Reactor De Cloración Y Condensador.docx

1. Reactor de cloración y condensador. Un conjunto de dicloroetano líquido, con catalizador de cloruro férrico disuelto, llena el fondo del recipiente a 90 ° C y 1.5 atm. El etileno se obtiene comúnmente de grandes recipientes cilíndricos, donde se almacena como un gas a una presión elevada y a temperatura ambiente, por lo general 1.000 psia y 70 ° F. El cloro, que se almacena comúnmente en la fase líquida, por lo general a 150 psia y 70 ° F, se evapora cuidadosamente para eliminar el líquido viscoso (caramelo) que contamina la mayoría Figura 3.8 Hoja de flujo que muestra la integración de tareas para el proceso de cloruro de vinilo Cloro producido por electrólisis. El cloro y el etileno en la fase de vapor burbujean a través del líquido y liberan el calor de reacción a medida que se produce el dicloroetano. Este calor hace que el dicloroetano se vaporice y aumente la sección rectificadora hacia el condensador, donde se condensa con agua de refrigeración. Tenga en cuenta que se necesita calor para impulsar el hervidor en la primera columna de destilación a 93 ° C, pero el calor de reacción no se puede usar para este propósito a menos que se ajusten los niveles de temperatura. ¿Cómo se puede lograr esto? La mayor parte del condensado se mezcla con el efluente del refrigerador de reciclaje para procesarlo en el circuito de pirólisis. Sin embargo, una parte se somete a reflujo a la sección rectificadora de la columna, que tiene varias bandejas, para recuperar cualquiera de las especies menos volátiles (por ejemplo, tricloroetano) que pueden haberse vaporizado. Estos pesos se acumulan en el fondo de la piscina líquida y se eliminan periódicamente como impurezas. 2. Bomba. Dado que la operación de cambio de presión implica un líquido, se logra mediante una bomba, que requiere solo 66 CV, suponiendo una eficiencia del 80%. El cambio de entalpía en la bomba es muy pequeño y la temperatura no cambia en más de 1 ° C. 3. evaporador. Esta unidad, en forma de caldera grande, con un haz de tubos insertado en la parte inferior, realiza las operaciones de cambio de temperatura y fase. El vapor saturado que pasa a través de los tubos se condensa a medida que el líquido de dicloroetano se calienta hasta su punto de ebullición y se vaporiza. El gran espacio de vapor se proporciona para permitir que las gotas de líquido, arrastradas en el vapor, se unan y vuelvan a caer en la piscina líquida, es decir, se desprendan del vapor que procede del evaporador del horno de pirólisis. 4. Horno de pirólisis. Esta unidad también realiza dos operaciones: precalienta el vapor a su temperatura de reacción, 500 ° C, y lleva a cabo la reacción de pirólisis. La unidad está construida de ladrillo refractario, con calentadores de gas natural, y un gran paquete de tubos de níquel, Monel o In Conel, dentro del cual se produce la reacción. El haz de tubos ingresa a la parte más fría del horno, el llamado economizador en la parte superior, donde ocurre el precalentamiento. 5. Rocíe el tanque de enfriamiento y enfriador. El tanque de enfriamiento está diseñado para enfriar rápidamente el efluente de pirólisis para evitar la deposición de carbono en un intercambiador de calor. Líquido frío (principalmente dicloroetano) se vierte sobre los gases calientes, enfriándolos hasta su punto de rocío, 170 ° C. A medida que los gases se enfrían, el calor se transfiere al líquido y se elimina en el enfriador adyacente. El líquido caliente, desde la piscina en la base del recipiente de enfriamiento, circula hacia el enfriador, donde se encuentra Contactamos con agua de refrigeración. Cualquier carbono que se deposite en el recipiente de enfriamiento se deposita en el fondo y se purga periódicamente. desafortunadamente, se anticipa que esta deposición de carbono, así como el HCl corrosivo, impiden el uso de los gases efluentes calientes en los tubos del evaporador, que tendrían que ser revisados a menudo para eliminar el carbono y reemplazar los tubos

corroídos por Borsa et al. . (2001). consecuentemente, tenga en cuenta que la formación de coque en los productos de pirólisis es discreta, grandes cantidades de calor se transfieren al agua de refrigeración y los requisitos de combustible para el proceso son altos. Como se señaló más adelante en la sección sobre pruebas en planta piloto, es probable que el equipo de diseño mida la tasa de depósito de carbono y, si no es muy alto. Puede decidir implementar un diseño con un intercambiador de calor de alimentación / producto. Condensador. Para producir un líquido saturado a 6 ° C, la operación de cambio de fase se lleva a cabo mediante un condensador que transfiere calor a un refrigerante suave. Luego, la presión se reduce a 12 atm a través de una válvula. 7. Recicle el enfriador. Para evitar que el vapor ingrese a la bomba, cuando la corriente de reciclaje se reduzca a 90 ° C (por debajo del punto de ebullición del dicloroetano a 1,5 atm), utilice agua de refrigeración. Esto completa la integración de tareas en la Figura 3.8. ¿Puede sugerir formas de reducir la necesidad de combustible y servicios públicos calientes como el vapor? árbol de síntesis A lo largo de la síntesis del proceso de cloruro de vinilo, se agregaron ramas al árbol de síntesis en la Figura 3.9 para representar los diagramas de flujo alternativos que se están considerando. Las ramas en negrita trazan el desarrollo de una sola hoja de flujo a medida que evoluciona en las Figuras 3.3-3.8 Claramente, hay muchas hojas de flujo alternativas, y el desafío en la síntesis de procesos es encontrar maneras de eliminar secciones completas del árbol sin hacer mucho análisis. Al eliminar las rutas de reacción 1 y 2, hasta el 40% del árbol se elimina en el primer paso de síntesis.

