fabrieksschema: Technische bereiding van monochloorbenzeen

FABRIEKSSCHEMA.

TECHNISCHE BFRFIDING VAN MONOCHTOORRENZEFN.

-1959-W.M.Ka1~n T

5

(a). Delftweg 68

INHOUDSOPGAVE. ==============

Onderwerp Bldz.

Inhoudsopgave. 1

Litteratuur. 2

Monochloorbenzeen. Ei genschappen en toepassingen.3 Technische bereidingsvrrjzen.

Keuze van het proces .

Blokschema van het proces. Beschrijving van het proces. Materia~lbalansen.

Hulpstoffen.

Temperaturen en drukken.

Materialen.

Enige opmerkingen over de fabriek. Berekening van de apparaten

( Destillatiekolom 30 bldz.39 t/m 50)

3

4 5

6,7

8 9 lG,ll 12

13

14 tJm

53.

Litteratuur.

1. T.R.Olive , Chem.and Met.Eng. 47 (1940) .770-775,789. 2. K.Schoenemann , Chemische Industrie

2

(1953) ,529 sqq. 3. W.lvlathes , Angew. Chem. 52 (1939) ,591.

4. C.J.Wal ler,British Intelligence Objectives Subcommittee , Final Rept. nr.507 (1946).

5. J.Timmermans ,Physico-Chemical constants of binary systems , (New York 1959 ) vol 1,262- 267,343.

6. R.W.Crawford, Chem. Ind. News 25 ( 194 7 ) 235.

7. E.H.Huntress,Organic Chlorine Compounds (New York,1948) 10) 7- 1084.

2.

8. R.E.Kirk and D.F.Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,

2.

,

812 s q q •

Cvtitr

,1\tV..U.I ~h \;0

'f

c1

'L 6' 1) .(.

v "

9. Ullmann's Encyclopädie der technischen Chemie, 3e aufl. (Munchen, 1954} 5 ,462 sqq.

10. P.H.Groggins, Unit Operations 4th.ed. (london 1953), 255.

-Technischr; bereiding van monochloorbenzeen. ========================================== 1 • honochloorber.zRen.

a. eigenschappen.

. . Honoch~oorbenzeen, C6H5C~, is een kleurloz~, brandba.re, enigsz:i.ns Glftlse vlotastof met een nmanaelgeur.

Het stolpunt ligt bij -45,2°C; de vloeistof kookt bij 131,7·C. De kritisd;e druk en tenperatuur zijn 44,() atn. resp 359,2'C. De soortelijke massa bedraagt bij 20 "C'1106,2 kg/m). De oplosbaarheid in water is gerjng (ca. 0,05 g per 100 g. water van 20·C.), met alcothol,a.ether en benzeen is de vloeistof volledig J18ngb;12vr . Het moh~cuulgewicht van de stof is 11 2, 5h. Voor de sool'telijke\-larmte van Cie vloeistof tSelcJt de formule:

CL

= 0

,2988 + 0,00074 t kcal/kg · C. De verdumpingswarmte bij het normale kookpunt is 77,6 kcal/kg. De rl.ampspanning kém bij benad

r

5M8

berrlcend worden uit de Cfapirische formule log p = 7,41 - 1,83 x

--T-

.

tnl'l1.

b. toepassinL~en

Technisch wordt T1onochloorbc''mzc_{,en gebruikt:} 1. als oplosmiddel (weinig belé'mL~rijk)

2. als grondstof voor de bere~ding van fenol, C 6H50H (velTeweg de belangrijkste toepassing)

3. als grondstof voor rl.e bereiding van aniline C~H5NH2

4. als grondstof voor de ber,'iding van D.IJ.T. (p-ctC

6H )2 CH.CCll 5. als grondstof voor de bpreirhng van v(,rschillende kteurstoffen.

2. Technische bereidingswijzen.

Voor de tt~clmische br'reiding van C

6H 5Cl zijn twee processen

I.,

sebr"-'I(. a. uit benzeen en chloor

Dit is een substitutjereactie: C

6H6 -t Cl;.! ~ C6H₅Cl + He1

De uitvoerinG hi,!rvan heeft pla/'ts in de vloeistoffase bij 30o_50°C waarbij ijzerchloride als katalysa10r werl;t.

Ook in de dampfase kan de chlorfol'ing p12iJts vinden bij temperatu)'iren tussen

d~ 200" en 350·C. ~\.ls katalysatoren wo~den dan gebruikt .4.1Cl)' Feei)' BlCl)' ZnC1

2 e.a. I I I gesmolten toestand. b. uit benzeen, zllurstof en chloorwaterstof.

Dit proces, het Pré1.hl-Raschig-proces verloopt als volgt: C

6H6 + .HCl + ±02 ~ C6H5Cl + H20

Het wordt uitgevoerd bij ter'lperélturen v,'m225t -300°C.

Als katalysato.i·(';D fungeren hierbij koperverbindjngen geactiveerd met verbin -dingen, die metalen uit de 3e_Se gro8p v:>n het periodiek systeem bevatten. Bij alle uitvoeringen kor",t de chlor(~rj ng niet tot stilstand na de vorming van monochloorbenzeen. Ook dichloorbenzenen ( 0 en p) en verder gechloreerde benzenen komen voor in het reactie -product.

Bij de keuze uit de ter beschikking staande processen spelen de volgende overwegingen een rol:

a) grondstoffen. Dit zijn benzeen en chloor (resp zoutzuur en lucht). Wanneer vnj bedenken dat monochloorbenzeen gewoonljjk ver-werkt wordt tot fenol en dat b~ deze hydrolyse HCl vr~koms dan kr~gen we b~ combinatie van deze twee fabrieken het volgende

1. B~ de chlorering ( C1₂) : C 6H6 + C12 ~ vnl C6H5Cl + HCl + HCl

(I)

(11) C 6H5Cl + H20 -~ C6H50H ---~~~---C6H6 + _{C1 2} + _H20 ~ C₆H

5

0H 2. B~ de z.g. oxychlorering ( HCl + 02): + 2 H Cl + (I ) (11) + C686 + HCl ++02 - 4 vnl C6H5Cl C6H

5

Cl + H20 - - C6H50H ---~~--.---+.

C

₆

H

5

0H.

De enige grondstof van waarde is bij het tweede proces benzeen. B~ de chlorering moet bovendien nog chloor worden gekocht. Wat

betreft de grondstoffen verdient het Raschig-proces dus de voorkeur. b; reactieomstandigheden. De chlorering vindt plaats b~ tempe-raturen van 30-60

°c

.Deze reactie tussen een vloeistof (benzeen) en een gas (chloor) is dus een heterogene reactie. De oxychlo-rering heeft plaats bij 225-3000C in de gasfase en is dus b~ goede menging homogeen. Daarbij is de kans dat op de ene plaats de

reactie anders verloopt dan elders kleiner b~ de oxychlorering.

Wi l men het proces continu laten verlopen dan is dit een belang -rijke factor b~ de k keuze.

c) warmte-economie. B~ de oxychlorering werken we bD een hogere temperatuur. Het kost ons meer warmte om de reagerende stoffen op de gewenste reactietemperatuur te brengen en dit is dus ten duidelijkste een winstpunt voor de chlorering.

d) apparatuur. B1Dkens de bestaande processchema's hebben we b~ de oxychlorering een iets gecompliceerdere apparatuub,wat dus niet voordelig is.

Keuze van het proces (vervolg)

e) constructiematerialen. Aan de constructiematerialen worden

b~ de oxychlorering hogere eisen gesteld,omdat we daar b~ een

hogere temperatuur werken.

Slechts een volledige uitwerking van beide schema's kan ons leren

welke uitvoeringsvorm in economisch opzicht het gunstigst is. De

litteratuur (litt. 2 ) geeft de voorkeur aan de oxychlorering.

Ik deel deze overtuiging ,mede op grond van het daar niet

genoem-de argument ~) ,zodat het Raschig-proces gekozen wordt.

Keuze Capaciteit.

De keuze van de capaciteit van de fabriek is gebaseerd op de

productiegrootten,zoals deze z~n vermeld in de litteratuur 2 en 4

Litt 2 334,5 kg/h 2930 t/ja~

Litt 4 249,0

,

,

2180

,

,

Dit is blijkbaar de globale grootte van een technisch-economisch

xRxwXE±x~R&X~X verantwoord bedrijf.

w~ hebben gekozen een capaciteit van 2500 ton per jaar

uurproductie van 285 kg monochloorbenzeen.

rdl

=:

-

---..-.'--"-' A .-' .

·-·~

l~

---

-W---. --c

----~

-~

®

.

@

~

~

---.

..

{

+

I

....

~-__c>--<

:-:=

=

®

~~

:t

_____

....

__ ._..

~I}I

~

@

rtt

I

_

!

rt:

:--j

~

@

L{

~

.... ._ ...

_-

--~

~'

Ir

EJ--

----a

@

~

-l

I J I

I

I

I

-

---5

Beschr~ving van het proces.

