Verslag behorende bij het fabrieksschema ter bereiding van aethyleenglycol uit aethyleenchloorhydrine via aethyleenoxyde

~--- - - - - ---~~----~ .\ \ \ \ \

\

VERSLAG behorende bij het fabrieksschema ter bereiding van aethyleenglycol uit aethyleenchloorhydrine via

aethylee.noxyde. -A.Brakel Maart 1951. s . { . i ~t t .• ,

'"

..

"

I •. "}

..

In dit verslag '/·,'0 rdt de fabriekmatige bereiding van

glycol behandeld. (productie van

3,7

ton glycol per uur).

Er 'Nordt in het rapport verv,ezen naar het f abrieksschema, vvu.arin schetsmatig de apparaten, na dig voor de bereiding, weergegeven zijn.

Het uitgangsproduct is aethyleenchloorhydrine.

De bereiding van dit product wordt beschreven in het verslag van de heer C.H.Daane

.-·---~---

---'._---•

-2-Indeling van het verslag :

A. Kort over~icht van enige methoden ter bereiding van aethyleenglycol.

IIotivering van de uiteindelijke keuLje,

waarbij glycol uit chloorhydrine via

aethyleenoxyde v,ordt bereid •••••••.••••••••••• bI. 3 B. l"rateriaalb.::tlans ••••••••••••••••••••••••••••••• bl. 7

c

.

Bereiding van glycol uit chloorhydrine via aethyleenoxyde.

Korte beschrijving van de apparaten, welke voor deze bereiding gebruikt

kUllIlen wo rden . . . . . . . . b 1. 8

D. Berekening van enige grootheden, betrekking hebbend op de destillatie

glycol-water .••• ••••• •.••.•••••••••••••••••••• bl.IO E. Geractdpleegde literatuur •••••••••••••••••••••• bl.15 •

'

-A. Kort overzicht van enige methoden ter bereiding Y§g!

äëihyleenglycol.

rr.otiyering yë:!Xl de uiteindelijke keu;6e, vvaaJt.'bij glycol uit chloorhydrine via aethyleenoxyde bereid wordt.

a. Glycol kan direct uit chloorhydrine bereid worden door hydrolyse _{crH~-ct ,. 0 cLJ,-~O~ u}

+ 1'1.1. - I .. pCL.

c"'~-o~ c~)..-o"

De oplossing van chloorhydrine wordt hier behandeld met een

bepaalde hoeveelheid Na-bicarbonaat bij 70- 80

°c

onder

roeren. Op deze wijze is de hydrolyse na ongeveer 6 uren ten einde. De aanvankelijke concentrat i e aan chloorhydrine in het reactievat is 20 ~. (1)

Betreffende de hoeveelheden \vordt in een Frans patent (2) beschreven, dat men 160 gew.delen chloorhydrine, 170 gew. delen Na-bicarbonaat en 350 gew. delen v.'ater samenvoegt.

Een directe methode ter bereiding van glyco 1 uit c hloorhy-drine is ongetvJijfeld aantrekkelijk. Een bezwaar van de beschreven mc.:mier is echter de lange 'reactietij d : de hydniyse is eerst na 6 uren ten einde.

Een methode, "waarbij de r eacties momentaan, of althans snel,

verlopen, verdient daarom voor'keur.

b. :2r bestaat een dunt<-.l bereidingsv;ij:uen voor glycol,

waa3."-bij ui tg8gaan wordt van aethyleen-dihalogeenverbindingen.

(3, 4, 5). Deze vel'bindingen \\orden behandeld met Na-carbO -naat of -bicarbonaut . Ook gebruikt men ',',el NaOH. De reacties vinden plaats bij matig hoge temperatuur (150-200 °C) en

bi j matige druk (15 tot 20 atm. ). De reactietijden

bedra-gen gemiddeld 5 uren.

Men kan zich de reac ties als vo 19t voorstellen

Cl.CH

2.CH2.Cl + 2NaOH - HO.CH2.CH2.OH + 2 NaCl.

Een optredende nevenr8~ie is Cl.CH

2.CH2.Cl ... NaOH - CH2=CHCI ... H20 ... NaCl.

Men ziet , dat ook vinylchloride ontstaat.

