Produktie van 1,1,1-tri-chloorethaan uit vinylchloride en chloor

(1)

•

Nr: 2628

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

,.R!.y

.... Q.~

.. P...c.lr.i.~.~.n?~n~

_______

~n_

....

G.!.M!.H .•. M~~$.t~r~

______ _

onderwerp:

Produktie van 1,1,1-tri-chloorethaan uit

vinylchloride en chloor

adres: Jordaensdreef 39 Oud-Beijerland

Paradijsstraat 41 Voorburg

opdrachtdatum : Feb .1985

verslagdatum

:

Juni 1985

(2)

I I I I I

•

• .

'

• .

'

•

2 3.1 3.2 4 5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8 9 11 12 -2-INHOUDS OPGA VE Samenvatting Konklusies en aanbevelingen Inleiding

uitgangspunten voor het ontwerp Kapaciteit

Jaarlijkse produktie en verbruik Fysische konstanten

Veiligheidsaspekten

Beschrijving van het proces Proceskondities Hydrochloreringsreaktor Fotochemische ch1oreringsreaktor Destillatiesektie Ammoniakkoeling Berekenïngen Massa en warmtebalans Apparatenlijsten en apparatenstromen Symbolenlijst Literatuuroverzicht Bijlage I : Hydroch1oreringsreaktor Bijlage 11: Ch1oreringsreaktor Bijlage 111: Destillatie-sektie Bijlage IV: Kostenbeschouwing bijlage V : Processchema blz. 3 4 5 6 6 6 7 8 11 14 14 15 16 17 18 22 27 37 39 40 43 52 56 6S

(3)

---;-c---~

•

• .

'

•

3.1 - 3 -SAMENVATTING

In dit verslag staat een fabrieksvoorontwerp beschre-ven voor de produktie van 1, 1, l-trichloorethaan uit vinylchloride en chloor (en een weinig hydrochloride) . Het ontwerp bevat een hydrochloreringsreaktor in de vonn van een bellenkolom waar hydrochloride aan vinylchloride wordt geaddeerd tot l,l-dichloorethaan. De produktstroom gaat via een destilatiesektie, die bestaat uit een

'light-ends' en een 'produkt-' kolom, naar een gasfase chloreringsreaktor. Hier wordt het l,l-dichloorethaan met chloor fotochemisch omgezet in l,l,l-trichloorethaan

~neen beetje l,1,2-trichloorethaan) en hydrochloride. De produktstroom van deze reaktor wordt in de destillatie-sektie opnieuw gezuiverd zodanig dat onderuit de produkt-kolom een stroom 1, 1, l-trichloorethaan van 36 222 ton per jaar, met een zuiverheid van 99,2%, komt.

De hele fabriek is doorgerekend met Process, een compu-tersimulatieprogramma, met uitzondering van de chlorerings-reaktor die met behulp van een zelf ontworpen

reken-programma op een HP-4l pocketcomputer is uitgerekend. ui t een kostenbeschouwing is gekomen dat de pay Out Time 18 maanden, de Return On Investment 28,3% en de

Internal Rate of Return ongeveer :), 3094 bedroeg.

L':e t otale invest eringen, minus werkkapitaal, worden op 23, 9 mi ljoen dollar geschat.

Aan de hand van de ruwe schatt ingen ui t de kosten -beschoU\'ling, kan men konkluderen dat de bouw van deze fabriek lonend zou kunnen ~ijn.

(4)

•

-4-3. 2 KONKLUSIES EN AANBEVELINGEN

l t Zowel technisch als ekonomisch is het hier beschreven proces haalbaar. uit de kostenbeschouwing volgt daar er veel winst met deze fabriek kan worden gemaakt, als het produkt l,l,l-tri-chloorethaan verkocht kan worden.

2) Op grond van berekeningen lijkt het heel goed mogelijk om de hydrochloreringsreaktor als bellenkolom uit te voeren, hoewel in de literatuur (lit.3,lit.4) uit wordt gegaan van een geroerde tank. Het lijkt daarom zinnig om het berekende experimenteel te kontroleren.

3) Thermodynamische gegevens konden niet gevonden worden. Aangenomen is da2rom dat de vloeistof zich ideaal gedraagt. De gasfase is beschreven met de methode van Peng-Robinson.

Onderz oek 7. al moeten uitwij 7·en of deze aannamen gerechtvaar-digd zijn.

4) In het hier beschreven proces wordt vrijwel alle gepro-duceerde energie afgevoerd via koehvater, dat tot 600C wordt

opgewarmd. \-Jellicht kan dit nog in andere

fabrieke

~

p

de site gebruikt worden, waardoor de energiekosten iets gedrukt. kunnen worden.

(5)

•

-5-INLEIDING

Het hier gepresenteerde fabrieksvoorontwerp beschrijft een proces voor de industriële synthese van l , l , l t r i -chloorethaan, uitgaande van chlooretheen (vinylchloride) en chloor.

Methylchloroform, zoals l,l,l-trichloorethaan ook wel

wordt genoemd, is een goed ontvettingsmiddel en tevens het oplosmiddel van correktielakken zoals Tipex. Het is een kleurloze, onaangenaam ruikende vloeistof bij kamer-temperatuur, die vrijwel onbrandbaur is.

Hoewel de stof op zich vrij duur is wordt het toch veel toegepast omdat het voor de mens één van de minst schade-lijke gechloreerde koolwaterstoffen is.

De wereldmarkt bedroeg in 1981 ongeveer 500.000 ton. Dit

werd voornamelijk in de U.S.A. en Japan geproduceerd. Er zijn in feite slechts twee processen in gebruik om l,l,l-trichloorethaan te produceren. Het eerste proces voorziet in ongeveer 10% van de wereldmarkt (lit.1) .

Het gaat uit van 1,2-dichloorethaan dat, in de vloeistof-fase in een geroerde tankreaktor, met chloor omgezet

wordt in 1,1,2-trichloorethaan, waarbij tevens een

equimolaire hoeveelheid zoutzuur wordt gevormd. Het 1, 1,2-trichloorethaan wordt vervolgens met een sterke loog

oplossing praktisch volledig omgezet in l ,l-dichlooretheen.

Hierbij wordt tevens het chloridezout gevormd van het kation in de hydroxide oplossing. Het l,l-dichlooretheen

waar op zich een markt voor is, Hordt dan in de vloeistof-fase met een Friedel - Crafts katalysator als FeCl

3 of AlC13 gehydrochloreerd t ot l,l,l-trichloorethaan.

Een nadeel van deze route is de zoutvorming in de tweede stap, het is echter een belangrijke route voor de produktie

van l , l-dichlooretheen.

De meest gebruikte route voor de produktie van l , l,l-tri

-chloor ethaan, wordt in dit verslag beschreven. De belang-rijkste voordelen zijn dat er (theoretisch) geen verliezen var. ~hloor en vinylchloride, de uitgangsstoffen, optreden. Chloor en vinylchloride zijn tevens eenvoudig en goedkoop

(6)

•

5 I

!

.

•

'\ IJ

•

• I

•

,-- 0

-UITGANGSPUNTEN VOOR HET ONTWERP

Er wordt uitgegaan van een produktie van ca. 36.000 ton per jaar. Dit resultaat moet behaald worden in 350 dagen volkontinu bedrijf.

in de onderstaande tabel is een overzicht gegeven van de benodigde en geproduceerde stromen.

klasse

produkt

\ _naam _._{bij zonderheden} ~oeveelheid ( ton/jaar) 1, 1, l-trichl.- 99.2% zuiver ethaan 36 222 uitgangs::--.::--= _' .. vinylchloride stoffen 1:0 zuiver mogelij ~3K 17 349 chloor hydrochloride p=505 kpa ,,0 ~er mogelijI .--'T=333 K p=lOl kPa

-m

z~er mogelij Y=313 K

I

_____ ~ p=505 kPa

~---~---hulpstof katalysator

19 388

59,42

2,15

afvoerstroom purgestroom samenst. (w %)

utilities l,l-dichl.eth.

