Verslag over het processchema voor de bereiding van dichloorethaan uit etheen en chloor

, I ,

1

l 1

VERSLAG OVER HET

PROCESSCHEMA

VOOR DE

BEREIDING VAN DICHLOORETHAAN UIT

ETHEEN EN

CHLOOR

(1 januari 1963).

L.Bakker

Oude Langendijk 23 Delft.

L.Bakker

Oude Langendijk 23 Delft..

Verslag over het processchema voor de bereiding van 1,2 dichloorethaan uit

etheen en chloor

§ 1. Algemene inleiding.

1,2 Dichloorethaan is een kleurloze vloeistof, kpt . 83,50C en bekend sinds 1795, het jaar van haar ontdekking door drie

Hollandse scheikundigen, vandaar de naam:"olie der Hollandse scheikundigen". Het is een van de meest stabiele gechloreerde koolwaterstoffen.

Technisch vindt het pas toepassing sinds ongeveer 1923, aan-vankelijk voornamelijk als oplosmiddel maar ook als bestanddeel van antiklop-toevoegingen voor benzine.

Tegenwoordig is het vooral belangrijk als grondstof voor de bereiding van vinylchloride, dat de grondstof is voor P.V.C., één van de belangrijkste plastics.

Het 1,2 dichloorethaan wordt industrieel op twee wijzen verkregen:

1) Door additie van chloor aan etheeen in: a. de gasfase;

b. de vloeistoffase.

2) Als bijproduct bij de fabricage van etheenoxyde via ethyleenchloorhydrine (Litt.l) .

Proces la werd voornamelijk gebruikt voor de afscheiding van etheen uit cokesovengas. Hierbij maakte men gebruik van metaal-chlorides op inerte drager als katalysator.

Proces lb: chloor en etheen worden samen in een oplosmiddel geleid waarin de reactie plaatsvindt.

Proces 2: CH₂ : CH₂ + HOCl ---'CH₂0H • CH₂Cl;etheen en chloor worden samen in water geleid waarbij de additie van alleen

§ 2. Keuze van het meest aantrekkelijke proces voor de bereiding van 1,2 dichloorethaan.

Het gasfaseproces (Litt.9, 10) werd vroeger gebruikt om 1,2 dichloorethaan te maken uit het etheen dat in cokesovengas voorkomt (1,5-2%). Sinds er echter uit de aardolieraffinage grote hoeveelheden etheen van hogere concentratie beschikbaar zijn, heeft men van de winning uit cokesovengas afgezien. Om,

als men geconcentreerd etheen ter beschikking, het gasfase-procédé toe te passen, is weinig aantrekkelijk, daar de reactie in de gasfase moeilijk te controleren is en vaak explosief kan .

~

gaan verlopen (de reactie is zeer exotherm: 48kca'/mol). Ook \ J.

worden er bij het gasfaseproces aanzienlijk meer hoger gechlo -reerde producten gevormd dan bij het vloeistoffaseproces. Rest

dus het vloeistoffaseproces.

De meest gebruikelijke methode was , en is waarschijnlijk nog, die waarbij men chloor en etheen samen leidt in een reactor die een oplosmiddel voor de beide gassen bevat (Litt.4), waarvoor echter het bij de reactie gevormde dichloorethaan dient. In dit oplosmiddel is tevens de katalysator opgelost. Hiervoor gebruikt men chlorides van Fe, Cn of Sb (Litt.7), gewoonlijk FeC1

3•

Deze katalysator is niet zozeer nodig om het proces te

ver-snellen als wel om de vorming van hoger gechloreerde producten te voorkomen, het is dus eigenlijk een inhibitor voor deze verbindingen. De temperatuur voor de reactie blijkt optimaal ongeveer 400C te zijn. Omdat bij de reactie veel warmte

vrij-~

komt: 48 kcal/mol, dient deze door een koelmedium te worden

afgevoerd (bv.Litt.4). Het reactieproduct tapt men af waarna het gereinigd dient te worden. Hiertoe wast men eerst met water het FeC1

₃

uit, neutraliseert daarna het als bijproduct ontstane zoutzuur om vervolgens met water azeotroop te destilleren,

waarna men het destillaat in dichloorethaan en water scheidt. Doordat hierbij echter naast elkaar aanwezig zijn chloorver-bindingen en water, zodat door hydrolyse zoutzuur ontstaat, heeft men met ernstige corrosieproblemen te kampen. Ook gaat de

katalysator verloren, dit is echter vanwege de geringe hoeveel-heid (0,1%) niet zo erg.

