Schema van een fabriek voor de productie van 10.000 ton trichlooraertyleen per jaar

:.\)

SCHE~,:JI. VAn EEN FABRIEK VOOR DE PRODUCTIE VAN ~ 10.000 TON TRICHLOO~AETHYLEEN PER JAAR

INDELING

I Inleiding

II Historisch overzicht III Economische aspecten IV

V

Keuze van het proces en plaats der fabriek Algemene beschrijving van de fabriek

VI Toelichting en materiaalbalans VII Berekening van enkele apparaten

(Een rectificatiekolom met bijbehorende condensor en koeler). VIII Literatuur. C.J. Jaski C.H. steuns

·

.

""1

",. ,. s

,

IJ;;.!

>'

t

"

~ . J

-2-I. Inl eiding. 1) 2)

Onder de moderne oplosmiddelen neemt het trichlooraethyleen een zeer belangrijke plaats in. Het wordt in grote hoeveelheden gebruikt als ontvet-tingsmiddel voor metalen en metalen werkstukken, als extractiemiddel voor

plantaardige en dierlijke olieën en vetten en in de wasindustrie bij het

z.g. "dry cleaning". Verder wordt het nog in kleinere hoeveelheden gebruikt voor diverse doeleinden, bijvoorbeeld als insecticide en als grondstof voor verschillende organische syntheses. Polymeren van trichlooraethyleen kunnen

misschien in de toekomst belang krijgen als isolatiestoffen. Wellicht zal

het ook nog een rol te spelen krijgen bij de fabricage van bepaalde gefluoreer-de en gechlo»eerde koolwaterstoffen, die momenteel nogal in de belangstelling staan. ~ eigenschappen maken het trichlooraethyleen tot een bijna ~deaal oplosmiddel. Genoemd kunnen worden: de onbrandbaarheid, de lage soortelijke warmte, het handige kookpunt (860

C),

het sterk oplossend vermogen voor

olieën en vetten, de grote stabiliteit en de betrekkelijk geringe giftigheid.

II. Historisch overzicht van de bereidingsmethoden van trichlooraethyleen. 1~13

In 1864 bereidde Fisher voor het eerst trichlooraáhyleen en wel door reductie van hexachlooraethaan met zink en verdund zwavelzuur.

Onderzoe-kingen in de laatste decennia van de 1ge eeuw verricht toonden aan dat de

meest geschikte grondstof voor de bereiding van trichlooraethyleen het

x) tetrachlooraethaan is, dat door dehydrochlorering overgevoerd kan worden

in trichlooraethyleen. Deze dehydrochlorering kan op twee principieel

ver-schillende manieren worden uitgevoerd en wel:

1e. Niet katalytisch.

a. Uit tetrachlooraethaan wordt zoutzuur afgesplitst onder invloed van

een zoutzuur bindend agens.

b. Het tetrachlooraethaan wordt tmrmisch ~ekraakt, waarbij

trichloor-aethyleen en zoutzuur ontstaan. 2e. Katalytisch.

Hierbij wordt het tetrachlooraethaan katalytisch gekraakt onder vorming

van trichlooraethyleen en zoutzuur.

x) Wanneer in dit veralag over tetrachlooraethaan of tetra gesproken wordt

,

" I-'"

-3-Ad 1a. Omstreeks 1900 werd trichlooraethyleen door Berthelot en Jungfleisch bereid door inwerking van alcoholische kali op tetrachlooraethaan. Door de rigoureuze wel~king van de alcoholische loog leverde dlÎlt proces echter te veel bijproducten, terwijl verder de alcoholprijs zwaar op de kostprijs drukte. Beide bezwaren vervielen tOEn in 1905 het gebruik van alkali-carbonaten en kalkmelk als de-hydrochloreringsmiddelen hun intrede deden. Kalkmelk bleek het beste te voldoen en het z.g. kalkmelkproces is nog altijd het commercieel meest toegepaste proces. Het wordt nog op vrij grote schaal in de discontinue vorm uitgevoerd, waarbij in een reactor voorzien van terugvloeikoeler en roer -der het tetrachlooraethaan wordt behandeld met een suspensie van Ca (OH)2 in water. Door de vrijkomende reactiewarmte gaat de vloeistof koken en dit wordt voortgezet totdat de omzetting volledig is. Door stoomdestillatie wordt het gevormde trichlooraethyleen uit het reactievat verwijderd en daarna door des~il­ latie gezuiverd. Door de Alexander Wacker Gesellschaft te Oberhausen in Duits-land is hetzelfde proces in een continue vorm ontwikkeld en hun fabricage re-sultaten z~n vergeleken met het oude proces zo gunstig dat dit nu wel als ver -ouderd mag worden beschouwd. Tenslotte mag misschien nog vermeld worden dat ook het ammoniak als zoutzuur onttrekkend agens is voorgesteld, of het ooit op commerciele schaal is toegepast is ons niet bekend.

Ad 1b. De thermische kraking van tetrachlooraethaan is voor het eerst gepu-bliceerd in 1941. Het tetrachlooraethaan wordt door een op ~ 5000 C verhitte buis gevoerd, waarbij het in goede opbrengst wordt omgezet in trichlooraethy-leen en zoutzuur.

Ad 2. Omstreeks 1910 werd dit proces voor het eerst in de literatuur beschre-ven. De dampen van tetrachlooraethaan werden bij een temperatuur van 4-5000 C over puimsteen geleid, waarbij trichlooraethyleen en zoutzuur ontstonden. Er traden echter vrij veel ontledingsreacties op waardoor het product altijd donker gekleurd was. Een betere katalysator werd in 1912 gevonden in de vorm van bariumchloride, hetwelk bij een temperatuur van ongeveer 3000 C een zeer goede omzetting gaf.

Nog jong (1944) is het proces dat werkt met organische stikstofbasen bij een temperatuur van 150-2000 C. Het tetrachlooraethaan wordt geleid in een rea c-tor, waarin zich de katalysato~ opgelost in een geschikt oplosmiddel bevindt.(11)

j

!

I , ~ ~~I __________ ~ ~,~ =----I

I

I

I

I

I

J

'

I

.

I

, - - _{- - c J} Çl I1

J

r

~r----

-l-d

ij

T

I

~~

_

J

!

I !

I

~

f

!

~-

~IL

~

'----

- :{

-

-~~r:

I1

1

-Ir

! ,---.."

-

I

'" I _. '\1':

l~n

~~

~ó

I

.

!

; ~ I I j !

-4-111 Economische aspecten. 1) 2)

3) 4)

Hoewel het reeds bijna een eeuw geleden in de literatuur werd beschreven, duurde het tot het begin van deze eeuw voor het trichlooraethyleen in

betrek-kelijk kleine hoeveelheden in Europa werd gemaakt, terwijl met de fabricage

in de Verenigde Staten pas in 1925 een aanvang werd gemaakt. Sindsdien is

de productie sterk toegenomen zoals moge blijken uit de volgenàe productie-cijfers. U.S.A. Duitsland 1947 : 1944 : 120.000 ton 50.000 ton

VOlgens de literatuur neemt de vraag naar trichlooraethyleen nog steeds toe;

zodat verwacht kan worden dat de productie een stijgende lijn zal vertonen.

De toenemende vraag is o.a. toe te schrijven aan het feit dat de extractie van plantaardige olieën uit diverse zaden steeds belangrijker wordt in

verge-lijking met de oude methode van uitpersen en wel in de eerste plaats omdat

bij extractie het olieverlies slechts

t

~ bedraagt tegen-over 6 ~ bij de

pers-methode, en omdat tegenwoordig diverse uitstekende continue werkende extractie-apparaten te verkrijgen zijn.

Helaas is het ons niet gelukt gegevens over de Nederlandse productie en ~mport

(eventueel export) te verkrijgen, zodat een bespreking over de positie van

trichlooraethyleen in ons land achterwege moet blijven.

All een kunnen wij vermelden dat de enige producent Van trichlooraethyleen in

Nederland de N. V. Electro Vlaterstof- & Zuurstoffabriek te Amsterdam is.

IV Argumentatie voor de keuze van het land en van het proces.

Gezien het feit dat over de behoefte aan en de productie van

trichloor-aethyleen in ons land geen gegevens verkrijgbaar zijn, hebben wij als land

waarvoor de hierna te beschrijven fabriek ontworpen gedacht kan zijn de

Ver-enigde Staten gekozen; en wel om de volgende redenen.

In de D.S.A. worden enorme hoeveelheden sojabonen, katoen- en andere zaden

verwerkt op de diverse olieën; en in verband met de toenemende betekenis van

het extIa~ie procedé zal, zoals wij reeds zagen, de vraag naar trichlooraethyleen

reeds uit hoofde hiervan belangrijk toenemen. Verder bezitten de V.S.een zeer

grote metqalindustrie,die als regelmatige en vaste afnemer beschouwd kan wor

-5-Wanneer wij zien dat de productie van de V.S. in 1941 120.000 ton bedroeg,

dan lijkt ons een ontwerp voor een fabriek met een jaarproductie van~IQOOO ton niet irreëel.

