Bereiding van chloor uit zoutzuur

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het processchema

van

~.r. R1sseeuw , Oude Delft

89.

onderwerp:

CHLOOR

adres: Oude !:Je lrt 89,

Delft, tel.

23.654.

" \ \

\

!

j

Delft, 2, april 1963.

BEREIDING

ven

C

HLOOR ui

t

ZOUTZUUR.

;'.1.

Risseeuw,

Oude

Delft

89,

Delft.

•

\

- 2

-INLEIDING.

In de moderne chemische industrie neemt het verbruik van chloor sterk toe. Speciaal de produktie van grote hoeveel-heden kunststoffen en insecticiden zijn hier debet aan. Het is dan uiteraard belangrijk om het chloor op een eco-nomische wijze te prod~ceren. Tegenwoordig is de elektro-lyse van natriumchloride de grootste chloorbron. Deze elek-trolyse is echter zeer duur, maar aangezien ook natronloog geproduceerd wordt, is dit proces economisch verantwoord. De kostpri j s van chloor dDor elektrolyse met kwil{cellen verkregen is als volgt (1);

Grondstoffen; zout grafiet

$

per ton chloor. zOlltzuur 3010 vast NaOH kwik Dienstverleningen; elektriciteit stoom (0.75/M.lb) water (0.03/M.gal) Vaste kosten; lonen onderhoud (2~~ installatiekosten) overhead administratie (2~ verkoopprijs) afschrijving

(6i

per jaar)

belasting en verzekering

(2~ installatiekosten) Totale kosten per ton chloor _$

17.68 2.52 0.81 0.49 1.07 26.25 0.80 0.10 9.60 7.28 1 • .50 2.60 21.82 7.28 99.80

Als c~editpest staat hier tegenover 1,12 ton vast NaOH. Zolang de chloor en de loogbehoefte gelijk is, is dit de aangewezen weg om beiden te produceren. Het chloorverbruik neemt delaatste tijd echter veel sterker toe, dan het loogverbruik, zodat het evenwicht verstoord dreigt te ge-raken.( zie fig.l). De elektrolysekosten zullen dus in de toekomst steeds meer op het chloor drukken. De fabrikage van soda uit loog is een oDlossing, maar ook dan zal de loogprijs moeten dalen voordat dit economisch verantwoord is.

..

\

- - _

.. _._- . --._.-I o~ Fig.l. .. / " / / / / '

'1JO

Wereldproduktie van NaOH, C12 , Na

2C0₃, (in ton-equivalenten) .

3

-Als tweede faktor vormt de overmatige zoutzuurproduktie, als bijprodukt van de koolwaterstofchlorering.

Ter illustratie worden hier enkele processen aangehaald: vinylchloride via dichloorethaan,

isocyanaten uit aminen en fosgeen,

glycerine uit propeen via allylchloride, gechloreerde insektisieden,

tetrachloorkoolstof, perchloerethYleen etc

fluorverbindingen door verd~nning van Cl door F Men verwaacht voor de nabije toekomst, dat de vraag naar

zoutzuur de produktie niet meer zal dekken, zodat men moet overgaan tot het vernietigen van zoutzuur wat kosten met zich mee zal brengen. De Koninklijke Shell in Nederland moest b.v. in

1960

al

35.000

ton zoutzuur vernietigen. Het ligt dus voor de hand, dat men naar een proces zoekt

om chloor uit zoutzuur te wihnen.

De bekende processen kan men in de volgende vier groepen onderverdelen:

a. Elektrolyse van HCl.

b. Direkte oxidatie van HCl met anorganische oxidatiemid-delen. c. Tweetrap~processen met metaaloxiden via metaalchloriden. d. Katalytische gasfase-oxidatie van HGl met lucht.

H~

+

H,,~

f

~Z

:

I

!.. 1-C»

"

~-- "

r+-

-

-h "

{1f

u 1."'",

....

~ ~ _..a 4 ) .Jl _""-J-l:\ ~ s ~ _::i ~ ~ I !'" Cl

...

'"

~

:x:

~ 1:

...

cu v- v., --4:1 ... Cl> ! \'i ~ I, I He~r I V 33 %fttt _{NorA - cel} ~ Fig.2.

•

4

-PROCESKEUZE.

In de literatuur kan men onderstaande processen vinden

om c~loor uit zoutzuur te bereiden.

a. Elektrolyse Van HCl (2).

De elektrolyse van zoutzuur verloopt volgens het schema van fig.2.

Het drog~ zoutzuur mag 1010 organische stoffen bevatten

voordat di t tot moei 11 jkheden aanleiding g:=: eft. 1,Ja de

HCl absorptie moet het 33~-ig zuur met grafietkoelers

gekoeld worden voordat het in de elektrolysecellen stroomt,

wear de temperatuur door de elektr~lyse weer oploopt. De

voeding door de anodekamers stroomt sneller dan die door de

kathodekamers • "1 ierdoor bevordert men de migratie van

chlo-r ide ionen naer de anode en dit geeft minimale vorming van

hydroxide-ionen, die coorosief zijn t.a.v. de grafietelek-troden.Het l81o-ig zoutzuur wat de cel verlaat voert men terug naar de absorptiekolom.

l~en kan nu het gas rechtstreeks bij de chlorering van

koolwaterstoffen gebnm~ken of vloeibaar maken sn opslaan.

De kosten die in US per ton chloor gemaakt werden in een

proeffabriek, die 2 ton per dag produceerde zijn de

vol-gende: Direkte kosten; electriciteit (O,Ol $/kWh) koelwater (0,015a~1.gal) loon ($~.50/uur) onderhoud

materiaal, o.a. diafragma's

Vaste kosten;

overhead en supervisie

afschrijving llO~ per jaar)

belastin~ en verzekering

Totale produktiekosten

$

per ton chloor.

19.00 0.10 5.00

2.77

1.00 1.90

,5.60

0.70

$ 36.00

Vermindering op de kosten is de waarde van

100.000 cu.ft. zuiver waterstof.

Technische problemen zijn de strek korrosieve

eigenschap-pen van het zoutzuur in de elektrolysecellen. Uen

ge-bruikt hier voor de diafragma's PVC, de celwanden Haveg,

Lu

e1t-- _._) -H .. SO~

Hel

tJ ~ ,.. ~ ~ ..p c

"

~ ct ~ .... . ~ (\ () .~ c..e I .. ' /1" e '" e"'i-,.. .. ~tlè -z. "'" r

-,

~1.. ~ ,',,(1'#1 H:l. S ()~ CD ~ C e I'l t; r " t i Fig.3.

"

-

5

-b. Direkte oxydatie van HCl met anorganische oxydat

ie-middelen.

De oxydatie van hCl met HN0

3 veloopt volgeas het schema

in fig.4. ( 3)

2HCl +2HN03

=

C12 + 2N02 ... 2H20

De oX}ldatiereaktie is aflopend en vindt plaats bij

onge-veer

65

0C. De reaktie is exotherm, zodat men de voedingsstroom niet behoeft voor te verwanmen. De druk is een atmosfeer.

Als men de reaktiecondities goed in de hand houdt, dan

voor-komt men de vorming van bijprodukten als NOCl wat

afschei-dingsmoeilijkheden geeft.

De fraktionering ván0Cl!r.en N02 vindt na droging plaats bij

5,5

at. ,waarna 99,9~zuiver chloor verkregen wordt. Bet N02 moet met luchtzuurstoof weer in HN03 omgezet worden wat dit proces duur maakt.

Het ontstane verdunde z\lvavelzuur wordt door destilatie weer

in geconcentreerd zwavelzuur omgezet.

Op laboratoriumschaal is dit proces volledig uitgewerkt en door het ~Institu'e du Petrol, Paris~ is ook een reak-tor en een fraktioneerkolom ontworpen voor een preofinstal-latie die een ton per dag maakt.

