De technische bereiding van monochloorbenzeen

o

Verslag behorende . bij het fabrieksvoorontwerp

van

p

•••• J •••••••••••••••••••••••••• _.l~ .. ~ .. W1B.P.e:t&J:8 ... .

onderwerp:

De bereiding van monochloorbenzeen ' •••••••••••••••••••• k •••••••••••••••••••••• ' ... .

(

c

o

o

o

o

o

DE TECHNISCHE BEREIDING Fabrieksvoorontvlerp in opdracht van ir. A.G.Montîoort VAN MONOCHLOORBENZEEN

Datum opdracht: 20 mei 1976 Datum verslag: 18 oktober 1976

ir. W.H.Peters Parkweg 63 Voorburg

()

I

I( ( ( ( [

o

o

o

o

2 I N HOU D SOP G A V E. I. Samenvatting, conclusies • 11. Inleiding • • • • •

.

.

.

111. Uitgangspunten voor het ontwerp.

~V. Beschrijving van het proces.

·

. .

. . .

• • • • • •

·

.

.

_.

_'

_{· .}

· .

.

• • • • • • •

• 3

· 4

•

5

• 6

·

.

1. De reactor •

·

.

_•

· · ·

2. Het opwerken van het vloeibare reactieproduct. _{• •}

3.

Het opwerken van het gasvormige reactieproduct • _{• • • •}

4.

De voorbehandeling van de vloeibare voeding. _•

·

_•

·

_•

5.

Extra voorzieningen voor het opstarten van de installatie.

T. Procescondities. _•

.

_•

.

_{• • • •}

·

_•

·

_{• • • • • •}

_•

1. De reactie.

. .

_•

.

·

! •

·

•

2. Reactorkeuze. _{• •}

·

_{• •}

·

_{• • • • •}

3.

De katalysator. _{• •}

·

_•

·

_{• •}

VI. Apparatuurkeuze en berekening. _{• • •}

1. De reactor • _{• • •}

. .

.

_•

·

.

_{• • •} 2. Overige apparatuur •

VII. Massa- en warmte balans •

• •

•

• • • • •

•

• • • • •

•

•

· .

.

.

.

• • • • • • • • • •

VIII. De investeringen. • • • • • • • • • • • • • _•

· .

.

~ijlage 1. Fysische constanten en andere getalwaarden die bij de berekeningen zijn gebruikt • • • • • •

Eijlage 2. Flow-sheet van het proces. • • • Eijlage

3.

Berekening van de reactor.

•

Eijlage

4.

Berekening van de massabalans.

Eijlage

5.

Massa- en warmte balans • • •

·

.

6. Stroom/componentenstaat.

· .

_• .13ijlage

Eijlage

7.

Apparatenlijst voor warmtewisselaars. Lijst van gebruikte symbolen en afkortingen •

Literatuur· _•

·

.

_• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . e • • • • • • • • • • • • • • • •

· .

.

.

.

·

• • • 6 6 8 A

9

10 10 11 12

13

13

14

17

17

19

23

24

26

29

33 37 39

40

. ----'-'---'-'---"- .~

c

c

c

(

c

o

o

o

o

3 I. Sanenvatting.

Dit fabrieksvoorontwerp behandelt een installatie waarin 18 000 ton monochloorbenzeen per jaar wordt geproduceerd, door directe chlorering van benzeen in de vloeistoffase. Als katalysator wordt in situ

bereide FeCl

3 gebruikt.

De bijproducten zijn 1250 ton BCl

2

(6%)

(isomerenmengsel) en

E500 ton HCI. Er ontstaat 340 ton afvalwater, waarin de volgende

componenten: 150 kg B 133 kg BCI 12,5 kg BCl 2

3,2

ton FeCl

3

1,28 ton NaOR 44 ton HCI

. Als reactor is voor een gelijkstroombellenkolom gekozen met een klein gepakt bed van stalen raschig ringen waaruit de katalysa.tor

wordt gevormd. De reactie temperatuur is 80

Oe.

De conversie van benzeen in de vloeistof is 66'l~.

Het is gebleken dat grote delen van de installatie niet kunnen worden berekend omdat de benodigde gegevens niet in de literatuur ver~eld zijn. Zelfs voor wat de materiaalkeuze betreft kunnen geen definitieve

uitspraken worden gedaan. Een gevolg hiervan is, voor wat de economische aspecten betreft, dat slechts een grove schatting van de investeringen kan worden gemaakt.

Het proces is doorgerekend, waarbij een aantal grootheden moest worden geschat en op diverse punten vereenvoudigde rekenwijzen moesten worden toegepast. Aan de scheidingssectie kon niet gerekend worden; deze is op in de literatuur beschreven processen gebaseerd.

Conclusies:

Om een definitief ontwerp te kunnen maken, zijn aanvullende experi-menten nodig; met name de reactor dient nader bekeken te worden omdat de berekeningen slechts een ruwe benadering opleveren. Voorts zijn een aantal evenwichtsgegevens nodig en dient voor een verantwoorde materiaalkeuze een aantal corrosie-experimenten te worden uitgevoerd. Tenslotte lijkt, in verband met de sterk teruglopende productie, een nauwkeurige marktanalyse noodzakelijk.

o

c

c

(

c

'

r

o

o

o

"

4 I!. Inleiding.

Chloorbenzeen wordt hoofdzakelijk geproduceerd als tussenproduct voor de bereiding van kleurstoffen

(50%)

en pharmaceutica

(20%).

Slechts een klein gedeelte

(10%)

wordt thans nog gebruikt voor de bereiding

( ,van fenol. In 1974 werd 1 miljoen ton fenol geproduceerd, waarvan

~w .. _ _______

, • .;rl' slechts

4%

via monochloorbenzeen (lH

.11 ).

Vroeger was dit percentage

f

~eel hoger maar voor de fenolbereiding is de laatste tiJod de route

, r(.l'

'V-', via cumeen sterk in opkomst.

Een andere afbrokkelende markt voor chloorbenzeen is de bereiding van pesticiden, zoals D.D.T. In verband met de persistentie van dit type verbindingen wordt het gebruik hiervan meer en meer aan banden gelegd.

Tenslotte wordt chloorbenzeen gebruikt als oplosmiddel en als

.metaalontvettingsmiddel

(20%).

Een gevolg van de hier geschetste verminderde toepassing van chloor-benzeen is dat de productie tussen

1969

en

1974

sterk is gedaald; (lit.11)

',. ,/cl

"-~~ ~

1969:

300 000 ton 1974: 175 000 ton.

----(

(

c

c

5

111. Uitgangspunten voor het ontwerp.

- Externe gegevens.

De fabriek maakt ca. 20.000 ton BCl per jaar in volcontinu bedrijf; zodat 8.000 uren ter beschikking staan.

Uitgegaan wordt van B en Cl

2, zodat HCl als bijproduct ontstaat. Er treden volgreacties op waarbij hoger gechloreerde aromaten onstaan.

~ij het geschikte proces is de hoeveelheid bijproduct dat via volg-Teacties ontstaat gering, zodat alleen met vorming van BCl

2 rekening

~ehouden behoeft te worden. Wegens het optreden van volgreacties is

~O~ conversie van benzeen niet mogelijk, zodat benzeenrecycle moet worden toegepast. Het als bijproduct gevormde isomerenmengsel BCl

2 wordt als zodanig verkocht.

De vraag wat gedaan wordt met het gevormde HCl wordt niet beantwoord; dit hangt sterk af van de practische omstandigheden.

De installatie verbruikt koelwater en lagedruk.stoom; waarbij de (" .- hoeveelheden niet zijn aan te geven omdat de destillatiekolommen

(

o

o

o

niet te berekenen zijn.

-- Fysische constanten; chemische eigenschappen.

Deze zijn samengevat in bijlage 1. Gegevens betreffende veiligheids-aspecten zijn daarbij opgenomen.

- Corrosieaspecten.

In sommige delen van de installatie treden zeer corrosieve vloeistoffen en gassen op. Over het algemeen zijn daar de temperaturen laag, zodat de materiaalkeuze niet te zeer beperkt wordt. Alleen in de reactor

treden hoge temperaturen op, zodat er zich hier problemen kunnen voordoen;

~ met name ook omdat de reactiewarmte via de reactorwand moet worden

~?

....

af gevoerd.

