De bereiding van tetra-aethyllood: 2e gedeelte: bereiding van aethylchloride

; .1 I \ , ' " J i

1

₃ :>

l'

J.

BEREIDING VAN ~~ErrRA-AETRYLLOOD. Formule:

2e Gedeelte: Bereiding van Aethylchloride. Inleiding.

Tetra-aethyllood wordt voornamelijk gebruikt als "anti-klop-middelll _{voor verhoging van het octaangetal van benzine voor}

explosiemotoren.

Het wordt, gemengd met aethyleendibromide (vaak ook met

aethyleendichloride) en een kleurstof aan de benzine toegevoegd. Deze halogeenderivaten dienen om het lood tijdens de verbranding als vluchtige verbinding uit de cylinders te verwijderen.

-fZ..

Voor elk atoom lood zijn hiervoor nodig minste~~twee halogeen-atomen.

De hoeveelheid tetra-aethyllood, welke wordt toegevoegd varieert' en is afhankelijk van het octaangetal va."n de benzine en het

gebruik (motorbenzine, vliegtuigbenzine enz).

Voor normale motorbenzine wordt ca~ 1,9-2,2 cc. T.E.L. per gallon gebruikt, voor vliegtuigb~nzirie meer.

Tetra-aethyllood is, vooral in de .laatste j aren', een uiterst

belangrijk product. Het wordt in grote hoeveelheden geproduceerd. Ca. 88% van de Amerika~nse benzine bv. bevat tetra-aethylloàd. 'De productie is bijna geheel geconcentreerd in de U~S.A. en

wel in twee grote fabrieken, nl., één te Deepwater, New Yersey (E.I. du Pont de Nemours

&

Co.,) en één te Baton Rouge,Louisiana (Ethyl Corpó!ation). Deze laatste is in 1948 in bedrij~ gesteld en heeft een zeer grote capaciteit.

".

..

,..~

De productie is de laatste jaren sterk opgevoerd, De wereldproductie bedroeg

in 1943 ca. 1 00.000 ton per jaar in 1950 ca • 160.000 ton per jaar in 1952 ca. 200.000 ton per jaar

II Bereiding van Tetra-aethyllood.

1 Als technische bereiding wordt alleen de aethyleringsreactie van lood-natrium alliage met aethylchloride toegepast:

4 NaFb

+

_{4 C2H5CL} - ? Pb (C 2H

5) 4 -r 3 Pb of- 4 Nael,

Daartoe wordt een bepaalde hoeveelheid lood gesmolten en samen gebracht met gesmolten natrium in een reactievat.

( 9 dln. lood op 1 dl. natrium).

De warmte, die bij deze menging optreedt wordt afgevoerd ~

met vloeibaar dowtherm.

Na stolling en verdere afkoeling van het alliage, wordt dit gemalen in een speciaal daarvoor geconstrueerde molen.

Het gemalen product wordt dan met behulp van een transportabele hopper met weeginrichting vervoerd naar de verschillende

aethyleringsautoclaven.

Het gehele proces (smelten van natrium, mengen, malen en tranporteren) geschiedt onder stikstof atmosfeer.

In de aethyleringsautoclaaf een horizontale autoclaaf met zwaar uit~evoerde roerders) wordt de benodigde hoeveelheid aethylchloride langzaam toegevoegd. ( 56% overmaat, berekend op de theoreti sche hoeveelheid). (.)

De temperatuur van de'reactie wordt geregeld door verdamping van aethylchloride, condensatie en terug voeren van het

con 3 con

-densaat. Daartoe wordt een bepaalde druk aangehouden. (2.) Een gedeelte van het aethylchloride wordt tijdens de reactie omgezet in niet-condenseerbare gassen: C₂H₄, C₂H₆ en C_4H10 Om te voorkomen dat de druk tijdens de reactie oploopt, is een volkomen automatische regeling aangebracht.

Blijft de druk nl. ondanks sterker koelen van de condensor en de autoclaaf toch stijgen, dan wordt een gedeelte van de gassen afgevoerd.

