Een schema voor de fabricage van Vinylchloride

• il

.

. -' ", TOE L 1 C H TEN D B IJ i I , '.' ~

...

_

iiiiiiQ

L.H.Ruiter Spoors1nge1 31 DELFT • VERSLAG F A B R lEK S S C HEM A • December 1952

Toelichtend ve,r!3~as b.iJ, ,r,abrieks8,cp~!!.:.

0Edracht: Een .chema voor de fabricage van Vinylchloride te vervaardigen.

!~gelijkheden en keuze: Welke processen zouden toegepast kunnen worden?

1. Door directe synthese uit acetyleen en zoutzuur:

C:( Hl.. + HCl ~ CH 2.CHCl

a. met vaste katalysator cp drager (meestal ag-verbindin-gen op dragers als geactiveerde koolstof, 8i11cagel ef puimsteen bij een temp. van 100 - 210°C),

b. met een oplossing van een katalysator (meestal een

cu-proverbinding, al of niet gecombineerd met HgCl_z of

NH₄Cl, bij verhoogde temp.)

2. Door chlorering van C:tH4:

C_z H₄ + Cll. ~ CHzCHCl of- HCI

Dit wordt uitgevoerd bij 300 - 500°C en onder toevoeging Tan zwavelverbindingen om koolstof afzetting te onderdrukken.

3. Door HCl onttrekking aan 1,2-dichlooraethaan

a, verzeping met bv. KOH:

CH.,C1CH.l,Cl of- KOH ~ CH~CHCl i- KCl + Hlo0

(dit gelukt ook met l,l-dichlooraethaan)

b. op katalytische wijze bij verhoogde temp_ en met kat.:

CH_zC1CH₂Cl ~ CHzCHCl r HCl

(kat.: met BaCl z of phesphorzuur geactiveerde koolstor

bij 250 - 300°C, of met A1203 bij 350°C),

o

c. thermisch kraken zonder meer bij 500 - 650 C.

4. Door HCl onttrekking en gelijktijdige hydrogener1ng van

2

-1,2-dichlooraetheen met metalen van de Pt-groep als kat.

CHC10HCl + H 1. ~ CH:L CHCl + HCl

5. Uit trichlooraethaan, door dit te behandelen met waterdamp

o

en Fe bij 100 - 120 C.

, 6. Door reactie van l,2-dichlooraethaan met acetyleen bij

o

280 - 400 C en met All.0J ,geactiveerde koolstof of

silica-gel als katalysator:

De keuze viel op de bereiding van VC. (vinylchloride) uit acetyleen en zoutzuur met behulp van een katalysator in wateri-ge oplossing. Echter is het niet mowateri-gelijk een volkomen verant-woorde keuze te doen uit bovengenoemde mogelijkheden. Immers,

het gaat er uiteindelijk om, het gewenste product (in casu

vi-nylchloride) zo goedkoop mogelijk in de handel te brengen. Hier-toe dienen we een uitgebreid onderzoek in te stellen naar de kosten in de meest uitgebreide zin des woords, die de verschil-lende fabricagemethoden met zich mede brengen. Dit kan alleen geschieden wanneer van iedere mogelijkheid een fabricageschema wordt opgesteld, die tot in bijzonderheden verantwoord moet zijn uitgewerkt. Verder is het dan noodzakelijk dat de plaats waar de fabriek zal komen te staan van te veren bepaald is, im-mers worden de kosten mede bepaald door de voorhanden zijnde

grondstoffen (energie, water en chemicali~n) en het peil van de

lonen (zeer belangrijk wanneer het bedrijf arbeidsintensief is).

Dus in feite kunnen we pas achteraf zeggen welk fabricage- .

proces in die bepaalde plaats de voorkeur verdient.

Een andere moeilijkheid is het te kleine aantal gegevens dat voór de uitwerking van bepaalde processen beschikbaar is.

- 3

-v

~~

Zo wordt in

~

bijvoorbeeld te weinig vermeld over de

aard en hoeveelheden van de nevenproducten, die ontstaan

kun-nen bij het proces door dat

~

omschreven.

De keuze die door mij gemaakt is, is dan ook moeilijk te verdedigen. Ik heb mij laten leiden door de everweging dat:

1. De directe synthese uit CLH~ en HCl zuiver chemisch gezien

een zeer simpele en eigenlijk een voor de hand liggende is, 2. De omstandigheid dat deze methode technische toepassing

ge-vonden heeft.

Bleef dus nog over te kiezen tussen het proces met vaste katalysator em met de in oplossing gebrachte katalysator. De

eerste heeft tegenover de laatste de nadelen dat:

1. De levensduur van de Hg-katalysator kort is,

2. De Hg-kat. vluchtig is bij de gebruikte temperatuur,

3. De Hg-kat. giftig is,

4. De toegevoerde gassen (ClHz en HCl) absoluut droog moeten

zijn.

