(1) i CONOENSOR ~. il I \1 '<=~- - ~ -... ~ I J.KItVERHElJ6EN. 5 ~ SCHML:, : 20. G3 I?\ Ir.v- --, r "--..,. ~- C - ~ -.:J ft9-"-'-!

Transcriptie

1

2 AE:'ClE DEFLE_TOR T~1t -... ~?\ P'iOLVSE leactcr Q ZlUTZWR ABSOtE! -L- T 1 DR06ERS '<=~- - ~ i CONOENSOR ~. il \1 1 ~ OESri:~TE. C~SSOt ~ 1 =====: ~ ;ê '~ ' cl l 'ri - ~ 'r 1- -_- \ _J ' OPSLA5 FL TAA T ' L_ ~~ ~~ t'==:ll ~ r.v '~ OR05E! TEFLON =14 c MENiER r ~- C - ~ -.:J ft9--'-!t =:--=-::1 J POL VME R SA TE REACTOR (1) OPSLA. C:Z~ FARKA6E VAN TEFLON UT CHQF 2. J.KtVERHElJ6EN. 5 ~ SCHML: : 20. G3

3 4 FABRKAGE VAN TEFLON. nhoud: bladz. l.. Opdracht 1.2. nleiding 1.3. Bereiding van teflon 1.4. Teflon fabrikage 1.5. Materiaalbalans 1.6. Energiebalans 1.7. Berekening van de destillatiekolom 1.8. Literatuurlijst Figuren 1 t/m 7 J.H.N. Verheugen Koornmarkt 73 A DEL F T.- i6 maart 1959.

4 -1- i. FABRKAGE ' VAN TEFLON. l.. Qp!!r~c!!.t.!. De fabrikage van teflon uit freon 22 CHCF 2 op technische schaal Teflon. (lit.!) Lang heeft de opvatting bestaan dat volledig door halogeenatomen gesubstitueerde aetheen verbindingen niet tot polymerisatie waren te brengen. Eerst in 1941 is een Amerikaans patent van Plunkett verschenen waarbij de polymerisatie werd beschreven. Door de Kinetic Chemicals nd. werd het polymeer onder de naam teflon geintroduceerd. (lit.2) Het steeds toenemend gebruik van teflon dat nog altijd een duur produkt is moet worden toegeschreven aan de uitzonderlijk gunstige eigenschappen van dit materiaal. Teflon is bestendig tegen nagenoeg alle chemicaliën ook tegen corrosieve media als geconcentreerd zwavelzuur rokend salpeterzuur geconcentreerd loog het is niet bestendig tegen gesmolten alkali en fluor. Teflon is niet oplosbaar in oplosmiddelen en te gebruiken tot o C. Ook bij lage temperaturen is teflon bruikbaar bij _70 o C wordt het bros. Door deze eigenschappen heeft teflon een uitgebreide toepassing gevonden in het bijzonder als bekleding van chemische apparaturen waar deze in contact komen met corrosieve media. Bij het gebruik van teflon moet er acht op worden geslagen dat het materiaal bij C ontleedt waarbij zeer giftige gassen worden ontwikkeld. Zo kan bij het verwerken van teflon een vonk van een brandende sigaret fatale gevolgen met zich meebrengen. Derhalve moet open vuur worden verboden bij de verwerking van teflon. -2-

5 ! '~. '. ~ -'.' L : i ~) cl! :- j : '. f. '.J ' t J 9 '. e J J l: ' : : L '- ; ~ ;.....<.. l '! ;.... ~ r f.' :). '_. '1 J:'!. ~_ J..1 ' 1 \ ( '. ; '.1. ' \ ~. ~ j:_. (' - - u ; of' j: r /!. l i.'. (. f

6 ;; Grootte van de produktie. De invoer van gehalogeneerde polyaethenen in Nederland bedroeg in ton. Daar hiervan slechts een gedeelte teflon geweest is kan geen teflonfabriek worden opgezet waarvoor reeds een afzetgebied bestaat. De ontworpen teflonfabriek voorziet in een produktie van ongeveer 100 ton per jaar. Economisch is deze hoeveelheid niet te verdedigen de keuze werd enkel zo gesteld om de produktie op technische schaal uit te voeren Plaats van de fabriek. Voor de plaats van de fabriek kan als voornaamste argument gezien worden dat de teflonfabrikage gekoppeld wordt met een freonfabriek die monochloordifluormethaan als koelmiddel produceert. De plaats van de teflonfabriek wordt dan bepaald door de ligging van de freonfabriek. De laatste zal bij gelijktijdige produktie van fluorwaterstof aangewezen zijn op de aanvoer van zwavelzuur en vloeispaat Als zodanig is het Bot-Lek industriegebied gunstig gelegen. Voorkeur wordt er echter aan gegeven om de teflonfabriek te vestigen in het achterland omdat het hier een hoogwaardig produkt betreft dat voor grondstoffen in hoofdzaak enkel aangewezen is op freon 22 waarbij de vrachtkosten dan relatief weinig drukken op de kosten van het produkt. Hierbij wordt gedacht aan Zeeuws-Vlaanderen. Een voordeel van deze laatste keuze is het aantrekken van personeel want hoewel het bedrijf niet arbeidsintensief is zal een kern van goed geschoolde arbeiders noodzakelijk zijn ~e_b~r~i~i~g_v~n_t~f!o~. De bereiding van teflon uit freon 22 CHCF verloopt in twee fasen: 2 a. de bereiding van tetrafluoraetheen uit chloordifluormethaan. b. de polymerisatie van tetrafluoraetheen tot polyfluoraetheen: teflon -3-