I

I 87,0

L

j 1,1,1-trî~h~.etr".195,71 I VinY1Chldde

i

I,'

--+-1

- - - '

koelwater 881 062 stoom (10 bar) 39 203 tabel 5.1 stroomgegevens

(7)

! I

• ;

I

.

I I

•

• I

.

• I

I

\

-7-In onderstaande tabel wordt een opsomming gegeven van de gebruikte fysische konstanten. Deze zijn allen af-~ komstig uit de database van het gebruikte rekenprogram-ma Process. vinyl-chloride mol wt. 62,499 nor. kookP3(K) 259,450

f>

(kg/ m ) 918,0':)2 Tk (K) 425,150 Pk (kPa) 5106,781 Vk (cc/gmol) 179,000 acentr.fakt. 0,164 H (KJ/mol) 23,000 Gvorm·(KJ/mol)39351 vorm. ' 1,1,2-tri-chl.eth. mol wt 133,400 nor.kookp. (K 386,960

P

(kg/m3 ) 1447,020 Tk (K) 612,000 Pk (kPa) 4833,203 Vk (cc/ mol) \268,400 acentr.fakt. 0,223 H (KJ/mol)-145,539 Gvorm{KJ/mol)_83 437 vorm.

r'

hydro- 1,1-dichl. chloride ethaan 36,461 98,960 188,120 330,430 854,066 1180,588 324,550 523,150 8257,988 5066,250 87,000 \ 240,000 1 0,126 , 0,252 -92,317 ! -130,132 -95,308

I

-73,332 ammonia chloor 17,031 70,906 239,750 239,050 617,600 1421,062 405,550 416,950 11297,734 7710,832 72,470 124,000 0,252 0,076 - 45,947 0,000 -16, 452 0, 000 tabel 5.2

stofkonstanten .

1,1,1-tri-chl.eth. I 133,.405 347,250 1345,038 545,150 4296,180 286,000

I

_,_-142,3380,216

I

-76,241 I

(8)

F

•

. '. C'. -I 5.4

•

• I

•

• '

.

•

-8-In de onderstaande tabel wordt een overzicht gegeven

~kn de gevaren van de diverse _in het proces aanwezige stoffen. (lit. 2) • chloorgas vinylchloride hydrochloride l,l-dichloorethaan l,l,l-trichloorethaan 1, 1, 2-trichloorethaan aluminiumchloride ammoniakgas MAC-waarde explosiegrens (ppm) (vol% in lucht) 1

--1 4-29 1 --200 5-16 I 200 I

--10

---

--25 16-25 tabel 5.3 MAC-waarden en explosiegrenzen van de in het proces aanwezige

stoffen.

De produktstroom l,l,l-trichloorethaan bevat een mol--4

fraktie l,l,2-trichloorethaan gelijk aan 4,29-10 , dit is meer dan de wettel ijk t oegestane hoeveelheid van 45 ml/m3•

l , l , l -Trichloorethaan mag absoluut niet i n aanraking

komen met water of metallisch aluminium. Er ons t aan dan ontledingsprodukten die gi ftig of korrosief kunnen zijn.

Dit probleem kan gedeelt elijk ondervangen ,vorden door

stabili satoren, zoals ethanol, ether ,dioxaan e .d. , toe te voegen aan het produkt. Ook moet voorkomen worden dat water het proces binnenkomt. Afhankelijk van de kwaliteit ve.n de geleverde grondstoffen zullen deze daarom ,vellicht

een met molzeven gepakte kolom moeten passeren voor ze de reaktoren in kunnen.

Er i s in het hier beschreven proces geen rekening

(9)

•

"

•

( 1

•

-9-zal in de fabriek een spui aangebracht moeten worden, bijvoorbeeld na de chloreringsreaktor om ophopingen van verontreinigingen te voorkomen.

De katalysator aluminium(III)-chloride is zeer korrosief en daarom moeten alle leidingen en apparaten gemaakt zijn van of bekleed zijn met korrosiebestendig materiaal. De overige leidingen en apparaten kunnen worden uitgevoerd in roestvrijstaal, waterstofchloride-gas is uitsluitend

~

(10)

•

_: 1 / 1 __

•

• -_.' ...

-

---

-....

-.--.----~·--i

.

@

--

lr'~~

0)

.

····

--V

=

5~=

.

~~Q;3)

--~--

-.

_

-

W

.-~

~

m

@

--

---.cI

I<

~--

G;_

-~

}_

@

i

I

~

J

_.

_~@

:

> { I

@~@

V~

· ,

I

,J

--I

~

_

~

Tn-

-

_r-

t:,-

'7

_

@ _ I

r

,m

_

tP-

~

7

__

~

?I

_,

.

_{___}

_.

_JiD

_--

I

_I

y'

I

r:

20 \ ~ T12 1

Î

;

T

-.,

I

y-1:

p

L

)L

• (

4l>

t

I

17 : _,

~~

, , ~spui 1,1,1-t"rich1oor -ethaan

•

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

~

hV

,

I

~Vîf

' J I I

h"

~

27

?

-I : hV . I . I

I

I hV r J: ~ @~

EENVOUDIGE 'rEKENING VAN DE FABRIEK VOOR DE PRODUKTIE VAN 1,1, 1-TRICHLOORETHAAN

(11)

•

6

•

-11-BESCHRIJVING VAN HET PROCES

Het proces bestaat uit twee reaktoren die gebruik maken van dezelfde zuiveringssektie.

In de hydrochloreringsreaktor wordt vinylchloride met hydrochloridegas omgezet in l,l-dichloorethaan. Hier-voor wordt een bellenkolom gebruikt, met het produkt 1, l-dichloorethaan als oplosmiddel voor de tvlee reak-tanten en de katalysator.

De reaktor wordt bedreven bij 505 kPa en 40oC. Onder deze omstandigheden zijn vinylchloride en hydrochloride allebei een gas. De gassen worden onderin de reaktor ingebracht. In zeer korte tijd lossen de gassen op in l,l-dichloorethaön, het is daördoor noodzakelijk om voor een goede menging te zorgen om te grote koncentra-tiegradiënten tegen te gaan.

De reaktie zelf vindt plaats in de vloeistoffase met aluminium(III)chloride als katalysator. De bij de reaktie

vrijkomende reaktiewarmte wordt afgevoerd via het

ammoniak - koelsysteem, dat eveneens in de fabriek is opgenomen. Er is geko7.en voor ammoniak als koelmiddel omdat deze stof ongeveer dezelfde veiligheidseisen stelt a,-n de fabriek als die toch al nodig -'z-.iJn voor de

reaktanten.

Aan de zijkant van het bel lenvat wordt een vloeisto

f-stroom afgetapt. Deze vloeist ofstroom wordt na voor

-verN"armen,bi j 303 kPa, t ot ongeveer 10'10 ingedampt. Het

verdampte gas bestaat voorname lijk uit 1, l-dichloorethaan

en kleine hoeveelheden vinylchloride en hydrochlor ide

die niet gereageerd hebben. Eventueel opgehoopt gas uit

de bellenkolom wordt na flashen aan dit gas toegevoegd.

Het zo verkregen gas wordt gemengd met een gekondenseerde

produktstroom uit de chloreringsreaktor,die voornamelijk

uit l , l-dichloorethaan en 1, I , l-trichloorethaan bestaat.

Deze gas-vloeistofstroom wordt naar de eerste destila

(12)

•

1

I

·

•

• I

.

I

\

.

I

\

•

1 .