De levensduur van de opgeloste katalysator(in de regel Cu~Clz

in 2q% HC1) bedraagt 5 - 6 maanden, die van de vaste Hg-kat.

wordt in enkele honderdtallen van uren gemeten.

De keuze viel dan ook uiteindelijk op de opgeloste kat. Verondersteld wordt dat de fabriek in een plaats met gematigd klimaat gebouwd zal moeten worden .

•

~!~hE.!J!i~. ~E..Èt:!1...E.I'O~-!E~~.~.!!uit . .!02E~.!.l:.~.~!~~-f!~

~ages~!!eoma.

Als doel wordt gesteld de bereiding van ongeveer 12000

---

-~

ton

ve.

per jaar. De toepassing van he~D.B.P. 822551 van de

\ !

4

-Badische Anilin- und Soda Fabrik leek het gunstigst. Daarin wordt vermeld dat de toepassing van de door hen gepatenteerde katalysator zuiver VC. geeft. Ik citeer uit hun patent:

"Gevonden werd dat de verontreinigingen vermeden kunnen worden door gebruik te maken van een waterige oplossing

I

van Cu -halogenide en H-halogenide, waarin het percentage CuI-halogenide relatief hoog is (n.l. een oplossing met

I

moleculaire Terhoudlng Cu -hlg : H-hlg = 1 : 2, dU8 hebben

we waarschijnlijk te maken met H.z.(CuCl3

)'!

"Een geschikte katalysator-oplossing verkrijgt men door 1n

de oplossing van HCl de berekende hoeveelheid Cu~Clz op te

lossen. De gebruikte HCl - H2.0 oplossing kan in zijn con-centratie brede grenzen hebben (5 - 40% HOl). Het gun-stigst le 18 - 22%."

"Wanneer men oxydatie van CuI vermijdt, krijgt men met

deze oplossing uitstekende opbrengsten van het zuiverste VC." De temperatuur kan variëren tussen 85 en 95°0. De kat. oplos-sing wordt regelmatig rondgepompt. Als voorbeeld geeft het pa-tent de volgende getallen:

Gebruikt: een kat. oplossing bestaande uit 730 g HC1, 990 g

OU.z.Olz en 1875 g

HlO.

Per uur werd een mengsel Tan 33 1 02.H~

en 33 1 HOl ingeleid. Productie: 93 g VO./h.

Deze getallen werden als basis genomen voor de bereke-ning van de afmetingen van de kolom, waarbij eveneens gebruik

gemaakt ~erd van de gegeven8 die vermeld zijn in: FIAT final

report 1199 "The manufacture of vinylchloride by means of li-quid catalysts".

Reactoren. Om eem productie van 12000 ton/jaar te

- 5

-Om dit om te zetten hebben we 37000 liter katalysator nodig (s.g. katal.: 1,5). Deze hoeveelheid is verdeeld over twee reactoren (ieder met 18500 1), die de volgende afmetingen heb-ben: totale hoogte 15 m (waarbij het vloelstofniveap op 14,5 m staat) en een doorsnede van 1,275 m. Oirculatlesne1held van de katalysatorvloeistof: 18500 l/h. Theoretische opbrengst is dan:

428 g VO./sec. Volgens het patent is de opbrengst echter 93%.

In ons geval dus 0,93 x 428 ~ 398 g VO./sec. Hierbij i8

aange-nomen dat:

1. De gasvolumina in het patent berekend:zijn op 0°0 en 76 cm

Hg,

2. Het litergewicht van OZHl 1,26 g is (000 en 76 cm Hg).

Per reactor komt dus vrij: 199 g ve/sec. bij 90°0 en 1 atm.

Hierbij komt nog 6,7 1 0LH~ en HOl (onomgezet) en 53 1

water-damp (wanneer aangenomen wordt dat de water-dampspanning van de kat.

oplossing bij 90 oe de helft bedraagt van die van zuiver water

bij dezelfde temp.).

De reactiewarmte per mol. bedraagt 30 kcal. De

oplossings-warmte van 1 mol. HOl in water is 15 kcal. Wij komen tot de

volgende summiere warmtebalans voor een reaotor:

Ontwikkelde warmte: Reactiewarmte: 3,43 x 30

Oplos. warmte: 3,25 x 15

Afgevoerde warmte: Warmteuitw18seling met omgeving:

Verdamping van HzO:

Verw. gasv. O~H 2- en HOl:

Verw. inkomend 20% HOl op1.:

103 kcal/sec. 49

_"

-~---- -152

_"

37 11 18

_"

5 II :3

"

~ .l " ·r ' : i ! (. . ~ .

