Fabricage van ortho-dichloorbenzeen

r

t

J

,.

f

..

J.J. Bruggeman. .

: !

IJ:U>,' '.

. c

,ql :

. . ! t "=··70 • . _~ I . ~ . INHOUD I. Inleiding

II. Beschrijving van ,het proces.

111. Materiaal- en warmtebala.!.l-s.

IV. Berekening van de destillatiekolommen.

v.

Literatuur.

-0-0-0-0-0-0-' . -,=,:,,~ - . , -

~--f

-

:1---Fabricage van ortho-dichloorbenzeen.

I. Inleiding.

Het ortho-dichloorbenzeen, vroeger een bijproduct van

de para-dichloorbenzeenbereiding, heett nu verech~llende

toepae-eingen gekregen, getuige een recente advertentie van de I.C.I. ( 1 ) en wel al e:

10 Poetemiddel voor metalen.

20 In~ecticide voor houtconeervering.

30 _{Verenijdingemiddel voor vert.}

40 _{Gaereinigingemiddel.·}

50 Grondproduct'voor verechillende chemicaliën en. kleuretoffen.

60 Ale "Dovrtherm" voor \;'!armteoverdracht.

ad. 20 : Voor huü!Jhoudelijk gebruik wordt het, vermengd met petroleum,

in de gangen van de hout~orm ge~poten.

ad •. ~o: De technieche bereiding van benzodioxaan 1,4 ,ale grond~tot

voor de benzodioxaankleuretoften, uit ortho-.dichloorbenzeen

opent gunetige per~pectieven.

Ale Dovrtherm gaat het een belangrijke plaate innemen(2).

Hier-voor wordt zeer zuiver ortho-dichloorbenzeen gebruikt, waaraan

een etabilieator toegevoegd ie. Temperatuurtraject 150-260 °C.

Zeer recent ie een uitgebreio/axtik.el over de thermieche

eigen-~chappen van ortho-dichloorbenzeen. (3). Voor deze onderzoekingel

.

werd gebruik gemaakt van ortho-dichloorbenzeen met

4%

par~-di-chloorbenzeen ale verontreiniging. Deze ortho wae atkometig van

Dow Chemical C~ en bekend onder de handelenaam "Dowtherm E".

De productie van ortho-dichloorbenzeen bedroeg in 1947 in

de U.S.A. 7260 ton/jaar en in 1949 wae de prije 8,5 - 9,5 pi/lb.

due ongeveer t. 0,79 /kg. ( ~ )

Afgezien van afval-ortho-dichloorbenzeen, wordt het in drie kwaliteiten geleverd.

a) 85-88

%

(bepaald door het eutecticum van ortho- en para-)

. b) 95-96

%

c) 99,9

%

De techni~che bereiding van de chloorbenzenen ( mono-, di- en

tri-)berueten allen op de chlorering van benzeen. De uitvoering

hiervan kan zowel continu ale ladingegewije geechieden..

dichloor-benzenen, dan moet de chlorering onder bepaalde om~.tandigheden

plaats vinden.

Een onoverkomenlijk feit is, dat bij deze chlorering in

hoofdzaak para-dichloorbenzeen ont~taat, al~ gevolg van het

;:.;t

richtend ef~ect van het chloor-atoom in monochloorbenzeen. Deze'

~tof ont~taat als tu~'~enproduct bij de chlorering van benzeen.

Van invloed op, de ~amenstelling vàn het rèactieproduct zijn

..,

de katalysator, de temperatuur en de tijdsduur

van

de chlorering

, f) .

In one geval is het ~treven er op gericht een zo' hoog

moge-.-' ... . ' .

lijk percentage aan ortho-dichloorbenzeen' te verkrijgen in t'egen

stelling tot de door ons gevonden li~eratuur, waarbij men juiët

zoveel mogelijk para-dichloorbenzeen tracht te verkrijgen.

Be-grijpelijkerwij ~ worden hierbij conditie~ vermeld, waarbij een

zo hoog mogelijke opbrengst aan para-dichloorbenzeen verkregen wordt.

Aangaande de temperatuur ,i~ komen va~t te ~taan, dat voor de

bereiding van dichloorbenzenen 750_{C( de me~st gunstige is,}

,ter-wijl bij de fabricage van monochloorbenzeen ~e~echloreerd

wordt bij 30 oCI

C

4) en 40 - 45 '.0 Cl ( 5 ) met ale optimale

temperatuur 60 °C!, (6 )

Al~ katalysator worden bij de chlorering één van de volgende

verbindingen gebruikt: FeC13- Al013 - Sn01 4 - SbC15 - Mo013 en

, en CuC1 2• Opmerk~üi'ök ie, dat FeC13 in lage concentraties van

b~v. 0,048 mol.% en 0,011 mol.% optimale opbreng~ten aan

para-dichloorbenz,een geeft, in tegenstelling met. hogere concentratie~

waarbij een hogere opbrenget aan ortho-dichloorbenzeen verkregen wordt. ( 7) (8),

Uit verrichte onderzoekingen is komen va'et'~te ~taan, dat men

aan de katalysatoren geen ortho- of para-richtende werking kan

toe~chrijven.

Over de chloreringstijd zijn geen gegevens in de literatuur gevonden, hoewel men mag aannemen, dat onder invloed van de katalysator de reactie enel verloopt. Enige controle op de chlo-rering wordt verkregen door bepaling:;::l van de dichtheid van de reactievloeietof, zodat men naar een optimale opbrenget

,~ u ':'1.. u. '. j." "

--_

.. j' ., _, n " .~ '.J

..

, '-, f: '-'1 U ~. v 100 "' 80 60 ' f +0 ~, r .to ;.

.'

r , I ~ .. J v <:.}' "1...-f , "_''',,<r- _jUt "

"

' ,

~

1

:~'

'''''_--.:'-'-'-

'~-'-·""·-'--ï--T--I-I.

.

-' r iJ r, '! ',.J r : . . ' . ,f .. , I

...

\~ r f " " ~ ;. rr{ ( ' v ...: .-\ ...

.'

",i.' : " Á ,_ ~ ~ ) ; ~ (r,,, .' .1 )

.

~, " -{

.

,: 1 () .1:

..

r. ~ c, r , j r

..

" \J '" r~ ~ () " .1 . , . I . i ',' '" ~.t • ," J ~_ '.' -IJ , ; ( " , r

,

:0 ,.., _, v ~ ( \ ) )

'.

" i'

,.

.

' 0 ,. I j " I 1 " v '-. \..I " . .: r , ~ , : .J , ., . ' r .. ' L, CV " I ,\ I " __ f . ' ~., ~". ,. .1 1.: " .. r I, . r . " * • r,

Al~ gevolg van het feit, dat orthodichloorbenzeen gemakkelij-ker tot trichloorbenzeen gechloreerd wordt dan

para-dichloorben-zeen, moet de chlorering niet te Lang worden voortgezet.

Uit onderzoekingen i~ gebleken, dat het percentage aan para

in de dichloorbenzenen toeneemt bij toename van de hoeveelheid chloor ten opzichte van de benzeén. Bij chlorering boven twee

chlooratomen per mol~ benzeen neemt het percentage aan

para-dichloorbenzeen toe.

Bij ,chlorering tot zeer hoge graad wordt een minimum aan ortho-dichloorbenzeen geproduceerd terwijl trichloorbenzeen het bijproduct wordt.

Bij cont inue bereidingen van dichloorbenzenen geeft een

ver-houding van 1 mol. benzeen op 1 mol. 012 de grootste opbrengst,

waarbij de dichloorbenzenen voor 30

%

uit ortho-dichloorbenzeen

bestaat. ( 9 ).

