Fabrieksschema van een D.D.T. fabriek

I i'

'

.

I

.J

L_

FA3iUEKssc:mlI:A

---van J .A.l~e ij s.

---

..

.

,

[liJ

·1 . 1JI-L9'·.' J /#vPc..7 '1

-1-SCHEMA VAN EEN D.D.T.FABRIEK. J .P.Fortuin

&

1950.

EiLEIDING.

Dichloor-diphenyl- tricnlooraethaan werd voor het eerst in 1874 gesynthetiseerd door 3eidler (l) . Het is echter pas sinds 1939 van belang gewor<ien door zijn werking als insectenveruelgend middel. Dit werd gevonden door Müller van de Geigy A.G·. Zwitserland (2). Sindsdien heeft het grote bexendheid ~ekreGen en is de productie

enorm toegenomen,vooral als 0evolg van de tweede wereldoorlog. Voor de meeste insecten is D • .D.T. een zenuwdodend contactvergifj voor mens en zooJdieren is net practiSCh onscnadelijk.

De fabricage van D.D.T. verloopt in principe op dezelfde manier als in l874.Men laat c!lloral en chloorbeazeen in

teGenwoJr-di.3.Cleid van <?;econcentreerd zwavelzuur met elka~r rea~eren.Er ont-staan hierbij! een aantal isomere condensatieproduct en (3). Het p,pt_ dichloor-diphenyl-tric!llooraethaan is de ~ewenste stof met veruit de krach t igste vierking als insectenbestrij diniSsmiddel. Bij een j uis-te uitvoering van het proces is een product met 75% p,pt te ver -krijgen.Meestal wordt het tectmiscne D.D.T. dan niet meer gezui-verd,omdat het voor het gebruik toch verdund wordt,gewoonlijk met talk of zetmeel,of opJ;elost in minerale olie. Het verschijnt dan onder allerlei fantasienamen in de handel,zoals neocid,Gesarol etc. (4).

Behalve gec. zwavelzuur kan men ook chloorsulfonzuur als condensa-tiemiddel gebruiken.De rendemro ten zijn dan evenwel laGer en de kosten ho

₆

er

(8).

Tecnniscn kan men Jrote noeveà,neden D • ..).T. volgens net proces van Brothman continu bereiden (6). lien maakt dan tm minste 30 ton per dag. Wij he bben ons t(fl doel Jest eld een VOOr Nederland geschikte D.D.T. fabriek te ontwerpen. Vol~ens ~e~evens van het aentraal Bureau voor de Statistiek bedx'oeg de invoer in NederLand in 1';;149 on..:;eve ei' 120 ton D. D. T. 100;'0 me teen vlaarde van ~ 310.000.

Het werd voornamelijk c:;eimpol teerd uit df; Vereni~de staten van Amerika. De eigen pr0ductie in ':Te'ler'land was c.::;e.::-ing.(Urganon,Oss} .

Wij mOJen verY\'achten, da t het verbruik van D.D.T. voorlopig nog zal toene:nen,terwijl mi sscflien een iSerin6e export mogelij k is. (Indone~

Biä

J.

Een ontwerp voor een productie van een nalve ton per dag is' zeker gerechtvaardigd.Dit i s evenwel een te kleine !loeveelheid om in een ~eneel ze11 G t,8.l1U1Gt: l a u.c1 CA Lot; .'\..L-llJ.ld:n \.0.L'\ ... cl1 ona.el·~e­

bracht.Gezien de ~rote hoeveelheden C(aoor,die verbruikt wJ.den, en zoutzuur,dat vrijkoint,lijkt uet on:::; d.a~lj;eWeZen dit bedrijf aan e~11 ~eg~ä.anue chloorrabr iek te ~op)elen.ln ons land is dit aUB wet na.he de Koninklijke Nederlandse Zoutindustrie.

Naast het hoofdproduct D.D.T. ontstaan als bijproducten dichloorbenzenen,HCl en afvalzwavelzuur. Het HCl,hetwelk een wei -nig alcohol én zeer weinig benzeen bevat,kan als 36% zoutzuur wor-den verkocht.

De productie van D.D.T, komt dus neer op : a) Chloorbenzeenbereiding.

b~! Chloralbereiding. D.D.T. condensatie.

Verwerking van de bij a) en b) ontstane gassen.

a) . en d .) worden behandeld door J .A.Meij s. b) en c} door J .P.Fortuin

---r :

\1

):

• I .-- "

I

("l\'~:~ ~',"'l. ~'·"'1 '0" !I, .. , . ( l ! \ , .. , " CO' :lr",,!l":U~ ' , ' " TIC' H ",'IJ' .~ .. ~Oo,joc.,.r;c-"lIr".t I ' ... 0.:. u. ·'(0" ~. I ~""N' Z:Ol,"'ZV",", •••

---~_. fABR(AGC vA/il Jj\,MElJS. .AJNlI9SO

I

-,.

DE FABRICAGE VAN 645 KG

ZÜÎVER$

MONOCHLOOR:BJlm"ZEEN PER DAG.

Inleiding.

Als grondstoffen ~ or de bereiding van monocnloorbenzeen

worden meestal benzeen en chl'oo.r .~ebruikt.Er bestaat bovendien nog een methode om monochloorbenzeen te vervaardigen uit een

mengsel van benzeen,zoutzuur en lucht bij 230°C.

