De produktie van dichloormethaan uit methanol en chloor

•

•

•

•

•

•

•

•

Nr:

2532

Laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

onderwerp:

.

...

J!.~

..

Il1:QdJJkt.ie .. YiuJ....dichlQ.Q.rmethaau ... .

uit methanol en chloor

adres: Rietveld 49d, 2611 LH Delft Nolenslaan 8a, 2641 VM Pijnacker

opdrachtdatum : 1 maart 1982

•

INHOUDSOPGAVE \

'

.

I Samenvatting II Konklusies en Aanbevelingen 2 III Inleiding 3 I IV Uitgangspunten 4

[

.

Externe gegevens 4 2 Inherente gegevens 5

I

V Procesbeschrijving 6

I

.

2 Processchema Inleiding 6 7 3 Flexibiliteit 9 4 Inbedrijfstelling 10 5 Rekenvolgorde 10

•

VI Proceskondities 12 Hydrochloreringsreaktor RI 12 2 Droger 14 3 Chloreringsreaktor R8 14

•

4 Partiële kondensatie 17 5 Destillatiekolommen TI5 en T20 18 VII Apparaatberekeningen 2 I

VIII Massa- en warmtebalans 22

•

IX Specifikatie apparatuur 32 X Ekonomische aspekten 37 Investeringen 37 2 Grond- en hulpstoffen 38

•

3 Arbeidskosten 38 4 Overige kosten 38 5 Kostprijsberekening 39 6 Ekonomische evaluatie 40

•

XI Literatuur 4 I XII Symbolenlijst 42 BIJLAGEN

•

I Proceskondities 45 I Hydrochloreringsreaktor RI 2 Evenwichtsberekeningen 47

3 Het drogen van de produktstroom 49

•

4 Chloreringsreaktor R8 51

5 Partiële kondensatie 59

':.

•

•

INHOUDSOPGAVE (vervolg bijlagen)

•

I I Apparaatberekeningen 61 Hydrochloreringsreaktor RI 61 2 Absorptietoren T5 62

•

3 Kompressor C6 63 4 Chloreringsreaktor R8 63 5 Koelcircuit 64 6 Destillatietoren T15 66

•

7 Destillatietoren T16 69

•

•

•

•

•

•

•

-•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I SAHENVATTING

In dit verslag 1S een eerste aanzet gegeven voor het ontwerp van een kontinu proces ter bereiding van dichloormethaan uit methanol en chloor. Het proces valt in drie delen uiteen:

- reaktiesektie 1: vloeistoffasereaktie tussen methanol en zoutzuur onder vorming van monochloormethaan.

- reaktiesektie 2: gasfasereaktie tussen monochloormethaan en chloor onder vorming van dichloormethaan (en hoger gechlo-reerde methanen).

- scheidingssektie: scheiding van reaktanten, hoofd- en bijprodukten. De reaktanten worden teruggevoerd naar de reaktie-sekties.

Het proces 1S ontworpen op een kapaciteit van 24,5 kton dichloormethaan per jaar, waarbij is uitgegaan van BOOO bedrijfsuren per jaar. Aan bijprodukt wordt jaarlijks 2,B kton chloroform gevormd. De rendementen zijn BE,2 % in chloor en 94,0 % in methanol.

De jaaromzet is begroot op 35647 kDFl en de benodigde investerine 1S 15756 kDF1. De return on investment bedraagt 52,9 %.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

2 11 KONKLUSIES EN AANBEVELINGEN Konklusies:

- Het beschreven proces ter bereiding van dichloormethaan uit methanol

en chloor is ekonomisch en technisch haalbaar.

- In vergelijking met de traditionele procesvoering komen bij het beschreven proces aanzienlijk minder bij- en afval produkten vrij,

die bovendien eenvoudig te verwerken zijn, zodat de milieu-belasting gering is.

- Het ontworpen proces verbruikt weinig energie.

Door een kleine aanpassing ~s het proces geschikt te maken voor

de produktie van hoger gechloreerde methanen.

Aanbevelingen:

- Nadere gegevens omtrent de kinetiek van zowel de

hydrochlorerings-als de chloreringsreaktie zijn noodzakelijk om tot een nauwkeuriger

ontwerp te komen.

- Om een~nvoudiger scheiding van reaktanten en produkten te

reali-seren verdient het aanbeveling het proces bij een hogere druk door

te rekenen.

- Door een nader onderzoek naar de warmtehuishouding in de chlorerings

reaktor is wellicht een hogere omzetting te bereiken en dien ten

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

3 III INLEIDING (7,19,23,29)

Aanleiding tot dit voorontwerp is de nog steeds groeiende markt voor dichloormethaan. Dit hangt samen met de gunstige eigenschappen van deze stof, vnl. zijn onbrandbaarheid en lage giftigheid. Zo vindt dichloor-methaan toepassing als verfafbijtmiddel, lage druk drijfgas, samen met of ter vervanging van fluor-houdende koolwaterstoffen, en als drijfgas samen met LPG om de brandbaarheid van deze laatste stof te verlagen. Verder wordt het gebruikt bij het blazen van polyurethaanschuimen, als chemisch tussenprodukt bij de bereiding van sommige medicijnen, kleurstoffen e.d. en als oplosmiddel voor wassen, oliën, inkt en kunst-stoffen. Tenslotte is dichloormethaan te gebruiken als koelmiddel voor diepkoelen.

In de Verenigde Staten van Arnerkia steeg de jaarproduktie van 85 kton 1n 1964 naar 190 kton in 1970 en 275 kton in 1974. Daarna trad een lichte daling op, gevolgd door wederom een stijging: 221 kton in 1975 en 247 kt on in 1976. De jaarproduktie in Europ~ en Japan bedroeg 1n 1976 resp. 137 en 68 kton.

De toepassing van dichloormethaan is als volgt verdeeld: afbijtmiddel (50%), oplosmiddel (12%), drijfgas (10%), kunststofverwerking (8%), en de rest 20 % (USA, 1973).

Een van de nadelen van de klassieke bereidingswijze van dichloormethaan uit aardgas en chloor (29) is de grote hoeveelheid zoutzuur die vrijkomt. Vooral sinds het goedkoper beschikbaar zijn van methanol is daarom

voor een andere procesvoering gekozen, waarbij methanol met zoutzuur reageert tot monochloormethaan, dat vervolgens gechloreerd wordt tot dichloormethaan. Dit heeft als voordeel dat slechts geringe hoeveelheden bijprodukten (vnl zoutzuur en chloroform) ontstaan.

De giftigheid van gechloreerde koolwaterstoffen noodzaakt tot het treffen van goede veiligheidsmaatregelen. De effekten van monochloorrnethaan

en in mindere mate van de hoger gechloreerde methanen op het menselijk lichaam zijn vooral gelegen in aantasting van het centrale zenuwstelsel

(hoofdpijn, verlies van koördinatievermogen, duizeligheid etc.) en in aantasting van organen als de lever en nieren.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

4 IV UITGANGSPUNTEN

IV-1 EXTERNE GEGEVENS

Op grond van de geproduceerde hoeveelheden dichloormethaan (zie inleiding) hebben we gekozen voor een jaarproduktie vanN25 kton, bij 8000 bedrijfs-uren. Dit betekent een produktie van 10 mol dichloormethaan/s.

Als grondstof worden methanol en chloor gebruikt, terwijl een weinig 88 gew.% zwavelzuur als hulpstof wordt gebruikt.

