HC1-Productie uit afvalstroom vinylchloride-fabriek

•

,r*tL·

TU Delft

_{F.V.O. Nr: 2663}

Technische Universiteit Delft

•

•

Vakgroep Chemische Technologie

•

Verslag behorende

•

bij het fabrieksvoorontwerp

van

•

E.J. Hoekstra

R. Korbee

•

onderwerp:

Hel-productie uit afvalstroom

•

vinylchloride-fabriek

•

•

adres:R. Holstlaan 209, 2624 HE Delft. opdrachtdatum: maart 1987

Kon. Emmastraat 30, 4205 BM Gorinchem. _{verslagdatum: juli 1988}

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Samenvatting

In dit voorontwerp wordt een proces beschreven dat een afvalstroom

van gechloreerde koolwaterstoffen verwerkt tot een bruikbaar

product, HCl. Het proces verloopt als volgt.

De afvalstroom (1500 kg/hr) wordt met zuurstof en stoom in een

fornuis verbrand bij 2000o_{C. De warmte die hierbij vrijkomt wordt}

gebruikt voor de voornamelijk 0z, worden vervolgens

opwekking van stoom. De verbrandingsgassen, die CO z, HzO, Cl z en HCl bevatten, worden gekoeld en

gecondenseerd bij OOC. De vloeibare fase van

geconcentreerd oplossing van

zoutzuur wordt na verwarming tot 77°C samen met een MgClz naar een gepakte kolom geleid. Bij een gemid-delde temperatuur van ongeveer 1100C vindt extractieve destillatie plaats (HCI-HzO vormt een hoogkokende azeotroop). De topstroom van

de kolom wordt gecondenseerd waarna een nagenoeg 100 % HCI-gas

(1040 kg/h) wordt verkregen. Het hele proces vindt plaats bij

atmosferische druk. Gasstromen die nog restjes HCl bevatten, worden geneutraliseerd. Het chloor uit het CKW-afval wordt voor 99.97 gew% omgezet in HCl-gas en voor 0.03 gew% in Clz-gas. 95 gew% van het

geproduceerde HCl komt in de productstroom. De rest wordt

geneutraliseerd.

De investeringen voor dit proces bedragen 17.5 M$. Wanneer de prijs

van HCl-gas 180 fl/ton is, en voor de verwerking van een ton

gechloreerde koolwaterstoffen wordt 900 fl/ton berekend, dan zijn de investeringen na ruim 5 jaar terug verdiend.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- -- -- - ---- - - -- - - - --- -Conclusies en aanbevelingen

Het beschreven proces is in staat nagenoeg alle chloor in een CKW-afvalstroom om te zetten in HCI-gas. Deze CKW-afvalstroom bevat 71 gew% chloor. Het chloor wordt voor 95 gew% omgezet in HCI-gas en voor 0.03 gew% in Clz-gas.

Aanbevelingen:

Met de gegevens van het BASF-proces de economische aspecten van de BASF-fabriek berekenen en daarmee de kosten om CKW-afval in deze fabriek te verwerken.

Een vergelijking van het beschreven en het BASF-proces met processen waar lucht als oxidatiemiddel wordt gebruikt.

Er moet meer onderzoek worden gedaan aan de onvolledige verbran-dingsproducten van CKW en de toxiciteit van deze onvolledige verbrandingsproducten.

•

•

I

•

•

•

•

•

•

•

•

i

I

i

.

r Inhoudsopgave Samenvatting Conclusies en aanbevelingen Inhoudsopgave 1. Inleiding

2. Uitgangspunten voor het ontwerp 3. Beschrijving van het proces 4. Procescondities 4.1 Verbrander blz. 1 2 4 5 5

4.2 Voorverwarming van ketelwater en stoomproductie 6

4.3 Condensor H6 6

4.4 Voorverwarming van voeding van destillatie kolom 4.5 Extractieve destillatie

4.6 Reboiler

4.7 Neutralisatie van condensorgas en destillatiebodemstroom

5. Warmtewisselaars, condensoren en reboiler 6. Pompen en expansieturbine

7. Massa- en warmtebalansen 8. Materialen

9. Procesregeling

10. Milieu- en veiligheidsaspecten

11. Economische aspecten van het ontwerp

11.1 Kosten van grondstoffen en opbrengst van producten 11.2 De investeringen 11.3 De loonkosten 11.4 Afschrijvingen en onderhoudskosten 11. 5 Tot slot 12. Het BASF-proces

13. Vergelijking van beschreven proces met BASF-proces 14. Literatuur 15. Afkortingen en symbolen 7 7 11 11 12 15 17 24 25 26 28 28 28 32 33 35 38 39 41 43

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

1. Inleiding

Dit fabrieksvoorontwerp behandelt een methode voor de verwerking

van gechloreerde koolwaterstoffen (CKW). CKW ontstaan als

bijproduct in de vinylchlorideindustrie. Het is niet rendabel de stroom van gechloreerde bijproducten direct te verwerken tot

nut-tige producten. Bovendien is het verboden deze CKW te storten in

het milieu, omdat deze stoffen toxisch tot zeer toxisch zijn. Een

aantal manieren van verwerken zijn (lit.l):

Verbranding op zee, waardoor de verbrandingsproducten in het

water en in de atmosfeer terecht komen.

Verbranding in een reactor met terugwinning van HCI. HCl gas kan in oxidatieve chloreringsreacties worden hergebruikt. Hiervoor zijn verschillende processen op technische schaal in gebruik:

a.

b.

Catoxid proces van B.F.Goodrich. CKW worden verbrand in een fluidbed reactor bij 500°C met een katalisator.

Atmosferische verbranding met lucht bij 1250-1650oC en HCI terugwinning door destillatie.

c. BASF-proces. Verbranding onder druk met Oz bij 20000_C

(lit.2,15,l9).

De producten worden direct in de vinylchloride industrie gebruikt.

Op grond van het BASF-proces is een proces ontwikkeld dat in dit

verslag is beschreven. Aanvankelijk was het de bedoeling het BASF-proces door te rekenen en te vergelijken met de verbranding met

lucht. In beginsel was alleen het stroomschema in lit.2 bekend.

Daaruit is in eerste instantie niet opgemaakt, dat het

geproduceerde Hel-gas onzuiver was, waardoor het stroomschema niet goed is geinterpreteerd. Later is met lit.19 het proces duidelijk geworden. Er is daarom een vergelijking gemaakt met het BASF-proces en niet een vergelijking met verbranding met lucht.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

2. Uitgangspunten voor het ontwerp

Aan de hand van lit.3 is de stroom CKW gesteld op 1500 kg/h met een

chemische samenstelling van bestaat

hoofdzakelijk uit chloorethaan, dichloorethaan en 1chlooretheen. De CKW stroom is vloeibaar bij 20°C. Sporenelementen in de stroom zijn (lit.22): ,I' \ .:...-

,

- 1 , \ S

<=

20 mg/kg

)

.J. ._ ~ -'. Br

<=

500 mg/kg l 'I ./L '-F

<=

1 mg/kg '. 1.. P

<=

500 mg/kg Fe

<=

100 mg/kg onopgeloste stof

<

=

10 mg/kg

In het ontwerp wordt aangenomen dat de gassen zich ideaal gedragen. In tabel I staan de fysische constanten en de stofeigenschappen van grondstoffen en producten.

In lit.13 worden de emissie standaarden van HCl en chloor gevonden:

- HCI 328 ppm

77 ppm

Het doel is om 100% HCI gas te produceren.