Alvorens onze keuze voor het proces te bespreken moeten wij allereerst

aan-dacht besteden aan de productie van het tetrachlooraethaan. Zoals wij reeds

zagen is deze stof momenteel eigenlijk de enige grondstof voor de bereiding op technische schaal van trichlooraethyleen. Sinds jaar en dag wordt het

tetrachlooraethaan op industriele schaal bereid uit acethyleen en chloor,

in tegenwoordigheid Van een geschikte katalysator.3) 4)

Reactie formule: C2H2+2C1 2 FeCI; C2H2Cl4

De enige moeilijkheid van deze overigens zeer vlot verlopende reactie is

het gevaar voor explosies van chloor-acethyleen gasmensels. Dit gevaar wordt

tot een minimum gereduceerd door te werken in een geschikt oplosmiddel,

meestal het tetrachlooraethaan zelf, waarin de beide gassen worden geleid.

Soms wordt het ghloor eerst in het tetrachlooraethaan opgelost. Dit is

dan het algemeen toegepaste proces, waarbij de uitvoering van de apparatuur

dan nog Viel van fabriek tot fabriek, in min of meer sterke mate'. varieert.

In de literatuur wordt een groot aantal katalysatoren voor de reactie tussen

chloor en acethyleen vermeld. Als belangrijkste katalysatoren kunnen genoemd

worden ijzer, ferrichloride en antimoonpentachloride.

Kort geleden werd voorgesteld voor de bereiding van tetrachlooraethaan uit

te gaan van aethyleen, dat door chlooradditie omgezet wordt in

diohloor-aethaan, welke stof hierna door substitutie overgevoerd kan worden in

tetra-chlooraethaan. 14)V C2H4+C1 2"'- C₂H_{4Cl 2 b)C2H4C12+2 C1 2} ~ C_2H2C14+2

mll.

Het vrijkomende zoutzuur zou dan gebruikt kunnen worden om met aethyleen

aethylchloride te maken. Voor aethylchloride bestaat, gezien de

jaarproduc-tie van 100.000 ton(in 1947)in de V.S./een belangrijke vraag. Het wordt

voor-namelijk gebruikt voor de bereiding van tetra-aethyllood en van aethylcellulose.

De winning van aethylchloride als bijproduct kan dus als een voordeel van dit

proces beschouwd worden. Toch hebben ~ij gemeend voor onze fabriek de

pro-ductie van het tetrachlooraethaan te moeten baseren, op het acethyleen en wel

om de volgende redenen:

1e.Het aetheen proces staat nog in de kinderschoenen. Aanvankelijk zouden dus

-6-2e. Vergelijken wij de trichlooraethyleenbereiding met acethyleen als grond-stof, met die \'lelke aetheen zou gebruiken, dan heeft de eerste per mol. "tri" twee moleculen chloor nodig, terwijl het proces met aetheen per mol. tltri tl drie moleculen chloor nodig heeft.

3e. Het acethyleon is, in het algemeen, een gemrud(elijker te verkrijgen grondstof dan aethyleen. Voor de generatie van acethyleen uit calcium-carbide, nog altijd het belangrijkste proces,zijn diverse uitstekende apparaten in de h3ndel verkrijgbaar.

De moderne industriele bereiding van aethyleen berust op de kraking van propaan (eventueel aethaan-propaan mengsel). AlJoon fabrieken gelegen in de buurt van een raffinaderij, of fabrieken die goedkoop aardgas kunnen betrekken, zouden in aanmerking kunnen komen voor hun tetrachlooraethaan -bereiding het aetheen proces te kiezen.

Voor het ontwerp van onze fabriek hadden wij dus de keuze uit drie processen 1e. Het oude kalkmelkproces.

2e. Het moderne kalkrnelkproces.

3e. De kraking, al dan niet katalytisch, van tetrachlooraethaan.

Wij hebben gemeend het nieuwe kalkmelkproces te moeten kiezen en wel om de volgende redenen:

Wanner wij eerst het oude en het nieuwe kalkmelk-procedé vergelijken, dan blijkt uit de publikaties van de Duitse indästrie, waar tijdens de oorlog beide

pro-cessen in gebruik 'waren, dat het nieuwe continue proces men zuiverder en goed -koper product levert dan het oude (batch) proces. In verband met de dure arbeids-krachten in V.S. is ook het continue werken van het nieuwe proces een zeer be -langrijk voordeel.

Van het katalytische en trermische kraakproces is het grote voordeel dat zout-zuur als bijproduct gewonnen wordt, terwijl Vle bij het kalkrnelkproces het

vrijwel waardeloze calciumchloride als bijproduct verkrijgen. Hier staan echter ook grote nadelen van de kraru(processen tegenover. Het thermische kraakproces is duur uit warmte-economisch oogpunt, en levert een vrij onzuiver donker gekleurd product.Het katalytische kraakproces levert een zuiver product maar heeft de volgende nadelen.

, \

1e. Het te verwerken tetrachlooraethaan moet zuiver en volkomen droog zijn, daar in de reactor zoutzuurgas bij 3000 C vrijkomt. Voor het kalkmelk-rroces kan lj.et tctrachlooraethaan zondermeer gebruikt worden.

2e. De levensduur van de reactoren is kort, volgens de Duitse gegevens begint na 2 jaar lekken op te treden, zodat de reactor buiten bedrijf moet worden gesteld voor reparatie.

3e. De levensduur van de bariur.lchloride katalysator is vrij kort, zodat regèmeratiekosten en het Duiten bedrijf stellen van de reactor een vrij belangrijke invloed op de kostprijs zullen hebben.

Bij het kalkmelk:proces wordt geen katalysator gebruikt maar een zout-zuur onttrekkend agens, in casu Ca(OH)2'. dat wij echter meer dan vol-doende verkrijgen bij de acethyleen generatie.

4e. In verband met de levensduur van de katalysator moet de conversie Van het tetrachlooreathmin beneden de 90 jb blijven, bij het nieuwe kalkmelk-proces is de conversie 97

/'b

,

zij het dan dat hier een kleine hoeveel-heid nevenproducten zoals b.v. dichlooraethyleen gevormd wordt, die ech-ter gewonnen kunnen wOJ.'à.en en verkoopbaar zijn.

V. Algemene beschrijving. der fabriek.

Bereiding van trichlooraetyleen volgens het nieuwe kalkmelkproces. 3) 4) Zoals wij reeds zagen berust het nieuwe kalkmelkproces op de volgende reactie' sJ 1 e. 2e. 2C1 2 + C₂H₂ ~ C₂H₂C1

4

+

i

Ca (OH)2 C

2H2C14 (FeCI3 als kat.)

;==

C

2H2C13 + iCaC12 + H20.

De eerste reactie de bereiding van tetrachlooraethaan, wordt uitgevoerd in een betrekkelijk gecompliceerde reactor waarin behalve de vorming ook de zuivering van het tetrachlooraethaan plaats vindt.De reactor is een inwen-dig met lood beklede stalen tOren van ongeveer 11 meter hoog en een diameter van

1

,

35

meter. Eet onderste deel, (6,5~) is gevuld met aardewerkringen

erj

10 cm). Het bovendeel vJaarde fractionering plaats heeft is gevuld met

porceleinen Raschig ringen

erj

35 nml). In de ruimte bevinden zich nog 2 scho-tels (Zie schema). Van de bovenste schotel wordt het zuivere product afge-voerd. Aan de onderkant bevindt zich verder nog een stoommantel om bij het starten de inhoud op de reactie temperatuur te brengen. Van een punt

juist beneoon het vloeistofniveau lopen aan weerszijden 2 buizen naar de bodem van de toren die dienen voor de circul~tie van de vloeistof.

- --_._-- - -

-

-8-TIet conische onderstu};: van de reactor i~ im-ienè.ig verdeeld in twee afdelingen,

in de oncierste v/orclen het circulerenu.e tetrachlooraeth1.l~n en het chloor

ge-leid en in de bovenste het ~ceth:rleen. Zowel het chloor als het acethyleen

vlorden tanGentieel .;einjecteerd, wa9.rdoor de vloeistof sterk c;eagi teerd wordt,

en een boer:le meu,,;;ing worllt verkregen.

Boyen op de reactor i :.-:. een dephlegmator aangebracht., met een koelend opper

-vlak van ~

45

m2.

De reactor werkt onder vel~r..il1(lerde drul': (1.30 rum Hg), hierdoor is de vr~J­

komende reactiewarmte volu.oencle om bij de v;,erktemperatuur (80_90° C) het

tetrachlooraethaan te doen koken. Kpt. bij 760 r;un 146,5°C. bij 130 rum 89° C.

Tevens is gebleken dat zolang de druk beneden de 300 mm Hg is geen gevaar

bestaat voor explosie's von eventueel in de d.ampruimte komende

chloor-c.ceth;rleen gasmengsels.

J,.l", chloreringsl-:atalysator wordt ferrichloride gebruikt; aangezien geen

continue vloeL:;tofstroom onder uit de reactor kOr:1t, is het wrbruik aan

katalysator l aag. ~~'ceGeven '.'/ordt een verbruik van 200 eram ferrichloride

per ton tetrachloorClethaan, maar dit bete.1 is zeer variabel daar meestal

het acethyleen iets phosphor bevat dat in de reactor het chloride vormt,

welke stof ook een zeer gunstige katalytische \'lerking heeft.