De totale duur van de reactie bedraagt 4 uur. Het rendement, berekend op de hoeveelheid natrium is 87,8

%.

Na beeindiging van de reactie en afdestilleren van de overmaat aethylchloride, wordt de druk afgelaten.

Het reactiemengsel wordt na toevoeging van een dtspergéermiddel (Turks-roodolie) aan een stoomdestillatie onderworpen.

Het zo verkregen tetra-aethyllood bevat nog onzuiverheden, voornamelijk organische bismuth-verbindingen, welke vrij instabiel zijn en aan de lucht ontleden.

Deze onzuiverheden worden verwijderd door doorblazen van lucht en filtratie.

Na wassen met water en afscheiden daarvan is het tetra-aethyl-lood geschikt voor het gebruik in anti-klopmengsels.

2 Enkele physische gegevens.

Tetra-aethyllood is een kleurloze vloeistof met dl~:.= 1 ;65.24 ,}

Het is zeer giftig en vormt explosieve mengsels met lucht. Onder sterk verminderde druk is het te destilleren.

3

Veronderstelde productie.

Verondersteld is een productie van 10.000 ton tetra-aethyllood per jaar, dit is,. aannemende voor 300 effectieve werkdagen, 33.333 kg. per dag.

Aantal autoclaven : 9

Elke autoclaaf kan 6 ladingen per da.g verwerken.

De hoeveelheid tetra-aethyllood, geproduceerd per autoclaaf per lading bedraagt dus 617 kg.

Hiervoor is nodig _{. .} 875 kg. aethylchloride, waarvan 2g6 kg. terug gewonnen wordt.

De totaal benodigde hoeveelheid aethylchloride per dag bedraagt dus: 54 x ( 875-296)

=

31.266 kg.

Dit is per uur: 13Q3 kg.

Als proce~oor de bereiding

yan

aethylchloride is hier de photochemische chlorering van aethaan in de vloeibare phase toegepast.

111 Bereiding van aethylchloride.

1. De bereiding van aethylchloride geschiedt, in tegenstelling tot de hiervoor besproken fabricage van tetra-aethyllood,

continu.

De belangri j l(ste technische processen zijn

a)

de additie van zoutzuur aan aetheen

b) de reactie van aethyla;tcohol met zoutzuur c) de chlorering van aethaan

Daarnaast zijn nog enkele andere methoden, welke weinig of geen toepassing gevonden hebben, bv. de splitsing van diaethylaether

,.

5

met behulp van katalysatoren in de gasfase (3) of rn de vloei-bare phase (4), de behandeling vanaethaan met een chloorover-drager zoals SbCl

5, sulfurychloride, nitrosylchloride enz. ad a : De additie van zoutzuur aan aethaan is op het ogenblik nog het proces, dat het meest toegepast wordt.

De reactie kan zowel in de gasphase als in de vloeistofphase uitgevoerd worden; de temperatuur, waarbij de reactie wordt uitgevoerd Ran varieren van _50 C tot 550 C, de druk van 1 tot

9 atm.

Als katalysator wordt veelal~gebruikt AlCl

3, soms ook FeCl3, H

2S04, ZnCl2 enz.

De reactie in de vloeibare phase wordt wel het meest toegepast; de katalysator wordt daartoe opgelost of gesuspendeerd in een vloeibare, vrij hoog kokende halogeenverbinding zoals propyleen-chloride, 1.1.2 trichlooraethaan, sym. tetrachlooraethaan enz. Dit mengsel laat men contin~ door de reactor circuleren

aetheen en zoutzuur worden gasvormig toegev.oerd. (s)

Het gevormde aethylchloride wordt doorevenwichtsdestillatie ("flash-destillatie") continu uit het reactiemengsel afgevoerd

. De additie-reactie is sterk exotherm; bij zeer lage tempera-turen kan, onder invloed van een katalysat'or (AlCl

3) een zeer hoog rendement bereikt worden bij een zeer grote space velocity.