Een trap~gewijze chlorering werd uitgevoerd waarbij een

voe-ding werd gebruikt, die uit reeds gechloreerde producten en

ben-zeen be~tond. Hierbij bleek, dat de verhouding para / ort'ho

zowel bij lading~gewij~ als continu steeds lager wa~ dan bij

, "

lading~g~wijze chlorering van enkel benzeen.

Overeenkomstig wordt in een

~

10 ) de gevormde

chloorbenzeen uit het reactieproduct verwijderd, waarna de mono-chloorbenzeen tezamen met benzeen ale voeding de reactor

inge-voerd wo~dt. De onderlinge hoeveelheden worden daarbij zodanig

genomen, dat het reactieproduct evenveel monochloorbenzeen bevat ale er in de voeding aanwezig ie. Hierbij wordt aangenomen, '

dat de benzeen omgezet ",:ordt in monochloorbenzeen en de

mono-chloorbenzeen uit de voeding in dichloorbenzenen. Vermeld wa ~t,

dat op deze manier de benzeen voor 95

%

in dichloorbenzeBen

om-gezet wordt. ( 10 ).

Het reactieproduct bevat dus geen benzeen meer en be~taat uit

mono-, di- ~ tri-chloorbenzenen.

Tij,dene de reactie ontstaat HOI, dat bij het ontwijken uit de reactor een zekere hoeveelheid damp meeneemt, waarbij de

eamenstelling v~ het ontwijkende gas afhankelijk ie van de

be4

-paald door het af te voeren reactieproduct. Daar deze geen

ben-zeen meer bevat komt in verband met de damp~panning alleen

•

monochloorbenzeen in aanmerking. Verdere bijzonderheden worden

bij de materiaalbalane be~proken.

In andere voorschriften, waarbij ook benzeen met de HOI

mee-gaat, wordt deze mee,~tal teruggewonnen door afkoelè;t', ~aarbij

een groot deel van de benzeen condenseert, terwijl de reet van

de benzeen in een absorptietoren geab~orbeerd wordt door een

op-losmiddel, waarvoor men vaak ortho-dichloorbenzeen, gebruikt.': De vloéietof wordt daarna door deetillatie geecheiden in benzeen en ortho-dichloorbenzeen. ( 2 ) ( 11 ).

Het gezuiverde HOI-ga~ wordt in water opgelo~t en het ge

-vormde zoutzuur verkocht of voor andere doeleinden gebruikt.

Een meer economieche toepaseing is het HOI samen met lucht te verbranden tot chloor en water: het zgn.' Deacon-procee. Door nu tegelijk benzeen aan de reactie toe te voegen wordt dit door

het gevormde chloor gechloreerd tot chloorbenzenen en wel in

hoofdzaak monochloorbenzeen. Deze gang van zaken i~ gun~tiger,

daar het monochloorbenzeen een waardevoller prod~ct i~ dan het

HOI. Deze reactie wordt uitgevoerd bij ongeveer 240 ~O. waarbij

al~ kataly~ator cuprichloride gebruikt wordt op een drager van

puimeteen ( 14 ). Ook wordt wel een neer~lag van Na-aluminaat

en OuOl2 gebruikt al~ katalyeator.

Het reactieproduct, dat uit chloorbenzenen en overmaat ben-zeen bestaat wordt door destillatïe gescheiden. De verdere be-werking blijkt uit het bijgevoegde schema.

-0-0-0-0-0-0-0-0-0-11.

Beschrijving,van het proces.

De beschrijving van het proces zal geschieden aan de hand van de materiaal-, en warmtêbalans. Daar door mij het linker gedeelte van het schema uitgewerkt en getekend is, zal dit uit -voeriger besproken worden.

De keus is gevallen op een continu proces, wáarbij als basis een Amerikaans octrooi genomen .is.' ( 10 ). Bij verwerking van grote hoeveelheden is uit economisch oogpunt een continu proces aanvaardbaar. Het verloop van het proces bestaat nierin, dat

cont inu een mengsel van benzeen en mono'chloorbenzeen gechlor'~,erd

wordt.' Hieruit. ontst'aat een mengsel van mono- , di- en

tri-chloorbenzenen. Het ontwijkende gasmengsel, dat uit HOI en

mono-chloorbenzeen bestaat,wordt na a~koeling en verwijdering van het

grootste gedeelte van het monoch~oorbenzeen, in een tweede

reactor gevoerd. Hierin vin:dt bij

±

240 00 • in aanwezigheid van

lucht en overmaat benz'een een reactie plaats waarbij

chloorben-zenen ontstaan. 'Na opwerken van dit reactieproductworden de ve~

kregen chloorbenzenen toegevoegd aan de chloorbenzenen verkregen uit de eerste reactor.

Bij het opwerken van deze gecombineerde chloorbenzenen wordt in eerste instantie monochloorbenzeen verkregen. Een gedeelte hiervan wordt nu gebruikt voor de voeding van de eerste reactor.

Het terugvoeren van de monocbloorbenzeen naar de eerste reactor leidt. tot een trapsgewijze chlorering, waarmee bereikt wordt, dat een hoog percentage benzeen omgezet werdt in dicbloor-benzenen. Het nadeel van deze methode is, dat' er steeds veel

"

monochloorbenzeen uit het reactiemengsel verwijderd moet worden

en deze mono~chl?orbenzeen aan een kring~roces deelneemt.

Alvorens de benzeen in de eerste reactor gevoerd wordt moet

deze gedroogd worden, daar het vocht met de ontwikkelde HOI in

de reactor een st erke corro sie zou geven. ':pe droogapparatuur

be-sta~t uit twee cylindrische vaten, die gevuld zijn met

"Florite Desiccant" van de Floridin Oompany. Deze "Florite ,Desiccant" bestaat uit 58% 8i02 , 27% Al203 waarnaast kleine

hoeveelheden van Fe203' FeO , MgO , CaO , Na20 , K20 en Ti02.

.

.

6

-water op te nemen. Regeneratie geschiedt door verhitting op

o 250 - 900 F.

Gedurende het proces staat steeds één cylinder in de stroom-kring. Door omschakelen is het mogelijk de tweede cylinder in

de stroomkring te plaatsen, zodat de aan water verzadigde eerste

cyl inder geregenereerd kan worden. De verwij der ing. van de in de

cylinder achtergebleven benzeen geschiedt met stoom.

De ge~rbogde benzeen wordt naar de reactor geleid, terwijl

tevens via een doseringsapparaat de in benzeen gesuspendeerde

katalysator (. FeCl 3 ) in d~ leiding .. gebracht wordt. Tegelijk

met de benzeen wordt monochloorbenzeen in de reactor gevoerd. De 012 wordt via straalbuizen in de benzeen gespoten, waar-door een goede verdeling verkregen wordt •

. Aangenomen wordt, dat de benzeen tot monochloorbenzeen ge-chloreerd·wordt volgens:

---~ HOI en

~

de monochloorbenz:een tot dichloorbenzenen eventu . .§el trichloor-benzenen: 06H501 . .I-C6H4Cl2 -I---~

---+

HCl HCI

De dichloorbenzenen zijn ortho~ en para-dichloorbenzeen;1

de trichloorbenzenen bestaan hoo~dzakelijk uit 1.2.3. en 1.2.4.

trichloorbenzeen. De temperatuur waarbij de reactie uitgevoerd

moet worden is 75 00 •. Daar de reactie exotherm is moet een

ge'-deel te van de vrijkomende warmte afgevoerd worden. Koeling met behulp van een warmtewisselaar. buiten de reactor en invoeren

van het a~gekoelde reactiemengsel in de reactor, zo.U de

mogelijk-heid

sCheppe~an

een tweede chloreringsperiode, waardoor het

productieproces volgens het octrooi verstoord zou worden. Daar-om is een uitwendige (wand) koeling naast een inwendige koeling met behulp van een spiraal geconstrueerd.