I

•

-12-Het konsentraat van de indamper wordt gesplitst in twee stromen met een verhouding 95:5. De grootste stroom

wordt \veer op druk gebracht en naar de hydrochlorerings-reaktor terug gevoerd. De kleine stroom is een spui-stroom die naar een opslagvat gaat en later naar een op-werking. Deze spuistroom is noodzakelijk om katalysator-verversing mogelijk te maken. Tevens wordt voorkomen

dat zich vervuilingen( oligomeren van vinylchloride e.d.) in de reaktor gaan ophopen. Verse katalysator zal

da2rom regelmatig toegevoegd moeten worden a~~:n de reaktor. De gasstroom en het kondensaat uit de chloreringsreaktor \vordt in de eerste destilat iekolom, de zogenaamde 'light-ends' kolom, gescheiden in een stroom, voornamelijk

bestaande uit vinylchloride en hydrochloride. Dit gas-mengsel wordt na kompressie teruggebracht in de hydro-chl oreringsreaktor. De tweede stroom bevat deze stoffen niet meer. Deze tweede stroom wordt naar de tweede des-tilatiekolom gebracht, de produktkolom. In deze kolom vindt scheiding plaats van l,l-dichloorethaan en 1,1,1-trichloorethaan. De kolom is zo ontworpen dat onderin een produktstroom de kolom verlaat met een zuiverheid van 99,2 wlo en dat bovenin de kolom de hoeveelheid

l,l,l-trichloorethaan kleiner is dan O,5w%. Het t opgas bestaande uit l ,l-dichloorethaan, wordt in druk verlaagd tot 101 kPa en naar de chloreringsreaktor gestuurd.

In de chloreringsreakt or vindt een fotochemi sche gasfase chlorering plaats van l ,l-dichloorethaan. Er wordt hoofdzakelijk l , l , l-trichloorethaan gevormd, maar

ook een kleine hoeveelheid l , l, 2-trichloorethaan en er wordt hydrochloride gas gevormd.

Behalve fotochemisch kan de chlorering ook thermisch of katalytisch plaatsvinden, maar dan is de selektiviteit naar 1, 1, l-trichloorethaón aanmerkelijk lager. Bovendien is de verbranding van l , l-dichloorethaan meestal rela-tief hoog door de hoge temperaturen die bij deze chlo -reringen optreden.

(13)

•

-13

-daarom i s gekozen voor een reaktor met afwisselend chloreringszones en koelzones.

Om geen problemen in de hydrochloreringsreaktor te krijgen moet praktisch al het chloor omgezet worden. De verhouding l,l-dichloorethaan/chloor moet daarom ook groter dan één gekozen worden.

Het produkten mengsel van de reaktor bestaan voorname-lijk uit l,l-dichloorethaan,l,l,l-trichloorethaan,

hydrochloride en een kleine hoeveelheid 1,1,2-trichloor-ethaan. Dit mengsel wordt partieel gekondenseerd met behulp van ammoniak, waarna het kondensaat zoals al eerder vermeld naar de zuiveringssektie gaat om l,l-di-chloorethaan en l,l,l-trichloorethaan te scheiden. Het niet gekondenseerde deel bestaat voornamelijk uit

hydrochloride en l,l-dichloorethaan. Dit gas wordt met een kompressor op druk gebracht en in de hydrochlorerings-reaktor gevoerd. Er wordt zo in vrijwel al het benodigde hydrochloride voor de hydrochlorering voorzien.

De ammoniak koellus wordt behalve voor het koelen van de hydrochloreringsreaktor en de kondensatie van de produktstroom van de chloreringsreaktor ook gebruikt als koelvloeistof in de kondensor van de 'light-ends'-kolom.

Het algemene idee van deze procesvoering is afkomstig uit octrooi l iteratuur (lit.3, l it .4, li t .5), maar hierin zijn wel enkele wezenlijke veranderingen in aangebracht, die een naar ons inzicht logischere procesvoering

(14)

•

7 7.1

•

-14-PROCESKONDITIES

De hydrochloreringsreaktor kan volgens de literatuur (lit.3,lit.4) het beste bedreven worden op een druk van

· 0 0

170 tot 620 kpa en een temperatuur van 35 C tot 9S C. Als optimum temperatuurgebied wordt 3SoC tot 400C

aanbe-o

volen. Er is geko7en voor een temperatuur van 40 C en een druk van SOS kPa. Deze druk ligt in het optimale drukgebied en bovendien is deze druk een mooie uitgangs-druk om de processtromen naar de andere onderdelen te van de fabriek te kunnen sturen, omdat deze steeds op een lagere druk werken.

De reakt ie die in deze bellenkolom optreedt is AIC1

3 H

2C=CHCl + HCI ) CH3-CHC12

Het produkt l,l-dichloorethaan dient gelijk als oplos-middel voor de reaktanten en de katalysator.

Als katalysator kan vrijwel elke Friedel-Crafts kataly-sator gebruikt worden, maar meestal wordt aluminium(III)-chloride of ijzer(III)aluminium(III)-chloride gebruikt. In de literatuur is alleen een artikel te vinden over de kinetiek van de met aluminium(III) chloride gekatalyseerde reaktie (lit.6).

De maximale oplosbaarheid van aluminium(III)chloride in l,l-dichloorethaan i s ongeveer 0, 015 mol/ l (lit.G).

Om geen neerslagen te krijgen is gekozen voor een koncentratie van 0, 010 mol/I .

De reaktie verloopt selektief naar l,l~dichloorethaan,

er wordt geen l,2-dichloorethaan gevormd (lit .7) . Wel

treedt bij deze reaktieomstandigheden oligomerisatie van een zeer klein gedeelte van het vinylchloride op. Om

ophoping van deze polymeren te voorkomen, moet er een

spui aangebracht worden, waarmee gelijk oude katalysator afgevoerd kan worden.

De koeling van de reaktor geschiedt door middel van een koellus buiten de reaktor om. Voor deze oplossing is gekozen omdat het' benodigde oppervlak van de ' . .Jarmte

(15)

•

7.2

•

i !

•

-15-Fotoçhemische reakties zijn dikwijls sterk exotherm,

'~

gevoerd moeten worden. Als deze reaktiewarmte niet wordt afgevoerd, treden nevenreakties

of en. verkolen de reaktanten, vooral boven de 250oC. Bij

de gas fase fotochlorering van l,l-dichloorethaan neemt bij oplopende temperatuur de reaktie naar 1,1,2-dichloor-ethaan toe.

Om de temperatuur nu in bedwang te houden wordt een

reaktor gebruikt die afwisselend belichtingszones en

koe17ones bezit. In de koelzones worden buizen gehangen

van roestvrijstaal die gekoeld worden met water.

Het aantal belichtings- en koelzones i s afhankelijk van

de procesvoering en kan variëren van ~ t ot 20 (1i t . 5) .

De hier gebruikte reaktor bezit vijf bel ichtingszones

en vier koelzones. Het koelwater gaat aan het einde van

de reaktor naar binnen en komt er opgewarmd aan het begin

weeruit. Er is dus ~~n koelwaterstroom die door al de

koelsekties loopt. De koelbuizen staan loodrecht op de

richting van de gasstroom~

De verhouding van het oppervlak van de warmtelNisselaar

tot het volume van de belichtingszone kan variëren van

300 tot 1500 m2/ m3.

De beli cht ingszone kan van glas of kwarts gemaakt worden.

als l ichtbron kan gebruik gemaakt worden van fluorescen

-t iebuizen of kl:Jiklampen, die golf lengten van 250 en 450 nm. moet en uit zenden om het chloormolekuul te kunnen spli tsen. Een veel gebruikte lichtbron is de Philips TL- 5 l 20W (l it .8) .

Om een goede omzetting van chloor te verkrijgen kan gewerkt worden met tot vijf-maal overmaat l , l-dichloo r-ethaan (lit.5), bij de hier beschreven reaktor is een 100% overmaatgebruikt,waardoor de chlooromzetting

99, 9-)% bedroeg.

De druk in de reaktor is van weinig belang en is atmosferisch gehouden. In de reaktor zullen echter wel

(16)

I

!

.

I ,

•

• o

.

•

• -16-fl

drukverschillen aanwezig zlJn door de grote

temperatuurs-l~

verschillen die optreden.

. De reaktor temperatuur moet boven _,. óOoc gehouden Vlorden om kondensatie van l,l-dichloorethaan te voorkomen.