De geraamte kosten voor een fabriek met een capacitést van 33.000 ton per jaar Zijn als volgt;

Direkte kosten: , per ton C12

stoom (60 P!/lb) elektriciteit (0,7 I/kWh) koelkosten (0,2 ~/M.Btu) koelwater (1 ~/M.gal) zwavelzuur t60oBe) salpeterzuur loon en supervisie bijkomende kosten onderhoud Vaste kosten;

algemene installatie en onderhoud rente belasting en verzekering afschrijving (10~) Totale produktiekosten 2.88 1.03 1.18 0.45 1.20 3.00 0.62 0.28 3.56 1.70 2.43 1.42 1.14 f 26.94.

De IFP ziet teveel risico'S SEin het verder uitwerken van

heie

Luch-t

k.

f! t L ·l u c ~ t

Hulst

Dm

t

4-(

ei.

t

Flg.4.

st

of-vaH

1

t r. ,

-1

L 'I

cic

f:

6

-~en soortgelijk proces is het oxyderen van HOl met behulp vanSO, (4).

Hier vInden we de volgende reakties,

tiOl + SO,

=

tlS030l

2tiS03 Cl

=

H2S04 + 302 + _{C1 2}

Dit proct!ê~ kost dus een mol. SO' per mol.C12 wat niet meer economisch terug te winnen is. Bovendien is het omzetten van 302 en het scheiden van 012 en 302 erg onaantrekkelijk.

Misschien zou di t proces voor een zwavelzuurfabriek m:)

ge-lijkheden bieden. Maar aangezien de petro-chemische indu-strie (die het meeste belang heeft bij de omzetting van zout.uur in chloor) over het: algemeen geen zwavelzuur maakt, is dit voor de laatste niet interessant.

c. TWeetrapsprocessen met metaaloxyden via metaalchloriden. 1. Het'tDow Chemical Companytt proces. (5)

In de bewegend bed-reaktor, zie fig.4, zet men HOl door oxydatie met lucht om in 012 met Fe013 als tussenfase. De reakties zijn:

6HOl + Fe203

=

2FeCl~ + 3H20 4FeC13 + 302

=

2Fe203 + _{601 2}

Door het be~egend bed (2) voert men eerst HCl gas bij

300 gr.Celsius. Het bed-bestaat uit korrels, opgebouwd uit Fe013(1e203), KOl, en Cu012 op celliet (resp. 33,3 19,3 -14,0 - en 33,4 gew.I~). Hier wordt Fe203 in FeC13 oIng.ezet. Deze omzetting is exotherm, maar de reaktiewarmte is te klein om koud HCl als voeding te kunnen gebruiken; de bo-bem zou nl. te koud worden zodat voorverwarming noodzakelijk is.

In de volgende ruimte (~) wordt lucht of zuurstof doorge-leid. bij de omzetting van Fe013 in Fe203 en 012 komt veel warmte vrij, de temperatuur in het bed stijgt daardoor

tot ongeveer 40000 wat juist de gewenste temperatuur is. Via een airlift wordt de geoxydeerêe massa boven in de reaktorruimte {l) gevoerd. Hier wordt met lucht gekoeld,

alvorens weer HOl doorgeleid wordt.

Deze reaktor levert een reaktiegas bestaande uit 32 vol.~

012, 1,5~ 02, 66,5~ N2, HOL en H20 nihil, naAst een men-sel van 18~ HOl en stoom. Dit laatste wordt gekoeld en el-ders ven~erkt of vernietigd. Terugwinnin~ van HOl-gas is hisr niet economisch.

Het rendement aan chloor, op zoutzuur berekend,is onge-v.er 95~ van het theoretisch mogelijke.

- (J

-Praktische moeilijkheden bij dit proces zlJn de vluchtig-heid van de metaalchloriden en de materialenkeuze bij dit technisch vrij gecompliseerd proces.

Men heeft deze problemen nog niet voldoende overwonnen om dit proees voor de chloorprodukDie te verwezelijken.

2. Het "Westvaco-Low" proces.(6)

Een polyvalent metaalch1~ride-oplossing wordt aan elek-trolyse onderworpen, waarbij enerzijds chloor en anderzijds het gereduceerde metaalchloride ontstaat. 'Pe gebruiken zijn hier b.v. ferri-ferro en cupri-cupro redoxsystemen.

Een oplossing die 5-25~ HCl en 5-17~ metaalchloride bevat circuleert door de elektrolyse-cellen en de reoxydatiekolom. In deze laatste kolom wordt het mataalchloride met lucht en HCl weer in ferri-resp. cupri-chloride omgezet. In een

gepakte kolom is de reoxydatie van het metaalchloride

nage-neeg volledig (99~). Het hierbij ontstane water wordt

uiter-aard verwijderd om verdunning van de 0glossing te voorkomen. Het stroomrendement in de cellen (t=80 ) is 8510 bij een

span-ning van 1,35 volt. Elektrolyse van HCl vereist een spaaning van 2,1-2,2 Volt, terwijl het stroomrendement lager is.

De reakties die optreden zijn; elektrolyse, 2Cl'

=

C12 + 2e

Cu + e

=

Cu·

reoxydatie, 4CuCl + 02 • 4HCl

=

_{4CuC1 2} + _{2H 20.}

Het elektrisch energieverbruik van het Westvaco-proces is onge-veer de helft van het energieverbruik bij direkte

elektro-lyse.

In het geheel genomen zou het chloor hier 3010 goedkoper

geproduceerd kunnen worden dan bij de direkte elektrolyse.

d. Katalytische gasoxydatie van HCl met lucht. Het Deacon-proces.~7)

Dit nroces is reeds in

18

8

3

op technische schaal toegepast,

maar na 1900 al gam: verdrongen door het elektrolyse pro-ces van NaCl, toen het Le Blanc Soda prees door het Solvay soda proces verdrongen werd; hiermee verdween namelijk ook de overproduktie van HC1.

Het Daeson proces berust Gp de oxydatie van HCl met lucht

bij 450 C met metaalchloriden als katalysator.

/

/

Oz.

r{

N2-}

, +

'.--

- - - 1 " ' - - - -

-17

eP2~ ..-1' ~ ClI., .

f

/

\I ~ \.. ~ lIJ I.. _{-0 \11} \)

"

111 '+' ~ >JI

'"

~ ....0 _~ I:( ~ I Q) <::.,. ~ ~ ~ 't..J

s:

;

I

,

_:t:.. ~ .I &I r

'"

~ _l:

'-

... ~ .G \, \)

..

a

'"

~ Q..l-> _H ...c \) -J ~ ~ 1-1 \') I '" 111 -0 _~ ~ ~ _~ '-Ir r

t

'V

<

36 ~,;dI:-."

-Flg.5.

[~

_ flb

---

-

-

-

'

L-I

r--- - - I - -... ! .~ ' J ""' !

t

I

;

1 -0

!

~

Fig.6.

-s

-

l

Economische vergelijking van van ver~ch1:11~I!~~

cllLloor-processen--.JlU Capaciteit; 14.000 tla chloor

Plaats Nederland. Grondstoffen Flit C12 : -Direkte kosten 47 64 92 46 Bijprodukten .'

-

I

( 7 ) Vaste kosten 47 ' 60

I

45 69 ~ i 1 Totale prod.Kost. 94

I

124 130 115 Prijs af fabriek 200 ,200

I

200 200 Bruto winst 106

76

~

70 85 Imvestering 3,314 4, 9~ 4,6M 4,.5M Rentabiliteit 3 Yi: i 1210 1110 1610 Tabel I.

8

-Een mengsel van droog HCl en 02 (2:1), zie fig.), wordt de reaktor binnengevoerd waarin zich een mengsel van gesmol-ten KCl en FeC13 bevindt. Bij 45000 wordt 6o~ HCL in C12 omgezet.Het reaktiegas woerdt voor het verlaten van de reaktoErmet 3)~-ig zoutzuur besproeid, waardoor het tot 1100C afkoeld.Di t voorkorat het meevoeren van J;,eC13 met het reaktiegas.Achtereenvolgens wast men het gas nu met verdund zoutzuur, droogt met geconcentreerd zwavelzuur, absorbeerd het chloor met sulf~rylchloride en wast het res-terende gas met verdund zout8u~r waarna het stikstof/zuur-stof mengsel gespuid wordt.