7 ;.J :.' ï ~.....' '\... ':.l. '~.r ; J'.' ~ '). ~ ': '.;. '. J }.. ''.{ i.. ~ t 0' ' C ~.. i.~ :'( ' 1. _!' ;.. '... ~..:.. ~.... ' )! > '. J ~! ' '. ~. '!. '-' :1 ' ' '.. ' J. S.:. : \. :.- '' ; ~ i u'.'....; ).

8 Bereiding van tetrafluoraetheen. a. het monomeer C F werd voor het eerst beschreven door Ruff en 2 4 Bretschneider waarbij het monomeer werd gevormd uit tetrafluormethaan in een electrischelichtboog. (lit.3) Na herhaald doorleiden van het CF werd 24 vol.% C F en 20 vol.% C F verkregen. 2 6 b. door Locke en medewerkers wordt C F bereid uit CF C-CF Cl met zink in watervrije alcohol bij loooc en 14 atm. Na 5 uur werd een opbrengst van 98% verkregen. (lit.4) c. Ruff en Willenberg maakten uit joodcyanide en joodpentafluoride hexafluorazomethaan dat in een electrische lichtboog naast stikstof en hexafluoraethaan als hoofdprodukt nog 8% tetrafluoraetheen en tetrafluoraethaan levert. (lit.5) d. tenslotte wordt het monomeer gevormd bij pyrolyse van monochloordifluormethaan monobroomdifluormethaan of dichloordifluormethaan. De bereiding üit monochloordifluormethaan wordt nader besproken (lit.6) Bij de pyrolyse van CHCF ontstaat CF =CF volgens de endotherm verlopende reactie: 2 CHCF ~ C F +2 HC-Q Tijdens de pyrolyse worden tevens polymere bijprodukten gevormd waarvan een overzicht in tabel wordt gegeven. (blz.4) De reactie mget worden uitgevoerd in een inerte reactiebuis hiervoor komen in aanmerking: koolstof zilver en platina. De invloed van de temperatuur en de druk op de conversie als functie van de ~t)tijd is weergegeven in figuur: en 2. Onder de conversie wordt verstaan de verhouding van het aantal afgesplitste molen HCl uitgaande van een mol CHCF uitgedrukt in %. 2 Hieruit blijkt dat bij verlenging van de contacttijd de conveesie toeneemt. Door temperatuursverhoging neemt de conversie toe door druktoename neemt de conversie af. Bij vergroting van de conversie en bij verhoging van de druk neemt de hoeveelheid hoogmoleculaire verbindingen toe. n figuur 3 is de invloed van de conversie in figuur 4 de invloed van de druk op de hoeveelheid hoogmoleculaire verbindingen weergegeven. -4-

9 -. j f..j J l' Ol. j

10 -4- ;;. Tabel: 1. verbinding H(CF 2 )2Cl H(CF 2 )3Cl H(CF 2 )4Cl H(CF 2 )5Cl H(CF 2 )6Cl H(CF 2 )7Cl H(CF 2 )8Cl H(CF 2 )9Cl H(CF 2 )10Cl H(CF 2)UCl H(CF 2 )12Cl H(CF 2 )13Cl H(CF 2 )14Cl r-(cf 2 )3-1 rcf2~ '- ~ CF 2) 2 -CF=CF-l -{ CF 2) 3 -CF=CF l r<cf 2 )-5 kpt l.l smp (lit.l) gew. % in polymeer n tabel: wordt een overzicht gegeven van de invloed van mogelijke bijmengsels in CHCF op de C F opbrengst en de HCl afsplitsing Tabel: 11. effect op bijmengsel hoeveelheid C 2 F 4 opbrengst HCl afsplitsing CHF 3 46 vol. % geen geen H vol. % geen geen homologen 14 vol. % geen geen lucht 25 vol. % afname toename C F vol. % afname geen Verhoging van de temperatuur bij gelijke conversie heeft geen invloed op de hoeveelheid hoogmoleculaire verbindingen. -5-