In de literatuur wordt vermeld dat oplossingen van FeCl

3 zeer corro-sief zijn (lit.14, 16, 19). De gegevens zijn echter niet z6 gedetailleerd dat daaruit valt op te maken, in hoeverre dit geldt bij de lage

( (

c

( ( ()

o

o

o

6

IV. Beschri~ving van het proces.

Men zie voor een goed begrip van het hierna volgende het flow-sheet van het ontwerp, bijlage 2, pg. 23

1. De reactor.

Eenzeen (13) en chloor (12) worden in gelijkstroom met elkaar in contact gebracht in een bellenzuil (R12). In het onderste gedeelte van de reactor bevindt zich een bed (ca. 0,5 m. hoog) van stalen raschig ringen. Door reactie met chloor wordt hier de katalysator FeC1

3 gevormd.

Door de opstijgende gasbellen wordt voldoende menging verkregen om de warmteoverdracht met de wand van de reactor te bewerkstelligen.

De conversie van benzeen in de vloeistof is 66% en van chloor in

~otaal;

97

à

98%.

De reactietemperatuur is 80

°c

omdat dan de selectiviteit het gunstigst is. Bij lagere temperaturen wordt meer BC1

2 gevormd; bij hogere temperaturen zou te veel benzeen en BCl verdampen.

De reactiewarcte wordt deels gebruikt om de voeding op te warmen, deels verbruikt voor het verdampen van benzeen. De rest wordt via de koelmantel afgevoerd.

2. Het opwerken van het vloeibare reactieproduct.

Het vloeibare reactieproduct (16) bevat naast benzeen, BCl en BC1 2 ' ook HCl, FeC1

3 en C12• Directe destillatieve scheiding is niet mogelijk omdat FeC1

3 in de reboiler zou uitkristalliseren zodat de warmtetransportweerstand sterk zou toenemen; bovendien is het mengsel zeer corrosief door de aanwezigheid van FeC1

3

•

Vooral om deze laatste reden is een grondige verwijdering van FeC1 3 noodzakelijk.

Het reactiemengsel wordt daarom eerst afgekoeld (H14, R13) en dan bij 25

°c

geëxtraheerd met water (17) en daarna met 2 N NaOR (1R~

De temperatuur wordt laag gehouden om de benzeenconcentratie in de waterige fase en de waterconcentratie in de organische fase zo klein

o

c

c

c

(

c

c

c

o

o

o

o

1

_

- ~<-l._' I.-<AÁ_. 1 -I

mogeli~k te houden. Omdat de hoeveelheden anorganisch materiaal in het reactieproduct relatief klein zijn, wordt de hoeveelheid extractie-middel niet bepaald door de evenwichtsligging (hoewel hierover in

de literatuur geen gegevens beschikbaar zijn) maar door de stofover-dracht, dus door het benodigde uitwisselend oppervlak.

De

rb~

veelheid

extract moet bovendien klein gehouden worden, omdat hierin wat benzeen en chloorbenzeen oplost. Om deze redenen wordt het grootste deel van het extract gerecirculeerd en slechts een klein deel afgetapt en door

~ers water vervangen.

Cm ook de laatste resten anorganisch materiaal te verwijderen wordt vervolgens met 2 N natronloog (18) geëxtraheerd. Om de boven gegeven

redenen wordt ook hier het extract grotendeels gerecirculeerd. Direct

-extraheren met natronloog is niet mogelijk omdat dan een ijzerhydroxide neerslag ontstaat, tenzij met ondermaat loog zou worden gewerkt, waar-door het voordeel van het gebruik van loog althans ten dele teniet word t ge daan.

Corrosieproblemen in dit gedeelte van de apparatuur zijn op te lossen door gebruik van vaten en leidingen met een corrosiebestendige voering.

Hoewel met name bij de eerste extractiestap enige warmteontwikkeling optreedt, is koeling overbodig.

Het raffinaat (22) wordt voorgewarmd met het af te koelen vloeibare reactieproduct (H14) en daarna tot kooktemperatuur verhit (H19).

In een schotelkolom (T20) wordt eerst benzeen afgescheiden (25).

-In een volgende destillatiekolom (T26) wordt BGl en dichloorbenzeen gescheiden. BGl komt over de top

(30).

Het bodemproduct (28) bevat BCl en BCl

2• Dit mengsel wordt in destillatiekolom (T21) gescheiden in BC1

2 (bodem,29) en een mengsel van BCI en BCl2 dat naar T26 wordt teruggevoerd (27).

r

~11~A_

7

-lVfjtJ~-)

Omdat het te scheiden mengsel, dat na de benzeendestillatie overblijft,

Co ' \. slechts~~ge hoeveelheden BCl₂ bevat, is deze werkwijze vooral uit energie-overwegingen aan te bevelen.

De productstroom BCl

(30)

wordt afgekoeld door warmtewisseling met de voeding (H2) en verder met koelwater (H29) en stroomt vervolgens naar opslagtanks. Het BCl

( ( ( (

c

o

o

o

o

8

aan een minimumtemperatuur gebonden is omdat p.BCI

2 bij lagere tempe-raturen uitkristalliseert.

}. Het opwerken van het gasvormige reactieproduct.

Het gasvormige reactieproduct (10) bevat naast HCI en Cl

2 ook B en BCI.

-Door koelen (H1 0) kan het grootste gedeelte van het organische materiaal gecondenseerd worden.

-Gas en vloeistof worden gescheiden in een afscheider (V11). De

gasstroom wordt in een absorptiekolom met een gepakt bed (T5) gewassen

~et de benzeenvoeding, zodat een mengsel van HCI, B en BCI overblijft (16) om hieruit de laatste resten organisch materiaal te verwijderen, wordt het gasmengsel verder af.gekoeld tot ca. -10

°c

(MS). Om energie te besparen wordt eerst gekoeld met het gezuiverde gas, waarbij vloeibaar B ontstaat, dat afgescheiden moet worden. Vervolgens wordt verder gekoeld, waarbij benzeen désublimeert.

Het is te verwachten dat het zich op de koelbuizen afzet. Daarom is het noodzakelijk dit gedeelte van de koelinstallatie dubbel uit te voeren, zodat er tussentijds _schoongemaakt kan worden, bijvoorbeeld door het afsmelten van benzeen. Het gezuiverde gas (7) kan, gecompri-meerd of in water opgelost, verkocht worden of in chloor worden omgezet. Een extra zuivering over een bed van actieve kool kan daarbij

nood-zakelijk zijn.

De vloeistofstromen die bij de gaszuivering ontstaan (9 en S) bevatten wat HCI. Ze kunnen daarom niet naar de benzeenopslag worden

terug-gevoerd maar moeten rechtstreeks aan de vloeistofstroom naar de absorptiekolom ~5 worden toegevoerd.

!.

De voorbehandeling van de vloeibare voeding.

Voor een optimale katalytische werking is een zeer laag watergehalte van de vloeibare voeding vereist. Benzeen wordt daartoe aan een azeotrope destillatie onderworpen.

Benzeen (1) wordt opgewarmd met warme BCI (H2) en in de destillatie-kolom (T3) ingevoerd (2), tesamen met onomgezet benzeen (25) dat

c

;

(

c

(

9

Het topproduct wordt gecondenseerd, waarbij twee vloeistoffasen worden gevormd die in settler (V6) worden gescheiden. De waterige fase (5) wordt afgetapt en de benzeenfase wordt in de kolom

terug-~voerd. Omdat de vloeistof op kooktemperatuur wordt gehouden, bevat de waterige fase nogal veel benzeen. Dit water dient dan ook gebruikt te worden in de beide extractietrappen, zodat een gedeelte van het benzeen zonder extra kosten kan worden teruggewonnen.

Het bodemproduct van T3 wordt afgekoeld in H4 tot een zo laag mogelijke temperatuur. Het wordt eerst gebruikt om het zoutzuurgas van onorngezet chloor te zuiveren in absorptiekolom

T5.

De temperatuur moet hier zo laag mogelijk zijn omdat anders te veel benzeen zou verdampen en bovendien de oplosbaarheid van chloor in de vloeistof te laag zou zijn.

e

\?

Het is om deze redenen dat benzeen niet rechtstreeks in contact gebracht

( [ ( )

o

o

o

. kan worden met het productgas. De benodigde hoeveelheid koelwater en het benodigde warmtewisselende oppervlak zou veel te groot zijn wegens de geringe temperatuurverschillen. Vooraf koelen van het productgas en fasenscheiding is dus noodzakelijk.