De reactor wordt gr:v"ljrld r:let cnt,"3veer 10 ton tetrachlooraethaan en

±

100 kg

ferrichloride. Stoom ·wordt door de r:1antel geleid en de vloeistof verwarmd

tot 700 C. De verv/arminG wordt dan geGto:;?t en de druk in de dampruimte

op 130 mm lig gebracht, waarna chloorgas onder in de reactor wordt geleid.

Wanneer de gehele dampruimte met chloor is gevuld wordt ook acethyleen

toegevcerd, en de toevoer van de beide gassen op de juiste hoeveelheden geregeld. lleestal wordt in de practijk een overmaat chloor van 1 10

toe-sepast. De temperatuur in de bodem van de reactor stijgt tot ongeveer

90

0 C

en de circulatie in cle beide omloopbuizen wordt met afsluiters zo geregeld

o

dat de temperatuur niet boven de 90 C stijgt. Een te sterke circulatie

heeft tot gevolg dat in de gasruimte chloor en acethyleen komen.

Bij de reactie worden behalve tetrachlooraethaan ook in kleine hoeveel heden

pentachlcoraethaan en C

4

verbindineen gevormd. Deze stoffen destilleren niet

af, maar blijven in de vloeistof zodat de concentraties er van gelei del i jk toenemen. Wanneer deze concentratie omtrent 30 I~ is, wordt de chloor en de acethyleen toevoer stop gezet en het zich nog in de ~eactor bevindende tetrachlooraethaan afgêdestilleerd. (liierbij wordt weer van de stoomve r-warming gebruik gemaakt).

I

v

-9-Het residu wordt afgevoerd en later bewerkt,hierna kan de reactor weer

ge-vuld en opnieuw in bedrijf gesteld worden. Deze onderbreking is ongeveer

één

á

tweemaal per maand noodzakelijk.

De niet gecondenseerde gassen die de dephlegmator passeren, worden nog door

een condensor geleid en het weinige condensaat wordt naar de trichlooraethyleen

toren geleid. Het restgas verlaat via de waterstraalvacuumpumpen de fabriek.

Zo':'el het product, van de bovenste schotel als het condensaat van de condensor

verlaten het lage druksysteem door barometrische valbuizen. De statische druk

van het tetrachlooraethaan in de onderhelft van de reactor brengt de druk aan

de basis van de reactor ongeveer op de atmospherische druk, en er zijn geen

moeilijkheden bij het regelen van de inkomende gasstromen. Het product bestaat

voor

98,5-99

~ uit tetrachlooraethaan, het overige is grotendeels

dichloDr-aethyleen.

Tenslotte nog iets over de beide grondstoffen chloor en acethyleen.

Het gebruikte acethyleen moet vrij zuiver zijn, ook in verband met het

explo-siegevaar, en moet daarom gezuiverd worden. Het best geschiedt dit door het

van de carbide-generatoren (op calciumcarbide basis) komende gas, in drie in

serie staande torens te wassen, respectievelijk met 20 ~ zwavelzuur, met

natron-loog en tenslotte met trichlooraethyleen.

Ook het chloor moet minstens

96;&

zuiver zijn om het ricico van explosie' s

van lucht-acethyleen mengsels, die zouden kunnen ontstaan waYlneer per ongelt!1k

een overmaat acethyleen wordt toegevoerd, tot een minimum te beperken.

In het algemeen zal deze zuivering niet noodzakelijk zijn, daar de moderne

cellen, zoals bijv. de Hooker type S cel,

96

-

98

%

zdver chloor leveren. x)

Voor het geval dat om een of andere reden minder zuiver ~hloor ter beschikking

staat zullen wij echter toch een beschrijving van de zuivering geven.

Tevens is de installatie hiervoor Op de tekening aangegeven.

Een fraaie zuivering die ook een zeer regelmatige chloortoevoer waarborgt

is de volgende. Het cloor wordt geleid onder in een van een mantel voorziene

toren die in enkele segmenten is verdeeld. De met (~

35

rnm) Raschig ringen

gevulde segmenten zijn door schotels van elkaar gescheiden. Pekel van 150

C

circuleert in de mantel en van elke schotel 'vvordt vloeistof onttrokken, door

een koeler geleid en teruggevoerd naar de bovenzijde van het onderliggende

segment.

x) Alleen moet het chloor gedroogd worden b.v. door behandeling met

1- - - -

-v

\_./

-10-Boven in de toren wordt tetrachlooraethaan van - 100 C geleid. Dit t

etrachloor-aethaan wordt onttrolCken aan de onderste schotel van de tetrachlooraethaan

-generator, eerst met nater tot 200 C en dan met pekel van - 150 C tot -_ 100 C

gekoeld. Het chloor lost in de koude tetra op en de oplossing wordt naar de

reactor geleid.

Het verkregen tetrachlooraethaan kan zonder t1eer gebruikt worden voor de vol

-gende stap: de bereitling V2.l1 het trichlooraethyleen.

De voor de reactie benodigde kalkmelk wordt gemaakt van de bij de acethyleen

-generatie verkregen kalk. Van deze kalk \'lordt met water een suspensie gemaakt

die ~

17

~ Ca (OH)2 bevat. 3ij de reactie wordt een overmaat van ongeveer

30 ;~ kalk gebruikt. De tetrachlooraethacm '::ord t tesamen n:et ongeveer 90

%

van de k;ükr.1elk in het midden van een onGeveer

15

m hoee kolom gevoerd.

Ret beneden stuk Van deze toren is +

8

m hoog en heeft een diameter van

~ 1.55 m en bevat 25-30 platen van het type dat de Amerikanen "disc and

doughnut plates" noemcn en vlelke grote overecn..1conwt vertonen met die welke

zich in de carbonatatie torens ven het 30lvay-soda proces bevinden. Boven de

inlaat van het tetra-kalkn:clkr.,engsel bevindt zich een segment van .:t. 2 m hoog

en .:t. 1 m in diameter. Hie:::in bevir..den zich nog zeven platen en boven in dit

segment wordt het rcsto.nt van de kalkmelk Gcleid. Doven dit se€,"ment bevindt

zich nog een stuk (.:t.

4;

m hoog, ~

85

Cr.l) dat gevuld is met Raschig ringen

(~

15

rr~). Tenslotte i s op de toren een dephlegnator aangebracht. Onder in

de toren vlordt stoom geleid, \vaarbij er voor Gezorgd wordt dat onder in de

toren de temperatuur 102-103° C bedraagt. De damp van het gevormde

trichloor-aethyleen sti~gt op in de toren en wordt in het midden-segment met een kleine

hoeveelheid kalknellc gewassen om sporen zuur te verrJijderen. Door de

fractione-ring in het bovenste deel van de toren en in de cleflegmator wordt de trichloor

-aethyleen ontdaan v~n de grootste hoeveelheicl water. De damp die de dephlegmator

bij ongeveer

72

0 C verlaat heeft de samenstelling van de azeotroop tri

chloor-aethyleen en water. De damp vlOrclt gecondenseerd en het trichlooraethyleen in

een separator van de naterlaag gescheiden.

Hierna kan met de zuivering begonnen Vlorden.

De calciumchloride cplossing, die nog 2

$

calciumhydroxyde bevat naast

In deze separator heerst een onderdruk van 280 mm Hg waardoor de binnenkomende

. oplossing heftig gaat koken. Waterdamp en de dampen van de organische

verbin-dingen stijgen op door de toren en worden gecondenseerd. Na scheiding van de

waterlaag wordt het mengsel, bestaande uit trichlooraethyleen,

perchlooraethy-leen, tetrachlODraethaan en hogere gechloreerde koolwaterstoffen (vnl.

c

4)

naar dezelfde opslagtank gevoerd, waarin het residue van de

tetrachlooraethaan-reactor wordt opgeslagen. Dit mengs.el wordt discontinu opgewerkt. De beschrij-ving hiervan vOlgt later.

De zuivering van het reactieproduct.

Het ruwe trichlooraethyleen heeft ongeveer de vOlgende samenstelling:

97,5

gew.

%

trichlooraethyleen 1 " "dichlooraethyleen 1

i

"

_"

" perchlooraethyleen " tetrachlooraethaan.

De fractionering wordt verricht in een 2 traps continu destillatie systeem.

In de eerste kolom wordt als topproduct een lichte fractie verkregen die

voor-namelijk symmetrisch dichlooraethyleen bevat. Deze fractie wordt opgeslagen

en d.m.v. ~en discontinue destillatie wordt hieruit zuiver dichlooraethyleen

verkregen. Het bodemproduct van de eerste kolom wordt na de tweede fractioneer-kolom geleid en hier wordt als topproduct het zuivere trichlooraethyleen

ver-kregen. Het bodemproduct van deze kolom, bestaande uit zwaardere verbindingen,

gaat naar dezelfde opslagtank waarin de reeds eerder vermelde bodemproducten

van de tetrachlooraethaan-respectievelijk trichlooraethyleenreactor werden

op-geslagen.