Bij de bereiding van monochloorbenzeen is de vorming van hoger gechloreerde benzenen nooit te voorkomen. Het is van belang te weten in welke hoeveelheden de

In ons geval is deze verdeling

In 222,3 HCl

diverse nevenproducten ontstaan. de volgende:

115,6 02 65,4

Uit: _{C6 H5Cl 285,0 C6 H4 C12 27,9} Alle trichloorbenzenen en hoger (samengevat als C6H2~4 ) _{H20 60,5} CO

2 16,2

Al deze hoeveelheden z~n uitgedrukt in kg/he Daarb~ ontstaat boven-dien nog 204 Mcal/h. Deze waarfc~,~, }ijn gebaseerd op gegevens van

l i t t . (2~ Wij bereiken dit verloopldoor een negenvoudige overmaat aan ~. ? benzeen toe te voeren. Van zuurstof wordt een dubbele

hoeveelhmid&

~(

ingeleid. Het zoutzuur wordt vr~wel volledig verbruikt (stel 98

%)

.

De reactie vindt plaats onder invloed van de katalysator die bestaat uit de chloriden van Cu,Ce en Fe op Al-oxyde als drager. Deze

kata-lysator heeft een levensduur van ongeveer 3 maanden. Daarom z~n e~

1 ~f reactoren aanwezi~ vier ervan functioneren,terwijl in de vijfde - - - --- ----

--I '

)v~~ de katalysator wordt geregenereerd. De reactor is uitgevoerd als

een reactor met een vast bed. Om de geproduceerde 204 Mcal/h af te kun-Î

IV<' )L- nen voeren is de katalysatormassa aanwezig tussen evenwijdige platen

)\.v~~w~ _ _ ....

,,,.~i Tussen de aanwezige platen door kan de. koellucht stromen.( Deze con-structie is buitengewoon gemakkelijk te hanteren b~ het regenereren van de katalysator) De door de lucht opgenomen warmte wordt nog productief gemaakt in een der benzeen verdampers.

De temperatuur wordt in de reactor gehandhaafd op 230-360 °C. De druk is zodanig gekozen dat naar schatting aan het einde van het pro-ces haar waarde ongeveer 1 atmosfeer is. Dit is een waarde die iets hoger ligt dan in de litteratuur,maar die als voordeel heeft,dat de gemiddelde gootte van de apparaten iets kleiner wordt.

---...

__

. . . -.•.

In de menger 1 wordt de verse

_...

benzeen gemengd met de recycle -benzeen uit 28 ( de destillatie waar de overmaat benzeen weer wordt

-geisoleerd) . Het mengsel wordt verpompt naar de benzeenverdampers 3 èn 4. In 4 wordt de verdampingswarmte geleverd door de

koelings-...

-

-

.

lucht uit de reactor (zie boven) . De rest van de benzeen wordt met stoom verdampt in ~. In beide gevallen werken we met een verdampings-temperatuur van 95

°c

b~ 1220 mm kwik. In de oververhitter § wordt de benzeendamp verwarmd tot 303°C ; dit gaat met vloeibare dowtherm van 4000(

damper 9 wordt de warmte geleverd door de uit de reactor komende gassen,die toch gekoeld moeten worden. Op deze ~jze bereiken we,dat het dure chlorimet-2 aan twee kanten gebruikt wordt. In verdamper 8

-wordt de rest van het zoutzuur met stoom verdampt,waarna de damp van beide verdampers tezamen op 3000C gebracht wordt met dowtherm. Dit doen we liever niet in dezelfde warmtewisselaar als de benzeen, omdat we voor de grote benzeenstroom beter een groot stalen toestel kunnen bouwen en daarnaast een kleinere warmtewisselaar voor de zoutzuurdamp. De voor de reactie benodigde lucht wordt aan de stroom van koelings-lucht onttrokken. De gassen worden in de menger 11 tezamengebracht,

-waarna het gasmengsel in de reactor (12) terecht komt.

-Na de afkoeling tot 1700C komt het gas in een mengcondensor. In de mengcondensor krijgt het gas een "quench" van benzeen en water. In dit water is bovendien soda opgelost.Soda is in dit opzicht veiliger dan

loog,omdat er dan minder kans is dat omderin de mengcondensor reeds chloorbenze(n)e4 hydrolyseert(hydrolyseren) en naderhand b~ de

destillatie in de verkeerde fractie terecht komen. De damp die uit de

Je

mengcondensor komt bevat behalve gassen stikstof,zuurstof en koolzuur ook de damp van water en benzeen. Deze worden in de condensor 18

-voor het overgrote gedeelte gecondenseerd. Het dan nog overblijvende gas wordt in de absorptietoren uitgewassen met het me~el van de hoger gechloreerde benzenen,die bij dit proces toch als bijproduct

wrtnBn.

De vloeistof die de mengcondensor verlaat wordt gekoeld tot bene~

de temperatuur van het driefasenevenwicht benzeen-damp-water en

- -

---_

.. - '.- . ---,

.-ontmengt dan. De waterlaag met geringe hoeveelheden zouten wordt af -gevoerd.De laag met de al dan niet gechloreerde benzeen wordt verder verwerkt.

Het nut van deze wijze van condenseren is gelegen in de materialen. De warmte wordt nu onttrokken aan een vloeistof-dampmengsel van 950 i .p.v. 1700 en bovendien bevat het gas,~ in 18 ~ vr~wel geen HCl meer,zodat geen chlorimet nodig is,maar met het veel goedkoperebrons volstaan kan worden.

De absorptie van benzeendamp in hOGer gechloreerde benzenen is sterk exotherm en b~ dit proces is de warmteafvoer bepalend. Zonder koeling zou de temperatuur oplopen van 300 tot 1000 C,waarb~ het ge -stelde doel uiteraard niet bereikt wordt.

Van het condensaat van 18 wordt al het water en een deel van de

-benzeen als quench-vloeistof in de mengcondensor gebruikt; de rest van de benzeen (met wat monochloorbenzeen ) gaat naar de men-ger 24. Hieran komt ook de bovenlaag uit het scheivat 22 evenals

-

-de bo-demvloeistof uit -de absorptiekolom,die dus benzeen opgelost in hoger gechloreerde benzenen bevat. Dit mengsel wordt in een

warmtewisselaar op kookpunt gebracht

e

n

in de eerste destillatie -kolom gescheiden. Het topproduct bestaat vr~wel volledig uit benzeen.

Dit is de oorspronkelijk toegevoegde overmaat,die teruggevoerd wordt.

Het ketelproduct,dat de gechloreerde benzenen bevat ,wordt in een tweede destillatiekolom gescheiden. Het ketelproduct wordt in een warmtewisselaar gekoeld tot

30°

.

Het meeste wordt gebruikt in de

absorptietoren

23

;

de rest wordt opgeslagen als bijproduct van

het proces. Het topproduct van de tweede destillatie bestaat

voor het grootste gedeelte uit het verlangde product monochloor-benzeen. Gewoonlijk wordt dit rechtstreeks naar de fenolfabriek gevoerd. Een productkoeler heeft dan geen zin , ja is zelfs on-voordelig uit warmtetechnisch oogpunt bezien. Moet het product

s: w .,. c ~ cS

.-~ .~

...

DJ "'d ~ in- 1 231 , 9 ë 30 , .5 1 ,

do,

4 I 28-1 2001,8 1992,.5 3,9

I

3,4 2,0 1-2 2233,7 2223,0 1.0 4,3 ~ 3,4 2,0 2-3-6 11.54,.5 1149,0 0,.5 2,2 1,8 1,0 2-4-6 1079,21074,0 0,.5 2,1 1,6 1,0 ~.5.::-r2 ~-)T60 , 8 31 60,8 12-4 . 2630,0 , 2630,0 , 12-11 .530,8 i i 400,0 1130,8\

I

in -7 613,.5 95,01 18,9

I

I

--

~=

-

tl

j

'