(6 )

Bij hogere temperatuur evenwel daalt het rendement, voornamelijk door polymerisatiereacties van aetbaan.

ad b: De reactie van aethylalcohol met zoutzuur heeft in het verleden grote betekenis gehad, nu echter niet meer daar de hoge prijs van aethylalcohol het proces onrendabel maakt. Wel is het in de tweede wereldoorlog in Duitsland toegepast. Als katalysator wordt gebruikt ZnC1

2. De reactie geschiedt in de vloeibare phase; de gassen borrelen door een sterk gecon-centreerde waterige oplossing van de katalysator ( het zg. "Frei-proces").

Ook kan de reactie in de gaspha~e uitgevoerd worden en wel in een 10 ~ 12 m. lange buis van tantaal, waarbij H₂S0

4 als katalysator gebruikt wordt.

(7)

ad c: De chlorering van aethaan kan op

3

manieren geschieden:

1) thermisch 2) k at al yt i sc h

3) photochemisch

Het proces verloopt via vrije radicalen. De 'splitsing van chloor : C1₂ ~ 2 Cl wordt bevorderd èloor hoge temperatuur

(300-l_{WO °C), door bepaalde metaalchloriden , zóals cuprichloride}

veelal op puimstten (8), AlC1

3

-FeC1

3

-NaCl

(9),

kool enz. en

door bestraling met U.V.-licht.

De thermische chlorering, welke in de gasphase verloopt heert het nadeel, dat veel hoger gechloreerde producten ontstaan. Wel is polysubstitutie tegen te gaan door de concentratie van het chloor in aethaan sterk te verminderen (10).

Een ander nadeel zijn de pyrolyse-verschijnselen, welke kunnen optreden en waarbij vooral aetheen en vinylchloride ontstaan. Goede tem'peratuurcontrö~e is dus noodzakelijk om het proces

' .

.r' ... \

7

-volkomen in de hand te houàen.

Door te werken bij hogere druk en de,reactiegassen voor te verwarmen, kan men de reactietijd aanmerkelijk bekorten, waar-door ook de vorming van btjproducten vermindeL't .. (11).

Een thermisch proces bij atmosferische druk met behulp van een koolkatalysator is o.a. in Duitsland toegepast tijdens de

tweede wereldoorlog. (12).

Wegens de vorming van geringe hoeveelheden onverzadigde chloor-verbindingen (voornamelijk vinylchloride) is het noodzakelijk het ruwe aethylchloride nog aan een tweede chlorering te

onderwerpen.

Dit alles m8akt het thermisch proces veel minder aantrekkelijk dan het photochemische.

De photochemische chloréring kan zowel in de gasphase als in de vloeibare phase worden uitgevoerd.

Dit laatste heeft het voordeel dat de temperatuur gemakkelijk in de hand gehouden kan worden, zodat pyrolyse vermeden kan worden.

Als lichtbron gebruikt DIen kwiklampen met een stralingsgebied van 3000-4000 °A (13).

Door de concentratie van het chloor in aethaan voldoende te verlagen (bv. 1 mol Cl2 : 8 mol C₂H

6) kan het rendement zeer hoog opgevoerd worden. Als bijproduct ontstaat dan practisch.'

alleen 1.1 dichlooraethaan (10), (14)

Ook dit proces is, althans op kleine schaal, reeds technisch ui tgevoerd. (12)

2. Hoewel de technische uitvoering van het photochemisch~ proces

n~g vrij nieuw is, biedt het vele voordelen boven het

additilie-"." ...

pröc~~ van zoutzuur aan a~theen, o.a. door een hoog rendement,

goedkope uitgangsmaterialen, de afwezigheid van een katalysator die gemakkelijk vervuilt enz.

IV

Beschrijving van het photochemische proces.

Vers aethaan,watervrij

(625,5

kg./hr.), afkomstig uit

de~

~

wordt gemengd met

A

aethaan (4-326 kg/hr.) en

gecom-primeerd van 1 atm. tot 25

'a:t.IR.~A'n

een 4-traps centrifugaal

-,

0.'". ".,

compressor met inwendige koeling.