Deg~ootte van de belichtingszones neemt toe naarmate

de reaktie verder is verlopen. Dit is gedaan om de tempera-tuur in het begin van de reaktie niet te hoog te laten oplopen. Aan het einde van de reaktor zijn de belich-tingszones groter om vrij'Nel al het chloor te kunnen omzetten, de chloorkoncentratie is daar al zo laag dat de temperatuur niet erg meer stijgt tijdens de belichting.

In bij lage.rL staan gas en watertemperaturen van de ver-schillende koel-en reaktiezones opgeschreven.

7.3 De destilatiesektie

De druk in de beide destilatietorens is 303 kPa gekozen. Deze verhoogde druk zorgt ervoor dat het kookpunt van

de ' l ight-ends', vinylchloride en hydrochloride, hoger komt te liggen, hetgeen voordelen biedt bij de kondensatie in

de eerst e t oren. Bovendien is het kookpuntsverschi l

tussen l , l-dichloorethaon en l,l , l-trichloorethaan groter

dan bi j 101 kPa, zodat er minder schotels nodig zi jn om

dezelfde scheiding van de komponenten te krijgen in de bJeede toren.

Verhitting in de reboilers geschiedt met stoom (1010 kPa)

tenrij 1 kondensatie in de produktkolom geschiedt met koelwater. De kondensor van de 'light-ends' -kolom wordt

gekoeld met verdampende ammoniak, omdat de temperatuur

t e laag ligt om koelwater te gebruiken.

(17)

• _7.4

•

-17-In de ammoniak koellus. vindt warmtewisseling met het proces plaats bij een druk van 101 kPa. Bij deze druk is de temperatuur van de kokende ammoniak -330C, zodat er een groot temperatuursverschil is tussen koelmiddel en processtroom, waardoor het oppervlak in de warmte-wisselaars klein kan blijven.

De opgenomen energie wordt afgevoerd door het ammoniak-gas op 2500 kpa te brengen waardoor de temperatuur stijgt

o

tot 190 C • De warmte wordt met behulp van koehlater in een w~rmtewisselaar afgevoerd en de ammoniak conden-seerd, waarna het na terugbrengën op 101 kPa weer als koelmiddel kan worden gebruikt.

(18)

•

• '

.

I

•

• :

.

!

•

- - - --18

-2

.

2 _____

~eEe~egi~g~n_ 7.5.1 Berekening destillatiekolommen

. .

.

. .

.

. .

.

. .

. . .

.

. .

.

. . .

. .

.

De twee destillatiekolommen zijn beide met behulp van

~~rocess Rigorous Distillation'doorgerekend. Dit computer-programma maakt gebruik van de LelrlÏs-Matheson berekening, hetgeen inhoudt dat voor iedere schotel komponentbalansen, enthalpiebalansen, faseevenwichtsrelaties en bubble-point relaties worden doorgerekend, (lit.9). Via een benaderings-methode wordt vervolgens geprobeerd deze balansen en

relaties kloppend te krijgen. Om dit programma toe te passen moet een nauwkeurige schatting worden gemaakt van het aantal schotels, de vo~dingsschotel en de reflux-verhouding. De duty van de kondensor en de reboiler

worden door het programma gebruikt als variabelen om de opgegeven scheiding te bewerkstelligen.

Om schattingen te verkrijgen van de eerder genoemde kolomparameters werd gebruik gemaakt van het eveneens

in Process aanwezig zijnde' Shortcut Distillation' -programma. Dit programma maakt gebruik van:

- De Fenske-Underwood relatie voor de bepaling van het minimum aant al schotels bij t otale reflux,

- De Undenvood of Colburn methode om de minimale reflux t e bepalen,

- De Gilliland korrelatie voor het aant al trappen versus

de refluxverhouding,

- De Kirkbride methode voor de bepali ng van de voedings

-schotel.

Het Shortcut programma gebruikt als benadering dat de

relatieve vluchtigheden over de hele kolom konstant zi jn.

Voor het aantal schotels werd 1,5 maal het minimum

~

-aantal schotels genomen omdat dat

geadvis~erd

wordt

(~

'

-als ekonomisch meest rendabel voor kleine aantal schotels (0- 40) •

De schotelafmetingen van de kolommen kunnen eveneens

met Process berekend worden. Het programma gebruikt

hierbij de berekeningsmethode zoals vermeld wordt in

de ver#ijzingen (lit.lO, l i t. ll) .

(19)

•

-19-7.5.2 Berekeningen van pompen en kompressoren

.

. .

.

. .

.

. . .

.

. .

. . .

.

. . .

.

. . . .

.

. .

7.5.2.1 Pompen

Het pompvermogen werd met Process uitgerekend. Het

Process programma maakt gebruik van de volgende formule:

P

=

Q • _m t:J. _p·100

(7.1)

P= pompvermogen (k~'-l)

bP=

drukverschil over de pomp(kPa)

Q = massastroom (kgis)

[f= dichtheid (kg/m )

t

= pomprendement (-)

Voor het pomprendement werd 100% genomen, omdat dit

toch niet essentieel is voor het doorrekenen van het

proces.

De temperatuurstijgingen van de vloeistofstromen worden berekend uit de enthalpietoename van de vloeistofstroom, deze enthalpietoename is gelijk aan het pompvermogen.

7.5.2.2

_{. . .}

_.

.

_.

.

_.

Kompressoren

_.

.

_.

.

_.

Ook de kompressoren IrTerden met Process doorgerekend. De

verandering van de specifieke enthalpie van het gas

bestaat bij kompressie uit bTee komponenten. De eerste

is de toename door isentropische drukverhoging en de

t weede is een isobare toename ,",,,elke volgt uit de

adiaba-tische efficientie van de pomp (gesteld op 1,0) . Het

vermogen van de kompressor is nu het produkt van de

specifieke enthalpieverandering en de massastroom van

7

het medium. Process berekent ook de temperatuurstijging van de gasstroom met behulp van een flash-berekenig.

(20)

•

-20-7.5.3

_.

. . .

_.

.

_{. . .}

. .

_.

.

_{. . .}

Berekening van de warmtewisselaars

. . .

_.

.

_{. .}

.

_{. .}

.

_.

.

_{. . .}

.

_{. .}

.

_.

. . . .

_.

. .

De warmtewisselaars zijn ook met Process doorgerekend. Het aanwe7ige programma kan al naar gelang de invoerge-gevens de benodigde koelstromen,het benodigde

warmte-uitwisselend oppervlak of de temperaturen van de uitgaande stromen berekenen.

De warmteoverdrachtsgegevens zijn uit (lit.12) gehaald. Hierin staön enkele minimum warmteoverdrachtskoëfficiënten

voor kondenserende gas stromen en verdampende organische vloeistoffen. Deze minimumwaarden zijn aangehouden bij de berekeningen. In werkelijkheid kunnen deze getallen dus gunstiger uitvallen.

Voor opwarmende

2

u= 1080 kJ/hr K m U=21;SO kJ/hr K m2

of kondenserende warmtewisselaars werd aangenomen en voor de verdamper werd aangenomen.

7.5.4 Berekening van de kleppen

. . .

.

. . . .

.

. . .

.

. . .

.

. . .

. .

.

. . .

.

. .

Druk reducerende kleppen werden eveneens doorgerekend met Process. Enthalpieveranderingen worden dan met behulp van een flash-berekening bepaald, waardoor de temperatuur en de fase van de produkstroom ook vast

(21)

r

- -

-

---

-•

I

•

• \

.

\ I

• I

-21-7.5.5 Berekening van de reaktoren

.

. . .

.

. .

.

. .

.

. . .

. .

.

. . .

.

. .

.

. . .

.

7.5.5.1 Berekening van de hydrochloreringsreaktor

.

. .

.

. .

. . . .

.

. .

.

De hydrochloreringsreaktor is ingebouwd in het grote

Process simulatieprogramma. In dit programma worden alleen de massa- en de enthalpiebalansen doorgerekend aan de hand van een opgegeven konversie van de ingaande stromen en de temperatuur van de , isotherm bedreven, reaktor. De

dimen-sionering ,die niet geprogrammeerd is, staat beschreven in

bij lage I.