3~~~~3

~~~:t

t

-

~~:~

---i

- '

i

+-, - - - - t 1 Q-l1 : 613,9 9.5, Oi 1 8, 9 ~

!

6-11 2233,72223,01,0 4,3; 3,4 2,0

i !

1 11-12 ' 3378,4 '1 2223,0 1.0 99,3; 3,4 2,0 18,9 ! 400,0 130,81

I

r

-

,1_2-17

L

3378,4 " 2000, 7

5~9 ~B

i.

288,4 29

,L

,

2,0~z.,}

J

J,)

_

.!§,2C

400,0_

&5-'

-

11---l-13-1.5

r

19,4 13,0;

i

!

!

in-l.5 I 50,0 I 50,0, I 6,4; ! I ' • 1 15-17 I 69,4 63,01 6,4i 17-21

I:

2624,1 1676,0 18,51 277,2 29,9 2,0 13,7 , .; 3,2j 17-18 11 4444,9 3276,0 76,0} 110,0 17,5;400,0 65,4l 18-23 575,2 88,2

1

4,1l 17,.51_{400,0 65,4}1 1 18-19 3869,7 3187,8 71,9[ 110,0 , 19-24 : 248,5 236,5 0,8! 11,2 ( 19-20 !, 3621,2 1295 1,3 ' 71,1/ 98,8

I

22-uit ' 622,4 ! 0,4 1.5,2' ! 3,2 ,-22-24 f 2001,7 167.5,6 3,3 277,2 29,9 2,0 13,7

I

33-23 ' 446,4 2,6 286,7 19,0 1138,1 23-uit

i

"94,0 4,1 6,6 0,4 1 17,5400.0 65,41 23-U ; .527,6 88,2 2,6 280,1 18,6 138,1 3,6 ----3,~_ 24- 27?J7},8_, 2000,3 4,1 291,0310,° 120,6151,8 27-30 ', 776,0 7,8 0,2 287,6 308,0 i 20,6 151,8 31-uit 296,8 7,8 0,2 284,8 3,7

I

1 0,3 30-33 I 479,2 2,8 304,3 20,3 151,8 33-uit I 32 8 I 0 2 17 t) . 1 3 13 7 __ ,~ ....

Hulpstoffen ::::::::=::=::::=:: toestel 3

_i

6

_I

1275 8 I 'I

il

10 I1 I. 428 150

22R

18 74.000 21 650 23 837 26 97 150 28 28.000 29 5.500 180 31 3.415 32 564 200 33 360

ch""k

I

I..e.Si .. <ë. ,'" d I 1 _°6H₆ 10 86 1200 ! °6H6 95 86 1200 2 C 6H6 86 86 van 1160 tot 1220 3 C₆H₆ 86 95 1220 Stoom 150 1jO _{5 atm} 4 C₆H₆ 86 95 1220 Lucht 280 120 1220 6 _°6H6 95 303 1200 Dow therm. 400 182 1220 8 HCl 15 123 1220 Stoom 150 150 5 atm. 9 HOl

d

15 123 1200

:1

Gas !1 _{s 1} 300 170 1100 10 HCl

'I

123 300

I

1220 I \ i 11 C₆H₆ 303 300 I ₁₁₈₀ \ i ~. ₁ HOl

H

_{~. ~} 300 300

I

1180 Lucht

:

I

280 300 I 1180

!

! I

1

12 Beactiegas I _{300 300}

!

in 1180 uit 1100 gem. 1140 Koellucht 15 280

I

_, 1250 13 Soda 15 15

I

760 l 16 Soda H₂0 ' , 15 15 760 · ; 17 Soda H₂0 · I 15 1055 ~

I

Quench

·

!

jO 1055 I Reactiegas ( 166 1055

,

!

Damp _·

,

_, 95 1055 Condens. \~ '

,

,

95 1055

;

I

21 Condens. 1I 95 65 1000 i Water ; ! ' , 10 75 , ! , ! 18 \ Damp { ç I 1 95 30 1000 ~, ! , \ 10 20 1000 Koelwater j \

!

i

I ' 23 Vloeistof

,

~ 30 30 onder 1000

Il

Damp 30 30 boven 760 Koelwater I i 10 20 IJ 24 Vl. v. 19 30 56 1600

i

I

Vlo v. 22 65 56 950 Vlo v. 23 ' ! 30 56 1000

I

-- - - -~ -I1 -2 r

-1--

~~_.v'...:t~ 0(., I\ou~ _S"h:>f dr",-k " ,

...

! .: ~ (..!Ii...

e.,..,cl

, - ---1 26 Vloeist_of 56 103 1200 -27 le schotel

il

95 95 F schotel 10;. 103 1200 ne schotel :1 ,-

,

154- 154 1 1 2S Condensaat ! _{95 95} 1200 ; Koelwater 10 ₇₅ 29 Vloeist.oi' 154- 154 1200 Stoom löO 180 10 atm. 30 le schotel 135 135 SOO F schotel 154 154- 800 Se schotel l S3 lS3 800 31 Condens 135 135 SOO Koelwater 10 ₇₅ 32 Vloeistof ;1 lS3 183 800 Stoom ij 200 200 16 atm.

il

33 Vloeistof 183 30 800 Koelwater 10 75

Iv'jaterialen

============

De getallen stellen de nummers van de toestellen voor

Staal 1 t/m 6 1) t/m 16 21 t/m 34

Chlorimet 2

1. Plaats van de fabriek in verband met de aanvoer van grondstoffen.

Als grondstof wordt benzeen gebruikt en daarnaast een geringe

hoeveelheid zoutzuur. De benzeen wordt per tankwagon aangevoerd.

De fabriek moet dus aan een spoorlijn liggen. Ligging aan een

kanaal kan gunstig zijn in verband met de afvoer van proceswater,

dat slechts met NaCl en Na

2C03 verontreinigd is. Of dit in

stilstaand water is toegestaan kan in het algemeen niet gezegd

worden. Men stelle zich daartoe op de hoogte van de ter plaatse

geldende gemeenteverordeningen,die niet overal gelijkluidend z~n.

2. Combinatie met andere bedr~ven.

In het voor~aande is reeds uiteengezet,dat een combinatie met een

fenolfabriek noodzakelijk is in verband met het gebruik van

zoutzuur als grondstof. Juist door deze combinatie wordt het

Raschig-proces aantrekkelijk. Ook combinatie met een

benzeen-producerend bedrijf is beslist voordelig.

3.

Personeelsbezetting.

Aangenomen dat de fabriek deel uitmaakt van een groter bedrijf

kan de bezetting zeer klein zijn,t.w. één bedieningsvakman per

dienst,zodat vier arbeiders nodig zijn.

Verder moet gerekend kunnen worden op de aanwezigheid van één

monteur voor onderhoudswerkzaamheden en reparaties. B~ een

groot bedrijf is dit gemakkelijker te regelen dan bij een klein.

De personeelsbezetting is dermate gering,dat deze factor bij de

1. Benzeenmeneer. ======::::====== a. Hateriaalbalans (k~/h) Stof paraffine b. Vlarmtebalans 1 - -- - - -

~r_~,:

___

"., __

-,---==~---~~~l

---~-

__ -:---

uit~

---=-~=

231 ,9

kel

h van 10°C

I

2233,7 kg/h VêlDt OC 2001,8 kg/h van 9.::~~~ ____

1 ___ ,, ______

_

____________

,

_____ _

c

= soort. warHl_te (in beide gevallen gelijkgesteld aan de temiddelde

s. w. vën benzeen)

c

x 2001,8 x (95-t) + C. 231,9 (t-l0) dan is t s: 86°C c. Afmetingen ruit

₌

₁

v A m/t 2233 kg/h 0,62 kg/sec

r

860 kg/M3 v lm/sec (maxim.qal) : 0,62

kg/se~

= 7,2. 10-4 m2 860 kg/m) lm/sec A of D. 3,03 10-2m = 3,03 cm (Hinimaal)

.:3tel L 60 CE1 ioohoek _D

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

-3 Benzeen verdamper

r

====================

a. Hé'rmtebalans

o

Benzeen verdampen bij 95 C en 1 '220 rum

Te verd;:llTlpen 2233,7 - 1079,2 = 1154,5 kg/h = 0,32 kg/sec benzeen

Hoeveelhe~d warnte nodiG 94,69 kCé-cl/Y.:_b (zie, bij ~)

Q/t r4t X Cl/D

1154,5 ke/h X 94,69 kcal/k~ 109.200 kcal/h 127,6

k

w

<J

LG

= 504 kcal/kg Nodig _1_0..;..9_._2_0_0_1_<_calLh 504 \( c. ... 11 kj 217 b. ll.fmetjngen Q/t U.A. AT-Q/t 127,6 K'/J A 1,545 Til 2 U 1500 H/m2o C

I

1

v er"\<va rUiend oppervlak

AT 150 - 95 = Sr:oC _ ;J

Totale pijpl(~ngte L 115 45

7t" x: 2,5

20 pijpen 1" Viln 1 );wtp.r lcnc;t,e Doorsnede 8" = 20 CG. LJarnpketel m/t

=

f

_{v A} 2 m/t 0,32

f

4,2 ~tel v danp D = { 4A 1't' kg/sec kg/m3 ( zie lm/sec 0,31 m ~) LC 10-2 19,8 In 2 0,0764 m ~tel de hoogte m 15

o

Benz een verdanpen bi j p = 1 220 n1l'1 en t = 95 C Beschikbaar 2630,0 kg/h lucht van 280°C ,jtel de eindteElperatullr 1200

Q/t C.M/t (AT)

.

7 kcal/knol • C x x (280 - 120) C