11 ~ '.'.... ; ' \' -1 ~~} '(. r.. 't'. i. ' J

12 Uit het bovenstaande blijkt dat bij de keuze van de reactieomstandigheden de druk zo laag mogelijk mat worden gekozen bovendien mag de oonversie niet te hoog zijn om de vorming van polymere stoffen te onderdrukken. Tevens blijkt dat de lucht uit de apparatuur moet worden verdreven woor de reactor gestart wordt. Om geen lekkage van lucht in de apparatuur te verkrijgen wordt bij een geringe overdruk gewerkt. Tevens wordt dan voorkomen dat in de zoutzuur-absorber een onderdruk ontstaat want in dat geval zou het verdunde zuur via een val~pijp De werkdruk wordt gekozen op 15 ata. -5- afgevoerd moeten worden. De conversie wordt zo gekozen dat de hoeveelheid hoogmoleculaire verbindingen l~~ bedraagt rendement: 9~~. De reactie wordt bij C uitgevoerd waarbij de conversie met in achtneming van het bovengestelde dan 23% bedraagt l '. :.. u [...v- ;:rn- contacttijd is- da.v. 033 sec. Als materiaal voor de reactor wordt zilver gekozen Polymerisatie van tetrafluoraetheen tot teflon. (lit.7) De polymerisatie van tetrafluoraetheen verloopt goed bij voldoende hoge druk en het gebruik van een goede katalysator. De polymerisatiereactie is sterk exotherm 48 kcal/mol C F 2 4 Daar het monomeer thermisch instabiel is kan dit bij de sterke warnlteontwikkeling tijdens de polymerisatiereactie explosief ontleden in koolstof en tetrafluormethaan. De polymerisatie moet derhalve in een medium verlopen waardoor de reactiewarmte snel kan worden afgevoerd. n tabel: 111 wordt een schematisch overzicht gegeven van de verschillende kataltsatoren. Tabel: ll Katalysatoren reactieduur temp. druk opbrengst lit. BF:3 enkele dagen 8 CbF 5 enkele min. S ZnCl 2 21 dagen 25 0 C 15% 2 AgN0 3 :3 dagen 25 c % 2 K S O 2 2 S 1 uur 80 0 C 20 ata S5 % 9 (NH 4 )2S20S 1 uur 80 0 C 20 ata 100 % 9-6-

13 . ~'!.Î ' A.L ~~ V' dsi '.. ' j.0' ~. \'..'r ~11. '...: l!1 -t' l_. ~).:... ; L '.:0. J '; '. j ' ~..L r : '1 ~ f 1.' ' '. - l.~. '.. r ~.. ' ;J ' 11'' j.- :'... :.. '.'1. ~l '-

14 -6- ';' l i Katalysatoren peroxyde H amineoxyde reactieduur temp. druk opbrengst lito uur uur uur 80 0 C 70 ata 40 % 60 0 C 40 ata 90 % 60oC~ 70 % De polymerisatiereactie wordt uitgevoerd volgens het voorschrift van Brubaker (lit.9) in een roestvrij stalen reactor waarin 100 dn water 05 dn borax voor de handhaving van de zuurgraad op 92 en 02 dn ammoniumpersulfaat als katalysator met 30 dn tetrafluoraetheen worden samengevoegd. o De temperatuur bedraagt 80 C en de druk 20 at~osfeer. De duur van de reactie is 1 uur het rendement 10~~. Hierbij wordt een wit korrelig produkt verkregen dat door persen bij verhoogde temperatuur is iedere gewenste vorm kan worden gebracht Pyrolyse van chloordifluormethaan freon 22. Freon 22 wordt vloeibaar opgeslagen in een voorraadtank bij ongeveer 10 ata bij 20 0 C bedraagt de dampspanning: 935 ata. De benodigde verdampingswarmte wordt met een \ st~piraal toegevoerd. _.._- _ _ _..... _..l Via een drukregelaar wordt het freon in de reactor be~taande uit ; ~ een zilveren buisoven geleid die met een electrisch verwarmings- warmd element geregeld op de temperatuur van het uitlaatgas wordt verr Q.A ~ l.?<-') \/ ti' l... t e. Het procesgas wordt rechtstreeks in een karba~ zoutzuurabsorber geleid. De koelwatertoevoer wordt geregeld op de temperatuur van de koelwateruitlaat. De absorptievloeistof-toevoer wordt geregeld met een temperatuurregelaar in de tweede sectie van de zoutzuurabsorber. De conversie kan tijdens het proces worden gecontroleerd door de bepaling van het zoutzuurgehalte in het absorbaat. Het raffinaat wordt door een droger met geactiveerde alumina geleid. Hiervoor zijn twee drogers parallel geschakeld zodat na elke cyclus één van de drogers met stoom kan worden geregenereerd. -7-