Het verkregen zuivere trichlooraethyleen moet ioor toevoeging van kleine hoe-veelheden van bepaalde stoffen worden gestabiliseerd. Meestal wordt hiervoor

triaethylamine gebruikt; (20 gr. per ton tri) wanneer het tri gebruikt moet

worden voor metaalontvetting voegt men echter 200~300 gram phenol per ton tri

toe.

Het topproduct van de eerste fractioneerkolom bestaat voor 90

%

uit

dichloor-aethyleen, d.w.z. een aequivalent mengsel van cis en trans dichlooraethyleen.

Dit product wordt opgeslagen en discontinu gezuiverd, waarbij de cis en transvorm

-12-De opwerking van de zwaardere producten

Deze producten komen zoals wij reeds eerder zagen van de volgende punten

uit de fabriek naar de centrale opslagtank.

1e. Bodemproduct der tetrachlooraethaanreactor, voornamelijk bestaande uit pentachlooraethaan en gechloreerde C

4 koolwaterstoffen.

2e. Bodemproduct der trichlooraethyleenreactor, bestaande uit tetrachloor-aethaan, trichlooraethyleen en perchlooraethyleen.

3e. Bodemproduct der trichlooraethyleendestillatie.

Het doel van de opwerking is de winning van trichlooraethyleen en per-chl ooraethyl een.

In de reactor, bestaande uiteen van roerwerk, terugvl oei'ko el er,

stoomman-tel en stoominlaat voorziene kestoomman-tel worden 3-4 ton van die zwaardere producten

en 2-3 m3 kalkmelk (15

%

supensie) gebracht. Het mengsel wordt nu door middel

van de stoomverwarming op kookt~ratuur gebracht en gedurende korte tijd

~~

Daarna wordt stoom ingeleid en aldus de organische verbindingen

uit het reactiemengsel uitgeàestilleerd. Na de condensatie worden zij van het water gescheiden en ten slotte gefractioneerd. Deze fractionering heeft plaats in een gepakte kolom. Aanvankelijk wordt gefractioneerd bij atmosferische druk en als topproduct wordt dan vrij zuiver trichlooraethyleen verkregen.

Daarna wordt de druk in de kolom verminderd en wordt als topproduct

perchloor-aethyleen verkregen. Di~ laatste wordt opgeslagen en verkocht als oplosmiddel.

Het bij dese discontinue destillatie verkregen trichlooraethyleen kan naar

keuze of weer in de trichlooraethyleenkolom verder worden gezuiverd of (en dit gebeurt meestal) verkocht worden voor doeleinden waarbij een grote zuiverheid geen eis is. Het bodemproduct bestaat uit C

4 verbindingen en wordt niet gewonnen.

VI Toelichting bij het schema met materiaalbalans.

Een algemene beschrijving is eigenlijk eeeds in het voorafgaande gegeven ••

We zullen ons hier beperken tot een meer gedetailleerde beschrijving der

onder-delen. Alle apparatuur in de fabriek kan gemaakt worden van gewoon

\..-./

A. De tetrachlooraethaanplant.

Voor de bereiding van het tetrachlooraethaan worden 2 reactoren (waarvan er op de tekening slechts 1 is aangegeven) gebruikt.

Bij het starten wordt de reactor via de leiding A gevuld met ~ 10-12 ton tetrachlooraethaan en ~ 200 kg. ferrichloride.

Per reactor bestaat de voeding tijdens het continue proces uit:

121,7 kg/hr acethyleen

=

4,67 kmol/hr.

668,5 " " chloor

=

9,43 (er wordt gewerkt met 1

%

overmaat chloor) Uit de reactor komt:

752,1 kg/hr tetrachlooraethaan

"

di chlooraethyleen

"

11 8,0 11 9,3 " 11 zwaardere producten (15

%

C

2 H2' 85

%

C1

2) die 1

á

2 maal per maand op de reeds beschreven wijze uit de reactor

worden vervlijderd. 8,9 " 11 _{perchlooraethyleen}

Tot. 778,3 kg/hr.

Het restgas dat per uur via de condensor het systeem verlaat heeft de samen-stelling: 0,1 m3 C

2 H

2,

2 m3 012 en 4 m3 HC1. Specificatie van de gebruikte hoeveelheid

C

2 H2• 752,1 kg/hr. tetrachlooraethaan

₌

116,65 kg/hr. 8,0 "

_"

di chlooraethyl een

...

2,15

_{" "}

8,9

_{" "}

perchlooraethyleen

₌

1,38

_"

_"

9,3 "

_"

zware producten

₌

1,40 ii

"

0,1 m3/~ C 2 H2

=

0,10" 11 121,68 kg/hr. Specificatie van de gebruikte hoeveelheid chloor.

752,1 kg/hr tetrachlooraethaan

=

635,26 kg/hr. 8,0 11

"

8,9 11 11 9,3 "

_"

2 m3/hr. 4

_"

_"

dichlooraethyleen perchlooraethyleen zware producten

C1

2 s.g. 2,995 HCl = =

=

=

= 5,85 11 7,52 " 7,40 " 5,99 " 5,99 11 11 11

"

"

"

668,51 kg/hr.

-.... j

-14-Van de totaal per uur gevormde hoeveelheid producten zijnde 778,3 kg, worden 770 kg afgedestilleBrd, terwijl 8,3 kg zwaardere producten in de reactor achterblijven en hieruit om de 15 dagen worden verwijderd en opgeslagen in de opslagtank voor zwaardere producten.

Per uur komen uit beide torens dus: 1504,2 kg 16,0 kg

17,8

kg trichlooraethyleen di chlooraethyleen perchlooraethyleen 1 kg.

2,0 kg zwaardere producten (van de gevormde 9,3 kg dest~eert~mee over) 1540,0 kg

De 1540 kg/hr. gaan via de tetra-tank naar de trichlooraethyleentoren.

B

De trichlooraethyleentoren •

De afmetingen en werktemperaturen zijn reeds in het voorafgaande gegeven. De voediug van de trichlooraethyleentoren bestaat uit:

1e. de per uur via de tetra-tank van de tetra-reactoren komende 1540 kg product.

2e. kalkmelk. De van de acethyleen generatoren komende kalksuspensie wordt in een mengketel met water op de juiste consentratie (~ 17 ~) gebracht en wordt via een buffervat in de trichlooraethyleentoren geleid.

Totaal: 2600 liter kalkmelk per uur.

Het tetrachlooraethaan wordt voor 99,5 ~ omgezet in trichlooraethyleen. Voeding: 1504,2 kg tetra per uur

dus per uur worden omgezet:

~

x 1504,2 kg

=

1497,2 kg.

1lLA

/

Deze geven een productie van ~ x 1497,2

=

1173,17 kg hr.tri. Als topproduct komt per uur uit de trichlooraethyleentorenl

1173,11 kg trichlooraethyleen 8,3 "dichlooraethyleen 8,9 tt perchlooraethyleen

x " water.

De dampen worden gecondenseerd en de vloeistof naar een afscheider gevoerd, waar de organische stoffen van het water gescheiden worden (we nemen aan dat deze scheiding 100

%

is, wat natuurlijk in de practijk onbereikbaar

iS.)

I

j<!J

"-.J

Voor het bodemproduct dat per uur van de trichlooraethyleentoren komt nemen we de volgende samenstelling aan:

7 kg. tetrachlooraethaan 2 kg. zwaardere producten de overmaat kalkmelk

het gevormde calciumchloride water.

Dit mengsel komt in de separatfr (stripper) waar de organische bestanddelen worden vervluchtigd en zo gescheiden van de waterige oplossing.

De damp (7 kg tetra + 2 kg zware prOducten) wordt gecondenseerd en gevoerd

naar de opslagtank voor zwaardere producten.

Het topproduct der trichlooraethyleentoren gaat naar de eerste fractioneer-kolom waaruit het product het dichlooraethyleen wordt verwijderd.

Gegevens van de eerste kolom: Continu in bedrijf

onderste helft gevuld met schotels

bovenste helft gevuld met Raschig ringen

voorzien van deflegmator o

toptemperatuur: 75 C.

o

bodemtemperatuur: 90

c.

Voeding per uur: 1173,17 kg trichlooraethyleen 16,0 17 ,8 Topproduct: 16,0 2,0

"

"

It

"

dichlooraethyleen perchl ooraethyl een dichlooraethyleen trichlooraethyleen(ru~ koeler naar de ruwe dichlooraethyleen opslagtank.

Deze gaan via condensor en

Bodemproduc:t: 1171,17 kg trichlooraethyleen

17 ,8 " perchl ooraethyl een

DiD bodemproduct wordt naar de 2e kolom ge-voerd, waar het zuivere trichlooraethyleen als topproduct gewonnen wordt.

Gegevens voor de tweede kolom: Continu werkende kolom

Geheel gevuld met schotels o

Toptemperatuur 86,7 C. o

Bodemtemperatuur 116 C.

Voor de berekening van deze kolom met bijbehorende condensor en koeler zie hierna.

i '-.../ -16-Topproduct: 1170,17 kg/hr trichlooraethyleen 0911" perchlooraethyleen 1170,28 kg/hr.