102.000 kcal/h = 119 K lif 1 kg henzpen van 860 - 95 0 ( d;ever)

Ql 0,41 kcal/kt;jOC A _-KO° ₀ x 9°C ~ 3,69 kcal

W

"2 91 kcal/kg x 1 kg 91 kca.l

Q

= Q

1 + Q2 'F 94,69 kcal. De hoeveeHwj d 11J(~ht is voldoende voor

102.000 kG/h = 1079,2 kG/h benzeen c.s. 94,69 b. Afmetingen Q/t = DAAT Q/t D 119 K VI ')0 300 1tJ

/m

L. C 2 4.4,5 m verwarmend 0 nperv la.k

(280-95) - (120-95) 890 aT ln( 280-95) - ln( 280- 95) Lucht: 2630,0 kg/h m/t = 0,73 == p v A ) 2 kg/sec :( l'l/t

f

1,5 kg/m./ (geschat) stel v 5 m/sec Voor 111 pijpen:

aélnt al pi.l pen 0,1

" /4 x (?, 5 _, 10-:2) 2

Totale pijplengte

Lengte per pijp 11 35 m 202 Doorsnede v<3rdanper is Damp1(etef... D/t

₌

_j

_{v A3} 11-4-,5 1" 2,5 x 10-2 2,80 tl dan 22

_"

0,55 m 202 J~/t 1079,2 ke/h = 0,30 kg/sec

f

1 ?20 x 273 x 0,09 x 78 %0 )68 2 Stel v m/sec. D

J

4~

0,30 m Stel n. 2 0,1 m

=-

1135 m 4,2 kg/m) hoogte A3 m 0,0712 m 2

- - - --

-6. Benzeenoververhitcer. ====================

a. Warmtebalans

Toe ~e voeren aan de benzeen

~t =

e

m/t A T e = m/t = 29,83 2233,7 78 kcal/kmol Oe kg/h Q/ t == 176.700 kcal /h = 206 KW MG = LlT = 303° - 95° = 20soe Dowtherrn 400 - 182° H = = Nocii g H400-H182 = 386,6 - 138,5 = 248 BTU/lb 136,2 kcal/kg dowth~rm 176.700 kcal/h 136,2 kcal/kg = 1275 kg/h b. Afmetin~~

.f

= 57,8 lb/cuft = U = 400 kcal/h m2 0e 927 kg/m 3 4 _{T =} 97° A == 176. 700 kca~/h 400 kcal/h m oe

8 passes lengt e per pijp 2m

D

=

(:,2 m \

\

\

)

'

r

8 ZoutzUllrVercl,AHner , I

a. Grondstof

Gebruikt wordt (het>\consL,E1t-kokf'llde men,:sAl van H

ce..

en H 20

. //

Bij 12)°C kookt dit als p '" 1 (~20

hlm

Eg. Vloeistof en danp bevaU,en dan 19,31) 'Îe

~

CL

Dj,t m.en[;sel heeft bij 25° een dichthAid van 1091,5 kg/m3

Te ver délI'lpen 3.52,6 kg/h :wutzllur.

Nodig Q/m = !; 16 kcal/leg (zie

1)

Benodigde Wal'Jilte:

Q/t m/t x Q/m

352,6 kb!ll IC 1)16 kC.ïl/kt '" 215.900 kCDl/h '" 252

.t

il

Stoom 150°

et:

---

atT'! ... ) . of '" 504 kcal/kg

'-: • 1 19 '-- -3toOTIverbruih: 215.900 kcaljb 504 j\:c01/kt.; c Afmetingen Q/t U A 41' (l/t 252

r' ,

••• .'~. J U 1200

1.,/

.. m 20C A T 150" - 2]0 c 27°C

Totale pijplengte 111 pijp

100 111 _ pijpen , él. 1 meter Da.F1pkc,t el m/t

"

--

f

_{v A}

f

1220 x 273 0,09 760

396

x Stel v 1 r'1/scc 428 l:g/h verwarr.lend op!'ervlak Al '" 7,77 m2 7,77 _{100 meter} 1\ 2,5. 10- 2 ~ 1 .6 x -2- 1,01 mjt 3.52,6 kg/h '" 0,098 k~/sec D 0,35 M 40 cm 0,097 m 2

9 Zoutzuurverct:1J'1per 11 ======================= a. Koeling reactorgassen C0₂

t

J_2P2 H 2

°

C 6H6 Gas C₆H 5Cl Chloorbenzenen Chloorparnffinen Hel Totaal Q/t = H/t 4 T b. VIarmtebalans 16,67 31 ,1 ;25,65

2,56

0,28 0,06 76,32

Cp kca11kmoloC vI/t

7 G,56 30 30 geschat 30 7

I~odig 1 kg zoutzuur (vlo(üstof) 15° + 1 ~3° (vloeistof)

Stel C == 1 keal/kgOC c 6T 1 kcnl/kgOC . 10Soe 1 08 kCiÎl/k~ 1 kg ZOlltZ1l11r vloeistof (12)0) ~ dCJFlp (123°) 0,8064 kg H"O L Nodig 0,8064 x 524 0, 1 936 k6 H Cl q~ ,.., Lu 524 kcal/kg 4:22 kcal/kg zoutzuur

Bij lSO komt hi," het oplossen van Hel vrij 17,47 kcal/mol

0 kcal/h C 117 265 770 76 8 0,4 1237

= 478 l<:cal/k~ ~ (ionisati,;vJ rmLe) D,~ze mOet bij verdéunping weer worden

toe-gevoegd. De juiste geJevens voor 123° zijn ni L bekend. Schatting 450kcal/kg

Nodig 0,1936 x 450 = 86 kcal/kg zoutzuur

Totaal 108 + 422 + 86 = 616 kcal/kg. 160.500 kcal zijn beschikhaar.

Hiermee: .:.1...::6...::0..:..~2..:;.0.;;.0 _ _ k:.;;.rc.;;,;a:.::.;1="1~/h ?o( 13k 7/h cl

616 kcal/kg'- , IS ver éJmpen

c. Afmetint;en Q/t Q/t U AT U A c\ T 160.500 kcal/h 187 ~J 30 VJ/m20C (300-123) - (170-123) In(jOO-123)-ln(170-123) lJam>I lketel zie -2-"So" 'J' u verwarlJlend oppervlak A. = 63,7 rn2

iJampketel m/t

f

v 261,3 1,01 lm/sec

f.

v Jl k~/h kg/m3 = 0,0727 (:de 8) -2 -;'g/sec. \

\nJ

0,30 m Tr Pi jp8n ( ll1_-pi,]llen)

'.i.'6tale pijplfm:.;te

J;t/t ) ) 7 (1 , 4 k:;/h

Stel v

=

1,5 nt/sec.

m/t =

f

v A3

A.antal pijpen

Lengte per pijp

Diameter pijpbundel L 63,7 1t x 2,5 10-2 0,94 kg/sec 0,1 56 (l10 Jl1 318 810m/318 2,55 rn. 1 R" 45 cm. 0,072 m 2 0,1% m

10. Zoutzuuroververhitter. 1. Warmtebalans

Toe te voeren warmte Q/t = m/t C A T

P 0

Soort warmte C in kcal/kmol C p

HCl bij 123°C 7 ,0.3 ~ bij 8,49 .:. Toe te voeren warmte

I, 7,07 8,64 J gemiddeld J 7,05 8,56

HCl 118,9 kg/h x __ 1 kmol/kg x 7,05 kcal/kmoloC x (300-123)oC = 4090 kcal/h

36,5

495,0 kg/h x 1 kmol/kg x 8,56 kcal/moloe x (300~23)oC =41750 kcal/h

18

Dit doen met dowtherm (3800 ~2000) Benodigde dowtherm: Q/t m/t C A T P Q/t = 45.840 kcal C p o = IJ 11 kcal/kg C ~T = 1800 2. Afmetingen Q/t = 45.840 U 400 A T

=

80° Q/t U A A T kcal/h 2 0 kcal/m ... G.h

I

5"

pijp (lpass) L

₅

1 ,43 x 2,5 x 10

2

m Totaal m/t =Ug kg/h Verwarmend oppervlak 2 A 1,43 m 3,64 m. 45840 kcal/h

Toe te voeren warmte

Q/t = m/t

c

~ T

P

°

Soort warmte C in kcal/krool C

HCl bij 123°C

p

Toe te voeren warmte

7,03 ..; bij 8,49 . -' I, 7,07 8,64 J gemiddeld 7,05 8,56

HCl 118,9 kg/h x __ 1 krool/kg x 7,05 kcal/krooloC x (300-123)oC = 4090 kcal/h

36,5

495,0 kg/h x 1 krool/kg x 8,56 kcal/moloC x (300~23)oC =41750 kcal/h

TB

Dit doen met dowtherm (380° ~2000) Benodigde dowtherm: Q/t m/t C A T P Q/t 45.840 kcal C 1/"

°

P kcal/kg C ~T = 180° 2. Afmetingen Q/t U = A T

=

Q/t 5" pijp (1 pass) 45.840 400 80° U A 4 T L kcal/h

\

2 0 kcal/m ó C.h 1 ,4)

5

x

2,5

x 10-2 m Totaal 45840 kcal/h m/t =UK kg/h Verwarmend oppervlak A 1,43 m 2 3,64 m.

2.L 12 Reactor. =======::::==== a Reacties I C 6Hh +0 HCl + ..L 2 ° 2 ~ C6l-lSCl + H20 + ca 53 kC<'l.l/mol ( 1 97,8) (92,4) ( 40,5) (285,0) (45,7) [ 133.000 kcal/h ] Ir C 6H6 + 24 Cl + °2 ~ C6H4Cl + 2H2O + 15 kcal/mol (14,8) (13,9) ( h, 1 ) ( 27,9) ( 6,9) [ 15.200 kcal/h

J

III C 6H6 + 4Hcl +2°2

-

C6H2C14 + 4H2O + 30 kcal /mol (4,9) ( 9,3) (4,1 ) (13,7) (4,6 ( 6.800 kcal/hl

IV

C 6Hb + 7~02

-

beO 2 + 3H2O + 796 kcal/mol ( 4, fl) (14-,7) ( 16,2) (;5,3)

r

49.000 kC<'l.l/h] Totaal C bH6 ( 222,3) ~ C6H SCI ( 285,0) Hel ( 115,6) ~ C_bH₄Cl₂ 27,9} °2 ( 65,4) C6H2C14 13,7) + 204.000 kcal/h H~o 60,5) CO 2 16,2)

De geta.llen tUSSf"tl ge\vorlP h".~lJcjes geven de hoeveelheden (uitgedrukt in kg/hl aan.