De toevoer van het verse aethaan wordt zo geregeld, dat de totale hoeveelheid' aethaan (vers

+

recycle) 4951,5 kg./hr bedraagt.

Het aethaangas wordt dan verder afgekoeld van 150°0 tot 40°0 met koelwater en 40°0 tot 2°0 met pekelwater (temp. pekelwater _20°0). Vervolgens wordt het aethaan gecondenseerd in een verticale

"

cond~nsor met stalen pijpen van 3/4 • Als condensatiem~ddel wordt eveneens pekelwater ~ebruikt van -20°0.

De hoeveelheid condensatiemiddel wordt geregeld door een niv~au~

(

r'egelaár. in de res.etor.

Het gecondenseerde aethaan wordt äaarna nog verder afgekbeld tot

°

.

°

~10 0, eveneens met pekelwater van -20 O.

Ohloor, vloeibaar opgeslagen onder een druk van

7

atm. (2000) en volkomen watervrij wordt via een hoge druk-pompje door een warmtewisselaar geleid (1524,5 kg./hr). Het chloor wordt hier af-gekoeld tot -10°0. Als koelmiddel wordt weer pekelwater gebruikt.

Het vloeibare aethaan wordt nu, gemengd met vloeibaar chloor in de reactor geletd.

-9-De hoeveelheid chloor, die wordt toegevoerd w6rdt geregeld door de hoeveelheid aethaan en wel zo, dat step.ds 1 mol a~2op 7,675 ~ol aethaan wordt toegevoerd~

In de reactor zijn enkele kwiklampen ingebouwd.

Het chloor reageert hier volledig met aethaan volgens de reactie-vergelijkingen :

u

H

+ él ---. C H

01

+ HOI 2 6 2 2 5

De optredende reactie-warmte wordt afgevoerd door verdampen van de vloeistof in de reactor en condenseren in de verticale conden-sor. De koeling in de condensor geschiedt weer met pekelwater van

-20°0 en wordt geregeld door de druk in de condensor. Het mengsel van vloeibaar 02H6' Hel, d-_2H5CI en U

2H4t:H2 wordt ver-volgens naar een ç'iestillatie-toren geleid, waar aethaan en zoutzuur practisch volledig van de rest gescheiden worden.

De werkdruk van deze toren is ca~ 24 atm.

Het topproduct, aethaan en zoutzuur wordt voor 1/3-gedeelte

gecon-denseerd~ Het condensaat wordt teruggevoerd naa.r dé kolom, het niet gecondenseerde gasmengsel wordt na expansie afgevoerd naar de absorp~ie-toren.

De reflux-verhouding, in de condensor ingesteld is dus

t.

De toevoer van koelmiddel ( pekelwater van -20°00' wordt geregeld door een niveau-regeÎaar.

De temperatuur van he t t'opproduct bedraagt 0°0.

Het bodemproduct ( temperatuur 1~2Ö(}9 wordt ,:ervolgens via een reduceerventiel naa.r de fractioneertoren geleid, waar het als een mengsel van damp en vloeistof wordt toegevoerd.

In deze fractioneertoren wordt als topproduct aethylchloride verkregen. Na afkoelen tot 200C kan deze stof voor de fabricage van T.E.L. gebruikt worden.

Als bodemproduct wordt voornamelijk aethylideenchloride verkregen. De druk, waaronder de toren werkt bedraagt 3 atm.

In de

~sorPtietoren, sp~ciaal

geschikt voor de

ab-sorptie van zoutzuur wordt het gasmengsel van aethaan en zoutzuur (13 vol.% HCl) gewassen met water in tegenstroom.

Onder aan de toren wordt een 33-%-ige zoutzuur-oplossing afgetapt. (2370 kg. jhr ).

De druk, waaronder de toren werkt is 1 atm. absoluut.

De reactie-warmte wordt afgevoerd door een effectieve koeling in de toren •

.

.