C_6H6 i HCl i

t

O2 ~ C6HbCl i H~O

Echter is deze methode pas lonend, wanneer van chloorbenzeen direct phenol gemaakt wordt (7).

De reactie van benzeen met chloor tot monochloorbenzeen ver-loopt bij afwezi~eid van licht en in tegenwoordi3heidovan ferri-chlori de als katalysator.De optimale temperatuur is 48 -50oC.

Onder deze omstandigheden wordt echter ook een deel van het

monochloorbenzeen offi0ezet tot para- en orthodiffi"loorbenzeen.

CöH6 i Cl~ ~ HCl f _C6H

_o

Cl

C6H~Cl i Cl~~ HCl i CGH4Cl~

Wanneer bE:nzeen zover gechlorE:erd y{J rdt, td:. er geen benzeen meer in het reactiemengsel aanwezig is,bestaat het mengsel uit 80%

mono- en 20% dichloorbenzeen.

Gaa t men niet zover met de cnlorerirlb, dan WJ rdt er per ge

-wichtsdeel monochloorbenzeen minder~chloorbenzeen gevormd.

Ofschoon paradichloorbenzeen een zeer gewild product is,

wordt de economisch optimal e chlorering niet bij volledige

chlo-rering bereikt,doch bij die cnlorering,waarbij gezorgd wordt,dat na het stoppen van de reactie no~ on~eveer 30% benzeen in het

reactiemengsel aanwezig is.(~).

Bij de chlorering van benzeen ontstaat veel HC1.Tevens zal ook nog het chloon,dat niet gereageerd aeeft,uit de reactoren

ontwijken. 0

Daar de dampspanning van benzeen bij 50 C.ongeveer 260 mm

Hg is,zal er tegelijkertijd bij het ontwijken van HCl en C~

veel benzeen meegaan, tenzij men voldJD61 de maatreE?,;elen ""M,lt om dit te vermijden.Door de ontwijkende gassen te wassen met een afgekoeld deel van het reactiemengsel,wordt een groot gedeel-te van het benzeen gedeel-teruggewonnen.

De verdere terugwinning van het meegevoerde benzeen,en het opwerken van het HCI en Cl~ zullen later beschreven worden. Beschrijving van het proces.

Voor _{de bereidin0 van D.D.T.} wordt zeer zuiver~

monochloor-benzeen vereist.Om dit te verkrèj0en,gaat men uit van zeer

zui-ver~ benzeen en van zuiver~ en dno0* ~nloor~

Het benzeen wordt van buiten aangevoerd en in grote voorraad-tanks oP3eslagen.Het chloor wordt op het fabrieksterrein zelf

I •

-3-De p~ductie van zuiver~ monocnloorbenzeen kan worden verdeeld

in de volgende trappen :

a} Chlorering van benzeen in chloreringstorens en wassing van de opstijgende gassen om zo~eel mogelijk benzeen terug te winum . b) Verwij dering van benzeen uit de gecnloreerde pID.duct en.

c} Fractionnering van monochloorbenzeen.Het residu bevat dan nog een deel monochloorbenzeen en de totale hoeveelncid dichloorbenzeen

a) Chlorering van benzeen en wassing van de opstijgende gassen.

De hoeveelheden Illonochloo:r'benzeen, welke dagelijks 5epro duceerd moetm vrorden,zijn zo Óerin6,dat een continu-werkende apparatuur niet verantwoord is.

De monochloorbenzeenbereiding gesm,iedt dan ook in -batches· . Daar de monochloorbenzeenbereiding een zeer essentiele phase in

de D.D.T.fabricage is,worden hiervoor twee chloreringstorens ~e­ bruikt.lmmers bij het ui tvallen van éf::"1 .~ rel sta,3.t de fabriek niet helemaal stil,maar kan nog op halve kracht verder doorwerken. Vooral cD or de zeer corroderende werking van zoutzuur en cnloor zullen de torens vaalc jn revisie moeten wo rden ~en omen.

De torens zijn grote cylinders met een inhoud van ongeveer 900 liter.

In de conische bodem van de chloreringstorens bevinden zim, direct boven de chloorinlaat ijzerkrullen. Het ijzer wordt cD or het chloor

omge~et in ferrichloride,hetwelk als katalysator dienst doet.

Het ferrictllori de 10st,!ged op in benzeen en door de 5aslift (de chloorgasbellen) wordt de katalysator door het nele reactiemengsel

gemengd.

Ferricru.oride als zodanig in de torens bren6en )blijkt geen groot succes te zijn.De oorzaak van de llierbij ondervonden moeilijkheden ligt in de hY5roscopische ei0enschap~en van ferricnloride.~e temp e-ratuur van het reactiemen!:Ssel ma6 niet ho;;:!;er worden dan 50 C.Bij de reactie van chloor met benzeen komt veel warmte vrij ,welke door het

water in de koelspiralen \,f;)rdt aÎ~evoerd.Door de noeveelheid

koel-water,welke automatisch 6e~eêeld v;ordt,:te v~l'ieren kan een con- .

stante temperatuur van 48-50 C. worden oerelkt.

De cnloorinlaat bestaat uit een 6eperforeerde loden plaat.De druk van net chloor moet zo aoo..; zijn,dat deze de vJeerstand van de

{lele vloeistofkolom en de wastoren kan overwinnen.De overdruk mag

echter niet.groot zijn,daar dan teveel~ cJ.lloor en benzeen uit de

chloortorens zouden ontwijken.Om de bffi zeenverliezen zoveel moge -lijk te beperken,moet net cüloor ID zuiver mOJelijk zijn.