b. Toevonr(m 1. benzeen

~ 90','~ overn~;at (recycle)

10010

~

91~ monochloorbenzAen

10~ reageert 1~. hoger gechloreerde benzeen , 0,20;. verbranding

/

-2

.

ZOUI~ZU1U' ~practisch volledig vprbru,:J~t \'iorrien. Stel hf"t restant or

21·

Van

OJ.

een 10010 -ite OVt:rJTli"él t neIGen. c. Eatalvsator _ _ ~H'- _

Volgens het Britse patent 362,817 (eXClJ~ple 5) breid 1trorc1_{t ,üs kAtalysator}

gebruj.kt een Jiwngsel van CUC1

2 + cerimn chloriden + FeCl) op A120₃ als drager.

Deeltjes Grootte 5-10 rrm; vul;sewicht 0,7

k~f/drn3

.

Levensduur 3 mrianden.

Doorvoersnelheid 50 gr C

6

H

5

Cl/h liter katalysator.

d .Hat eriR,al bala.ns

_'-_;"";;:8;'; . ..-S~ C 6H6 Paraffine H 20 ChH SCI C₆H

é

1 2 C 6H2CL4

chloorparaffine HCl CO 2 K ~ . -" .. _-, .... ·.-.---.--.-.-~.. 4 - - - -k.~/"...:.. . - - -.... î 2223,0 2000,7 1,0 499,3 .1)59,8 3,4 28B,4 2,0 29,9 13,7 2,0 118,9 2,3 -.,...:.=--~-- 16.2 400,0 400,0 130,8 6.5,4

---

---3378,4 3378,4 ---~---~~ Totaal .;'';'/

. "---fI'"

~\V,

"'

\

'lP

l.... \ tJ"

v,:yr'

e. Warmtebalans Warmteproductie 204.000 kcal/h =~KW

Afvoeren met lucht 15° - 280°C

Q/t = C m/t A T

P 0

~T

₌

2800 _ 150 = 265 C benodigde hoeveelheid lucht

C 7 kcal/krool C ° x l kmol/kg p 28,8 m/t 3160,8 kg/h Q/t 204.000 kcal/h f. Afmetingen

Aantal reactoren 5 waarvan 4 in gebruik Hoeveelheid katalysator: 50 g C 6H5Cl / h liter kat. SDS /:q = _{285 kg C6}H_{5Cl / h} ~~2 x 103 liter kat • Vol kat. =

~~2

x 103 liter = 5,7 m 2 Per reactor

i

x 5,7 1,425 m3 Gewicht

~

= V x

J

=

1,425 x 700 kg/m3

=

1000 kg.

Af te voeren

i

x 204.000 kcal/h = 51.000 kcal/h = 59,5 KW

Q/t = U A 4T Q/t

=

59,5 KW U 20 W/m26C ~T (300-15) - (300-280) ln(300-15)-ln(300-280) Reactiegassen 844,6 kg/h 0,2345 Lucht 790,2 kg/h = 0,2195 dl dikte platen d 2 = afstand tussen de n = aantal platen nd H ₁

=

1,442 2nLH = 37,4 n(d 1+d2)

=

B 0,117 0,11 kg/sec kg/sec platen v 1nd1L v 2nd2H Stel n = 10 v 2 = 5 m/sec Afmetingen L = H = 1,37m dl 2 37,4 m snelheid v 1 snelheid v 2 <--- -- L r -< ti, : B

1

en L=H 5,65 cm d 2 = 1,6 cm -- LU.CflT GAS' , , 0 - , l,o~ "'-f t'l'lvc>.f.., e.,~) B = 0,725 m _v (zie figuur) 6 = 15 cm/sec

Mengcondensor.

=============

Berekening mengcondensor.

1. Aannamen:

1. vloeistoffen zijn ideaal.

2. er is evenwicht

J. alle dichloorbenzenen enz. condenseren.

4. alle HCl wordt geneutraliseerd.

5.

er lossen geen inerte gassen op.

2. Materiaalbalansen.

voor elke component A geldt: Al = A = _A3 • A4 2 AJ

=

A, + _A6 A6 A7 + _Al 1 II CO 2 C6H,Cl (L) N 2 C6H6 (M) °2 H20 (N)

A, = A4

=

A6'C geen bijzondere A .. 0

7 aannamen

Alle hoeveelheden uitgedrukt in kmol/h.

Iedere A

2 i s bekend (gegeven voeding)

Evenwichtim. a. mengcondensor zelf Stel L4 + M4 + N₄ + 0,28 = B LJ + MJ • N_J + 16,70 1 dan geldt: BI L3

...

P0 _L L4 P III C 6H4C12 en hoger chloorparaffinen zouten - --_._~----o P M P Al • AJ = AS = A6

Voor elke componenet A moet _{A3 ":> Al }} Al + _A2 z:: AJ + A4 -)

Voor de tweede condensor geldt: X, P' = X(jP

A7

o PH

P

dan geldt:

~

pOL L6 Ft Voorts is: L 1 M1 L6 M6 ~e!k!~!

:

~

B 2 M6

=

0\. < 1 0 P M

=--

_Ft o P N ==

f t

1. Berekening van een voorlopige warmtebalans onder bepaalde aannamen

van M) en N) 2. Berekening: a. L 1 LJ "" 0 L .. L6 , ,. L "" 0 7 M,

..

M6 = M '" 0 ₇ N, N₆

=

N ₇

=

0 b. L, L7

=

0 .. M ₇ • 0 = H ₇ .. 0 c. _L7 0 ... 0 d. _~ alles meerekenen.

Doorrekenen tot aan alle betrekkingen voldaan is.

11. ,. l·.lengcondensor. ============== a. Warmtebalans (kcal/h) Vrijkomende warmte condensatie C 6H,Cl Idem C 6H4C12 etc. Afkoelen gas Absorptie + neutralisatie HCl 1.5.200 2.700 87.6.50 39.000 144 • .5.50 \'. Afmetingen m/t =

r

v A

f

= 4 kg/m3 geschat m/t 3378,4 kg/h = 0,94 kg/sec gas Itel v 0,2.5 i'n/sec D

V

_4A 1,10 m 7r Neem H = 2 m. Verwarmen vloeistof 30-9.50 121.300 Verdampen vloeistof 20.6.50 Verlies aan de omgeving 2.600

144 • .5.50

}

2

a. Warmtebalans

Aanname; alles wat condenseert condenseert bi,j 950

afkoelen tot 300 7.580 kcal/h

condensatie

afkoelen vloeistof

afkoelen damp

condensatie

afkoelen vloeistof

afkoel en damp

condensatie

afkoelen vloeistof

Totaal

Koelwater van 10 tot 200C

Q/t == c. mJt. #0 T

I

Q/t ::= 740.740 kcal/ h c == 1 kcal/kg

°c

6 T ₌₌ 100C b. Afmetingen Q/ t

₌

U A Ä T Q/t == 740.740 kcal/h == 864 K.'N U ::= 800 W/m2

°c

d T ::= (95-20) - (30-102 420

I

n

C95-20) - lnC30-10)

l

il

pi jp Totale pijplengte LT

=

25,7 10-

2

lt x 0,5 x 2,5 x 2 passes

lengte per pijp 2 m

Totaal 168 pijpen D == 2011 301.000 37.200 120 296.000 85.000 2.200 9.600 2.040 740.7LJ-0 kcal/h m/t ::= 74.000 kg/h koelwater ::= == 2 A == 25,7 m verwarmend opp. 327 m 50 cm.

19 Afscheider

===========

a . Construc-cie

In een liggende cylinder bevinden zich een aantal evenwijdige hellende platen (evenwijdig aan de stroomrichting)

b. Afmetingen m/t ==

3869

,

7

k~/h _b ==

3869

_j600

,

7

_{sec h} k,/h == 1,048 kg/sec.

f

==

970

kg/m? (geschat) ==

e

v waarin

9

Kies

e

== L

=

verblijf tijd en L == lengte

5

'

== 300 sec en L == v 0 ,5 cm/sec 5.10-3 m/sec . == cylinder. 1,5 mete.r. A 1,048 lfI/sec == 970 kg/ . x ) . 10-

3

m/sec

=

0,218 D == _{0,53 m} 2 m

1.8

a. Warmtebalans

Warmtecapaciteit _{(berekend onder~) W}

== 1401,3 _kcal/h

Afkoelen _{van 95 ° tot 65°C}

Q

/t

==

Wit

AT == 1401,3 kcal/h °c • 30° °c ₌₌ 42.040 Koelwater _{10° tot 75°} m/t = ·~/t = 42040 kcal _{= 650} C .A T 1 kcal/kg ° _{C " 65 ° C} b. Warmtecapaciteit ,--.~--~~---._#.--_._'

... .

--kcal/kmoloC kmol/h Stof kcal/h kg/h

°

kcal/h C == 49 KW - - - ---. __ ._._---C₆H₆ C 6H5Cl Hogere 21,5 2,46

chloDr~

_j,

i

0,28 ca 32 638,0 34 _83,6 40 _11,2 H20

I.

34,4 _{18 618,5} ---r---~---Totaal _{ii Wit} == 1401,3 I; c. Afmetingen

Q

/t

=

U A

_A

_T

(

:.t/t

U

=

== A T (~5-10)- 95-75) 350C =ln 65-10 -lnC95-75) = 111 pijp Totale lengte 1JT = "TC

16 pijpen van 1 m. lengte.

4 passes D == 811 = 0,20 ID. A == 1,3 m 2 verwarmend oppervlak 1₂

3

2 = 16 meter. 2,5 10