Het aethaangas wordt dan nogmaals gewassen met water om de laatste sporen zoutzuur te verwijderen.

Vervolgens wordt het gas door

3

droogtorens geleid, waar het gedroogl wordt met zwavelzuur. De torens zijn in'serie geschakeld.

Hier wordt continu ca. 61 kg.jhr. 96-%-ig zwavelzuur toegevoerd, terwijl ca. 117 kg.jh:r. 50-%-ig.zwavelzuur wordt afgevoerd.

In de torens circuleert het zwavelzuur.

Het gedroogde aethaarigas passeert tenslotte een CaO-toren, waar de laatste sporen vochten zuur verwijderd worden.

V. Globale berekening-van de reactor. 1. materiaalbalans.

Er wordt toegevoerd

625, 5 kg. jhr. C2H6 vers 4326,0 kg.jhr. _{C2H6 recycle}

•

-11-Totaal volume: ca. 9,800 m3; hr. Er wordt tafgevoerd 1303,0 kg.!hr; C₂

H

5

CI (20,20 kmol!hr;) 781,8 kg.jhr. Hèl 65,2 kg.jhr. C₂H 4Cl2 ( 1~1-dichlooraethaan) 4326,0 kg./hr:

C

₂

H

6

Totaal volume: ca. 9,820 m3jhr.

Uit deze gegevens volgt, dat 94% van het chloor met aethaan rea-geert volgens de vergelijking:

terwijl de rest van het chloor met aethaan reageert volgens de vergelijking:

C2H6+i~612 - + 02H4C12 + 2 HOI (b)

De reactie-warmte van reactie (a) bedraagt 27,0 kcal/mol (litt~15J Deze waarde geldt echter voor de reactie bij 1 atm. en 25°0

(reactie in de gasphaèe).

Door het aanbrengen van een correctie, berekend uit de bekende ve rdampingswarmten en soortelijke warmten van C_{2H6 , .} ~12' Hel

en C-2H4"CI~ werd voor de reactie-warmte bij -100

e

c;evonden

( reactiè in de vloeistofphase) Q

=

2~3 kcaldmol. De reactie-warmte van reactie (b) is niet bekend.

Deze werd berekend uit de vormingswarmten.

Gevonden werd voor de reactie-warmte (25°0, 1 atm.):

Q

=

60,3 kcal/ mol Voor de reactie-warmte bij -10°0 ~ reactie in de vloeistofphase) r.t

•

•

-12-~e totaal ontwikkelde reactie-warmte per uur bedraagt (a) 0,94. 21480. 28,3 kcal.

₌

572500 kcal.

Cb) 0,06. 21480. 0,5. 54 kcal.= 34800 kcal. totaal 607300 kcal.jhr. Deze warmte wordt gebruikt

1

2

om het reactiemengsel op kooktemperatuur te brengen

2~ om een gedeelte van het aethaan en zoutzuur te verdampen.

Aangenomen is nl.,dat wegenê de zeer grote verschillen tussen dé kookpunten van aettiaan en zoutzuur enerzijds en aethylchloride en aethylideenchloride anderzijds, het reactiemengsel zich gedraagt als het binaire stelsel C'2H6- HÖ'l.

Het kookpuBt van aethylchloride bij 25 atm. bedraagt

*2°0.

Het kookpunt van zoutzuur btj 25 atm. bedraagt -1°0.

Het kookpunt van het mengsel (molfractie 02H6 = 0,86) bedraagt bij 25 atm. +1°0. De samenstelling van de damp is nagenoeg gelijk aan die van de vloeistof.

Om het reactd:emengsel van -10°C tot +1 0C op te warmen is nodig: 4951,5.0,413. 11 + 1524,5. 0,226~ 11 = 26200 kcal/hr.

( soortelijke warmte vloeibaar C₂H₆ = 0,413 kcal/kg.) ( soortelijke warmte vloe ibaar 01₂ = 0,226 kcaljkg.) BliJ"ft over voor verdamping van

e

H en HOI

2 6 607300 - 26200

=

581100 kcal.jhr.