De gassen,welke uit de chlorerin..sstorens ontwijken,worden ge

-wassen met het afJekoelde deel van net reactiemen~sel,om benzeen

terug te vlinnen.Oorspronkelijk werd in de fabrieken met o- dicnloor-benzeen gewassen, dOC(l deze werkwij ze wordt teJenwoordig niet meer

gevolgd.

Van het reactiemenósel wordt ~edurende aet proces continij een deel

afgetapt, gekoel d in een '.':armteui twi sselaar van 50 to t 30 C, vervol~

gens door een stenen pomp onmooó 6epompt,verder afJekoeld in een

warmteuitwisselaar van 30 tot l50C. en in de wastoren gesproeid.

De wastoren is gevuld met i\ascni₆rinJen.De noeveelnei d wasvloei

-stof bedraagt onJeveer 360 liter per uur.De eerste warmtteitwisse

-~aar is nodig om het stenen pompje niet hoger te verwarmen dan

-4-In deze warmteuitwisselaar wordt met vl~teI' gekoeld.Om net reactie-mengsel nat;!; verder af te koel en to t 18 C. wordt in de tweede warmte-uitwisselaar gekoeld met pek61 van -5 C.

Bij de materiaalkeuze van de cl11oreringstorens,leidin_óen,warmte_ uitwisselaars,pompen en wastorens moet vooral ~elet worden op de

corroderende werkin~ van chloor en zoutzuur.Indien Tantalium niet zo duur was,zou dit een ideaal materiaal zijn. Voor klä ne verwar-mings- of koelspiralen zou Tantalium em_ter in aanmerking kunnen komen.De warmteui twisselaars zouden gemaakt kunne l'\ WJ rden van IIkarbate" of staal met glas of - met lood 6evoerd.De

chlorerings-torens kun:1en {leel i,o ed van staal met glas J;evoerd iSemaakt worden.

Voor het pompje werd een stenen exempa ar met velstelbare slag ge-nomen.

De leidingen kunn~ worien vervaardijd van staal met glas gevoerd.

Vanuit de meettanks,welke het benzeen uit de opslagtanks verkrijgelfl.

wordt bij elke 11 Ba tcll" iedere cnloreringstoren met 642 kg benzeen

~evuld.Hierdoor wordt 6edurende 20 uur in totaal 450 kg cnloor ge-perst.

Gedurende net proces ontwijkm in totaal 371 kg zoutzuur en 180

kg cnloor.

Negmt men aan,dat de gassen _{in de wastorenx af0 ekoeldoworden}

tot 20 C.dan zal,omdat de dampspanninJ van benzeen bij 20 C 91 mm HJis, per dag nog

o 450

sn

2 x

'7ï

-x

-=:7:-:6:-::0~-~9~1:;--

x

7t3

=

134 kg benzeen ui t de wastoren

ontwijken. ü ~~

Zouden de gassen de wastoren niet passeren en dus nog 50 C(,dan werd dagelij ks bij een dampspanninJ; van benzeen van 260 mm, HéS

4 50 ~;;;.2 6;:.;0:....-,,....,..,,._

2 x?l x '160 - 260 x 78 ... 520 kg benzeen door die gassen mee-genomen.

Door <.Seregeld monsters te nenen en net s.g. te conbroleren

kan men het proces Joed volgen.Is het s.g. 1,05 bij 15 C. dm wordt de reactie gestopt.

Bij het ledigen van de chlorerin~storens laat men het reactie-product lopen in de tank, welke onder de torens staat.Door de slag van het stenen pompje bij te stellen,kan de innoud van deze tank in twee uur in de tank voor- .:let ruwe reactiepro duet gepompt worden.

Tegelijkertijd kunnen de chlorerin6sto~ens weer met benzeen gevuld worden.Door dit systeem toe te passen,spaart men een warmteuit-wi sselaar, een pompj e en een nil.u we leid.i ng ui t, docn zál een tank moeten VD rden aaniSescilaft.

Het ciiloreren Va[l benzeen en het vullEn En ledigen van de to

-rens duurt ongeveer 24 uur,wanne_r men alleen met verse benzeen werkt.Gebruikt men alleen teruggewonnen benzeen, dan wordt deze tijd aanzienlijk kortee.

b) Verwijdering van benzeen uit het

reactiemengsel.

Daar voor de CD ndensatie van monocnloorbenzeen met chloral zepx _ ZlÜ ve r~ monochloorbenze en vJJ rd t ve reis t , moet veel aandacht

I

-

-5-worden besteed aéLn de scheidin~ van monocl11oorbenzeen van benzeen,

o-en p.dichloorbenzeen.Allereerst wordt all e benzeen afJedestil~'_ .:

leerde Tevens Jaat dan n06 monoehloJrbenzeen mee over.~it bedraagt ~

JO

gew.% van het destillaat. '

Het residu van deze destiJlati~ ~ordt verder 3efraetionneerd.Bij de destillatie van benzeen ontwijkt eerst ~outzuur,vervolgens komt het zuivere benzeen over en da~rna een menGsel van bm zeen en mono

-ehloorbenzeen.Het destillaat la3.t men in de tank VOOr terugtjewonn('?,

benzeen lopen.Di t kan dan weer ~ebruikt v,orden voor de monochloor

-benzeenbereiding.