De

vloeibare productstroom van

T5

wordt rechtstreeks naar de reactor gevoerd.

2-

Extra voorzieningen voor het opstarten van de installatie.

'Voor het opstarten van de installatie is een extra warmtewisselaar nodig voor het verhitten van de voeding.

Benzeen wordt rechtstreeks van de destillatiekolom (T3) naar de reactor gevoerd, nadat de katalysator is toegevoegd.

In de eerste extractiestap moet in plaats van water,

3

N zoutzuur als extractieoiddel worden gebruikt (bij gebruik van water zou het

?

extract eerst lichte en later zware fase zijn).

Koeler H13 moet extra groot uitgevoerd worden, omdat bij het opstarten geen voorkoeling plaats vindt.

Wegens het explosiegevaar moet de lucht vooraf uit de apparatuur verwijderd worden, bijvoorbeeld met stikstof.

Het gebruik van wacht tanks (bijvoorbeeld voor het afgekoelde, droge benzeen) kan de bedrijfsvoering versoepelen.

c

(

c

( (

c

o

o

10 VProcescondities.

_.

1. De reactie. ,De reactievergelijking luidt: met volgreactie: (2)

De reactiesnelheidsconstanten zijn door diverse onderzoekers bepaald. Voor de berekening is echter uitgegaan van de uitkomsten van Van den

Eerg (lit.2) omdat hier~n voor het eerst de echte

reactiesnelheids-constante dus onafhankelijk van alle concentraties bepaald is. H.v.d.Berg vindt voor reactie1:

k = 1,39 s -1 krool -2 m; 6 b~J " " 28

0c

en E _a

=

43.106 J/kmol voor reactie 2: -1 1- 2 6 b1"J" 600C k'

=

0,4 s kmo m; -en E' = 21.106 J Ikmol. a Er geldt: -RB k (C1 2)(FeCI3)(B) ~C12

=

kt (C1 2 )(FeCI3 )(BCI) Hieruit volgt: -RB k R BCI =

kt

2 (B) (BCI )

Als de reactor te beschouwen is als een geroerde tánkreactor, geldt,

bij de uit tabel V1 gevonden verhoudingen kik', de in tabel V2 berekende

selectiviteit als functie van de temperatuur en de benzeenconversie.

T (oC) k k' k'

Ik

60 7,25 0,4 0,056

70 11,40 0,506 0,044

o

(

c

c

( (

o

G

o

o

(' 11

.

~

T (oC

20%

33%

50%

66% 60 0,014 0,028 0,056 0,11 10 0,011 0,022 0,044 0,09 80 0,009 0,018 0,036 0,07

~abel V2. Verhouding (BCI

2) onder CSTR-condities, als functie van (BCI)

de temperatuur en de conversie van benzeen. Men ziet dat voor een zo laag mogelijke productie van BCl

2 een zo hoog mogelijke reactietemperatuur dient. te worden gekozen. Hierbij is 80

°c

een bovengrens omdat dit het kookpunt van benzeen is. Deze temperatuur is dan ook gekozen.

Omdat ervan wordt uitgegaan dat het gevormde bijproduct (een iso-merenmengsel van voornamelijk orto en para BCl

2) als zodanig tegen grondstoffenkostprijs verkocht kan worden aan een bedrijf dat hoger gechloreerde aromaten produceert, is de conversiegraad voor benzeen op

66%

gesteld; een verdere verlaging van de conversie van benzeen levert enerzijds, in absolute zin gesproken, een geringe verlaging van de producten van BCl

2 op, bij een forse stijging van de scheidings-kosten voor het te recirculeren benzeen. Hiermee liggen de reactie-condities vast.

2. Reactorkeuze .

We hebben hier te maken met een gas-vloeistof reactie, zodat het belangrijkste criterium voor het reactorontwerp het Hatta-getal (Ha) is. Dit getal geeft aan in hoeverre de stofoverdracht snelheidsbe-palend is.

Ui t de berekeningen van H.v. d.Berg (li t. 2) volgt dat Ha < 1 ;

hieruit volgt dat de reactie zich volledig in de bulk van de vloeistof afspeelt. Een grote vloeistof hold-up is dus van belang.

c

c

( (

r

o

o

o

O ' 12 te gaan. Deze kunnen worden onderdrukt door de teru~enging tegen

Mengen is echter noodzakelijk omdat stof transport tussen gas en v I oe i _. ';-G-'v-1 , ~.:.,

. f lle..--stof nodig is. Een zuivere propstroom is dus niet mogelijk. Men kan 1,,~~ ' .

-de propstrooD het best bena-deren door met een casca-de van reactoren yvV ;~. ,{/-)V-=-_ ~ ' / '

~ v-;r"

~

te werken. In dat geval zou men echter chloor in dwarsstroom moeten toedienen, zodat de conversie van chloor minder wordt en dus een grotere recycle nodig zou zijn. In de eerste reactoren zou, omdat daar nog ~

,maar weinig benzeen is omgezet, veel verdamping optreden, zodat men

I

is aangewezen op een lagere temperatuur. Men zou dus èf isotherm

bij lagere temperatuur en bij lagere benzeenconversie moeten werken, of bi.i opklimmende temperatuur. Het voordeel van de propstroom) namelijk het onderdrukken van volgreacties-, wordt hierdoor ten dele teniet gedaan omdat bij "lagere temperaturen de volgreacties meer kans krijgen. De apparatuur wordt duur en de regeling ingewikkeld. Er wordt dus gekozen voor één reactor.

Samenvattend;

'Reactietemp.: 80

°c

Conversie benzeen (in vloeistof): 66%

één reactor; met grote vloeistof hold-up.

}. De katalysator.

Als katalysator wordt, zoals algemeen gebruikelijk is, FeCl

3 gebruikt. Uit het werk van H.v.d.Berg (lit.2) is komen vast te staan dat FeCI

3

.H20 de actieve component is. Er is dus wat water in het reactiemedium

nodig. Omdat het FeCl

3 in de reactor wordt gevormd is steeds onop-geloste katalysator aan',·:ezig. B.v.d.Berg heeft gevonden dat als, binnen bepaalde grenzen, te veel water aanwezig is, er hogere hydraten van FeCl

3 worden gevormd zodat de juiste samenstelling in de vloeistoffase wordt verkregen. Ook vond hij (lit.3) dat de optimale waterconcentratie 300 ppm is.

(

c

c

(

o

o

o

o

o

13

VI. Apparatuurkeuze en berekening.

1. De reactor.

Als de reactor aan de in het voorafgaande genoemde eisen moet voldoen, zijn nog twee mogelijkheden over:

- ·de geroerde tankreactor - de bellenkolom.

De geroerde tankreactor heeft als bezwaar dat de katalysator in opgeloste vorm moet worden toegevoegd. Bij gebruik van de bellenkolom kan men

de katalysator in situ bereiden en vervalt tevens het roerwerk met aandrijving.

De bellenkolom wordt in gelijkstroom bedreven; dus zowel het gas als de vloeistof stromen van beneden naar boven. Onderin de kolom bevindt zich een bed (ca. 0,5 m hoog) van raschig ringen van C-staal, waaruit de katalysator wordt gevormd.

De voordelen van de gelijkstroom bellenkolom ten opzichte van de meestal toegepaste gepakte kolom met tegenstroom zijn groot:

1. effectiever gebruik van de reactorruimte

2. makkelijker temperatuurbeheersing ..

3.

minder afvoer van benzeen via het productgas

t'

4.

minder afvoer van chloor via de productvloeistof.

Omdat gegevens over de hydrodynamica en over de stofoverdracht ontbreken, kan men de reactor alléén berekenen, uitgaande van een vereenvoudigd model.

Volgens Fair (lit.5) en Mashelkar (lit.13) treedt er in een bellen-kolom een grote mate van terugmenging op. Volgens Fair kan men de reactor als isotherm beschouwen.

Onder aanname van volledige menging in de vloeistof en met een schatting van de chloor- en katalysatorconcentratie, kan men het benodigde

vloeistofvolume berekenen, uitgaande van de kinetische gegevens van Van den Berg (lit.2). Aan deze cijfers is de voorkeur gegeven boven die van McMullin (lit.12).