De verdampingswarmte van 1 kmol mengsel bedraagt: 0,86. 75. 30

o

H

+ 0,14.98,7.36,5 = 2440 kcal.jkmol.

2 6 HOI

Aantal kmol, wat verdampt

=

581100

•

..

-13-Het volu~e van de damp

Dze damp wordt volledig gecondenseerd in de verticale condensor • Het koelmiddel, pek~lwater, komt de condensor binnen met een

tempe-ra,tuur van -20°0 en verlaat deze met een temperatuur van -10°C. Condensatie-temperatuur : ~100

.6 T (log. gemiddelde)- = 15,47 o

c

U (totale warmteovergangscoëff.) = 700 kcal/hrèm2.oC (aangenomen) Het condensatie-oppervlak A=

U.~P

= 53,7 m2 = 577 ft2•

"

Gebruikte buis:

t"

buis van Hastelloy wanddikte = 0,134 inch

opp. doorsnee

=

0,00127 ft 2

opp. van de buis per ft.

==

0,1262 ft2 Aantal buizen: 486

Diamter van de pijpenbundel : 600 mm

Lengte tussen de pijpenplaten: Snelheid van de

v

=

damp in de pijpen: _ _ 2 1 4 3600~ 486. 0,00127. 0,0929 =-1.LQ.4 m/sec~ 581100

Benodigde hoeveelheid pékelwater

=

,

lO;

0,82 (soortl1!lijke warmte pekel = 0,82 kCal/kg'~) De reactor is geheel van Hastelloy gemaakt.

~e'totale lengte van de reactor = 3770 mmo

= _{71700 kg./hr.}

Het vloeistofvolume onder in de reactor

=.100

Liter~

De toevéer naar de reactor bedraagt 9800 Liter/hr., d. i . 2,72 Liter/sec.

bli ·ft . ·d d l · t f · d ' t· 100 36 8 .

De ,ver J 1J van e v oe1S

°

1n e reac or

=

2~

= ,

sec; In de reactor zijn enkele t~~V.-kwiklampen ingebouwd (

VI

• 1)~ Materiaalbalans •

Er wordt toegevoerd: 1303,0 kg~/hr~ Ç2H5Cl (20,20 kmol~/h::,;) 65,2 kg~/hr.

C

₂H

₄

è1

₂ (0,66 kmol./hr~) De samenstelling van de voeding ( uitgedrukt in de molfractie C'2H5Cl)

. 20 20

bedraagt: '~f = 20:86

=

0,968

De samenstelling van het topproduct x

d

=

0,995 ( aangenomen) De samenstelling van het b()demproduct x_k

=

0,030 (aangenomen) Uit de formules

.

.

F

=

D + K en F x_f

=

D x_d +Kx _{, k}

is D te berekenen, de hoeveelheid topproduct die afgevoerd wordt:

= 1301 ,4 kg'~/hr _é'2H₅Cl ( 20,17 kmol/hr) 9,9 kg;/hr C₂

H4

C1₂ ( 0,10 kmol/hr) en K, de hoeveelhe id bodemprodubt die wordt afgevoerd

=

1 ,3 kg/hr C₂H 5,êl 55,4 kg/hr C₂H 4C12 2. Vloeistof-dam]2samenstelling. ( 0,02 kmol/hr) ( 0,57 kmol/hr}

De vloeistof-dampsamenst~lling van het mengsel is berekend met behulp van de wet van Raoult.

De dampdrukken, Pa en Pb ( :re'sp; yan G2H

5G-l en C2H4C12 )a1s functie van de temperaturen zijn aan literatuurwaarden ontl'eend.

De samenstelling van de vloeistof en damp is berekend uit: ',(

=

P -Pb

jj Pa· x p 3 atm. 2280 mmHg.

x

₌

en =

_{p -}

=

=

..

..

..