In een Amerikacllls pa.tent wijst Hibbert er op (6), dat men de opbrengst aan het bijproduct sterk kan verminderen, door in

plaats van een sterke, een z~":a.kke ba.se te gebrui ken. Het

ontstaan van vinylchloride km men echter niet voorkomen. Deze methode zal nie't verder in bestWuwing genomen v.,orden. Het ontstaan van bij pro ducten is ~Jeer ongev.enst. Bovendien stel t het '. erken onder druk in het algemeen aan de apparatuur hoge eisen. ::~en volgend bezwaar is, dat de reactietijden vrij 12ng zijn.

c. Glycol is ook te bl;reiden uitgé.i.ande van formaldehyde.

(7, 8). Ilen behandelt formaldehyde met CO onder een druk van 700 atm. bij aanwe:ügheid van een katalysa#>r (anorganisch

elft.

0 -f C Q -f J/-t.-U

Het verkregen product v,or&t gehydrogen8erd bij een t elP e

-r atuur tussen 195 en 215 C en bij een druk van 900 é.ltm:

(

8

)

0 \ 1\

/c,

.

T

U'- ~

+

~~

-

.z..

Ho

.

C~~. C~2.' O~.

o

CU"

'c

'

11

o

Het be!0wê:l.ur va.n dit proces i s , dat onder uitzonderlijk hoge àrukken g~werkt moet '. orden. Aan dit proces wordt

dan ook verder ge en aandacht geschonken.

d. Glycol kan be reid worden uit aethyleenchloorhydrine via aethyleenoxyde.

Het is deze me thode, die uiteindelijk geko zen ,,-erd bij de

opzet V<.3n het f abrieksschema.

De reactie van chloorhydrine tot aethyle enoxyde verloopt vlot en zonde_Ó hinderlijke bi jproducten. Aethyleenoxyde

kookt bij 12 C : hi erdoor bestaat de mogelijkheid om het product op eenvoudige wijze als zuivere damp uit heyrea ctie-vat af te voeren.

De hydrat atie van het aethyleenoxyde tot glycol verloopt,

dank zij een /uneri kè:èmse uitvinding, 0 p eenvoudige en vlotte

wij::::.e.

Bovendien ~ijn de opbrengsten V8I1 de verschillende realb~es

r edelijk.

Alvorens op de laatstgenoemde bereidings\',ij ze verder in te

gaan, \"orde OVE;r de b8reiding van aethyleenoxyde het

vol-gende opgemerkt :

r,'Ien kan iedere :::::terke base gebruiken om de verzeping van chloorhydrineGOt ê.l.ethyleenoxyde tot stéllld te brengen :

HO. _{CH 2}• CH

2• Cl t- EOH - CH2 - CH2 ... MCI + H20 '" 0/

Het gebruik VèJ1l een bep,'o.lde base hangt echter af van de te vormen bij pro ducten. De t ,,·ee VOOrno.é:.mste bij pro ducten zijn

HO._CH2.CH₂.CL + I:OH - HO.CH

2.CH2.OH + MCI en CH2- _{CH 2} - CH

3CHO •

"-'0/

De li t8r atuur ge eft élêm , dat HgO de vorming v&n het ~weet­

aldehyde bevordert. (9) .

Het minste v.'ordt de Lwt van de bijproducten ondervonden,

wanneer men het chloorhydrine mengt met een oplossing van

Ca-hydroxyde (10). Vervo 1gens v:o rdt verhit, y;aarbij het

aethyleenoxyde uitgedreven '·-ordt.

Een Amerikaans patent geeft het vo 1gende -naar opgemerkt

wordt : zeer bevredigende- voorschrift (11) :

De chloorh;ydrineoplossing van geringe concentratie (5 i~)

vwrdt gemengd met \!j.me-81urr;v van 10 tot 15 ?~. Dan v!oBit verwarmd om de reactie te l aten plaats vinden en om het

De reactie van chloorhydrine met een anorganische base is buitengewoon snel.

(12)

.

Een nieuwere methode ter bereiding Vé.ill aethyleenoxyde is de

directe oxydatie van aethyleen bij aanvvezigheid van een.

katalysator (13). Lcnher beschrijft, dat bij de oxydatie

van C H de tv:ee hoofdreacties zijn het vormen van aethy

-leenofy~e

en formaldehyde. Lefort

(14)

maakt voor het eerst

gebruik van een Ag-kat al ysator.

In het algemeen voert men een mengsel van C H en overmaat

lucht door esn buis met Ag-kat alysator bij €eA temperatuur van 200-350 C.

