Ontwerp chloroformfabriek

-.

\ \ \ ~ ~ Blz .1

Ha

aM

A.C. Jol Datum September

1951

Onderwerp: Schema voor een Chloroforml'a11ri':;IL

•

Inleiding.

Chloroform kan op verschillende Illanieren technisch ~or~en vervsar~i~d:

1. De oud ste me:t;toc'le is de :;eli jktij di{;e oxydatie en chlorerin,:~ vsn aet}l~Tl-alco;lOl.

De reactie verloopt bij 50-60·C .;chl nor w~rdt dnor een alco1_{1C'lisc>e loc,t:oplo0sin~~ [~evoerd, terwijl chloroform} voortduren~ overdestilleert.

111 plee,ts V9.n é1.1co>ol _'ebruikt men ook aceton of aceetaldelvde

en

in IJlaats v::.m een natrium h;rpoc hlorietop-10:0' sin;:.:, blcck:)o ,:-d Cl' of ~::[tllcrIH Ik> vJaar chloor dnor~;(~leid wordt.

'-., e11:e .::;ronr1sto:[fen Tl8n in een bep8alcl. :~eval Gebruikt,

h2.n~~t Ri' van de pl'ijsverhouclin:~2n.

HEt omzettill,.:;~r)ercenta;e vélTisert van

70

tot

85:

,;

ge -~aseerd op alcohol en aceton.

~'et af,~ede8tillEc:rde chlol~oform wordt in een roerkuip '~;e\ïaSr~en net . ~t:conc c~1treerd Z',':8.velzunr, dr srna f..:eneutral i -secrd met soda en ,;(:-:fractioneerd.

Dit proces kan Dek electrolvtisch woroen uitc'evoerd. !:loer e18ctrol~Tse ontstaat in een keulu>n7.outoplossing na,tl'iw:1.;l'rilocllloriet, d::'t dil~8ct reaF,:eert met de aanwezü"")e

~

-

-

~

alcohol of aceton.

~~et orrlzettin.;spel~cent:l'~e is on~:::',,\ïf~er ~~eliJk, ffië"'ar aan -\ve?;i(~;~lc:id van ,~oec1]:o1'e electriciteit is vereist.

2. In de D.S.A. (1) heeft men de reductis van tetrachloor -ko()ls'~oi' tot cIüol'o:'::'ol'D1 teclmiscl1 ui t~evoer(l.

~~eductieT.1ic1cl.el is j_~~~er

i

.

t

.

v

.

verclunrl zoutzuur, dat de re8ctie op~2n~ helpt .

3

.

1_ 1. '1 ")"lltslr'n" "<., __ L" .\.'. (2 1 / ' 1 \·,(·-, J . ' . ' .rl·u L. c-.l. lloI~C.l -\-"'or~l _,,_ 0 .e:::<~ . {,e• TY'~al~t ,,"ct' '- 'J.,::J'; . or

ontledinc; v['n triclll()ora~~ijnzuur .

~Iet rc~üdu van ren monochloor a~.-;i;jn:>:uur destillatie, OE'st:::8.nde uj.t mono-el'. dic:'l ocrazijn:;-,uur wordt verder gechlo -1'eero. en h(jt tric:llc;or a:-:i jm~uur I'l. b . v. kalkmelk ontleed

doel' VeI'\,8Y'r1Ïn::.:; in ko()l7,uur+cllloroform.

Ij.. Chlorerin: vel!. F!.et:18211 is op technische schaal in de U. S • .A. eYl. Duj,ti.ólD_no :~0;bruik-G ter vE:-rv82rdi:~inc van

ci".10 (':1' ~'l.et'r!.c:ülJ'n.

i,'/ij verklwen cj.e~·c j'~c6.e:cne met.\.l.Ode, o!11r1at hij de vols en-de vooren-delen ~0~it:

a. ele vE.:rej_f;te ::rondFltof is co;,;cUcocp, .,. 1). ~!.ct 1'1'oc e[' vr::rloc l)t; continue, in tc: . ellf:;tellin,'~ t ot de •

eerste cl.Tie met"(::c~en,

c . de bijproducten die verkTegen worden: methylchloride, meth:~'leenc~üorièl.e en tetracilloorkoolc,tof zijn zeer waardevol. De prijs Vlor methyleenchloride is b.v . ho -~er dan die voor chloroform.

Î --.

-\

_.,.

I

, I d . 1]lz. 2

Zontzl.ll..U' dat als nevenproduct bij de chlorerinc ont

-staat ken i .t .t . methode 1 hier ,:';evvonnen worden.

Chloreriw,-, ' V2n Leth2ém.

Deze reactie CEeft steeds een menzsel van de vier ge

-noemde reactieproducten, terwijl de helft van het benodigde

chloor of!1c;e7.et wordt in zontzuur3as .

vb. CH

4 + 3 012 ---;lo OT:::013 + 3 HCl

De verboudin~, waarin de vier stoffen voorkomen in

het men.::.;sel ve.n cl.:l ooJ'f'lethanen, h[m.?;t voornam.elijk af van de

verhouding chloor - metho.an in de voedine;.

ben grotere verhouding geeft meer hOJere chloormetha

-nen.

De verschillende chlorerinGsmetb.oden Jran men als volgt

indelen:

•

1. ~hermisch: De reactie beJint bij 250 C., bij hogere

c/ temperatuur neeplt de reacti esnelheid toe

en bij 400

o

.

wordt vrijwel alle chloor omgezet.

\,rordt de reactie hij noglwc;ere temperatuur uitgevoerd,

dan verloo~t hij wel sneller, moar als nevenreactie treedt

koolstofvorminc

op,

C

H

4

+

2 C1

2

---;lo

C

+

4

PCI

.

