Verslag behorende bij het processchema: Azijnzuur

(1)

(2)

---=-:----,-~---,: _,_, , , , i ---- i' :: ! "

I

,; -_. - l,

I

t' ----U"" ₁_: , _: -. ' ·t·

,

!

1 (

;

-1

~

; : 'WIlL~ , , I Q-r _ _ _ _ _ _ _ _ j _ •• I , I : L , , ' : ' , , , , : '

?:

--" , , " WA'FR 1-_ _ -1-,-'9 Cl " I I I \ :JC~9(JoAM'

~

I

"J

T

-- - " ---,---:--~__r

l

1----1 ---"'1 " L ___ , , ~OfLER \ I \ I '\" / t

rj

-

~

I

~'SCONTINUE , .; DE' "'L L~ IIF , " ' ';',

-,

-1 KA1SW1111e CX2~1 JWUULEN'f,

/'$'

--

9:MIIL i,:2!r. 4 --- AZIJNZUUR _ -. t:... -_._ -- --- JU1I1~60'

...

-

" _l

(3)

/

--,

\

FABRICAGE-SCIIEMA 4e JAAR AZIJNZUUR J.W. Uijlenbroek Oostsingel 15'5 Delft

(4)

Inhoudsopgave.

§1 Inleiding

§2 Productie-methoden

§3 Overzicht van het proces a Reactie-mechanisme

b Katalysatoren c Uitvoeringsvormen

§4 Beschrijving van het proces §5 Materiaal- en Vlarmtebalans

a Materiaalbalans b Warmte balans

§6 Grootte-bepaling van de apparaten §7 Materiaalkeuze Literatuur 1 2

3

4 6 7

9

11 16

19

?2

23

(5)

AZIJNZUUR-~ABRICAGE.

§ 1 • Inleid ing.

Reeds eeuwenlang is azijnzuur bekend al s a?ijn,een 4-8%-ige

oplossing v~n azijnzuur in water,vroeger uitsluitend verkregen als "natuur-azijn" na alcoholische gisting van vrachtensappen(waaraan

kruiden en eventueel kleurstoffen zij n tlbegevoegd), tegenwoordig ook synthetisch bereid door verdunning van sterk azijnzuur.

De zeer oude methode van azijnbereiding door het druppelen van een alcohol-poudende voedings-oplossing(bv. mout-extract) over beukenkrullen,waarop een reincultuur van de bacterie mico-derma aceti is geënt,is in de loop der tijden verbeterd door er een meertrapsproces van te maken,terwijl door roeren met lucht van een alcoholische oplossing met reincultuur de opbrengst en kwaliteit zeer sterk verbeterd zijn.De azijn dient vooral als tafelazijn en in de conserven-industrie (inleggerijen) als conser-veringsmiddel.

De voortschrijdende beschaving creëert echter steeds nieuwe be-hoeften,waardoor o.a.de vraag naar meer en geconcentreerder azz. groter werd.De tegeIN/oordige

we~ldproductie

bedraagt ca.500.000 ton/jaar,de Nederlandse productie ca.2000 ton/jaar.

Van de productie wordt ongeveer 10 ~ gebruikt voor velerlei doeleinden: azijn,coaguleren van albumine,caseine,rubber,latex, bereidieg van acetaat-esters,en-oplosmiddelen,acetylderivatcn, hulpstoffen in de verfstof-industrie (loodwit) ,ook toege~a8t bij de fabricage van leer,touwwerk,li~oleum,kleurstof~èn,drukinkten,

lucifers,poe~smiddelen. 30 ~ wordt gebruikt voor de

cellulose-acetaat-industrie en

!

60 ~ wordt verwerkt tot azijn,uur-anhydride (een moderne methode gaclt met het zeer reactie,"'e en hoog onverza-digde keteen,dat met azz. tot anhydride reageert).Het anhydride wordt o.a. als oplosmiddel in de polymerisatie-industrie gebruikt.

Fabrieken die azz verwerken winnen veel (soms tot 80 ~) van het azz terug. Hiertoe moet het azz veelal weer geconcentreerd worden ui t een verdund waterige oplossing

Cl

30~& naar 98-99%) ,wat e~fec

tief kan gebeuren door azeotroprusch9 destillatie m.b.v.

acetaat-esters (methyl-,ethyl-,propyl-),1p.v.al het water over te destilleren.