15 !. (' ''. '. ' Co' 1

16 Het gedroogde procesgas wordt met een tweetraps zuigercompressor tot 10 ata samengeperst waarna het gas wordt gecondenseerd in een met freon gekoelde condensor en via een meetflens naar de destillatiekolom wordt gevoerd. Als destillatiekolom wordt een gepakte kolom gekozen. Aan de bodem van de destillatiekolom worden de hoogmoleculaire verbindingen afgevoerd via een niveauregelaar. -- n het midden van de kolom wordt niet omgezet freon 22 met een dojreerpomp afgevoerd. Het topprodukt wordt in een met freon gekoelde~ëg: mator gedeeltelil\~ econdenseerd. Het koelmedium voor de deflegmator wordt geregeld vi-á een meetflens in de terugvoer leiding naar de destillatiekolom. Het gasvormige topprodukt wordt via een drukregelaar afgevoerd naar een vooraadtank. De verwarming in de bodem van de destillatiekolom wordt geregeld met een temperatuurregelaar aan~esloten De polymerisatie van tetrafluoraetheen. op de top van de ç{--c> {\J (...s.- t~j/ ~ {{ f-t.wv De polymerisatie wordt batch-gewijs uitgevoerd. -7- destillatiekolom. r.i tl~ QA.Át ~ C i. ~v.!. \ L.. ; V!.{ '(~f\ (\ Deze werkmethode is gekozen door de betrekkelijk lange reactieduur en 'f-. -- de beperkte omvang van de produktie. Bovendien heeft deze werkwijze ~.' ~'. het voordeel dat een gedeelte van de produkt.ie ~oor gewuzigde_. reaç.ti... ~. b \~ omstandigheden een polymerisaat levert v~~ _ ~~d=-re kwali tei t dat ();J. \'.. \ ') eventueel door de verbruiker kan worden verlangd. Hierbij wordt onder andere gedacht aan een emulsie welke wordt toegepast bij het impreg- neren van asbest- of glasvezels. De polymerisatiereactie wordt uitgevoerd in een ~~~vrij stalen reactor. De verwarmingsspiraal is om de reactor aangebracht. De koelspiraal is in de reactor aangebracht en tevens is een roerelement ingebouwd om de warmteoverdracht tijdens de polymerisatie te bevorderen. De reactie vloetistof wordt in een menger samengesteld en met behulp van een centrifugaalpomp via een warmtewisselaar in de reactor gebracht. Daarna wordt tetrafluoraetheen met behulp van een dubbelwerkende ééntraps compressor in de reactor gevoerd Na afloop van de reactie wordt de reactievloeistof met het korrelige teflon met behulp van een centrifugaalpomp in een filterpers /1 /2'. 0/ \- ~ ~ ~ 1 ti t (2..:t-p. 5) \/1.) t -8- geperst.

17 : i ~.. i 'J'.1.~' 0'. r t. ' c- r J'. ' < '!(..l '.' ;.. f. 1./ ~J ( t l ~( <....}.) 'r :~\_:9\i h._. - J r. 'f. t.. j.j J '. J ; ')';. (.~. ' \ (. j T' i i :'.. r; f.~t' r ' : i. ~i. J. n.'. :;. ';. ;.. ~ 'f i ;:J...

18 -8- ;. Het filtraat wordt naar een opslagtank afgevoerd en na aanvulling van de benodigde chemicaliën in de menger opnieuw aan het proces toegevoerd. Na filtratie en uitwassen wordt het teflon in een droogkamer met verwarmde lucht gedroogd n bedrijfstelling. Tijdens de pyrolyse mag geen lucht in de reactor aanwezig zijn daar deze een vergroting van de vorming van hoogmoleculaire verbindingen veroorzaakt. Vóór het instellen van de bedrijfstemperatuur in de reactor moet de lucht uit de apparatuur worden verdreven. Dit geschie~ door met freon de lucht te verdrijven waarbij de compressor en de destillitiekolom in bedrijf worden gesteld. De lucht wordt aan de top van de deátillatie- kolom afgevoerd via een ontluchting. Het freon wordt geheel gerecycled en teruggevoerd naar de opslagtank. De polymerisatie van tetrafluoraetheen moet eveneens worden uitgevoerd met uitsluiting van lucht. Zowel de opslagtank van tetrafluoraetheen als de pólymerisatiereactor zijn voorzien van een vacuumaansluiting Materiaalbalans Stof CHCF 2 C 2 F 4 homologen HCl H 2 0 De pyrolyse van freon 22. De stofstroom naar en van de apparaturen wordt schematisch weergegeven in tabel: V. Het leidingnummer correspondeert met figuur 5 de stofstroom wordt opgegeven in kmol/uur. Tabel: V. leiding De jaarproduktie voor 300 werkdagen bedraagt dan: = kmol=967 ton C 2 F 4-9-

19 ï J ( '\ J r ;. - ; 'J.:.:: 1- ''.'. :'.!~.. ' r J -':. J...