Bovendien Viorden bij hor;ere temperaturen de gevormde

chloormetharleTl weer ontleed.

(4)

.

2. KatalytiscIl:Katalysatoren versnellen de reactie, zodat .

c1eze bij 18.:-~cre temperatuur reec1s begint.

In Jlet 12.boratoriun ?ijn 0 .a . toe,~;epast :C1eCl en SbCI

me estal op een dra,:'cr van silicacel of puinsteen,

3

ook ac-

5

tieve kool werkt kéltalvtisch.

Vo13cnS

~

~

nee

(31

zou er echter niet veel verschil zijn

in optimale reactietemperatuur en opbrengst tussen eEn

ther-misch en een katalytisch proces.

J~en t;root nadeel is, dat de katalysator spoedig

onwerk-zaam wordt door ko~lstofaf~ettin~ .

Vol3ens een

l

.

G

.

patent (5) zouden kleine hoeveelheden

zuurstof k8,t8lytisch werken bij een temperatuur boven 100' C.

Grotere hoeveelhcc'l.el"_ 7.uurstof C;;roter dan 1/,) Vlerken echter

als inhibitor. (6,7). :·et l e.ntste ef·:'~·ect daBl t echter bij stij

-t; end e t 8l'lpera i)~lUl1.

3.

}lhotochemisch:Onder invloed van ultraviolet licht kan

een chlorerinc;sreactie reeds bij kamer

-t emperatuur verlopen.

J:'eclmisch is deze methode echter moeilijk te

I _

I

,..

I

/

Blz.3

:2xplosiecevaar: LEm noeil ij1cheid bij de chloreringsreacti es i ~', het .~Gvaar voor explo si es .

Tje reacties verlo}2en:4e_~rei.otherm en bij een te gro

-te ple.~tselijke chl oorconcentro.tie (verhouding chloor : me

-thaan

=

2) treedt explosie op.

l:en kan dit op verschillende manieren trachten te voorko~en, b.v. door traps8e~ijs te chloreren, eventueel

on-der tussentijdse afkoelinl~ van het reactieproduct. (7)

(jok kan rn.en het rea.ctief<:enf.~;sel verdunnen met een inert

[!;as.

Vel e poc;in:_;en zijn el' c;edé~an om dl or sI,eciale constru<3-tie V8.n de reactidw.L1er het explosic.'~evaar te voorkomen. (8,9)

:"';en practif~cl!,C' o~üo si n:;, (lie technisch toepassing

heeft ~evon~en, werd ontdekt door :~Bee en Hass. (10)

Zij vo ero.en l'1Ct ,~~ro te snelheid chl oor op veJ's

chillen-de plaatsen in kl eine hoevP~lheden in de reactiebuis, waar

-d COl' het nethean (t.j.lJc· C . ) stroomde. De l)ui7. en, waardoor het

chl oor nerd ~Ebr8cht stonden onder een hoek van 45·of 90~

l'1et de l''.eth[' anstroom.

~urbulente strorlin' zor~de voor een (;oede nengine; met

het methean, ~odat het chloor vlot reaecerde. Pas nadat vrij

-wel alle c}ücor had .zc:rea:3eerr'l , werd uit een tweede

toevoer-buis opnieuw cJllnor ill·~clpid.

C·,,-iC'~~e r:élYÜer vonrkomt Plen explosi es of vuurverschijn

selen, .:::~~p8.ard ?;" an(3.e met koolstofafzettinrJ

; , tervvi j l toch chl oor en meth! an in. elke :?;ëV}el1ste verllOudin2~; kunnen reage

-ren.

Koolstofvorrilin!,;: ~COClL vindt bij toepassing van de methode

LcTiee-Hass, noc; altijd eni-ze koolstofvorming

plaats, zO\'Jel i~ het l aboratorium als in de fabriek.

Vol,..:;<-;n~ D1..1.itse onderzcekini.,~en (6) kon in het

labora-torium de kool:: to:Cvol'min[; 30heel onderdrukt worden, wanneer

aan het rf:8ctiemen[jsel 1

ä

2;:~ zuurstof werd toecevoee;d.

~n~clse onder~oekerB (11) vonden, dat de koo

lstof-8.f:?ettin:.~ zowel de chlorering ,als verdere koolstofvorming

katalytisch versnel t .

Gl'cndstoL~en.

a. Chloor: Dit k2Tl. in ee~ nevenbedrijf van de fabriek

vJOrden Cél)r00.uCe erd en dc:or een gB sleidine; naar

de chloroformfabri ek worden c;evoerd.e I/,j

Fet kEl.n ook in vloeibare topstand, vervoerd in

tank-n~~ens, [ckocht worden. Deze erondstof i s zuiverder.

b. l~etlw.8.n: Dit kan verkref;en v/orden ui t aard'sas, uit kraak-~assen, uit steenkool~as en uit mijnGas .

Aardcas en kraakeassen bevatten naast methaan andere I E"': ::;~ koolvJa tOl'stoffen.

1~jn3as i s vrij zuivere methaan (97~) , maar wordt nog

vl.'eini::: ,'~:e\JOnnen en kOT'lt in de Nederlandse Eiteenkool eelukkig

sleo:1 ts in ldeinc ho evr-J?lhed en voor.

Ilic:1_'l;c;8 s bcvo-c c1.c mee, t e vcrontreinieingen.

Aardsas, kr&&kCé1.ssen en lictt~as zouden in Nederland

toe,:';(pa~·;t kun:::en worden. "Jij c;eoruilc-cen l icht:,sas als grond

-stof, oT'ldat ~efrsctone0rde condensatie van dit gas een

f 1" .