22 Afscheider. ============== a. Constructie als 19 b. Aïmetingen m/t = 262 .. -,1 kFS/h 2624~~/h_ = 0,73 kg/sec 3600 sec h

f

= 940 kg/m 3 (geschat) L =

e

v zie

12-Kies

e

=

5

'

= 300 sec en L = 1 meter

v

₌

1 m/300 sec = 1/3 cm/sec

A = m/t = _ _ ~73 kg/sec = 0,233 m 2

p

v 940 kg/sec x 1/3 x 10 - 2 m/sec

D =

V

_4A = 0 ,545 m

=================

1. Evenwichtslijnl

Stel wij willen een comr onent S uit het gas in een vloeistof absorberen.

x

== kgS/kg vloeistof

y _{== kgS/kg inert gas}

Zl == molfractie S in het gas Z2 == molfractie S in vloeistof Dan kan men afleiden

zl == «.y/(ex y+l) waarin 0(, ==

Wanneer Raou1t geldt is

z2 Po == zlP

(mo l,'1'Pwicht

(11:0 l.gewi ch t

waarin po de verzadigingspanning van Sis.

M G)

IVl

L)

x == z2/ ~ (1-z2) waarin ~ == ML/IVl_S

Het verband tus~en x en y wordt dan

y == ~Eo x _{(evenwichts li jn)} oe p + w.~ (P - pO)x

De helling van deze hyperbool in het puntlx == 0

,

y == o)is~po/ oe

De helling van de werklijn (Helling L/G) moet dus groter zijn dan

2.

deze waarde van de beginhelling.

Keuze vloeistofhoeveelheid

Bij t == 300C is P 0 ==124 Stel P == 760 mm (alleen

~

== 156/78 oe p 29/78 eis : L "> 0,878

G

L

>

0,878 G x x mm boven 124 760 in == de kolom juist) 0,878 G == 575,2 - 38,2 == 487,0 kg/h (inert) L

>

427 kg/h

Kies L 446,6 kg/h dan is de absorptie technisch mogelijk.

3. Afmetingen

P

De diameter wordt bepaald door de eis, dat men tussen het load-point

en het flooding-point moe~ werken.

G == gasbelasting lb/hr == sq ft . L == vlmeistofbelbsting lb/hr = sq

f

==

J

f

/0,075

p

== gasdichtheid 1 lb/hr.sq ft == 4,89 1 lb/cu ft == 16,02 1b/c\l ft . 2 kg/h m )<ojm3

32

-2-Gas lVJ :: 5'75 2 kg/h :: 31,8 kg/kmol lo,oê kmol/h

f

:: _E x ₂₇₃ x DH x Cfn)H 2 760

rr

:: 1000 x 273 x x 0,09 1,695 kg/m? :: foncierin

760

3ö3 :: 0,1055 lb/cuft :: VO,1055/0,075 :: 1,19 G :: m/t kg/hm2

-.A

:: 487,0 kg/h / A :: lOO/Am2 lb/hr. sq ft Grafieken abscis ~ LrG :: :: ML/A MG/'fA :: m/t ::

i'

_lVI L/IVI G IVIC/~A voor het gas ordina~t

G

/

~ hierin is IVI G

M

_L

abscis:: 1,19 :: m/t voor de vloeisiJof x 446,4/4-87,0 :: Ordinaat: Loadpoint ca 1200 floodingpoint ca 1300 Kies G/ \ :: 1250 j G == 1490 lb/hr A == 487,0 kp.jh 7280 kg/h.m2 <p== 1,19 sq ft 7280 2 :: 0,067 m D ==

~l±A

::

°

,29 m 7t" 1,09 kg/h m 2

Dehoogte is niet te berekenen zonder kennis van de stofoverdrachts~

doefficienten.

Aangenomen

H

::

m

4. Wabmte effect

Het absorberen van benzeen gaat met het vrijkomen van warmte gepaard. Om deze hoeveelheid te berekenen i s hiervoor de condensatiewarmte van benzeen gebruikt. Een deel van de hoger gechloreerde benzenen

ver-dampt, waardoor enige compensatie optr eedt.

Condensatie benzeen 88,2 kg/h } ~ 9/ t == 8820 kcal/h

~l(ó ''%.100 k c a l / k g "

Verdamping hoger gechloreerde benzenen

7,0 kg/h

r ::::::.10 kcal/mo 1 Q/t • .,. 450 kcal/h

IviG .:: 156

---Vrijkomende warmte Ui t == 8370 kcaljh == 9,7 KW

Wordt deze niet afgevoerd dan ondergaat de dichloorbenzeen (C.S)

een temperat uursstijging.

.A T 8370 kcal/h _o

439,4 kg/h x 0,27 kcal/kg C Dit is volkomen ontoelaatbaar.

o 0

De warmte wordt afgevoerd met koelwater, dat van 10 tot 20 C verwarmd wordt .

m/t ::

(~/t ::

e

4T

337

0

kcal/h 1 kcal/kg

oe

x 10

oe

Koelspiralen ( 3stuks) Q/ t :: U A A T

=

83

7

kg/h :: 0,232 kg/sec.

Q/

t

::

9

,

7

KW

A

=

0,554 m

2

U A T

t

ll_!"'pijp ::

=

500

W

/m

2

oe

35° geschat. L = 0,554 :: 14,1 m totaal x 0,5 x 2,5 x

l

~

Per stuk dus een lengte van 4 , 'I m.

:::=====

a. Warmtebalans

Stroom uit

13

heeft begintemperatuur _30°

l

_dit

Str oom uit 23 heeft begintemperatuur 30°

f

stroom uit ~ heeft begintemperatuur 65° Berekening warmtecapaciteiten zie

W

l (te ~ 30°)

=

W

2 ( 65 - te)

252,5(te-300)

=

783,0(65-te)

te

=

56 °C

onder ~

Uitstromende vloeistof

w

=

W

l + W2

combineren

=

252,5 + 783,0

=

1035,5 kcaljh °c

b. Warmteca~aciteiten

Stof kgjh kmolj kcaljo : kcalj

van 19 . van 23 totaal h kmol C

I

h °c C₆H₆ 236,5 88,2 324,7 4 ,16 I 32

I

137,3 C 6 H5 Cl 11 , 2 2 ,6 13 , 3

°

,

12 : 34 4, 2 Chloorb. 436,8 436,8 2,73 ca40 111,0

;:~::~----~:;~~~~----~;Z~~~~::~ZZ~~;J:~:~~~:=~~:~:~J~~~~~~;~~~

Stof C 6H6 C 6H5Cl Chloorb. H 20 kgjh van 22 1.675,6 277,2 45,6 3,3

I

kmolj h 21,5 kcaljkmol °c 32 2,46 34 0,20 . ca 40 0,1831 18 kcat/

h C

688,0 83,7 8,0 3,3 --- --- ---, --Totaal 2.001,7

26 Warmtewisselaar ================== a. Warm_t ebalans Toe te voeren warmte Q/ t == Wi t 4 T wi t ::: 1035,5 kcal/h oe (zie 24) Ll T ::: 1030 - 5e 0 ::: 47 oe Q/ t == 1035,5 kcal/h oe x 47 oe ::: 40.500 kcal/h ::: 56,6

KW

stoom 150° nodig qLG == 504 kcal/kg.

43.700 kcal/h 50Lj· kcal/kg b. Afmetingen I~/t ::: U A _A T Q/ t ::: 56,6 KW U ::: 400 W/m2 oe ::: 97 kg/h ::: 2,1 m 2 6T (150-56)-(150-103)

I

A

68°

verwarmend

:::

:::

ln(150-56)-ln(150-103)

Totale lengte 1" pijp

2,1

26,7 m

1'r 2,5

28 pijpen van 1 meter; 4 passes

D::: 8" ::: 0,20 ID.

27 Destiilatiekolom

================

Afmetingen

Condensaat (R + 1) D

=

(9 + 1) 2001,8 kjh

=

20.01ö kg/h

=

6,45 kg/sec.

namp8troom 6 , ~;

5

kgf sec.

f6=

1200 x

273

x 0,09 760 423

fL

=

870 kg/m3 Schotelafstand 0,45 rn m/t

=

0,05

{~70

=

ca 3,6 v A

=

6,45 kg/sec A x 78

₌

2 0,78 m/sec

=

3,6 kg/m/ 0,78 m/sec D

=y4Ä

1,71 m. 1t

=

3

,

0

2,3 kg/m? 2 m

Het aantal schot els is niet bepaald, daarom de hoogte ook niet.

========== a. Warmtebalans

Q/t

Q/ t ::: ::: ::: (R + 1) m/t qLG (g + 1) x 2001,8 1.820.000 kcal/h Koelwater v~n 100 tot 750 Q/ t == C m/t A T kg/h x 91 kcal/kg ::: 2120

:kw

m/t == 1.820.000 kcal/h 1 kcal/kg

°c

65

°c

== 23.000 kg/h == 7,8 kg/sec koelwater. b. Afmetingen

Vt

== U A A T Q/ t ::: 2120

k

:w

U == 700 W/m2

°c

a T ::: ~95-102

-

_C95-752 ::: 45

°c

ln(95-10) - ln(9~-75)

Totale pijplengt e 1" pijp 67 == 853 m

1[' 2,5

Koelwatersnelheid v == 0,1 m/sec

r

:::

1000 kg/m 2

m/t::: 7,3 kg/sec m/t :::

f

v A₂

Aantal pijpen / ~ass ₌₌

A₂

780

10-4-(

~/41 (2,5)210-

4

== 67

verwarmend opvervlak.

78Q 10-

4

2

== m

::: 159

2 passes Dus

~ 313 pijpen

D