20 ~ \..1 ;.. (( (~... ( Polymerisatie van tetrafluoraetheen. De stofstroom naar en van de apparaturen wordt schematisch weergegeven in tabel: V. Het leidingnummer correspondeert met figuur 5 de stofstroom wordt opgegeven in kg/batch. Tabel: V. stof C.~l4 CHC1F 2 teflon borax leiding ;;. _~. ~ ~' r:' <)/0 t. t i'\ \ Hierbij wordt het verlies van het filtraat over de filterpers geschat op ~ terwijl het waswater voor de filterpers direkt wordt afgevoerd. De jaarproduktie berekend voor een 40-urige werkweek van 25 batches per week waarbij de duur van een batch dan een uur en 36 minuten bedraagt over vi~ig werkweken: = kg = 967 ton Energiebalans. L.6.l Opslagtank voor freon 22. De verwarmingsspiraal voor de verwarming van freon. 3 Benodigde warmte: = kcal/uur. Waarin: massastroom: 1349 kmol/uur Reactor. verdampingswarmte: 4200 kcal/kmol. De reactor bestaat uit 12 van 16 mmo??' ~ [-1J1.A ' Cl t!!~~10 y\.~ j zilveren buizen met inwendige diameter De benodigde warmte door het electrische verwarmingselement ~elever~ dient voor de verwarming van het reactiegas de reactiewarmte en voor de compensatie van het warmteverlies door de isolatie. -10-

21 .1.-'. '\ 'l/ '--1' (..J ~ ~.. ~. L 1 ':. if ;~' t i : J ol.'. ; ~ -.) ~ ~.:. r.; r.r. r \' \ ~ Cl? ~.t l '1 'r : -'. i -

22 '. ;.. Verwarming van het reactiegas: = kcal/uur. Waarin: massastroom 1349 kmol/uur Reactiewarmte: soortelijke warmte: 021 kcal/kg. moleculairg~wicht: 685 kg/kmol. temperatuursstijging: C. Uit de vormingswarmte van: CHCF 2 = 113 kcal/mol (benaderd lit.13) C F 2 4 = 164 kcal/mol HCl = 22 kcal/mol g Volgt voor de reactiewarmte: CHClF2~ t C F +HCl -9 kcal g3 De reactiewarmte bedraagt dan:_ = kcal/uur. Warmteverlies naar de omgeving: Aangenomen wordt een isolatie van 40 cm. vuursteen rond de reactor. Voor een gemiddeld uitstralingsoppervlak van 66 m 2 Warm~geleidingscoëfficient Temperatuursverschil: C. t;f du... v Ct... ~}l'\j(i...-.(i.'.~i\j (.... vuursteen: cal/se9.cm3.0c/cm. bedraagt het warmteveilie~- : / /1000 = kcal/uur. 3 Totalewarmtetoevoer: kcal/uur = 11 kw ~-zoutzuur absorber. De warmteafvoer geschiedt voor de koeling van het reactiegas en de afvoer van de absorptiewarmte van het geabsorbeerde zoutzuur. De koeling van het reactiegas bedraagt: kcal/uur. De absorptiewarmte bedraagt: =~ kcal/uur. Waarin: geabsorbeerd zoutzuur: mol/uur absorptiewarmte: 168 kcal/mol. Het absorbaat wordt van 15 0 tot 20 0 C verwarmd en neemt dus op: = 500 kcal/uur. Waarin: absorptievloeistof: 100 kg water/uur. soortelijke warmte: 1 kcal/kg.oc. temperatuursstijging: 5 0 C. Het koelwater voert derhalve af: kcal/uur. Bij een temperatuursstijging van 25 0 C is hiervoor 700 L. koelwater per uur nodig

23 .p.. >. ' t

24 ; ll- Droger. (lit.14) Elke alumin~droger werkt met een cyclus van 8 uur waarna deze wordt geregenereerd met stoom. Per cyclus wordt 288 kg water geabsorbeerd. Bij een bevochtigingsgraad van 2% is de bevochtigingswarmte: 28 kcal/kg droog alumina. De bevochtigingswarmte bedraagt: = 364 kcal/cyclus. De condensatiewarmte bedraagt: = 1630 kcal/cyclus. De absorptiewarmte bedraagt dus: kcal/cyclus = kcal/uur De tweetraps compressor. De druk wordt opgevoerd van 15 ata tot 10 ata de capa&iteit bedraagt 350 L/min. Bij adiabatische compressie berekend voor freon wordt de eindtemperatuur van h~t gecomprimeerde gas: 120 o C Condensor. Het gecomprimeerde gas wordt tot vloeistof gecondenseerd. Het dauwpunt van het gasmengsel is 14 o C. Als koelmiddel wordt freon gebruikt. Voor de afkoeling van het gas moet worden onttrokken: = 1650 kcal/uur. Waarin: massastroom freon: kmo1/uur. soortelijke warmte freon: 13 kcal/kmol. massastroom tetrafluoraetheen: kmol/uur. soortelijke warmte tetrafluoraetheen: 15 kcal/kmol. ei Ol i/.-.'\ 0 temperatuursstijgj~g: 106 C. Voor de condensatie moet worden afgevoerd: = 5615 kcal/uur. Waarin: condensatiewarmte freon: 4840 kcal/kmol. condensatiewarmte tetrafluoraetheen: 4262 kcal/kmol. Totaal af te voeren warmte: 7265 kcal/uur Destillatietoren. De voed~ng wordt vloeibaar ingevoerd. De koeling in de deflegmator die met freon wordt gekoeld bedraagt: = 5565 kcal/uur. -12-

25 (.. '.' - t : j ~. '. :J t. i! _ r ; l...! - ' f.~ J t.- '' ''!; l' :. J.t::..