Het mengsel (99,99

%

zuiver trichlooraethyleen) wordt na condensatie en

afkoeling opgeslagen voor de verkoop.

Bodemproduct: 17,72 kg/hr perchlooraethyleen

1.00 11 trichlooraethyleen

18,72 kg/hr. Dit gaat naar de opslagtank voor zwaardere producten.

In deze opslagtank voor zware producten komen uit diverse punten der fabriek per uur samen:

Uit de tetra-reactoren: 10 kg. zware producten (c

4)

6,6 kg. tetrachlooraethaan 2,0 kg. zware producten Uit de separator bij de tri-toren:

7,0 kg. tetrachlooraethaan

Uit de 2e fractioneerkolom: 17,7 kg. perchlooraethyleen

1,0 kg. trichlooraethyleen.

44,3 kg. (= 1063,2 kg/dag)

Eens in de drie dagen wordt dit "residu" discontinu opgewerkt.

De voeding van de discontinue opwerkketel voor zwaardere producten be-staat uit:

1)

2) 3 x 1063,2 kg

₌

3189,6 kg samenstelling: 979,2 kg tetrachlooraethaan 1274,4 kg perchlooraethyleen 72,0 kg trichl ooraethyl een

864,0 kg zwaardere producten.

2-3 m3 kalksuspensie (17 ~)

Tijdens de (reeds beschreven) behandeling in de reactor wordt het

tetra om~et; wij nemen aan voor 100

%

in trichlooraethyleen.

1.,lliA

Er wordt dus gevormd: ~ x 979,2

=

766,8 kg trichlooraethyleen.

De andere verbindingen blijven onveranderd.

Na de stoomdestillatie wordt het dampmengeel gecondenseerd, gekoeld en daarna

in een separator het water van de organische stoffen gescheiden. Di~ laatste

mengsel wordt gevoed in een rectificatiekolom. Het residu in de reactor, bestaande uit water, kalk en calciumchloride wordt afgevoerd naar het riool.

-17-De rectificatiekolom werkt discontinu en krijgt als voeding mengsel van: 838,8 kg trichlooraethyleen

1274,4" perchlooraethyleen 864,0" zwaardere producten.

per keer een

Bij de aanvang der destillatie wordt onder atmosferische druk gewerkt en het topproduct bestaat dan uit vrij zuiver trichlooraethyleen. Wanneer dit bijna niet meer over komt wordt de druk in de kolom tot op 280 mm kwik ge-reduceerd, waarna het perchlooraethyleen over komt. Het residu wordt afge-voerd naar het riool.

Per charge bedraagt de van deze kolom verkregen productie: 830,0 kg trichlooraethyleen

1250,0" perchlooraethyleen

Bij de eerste rectificatie van het van de trichlooraethyleentoren komende product wordt in de eerste kolomeentopproduct voor 90

%

uit dichlooraethyleen bestaande verkregen (18 kg/hr). Dit product gaat naar de ruwe dichlooraetby-leen opslagtank.

Per maand: 30 x 24 x 18 kg

=

12.960 kg (waarin 11.664 kg dichlooraethyleen). Dit wordt gezuiverd in een rectificatiekolom die eveneens discontinu werkt. Het is een gepak~kolom, voorzien van een dephlegmator, met een capaciteit van 2 ton. De eerste fractie wordt afzonderlijk opgevangen; zij bestaat uit trans dichlooraethyleen, waarin echter wat acethyleen is opgelost. (Dit ace-thyleen is nog afkomstig uit de tetrachlooraethaan). Zodra de toptemperatuur 450 C. is wordt in een 2e vat de volgende fractie, bestaande trans divhloo~

o

aetbyleen opgevangen, hetwelk wordt voortgezet tot de toptemperatuur 55 C.is, waarna de 3e fractie, cis dichlooraethyleen, wordt opgevangen. De destillatie wordt gestopt wanneer de toptemperatuur

65

0 C. is. Het residu is dan vrij

zuiver trichlooraethyleen, en kan of weer de gehele zuivering doorlopen,

of (en dit gebeurt meestal) als ruwe "tri" verkocht worden. De eerst opgevangen fractie wordt bij de VOlgende charge gevoegd.

Per jaar wordt hier dus geproduceerd:

24 x 365 x 16k8=140 ton cis + trans dichlooraethyleen 24 x 365 x 2 kg = 17,3 ton trichlooraethyleen.

De beide dichlooraet~ylenen worden als oplosmiddelen voor speciale doeleinden verkocht. De belangrijkste toepassingen zijn het gebruik als oplosmiddel voor caffeine bij de bereiding van koffie Hag en als oplosmiddel voor rubberachtige stoffen.

-18-Productie cijfers per jaar.

Uit de 29 fractioneerkolom:

99,99

%

trichlooraethyleen 24 x 365 x 1170,28 - 10.250 ton.

Van de opwerking der zwaardere producten:

"ruw" trichlooraethyleen

3~5

x 830,0 kg c 100 ton. Uit de dichlooraethyleen zuivering:

"ruw"

trichlooraethyleen

Perchlooraethyleen :3~5 x 1250 kg _

Cis + trans dichlooraethyleen c

17,3 ton 152 ton. 140 ton.

-19-Berekening van enkc~e apparaten.

30

Go

70

eo

86

,

7

, . " j .. , . ..., 14~ ,0 2~t1,O /15':; ,0

7

S0,0 '-~..:::.,) t ill:.~ t i ckolo~l ;:.'[~:J.rll1 Lli -~ +

-;-

~,5 GCU in Je litt • . -1 ..L~.: _{___} ... _{' ..} ~ _{__} .., ;'_{_} ;(:1 _{. .J..}-~.- r__{" _ ...} ..J-~ --l - ... ,.., 'n 0:1.r:r-:, ''''':l'-' J _ .. , ... _ .~.1 -'.. .. . ' ~ . . _.. I J l)ex'c 1:1. C 0 T':letl~:~l·~ nn. ~:"j le .j. -~L. J" _in ~,~ "

..

i ••• ~. !P 4î ,0 C"(\ C;7,0 .,.,i\.': (,.." ,.!v 104,0 -,... _{il. .. ,;}

i55

,

3

~O 2:6,0 '-. ( ' / V

319

,

2

_!'Ir. _{11"'-~ t:;} " '- ..

,

.

,

" 110 ::;)1

,

5

,

"---' '

-20-",

Cl ,m ~i:'l s - Cl a":~,r=~on; 1 0L>'. - = C - ;p'

Jo;:; e 7 ,:;:c:-:nl i 2::i:l~ ...;e:

ê

::

t rè.Cll;' cL::":' :-3 ~; i j ..:,":~~~:'i.; ~h .~j ';; ;,s-: t 0"". V:1n 1 0G' P Cl1.3 fnncti e

1

v~n

T

e~", rO'::;'.t·, l:'.~!l VG:~:~~i,~'~'Cll. : 0 v.,r~'lij}:in..; ...;ddt ;31ec}:tG voor een be

-: ... i'~r t~e:1 .!~f.3C;~ 21.i~·:~~-_~ ~.,0::""p~'~8ni:lw· "Ce.J:_'r·: t. 11' ! -n' ,_. ~ C" _ 0...) 't,·;,.,~", A.Il·..:.,.;; - .'.___ , .,'.: _ ,,', -J ... 'l ' " " _.~ .. _ ,\ ,,'.'- ~-"'.-..J, -""'w--,'"',,- : " ... -- ',' .' ' ""'.~,".'.'" ",'.'.:-:."''': . I , -.r'-',1'. 1r.'.,_... " .'. P ?ol'. ~' -T1 "_ . . -:0"1·'" _ ',_ :r>"-" . t:~i 0~:1 (")0"'(''''"''1 :;'-~~~Tl ~en J:' :è"C:-:'::' c,,,:-:'.ptn.,'1 een t in rr' _in 1"1 _{jn 1 6} '- _{~ 11} n _in :1l i 1'~ _10c;.P

1

:x: 1 06 _ ~l. _ v ... _ ö('I

-

..

0,.. _oK

w

·

:

1O Uv _m IJ nTrl. rrur. • 0 -

_::;

₈

. . , l , 1 " .,... .... '"

_:;355

l~ "' _-. !~ 1,0 1.6128 3195 - ./ i ...;,v .a .• r).j.) --r'o.i .' I .J 30 3:·3 -, 1. n131 3320 ç;(' ... -. .... "7,0 1.8261 30)'6 ./ " V ~ ... J"':''':; 40 313 1

"

... '" :::.1732

3195

/ ( ' 2:2- 1');';,8 2.8î7C 3003 .;

,

v

50

~?'.' _{:=:?~"O :.3502 30;:6} - ' c_ 7r~ l'" '),' ') _ ) -t _) 1~5,3 2.1911 2913

tO

333

.J

')'

·

,

":'.'-

,., 5

T' ~.5112 3C.,C' 3 °0 3~3

:?26

,

c

2.3540 2333 70 343 .~ .... r> :::.(,::;(,1 ~:7 Î 3 r,(', -./-. 319,2 2.5041 2154 , -'

,

-

, .. 1.... .J\... .) 30 3;3 1'10,') ~""t ,..., r",\ -1 ... , ~. : - ' '-...1 2P33 ~0) .... 7-. - ,..) ;1J8,5 2.G420 2681

P6

,

7

""'"Ir ... ,7 '!~ç,o ? J~P.08 _'2780 : 1~. ') (') l 591,5 2·7720 2611 -,-,,, .> j 1 ,., A ' ) lr') , ? _{7(;'),0 2.8808} 2537 '

,

-

--'. "

,

~

t~~ c!--..:..l oor-::.et 1!:<~ t29TI 1)·:)rc~_1 oor3.Gthyl een

t in c" T in 0J~

1

,- 106 l()~'",

r '"

" _{in rr.rn} 10 _~'. J?_)

,

)

i11 mr::. v 4B .I. .l. • .0 90 363 2154 :::.933 "51 2.5041 .31:;,2 95 }S8 2711

2

.