Deze bezwaren nu, kan men als volgt op elegante wijze omzeilen (Litt.5). Als oplosmiddel voor het reagerende chloor en etheen

wordt eveneens dichloorethaan gebruikt, echter nu ais kokende vloeistof. Hoewel in de meeste literatuur gesteld wordt dat de optimale temperatuur bij + 400C ligt, blijkt toch het rendement bij 84°C niet merkbaar lager te zijn (96,5%) (Litt.5). Daar er

geen reden is bij andere druk dan 1 atm. te werken, is de tempe-ratuur in de reactor dus

±

840C. De verdampingswarmte van

dichloorethaan : 7,52 kcal/mol is ongeveer het zesde deel van de vormingswarmte.

Men laat nu ongeveer zesmaal de gevormde hoeveelheid verdampen, condenseert de damp en recirculeert 5/6 van het condensaat. Zo

heeft men het voordeel dat het verkregen product al direct vrij zuiver dichloorethaan is daar de reactor tevens de rol van

destillatie-eenheid speelt, terwijl de katalysator in de reactor achterblijft. De verdere zuivering is hierdoor veel eenvoudiger

dan bij de eerder genoemde werkwijzen. Bij de reactie worden zb

weinig bijproducten gevormd (voornamelijk hoger gechloreerde producten als 1,1,2 tri- en 1,1,2,2 tetrachloorethaan) dat de inhoud van de reactor slechts zeer langzaam hierdoor verontrei-nigd wordt. In de practijk blijkt het voldoende om bv. één maal

per 180 dagen de reactorinhoud af te tappen en de reactor weer

te vullen met nieuwe, zuivere dichloorethaan, of men kan continu een kleine fractie spuien (Litt.5) . De activiteit van de kataly -sator blijkt niet te verminderen met de tijd, de concentratie

ervan kan tussen 0,035 en 0,5 gewichts% liggen, meer dan 0,15%

heeft echter geen zin daar dit niet in het resultaat te merken

w

Deze werkwijze werd door mij gekozen ter nadere uitwerking (zie daarvoor § 5) •

§

3

.

De grondstoffen.

Ui t het voorafgaande blijkt al dat er geen zeer zuiver', etheen

nodig is voor de reactie met chloor, echter wordt bij het gebruik van sterk verontreinigd etheen de zuivering van het reactieproduct bewerkelijker.

Bronnen van etheen zijn:

1) Cokesovengas. Hierin is de concentratie slechts zeer laag (ca.

1

,

5

%

),

zodat het, indien men over hoger geconcentreerd gas kan beschikken, niet aantrekkelijk is dit gas te gebruiken 2) Raffinaderijgas. Door de ontwikkeling van de kraakprocessen

in de aardolie~industrie, in het bijzonder het katalytisch kraken, kan men tegenwoordig beschikken over gasmengsels die

hogere gehalten etheen bevatten: thermisch kraakgas bevat

±

4%, katalytisch kraakgas

±

9% etheen. Ook heeft men tegen

-woordig kraakprocédé's die speciaal op de productie van

etheen zijn gericht en waarbij men als grondstoffen bv. gebruik~

ethaan, propaan, butaan, licht tops (C

5-C7) of nafta en

paraffineuze gasolie . De etheengehalten in het product van

deze processen is nog weer aanzienlijk hoger dan bij de eerder genoemde en kan tot

±

31

mol.% bedragen.

Het etheen uit al deze processen kan uit het product afge-scheiden worden door bv.:

a) Destillatie. Daar etheen een zeer laag kookpunt heeft

(~03,90C) moet men 6f bij zeer lage druk en atmosferische,

6f bij redelijk lage t emperatuur en verhoogde druk destil-leren.

b) Rectificerende absorbtie (met olie). Door de sterke toename van de etheenproductie tengevolge van het grote belang van deze grondstof als bouwsteen voor vele producten, kan men tegenwoordig in ruime mate geconcentreerd etheen kopen

'bv.

98%).

Het ligt dus in de huidge situatie voor de hand

hiervan uit te gaan.

Het chloor. wordt bereid door electrolyse van NaCl. Vroeger vond het Deacon-proces (oxydatie van HC1) toepassing, maar dit proces is

(

~VerdrOngen

'door de electrolyse.

Het (droge) chloor wordt gecomprimeerd tot vloeistof

(damp-spanning bij "kamertemperatuur" :!:. 7 atm.) in ijzeren vaten getransporteerd.

§ 4. De grootte van de te produceren hoeveelheid en de beste plaats voor de te vestigen fabriek.

v~~, 1.b,'c.k100Ye.!:~~

Van de toenemende produciieYKrijgt men een indruk uit de volgende Amerikaanse productiecijfers:

1948: 106.000 ton; 1951: 195.000 ton; 1957: 240.000 ton (Litt.6)

De prijs in Amerika was in 1955: $ 0,10 per lb. (= :!:.

f~.20/kg).