26 Waarin: nettostroom deflegmator: kmol/uur. reflux: samenstelling vloeistof in de bodem van de deflegmator: condensatiewarmten: zie onder mol C2F 4 (zie 1.7.) mol CHCF 2. Warmtetoevoer in de bodem van de destillatiekolom = aan de afgevoerde warmte in de deflegmator vermeerderd met de verdampingswarmte ven het topprodukt = 6073 kcal/uur. Waarin: samenstelling topprodukt: kmol C 2 F 4 /uur 0~003 kmol CHClF 2 /uur '. / Polymerisatie van tetrafluoraetheen. Voorverwarming reactievloeistof bij het verpompen van uit de o menger naar de reactor van 20 tot 60 C 3 Hoeveelheid warmte: = kcal/batch. Waarin: de massastroom: 258 kg water/batch. soortelijke warmte: 1 kcal/kg-. temperatuursstijging: 40 o C. De voorverwarmer is er op berekend dat deze hoeveelheid warmte in 5 minuten kan worden toegevoerd. o Verwarming van het reactiemengsel in de reactor tot 80 C: = 5580 kcal/batch. Waarin: hoeveelheid gas: 0774 kmol C 2 F 4 /batch. soortelijke warmte C 2 F 4 : 15 kcal/kmol. temperatuursstijging gas: 50 o C. hoeveelheid vloeistof: 258 kg water/batch. temperatuursstijging vloeistof: 20 o C. De verwarmingsspiraal is om de reactor gebouwd en zo berekend dat deze hoeveelheid warmte in 5 minuten kan worden toegevoerd. -13-

27 . f ~. dj. '! f -; )'.J. :'-1... ' J.Jo. # ; r j. 'J '. J : ' J.. ;: 'V/. ; ' l - ' *(i! '1. f). ' ' ~ ~~~ / ''.

28 -13- ;.. Koeling tijdens de polymerisatie: = kcal/batch. Waarin: hoeveelheid gevormd teflon: 0774 kmol/batch. polymerisatiewarmte: kcal/kmol. (lit.15) De reactiewarmte moet in één uur worden afgevoerd. De koelspiraal die hierop is berekend is in de reactor ingebouwd. L De reactievloeistof wordt vanuit de menger via een centrifugaalpomp met capaciteit van 60 L/min. en de voorverwarmer naar de reactor geleid: benodigde tijd 5 minyten. Het~trafluoraetheen wordt via een dubbelwerkende eentraps com \ p:essortmet capaciteit van 033 m /min. in de reactor geperst tot 1~~~~ benodigde tijd 10 minuten. Benodigde tijd voor het opwarmen van het mengsel in de reactor bedraagt 5 minuten. (zie boven) Na de reactie wordt het reactiemengsel via een centrifugaalpomp met een capaciteit van 60 L/min. in de filterpers geperst: benodigde tijd 5 minuuen. Totale tijdsduur bedraagt derhalve: 1 uur en 25 minuten. De tijdsduur van één batch bedraag. 1 uur en 36 minuten. De resterende 11 minuten zijn nodig voor het evacuëren van de reactor en het uitvoeren der benodigde handelingen. 1.7.? Berekening van de destillatiekolom. De destillatie wordt uitgevoerd bij 10 ata de terugvloeiverhouding wordt gesteld op 9. De voeding die vloeibaar wordt ingevoerd bestaat uit: stof kmo /uur mol. fractie C F CHCF ~ 0873 H(CF 2 )fl Bij de berekening wordt aangenomen dat de fractie hoogmoleculaire verbindingen geheel bestaat uit H(CF2)fl omdat dit van deze verbindingen de meest vluchtige component is. -14-

29 J ~... ' ':' ::. ''... '.. :J..'... '' : '.....i: i' f ; '' r. ~ J. 'f.. ;....1 ft:.1' ' 1' \'' i';! ~ ti' ~ ~'.J. ' _~;.. '

30 c ; De dampspanningem van de componenten als functie van de temperatuur zijn logaritmisch uitgezet in figuur 6 hierbij is de temperatuurschaal zo uitgezet dat de dampspanning van CHCF lineair verloopt. 2 De dampspanningslijn van H(CF2)2Cl waarvan enkel het koo~punt bekend is werd evenwijdig aan de dampspanningslijn van CHCF 2 daar het hiervan een homoloog is getrokken. Al$ eis voor de destillatie wordt voor de zuiverheid van het topprodukt de molaire fractie van tetrafluoraetheen op 0998 gesteld. Het bodemprodukt voert de bij het proces gevormde hoogmoleculaire verbindingen af hierbij wordt de molaire fractie van 05 gesteld. De molaire fractie van tetrafluoraetheen in de recycle wordt gesteld op Bovendien wordt aangenomen dat in het topprodukt geen H(CF2hCl en in het bodemprodukt geen C2 F meer aanwezig zijn. 4 Uit de materiaalbalans over de kolom volgt dan: stof kmo /uur mol.fractie top C 2 F CHCF C 2 F recycle CHCF bodem H(CF?~Cl '' ~ CHCF H(CF \) Cl t! Bij intrede van de damp in de deflegmator met een molaire fractie van 0993 C 2 F 4 en een afvoer van het topprodukt met een molaire fractie van 0998 C 2 F 4 is de samenstelling van de vloeistof bij de terugvloeiverhouding 9 volgens de materiaal balans: Voor de relatieve vluchtigheid mol.g~f ~ mol.chclf 2 volgt uit: _ Q( x y (C>( -1 ) x dat ()(. = 384. De relatieve vluchtigheid bij -20o~bedraagt