Om de corroderende wer:6:ini:S van aet zou tzu ur te vermij den,moet

ch~ destillatieaplJaratuur Gemaakt worden van staal met lood of glas

~evoerd.De condensor en koel er kunnen van tlkarba te" gemaakt worden.

De dest illa ties worden 0 ok in 11 bate nes" ui tge\O erd.Men rekent op

ongeveer 4 destillaties per dag,elk 5 u~durende. c) Fractionnerin3 van monochloorbenseen.

Het residu van de hierboven beschreven destillatie wordt ge-fractionneerd.Men gaat zover doorAtot in het residu nog 33% mono

-chloorbenzeen aanwezig is.Dit doet men om net gevaar,dat er dichlo~r­

benzeen mee2aat,te vermijden.Het mmgsel,bestaande uit 33% mon

o-en 67% dicaloorbo-enzeo-en,wordt nOGmaals 6edestilleerd.Het destil

-laat van deze destillatie bevat on3eveer 75~10 mono- en 25% dicnloor

-benzeen.Dit wordt weer aan het ruwe monocnloorbenzeen toegevoegd,

om opnieuw op~ewerkt te worden.

De fractionnerinJ van monocülooib enzeen kan in stalen apIJa

-raten geschieden,evenals de destillatie van net hierbij achterge

-bleven residu, bestaande uit mono- en di dl loorbenzeen.

Men rekent hier eveneens op 4 destillaties, elk van 5 uur.

De condensor en koeler,behor~ de bij de fractionneerkolom voor

monochloorbenzeen,worden later helemaal doorgerekend.

De Materiaalbalans,opóesteld voor één dag.

In de litteratuur wordt aanGenomen,dat men bij dit proces 5-10% destillatie- en wasverliezen heeft. Wij nemen voor benzeen 10% en

voor de gechloreerde pro ducten 5% destilla tie- En wasverliezen.

De torens worden gevuld met 1284 kg benzeen.Tijdens het

chlo-reren ontwijkt 134 kg benzeen.Van deze l2d4 kg benzeen wordt 700

kg omgezet in 375 kg mono- en l7l~dicnloomenzeen.wanneer de reacti~

in de torens beeindigd is,hebben wij een mengsel van de volgende

samenstelling :

875 kg monocnloorbenzeen

l7l 11 dichlo orb enz een

450 11 benzeen

In de torens wordt 900 kg <!:hloor geperst.IUervm wordt 720 kg

chloor gebruikt voor het cnloreren van ~enzeen,waardoor 371 kg zoutzuur ontstaat.Aan vrije cnloor ontwijkt nog 180 kg.

I •

-6-Bij het verwijderen van net benzeen uit het reactiemengsel

wordt 40b kg benzeen en 160 kcr monochloorbenzeen als destillaat

op~evangen.De destillatieverliezen zijn 45 k3 en 10 kg voor resp. benzeen en monocnlool'benzeen.Deze resultaten zijn samenJeva t in

onderstaande tabel :

Tab e 1 1.

---Begin Destillaat Verlies Residu

---Monocnloorbenzeen Dichloorbenzeen Benzeen .375 k~ 171 ti 4bO • 180 kg 405 It 10 kg 45 .t 685 kg 171 •

Aan dit residu wOl'dt 90 kG mono- en 20 kg dichloorbenzeen

toe-gevoegd.Dit is n.l . het destillaat,netwelk veîkreóe wordt bij de

laatste destilLatie.De resultaten Val de nierop vo16e1 de

destilla-tie zijn in de volgende tabel weergegeven :

Tab e 1 2

_•

Begin Destillaat Verlies Residu

---.~---~---.--- ---~-Monochloorbenzeen Dimloorbenzeen '775 kg 191 11 64b k,3 35 kg 95 kg 191 te

---Het residu wordt ~,4:>E'r gedestilleerd en het destillaat toege-voegd aan het ,!\l"Wf: monochloorbenzeell.De G~w nden waar' den zij n

~~ir.nomcn in tabel 3.

Tab e 1 3 ..

---Destillaat !~Verlies _Residu

---

---

--

---

...

---

.. -.---

---Monochloorbenzeen Di eh 100 r benZrH' Xl 95 kg lVl 11 90 kg 20 .. 5 kg 1 ti ₁₇₀ kg --~._.--- ---To tale Bala~ls . Benze en: -) 134 kb 405 11 45 11 700 .. to taal 1284 k.; Monochloor- 180 kg benzeen : 10 11 645 .. 35 .. 5 .. totaal 875 kg Dichloor-benzeen : totaal 1 kg 170 It 171 kb

meegen omen eb or ontwij kende 6assen

overgedestilLeerd bij de benzeenverwijderinG verloren bij ~ez~ ~~stillatie

omgezet in c~loorbenzeen

over,Jedestilleerd bij bm zeenverwij dering

verloren bij deze aestil_atie

JGfr:otionne8rd

verloren bij het fractionneren

verloren bij de laatste destillatie

verlies bij de laatste destillatie in het resid~ _{aanwezi 6}

!

.

I

I

•

I I '-"

-7-HET OPWE1KEN VA~J DE 1.AS,3ElJ, ~'lELY"ili O:~TWIJYiliH .3IJ DE BE3EIDING

EN DESTILLATIE VA.:-f C~U.OO.:l3E~TZEEli E:i C~U.OJAL.