-15:-tf6lP-P. Pa ):l _b x ij ( (0;) (mm Hg) (IIIIIl' Hg) 45,5 2280 519 1 1 50 2586 620 0,845 0,959 55 2979 742 0,687 0,898 60 3405 892 0,553 0,826 65 3894 1064 0,430 0,734 70 4404 1274 0,322 0,622

_.

75 4989 1496 0,22'5 0,492 80 5616 1758 0., 135- 0,332 85 6291 2042 0,056 0,155 88,2 6738 22'80 0 0

-Het x-jj-diagram is grafisch wèergegeven in grafie.k 1

3.

Aantal theoretische schotels.

A~ het theoretische aantal schotels is bepaald uit het

enthalpie-concentratie-diagram~

De soortelijke warmte van vloeibaar ~r2H5C'1 = 0,41 kcal/kg

= 26,5 kcal./kmol (0-800Ö)

De soortelijke warmte van vloeibaar é2H4~n2='0,34 kcal/kg

= 33,6 kcal/kmol;

Als nul-,niveau is aangenomen. de' enthalpie van de vloeistof bij 0°0'.

De enthalpie van het

~loeistofmengsel

(w)T is berekend uit de enthalpie

(w)! { }T

..

..

•

o ----r---~---

-(w)T = x.

(w)~

1t(1-X)(W)b (w )~~ _(wJT' b a p x (oC) ( kcal/kmol) 45,5 1 "2':) 0 1460 1890 55 0,687

I

88,2 0 2340 ( kcal/kmol) ( kcal/kmol)

---+----.---.---,----1530 1850 2520 2960 1210 1580 2400 2960 f

f

~

f5

0,225

t - - - - -

---f---~.---

,

De verdampingswarmte van het mene;sel (v.w.)oT is berekend uit de ver-dampingswarmte van C'2H5è.1 : (v. w.;)! en van e2Ï:I46'12 : (v.; w.

)~

(W)T' ,de enthalpie: van het verzadigde dampmengseIl: is berekend uit de som van (w}1r en (v.w.

JT< •

T

c:)

45

55

~:

,5

,2 x 1 0,687 0,225 0 T Ev.w~}a in kcal ,/kg~ /kmol. 91 ,1 5880 86,0 5550 '80,0 5160 76,0 4900

T

6v.w;}b in kcal (v. w. } T

(W)T

/kg~ !kmol. kcal/kmol kcal/kmol.

.

71 7030 5880 7090

68,5 6780' 5940 7520

63,5 w 6290 6040 8440

60,0 5940 5940 8900

Uit grafiek 2 is te zien, dat de enthalpie-c..uncèntratie-lijneIll practisch recht en evenwijdig lopen.

De vé>eding, ,afkomstig uit de C₂H₆- HCI- stripper komt de fractioneer-toren binnen. als een mengsel van vloeistof en damp.

De enthalpie bedraagt: (0,968.28,4 + 0,032.33,61.1~2 = 3780 kcal!km01) Het construct ie-punt (W ) . 'n ' bepaald door de evenwichtsljjn doo r _{m ml •}

punt F, heeft een enthalpie

=

8180 kcal~ De minimum-re flux , ,hieruit berekend

=

0,18

be reflux-verhouding R, in de condensor ingetiteld bedraagt:

o • o o -17~ Voor de constructie-punten W en W n werd gevonden . m W_m = 8735 kcal W_n

=

-165000 kcal X_m = 0,995

xn

=

0,030

Het. aantal theoretische schotels bedraagt 9 + de: reboiler ( zie graf.l De voeding wordt toegevoerd op de 32 schotel.

13.

Het zelfde resultaat is verkregen uit het Mc.Uabe-Thiele:-diagram (zie grafiek 1

J.

De waarde voor q, de ve rhouding van de hoevee lheid warmte, nodig om. 1 mol voeding tot' ve rzadigde damp te maken en de moleculaire verdampingswarmte,

=

0,58

De minimum-reflux, hieruit berekend

=

0,19,.

4.De schotel-efficiëntie' van het stelsel C'2H5CI ê'H3~éHè'12 is niet bekend; wel van het stelsel Û

2H5CI- (}H2Cl.~C'H2CI • Deze bedraagt 57%.