"

./

t1j",~

,:

,YJI.(

/{,~

!'':: ':_,

)

dJ,

t~',(e.

D

lz

.

4

bekend proces

is,

dat M2er fract

i

es

kan

opleveren

,

we

lke

in

n~venbedrijvcn

bruikbrar

zijn

,

zoa

l

s waterstof

en

aetheen

.

Cl

!:et resterende

~as

is

een waardevolle brandstof

.

De

methoémf:cact

i

e

,

op deze wijze

v

erkrec;en

, is

ver-ont~~ini8d

met kleine hoevee

l

heden

aeth

sa

n

,

aetheen, stik

-stof

en

kooln~ono:X'Jde .

Het

restant

étet

hce

n

wordt

.3dl'Të1.:ro{~eneerd

tot

aethaa

n

met een kl.::.inc: ho

(,V,'

(1118

io.

vlaterstof

V

bi

j ' 250·

c

.

en

N

ik

ke

l-poe

r

als katalysator

.

;~et

.',:;28

bevet

tens

l

otte

95

,

5';: me

t

haan

.

Ve:-clo~TZln

het proces

.

A. ~eactor:

De

re&ctieker~ers

worden

~evoed

met de

reactie-cassen

,

die afzonderlijk tot de

reactieternpera

-t

'

uur

;-ü-in

v

eol'

v

cr",,:rnd

.

~;e ~üjn

in

i"er

ic

j

Lt v

o

l.c,:ens

(Je aan

-vli'izin

'~n

van.

::c'l~ce . (lC')

.-(J "DovJthel'r:1,-rl<:~;

..

::> '~on(lt

6e

l~8actj_p.kEtJ'118r8 op

een

tefi1pera

-t

uur V2,n ,:,',:

A ,', O· C'

;

.,

ce reac'ele

1 ' .

v

cr

1

cope

-' J ,

C

{lC':rm

lSCil.

. , D b

' e

gf:

rUl

' k

-te l:'.ol

.

-v

,:::'1l0l1JU_n'

is

clüGor :

IJl. ,

tJ.lG.an

=

2 :

1.

De op

1n"cn;:

ten

:',i~n

in

dat

:~c;val)

ui teE:.drukt

in

l~ol

-pocenten:

i~ 5, ~, ( ) .. 6 10, ~ g';

c

>,loro

:'.'0 Tl"

lwth:c

l

C

e1'1C:

Llo rid e

metllvlc~ll(1l'id

e

tetr~chloorkoGl:

tof

.

De

o:ptirllale

opb:~'er1i.::st

aan

c

hloroform

(58;')

wordt

ver-lcl'c

';en

bij een r,ol V ,::

J_,I ,('u.din<'~

2

,

SC).

C

]1(18, -';" ;:coter8

ver"l(Yl"èc

1

in

.. ;cn

meer explo sic

'je

V8

_ar

ople-v

e:;.'en

,

(lek oi~j

tocpo,nsiE._':

van

i~U?oei"de

rlet}lOde

,

kozen we

e

en

lé-",'~ere

VCl']l.ouclin.

";

.

Van economisch

stand~mt

bezien

l0vert

d

it

eeen

v

er

-l i

eS

,

\i2.Tl.t

cle

vel'k

C'opsprijs

V

Rn

methy

l

een

c

hloride

,

dat

nu

in

C:l'OtSI'

hoev(;elheicl ontst28,t

,

is

hOGer dan die

v

oor

c

hlo

-roform of tetra

.

B

.

;Jastoren

s:

Konen~e

uit de

reector

,

passeert het

react

ie-product een

l

u

c

ht

-

en

daarna

een

waterkoeler

.

uet

gas stroomt

dan

door

vier

absorpt

i

e

toren

s

,

waar het

bij

40·C.

Gewassen wordt

in

tc~enBtroom

met

water

.

Deze temperatuur

i

n

hoog

genoeg

om

c

ondensatie

te

v

oorkomen

.

(

z

i

e

onder)

,

î\ien vJint

op del.'.e

nan

i

e

r 3Û"

fii:

zoutzuur,

dat

wel

ver-ontreini

gd

is

met kleine

hoe

v

ee

l

heden organis

c

he stof

,

maar

gee

n

arseen bevat

en daardoor toc

h

goed

verkoopbaar

is.(12)

--

Res

ta

nten zoutzuurgas w

ord

en me

t 1

%

natronloog

uit-gew

assen in

een

~/eetal

abs

or

pt

ietorens.

c.

Condensaties

ysteem

:

be

n

Na

sh

ga

scompressor

brengt he

t

gew

assen

g

asmen

gs

el naar een tweetal

condensors~

waar

con

densat

ie

plaats

vi

ndt onder een

ge

ringe

.-/

\

_,

ca,

_.

.

₍ \~­ ~--u-_ .") 'J-ti I

tJ

l

!'~Y"J

)

!~tll \'

/

Dl z. 5

•

De conrtensatie vindt ~laats boven 0 C. om te

voor-komen, dat

o.e

llekelkocler verst0:pt re8.kt dl'or ij safzetting.

;'Iet niet :_,:E;cono ellseerne ~;afl, voorn8l"1elijk bestaande uit flCt1_{1é1an + meth~rlchloricJe worélt teru.~~;:';evoerd naar de} reactor.

Af en toe l 8.2.t ::cen een 30.deel te van dit gas ontwijken

om accumul atie van s-~il:stof te voorkonen.