De afgassen bevatten N

2, 02' C2H4, CO2 en aethyleenoxyde. De concentratie van de laatstgenoemde stof is minimaal 1 'f~

en maximaal 4-5 ~.

Uit een publicatie van McBee, Hass en \,iseman (15) blijkt,

dat men kan komen tot concentraties van 40 ')~.

Het mechanisme van de optr edende reacties v'erd bestudeerd

door G.H.T~igg

(1

6

)

.

Deze bereidingswij 2e voor aethyleenoxyde \\'erd niet in

be-schouwing genomen, omdat het proces nog in een experimenteel

stadium verkeert. Bovendien zijn de opbrengsten aan de l age

kant.

De bij de hydrat é:ltie van o.ethyleenoxyde betrokken reacties

met die van de bijproducten zijn de volgende

De2e r eacties zlJn rbeds in 1860 beschreven (17).

In het al gemeen wordt het aethyleenoxyde gemengd met water,

dat een kleine hoeveelheid zuur als katalysator bevat. De

oplossing v.ordt verFdrmd om de r eactie te versnellen.

Na afloop van de rei.wtie Y:ordt de zure kat alysator, gewoon

-lijk zv'avel2Uur, geneutraliseerd met een base of verwijderd met behulp van een i onenuitwisselaar .

De reactie is erogs 2ins exotherm. V'anneer koud ','mter

ge-bruikt wordt in een continu systeem voor een 10 tot 20 ~'~-ige oplossing van het oxyde in '.'!ater, dan is de reactievJarmte

juist voldoende om de reactie te doen plaats vinden.

De concentratie van 10 tot 20 ~ is eveneens geschikt om de vorming van polyglycolen :,:,eer sterk te miniL:.eren.

J~en actntal krommen door I~atignon weergegeven (18) demonstree~

de invloed van de oxydeconcentratie op de vorming van de

.

-

-6-Invloed Véill de aethyleenoxyde-concentratie op de vorming

van po ly-a,ethyleenglyco len :

Resumerende k[ill geconstateerd worden, dat, gelet op de

reactietijden, de te stellen eisen aan de apparè~tuur, de

opbrengsten en de eventueel optredende nevenreacties, aan

het proces, ',",élCU'bij glyco 1 bereid v~ordt uit chloorhydrine

via aethyleenoxyde, de voorkeur gegeven moet v:torden boven de

andere genoemde processen.

Hierbij komt nog het feit, dat de hydratatie van ae

thleen-oxyde tot glycol eenvoudig en snel kan gebeuren onder

in-vlo ed van een org:~~nisch :t;uur, dat door verv,arming in

vluchtige pro ducten uiteenvalt, 'iiaardoor de moei.ijke en

lang-durige vervJij dering V:lll de gev.'oonlijk gebruikte anorganische zuren vermeden \",0 rdt.

Ij

i

3000

•

- - - -

-

-7-B. r..1ateri aalb;.tlans voo r de bereiding van glycol.

C 2H4 (2,5 T) ,C1

2

'

(6'J00 I frtg) H20

t

.---

---l---

---

-

----

..

--- ----

---'

(1000 T)

t

---~ _. HCI H₂0 Cl.CH₂·CH₂·C1

31

00

kg

998

f

0

,

4

T

t<-

___

---'

~

'---t--

,

.. _ _ .L..t _ _ _ _ _ _

-...Jt

~~

:;

,~l~OH~L

50:

~_.

_{__}

_.

_{__}

_.

_{___}

~

.

-_._

... _--C 2H40 (2,7 T) CaC12~H20

L

_______

~

-

..

-...

_-.--

._

..

__ _

1505

'r

1

.-C₂

H

4

O

(2,7

t

r

-GLYCOL

3

,

7

Ir

T)

•

-r

CCI COOH 3

(54

,

4 kg)

,._-- -.-.---

t

---

10,6

•

----r----

----

L ___ ._

---'

f

--"

"

--H 0 2

9

,

6

T

CCI

COOR

3

54

,

4

kg

,

CHC1 3

t

*

CO 2 T

Cl

.

_CH2

·

_CR2

·

Cl

0

,

4

T

t

H 20

t

l

di-aeth.glycol 0,2

T

39

,

2

kg

14

,

5

kg

.

Opbrengsten :

De opbrengst aan aethyleenoxyde op basis van aethyleen bedraagt ongeveer 75 ;.b Vó1n de theoretische v·aarde.