De specifikaties zijn (29): Methanol: Chloor: zwavelzuur: 99,7 mol% CH 30H - 0,3 mol% H 20 - 99,0 tot 99,5 mol% C1 2 - 0,5 mol% CO 2 - 0,1 tot 0,2 mol% N 2 en 02 - minder dan 100 ppm H 20 - 50 mol% H 2S04 - 50 mol% H 20

De elsen waaraan dichloormethaan moet voldoen

minder dan 5 ppm 11 100 ppm 11 5 ppm 11 100 ppm 11 50 ppm 11 50 ppm ZlJn (23) : HCl H 20 vrlJe halogenen CH₃Cl CHC1 3 CC1 4

uit het proces komen drie afvalstromen, te weten een water/HC1/methanol mengsel, een stroom 63 gew% zwavelzuur en een gasspui waarin CO₂' N

2, en 02 afgevoerd worden. Om in de methanol reaktor een zo groot mogelijke HCI -overmaat te hebben kan het nuttig zijn deze laatste spui te wassen met de binnenkomende methanol stroom teneinde Hel terug te winnen. Verder zal het aanwezige monochloormethaan onschadelijk moeten worden gemaakt met loog.

•

•

•

ti

•

•

•

•

•

•

•

•

5

IV-2 INHERENTE GEGEVENS

In de volgende tabel wordt een samenvatting van enkele gegevens

weer-gegeven.

TABEL V-I. Enkele gegevens van de gebruikte stoffen .

komponent kp 0 0 _AlT

_°c

_{explosiegrenzen T} k . C smp C vlampunt p . CH 3Cl CH 2C12 CHC1 3 C1 2 HCl CH 30H H 2S04 rlt krlt

°c

in lucht vol %

°c

bar

- 24 - 98 brandbaar 630 7,1

-

18,5 143,8 66,8 40 - 96

-

₆₀₅

-

237 60,8 61 - 64 -

-

-

_{263 54,7} - 34 -102

-

-

-

144 77,1 - 85 -144

-

-

-

51,4 83,2 65 - 94 10 385 5,4 - 44,0 240 79,5

-

_-

_-

_-

_-

_-

-Voor de overige fysische grootheden wordt verwezen naar Gallant (10),

Gmelin (11), Keenan (18) en Ya\vs (37).

Over de giftigheden van de verscheide stoffen kan het volgende worden

opgemerkt (19). Monochloormethaan is een tamelijk giftige stof, waarvan

gevaarlijke konsentraties niet goed waargenomen kunnen worden. Bovendien

kan er een tijd van enkele uren voorbijgaan tussen blootstelling aan de dampen en de eerste vergiftigingsverschijnselen. Deze laatste

zijn voornamelijk hoofdpijn, verminderd gezichtsvermogen en andere

verschijnselen die samenhangen met aantasting van het centrale

zenuw-stelsel. Voor de hoger gechloreerde methanen geldt min of meer het-zelfde, waarbij blootstelling tevens kan leiden tot aantasting van

lever en nieren.

In een vlam ontleden de chloormethanen onder de vormlng van

fosgeen-en zoutzuurdampfosgeen-en. Ook de andere genoemde stoffen zijn giftig tot zeer

giftig, terwijl HCl en H

2S04 mengsels met water erg korrosief ZlJn.

MAC ppm 100 200 10 1 5 200 1 mg/m 3 -I

•

•

•

•

•

•

•

I

I

.

•

•

•

•

I

·

6

v

PROCESBESCHRIJVING V-I INLEIDING

Gegeven de syntheseroute voor dichloormethaan uit methanol en chloor

blijven nog een aantal keuze mogelijkheden over:

a. De hydrochloreringsreaktie van methanol en waterstof chloride kan

zowel in de gas- als vloeistoffase worden uitgevoerd, met of zonder gebruikmaking van een katalysator.

b. De chloreringsreaktie tussen monochloormethaan en chloor kan even-eens zowel ~n de gas- als vloeistoffase plaats vinden. De gasfase-reaktie is ~n het algemeen ongekatalyseerd (thermisch geïnitieerde

radikaalreaktie) , terwijl in de vloeistoffase gebruik gemaakt moet

worden van een initiator.

Fotochemische chlorering van monochloormethaan valt a priori af

van-wege de volgende nadelen:

J. het toevoegen van elektrische energie aan een exotherme reaktie

is verspillend.

2. problemen ten aanzien van het lichttransport in de reaktor als

gevolg van koolstofafzetting zijn niet denkbeeldig. 3. de benodigde lampen zijn duur en kwetsbaar.

4. de reaktie moet plaats vinden bij een lage temperatuur met als

gevolg hoge koelkosten.

Bij de hydrochlorering van methanol is gekozen voor de

vloeistoffase-reaktie vanwege de volgende voordelen in vergelijking met de

gasfase-reaktie ( I), ( 4), ( 8):

I. een vollediger omzetting van methanol. 2. minder dimethylether produktie.

3. eenvoudiger temperatuurregeling en een betere produktieregeling

ten gevolge van de verdamping van het produkt.

4. er ~s geen aparte scheidingstrap nodig om de bulk hoeveelheid

water die vrijkomt bij de reaktie af te scheiden.

Een nadeel van de vloeistoffasereaktie is de benodigde hoge druk om de reaktanten in de vloeistoffase te houden.

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

7

In de literatuur bestaat veel twijfel omtrent het nut van het gebruik

van katalysatoren zoals ZnCl

2 bij deze reaktie. Daarom is gekozen voor

een hydrochloreringsreaktie van methanol zGnder katalysator.

Bij de substitutieve chlorering van monochloormethaan lS gekozen voor de gasfasereaktie met thermische initiatie. Voordelen ln vergelijking

met de vloeistoffasereaktie zijn ( 8),(27),(23):

4

1. de reaktie is zeer veel sneller (bijna 10 x zo snel ). 2. geen aanschaf van dure initiatoren.

Er zlJn echter ook nadelen ln vergelijking met de vloeistoffasereaktie:

1. de reaktie is iets minder selektief (83 mol% versus 94 mol%, (27» .

2. de temperatuurbeheersing is moeilijker.

Bij de afweging heeft vooral de snelheid van de reaktie de doorslag

gegeven. Tevens bleek uit de literatuur dat de temperatuur bij de gas -fasereaktie op verschillende manieren bevredigend geregeld kan worden door:

1. een lage C 12/CH3C I verhouding. 2. het meevoeren vaD inerte gassen.

V-2 PROCESSCHEMA

In figuur 6-1 is het proces in een flowsheet weergegeven. In figuur 6-2 is het blokschema geschetst. Aan de hand van het flowsheet wordt de proces route beschreven.

In Rl vindt de hydrochlorering van methanol plaats. Methanol wordt door P2 ln de reaktor gepompt, terwijl met recycle-stroom 4 HCI-gas in de

reaktor wordt geleid. Het gevormde water wordt met de overmaat HCI afgevoerd, terwijl de produktstroom met CH

3CI in de partiële kondensor (H3 en V4) en de absorptiekolom T5 wordt gedroogd. Dit drogingsproces is noodzakelijk om korrosie en een reaktie tussen water en chloor in het vervolg van de procesroute te voorkomen. De monochloormethaa n-s~room wordt samen met een waterstof chloride en monochloormethaan

bevattende recycle-stroom door de kompressor C6 op reaktiedruk gebracht.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

H2\ Ko .. lwal.r-CH 2 CI 2 Spul Zwavelzuur- (63X)

BEREIDING VAN DICHLOORMETHAAN CCH 2CI 2 ) UIT METHANOL EN CHLOOR

c=:>

Slr-oomnumm.r- ~ T .. mp.raluur In °C

~

Abeol . druk In

,e

SN/m2 FIGUUR 6-\ HET FLOWSHEET "

Aal DI Jk.hoorn Joop van Koolen

Fabrl .. kevooronlwerp No: 2532 Ju I i 1982

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

9

1n warmtewisselaar H7 op de voor de initiatie van de radikaalreaktie benodigde temperatuur gebracht. In de adiabatische reaktor R8 vindt de exotherme chlorering van monochloormethaan plaats. De vrijkomende reaktiewarmte komt ten goede aan de opwarming van de produktenstroom, welke in warmtewisselaar H9 onder opwekking van stoom wordt afgekoeld. In warmtewisselaar H7 wordt de produktstroom nog dieper gekoeld onder

opwarming van de reaktantenstroom.