De Nederlandse productie van P.V.C. was in 1960

ong~r

~

2000 ton/jaar (Litt.ll). Indien we aannemen dat het dichloor-ethaan uitsluitend voor de productie van vinylchloride wordt gebruikt, en dit weertiritsluitend voor de productie van P.V.C. en dat men vinylchloride niet langs andere weg maakt (uit ace-tyleen, voor Nederland vooralsnog te duur), dan is voor deze 2000 ton P.V.C. ongeveer 3000 ton dichloorethaan nodig. Het grootste deel van het P.V.C. wordt ingevoerd, in 1960 nl.

16.00~

ton. Gaan wij er van uit dat er naar gestreefd zal

worden steeds meer door zelf P.V.C. te produceren in onze behoefte te voorzien dan is een redelijke productiecapaciteit voor een dichloorethaanfabriek bv. ruim 3.000 ton/jaar. Hierop baseerde ik de capaciteit van het verder beschreven proces op 3.350 ton/jaar.

Voor de plaats van de fabriek zijn verschillende mogelijkheden.

In de eerste plaats denken wij aan het Botlekgebied, omdat zich

daar de grote raffinaderijen bevinden waarvan het etheen

betrok-ken kan worden, zodat dit dan geen grote vervoerskosten op zou

leveren. Om deze reden zou men zich ook in Limburg bij de

Staatsmijnen kunnen vestigen daar deze, in samenwerking met

Esso, een grote kraakinstallatie hebben gebouwd.

Als laatste mogelijkheid kan men nog te rade gaan bij

overwe-gingen van sociale aard en de fabriek in één van de

probleemge-bieden neerzetten, mits men daar van overheidswege voldoende

financi~l~ privileges verkrijgt, zou het de moeite waard zijn

zich hierover nader te orignteren. Tevens zal men dan minder

moeite hebben de benodigde arbeidskrachten aan te trekken, al

zal dit probleem voor onze fabriek niet zo stringent zijn daar

het proces zeer weinig arbeidsintensief is.

§

5.

Het gekozen proces.

De letters en cijfers die in het volgende zullen worden

gebruikt, behoren bij de "flovvsheet" op pag.8

Kolom I is de reactor. Deze is zeer eenvoudig van constructie,

het is nl. een cylinder, gepakt met Raschigringen.

Onderin is een klokroerder gemonteerd om snel een intensief

kontakt van de gassen met de vloeistof te bewerken en verder

bevinden zich daar de inlaten voor het chloor en het ethyleen.

Op een hoogte van 4,8 m bevindt zich een vlotter die het

vloeistofniveau op deze hoogte houdt doordat hij regelafsluiter

R bedient, en helemaal bovenin bevindt zich de dampafvoer.

Boven de niveauregelaar bevindt zich nog

1

m pakking van

Raschigringen die als druppelvanger dient.

De kolom is uit te voeren in normaal constructiestaal, daar

beide gasvormige producten droog zijn (het chloor omdat het

anders nooit in stalen vaten vervoerd had kunnen worden, zoals

gebruikelijk is, en het etheen uit de aard van het

fabricage-proces daarvan). Het weinige chloorwaterstof dat gevormd wordt,

kan zonder water weinig kwaad. De pakking dient om een betere

verdeling van het gas in de kolom te krijgen.

I ~

De vloeistof is in de hele kolom op haar kookpunt, bovenin is

de temperatuur + 84°C, onderin

±

95

0C, wat hoger dus t.g.v. de

hydrostatische druk van de vloeistoffen. Daar de kolom dus

overal kookt is zij te beschouwen als een gepakte kolom die

boven het zgn. floodingpoint werkt.

De vloeistofdruppeltjes die in de dampstroom worden meegenomen,

worden tegengehouden in de laag Raschigringen boven de niveau-regelaar.

Het etheen en het chloor worden in ongeveer equimolaire

hoe-veelheden ingeleid, d.w.z. in ieder geval houdt men de

verhou-:~ , ding tussen 0,9 : 1 en 1,2 : 1 mol. etheen per mol. chloor.

l ,

I'

I

I I

/

De uit de reactor tredende damp, die naast het dichloorethaan

nog bevat:kleine hoeveelheden hoger gechloreerde producten,

onomgezet chloor en/of etheen, chloorwaterstof, ethaan en

methaan, wordt gecondenseerd in condensor a. Hierin wordt dus,

in de vorm van condensatiewarmte, de reactiewarmte afgevoerd •

. Zodoende spaart men een koeler voor de reactor uit en daarmede

dus tevens een koelwaterpomp en onderhoudskosten.

Het niet gecondenseerde gas wordt afgevoerd naar koeler c,

waarop verder nog wordt teruggekomen.