De reactor, spiraalkoeler en de leiding waardoor het chloor toegevoerd wordt, zijn van staal gemaakt. Dit is mogelijk omdat vocht buitengesloten wordt.

Daar in het reactieproduct geen benzeen voorkomt, zal het ontwijkende HOI een gedeelte van het monochloorbenzeen meenemen.

Door afkoeling wordt het grootste gedeelte van de monochloor

benzeen gecondenseer~.

Het ontwijkende HCI met de monochloorbenzeen' wordt afgevoerd naar de tweede reactor en het gecondenseerde monochloorbenzeen wordt tezamen met het reactieproduct , naar een gietij zeren mengeJ

gevoerd. Hier wordt het nog aanwezige HCI door een 20 %-ige

NaOH oplossing geneutraliseerd., De menger is zo geconstrueerd,

dat destotten in sterke turbulentie geraken hetgeen gunstig is

voor de neutralisatie. ,De 20 %-ige NaOH wordt aangevoerd door

middel van een plunjerpompje. Het mengsel komt daarna in een

stalen scheidingsvat, waarbij dan als gevolg van het s.g. de waterfase boven komt en de chloorbenzenen beneden. Deze chloor-benzenen worden met de chloorchloor-benzenen van de tweede reactor teof" zamen door een warmtewisselaar opgewarmd tot kooktemperatuur en

in de eerste destillatiekolom gevoerd.

Het topproduct van deze kolom is monochloorbenzeen, dat met een temperatuur van 132 °C. afgevoerd wordt, gevolgd door een

koeling tot

75

°C. Hierna wordt een voor de reactie vereist

ge-deelte naar de eerste reactor teruggevoerd en de rest wordt na verder afkoelen opgeslagen •. Daar· de voeding van deze kolom geen

HCI bevat. kan deze kolom uitgevoerd worden in staal .•

. Het bodemproduct van de monochloorbenzeenkolom is op kook -temperatuur en wordt naar een 'tweede kolom gevoerd, die als top-pr09-uct para-dichloorbenzeen geeft. .Deze kO.lom is vanwege zijn

lengte in twee delen uitgevoerd, nl. het rectificerende- en het

strippende gedeelte.

De aan de top ontwijkende damp wordt dOGr een

warmtewisse-laar gecondenseerd. Het grootste gedeelte wordt naar d~ kolom

teruggevoerd en de rest afgevóerd, waarbij het van

174,5

°C.

tot

75

°C. afgeko~ld wordt, daar het stolpunt van

para-dichloor-benzeen 53 °C. is. De verkregen para-dichloorbenzeen kan dan in

bakken gegoten worden, waarin het stolt.

Het bodemproduct van de para-dichloorbenzeenkolom bevindt zich op kooktemperatuur en wordt naar de ortho-dichloorbenzeen-kolom gevoerd. Als topproduct krijgen wij hier ortho-dichloor-benzeen. De damp wordt eveneens gecondenseerd·waarna een

gedeel-"

,. /

/

8

-te van de vloeisto~ naar de kolom teruggevoerd en een gedeelte

afgevoerd wordt, waarbij dit door een warmtewisselaar tot 25 °C. afgekoeld wordt en daarna opgeslagen.

Het bodemproduct, dat zich op kooktemperatuur bevindt wordt

na koeling tot 75 °C. , vanwege een stolpunt van 1 50 °C. ,

afgevoerd waarbij het in de afvoerbuis tot even voor zijn sx"ol-punt afkoelt. Het kan dan als vloeistof opgevangen worden, waar-na het aan de lucht stolt.

De kolommen en de bijbehorende apparatuur worden in staal uitgevoerd, daar de chloorbenzerien .geen corroderende werking hebben.

Het uit de eerste reactor afkomstige afgekoelde gasmengsel,

dat uit HOI en m~nochloorbenzeen bestaat, wordt v~ hit tot 21000

Hetzelfde geschiedt met lucht, die van stofdeeltjes bevrijd is en met een overmaat benzeen. Al deze stoffen worden naar een

menger gevoerd, waarna het gasmeng~el de reactor ingaat. Hier

vindt de volgende reactie plaats:

2 HCl

₊

_{°2 ----~}

Als katalysator wordt hierbij CuC1 2

+

Cu op een neerslag

van Na-aluminaat gebruikt. Daar deze reactie exotherm is wordt

zoveel warmte afgevoerd, dat de reactietemperatuur 240 °C.

bedraagt.

Het reactiemengsel wordt gekoeld, daarna in een

vloeistof-afscheider gevoèrd wa~ruit _{benzeendamp en N2 kunnen ontwijken.}

De vloeistof wordt opgewarmd tot 71 °C. en in een destilla

J

tiekolom gevoerd. Hier vindt dan een azeotropische destillatie van benzeen en water plaats.

De verkregen benzeen wordt naar de reeds eeraer genoemde benzeenverdamper gevoerd, om weer aan de reactie deel te nemen.

Een deel van het water wordt in de kolom teruggevoerd en de rest wordt afgevoerd.

Het bodemproduct van de destillatiekolom.bestaat uit twee

fasen ·nl. water en HCI en een organische vloeistof. Deze twee

worden gescheiden, waarna de organische vloeistof geneutraliseen wordt. Hierna vindt weer een .scheiding tus'sen een water- en een

De geneutraliseerde organische vloeistof wordt op

kooktempe-ratuur in een destillatiekolom gebracht. Als topproduct krijgen

wij hier benzeen, die naar de reeds eerder genoemde

benzeenver-damper voor de tweede reactie gaat~

Het bodemproduct bestaande uit mono-, ortho- en para-dichlo~r­

benzeen wordt naar de monochloorbenzeenkolom van de eerste reac-tor geleid.

De hiervoor genoemde stikstof met benzeendamp van de tweede

reactie wordt in een wastoren met wasolie behandeld ( 15 ),

waarna de wasolie naar een stripper gevoerd wordt. Onderin deze

stripper wordt stoom geblazen en in tegenstroom naar beneden

loopt de wasvlo~istof. Als topproduct krijgen wij benzeendamp

en stoom, die na condensatie en afkoelen -gescheiden worden.

De benzeen wordt ook nu weer naar de benzeenverdamper gevoert.

Als bodemproduct hebben wij wasolie en iets water. Na af

scheiding van het water wordt de wasolienaar de wastoren terug --gevoerd.

-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-~ ·10

-111. Materiaal~ en warmtebalans.

In het schema van de materiaal- en warmtebalans zijn de

ma-teriaalstromen opgegeven in kg/ho

De chlorering wordt uitgevoerd bij 7500. Hierbij ontstaan

ortho- en para-dichloorbènzeen in de verhouding 30 : 70. ( 1 ).

Nemen wij als voeding voor de ~eactor 50 mol.

%

06H6 en

50 mol.