Dit proces kan economisch beslist concureren met het elektrolyseproces van zoutzuur.De produktiekosten van het Deaconproces zijn lager.

De reaktor in nog voor verregaande verbeteringen vatbaar. De omzetting van HCL kan nog opgevoerd worden door te werken bi~ lagere tempeEatuur. Bovendien zou een niet vluchtige katalysator eleganter zijn.

De Koninklijke Shell heeft een katalysator gevonden, die niet vluchtig is en bij lagere temperatuur werkzaam is. De conversie hiermee wordt 7)~ bij 3600

c.(8)

Voor de afscheiding Van het HCl en het C12 eveneens een-voudiger methodes uitgewerktfig.6.

Samenvatting:

Het door de Shell verbeterde Deacon-proces (

hetaShell-Proces~) is het meest aanlokkelijk.

Uit tabel I blijkt, dat het Shell-Proces BconomisOh de beste resultaten geeft.

Technissch gezien is het een eenvoeudig proces in vergelijking met de andere chemische processen.

Aangezien er weining chemicaliën nodig zijn, kunnen prijs-schommelingen in die sektor de chloorprijs niet beinvloe-del;l,

Het materialenprobleem, een zeer belangrijke faktoE, is voor dit proc8s ook beslist niet groter dan voor andere processen.

}len vestigt dit bedrijf uiteraard bij een basisindustrie voor kunststoffen, insecticiden of i.d .. Hier vindt de-gradatie van C12 tot HCl op grote schaal plaats,

Dit bedrijf zal als onderdeel van de nRaffinaderij der Koninklijke Shell» te Pernis een goede kans van slagen hebben.Een dure bewerking als het vl08ibaar maken, opslaan en vervoeren van het chloor is h~èr overbodig.

9

-HET SHELL - PROCES.

Dit proces berust op h~~t katalyti sch oxyderen van gasvormig zoutzuur met luchtzuurstof bij

365

0 _{C in een fluidbed}

-reactor.

4 HCl +

De katalysator bestaat uit CuC1 2 J KCl , en

de deeltjesgrootte is ongeveer

0,3

mm.

De vluchtigheid van het CuC12 is hier zeer gering, in tegenstel-ling tot andere katalysatoren voor het Deaconproces.

De exotherme reactte maakt een g~ringe koeling van de reac-tor noodzakelijk. Voorverwarming van de voedingsgassen is niet nodig. Er wordt 7410 HCl ofigezet.

Het reactiegas_{, dat 18.10 C1 2 b}".vat, wordt achtereenvolgens met 30~ zoutzuur gequenched, van ZQutzuur en waterdamp ont-daan en met zW8velzuur gedroogd. Het Cl wordt in tetrachloor-koolstof geabsorbeerd, het oVerblijVend~ gas. leidt men door

18~-ig natronloog om het resterende chloor te verwijderen. Door destillatie scheidt men het chloor en de tetra, waarna het chloor vloeibaar wordt afgevoerd en de tetra naar de absorptiekolom wordt teruggevoerd.

Opmerking,

Indien we in plaats van lucht technisch zuurstof gebruiken, dan is de HCl conversie slechts weinig hoger. Het hogere chloorgehalte in het reactiegas maakt het opwerken hiervan goedkoper. Een nadeel is , dat de reactor meer gekoeld moet worden. Het gebruik van zuurstof is slechts gerechtva8rdigd,

10.-e , , T ---~ natronloog /1 P, I~~ ~Jj~

.

1./8

bleekl909 CHLOOR J. I. RISSEEUW . april 1963

la

-Economische facetten.

Indien we een produktiejaar van 8.000 uren aannemen

ver-krijgen we de volgende resultaten; Grondstoffen; ROl 9810 H2

so

4 1810 NaOR tetra Produkten:

_{_}

... " _ .. -" ... ,-' .. '~...,..~ ... " 01 2 vloeibaar 3010 zoutzuur 8010 H2S04 bleskloog 7.104 ton ton 20.600 ton 25.056 ton 6.400 ton 8.240 ton F1.

62,-ft

Fl. 440.000, Fl.695.-ft Fl. 334.000, Totaal Fl.1.026 •

ooo ,

'--~"'-"'-'-_w ___ __.. ______ ._ ... _ 1 ,_._ ... __ ._-_ .•. _,,~ ... __ .~ J ;Fl.3 20 .-/t

I

F1. 6.600.000,

i /

I ' (, jFl.119.

-ft

Fl. 2.400.000,

I

i

, f / Fl. :!(,2.000'1

~

1.15l.-/t

1 Fl. 1.245.000,

I

I

I

Totaal

l

F1.10.50 7.000· 1 ~ _ _ __ _ _ __ _ _ ___ _ _ "_"" . _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ --L.. _ _ _ _ _ _ _ --'-_

Deze produktiecapaciteit is gekozen, omdat de Shell-Raff

ina-derij te Pernis, waarvoor de installatie ontworpen is, 3

35.000 ton zoutzuur per jaar produceert waarvoor nagenoeg

geen afzet gevonden kan worden.

Voor de bijprodukten is ernaar gestreefd om waardevolle

chemica1i~n te verkrijgen.

Het 301.-ig zoutzuur kan als technisch zoutzuur worden

verkocht, evenals het bleekloog ook een waardevol bijprodukt

is.

Het 801.-ig zwavelzuur wordt in de raffinaderij gebruikt.

?

,

11

-~ASSA-BALANS. (in kg per uur )

.--.---

--

~----...--

.

1

·

~-" .. ". , --~--

-stofstroom 1 _{. -,.---}. 2 _1-"--3 _{.. - ...} 4 _.5 6

_?

temperatuur _{15°(; 15 365}

I

₉₀ 50 50 40 74 74 druk 1 a ta 1 1,5 i 1,4 fase

~

. __

L

___

~

G ••

J

~

_.-

t'!

G

P-HOI 3.650 95d 1,162

i

694 463 80 02 800 21~ 210 I 210 210 210 N 2.800 2.80~ 2.800 !2.800 2.800 2.800 Ot2 2 • 63 O! 2 • 630 2 • 630 2.630 2.630 H20 _{-_.}

_.

66~ 1.168 144 144 144 -- .. .~ .. ~, .. -.. ~ .. _ ..

_---

.-. totaal 3.650 3.600 7.2.50 7.970 6.418 6.247 5.864 ~tofstroom ... _ .... ~ •. 'w 8 ,.' ... " .. _ .... ""'~

_

...

2

__

. , " ... _,.'.-. 10 - .._ ... ., 11 ._--_ ...

__

... '''''' ...

-_

12 ...

__

...

_-

r-.--13 .. - ...•. ,-.-temperatuur 40 40 40/127/ -8 30 32 27 80 druk 1 1/2,3/ 5,2 1 5,2 5,2 2,5 fase G

;

I·

~

G G G ","- ._ .. ---<--.. 1-._-_. ! 02 210 210 1 210 210 210 N2 2.800 2.800 I 2.800 2.800 2..800 C12 2.630 2.630 2.630 155 2.575 H20 _{1'4 ~~} tetra

_-

_-t--

_{_}

_...

_{_.-}

. .,.~ .. _. ---- -_._.--_ .. -.. - ' - - . _ - - -.57

-_

.. _----57 ~_. 16.540 totaal _ .. __ J

.

2

~J

8 4 .

,.6e,

_ ...

_-_

...

-

._. 5.6'0

__

.•..

_-

_._._---.

3.222 3.067 19.11.5

I

... _.".A ... .... , .. - -., .. -~ .. ~ . ,",,-_.,.~''"'''''''-' stofstroom _{_ ...} 14 1.5 16 ! 17 18 ~_._.·_.r .... " .... _'". .. .. .. ... ,_ .... ~ .. ' ... '

.