In de navolgende scheidingstrein moet een HCI-bevattende stroom naar reaktor Rl, het ongereageerde monochloormethaan samen met een als inert dienende hoeveelheid Hel naar R4 en de produkten dichloormethaan en chloroform gescheiden worden. Om de benodigde destillatiekolommen zoveel mogelijk te ontlasten wordt de produkt stroom eerst door twee partiële kondensors (H10+V11 en H13+V12) geleid. De vloeistofstroom, waarin de produkten zich bevinden, wordt naar de destillatiekolom T15 geleid, waar de produkten van de reaktanten worden gescheiden. De gasstroom vanuit de laatste kondensor wordt gesplitst in een stroom naar reaktor Rl en een stroom naar reaktor R8. De recycle-stroom naar reaktor R8 bevat o.a. HCI om de reaktantestroom te verdunnen.

Hiermee wordt voorkomen dat de temperatuur in R8 te hoog wordt.

De bodemstroom uit destillatiekolom T15 bevat het hoofdprodukt mono-chloormethaan en het bij produkt chloroform, met eventueel gevormde

hogere koolwaterstofverbindingen. In de destillatiekolom T20 wordt

tenslotte het zuivere produkt dichloormethaan gescheiden van de overige produkten.

V-3 FLEXIBILITEIT

Het proces 1S ontworpen voor een jaarproduktie vanv25 kton. Door echter de druk op te voeren kan met name de kapaciteit van R8 vergroot worden.

De destillatie-unit is ontworpen op 70% van de maximale belasting,

zodat ook daar nog enige ruimte is voor een groter produktie. De kapaciteit van reaktor Rl 1S op te voeren door de temperatuur te verhogen onder

een gelijktijdige drukverhoging om de reaktanten vloeibaar te houden.

Het is echter mogelijk dat overdrachtssnelheden de mate van

flexibili-teit in reaktor Rl beperken.

Een andere vorm van flexibiliteit van het proces 1S, dat ook hoger gechloreerde methanen dan dichloormethaan geproduceerd kunnen worden,

door dichloormethaan terug te voeren naar R8. Uiteraard moet in dat

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

. 10

geval de destillatie-unit aangepast worden.

V-4 DE INBEDRIJFSTELLING

De problemen rond de inbedrijfstelling zullen zich vnl. toespitsen

op het opstarten van Rl en R8. Beide reaktaren kunnen echter wel

onafhankelijk van elkaar opgestart worden, mits resp. HCI en CH

3CI

van buitenaf beschikbaar zijn en bovendien voldoende bufferkapaciteit

voor beide stoffen aanwezig is. Reaktor RI kan worden opgestart door

de reaktor te vullen met een (warm) methanol/water mengsel, waarna

HCI toegevoegd kan worden.

Om de reaktantenstroom naar R8 op de juiste begintemperatuur te krijgen

zal tijdens het opstarten extern verwarmd moeten worden.

V-5 DE REKENVOLGORDE

Om de rekenvolgorde van het proces vast te stellen lS gebruik gemaakt

vam d~ methode van Lee en Rudd (24). In het proces zoals weergegeven

in het blokschema in figuur 6-2 zijn drie

cycle cycle 2 -:ycle 3 blokken 4 en 5 blokken 4,5 en 6 blokken 1,2,3,4 en 5

cycles aanwezig, te weten:

Blok 5 komt ln alle drie de cycles voor, dus dit blok vormt het begin

van de iteratieve berekening van het proces. Na blok 5 kunnen onafhankelijk

van elkaar twee wegen worden ingeslagen:

a. blokken 6 en 7 b. blokken 1,2,3 en 4

•

J J ~

-

-~ HCI en CH0 chloor

-t ,.

J ~ ~

-

r~-

~

CH3

Q

methanol

+-

I

...

..

2

..

..

3

...

...

4

-

•

..

IA )

,

c;:

...

₆ l(

f

t

•

"-HCI en CH 3

Q

~

.,

I. Hydrochloreringsreaktor 5. Partiële kondensatie 2./3. Droogsektie 6. Scheiding CH₃CI - CH 2Cl2 ₇

..

CH;CI 4. Chloreringsreaktor 7. Scheiding CH 2CI2- CHCl3

+

2

•

Figuur 6-2. Blokschema van het proces .

•

•

Figuur 6-3. Blokschema van de rekenvolgorde .

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

12 VI PROCESKONDITIES VI-I HYDROCHLORERINGSREAKTOR RI

De reaktievergelijking voor de hydrochlorering van methanol lS:

CH30Hg + HCl -7 CH

3CL + H20 + AH

g g g r,g (6-1 )

N ₁ --"'7 /-I r I~N ~ <,_ L.

Aaangezien we te maken hebben met een exotherme reaktie ln de

vloeistof-fase moet vgl. 6-1 als volgt herschreven worden:

CH 30HI + A HMeOH 1 _""'IJ. J, g + HClg -7 CH CL 3 g + H 2

°

₁ + tJ.. H H + A H (6-2)

20 1-» g . r, g

Aangezien onder de gekozen reaktiekondities HCl en CH

3Cl gasvormig ZlJn

en dus ook in de gasvorm de reaktor inkomen resp. uitgaan, zijn deze twee

komponent en in de reaktievergelijking als gassen opgenomen. In principe

moeten alle komponenten ln de vloeistoffase zijn, maar dan moeten de

kondensatiewarmtes weer ln de warmtebalans verwerkt worden. Netto maakt

het dus geen verschil uit.

6

Met 6.~eOh l~g ~4,5xI0 J/kmol (10), &oHH

°

l-)g en 6H _{r,g .} 33,Ox10 J/kmol (29) wordt 6-2: 2

6

40,6x10 J/kmol (18)

(6-3)

In de literatuur blijken weinig gegevens voorhanden omtrent de kinetiek

van deze reaktie .. Volgens Vigdorovich (31) is de 2e-orde reaktiekonstante

k=0,5xI0-3 m3/kmols in een waterige oplossing van HCl en methanol bij ongeveer 100 °C. Het is echter niet duidelijk of en hoeveel het gevormde water de reaktiesnelheid belnvloed.

In een nevenreaktie kan eventueel dimethylether gevormd worden uit

methanol. Onder de gekozen reaktiekondities (zuur milieu) kan de vorming van dimethylether echter verwaarloosd worden.

Onder gematigde omstandigheden zal zich in de reaktor een twee-fasen

evenwicht instellen. In bijlage 1-2 wordt beschreven hoe het evenwicht

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I

.

\3

Als reaktor model is gekozen een kaskade van 3 ideale tanks ~n ser~e. De argumenten voor deze keuze zijn:

I. een bijna volledige omzetting van methanol.

2. een goed kontakt tussen de vloeistof en gasfase en een snelle

stof-/r-":::'"

Ir" overdracht is te realiseren.

.

V

( ,,) V' 3. een kaskade van drie tanks is eenvoudig door te rekenen.

)~

,.)-\ ",'- 4. door roeren is een snelle wannteoverdrach,t naar het koelmedium te

i'~

bereiken.

(

De reaktorberekeningen z~Jn weergegeven ~n bijlage I-I. Uitgangspunten voor die berekeningen zijn:

I. drie GIL tanks in serie.

2. een 2e-orde reaktie in de vloeistoffase.

isotherme reaktie, dus afvoer van de reaktiewarmte door middel van

~-koelen.

4. tussen de tanks in z~Jn gas en vloeistof ~n evenwicht. 5. de tanks zijn ideaal gemengd.

ad 3. De temperatuur is op 1000C gesteld om de reaktanten zoveel mogelijk

~n de vloeistoffase te houden .

De in- en uitvoer stromen van de hydrochloreringsreaktor RI z~Jn weer-gegeven in tabel VI-I.