%

06H501 dan bestaat het reactieproduct onder aanname

van 94

%

~i- en 6 % trichloorbenzeen uit : ( 10 )

50 mol

%

mono chloorb enzeen

47 3

,

,

, ,

di

,

,

tri

,

,

Na verwijdering van de monochloorbenzeen houden wij over:

94 mol

%

dichloorbenzeen 66 mol% ortho-dichloorbenzeen

6

, ,

tri

, ,

of 28

, ,

para-

, ,

6,

, ,

_tri

_,

_,

De volgende react ies treden op:

°6H6 .I- 012 ---~ °6 H501 .I- HOI

°6H6 .I- 2 01 2

---+

°6 H4C'J':2

+

2 HOl

°6H6 .I- 3 01 2 ---~ °6 H3013 .I- 3 HOI

°6H501 .I- 01 2

---?

°6 H40l 2 .I- HOI

Nemen wij een productie aan van 120 kglh ortho-dichloorbenze n,

..

dan zijn de hoeveelheden aangegeven in het schema te berekenen. Uit de hoeveelheid 012 berekenen wij de hoeveelheid HOI, die bij de reactie vrijkomt. De hoeveelhe'id toegevoegde katalysator bedraagt 1% van de hoeveelheid benzeen. ( 12 ). Het reactiepro--duet wordt dan:

328 kg' monochloorbenzeen

283

, ,

para-di

, ,

120

,

,

orthodi

, ,

32

,

,

tri

,

,

Daar de ingevoerde hoeveelheid monochloorbenzeen dezelfde is als er uitgaat en ter vereenvoudiging aangenomen moet worden, dat alleen de benzeen omgezet wordt in di- en tri-chloorbenzenen kunnen wij hieruit berekenen hoeveel 01 2 voor deze reactie' nodig

is. Deze hoeveelheid wordt dan 426,9 kg 01 2 • Uit deze chloor 'vormt zich 219 kg HOI.

..

Daar de hoeveelheden van benzeen en monochloorbenzeen in

mol.

%

gelijk genomen zijn, moet er 227,6 kg C₆H₆ ingevoerd

worden.

Het afgevoerde reactieproduct bevat geen benzeen, waarbij dus aangenomen is, dat de benzeen geheel gechloreerd is voordat

"'

het het vloeisto~oppervlak in de reactor bereikt. Het ontwijken~~

HCI zal nu de gechloreerde benzenen bevatten, waarvan de damp

-spanningen.van de zuivere stotten bij 75 °C. als volgt zijn:

monochloorbenzeen ₌ para-'di

, ,

ortho-di

,

,

tri

,

,

₌

120 mm Hg. 27 22 5

, ,

, ,

, ,

Wij houden alleen rekening met monochloorbenzeen en verwaar-lozen para- , ortho- en tricbloorbenzeen.

De dampspanning van de HCI wordt dan: 760 - 120

=

640 mm Hg.

De met de ontwijkende HCI meegaande mono chloorbenzeen word;:

213 348 36,5 273 760 .22,4

=

640 Je.

I

348 Je

=

123 kg. monocbloorbenzeen. 760 .22,4 1,20

In zijn geheel ontwijkt dus 213 kg. HOI en 123 kg. monocblooJ

benzeen per uur. Dit gasmengsel koelen wij at tot 20 °C. Bij

deze temperatuur is de dampspanning van monochloorbenzeen

9 mm Hg. dus:

213 293 760 _{x . 1293} 760

36,5 273 751 .22,4

_.

112,5 273 9 22,4

J e : 7,7 kg monocbloorbenzeen.

In de gecondenseerde monochloorbenzeen ( 115,3 kg.) 10$ een

gedeelte van de HOI op evenals in het reactieproduct.

Gegeven is, dat de Ostwaldse oplosbaarheid van HCI in mono

-chloorbenzeen van 20 °C. is:

f

elf

=

7,63 (13)

_0/.

=

[HC~

L

[HC~

G

Nu is het litergewicht van HCI gas bij 0 °C.

1,63 g.

,

dus bij 75 °C.:

1,63 x

_:?12_

-

1,29

348

-Nu wordt [HOI] G

=

1,29 gmol./l en

[HC~

_L

₌

7,63

36,5 36,5

en 760 mm Hg.

12

-In 1 1. monochloorbenzeen is 7,63 x 1,29 x 36,5 g.HOl/l =9,9 g.

36,5

Wij nemen nu aan, dat dit voor het gehele reactiemengsel geldt. Het volume van het reactieproduct wordt:

328 1,1009 283 1h458 32

--- =

1,6

De opgeloste hoeveelheid HOI wordt dan:

-:,3

603,6 x 9,9 • 10 = 6 kg. HOI

I

h

603,6 1.

In de gecondenseerde monochloorbenzeen (115,3 kg) lost aan HOI

op: _{7,7 x x 36,5}

= 9 , 9 g. HOI/I. .

In 115,3 1. monochloorbenzeen

=

104,2 lost op:

1,106

-3

104,2 x 9',9 • 10 kg. HOI - 1 kg. HOI

Er blijft in de 212 kg HOI nog 7,7 kg. monochloorbenzeen achter.

Dit gasmengselgaat naar de tweede reactor.'

Berekening benodigde hoeveelheid 20 i~ige NaOH oplossing voor

de neutr'alisatie: N'aOH

+

HOI ---~ NaOl

Er moet (6

i

1 ) kg. HCl geneutraliseerd worden dus:

7 x 40

I

36,5 x 5' kg. NaOH

Wij verbruiken 90

%

dus 10/9 x 38: 42 kg. 20i~ige NaOH opl./h.

In de af te voeren zout- en loogoplossing is ook de

afgevoer-de katalysator opgelost.

Het geneutraliseerde reactieproduct' wordt teza.men met het

opgewerkte rea~tieproduct naar de destillatiekolommen geleid.

Bijzonderheden aangaande deze kolommen worden later vermeld. Het op 20 °C. afgekoelde gasmengsel van HCI en monochloor - ' benzeen wordt naar de tweede reactor geleid., Hierm verloopt ',de

v~lgende reactie: ( 14 ) ,

2 HOI

₊

_{2 °6H6} .I- _{O2 ----~ 2 C6H501}

+

_{2 H20}

2 HCl

₊

C₆H₆

_+-

O₂ ---}o C

6H4C12

+

2 H20

2% van. de ingevoerde HOI reageert niet, hetgeen neerkomt op

-4 kg •. Hen, die in het reactieproduct achterblijven en 208 kg.

HCI, die verbruikt worden. Van de ingevoerde benzeen wordt 1.0

%

verbruikt, zodat er met een grote overmaat benzeen gewerkt wordt

Volgens de publicatie ( 1~ ) ontstaat uit de benzeen 90

%

Géwichtsverhouding di mono

₌

1 ₉

Moleculaire

,

,

, ,

,

,

₌

1/147 9/112,5

°6H6 voor di :06H6 voor mono= 1/147 : 9/112,5

HOI

, ,

,

,

: HOI

,

,

,

,

=

2/147 : ~/112,.5

Dus 208 kg. HOI

-

_-

5698,6 gmol. HOI

Gewichtsverdeling van de HOI wordt:

HOI voor di

₌

30,23 kg.

,

,

, ,

mono 177,77

,

,

Gewichtshoeveelheid di-chloorbenzeen 60,9 kg

mono

,

,

₌

_{547,9 "}

Verhouding ortho-dichloorbenzeen: para-dicbloorbenzeen

=

30 40

\

zodat dit wo:r;dt voor ortho 1:8,3 kg en voor para 42,6 kg.