De opbrengst aan glycol op basis van de hoeveelheid aet hyleen-oxyde bedraag't ongeveer . 90 ~~ van de theoretische waa.rde.

•

c

.

Bereiding v<m. glycol uit chloorh;vdrine via aethyleenoxyde.

Beschrijving Vè:ill de apparaten, v.elke voor deze bereiding

gebruikt kunnen worden. .

De apparaten zijn schetsmatig in het fabrieksschema weer-gegeven.

De gegevens, nodig voor de bereiding uit chloorh;ydrine 1i erden gro tende els

rapport (19).

In dit rapport vordt, in hoofd2.aken, schreven.

van aethyleenoxyde

ontleend aan een

CI08-ook de apparatuur

be-Chloorhydrine wordt in een mengbak met v,'ater en kalk

ge-mengd. Daarna valt het mengsel in de verzepingsapparatuur. ("saponifier"). Er zijn vier van deze apparaten. In het

fabrieksschema vierd er één getekend (no. 1).

De ver~epingsapparaten zijn cylindervormige lichamen, waa r-in platen aangebracht zijn, die met stoom verwarmd kunnen

worden. In de platen ~ijn openingen aangebracht om het

wa-terige mengsel van de ene plaat op de andere te brengen.

Tevens zijn openingen aanwezig om het gevormde

aethyleen-oxyde naar boven af te vo eren.

Op de platen zijn opstaande randen aangebracht om intensief

contact tussen de componenten van het mengsel te bevorderen.

Op iedere "saponifier" is een dephlegmator aangebracht, waardoor een deel van de stoom als water in de apparatuur

wordt teruggebracht.

De literatuur geeft

op,

dat een mengsel van

40

%

aethyleen-oxyde en 60

10

~Nater de "saponifier" verlaat. (19) •

De bereiding van glycol volgt nu door de inwerking van wa.ter ,

op aethyleenoxyde :

C2H40

+

H20

---

C2H4(OH)2

·

Deze hydratering wordt veimeld in tegenwoordigheid van een

zuur • . De aciditeit wordt gewoonlijk verkregen door het

ge-bruik van zuren, die uit de \vaterige oplossing ver,djderd

kunnen worden door neerslaan in de vorm van onoplosbare

zouten, zoals zwavelzuur en oXaéilzuur.

In de praktijk is de scheiding van het praecipitaat en de

oplossing langdurig en moeilijk.

In een Amerikaans patent (20) vmrdt de uitvinding besc~even

. betreffende het gebruik van organische zuren , ten einde

1./1

r

de hydratatie van aethy1eenoxyde tot glycol te vers~nellen.

'. ~.; -Y ' , :8r zijn organische zuren, die onder invloe d van matige

ver-.~ ,L~/ warming ui teenve.llen in vilchtige pro ducten, die zonder ~ ~ moei te ver,üjderd kunnen v,'orden.

Y'

V'

/

De aanvlezigheid van vaste bestanddelen in de bij het proces

d"'t

/

gebruikte vloeistoffen VI,'Ordt zodoende vermeden.

// Er wordt nu gebruik gemaakt van trichloorazijnzuur, dat het

. voordeel heeft uiteen te vallen in vluchtige producten

boven de hydrateringstemperatuur vag het aethyleenoxyde. De

ontleding begint namelijk tegen 60 C en bij deze

tempera-tuur is de hydrateringssnelheid van het aethyleenoxyde veel

---

-

-9-Het proces verloopt als volgt :

Het aethyleenoxyde, dat met een hoeveelheid stoom de

"saponifier",uverlaten heeft, wordt aan het benedeneinde in

één mengkolom gevoerd. Deze mengkolom is in het fabrie~s­

schema weergegev:en onder no.2.

In de mengkolom voert men t evens een hoeveelheid

tricftoor-azijnzuur (in oplossing) en een hoeveelheid water.

De . temperél.tuur in de kolom is, 0 door de vrijkomende 'Narmte,

in de orde van grootte van 60

o

.

In de kolom ontstaat nu een mengsel van glycol, water en

een kleine hoeveelheid di-aethyleenglycol.

Dit mengsel moet aan een temperatuur van 100 00 (onder nor-I1k'1le druk) blootgesteld worden, ten einde het in de

vloei-stof aanwe!!;ige trichloorazijnzuur te ontleden.