TABEL VI-I. Gegevens over ~n- en uitgaande stromen van reaktor RI.

komponent G. L. G uit L uit ~n ~n CH 3Cl molls I ,7

-

12,5

-HCL molls I I ,6

-

0,01 0,8 H 20 molls

-

-

I ,4 9,4 CH 30H molls

-

10,9 _-, 0,015 0,06 Totaal 13,3 10,9 13,9 10,3 Temp K 263 293 373 373 Druk bar 8,0 8,0 7,5 7,5

•

•

•

i

•

•

•

•

•

•

•

•

14 VI-2 DROGER

uit reaktorRl komt een effluent met de volgende samenstelling: 12,5

mol CH

3Cl/s, 1,4 mol H20/s, 0,015 mol CH OH/s en ₃ 0,01 mol HC1/s. 0

Om het water te verwijderen wordt eerst gekoeld tot 40 C, zodat een

groot deel van het water kondenseert. Dieper koelen ~s niet mogelijk,

o

omdat monochloormethaan dan mee kondenseert (vanaf 35 C).

De totaal hiervoor af te voeren warmte bedraagt 83,8 kH. De afgevoerde

hoeveelheid water is 1,27 mol/s.

De overblijvende gasstroom wordt verder gedroogd met zwavelzuur tot een

watergehalte van 25 ppm. Hiervoor is 5,5 gr. 88 ge.v.% H_{2S0 4/s} nodig,

terwijl 7,8 gr.63 gew.% H

2S04/s afgevoerd wordt. De temperatuur van de uitgaande stromen bedraagt 54 °C.

Voor de berekeningen zie bijlage 1-3.

VI-3 CHLORERINGSREAKTOR R8

In de literatuur wordt algemeen gesteld dat de chlorering van

mono-chloormethaan volgens 2e-orde reaktiekinetiek geschied:

(6-4)

v (6-3)

Verschillende auteurs geven hierbij onderling afwijkende reaktiekonstanten op: a. McKetta/McBee (23,22) b. Johnson (16) c. Belenko (2) k k k 6 37,6exp(-83,lxI0 /RT) 6 5,97exp(-67,8xI0 /RT) 6 84,4exp(-81 ,lxlO !RT) 2 m /sN 2 m /sN 2 m /sN

Belenko en Johnson maakten bij de bepaling van de reaktiekonstante beiden gebruik van flulde bedden. Dit kan betekenen dat overdrachts-weerstanden de grootte van de gemeten konstanten hebben belnvloed, zodat w~J voor onze berekeningen van de reaktiekonstante zoals

gepresen-teerd door McKetta (23) zijn uitgegaan. Ook voor de te verwachten volg-reakties, te weten de chlorering van dichloormethaan en chloroform, zijn de reaktiekonstanten zoals gepresenteerd door t1cKetta gebruikt:

•

'

.

•

•

'

.

•

•

•

•

•

•

15 (6-6) 6 2

met k = 23,8exp(-84,OxI0 IRT) m IsN

(6-7)

met k

Om een zo volledig mogelijke omzetting van chloor' te verkrijgen, is gekozen voor een buis-reaktor. Aangezien de reakties zeer snel zijn (verblijf tijden kleiner dan I s) wordt een adiabatische reaktor ver-ondersteld. In bijlage 1-4 wordt het reaktorgedrag in een model beschre-ven op basis van de warmte- en massabalanzen. Dit model gaat uit van een isobare, adiabatische, stationaire, non-isotherme buis-reaktor met drie 2e-orde equimolaire volgreakties van ideale gassen. Dit model is met behulp van een komputer doorgerekend met de in tabel VI-2 gegeven begin omstandigheden. In deze tabel is ook de samenstelling van de uit-gaande stroom weergegeven.

TABEL VI-2. Gegevens van in- en uitgaande stromen van reaktor R8.

komponent ln uit CH 3Cl molls 38,4 27,6 CH 2C12 molls - 10,0 CHC1 3 molls

-

0,8 CC1 4 molls

-

-C1 2 molls 11,6

-HCl molls 26,9 38,5 -- -Totaal 76,9 76,9 Temp. K 600 832 Druk 105N/m2 8,8 8,7 De verhouding CH

3C1/C12 lS 3:1 gekozen op basis van de gegevens van Ullmann (29) en McKetta (23). Het meevoeren van een hoeveelheid HCl door de reaktor is noodzakelijk om de temperuur in de reaktor niet boven

570

°c

te laten stijgen. Boven 570

°c

kan nl. pyrolyse optreden (23).

De geproduceerde hoeveelheid CC1

4 bleek verwaarloosbaar klein te ZlJn en kan dus buiten de kwantitatieve beschouwing blijven. Kwalitatief levert eventueel gevormde CC1₄ ook geen _{problemen op, daar het als}

•

.

e

•

•

'

.

•

•

•

•

•

•

•

16

De begin temperatuur is gekozen op 600 K, omdat beneden deze temperatuur de reaktie nauwelijks op gang komt (thermische initiatie). Een hogere begintemperatuur is niet noodzakelijk, omdat de reaktie al bij 600 K voldoende snel is, en bovendien bij een hogere begintemperatuur ook de eindtemperatuur hoger zal ZlJn, hetgeen vanwege de al eerder genoemd

pyrolyse niet gewenst lSo

De druk is gekozen op 8,7 bar om in de navolgende destillatie-unit de scheidingen nog bij milde omstandigheden te kunnen uitvoeren.

•

•

•

•

I

•

•

•

j

•

,

.:1

H

17

VI-4 PARTIELE KONDENSATIE

Voor de berekening van de bij de partële kondensatie optredende

even-wichten z~Jn we uitgegaan van de volgende methode:

We nemen aan dat de oplossingen en gasfasen zich ideaal gedragen

(volgens Kirk-Othmer (19) is dit praktisch het geval). De stoffen

voldoen dus aan de wet van Raoult:

en vanwege de ideale gasfase geldt:

p.

~

(6-8)

(6-9)

Hierin ~s y.: de fraktie van komponenet i in resp vloeistof en gasfase

~

p.: partiaaldruk van komponent i in het beschouwde evenwicht

~

Pi : de druk van de zuivere komponent i bij de heersende temp.

p : de totaal druk van het beschouwde evemvicht tot Er geldt dus: en met

2.

x. ~ I en

L.y.

~ y. 1 x. 1 Ptot Ptot

*

p. 1

*

x. p. ~ ~ y. 1

Stellen we de ingaande gasstroom G. = 100 (mol), dan geldt G .

~n Ult

G

=

gasstroom en L

=

vloeistofstroom. Een massabalans voor komponent i levert:

y. . i ( G.

~,ln ~n x. ~,Ult . L. Ult + y. ~,u~t . G. Ult Vullen we (6-11) en (6-12) hierin ~n dan volgt voor y .

i, uit .

100 ₊ ( _{Ptot Pi} /

x -

I)L 100

*

y . . _l,~n

Bij een bepaalde temperatuur kunnen we met 6-1 I en 6-14 x. en y.

~ 1 (6-10) (6-1 I) 100 - L . , u~t (6-13) (6-14)

iteratief berekenen door L te variëren totdat voldaan wordt aan de e~s

~x. = 1 en ~y.= I. Voor deze berekening is een programma geschreven

1 ~

•

•

I

,)

•

•

•

•

•

•

•

•

18

Door de temperatuur te kiezen kunnen we de samenstelling van de

gas-en vloeistofstromgas-en vastlegggas-en. Hierbij spelgas-en de volggas-ende overwegingen

een rol:

- Het liefst nemen we de temperatuur zo hoog mogelijk (300C)

om nog koelwater als koelmiddel te kunnen gebruiken.

- De temperatuur moet zo laag zijn dat er zo min mogelijk

dichloormethaan in de gasfase terecht komt, omdat de gas fase

wordt teruggevoerd naar de chloreeringsreaktor, zodat di-chloormethaan wordt omgezet naar tri- of tetradi-chloormethaan.

Doordat beide bovenstaande wensen niet ~n één apparaat z~Jn te verenigen

hebben we besloten de kondensatie ~n twee stappen uit te voeren.