== 28"::: 0,70 m

Lengte per pijp 85j m ::: 2,68 ~

29

Reboiler ======== a. Warmtebalans (~/t

=

(RD + qF - K). qLG D + K = F .. F - K = 1 q =: 1

1

Kies R =:

9

dan R + 1

=

10 D =: qLG

=

2001,8 '78 104 26,65 kmol/h k caJ/!<mol Q/t =: (R+l)D qLG Q/t

=

10 x 26,65 x 104

=

stoom van 1800 en 10 atm. 2.665.000 kcal/h = 3000 YW I qLG m/t b. Q/t U Ä T Q/t

=

483 kcal/kg

=

;<t,/t \ 'JLG Afmetingen

=

U A ~ T

=

1500 Wim

=

2.665.000 kcal/h 483 kcal/kg 2 _oe

=

180°- 1530

₌

2'7°e

I

=

3. 10Gw

Totale pijplengte 1" - pijp

=

7

4

=

94j m 'lt. 2,5 • 10-2 d.i. 628 pijpen van 11- m l engte. Diameter 36"

=

0,90 m = 5500 kg/h stoom A

₌

74

m 2 verwarmend oppervlak

1. Ternalre des~illaties (al~emeen)

Bi j de berekening van deze ternaire destillaties kan worden uit

-gegaan van de aannamen:

1 Van de voeding is zowel de samenstelling als de totale hoevee

l-heid bekend. De voedi ng is op kookpunt .

2 De destillaIt:9ssamens-celling mag worden gekozen.

3 Overal in de kolom heerst dezelfde druk.

4 De molenstroom is constant.

5

Van he-c ketelproduct kan één samenstelling worden aangenomen.

Uit de materiaalbalans voor het hele toestel volgt dam de vol

-l edi ge samenstelling.

6 De terugvloeiverhoudiag mag worden gekozen.

7

Het schotelrendement wordt overal

=

1 gesteld.

8 De evenwichten zijn te berekenen met de wet van Raoult

2. De samenstellingsdriehoek

Het ternaire stelsel A,B en e kan worden afgebeeld in een samen

-stellingsdriehoek. Voor één bepaalde totaaldruk P kan men isothermen

tekenen zowel voor de vloeistof als de damp.

x

=

samenstelling van ae vloeistof

y

=

samenstelli ng van de damp

(molfractie) po

₌

_{de dampspanning bi,l de heersende} yP

₌

xp

°

I

y kx waarin k

₌

pO/P YA

=

KAx A (1)

}

Voorts YB

=

KB x B (2)

L

X

Ye

=

Ke x e (3)

Hieruut kan men afleiden:

X_B

₌

pOA

-

pOe _p

°

xe + - p Ao

pOB pOA pOB _{- P}

_A

YB

=

pOA pOe pOB + ~pA

°

pOB

_-

_P

_°

_A

pOe Yc _p

_°

_B-p

_°

_A temperatuur. geldt

=

1

"2-

y

=

1 (4) (5) pOB p

-2-St:lt men:

°

_ pOe

OC

°

p A = p

-p

A

~

=

pOB _{- p}

_°

_A

pOB _-p

_°

_A pOA

_{- E}

°

_e

El

p

°

pOB

r

=

0

- P A

•

= pOB

_{- P}

°

_A

pOe pOB

_{- P}

_°

_{A P}

dan kan men voor de vloeistof en de dampisothermen schrijven X

B

=

~

Xc

+ ~ YB

a

Y

_c

+r

In de samenstellingsdriehoek zijn deze lijnen gemakkelijk t e tekenen als men het volgende bedenkt:

a. de lijnen zijn recht (lineaire vergelijkingen) b. op de lijn AB geldt: X

₌

0 dus X B =~ c

f

Y e = G dus YB = c . op de lijn AC geldt : X B = 0 dus Xe = -~/O( YB = 0 dus Y e =

-f/

r

d. op de lijn BC geldt: B X_A

₌

0

X

B +

Xc

= 1 _{_,'>~_I}

.

X B

=

1 - Xe

~

I

, ..

X B = ~ Xe +

(\

l-X("1 \J -- O( X C +

~

Xe analoog:

d

-

1 Y -

---,..--,.-e -

-C

r

+

1)

Bij iedere temperatuur moeten

°

P A P

°

B en p

°

C bekend zijn. P is aangenomen

---

---

--. ~- ---._-... , . " I ' ~ -1

=

= -(0( +1)

De grootheden zijn dan te berekenen en de lijnen zijn te construeren. A _A

@

(Ç!)

'\(a ~ Xc. C- _C , I

3

.

de destillatie-materiaal balans F :: aantal molen/h totaal in de voeding

D :: aantal molenfh totaal in des-cillaat.

K :::: aantal molen/h totaal i n ketelproduct.

F is bekend.

(XF)A (XF)B en (XF)C ook. Het punt F is dus te tekenen.

(XD)A en (XD)B kunnen gekozen worden. (XD)C :: I - (XD)A - (XD)R is ook bekend. Het punt D is dus ook te tekenen.

F :: D + K

Dan zijn D,F en K collineair.

Van K kan men lén samenstelLing kiezen b.~. (XK)A Dan ligt ook Kvast.

D,F en K zijn dus alle drie te tekenen

Dan zijn, daar van F de hoeveelheid bekend is ook de hoeveelheden

)

van D en K te berekenen. Want

F ::::

in deze twee ver~eli~kingen zijn D en K de onbekenden.

Contr6le op het antwoord is mogelijk door substitutie van D en K in de vergelijkingen

(XF)BF :: (XD)BD (XF)CF

=

(XD)C D

4 . Berekening van het aant~l theoretische schotels. De schotels worden van bovenaf genulIlntf'::rd.

Voor iedere schotel boven de voedingsschotel geldt (constante molenstroom)

Gn +l - Ln :::: D _{of Gn +l} ~ Ln + D ne-schovel Dit schrijft men kort weg als

(n+I)G

==

n:L + D dan geldt dus:

lIG :: _{I L} + D d.'vv.z. _Ilo 11 enD G collineair D _lIL IiIG en D 1111 D _{IllIJ lVG} en D

_""

voorts ia natuurlijk lG

1:-

D De vergelijking: (n+I)G :::: n L + D g e1dt voor iedere component.

-2-Voor de component A wordt dit

(Yn+l)A G = _{(Xn)A L + (XD)} A D

( Yn+l)A =

c;:-

L (Xn)A + G-D (XD)A

Dit is de vergelijking van de eerste werklijn.

De helling in de Y-X figuur is

LIG

De terugvloei verhouding is R

=

LID

G

=

L + D

Dan geldt:

LIG

=

L/(L

+ D)

_LID

LID

₁

₌

_R+

R

1 + 1

₌

1

=

_LID

_{+ 1 R + 1} en

D/G

=

DIL

+

D

De vergelijking van de eerste werklijn wordt dan

(Yn+l)A r:i!

R

~l

(Xn)A +

R

l

+

1

(XD)A

Voor iedere schotel beneden de voedingsscbotel geldt analoog L' - G'

m m+l = K

of Lr =

m G' m+l + K

Kortweg geschreven als

~ = (m+l)G + K

dus b .v.

t

L.

VII

L = VIIIG + K d.w.z. VIIIG VII

L

en

K

collineair

VIII

L = IXG + K

Ook hier geldt voor iedere component

ML

=

(m+l)G + K

Voor A

_,

wordt dit

(XTh)AL

=

(Ym + l)AG' + (Xk)AK

IX G

L'

K

(Ym + l)A =~ (Xm)A -

G'

(Xk)A

Voor de voeding gelat

q

=

fractie vloeis~of. dan is L'

R

"

LID

=

L + qF

1

L'

=

RD + qF L

=

RD L'

=

G' + K'

L'

W

K

GT

_ RD + .9.~ - RD + qF - K = _K

=

RD + qF---=--K G'

=

L' - K VIrI L en K 1111

---+-_..J1'

G'

I(

=

RD + qF (X) K ( )

RD + qF - K m A - RD + qF - K Xk A

Voor de voedingsschotel betrekt men de damn in de berekening van het

bovenste gedeelte en de vloeistof van die Vdn het onderste gedeelte.

Door h~ snijpunt van

4

e eerste en tweede werklijn en het punt

(X

f

,

)C

f)

kan men de q-lijn trekken.

Y

=

9..-q - 1

x 1

q=-l

Men kan het y-x diagram naas~ de samenst ellingsdriehoek tekenen.

L~at men uit een willekeurig punt 0 van de samenstellingsdriehoek

een loodlijn neer op de lijn BC dan geldt:

ho/R

=

X

A

waarin ho de lengte van deze loodlijn en H de lengte van de hoogtelijn