Uit de wastoren boven de cnlorerin~sto!'en ontwijken tijdens ae

bereidin~ van rnonocnloorbenzeEn cnloor,zoutzuur en benzeen.Bij de

destillatie van oenze611 uit aet reactiemenJ;sel ontwijken zoutzuur en benzeen. Vanui t a.e cüL..>r·alfa. bri e.c<. wor-den een gasffim é!:sel van zou tzuur, chloor' en alc 01101 en Gen .;asmenJsel van zoutzuur en al-cohol aangevoerd,welke resp. uit de cnlorerinJ;sketels voor de chloralbereiding en uit <ie destillatiekoloIU voor cnloral komen •

.3enzeen en alcohol moet.en zove<.::l mOJ;el ijk worden te:cuJ;c;ewonnen

en zoutzuur en chloor mo~en niet in de v:dj e lucm.t verdwijnen,

maar moE. ten zo l'endabel mOJ;elij k wo.!.·den af ;evoerd •

.fIet zoutzuur kan al s een wa te.c'i~e oplo S ,j.i.ng van 35% worden ver

-kocht.Het cnloar,dat no~ verontreinigd is met zoutzuur,water en

benzeen of alc Jhr,l • is TcondaN .. ler in hypochloriet om te zetten dan

weer,na reinigen en drogen,in het proces in te ~ eren.

De gasse~ welke uit de chloralfabriek komen,worden gewassen

met e-dichloorbenzeen, 'waarin alcohol ui t de gassen oplost. Van de

wasvloeistof,welke uit de vrdst,",~en komt,wordt de alconol af~e

-\

destilleerd~Door een effectieve warmte-uit~isseling wordt de

was-vloei stof ui t de wastorens opóewarmd door mi dde1 van !le t nog

warme residu van de desti11atie,netwelk afgekoeld moet worden.Het

af~ekoelde residu wordt dan weer in de wastoren gespoten.

De zo 6ew~ssen gasSen Gaan tesamen met het zoutzuur uit de _chloral<;'."ol.\,illatie naa.r de tl/eeelE) wastoren.Hier wor~t .u.~t zout

-I

~ zuur ui tgewas tot het 35j~ zoutzuur sen me t wa te bevatr. .De He temperatwu' t wat er wordt zolang rondgepompt van de o;;ü:Jssing vvordt

i met een warmter.ti twi s selaar beneden 200C. genouden .'::iet 35}bige zoutzuur bevat nog een weiniJ alcohol.De ~assen,welke van de

monocnloorfabriek komeü, bevatten no;:!; veel benzeen.

Nu wordt net zoutzuur ui t deze .. ;asven in de derde wa.staren ge

-wassen met behulp van water.

Door de contractie van het volume condenseert een deel van flet

benzeen.Daarom is een overloop Geconstrueerd,waarbij benzeen en

35%-ig zoutzuur van elkaar worden gescheiden.

Vervolgens 3;aan de 3assen,zowel die uit de ctlloral als dte

uit de chloorbenzeenfabriek naar de vierde wastoren,waa!'lJij chloor

en het no~ aanwe~i~e zoutzuur offiJezet worden met 10%-ige natron

-loog in natriumhypoctlloriet tn natriumonloride.

Sier Dij condenseert ook een deel van het benzeen,hetwelk met een overloop van de hypochlorietoplossinJ; \".ord t Jescnei. den.

De wasvloeistof wordt zola~ rond~e'pompt tot deze geneutraliseerd

is.De temoeratuuI' 'wordt zo laaJ mOJelijk gehouden, opdat er geen

chloraten ontstaan.Door effectieve koeling in de warmteuitwisse

-laars is dit te bereiken.De laatste resten benzeen worden n06 teruggenomen door aan het eind van de buizen nOJ; sterk te koelen.

De teruggewonne benzeen "gaat teruz in het nr~c~s.

lila Het mteriaal voor de alcohol- en zoutzuurwstorens is van steen,

porcelein of Jlas.De apparatuur voor de alcOholdestillatie is van staal met glas gevoerd.De warmteuitwisselaars kunnen van "karbate"

gema.akt worden.De pompj es kunnen Va1 "Karbate" of steen gefabri

-ceerd worden.De chloorwastoren is Va1 nik::àlchroomsta3.1 evenals het

I

-I

•

-d-Materiaalbalans van de wastorens per dag.

Aangenomm wo rd t, da t het rendement van de a.lc ohol- en zou

tzuur-wastorens 95% is. Alcoholwastoren. alco hol HCl Cl,-, G binnenkomend óas 36,7 kg " 320 .. 340 .. Alcnholdestillatie uitgewassen

36,8 kg on t wij kEn 1,9 kg d gas

320 ..

340 ..

Verwacht wordt 5% destillatieverlies.Dan is dus dagelijks 35 kg

alcohol terug te winnEn .

Eerste zoutzuurwastoren.

binnenkomend gas afgetapt ontwijkend gas en wasvloeistof alcohol 1,3 kg 1,9 k:J" ₀ HGl 320 ti ₃₀₄ ft _{16 kg} G12 340 11 _{3,8 n 336,2} 11 water 568,5

_"

3"65 ti _3,5 ft Tweede zoutzuurwastoren.

binnenkometld <sas af,:?;etapt on twijkend gas en wasvloei stof HGl 371 k~ 352,5 kO' ₀ 18,b kg C12 180

I'

3,6 11 _176,4

..

benzeen 134 11 _101,8 11 _{32,2 ..} water 656,5 et ₆₅₅ .1 1,5 •

Van de 101,8 k~ benzeen wordt 91 kg teruJ~ewonnen.De rest(10,8

kg) gaat verloren.