T:et hylchl oride 'aordt niet {jeheel geconclenseerd,

OID-do.t dit een diepere 1:oelin2: vereist en de L:To-cere kosten van

de a~)paratuur niet ver,;oed worden eloor de opbI'en.'3st van de

klF:ine hoevc-;cüheicl.

In de re~wtor reat~eert het meth~rlchlorio_e vero.er tot

}1.0 ,:-;e 1'1 chl o orme tJl2.~-nJ"' __ t

D. E'ractionerin;:;: '}econdenseerd water wordt pcri cdiek afge-l aten; een kleine hocvtel heid (minder dan

O,1~), die op~elost is in het chl oormethaan, komt terecht bij

het meth::rleencrlloride, dat met Vla ter een azeotropisch meng

-sel vormt, bvstè-'ande uit 98); l!1ethyl eenchloride en 27'~ water.

Cm (1. i t "'later en sporen zoutzuur, ontstaan door

hy-drol;rf:e 'W8(: te ne:,,'en, filtreert men voor de afleverin[S het

~eth~rleenchloride over potas (12), hetzelfde 3ebeurt met de

cl'.loroforn.

De eerr~te fnwtoncrin: verloopt onn er een druk van

10 atmosfeer, alle fr2ctionerin~storens zijn 8 ru.hooe en ee

-vLüCl net pOI'cel eiEcn ~~aschit;rinE~en.

De refluxver>oll/!in.~; is in alle ,r;evallen 1 :

4

.

De ~ioeveelheid tetrachloorkoolstof is voor een

conti-nue destillatie te klein, vandaar dat de l aatste toren slecht

eens per 4 da~e~ wordt ~e~ruikt.

1:er voorl~0Iün::; van oX:,rdatie stabiliseert men me-thyl eenc:'llori Cle r:1.et 0,003::; th~Tmol en chl oroform met 11~ aetlçlalcohol.

1'eC]1.ni8C'le c''ll oormethsnen worden af,';eleverd in .

-ijzeren vaten, chloroform voor narcotische doeleinden wordt

I

:

t

-.

\

Jol.

~.

:

;tll

/

, ,

}',l z .6 .

De fabriek is b2r~kend voor

c l:.l oro fo l'pl lier j 20.r •

een product ie van 1000 ton

1 .106

=

8, ;'7.106

Dit J::omt OVSl'(,e:-:. mot 1000 x

119, 5 :::;rmol I.>d' j : é'.l' o:f' rel' U"lU' 955 grmol.

(mol ecul o.i r ~;u,;ic~tt chl oroform

=

119,5)

45,4

r::

6t

1)YOc1.1lCt 'best aat ui t : 45 mol i~ c],l o}'o:rorm 36 mol methyl E!enchl oriCl,e 10 mol (

_.

_.

tetl'acl'üoorlr:ool et of 9 mol

>

Flethylchl ori de.

Dit komt overeen met :

76~. ::rr!lo1 rnet h3rl eenchl ori èle per uur

212 ':':;l')rlol tctre.cb.l oorkool ztof per uur

191 ;;rrflol f1et~çlchlori(le :per uur

In tot;:'al ~;ijn ,'.;evornà. 2122 Ll'J11.01 chl oormet haan per '\.lUl

Cp q -' In l"'1 ~ ,.'1' -'~I . .

elke 100 cr~ol methcan zijn nodi C:

+

36 x 2 + 45 x 3 + 10 x 4

=

256 3rmol chloor. -'-_1.>0 t ,'_{.. ct} rl "''' _"cs (11 _{.1_S no} d_{'_}i _,e" ₎ 2120 (,_--.>.L.mo '-"" l/'h _{_ me} th _{aan o}-f' _~ en 2,56 x 2120

=

5i~30 :;rPlol/h of 116 m3/h.

!-Ict r eectiCD!Cn,':2el best aat echt er uit 2 mol chl oor op

1 mol r-let~'éan, ~èierv(J'.n rl-:a:'>;8ert het chl oor t:çelleel .

i::I' l~L1Ji)Eèr: ~':cckcn(i.e ':'.5430 - 2120

=

595 srmol /h methaan

niet [jerc8.:?:eerè .• (28; ',)

De samcnctel l inz van het meth22nhoudende gas be~raagt

98,~.~< C:~,t ' 0,9~t, :-:2,0,1::',

C

O

,

0,3;;

C

₂

_E6

, 0

,

3% N

₂•

Vc:l ';::m::. V81'scllillcnr_{le onCl.er:wekers} (11) reae;eert

aeth:.:'an veel beter met c'.2.lc,or dan methaeY1.

Vle nc'men d~crom a[1n, dat

:cl.$t

L·~ehcel i s omGezet in

hexachlppraethL.e.n . (11 )

lJ}ef

koo

l

l

'

onox

~

Tcle

vlor'd t ten el. clèl omcezet i n pho see en

ht j de v!2ssin,g met ,o,:eter ontl eedt '~et in CV

2 en RC1.

'danneel' er ~;cen [~c.s vierel. 3erecirculeerd, zou aan me

-thaanhol,,1/1 end ,;2.S i'iOr0.en -to E:;.;evo erel. :

~ r 116 - 1=:8 9 ') '1, 98 ,~. x 2 - :J , nl.)/ ü .