Het condensaat wordt nagekoeld tot 430

e

en verdeeld in een

fractie die teruggaat naar de reactor en één die in hoeveelheid

overeenkomt met de in de reactor gevormde hoeveelheid. Deze

wordt in kolom II gepompt.

Dit is een gepakte kolom die als stripper

_{----_.---}

functioneert om het

nog in het dichloorethaan opgeloste gas er uit te halen. Ook

deze kolom werkt onder een druk van I atm. en heeft dus een

temperatuur van + 840C. De topdamp wordt gecondenseerd en al het

I

condensaat dient voor terugvloei!ng. p~~

Bij het niet gecondenseerde gas wordt het zoëven genoemde gas

uit de condensor a gevoegd en dan wordt in koeler c gekoeld tot

oOe.

Zo wordt vrijwel alle dichloorethaan dat nog in het gas zat

gecondenseerd. Dit condensaat leidt men terug in kolom II. Het

gas dat uit deze koeler komt, bevat naast wat inerte gassen nog

chloorwaterstof en chloor, berekend als _{C1 2}

±

12 kg/h. Dit is

teveel om zonder meer in de atmosfeer te spuien, daarom wordt het

,. nog gewassen met bv. natronloog, in een kleine gepakte kolom IV

(zie bv. Litt.3) en tenslotte gespuid in de lucht.

Het bodemproduct van kolom II bestaat uit dichloorethaan dat

nog verontreinigd is met + 2% hoger kokende producten,

voorname-lijk 1,1,2 trichloorethaan en nog iets 1,1,2,2 tetrachlooretha~

Daar het dichloorethaan zeer zuiver moet zijn voor de productie

van vinylchloride worden deze hoger gechloreerde producten

ten-slotte afgescheiden in kolom III. Dit is weer een gepakte kolom.

Ook hier is de druk 1 atm., de temperatuur dus 84°C. Onder in de

kolom worden de hoger kokende producten afgetapt. De topdamp

wordt gecondenseerd in condensor d. Een restje niet condenserend

koeler c. Het condensaat wordt gedeeltelijk gebr~ikt als reflax,

de rest is ons eindprod~ct. Dit bezit een hoge z~iverheid:

>

99,9

%

en is als zodanig te gebr~iken voor de prod~ctie van vinylchloride.

'~ , 7 " ';f I I

r

i , I , I I ! 11 ,..DL i I'l. I

Lr--, ID I I IÇ I '~ r ~ ') \ I _d I I I ~ L - _ - , - - ' I I r<--~---jl i f '-f ! 11 i I I I I

I

_{~- ~}

LJ

[-!-i

~J

- f-

-

ri

~

r;

-1-/ _.L -I 6

~

1

-J

~

"'t',J4/L.-.

k

J/SU>Jl~'t (~

)

{tL~

50-.1)"-'

i

LL

wQA..-k

I,

{,1

k1k

1

.

û:cli

LJ,~

ti 1.

6 t1

/

~

3

~-

()

C

À. (

J-.

L:H.

I~ 13 ,,-/ tt /1.. 1 2. 1'2 1'1.. 12. /2..

-~

fdJ

4J~

~USI1../~.h.-(tZO~

1.;/117

--

--_._----LI

I

?rodl.<.Gtc", d ~

I

-I

?u...C

D~c- ooretL:L~

+ h0t-Jt -

1Q.~vlçokt....d~

'

)0 &

a.-a..-f

.

kokt....J~

FI'"CJd'-<..Gte,...

I dieUoor-e-t;~~,

kt~

kt

/

~

kj

~

h

I

kj

/

joo

kIl,

! (12. :

37

J

Is-ti

0) (yb t~t.+'t: IY~

2

₂₁

tJ

₀₎

770

1

t

x) _1.

7

_§y

~

fis

I

-

3

21bJ

(j)

/

1

0

7

1.117

", tt

L I _

'f

t

6

2 1.

Lo

() tt

,

g

t

2

60

Ó

62. J

]

soJ

(j /'-il

1

5-/ ] " / 'f~ J I

7

61

Cl

,

t / l

1

77°

(J '2/'-1 (

j

7

~

/

() 1.t 1-

7

ti

() 2./1. 1

,

/0

S"o3

(!) /

,

'-1/

söJ

a 11..// I I/

9

1

11..

(7

1

7

I~ I I

tg

'-/

'-I

'1

(b

Y-V

/ b

L~ vOL

d ..

d

/.::m re. ti-c...~ kOrULko~(/.p~.

I ::, _/821. (!) ço b /J"L'2.. () ')0 ~ I I (<-( _1"330 (!)( 3

1°

13,So

(7/51°

16

_"-{

_{J /}

0,

(

.s

Ic _~

r

/

c:J t3 b I

-_

.. -._- ---

-.-1

De.ze.. ( b

k1lu/

a.~t

u:..r

UI c9

k

t

at

~

0,8

kJ

C.J./'f

~

~

kj

L'AlIt

t

T;Y .D

(..1.~

(f::,

k.j

ktttd

~

t

'-11 _I

kj

J:"UO?JYe.Htta...