Ghloorwastoren en laatste koeler.

binnenkomend ~as afJetapt en wasvloeistof HCl 34,5 kZ Cl. 512,6 ti befizeen 32,2 11 water b536 et NaOR 615,1 ti 32,2 kg 5699,5 11 NaOGl 522,1 .. NaCl 476,7 ti

Van het benzeen gaa.t noó 3 kJ verloren.

ontwij kend gas

Door de Vlastorens worden pra.ctisch alle zoutzuur en chloor

gebonden.

-9-Litteratuur:

1. 0.Zeidler.Ber.7 (1874) 1130.

2. P.Läuger,H.Martin,P.Mü11er,He1v.Chim.Acta 27 (1944) 892. 3. H.L.Ha11er,P.D.Bart1ett c.s. J.Am.Chem.Soc.67 (1945) 1591.

4. D.D.T. "The Synthetic Insecticide- T.",Vest,G.A.Cambell London1946 5. W.G. Rueggeberg ,D.J • Torrans Iüd .Eng. Cflem. 38 (1946) 211.

6. J.R.Ca11aham.Chem.Met.Eng.October 1944 blz. 109.

7. R.N.Shreve."The chemica1 Process Industries" NY 1945 blz. 856.

')

7

I

I •

-10

-BEP.EKENING VAN DE CONDENSOR E...~ DE KOELE~, BEHORENDE BIJ DE 1!'RACTION

-NEElUWLOM VOOR MONOC~-ILOORBENZEEN.

De functie van de condensor bestaat uit het onttrekkro van Viarmt!

~ aan de dampen, zodat deze condenseren.De nie1' gebruikte

horizontale slJ.rlg.eLcondensor condenseert alle monochloorbenzeen

-damp.Een deel vaJ1 het condensaat loopt 'weer teTuG naar de fra c-tionneerkolom (reflux) .Om zo _{weini 0} mogelij:lc warmte te verliezen,

wordt het te:..'u~vloc.ie~d.e conJenSé.:.,-,-tLt0t zijn k0Jl\.:;Ui.1t af~ekoeld.

Het deel Val net ("riildensa<.t ,da.t af::setapt v.o.edt,passeert nOJ een

koeler,~~lke constructief dgzelfde is als de condensor.Dit deel van

het condensaa.t _{wordt t.nt 30 C. afJ;ekoeld.De condensor} enkQJeIE;1.~

bestaan uit twee concentrisme stalEn buizen. Door de binne'! buis

stroomt het lcoelwa ter.Di t loopt eerst eb or de koeler en vervolóens

door de conden~or.

In de fractionneerkolom wordt dagelijks 6JO kg monocnloorbm

-zeen gefractioneerd.Met doet per dag 4 fractionnerin~en.De frac

-tionneertijd i~ 5 uur.Per uur worft dan 34 kG monochloorbenzeen af

-getapt.De refluxverhoudint; '.':ordt l :3 ~enomen (8).

De condensor.

Per uur moet 4 x 34 kg monochloorbenzeen Gecondenseerd worden. De verdampintSswarmte bij het k00kpunt van monoch.loorbenzeen is

77,59 kgcal. per k~ mnochloorbenzeen.

Er moet in de condensor 4 x 34 x 77,5Y • 10552 kgcal.per uur afgevoerd worden.

Met het oog op de beschikbare ~egevens zullen verder Engelse

eenheden ge bruikt wor<:ten-;-" ,,/710552 kgcal

=

i178~,B.T.U.

.,//' Om hèt afGetap e c ndensaat verder af te koel en moet nog

4859 B.T.U. worden afgevoerd (zie de berekening voor de koeler).

De temperatuur van het koelwater is bij het bntreden ~n de koeler 680F. en bij het stromen ~it de condensor 88 F.De temperatuur van de monochloorbenzeendamp en het condensaat in de condensor is 266 oF ••

Berekening·van enige tempera.turen.