De verontreinigin~en van het methaan ver ei sen de vol

-cende haeveel~eid chl oor:

a e t 1~ '" r"l' 0 1

. - .cc;.c.l . 166 z 5e, 9 x 6

=

1,1 m3 chloor/h

VJa tc:rstof + kcolrl0nox~rde :

_Wo

1 0 /

x

5C

,9

=

0,6

m3

chloor

:t

In tc,te .. al j_s c1.l.l..fJ nocli:~ 116,1 + 1,1 + 0,6

=

117,8

m

3

, 1 '

cn 001'/ h.

i \

\,~,

\ '

I'"

Ui t~;eétl'ukt i1:. .~rfilol/h zij n

'!.c:::~o.ch10or2.c

tll.aan:

~

66

Blz.7 de hoeveelheden: 1000

58,9

'

22;11,= 7,9

grmoljh 1100 _ h / .2~ ;, - 10,~ crmol h L , '"1' 0, "'r 1 00 • 58,9

)·:Ol.lt overeen net 22,4- liter)

B e:. el;:cnin(~ v'-.~n de

>0

cve elheid ccn0.ensaa t bij

5·

C •

wo.e.rin

De wet van ~eoult luidt: ;/1

=

h

·

x

1

Y1

=

mol fractie van component 1 in

X

1

=

mol fractie van component 1 in vloeistof,

P

=

verzadicin:sdruk van co~ponent 1,

v

hieT"lJ.i t vol,;t P t

=

tC'té'~lc ~2scl.ruk. V 1

v

=

v T,

_

.

,

o

r

V 1

=

r

~'::.!-C:-:l molel1. van cor.'1ponent 1 in dampvorm L

1 =e.anta.l molen V~l1 ccm!)onent 1 in de vloeist ° V eri I. : tot[. al 2.antal rrlCJlen in damp en vloeistof.

Als v en Y1 r eSl1_• i.let tot.':8.1 a8'J?-~al molen en het aan-tal ~olen van c~~~on0nt 1 ln dampvorm zlJn, vi~~en we

y

=

V + L y _-'1

=

'T ₁ + I _'1 J? _{L 1} V ( . b ) en \T

=

v .

0

"'"

Zle oven v'_l

>'t

J..J dus ₁

_"

1

=

_1; " 1 V 1 + v

~

.

t

(in f1Ct 8.8.:nt2..1 Ftolen conrlr.saat te; 'lino.en neerr't rJen

een ,Jaé:l"de IJ :-<:IJ' en -;)€J:'ek:~l1t 'f11.'n.v . (1.e forrr1."l1..1e het aanta.l

d ~ t · · · " iT

1 . - IC """'''''ro'''' .:. mo en con .. en8a8. O..l.J c. " 0 . . \ ," l~ .

;~18 c'I e .:..;c'lcnc:1en 'ler'lOudin;::: cen,-l CY.I 88, 8. t : re sterende ~~~n ~l'et klopt, nce~t I'10n een endere verhoudin~ Vaan.

~":"'-"'... l.J _ .~

I;

al1c(oY!. (18 ccnt:l.'ole van de

1

4-

)

lJ'ot~-al àl'n~~

=

1~~' atmosfeer

=

11<LO mm.jl G

Verzadi{~in.:~sdTlJJ: H

20 bij

5

ó

C. =

6

,

5

P.Ul1. T-Ig .

-?

Llîf

(

1 ... ( • .1~".

lèr...n ..

u

I)n

~

/;

"I

tv!.·

~

"l')

"I

....

j, / , I, t , ,I ~ / ~"! - - ) - ,;: j' . ,

-CnJvLÁ.

~

,

,t ..

-__

)J

V,

.I

-

.h

).

I.

t

·,.},

!

1'. I ' ( '

V

-t

t :.

.

f)

V;

-t

J,.~

2

Y

J

~

-'

VI

~

vi

7L

_I

-

~

I<~t·

.

I ~ /'.

f

V')

/

" )

i~-.

t

lil

I

-f,

,

..

_.

d .':"'J--/..'( / '

1(11//

;1 .. ../' ;' IJ I /" I I I

-

I

-

I

I

-Blz

.

8

~otaal

aant2l

~rmol

niet

conde~seerbnar

CO

+ CH

4

)

=

11

+

595

=

606

~r~ol/h

"D1'Jl' :i

o~n

VO·\-y·i'OUnl'

n

"

V

=

_1

co,.,(l

-n"'er

"Tl'

, ~ '-- \..- - J_ ,\. - ' v . \ . . '

I

1 I~ ~~ ,e IJ E, ~.

1 i _~r

₀₁₂₂

₌

₁

_{wIO ,-"~rnoJ /hY'}

1 ~_ -" L -" . .J.L -,-. - .

-C2svorm

i

c

blijven 152

~rmol/ll

Gas

rart

ieel

c1rl;U{

van

het

niet GeconCl.enseerde

ga

s:

606

-606

+

152

(114

0

-7)

=

906

D .. m.he;

:

-

a::·tL

:

el

drul: van

de

chloormet

h8nen

227

J:ll.Trl. ;~g.

De

vcrza(1ici1!l~;sdl'1}

.. kken zijn

llij

5

C

.

v

oor

de

verschil-lende

chloormct~cnen:

f') _l.Je f (! _-

T

_....

_·

_"3

_'

Ol

_--

':)

.-,

+JC1 = ? 2 Q

°

nI,l. Tic' CA v '.. ~- u "'~b C~' 2 C 1 2 1

7 5

np. ' ::.:; C ~[C L~

100

nlT. ; ,'~ '; ç::r-l CC 1.1, :; \) T:m. H~j . l

Do

l)erekenin,~~

l

eert

ons nu dat

condenseren

zullen:

p

2280

191

CIL,Cl

n-

v

=

₂₂₇

=

10,04

)

L

₁

=-

111

g

r

mo

l

/h

1

=

,J

Ft

1 +

₁₄

:x

1

0

,

OLt

CR

2

C1

2

v

175

₀

_,771

₇₆₄

v

=

₂₂₇

=

L

2

724-

ermo

l

!h

~ .L_

=

1

=

\;

1

+

~"

0,771

14

.L>. P

C

II

Cl

l

v

1

:JO

_o

_{IL61 L}

=

955

925

Grmol/h

r.