₎

.

ti _I 2.

kf

fr~~lIlJ7)rcI:Lo..a..-

₎

.

f:LQ.4-I

..s

0-0

~t

Cl.

r

fa.

rtJ.A.

t

epI.)

=

JaN-.

t~.s fr-~

~

bJ

J~ $tr~

r

~

r

tlta..

t

W-v!.

LA

lila.

t

w~t

S

tint-.

~

oe.

rPA-rVt.a..tw.JI..l.<.~Ua..J.

J~jtr~ ~

tic

k~d(l.~b~

r~~ltt~

('M.t~t kJlJ1:r~ ~ Q~

C

...

ra.t~

u.:.tt4..Jkj(s&~

~

'c

~

T

~I

f.;(al.Jdd.

~

~G

t.1

~

7/1M

l,

u<.'c

A::

Ul.M'

}s-JLd.l'ruwt~t. ~ ~

1-:;~e~VL ~i~ ~ ~~

rr/~

~'jr ÁM~)(

~rA-taJ. ~ ~i ~

~ ~utd ~,--,'fi v~~ ~'dd.J

k

k~/J<.I..

a.~taJ ri~

rr

w

-L.qk

(]C\-j~

rir-~

~

"

~ta1

r~~

,

\~~

I

'f-a.~tJ

r7~

I

d;

a..-.

a.

~Ot.

ct

ft

aJw..tUt

~ ~

d;G..w..efUL

(hlo..~ ~(TOfoljtr~

~)MAM

I

"

Lc.L'Ua.a..t

"

(LI4.k)i...~

,

~

I1

/ld~

lUL)

I. 'A

,.u.,

'

L4 (! M..-C v.tI\..J ' "'" AM MIl "

"

~

Ua.a..t..

I, I'

a.

1.0 $ö

yJ

boü

JJ

çQ t~)<32. é)1 0

fJ~

I 10 1'1..0 ft .32-32.

a..'

bx

..

/ett.

'-(IJ../.,

b

7.J L../ 11 ~Jt..l~c. .. ~c. diU(cntr~&(4.~ ..I~~~j"",..d~~

gl.(

g-(

Ll3

81.{

waA

u-

wa/r:

Ut.

2./ I 2r".3'2.

(),07

8:;

2.7

, d

b

t3 I I.{ 100

w

$""0

I../J

6

0 0 ~ 1..,31./ tC;"'3'Z.. (J,o

tJC;

~c:> toc> .32 5'"0

gf

(

b

1'1. ft{ 2Q 2.

S

ZO

j,

f/3 ~ c....~e 1" ... .1" S or~ 13 " vl/AJa...p ...

J<.

d'c:,lloor<./;~

~'"

8

'1

Lf

b

t

OO 2,3'1 'ZS;x 3'Z. é),

°

7SÇ

3c) 3~ ,)( {O,,$

c.

•

- 3>0 ~I~ { " -30 / j .3u

ólb

_,

2.5x3'2. tJ,

07&-2 1 ,'-'.I .3 /2 1'2.

b

t

to

Ço

'18

600

S"J

çg

:Z~x~'2..

ö,olgÇ

Ju

I IJ

~

J

,

8

1 () 0 (0 2.a S-o

t.g

(

60

0

I

,,) 6J

2.5"'~32..

(),01 8(

5

{),oJ2

(00

q

~l

(6

(b

1:)0 13u JvtJa...~ ... Jc. d ,'d/oor«.&!.4A-.

34{

g'-('

I...f6

7°0

S" 2$"',c3Z.

c:>,ofJÇ

7°

lr

w_-L

7°

100 / .... ( 0 '1..

60

/1 /1..

d,'

~

('

~

Lt..-.d,--~hq,.lr1'p

JQM....tt.

wissJl<t4h.

I , Iy I '

'Y

!1, ..

dt

~J

ti:.

~<{3C~;'"

tiL

~

~dj

;",r1..dl

1k,<J~

k/tiL

Lfu,Jzi',"<4Al"-. dL

u...

(J«'c)

-uÁ<>rL/

tfkJ

D:/~dJt~~" ~

~~~#(2/u

...

j-e.--U~ kiLn,/L~IIa.d....~t}

~~~~/-<-<O~'

IJ

,Cqw(JkJL

-- ($1'111..

.

(Jf

~

,

~

I

il-.d.

&-....AA

~

-UN.L..!

-U 1k

t.Lj

(f1

Alf...

~

0."-.

da.-...f

-L... .

' A.uJL a.d....