S'95

:89

2

.

57

7

5

3

7

8

,

0

100

373

262,1

₃

_.

_05?

~ 146 2.6420 438,5

105

31 8 2(,45 3.1 :::4 1330 2.7050 507,0 110 3" _-'.J l :::611 3.18.: 1521 2·7120 591,5 115 388

₌₅₇₇

3

.

240

2109

2.8261

670,0

121,2 39!~, 2 2537 2.8808 160,0

.3-';e:lin...:.::m "':.Jij de vc;rschillenue t'?r.:t. : .. f't 1) "l:·'.lr' vc.n ,le '.vp .. 3rclen vnn PA en PB

ui t t,'11)81 111 ')0:~'0~:('>h,--n.

~t9~i3che cc

lijke-Ol\tr~dGn van een r.:3.x:ir:lUD

1.,),.4

V

\.·1

~o:t

",n '10 ",ct van ::"o'ü t ,

'K-e

ben

"0

:0

'

,

nooo,-d 0]1

U'"

!J.\.f \ ,11", ,li -:; b8iJ.e -rcrl:)i'1.:in...;en 7.::C'torLr;n.

_'..c.n:;:::.n~üe l~Gt

J.'.:'\}

of j;;i!1Ïr::ur.ll:ocl-:::.:'...m.-'.; '.·ro::<Lt i:: lr: l i t t. "';'3'?!1 l."-;:,?,l<:lin.; -'cd::"u, :3cJo.t

Ü :'!CL:0n d3.·~ '!cze d.:ll~ cc:: niet ol.J~~"'c'~e!1.

'.7e

aan-P, d~ i~r:~~~~n~n: v~n tri~hlcor2.eth~108n bi~ ~c ~=tr~~fonde t~~p •

• 1. P ₁₃ " -- :'p

--1-::" y 1I 1-;:,,"" 35 1I V'-, ·'" 105 110 115 :"01. " ft 11 121_,2 'I op, .. 0:') ....,.1-; .-:: ._ .... _ ... v_ '"

"

ft " ~'À in r:Tl: 1330 î521

"

'I 372,(' r:f~r· n 'f' i ... , ... (',0:'3 11

"

!I 11 11 11 1-x 0,919 C,') 37

"

11 y 0,924 0,

8111-"

,

53

8

0,3G2 C',139 11 1-y 0,076 0,186

0

,

315

0

,

462

0,638 0,861

.;t,,·] 11,:. .... v3.:~ -v-~ c05 ·.tsf en l ... r:::t- tin-=-c.~, Dn Je:.,,,, ..;ó.men::;t,;llin~;pn 1:u~n3n '78

~C'hrl'.iken voo:::, J.e GO!l:tl'lJCti~' v'm hut 0-.":;11'·.'i;::·',"t .. · U ~,~T"m, (i".,·":....:c1:e voor:::-,tolli'.1g !TT) '."'è:1:,:,i:'1 1,: .. ': • ol .--'··':-'-:.t'è"';.::' 'T"'::l ::c>' -,: ..

'ir'

~

'::'''OT'~'ct

·

':

~~~!l..~~~~

.~

~~~t~

1~-ê':;.t

'CL;

::-1 ":.'è::::: :.. .") <"'1.11 L ~:~ -22-/, :t:'. , . . e 131,4 "'n <' <' '< F ____ 1_1~_,-.. ·1~2_~~- ~~--'-" :~ , -, . JI I _ ; , -- I j -, /~ ,

,

". ("I ""7 l., ...,..., , j '- --UI .... -• .,:.-

.

r: ""'. ~ < , ... "".A' ,., i _~

I'

.

.L .,1 .... :: ":.ro ~ .- •. , . : • _: ,.1 ,_ .... ... ..:...J .... ~ --' ... ~-.... -'-

..

.

,.: + , , ' I J '.~ ..1: . .J .. . -.L 1

,

c:; II . (0~

_,

~_.-o s) '""-

.

" • ... LJ np.,[' 13 , ,10,1 ti

.

.

!

,

.r

.

·lr ~D .. l I '.,,,,,\ (~ I ~. '"", Î ...t- ,-, J . • .L ; .-1'';' .... ,";""i. +, '- "--r...,., - -', ! ~., , ::.nJ. • . ,,1 ... 1\J.o.., • cl 1171,17 17 ,83

kc/h

r.

---L ____________ __ , .. ~2.. A __ .~,.'-·:-'-._-r_'_ L ... _ .. "=,,::Ç..n ,..., .... 1" ~._r1.,_-; " 0 v . , '~ ___ .... -' ... ___ , ,,-.,::: ... 1.'_· r: l:J.t C-,,rSll -Vû0l,.:.··I~ 011 i:1C -~.-.'" J . ., . ...:..i ...

-29-Wij zullen bij de berekening uitgaan van een horizontale z.g.

1-2

condensor. Benodigd aantal buizen Nt.

N _ A

t ~ Lxopp/voet lengte

=

30,68

8xO,0982

=

39

buizen.

We nemen de volgende standaard:

A wordt:

40

buizen in een kast met een

8"

diameter. 2

40

x

8

x

0,0982: 31,42

voet.

464884

=

146

31,42x 01

/ 20 Btu hr voet

Ff

Om na te gaan of de condensor voldoet, dienen wij de totale warmte-overdrachts-coëfficient te berekenen. Hiervoor hebben we in de eerste plaats nodig de warmteoverdrachtscoëfficient h van de

trichlooraethyleen-o

film aan de buitenkant der buizen en de coëfficient h. van het water in J.

de buizen.

Berekening van h _o

Hiertoe gebruikt men ~e formule van Nusselt, die in haar gewone vorm alleen geldig is voor filmreynoldsgetallen, kleiner dan

2100.

We dienen dus eerst Re-film te berekenen. Volgens Kern is Re

film

=

4

x G

P

,

waarin G = de totale condensaat-belasting der buizen in lbs per uur per voet.

u

= de viscositeit in lbs/uur.voet.

u

=

0,82

Ibs/uur voet voor trichlooraethyleen bij

W /

G is te berekenen met G =

2/3

lb uur. voet. LxN

t

waarin: W

= hoeveelheid condensaat in Ibs/uur

L

= len

gte der pijpen in voet.

N t

=

aantal buizen. o

86,7

c.

In de formule wordt N t 2

/ 3 gebruikt daar hierdoor rekening gehouden wordt met liet effect van het van de pijpen op de onderliggende pijpen vallende condensaat.

G

=

~~~g2/3 =

48,63

lbs/uur.voet

-30-We kunnen dus de formule van Nusselt toepassen

(k;ilm x P;ilm x g ) 1/3

,U f'l x

4

x g . l. m

k

=

warmte geleidbaarheid van trichlooraethyleen.

=

0,12 Btu/uur.voet2 oF. bij 181,10 F.

~

= dichtheid

=

84,44 lbS/ft3 bi j 181,10 F.

g

=

versnelling der zwaartekracht

=

4,18 x 108 voet/uur2

h

=

1,5 x

~0,123

x84,442 X4,18x108

j

1/3 o ' 0,82x48,63x4 h

=

478 Btu/uur.voet2 oF. o Berekening van h, ).

Stroomsnelheid van het water

=

Ot 3600xf Ot

=

massasnelheid in Ibs/uur voet2

hoeveelheid water in Ibs/uur 2 •

at

=

totaal stroom opp.in voet

_ 40 x 0,0728 ° 010 t 2 - 144 x 2

=

,

voe a

t

1

₌

_{stroom opp. in}

_in~

_{per buis en}

n

=

aantal pijppassages. 5855 0,453 0,01

v

= water 1.292.400 3600x62,5 h uitwendig o

=

5,7 voet/sec. h.D ). 0,023

R

e 0,8(pr) 0,33

ïC=

bij een gem.temp. van 81,5 F. is o

R _e

=

D x Ot ,:u

=

_o..:..~

=-~0_5

__ X_1_. 2_9_2_._4_°_° 2.03 = UH

=

2,03 Ibs/uur. voet 20

k

=

0,350 Btu uur1 voet1 0 F1

"----') R

O,B

=

2214 e ,..." 0,33 Pr

=

(~

)

=

-31-( 1X2,03)0,33

=

1,B 0,350 h. x 0,025 -O;..l. ,-:3~5~0--

=

0:,023 x 2214 x 1,B. h. l. 0,350 /. 20

=

0,025 x 0,023x2214x1,B

=

1280 BtuTuur.voe~ F.

Voor de berekening van de totale warmte overdracht-coëfficient moeten

wij in verband met het gebogen oppervlak of die berekend op de

buiten-zijde of die berekend op de binnenbuiten-zijde berekenen.:

Ubuiten = 1

1

= _{1 1.151}

_u,3l5

478

+ 12

26

is de weeDtand van het zich op het pijpoppervlak vormende laagje vuil.

in~de 10

is dus een functie van de tijd en dus zijn deAlitt. voor ~ opgegeven

o

getallen slechts van betrekkelijke waarde.

1

Wij nemen voor kO : 0,0015 Btt11 uur voet2 oF. en nemen aan, dat dit de

o

ongunstigste waarde is, dus dat hierna de condensor gereinigd wordt.

Ubuiten =

1 1

=

0,0021+0,0001 + 0,0009+0,0015 0,0046 Ubuiten

=

217 Btu/uur.voet2 oF.

1

Bbinnen

=

~

__