McMullin heeft de reactiesnelheid bepaald in een laboratorium-opstelling, waarbij hij chloor door een oplossing van FeCl

c

c

c

( (

c

o

o

o

o

---- - -

-14

borrelen en het productgas via een terugvloeikoeler afvoerde. In de zo gevonden reactiesnelheidsconstante is de chloorconcentratie

verdisconteerd. Het gevolg hiervan is dat niet buiten het meetgebied geëxtrapoleerd mag worden, omdat de schijnbare activerings-energie niet constant hoeft te zijn.

Het benodigde reactorvolume volgt uit de gas hold-up (e.). De gas hold-up kan berekend worden uit de superficiële gassnelheid (U ), ' /

ga waaraan voor een goede menging een maximum te stellen is.

Dus U ligt vast; hieruit volgt, met het gasdebiet, het oppervlak gs

van de dwarsdoorsnede van de kolom en ook

t .

UitE.. en V L volgt dan de effectieve hoogte van de kolom. Er is dan nog extra hoogte nodig om in de top een goede gas-vloeistofscheiding cogelijk te maken en voor het bed van raschig ringen, waar de katalysatorconcentratie wordt

opgebouwd en dat dus niet voor de volle 100% meetelt.

Voor een goed werkende bellenkolom moet voorts de verhouding lengte/diameter binnen bepaalde grenzen blijven:

3 <lid ....::::-12 (Mashelkar lito 13)

Tenslotte moet dan nog gecontroleerd worden of het warmte-uitwisselende oppervlak van de koelmantel groot genoeg is.

De berekening van de reactor is gegeven in bijlage

3.

2. Overige apparatuur.

De rest van het flow-sheet is ontworpen aan de hand van bestaande

en in de literatuur beschreven processen. Zoals het Dow-proces (lit.1), het Krebskosmo-Hausmann proces (lit.2) en de flow-sheets in de

Encyclopedieën Uhlmann; Kirk Othmer enz. In het algemeen zijn de ZO

verkregen gegevens summier.

Het ontwerp omvat het antwoord op twee kernvragen; namelijk: 1. Wat is de optimale conversie voor benzeen, vooral met het oog op

bijproducten?

2. Hoe hoog wordt de conversie van chloor en hoe worden de laatste

. resten chloor uit het product verwijderd, of, in technologische termen: hoe beperkt men de corrosieproblemen?

De eerste vraag is bij de bespreking van de procescondities behandeld. De tweede vraag krijgt een tweeledig antwoord omdat er twee

product-l

c

c

('

c

o

o

o

o

15

··stromen de reactor verlaten.

Uit het gasvormige reactie product wordt onomgezet chloor verwijderd door scrubben met de benzeenvoeding bij lage temperatuur; dit laatste om een goede absorptie te verzekeren. De gasstroom dient vooraf gekoeld te worden omdat koelen in de absorptie toren veel kleinere temperatuurs-yerschillen zou opleveren en ook qua constructie niet aantrekkelijk is.

In het eerste geval kan men een stenen toren gebruiken, maar als ook gekoeld zou moeten worden, zou men metaal moeten gebruiken.

Het gevolg van het vooraf koelen van de gasstroom is wel dat benzeen condenseert; zodat om practische redenen een gas-vloeistof-afscheider

tussengeschakeld moet worden.

Het vloeibare reactieproduct wordt van anorganisch materiaal ontdaan in twee extractie stappen. In de eerste stap wordt met zoutzuur

geëxtraheerd. In feite wordt water toegevoegd maar omdat een groot gedeelte van het extract, dat een zoutzuur concentratie van

3

kmol/m

3

heeft, wordt gerecirculeerd, is het juister om van een zoutzuur-extractie te spreken. Als extractie-apparatuur is een mixer-settler combinatie gekozen. Een tweede extracties tap is nodig om ook de laatste resten anorganisch materiaal te verwi;deren. Geëxtraheerd wordt met natronloog. Dit wordt ook in bestaande processen gedaan, zodat aangenomen kan worden dat dit noodzakelijk is; met als voornaamste reden dat aanwezigheid j .. ,., "

-: ~ t

van vooral FeCl

3

het reactieproduct zeer corrosief maakt.

Het is duidelijk dat de bewijsvoering hier zwak is, maar wegens gebrek aan evemlÎchts-gegevens is een beter bewijs niet mogelijk. Hetzelfde geldt voor de scheidingssectie.

De scheiding BCl-BCl

2 wordt in de praktijk meestal bij verminderde druk uitgevoerd. De noodzaak hiervan is echter niet aantoonbaar. Deze destillatie is daarom atmosferisch gedacht. Hiermee zou kolom T21 kunnen komen te vervallen, omdat de scheiding BCI-BCI

2 in één kolom uitvoerbaar geacht kan worden. Toch is voor de twee-kolomsuit-voering gekozen. De reden hiervoor is dat het te scheiden mengsel slechts weinig BCl

2 bevat, zodat kolom T21 in vergelijking met kolom T26 veel kleiner is. Door nu de scheiding in twee kolommen uit te voeren, wordt de reboilerverhouding en het aantal schotels van T26 kleiner; de destillatiekolom werkt bovendien beter.

c

c

( (

c

c'

o

o

o

16

De winst in stoomverbruik in T26 is groter dan de benodigde hoeveel-heid in T21, zodat er netto minder stoom nodig is.

Van de scheidingssectie is alleen de berekening van kolom T20 (ben-zeendestillatie) mogelijk; deze is echter wegens tijdgebrek niet uit-8evoerd. Wèl zijn een aantal warmtewisselaars berekend. Hierbij is de -volgende rekenwijze toegepast;

uitgangspunt is de vergelijking;

Q =

U.A.

Tl _og

.Y

hierin is: Q = de warmtestroom

(W)

U = totale warmteoverdrachtscoëfficiënt

(W/m2K)

'" Tl _og - logaritmisch gemiddelde temperatuursverschil (K)

F

= correctiefactor wegens niet volledige tegenstroom.

U is berekend uit de globale warmteweerstanden (zie bijlage 1):

1/u

= R

1 + R2

De resultaten van de berekeningen zijn samengevat in de apparatenlijst. Zie bijlage

7,

pg.

37

c

c

c

c

c

o

o

o

o

o

11

VII. Massa- en warmtebalans.

De berekening van de massabalans is weergegeven in bijlage

4

(pg.

26).

De warmte balans van de reactor is weergegeven in bijlage 3 (pg. 24),

verder berust de warmte balans op gekozen en geschatte temperaturen,

~amen met gemiddelde cp-waarden. Alle mengsels zijn als ideaal beschouwd,

~halve die waarin HCI en/of Cl

2 in vloeistof voorkomen.

-Alle resultaten zijn samengevat in een blokschema voor de massa- en warmte balans , bi~lage

5

(pg. 29) en in de stroomjcomponentenstaat

:bijlage 6 (pg. 33).

'Voor het berekenen van warmte-inhouden is 298 K als nul-niveau gekozen; voor koelwater echter 293 K.

VIII. De investeringen.

De investeringen kunnen slechts globaal geschat worden. Hiervoor is de rekenwijze van Zevnik-Buchanan. Hierbij wordt uitgegaan van een gemiddélde prijs per functionele eenheid I , _o die afhankelijk is van de procescondities, de materiaalkeuze en de productie-capaciteit. Voor deze grootheden worden correctiefactoren ingevoerd, waarbij de apparaat gebonden correctiefactoren worden samengevat tot één factor: de "complexi ty-factor" Cf"

(Ft + _Fp + FA) Er geldt Cf

=

2.10

Ft - correctiefactor voor temperatuur F _ correctiefactor voor druk

p

FA = correctiefactor voor materiaalkeuze.

De prijs per functionele eenheid is evenredig met de productie P tot de macht m; de degressie exponent. Hiervoor kiest men m

=

0,5

à

0,6.

De correctiefactoren zijn in grafieken af te lezen; de uitkomst moet daarom nog gecorrigeerd worden voor de prijsindex Cl·

Tenslotte. is nog een factor nodig voor het in rekening brengen van de kosten voor utilities etc. Deze factor wordt op

1,33

gesteld.

We krijgen dus: C

I _ N.l. C

f

.PM.1,33.-I---o (Cl) 0 I '--"--- ~

( (

c

C

c

o

o

c

o

o

18 l e deinvestering

}l - het aantal functionele eenheden

I c de investering per ton en per functionele eenheid, bij Cf

o

(01)0 a de prijsindex die geldt voor de gebruikte grafieken

( - 1511;

basis:

1911.)