AJ&e..Jkl

j)'/l':.A'1~ÁkJd---Jkx...,;/~~L...

1

.

J)<-~JkAJ~Ä~'s~

~~a4~/~

[~htJûuzJdJ

l'~r~.u:kC{AN4rlJd

(Uls-)

iD"d

I . I • k~

hl

I I

0,'~~

:

bo~

1-hro1

k

:

6~

?ctJJ~'J

:

I'I

Q~d;j~r

r~fUl.-~

:

±

gl(

C

1:::::.

I"t-.-k.

:

:l,

a.Á...

û

(·

~~

io..-...hr

:

('-{éJ~~

D:'~k ffX...Ll/~"-U'o-lJL: (b,<....~

n~~f-.ut..

U/~y.~~

:

(b~A-..-..

û:a..--t.-k

~

lu..,kLfwd.:

,z

P-t

~

HL/.u4tUi :

~L~~,fM

rLrrk~"-LI

:

t)'

!t-~f"1

)

1'-130 ~.:-f f3yO

, i

I

.

f~~~;rt~S.

."

I~~' ?

B

•

è-~:/ _. , . ' I+l# I to"

tw

I

_I

""

~~!.

. "..;

11

... t ... ,:

•

IJ

,'ol",'

11

_Ii

,. I

~.f~

,"

j

R

~b ' "

I

I~

IJ,

Mi

*IJ

11

fI:I:I:I; ~

','

I~

~(:, )-

PJ

•

" ,-t:·,

liD

I

I.t{

•

:(!

l7

lt .:, r.,'

_.

;,

..

, ~ t.

1

_~

:sl

•

~; ;i~ Ie

_~

. .'~

Bi

m

'~;; ~ ,:.~

(

I .;

•

11

I~

,

V

I . t

•

IW

~.

11

'

..

!M

lil

10

_[1

r- " _{:" !I}

•

'.,

, ,"i , ',~

•

(!)

8~

1,'0

l+tl:F

11

₁₁

!±Hl tttl±

•

0,

tdS

"0 iJ.

M

••

I .

.

1°, ~,"

. 0

mi

. -,' I , , . ,

.

~t la

J~ u; ~J

lti • 0 3~ (!J,

SLf

oSs

I

(!),&

b ₀₍₈

0,88

_0l

ig

6.19

~

(9,

q8

?,'

~1. (9,~ (9,l( _'1\ c:Jb

_o,J

f,

(!),

~ 0

û1g

I

(9,9

'l.. (!)Ir~ ~9'-( I!Jq -

_0,9

_~

_D,qq

_{~t ~'3} r

,

,

I S _l,bO

'1

₁ I

~,3 I r.>,t ~{

2'1

~,8

~,t /

z,v

,ÁH">

N.V. Drukkerij "Mercurius" Wormerveer

4 3 1p' D2 I

lil

j. I.,;:J D~ ---~ CP .

'

L:k·~fe.A

.'

~O~

(~

rk.

:

f,sO t-..-..

P"iL[

•

h"

Î1u~ ~

r

~f(./t.1L

~

:

:t 2.<)

Oe

D~

:I~

b. /

!L.--~k

1

~

~I

if77</L .'

b~

"-'

Q<.~f.v..-

lU~~

.'

(U,';f~

"D<~c-t

Vi...

~

h!

tM:1--.

cz11lb-UL:

bA

ÄA-ti

a.-

~a..d.

.'

~lvi

.I!rLd

Rekenvoorbeeld.

Hiervoor nemen we kolom 111, met condensor d en reboiler f. De kolom werkt bij

±

1 atm. Boveniien is de temperatuQr die van het kookpunt van zuiver dichloorethaan: 83,50C.

De temperatuur onderin is als volgt te benaderen:

interpoleren we de kookpunten van 1,2 dichloorethaan en

1,1,2 trichloorethaan lineair (x

k = 0,31) dan vinden we

1040C (hierbij zijn het tetrachloorethaan en de hoger kokende producten buiten beschouwing gelaten daar deze slechts in geringe hoeveelheden aanwezig zijn). Theoretisch zal deze temperatuur lager zijn daar de vloeistoft'ak in de T-x figuur

nooit recht is maar gewoonlijk benedenwaarts gebogen. In de practijk zal de temperatuur onderin de kolom echter weer hoger

zijn daar de kolom niet ideaal is en er dus een drukverval optreedt waardoor de druk onderin hoger is dan 1 atm. en dus de kooktemperatuur van het bodemproduct ook hoger dan die bij 1 atm. Hieruit volgt dat er niet veel nauwkeurigs van te

zeggen valt, maar dit is voor onze berekening ook niet zo ernstig. Men heeft deze temperatuur nl. alleen nodig voor de berekening van ~,

=

Dampspann~ng lichte component N . d

(~ DampspaBn~ng zware componeBt • u v~n en

we uit fig.3 voor X bij 84 C: 2,72 en bij 100 C: 2,60. Deze

waarden liggen niet ver uiteen. We gebruiken 2,70.