.

' <, r· .. ":. ,. ;.J ",7· fJ ., ,-; .! ':" I"

,

' . -'. , , < , ' ; '!~' V . r ") ~ 'A', ~,

,

- , _" , " _. ,. . r , i . J: ~' • r) ,.".; *"... 'r" . ;., 'l 1 ";1 .:" 'l ,~ ":l ~ f .-- ... • .,

'.

" l " . • .; ' j

,

' '.'

.

. , J I , 'f .f j 1 . " ., ', 4 .. ' _{J J}

. ,.

.

,

"

Y

V'

.'"

~/

J ',. f· l' .' L .. ' .' J~. . l

.

\ ,_'I' , . c"t

,

,/ \

.

• I .. / ( ,'. : i I .t 'I~' I -. V,~ J: " " ''" .. . ) ;\ .... .1 i "':,'"tf L • . : :, rr:(:; J ,

.

.-j"" -IJ, ..r.

6

-Totaal afgevoerde warmte: 63 kcal/sec. Blijft te koelen:

152 - 63

=

89 kcal/sec. Deze koeling vindt plaats in de

cir-culatieleiding van de kat. oplossing. De koeler werd berekend op 100 kcal/sec., in verband met ongunstig hoge buitentempera-turen in de zomermaanden.

Voor een goede verdeling van de gassen in de reactoB zij~ op

regelmatige afstanden geperforeerde platen aangebracht.

De gassen worden ingevoerd met een druk van ongeveer 2 atm.

om de hy~o8tatische druk van de vloeistofkolom te overwinnen.

De gassen uit de reactoren worden door een verzamelleiding

naar de kGeltore~ gepompt. Deze koeltoren (6 m hoog, 0,6 m

dia-meter) 1s gevuld met 1" Raschig ringen. De temperatuur van het

gas wordt in deze toren van 90°0 op ongeveer 30°0

terugge-bracht. Tevens vindt een eerste wassing plaats, vooral HOl zal door het koelwater meegenomen worden. Dit is van belang, daar de nu volgende wastoren de taak toegewezen is om met behulp van

-~-~

een 3Q%-ige NaOH-opl. het aceetaldehyde uit te wassen. In dit alkalisch milieu zal het aceetaldehyde condenseren tot grotere moleculen en door de loogoplossing meegevoerd worden. Wanneer de loogconcentratie beneden de 6% gedaald is, wordt deze vloeistof gespuid en vervangen door een verse NaOH-opl. Afmetingen, oon-structie en vulling van de wastoren zijn gelijk aan die van de koeltoren. Aangenomen mag worden dat het gas na passeren van deze torens een temp. heeft van 20°0. Voor het gas intreedt in

J

de ab 8 ort i i~~oren dient het nog verder gekeeld te worden (tot

i

O _{) ' U}

~

- 0 Cm ~ groot deel van het meegevoerde H~O te

verwijde-ren en omdat de absorbtie bij lagere temp. groter is. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van een pekelkoeler.

.1 : ~.' ' . '. t :',~ , ' f . , • ' t : r : l.. :. j ' " " , ... , ',,( _ f ' 1' ... r "1' :J' "1], "' 1 .~ ~~ [j , I . j:: /. r i "':' " , ~ ' " -:,r r ... ' ~ '. : 'v :'i','n .. ) Ij , , L ",'>d ,J,' !' .. " 'lr , 11 ~\', " , " , , ' I.i 'l ~ .. \ J . ~ , ... '.,,'.! , , , "t ! . j ~ I ~"'j IJ -1" t..-~.l ~ 1" . t ,-' ('r. I ~ ! ~ r '1 i r : ~ '1 ' ~ \ 1 . .\ .. ~ ." n r. ! ,:. " , j ! l . ' ''\, i1 Ü .',.... ;. t ._., ~ ,--. I-.. '. " , d

.