De temperatuur van het koà water bij het uittreden uit de

koeler is

4659

4859 .. 41786

Het log.~~middelde temperatuursverschil tussen kod water en

condensaat in de condensor is

(266-70,1) - (266- 80) 0

____

~~~~~~--

__

-

=

187,8 F. In 266- 70,1

266-88

De log.gemiàdelde tömperat~ur van het koelwater in de conden -sor is dan 266 - 187,8 : 78,2 F.

-11

-o 0

De temperatuur van het koelwater loopt op van 68 tot '70,1 F. De gemiddel de koelwatertemperatuur kan hier op 690F. worden ge

-steld.

De log. gemi ddel de tempera tuur ° van he t mono chlo orbenzeen in de koeler is dan 690 t 74,6n: 143,6

F

.

monochloor-benzeen condensor koeler o 143,6 F. 86 Fo . o 88 F. 78,2 o F. 70,loF. 69°F. 68oF. koel

-De hoeveel hei~.cilel wa ter is per uur 417864 4859 = _

~')~

'

S~3-

~

~

'··

- _.' ,--/""

7 20

?

/

.

.c:.

wa ter

De notatie van de gebruikte formules is overgenomen uit Me.

Adams;'Heat-Transmission; NY 1';142.

De diameter van de koelwaterbuis kiezen wij zo,dat het Reynolds

-getal in de buis meer dan 4000 is,opdat ook bij geringe storing in de watervoorziening steeds den turbulente stroming in de buis heerst.

Nemen wij

DG Re :I

f'

een bui s van lt-1,37 D

=

12 ft. )l ~ 5 lb/ hr.ft. Re wordt dan 5218. G - 2333 lb/h~sq.ft. 1,47 144

Zouden wij een 2- buis Jenomen hEb ben dan zou het Reynolds

-getal 3840 geworden zijn.

Om bovengenoemde redenen werd een 1

P'

buis genomen.

De warmteoverdracht tussen het monochloorbenzeen en water

geschiedt door de wand van de binnenbuis.Echter zet zich een dun laagje vuil af aan beide zijden van die buis.

In het "Chemical Engineers' Handbook" van Perry wordt hiervoor aangegeven :

aan de waterkant h= 500 B.T.U. /hr.sq.ft.deGeF / : aan de monochloor -benzeenzij de :

v'"

_

1 h=2000

..

~J ~-~-~

I •

-12-Bij de berekenin3 wordt de convectie aan de buitenzijde van de condensor en koeler ver'i·laarloosd.

Scha ttinz van hw. (wa terzij de)

Uit de ver~elijking van Colburn

(hW

)

(~

)

2/3 = 0,023 .

cG k ~G O,G

p

f

kan de hw. worden berekend.

, / ' De

f

f

'wordt

~

op 3,6 lb./hr.ft.

,

'l;t..L,

::'»/

c . B.T.U!lb.deél.F. ,., r r r // G

=

2333 .,.~-1~ .~/'" 1,47 x 144

=

228634 1 b/hr. sq. ft. dwarsdoorsnede

f

-

4,89 lb./hr.ft. k

=

0,36 B.T.U./hr.sq.ft.deg.F.per ft.

Bij invulling van dr:)ze 'ivaarde in d.e formule van Colburn vinden wij hw.= 157. B.T.U./hr.sq.ft.deg.F.

De h van chloorbenzeen ligt (volGens Perry) tussen 200 en 300.

Wij nemen 250 aan.

-L:~~ 1

+

la 5 x 1

₊

°a06b,Ji 115 1 1 U_{o- 1,37} 157 1,37 500 12.x26 1,467

+

2000

+

250

..l:

0,0069

₊

0,0022

₊

0,0002

-r

0,0005

₊

0,0040 U_o 0,0138. 1

--

U_o

Het log.gemiddelde temp. verschil is 187,8oF.

Het log.gem.temp.verschil tussen de vuilafzetting in de binnm buis en tt.. J ... 1::081 '!n. t(3::~ i 8 oa006Q x 0,0138 ü tfw

=

78,2 +

t

x

93

=

124,7 F. ;Mfw wo~dt dan 3,15 lb./nr .. ft ••

Tussen het monocnloorbenzeen en de vuilafzettt~~ up de binnenbuis is flet temp. verschil

I • 0,0040 x 187,8 -,65°.:d'. 0,0138 -13-ti

=

26e-~ X 65

=

217°F. chloorbenzeen

De formule van Nusselt voor de warmteoverdracntscoëfficiënt van condenserende Gassen in horizontale buizen is

h Ir 0, 7:2 5

(kl

X

~ ~

5

D

JLf

~

1.

Deze formule geldtvlJur laminail'e sti'omingen.Het criterium is

r'

=(4 x

74,;)16

11/1-..11'

:

0,70

'rt

·

Aan deze voorwa~rde is dus voldaan. l<

-

_-

0,083 B.T.U./hr.sq .ft. de~.F per ft. À

₌

77,59 x 3,'J6 B.T.U./lb. 2,2

P,

-

-

0,98 x 62,43 lb./cu.ft. D

₌

l 4-ft.

1 2

g

₌

4,17 x lOb _ft./hr.hr.

f

f

-0,33 x 2,4:::' lb. /hr.ft. ,6 t

-

_65°F.

Bij invullinJ; van deze waarden in bovenstaande formule vinden wij h

=

291. B. T. U. jhr. sq. ft. de~~. F.

Nadere correcties.

Vullen wij de ufw= 3,15 lb./hr.ft. in i.p.v. 3,60 dan \'Iordt hvt"154 B.T.U./hr.sq.ft.deg.F. Temperatuursbepaling. 1 _ ~ x __ 1 __ ~ 0,0022 i 0,0002 i 0,0005 i 1 Uo- 1,39 154 291 1

=

Uo 0,0071 i 0,0029 i 0,0034 .0,0134