"H • • " ._ . r'---"'---

-temperatuur _-15 110 ; 20 20 26. -18 druk \ 2,5 2,5 2,5 1 1

I

5,2 fase L L L L L , 012

I

_2.575 nihil H20

I

tetra ₃ 16.543 60 181o-ig NaOH

i

888 bIe ekl <?,~L.~~., '." -- -. - ' ... _-~~ ... _ ... ---

"---

1.043 totaàl _-.. 2 • .578 _{-, ...} 16.543 _{.... -_ ..}

_{_}

_..

_{_}

60 _{... __ ....}

_{_----}

888

_{'---_}

1.043 _..

_{_._}

_{.. __ ..} _~

--~--- ---,. 12 -.- - - - -._-_.~---_.. . _. ..- .. - . • • _ . . . ·H ~4~.' •• _ stof'stroom 19 20 21 22 23 24 , -. ..

_

... ,--,._-""',.,_ .. _.,.. , ..

_

.. --...

_._

... ,~-~-temperatuur 20 32 39 39 39 .50 35 .. - 3.5 0 /6.56 1~.14'r 9 -1g H2S04

-;-5

6

'2-:29

2:2"96

--

loM 0 24 333 0 800 18.480 water

-+----i

60 1 84 6 totaal 6.56 : 2.356 ' 2.380 1.70 ~ _.~- '''''''''-''-'-~

. -. .

.. __

~

... -_

---

--1---+---_._-+---;

stofstroom ----r·2.5---·~-

..

·-

2

·

{

--.

_*

···

27 28

·-·

29

-·-....

---1

-

--3--0- - -1 tempera tuur

I

3.5 .50 3.5 20 30

I

39

I

~ - -- . . .. - ... - -._--. . ._---.. _ .. - _ .. · .. -.. -.... --1 . . . . _,,~ .•. - ... - . - . - -.... --. . ....---1--.-... - - .... - - - . . ' - , . - . - - " . -i ! 981.-ig H2S04 117.362 .

17

,~é2 686 - - -

I

.

:::::~lO

~~

?

~t

7. :::

t;~

:::

-_·

:::

I

.

::::~

r

~

·

:~:

·

:

:~r~:

~

~

~

~~~

.

~

.~.

~o

om.

1~~·-

.... ··--....

1··

3

·

~~·-

..

-'·-r

3.

"

4

'-: ---_ ....

~~-

,-'

~

~

5

_

.".-

.

~

'.~:~--.

~

(;

.~~~-~_~t2

?

_~

..

~.~=

;

temperatuur 139 39 1.50 .50 .50 I .50

,

32

40

-water

-···-

."

·----1

r~-21'2

---..

t

ï:b

6b

---T

9

'-

0

5-

3'

-

9

.

0,53

~-f:b66+---'-1'::-2

.

-

7

-;:;-

80

-HGl (vloeib.) ; 58 i 80

t

i

2.510 I 2.893 463 .5.320 - ... ---·--<-_ .. ________ l_ ... -.... _-_ •. - - - · - · ...

··--l---·-·---c..---.. -

..

---

...

-.--.----

..

---totaal 1.279_~!~1.~§.. __ ~ • .5~?_t}.1.9·46 2.129 18.100l 42 40 2.212 920 3.i3~

13 -WARMTE-BALANS: in Watts Stofstr. fase 1 2

1

+ 2 3 4

l

7 8 Cf 10a lOb lOc 10d 10e 11 12 13et. 19-b 14 15a 15b 15c 16 17 18 19 20 21 228 22b 23 24a 2'4b 25 26 27 28 29 30 G G Q Q G G G G G G G G G G G (l G L L 1. L L L ]. L L L L L 1. L L L L IJ L L temp. 15°C 15 74 365 90 .50 50 40 40 40 40 127 40 127 10 27

-8

26 32 80 -15 110 52 -18 20 30 26 20 32 39 39 35 39 50 3.5 35 50

3,

20 28 39 warmtestroom 11.8.50 15.270 133.680 1.079.000 993.040 184.040 18} • .530 164.240 163 • .540 58.140 48 • .540 137.400 48 • .540 137.400 32.690 -9.6.50 22.300 149.340 377.000 -10.000 446.000 218.340 -73.000 nihil 25.500 22.100 7.200 30.700 49.700 37.000 23 • .500 12.700 520.000 370.600 3.54.900 .507.300 1.5.700 39.000 94.000 131.700

C

koeling 114.680 Watt) ( " 1.032.510 " ) K4

=

88.860 Watt K5 = 88.860 Watt 111= 15.050 " WW.l

=

227.660 Watt

WW

.l

= 227.660 " K6

=

98.000 Watt F.2 =193.340 " (opl.w.9.400, condw. 9600 ) K7 = 13.500 Watt K3 = 149.400 Watt (oplw.47.000, condw 10.5.400) (oplW HCl 37.700)

14

-$tofstr. fase temp. warmtestroom

-31 L ₃₉ .5.5.000 32 39 76.700 3~a .50 .571.990 K2

=

1.56.990 Watt }4b 3.5 41.5.000 3.5 .50 612.290 (oplw HCl 180.000 ) 36 .50 117.000 37a .50 82'7.000 K.l

=

182.600 Watt 37b 40 644.400 38 ( 38' ) 40 .533.400 39 40 2.5.400 40 .50 618 • .510 (oplw. HOl. 110 • .510 ) 41 .50 710.000 42 40 111.000 38' 40 .508.000 Toelichtingen: ~

K4 etc zijn waterkoelers, F.l,2 freonkoelers en ~TW.l

warmte-wisselaar.

De warmte'::tromen Zijn berekend op basis van nul bij 0 °C.

Voor waterdamp is uitgegaan van vloeibaar water, zodat de

verdampingswarmte is ingecalculeerd. HOl i s als gas beschouwd, de oploswarmte is uit Critical Tables berekend en bedraagt 1.680 kjoule per kg HCl bij 40 °C.

e,

ad 1+2, adiabatische compressiwarmte, 1 tot 2 ata.

ad; }, de reactiewarmte bedraagt 14.50 kjoule per kg C12,

dit geeft 2.630xl.4.50/3,6 ~ 1.060.000 Watt.

ad 4, deze warntestroom moet theoretisch gelijk Zijn aan 3+39, maar er is 111.360 Watt teweinig, dit is juist de oploswarmte van 212 kg HC1 per uur.

ad.5, hier moet koelwarmte plus H20 condenswarmte en HCl oploswarmte afgevoerd worden, dit is resp. 809.000+ 21.5.000

=

1.124.400 Watt. Nu is er 91.490 Watt (41-40l dat door het vloeibare zoutzuur wordt afgevoerd.

net koelwater dus 1.032 • .510 jYatt.

ad 6,7,8,deze Zijn identiek aan .5.

ad

9,

hier condenseert 120 kg water per uur, wat 10.5.000 W

levert; de mengwarmte van het water in het

zwavel-zuur is 120xl.410/3,6

=

48.000 Watt.

evenzo 10.

ad 10 adiabatisch comprimer8n en isobarisch koèlen geven

genoemde waarden.

ad 11 we stellen dat het gas nog niet helemaal in thermisch evenwicht is met het tetra in de top van de kolom.

Voor de oploswarmte van het chloor nemen we de ver-dampingswarmte bij 32 0c, deze is 261 Kjoule per kg.

-

-ad

12,

1.5

-er komt vrij

35.

8

4

0

Watt koelwarmte en

2.

5

7

5X261/3

,6=

1

8

6

•

.5

0

0

Watt, totaal

222.;40

,

wat door het tetra wordt opgEnomen.

de reactiewarmte voor de vorming van bleekloog, C12 + 2NaOH

=

NaC10 + NaCl • H₂0

bedraagt

2.750

kjoule per kg Cl? ' dus hier komt

155x2.758/3,6

=

117.

0

00

Watt vrlj. Adiabatische

ex-pansie van het gas van .5,2 naar 1 ata geef toe en temperatuur van 172 OK. Het opwarmen tot

26

C hier-van kost

112.300

Watt. Door verdamping van water en afkoeling Ban de buitenlucht zal der temperatuur van het reactievat ongeveer 20 - 30 oe worden,

zeg

26°c.

Uit het voorgaande en uit de massabalans Zijn de volgende warmtestromen gemakkelijk te vinden.

')

16

-HOOFDAPPARATUUR.

De fluidbed reactor:

De oxydatie van H_{Cl tot C1 2 is} een evenwichtsreactie, die bij lage temperatuur gunstig voor C12 ligt. Aangezien de reactie-snelheid bij lage temperatuur onvoldoende is, moet bij een hogere temperatuur gewerkt worden. Het blijkt, dat ,65 oe

het gunstigst is, dit geeft dan een conversie van 74~ van het HC1. De reactiewarm.te bedral~gt 1.4.50 kjoule per kg C12. Aangezien de voedingsgassen betrekkelijk koud toegevoerd worden, nemen deze al veel v/armte op. Vieliswaar moet nog

114.680 Watt gekoeld worden.

We koel en de reactorwand met lucht, door deze volgens een

~itaêl om de w~nd te leiden, de koellunht wordt opgewarmd tot

195

°C. Het vereiste koel oppervlak is 30 m2 bij U=l.5. Het onderste gedeelte van de reactor wordt niet gekoeld, het bed heeft namelijk een diameter van 3.20 m en een hoogte van 4.50 , . We hebben hiervoor nodig

0

,65

kg lucht pre s~e.

of 0" m. De gassnelheid on de dubbele wand is 3 m/sec. Als de dubbele wand 20 cm tussenruimte heeft, dan kan det

lucht viermaal om de reactor st;ómen~--

-Dimensies van het fluidbed. deel tjesgrootte katalysator dichtheid vormfactor

,

,

,

,

levensduur " 0,3 mm 2.140 kg/m

3

0,86 (1,5 j

e.a

Ï)

verhouding HCl - katalysator

verblijf tijd 100 nl HCl/kg 2.5 sec. 1,12 kg~m3 kat.uur gasdichtheid viscositeit gasv.;lumesnelheid hieruit min. fluidisatiesnelheid max. bedhoogte beddiameter porositeit

, ,

benodigde katalysator drukval

vrije hoogte (aannamet

3

.10-'N~/m3---­ .5.200 m"/uur / berekenen we; 0,043 m/sec 0,87 m/sec

4

,.5

m 3,2 m

65

1

0

26.400 kg 0,33 atm. 2 m. We kiezen gassnelh.=0,~18 mis

17

-De cycloon

Om de meegevoerde katalysator van het gas af te scheiden

gebruiken we een cycloon. We nemen hierin een gassnelheid

aan van 0" m/sec •• De gasvolumestroom is 7.210 m3/uur.

Vle bereken nu,

diameter 1.,0 m

hoogte 3.- m

toe - en afvoerleidingen 0.48 m diameter

1 _

De afgescheiden katalysator voeren we terug in de

reac-tor.

Constructiemateriaal; monel ot met zuu=vaste steen bekleed

staal. Q,uench torea

In een scrubber voeren we het gas tangentieel in,en

versproei-en 30~-ig zoutzuur. Indien we stellen, dat de

zoutzuurdrup-pels in zes sec. vedampen en de doorvoersnelheid 0.,

mis

is,

dan berekenen we een hoogte van 6 m en een diameter3 van 2 m.

Het gas koelt hierin van 36, oe tot 90

0c.

We doen dit, om

de filmcondensor niet te hoOI te verhitten. Karbate kan

weliswaar 170

°c

hebben, maar een zo laag mogelijke

gastem-psratuur zal zijn levensduur toch verhogen, vooral omdat nu

de temperatuursfluctuatie aan de top veel geringer is.