v ... 'r,f' j ' .... ::.l ,\ ~, 1 .I f ,t ~I.L ! ; ," -- , t" , ' ' L " i. " , ~ 1 .... :-1 t.t ' ) i, 'f' r , ~ • . ' '. f .' ~ ; .i c, : ' I !!.,(' d C', '1\ . . ,-:' .~", "J J '" 'I \ ~J '; :' ' .. 1 , ;, Î' 1 b 1:' ,; • A.I'-'! , ... fT' N ' : "p ().... ' J.' i \1 i,.:!) '" • .r . t l.i L; r ~. ,l. " I ,-, , ~I , , " r! 'Jl '. { i " Jr_~, · _""tr"::' ~ _{,.: .r'} 'f .. ''''-- 1. c. (") :l, J ~ f; "'r . , . ~ I . ,1 '1., j;;' " . ·~:"'1·~; -I: : ( : r~ L:: ,. ., ',',' ',,'1'· i1 '1 • ~ f . f ( ) I .î:'" .. ·.1 i·' J '. "", ,1 '. L: , r·, ... \ - c f ... , " , \ J : j r·e" :0 :,:1,,; ,: .. , J C,,; '/ J ,'8''':J _.': ,,' i .. : ',;: !'~1J~; ,\ ~ .. - ",1 i. ':'; ,I :' 'J "t" t "e ~" ,-() ... ~ j-: .,., ~.:'" _{!, . . .} ,e, , _.1 " 't.-,' • • ("1 .".' ~: ',1 t j :':!.)i""', ... I ' , f ... " -~ • ,~ (I' '1("J ',1

#

- - -

-uit diie delen met respectievelijk de volgende maten:

onderste deel: 2,50 x 2,25 m, middelste deel: 8,00 x 1,46 m, bovenste deel: 1,50 x 0,75 m.

Als

abso

~

~tievloeistof

wordt trichlooraetheen (kp. 87CC)

gebruikt (zie hiervoor het FIAT final report 843 "Chlorinated

hydrocarbons from acetylene"). Bij

~

wordt door deze absor)

-tievloeistof 10 gew.% VC. opgenomen. Op de 398 g VC./sec. is

~

U8

nodig: 3580 g tri/sec. Er zijn geen gegevens te vinden over de

warmte die vrijkomt bij absorbtie van VC. in tri( chl.oraetheen):~

Ook het schema in het hiervoor genoemde FlAT final report 843 geeft geen uitsluitsel. Wel wordt hierin, evenals in het BIOS final report 811, vermeld dat nog verhit m et worden in het on-derste gedeelte van de toren om de gewenste temp. te bereiken.

De getekende abserbtietoren is dan ook voorzien van een ~toom­

verhitter.

Suppletie van tri vindt plaats in het onderste gedeelte. Een pomp vervoert de oplossing via een warmtewisselaar

(waar de temp. van 20cO op 90°0 wordt gebracht) naar de

desorb-tietoren, van waaruit de van VC. bevrijde tri met een temp. van

130t door de laatstgenoemde warmtewisselaar gaat (koeling tot

53 40) en na een pekelkoeler gepasseerd te zijn met een temp.

van - 10

oe

boven in de absorbtietoren wordt gebracht. De nlet

geabsorbeerde acetyleen verlaat de top van de toren om dan, na een pekelkoeler gepasseerd te zijn (ter condensering van even-tueel meegevoerde tri en VC.), teruggevoerd te worden naar de

aanvoerbuis van

0

l

H

z

voor de reactoren.

Zoals reeds ls gemeld gaat de oplOSSing van VC. ln trl naar

de desorbtletoren. Hierin wordt een druk onderhouden van ',5 at ••

; ,'.' .;,,:, '" f !1' ,; -' c' ': 'f" i j ( '/ ~' .. t '; ,-' I.j ~ ;..~ f~ I I '.;. I (' : \ ~ i t f' ,t ( ij f,' ~.--J -, .... " " ( ,\ " "

.

I C. -~: _{'j;'-j!"IJOc)} ,.. " _,e L ,jr-. -~' .. ::.,: " IS j J , '1 ,~;. C ";r -'.1; .1 • - ;, 'fe -~" " , . '1 (, f'.' ~ ~

.

• .I •. .t" :' ti';) r! " • " I (.' ,t J " " [-,.' ", . . . , ," I , :; " " '.1', lj''-"'' i! ',' ',r ; r , ' " I"f -,( ' ~ :"J. , ~ }-.. '. '11-; I J.. I . ',' I ,- . ( . t! .~' , \ , i , .,

.

-. '/ " ' ! ,

..

.: ~.t _:~: ~., I t Ift' ~ r -' ,

.

t I , r , I." • . ,~ ' :

.

, ''f. j . ~ J. J

.

' JJ 1 J 1 : i: _'" j ( , 1 '( ,t r:. i' t. J ~./ ... '.~ \ ... r-.." 1~"" 1"Y ... __ rr'" .l ,1 '-' ',' .j ) ';:i' .... f • .- _{.. ',':( '} ... !' "1 Cl J.. j ~:~ j:

.

.

; ... ' 1.., C .,-t ; 11 C, ~: ~ r ~ ( '1 r V [.-I, ' " ; r ... : ... ,. " '" J. ,-:~,~. I ~) :: .... ; i ' r I j J 1',:11'1

:

(

, ,'I

)

"', _...! -, T ' ~_/ 1 ,.J < .. n,.;v

..