•

eN

•

•

•

•

r~el Fysische constanten en stofeigenschappen

I i t. 4

Stof M Cg/mol) p (kg/I) bp (OC) mp (Oe) oplosbaar in

Calciumc:h I oride 110.99 2.15

Chloor 70.906 3.214 ChloorelhBon 64.54 0.B97B I, I rlirhloorclhBBn 9B.96 I. 1757 1,2 d i eh) oorethaan 9B.96 I. 2351 1,1 dichlooretheen 96.94 I. 21B 1,2 dichlooretheen 96.94 1.2B37 (cis) 1,2 dichlooretheen 96.94 1.2565 (trans) kooldioxide 44.01 1.977 koolmonoxide 2B.01 1.25 natriumhydroxide 40.00 2.13 vinylchloride 62.5 0.9106 water IB.0153 1.000

water'slof 2.015B 0.OB99

wBterslofchloride 36.46 1.187 >1600 -34.6 12.3 57.3 B3.5 37 60.3 47.5 -7B.5 -191.5 1390 -13.4 100.000 -252.8 -84.9 782 water -100.9B water -136.4 -97 -35.3 -122.1 -BO.5 -50 -56.6 -199 318.4 -153B 0.000 alcohol/ether alcohol/ethe,' aceton/benzeen idem idem idem idem water water alcohol/ether -259.14 water/alcohol -114. B water

zuurstof 32.00 1.429 -IB2.962 -2IB.4 water/alcohol

MAC C I. e. I. u.e.!. c _p maximaal aanvaardbare plafond waarde concentratie lower explosion upper explosion A + BtT + CITo

limit) met lucht (V/V %)

lillit )

(cal/K/llol) T in K

•

•

lit.6 1it.4 1it.7

MAC (Ilg/.') I.e.!. u.e.!. cp A cp B_ cp C

3 (c) 8.28 5.6B-4 0 2600 4.00 14.8 820 6.20 15.90 200 6.20 15.90 40 790 790 9000 10.34 2.74B-3 -195500 55 12.5 74.20 20 4.00 21.7 4.00 74.20 7 (c) 6.70 8.48-4 0 8.27 2.58B-4 -187700

•

•

•

•

eigenschappen (li t. 5)

Irriterend; reageert heftig met basen.

Bijtend; explosief met Hz,Bcetyleeen en NH]; damp is zwaarder dan lucht.

Prikkelend en blaren op ogen; opname via huid en inademing; explosief met

lucht; brandgevaarlijk.

Prikkelend en werkt in op zenuwstelsel: intensief contact geeft huidRan

-doeningen en lever-, nier-, hersen- en bijnierbeschadigingen; opname via huid en inademing; explosief met lucht: brandgevaarlijk.

idem

Prikkelend; intensief contact geeft lever- en nierbeschadigingen; opnam~ via

inademing; explosief met lucht; brandgevaarlijk.

idem idem

Explosief met lucht.

Bijtend; reageert heftig met zuren; reageert met metalen waarbij Hz wordt

gevonad

Intensief contact geeft huid en botaandoeningen, lever,nier en

hartbes-chadigingen en is kankerverwekkend; opname via huid en inademing; zwaarder

dan lucht; explosief met lucht; brandgevaarlijk.

lnade.ing geeft ademnood, hoodpijn, duizeligheid en bewusteloosheid; reageert heftig met 0z,r , en Clz met kans op explosiej explosief met lucht;

br81ldgevaar]i jk.

Damp is zwaarder dan lucht; corrosief; heftige reactie met basen en sterke oxidat ie middelen.

Reageert heftig met brandbare en reducerende stoffen.

•

•

FIG. 1 HEAT OF COMBUSTtON OF CHLORINATED HYDROCARBON 5

X : .EXPERIENCED lmSUL TS ~----+---~---+----~---~----~---r---+.--. ':".'.': ... .

•

10 20

•

CHLORINE CONTENT (%wt)

•

•

•

I

•

•

•

•

•

_I

_\~!

_'

7

"-

)

•

•

•

I

•

'

.

•

3. Ontwikkeling en beschrijving van het proces

De CKW stroom wordt naar de verbrander gepompt en samen met een

benodigde hoeveelheid zuurstof en stoom in de verbrander

geinjecteerd. stoom wordt gebruikt om roet- en chloorvorming te

verminderen. De CKW stroom wordt verbrand bij 2000 oC, waarbij de

verblijf tijd ongeveer vijf_seconden is. De verbrander fungeert als

stoomketel, waarin stoom van 4100C en 40 bar wordt geproduceerd. De

verbrandingsgassen, die bij het verlaten van de verbrander een

temperatuur van 428°C hebben, warmen eerst het ketelvoedingswater

op van 20 naar 100oC. De verbrandingsgassen hebben daarna een

temperatuur van 200°C. Vervolgens worden uit de verbrandingsgassen,

die 46~ waterdamp bevatten, water en HCI gecondenseerd bij OOC.

Daarbij ontstaat een geconcentreerd zuur. CO z en het restje O2

verdwijnen na neutralisatie door de schoorsteen. Aangezien

water-HCI een azeotropisch

kooktemperatuur (lit.IO)

systeem wordt

vormt met een maximum in

extractieve destillatie met MgClz als hulpstof toegepast (lit.9). Bij 24 gew% MgClz of meer verdwijnt de azeotroop en is een drie componenten destillatie verkregen. Er wordt een gepakte kolom met keramische vulling gebruikt, vanwege het corrosieve karakter van de voeding. De MgClz oplossing in de bodemstroom wordt geregenereerd en een deel van de damp, die hier-bij ontstaat, wordt naar de kolom terug gevoerd. Het andere deel moet worden geneutraliseerd voor het geloosd kan worden. In eerste instantie was het niet de bedoeling de verbrandingsgassen te

con-denseren, maar te koelen en te absorberen in HCI oplossing en

vervolgens gewoon te destilleren. De bodemstroom zou worden

af-gekoeld en gebruikt worden in het absorptie proces. Dit lukte niet,

omdat er meer koelmiddel (HCI oplossing) nodig was dan dat de

bodemstroom van de destillatie leverde. Het product van het ab-sorptie proces moet voor de destillatie wel een concentratie hebben hoger dan die van de azeotroop. Is dit niet het geval dan wordt er geen zuiver Hel gas verkregen in de destillatie. Tijdens het ab-sorptie proces zou bovendien sterk extern gekoeld moeten worden. Als toch koeling plaats moet vinden is condensatie een alternatief en zeker als de verbrandingsgassen veel water bevatten. Extractieve

destillatie heeft als voordeel dat er geen azeotropisch mengsel

ontstaat.

100 ,. 10 0-~ n f-< Z < 1.0 !-< :n Z 0 U :::E :l ë: E

.

..:l :3 0 ~ 0.1

FIG. 2 EQUILI13HIU~1 CONSTANT VS TEMPERATURE

I / / IJ

/

.

' ·1

/

/ ' / ' J~

V

1/

V

V

/

/ 1,000 1,500 TE!-.IPERATURE ("C) 1

,

-K,

J

PHCI) (P'7)' - ( PH10 ) t _{Pel 2 )}

V

7 I I _I I I I

I

I

•

•

v

V

•

•

•

•

•

I I I

1

1

I

•

I

I

2,000'

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I

•

•

•

•

4. Procescondities en apparaatberekeningen 4.1. Verbrander

De verbranding met Oz verloopt als volgt (lit.ll):

CzHzCl1.a(1) + 2.05 Oz(g) ----) 2 COz(g) + 1.8 HCl(g) + 0.1 HzO (g)

De verbrandingswarmte óH is -10795 kj/kg (fig. 1). Bovendien stelt het Deacon evenwicht zich in:

- - - )

Cl z + HzO

<

_____

2 HCl + 0.5 Oz

Cl z gas is ongewenst in verband met milieu eisen bij het lozen van de verbrandingsgassen. Het Deacon evenwicht moet zoveel mogelijk rechts liggen. De evenwichtsconstante K neemt toe met de tem-peratuur (fig.2). Daarom vindt verbranding plaats bij 2000o_C, gelijk aan het BASF proces. De verbrandingstemperatuur mag niet te hoog zijn, omdat de verbrandingsproducten gaan ontleden en de materialen, waarvan de verbrander is gebouwd, een kortere levensduur hebben. De druk is I bar, omdat het evenwicht bij lagere druk beter ligt en omdat in geval van lekkages de gassen niet zo snel het milieu in verdwijnen. Daarnaast zijn veel gegevens be-schikbaar bij 1 bar. Het BASF proces werkt echter bij 8 bar. Zuurstof wordt in kleine overmaat van 5% toegevoerd om voiledige verbranding te krijgen. Na de verbranding moet de zuurstof con-centratie laag zijn in verband met het Deacon evenwicht. De zuurstof heeft een temperatuur van 20°C.