(6)

1· ,,'

.',J:,/

§2.Productie-methoden.

De oudste en bekendste methode (enkele eeuwen oud) is de droge destillatie van hout,waarbij aan de gecondenseerde "houtgeest"(een mengsel van azz,water,methylalcohol en aceton) kalk wordt toegevoegd, zodat Ca-acetaat achterblijftna het verdampen der andere vloeistoTfen Met zwavelzuur wDrdt hieruit het azz vrijgemaakt en

afgedestil-leerà.Door rectificatie kan men tot 99,5~ komen.Aange7.ien hout ech-ter schaars en dus kostbaar is,wordt dit practisch niet meer toe-gepas}).

De opkomende chemische industrie heeft nieuwe processen ontwik~~' keld,die een grote productie van een goede kwaliteit azz mogelijk maken.

Van 1912-1925 werd de bereiding van azz door oxidatie van acetaldehyde met lucht of zuurstof ontwikkeld.Deze bereidings-wijze wordt ook nu nog verreweg het meest toegepast.Dit proces is

technisch gemakkelijk uitvoerbaar: de druk en de temperatuur zijn laag (resp. 1-10 atm. en 40- ?OoC) ,zodat dit geen moeilijlheden oplevert.Er worden diverse katalysatoraen toegepast,waarop later wordt terug gekomen.Het acetaldehyde (aa) kan men maken door hy-dratatie van acetyleen,m.b.v. Hg++-kats hij 90-98o~,waardoor een

10-%ige opl. van aa in water ontstaat;het aa wordt door destil-latie van 0

2H2,water en crotonaldehyde gescheiden. Het C?H2 kan bert.d worden uit caC₂ + H_{20 (oude methode);CaC 2 wordt in een} electrische oven geproduceerd uit kooks en ongebluste kalk bij

2000-2200oC.Als kooks gebruikt men het liefst petroleu~~.ooks, omdat dit weinig as bevat'modernere ontwikkeling).De helft van de _{C2.H2-productie}wordt na de oorlog echter uit petroleumraffina-derijen betrokken,hetzij direct als aardgas,hetzij indirect via diverse krakings- en reformingsprocessen,

Indien men veel ethanol ter

bis~ikkiI~heeft

(bv. door hy-dratatie van ethjleen op een raffinaderij) kan men dit oxideren tot aa,echter ook direct tot azz.Dit is een veel gepatenteerd ,doch slechts weinig uitgevoerd proces (wel in Amerika) ,dat eigenlijk allen relevant is bij een alcohol-overschot (Frankrijk)

Een deede methode is gebaseerd op de synthese van methanol en koolmonoxide.Hierover zijn in 1930-1940 veel patenten versche-nen,veelal op naam v~n Dreyfuss,ook Dupont de Nemours,I.G.Parben. De grondstof "en zijn geedkoop,de kats i.h.a. heteropoly-zuren en toegevoegde metalen als Cu,Pt~Pdof pe,0r,Mp,V,Ni,Co.De druk

(7)

en de temperatuur zijn echter zeer hoog:100-1000 atm,100-S00oC. Hoewel de hogedruk-techniek redelijk goed ontwikkeld is,stelt dit

proces dus wel de nodige eisen aan deapparatuur,die ook zeer

corrosie-bestendig moet zijn bij deze extreme reactie-omstandig-heden.Di t proces Ibs dus technologish moeilijk,met een dure

appara-tuur,hoewel de grondstof~en relatief goedkoop zijn.

Na de oorlog zijn de Kh katalytische oxydaties van

koolwater-stoffen ontwikkeld.Ook deze methode is veel gepatenteerd.Rpeciaal

de lagere kwstn ethaan, propaan en butaan zet men in aldehyden,

ketonen,alcoholen en zuren en esters om,zoailis formaldehyde

,mieren-zuur,azz en aa,etc.De temp. 300-S00oC,druk +80 atm.Deze methode

is slechts bij zeer grote hoeveelheden economisch,vanwege de vele organische producten,die ontstaan en die moeilijk te scheiden zijn. Ook kan men van Rpeciale kwst-fracties uitgaan om een meer selec-tieve reactie te krijgen;zo ontstaan bv. uit dimethylkwstn bij

oxidatie vetzuren: azz, propionr:uur, boterzuur, in wisse lende

ver-houding a~hankelijk van de reactie-omstandigheden, tot 60

%

om-zetting.Ohk hier blijft nog veelscheidil~swerk over om de

diver-se componenten zuiver te krijgen.