- 8

-drie delen met de volgende afmetingen:

onderste deel: 2,50 x 2,00 m, middelste deel: 3,00 x 1,46 m,

bovenste deel: 3,00

x

0,975 m.

In het onderste deel wordt met een .toomverhitter opgewarmd tot 130°C. Het VC. verlaat de top met een temperatuur van 30°C, pal.eert dan een condensor, waarna de restgaa.en via een pekel-nakoeler naar de absorttietoren gevoerd worden. Van het VC.

con-densaat (585 g/sec.) wordt 195 g/sec. naar de desorbtietoren te-

_.

ruggevoerd en 390 g/sec. gaat via een ventiel, waar de druk

af-.---

--

-gelaten w6rdt en dus het VC. weer in de dampphase komt, naar de opslagtanks.

De 4 opslagtanks hebben een geaamenlljke capaciteit Tan

3

46,6 m • Atmetingen: 2,00 m doorsnede en 4,25 m lang. Dit i. voldoende voor opslag van de VC. productie van 1 dag (d.i •

. 34600 kg). Zoals reeds gemeld, komt het

VO. als gas

in

de

tanks.

Een koelagregaat zorgt er dan voor dat condensatie optreedt.

Wanneer de tank gevuld ie, behoeft niet meer gekoeld te worden;

immers, als het systeem nu aan zichzelf over gelaten wordt (de

temp. van de buitenlucht aanneemt) blijft de druk tooh binnen

redelijke grenzen (3,5 ato bij 30°C).

In deze tanks mondt Gok de terugvoerleidlng van het onom-gezette VC. van de PVC.-fabriek uit (130 g VC./see.).

Per seconde verlaat 520 g VC. de tanka om naar de ontga~­

liDjakolom gepompt te worden. Hier heerst weer een druk van 3,5 ato. Ook deze k(l)lom is met ln Raschlgrlngen gevuld en uit drie delen lamengesteld. Afmetingen:

onderste deel: 1,50 x 1,50 m, middelste deel: 1,50 x 0,81 m, bovenste deel: 2,50 x 0,675 m.

1'11

.

" : J t I " " \..; " -:.~ J re .",--, , 1 ,., ·• .• r _{L; J 1: ') f' '.} f ~ ,: 1 r ':1" 1 .,. • ! .;. . ' { " I 1 (',' ... r -; I ~-•• + - :·'.-J.'O _{.... _ ...}

-

~,: " , ,

.

~ • .:. I • j ~ " •. 1 '. • i' , J .-:.: J ,r~ ".) ,t t .' T: • I . \ ,-"1

.

' ~---" , " J [. ~. _, '1 r.~ \..r _to.J j . _{'1'" ;- ~: i '} '''f: ( . ( ... '::./. "i-; , J • • • , ., " • it t _'.' .• • I V r .. j . , . _{l .} 1 '" I i. \. )."" ,', '0' ~. J t~ f" .1 ' \ C": f . , '.' \ .1, , .r " '.1, J • [. " j. t r'( i \ a - f . ':,' • ' • r· t .:

..

'1' I : , • 1'· ' ... \ .. ' t ï • • ;' .; _. ~ ,', • ',,;r;(3J ~'. f .L :.i.jO ".~ • _ _ • . : : . . ~ ~ '0'; ... -1.._ :.~"'! ... ':.J. '.".). + ... :i" .'~ '1 C,;''! _"'.1

r.l

~

,:.[ '.

·'C \. 1 .' i ~ ... ..' .' ' " " . I .' 1. l' ,.

_..

·,I.f "I,,"': : J ; 1 1

- ~-

-veert z0veel warmte toe, dat per aec. 1500 g ve. d~olom aan de top verlaat. Deze hoeveelheid wordt in een pekelcendens.r in

\

de vleeistofphase gebracht en in zijn geheel in de kolom terug-gevoerd. Niet condenseerbare gassen als (nog aanwezige) C~H2'

werden via een pakelnakoeler afgevoerd naar de absorbtletoren. Vervolgens wordt het ve. onder uit de entgaasingskolom

naar de eveneens onder 3,5 ate staande ?es~lllatleko~em geveerd. Deze kolom ls ó m hoog en heeft een dlameter van 1,08 m. De vul-ling bestaat uit 1" Raschlgrlngen. De verdamper naast de kolom heeft een zodanlge capaciteit dat per sec. 2550 g ve. de tep van de kolom verlaat. Een ventiel laat de druk af tot de atmosferi-sche waarde. De gassen passeren dan twee pekelcondensers, die gezamenlijk in staat zijn voornoemde hoeveelheid te condenseren. De vloeistof wordt door een pomp op de in de kolom heersende druk gebracht, waarna 2040 g Ve./sec. teruggeveerd wordt en de rest {5l0 g Ve./sec.} naar de droogtoren gaat.