Toevoeging van stoom in de verbrander heeft een aantal voordelen. Het Deacon evenwicht verschuift naar HCI. Eventueel ontstane roet wordt omgezet in koolmonoxide (lit.14):

C + HzO ---) CO + Hz óH= 121.1 kj/mol C

Koolmonoxide is in evenwicht met kooldioxide volgens:

óH= -41.0 kj/mol

4 6 8 iO} 2 mm Hg 8 70)

I I I I I

01 Q2 ala Q5

ra

1.5

Gesamtdf"Jck P=PHCl' PH; 0

Figuur 3. Dampspanningen van een HzO-HCl mengsel.

.

1

.

1

.

1

I I

.

1

•

•

•

•

•

•

I I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- -- - - -- - - -- -- -

-De hoge temperatuur heeft voor het evenwicht van CO en CO z een nadelige invloed.

Een eis aan de vlam is dat deze stabiel brandt.

Met een warmtebalans wordt bepaald hoeveel stoom van 200°C en 3

bar kan worden toegevoegd om een temperatuur te krijgen van 2000 o

c:

2236 kg/ho Onder deze condities wordt 1468 kg/h CO z, 1096 kg/h HCl en 30 kg/h HzO geproduceerd. Er blijft 55 kg/h Oz in de verbran-dingsgassen en er wordt maximaal 0.3 kg/h Cl z gevormd.

4.2. Voorverwarming van ketelwater en stoomproductie in de verbrander

Uit de totale warmtebalans blijkt dat er 4.218 MW moet worden

overgedragen om de verbrandingsgassen van 20000_{C af te koelen tot}

200°C. Het ketelwater wordt omgezet in oververhitte stoom van 410°C en 40 bar. Er is 4852 kg/h ketelwater nodig.

Het ketelwater wordt eerst voorverwarmd door de verbrandingsgassen

van 20 tot 100°C. Hierbij wordt 0.451 MW overgedragen aan het

ketelwater. De verbrandingsgassen koelen daardoor af van 428 tot

200°C.

Het voorverwarmde ketelwater van 100°C wordt in de verbrander verdampt en oververhit tot stoom van 410°C en 40 bar. Er wordt

3.767 MW overgedragen aan het ketelwater. De verbrandingslassen

•

koelen af van 2000 naar 428°C.

4.3. Condensor

In de condensor worden de verbrandingsgassen afgekoeld tot OOC. Hierdoor condenseren water en HCl. Hierdoor ontstaat een 32.6 gew%

HCI oplossing. In het gas blijft nog 1772 ppm HCI aanwezig

(emissiestandaard= 328 ppm)(fig.3).

Het meeste chloorgas zal mee condenseren, omdat in het condensaat maximaal 0.0085 gew% chloor kan zitten. De oplosbaarheid van chloor in water bij OoC is 1.44 gew%. Bovendien verhoogt de aanwezigheid

van HCl de oplosbaarheid van chloor (lit.8). Aangezien opgelost

chloor een dampspanning heeft, zal de werkelijke hoeveelheid chloor

I

I

I

, ,

"

, , ,( I Î

-

,

c-,jr4

•

•

•

•

•

•

•

•

l :x:

•

-Jo

_.

₁

•

•

•

•

•

•

•

•

\

.

•

•

~,

•

in het gas tussen de 0 en 117 ppm liggen (emissiestandaard= 77 ppm). Dit betekent dat de gassen uit de condensor niet zonder meer in het milieu kunnen worden

gelOOS

~I~

~~

In de condensor wordt 2.417~ _{overgedragen aan een 23 gew% CaCl z}

oplossing van -20°C. De eindtemperatuur van deze zoutoplossing is OoC. ~--...

4.4. Voorverwarming van de voeding van de destillatiekolom

Het condensaat uit de condensor wordt verwarmd met stoom tot 77°C. Dit is het kookpunt van het condensaat. De voedingstemperatuur ligt dan zo dicht mogelijk bij de kooktemperatuur op de voedingsschotel. De stoom heeft een temperatuur van 190oC, een druk van 3 bar en wordt gecondenseerd naar 140°C. Er wordt 0.187 MW aan de stoom onttrokken. Er is 299 kg/h stoom nodig.

4.5. Extractieve destillatie

In de extractieve destillatie wordt de 32.6 gew% HCI oplossing gescheiden in HCI gas en water. Aangezien HCI en water een azeotropisch systeem vormen, wordt een hulpstof gebruikt om de azeotroop te laten verdwijnen. Als hulpstoffen zijn HZS04' _{CaCl z en}

MgClz te gebruiken. HzS04 heeft als nadelen vluchtig en corrosief te zijn, terwijl CaCl z en MgClz deze nadelen niet hebben. HZS04 in het destillaat is niet gewenst. De keuze viel op MgClz, omdat hierbij de azeotroop bij een concentratie van 24 gew% verdwijnt,

'----terwijl bij CaCl z een hogere concentratie nodig is.

Het ontwerp is gebaseerd op 30 gew% MgClz in de kolom. Het destil-laat bestaat uit 100% HCl gas. Het residu mag niet meer dan 0.4 gew% HCl bevatten. De damp- en vloeistofstromen worden in elke kolomsectie constant verondersteld. Zowel in de top als op de voedingsschotel wordt een verzadigde MgClz oplossing toegevoerd. De oplosbaarheid van MgClz is 34 gew% bij lOOoC. De voeding wordt op het kookpunt (77°C) ingevoerd.

Met deze gegevens wordt de evenwichtssamenstelling op de voedingschotel bepaald: 3.8 gew% HCl, 30 gew% MgClz. Uit het T-x

7

I, 80 • ~ I---I'---I---~ -~{"- - --- __ . ___ ... . __ ,.;L __ _ --- ---- - - - __ /~L-_ . / - --- --- ---_ _ __ ___ ?-L:' _ _ _ _ _ ... -- - ----_ .. -i ---1~--- - - -- - - -- - -

~

-::~

~

-

-

-

-

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

_-

_.::...._. - - I f C __ 1 __ . __ _ __ _ _ _ _ _

I

- $0 --- ---I!; - - - -/0 --

,

Figuur 5. McCabe-Thiele diagram extractieve destillatie.

•

~o

•

'f"

•

bi; • $"0-

-•

~

-1'"

Je> I

•

zo.

IC"

•

•

/

.50 41 r;'" 1+ H· ·-tT , f •.

H--+-

..;..

+

f4-++ 1+ -rr 1 .j.

,..

_

.

+ c ;. 4--;-+'

+

H'" . '-~ ,~ I't'>.r->.: t·l" ~ r>~

+·f

l-f'o +'f + r , I -- -H-+,-j-'·1. 00 ~

ie:

!'~+Tt

~~~~H:±f:

~\J'. L::.. " :'--11':' -0 ' NA l' ~ N:' .:-. ti} fH-t\:

'""'!r.:::-

NI rH+t- Hf---' -I- -t~ r' K . ., +N,::- ~~ -I, N 460 j ' _{i • -t- ; ~f.tt} J ... T . . . .

-..

_.

.~~

I·t·:

~~

..

+

+

-+-

-i- -I 1'1.. r

~

1-1;1.

~-'Z;.~

I

4. ,.. ., - .. .j ,rf' --I I- _{f· "i-} -~r-_'. "T I'f !'-

Irifi

4';;-"· .t-' , ,. 1- 'I-!,IH-"- l .

n-r-

r+ _{b. I-rt-l'} r - .,.. I'j, . -+ ., , i 1-' I· I, -t H· - I·l. -'- . . _{I" .'1 •} . " 11.

'iJl'

.1- ,_, I I' ! I ! I' _{r+ - '} l " i ~ -j- . ;, UI ~ r.l.

Ft

i,. "'T .. - • ~.r' !-tt+ _{.. ! . . , H ' I- 171} IA .z

+

-.

.

I

I

I .1. I .1- ,. --f _{l· I . ' 1'"} , If-I '/1 f!. 420

1~~

- , '

:

;

.

;.

~

1 :

1~.~-·t-.

_{'T I ..}

i

_{j_}

+~~

r

~

' . ,

~t-L

·1 '

rt~'f>\

l

lVj/h

,

-i

:

l

~E~~I

'E!

-'J~~~i:B

"

El~~~~ï~I

L

~~'ïfl~'s-~t~~I~+~

_'

_~'~~~HS'gtf

_·

_~i~

_;

_{EI1:j~~~~~~##'=l;}

l Jl

1-+++-+-.' '-il+H- +'r 4· I~- It- -+++- _{H r NJ ' , : YI'NI r:"}

.0 --ri- 'H·~-t· _{I-r- +t- -'O' !H" j.}

.~ -"- I /1'\. : , IJN i'Ï .-00

~

'.

~~_

"

.•

I.

~ ~'r:~ -,-_

.

~ _~.". ~--t

:

_{__}

.

+I-+_

J

t-t:ttiH-i-"

+++.+-1-

i-:-;.+J"HI+ ·

t

ti' +Hrtt-r

~:

.

-+

<-+--_,i-:-"-'tK-t++, -Ht+'-!-i r'

r,.+.

r;ii' .

~-'k::tt-, .r'-:-:

'Ä

.

;"'1-fdr

-IfI.V//I-

.

r

•

~~~~~~~~~~-~~~·~'~~~~~-r·lIlIlIlIlI·i1·ili

I

+

.~.~

•

.

.

.

,

_,,++

_·t"

₁

_'

_~I

_'

_{~~~~~i~~-~ii~~+F~ifS~i~~'~';'~~W~'l~-~I_-~~~}

_'IT'r~ " v ~il 1--

₁

, ..

u " , "

.

~:

.;. .. 4 I-- - i -+ +

-+

_{.;-,'- '}

_.

_{f":o., I}

_{i- .}

~

_7'J7

·

t-1

_{T:' ....} ::. ' r-~;., rr+." "I - -

+

-

_{H- • +-, .,.. -).} t I I~

rt-

.

.!

:..~

..

j , l_ · '.J' , H+- ~. h- - - l · t ± . ~ - H 1+ .t''' , 1-+ f +- 'i), _{, ! 1 ,} 1 .. - .~ t· ~., _{\-t- : . .,.. - . J-rl-ft}

_+.,

I V I 111' -

r

~

r

_I i'

~!.

J. _ __ , ;' . : - - H r i I

~r:-"

-

.

~.~

...

L

fJ!,/~

'

~

r~p~

ro

~

r .... O' .J . ~ . , -+-,.,. _{. t"t' H- H Hl·} I f . . .i ' . . ~ ~ . • h . ~1 I

,r

₊

₊

'*J

_.

_,

j' j. + lrH . _{i \ 4}

'T

'"

!i ,l~. - - , • 1- 1 ';"

+f

·ti'- ! , .~ IftJU r-

-:-'1

I I"'!- z

~

f+H

H--''', +

-T

""~'-+

~+

I+.

~

_.

_.

_{·r· ". •}

~

_{.I of. + .:}

_{I'\.!. -}

_fl

:,"

~/, ~~

.

··~.;.rr.;~

..

~

~ " " ;1 J I I: ." I- ., _."" ,:I _{f ' - " 1 n-t} • ,-... "'! ~+ +.

cr

'

r ···· ' .,1·-1-· _{.1- - -,tNE I.~. I,; .~~ ,1,'/"'1.111 I '} "oH"" I w~ .+-i. /-! . . I·Ho+- .• I h'" _{'1' " " " 'I} .-[ "/I1/.rr.-:-,---: _{:. '[" l l:!} ' 1 [ I _{· .L ·t. ,} '1 _ ' .~ H' _{",'''' If,f .o.!."ï-:-t}

J

:--!1 ::> •• , 'T - , . . . r - _{• : ' 1} • ,'.. r.' '" L. L" .',':lL.L "

--:-

"

r,

--1- ... ,. ~ ~ 1+- f·· -r!-' C." ,I .!-;'" . . " N ' - ' - ' ..L i- , ; 32 -+l-t-i-L '

''r

i -- _{.. . . r~'} -';ï i .. ''f.. f ' .. ; I-IJ 1-1- .. . ti', ,-;: 20' .. I_{' T} _ ·0

'tc

l± f· , . . . . t _{· I ,} 1 i . -{ .. ,f '. I /1----1 _._L~.JL. 0 , '-r-r--- " j t t I ... - '~'I-:',f "lHf _• -+~ _{/111" " l I' ;" ~} : -+- ' ._~._- _{- I ' ,' :} • 1 ~

tJ

"

t...

,

l

i -

T'

-r"j'-!-' ~ ' .. - - ':".~.T1._ - .• - .. , '1 ; L +-J ' ,,)l,~ -+., ·_J I_ -{ •• 0 " "". _ .;..1.: T '1 - ·t _ r .! ! • ., • . ,- . n" 111 1 ! , . I __ .... : ~ IÎ 1.' ~",""' .. +-I, .... _+- _{; - .. , ~"~I' .'}

_:r

';--t-Ir. ·fIt:~ ' I : I" . ~ . . . - - t·

-1

_

_{1;- " •. ~ ,. ,.; ~} ,-Ik .. ( L I : ':8' i

'

I

'

..,

-:-f-I-~f-:-c-:: .• __ . I .; I I ' r+ ; 4·

+

_{1+ .. ·1" 1 ., 1..,'., . • :"- 1~} -tr-:--"':-I', '1';

i

-H':". f':'rL _ _ r :' --, ,~._!!-;

₊

_{;j- ' -; ~Li'i.' • . T} : :'lIJ:/Jt..' : I t -

':-'::iJi.·.

\

J

g .1 -I- .. .). +'~F _{fl'- t . ' 'I f} 'Ifl-; I .. I ~ 1 ,,1 , . ~ _. n '-1- - r l--=- ·h

.+

..

r _{t I i ' . - '} ,~ . _[+11: -!

,

I

t-:-j-

-1'-'" .. _, . &O! 1

+

.

,

" ' r l + .. .., I',., I"~.I{'L · . _{. j . ,I -tf-'}

t·

_{l . ~} -.. -_. ,...:.j--L.:..r- ---t"'7. • ~ , . . . , I , · i . -.";

+

r ~ O' -I' f : 7\.f'rll7irit _' I • , 1

+

.

.

,

...

,

j .. ' ~

" , I . '.~ I, -+-+r-I--if+'""*! " I. ,j ·!·H' "Il '., _{I 7: .. ; ; I , - , +~I : _. .J . ~} ... I , !-'''-+--+-:j+' '+'1

~+-h''''

'

'+' ++!-HHiIt'-I+ t _{l-ft·1+.:..lh·}

~+-I-+t-il,-

4-t<iH-1+

-

~rl

'

+r-.!ftL~

""- .

I,,~

t-=-ti

·

r:..r.:....,

...;...1

fr-

+T:l

.

!

~

, I , . . , ,. ~+ jo., ,Il'h " ·H ff·'t:i-· I - • : : I . ,

j:ft

,

250"

'·""~t· ,. ,. • ·1 'I : , ; . 1 , I' I ' ! .!: H ' . ZI •. : J __ ' , ! I i i I I ; : 1 1 1

; ,

:

':l(~~~

,

I. Z.- ~ ,.. j

--

h

'

r::-

-:-

_{: - 1} I

1

.-

.

~ T.~-+t

I'

.

; r· i · 1 1-"T'~, _. '14-.

, -- 'r, ' 'IJ. ·1 11:, iTt:r- l' ; -;-11":-: -;-~i ;' :f~I :- ~.

, ·t lfo· r.i'~I~M' ; I +

t

H- •.