De pij de reactie verbruikte hoeveelheid benzeen bedraagt 412,2 kg. Er moet dan in de reactor 10 x zO veel ingevoerd wor-den, zijnde 4122 kg/he

Daar er geen gegevens zijn wat het reactieproduct wordt bij invoering van een zeer kleine hoeveelheid monocbloorbenzeen

t.o.v. benzeen, wordt nu aangenomen, dat de met de HOI meekomen~~

7,7 kg. monochloorbenzeen onveranderd de reactor verlaat. Er vormt zich aan water

Verbruikte ho·eveelheid 02

103 kg. 91 kg. Er moet aan lucht worden ingevoerd 413 kg.

Inde lucht is dus 413 - 91

=

322 kg. N2 aanwezig, die niet

reageert. Het reactieproduct krijgt de samenstelling al.s in het

schema aangegeven. Na afkoeling van het reaetieproduct op 25 00 •

voert men de N2 af naar een zuiveringsinstallatie.

Na de afkoeling krijgen wij een driefasensysteem en wel een

gas-, watèr- en een organische vloeistoffase. De gasfase bestaat

in hoofdzaak uit N2 , de waterfase.uit water en HOI en de orga-nische 'fase uit benzeen, mono-, ortho- en para-dicbloorbenzeen.

De 'hoeveelheden van de stoffen en de dampspanningen zijn de volgende:

Gasfase 322

kg.

-

14

-Org. :fase: kg. kgmol. mol.fr. P/25 0_{0 • part. sp.}

Benzeen 3710 _47,6 0,905 98 mm Hg. _{88,75 mm Hg.}

mönt) 555,6 4,95 02095 10,2

,

, ,

,

0,906

,

,

, ,

.ort ho 1'8,3 0,122 1,qOO

pa:ra 42,6 0,29

Nemen wij onder verwaarlozing van de HOI voor de wat er damp ~~

spanning 23, 76 mm Hg. aan en voor benzeen, monochloorbenzeen

bovenstaande pattiaalspanning

en,

dan resteert voor de N_{2 druk}

646,59 mm Hg. In de N 2 zal dus resp. aanwezig zijn:

~

'-322 298 kg. H20 298. 760 . .22,4 = _{•. 22,4} 28 273 646,6 1,8 _{273 23,76} dus: 7,606 kg. H20 Benzeen: - _{322 x· 78 x 88 z75}

=

123, 1· kg. benzeen 28 x 646,6 Mono. 322 x 112,5 x 0,9 28 x 646,6 = 0,176 kg. monochloorbenzeen.

Onder verwaarlozing van de monochloorbenzeen nemen wij aan, dat

met de N₂ 8 kg. water en 123 kg. benzeen meegaan.

Over de verwijdering van bemzeen uit cokesovengas met was-olie zijn gegevens bekend (1'5), zodat .met behulp hiervan de hoeveelheid wasolie bepaald kan worden.

De overblijvende stoffen worden na opwarmen op kooktempera-tuur aan een (azeotropische) destillatie' onderworpen.

Gegevens voor de azeotropische destillatie van benzeen zijn:

Kookpunt azeotroop benzeen-water 69,25 00. bij 760 mm Hg.

Moleculaire verhouding azeotroop benzeen

Gewichts

,

,

, ,

, ,

water

=

70,4

,

,

='

5,5

29,6 0,533 Daar het bodemproduct van de azeotropische destillatie -kolom gelijke hoeveelheden monochloorbenzeen en benzeen bevat

( 14), moet 'door dest ill eren 3587 - 555,6

=

3031,4 ,kg. benzeen

overgehaald worden.

Voor vorming van de azeotroop is hiervoor:

3031',4 x 0,553

5,5 = 294 kg. water nodig.

Inde voeding is slechts 95 kg. water aanwezig, zodat wij

Het bodemproduct bestaat uit twee ~asen nl. water en HOI

naast een organische vloeisto~. Wij nemen nu aan, dat van de

HCI het grootste gedeelte in water oplost en ongeveer 0,5 kg.

HOI in de organische vloeisto~ achterblijft.

Na afkoeling op 25 °C. van het bodemproduct van de

azeotro-pische destillatiekolom volgt een' scheiding in twee ~asen

waar-na de. organische vloeistof aan een neutralisatie onderworpen wordt.

Hiervoor is 3 kg./h van een 20 fo-ige oplossing van NaOR

no-dig.

De organische vloeistof wordt na scheiding van de water~ase

op kookpunt gebracht en in een destillatiekolom gevoerd, die

als topproduct benzeen geeft. Deze benzeen gaat naar de

benzeen-ve~damper. Het bodemproduct wordt op kooktemperatuur naar de

eerste destillatiekolom behorende bij de eerste reactor afge -voerde

000000000 16 000000000

-Warmtebalsns

In het schema zijn de warmtehoeveelheden aangegeven in kcal/l

Wegens gebrek aán gegevens betre~fende de mengwarmten worden

deze warmte-e~~ecten verwaarloosd.

Ohloreringsreactor:

Reactiewarmte is 23 kcal/gmoi 01 2• ( 16 )

Totale ,reactiewarmte 426,9 x 1000 x 23

=

138296 kcal.

71'

Warmte nodig voor opwarmen en verdampen:

C12 60 x 426,9 x 0,17 7'5

=

3009,7 kcal.

06H6 60 x 227,6 x 0,43 = 5872,0

, ,

FeOl3 60 x 2,3 x 0,18

₌

24,8

, ,

Verd. mono 123 x 83,77

-

10303,7

, ,

1:921,0,2 kcal.

Af

te voeren warmte 138296 ~ 192~0,2

=

119086 kcal/ho

Afkoeling van het gasmengsel van HCl en Monochloorbenzeen van 75 00. naar 20 00. HOI mono 213 x 123 x 55 x 0,1909 55 x 0,2 cond. mono 115,3 x 93,82

=

= 2236,4 1353 10817,5 kcal.

,

,

,

,

14406,9 kcal

Neutralisatie: de neutra~isatiewarmte _{is 13,7 kcal/gmol H20}

7000 Vr;ijkomende warmte

--.:..--36,5 x 13,7 = 2628 kcal.

.De invoer in de neutralisator bestaat uit drie vloeistofstromen,

ieder met een eigem temperatuur. Stellen wij als onbekende voor

de temperatuur, na menging maar zonder neutralisatie, gelijk y

dan kunnen wij berekenen, dat deze temperatuur 59,2 00. wordt. Wij berekenen nu hoeveel kcal er nodig zijn om de massa 1 00. te doen stijgen.' mono 320,.3 x 0,34

=

108,90 para 283 x 0',297

=

84,05 ortho 1'20 x 0,269

-

-

32,28 tri 32 x 0,,25

-

-

8 20 f~ige NaOH 42 x 1

=

42 27 5,23 kcal •

.

De temp era tuurv'er ho ging als gevolg van de reactiewarmte wordt nu

2628 _{9,548 00 •}

9,5

°c

=

C>O

De temperatuur waarmede de stoffen de neutralisator verlaten wordt 68,7 00 •

. De invoer naar de monochloorbenzeen déstillatiekolom bestaat uit 2 vloeistofstromen met als temperatuur resp. 68,7 en 135 °C.

Berekening levert, dat het kookpunt van dit mengsel 141

°c

is, zodat beide vloeisto~stromen tot deze temperatuur verwarmd

mOèten worden.

Berekening van het kookpunt

kg.