Er werd nu overwogen om deze on~leding niet bij 100 00 onder norm&.le druk, maar bij 70 - 75 C bij 228 mIn druk uit te

voeren.

Na de ontleding namelijk wordt het mengsel van water, glycol en di-aethyleenglycol gedestilleerd bij een druk van 228 m~. Het kookpunt van dit mengsel is onder de genoemde druk 73

o

.

Zou men ~u de ontleding van trichloorazijnzuur uitvoeren

~i~

1

00

C,

dan zou men het

vervo1gegs te destilleren

meng-i J.y sel moeten afkoelen tot ongeveer 70 0, omdat het mengsel

~r. i ' het ,kookpunt in de destillatiekolom gebrahllt wordt.

~

%~l

.

Deze \'iarmteui twisseling k211 voo rkomen wo rden door de

ont-e

. ;

leding van trichlooraz~jnzuur bij 228 mm druk en bij een

J-"""

,.

temperatuur van 70-75 0 uit te voeren.

b.

/

De hoeveelheid vloeistof, die met een temperatuur van 60 00 de mengkolom 2 verlaat, V'.'ordt in de warmteuitwisselaar 3

gevo erd. Hier wo rdt warmte ui tgevJisseld tussen dit meng-sel en de hoeveelheid kalk (kalkwater) uit de "saponifiers".

De kalk 'wordt aan de onderzij de van de ui twisselaar inge-voerd. Er wordt verondersteld, dat een groot deelvan de

vaste kq:tlk be~inkt en möteen afgevoer('fl{an"-Vioraen;---terwijl

de vvarme kalkmelk (100 0) door het appc!.raat naar boven

stroomt en é1.sn de bovenzijde afgevoerd 'Nordt.

De afmetingen van de warmteui tV.'issel aar zijn zo danig geko-zen, da~ het mengsel uit mengkolom 2 met een temperatuur

V[1n 60 0, dat door de ui t wiöselaar van boven naarbeneden stroomt, ongeveer 10 tot 15 C in temperatuur stijgt, zodat het mengseJ de warmteuitwisselaar verlaat met een temperatuul van 70-75

c

.

Deze vvarme hoeveelheid vloeistof wordt in een kleine kolom

gebracht (aclngegeven onder no. 4 in het shema), waar het .

trichloorazijnzuur ontleed ~ordt in chloroform en

kooldi-oxyde • Deze ko lom v"erkt, zo als reeds werd opgemerkt , bij een druk van 228 mmo

Op de plaats, \',aèT het n~ngsel de kolom 4 binnengevoerd

'wordt, is stoominj ectie mogelijk gemaakt. Zou de

tempe-ratuur door onvoor.6iene omstandigheden te laag worden, dan kan zij door stoomtoevoer ':eer op de meest geschikte waarde

gebracht '.'iorden.

Van de kolom

4

wordt het mengsel gevoerd naar de destilla

-tieko lom

5

.

Hier wordt het \vater gescheiden van glycoJ en

di-aethyleengl;ycol. In kolom 6 VJ?rdt de scheiding tussen

gly-col en di-aethyleenglycol bewe:kstelligd.

Het va.cuum 1;',ordt gehandhél:.ifd met behulp van een valbuis,

Berekening yan enige groothed~nL betrekking hebbenq op de destillatie van het mengsel-glycol - wa~.

De twee meest toegepaste methoden ter berekening van een destillatie ~ijn die van I.1cCabe-Thiele en die van P

onchon-Savarit.

I,~ Bij de methode van McCabe- Thiele viorden ter vereenvoudiging

u-t'1.~ van de berekening enige benaderingen toegepast.

l

~o worden de mengvJarmten der componenten ver \'.aar1oosd.

~

Voorts wordt verondersteld, dat de molecul aire verda

mpings-,\yrt'.

warmten voor beide componenten gelijk ~ijn.

Als gevolg van de toegepaste benaderingen kan men in som-mige gevallen afv:ijkingen tot

30

5'6

krijgen.

De methode Vé--ID Ponchon-Savari t , v,'aar de genoe1!l.de

veronder-stellingen niet gedaan vvo rden, is dé:w_rom voor meer nauvv -keurige berekeningen de enig bruikbare.

Volgens J:'onchon-Savari t worden voor de glycol-vmter-d

estil-latie de volgende grootheden berekend :

èl.. Het minimum aantal schotels. b. De minimale reflux.

c. Het theoretisch aantal schotels en de voedingsschotel.