'

14"

:

'

'l: • 'f.. 11-1 11-tt-l- ' ,. I.,~ , ' . ' .+: 'r- . 't I-·t .. ·1 I

I-t

:

I ' .; 40 , 1;1 , J-H

+

j-" i .. : _.~U I . : ,1 .!.~~ r-=: . L , ":.;,: - 4-1 h--tf'+tfI-Hf!-~

.

.

~

·

-;:

.i\-r

;

"

,',

.

F _I iV~' I .1 ti ·· . !... I t ' I '

r'

,

h-

' ,

1- I '~ t- ., _t ; 0 1 4- + -' 1 " ; .! , ., I "+- 1 ./0 • .;. o. " ""'!"'" ï I~ • r ~

+-

h-I-i-H-H- , ' , 1 . ~ !i-tL -I , I· ! . -,i , .-1--. I .. : • .• ie"/' i : : I ' I

.

+

..

-I-H .,.. ri

1+-'

.

~ t i I

'T

~ J- I I-Hil " :1 220 t·

~

~

.:.

f~~H

_.:.'iÏ~~+~

-I ; ,. ' ....

\+t-H- i-. -+

-+

..

'

_{r--:--;-,-'-T,I} '20 " +.' ·1 " '-..j. 1I ~ . . _{r+ . .} ~. -I -I 4- ,';-

'

:r.

:::i7I

200

~ ~

T

;

.

~

.

-+

i::

~t-

.

:

.:

r;

i

:

.+-+-

rt- it-r-, I 'I,,,' ; . ++-++:"i-:-' 1 - ., i t .- rl" -+H-.' ' - I ft ... H +'1- ,.f--'-':' ..;.. '1 -.- .•.•.• I.::_ 11 j . . . ~~.j , . ~ ~.t- i-t-~t . j' .t.

+ -

,

f+

"

f .. .,

+-

60 rrH- +-+Y '. . +-f+·t~ .. · +i· .. 1+-1-' - -, ' ; +~h _rrit+-: I ., .. , ~ i 1+ c'

-+

-+-. +- 'i ,. .c)-l. , .. I I' ." i-f -1 : ' -: ; , "1 '_T'r- t ·" j . ! 1611 .. +-1-";'+ Ir ' .. , _{. + . t-. -I H-}

_..

~.:

'

_·

_:

_1>

_-

_J!

~ T ~ : _. I .. I h--f '

+

'

.

,

I ;' 1+.;" J·H· . ' ,11' i-.+ .. t· i-tt ~ t

-

,r-r+'

,-l

1+

, -1+ 1-1 !1'+ , ' " ,. r " '" I- .L

+

' 1 _{H- ... +H-- 0} ~ I, .. ··• I . : 14 I i 1+, _{'I-'-' .. !i ,} -I .,- + I r ·j·l! ~ .

ft.:

! .. ; ; ~ . . ':'1~ +· .. f r- ..;. _I +- -- +H-" .. ~ ~. , i· . H'r .~ " t-.•. j-l. ..--+ ; .+ I '~" . ! I ., \ H· T : . t· '"'1 ... I 12 + _r

_,v

_-

_t -'--i ~ +:t r i' i-t-rt H-~ '~I' ' ;"H-, ~t,H-I+ +--I" . , 1 tt h' .I .! .. '·1 \ 120 6 . 'r-

_Ir

I + 'l--+

.+

f-.. -~-.. . t . r -~-+ ! , l- I. _. !

+

.

,

04. '~~!!"I ~ ... 1,\ l-, f-o ... !

+

•

'r' , . 1 ' .... ..; ' ~n-.'.1,['- _ I .. J. 'L-H '1' 1-H .. + I -r V· .1)1... . --1. ., ,-".

-.

l-r +-+-1 f~' ~ J I I "' : I I .-1 ,- .; I ~~. l" j " -!-. : t ~7" I +

r

e

I· ~ .. I ' " lIJ· .•. ·l. .I· t · L ~. 100 tl-+: r" .. , 1 + I-t -.

!4

:

IH . . . , . • + rh-.L 1+ . Cf t- _{·1 · -; ; , 60} H ;'r-r+ _{+-, -~. , "} · . ... ·7: "" , . .... 7Cktr;: -- "':",... - ; .::::- . , 'l.{_,.t-, _j-~.,._. . '_t .. " .... 1. -1- .' ,., _. , . ,-\' -I -t- i ., " t-

+

-

Htf

_{! j ;} ;/ "I -""Iq: ~ _{i~ t -H#~} f l -'-i _{~~II '} .L + y. ' 1 . I· , I.f--!- ; ,. - _{~H·H J " 0} . . .. , _{~ ~ I ;-"i' " ·H-r·T} """"!-i- ·I 1"

.+.,.,.

'cl. I ·r , :1 "-_ .•. ,. '0{ 4 ::-t- - bt'

-+

+-1'

,t

--

:-+

·t f- I-tH -lU L I +) : ·t I ~,_

:t-.5C -.i. t+l. C • . ' + -f- 7-. _{-I- -tt·} ... I- . j 1 • ' r , .1. ..

t :

. -l r -r-:--;..;: , • -I j. " +i.1--i-'

*'

'1 L --'-. ~ ., .L i' ,--f'T +~

...

! "f-~+I+" i I -I· .:

-

t

.'

~._ ~ _1-: ,. " . .l .. -j-l.:;>f-+V .. _. ! .. -I .. -, ... , .. - 'T 'r'" . __ .1 -!. 1 - - ~ H-i-+- ' I ' , , 40 I : "'_ .... i"f l ·b -- ·t 1 t i -+- '. ·~-~+-'t ++'.+1 .1 . . I11 I I ,-,

j:!'1.

I ' t-:- .. __ ." i l: r~ . 11'-. , 'I ,H H-.--i '--11 ' -1 1

,:.

+,

t- l i I , : , 3 __ l , '1,- =t T~tt-,je~j f-.f'· t- _J

r

+

L --+H-'+ ,'i : 1 , '-/ 1"

l

:

1-I' "'"1 ., r+-I-:"" : I i ;:.i- .• -j 1- .,. H i - H + 11. I i I +~ I Î ~E ~~ .I_~L~ .zH-.+-I--\-- ,., , i ~j.w' _{.±+ --, +'+ :11; ' -;- !--. H· .. '·} rj:--''i·j· -t I

i

n-

j , zo 'h- .. 1. .of':A' I ~' L'l'; r '.H- _{+-c! ..} I " , !'II j : i I . l .. !.:

+f

'I

:

.

.

1

!'11LjJ.IJ. " ,"",~ ., ~ I •..

.".±.

, I , .j.,., , " i l I· i ,-1-;-1-

.

1

.

·

_{'i I ·} ,~p.:::::z::.:R'1"'Tïr

i::rrrr

.

,

.

~p~ 'V

_:

..

·_t. " . _{f·- -}" i _' -+

+

_~ -H.!- H· i· 1 , 1 ' , : , \ • . ;_ .: · .T ·~ I ' -1-1+ i ~ . - . 1' 1_{11 1} i ' _{-:- ... ::} ~ _{, , :.}

,

I

,

_i Itt,·~,:: ... ::---;. -i 1+ ;-- - H+-I+ -H-

-t

'

rt"

_{.4- H- -r " , i ' I .•} . .

;"1;

·[7 1fTTTH 1+ .t: I 1 '1:!' .. l±Li"Ii" 1+. .. + _{_. I}

+.

,

_"

_.

_{I.L ' ,} ;l.!±.î. I' ' f i l- 11 .. ~,j.!"~,,P...

_In

_.

_I.l.I,~ j- 1 I" '~J!'.4L(. ₀ +H- T :.!t fl; _.. ' h - r H ' I' ;:

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

diagram van het water-HCL-MgCl z systeem (fig.4) blijkt dat het

kookpunt van deze schotel ll2°C is. Omdat de voeding een lagere temperatuur heeft, moet de MgClz voeding hier 116°C zijn om de schotel op 112°C te houden.