Hiermee berekenen we de y-x kromme m.b.v. de vergelijking

äfx

y

=

1 _ x-t«x • Zetten we dit uit in een grafiek dan kunnen we hiermee m.b.v. de methode van McCabe en Thiele het aantal

"theoretische schotels" bepalen. Hiervoor hebben we verder nog nodig: de terugvloeiverhouding R, de q-lijn, x_d en ~. Daar de voeding uit kokende vloeistof bestaat is q

= 1 dus de helling

van de q-lijn is verticaal. Bepalen we m.b.v. de q-lijn de minimale terugvloeiverhouding dan vinden we voor R min: 0,5. De optimale terugvloeiverhouding is gewoonlijk 1,3-5 maal de minimale. We kiezen R hier aan de hoge kant en sluiten ons

daarbij aan bij de literatuur (Litt.5) en kiezen R

=

2,71.

Met deze gegevens kunnen wij in het diagram aflezen dat er theoretisch 9 schotels benodigd zijn. Practisch nemen we er dan 12.

Berekenen we de diameter die de kolom zou hebben als

platen-kolom dan vinden we

±

40 cm. Dit is te weinig voor een derge-lijke kolom daar de platen dan niet voldoende klokjes zouden kunnen bevatten. We zouden n~ ' zeefplaten kunnen gebruiken,

maar liever richten wij ons tot de gepakte kolom. De berekening van de diameter gaat d~n als volgt:

M.b.v. R en de gegeven hoeveelheid destillaat vinden we voor de grootte van de stromen 13 en

14

resp. 1822 kg/h en 1330 kg/h of, daar wij de berekening uitvoeren in Engelse eenheden:

We voeren nu in de grootheden G en L, voorstellende de stromen

per oppervlak van de kolomdoorsnede. Er geldt dus

ft

=

t

.

Verder wordt nog gebruikt de grootheid

0

=

V

OPB

7

S

'

•

Er is nu

G G '

een empirische relatie tussen L ·

0

en

0,

met de maat van de

Raschigringen als parameter (Litt.15) .

In ons geval vinden wij zo, bij gebruik van 1" ringen (later zal blijken dat deze maat goed is, nl. minder dan 1/10 van de

kolomdiameter) voor

i :

850. Hieruit volgt de waarde voor G en uit

G~ =

F volgt de grootte, Vqn het oppervlak van de

eel?dlQ.~~

kolomdoorsnede. Hiervoor vinden we zm ~~,5 cm. Deze berekening

gold voor het gedeelte van de kolom dat zich boven de inlaat van de voeding bevindt. Daaronder wordt de vloeistofstroom: nl.

de som van stroom 14 en 10: de voeding wordt ingeleid als kokende vloeistof terwijl de dampstroom ongewijzigd blijft. Berekenen we wederom de diameter van de kolom dan vinden we

59,5 cm. We nemen nu voor onder zowel als boven 60 cm.

Berekening van de condensor d.

We vonden voor de dampstroom 13: 1822 kg/h

=

0,506 kg/sec. Om

deze te condenseren moet afgevoerd worden: 0,506 • 318 = 161 kW.

Gekoeld wordt met water van 20Ö C waarvan we de temperatuur laten oplopen tot 500C.

T log gemiddelJ

=

480C; U

=

600 J/m2 sec. °C.

A (het benodigde uitwisselende oppervlak) =

@.:T

= 5,58.

We kiezen pijpen van 25 x 32 mm (een gebruikelijke waarde) . Het

oppervlak per m pijp is hiervan: 0,0785 m2/m. Er is dus nodig

O:6~~5 =

±

80 m pijp. Een redelijke verhouding van diameter tot lengte van het apparaat verkrijgt men als men 80 pijpen van 1 m gebruikt. Het aantal passes berekenen we als volgt: er is nodig

1~~~~4

,

19

= 1,28 kg/sec. koelwater. Een goede snelheid

hiervoor i .v.m. een geschikt getal van Reynolds i .v.m. de

warmte-overdracht is voor pijpen 25 x 32: 600 l/h. Zo vinden

we dat er 8 pijpen per pass nodig zijn en dus 10 passes. Op eenvoudige wijze vinden we verder voor de diameter 65 cm.

Vervolgens kunnen we, indien we als dampsnelheid 11 m/sec. en als vloeistofsnelheid 3 m/sec. aannemen, m.b.v. de bekende stromen de diameters v~n de toe- en afvoerleidineen berekenen.