=

_m

= 1

t

" > 3

₁

₊

17

x

0

,

461

P

56

0

,

247

)

L

4

212

v

₌

₂₀₈

_grmo

_l

_/h

OC1

4

r,

=

227

=

1

=

t

1

+

₁

_~- ~-

0

,2

47

'iota21

1968

e;rmo

l/h

De terU{jgevo

ercl, c

>10 (:V~::

t:l

'

ne

id

r:as

_bul

_raar::

_t

_per

_uur:

1

91

-

111

=

80

=rno

l

C>I

3

Cl

76

4

-

724-

=

40

~~:"-"in~c' 1

CH

2

C1

2

955

-

925

=

30

crno

l

CIIC1)

212

-

208

= ~- ~~rmol

001

4

Deze hoevoelheirt komt overeen met:

80 + 40 + ."30 + 4 = 154 i3rrJ101;'rl metJ18.an

en

80

+

80

+

90

+

1

6

=

266

2;l~mol/h

chloor

.

cl

i t is

₁₅₄

_x

₂₂

₂

₄

3,4

rrn

me

thaan

1

000

=

266

:x:

22

2

4

₆

_,

₀

_m"3

_chloor

_.

1

000

=

Blz

.

9

.Aan verf) gas moet dns worden inGevoerd per uur:

58,9 - 3,4

=

55,5 m3 methcan

117,8 -

6,0

=

111,8

m3

chloor.

In Gewicht ui tL':ec1rukt bedraa::-:;t de liroductie per

uur:

111 _{x 501}5

5,6

k2· CElCl 1000

=

724

..

"'<r ₈₅ ~

=

61

,5

1r r}~ _OH 2012 1000 .L"'tJ· 925 x 119 2 ~ 110,6 ke;. CHC1 3 1000

=

208 '.'1.''' 15420 ""'

₌

_{32,0 leP'. C01} 4 1000 . )

B

l

z

.10.

Berekening

Ohloroformcondensor

.

ding

1

De productie bedroeg 110

,

6 kg

.

/h , de refluxverhou

-: 4

.

Er

condenseert dus per uur 44

2

kg

.

Verdampingswarmte

59,0 gcal/e

Y

i

armteoverdracht per

UlU':

~

=

442

x

59

,

0

=

26.100 kcal

.

d

.

i

.

26100

x

3

,

968

=

104

.

000

B.~.U.

(aaneenomen

wordt, dat er alleen

condensatie

• 1

Inlaattemperatuur

koelwater

15

O

.

p

l

aats

vindt

.

)

\ \I',)' t' I' ; I ~''1t' . , r' ! ' .~, Ol

Uitlaattemperatuur

17

-

0

.

Oon

r

_{len8atietemperatuur}

_60,5"0

_•

. ~ . ..' tV

Lo

g

.

gem

.

temp

.

verschil

voor te

e

enetroom:

~ t =

46

,

5

-

44,

5

m

2,303

lo

g

.

!~

:

§

=

4

5,5·0

.

(SI,S·F

.

)

~e ne~en

een overall

coefficient

aan:

100

n

.

T

.

u

.

/(hr)(sqft)(-F

.

)

Correctie van toepassinf

van

kruisstroom

i

.

p

.

v

.

te

~~

enstroom

is

lüer niet nodig

(in

en uitlaattemperatuur

van

de war

m

e vloeistof zijn

he

tzelfde)

.

Ui

t de formule q

= U.A. 6

tm volc;t:

A

=

10

4

.000

S1,Sx100

=

12,7 sq.ft

.

~e

nemen een warmtewisselaar

van

Admiralty-brons,be-stand te

,

-

;

en zout water

.

De

z

e be

z

it

een

vaste

pijpenblmélel en

enkele door

g

ang voor b

e

ide stromen, nl

.

kruisstroom

.

D

ij

[;

e

b

ruik

van}

in.OD,

13

.

W

.

G

!c9

pijpen correspondeert

het

oppervlak

met e

e

n len

e;

te

12

7

L

=

0, 1

309

=

97, 1

f

t.

(het oppervlak aan de buitenzijde bedraaGt per

ft.~,1309

sq

.

ft)

In e

e

n tabel vinden we een pas

s

e

n

de warmtewisselaar:

ht

üt

e

no

m

trek 5 i

n

.,

aantal buizen 33

op

een

*

i

n

.dri

ehoe

ki

g

e steek,

l

enG

t

e

3

f

t.

Chloroformstroom:

De oYi2rsd(~orsnede

V

H

n de d

o

orstroomde ruimte

i

s

19,3

65

-

33 x

0

,

19635

=

13,155

sq

.

in.

Ae

o

uival

e

nt

e

dia

me

ter:

D"

=

L1 y _

dd

o

rstroomo

.

~;e

b

ied

e

,

-

-'

,

s

om

VEm

d

e be

vOC

h

ti

G

de bui tenomtrekken

=

4

:;

:

1 -j , 1

5

5

'):.:~ x

1,571

31z .11

Voor de ()(:.:reb.:~'2.in; v[',n de filmcoefficient mnken vve

[;(; bruik V211 cie: :['cJl'mule vc.r 1;-0.88C1t VC'Ol' filmconG_ensatie op

;10t buitcnopperv12.:: van }-èo:riznntalc buizen .

.,

')

1

1-ft\~ , r

.n

=

°

7

j "~ &:. .

-' J n O(t'-~, ó t

1:1

=

tlld'r;lisclLE; {'; eleidbaarheirl

=

0,080

n

.

c·,

.

u

·

/

_{Cl" .r} )(c

_ue::

.