~~~

__

=-____

~~

____

~

______

~ = ____________ ~1 __________ __

_ 1_ + 1.151 Di log. Do Di li 0,0009+0,0001+0,0017+0,0020

, - - -- - - --~~ _ . _ . -Ub· ~nnen

=

1 0,0047 -32-/ 20

= 210 Btu uur voet F.

Wanneer we een U aannemen van 210 is het benodigde condensatie-oppervlak:

464884 2

A

= 210x101 = 21,91 voet

Wat dTIbetreft is de condensor dus ruim aan de veilige kant. Een nieuwe

berekening zou opgezet kunnen worden met een U van

~

200 Btu/uur voet2 oF.

maar dan zou de stroomsnelheid van het water aanzienlijk groter worden

3

11

(althans bij gebruik van

rr

buizen) en deze is met

5,7

voet/sec. al aan de hoge kant.

Wanneer de condensor schoon is, heeft zij een totale warmte-overdrachts

-coëfficient van; 1

üt

=

-L

h + h. 1 o ~ 1 w

kC

weerstand van de buiswand en is voor ons geval 0,0003 Btu -1 voet uur F. 2 0

w

1 1 1

~

=

~ +1280 + 0,0003

= 0,0021 +

0,0009 + 0,0003

Ut

= 303

Btu/uur voet2 oF.

De z.g. vervuilingsfactor

R

D

=

U'-U 303-210 -1 2 0

303x210

= 0,0015 Btu

uur voet

F.

u'.u

=

Het drukverval in de buizen

Ll P totaal = 1I P 1 (drukverval in de buizen) + A P 2 (drukverval in de kasten) 2

ft x

G

t x

L

x n

A P 1

=

~2X1010xDxs4t

ft

=

wrijvingsfactor. Voor een Reynoldsgetal van 15196 is ft

~t

=

~ water bij gem. temp. )

~ water bij wand te~p.

0,14

Deze grootheid kan hier ~ 1 gesteld worden. 2 0,00024 x 1.292.400 xBx2 10 5,22x10 xO,025x1x1

=

4,B

p./s.i. voet2

= 0,00024

--'-'-=--

_{. 2} ~n.

=

4n V 2 - x -

=

S 2 ' g 4 x 2 1

5

,7

2 x 2x32,2 ~Ptotaal

=

4,8

+

4

,0

=

8,8

p·/s.i.

=

4,0

p_/s.i.

~---

-'-...-ol

-34-Trichlooraethyleen Eroduct koeler 17) 18) 19)

Na enkele berekeningen aan "shell and tube" koelers bleek dat het technisch

verantwoordt is om in dit geval gebruik te maken van een tegenstroombuis.

koeler. In de tekening is deze echter niet als zodanig opgenomen.

Materiaalbalans B. I 1170 kg (= 2580 Ibs/uur) trichlooraethyleen

T

=

86,7°

C (187,7°F)

-!

. .,. koelwater: 1083 kg/uur (2391 Ibs)

T

=

35

0

c

.

(1040 F)

, \.

-A

, koelwater: 1083 kg/uur (2391 Ibs/uur

T

=

20°

C.

(68° F.)

1170 kg/uur ( 2580 Ibs/uur) tri chlooraethyleen

Warmtebalans T

=

25

0

c.

(770 F.)

Het trichlooraethyleen staat af: 1170 x 61,7 x 0,225

(s.w. van trichlooraethyleen Het water neemt op 1083 x 15x 1

=

16246 kg. cal/uur

=

64498

Btu/uur

= 0,225 kg. cal/kg.)

=

16246 kg. cal/uur

=

64498 Btu/uur. Voor de constructie zullen wij van de volgende pijpsoorten gebruik maken: binnenbuis:

til

stalen buis

uitw. diam. 1,050 inch inw. diam. 0,824 inch

bui tenbuiz: stalen buis met inwendige diameter

2

,067"

Berekeningen voor de binnenbuis

Hierin stroom dus het water. Genoemde buissoort heeft een capaciteit van 832,5 Ibs/voet snelheid.

De snelheid van het koelwater zal dus zijn:

2391 _ 8 /

8~2,5 - 2,

7

voet sec.

Bij A is :

=

2,4 Ibs uur- 1 voet- 1

---I·

'-'"

De massasnelheid G

=

2

hoeveelheid water in Ibs/uur

at ,- Dinwendig

4

'"

2

=

0,0037

voet G =

_0,0037

2391

₌

646218

lb hr-_s

1

voet-

2

Reynoldsgetal voor het water bij A is:

0,~~4

x

646218

D x G

=

P

2,4

104

oF en dan is PH

=

1,60

Ibs uur-

1

voet-

1

20

dan is Re_{W• B• '"}

0~~24

x 646218

1,60

=

27465.

Voor de warmteoverdrachtscoiffivient h van

1/3

w

het water geldt

h

°

023

~k~

x

Re

_w

0

,8

X

(~k)

w

=,

X D.

1nw.

bij

68

oF is voor water:

k

=

0,343

Btu.voet-

1

uur-

1

oF

-1

c

=

1 Btu/lbs.

bij

104

0

F

is voor wat ere

k

=

0,360.

°z343

_{x 18309°,8}

1/3

h

(1 x 2,4)

water A

=

0,023

x

0,824/12

x 0,343

533

-1 -2 OF

-1

= Btu uur voet

h

₆₇₅

-1 voet-

2

OF -1

water B

=

Btu uur

In de ruimte tussen binnen- en buitenbuis stroom het trichlooraethyleen.

Ook hier moeten we beginnen met de berekening Van de Reynolds getallen bij

A

en B.

De aequivalent diameter is D. d' der buitenbuis

l.nwen l.g Duitwendig der binnenbuis.

De

=

2.067 - 1.050

=

1,017".

11~17

=

0,085

voet.

De massasnelheid van het trichlooraethyleen G

t:

hoeveelheid in Ibs

stroomoppervlak at

=

2580

=

,--"J

-36

-o 8 - 1 - 1

,n

tri bij 187,7

c.

=

0, 2 Ibs uur voet

R _{etri B}

₌

De x Gt _IJ.

₌

Ot0850~8~50.000

=

15536

Ibs uur-1 voet-1 Ptri bij 770

c.

=

1,33

R _{etri B -}_ 0,085 x 150.000 - 9586 _1,33

-Warmteoverdrachtscoëfficienten van het trichlooraethyleen bij

A

en

B.

h = 0,023

k~ri

x Re 0,8 x

(c~)

1/3

e

bij B

_T

=

187,7 o

F.

11

=

0,817 Ibs uur-1 voet- 1

'tri

k

tri 0,120 Btu uur- 1 voet- 1 °F-1

c

tri

=

0,225 Btu/lbs

=

°

023 0,12 1-536 0,8 (Ot225XOt811)' 1/3

, x 0,085 x ), x

°

,

1 2

=

82 Btu uur-1 voet-2 °F-1 bij A =

T

= 77 o

F.

Ptri 0,550 centipoises

k

tri

=

0,057 Btu uur- 1 voet- 1 °F-1

c tri

=

0,225 Btu/lbs. 1/3 Ot051 x 95860,8 x (0,225xO,550x2t42) htri A

=

0,023 x 0,085 0,057 -1 -2 0 -1

Berekening van UA

a. Betrokken op buitenoppervlak der binnenbuis.

UA bui ten

=

::L

+ 1,151 x D log.

~

+ =D.:;..o--:::--_ _

htri kstaal 0 1 DiX hwater

1 1

=

~---~----~~c-- ---~~----~~---1 + 1,151 x 1,050 log. 1,050 + 1,050 39 26 12 0,824 0,824x553

=

-

0

-,

0-~~8-3-

=

35 Btu/uur voet2 OF

b. Betrokken op binnenoppervlak der binnenbuis

UA binnen = 1 -:-"1 _ _ + 1,151 h k vluter staal D D.