I

kgmol mol.tr. mono 875,9 .7,78 0.,701 para 325,6 2,21 0, 199 otho 138,3 0,94 0,0855 tri 32 0,176 0,0158 11, 106 1,001}

Opwarmen van 68,7. naar 141 °C.

mono 320,3 x 72,3 x 0,38

para 283. x 72,3 x 0,297

ortho 120 x 72,3 x

°

,

₂₆₉ .

tri 32 x 72,3 x 0,25

°

pwarmen van 135 naar 141 °C.

mono para ortho 555,6 x 6 x 0,38 42,6 x 6 x 0,297 18,3 x 6 x 0,268

Totaal toe te voeren warmte:

van de voeding: P/141 °C. part. sp. 967 mm Hg. 677,8 mm Hg. 303

,

,

60,3 255

, ,

21,8 94

,

,

1,5 761,5

=

8800 kcal. 6077

,

,

-

_2333,8

-

,

,

= . 578,4

,

,

17789,2 kcal = _{1266,8 kcal}

=

75,9

,

,

=

29,4

,

,

137?, 1 kcal. 19161 kcal ~.

Bij de destillatie van de monochloorbenzeen passen wij een retlux-verhouding van 2 toe. Er moet dus 3 x 876 kg.

monochloor-benzeendamp gecondenseerd worden.~Hiervèor moet warmte afgevoerd

worden en wel: 3 x·876 x 77,59

=

203905 kcal.

Berekening van de temperatuur van de bodemvloeistof:

kg _ kgmol. mol. fr. P/17700. part. sp.

para 325,6 2,21 0,66,4 820 mm Hg. 545 mm Hg.

orth0138,3 0,94 0,28,3 720

,

,

204

, ,

tri 32 0,176 0,05,3 282

,

,

14,9

,

,

'.

18

-De voeding moet opgewarmd worden van 141 naar 1770_C.

para 36 x 325, ~ x 0,297

ortho 36 x 138,3 x 0,269

tri 36 x 32 x 0,25

verd. mono 3 x 876 x 77,59

Vrijkomende warmte 'van de mono

9 ,x 876 x 0,40

Totaal toe te voeren warmte

= 3481,3 1339,3 288,0 = 203905 20901'3,6 3153,6 205860,0 kcal.

,

,

,

,

,

,

kcal kcal kcal

De af te voeren monochloorbenzeen wordt eerst van 132 °C. naar 75 °C. afgekoeld. Hiervoor moet de volgende hoeveelheid

warm~e afgevoerd worden.

876 x 57 x 0,38 = 18973,5 kcal

Daarna wordt~ ee~edeelte naar de eerste reactor geleid en

de rest afgekoeld op 25 °C. en afgevoerd. Aan warmte moet afge-voerd worden:

548 x 50 x 0,33 = 9042 kcal.

Volgens bovenbehandeld schema zijn ook de warmtehoeveelheden voor de twee volgende destillatiekolommen berekend.

Als bijzonderheid dient vermeld te worden, dat de af te voe-ren producten nl. de para-dichloorbenzeen en trichloorbenzeen op

een temperatuur gehouden worden, die boven hun stolpunt ligt.

Al vorens de reagentia in de tweede 'reactor gevoerd worden, .~

moeten deze tot 210 °C. opgewarmd worden. Ee respectievelijke warmtehoeveelheden, die hiervoor nodig zijn, worden in het

schema ter plaatse vermeld.

De samenkomende benzeenstromen krijgen een gemmddelde tempe-ratuur van 64 °C. , berekend volgens een eenvoudige berekening.

555,6 x (80-x)

+

3031,4(69,25-x)

=

4, 15(x-15) .I- 120(x,:" 25)

x

=

64 °C.

Opwarmen van benzeen van64 naar 210 °C.

4122 x 11 x 0,46

=

20857,3 kcal.

4122 x 94, 17

=

388168,7

,

,

4122 x 130 x 0,23 == 123247,8

,

,

'

..

19

-Lucht van 1

°

naar 210 o~ •

413 :x: 200 x 0,25 20650 kcal •.

Hel en monochloorbenzeen van 20 naar 210 00.

212 x 190 x 0,19i

=

7814,3 kcal.

7,7 x 190 x

O,?

₌

292,6

,

,

810?,9 kcal.

In de tweede reactor verloopt de volgende reactie:

Deze reactie splitsen wij in een verbranding van HOI en een

chlorering van benzeen. De reactiewarmte voor 'de verbranding van

HOl is (17): 4 HOI

+

02 --7 2 01_{2 ... 2 H20} -I- 27,6 kcal.

212 x 10 3 4 x 36,5 27,6

=

39535 kcal. Ohloreringswarmt e: 2 x 212 x 10 3 x 23 = 65891,8 kcal 4 x 36,5

Totale reactiewarmte 105426,8 "kcal

Warmte nodig voor het opwarmen van 210 naar 240 °C.

4122 x 30 x 0,23 = 28441,8 413 x 30 x 0,25

=

3097,5 212 x 30 x 0,194 = 1233,8 7,7 x 30 x 0,2 = 46,2 kcal.

,

,

HOI

,

,

mono

,

,

32819, ~ kcal

De af te voeren warmte van defreà";tor wordt: 72607,5 kcal. De verder in het schema bijgeschreven warmtehoeveelheden en temperaturen zijn op analoge wijze berekend.

"

Warmtebalans over de wastoren en de stripper.

De aan de top van de wastoren ontwijkende N 2 en 06H6 en H₂0

hebben de temperatuur van de ingevoerde wasolie nl. 27 00.

Verder ligt de temperatuur van de invoer, die beneden plaats heeft, vast. Onbekend is de temperatuur van de beneden afvoer.

Nu is het boven ontwijkende gasmengsel 2 graden in tempera-tuur gestegen. Hiervoor is warmte nodig en wel:

322 x 2 x 0,25 3 x 2 x 0,23 =

=

= 161 kcal 1,4 " 4

,

,

166,4 kcal

- 20 ...,

stel, dat de temperatuur van de benzeen en wasolie, die a~­

gevoerd worden, x °C. is, dan heeft de benzeen aan warmte

op-genomen: 123 x (x~25) x 0,43. kcal

Deze warmte wordt geleverd door de wasoli~, die van 27 °C.

tot x °C. daalt 1000 x (27-x) x 0,457 kcal.

Deze twee vergelijkingen aan elkaar gelijk gesteld geeft:

x

=

26,4 °C.

Na de wastoren worden de wasolie en benzeen opgewarmd tot

135 °C.

wasolie 1000 x 108,6 x 0,457

=

123 x 53,6 x 0,43

123 x 94,17

123 x 55 x 0, 23

Warmtebalans van de stripper:·

wasolie 1000 x 25 x 0,457

3 :x: 25 x 0, 43

Benodigde hoeveelheid stoom wordt:

=

=

=

:: 49630,2 2834,9 11582,9 .1556,0 65604,0 11430 32 11462 kcal.

, ,

,

,

,

,

kcal. kcal.

, ,

kcal.

~ Kg stoom x ·8,5 - 11462 kcal. dus Y

=

1348 kg.

Afkoeling. van he1t'i:·obQd.èmproduct:

wasolie 1000 x 83 x 0,457 100 x 83 x 1,05 3x83xO,43 Afkoelen topproduct:

•

120 x 55 x 0,23 120.

x

94, 17 120 x 55 x 0, 43 13 48 :x: 3 5 x 0, 45 9,729 3 1348 x 18 x 10 1348 x 75 :x: 1,05 = =

=

=

=

37940 8720 107 46767 1518 11300 2838 2124 728000

=

106300 852080 kcal.

, ,

, ,

kcal.

,

,

, ,

, ,

,

,

,

,.

kcal •

•

IV .Berekening van ~e destillatiekolommen.