1. Chlorination reactor and condenser. A set of liquid dichloroethane, with dissolved ferric chloride catalyst, fills the bottom of the vessel at 90 ° C and 1.5 atm. Ethylene is commonly obtained from large cylindrical vessels, where it is stored as a gas at a high pressure and at room temperature, usually 1,000 psia and 70 ° F. Chlorine, which is commonly stored in the liquid phase, usually at 150 psia and 70 ° F, evaporates carefully to eliminate the viscous liquid (caramel) that contaminates most Figure 3.8 Flowsheet showing task integration for the vinyl-chloride process chlorine produced by electrolysis. Chlorine and ethylene in the vapor phase bubble through the liquid and release the heat of reaction as dichloroethane is produced. This heat causes the dichloroethane to vaporize and rise up the rectifying section into the condenser, where it is condensed with cooling water. Note that heat is needed to drive the reboiler in the first distil- lation column at 93°C, but the heat of reaction cannot be used for this purpose unless the temperature levels are adjusted. How can this be accomplished? Most of the condensate is mixed with the effluent from the recycle cooler to be processed in the pyrolysis loop. However, a portion is refluxed to the rectifying section of the column, which has several trays, to recover any of the less volatile species (e.g., trichloroethane) that may have vaporized. These heavies accumulate at the bottom of the liquid pool and are removed periodically as impurities 2. Pump. Since the pressure-change operation involves a liquid, it is accomplished by a pump , which requires only 66 Bhp , assuming an 80 % efficiency . The enthalpy change in the pump is very small and the temperature does not change by more than 1'C. 3. evaporator. This unit, in the form of a large kettle, with a tube bundle inserted across the bottom, performs the temperature- and phase-change operations. Saturated steam that passes through the tubes condenses as the dichloroethane liquid is heated to its boiling point and vaporized. The large vapor space is provided to enable liquid droplets, entrained in the vapor, to coalesce and drop back into the liquid pool, that is, to disengage from the vapor which proceeds to the pyrolysis furnace Evaporator. 4. Pyrolysis furnace. This unit also performs two operations: It preheats the vapor to its reaction temperature, 500°C, and it carries out the pyrolysis reaction. The unit is constructed of refractory brick, with natural gas-fired heaters, and a large bundle of Nickel, Monel, or In conel tubes, within which the reaction occurs. The tube bundle enters the coolest part of the furnace, the so-called economizer at the top,where the preheathing occurs. 5. Spray quench tank and cooler. The quench tank is designed to rapidly quench the pyrolysis effluent to avoid carbon deposition in a heat exchanger. Cold liquid (principally dichloroethane) is showered over the hot gases, cooling them to their dew point, 170°C. As the gases cool, heat is transferred to the liquid and removed in the adjacent cooler. The warm liquid, from the pool at the base of the quench vessel, is circulated to the cooler, where it is contacted with cooling water. Any carbon that deposits in the quench vessel settles to the bottom and is bled off periodically. unfortunately, this carbon deposition,as well as the corrosive HCl, is anticipated to prevent the use of the hot effluent gases in the tubes of the evaporator, which would have to be serviced often to remove carbon and replace corroded tubes ssed by Borsa et al. (2001) . consequently, largue Note that coke formation in the pyrolysis products is discu sequently, large amounts of heat are transferred to cooling water and the fuel requirements for the process are high. As noted later in the section on pilot-plant testing, the design team is likely to measure the rate of carbon deposition and, if it is not very high. may decide to implement a design with a feed/product heat exchanger.

Condenser. To produce a saturated liquid at 6°C, the phase-change operation is carried out by a condenser that transfers heat to a mild refrigerant. Then the pressure is lowered to 12 atm across a valve. 7. Recycle cooler. To prevent vapor from entering the pump, when the recycle stream is ed to 90°C (below the boiling point of dichloroethane at 1.5 atm) using cooling water. This completes the task integration in Figure 3.8. Can you suggest ways to reduce the need for fuel and hot utilities such as steam? synthesis tree Throughout the synthesis of the vinyl chloride process, branches have been added to the syn- thesis tree in Figure 3.9 to represent the alternative flowsheets being considered. The bold branches trace the development of just one flowsheet as it evolves in Figures 3.3-3.8 Clearly, there are many alternative flowsheets, and the challenge in process synthesis is to find ways to eliminate whole sections of the tree without doing much analysis. By eliminat ing reaction paths 1 and 2 , as much as 40 % of the tree is eliminated in the first synthesis step .

C2 H4 + Cl2 → C2 H4 Cl2 CH2=CH2 + 2Cl2 Cl2CH - CH2Cl + HCl CH2 = CH2 + 2Cl2 → Cl2 CH − CH2 Cl + HCl

C2H4 + 2 HCl + 1/2 O2 C2H4Cl2 + H2O 1 C2 H4 + 2HCl + O2 → C2 H4 Cl2 + H2 O 2 CH2 = CH2 + 3 HCl + 2 O2 Cl3C−CHO + 3 H2O

CH2 = CH2 + 3 HCl + 2 O2 → Cl3 𝐶 − 𝐶𝐻𝑂 + 3H2 O C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl, Reactor de Craqueo o Pirólisis C2 H4 Cl2 → C2 H3 Cl + HCl (- r ) = k · c 𝑟𝐴 = 𝐾𝐴 ∙ 𝐶𝐷𝐶𝐸