~nvullen van de numerieke waarden:

N ...

9

.I.ytl -

S

0,26.10

6

(uit grafiek, lito

15.

met m =

0,6)

o

Ft ..

_°

F

- °

} zodat, ., p :PA - 0,1 _Cf :0:

2.10°,

.

1 - 2,52.

~1 c

(1915) 2250.

levert: ~ I -

S

11,25

miljoen. 2.

c

l

c·

(

c

c

(

o

o

o

•

o

19

Bijlage 1. Fysische constanten en andere getalwaarden die bij de bere keningen z i,jn ge brui kt.

1. Fysische constanten. (lit. 23)

mol. gewicht smeltpunt kookpunt (oC) (oC) B 78,12 5 80,1 BCI 112,56 -45,2 132,2 oBCl 2 147,01 -17 179 pBCl 2 147,01 +53 173,9 HCI 36,46 Cl 2 70,906 FeCl 3 162,21 ~ ~. Evenwichts gegevens.

-Oplosbaarheid van BCI in water (lit. 22): bij 30°C: 0,049 g!lOO g water.

bij 20°C: 0,046 g/100 g water. dichtheid

(1<g/m

3 ) 878,6 1105,6 1550 1529 :

Oplosbaarheid van B in water en van water in B (lit. 22).

T(K)

%

water in B

_%

B in water 295 0,06 0,07 298 0,066 0,113 303 0,075 313 0,095 328 0,113 330 0,248 347 0,296 380 0,507 azeotroop (69,25OC): 8,83 . . . -. . -_ .... -.. - ..

_

..

_--

_

...

..,....

c

c

( (

c

o

o

o

o

20

Bijlage 1 vervolg.

- Oplosbaarheid van HCl in B en BCl (lit.

10)

(in Nml. HCI/g oplosmiddel).

T

(oC) in B in BCl

20

11,4

6,27

30

8,50

4,66

40

7,44

3,80

- Oplosbaarheid van Cl 2 in B en BCl. lito

7:

Henry coefficiënt CH):

In H _ 6,1227 - 701,9/T.

lito

22:

T

(OC) oplosbaarheid in B C~1a) in BCI (%)

20

27

15

50

6

5 75

0,8

100

1,2

Dampspanning· lit 4

.

.

T

(OC)

_20,6

₃₁

₃₉

(mm Hg)PB

_77,3

124,6

175,9

T

(oC)

62

81

103

(mm Hg)PBCI

72,4

15b,5

328,3

ï.

Gegevens betreffende de reactie:

49

60

261

402

74

7

8

₉

c

c

( (

c

o

c

c

o

21 B~lage 1 vervolg. - Reactiewarmte: 1. E + C1 2 BCl + HCl ~H = -131,5 kJ/mol (lit. 22)

.A

H :0: -34,4 kcal/mol (li t. 8) ~sfase •

.ÀH - -32,0 kcal/mol (lit. 9) B en BCl vloeistof; C1

2 en HCl gas. 2. ECI + C1

2 BCl2 + HCl

~H' = -124,4 kJ/mol (lit.22)

flH' ... - 29,7 kcal/mol (lit.8) gasfase.

i.

Gegevens voor het berekenen van de warmtebalans. - Warmtecapaciteiten. Gas Stof Eenheid 298,15 K 400 K HCl cal/mol K 6,963 6,972 C1 2 cal/mol K 8,11 8,44 B kJ/kmol K 81,64 111 ,9 BCl k.T/kmol K 97,09 126,8 EC1 2 cal/rlol K 27 - Overgangswarmte (lit.7). C12(G)~ C1 2(BCl) HCI(G)---7 HCl(ECI) HCI(G)---7 HCl(aq) : - 3,01 kcal/mol. - 4 kcal/mol. -17,9 kcal/mol. Vloeistof 298,15 K 136,1 150,1 38 Lit. 7

7

10 10 18

- Globale warmteweerstanden voor het berekenen van warmtewisselaar (lit.6)

Stof R (m2• °C/w) procesvloeistof 0,0012 koelwater 0,0012 gas 0,0080 condenserende stoom 0,00018 Lagedrukstoom: Qstoom

=

2834,1 kJ/kg. Qwater/144°C

=

605,5 kJ/kg Warmte afgifte per kg. stoom: 2228,6 kJ/kg

(berekend met gegevens uit lit.23)

(

c

·

c

c

c

(

o

o

o

o

o

22 -Bijlage 1 slot.

2.

Gegevens betreffende veiligheidsaspecten. - Explosiegrenzen in lucht.

B vol.~~ "BCl vol.% (lit. 23 )

Hoog f

7, 10

7

0 9,23

Laag 1,40

%

1 ,83 - J.1ac waarden: (lit.17) 0.BC1 2 50 ppm 1'.BC1 2 75 ppm Bel 75 ppm 13 30 ppm C1 2 1 ppm

6.

Corrosiegegevens. Bij FeC1

3 houdende oplossingen geen metalen toepassen. (lit.14;19)

HCl (droog) gietijzer bruikbaar. C1

')

o

o

Q

o

1""'\ '~ , I ' \ ~ -\ ' Koelwater

VERHIlTER (START-UP) M8 KOELINSTALLATIE VOOR VI5 EXTRACT/ETANK (WATER)

Hl

H2 VERHITTER (BEDRIJF) ZOUTZUURGASZUIVERING VI6 SETTLER

.

T3 DESTILLATIEKOLOM H 9 KONDENSOR VI7 EXTRACT/ETANK (NoOH)

H<4 KOELER HIO KOELER PRODUKTGAS vla SETTLER

T5 ABSORPTIE KOLOM VII GAS-VLOEISTOF SCHEIDER HI~ VERHITTER

V6 SETTLEöI RI2 GELIJKSTRQOM-BELLENZUIL T20 DEST/LLATIEKOlOM

H7 RE BOILER HI3 KOELER T21 DESTILLATIEKOLOM

HI<4 KOELER H22 KONDENSOR

1""'\

,

J I H14 H23 H2<4 H25 T26 H27 H28 H29 H30 1""'\ 1""'\ ,~ r'o Koelwater T~6) .. ' • ( ~ 80 Koelwater T~1...J .. - ' C MONOCHLOORBENZEEN .. ( 2 8 ) } - - - ' Dlchloorbenzeen Koeiwoter H30

PRODUKTIE van MONOCHLOORBENZEEN

RE BOILER KONDENSOR

REBOILER uit CHLOOR en BENZEEN

DESTILLATIEKOLOM Ir.W HPeters

KONDENSOR

REBOILER oktober I~76

KOELER

o

Stroomnr.

o

Temp. In oe KOELER Systeemdruk I Atmosfeer tD 1-" c... I-' \b ~ CD I\) r I\) \Jol

c

(

c

( (

o

o

o

o

(î 24

Bijlage 3. Berekening van de reactor.

Vloeistofvolume VL'

Uit de massabalans volgt: de omzetting van benzeen ~

~(13) - B(16) - B(10)

46,3 -

11,00 - 13,9 - 21,4 kmOl/uur

~

5,94.10-

3

-RB.VL

=

k (C1₂)(FeC1

3)(B),VL

=

5,94.10-3 kmol/sec.

Na invullen van de volgende numerieke waarden: (C1₂)

=

0,04 (FeC1 3)

=

10-3 (aannamen) k "" 17,49 (B) - 3,3 , I volgt hieruit: V L

-u

_gs

-

0,2 m/sec. = f/v(gas)/S kmol/sec.

~troom

10:

=

43 kmol/uur dus

~v(gas)

=

43 • 22 m3/uur

=

0,263 m3/sec.

Dus S _ 0,2

= 0,76

m2 _{en d reactor ~ 1 m.}

0,263

Uit U_gs

=

0,2 volgt, volgens H.v.d.Berg (lit.2):

E=

0,35

1 2,57 : 0 : - - a -0,65 0,65 S .. 0,76 -4 h eff :z 5,25 m. h reactor = 6 m. Warmtebalans:

Voor de reactiew~rmte zijn de numerieke waarden uit Uhlmann (lit.22) gebruikt. Door vergelijken met andere gegevens volgt, dat deze waarden gelden voor reactie in de vloeistof. De overgangswarmten van C1

2 en Hel moeten dus apart in rekening worden gebracht.