Op grond van het McCabe-Thiele diagram in figuur 5 is gesteld dat

het residu 0.4 gew% HCl mag bevatten. De bodemtemperatuur is dan

116°C (fig.4). Het destillaat bevat 63.7 gew% HCl en is in even-'

..:",V""'''' ,~ ~,1 " It:~' \:.' )~" l.~ ! .... '"' I'~·I ~ ,v---..

wicht met 5.7 gew% HCl in de vloeistoffase (fig.5). Het destillaat I ,v' ,,.,,1

...

heeft een temperatuur van 111°C (fig.4).

De refluxverhouding is geconstrueerd uit fig.5. De S-vorm van de

curve en het criterium van 0.4 gew% in het residu gaf een reflux-verhouding van twee. De optimale refluxreflux-verhouding (R t= 1.2* R . )

op m1n

is 0.82. Daarmee wordt het HCI bodemcriterium niet gehaald. Uit

fig.5 blijkt dat voor deze scheiding 9 evenwichtstrappen nodig zijn en dat er nauwelijks een topsectie bestaat. Daarom worden de twee MgClz voedingen samengevoegd. De temperatuur van de samengevoegde stromen is 103°C. In tabel 11 en figuur 6 staan de resultaten van de stromen, samenstellingen en temperaturen van de kolom.

~~De warmtebalans van de kolom is gebaseerd op de h-x diagrammen in

~,~ de figuren 7 en 8. Het destillaat wordt partieel gecondenseerd tot

v..

o

~~

()oC'

\

om 100% HCl gas te verkrijgen (fig.9). Dit gebeurt met een 23

u..

,/

\.

)e~%

CaCl z oplossing van -20°C. Er wordt 1245 kW overgedragen. Uit het residu wordt de 34 gew% MgClz oplossing geregenereerd voor de top van de kolom. Aangenomen wordt dat alle HCl in de reboiler in de gasfase overgaat. De damp uit de reboiler bevat 2.4 gew% HCl en moet geneutraliseerd worden voor het wordt geloosd in het

milieu. In de reboiler wordt 3865 kW overgedragen door stoom van

190°C en 3 bar. Het condensaat heeft een temperatuur van 140°C. De geregenereerde 34 gew% MgClz oplossing heeft een temperatuur van 124°C en moet in een warmtewisselaar tot 103°C worden afgekoeld met koelwater van 20°C. De warmtestroom is 600 kW.

lSO

I \

\1

\

\ \ \ I

_\

\

\

\1

\.... _t

\

\

_\-a \Q;

'"

...

...

'"

-. <;:)

8

'"

- c:-. ~ \~ <::) _{< ; : ) 0 .} - 0 ..--, 0:::

.

Q \

-

Q I .,

I

700

-750

t---:~~--.1!: -100 O~-q~,--7--~-~~~

[ill]

Ir

/ I

H

~I

I~ I~

I~I~

I

\ (

I

"

I

I,

j

1

\

\

I

\~\I

I

\

C'""')

,I

I

\ '

"

'

A

I

~,~ _ 0

\

I

'

("'

I

, ,

I

0,7 0.9 f.g/kg ],0

Figuur 8. Enthalpie van het MgClz-HzO systeem (h-x diagram).

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

tabel II Overzicht van de destillatiekolom

•

rnassastroom samenstelling temperatuur

kg/h

oe

•

n

1040.7 _Y

_n

=1 0 L 2081.5 _XL =0.455 0 VI 3122.2 y Vl=0.637 111 SI 15611. 0 82

•

F 3361.9 x F =0.055 77 S2 25214.2 116 B 46268.7 x B =0.003 116

I

.

V 2 3122.2 yV2=0.024 124 X 2321. 2 Y

_x

=0.024 124 ~~~--- D L

•

•

f

•

•

•

~---~----~

K

•

Figuur 6. Oorspronkelijk destillatie stroomschema. 9

Ir,r i

I

ljjij

ij

I' , ~r::

..

ft

H

10',. + t-j ' 1 11" -j + ,,' , f " ~ -I·'·, rt _;~~ ,j,ft + +~ .~~ .. -H+t++ .. I "- ,r '41 ··t I · H - j . " , , I- .

.

.

·t ',-H H "

"

11- I+-t-.+ ;.." t+ .j

, -I>l-~ ,jffiit:.Httttti+'+ttH-firt-l++l-~

" t ' '4 '';;: f-t--! ... i i"- ' I -t+i-' .f'+!1 I _{t H "1-1+} H'ltl H H++ t+ --'- HH+ 1-"-... +. -.,++ ,.,.1--' _"""I~t+·

Figuur 9. T-x diagram van het HCI-HzO systeem.

LEGEND:

Line:s shown thUI _ _ _ _

lndicate a tota! vapor pressure of 1 ~aphere

Lines .hown thus - - _ _ _ _

lndicate a tata! vapor pressure higher than 1 Itmoapbere Lines .hown thm _ _ _ _

Indicate a total applied pres.ure ol 1 atmo. oyer a taJlge lor whieb tbe vapor pres.ure IJ 1 ... !ban I almolphere. .

,

-•

,I+-~ _! I f'r : I.~, +i-H ,;'J·h, ..

I

t

± '

-rt

'

HoU I+-H ,,;...++ ,. I I 1++1,.+Um+-H-1+H+R-1r: I-I· '-!--II,~ "h h-1 h-f+l il+ I+f 1++ I+' 1'-1-1-I-M-;.I. II~ ,-.,....,... 14+h-.; ,,4-ll -t' • ~ I,+r+ i~·· I I'r-!-'-c I H-IHI I !+i+ 'i d "" '1+t-, 1-'++

z.

lndicates weight per cent of Hel vapor in tbe mixture

Z. Indiat .. weight per cent ol Ha liquid in tbe mixture

~. lndicatel weight per cent of Hel aolid in tbe mixture

P = Total-pressure P. = Vapor preuure t. = Boiling point t, = F reezing point t. = SuhlimatiOD point

It

H

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Technische Hogeschool Delft Afd.Chemische Technologie

Apparaatnummer _{: T .11 •}

Fabrieksvoorontwerp _No:zbCl Datum :

"""'~O\""+ 1~8O>

Ontworpen door :

Hot.kst~Q

_IKorbe.e.

TORENSPECIFIKATIEBLAD

Fabrieksnummer :

..,

ALGEMENE EIGENSCHAPPEN :

Funktie ... : destillatie / axlóra\-t; i i / a'Qi01êFlÜe I

«+t;cJ<.fjtJf

Type toren ... : gepakt / SSAQt;QJ. _/ -613FgeiQ1ê _/

...

*

Type schotel ... _{-klekj-e / -eedplaat / valve /}

*

:

...

Aantal ii'lAot;els .h"~fh\-: _theoretisch ) J \ r-\v-~-I

~ :

~

" 1--1.- _~ ,..t'~" 1 ):.. \--.... . ' -:::;

---

v

Aantal schotels ... : _praktisch :

-

". _\., I _{t\'f v}

Ol

..

/ 9o

.'.t!-

.

Schotelafstand _{HETe : m Materiaal schotel}

:

-Diameter toren ... :

.t •.

rf> ..

_{m Hoogte toren}

....

_:

_{l'O ....}

Materiaal toren

_...

:

H,,~t~ll~y

CS

Verwarming ... : _{~/ '"paR} iit;OO~ _{/ reboiler /}

*

...

BEDRIJFSKONDITIES :

Bodem Reflux/ absorp- Extraktie

Voeding " Top

i (~ft"CO"'k6. ,~ _{tie middel}

middel: M~ Temperatuur ...

_°c

_TT

"'

IIb

0

"'"

: lOl

Druk ... bar 1.0 1.0 - 1.0, I. t) 1.0

Dichtheid ... kg/m 3 .., 1100

_{,.. O}'}

_{'" 'll~} - II~O

-

,2.,"0

Massastroom ... kg/s O.~l

0.31' '

Ilo

.ib

o.~~ _{11. ILf}

Samens teil ing 1n mol 7- resp. gew.7.

Hel

lZ.b 61.2. '.'1 't~.~ ..

.

Hz.