_•

-rt

_{__}

_•

)(

::: ,1ic~·,tl'Ej_(1. :'.per ::: 1 ,i~·7S'9 x 62,45 ::: 92,4 l-bS ./ _cu•_{f t} • (',

r

:::

1! ,18:;: 10u ft '/ (hl') (hr) (versnellin~ van de z~Bartekracht) r

=

vcrcl.2.!1'.~:,in(sVvaTl'1te = r.:;n _./..1, 0 y _"-

.0'

") 96[-1

'

-'.', ,',' U .' 2 , 2

°

5 L'.

_I.

. .

;

1,: • ::: 105,2 D~ ::: aeq1üva1ente dj.an:eter

=

0,085

f't. ~3

•

. J

1,(nnnccr "Je aannccén, dat de warmteweerstand van wa

-ter en c:-:.loroforI,,;ilI'1 -~cli jk zlJn, 'word t de wEnd temperatuur:

-'-_u 1 ( r 1 5 + 1 r ) C:

n = ,; I.) , ü •

::: 61,5 - t

\'1

=

22,7

c

.

(:0,9

~ .)

" OVCll,;C:l'OC'ldc: croot:~edf-_;n ::ÜJn b;.;pc.ald bij een speci

-ale :' îln"tf:;I'lpcrat1l.ur, c'l:i_ c ;cl:" t vcor COl1c1. ensa tie:

tf' ::: te: ,1o-'o-r"c)")"m

0,75

.

.1_ _ .L __ _ . t

=

61 , 5

-

0,75

x 22,7

=

lf~, 8

c

•

::: 1:,6 ','.'.i..'-.:./(},

_J.r

)(,

_sc::

_.

fJ-

_{_}

_t...

)(

·

n

_{.:..1 •}

)

KC' e Iv! 2. -cOJ_'s troep: };illnel1.0 :!.1per-vl e.k ve.Tt (I e chi2.rscl(10rSnede van

- een; in.D.~ .~. 18 pijp is 0, 000882 sq.ft .

I_CO t~-~lc 6,' .... arsdc,orsYlc(le Vc,Yl jlet strooPl,;e bied:

33

x

0,000882

=

0,0291 sQ.ft .

De l)cY'c'c<i:;de ~108veel~18id koelwater is:

1~4900

=

28900 lhs/hr

) , b

Blz.12

'1 28900 /

Door elke pijv stLoont 33

=

876 Ibs hr .

I 'asE'a snelheid G

=

ho cvu;llleJ-d we ter per uur

4warso.oorsnede v .h.stroome;ebied.

G

=

876

0,000882

=

993000 IbS/(l_{_lI}' . _. ) ( _sq. f t ) ₀

neynolds ~etal;Re

=

993000

x

0,402

12 x 1,111 x 2,42

Viscositeit van }Iet water bi j 16 C. = 1,111 cp. }':innendiameter van een pij p = 0,402 in 0

': e

=

12LtOO ₀

Voor de filTT',coefficj_ent bij t'urbulente stroming

c;cl dt de formule:

1, - 0 027

~

(

"

'

e)0

,

8

(

~

)1

/3

"- - , • D · -'-. k'·

De Grootheden worden Jenomen bij de gemi ddelde

vla tertempera tU"\lr 1 Ge .

k

=

0,343 :O oS:.U·/ (hr .)(sg.ft .)( ·P per ft.)

D

₌

0, ."!-02 in .

Re

₌

12400 C

₌

• .t:' • 1

speCLI.J_ eKe warmte

₌

1 cal _{/ g}

t-'-

=

1 , 111 cp.

Ui t::e'. erkt r:;c eft di t als uitkomst:

11

=

1003 }3.~I.TJ./(1~ _Lr. )( _sc:.. f t _{_ .} )("_" -:-:,_.• )

' .. 'e berekenen nu de tem41Jeratuur van de chloroform

fi lm m.b.v . de eevonden coeffi6ienten voor warmteover

-dracht. ₁

=

_h

1A1

\fs.J:'nt ewe eI'stccnd chl oroformfilJ1",

warmtewecretand van de wand

=

...-~-L k Ac· _oe m _• 1

=

_h 2A2 warmteweerstand waterfilm zijn

33

buizen 1

i

in. 11.\I.G.18 van 3 ft .lengte.

=

3

x

33

x

144

x

0,1964 sq.ft .

=

0,135 s~.ft •

.A

₂

=

3

x 33 x

~

x

0,1269 ss.ft .

=

0,087 sq.f t .

Blz

.

13

'Je ktm.:nen VOOl' ]h:"t :;emidc1.eld oppervlak l-;et

rekenkun-dig Gemiddelde nSMon VJF.nt de verhoudinc; van de binnen- en

buitendialî1cter

(1,25~

is }:lcin

[;enoec~

om ceen

~;rote

fout

hierdcor te r:1al:en.

ACj"

=

0,111 s(~.ft.

,~,en.

TIanddikte

=

0,049 in.(0,00408 ft. )

k

=

58 ;: .1' • U

.

1

(

]

_1.r.

) (

_{sq •} ..ot_{.L .} ) ( _P.per

Viarm.teweerstand chloroforndïlm = 0,0545

"v'larmtewe erstc,nd wand

warmteweerstand w2terfilm ~,.iO t~:al = 0,0006

=

0,0115 0,0666 Cl.:empers.tuursdalin..::; in de chloroformfilm: -P-'- )(Admiralty -_v. metal) (hr. )( F. ) B.~r .U. 11 (hr.