ui t A is.

De afmetinp;en van de y-x-figuur zijn dezelfde als de hoogte van de

samenstellingsdriehoek.

De berekening van schotel n na.,r IHI vindt men uit onderstaande figuur.

A I

( i t - - - - \ --_ ... _ . ... - - <

, \/~

i( "".-,!

De berekening van één schotel ver loopt als volgt :

a. N

L ligt op een vloeisGof 150 therm.

N

G ligt op een damp isotherm

Deze isothermen hebben dezelfde temperatuur.

b. Volgens Raoult geldt

YBF

=

~

x,~;

.Hieruit volgt YC

=

Xc YB _XB o p C

pe-B

=

Weet men

A

G

dan kan men een lijn trekken / / BC

n

t.

verdeelt deze in stw ken waal.·van de verhouding YC/Y

B

is. Weet men bovendien op welke darnpisotherm

n

G ligt dan is

ook pOC/ poB te berekenen. Men weet dan XC/XB. Verder weet men

de vloeiscofisotherm waarop n2 l.igt .

5

.

Rekenschema

1. Neem een druk en een terugvloeiverhouding a0n.

2. Bereken de voedingssa;, ens"Gelling F en de waarde van q

3

.

Kies de àestillaatssamenstelling D (voorlopig)

4.

Kies één ketelproduccsamenstelling

(XK)A

D,F en K zijn collineair, dus de samenstelling van K is nu bepaald.

5

.

Construeer nu de Ie en 2e werklijn in àe figuren naas"G de

samen-stellingsdriehoek

6. Schat de temperatuur van K; bereken en construeer de vloeistof

isotherm van deze temeratuur; K zal hier i.h.a . niet op liggen.

Herhaal de procedure tot de ~oede isotherm gevonden is.

7

.

Construeer de dampisotherm bij de'0e zelfde temperatuur.

8. Bereken van de daL:psamenstelling YC/Y

B uit: o YC Xc P C

=

YB X B pOB

9

.

BeJeken lJle"G behulp van de tweede v,Jerklijn het vloeistofpunt van de

schotel daarboven onder de aanname dat (n+l)G N

L en K collineair zijn.

10 Ga na op welke vloeistofiso~herm n_L ligt en bepaal de verhouding XC/X

B uit de figuur.

11 Deze procedure levert schotel na schotel op.

12 Wanneer men i .p.v. de tweede de eerste werklijn gaat gebruiken

gaat de procedure net zo, alleen lif!;gen nu

N

L (n+l) en D collineair. Ga door tot men een dampsamenstelling

gelijk aan D gevonden heeft . lukt dit niet dan herhaalt men de

procedure met een andere terugvloei verhouding.

(kies eventueel een andere D samenstelling)

13 Bereken de hoeveelheQen van de verschillende componenten in het destillaat en ketelproduct

14 Ga na op welke vloeistofisotherm F ligt.

6 Berekening

p

₌

_{800 mrn kwik.}

R

₌

₉

q

₌

1

A

₌

monochloorbenzeen (+ benzeen + water)

B

₌

dichloorbenzeln,,~ ( + chloorparaffinen)

~,2 4,0 3,8 3,4 ~,o 2,8 1,0

I,a

l

o~ ~ ...

'---_ _ _ ----.:~ '000 T I, '3 2.,0 ~,I ïE1ttll~IRe 'DES'TILLAT Ie 1-\: ~o.,oc."'oor"_e"'Z.~ ...

'& : cl:cL.l.o,.&'c. .. -z.e ... e.,

/ ,,'

I

_.

I

. I

\.1

I

I\'

j',

: . \ . \ '. I , h ;'1 ",

"

'\

'

", ' -,

\

\

---,

", -, -.---:' " '. _0 0 - 'I IV } $ _«;;, r " ~ .t. '---' ~ 11 L.D ~ "

go

0 ~ j ~ (

"

o

111 H

!

_ . i

I

I

I

! I

i

I

I I , ! ! i ! i

I

I

I

ti :-, » 7 \:>

\

\

, \

._---_\

~

~ t7 r- ,)

"

-" "--:J

--"V

...r

-'---j'-,

I

~ !

I

i I ..., -t- T I '000

I

., I

°

I

i i

~

!

T

,

~~

A

0'

~

B l O'

r

~

~ ~

~

°a

I

rOe

,

-

Cl{

I

- '(

().

E

-

~

I

te i -

r

Ir

v l ! I 1 I ! ' I"" ~ oe. Ok I _I c 1,-1 _" : _, I 1 1 1 _{, .} i i 1 l'

I

I I I i I I"' _ .. - ""'" "-

·

"··'-r:

I

r

.... .. -

t

t

I

2 ! 1 37 41

°

!

2, ff4 , 2, 92 + : 2, 395 I! 1, 59 , 835 248 5

_!

39 1 , 36 13 7 , 5 ' 4 1

°

,

5! 2 , 4.3 5! 2 , 94 2 , 405 I 1, 605

I

87 1 2 5 5

!

40 1 , 347 ! 8, 59 8,70 j 0,060 0,018~ 0,035 ~,0043 I " ! ' 0,115 0,0307 0,Ot3~ 0, 002141 3 142 4 lll9,5 5 160 i-6 169 ! : , --~_ .. -_ .- _____ l... __ - - - - -- - --- ..

··t-

--

---+--- .. _ ..

---+ ---

+ -

..

! I" +0._-1_ ---t-415 2,41 , 2,99 f' 422,5 2,365 3,07 1 4J3 ~. 2,31 1 1 3,17 , I I

~

i

i

I I I 2, "65

.l

~'

67 970 ..

.

2~

O li.

~ 71~

}

6

,~

~8

.~

0,

250

:

,

~906

;

0, 1 J4 0,0108 I " I I I s i ! , I 2,57

i

1,79~ 1175 1 370 62 ' 1,383 ! 8,24 . 0,466'0,2155 0,317 0,0262 2,70 1,945 1480 I 1 I ! 0,

6

93

!

~

'-.:

;

i

~

489 '0,053 6 500 88 1,42 , I r G ,08 I t 1 442

I

2,26 5 1 ) ,22) : 2,805 ë,065 18ClO 0,862 '0,h90 0,594 !0,08625 ! 1 i . 4 . , .•.. I

I

I ; 1 I

' I

h 40 1 1 6 1,452

i

8,00

I

_I

1 10_,1685 • 1 I \ 1 7 ! 174 i

447

~

i'

2,24 1 ),30 2,86+

~I

2,13 5

_i

2000 I I . ,

i1

,

~:-r

~5~

-~

~

9

--;

.

~-

9

·

r~

,

-

9

:-

:

~

:~

-:

:~

55

I

7,

e

2

i

1

I

'

. -- --~--- .~_.- - --_. ---,---+---+ , I I t . : I I 955 I 185/ 1,512 17,81 1,102i1,315 [0,728 0,644-

!

o

,

11

°

~-

,

-- C( - , ... -._.,_.". __

._

.. --T-'--'~1""

..

~ '.-.~' ..... - -....-_.~_. ---~ .~ .

,

Ö-L

,

-- '(--t I I I )(c./ X_e ;··r-=:::::-;...:::.! ~~'='-=.-:-=.- _~:-..:=:::::.:.~.w 5,5 10-5 3,4 10- 4 2. 10-3 90 6 -1-- _.

~_

""

131 ·i i

- r

hl

163,5 .. L

-

,.-

... 16 I _~1_6 . .8 _._ ..

----i-0,20 10,0463 0,36 - ----- -- .. _--~- ~--~ ~ y c.

I

Ya

.1

8,7 10- 6 5,3 10-5 3,24 10- 'L i <J , (/I

I

;

___ .1 .. _ _ _ ,

!

-.,

...

:

- - - - ' i , ' '2. ?> ' l 1,86 10- 3 4 0,01306 0,OOf)32 0,0179 0,0693 - - 1---°₁

5

I

b

~-_._-I

I

7

8

,- - - -r-- - - ." --- -.---.. - - - --. -- .---.- -kmd/h F 1---_._---+1---_."._---,_. C 6H6 H₂0 I ~ C6H5C1

,I

C_{6H4 Cl}

I:

d chloorparaff. ii ; ~ 0,10 0,01 2,66 2,55 2,24 D 0,10 0,01 2,514 2,464 0,026 K 0,036 2,214 C SH2C14

li

0,70 0,70

======

======

=

~

===========================================

Totaal

~

5,60 2,65 2,95 _ . , . . . , . , . . .... ,"~_· ... ·.~ ... · ... -... ._··_·7·_· .. _ .... '~ ... ~-r?-i molfractie F D K 0,990 0,011 0,727 0,262 ============ .. ~---.-'_._."""_.---' " " ... :j F kg/h D

-.---.----

:!

---

7

,

3 C₆H_S • 7,8 H₂0

:1

0,2 0,2 C6H5Cl !,,'.i,l

2~078,

'

06

2°:,'7 3 2,3 C₆H_{4C1 2}

I

/

/

304,3 chloorp. 20,6 0,3 20,3 C 6H2C14 151,8 151,8

=============

1

t

=============

=========================

Totaal I 1 776,0 296,8 479,2

=============~

~

==~===========-=========================

Algeheel

il

776,0 776,0

I

totaal !l " - - - _ - . : : - _- - - ---_._--_ ... _--- -_._- --. ---_._---'