31 . '/ ( (.: '.. ~ _ j' 'j;.. tli! J.' h \ 'j 'V '; ( ; t ' ' c:( ; \'. : ~ r. ( :' ~.1. l! '... :' J ( j. -. '

32 c ; Hoewel de deflegmator gunstiger zal werken wordt voor de berekening van de destillatiekolom de samenstelling van de damp die naa~ de deflegmator wordt afgevoerd op 0993 gesteld. Schotel tot schotel berekening. Schotel 1 tot en met 7. De dampsamenstelling wordt berekend uit de materiaalbalans: Vy = DYd + Lx De vloeistofsamenstelling na de temperatuurkeuze uit: p tot. x comp. P Ycomp comp. De temperatuur wordt zo gekozen dat: ~ x. = 1. Schotel 7 tot en met 11 uit: Lx = Vy + RXr' + BX b en Schotel 13 tot en met 18 uit:.. Waarin: D = kmol/uur ft = kmo /uur B = kmo /uur V = 1345 kmo /uur L = kmo /uur 1/ = 1345 kmol/uur L' = kmo /uur V= 1345 kmo /uur L= kmo /uur Voor de betekenis van de gebruikte symbolen zie nevenstaande figuur. De resultaten van de berekening zijn weergegeven in tabel V en in figuur 7 -. en p x = P Y comp. comp. tot. comp. v'oi:dn0 in ~ 'tv tv ' t ~ 3 L+.. ;- ; ï é.-. t.q ~ t ) til / ' E _L;....\ (i ~ : { J=(rl'LE ~ :Kll.- P.. :;~;:'/f Ot;![#J li KT c)

33 . t. _'f ~ ~.;... J ;... fï.... {l ('! n.;.~ : '..;: '. '. '- -'.1 c. J.. ~ : '<.;) _ :t: :'!. ~ ~ t cl.j' i! J i ' '. f-. 1 C.. ' -'0: 'f ' J;~ + c (.' ~ ' ::. t.;:' i l. ; l ~ ' r ' '1 ( ; '~. '1.-. '.'.. 'j4... '... ';;! ' ).~;~. 1 ' jj.t_ ;.... ':J.; /':':: r: ~. ; '\..! :..1 j''-

34 .. ;.. n Tabel: V. damp vloeistof y Y'CHC1F Yhom x XCHC1F2 x tgmp. PC' F PCHC1F2 P C~F4 C F hom. C; hom P ln R' Berekening van de afmetingen van de desti11atieko1om. V De dampsnelheid wordt berekend uit: \ vgl. chem.werkt. v ft. - r~ Prof. Boon. d = C - 1'1' Bij een schote1afstand van 30 cm. is: C = Dichtheid van de vloeistof: r ~ = kg/m 3 3 Dichtheid van de damp: Jr = 482 kg/m Hieruit volgt voor de dampsne1heid: v d = 0407 m/sec

35 ...' ~ ; ' t. '..-1 ' _ i... '.!... ' lo

36 -17- De volumestroom van de damp bedraagt: /482 = 279 m luur = m /see. Oppervlakte van de kolom bedraagt dan: -3/ = m. De diameter van de kolom is dan: 0155 m. De kolomdiameter wordt gekozen op 16 cm. De hoogte van de kolom berekend- op- 8~n~. ~~i~ - ~:l H.E.T.P. voor de gepakte kolom op 20 cm. wordt gesteld: /~ = ~m. i.. ol

37 '( J J... ~} t f l. ')!. '.. YJ J.' {' 1--'''[-';'. mi :'.. j.l J ~... '.

38 Literatuurlijst J.O. Hendricks: nd. Eng. Chem (1953). 2. R.J. Plunkett: Kin. Chem. nc. Patent U.S (1941). 3. O. Ruff O. Bretschneider: Z. anorg. allgem. Chem (1933). 4. E.G. Locke W.R. Brode A.L. Henne: J. Am. Chem. Soc (1934) 5. O. Ruff W. Willenberg: Ber (1940). 6. J.D. Park en medewerkers: nd. Eng. Chem (1947) 7. M.M. Renfrew E.E. Lewis: nd. Eng. Chem (1946). 8. A.V. Grosse G.H. Cady: nd. Eng. Chem (1947) 9. M.M. Brubaker: Du Pont de Nemours Patent U.S (1946) 10. R.M. Joyce: Du Pont de Nemours Patent U.S (1946) 11. W.E. Handford R.M. Joyce: J. Am. Chem. Soc (1946). 12. G.L. Dorough: Du Pont de Nemours Patent U.S (1946) 13. -H. van Wartenberg J. Schiefer: Z. anorg. Chem (1955) 14. O.A. 15. H.C. Hougen F.W. D~dge: The drying Duus:(.rqng Chem.\ 47 (2)... ~ of gasses. (1947) (1955). ~J

39 .