De berekening van de reboiler is in wezen vrijwel gelijk aan die van de condensor . Het vermogen van reboiler f is gelijk aan dat van condensor d, immers beschouwen we de kolom als geheel dan komt er kokende dichloorethaan binnen en komt er kokende

dichloorethaan uit (en een heel klein beetje hoger kokend

product, dat we in deze, eenvoudigheidshalve, ook maar als dichloorethaan beschouwen) . rjJW is dus eveneens 161 kW.

I

u

=

700 J/m2 sec. oe. We verhitten met condenserende stoom van

1300~~ condensatiewarmte hiervan is 519,2 kcal/kg.

6T ~)gemiddelde = 460e. Hieruit volgt voor A: 5 m2• Nemen we

weer pijpen van 25 x 32 dan is er

f

8

5

:c:=

±

70 m pijp nodig.

0,0 ' .

Dit wordt verdeeld over 70 pijpen van 1 m. Daar het een reboiler is, zijn er uiteraard geen passes. Voor de diameter vinden we dan 50 cm.

,

I

'

1

1.

f~d)M

M-t~

I

D;~teh-":"

AM

L

~J?c ~

1M I . ( {, 3 1. ( ) 3

3

{.J 3 '-I

6

_IJ

7("

_2/~

s-

IQ _{2 3,1}

r~~

(

~t ~

dt.~~jlvl~!~d.,d~ k~

i

of

k.

~~

I

~~

i

;"'..LL-

j,

..

/fwiUi,

A!~

UJk-atl./

rl..

fwwl;.

<Ja...

dL

!u~

~v:L~ k~

~

ó'fjW~.

r

~k

3

~

Jnn.

tX..:kt.I!h

tb-d)

~~

~

fJ.

r

t2..-.

L

cf

~

t

~

vfda.f

Al

~

IJ

k.~Yj

lO~!

Al~

~

l i l

LU

t r

0 v Q

~

f-f-·

?~r

1

~'

I:-:f~

f~f

6il~

~

'I

tJo

1)..

...

1;

1;

,,...

ófó7rV1-~k

" \ < ( / ' ~. #

r I •

..

.,

\ ~ITERATUURLIJST.

1) Goldstein, R.F., The petroleum chemical industry, 2e druk 2) 3) 4)

5)

6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) E. en F.N.Spon, London, 1958.

Sherwood, P.W., Pet.Proc., 7, 1809, (1952). Petroleum Refiner, 32 (11), 136, (1953).

B.P. 557720. D.A.S. 1112504.

Van Oss, J., Warenkennis en technologie 111, 6e druk, J.H.de Bussy, Afdam, 1957.

Winnacker-Küchler, Chemische Technologie 111, 2e druk, Carl Hanser Verlag, München, 1959.

Sherman, A., C.S., J.Chem.Phys., 4, 732, (1936). U.S.Pat. 1841279.

U.S.Pat. 1851970.

Chemische Revue,

2

,

71, (1960).

Hodgman, C.D., C.S., Handbook of Chemistry and Physics,

37e druk, Chemica1 rubber publishing Co., C1eveland 1955-1956.

Lando1t-Börnstein, 6e druk, Ju1ius Springer, Ber1in, 1960. Int.Crit.Tables, Ie druk, MacGraw-Hill Book Company, Inc.,

New York, 1926. .

15) Perry, J.H., Chemical Engineers' Handbook, 3e druk,

---- N , , , _, , I , _, , I , _, I I I , I , , , " 1 " , _, " , I , I I , _, I ---- ----[B--, CHLOOR 1. :

l\J

rv

'---:;rF-ETHEEN \ -: ---:...-=.-=--:..-=-:.-=.-/ spui freon ~ _____ -.j~

ili

---:

)

1

(t~~r:ko~,elwater

f -

----.f

~---o{ _____ ,h'--_ _ --'----ITJ-_---' , _{, ,} , , , , I "

,

SpUI "I -,- - --- -, hL--_-t----1 , I , , I, ,I

11

t--=-

koel water ''. I , r---~ , 11 1 ~ N ..-- - -____ c_ yl-+---I'K \ -. =.-':,.-:..-:.-=

-:.-:-:-:--r

I I , I , , '. '

\

-= =--=--:.--=-=--=----=-=2

r

r ;.,.. -:... -:.-=...:-_---=..--:....--:...::...-=.-- -I I' , I I I I' " , ' I

,

i

Tl

rest product 11 1 111 11 11 11

~

_: , stoom 1

"

"

koelw~ter !' - --:---=--:-~" "':.--:--:--:-:-:--: --11 DICHLOORETHAAN /3 ~ 1.2 D ICHLOORETHAAN L. BAKKER JANUARI.G3 SCHAAL 1-20 o 1M 2M ' - - - ' - - - '