°

J. x Di log.~ 'D x h J. 0 tri 1

=

-1-

~ 0,824 ~ 0,824 553 +

~

x 12

log.~

+ 1,050x39 1 = _{0,0018+0,0003+0,0201}

=

1

=

45

Btu/uur voet2 OF. 0,022 Berekening van U B

a. Bet~okken op buitenmppervlak der binnenbuis

UB buiten

=

1 1,050 82 + 0,0004 + 0,824x675 1 1

=

_{0,0122+0,0004+0,0018} =

0,~144 =

69 Btu/uur voei? OF.

b. Betrokken op binnenoppervlak der binnenbuis.

UB binnen =

1

°

~24

m

+ 0,0003

+1,6

Ox82

'-'" ,--)

-38-1 1

=

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

=

--~~

0

,

0015+0,0003+0,0095

0

,

0113

:: ~~1~_ =

88

Btu/uur voet 2 oF.

0

,

0113

N.B. Bij de bereking der U's is gerekend met schone pijpen, dus

vervuilings-factoren zijn niet in rekening gebracht.

t

77

0

F

59

0

F.

=

18

0

F.

. 1

=

•

-Ret benodigde koelo:ppervlak rekenen wij nu uit:

Q.

=

64498

=

A x

35

x 83,7 -

69

x 18 1 35 x 83,1 n

69x18

1687z~

64498

= ln 2,35 2 x A A

=

_....;;.

6

+:,441-'9..;;...8_

1687,5

0,85445

2

=

32,66

voet o

=

83,7

F.

De gekozen buissoort heeft per voetoppervlak een lenGte van )"6₎

4

voet.

Totaal lengte: L

=

32

,

66

x

3,64

voet

118,9

voet

Drukverval in de pijpen

A. In de binnenbuiz

Het drukverval kunnen we uitrekenen met behulp van de vergelijking van

Fanning 2

_ 4 t g.' L

I

-

2 g

t

2 D

( FA drukverval in voet)

waarin f

=

wrijvingsfactor (dimensieloos)

-1 -2

G

=

massasnelheid in lb uur voet

f is te bepalen uit: f

=

0

,

0035

+

0,264

-39-Voor het water is:

bij A. f

=

0,0035 + ° 2261; 0,0035 + °1261; (18309)°,42

=

61,70

=

0,0077 bij B. 0₁261;

~

f

₌

0,0035 + _(27465)°,42

₌

0,0035 _{+ 73,0} gemiddeld is f

= 0

,0074

g

=

versnelling der zwaartekracht

=

4,18 x 108 voet/uur2

1; x °2°°14 x 6462182 x 11819 8 2 2 x 4,18 x 10 x 62,5 x 0,068 voet j F A= 6,61 voet F x :J A ' 144 6,61 x 62 2

5 _

2 86 / . = 144 - , P SJ.

Drukverval in de ruimte tmssen binnen- en buitenpijp

fA

=

0,0035 4- _(9586)°,42 °2264

₌

_0,0092 ° 2261;

=

0,0080 (15536)°,42 gemiddeld is f

=

0,0086 'F _ 4 x 0,0086 x 150.0002 x 118,9 - A -

8

2 2 x 4,18 x 10 x 87,5 x 0,085 gem •

=

87,5 Ibs/voet

3

..:l FA = 0,169 voet

Door het overgaan van de ene buis op de andere is het drukverlies de z.g.

"veloei ty head" ( V

_--r

2 ) per haarspeld.

voet

V

=

₃₆₀₀ G _{x ..:} (

=

2 g 150.000

=

0,47 voet/sec. 3600x87,5

I·

J

'\,.,...-'

Onze koelhuis is

11

8

,9

voet lang.

Stel verdeeld over 6 segmenten van 20 voet, dus 5 haarspelden

dan is

_,v

2

_0,41

2

FL

=

5

xt~ )

=

5

x

2

x

32,2

=

0,017

voet. P in ruimte

=

₌

(0,169

+0

,011)x

81,5

144

=

0,113

p/si. 2

In plaats van het berekend oppervlak van 32,66 voet heeft de koeler

120 2

nu een oppervlak van ----

=

32,96

voet •

"---')

- - -

---

- -41-VIII Litteratuur

1. R.E. Kirk - D.F. Otm:1er. Encyclopedie of Chemica1 Technology

Volume 3 p. 788-794.

2. Huntress E.H. Or::anic Chlorine Compounds. John Wiley, New York 1949.

3. Fiat Fina1 Report no.843. Chlorinated F~drocarbons from acetylene.

4. Bios Fina1 Report nco 1056. German Acetylene Chemica1 Industry

Chlorihated Hydrocarbons.

5. Duits patent: 171.900 Consortium für Elektrochem. Industrie.

6.

Brits patenti 23.780

H.K.

Tompkins.

7. Brits patent: 302.321 Conso~um für E1ektrochem. Industrie.

8. Duits patent: 263.457 Griesheim - Elektron.

9. Duits patent: 274.782 Chemische Fabrik Breckau.

10. U.S. patent:2.369.485 W.T. Nicho1s.

11. Brits patent: 565.494 E.J. du Pont de Nemours.

12. Brits patent: 575.530 E.J. du Pont ,'<'? ~hi;:Ü:tr.3.

13

.

u

.

s

.

pat<.mt:2.361.072 E.J. du rent de lJemours.

14. Brits patent: 505.196 E.J. du Punt de :remours.

15. Kirschbaum E. uestil1ier und Rektifizierteclmik Ber1in 1950.

16. Bad~er - ~.:c.Cabe Eler.:ente .:lel' r::i'lemie - Incenieur - Technik Ber1in 1932.

17. Kern D.,~. ?roce3s Heut Trnndfer :Tew York 1950.

18. M.Jacob and G. Hawkins Elements of heat transfer and insul:3.tion.

John ':.'11e;)" ?Te\'i YOl'k 1950.

Tllt ; : 1 : .• ~ .. ~-, ~ ... '::~:: : .:! ~ 'l~ :. ~. . • ~ • j • :: L: j:: ;:!' i .

.

;

I " "t I _. ' i _~_~ . ...;. "'t o

:.

..

o 0.' 0.1 0.1 0.1( o.S" 0.6 a./ '~ u. "

0.'

..

.'~.

- - - - -_ _ _ _

.c

'J.S'

,

1-. 1

-.. _-.. ·-

_i

_.

1

''-JO

···i-

··

·

I

-t-

.-.. --. ï -, I

-23-Gr:~fi8k

n:r

3 i~, t.o.v. ---,:>1:::101: ~~rJ1. r.; ~~ --- _-.-.::;~', ;::"0 ot ) \

!I _::CTIC

"

"

_"

::r:II3 1 ,,--

_"

) ) tct'~le 'T G ~~ :,;~,' () tin.:;

TTI:!) ("

~

c:; -, 10 10

=

50J. "

_"

_"

_"

lIl" 1A

"

~.l. -~: -;ol~'ens A In '.~ "'-I -"",-.,;, ~ ),1... . . ~~',+,-l';"l ,,) • .) - ' - ' _ ' . . . ""'''''' '1 ",,',... ' .1 hl''''~ _ ... '-'' ~.""~-, ... " - "'n " - ' ~~. );cJ ' ... ,- -- _~ --r - 0LCi ./ , 813 L.ol. j'b ... '. I" -.. • r-, 6 A, .... . "01 ,,1 +-.. ~ ~)"""l fl,..., ... !:1 ~+,~"-i1 "'~n i)'') : : == :... = "),) Lf'~ ... - .,} ,,', - -, . " , "" -

'-~c,t'·l't-t. .~':i~ -i~i~~~ :.l':'+' _~~C' ~~ .'iv'CYl,'l.'=':.l r·; ... tro~J-t. ~-::~·~C .:ni j ri' .. lr",te11 le~leren 110t pro -l'lct- è:" 1;,,-,t "",-, ',"' .. ' -',-' '.'1

,

J:!~~

,.r'

1, ":; 1,'"

'll:-:'3~:

h"l;~

-,

_11. ':/0

~,lC ~

i '->:'

,

~

·.lp conr_:-:;::"llC

-"'Tcrl ... Ol.~di rL~ "T'I-~:'''; _I... te ~ t :J.l (;,.:1 ..

:rr

C ..-~ :"J .. -!-~~,"" L n. :c-_. '" "1 r· r,-...,J~ ,. (' r, ('. ""', \ -- / " ... ,. r:it 1000 ~0 Q (')" _-,..,-, """""1'\""'-1-3-/ . . . . ,..-... ..- ~t , l . -L. J-...;.1. I. "'. ... (' ,,~ d t: temcnr d~ar in :~ l i tt. ~n0~ :1 . + 1 ' ' Y ' ... ..1- ..... ... ,...., (\,,,", 0"") ./< ',..< '--n -! 1 --~ .• i:"l. . ... : 1 i .~~.+ ( _{\ .•} --_- -- (''-' / " '1(')'" ... /~,.J., v = 99,992) e11 duor -. -..Pl ", .. -_ -_ . _l,,- .. <~.C, 4 ry -, . :.dln. 0,:~57. lG • .;J, ,.., __ .. ..:: J.