In de literatuur (22) kOElen een aantal gegevens voor be-treffende de destillatie van een mengsel van glycol en

vlater bij 228, -'1m druk. Aangezien geen gegevens gevonden

'werden voor de destillatie onder normale druk, werd de des-t i l latie berekend voor een druk van

228

mme

Nomenclatuur.

De hoeveelheid van de lichte component ('.'Iat er) in de

vloei-stof v.;ordt steeds aGngegeven door x.

De letter F heeft betrekking op de voeding ; R duidt de reflux aan, D het verkregen producten V' het residu.

De voeding.

Totaal vJordt per uur gE;destilleerd

3,

7

ton glycol

9

,

6

ton V'iater

0,2 ton di-aethyleenglycol.

De~e hoeveelheid ,",Jordt in t wee kolommen gedestilleerd.

De voeding per kolom is derhalve

1

.

85

ton .u_o lv_" col 4,él ton water

-11-De temperatuur van de voeding, die bij het kookpunt (8nder.

228 mm druk) in de kolom gebracht r.ordt' obedraagt 73

c

.

Het kookpunt V81l water bij 228 mm ~s 70 C. Het kookpunt

van glycol onder deze druk i~ 160 C.

Het z"vakke punt bij deze destillatie i s de omstö.ndigheid,

dat de berekening uitgevoerd is voor een mengsel van glycol en water, terv.:i j l er in v,,:erkelijkheid nog een

-kleine-hoeveelheid diaethyleenglycol bij aanwezig is.

Nu is deze hoeveelheid di-aethyleenglycol zee:r;'gering :

l"ti- ~;~ v:;'n he t to t al e ge'.';icht aon glyco 1 en v'ater.

Het kookpunt V1ill di-aeth::,rleenglycol i s hoog:

245

,

0

oe bij

760 mmo

Bovendien '. erden in de li ter. ~tuur geen l.li:.illv,ij zingen gevonden, dat di-aethyleenglyco 1

of

met 1,'!ater

of

met glyco 1 een

azeotropisch mengsel vo::cmt.

De~e over~egingen hebben geleid tot de veronderstelling, dat di-aethylcengl,).-col niet stoort bij de destillatie van

het \,,;xGer-glycol-mGngsel . 60U er een hoeveelheid di-a ethy-l eenglycol met de damp meegaen, dan v'ordt aangenomen, dat deze hoeve~lheid reeds onder in de kolom, b.v. bij de eerste

schote~uitgewassen wordt.

Het verkregen Rroduc1.

Er ~ordt verondersteld, dat het wat er , dat over de top komt,

voor 99 gew.~ zuiver i s .

Voorts, dat het residu maxi maal 1 gev.:. '7~ water bevat . Balans. (v~ater) 6750

=

D + " 6750 IC. 0.70

=

O. 99D ... O. OHi Hieruit volgt:

D

='

4

752

kg W

=

1998 kg.

De concentraties worden in mol. fracties uitgedrukt

Voeding : ll.,..2

=

0,442

mol. glycol

62

l.ShQ

₌

_{3,950 mol. 'water}

18

1

.

2

_:%

₀

_,

₀

₁₄

_{mol. di-aethyleenglycol}

106

4

,

40

6

mol. in totaal.

•

• -12-l'roduct

.9.2

::::- _{5,500 mol. v.'ater} 18 1 _{0,016 mo 1. glycol} 62

=

5,516 r::J.ol. totaal x

_n

::

222

_5,516 00

₌

0,997 Residu _I 18

=

0,055

.9..2

::: 1,547 64 1,602 mol. totaal ~V

=

01,602

2

022

=

0,034 De refluxverhouding :

Voor de berekening moet een vTu..:..rde voor de reflux bepaald

worden.

,

.

,

Onder de refluxverhouding viordt verstaan de verhouding

tussen de hoeveelheid vloeistof, die men terugvoert in de

kolom, tot de hoeveelheid vloeistof, die afgetapt wordt als

product. '.