Aangezien voor dit systeem geen thermodynamische gegevens

gevonden konden worden, is na overleg aangenomen dat de

vloeistoffase zich bij deze temperatuur vrijwel ideaal

gedraagt. Voor de gasfase is gebruik gemaakt van de methode

van Peng-Robinson, omdat deze de gasfase van organische

stoffen bij deze temperatuur en druk, goed beschrijfd.

7.5.5.2 Berekening van de fotochloreringsreaktor

De fotochloreringsLeaktor is met behulp van een programma

geschreven voor een HP-41 pocketcomputer doorgerekend.

Het programma gaat uit van een ideale gasfase waarin

de reakties optreden volgens de kinetiek die beschreven

is door Emig et al. (lit.13).

De reaktor bestaat uit vijf chloreringssekties en vier

(22)

• -

-22-

_---,

Voor-

~

IN

_waarts

~

.

Massa-en

Retour

UIT

i

Warmtebalans

tv1

Q

M

_M

_Q

I

Q

• .

"

.

•

.. 0 , .64028 191,472

ro

. \" CJ

.

2

.

H 925,504 / r e

~

<.4è) Ö 1,80~~9 SC;O,08 r

•

, R27

.

fL.,O _-" ~ 3,140 ,:. /

r

..,

3,140 9S1,S28 ~,4411 ~15, 528

•

l'H _, _J

@

V

®;>

>

5 2,3,,54 16(,8, 52~ _2,3₆₅₄ 2267,1') .

• J§:l

...

_, 1,9104 47,80r_, 0,5307

f

170, 05b

•

duty= C 28, h67 2

-.

_----

_.

' .

•

U,-:JJ(J/

@

141,39 _'_.

r.r

I ~

~V

_-) X 0,0327 11, 417 E

• I

R ~

I

r--- ₅₆₃₅

~J~

'0'

b-

5 2, 778 0,0019ó J,667

_\2)

,/ Rl

•

1198,778 E 0,5737

(41

,

A / K 0,1230 15,028

@-

_" T

®

, 19,444 870,444

•

. / 0 19, 444 \-294,111 " , _..::".!J

,,

1'

_____ -;. R i i

I

-'~G=O

,

5561

r~61f1'

---_

.-@)

1-.. _ - - -

,

l b3 1"2)'0 1

•

(23)

...

i-

r--.

\2J

I 1 , . -

,.v

; ... I j , I , ) ~'''' ~ .. ' .. ~ . I

.l

_,₁ I· - _. f - - - f - --- - -

'

- _

..

-I

.

_r

_i

I , puty= , ₇ ~ I ₇₈_{, 111} _,/ i i I

.@

i-

.

_J., 2'·19 I I ,I; ,. 141 361 :. I~ li I _V J ~; Ul:.V= :e,1553

h

13: 233 stoom ... 8

_-

0, 1553 / ' . / -(l, lL~4

?'-

~-V

I

,i 1 _J_5,778 , J 1, 132~ j 4 "38, 80i~) 1

_,

_

_-

I

~

I

_, ;

,

l fo'1 Il , Il _i _I

@

I1 ₃_, ₀₄₂₈ _.1.8_-_'.·_, ₉₄₄ I)

.

I v "-L'>.. - - - -Ir -

_i

.

Ij

-

I S I R !:

I

f -I;

'1\

Il

I

1, 9104

"

48,11 11 I

I

r----

j I---' I 1 _F

I

,

-

~

I I IJ

I

, 6 ll., 9104 17, 20 _: ! ~

I

!

I

f-

forK -I C, 3(,)5 , _~ !l_

L~

-

.t" L /. ,f--- - I I T "-/ ' 0, 00ó47 0,778 T

@

E

-

CD

r

.,, 1LJJ '..::), I r ,- j ,'./ , \V I

t---:

~

_.

I.J ~.\rcrl<:=

~

0, 1230 15,028 I Q, ,:-:;~28 ₉ "-'; _- ~--.---_.- ---_.

__

. - - - - _ .. - ""-.-/ /~_ .... ._-_._- -- - -"- - - --!; i f - - -- .. - - -.... ~._--_ .. -I 'j -_. .. __ _ I --- ---- .. - ---- ---_ ... _._---- r-' ... -. -- ..

!

-- -___ "_I. ____

-

î-

--

---·-

.. ·

'

.

,

--I'

I I j

(24)

•

• ~

19,444 " 3

'~)

5

4

2

504,944

•

870 444 NH 3 ~---,

®

_~ /

@

, , ./ P 3

T

-..,

11 (3~

t1

(J)

; en _... 12 r.f:--.,. f-, 11'

I

t

_@

@,

.6.'J

(

--

I

2, 3-'54·2

•

2267, 1ó 0, 0327 10, 528 '- - ---+--;-.'.:-r, ,fTl.~. '-

=

r

_.

_-

_{---_}

_.

'0, 05516

•

0, 889 -- t -u'cy= 110,719 -' stoom

>-

_n'0'

I

J.8 i

I

!

CG

, _ ..J I i Y/~ _! I I _'" _'\

I

'--' 15 ,

1 '

®

i I

I

i---/ n

j

"

13 . -/ ,~,~ >-.. -""'-. r \ ! >Ol .:. " ••• ,I" ..! I I ~ 2, 3~)54~ 1669,528 /"

i?-

~9,444 -294,111 , I 2, 36542 2483,917 ~ r 11, 417 ~ 0, 0327 1 r - - -- -\ 0,05516

j

-'0_ -

-

--

-r

-

--

-f---

---- - - r -- --- \--

_

.-

.

-

...

'-- . . --- I

(25)

---~~---~--- --_._--.... , .-r.' , , ' ~

i

._

I ' 3,0101 1 -I , . ' 370,361 i- - - -, - t - -_ - - - t - - - + I _ _

'

;

_

;

~

_

. - -

'

1 _

_

1-___ _ _

• I

-I

1 -I

--t---t---I

14fS,223 l---jl---~----t

•

-1,8029 708,55

@

\ / T 17 tI 17 + ,J - H 37 20 V A V

E

~

/i\ H

I

--~ .. ~, ',... " ---~-~---'i6,223 _1698,036duty= ~---+---t---( ~---I_ 1, 8029 i560,083

-/ auty-48,467 1 1,086

I

.

_

19~

1

1, 086 ~---~---~ 2190, 09~r-____ ~~s~t=o~o=m ____ ~,,~ . ; 1 2073 154,417 I---~I---~-~--_t I I l---~r---+---~