De twee droogto~~ zijn gevuld met "Florlte deaiccant", een uitstekend droogmiddel op Al₁03 basis. De afmetingen van de to-rens zijn: ó m hoog en 1,08 m in doorsnede. De torens werken

afwisselend: wanneer de ene 1n gebruik is, wordt de inhoud van de andere geregenereerd met tot op 177°e voorgewarmde lucht.

Het vloeibare ve. wordt onder in de toren geleid en verlaat de toren aan de top, waarna verder transport naar de opslagtanks volgt. De regenererende lucht doorloopt de toren in omgekeerde richting, dit om te voorkomen dat eventueel door de lucht in de afVeIerbuis afgezette vocht door het daarna pas,serende ve. meegeno-men wordt.

De 5 opslagtanks hebben dezelfde afmet1ngen ale die voor het ruwe VC. Het zuivere VV. wordt bewaard onder stikstof en bij een

10

-druk van 3,5 ate. Koelagregaten zijn in deze tanks niet nodig,

daar het

ve.

reeds onder druk ingebracht wordt.

Materialen.

----.

.

-Ook voor de keuze van de materialen geldt dat dit voor een belangrijk deel bepaald wordt door de kosten. De chemicus zal alleen kunnen zeggen welke materialen wèl en welke niet geschikt zijn voor een bepaald apparaat. Het zal dan voorkomen, dat het ene materiaal duurder is dan het andere, waarbij echter de levens-duur van het eerste zoveel langer is dan van het tweede, dat het toch verkieselijker is om het eerstgenoemde materiaal te gebrui-ken. Het is evenmin uitgesloten, dat de levensduur van het twee-de materiaal niet zoveel korter is dan die vanks het eerste, dat toch de kosten voor het tweede materiaal gunstig blijven t.e.v. die van het eerste. Daarom is het zeer belangrijk gegevens te verkrijgen over de mate van corrosiviteit die de in aanmerking komende materialen ondervinden onder de omstandigheden die in het betreffende apparaat heersen. Ook de mechanische eigenschap-pen als hardheid, treksterkte, warmtegeleidingBvermogen, enz. dienen in aanmerking genomen te worden.

Voor de beschreven fabriek zou ik de volgende materialen adviseren:

Veor de reactoren: Hastelloy B, met glas bekleed staal of met

Karbate bekleed staal, daar de katalysatoreplossing uitermate corrosief is. Het gebruik van Cu dient vermeden te worden daar

dit metaal zeer explosieve verbindingen met het C₂ H< kan vormen.

Voor alle andere apparaten: chroomstaal of met glas bekleed staal, daar gewoon staal een beginnende polymerisatie van het

- - -

-- 11 ..

Voor alle leidingen en de opslagtanks: chroomstaal, met emaille

•

- 12

-Berekening v~~ de lucht!!thitter veor rese~tie v!n het

"Florite desiccant".

__ toaza ....

Voor de regeneratie hebben we nodig 4300 cuft vochtige

lucht per uur. Temperatuur van de buitenlucht wordt gesteld

op 50°F, de relatieve vochtigheid op 80% (dit is 0,006 lb H~O/

lb droge lucht). De temperatuur moet gebracht worden op 350°F •

4300 cuft vochtige lucht

=

336 lb droge lucht (338 lb vochtige

lucht) .

s.w.

van de natte lucht: 0,243 Btu/oF.lb droge lucht.

Benodigde warmte: 0,243 x 336 x 300

= 24500

Btu/h.

Voor de verhitter gebruiken we stoom met een druk van

150 lb/psig. Temperatuur bij condensatie: 366°F.

Condensatie-warmte: 857 Btu/lb.

Wij hebben dus nodig: 24500/857

=

28,6 lb stoom/he

De invoersnelheid van de lucht, betrokken op de lege ruimte

stellen wij op 300 ft/min.

Benodigd oppervlak: 4300A60.300)= 0,239 sqft. Dit is ongeveer

0,25 sqft.

Dit wordt bereikt met een raa.mhoogte van 6" en een raambreedte van eveneens 6" (dit is dus de buislengte).

Afmetingen van de buizen: ~ - 5/8" wanddikte: 0,049"

~ _ 0,527"

Buiaafstanden: li" hart op hart in enkele rij. Dus 4 buizen per raam. Voor een betere warmteoverdracht zijn de buizen geribd.

Ribheogte:

3/8".

Ribafstand (hart op hart):

1/8".

Ribdikte : 1/32".