\. Volgens Fenske (23) geldt voor een benaderde waClrde van de

" refluxverhouding de volgende formule :

I al' ':-" L I

I

XDI XDhk]

~y

~v

""

~

D :::

~-l

Xl - x

hk

~

_rJ..",

.V

H

l e r l n lS

·

. .

de mol. fractie van de lichte

com-ponent in de vloeistof, die over de

top komt, resp. in het rectificeren-de ·rectificeren-deel van rectificeren-de kolom.

de mol. fractie van de zware

com-ponent in de vloeistof, die over

de top komt, resp. in het rec-tificerende deel van de kolom •

c4. wordt als volgt gedefinieerd :

1

,

Heeft men een binair systeem met componenten A en B,

(

.

l)t\

dan is 0(, de verhouding van P

oA tot PoB ' waarin PoA en

V

V

J? de dampspanningen zijn van zuiver A en VUIl Zuiver

\

.\.1 "

BO~ij

een temgeratuY,L waarbij het mengsel kookt bij de

~y?

.

bepa2.1q..e.-GFuk" van het mengsel.

"

:

....-

In

"

"

ef

ê

--

g

'

~g~~en

formule valt bi j benadering de term tussen

V

haakjes in het tv.:eede lid "veg.

Hetokookpunt van het te destilleren mengsel bij 228 mm is

Î

•

•

De dampspanning van water bij

73

0g

is

265

mm

o

De dampspanning van glycol bij

73

C is

20

mrn (1). De waarde vooro<.. ·v_.'ordt nu

~-

_{20 - 13.}

De refluxverhouding v.ordt derhalve

.

--

--r-:---

"

12

....

---_.,._

..

-Bij de berekening vo 1gens .t>onchon-Savari t 'oNordt gebruik ge-maakt van een enthalpie-concentratie-diagram (een

W-x-fi-guur) , ",·:elke geschetst is in fig. 1 en die ontleend werd

aan

(22).

De waarden voor x_F'

Xw

en x_{D \-}vorden in deze figuur aangege-ven.

Om tot de bepaling van grootheden uit deze figuur te komen, moeten de "polen" berekend worden. Daartoe bepa,üt men de

specifieke refluxy'armte en de specifieke warmte, die men

aan de bodem moet toevoeren. (bodemwarmte ).

De totale hoeveelheid v'later, die over de top komt, bedraagt

per uur :

4752

kg.

De refluxverhouding is

1/12.

Derhalve wo rdt

1/13 x. 4752

kg =:

366

kg terug in de kolom gebracht.

12/13)( 4752

=

4386

kg wordt opgevangen als product.

De l atente verdampingswarmte van water bij

228

mm druk

be-draagt

18080

BTU per pound-mole.

(22).

Dit is

553

kcal. per

kg. Voor de reflux moet afgevoerd worden aan warmte :

366 x

553 =202398

kcaljhr.

De specifieke refluxwarmte wordt verkregen door de~e

hoe-veelheid QR te delen door de hoeveelheid destillaat

(4386

kg)

ol q :=

202~~8

=

46

kcal/kg

R

43

0 Dit is

1509

BTU/lbmole.

De bodemwarmte berekent men als volgt

QB': QR .... _{D. i Dl} + y, . i1;,~ - _{F. i F}

:=

202398

+

(4386

218) +

(1998

90) - (6750

63).

=

908346

kcaljhr

De specifieke bodemwarmte verkrijgt men door deling door de

hoeveelheid afloop :

Cl_{B -}

908346

==

455

kcal/kg

- 1998

Di t is

49504

BTU/lbmo Ie.

a. Bepaling van het minimum aant al schotels.

In dit gev .. ü i s er sprake van een oneindig grote reflux,

en dus VEUl een oneindig grote waarde van q (dit is de

hoeveelheid warmte, die men in de terugvlot!icondensor mo et

•

•

-

14-De pool PI ligt nu in het oneindige en de constructiehulp

-lijnen mothen dus steeds vertikaal getrokken worden.

Na ui tvo ering van de constructie vlordt uit de figuur af'ge-lezen, dat het minimum aantal schotels drie bedraagt.

(Vanui t het P'unt D moet dus een vertikale lijn

getrokken. "vorden. 3Deze lijn valt bijna samen met de

vertikaal door x D).

b. Bepaling v~n de minimum reflux.

In dit geval is er sprake van een oneindig aantal platen.

De hulpconstuctielijnen vallen samen met de isothermen.

Het platenaantal wordt eindig, ~odra de minimumrel.ux met

een willekeurig bedrag vergroot wordt.