In de eerste stap wordt bij 300C een deel van de gasstroom gekondenseerd,

o

de rest van het gas wordt verder gekoeld tot -10 C. De resultaten van

deze tweetraps kondensatie zijn weergegeven ~n tabel VI-3.

De resultererende gasstroom wordt gesplitst en teruggevoerd naar de

reaktoren RI en R8. De vloeistofstroom gaat naar de destillatiekolom T15.

TABEL VI-3. Massabalans over partiële kondensatie apparaten.

komponent ~n _{uit gas uit} vloeistof

molls (%) molls (%) molls (%) CH 3CI 27,6 (35,9) 4,0 (12,7) 23,6 (52,0) CH 2Cl2 10,0 (13,0)

-

10,0 (22,0) CHCl 3 0,8 ( 0,01)

-

0,8 ( 1,8) HCI 38,5 (50,1) 27,5 (87,3) 11,0 (24,2) Totaal 76,9(100,0) 31,5(100,0) 45,4(100,0)

VI-5 DESTILLATIEKOLOM}ffiN TI5 EN T20

Bij de beschrijving van beide destillatiekolommen z~Jn we uitgegaan

van de volgende aannamen:

- Het systeem gedraagt zich ideaal in gas- en vloeistoffase - De verhouding tussen de molaire verdampingswarmten is konstant

over het beschouwde temperatuurtrajekt.

- De eerste (multikomponent) destillatie is te beschrijven met een destillatie van mono- en dichloormethaan (sleutel-komponenten) .