0

~T''f

jb.8

~,., S"~.~ (,(,.0

lt'. 0

-

.11.(.0

Mj (ll.

-

-ONTWERP :

Aantal klokjes _/ zeef gaten _/

_...

**.

-

_{Type pakking ...}

_:

_~Dl.sh;j

_...

_i~~f.'" Aktief schoteloppervlak ... 2

Materiaal pakking

ku ..

~

...

i~c.h

:

-

m :

Lengte overlooprand ... :

-

mrn Afmetingen pakking : J

i

1-\

eh

Diameter valpijp _/ gat /

...

,

.

:

-

mrn

Verdere gegevens op schets vermelden

_blz..

_~

₎

'"

doorstrepen wat nict van toepassing 1S.

•

•

i I

i

•

I

.

•

•

•

•

4.6. Reboiler

De zoutoplossing die in de kolom is verdund van 34% tot 30% dient

weer te worden geconcentreerd. Er is voor een "long tube vertical evaporator" (LTV) gekozen. Dit apparaat heeft een aantal voordelen: - goedkoop per eenheid van capaciteit.

- eenvoudig in uitvoering.

- relatief hoge warmtegeleidingscoefficient. - neemt weinig ruimte in beslag.

Het apparaat werkt als een single pass warmtewisselaar. Onderin wordt de te concentreren oplossing ingevoerd. Door warmte toevoer

van condenserende stoom (tegenstrooms) aan de buitenkant van de

pijpenbundel wordt de zoutoplossing (pijpzijde) aan de kook

gebracht. Van onder naar boven neemt de dampvorming sterk toe. Door de opstijgende beweging van de damp wordt ook de vloeistof

---., ... meegenomen, zodat dit apparaat geen extra pomp nodig heeft. Bovenin

Î- -", \ - \-' . \de

~

per

wordt door een simpel schot de geconcentreerde

vloeis-\-.- - ,-t· -\ -tof van de damp gescheiden. De geconcentreerde oplossing gaat terug

naar de top van de destillatiekolom, terwijl de damp naar de bodem van de kolom wordt gevoerd.

In berekeningen is aangenomen dat alle HCI, die nog in het

bodemproduct van de kolom aanwezig is, in de dampstroom van de verdamper terecht komt. Het deel van de dampstroom dat niet naar de kolom teruggaat wordt gekoeld en geneutraliseerd.

Voor het ontwerp wordt de berekeningsmethode voor het kettie type uit lit.l7 gebruikt.

4.7. Neutralisatie van condensorgas en van bodemstroom van destillatie

Het condensorgas(H6) en de bodemstroom van de destillatie worden

geneutraliseerd met natronloog van 0.09 gew% en 20°C in een geroerd vat. Het ontwerp gaat uit van een eindtemperatuur van 40°C. Met een enthalpie balans wordt de benodigde massastroom van water bepaald.

De hoeveelheid NaOH wordt bepaald door de aanvoer van HCI: 64 kg/ho

De verblijf tijd wordt geschat op 5 S.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

5. Warmtewisselaars, condensoren en reboiler

De warmtewisselaars, condensoren en reboiler zijn gedimensioneerd

aan de hand van berekeningsmethoden uit lit.17. Op de volgende bladzijden staan de gegevens van deze apparaten. Warmtewisselaar H19 is nader gespecificeerd.

•

Apnaratenli~st _{voor warmtewisselaars. fornuizen}

---Apparaat No:

H.3

_H6

_H,o

_1-112-

_H,9

•

3enaming, vet"'Wqr'....,e, .... vr:x:;r

_'-TV

keJe.l

wede. ...

cohdeh~er-

ver

vo..r,.,.,

t.. .... _{co", cle.VlS,C ....}

~V~rt)t'·cJo

...

type

cle.~~. lI~e~ i~j

Medium

Wo.+

u -/

_z.~lA~oeL.

_zOl.d·opt.

pijpen-/

HC-L-Hz.O

_{MgC.L.z. -}

_~l..~

mantelzijde

h~t

HCl-jO\s

",o.t

_HCl-j&.~

_S}o~k-t

ha.

1-

Hc.L -

j~S s.+oo~

Capaciteit,

uitgewisselde '-j 'i:' /

_t8ço

_,81J

_{/2.4 S"}

38b$"

•

warmte in kW • Warmtewisselend

4-f~.

b

2.0.b

~.~

I I'"' ₂ ~.'1 _~.~ oppevl. in m

•

Aantal pafärfê1 J I

,

_{I I}

*

Abs. 0 f .trH'".

•

druk in bar pijpen- /

'/1

o.

t'

l.~a

~

0-1S' mantelzijde _{i. .5 o.} l ,-temp. in / uit in or,

pijpzijde _U>

/1(70

-zo /

_e7

o

Irt

-lO

/0

1lb

jlZi.i

•

mantelzijde _lj1.8

I

_t40

200 /0 _{Iqo //'10 lil}

/0

j~O

_11'10

Speciaal te

ge-H

G\

s.J.t:.

LL.o~

g

HC\ste.LLo~

_&

H~tte.U~y

_Cl.

~rGt

_F;e

t

bruiken mat •

•

•

•

i (

aangeven wat bedoeld wordt

•

•

\

I

I

.

•

I

•

•

•

•

•

I I.

•

Technische Hogeschool Delft

Afd. Chemische Technologie Fabrieksvooron,twero _Datum So:

2.66:1 ...

: ~~C\.rt.

!qt1f

.

.

_.

l. .

. .

Ontworpen door :;Hpt..k~h

..

~

..