.. 1.:3 ..

Het gem. log. temp. versch.

=

(316 - 16)/(lg 316/16) = 100

Aequ1va1ent diameter:

De = 2(A

r + Ao)/Crr x geprojecteerde omtrek)

Ar

=

.71"

x

i<

11/8-+2 - < 5/8 )2} x 2 x 8 x 12 :=. 72 I r Ao

=-

11 x 5/8 x 12 - Ir x 5/8 x 8 x 12 x 1/32 .= 5 +- 5/8 geproj. omtr. ; 2 x 3/8 x 2 x 8 x 12 + 2(12 - 8 x 12 x 1/32)

=

162 D = 0,0800' e D00rstroomde doorsnede: as; 0,25 x 144 - 4 x 5/8 x 6 - 4(2 x 1/32 x 3/8 x 8 x 6) = 16,5 1n2 =: 0,1145 sqft. Masaasnelheid: G

=

338/0,1145 =: 2950 1b/h.rt2 • s

Gemiddelde temp. van de lucht: Ta'::' 200°F

Viscositeit van de lucht bij die temp. uit de tabel in (Kern):

0,0207 cp.

;Ul

=

0,0207 x 2,42

=

0,0501 lb/h.rt.

Getal van Reyno1ds: Re

=

De.G8~~= 0,08 x 2950/0,0501

=

4710

De ceëfficient voor de warmteoverdracht naar de geribde buizen:

jf = hr·De/k x (0

X

~

/k)-1/3.

Deze grootheid staat in een

gra-riek in Kern, pag. 555, uitgezet tegen Re. Wij vinden: jr

=

43

De warmtegeleidbaarheid van de lucht bij 200 P:

k = 0,0174 De soortelijke warmte bij die temp.: c = 0,237

(c X)1l/k)1/3

=-

(0,237

x

0,0501/0,0174)1/3 = 0,881

1>

s =

0tif-f)

0 , 14

=-

1 , 0

De overdraohtsooëfficient aan de ribzijde: 1/3

hr

=

jf{k/De).(c x~/k) .::. 43 x 0,0174/0,08 x 0,S81 =: S,24.

De warmtegeleidbaarheid van Al: kAl

=

118 Btu/h.ft.oP.

De halve ribdikte: Yb = 0,00130 ft

u .::. (re -

re

)V

hr/{k.YJ = 0,375/12Vr-8-,2-4-/(l- lS-.-0-,0-0-1--J3) = 0,229

14

-'re/rb = 2,2 Uit de waarde~ van u,":'_{de verhouding van re en r b}

is door middel van een grafiek in Kern (pag. 542) de ribeffi-cientie te bepalen. Het blIjkt dat de ribeffiribeffi-cientie (SL) in dit geval 0,97 is.

Beschouwen we nu de binnenzijde van de buis. Dit is een ge-val van eteomcondensatie in een horizontale buis (zie Kern, pag. 269). We passen de volgende formule toe:

hIif.~/(k~.

'p

~.g)Jl/3:::

1,51

~f/4G)1/3

De filmtemperatuur stellen

we

op 355°F.

Door extrapolatie uit de tabel van McAdams,pag. 413, krijgen we de volgende waarden voor:

de viscositeit van de waterfilm:~f ~ 0,385 lb/h.ft.

de reoiproke waarde van het soortelijk gew.: l/f f

=

0,0180 ft 3/lb. de warmtegeleidbaarheid van de waterfilm: k

=-

0,388 Btu/h.ft.oF.

Y'~/(k~ .

f

~

.g)1/3 = 8000

~f/41)1/3:::

{O,385/4.28,6)1/3 =- 0,150

omdat G ::: w/lL.N =- 28,6 ,waarin L de buielengte is en N het aan-tal buizen. W 0 ot..

~

tA.

~

....:

l

l.

h_i -::. 1,51 x 8.000 x 0,150

=

1812

Nu is h (de overdrachtsco!fficient aan de ribzijde, betrokken fi

op het inwendIg oppervlak van de bui~:

hfi = (n x Af + _{Ao) • hf / Ai ' waarin Ai het inwendig oppervlak}

van de buis per 1engteeenheid is. A

i:H.O,527 ft2/ft

Vullen we de bekende waarden in, dan komen we tot de volgende waarde voor h

f1: 9~,4

De doorgangsco~fficient U wordt dan: U ::: 98,4 x 1812/(98,4 + 1812) _ 93,4

Het inwendig oppervlak van de buizen per raam bedraagt: 4 x

t

x~ x 0,527/12

=

0,276 ft 2

l-- l-- l-- l-- l-- l-- l-- l-- l--l-- - - .