19

van de molaire verdampingswarmten konstant is, deze verhouding moet

•• dan ook gelijk aan I zijn. Om dit te bereiken wordt aan één van de

•

•

•

•

•

•

•

•

~~~Jkomponenten (de lichtste) een pseudomolgewicht toegekend. De molfrakties

(;',.Jr

_..

in gas- en vloeistofstromen veranderen daar door volgens:

"

I/X' (6-15)

en

I/X (6-16)

met X ::;: echte molfraktie, X'= pseudomolfraktie, Hl

M; = pseudomolgewicht.

echt molgewicht,

Voor de berekening is gebruik gemaakt van een programma voor de

reken-machine TI 58, geschreven door Wesselingh (36).

Destillatiekolom TI5

De voeding van deze kolom komt uit de gasvloeistofscheiders VII en V12,

o

op een temperatuur van 8 C. In de kolom dient een scheiding gerealiseerd

te worden tussen HCl en CH

3Cl enerzijds en CH2C12 en CHC13 anderzijds.

Voor q geldt: q (6-17)

Beschouwen we alleen mono- en dichloormethaan, dan volgt uit de logP - H

6 6

diagrammen van McKetta (23): (p=8 bar) H

L=4,5xIO J/kmol, HG=32,3xIO J/kmol

4

en H

F=5,4xIO J/kmol, dus q = 1,16. Hierbij is al gerekend met pseudo-molgewichten voor monochloormethaan (M'=75,75). Verder geldt:

X;

= 0,609, X~ = 0,9995 en X~ 6,7x10 -5

De eisen voor top en bodem samenstelling volgen uit de volgende

over-weg~ngen:

Aan de top moet zo m~n mogelijk dichloormethaan komen, omdat

deze stroom terug gaat naar de chloreringsreaktor R8. - De eis voor de bodem is vastgelegd door de

produktspeci-fikatie.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

20

TABEL VI-4. Enkele gegevens van de scheiding in TI5 bij P= 8,0 lOS N/m2.

komponent ln top bodem

CH 3CI molls 23,6 23,6

-CH 2Cl2 mol/s 10,0

-

10,0 CHCl 3 molls 0,8

-

0,8 HCl molls II ,0 I I ,0 -Temp

°c

8,0 27,0 105,0 Schotels _{4,6 8,6} R _{0,96 3,57} Destillatiekolom T20

In deze kolom wordt dichloormethaan gescheiden van chloroform, en

de eventuele andere, zwaardere komponenten. De voeding van deze kolom komt uit de reboiler van kolom TI5 en lS gezien zijn samenstelling praktisch op kooktemperatuur, dus q = I.

De verhouding van de molaire verdampingswarmten lS 1,17, dus H~H Cl = 99,45.

Verder geldt:

~

=0,914,

X~

= 0,99994 (50 ppm chloroform) en

x~2

=

0,0043. De gegevens omtrent de stromen ln kolom ZlJn vermeld ln tabel VI-5.

TABEL VI-5. Enkele gegevens van de scheiding ln T 20 bij P= 7,5 lOS N/m2.

komponent ln top bodem

CH

2Cl2 molls 10,0 10,0

-CHCl

3 molls 0,8

-

0,8

Temp U

_c

_{lOS lOS 129}

Schotels _14,7 13,3

I

.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

21 VII APPARAATBEREKENINGEN

Voor de berekening van de volgende apparaten wordt verwezen naar

bijlage 11: RI, T5, C6, R8, C14, T15, H17, HI9 en T20.

Alle apparaten Zijn gespecificeerd in de apparatenlijsten (H IX).

Van de warmtewisselaars zijn de uitwisselende oppervlakten A berekend

met behulp van de volgende formule:

Q

u

x A x AT (7-1 )

waarin Q de uitgewisselde warmte, U de warmteoverdrachtskoëfficient

die met behulp van de Wärmeatlas (38) is geschat, A het uitwisselend

oppervlak en AT het gemiddelde temperatuurverschil tussen shell en

•

IN

Voor-waarts

22

Massa -en

Warmtebalans

Retour

UIT

M

Q

M

•

M

M

Q

Q

Q

0,3

LJ

Ei

_{- '-I}

6o~

(i) _ .•.

•

0,6

Q

I«h.,; ... " ,

1'"

•

o

51./9 -Li

60

I

®

It

®

o :JoQ

t

₊

35

6

t,O

•

Qr"'trd~.

VIl

--+-422,3

Q,.e~ ~I ~,35 o

6si

35 0

•

- +

l(o~1 ""o,.te

.-

r--+=-@

sp""': (l)

3

;

,35

281,7

0,20 I

- 3QO,0

/,0

kofj",~Jtr ~3

·

83

8

',0

,

,

•

I)

6 s

6

@

- 4"10

•

V4

_@

~Sp~

0,,023

-47,q

o

6.~.~ 0 0

•

@)

,~ 0,006

hw'"

h

_z

@

~@

TS

hw+

h

_z

-7,4

0 , 0 0 9

•

c 6?'

~-"

f

I

.

_o

₆₁₁ '1.4

o

6q?

.. - -

-_

...

_ - - -

48~7- .

-60,3

r

.

15Q3

_ 660

-_

.

-s6,o

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

-

-

1 - - - -2,/11 f

•

Q

.

O

0,824

-

q,o

0 )

.

-3.745

/335.0

•

'3,')45"

? 3/.

a

1---- - _.- -i I I 3 145" I

•

\I 04 0

•

I1 SO,5 -3 ?l{S" ') 254 S

--•

-D.4l{ ko ... d.

0,4tr

q

(~/6

•

3 ?4:S ,::t.35.Q

•

_.

3,i4'5

3,74~ 0.0 1I04p

•

3 ?45' _~31 Cl

•

_B,8

_&,9

_74/,3

1---.--.

•

3 ?45

-50Cl4

-•

3,7.45 24 - sOO"4

@

.. - - ..

_

-•

VII

1.222-- L/44

1

2 ~-27.,

•

(2'3)

~

/s

@

T ' - - --- ._.---

--- ---

-bS3 .ç--1(1(90 _'73. "

•

HI~

_{-_}

_.

_{_}

_-

_{_}

. . I.Q80 - QS.q , ~.5~3

•

- IJOD

8

@

1317

- 6

6"s

•

_ffi

Vit

_IRI

(

I ~® A

,

_RI: 'S- I T

6

@

o.50a - 35. {,

-016q1

-'if{'J .

-•

-

-363

_,

0

•

/.(~Bo !(

61.

I

tJ

·

_f

•

J/,b

/8

·

7

qqc9.5

VII

1,222

444

I

•

l--')314 .qOo -, '.1-,/;)

_:- 6,6

5 I

146

- 48{, I

•

Vd! TIS ' - - --_._ .. 0.0 4~ - ," I I ~"J Sq

T

-

- ,Q).; I

•

Zo

•

•

•

I

I

'

e

•

•

•

•

•

O.SI

~

-a·7

o.4b

1/.3

--- -

-_.

-

----

-1I4q.q

2.~3q

_ iJ9.'J

- -

I I

2.73Q

_ 552 I D OL/b 2 ft I

--q52,4

-

--25

T/S'

...-15 .stoo~ ,.

-Hlq

0.5/

I - - - --- 1 - - - -TIS

~fJ

--~--- -

36t}1

I

eb

33 I. 5q 3

-

-6~ D I -1.146 I

u9ó \

-I

Tl0

I I I

O

.

oq

b

- /5,Q

I

-900""

H23~_

0,46

/I.

"3

q50.4

f--- -V.22

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

s't,

LJ

3a

₃

686,3

~

Massa in kg/s

Warmte in kW

26 \"-\21

V22

T.W

Tt

i

_O~!J5

@

~

"

I . . . . -~

Totaal

:.

54,43f}

Fabri eks voorontwerp

No:

2

"

532

--- -_._-._-- -.--_ .. _ --- -I

-IQ3,2

I I I I ,

368b,3

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

27

OPMERKINGEN BIJ DE \.JARMTEBALANS

- Na doorrekening van het processchema blijkt er een "gat" van 56 kH

te zijn. Dit is mogelijkerwijs te wijten aan afrondingen bij de apparaat

-berekeningen. Omdat ons de tijd ontbreekt om een en ander nauwkeurig

na te gaan, voeren we bij de kompressor dus ekstra vermogen in.

Ten opzichte van het totaal in- en afgevoerde vermogen is deze 56 kH ongeveer 1% en dus kleiner dan de rekennauwkeurigheid.

-_De enthalpie van de koelwater- en stoomstromen is weergegeven tov een eigen nulpunt, dat niet noodzakelijkerwijs hoeft te korresponderen

met het in het schema aangenomen nulpunt, Omdat een en ander geen

invloed heeft op de warmtebalans hebben we in de balans alleen het

)

;'

-•

•

A pparaatst-oom

, Componenten

CH~

Cl

C Hz

Ol.

eH C/3 Cl%.

Hel

eH)

01-/

I-lzO

(-1

2

80"

Totaal:

Ap~araatst'oom

, Componenteh

CH7.C I

CH.2.CI~

C.J·I

CJ:c

eb

/-( Cl

CI1"j()fI

fi,o

f-{,S0~

Totaal:

M

in kg/s

Q

in

kW

•

M

o 34B 0, ~lt<5

M

063/ <: /ó1

<

₁₀ .3 0015

o

656

•

1

Q

-L[bo.*;_

- 460,"). _,

6

Q

3LJ

I 4

2

3S,q

•

•

•

•

2

3

M

0.

M

Cl

M

o 0 ~6 o,92LI __ 9_,0 0,'(Z3 o OOI

hw

o ODS

h"Z.

o oob

hw+nz

D

,

82.Lf

_ q,o

o,soq

?

ä

M

Q

_M

Q

_M

o 63L 0 0631 0.02. Q _ 'IS, {, ~ ' 0 .3 c. 00 :l 3 0

<

10 • .3 o. '"]0 -34' 4 o.oZS 47. Cf 0 0 0 4 c, ~o, - 3Qo, 0 _{0.656 - '-i7·Q} 0,633

Stroom /Componen