Verder zijn vele patenten verschenen die déverse methoden

beschrijven,bv. directe ,_{oxydatie van C2H2,uit C2H2 +}

ethyleen-oxyde + 02,enz.

§3.0verzicht van het proces.

Bij het bAer beschreven proces wordt azz geproduceerd door oxydatie van aa met O?.Het kan gedacht worden deel uit te makem

van een groot chemisch bedrijf,waar o.a.de bereiding van C₂H₂

en de verwerking ervan tot diverse producten plaatsvindt,dus bv.

in de petrochemische industrie ,wannä- het C₂_{H2 uit een}_ r~ff .gas

afkomstig is,hf het C2H? wordt bereid uit r,aC2,w~nne~! geen

aard-olieproducten voorhanden zij n, zoals in Duitsland het geval was. Een productielijn kan dUR zijn:

1) 02H?-winning

2) hydratat_{ie van het C?H2 tot aa}

3) oxydatiBe van het xxx aa tot 'aaz

4) verwerki ng van azz tot verdere producten, bv. anhydride, acetaten,

esters,voedingskwaliteit azz,enz.

Het

bes~even

proces is gebaseerd op lit.(2)(3)(4)(5);de

(8)

a.Reactie-mechanisme.

---

---Uit de literatuur-publicaties van

1930-

1

_9AO

_blijkt,dat _er

veel onderzoek is gedaan naar de gang van zaken bij de oxydatie

van aa,(6)(7)(8)(9).

Al lang was bekend ,dat perazijnzuur een belangrijk tus~en

product was,(3)(4)(7)(9)(10),zodat de reactie globaal a.v. kan

worden voorgesteld:

CH)-CHO + 02--7' CH_j _{CHO.0 2} (perazz) Ca)

CH

3

-CHO.02 +CH

3

-CHO ~ 2 GH

3

COOH (b)

Toch konden metingen van de reactiesnelheid geen duidelijk onderscheid maken tussen deze twee bimoleculaire of de tri-mole-culaire reactie:

2 CH

3-CHO + 02~ 2 eH3 COOH (c) (7).

Uit metingen van het oxydatie-verloop en de thermische

ontle-dingsproducten van aa in de koude vlam-z~ne (+ 20000j

(9)(7),

blijkt dat er in eerste instantie een peroxyde gevormd wordt,dat isomeer is met het overeenkomstige perzuur,en dit be1nvloedt de

verdere reactie en reactie-producten,naargelang de product~n waarin

het ontleedt.

Ben overzicht eB verklaring van alle onderzoekingen

wor~tge-1 t I{"

\~ I, geven in (10).Hierin wordt het volgende reactiemechanisme

voor-gesteld (voor oxydatie van gasvormig aa met 02) :

Vr'/(,,;l(C' J 1) a)

éH

3 .-

~

· ;-:

-

-;:!!.:c

7}i

r

ê tiJ

-

t~~, ~

C

1f3l~C:

.'

~

c:

/-llO f CH₃

c{

o

f!

b) CH₃

,-ç;~-{/:f)+ UI=3-L~

'

"

--?CH3C

~OO

-

i-I

+

(f-13

_c_~:O

- 0 . ~O (...I 2) ê

rij

-C ;... _~ .r. - eH <" C

-c-"t-(...I..,. - : > 3 --~ ~

~ -c-'

3) c. i-f. - 'O-CJ-

H

~I-I _ -, 4" 'f ...,I-,C'-tJf/ r

3 C. __ _.L. C 3 ---c _ ~ L- ,. -' ) - L-- -) - C L/3 _/ _

' 0 ' - 0 .:J - (/ r IJ ~ .... c)

4) (. (-/3 -

é~ ~~~(j{lD"""<l/

) - -- :; é

0

-f- lid) f

heG

~

5)

CIi

₃

-c,:'c-c

.f.-() .. - --> /f.(t7CH +-(02 t

01/-- 01/-- 0 ..