Het temp.verschil tussen de vuilafzettinó in de bUis~n het koel-water is 0,0071 x 167,8 11 99°F.

0,0134

tf = 78,2 .. ~- x ~o=127, 70_F.

-

---

-f

f

=

3,10 lb./hr.ft ••

w

-14-Daar deze waarde practisch 6elijk is aan de reeds in de formules ingevulde waarde,heeft het XRX«~ geen zin verdere correcties aan te brengen.

Het tmp.verschi1 tussen de vuilafzettin~ op de buis en het conden-saat is 0,0034 x 187,8 .47üF. 0,0134 ü tf cl

=

266 -

i

x 47

=

230 F.

fr

_C1 - 0,75 lb. /nr.ft.

Deze waarden ,ineevuld in de formule van Nusselt, geeft als 'i/aarde voor ti 310 B.T.U. /hr.sq.ft.deG.F.

Verdere co~recties hebben ook hier weinig zin,daar de"overall"-coëfficiënt slechts vve inig zal veranderen.

1 1 U • 0,0071

+

0,0029

+

310

=

0,0132. 0

V

o q

₌

=

76 3.T.U./hr. sq.ft.de~.F. q

=

41786 B.T.U. Uo A t A At

=

187,8 OF. A

₌

41786

=

2,56 sq.ft. koelend oppervlak. Per 76x187,8

ft. lengte heeft een lt" buis 0,3925 sq.ft.koelend oppervlak.

De leng~e van de conderlsor moet dan 2,56

=

6 45 ft. zijn. 0,3925 '

Koeler. 0 0

Per uur moet 34 kg condensaa.t van 130 tot 30 C. afgekoeld

worden.De specifieke warmte van monochloorbenzeen in dit gebied

is 0,358 kgcal./ kg.gr

ç.

(3). .

Er moet dus aan warmte 34 x 100 x 0,358 x 3,96

=

4859 B.T.U.

per uur afgevoerd worden.

De buitabuis is

2-De: DI-D₂ • ~lt,

12

Het Reynoldsóetal in de ruimte tussen de twee buizen wordt

bij invulling van : De

=

0,37

f

t

- -G

=

74,8 x 144 2,747-1,766 -1 :5-lb/nr.sq.ft •• 1 lb. /hr.ft. 337

Dit is dus een laminaire stroming.

Voorlopig wordt dezelfde hw ~enomen als bij de condensor en de haOp onGeveer 20 geschat.

Schatting van de temperaturen.

1 0,0071. 0,002g f 1 : 0,0600

U -:. ~O

o Het temp. verschil tussen het afkoelende condensaat eb de

vuilafzetting op de buis is 0,050 x 74,8

=

0,060 o 621- F. t . -r cl _{143, 6 -}

_!

_{x 62~ : 112,6} o

_F

_.

Voor laminaire stromi~gen geldt de formule :

k

~

)J

(f

41

C"

)

~

1

,

6z~1l

(/+0,0152 /

ITkL

Z is het Grashof ~etal.

- 44.+:10 -3 D - 0,37 ft. lG

f'6

=

1,05 x 6:::;,43 lb./cu.ft. g

-

_-

4,17 x

10~

ft. /hr.hr.

=

0,65 x 2,42

=

1,5b lb./nr.ft ••

Bij inyull i ng V3.n ei Po 3."" 'Naa..cden word t

Z~

- 22

-I

..

-16-k

=

0,083 B.T.U. /hr.sq.ft.deg.F.per ft.

w

=

74,8 lb. /hr.

c

=

0,358 B.T.U. /lb.deg.F •.

L _{- -}~ 8 ft. biJ' een lIoverall"-coeffl"cl'eo'nt ,ran 20 B T , - . • • U /h": .A. • sq.! ·'t d • eè,fi.

t-~

\- °

50

lP~-

~

Worden deze waarden in de formule in6evuld dan ·wordt ha- 19,8 Nadere correcties :

Bepal ing van de te mpera turen

0,0071 + 0,0029 + 1 • 0,0605 19,8 x 74,8 :73,3üF. 69

+

t

~ 0,0071 : 0,0605 Jlf w= 5,49'1 b. /hr. ft.

r

i

hw wordt dan 168. B.T.U./hr. sq.ft. de~.F.

1

0,0059 + 0,0029 + 0,0505

=

0,584

U

=

Uo

=

17,1 B.T.U. /hr.sq.ft.deg.

F.

o

Vul t men in de formule q

=

U_o 4 tA

o

voor q :4859 B.T.U. en voor 4 t 74,8 F. in dm wordt A 3,79 sq.ft.

Per ft.lengte heeft een I}" buis 0,3927 sq.ft. koelend oppervlak.

~ De lene;te van de koe Ier word t dan 9,5 ft.

Laat~te correcties :

Neemt men 10 ft.buislene.S§ i.l~ 'V. aft. Jan wordt ha _{( sq}18,4 _.ft.degB.T.U./_.F. hr •.

Verdere correcties hebben bijna óeGn invloed meer op de "ov

erall--coëfficiënt.

1

=

0,0059 i 0,0029 + 1

=

0,0612.

U_o 18,4

B. T .• U • / hr • s Cl. ft. de g • F.

- - - -- - _. _ - - -

- -17-Resumé.

De c ondEnso r en koe Ier, 'Ae lke bij Ge Ltact ionneerkol om benoren,

zijn concentrische norizontale buizen.

De diameter van de buis,v\aardor_{).(' üt;t kOC,;.ilt'lat.er} stroomt,is 1~-1I .

De bû.itenste buis !leeft een d.iameter van 2" .

Per uur moet in de condensor 4 x 34 kg monoch1oom e~zeen ge

-condenseerd ~Jrden en in de koeler 34 k3 afgekoä d worden van

266°F. tot 86°3. .

De condensor moet dan 6,45 ft. en de koeler 10,1 ft. lang z~n.

Li ttera tUU!'.

'tl~

1)1'11ac.Adams. "geat Transmission" :fY 1942.

2j

'

J .H.Perry. "Chemi cal En.:;ineers Handbook"

3 R.Schiff.Zeits. phys.Chim.l (1887) 376.

4 Critical Tables 3 29.