Als o~derwerp voor een berekening werd de destillatiekolom voor de

I

scheiding van para-dichloorbenzeen van de rest gekozen. Het temperatuurversch'il tussen het kookpunt van de para (173,9 00.) en dat van de ortho-dichloorbenzeen (179,0 00.) be-draagt 5,1 °C. ( 18 ). In eerste instantie werd geprobeerd het . aantal theoretische schotels volgens de grafische methode te

be-palen en wel voor het ternaire systeem para-, otho- en

tri-chloorbenzeen met behulp van de gelijkzijdige driehoe~.(19 - 20) Bij deze destillatie wordt een refluxverhouding genomen van 20.

Als eis voor de zuiverheid voor de later te winnen ortho-.dichloorbenzeen werd 95 á 96

%

gesteld. De para-dichloorbenzeen

is voor ons van minder belang' zodat hieraan geen hoge eisen ge-steld worde~.

Voor depara~dichloorbenzeenkolom wordt nu aangenomen, ~at

de top' bestaat uit 95,5

%

pa.ra en 4,5

%

ortho-.dichloorb enzeeIl,

~het bodemproduct uit 4,2

%

para- , 79,2

%

ortho- en 16,6

%

tri-chloorbenzeen •

Nu bleek bij de gratische methode met behulp van de gelijk-zijdige driehoek, dat in de bijbehorende Xdamp - XvIoeistof coördinatenstelsel de twee werklijnen als gevolg van de grote retluxverhouding (nl. 20) ontzettend dicht langs de 45 0 lijn

kwamen te liggen, zodat het grafisch uitzetten van het aantal schotels alleen mogelijk was op zeer grote schaal. De grote re-flux-verhouding is weer een noodzakelijk gevolg van de zeer

kleine verhouding der dampspanningen van para- en ortho-dichloor benzeen •

Verder bleek er uit, dat het temperatuurverschil tussen op-volgende schotels tienden van graden zou bedragen, zodat hier-voor in de gelijkzijdige driehoek zeer veel vloeistof- en

damp-isothermen berekend zouden moeten worden, die dan bovendien zeer dicht op elkaar zouden liggen •

. Daarom werd besloten de grafische methode van Me. Oabe en Thiele voor een binair systeem toe te passen dus voor de

trichloor-,! .' '. (.~

-

I; .

!f ., ',' o -! , ,. f , " " r . . . ;. !" "

.

' o ,1. r' ~ ~ .' . f " ~, 1.; _{~ -- '} " ... ~ ..

~%

-

~~

~'l

. , . 1, .. "r " ,

-t ,< I " ~ _ t-{' " -' .. I .; r . r "

-, , j '. . ... i ), 1 1. f , ' l o . , ~. -. : . ''": . . . r ... , r, r , , , { , r r. '

benzeen werd als ortho-dichlooEbenzeen beschouwd en dus met de aanwezige ortl.lo- tezamen genomen.

Voor deze grafische methode waren in eerste instantie de dampspanningen van zowel para- als ortho-dichloorbenzeen tussen

genoemde temperaturen werd sterk vergroot (zie bijlage), ter bevordering van nauwkeuriger aflezing.

Voor para- zowel als ortho-dichloorbenzeen werden nu met

sprongen van

t

oe., de da.mpsp~ningen bepaàld. Daarna werd met

behulp ven'de formule:

y Ppara ' / Portho

~ij een telkens a~genomen waarde voor x het y-x

diagramopge-steld, waarna bleek, dat de evenwichtslijn zeer dicht langs de

450 lijn viel. Het was hierdoor niet mogelijk om het aantal

schotels te bepalen, zodat besloten werd op grotere schaal te

gaan werken. Hiertoe werd op een strook papier van

1t

m. lengte

de 450 lijn uit het x-y.diagram vergroot weergegeven. Het

vin-den van de evenwichtslijn

nl.~v

'e,atio' PparaiPortho een constante waarde nl. 1,140 'vo

!\IJ"' . I

~-c.,,'...---ti kolom aan te.ne~n-~0~-I-w8araen van 0,05 , 0,10 ,

---

"

0, 15 .. _en,z"~·--tOr"'·en met 0,95. De berekende waarden voor y werden

....I I ~ _____ ... .,..

..

..k~.':;l'J'·- nu tegen de aan~~no~~~ :x: uitgezet, zodat de evenwichtslijn

ge-t~%W

J vonden werd. (zle blJlage) .

-~ .

~

'1>

p

L1"...+'

Al stoppro duet werd e en pro duet met 95, 5

%

p ara- en 4. 5

%

tJ;û

11t

~

J.;,

~

ortho ... dichloorbenzeen genomen en als bqdemproduct 4,2

%

para-~J;~

en 95,8

%

otho-dichloorbenzeen. De voeding wordt op

kooktempe-ratuur ingevoerd zodat q

=

1 is en de q-lijn in het diagram

ge-tekend kan worden.

Het stuk, dat door de eerste werklijn van de y-as wordt

af-gesneden wordt bij een reflu:x:verhouding 20: °2~55 :: 0,0455.

Hierna zijn de twee werklijnen te construeren. Nu was

palen. Dit

het mogelijk' het aantal theoretische schotels te

seho-•

23

-tel aangenomen zodat het aantal theoretische scho-tels 59 wordt •. Bij deze methóde speelt de tri-chloorbenzeen geen rol.

Echter in werkelijkheid oefent deze tri-chloorbenzeen enige invloed ten gunste van de scheiding':uit. Op grond hiervan wordt

het gemotiveerd geac'ht een schotelefficiency ,van 65

%

aan te

nemen, hetgeen iets gunstiger is dan men normaal zou nemen nl.

55

%

á 60

%

voor een twee componenten systeem.

Nemen wij een schotelafstand van 0,45 m. aan, dan wordt de. totale hoogte van de kolom:

100 .

~ x 59 x 0,45 z 41 m.

Alsnog werd geprobeerd een schotel tot schotel berekening volgens de Lewis en Matheson methode (21) uit te voeren. Dit liep vast op onnauwkeurigheden betreffende de benodigde damp span-ningen. Beschouwen wij het resultaat van de voorgaande grafische methode dan volgt hiEruit, dat het rectificerende gedeelte van

de kolom uit 24 schotels bestaat, terwijl het temperatuurver,-.

schil tussen de voeding en de top 177 - 173,9.

=

3,1 °C. bedraagt

Hieruit ,volgt, dat gemiddeld het temperatuurverschil tussen

. 0 •

2 schotels 3,1 / 24 = 0,13 .C,. zou bedragen. Voor de

berekenin-gen hebben wij de dampspanninberekenin-gen van para-, ortho- en tri-chloorbenzeen bij tienden graden verschil nodig, die met de nodige nauwkeurigheid niet te bepalen zijn.

'Als benaderingsmethode zou men over het rectificerende ge-deelte de dampspanningen voor de afzonderlijke stoffen constant kunnen nemen en hiermede een schotel tot schotel berekening uit-voeren. Ook dit zou tot onnauwkeurige uitkomsten leiden en- ge-zien het 'vele rekenwerk werd ook hiervan afgege-zien.

Uit het voorgaande blijkt, dat de enige methode, die hier bruikbaar is de grafische methode van Mc. Cabe en Thiele is.

De diameter van de kolom wordt als volgt berekend.

Door de kolom gaat 21 x 325,6

=

6837,6 kg

para-dichloorben-zeen.

.

;01,.-6837,6 x 446,9 _ _ _ _ - L _ _ _ _ _ _ _ • _ _ _ _ x 22,4 = 147 x 273 1705,7 147 x 492 8 - - - - " " - - ::: 0.24 9 359 x 806 ! ~ -1. = 1,458 x 62,4 ~ 91,0

"

•

U '"

kVV/"

-fil.