t

en staat

•

•

L/

0.

M

-'I, $' -31, I 0348 -35,6

o

?'4~

Cf

Q

_M

0 0.631 0

/23

ppt)!J 0

063'

-•

5

Q

_/.160,. , -4

6

0/1

10

Q '1.4 I

>;,4

I •

•

N Cf:>

~

r

I

.

•

•

Apparaatstroom

, Componenten

CH'1,(I

Cl-lzC/t

('

~I

c/3

Cl,

{-ICI

C~10H

H?o

/-1,50

Totaal:

Apparaatstroom

+

Componenten

(I-hO

c_H.

Cl'} CHc/~ CI7..

Hef

Totaal:

M

in

kg/s

Q

in

kW

-•

•

If

M

Q

<

(0 .. 3 <:'ló3 0013 - '-i~Lq_ 0.01.0

_{- Li71,Q}

/6

M

Cl

f.q:;t1

₅₁₉₁

_.

₆

o

9lll Ifj~ 0

0.oG2

.~64

4

3·f45

1104.0

•

•

•

•

,,t

13

M

Cl

M

Cl

M

I Q'2.D

-46

2.

u;

3q I I

' 0082

- 6,

1 D.q

»1.

I ().oo3

_hw-?S

0.002_ J'1Z +0' 0.008

hw+hz

-7.'1

{.!LZ/

_{- /0').:3}

2.q2/

1'1

I(J

M

Q

M

Cl

M

/.308 -53

b

1.30Li

1Y2. (,

1.304 I

0

,

8so

36

·9 0850 o oc,

b

3.':) (l.oab I I o.q82

- b,./

1 4(lS IDB.,) '.l.[~5. 2.2qo

_{- I'4}

_·

_t

_{3. /. Y 5'} 23/.

q

3

.

745

Stroom /Componenten staat

•

J4

Cl

5

.

3

3?

q.o

Iq

Q 48lt.S 215.Q la

·cf

brs

.

!

I

1335Cj

•

15

M

U13Q

o

.~2..LI

0081

3·745

to

M

'·344 ' 0.85'0 o Mi

6

• I 'tb

S-3

,

1

45

•

Q 0 0 D I 0 Q fV34.

&

:U.II l, '3o .~ , , 0'12.

4 .

.2.25~

,

5

•

N \D

!

•

•

A pparaa tsT'room

, Componenten

C~hcl CH1- C

h

c~ch

-ltl.,

Ho

Totaal:

Apparaatstroom

, Componenten

CH,CI

C

J{"

Cl?

rl-I c/~ Cl,

Ntl

Totaal:

M

in

kg/s

Q

in

kW

"

•

.tI

M

1.3q4

(') 8;50 o. CIa

6

I. Ltn~

3·745

.<.b

M

o.Ilb (YJ.~8,

o

.

6

q f

•

•

•

•

•

•

22-

23

24

Q

_M

_Cl.

_M

_Cl

_M

_Cl.

- (!Jo.3 0.000

- ZI.2-

0,1./04 _{- tSO'} of"\Rf:, -4.S

234./ 0 .. 17." =s 3 (j)

6

'J 2- _ 2 ~/)

8

23.5 O.Oll. 0.1 0.084 _ J.1.lJ _ 71.5 1,34 '3 -LJó.'J . I'J 061 _ ~t').R n.u? ~

-

~,

,

- 5Cjo

.

4 __

L~~~_~.3 I. 22~ -(/44, I ()·soq ___ -35",6

27-

₂₈

:2

Q

M

Q

M

Q

M

Q

-b (

o.Q40

-31'1

&

0

.

188

- 364.2. I. (q2

_{- 5"<63}

0

.

116'

- b5

6

0.1')8

- 65"

.

b

o

.rJs-o

_:<06.6

D.Oll

3

.

6

0.0/2

_:s_.6

Q

.

{)(}6

_ 2")..0 -42.b _'.343

_-

_.256.J1

O

.33

CL

- r;3 ,

o.lt.D I - 2/3 Cl 1 - 4

8·1-

2

.

5.23

.

-1oo~ ~ __ 31

t ___

_

___ 6

,6

L 5

_Z

_·

_{~_~q}

_{___}

_:~6o

_/

₈

Stroom /Componenten staat

•

•

,zS'

M

Q 0 .'202 -10

6

'.061 iJ

- ?3.?

'

.

206

-JJ~

30

! I I ,

M

Q I I

.( 33&

,')3 ':) i

o

'-'0/

-'4

0

2,.

,739

_{- &f}

_.

₇

_·

•

w o

)

•

•

ApparaatsTroom

" Componenten

c.~C'

C H-z. cl

2-C

/-Iet?

CI,_

Hef

Totaal:

Apparaatstoom

, Componenten

CH ..

CI

eH,

cl.,

CI-/

cl

"I..

cl?

J..1C/

Totaal:

M

in kg/s

Q

in

kW

•

•

31

M

Q

l33&

-533.6

0.'-<0 (

_{- dJ.s}

.z·73q

-~s.z, I

36

M

Q 0 .006 - /5.0

0

.

oq6

_15

.

q.

•

•

•

•

•

•

•

•

3Z

33

34

'3:>S

M

0.

M

Cl

M

0.

M

Q I I L!

b

- 4$h , I I

qz.

_ l.i?

S

o 8s o

- 143.2. 0 8 5 0 -/4'3.2 O.oqb

- n.o

• I

o

'-IO!

-

18.s-, I

',I

lf

6

- yO/' ,

1,:>q3

- 66,0

O.q4b - Zi', 1

o.Ss-o

-lq3.Z

w

M

Q

M

Q

_M

Q

M

Q

I

I

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

IX 32 SPECIFIKATIE APPARATU~~

Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

---Apparaat No: H

₃

'V _.1

₇

_H

₉

_H

10

pi _{.ipem\1ar'!lt(} \'Iarmte pi j pem;arrnte pi jpem'larmte

Benaming, ,-lis selaar wisselae.r Hisselaa,r His:jclaar

tbv parti'él( tbv o p\-larr.len tbv stoomop- tbv parti~le

type _{kondensatie voed.ing Hekkin~~ kondensatiè}

Medium _{koehrê,ter/ reaktanten/ realdie- koehrater/}

pijpen-/ reaktie- reaktie- proQukt/ reakti·

~-mantelzijde pr·:)d.ukt produkt keteh.rater produkt

Ca pac i~~.~.t , ui tgewi'ss.~lde

₈₃

_,

₈

. -~

1104,0

918,6

741,3

warm t

e

'

in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2

6,6

330

11,4

21,7

Aantal

pa~ärfê{

1

1

1

1 Abs. ~~.jt.* druk in bar

_3,0/7,4

_9,0/8,6

8,6

/

1

'1

,0

3,0

/8

,3

pijpen-

_/

mantelzijde temp. in

_/

uit in oe pijpzijde

20/40

40/327

559/380

,

20/40

mantelzijde

100/40

380/]22

1

3

5/220

12

2/30

Speciaal te ge- . _roestva.st roestvast roestvast

bruiken mat. Hastelloy B sta.a.l staal staal

Geschat

₂

e U H/m K

350

50

30

0

10

00

koelmiddelstroo

1,0

8,8

kg/s : opgei\1ektestoom

6,44

*

aangeven wat bedoeld wordt

H 13 pi j:nen ... rarmte 1:1isselaar tbv partiële konolen.sa t:k-e reaktie-produkt/ koelmid,tel

(

(

tu

('l ) v ... ") J _ . ~

635,5

14,4

1

!

3,0/1

,0

; 1 ,

30/-10

-23/-23

roestvast stEal

10

00

2,0

•

33

Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

---Apparaat No: H 16 11:

₁₇

H

₁₉

Ir

2

1

:r

23

pijpemvarmte pij-penwarmte pi j pen1tlarrn te pijpenwarrnte pi jpen~"al"!i1te

•

Benaming, wisselaar wisselaar wisselaar wisselaar Hisselaar

tbv koel- tov tO:;JkOD- tbv reboiler tov toplcon- tov reboiler

type circuit densor

T15

T

15

densor

T20

T20

•

Medium koell-later/

pijpen-I _koelmiddel koehrater/ _topprodu.1<t bodemprodu1c

_T15/

kochmter/ _topprodukt bo demnro

_1'20

_/

duld

mantelzijde ("

v··3

Tof "\j l)

T15

stoom

T20

sto:::>m

Capaci:t~i-.t,

•

uitgewisselde . :;.'..

.

....

998,5

366,4

,

1149,9

950,4

95

2,Li . -~. _. warmte'.l,n

kW.

Warmtewi'sselend oppevl. in m2 '

40,5

52,3

29,0

13,

0

2:0,5

•

Aantal

pa~älfê{

1

1

1

1

1

I

Abs. ~.* I I I druk in bar

3,

0/9

,0

3,0/7,7

7,5/4,0

3,0/7,0

7,0

/

11,0

1 i I

•

pijpen-

_I

I

!

mantelzijde i temp. in

_I

uit in oe

•

pijpzijde

_20/33

_20/30

_105/105

_20/40

_{129/1 29}

,. , > mantelzijde

_195/4

₅

_37/27

₁₉

₀

_/14

₄

_{105/1 05}

₂

₂

_0/185

Speciaal te ge- roestvast roestvast roestvast roestva3t roestvast

brui ken mat.' staal staal staal staal staal

•

Geschat2e U Wim K

1000

1000

1000

10

00

1000

•

koelmiddel

18,7

8,7

11,3

kg/s I _stoom

0,51

0,46

•

*

aangeven wat bedoeld wordt

•

34

•

Apparaat No:

_R

₁

_{V 4}

_{T 5}

_R

₈

_{V 11}

geroerde gas/vloeisto dro 0 gto ren buizenreakto gas/vloeisto

Benaming, ta.n.kreaktor scheider tbv tbv reaktie scheider tbv

met keerscho reaktieprodul produlcten reaktiepro

type _ten ten du.~ten

•

Abs~*: druk in bar

7,5

7,3

7,1

8,7

8,2

•

temp. in oe

1QO

40

-

54

327/55

9

30

Inhoud in m

3

1,32

gekombi gekombi

Diam. in m

0,8

neerd

0,35

0,

0

2

5

per neerd

•

₁

_j

_{h in m}

_2,7

met H

3

_1,2

_3,0

buis met H 10

"

.. Vulling: 3(

•

schotels-aant. klokjes,

4

vaste pakking katalysator-typ2

-

, ,

_-

vorm

•

8Ilir.a.a.:t koeling

4,0

m 2 :co.e.r.sn.eJ..b.e~d .• Hz

3,0

:r:o.e.~e.rrnpg~!1. !CW

1,0

•

Speciaal te

ge-Hastelloy B ge-Hastelloy B Hastelloy B roestvast roostvast

bruiken mat. _staal

₃₁₆

_staal

₃₁₆

aantal 1

₁

₁

₉₅

₁ S:2:x:i::ejparallel

•

.

•

•

3(

aangeven wat bedoeld wordt

•

35

•

Apparaat No: _V 1 :2

_T

₁₅ 11

18

T 20

V

22