40 . r 80 ~ON~EASf. 0/0 60 p= 1 ATA ~.P.\' '8 ~..:...: FGUUR: 1..ao O~~~-O~.~l------~O~~------~~~6r-----O~.~8~----~~O - -_... ~ COHTACTTUO: SEC CONVERSE. % 60 FGUUR: 2. ' CONTACTTUO: SfC. TECHNSCHE HOGESCHOOL DELFT NVLOED: p EH t 8!J PyRO.YSE VAN 'HU F.l G.t. Nr t.:

41 C. lata. 0/0 F GUUR: 3. CONVER-l 51E. ' lo 2S' 30 % HOMOL06EN. 105 FUUR: o ~o ---~~ '0 HOMOLOGfN. TECHNSCHE HOGESCHOOL DELFT JNVLOfD-: CONVERSE EN DRUK OP \10 RH'NG HOMOLD6EN. Get. Nr. Dat.

42

43 -r r- - a!f:l Cl -Hl ~ 1-- \---<0 ij H l#hïi tl : 1 t- DRUK. t: ~n t11 r ' rri H' : r# n - ~- - ' it - ~ n f '.- 1 H 'rt 100 r i --«> Ä1Jif i ~:~lj:!i:l! r li±'... =i: d i ~;.l :: fn!* ' :+ ~i~ ' it+hl H :~f ~~ ; ' 1:1 :! ft tt; 1 irfjl; ' ;i :'. : i~ ~~ i!. ;+l-' ~: ' ' q; : ;: 1' '!~ - c ' H f tt! :~ ~' ll! H ft! H+t4 H 1 r-r- ~~~ HiHtttH i H: ii-hlli'1 :: li:~~ lij; ; ild ij ~re hl j.!~ ~ HH ' 1+ ti f! 8:; jl ijt ~ll ~ 1-' l - ' 'i' ' lii1n :; i i f- -- ' Hj-' ' 1 1 /i! ' - () - : ' ~ fmtr' ':.f :'-i ~; - 01'>- 1+1 tj f ii~. Tl ~ ;n k 11 r;~ 11 ti : : H:: H J :! 1 - :;~ ' ~ 1-1- :;~ W;! - ~- --- :!t ' ~ D :~rrhr fli lh'h H l1u ~. ' HHb ~ ' m-' P..J>r.;. t :;! ~K ~': '!A :i- T ~' ' :;f ~~ j)~ ~T' g (r:.i ~-ff m l +~ilj. ~ ~ 1 t+' l.; r++ tlhu-l 4-f ;1f-lw.: ~ ' 'f-f; é~~ il1hi ; j J J 11 r ~ : h - ' +~ 1 _.. '!~! :::~ ~L rt:: Ulftll / ' ' ~l.ia t~ :: 1:1 ~~m; 'W~~' H:;h:_:7' ~:W:.;; ' ';.c '. l!r.:~. ~1 {(:i H-l :~~1tj ti: '. M \l~ ui' l +f-; 1+1 r- H ; --7 FT!! f 1+1-:-; 111 : n HH!-i- ~!-lh 1 fl '.t)!! ~ ;c H~---' ~ 'H ~_;:'i /; 'H ' t. l:± ::;rlt; H~-!-: ~ i' H+ ~' :~;~;- ~ihj :rj±@~ Ft ~; ij ::!t!~; fh+! -i-::-n: ;~! J1~ :: ~;jrt~j:;. l+it ii ~; ' _:;!i.j ]# 'ntm:- i1 ' ~!ih~-- :1 ' 1; ~- O> ~~ ' r~i Hl~m:~ ~r=~ -~' ini ':H' f-- -!~ ' -HtH m + H t H: fi:l: ~ : ' ~:::: ptt =h ' 10 f -ll ;- hi- t ~4~ ~ ;:~ 'P;( ;j f--' ' c 1 Wii el-\ i'~ ft!i:~:' 11~~r. -Li: li ~H~jB i! -H ' ' f+. +t '! 1 8: ~tt c' f:r ' N : :'! H- ~ 1_' -t li ' ~ H'11:1 : T ~;. L T - ~ lp! H i-a l - ~. f- N 11 - ' ' ti ' il ATA. 1-' - <0- r:i~ n.. ' f{1 tr tl'f.1: 2 rh' i!1l ~t ~ - <) - rl li' 0.1 f- tlt h -80 ; thi il T; -'l0 lr+l l~; n ~ mftii ij i -N - ~ ' :! :rï rr Tin 0: w w > tr lij ~ D i; r- E E H -to j~~ TeMPERATUUR. oe.