Uit de massabalans volgt:

Prod. BC1

2

=

1 ,05 kmol/uur Omzetting B

=

21,4 kmol/uur.

c

Bijlage 3 slot

De warmteproductie wordt dus: - reactie 1:

25

21,4 • 103 • 131,5 - 2814100

kJ/uur. - reactie 2:

·

3 1

C.

1,05 .10 • 255,9

z

268695

kJ uur.

- .désorptie van Hel

(23,5

krool):

23,5 • 103 .4,0 • 4,184 = -393296

kJ/uur. - absorptie van Cl

_{2 (21,964}

krool):

C

21,964 • 103 • 3,1 • 4,184

=

276611

kJ/uur.

c

c

o

o

o

o

De totale warmte productie bedraagt dus:

2966110

kJ/uur ...

823,9

kW. De warmte-inhoud van de voeding bedraagt:

Q

12

+ Q

13

=

Q

13

=

7,33

kW.

De warmte-inhoud van het product bedraagt:

Q

10

+ Q

16

=

237,9

+

74,3 = 312,2

kW.

Door het product wordt dus afgevoerd:

312,3 - 7,3 - 304,9

~l.

Via de koelmantel moet dus worden afgevoerd:

823,9 - 304,9

= 519

kW. De benodigde hoeveelheid koelwater is dus:

Q ... ~ • c • .6 T ---7 ~ - ---,-Q- ..

_..;;..5-,19,---

=

6,2

kg/sec.

p c ~ T

4,1 84. 20

p

Het benodigde warmtewisselend oppervlak bedraagt:

Q Q - U

• A

• .bT ~ A .., U.b. T Stel U ~

103

(lit.2) .6T ~

50

Q .

519.103

~

A~10 2

m Beschikbaar oppervlak: h eff • d .7(=

16,5

2

m

Hieruit volgt dat de koelmantel ruim voldoende groot is. Samenvattend:

h ... 6 m.

d ... 1 m. V

( ( .

c

( (

o

o

o

o

26

Bijlage 4. Berekening van de massabalans.

(N.B. alle stromen zijn per uur gerekend.)

Aannamen:

.1. stroom 4 bevat 35 kmol B

2. stroom 25 (benzeen recycle) bevat 0,7 kmol BCI

.

3.

stroom 6 bevat 2,6 kmol B

4.

stroom 13 bevat 1,2 kmol HCI

5.

stroom 10 bevat 23,5 kmol HCI

Voor stroom 10 geldt, op basis van evenwichtsgegevens: PB = 246 mm Eg

PBCI = 96 mm Hg

PRcI = 410 mm Hg 23,5 kmol HCI

Hieruit volgt voor:

.stroom 10: B 13,9 kmol BCI: 5,2 kmol C1 2: 0,5 kmol (aanname) 1 + 2~ stroom 4: 35 kmol B 0,1 krool BCI Balans over V11 en T5: 4 + 10 = 6 + 13 Voor B:

35

+ 13,9 "" 2,6 + B(13)~B(13) 46,3 Voor BCI: 0,7 + 5,2 = BCI(6) + BCI(13) Aanname: BCI(6) = 0,07 - - - ? BCI(13)

=

5,83

Voor HCI:

o

+ 23,5 = ECI(6) + 1 ,2~ HCI(6) Voor stroom 13 geldt dus:

B : 46,3 kmol BCI: 5,83 kmol HCl : 1 ,2 kmol 22,3 C1 2: 0,5 kmol (aanname)

G

c

c

( (

21

Bijlage 4 vervolg

Massabalans over de reactor R12. 13 + 12 = 1

°

+ 16.

Over de reactor moet men werken met stoechiometrische en atoomgroep-balansen. - tfbenzeenkern"-balans. 12 '""

°

13 - 1

°

+ 1 6 ~16 = 13 - 1

° -

46,3 + 5,83 - (13,9 + 5,2) = 33,03 aanname: B(16) = 11 ,00 ~ BCI + BCl 2 = 23,03 BCl 2

₌

0,05 (iets lager dan voor de geroerde tankreactor.) BCI

BCI + 0,05 BCI

=

22,03 BCI

=

20,98 BCl₂ - 1,05 - HCI balans: CI(12) =

°

in + productie

=

uit.

dus:

Productie

=

BCI(uit) - BCI(in) + 2BCI₂(uit)

=

20,98 + 5,2 - 5,83 + 2.1,05

=

22,45 (16) (10) (13) Cl 1,2 + 22,45

=

23,5 + HCI(16)

o

o

o

HCI(16)

=

0,15 (dit is in overeen8te~ing met oplosbaarheids-gegevens .)

- Cl

2balans: CI2(13) + CI2(12)

=

CI2(10) + CI2(16) + omzetting omzetting

=

productie (HCI) + 3/2 productie FeCl

3 (FeCI 3)

=

10-3

km~

~

productie FeCl3

=

2,5.10-3 _kmol.

8troom~2,5

m3 0,5 + CI 2(12)

=

0,5 + 0,01 + 22,45 + 0,004 CI 2(16) (- aanname) Cl₂ - 22,464 kmol.

Nu de massastromen bekend zijn moeten de aannamen nog worden

gecontroleerd. Er blijkt een redelijke overeenstemming te zijn met de evenwichtsgegevens, zodat een herberekening op basis van de nieuwe gegevens niet nodig is. (Opgemerkt zij dat de nauwkeurigheidseisen niet hoog hoeven te worden gesteld, omdat uit het werk van H.v.d.Berg is gebleken dat de evenwichtsgegevens voor de gas-vloeistofevenwichten van HCI en Cl

2 niet streng gelden omdat er een vrij sterke wederzijdse beïnvloeding optreedt.)

c

c

.

c

c

c

o

o

o

28 'Bijlage

4

slot

De rest van de massabalans volgt uit:

1. evenwicht bij extractie sterk aan de kant van het water. Voor benzeen en chloorbenzeen evenwichtsgegevens.

~oor water in organische laag evenwicht.

2. Hieruit volgt: geen merkbare stofoverdracht bij de loog-extractie.

3.

Fasenscheiding is 100%.

De destillaties zijn volledig geschat.

~pmerking: de grootte van de recyclestromen bij de extractie is niet berekend omdat de benodigde fasenverhouding afhangt van de vraag welke fase dispers zal zijn.

De resultaten zi~n op de invulstaten verzameld, waarbij de hierboven gevonden uitkomsten zijn omgerekend naar kg/uur.

Bijlage

5

IN

M

Q

Voor-waarts

M

Q

29 C l---+---~---I C 1888,2

_°

BENZEEN"",

r---~\i)

~

H2 ~---+---~--4_---~ _

-31 naar H29

.

'r

..-1..;..88=-:8-:-l-'-72 - - I f -, - -

J1L-

-50,6

V

-

-30 van

26

Retour

UIT

M

M

Q

Q

-+---~---+---~ C r---+---t---I r--~--~~4~~

C0

~

-

- 1 - - - - 1 _0,65

T 3

o

-

V~20~---+---+---~

'f

2sno

~---I--"-~~-+- - - -( 3'- r---:-_ 74,4 \~ Ot---+---;-~~~-t 3200,8 0 koelwater koelwater 1 - - - - + - - - ; - - - 1

---m.;:.---I

H 4 ...

o

~f

.--..:;;.2~8~'-"3'--_I-

- -

-@-_

o

t---+---i---I ... 1_0_24...;'..;..1 _

_tfr0,--2') ,')

U

T

5

o

r-______

A'ï'ï2 /l

~-

- - - -" r -______ t - -__ 7~.~,3~3~ CHLOOR

..

o

~1_5_92_,_8--+---_0----4---IIG)

t'

3381 ,8

r:2'-..

74,3

Ó,

I

~

1 - - - I - - - t - - - L_Koe 1 wa ter., 18750

o

~

o

R12

"

koelwater ... ---~-.,...~._----.... -~----.. - ... - ~ .. -3200,8 74,4 18750 435,8

Bijlage

5

vervolg . . ₃₀

256

3

,5

~

I

_

i

__

~

t

2,7 __ q

I

I

9146,3 0 koelwater ...

,..

HIO koelwater_

.

9146,3 212,6 ( . I

i

.

"

c

"

...

r

VlI

( .".

t

" • I.

I

zou'tzuurga~

10-:---

812,0 ? I

..

( M 8 benzeen ~

V~-

212,1 ?