15

-Het totaal inwendig oppervlak moet bedragen:

uit te wisselen warmteAu~gem.log.temp.verBohJJ

Dit is in dit geval: 24500/{93,4

x

100) = 2,62 tt2

Het aantal ramen zou dus moeten bedragen: 2,62/0,276 = t,5

Afgerond levert dit: 10 ramen •

• aar bij de berekening van G (zie Yorige pag.) is uit gegaan

van 1 raam, moeten wij nu de berekening herhalen v.or 10 ramen.

L wordt 10 x zo groot.

G wordt nu 2,86

h

i ::. 1,51 JE: 8000 x 0,321 :=. 3880

U

=

98,4 x 3880/(98,4 + 3880)

=

96

Bet totaal inwendig oppervlak moet nu bedragen:

2.500/(96 JE: 100)

~

2, •• tt2•

Aantal ramen: 2,55/0,276 ~ 9,25

De verandering in G levert dus maar een kleine Yerandering in het aantal ramen.

We komen tet de oonolusie dat we

!2

ramen achter elkaar moeten

plaatsen om de gewenste temperatuurYerhoging van de ingeyoer-de lucht te bereiken.

" . . 9 . , ' .... : l.i" I . ' . ; . . . ,.; ! "".

...

• j. <' ~, • t ' '" . '1 . Jt• 'j .' t : .. "; .' : .!: 1 , .' -~: J: " ,'I '1 .i . . ,d ,l. Z· f . ~ -: ' . ' 1 .1. " ., ":" l ' , tol c: ~: ~ ~. \ " ~'. 'J • 1 ; ' t/' . _'r"J. '!' ';':I .. ' I, , . .' , I ' . • , ::j' :~ f: f. .. ! l ' \' , I _{~'. ,.} . " , ~ ~, ,

.

.

'I

.

.' \} -o.

.

.

~ : <-, j . , ' •• : i i .) ~ r ) ' / .' . .... J , ',. , i. , -t , , • L ,

..

' . (

.

.

>- ; _.l I f ~ . I, "

-l ' •. ~ f .; ;j Ji '\ (" . ',) '. ::j~) .. t p, .: t,. v, . ~.!.T ! . ~;" \f , I

rr!J1)A(

"'l~

J,v

'

1'

..

16

-Literatuur:

J.Dalfsen en J.F.Wlbaut, Rec. Trav. Chlm. Fays-Bas,

2!

(1952) 636

H.E.Fierz, Helv. Chim. Acta ~ (1945) 1123

C.C.Winding, Ind. Eng. Chem. ~ (1950) 1724

J.C.V1ugter, J.J.Leendertae en R.H.Mettlvier Meyer,

Chlmle et Ind., 67 (1952) 87

-FIAT fina1 report 843 Fiat fina1 report 867 FIAT flnal report 1199 BIOS fina1 report 811

BIOS fina1 report 104, Item 22 BIOS tlnal report 927, Item 22 CIOS Item 22, File XXVIII - 29 CIOS Item 22, File XXVII - 51 CIOS Item 22, File XXV - 20

~.

De volgende

~betrekking

hebbende op vloeibare

Chem. Zentr. 102 (1931) 1921

-

U .S.P. 1 811959 114 (1943) 868 Zweeds F. 105424

-115 (1944) 162 Frane p. 886819 123 (1952 )

-

3404 D.B • .P • 822551 Chem. Abstr.

41

{1947 } 476 U. S.F. 2 407039 44 (1950) 1525 Jap.P • 157449

-44 (1950) 2543 Brits p. 628731

-Op vaste katalysatoren:

Chem. Zentr. 122

_-

(1951) 116 Frans p. 961863

122 (1951) 1376 Frans F. 969196

122 (1951) 2499 Frans .P. 969369

123 (1952) 764· Zwitsers P. 273951

• 1..., -Chem. Ab8tr. 33 (1939) 1762 36 (1942) 1951 Br1ts p. 492980 U. S.p • 2 265286

\\

"'.

\'J

U .S.P. 2 225635 U.S.p. 2 265509 ~ (1944) 3670 U. S.p. 2 338459 40 (1946 ) 1864 U.S.p. 2 389626 43 (1949) 1433

-

U.S.p. 2 448110 43 (1949) 3437

-

Brits P. 611915 43 (1949) 5790 Brits P. 617335 ~ Q1952) 2562 U.S.p. 2 566146

(D1t patent 18

D.

47

.

Kern

gelijk aan bovengeneemd Frans

p. 969369)

'I He ~

+

ir .J. " l ...., ; .s 5 .. 0 h '1 He. 6rd IV - ;/,'/1

1'1'12-ff~ _{rroc.eS.5 neaf} I

J

~