I

-1

-

-11, 231 :---~I---+---_t

•

i2,36542 2483, 91~ I -I

~{~

~~~

J L

r-

-[

-

_

.

-

.

-

--

-

,--

-

-~

~~-;O

-2

~

-11 , _ l. 23 water

c

\.. 1, 2C73 25, 611 duty= .., 1, 231 128,808

-~---i r---------- -t---- - - -r- - - i ~---I 1--- ---

-

--

-

---

-l-

-1--- -- - - - -l--- _ _ .

(26)

-•

28,987

•

107, 35

•

-- --- - - - -- -- - -_.-- --L.,36~42 3539 00 water 2,3ö542 504.9444 N' • • 24647,8

_<1E

Ma

s

sa in kg/s

W

armte

i

n

kW

... ~.-.-

-®

H ... 22 , /

@

,j V A L V E

Qi)

, ' ,

-Tota

al

- - -" 28,987 r

.

2,36542 ..., / ~ 1LJ7, 35

Fabri

eks vooront

werp

,

,-, . I -,

·

i duty= ~034,05

I

i i

:

I

! I I , 504, 944

1

l

~

1

,I i

I

I Q

I

•

- I

I

·

I I I I I I , , 1~64J, 1

(27)

-27-9

•

1

Apparaat No: C 2 P 6 P 9 C 15 C 26 !

Benaming, kompressor pomp recycle kompressor kompressor

1

HCl-gas pomp 1ight-ends kocl

-•

_type _r_e_c_ycle _systeem

I

te verpompen gas uit vloeistof recycle recyclegas

chlorerings- uit vloeistof uit ammoniak

•

meàium reaktor V5 hydroch_téak• K 1

Capaciteit in _0,531 _1,910 ₀_,123 _0,0327 _2,123 kg/s

•

Dichtheià _2,_n₈₈₁ _1275,35 ₁₀₉₀_, ₄₄ _9,121₆ ₀_,₈₇₆₆ ~ in kg/m"

•

Zuif-/persdruk in bar(abs.) 1

.I

5 1 / 3' 3

I

5 3

I

5 1

I

25 temp. in oe 20

I

40 20 I 22,02 95,7./ 95,8 9,4/ 44,31 -33, 35./

/

/ i:1 uit ₁₈₉_,29

•

Vermogen in kW ₄₉_,₁₂_/ _Ij_,

_"

_-1

_Ir'

_'-'_I ₃ ₀_,_02/0_, ₀₂ ₀_,₈₈_/0_,₈₈ _l₈_S5_,₃₁_/ theor./ prakt. - 28, 69 1055,31

•

Speciaal te ge monel bruiken mat. aantal serie/ parallel

•

(28)

-28

-Annaratenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

-~~---•

Apparaat No: _{H 4} _{H 7} _HI0 _{H 13} _{H 18}

I

_,

l

Benaming, f

reaktor- voorver- koeler reboiler kondensor ,

type koeler warmer spuistroom liC]ht-ends light-end s

•

:

Medium voeding water

1

vloeistof ammoniakl

pijpen-/ ammoniakl verclamper/ Kl/ _{gas fase}

_I

reaktie- kondensor spui

stOOJTI Kl

,

mantelzijde mengsel vloeistof

•

l Capaci t.f:i t, uitgewi~selde 11(-)4, 6 78,1 0, 63 110,7 216,8 -warmte -in kW.

•

Warmtewisselend oppevl. in m 2 92,32 11,10 0,050 2,29 10,12

A _{a_},..,+ -_._{"a.1 paral_el}se-,..t el

1 1 1 1 1

•

Abs. druk in bar ₁

_/

₅ ₅

₁

₃ ₁

1

3 3

1

10 1

_/

3

•

pijpen-

_/

mantelzijde temp. in

_/

uit -33, 35 40 / I 87 15

/

40 99,7

/

100, -33, 35 i:r.

°c

pijpzijde

--

-

- - - -

-- - -_.

---4" u / -11,9' 95.5 95

_/

20 l80, 5

I

77,0/9,4

!

mantelzijde

•

Sneciaal te ge- i

i

b!'uiken mat. [-Jonel ~lcm:;l ~-!one 1 i

I I

•

i ! :

•

• l

(29)

I

i

.

-29-Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen --~---

---•

_{Apparaat No:} _{H 19} _H20 _{H 22} _{H 23}

H 24

Benaming, reboi1er kondensor Koeler koeler kondensor

proc1ukt- produkt- amrnoniak- produkt- h1orerings

-type kolom kolom recycle stroorri reaktor

•

Medium

stoom

_/

\..Jater

_/

wat er

_/

water/ ammoniak!

pijpen-/ pr odukt- gasfase

~mmoniakgas 1, 1, l-t ri- gas R27

f

mantelzijde stroom Kl chloorethaar

•

CapacitE;:it, uitgewi"8selde 2190,1 1619,9 3034,1 128,8 597,6 I I - i i warmte in kW.

•

i \rIarmtewisselend _54,97 ₇₂_,₉₅ _128,28 8,36 26,96 2 oppevl. in m

•

Aan tal

p

af~

r

t~

{

1 1 1 1 1

I

Abs. druk in bar ₁₀

_/

₃ ₁ _,I ₃

,

/ 25 1

_/

3 1

_/

1 -"

•

pijpen-

_/

mantelzijde temp. in

_/

uit ir: or, _180,5 ₁₅ _/ ₄₀ 1 r- , ,I 40 15

_/

40 - 33, 35 ~~

I

pijpzijde I

•

- '- -'--- '

_

._

-

- -

_I

mar.telzijde ₁₁₄_,₁₈_/11_4,_l_E₁₉₅_, ₅₂ _/ ₉₅_, ₄₁ _i

_w'

_29/-_;") _n ₁₁₄_, ₃ _/' ₂₀_,_,_~

.5".3/ 2n,:j : . j " ~ '- , '.' Sne-::iaal te

ge-I

bruiken mat. _i

•

(30)

•

-30-Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

---•

Apparaat No: _1-< ₁ _T ₁₂ _T ₁₇ _R ₂₇ _V ₈

hydrochlo- light-ends produkt ~hlorerings verdamper

Benaming, rerings- destillatie destillatie reaktor

reaktor kolom kolom

(fotochemisc ~) type -'

•

Abs. druk in bar 5 3 3 1 3

•

_{temp. in oe} _<'.1_~₎ 36,95 Inhoud in m3 _11,4

•

Diam. in m 0,61 1,372 1 of h in m

_

.

Vul} i.ng: :I(

geen schotels-aant. ₇ 35

•

vaste pakking katalysator- _Fee1 3 type

• -

,

_-

vorm op)~q~I1l-!-ç1ç1~.l .. 1, 1-6ichloo ethaan

...

. . .

. .

.

..

.

..

.

•

Speciaal te

ge-bruiken mat. monel

•

aantal serie/pa:::-allel

•

(31)

---~~---

-~--,---"

.

-31

-•

Apparaat No: 5 V V 11 gas/ vloei .... topslagvat

Benaming, stof purgestroom

type scheider

•

Abs .' druk in bar 1 5

•

_{temp. in oe} ~"\ (" 20 .!.. ... ) -Inhoud in m3 16, 27 Li.12

Diam. in m ( 1 maal per

ma'_lnd

•

1 Df h in m legen) Vullinpr:

*

schotels-aant. vaste pakking

katalysator-•

type

-

, ,

_-

vorm

· ....

.

...

.

· ...

.

....

•

· ...

..

...

Speciaal te g e-bruiken mat.

•

aantal 1 1 ser ie/ paTallel

•

(32)

Af>Qaraatstroom

1 2 3 4 5

, Compo

'

nenten

a

_Cl.

Q.

a.

u

I

M

vinylchloride 0, 0128 Ij, 5 t~.3 7

hydr ochloride 0, 3710 0, 3191 O, O()19G

l, l -dichl .eth. 0,1207 0, 1189 1 1 l-rtichl. etr

o

0929 r', 0927 1, 1 2-trichl. etr 8.0 10-

6

[:3 0 10--- 6 am.rnoniak chloor I j 1

Totaal:

0, 5G~~5 lS2, Y", ':1, 5307 1.41, 39 O, OO19G " ,,1.), ',') ' ''0 7 n,5GJ7 ,oi:, ïP ---

~-~-Apparaatstoom

!) ï 8 9 10 I I

f

Componenten

M

a.

M

a.

M

U

M

a.

M

a.

I ! vinylchloride 0, eH 50 O, ()158 hydr ochloride J 3191 (~ , C) (~l (l :J _CJ_,_OD6fJ r"l, () 11 c; 1, l- dichl. eth. n, 1189 1, 1'3l4 1, 131'± , ", ~1I ~" ',.1 n~? .-, 1, 1 l-trichl.etr

o

0927 :j I JS·}

_o

₁₀₈_" _{I 11"'}_f' (. r:: 1 ? l n-S - , 1 1 2-trich1 e'th 8 0 ' J 0- , 1 2 1 n-:> S 1 ' (; ammoniak chloor -"-'

Totaal:

0, 5::' ~17 17 é1 , (), 1., 2619 - 29i₁_,₁₁ 1, 2;', _,₁₉ 87':, /1/. 1

,

q .,; 1 - (. \ ,~1 , /1 r] , B 1, - - - -- ---- --- - - ---- - - - --- - - -- - - . . __ . __

...

__ .~_.

__

. f'

~ i

;

~ ~~

.A.

~~

•

" ,

i>troom.Comjjoeenten etaat

•

(33)

,-~ . ~':-::.~.::-:'::'--::-:-: -~'::-.

__

.~---A

ppar'o{]

t

st-

oom

1 oL 1 _~ 12 13 1,1 _"tCi

,

Camp o·n en te n

_M

_Q

_M

_a.

_M

_Cl.

_M

_a.

_M

_Q vinvlchloride 0, 0002 _C: ₀₁₅₈ n ()1C;~ f----~----hydrcr: ~l.l or ide 0, 00,;) 0, 00',0 0, 3310 1, 0119

1,1-di.c111 .ethaan 0, 107:) 1, 1314- 1,1.314 n,899;L r::, 'iW12

l , l , l-trickl.eth .0, ClS7 0, J.U8: 0, lOOf, 1,2105 1, 1178

L 1. 2-trichL eth 4,3 l06 1 2

,

1 r, ,..} • => 1,2 10"'5 ") 2 1 -LI • , J _ u 5, 1 lC <; ammoni.:::k ("'h 1 (J0 r

Totaal:

₀_,1₂₃₁ 1'J, r)3 _1,2_61.9 f)3, 2:: 1, 26J9 1 t1' ., ~ " I .l., ,.'U ~~ , il (~ 1. tl1.5, C,? 1 , ~)lr; 41,B1

APparaatstoom

J, 17 18 19 2n

, Componenten

M

Cl

M

a.

M

Cl

M

a.

M

a.

vinylchloride 0, ()l56 (),UCl2 tl,OlS.

hydrochloride 0, 00'-·;) 0,0179 1, l-àichl. eth. 1, ,Jl~-;9 u, 11 27 1,7989 IJ, ',')S··· 0 ,Î'flS6 1, 1, l-trichl.etr 0, ;)921 () 1 fJ 16 5 1.,209Cj : " ~ '; ",~. : 8

'

I

:

IJ () ( .' Q 1, 1, 2-trichl.etr 7 Cl ' ,-', 0 _ ij. I _' ,L -,,' 5, 2 10 ammoniak chloor ! ..

. :-=

=

f

:

..

~. ~~~=:

:

~~~

:

:~

:

=

.

~~~

:

..

; .,

Totaa l:

_{L 1}₃₂ ₄₃₈_, ₈₁ U J.29iÎ 15,78 3, D1J ~)::'~" , 911 _0, ₀₀₆₄ .', 77~J. I " , rî ("I .... , é. ,'\ "I , - ,

" .

~

in kg/s

(\ ; ._. l.: U.I

e

_

•

.stroorrWComp~lenten ~taat

•

(34)

A

pparaa

tstroom

22 24- 25 2', 30

f

Compo

'

nenten

_M

a

_M

a.

_M

_0.

_M

a.

_M

Q vinylchloride O, n()27 ;), '-1l29 ₀_, ₀₁₂₉ hydrochloride O, nl79 0, 0179 1, l- dichl,eth. 1,797.1. C,()Î)lO 0, 0018 1 J l r xichl eth 1 ?!),?7 D (J0!)1

o

0001 1 1 2 +-r;r-hl pr_h

o

()n.~)S rimm(")n; rik 2,3654 chloor

Totaal:

3, C111"', 1 T ), 36 ] ,0]27 11, 42 0,O~),27 _lU_,_S_J ₂_, ₃₆₅₄ 2 2 -,~, lï - - - _ 1..-.--- -- -- -- - -

-A DParaatstoom

31 32 35 36 37

, Componenten

M

U

M

Q

_M

_Q

_M

_U

_M

Q vlny J (:n Lor lae n, f'rf) 2-; hydroc~, lor ide l , l -dichl.eth. 0, :10897 1, 79(~ ~ l , l , l - t richl.eth 1, 1978 (1,(J12?' 1,1,2-trichl.eth 0 , 0 005 arnmoni2k 2,3654 2, 3654

_-

2, 3654 chloor , . ] I

Totaal:

2,3654 SC<·, 94 2, 3654 504, 94 1, 207 J.5.1,1-.2

_2;

₃₆₅₄ ~::·:~9, (ln 1 , :-; ,-; .~. ₇_0:'_,_:;_\)

.

_M

_in

_kg/s

•

• e

_!

(").

_, _Ir,

.

_k

'.

_._~'-

),

e

.stroorrWCompqf)enten ..,taat •

•

• _•

(35)

-ApparaatsTroom

, Compo

'

nenten

viny lch1orlde'

hyàroch1oride 1, 1-c.ich1. eth. 1, 1, l-t r ich1. eth 1,1, 2Tt r ich1.eth ammoniak ch1ccr

Totaal:

APparaatstroom

, Componenten

vinylchloride

hydr cch10ride 1, l-öichl. eth. 1, 1, 1-t r ich1.eth 1,1, 2-t rich1.eth ammoniak chloor

Totaal:

M

in

kg/s

~

.

in k \AI • 38

M

a

2,3.65<1 2,3654 L~19, 35 L~ 3

M

Cl

, 0, 64(:~i l~' 1 . /~·7

o

C)4;~;3 ₁₉₁ ₄₇

• _•

39 .~ r; ₄₁ _i:₂

M

Cl

M

0. M

0-

M

Cl

' 0, 0027 n, 33L' 1,79(B () , LH! 0 Cl n,0<?9J. 0, 0122 1, 1.9'/,) 1., 21"5 I c, G(1~)5 'i, r)\'li5 2.3654 2,3654 ÎL1~~ 0" ₁_,_8tll ₆₆_~)_, _n8 _l_, ₂_~_J7 _?

r"

'

₁ _~_'_,₍₁_,;_I, _q₁_S_/ _::'l i ... . '" ~_., . - ' .)

...

-'

,

.

M

a.

M

Cl

M

a.

M

a.

I

I i

I

i I - -'- - - - -~~.,

_

..... i;troom.Compo~enten

jtaat

_•

.... _ ... _ . . . ;ta.A.L..1-• • ~_.4l,~~~ .• •• " ••• _.M • • • • ~. _ M . • • . . _ _

•

(36)

•

• I

•

10 -36 -KO:3TE ~ BESCH om-·1 ING

Er is een kostenbeschomving gemaakt voor de fabriek (zie bijlage

Dr).

Hieruit blijkt dat de investeringen in de orde van 23,9 miljoen dollar liggen, waarbij

een werkkapitaal van ca. 1,5 miljoén dollar vereist is. De grondstof- en utilitykosten bedragen ca.15,09 miljoen dollar per jaar, tewijl de loonkosten op ongeveer 0,74 miljoen dollar per jaar geschat worden.

De verwachte inkomsten uit verkopen bedragen ca. 32,35 miljoen dollar per jaar. De pay-out-time is op grond hiervan ongeveer 18 maanden, hetgeen redelijk is voor een fabriek.

Het Ireturn on investment'-percentage is 28,3% hetgeen tamelijk hoog is, terwijl de 'internal rate of return I zelfs 0,3094 bedraagt.

Als de fabriek gebouwd is biedt ziJ werk aan ongeveer 40 mensen.

(37)

•

• I

•

11 c

c*

C I Cf iD l dO f Ft F p F m g HT Ó r IRR I B IH I L IW IF k k 1 -37-Symbolenlijst 2

=

oppervlak van de reaktor (m )

=

specifieke warmtekapaciteit bij konstante druk (J/mo1K)

=

koncentratie (kg/m3) 3

=

verzadigingskoncentratie (kg/ m )

=

EPE-index

=

comp1exity-factor 2

=

diffusiekoëfficiënt in de vloeistof (m Is)

=

gat-grootte van de gasinlaat (m)

=

cost-line index

=

temperatuur faktor

=

druk faktor

=

materiaal faktor

2

=

versnell ing van de zwaartekracht (m/ s )

=

reaktie-enthalpie bij T Kelvin (J/mol)

=

Internal Rate of Return

=

investering in proceseenheden

=

investering in hulpmateriaal

=

investering in niet tastbare zaken

=

werkkapitaal

=

IH+I_B

=

fixed-capital

=

reaktiesnelheidskonstante (mr);f{mo12h)

=

stofoverdracht skoëfficiënt (m/ s)

m

=

aantal manuren per t on produkt

n

=

aant al koelbui ?en

N

=

aant al funkti onele groepen

p

=

druk (kPa)

,~p

=

drukverschil over pomp (kPa)

P = pornpvermogen (k~'/)

POT = pay OUt T ione (j aar)

r

a

(-r )

A

=

straal van de gasbel in de vloeistof (m)

=

straêl van de gasbel vlak na ver laten van sparger (m)

=

omzettingssnelheid van stof A (mol/m3s)

ROI

=

return on investment (%)

t

=

tijd (s)

T

U

=

temperatuur (K OF °C)

(38)

•

i

.

'

.

• -•

-I

I

-I I I

I

-I

I

-•

V t = z =

t

=

~

=

-'.J ₌ ~ -°v = Om =

[1, IJ

= -38-belstijgsnelheid (miS) X

I

L = dimensieloze lengte (-) pomprendement (-) dichtheid (kg/m ) 3 konversie (-) grensvlakspanning (Nim) verblijf tijd (s) volumedebiet (m 3

Is)

massadebiet (kgis)

(39)

I

'

.

•