De wanden van de scrubber kunnen van zuurvaste steen

ge-maakt worden, de sproeiers van monel.

Principe van de afscheiding van zoutzuur en waterdamp,

We stellen ons in deze sectie ten doel om alle HCl en

na-genoeg alle waterdamp uit het gas te ven~ijderen.

Hierbij komt zeer veel warmte vri j, speciaal de condensw

arm-te van waarm-ter, 2.8,0 kjoule!kg en de oploswarmarm-te van zout-zuur in water, 1680 kjoule!kg zoutzuut.

Bij een gepakte kolom is het afvoeren van zoveel vJarmte

moeilijk. Als men een temperatuursstijging van de

absorp-tievloeistof van 10 oe toelaatbaar acht, dan zou de

ver-houding vloeistof inert gas resp. 147,000 kg op ,.784 kg

per uur zijn.

~e leiden het gas daarom eerst door een filmabsorber waar

het meeste water en veel zoutzuur condenseert, vervolgens

door gepakte kolommem.

Een tweede bezwaar is, dat de grote hoeveelheid waterdamp

in het gas de hoeveelheid toete voeren water in de

absorp-tiekolom beperkt. We stellen namelijk de eis,dat we 30~-lg

I,:./:tT ~ ~H r,-,' 2· H-Z .:yr _r;;J. h- ~C/!±t I ()

.

A :\ ,= 4+ +< h _{++ ;\} :Bl: :L Ir hi ;\ r:1 ~ f\ ~ RI tf;\ .. ~ ,.~ ~1~ !'; ~-'-, ~ ;J.: ~ ::ti: -":'- ::-;0 ~~!,;.. +i--' e,-,.!+"-+ t..' '4, ~, ~( .... 1'1- H :,> "ri liT ti: "'-tri oom -q ~ tt ItH +'_ :.;.. ~J=:;; 4+'I·''-l.~-1'-1+ +-H-+

,"-

iX ~:~ K ~i..:.2 r;1 E :.oh tt. ~~ i!:: ':':-'":,- h.;..:: r-1.1, E t-.. I;::; "'-.;.;, .... ++-t~ ~~-:-:- ;.;.; ~Uj N )( 0 N 'ot r:;+. ~

""

_.E ~ Cl r 0 0 . 0

S SOO _bO- S-O 3 S-0 () 30~ -'

, I

18

-Om een voldoende vloeistofbelaEting te verkri jgen voor zo-wel de absorptietorens als de filmagsorber moet veel vloei-stof gecirculeerd worden. Om de temperatuur laag te houden worden de reflu.stromen gekoeld. Door de hoge dampspanning van Hel van de absorptievloeistof is de zoutzuurabsorptie beperkt zodat we enige torens achter elkaar moeten plaatsen. Zie hiervoor grafiek I.

In een karbate filmabsoröer ka~ gas en vloeistof t~~ migimaal I~~'

~ gekoeld worden, waardoor fie verzadigingsdruk van het "{Cl

"-~O'70-ig zoutzuur nDg aanzienlijk is. ( ~

Uit de grafiek, waarin de reële en de verzadigingsdrukken ç~J van water en zoutzuur zijn afgezet tegen de afgelegde weg . van het gas, blijkt dat één filmabsorbër en drie absorptie-kolommen het Hel vo !.ledig kunnen verwijderen. In de grafiek lette men vooral op de gecombineerde uitzetting van concen-tratie en temperatu~sinvloedt.

We nemen aan , det al le water in de filmabsorber condenseert. De eerste kolom moet men zien als een verlengstuk van de

filmabsorber waar een lagere temperatuur en een betere stof-ov ?rdracht bereikbaar is. We stellen hier, dat het gas niet afkoelt, maar dat alleen HCl wordt geabsorbeerd.

In de tweede kolom koelt het gas van 50 naar 40

°c

en wordt wat HCl opgenomen.

In de laatste kolom wordt tenstotte het ~vergebleven HCl volledig uit het gas venvijderd.

De rilmabsorber (9).

Deze bestaat uit vertikale Karbate-pijpen,

7/8

inch imien-dige diameter, die met verdund zoutzuur bevochtigd worden. Hierin condenseert 1.024 kg water per uur en 468 kg HC1, samen

70

kgmol. Het gas koelt hierin tevens van 90 naar

50

graden Celsius.

~ie berekenen, dat hier 1.032.510 Watt afgevoerd moet worden, waarvoor 22.000 kg koelwater van 20 oe nodig is dat tot 60 Oe wordt ougewarm~.

Dimensies;

Aan de hand van de in de literatuur (9) gevonden ~overall overdrachtsco~fficient" vinden we dat de lengte van de

pij-pen 11 m moet zijn en het aantal 1.340 is. De lengte van handels-karbate-pijpen is

2.70

m, dus wij nemen vier secties boven elkaar. Daar het gasvolume steeds afneemt, zijn

850

pijpen onderin voldoende. We verminderen het aantal pijpen van boven naar onder regelmatig.

; " '" ". ," :")- ; , ... --~ - .• - _. , ) _ '):,. "" ( ~ tt ~ v{v IJ

""f

'i...

4l

""\/...~

1,

\Î\r'"

Î

~

.... I,JI \ I

I

--7')

Lw,\JJ"

~v'~V' N~ tv , .

..r

\1

'V\, ~lt, / ' I.v ~, ~ .... ~ i- y.JJ"'- ) lJ'w""" .

"G~. N,,~~vJJr'

l

(

j

Ut

./' ~V\~ L ~. ~ -~\ C (IJ"" ",,'-\JV'"

\J~~

- - - - -

19

-Berekening;

gassnelheid in de pijpen 3

mis

pijpdiameter (D) 22 - 30 ~

pijpdoorsnede 0,00038 m

topvolumestroom 5.541 m3/uur

bodem" 3.479"

min. vloéistofbel. 9,0~5 kg/u~r.Pijp

gasviscositeit (n) 2.10 Ns/m

gemiddeld molgew. {Mmo} 3.5

K

=

0,0.59 ( D Go )

M _mo '·15" _n

K

= overall-overdrachtscoëfficient in kmol/m2 .uur.at.

G_o= massastroom van het gas in kg/m2 .sec.

'We vinden nu, top: 1340 pijpen K = 0,32 = 0,36. bodem: 8.50 pijpen K

=-

0,41

We stel~en dat het water op dezelfde manier geabsorbeerd

'Wordt d~ het Hel wat de overdrachtscoefficient betreft,

wegens het lagere mol.gewicht van water gaat het 1,2-maal

zo snel, nl de vierdemachtswortel uit het mol.quotient.

De drijvende kracht voor de absorptie is het drukverschil,

nu ~R,

pverz •

=

Pv ,H~o + PV •Hel

P _{= PH}

°

+ P

HCl 2

ui» grafiek I lezen we hiervoor de waarden af, en vinden dan

een loga~ithmisch druk~erschi1 van 0,21 at.

Het aantal }{molè-ti die geabsoroeer<1rnoeten worden Zijn

13,.5 chloor en 57 water, correctie snellere diffusie der

watermoleculen maakt hiervan

57/1,2

=

47,5 ; dus totaal

hebben we 61 Kmolen te absorberen.

Nu moet voor het geheel dus gelden:

0,36 x 0,21 x

t

(

1.340 + 850 ) H x 3,14 x 0,022

=

61

H

=

pijplengte

=

10,7 m.

Dus we hebben juist voldoende aan vier secties van 2.7 m

lengte.

Opmerking;

Indien we de filmabsorber als een gaskoeler op

vat-ten met 1.~00 pijpen, verschil in T

=

30

°c,

dan vinden we

19

-De diameter van de stalen kolom,op 1.340 pijpen berekend,

is 2

m.

Tussen de vier secties is een ruimte van 30 cm opengelaten

voor de aansluitingen, dus de toren wordt mngeveer 12.50 m

hoog.

De pijpen zijn zodanig gemonteerd, dat ze enige cm's boven

de pijpplaat uitsteken. Je boveneinden ervan zijn ingekerfd,

om een goede verdeling van de vloeistof over alle pijpen

te waarborgen.

Gepakte ~bsorpt1ekolommen.

VOOF de drie zoutzuur--kolomrnen en de twee zwavelzuurkolommen

vinden we :

.

_---

_l

r

-_

.. ---- ---~--_._-~.. A.l ~ -.-A-2 - - ---. A-3 A-~ ~~-5

I

bodem: ! I 0,145 I 0,02 0,06 lO-? i

I

PReI resp PH at I 0,103

i

I , 20 _I i verzadigd 0,095 0,010 10-5 10-3 ; 3.10-6

I

I idem at

I

top: I I , 3.10- 5 10-5 i %C1 resp PH20 at 0,103 0,020 0,01

!

. idem verzadigd at 0,054 , _{0,004 10-.5 5.10-4 3.10-6}

I

I t Î

i

vloei st. bel. kg/u 14.248 11.563 2.936 17.680 2.356

I I gasbelasting kg/u 6.478 6.247 5.864 5.784 5.664 diam.raschigr. inch 1 1 1 1 1 H.T.U. m 0,45 0,45 0,89 0,30 0,70 aant. H.T.U. 2 2 6';'3 2,3 6,6 kolomho;igte m 0,90 0,90 6,1- 0,90 5,-!kolomdiameter -_._--"'---~ m .. ~,_ .. ~ .... i

_

... _._~ 1,10 .. -_. __ ..

_

... _. ---,

_.

1,10__ .~_ ... _~-~--_.-: 1,25 __ L ___ 2 -2 ______ ... 1,10 : Verklaringen,