:= 0,14

;Oot

, 91,

° -

0; 2498 0,2498 Oppervlak = 16,75

₌

6,273 ft 2 2,67

=

2,67

Diameter van de paradichloorbenzeenkolom wordt dan:

2,825 ft = 862 mmo

ft/sec.

Bepaling van het aantal schotels van de

mono-chloorbenzeen-kolom~

';<

Allereerst werd op vergrote schaal de grafiek Log P - 1/T 1~

(zie bijlage) van de kookpunten bij verschillende drukken van monochloorbenzeen en'para-dichloorbenzeen uitgezet. Daarna wer-den voor een reeks temperaturen, die zodanig geschat zijn, dat

zij in het T-I diagram ongeveer overeen zouden komen met x =0,1

0,2 0,3 enz de bij die temperaturen behorende. dampspanningen

uit bovengenoemde grafiek bepaald. Voor elk van deze tempera-turen werd nu de verhouding Pmono / Ppara berekend.

Met behulp van deze gevonden verhoudingen werd bij

aangeno-men x ( 0,1 , 0,2 enz.) de bijbehorende y berekend door

toepas-sing van de formule:

y ₌

~

+ (

_{Pmono / Ppara - 1)}

Met de gevonden waarden voor y is het nu mogelijk het Me. Cabe en Thiele diagram uit te zetten. (zie bijlage)

Als eis werd gesteld, dat het topproduct nl.

monochloorben-zeen een zuiverheid zou hebben van 99,9

%

en het bodemproduct

99,9

%

züiver paradichloorbenzeen •

Voor de reflux-verhouding werd 2 aangenomen •

. De moleculaire fractie van de monochloorbenzeen in de

voe-ding is 0,7

,

terwijl de voeding op' kooktempera;tuur is dus q

=

1-.

Het stuk, dat van de y-as wordt afgesneden door de eerste

werklijn is Id .

-

0,999

-

-

0,333.

R

+

1 2 J. 1

Het aantal theoretische schotels werd grafisch bepaald en

bedroeg 16. Indien wij nu de reboiler als 1 practische schotel

-..

- 25

-efficiency van 50

%

zijn er dus 30 practische schotels nodig.

Zodoende wordt de lengte van de kolom 30 I xO,45 m.

=

13,5 m •

•

Berekening diameter van de kolom.

Door de kolom gaat 2628 kg. monochloorbenzeen.

2628 x 405 112,5 x 273 2 6 m3/ x 2 ,4

=

77 ,3 h. - 7,612 cft/sec. 112,5 I 492 =0,21 19 1,106 I 62,4

=

69,0 359 x 729

u

₌ 0, 14 69!0 - 0! 211 9 _0,2119

=

2,52 ft/sec. Oppervlak ₌ 72612 _{3,02 ft 2} 2,52

=

diameter

=

1,939 ft

-

-

591. mme -0-0-0-0-0-0-0-0-Nabeschouwing:

Bij nadere beschouwing blijkt het, dat de azeotropische destillatiekolom kan vervallen. Hiert'oe moeten de reactiepro

-ducten van de twee~e reactor na afkoeling ·op 25 °C. en

verwij-dering van het gasmengsel van N2

+

H20

+

C₆H₆ direct naar het

scheidingsvat gestuurd worden. De verdere bewerking blijft dan dezelfde als in het schema.

Het voordeel hiervan is bovendien, dat men de moeilijkheden' in verband met de bescherming van de kolom tegen de aanwezige HCI ontloopt •

-0-0-0-0-0-0-0-0- I-1 I •

•

V,. L I TER A T U U R • 1 • Chem. Weekblad 49 A 171 (1953)

2. Kirk-Othmer Encyclopedia at Chemical Technology 3 - 813

3.

4.

5.

G. Tripathi en G.G.Brown Ind. Eng. Chem. Aug. 1954 p.1658

Brit. Pat. 605.693 26 Aug. 1948.

, ,

,

,

632. 144 17 Nov. 1949.

6. D.P.Chakravarti, A.P.Dutta en S.B.Sen<Gupta

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15 .. 16. 17. 18. 19'~

J. Proc. Inst. Chemisté (India).12 1.11-16 (1947)

H.F.Wiegandt en R.R.Lantos Ind., Eng. Chem. 43 , 2167-72 (1951)

Fieser & Fi'eser Org. Chem. sec. ed. 684.

R.B. Mac Mullin.

U.S.Patent No 2,527,606. U.S.Patent No 1,858,521. U.S.Patent No 2,111,866

Chem. Eng. Progress 44,No 3 ,183

(19t8)

International Critical Tables Vol. 3 , 261 - 271.

R. M. Crawt'ord _ Chem. Eng. Progress

.1§.,

No 10 , 483 (1950)'

Lowry, Chemisnry

ot

Ooal Utilization 1164.

Groggings Unit Processes 183 (4 e druk)

Mellor A Treatise on inorganic and theoretical chemistry II , 33

Perry Chemical Engineers Handbook.

Technisch-Physische Scheidingsmethoden, naar de colleges van Prof. Dr ir P.M. Heertjes.

20. E. Kirschbaum. Destillier und Rektifiziertechnik, 2. Aufl (1950)

pag. 25~37 , 181-186.

21. C. S. Robinson en E. R. Gilliland Elements of fractional distilla

-tion. 4 Ed. (.1950) pag. 219 - 229.

~ :':

" .... ~. i

L

" , '\\ .1 " _{. \ '} \

1.H.l.tI~-hllj~ m.Ok.O I 0 kj 1Ml.·~. --~~~~~----~

1

S tJ~. "M?I~ H 9 1<:1. ~ H ~ k,ecJ.

+f

~

~

~

·~J~tS~IÓ

~

~+-

___

~7~t~~C<~

1. (, 'f60k c.At. 1t\.(fh(I H. 8 -1

n

= .t" S'

k:s

jo~ .r,9) • ~ 1 !..(J "

w

Jt" HU. 6"

<r

..

U) 1,3. M'\.mO 115 3 I X 3l.s', 6 111 HU.

1,

t

fI'n,~ . ~ Ir:t .t~rtJ Ir .. OH. 1lO,l ~ ~M4. JH,' (, 1/ W Jt I' If

or..

1.0$860 KMI.. Ho,3 kj .l8l .. 1~ " J 1 " J.10·(,. 810",~ Ktal. J.S~ç. , SjS'J'~ 't ~I 6 ., 7~, j \ f'f·r,

6

•

"I

5" 11 r

Ni

HJ. 0 C."'iI) ~

tr.Ik

~"a.

HU

teki~

H₁0 Ht.(. JH 10J

31

10 S' Ss, 6 18,3 " 1,6 '*I S/, S" ~ ~,5" " j

kj

LO'lc !v'6.oH HO

oe.

I I.-....--.. ~aUt

_~t'e.

J~

1 'C o . la'iQ~. (.,11, H. 'OJl,~ Hl0/~'t'" Hf·C.. 8s1. 0 BIJ

Iud.

,vl,

31 ~ H). 0 VI.t

9't,....-.--{

}-....,....~

__

t,J.i

JO 3/, ~

1c1.

6

q

,J. $' ~~.

liJ.

0

a

(//6 11~. 9'010~. 21.; Hl 0 9f~ C. 1-1" J rO 'I ~

S'S's,'"

~ 19,J

f/AIIAI

I( 1.,

6

HU.

Jt.

11), J " ~,flf:,. S'j~ 6 /I ~M JDS~

Y

. ~o 6~S: 90'e. /YMl.~. 3, ~-'" J. 5 o~. ,

t

&,

3 //