-

, Ir" J , ,

c

Hl4 33_77.2

~

--

-

-

_--@

33]7.2 46,8

-

~ 0

o

,r

3381,8

@--[ (

,)

-o

2297,2 0 koelwa~er ... Hl3 koelwater .... 2297,2 26,7 .

-I

~ 3381,8

e>

-u,ö

- - -

,r

!

o

"

water

..

Q2)

. ,. J~ 52,0 0

Vl5

o

·

t

I

- - -

---

-

_

.•... '

--c

:Bijlage 5 vervolg

T

31 ,~ Vl6 water

-

~

.

56,6 0

c

3377,2

@-

-1---~lr

0 loog

-

_Ja

~

,. 2,0 6 Vl1 ( .

"

"

c

®

VlS

~

looI!" .... I

..

I

_@

_{2,0 0}

-( .

...

.-I Hl9 91,1 76,4 stoom

--

.

condensaa t ... .- 97,1 16,3 I !

@--

- - l r

naar T3 i 3377,2 1 Ub, ':J H I

--@)

938,5 24,5

o

T2Q _I

.

I 2438,7

@----

-

-i

?

l'

naar H2 ~~

-~

2282 ? T26 90.3

o

"

~ i '--_0 ~-_ ...

_-

_

.

__ ..

_

_

. --._0-

I

o

c

( (

o

o

o

·

Bijlage 5· slot 32

-? 1707,9 38734,3

~----jj

204,9 .

~

@

156,4 Ot

--1 - - - . T21 156,4

~---~;

.

?

.

? koelwater J.. p koelwater _ ? H30 van H2 "10. ,~

-

.

~

156~4 -2282,2

@r

~

-

..

39,7 0 koelwater ,., ~ H29 koelwater .. 1707,9 ' - . MONOCHLOORBENZEEN ~ . ~ 2282,2 ,

-. ~

_Totaal

_~ 38734,3

.

.

/

. LLl\J(,.

SS

Ma

a

In

kg

...

Warmte

In

kW

Fabri eks voorontwerp

No:

? ? 39,7 0 I I I I

I

I

':')

o

o

_{· 0}

₆

1"'\ ') r-,~

-p.,

pparaa

tJtr-oom!

1 2 3

~componenten1

M

_J

Q

_M

_ct

_M

_Cl

_M

12734,2 E \ 1878,8 18]810 2734,2 BCI 78,8 78t8 H 20 q Lt g Lt ,

r

Totaal:

-

1888,2 50,6 _1888,2 0 2813,0 14,4 1?813,0 .~ ~ --- -- - - -- --_.'

-

:~-A

!)pcrr

a

ctsrroom

6

₇

8

~

Comoonenten

M

O.

M

Q

M

Q

M

E ?07i .1 o A ?O? 7i

sC}s

Lt BCl 7 q '1 q _~62.S

Hel

S13,1 811.2 1

,9

_{7 7i} CL 2 0,1

.

.

. .

I

Totaal:

1024,1 25,35 f 812,0

l?

212 1

I

?

t

_1469'.2 -- - - --- - - --- -- --- --- --- - - --- -- - - --- --- ---_. --- - -

-'---~----_._-r.1

i n

k 9 /

.

LUL.. 't...

0.

in

kW

Stroom /Componenten staat

1""'1 .

4

0.

0 --- - - -- -9 Q O.~ ""'\ ("

5

M

Q

2₂34 11.4 13,1 L __

~

_

,65

j

---- - ---~ --1 10 i I

M

a.

I I 108

_5,9

_- i

sss

~ A"1h A 35,5 2~6~ '1 ""Z,7 q (" b1

....

Wo I-' Il' Oàj 0'\ _I ~ ~

i

l

- I I

r-:J ----..-. 0 0 0 - () "1 ,-., (-) _~

I

APpara~ts"trooml

11

12

13

14

t'v1 Q

I

tvl

0.

M

Cl.

I

M

~

Componenten.

B

_181,5

I

_I

_{3617 ,0}

_059,3

-BCl

_22,5

_656,2

_23G1,5

. -Cl?

-

₎₄

₈

_1592.8

_!

_~"i.5

_o,I

\

HCl

i

_{BLtq .Ii} -, _{.11.7. ,L} "i "i

Bel _1 '1,1, ,LL

FeC'~

I

,

_{._ .} 0..1 ..

.

.

E

Totaal:

_109'h2

_{___}

L

_

___

~,3 1_1~92,_

_S.

_{.1 ___}

₉

_{_}

_{_}

4352,4

_{1,33 ..}

₁

_{__}

23_~1-,-8

_{__}

- , --~:2'~

Ap

par aatS!iOOrn

₆

₁₇

18

1

c

W

Comoonenten

I

M

Q

tvi

Q

M

Q

M

-B . RSq "~ .81)C) ,~,

I

_'Rr.1 ..

22

61

15

, ?~h1 "i

I

BC1 2 -

1

1).1 ,.1 1 t;A A Cl..,

0,1

HCl

5,5

FeCl,

0,4

H

0

_I

_52,0

_{1 ,8}

_2,0

? N",OH

I

0,16

I

I

[

Totaal:

I

I

_!

3381,8

~~_~

52,0

I

j

0

_2,0

₀

I

_3377,2

j''''

in

k 9 /

,

UUlt-0. in

kVV

Stroom/Componenten staat

~. r--, ,

15

0.

I

M

Q

.

_859,3

2361

,5

.

0,7

h ,I) i5.1 ,11 n A

F

1

I

,

_~~~

f

_

h~~1

_

,~

__

-'_~lt_~_~

20

Q

M

0.

1 B 10-

2

1 h 10-2 1 t; 10-

3

0,7

5,5

o_~ .1

50,0

0

i

56,6

0

I

è

b1 ... u-... \l) ~

'"

< (\) ~ o

...

Oll ~ ~

---~

...

---~~;---.--

..

---o

() ') _~

:)

0

· 0 r-~

.

...

ApPCio.atifroom

_"1

?) 23 ~.

Co

m

pon

ent en

_M

_Q

_M

_Cl

_M

_Cl

_M

B 7,8.10 -Lj. _{859,3 859,3 859,3} BGl _6,8.10 -4 _{~ 2361,5 2361}

_,5

_2361,5 BGl ... I) • R. 1 0 -51 _{1 '54.4}

.

~

1 '14.4

,

_H 20 1 ,8

I

I

2.0 ? () N~OH 0,16

]

~ .

Totaal:

I

.2,0

I

°

3377,2

~

_3377,2

l

46,8

j

3377,2 I _-

-~---LA

ppar

aQ-t~

;

trooml

j 26

j

27 28

~

Componenten

I

~1

a.

M

Q

M

!

Q

~~ B 1.6

I

BGl :::>282 7 )).8

_26.~

_{2 2'1} BG1 2 1 11,1 ,1 14 7

_..J..6.a,9

111,1 ?

I

f

I

~

I

I

I

I

I

I

Totaal:

Gfia._L-1

?

.

I

_,18.5

1

? 204,9

L

? 156,4 fY1

in

k 9 / .

\..\.."'-''t

Q

in k

\V

Stroom /Componenten staat

,

t"") _'J 24

Q.

M

857,7 78,8

-:;>() , 106,9 938,5 29 Q

_M

1 h ~280 t) 0,

:l5

?

₁

2_{282 ,2} C'

25

Q

I I

I

24,5 30

-Q 90,3

,

I I I j

o

t:x! ~ ~ t-I I» cm ~

<

<D ~ o t-I (Jtj VI VI

· ,:> () ::..~

...

A pporoQtstr oom

~'

Componenten

1 B ~r.l

Ë

I

I

Totaal:

r: ...

:.a-A

p))aroatstroom

,

v

Componenten

I

I

,

_Totaal:

M

in

kg /

•

u.'-'-"'(

0.

in

kVI

o

ü ~1

tv1

Q

1 h 2?RO t) () 1 I:;

,

I

,

i

.

-I

I

228?!2 29.1

M

Q

I

i

I

v ') -:J

o

~2 '3'J

M

0.

M

Cl

1h ~280.~ 2 2~ _.. () 11:; 11 kA ')

.

i

_I

I

::>282,2 0 _{1156 ,4} ?

M

I

a.

M

a.

-I

\

I

,

Stroom/Componenten staat

~ _"J

c

M

0.

M

Q

M

Q

_M

a.

I I I I

I

I

I I I

c

t:d

...