De partiaalspanningen van HCL en H20 zijn

bere-kend uit de molbalans.

De H.T.U. voor water is gelijk aen die voor NH ,

voor zoutzuur zijn ze 1,2 maal zo groot, dat is de vierde 3

machtswortel uit het quotient der mol.gewichten. _...-V

" i . \,

'.

+ p) (1 + pv)

CP ...

pv) dp 20 -=

V

De H.T.U. voor het systeem ammoniak - water zijn zijn bekend.

/ "

De stalen absoDptiekolommen bekleden we inwendig m'~t

zuur-bestendige steen, telfflijl we porceleinen raschigringen

ge-bruiken. De kolom, die 96~-ig zwavelzuur bevat behoeft miet

bekiè~d te worden. Het is aan te bevelen om in de twee

hogere torens herverdelers voor de vloeistof aan te brengen

op een afstand van ongeveer 1.20 m.

De absorptievloeistof wordt boven in de kolom versproeid.

Om meesleuring van de vloeistof te v,)orkomem brengt men een

spatscherm aan voor de gasopening.

Voor de verbindingspijpen tussen de kolommen, voor zowel gas

als vloeistof,kan men

PVC

gebruiken, voor het 961.-ig

zwavel-zuur Zijn stalen leidingen voldoende. Als het gas gedroogd

is, 1s het niet meer cODrosief zodAt verder alle gasleidingen

eveaeens van staal gemaakt kunnen "Worden.

Chloorabsorpt1e met tetra (10).

In een gepakte kolom wordt het chloor door tetra

geabsor-beerd, waarna het restgas door natronloog geleid wordt.

Dit absorfieren kan geschieden bij lage temperatuur,

-18

oe,

en atmosferische druk; maar dan lost ook veel restgas op,

vooral C02 indien aanwezig, wat het chloor verontreinigt.

Bij kamertemperatuur is dit laatste nadeel afWezig, maar dan

moet men bnder hoge druk, 10 at, absorberen; dit is duur en bovendien gaat meer tetra verloren.

Als 8~~m1,s kiezen we de methode waarbij het tetra bij

-18

C inkomt en bij

32

oe de toren verlaat. De druk

hou-den we op

512

ata. De toptemperatuur van

-18

oe beperkt het

tetraverlies en de bodemtemperatuur van

32

oe maakt de inerte

gassen minder oplosbaar.

In de ~iteratuur nu vinden we dat de kolomhoogte

9.15

m

m~iJn:'Lîelërrameter is 0,60 m als we lt inch berl-zadels

gebruiken. Dit laatste berekenen we m.b.v. de maximale

gassnelheid door de kolom.

Het verlies aan tetra is 57 kg/uur

Gegevens; berekend; vloeistofbelasting gasbelasting vloeistofdichtheid gasdichtheid viscositeit vloeist. gassnelheid 16.600 kg/u

,.645

kg/u 1.630 kg/m

3

5,2

x

1,8 "

1 cpoise

0,68

mis

y

:j:.l:.c I o.

-

':';';~., i+H +++ 7.1:='+ f).1 .... ,rmn ~l

0.6

1i

n

IUnU Ó.~ ~If

...

I o.~ t+ b.3 Ir (11 0.2 :1J!! _I 0.1 ft

JH

() 'ft 1:1 ti fl[ lti :!' ~ _~r;J~ () _~~ ft PI cl' . ₍₇ EI;

4le

r ..:;,

,,'

ó;:; . ",-'+ Ii: .fm

J

m H++++ :P:

,)

t

\,

i Î'~}\"~. _\ , ~., J(

f

VC

21

-De uit de destillatiekolom recirculerende tetDa bevat 9sg

ongeveer 1,5~ chloor. Hierdoor is het principi~el~nmogelijk om al het chloor uit de restgassen te verwijderen. Het zon-der meer spuien van chloorhoudend gas is ongewenst wegens

luchtveronreinig~ing • Ongeveer 5~ van de chloorproduktie

zou dan door de schoorsteen verdwijnen.

Het gas is op hoge druk, dus is het eenvoudig om dit gas,

in een groot vat met 18~-ig natronloog₁te laten expanderen zodat het chloor hierin geabsorbeerd kan worden.

De grote overmaat lucht zorgt voor voldoende koeling

(ex-pansle-warm$e) en een goede roering. Het is namelijk be-langrijk dat er geen plaatselijke oververhitting ontstaat want boven de 40

°c

ontstaat gemakkelijk chloraat •

Nu moet dit loog juist zoveel chloor absorberen ~ot het neutraal reageert, dus moet dit loog nauwkeurig gedoseerd wordenj wat moeilijk zal gaan, omdat het chloorgehalte in het restgas gemakkelijk fluctueert. Dientengevolge is het gemakkelijker om deze fase van het bedrijf discontinu te hoaden. We maken het vat met loog zo groot, dat daarin een gehele dagproductie kan ,en tappen dit eenmaal per dag af.

Een tweede vat plaatsen we er achteraan om het gas vOlledig van C12 te zuiveren en om bij het aflopen van het eerste vat ingeschakeld te kunnen worden.

De vaten zijn resp. 25 en 10 m3 groot. Deze vaten moet ~en

mett;h:ardrubber bekleed word.t-en; de leidingen e.d. kunnen van PVC gemaakt worden.

Het aldus ontstane bleekloog kan als zodanig verkocht wor-den.

Destillatiekolom.

Het tetra-chloormengsel wordt_opgewarmd tot 80

°c

en in de destillatiekolom geleid.

In deze kolom is de druk 2,5 ata, de toptempesatuur dlen-tengGvolge ~oC en de bodemtemperatuur 110

V.

We berekenen dat;

ol

0- p • p

=

14 : 0,26

=

54

,$-0 - C1 2 • tetra

en hiermee bepalen we de evenwichtslijn voor het x - y dia-gram. Zie grafiek 11.

De q-waarde van de voeding is 0,82, dus gedeeltelijk gas-vormi;e voedln~o

V

De optimale refluxverhouding R

=

0,5, dat is tweemaal de

\ ~ minimale refluxverhouding.

\ Als we stellen dat Jek

=

0..l._Q_2 en Xd

=

0,998, dan blijken

""~~ we vier theoretische schotels nodig te hebben,

,

- ~2

-Zowel de tempexatuurscoëfficient in de kolom als het

ver-dampingswarmteverschil van beide componenten is groot, dus

k

rA

we krijgen een laag schotelrendemeni. We nemen hier

40~

aan

~

ît"-~,

en komen dan op een kolomhoogte vaIl 5 m. ~ ~-­ De diameter van de kolom is 0,50 m als we li inch

raschig-ringen gebruiken. Gassnelheid is 0,57 mis .•

(1 + 0,5). 2486 x 261 Refluxkoeling =

3,6

=

270.000 Watt

Reboiling:

328Jooo

Watt, wat verdamping van 6.500 kg tetra per uur vereist, de verdampingswarmte van tetra is 183 kjoule per kg.

Het vloeibare chloor, 99,9~ zuiver~ , wordt bij -lS oe afge-voerd; eventueel kan het gebruikt worden om om de tetra te koelen 'vvaarna het J!.ls~as,_,(t~ installatie verlaat.

De tetra wordt-Via-een warmtewisselaar en koelers terug , (

naar de absorptiekolom gevoerd. ('

Lil

11

IC

I

'\

All e apparatuur kan van .staal gemaakt worden. , p...,lV\. , t , '\.A. \

j, I

Lt-t.

,

lt.

!\.,;'\..t.--~

.. ,; ,., , ... Ij J -' ' ,( I ",/ ;,Lt: -til ' " I f, "P.! J'

23 -NEVENAPPARATUUR. Waterkoelers. _. __ ._.--_ .. _ ... '-"--'."--1"'- ... _-_. -~._--_ .. __ .. _ ... « . . , ••• _ - _ •• _ _ • l Kl K2 _{K4&.5 K6} , ·3öi- H-C-l ·-r----+--...:;.-I---+----I medium. K3 201. HCl _{801Ji2S04 C12/02/N2} tetra gas massastroO-mKg/u ingangstemp.

°c

18.100 11.563 18.480 5.640 16.600 .50 40 .50 .50 127 .52 uitgangstemp 3.5 3.5 40 30

u

700 ₆₀₀

₁

600 30 600 warmteflux W 182.600 1$6.990

I

149.400 88.860 98.000 Tu koelwater oe 30

hoev. Koelw kg/u 16.000

inw. pijpdiam id

I

I

id 3.5 2.5 id id ;;~.lOO 15.300 i inch

7/8

id id 1 1 pijp~engte m id id 6 1 diam.koeler m 0.70 id id

I

0,90 0,68 I materiaal i ; karbate id I staal

I

idi _i staal

In bovenstaande pijpenkoelers stroomt het koelwater door de

pijpen, 7-800 liter per uur wat een Re groter dan 10.000

geeft, dus een goede turbulente stroming.

We koelen met brak rivierwater, wat geacht wordt 20 oe te

Zijn. Dit water wordt in meerdere passes door de koelers