12 -39-literatuuroverzicht

(l)=Chemische Technologie, 4.Aufl.,bd6, 17,Carl Hanser

Verlag, München (1982) (2)=Chemiekaarten 3e editie, (1984)

(3)=United States Patent 3886 221,May 27, 1975

(4) =United States Patent 3 903 183,Sept 2, 1975 (5) =Offenlegungsschrift 2 232899 1. Feb, 1973

(6)=1.Y.Mokrousova,R.M.Flid,Y.A.Treger,K~n.en.Catal., 16,60, (1975)

(7) =1. Zeenderste, _{A. I. Tulleners ,H. I.}_~'ljaterman,

Rec. Trav. Chim. ,

Pays-bas,~,715, ₍₁₉₃₄₎

(8) =Brevet d':Invention _{Belgique 751 604 8 Dec. 1970}

(9)=Process _Reference _Manual,_S_imulation_Sciences

(1984)

(10)=Bal1ast Tray _{Design Manual,Bu1.no.4900,3 rded.,}

G1itsch 1nc.,Da11as Texas

(ll)=B.P.Smith,Design of Equilibrium stage Processes,H15,

Mc Graw-hi11 (1963)

(12)=V.D.1.W_{ärmeatlas,Dusseldorf,VD1-Verlag (1977)}

(13)=G.Emig,U.Hoffmann,~1.Ruppert,

Chem.Eng.Sci.,34,6,801, (1979) (14)=R.Higbie,Trans.A.1.Ch.E.,1l,365, (1935)

(15)=F.J.Z_{uiderweg,ko11egediktaat Fysische}_{Scheidingsmethoden,}

!,

172, (1980)

(16_{)=C.M.v.d.B1eek,A.W.Gerritsen,Basic Reactor Eng.Prob1.etc,}

VSSD Delft, (1983)

(17)=R.C.Reid,J.M.Prausnitz,T.K.She~Nood,The

Properties of gasses

and liquids i 3rded. McGraw-~-:i11, New York, ₍₁₉₇₇₎

(18)=E.B.Smith, Basic Ch_{emical Thermodyn.,3 rded.,Clarendon}_Press,

Oxford (1982)

(19)=A.G.Montfo₀_{rt.kollegediktaat}_D_{e Chem.Fabriek}

dl11,

T . H. De 1 ft, (1981) (20) =EPE,~, 259, (L-,77)

(21)=Chem.Mark.Re?~,!,44, (1985)

(22)=A.G.Montfoort,F.A.M_{eijer,A.v.d.Ham,Handleiding} Fabrieksvoor-on'c-,','erp,'r .H.De1ft, (1984)

(40)

•

• I

•

-40-BIJLAGE I

Als reaktor voor de hydrochloreringsreaktor werd een bellenkolom gekozen. Het grote voordeel is dat er geen roenverk in aanwezig hoeft te zijn (dus geen bewegende delen) .

Hieronder volgt de berekening van de kolom.

Er is aangenomen dat de koncentraties overal in de kolom gelijk zijn aan de gemiddelde waarden zoals die door Process worden uitgerekend voor de uitgaande

reaktorstroom. Dit is uiteraard niet juist, onderin de reaktor zijn namelijk de druk en de temperatuur hoger dan bovenin de reaktor. Wat dit betekenf voor het koncentratieverloop in de reaktor is moeilijk te voor-spellen en zou aan de hand van proeven moeten worden

nagegaan.

Het benodigde reaktorvolume is als volgt te bepalen:

d [1, I-dij

= d t

k •

[vcJ .

~CIJ

.

~lCIJ

( 13-1)

6

Bij 400C is k=720 m /kmo12h (lit.ó), de katalysator-koncentratie werd op 0,01 kmol/m3 gekozen en uit bere-keningen met Process volgt voor de andere koncentraties

[

vcJ

=0, 2384 kmol/m3 en

~c~

=0,1547 kmol/ m3• uit 13-1 volgt nu dat er per uur en per kubieke meter reaktor-volume 0,2654 kmol l,l-dichloorethaan gevormd wordt.

Per uur moet echter 32,875 kmol gevormd worden 70dat het

reaktorvolume 123,9 m3 dient te zijn.

Het t otaal ingevoerde gasvolume is 1,0358 10-3 m3/ s ,

-4 3/ _d

waarvan 6,3883 10 m s vinylchloride en 3,9697 10

-m3/s hydrochloride-gas.

De maksimale oplosbaarheid bij 400C en 505 kPa in

3

l,l-dichloorethaan van vinylchloride is 283,2 kg/ m en

van hydrochloride 19,0 kg/m3 :(di t is bepaald met een

(41)

•

-41-uit een massabalans over een bel in de reaktor volgt: dr

- jJ

.A • -

=

k ' A • ( e~

- e )

g d t 1 (13-2)

3

fg= gasdichtheid (kg/m )

A = oppervlak van de bel (m2)

r = belstraal (m)

kl=stofoverdrachtskoëfficiënt (mis)

e*= ver7adigingskoncentratie (kg/m3)

e = werkelijke koncentratie (kg/m3)

Higbie (lit.14) geeft voor de berekening van een k l

1

2

0 _JD _I k l

=

Vrr .

~

0 v t (13-3) ID_l= vloeistoffase diffusiekoëff. (m2/s) v t = belstijgsnelheid (mis)

Substitutie van (13-3) in (13-2) geeft na integratie

r

-;

-

-.

-

rc .

.?

2 t = \' / 9. JD • v .

~

e* -e ) 2 1 t I (r_o~f- ; -

r\~ )

0 (13-4)

Omdat preciese gegevens voor Dl en v

t niet gevonden

konden worden zijn hiervoor schattingen gemaakt. Deze

• • TM In - 9 2

₁

0 25

I

ZlJn Lil':::::' Ui m s en v

t

=

,

m So

Het vinylchloride lost vele malen sneller op dan het

hydrochloride, zodat we b-Jee zones in de reaktor kunnen

onderscheiden. Een zone waarin vinylchloride oplost en

een weinig hydrochloride en een zone ~Naar het overgeble-ven hydrochloride oplost (de belletjes bevatten dan geen vinylchloride meer) .

Beginnen we met een beldiameter van 0,5 cm. dan zal aan

het einde van zone één het belvolume met ongeveer 61,7%

zijn afgenomen (het percentage vinylchloride is 61,7%),

oftewel de beldiameter zal zijn afgenomen tot 0,363 cm •.

De benodigde tijd om in 70ne één al het vinylchloride op te lossen is te berekenen met formule 13-4.