Voor het stelsel 0'2H5CI- CH3~êHCI2 is een schotel-efficiëntie aangenomen van ~"

9 '

Het aantal schotels in de toren bedraagt : 0, 6Q

=

15

De voeding wordt toegevoerd op d~ 5

2

schotel~ •.

Het volume van de damp in het bovenste gedeelte van de kolom bedraagt:

. , 319 . 1

=

3

V = 20,27. (1 T 0,28 }.22,4. 273- •

'3"

224 m / hr.

De dichtheid van de damp bedraagt (C

2H5{fl)

fd

=

64,5. 273~

3

=

1,40

kg/m3 •

22,4~ 319

De dichtheid van de vloeistof bedraagt

•

Cl

De snelheid van de damp u in de toren is te berekenen met de formule:

u = = KV~ 11

De waarde van

Kv

hangt af van de a~stand tussen de schotels en de hoog-te van he t vloe istofslot. _,

Kv = 0,16 ( litt~ 16)

De afstand tussen de schotels

=

24 inch

=

610 mm Hoogte vloeistofslot

=

2 inch

=

51 mm

Snelheid van de damp

=

1,76 ft/sec.

=

0,537 m/sec.

Afstand tussen de eerste en laatste schotel = 14 x 610

=

8530 mme De diameter a van de kolom is berekend uit het volume van de damp en de snelheid:

a 2

=

224 • 4 _

=

0, 1 47m2

3600~ Ç] ,53T;-3; 14

. .

a = 383 mm:.

De warmte die in de condensor wordt afgevoerd bedraagt:

W

d) = 20,27. (8735- 121!0) = 152500kcaljhr ~ n

d

=

aantal molen topproduct , wat. per uur wordt afgevoe,rd. De warmte,

aan

de reboiler toegevoerd bedraagt:

Q = n_k;( W'k - W

n)

=

0,59~( i960 + 165000)

=

99000 kcal/hr. n

Q

-.

...

...

Ï7''''

, • .,p(.. ...

1"",,-..

o .

.'

-19-Li teratuurltjst.

1) C~I;O~~ XXII - 15: Production of Tetraethyllead and Ethyl Fluid

I~G~Farben Plant, Frosè, Germany

2) 3} 4) 5} U;S;. Pai;ent U;S.Patent tJ.S~Patent U.S.Pat-ent 2411453, 1920846, 2084710; 2140927, Mitehell e.a. H.W;Daudt, 1 H;M;Spurlin, cT·E~Piereé, (1946) Aug; 1933 22 Juni

1937

20 pee: 1938

6) A.

cr.

TUllene'rs, M. C'. Tuyn en H~ I~w.:ate rman: ~ec, Trav. Chim. 53'" 544 (1934)

7) B; 1;0;8:; 766, p.76: Ethylchloride, manufaeture' from alcohol I.G;Farben p'lant; Ludwigshafen, Germany 8] 'G~Egloff Oil Gas J';

±.1.,

no. 15-22' (1945)

9) tr;S~Patent 2140547, J;a~Reilly, 20 tee; 1938

10) E.T';Mc _- Bee, H;B.Hass, W.E.Burt en e.M;Neher : Ind;Eng.C:hem;41 , 799(9;949) _{. ..}

~ .. ~

-11) U.S~Patent 2249922, W.E. Vaughan en F.F.Rust, 22 Juli 1941

12) Fiat Rept; 1295 , P.J.Sergeys: The C'hlorination of Ethane d1948) O.T.S; Rept.P.B.86766

13) U.S.P.atent 2200254; H.Bander, 14Mei 1940

14)

n'

Ans, Kantzseh: J.prakt.Chem. (2), 80, 305 (1909)

-~.:

15) R.E~Kirk en D.F.0thmer, ]meyel. of C~em~ Technology, Vol,.3, p.753E1949j 16) J~H.Perry, ÈJhemie'al Engenering Handbook" 3

E

Èd~ ,po 598.