geleid.Met dwarsschotten wordt een goede kruisstroom om de

pijpen bewerkstelligd. K7 ' tegenstroomkoelers:

Aangezien we hier slechts 13 • .500 Watt moeten

af-voeren van 1.700 kg/uur 96~-ig zwavelzuur gebruiken we een

tegenstroomkoeler bestaande uit ~én stalen pijp, inw.diam

38 mm. Daaromheen ~it een tweede inw pijp met inw.diam van

.5.5 mmo De pijp Is driemaa~ pe~n_e~.~_ge~K~n~ z04at er

als het wa~e zes pijpen~t~~ ~e~~~tieve lengte

van 1.80 m elk hebben, totale hoogte 0,50 m.

Van het zwavelzuur is de ingangstemperatuur 50 oe en de

24

-We hebben 1.200 kg koelwater per uur nodig wat tot 30 oe

wordt o~gewarmd. Freonkoelers. medium massastroom kg/u 1ngangstemperatuur oe uitgangstemperatuur

°c

u

Wfm2• oC warmteflux Watt hoev.freDn kg/u temp. freon _{--_.--- ".-} oe pijplengte m diam. koelere m ! t· ! F.l ...

_

.. ~---._ ..

_-_.

~-' C12/N2/02 .5.640 40 ~ 27 ~ 30 1.5.8.50 3.54

J&

.

~ 1 • .50 0,9.5 F.2

r

F.;' tetra 16.600 30 -18 500 218.310 C1₂ cond. 3.720 -1.5 -1.5 .500 270.000 4.7.50 6.900 '-\..~I /..ti.-., 1

-25

~-·---·3

-2a

2 • .50 1 • .50 0,75 1,3.5

Alle koelers hier zlJn van staal met een pijpdiameter van

2.5 - 32 mmo De freon v~dampt o~ de verticale pijpen,

ter-wijl de te koelen media doonheen stromen.

In de gaskoeler (F.l) is de gassnelheid 3m/s.

Rebol1er.

Hierin verdampen we tetra bij 110 °c met condenserende stoom

van 13.5 °C. ~r moe~ hier 328.000 Watt toegevoerd worden,

waarvoor 6 • .500 kg tèt!l1!!l per uur verdampt, resp • .5.50 kg stoom

per uur condenseert.

De reboiler, 1.- m hoog en 0,90 m diameter, bestaat uit

ver-tikal~stAlen pijpen van 2.5 mmo In de pijpen verdampt de tetra

en er buiten condense8rt de~ stoom. De circulatie vindt plaats

door ~hermosy~honwerking.

Opmerking,

Aangezien tet~a bij hogere temperatuur merkbaar

ontleedt, destilleert men bij 1100C en 2,.5 at. De

ketelvloei-stof zou bij een hogere druk te hoog verhit moeten worden

2.5

-Warmte-wisselaar 'HW.l.

Om de warmte economie op te voeren wordt de voeding van de

destillatiekolom verwarmd tot

80

°c

met de afgevoerde tetra

van 110 °C.

Uitvoering; stalen pijpen van 3m, in~.diam. 25 mmo Diameter

ww.

ls 0,95 m. 1/1armtef1ux is 234.660 Watt.

De voedingstempe:tatuur kan meil regelen m.b.v. een!1bypass't

voor het chloor-tetra mengsel.

C omp:.;::r.-::e:....;;s:....;;s...:;o.;;.r..;;;,e,;;;n..;..

-Cl _C2 C

3 C4

medium lucht droog Hel _C12/N

_Z

_/02 id

volumestroom m3ju 2.940

I

3.490 1.605

I

I 2.350 !

_I

, I drukverhoging ata ! _{1 1}

₁

_{1,3 2,9} , , uitgangstemperatuur 74 74 127 127 type L-8. id Clark no 1

-maximum cap. L;l.m.111 .5o.oeO lid 112.000

toerental omw/min 4.50 id 1.200

diameter m : "1 ' 1d 0,75

l > ..

l

.

Daar alle gassen die we comprimeren droog Zijn is er geen

corrosiegevaar. We kunnen dus normale stalen compressoren

geb:-'uiken.

Bezinkvat.

In dit bezinkva t ' .. moet deo kat;:,lysator, die niet door de

cycloon afgescheiden is, kunnen bezinken.

id id id id

De opwaardse stroomsnelheid ls 0,005

mis.

Het vat krijgt

daar-d~o~ een diameter va~O,85 m. De kleinste deeltjes die

hier-in bezhier-inken zijn 0,040 mm groot. Zo nu en dan moet de

kata-lysator uit het vat verwijderd worden.

Zonodig kunnen ue buffervaten ook als .ezinkvaten dienen.

W~ moeten dan even boven de bodem aftappen en de vaten zo

-26-Pompen.

~---T---~---~

P l - P 2 ! P3 P4 P

~--'-+--'---r---medium 4 zoutzuur i zoutzuur

temperatuur 50

I

volumestr. L/min }05 - 18

opvoerhoogte m 22

type J.K.120-40 Max. aap. L/min

toeren omw/min diameter m 350 }.4.50 2.6.5 id 2.900 id i materiaal polyester polyester

, - - - - -

---

.. _--_."._. __ .... _- -.... --. 8010 H2s04 '.5~ _H2S04 50

I

.50 222 2b 1 5 1 7,5

l

i L-2 1 , J L.O. ₁ 1 ! Begemann

I

I 250

I

50

i

! _i 1.375 1 3.200

I

I

2,80 I staal

I

polyester

_{-_._-}

'

~

~i~

----·-

--r--

98

-

1.

-

.

-

:

-

:só

?

--~

t:::~

-F=

~~

:-

-

18i~:OH

~

I

temperatuur oe 20 110

I

20 · 30 I i ! i ~ volumestroom LJm

7

240

i

0, Î 280 j

I

opvoerhoogte m I ; type I { ~ \

I

max. cap.

I

toerental ; I 1 diameter ; materiaal L/min omw/m m }C L.O 50 3.200 1.70 staal j I 35 ! I 3.5 10 M .52-2

!

Lapp S-2

!

mioro-rlo , i 300 i 300 2.300 2.46.5 2.90

27

-Buttervaten.

Voor het opvangen van fluctuaties in het bedrijf zijn

buffervaten geplaatst voor de pompen. Deze verzekeren de

pom-pen van een reg~lmat1ge aanvoer, wat de stabiliteit van

de install~tie bevordert.

Het zoutzuur van 50 oe kan echter een grote hoeveelheid

ZQutzuurgas uitademen. Om luchtverontreiniging te

voor-komen moeten deze vaten in de bijbehorende absorptiekolommen

ademen.

Het zwavelzuur ken gewoon in de open lucht ademen.

BoveJY~ tetra kan men een druk van ongeveer 2" at

hand-have~~tucesgas uit de Chloorabsorptmettsen via een

redu-ceerventiel toe te laten in de tank. Ga fvoeren doet men

via een reduceerventiel naar het proces as vöór de

compres-soren.

Men kiest de buffervaten zo groot, dat er vvor een ~ uur

"

-

_"

28

-Fysische constanten.

soort .~dichthei

--,., gassen t-=---::-_ _ -+---=k'"""j..:.ou::..::..:le';U..i J. k __ . ___ .. ~g/ m HCl 0,7 1~4 °2 i 0,92: 1,43

i

N2 1,04; C12 0. 481 H20 1,981 I . __ C_C_14 ____

~

______ 0 __

,

_

5~

1

1,2.5 3,21 0,6 ". d 3 ----_._.---_.---_." - .. ---~---- '-0 _ ! l .. _-verd.w. kookpunt kjoule/kg °C.1 at

-

-8.5

-

--

-(-1.5} 261 -34 (400 ) 2.630 100 (IlO) 183 77 --_ .. --',---

._---vloeistoffen soort.w. dichtheid mengwarmte kjou1e/kg r- kg/m3 kjou1e/kg chloor 0,96 2 • .500 .. water 4,20 1.000 .510 zoutzuur 4,- _1.680!HClg (40) 201.

, ,

3,70 id 301.

,

,

3,20 1.1.50 id 801 .. zwavelzuur 2,02 1.400 1.410/H20r, (40) 9.51 ..

, ,

1,43 id.

98

1

0

, ,

1,43 1.840 tetra 0,88 1.630 ... 'l ' . . ~ .... ,

.

~ -tetra/chloor 0,89 261/_{C1 2} 1810 NaOB 3,4 1.300 I

L

__

!.

,4

2.4.50/01 2

I

bleekloog viscoSi*. Ns/m _ 1,4.10-.5 1,9.

,

,

1,7 1,3 0,9

-V1scosi~. Ns/m 0,7.5.10- 3 I

29

-"-"-"~---'~

439,0 1:~.112 1.880

, -

-_

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

_-

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

60 90 110

Oplosoaarheid van chloor in tetra bij 1 at.

I temp.

oe

0 I _{10 20}

:;0

₄₀ . - _ , _ _ A " _ _ • .--.-~.--<._"

.

• " P ' , _ ," .... _'~-.- .

_

•...• _--1-' I kg _{C12!kg tetra 0,}

19~

J

_{__}

~

~

.

~40

0,103 0,081 0,064 .. ~.,-,.---'-,

Smeltpunt van tetra is -23

oe •

•

..

30

-Literatuur.

(1)

Ind.Chem.lnd.

50-3 (1958),May87A.

(2) Chem.Eng.

(1960)

July,

63.

(3)

Chem.Eng.

(1961)

May,

42.

(4)

Chem.Eng.progr.

(1948) 44,

657

-

668.

(5) us

P

2.577.808.

(6) us

P

2.468.766.

(7)

Ullmann, Enz.d.Tech.Che.ie

12

{1954}, 301.

(8t

Chem.Weekb. ~

(1962) 397.

(9)

Chem.Eng.Progr.

(1957)

March

139.