gas/vloeistol destillatie gas/vloeistof destillatie vloeistof

scheider toren voor scheider na toren voor verzamel vat

Benaming, _{tbv reaktie CH}

3

Cl/CH

2

C12 topkondensor CH2G12/ CHC1

₃

type produkter _scheiding T'l).

scheiding

•

Abs~:I( druk in bar

8,0

7,7

7,5

7,5

7,0

•

_{temp. in oe}

_-10

37/1 05

27

105/1

2

₉

₁₀₅

Inhoud in m

3

_.gekombi geko:nbi

Diam. in m neerd

_0,75

neerd

0,75

met H

13

_{met H 17}

1 _{/ h} in m

_10,0

_27,0

•

Vulling: :I(

schotels-aant. zeef, 2_..,. ,1 _zeef,

₅₄

•

vaste pakking katalysator-type

•

-

,

,

_-

vorm

...

" "

.

"

.

" " " " "

.

" " " " "

...

" " " " " "

..

" " "

.

" " "

•

Speciaal te ge- roestvast roestvast roestvast roestvast roesvast

bruiken mat. staal staal staal staal staal

•

aantal·

serie/parallel

•

Ii

:I(

aangeven wat bedoeld wordt

•

•

•

..

•

•

•

I

•

,

.

i

.

I

•

•

Apparaat No: Benaming, type te verpompen medium Capaciteit in ~ kg/s* Dichtheid in kg/m\n/Uit Zuig-/persdruk in bar

(abs}llif-üi.~

temp. in

°c

in / ui t Vermogen in kW theor./ prakt. Speciaal te ge bruiken mat aantal serie/ parallel 36

P 2

C

6

C

14

methanol centrifugaal centrifugaal

voedingpomp kom:J,ressor kompressor

(centrifugaal voor voor CH

₃

Cl

CH

3

Cl/HCl in

koelcir-mengsel cuit

methanol CH Cl/HCl CH

3

Cl

3

$T""> as

0,35

2,92

1.98

884

12,84/15,31

2,4

4

/11,71

1,0/8,

0

7,

0

/

9

,0

1,

0

/9,0

20/20

2

1/44

-23/195

0,31/0,62

42,2/60,3

254/363

•

•

..

•

•

•

•

•

•

•

•

37

x

EKONOHISCHE ASPEKTEN X-I INVESTERINGEN

De schatting van de benodigde investeringen is gebaseerd op de Lang-methode (24). In tabel X-I zijn de basisinvesteringen per apparaat

(zie voor de apparaatspecifikatie H IX) weergegeven. De prijzen zijn

overgenomen uit het Webci-prijzenboekje 1980 (35) .

TABEL X-I De kosten van de verschillende apparaten.

apparaat no. prlJ s .. (kDFl ) apparaat no. prij s (kDFI)

RI 165 CJ4 500 P2 2 T J 5 2) 100 H3 I ) 55 HI6 40 T5 2) 120 HI7 1 ) 50 C6 200 HI9 35 H7 170 T20 2) 300 R8 40 H21 1 ) 30 H9 330 H23 30

HiO I) 30 opslag tanks

grondstoffen 500

HI3 1 ) 25 opslag tanks ₃₀₀

produkten

\

Het totale basis investeringsbedrag is dus 3022 kDFI. Dit bedrag moet vermenigvuldigd worden met de totale Lan~-faktor, welke 4,74

bedraagt voor gas/vloeistofprocessen. Dit betekent een totale investering van 14324 kDFI. Dit bedrag geldt echter voor J980. Als we aannemen

dat van 1980 tot 1982 de prijzen van de apparaten met 10% zijn gestegen,

komen we op een investering voor 1982 van 15756 kDFI.

Met een afschrijvingsduur van 10 jaar en gemiddelde rentekosten ten

bedrage van 10% over de helft van de investering (10% is de aangenomen

rentevoet), bedragen de vaste kosten 1576 + 788 = 2364 kDFl per jaar.

1) Gekombineerd met GIL scheidingsvaatje.

2) De kosten van de schotels zijn op 20% van de (lege) kolomkasten

•

•

•

•

•

•

I

•

•

•

•

•

X-2 GROND- EN HULPSTOFKOSTEN

In tabel X-2 z~Jn de benodigde hoeveelheden grond- en hulpstoffen met de bijbehorende prijzen vermeld (5). De benodigde hoeveelheid stoom

~s gekorrigeerd voor de geproduceerde stoom in H9.

TABEL X-2 De kosten van grond- en hulpstoffen.

grond/hulpstof

I

hoeveelheid (kton/p.j.) prij s (kDFl/kton) kosten (kDF1/p.j.)

methanol

~'

10,0 655 6550 chloor 23,7 400 9480 zwavelzuur (88 gew. %) 0,02 150 3 stoom (3 bar, 190 °C) _15,3 7,3 112 koelwater (20 °C) _{1400 0,06} 84 TOTAAL 16229 X-3 ARBEIDSKOSTEN

De Wessel-relatie (24) voor de bepaling van het aantal manuren per ton

produkt is :

kDFl/p. j .

manuren = k x aantal staSP7g

ton prod. (kap./dag) , (10- J)

Hierin is k = 10 (voor kontinue processen), het aatal stappen 3 ( twee

reaktietrappen en een scheidingstrein) en de kapaciteit per dag 73,5 ton. Dit betekent:

(manuren/ dag) (10 x 3 x 73,5)/(73,5)0,76 84 10,5 man/dag

Met v~er ploegen van 3 man, ofwel 3 volkontinue funktieplaatsen à

300 kDFl per jaar, zijn de arbeidskosten 900 kDF1/jaar.

X-4 DE OVERIGE KOSTEN

De kosten van de verwerking van de afvalstromen schatten we op 500 kDFl per jaar. De onderhoudskosten stellen we op 5% van de investering, ofwel 709 kDFl per jaaé. De kosten van verzekering zijn geschat op 1%

•

•

•

•

•

•

'

.

I

I I

•

•

•

39

Het benodigde werkkapitaal stellen we op 10% van de totale jaarkosten, ofwel ongeveer 2000 kDF1. De kosten van het beschikken over werkkapitaal zijn rentekosten en met een rentevoet van 10% bedragen deze kosten 200 kDFl per jaar.

In tabel X-3 z~Jn de overige kosten samengevat.

TABEL X-3 De overige kosten.

kostensoort kosten (kDFl/ jaar)

verwerking afvalstromen SOO

onderhoud 709

rentekosten werkkapitaal 200

verzekering 158

TOTAAL 1567

X-5 DE KOSTPRIJSBEREKENING

Alvorens de kostprijs van het hoofdprodukt dichloormethaan berekend kan worden, moet de opbrengst van het bijprodukt chloroform op de kosten in mindering worden gebracht. Aangezien dit bij produkt nog ver -ontreinigingen zoals tetra en hogere koolwaterstoffen kan bevatten, is een ekstra scheidingstrap waarschijnlijk noodzakelijk. Daarom schatten we de netto verkopprijs 20% lager dan de marktprijs voor technisch zuiver chloroform, die 1880 kDF1/kton bedraagt. De Jaarpro-duktie van chloroform is 2,8 kton, hetgeen overeenkomt met een netto opbrengst van 2,8x1500 = 4200 kDFl per jaar.

In tabel X-4 z~Jn alle jaarkosten samengevat en opgeteld, waarna de netto opbrengst van chloroform ~n mindering is gebracht. De kostprijs van dichloormethaan is dus bij een jaarproduktie van 24,5 kton gelijk aan 16860/24,5

=

688 kDF1/kton .

TABEL X-4 DE TOTALE KOSTEN

kostensoort kosten (kDF1/ jaar)

af schrij ving + rente 2364

grond- en hulpstoffen 16229 arbeid ₉₀₀ overige ₁₅₆₇ TOTAAL 21060

-

4200 = 16860 kDFl/jaar

I

I

1

I

• 40

I.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

X-6 EKONOMISCHE EVALUATIE

De verkoopprijs van dichloormethaan ~s 1455 kDF1/kton ( juni 1982, (5)).

Bij een jaarproduktie van 24,5 kton betekent dit een omzet van 35647 kDFl

per jaar.

De brutowinst bedraagt 35647 - 16860 = 18787 kDFl per jaar, en de winst

na belasting (50%) 9394 kDFl per jaar. Nu kan de return on investment

index (Ral) berekend worden met behulp van de volgende vergelijking:

Ral \vins t (na bel)

I + I

vast werk

9394

15756+2000 xIOO% 52,9%

Hierin ~s I de (vaste) investering en I het werkkapitaal.

vast werk

De hoge winstgevendheid van dit proces is vnl. te danken aan het

forse prijsverschil tussen de grondstoffen en het eindprodukt. Dit

betekent echter ook dat de winstgevendheid zeer gevoeling zal zijn

voor ontwikkelingen in de marktprijzen van de betreffende chemicalien.

De relatieve geringe bijdrage van de vaste kosten in de kostprijs

houdt in dat eventuele wijzigingen van de apparaten onder behoud van

de hoge rendementen geen grote veranderingen in de kostprijs te weeg