!!.Jo t-J \U ~ 0\ rn I-' o c+ V4 0\

I ,

.

o

Bijlage 7 . 37

Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

---~---o

_{Apparaat No:}

E 1 H 2 H 4 H 10 E13

Voeding

Voeding Verhitter Benzeen Condensor koeler Benaming,

Verhitter (bedrijf) Koeler 2 mantel! 2 mantel/ 2 mantel/

type

(start-up) 4 pijppassages 2 mantel/ 4. pijppassages ~ pijppassages 4 piippassages

Medium

pijpen-! Benzeen/ Benzeen/ koelwater; koe 1 Vla ter; treactie-stoom BCI benzeen benzeen; HCI vloeistof/

mantelzijde koelwater

c·

Capaci tei t, uitgewisselde ₇₅ 50,6

74,4

212,6 26,7 warmte in kW. Warmtewisselend

_!

oppevl. in m 2 2 2,4 11,6 125 8,1

.

Aantal 1 l' 1 1 1 Abs. of eff.

*

I druk in bar ! I pijpen- I mantelzijde

-temp. in / uit in

°c

pijpzijde 25 ; 80 25 / 80 20 / 40 20 / 40 45 ; 25 I mantelzijde 190 /144 105 / 65 80 ; 25 80 / 25 20 ; 30 () Speciaal te ge-bruiken mat~ . I I

-•

aangeven wat bedoeld wordt (î

o

_:Bijlage

₇

_slot i 38

Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

---u

Apparaat No: _{H 14 H 19} H 29

, _{warmtewisse- productkoeler}

o

·

Benaming, laar _{2 mantel/}

type _{4 mantel/} verhitter

4 pijppassage s 8 pijppas sages

Medium procesvloei- procesvloei- chloorbenzeen,

pijpen-/ stof/ stof/ koelwater

procesvloei- _stoom mantelzijde stof Capaci tei t, uitgewisselde 46,8 60,1 39,7 warmte in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2 6,6 1 ,5 10,2 i

o

Aantal 1 1 1 Abs. of eff. iE druk in bar pijpen-

_/

mantelzijde

-temp. in / uit in

°c

() pijpzijde 80 / 45 60

/

105 65 / 25

-mantelzijde 25 I I 60 190

/

44 20 / 40 Speciaal te ge-bruiken mat. () N.B. De warmtewisselaars H7; H9; H22; H23; H24; H25; H27; H28; H30 zijn niet berekend en daarom niet in de apparatenlijst vermeld.

-I [

o

()

o

o

)

o

39

Lijst van gebruikte ~bolen en afkortingen. Symbool A c P -d E a omschrijving oppervlakte

warmtecapaciteit bij constante druk diameter activeringsenergie E volumefractie gas F

fDv

h .AH k correctiefactor volume stroom hoogte reactiewarmte reactiesnelheidsconstante l J e n g t e M massastroom p part iaal spanning Q hoeveelheid warmte

R reactiesnelheid

R warmteweerstand

S oppervlak van de doorsnede T U gs U temperatuur superficiële gassnelheid

totale warTIteoverdrachtscoëfficiënt

V

volume afkortingen, indices. B benzeen BCI chloorbenzeen BCl₂ eSTR dichloorbenzeen

continu geroerde tankreactor eff effectief G gas L vloeistof eenheid m2 J/kg.K of J/kmol.K m J/kmol m

3

/s ", _m J/kmol -lkm 1-2 6 B o m m kg/uur mm Hg J kmol/s.m

3

2 m .K/W 2 m oe of K mis 2 wim .K m

3

o

0, ( "\ I)

o

)

•

o

40

Literatuur 0 1. L.A.Agnello en VI .H. Williams

Ind. Eng. Chem. ~

(11) 894 (1960)

2. H.v.d.Berg

Some aspects of the Chlorination of Benzene Dissertatie, Groningen

1973.

3.

H.v.d.Berg, L.Balt, R.M.Westerink, D.J.Gerritsen Ned. Pat.

7215333

C.A.

82 31103 h (1975)

(R. U. Groningen)

. -4. T.Boublik, V.Fried en E.H~la

The Vapour Pressures of Pure Substances Elsevier Amsterdam

1973.

5.

J.R.Fair

Chem. Engng.

]A,67,

(1967)

+ p.

207

6.

J.R.Fair, H.F.Rase

Petr. Ref.

21

(juli

1954)

p.

121

7.

Gmellins

Handbuch der Anorganische Chemie e

8 auflage. Ch. Erg. Band B1

Verlag Chemie G.M.B.H.Weinheim

(1968)

8. P.H,Groggins

"Unit Processes in Organic Synthesis".

Me

Graw-Hill New York

(1958)

5

th ed. p.

212

9.

F.Vl.Kirkbride

J. Appl. Chem.

6 11 (1956)

107 H.H.Landolt, R.Börnstein,

"Zahlenwerte und Funktionen ... Ed. 11, 2b

_ 11. F.A.Lowenheim & M.K.Moran Industrial Chemicals

4

th ed.

Wiley

&

Sons New York

1975

p.

260

e.v. 12 • .R.B.McMullin

Chem. Eng. Progr.

±1

183 (1948)

'

--- -+ -+ -_._ .. _+._ .•.. _- - -- -_ .. -' .. _.'_ . _---- - -~-~--~---._._-_ .. -._--~~_."-'~--" \.1

u

C'·

o

( )

n

41 Literatuur slot. 13. R.A.Mashelkar

Brit. Chem. Eng.

12

10. 1297 (1970)

14.

D,G,Miner, J.B.Seastone

Handbook of Engeneering l~terials

1st ed.

1955

J.Wiley

&

Sons New York.

15.

A.G.Montfoort

Collegedictaat

M37;

"De chemische fabriek"

1975-1976

16.

J.H.Perry

Chemical Engeneers' Handbook

.Mc Graw-Hill, New York,

5

th ed.

(1963)

11.

N.l.Sax

Dangerous Properties of lndustrial Materials V.Nostrand Reinhold Comp. New York,

1975

18. R.Shaw

Chem. Eng. Data

1!

461, (1969)

19.

Shell Development Company

Corrosion Data Survey

1960

20,

M.Sittig

.!

Organic Chemical Process Encyclopedia, 2nd ed.

(1969)

Noyes Development Corporation, New Jersey USA.

21.

J.M.Smith en E.Stammers

Fysische transportverschijnselen Delftse Uitgeversmij.

(1973)

22.

Uhlmanns Encyclopädie der Technischen Chemie

4

auflage.

23.

R.C.Vleast

Handbook of Chemistry and Physics

49

th ed.

1968,

The Chemical Rubber Co. Cleveland, Ohio.

r-H' H2 T3 H4 T!) V6 H7 Koelwater

VERHITTER (START-UP' VERHITTER (BEDRIJf) DESTILLATIEKOLOM KOELER ABSORPTIEKOLOM SETTLER REBOILER n I ~ Jo"': .v.~ . /

;}<>-M 8 \!IO~JINSTALLATIE VOOR ZOOrzUURGASZUIVERING H 9 KONDENSOR

lilO KOELER PRODUKTGAS VI I GAS-VLOEISTOF SCHEIDER

R\2 GELIJKSTROQM-BELLENZUIL H'3 KOELER H, .. KOELER Koelwater VI!) VI6 VI7 vla HI9 T20 T21 H22 "~ , I ' \ _, ~ _, ..

EXTRACTIE TANK (WATE.] ,

SETTLER

EXTRACTIETANK (NaOtO SETTLER

VERHITTER DES T ILLA TIEKOLOM DESTILLATIEKOLOM KONDENSOR \ J I H1-4

m

KOei -wa ~2!'; ::x:: 80 T21] _ .. H241 ( 27 H27 T~6î .. ' .. ( ~Iwot"r MONOCHLCOR BENZEEN Ko .. lwoter H30 ~ T ,~~-.~~ ____________ __ H23 H2~ H2~ T26 1127 H26 H29 HJO RE BOILER KONDENSOR REBOILER DESTILLATIEKOLOM KONDENSOR REBOILER KOELER KOELER

PRODUKTIE van MONOCHLOORBENZEEN

uit CHLOOR en BENZEEN

o

Stroomnr.

Ir.W H. Peters oktober 1976

o

Temp.lnOC SysteemdNk , Atmosfeer

~, 'j.

:t. }'.

0..:.. ~ .