~pr.bt..e.

~~~T~~I§§~~~~§r~ç!Il~Tl~~~~Q

Apparaatnummer :

H.I,

_Aantal ;

.s e:r-i:ef-tta-cB HP4-.

*

.

.

.

ALGEMENE EIGENSCHAPPEN : Funktie

.

.

.

_.

_:

_kOllt'"

_M~Cl2.

- °rLO$sihj

Type

. .

. .

·

. .

: PA~t;I!"i 3 3 e 1 a aF

*

Koeler -K;eQseQIi~ -Hel: Qamp8t:

Uitvoering

_·

.

.

_{: met vaste pij pp laten *}

i::be:a t in g_::heaà.. .haal: spe

l:d.-.è"bbe~ e p~ ~p:

p~a~f~~BEm~eW~SSe~BB~ Positie

·

: horizon taallvertikaa:l:o*

Kapaciteit

.

.

·

·

_·

·

:

_·

bo~

_·

_{.kW (berekend)}

Warmtewisselend _oppervlak

_tor

2

· · · · ·

. ~

·

:

_·

_·

_·

_{· ·}

·

m (berekend) Overallwarmteoverdrachtscoëfficiënt · '0.31{ 2

· ·

·

:

_{· ·}

_·

_{.W/m K(globaal)}

Loga r i tmi s eh te~peratuurversehil _(DITD)

·

:

_{· ·}

8,..~

_·

· ·

oe

Aantal passages pijpzijde

_·

_·

_·

·

·

_·

:

.ll.

_·

Aantal passages :r.antelzijde

.

_: I

· ·

_·

_{· ·}

Korrektiefaktor L~1TD _(min.

a,

_{75) .}

·

_·

·

: Q.~? _. Gekorrigeerde _LMTD.

_{. ·}

·

·

:

.a'l..}-.

_·

_·

oe BEDRIJ?SKONDITIES : Mantelzijàe Pij;)Zijèe Soor: fluiàum

·

·

~04tl!!~~e~~I~} .kc.t...l~~~r. Massastroum

·

_{· ·}

. kgf s .'I . .l~

_{· 't:'r}

Massastroom té vérdar::pen/konàenseren~ _.kg/s

-

-·

.

Gemiddelde scone 1 ijke '.·ar.nte

_.

_.kJ/kg·

_°

_{C .2~2.t?}

_·

_tl.,8~

Veràa~? in~s·~.,:ä ~:e _kj/kg

_"iVT

NVT.

TeD?eratuur I~ _.oe

_.

_{11.'1. 2t{}

Tem?erätuur L'IT _{. oe IQl( .}

Ho.

Druk

bar ,.,

tJ.8

..

9.'

..

~ateri3al

_.

_·/

Ml?lote.L.

·

l':1o~e

L . ; -

AP[-elil'-I .... '"

*Doorstré?en ~ät _niet

van toepasslng lS

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-- - ---- - -- -- - -- - -- -- -- - - - -6. Pompen en stoomturbine

In het proces zijn diverse pompen geplaatst. De pompen zijn van het centrifugaal type en hebben een totaal rendement van 70%. Het benodigde vermogen wordt als volgt berekend:

P = P / 11

0

P = _'Pm

*

_~

/

_p

0

waarin P

₌

niet-omkeerbaar vermogen (W)

P = omkeerbaar vermogen (W)

0

11

=

totaal rendement

'Pm = massastroom (kg/s)

p

=

dichtheid van medium (kg/m3)

~

=

drukval over de pomp (Pa)

De drukval is te berekenen als een som van drukverschillen over de

apparaten en over de leidingen. Deze laatste worden buiten

be-schouwing gelaten. Van de pompen, waarvan gegevens beschikbaar

zijn, is het vermogen berekend:

P8 P

=

0.11 kW

P14 P20

P

=

3.4 W

P

=

l.U kW

In het proces komt een stoomturbine voor. De turbine is van het centrifugaal type en heeft een rendement van 70%. Bij

expansie geldt: P

= -

óh

=

3237.1 - 2865.6

=

371.5 kJ/kg o adiabatische ~

/

~~

Er wordt 350 kW geleverd. De turbine expandeert in twee trappen. Elke trap bestaat uit vier waaiers. De expansieverhouding over èèn trap is:

•

Apparaat No:

PI

pz.

PeP

PIS'" Ptt>

•

Benaming,

C

eht ...

i

FlAj~C\l

c.~f

.. ,

FJ,t~cvJ

c.v,

h-

j

(I.(j

/\AL

c.ehtr:

Fu

~C\&\(

_ce",h'l

_ç

_"'r"OI.l

type

•

medium te verpompen

~Lc.hl"

koc>I"'A! u ..

...

u. ...

s;~.

clt.

""'~+t.

...

20,,", ll.

'Z,

fzt.(.w ..

(o·c.)

too~

ZOLttopl.

Capaciteit in

1.1("

~f kg/si( o·lll.

0.'3

".0

1I.1LJ

'

.

Dichtheid _{..., 11.OO Ic:ro() ,,{"O}

'" 1Ct7b '" 10"D0 'in kg/m3

•

Zuig-/persdruk

_h

0.81..

o.~

in bar(abs.o{

j,

,,, tb

/,

_{1.1" I} ~

..

) temp. in

°c

ZO

zo

0 2.0 _1l.'1

•

in / uit I

Vermogen in kW

o.o1~

!

_o·r~

theor./ prakt.

0."

l. IJ

•

S pec iaal te ge

HC\d"e.lloy

B

MOheL

bruiken mat. aantal I I

,

I

,

serie/parallel

•

*

aangeven .... a t bedoeld wordt

•

•

IN

_waarts

Yoor-

Massa -en

Retour

UIT

Warmtebal ans

•

_M

_M

M

Q

M

Q

_~

Q

Q

•

/.3S" 113.0 I - -

-

-

-ul, ,iJ

"

q _...

J,

1(2..'1

H3

I

"

a

1.3!" _~-

-

...

•

tJilf.a

,

1.3' 1 o. Lfl. 1 -2.,!81· !:

•

) l. 0.31-

'r}

_i

Fs-3

_--

0.61..

J"f8~.6

'IA.

43~t·e

--

6

HS'"A

o.:p

2..3'16

ti

- 4 0 - .

-

I I J.3!" NETTO QIIElSR. I

---

_{43~8. 'f} I

•

A

~18t1

1

1.3' q ~

tt

'-tf'

I '11(2.."f

•

Hb

I I I

•

Lft·

15'

'.lb

10

-_

.

_

.

-

-q3.~ _~

•

v}

_I I "·42. 14 0 )

--I~

0.'3 /I I .-

-,,3.3 I

~I~

I 0.08

•

•

H

,«'

o.ee

~ -:.,ót9

•

0'1

3 _ _ _ _ _ _ _ 11 I~ 2.l".3

I

17

-•

•

•

•

_'Z.1.l.d~ ,,·(11

t-

'4

·q

•

O.1{2

•

0 1.0'

,a

3

_1·

l

•

'1·

0l

_15"1°'

r

•

-12..~ -/45"1--1

•

(-rl 4 =3J6~ II·JLf

•

-/660 .b

•

r'r

600.

c

•

1'1

H

11 .. -"" --, J~

-

---

-

----I~t...,

22.

V/3

-t3

_zo

100---IJ

R--

--

-~~

.

llt....".. l~ 11.31.( r- -~---rl _-~~ - Z.ZI:JO.o'

- -

--~2=3~36~.ql-~

______

t-____ -,

o. 2.~ S'S"S". 2. O.~tY ISq.:r _r-~l

o.I.!!

- -1"1'31.3

-r-

2B

o.

'12.

I Lf.

z..

~

'1,6

₃₀₁

I

/~.

6

_r

32.81'.0

, .... <-t

f.tJ!l

_i" U/VILCJj v~1' ' -kJ", c. r----1

''1'

18...:..

---H,8

I.~I 2.ej~

-

-

_l.fO~4.4 ,

-

₃₃

-ï , . 1

1

IZ.OO _0

1132

-Hl,

-'> 1/.31.[ 31 . /

-Ub

o.a

-18

•

•

•

•

.

-•

•

•

•

•

1

3

.'1.

6'

•

•

- 11

lt

O. J I EL éc.. /rl4R.8. p~

T

12. i ' 2()

~

(~. OO~

~LEc../n~B. FlJf

I

2./ ... r 33

~

/. /1 ÇLEC./n . .fR.B.

Plo

13L. Ij

.

C!).,~

~

I~Cjl. 4 ELË(..;'oI1P

T4

13

r 0 -10

₁

33 _~

Totaal

..

Massa in kg/s

Warmte in kW

0-:62. i-:;B~ i.

1

3

.2.8

Fabri eks voorontwerp

19

No:

2663

I , : I

':l.e'.~

l~r()3

I . N o

•

•

A

Q~araa

tsT'room

f

Componenten

Cl. Hl.

Le

_l.

a

(L)

Oz.

H2-0

l

c;.)

H,(j (L \

Totaal:

A pparoatstroom

, Componenten

Hef

l\

HiJ

CD2-Het

Hz.o

Totaal:

M in kg/s

Q

in

kW

re,.)

(ér)

(L)

(L)

•

•

I

M

a

0·42 12.1-0·42 12.

t

t

M

Cl

'.3S- ~64.8 I. ?-S' S"

bI.{. 3

•

•

•

•

•

•

•

•

2.. 3

q

S-M

a.

M

Q.

_M

a.

_M

Q 0.32 !::.t:1 o. {, 'L

qBS'.

~ 0.&2. _''J~2·Lf 1·3$;" IJ J. 0 i 0.32- 5.0 o.6'L

'1

9

_{s: (,}

0.6z

'rf'

i( 1.3~ 113.0

r

~

q

JO j..

M

Cl

M

Q

M

1~"'1 \,

Cl

M

n

0.30 , .. L

,06.1..

\

0.10 ':'f S"l.8 ~o

O. Ol~ . " 1 1..3 ~ ti. (SI!" v {, \' 2 • ., l>. oir 0

1.3~ _lJ338·lJ o.

t3

i ;

2.0'18.2..

{

O.63.i.' \ /Bo}S' ~o

/:1.'11 < .. '

(tt.9

thl{1 , ' i t~· _'I

o.q,

0 ... 0.30 ~3.3

'" 0.63

-J J.3S Lfj38.'f l.lb

z38t

s

f.3~

_'1'f

l_.lj 1.3b

1

_{3. 3}

Stroom/Componenten staat