~

( F.) B.T.U. 115

+

0, 5

x

6 (61 r:: 16) - R 1 C

666

,? - -

u,

•

(14,6 F.) Pilrder::I)Cratuur: 61 ,5 - 0,75 x 8, 1

=

55,5

c

.

"ie herh~31en nu de berekeninc van de chloroform warmte-overdrachtscoefficient:

k

=

0,080

n

.~

.

U

·

/(hr

.

)(Sq

.

ft

.

)(

·

y

per ft . ) Uit

=

_{92,4 lbs./ c u} ~t . J. • 1 1 \) 1 IJS -{=-t / '.-, l • - . ; (hr. ) (hr. )

D

=

0,OG5 ft. t

=

14,6 ~'.

rf

=

0

,

43

cp. de be~ekeninz volgt: h = 190. }3.

~

• U ./ (hr. ) ( sq. ft. ) ( _:::-'

.

₎ De overall-vv'Rrmteoverdrachtscoefficicnt berekenen we

t .o.v . het buitenoppervlak (daar is de weerstand het hooGst) .

1 1 _D1 L Dl

U

₁

=

₁₁₁

+

D

gcm

. k

+

_{D2h 2}

D

=

}(0, 500 + 0,402)

=

0,451 in. {~em 1

=

1

+

0,500

x

0,049

+

0,500

D1

190 0,451

x

58

x

12 0,402

x

10Dj U

=

152 -. (: U / 1 , • .;. . ·1 (hr.) ( sC] • f t. ) ( Ij'. )

Dit :.sctal is heel wat ,sroter clan de aan,'~enomen waarde

(U=100) , dnarom nemen we v, or de lenGte van de condensor

2, 5 ft . in plaats V211 3 ft .

-•

•

I

~

Blz .14.

Het totf'.l e bui t~ noppervl ak van de 33 buizen wordt nu:

33

x 2,5 x 0,1 309

=

10,79 sq .ft .

De oveT?;edl'Et.'.:;en voJarmte per uur bedraaet 104.000 D.T.U.

lIet lO,;. :~em.t(~I!:p. verschil voor t E<':enstreom 81,8-P.

Hieruit vo13t veor

coeJ'ficient:

de benodisde warmteoverdrach ts-1 101L000

U

=

TO;i9x1n-;s

=

118 B.T.U./(~ )(0 n~. )( TI ) 11r • "-' q • J. u • l' •

De wé:rmteweer~,tendscoefficienten van de vuillagen

mo-f;en dus teZélI'len in ons ;:;cval bedra;::;en:

1 1 1 1

U 1 - U 1-

=

118-152

=

0,00847 0,00658

= 0,00189 ( SCj .• ft .)(hr .)( ·:l!~.)/B.T.U •

./en op ·:2.ve '\T('or overclrachtsco efi'icientenvan vuillagen

verr~clclt de vol ':Cj'1(18 vJaarden (1 5) : 5 0

°

-

1 0

°

0 j~;. j} • U • / ( c< _{"-' Cl • .L} .D ~- ) ( , . _ • ) ( ,';1 ) t" • l i 2 • -'- • voor condenseren -de or(,;anische stoffen. ~ooo T' [ j U ;' , . ).1: . ·1 (sq.it.)(hr.)( E'.) v or koelwater.

Voor de 2 vuillai:;en t ezar-,en geei't dit een

weerstands-coefficient van:

o

00167 - 0

002~~

(s

q

.

~t

.

)(

hr

.

)(

F

·l

, , --- r- .~.U.

In onf: gc:;v81 ü -:; dus de aancenomen condensor bruikbaar.

I

~ I

I

'

B

lz

.

15

.

Literatuur. Inleirl.in,': :

1.

n

.

2i:

.I:irk, D .:~;.c tlu-!1er j,;ncyclolledia oÎ Chemical Tech

-nolo[;;y, Ve,l . 3 2 _• ,_l~_)l. _{OS .J},;'\₁. _nn 1 _~_. _{\,O .}n29 _{,:} ,} IJ.. _\Jem 1" _{iO .} 22

Chl orerin;'; van methaan:

3

.

I:';.~L'. l:cEee, II.D.Eass - Ind .l~;ng.Chem •

.3..1

,

296 (1942)

4,. G.~:llis - C~leT'1istr'y OÎ l'etroleum

Dcrivctives VOl.1, 686 (1934)

5

.

K.Dachlauer - ~r.~. 906140 (28 AU6.1944) 6. Pi at J!1inal Fo .848, Ite~, Fo .22

7

.

A.A.Levinc 8 . i{. J)enCl. (:1'

9

.

H.Dender 10. 11 • ~:;.s:.\ . !;c~Uce, =~ .i.j.lIa[-)s l ': • (-;-•

ei·

.

'

·

..

I i J_li[~r~s A • ~ : ." C>Y! :'. nEl - U. S .1'. 1 9 7 5727 (2 0 ct. 1 9 34 ) (t~. I . du ::'-'on t ) U.S.l'. 2.089 .937 (19 Aue .1931) U.S.F. 2.170.801 (28 AuC.1939) (Dow Chemical Co .)

Can.}'. 374241 (7 ,Juni 19'38) - :}uel 28, 127 (191~9 )

l' ec Lni eche ui tvu t:rin:; chlorerinr;:

12. ~2ios /inal 1:0. 851, Item Fo .22 1'3. Cios Vi le Ho.26-11, I tl';lTL Eo .22

14. Cht;rl • .A bstrncts"16, 1164 (1942)

· _.. ·10.) orel,r°n1>-V_ · nere"l" t? 1 •

1

5

.

]{

.:Kern - Process Heat 'l'ransfer .