -' f .'1...' 0_1.. :';"J .

,

-J .1 :").1 :

.

~ J_ .1 -'-• I -". -1 • I