I.:en trekt de isotherm door het "vo edingspunt 11 F en leest

uit het snijpUl1t van deze isotherm met de vertikaal door

x

D de waarde van de tlinimaal af te voeren condensatiewarmte

qHm af . Uit de graf~ek.blijkt, dat qRn een waarde heeft

vm1

50

BTU/lbmole. Dl.t lS

1

,

5

kcal/kg.TI

De refluxwarmte vordt derhalve 1,5 x 4386 = 6579 kcal/hr.

De lèLtente verdampingswarmte van \\Iater bij 228 mm druk

be-dra8.gt

553

kcal/kg.

De hoeveelheid reflux is derhalve : ~ _

553 - 12

kg/hr

Totaal komt over de top per uur 4752 kg.

De minimurnrefluxverhouding wordt dus :

4~~

0

=

3~5

c. Bepaling van het theoretisch aantal schotels.

De pool op de vertikaal door

x

=

XI valt bui ten de grafiek.

\.' eGens de ligging is dit punt

niet voor de constructie

ge-schikt. Het aantal platen in

de stripper werd daarom

bere-kend. Kien ziet uit de figuur,

'" ' dat men met behulp van een

e±--~

,

<

.

,

..

_

,

ogTU I ge:r:schap van de r~chthoek~ge

---t.l-~:---r, ---~~ drl.ehoek (KD_{1 :} KiJ = LN : Lz,).

, , I de stukken kan berekenen, die

I

/

/

,.

/

door de verschillende driehoeke van de as , waarop de mol.framt. zijn aangegeven,worden

afgesne-den.

Uit de grafiek valt af te le~en, dat de tvveede schotel de

vo edingsschotel V'IQ'l"dt ; uit de

grafiek volgen verder ~

theoretische platen.

Het werkelijke aantal platen

volgt uit : n= n(th)

sr,T

sr" is het gemiddelde plaat effect • Bij aanname van de

gemid-~elde waarde Véill

0

,

7

wordt het ",.erkelijke aantal platen

•

9 _,

-literatuur:

l J.W.Lawrie, Glycerol end the glycols,~U. rL.~u.t~::L~

·2. Fr.Patent, 457833, (1913) 0-. ~CJc-" .

. 3. U.S.l;atent, 1206222, (1916) A. ~~,

v

/j{.t:'

~'<:;'"

. 4. U.S.Pë.tent, 1237076, (1917) O.~. /éJlA.' ~

,5. U.S.Patent, 1402317,

(1922)W./.J.~i7ó~· ~

.

...:...~.

·6. Hibbert,

u

.

s

.

.

eatent, 12:7,0759, (1918) 1'J~.

7.A.rLarson, U.S.Pat é;nt, 2,153,064, (1939)lfo[J .

.lu.?~~~~a.J

8 .~]Lo der, U. S • .iatent, 2,285 ,448, (1942 'X..to é.J . .u... p~~ ~

<&..Ic..)

9. Fi at Final Reptr. 874, 19, 1947.

10. I . G. Farb enindustri e AG, Brit .l?atent , 292066 (1927) ~

· 11. U.S.:tlatent, 1,996, 638, (1935)«,.~~.u~'~"'YIP.~,'Jl].~~

12. Ind.~iJlg.Chem. ~, 2403, 1950. p'p'-Mc.~ ~·CJ.

"""

.

13.SLenher, J .Am.Chem.Soc.

22

,

2420-1, 1931.

14.T.r.Lef07,'t, U.~ • .ia~ent, 1,998,878, (1935 )lté~oc..ktf.~~ 15. Ind.Eng.Chem.

TI

,

432-8, 1945 .l..,ttc.flc.t.,/.l.b.~0I..P.A.Wt.~.

16'"JI.Twigg, i'roc.H.oy.Soc. (London), A188, 92-104, 105-22,

123-41, (194$ 17.A.Y,"urtz, J'J:Ul. 113, 255-6, 1860.

18.cI-:latignon, Bul1.Soc.Chim.France (5), 1,1308-17, 1934.

19. Item no. 822, File No. XXIV - 19 • . Anorgana G.I;I.B.H.

Werk Gendor:f.

·20. U.S.i'atent, 2,472,417, (1947) ~~.~.Îo~,,~~

21. E.Kirschbaum, "Destillier-und Rektifiziertechniek". ~,

22. Ind.~ng.CheI!l.

A1.,

373, 1950.Ju.-~~o(to.J.~·:.-..l~~

23.fhFenske, Ind.Eng.Chem. z..4.,482, 1932.

I

, /

.

~·~o

.R...

- -

-

- -

-

- - -