De reacties 4) en5),die de

rèactie~eä~Hreken,leiden

dus niet

tot het stabiele perzuur,maar tot splitsingsproducten.Dit

hoe-ven niet de aangegeven producten te zijn,bovendien moeten de

radi-calen verder reageren.Maar onder de afbraakproducten moeten zij~

HCOOH, _{CO 2} en 0,0, zoals in 1931 en 1933 ge"Tonden is. Ui t de

reactie-omstandigheden van bovengenoemde keten ontstaan echter vnl.

2-C-prodtften: ethyleen,ethaan,a~ z en CO" en de 1-C-stoffen moeten

!

-dus op eeh andere manier ontstaan zijn:splitsingsproducten van de

actieve tus~envorm van het perzuur,d4t ook de stof met de byzonder

(9)

Uit reactie 1) blijkt dat er twee inleideflde rear'ties moge-lijk zijn,uit de gemeten reactiewarmten bmoge-lijk t echter,dat de tweede mogelijkheid de juiste is (reactie 1b»):het actieve

CH3CO.OO~ leidt met CH

3CHO de keten-reactie in,terwijl het op

zichzelf aan de wand,àf met 02 in de gasruimte de keten afbreekt

en splitsingsproducten geeft.

Hoewel de oxydatie in de reactor niet in de gasfase plaatsvindt en niet bij zo'n hoge temperatuurPtlewel dit niet geheel onmogelijk is,daar het aa bij 4 ata en 70°C bijna kookt,en de temperatuur plaatselijk best hoger dan 70°C kan zij n) ,geeft het bovenstaande toch wel enig inzicht in het ontstaan der verschillen-de reactie-producten.

b·~~~~1~~~~2~~~·

Het aa ondergaat in l~cht auto-oxydatie,maar slechts zeer

langzaam,en dit kan dus technisch niet gebruikt worden,temeer

daar er grote hoeveelheden perazzpntstaan.Bij gewone temp. ontleedt

dit met veel warmte,of explosief in azz,bij hogere temp. is het

instabiel(70-80oC).Het explosiegevaar: van pera7.z (vooral in

dis-continue processen) is lang niet den~eeldig;men kan het bes~j

den door veel azz in de begin-onl. te nemen,bij hogere temp. te

werken,of een ontledingskat. toe te voegen. Een tweede exnlo~ie

gevaar zijn de gasmengsels van aa en 02 in de vrije ruimten van het toestel.In 1912 worden de eerste kats. ontdekt,dievele goede eigenschappen in zich verenigen,Mn-zouten (11): ontleden van

perzuur,doordat het MnII erdoor in zijn actieve vorm -'MnIV wordt

omgezet;versnellen van de twee fasen van de oxydatieseacties,

i.h.b. de tweede fase (zie vgln. a) en b»;en ze staan het werken O~E

der druk toe bij lagere temperatuur,waardoor de vluchtigheid van

het aa sterk vermindert.

Er werden ook vele andere metaalzouten geprobeerd:V,U,~e,Co,

Ni,Cr,Ce,en combinaties wDrden veel toegepast,bv.Mn-Ce-acetaat(5),

Co-Mn-acetaat (ICI-patent van 1927). 98%)

Het rendement aan zuuropbrengst9

'§r

i

jkt

hoger te liggen,

naar-mate de ra~z~~~ oxydatie sneller gaat.Lucht geeft een lager

rende-ment dan

°

_{2 •}

De actviteit van de kat.-zouten zijn in afnemende activ

iteits-volgorde:Co,Ni,Mn,Ce,IT,Jile,Cr,(4).In een Japans artikel(12) wordt

echter voor de acetaat-kata. de volgende reeks van afnemende

acti-viteit geconstateerd:Mn-ac2/ co-ac?>cu-ac2)Fe2-ac6>cr-ac3/ _Ni-ac3.6H20.

5

(10)

-Co blijkt een grotere cO₂-vorming tot gevolg te hebben.

Ale andere kats zijn voorgesteld :fijnverdeeld pt of Pd,

metaalzouten van Ni,Co,Fe,Or,V,AI,Ou,alleen of gemengd ,en evt.

toegevoegde

acet~en;ahsorberende

agentia:alleen (actieve C) of als

drage~ van geprecipiteerde zouten:kooks,kaolien.

In het Nederlands octrooi 38323 (1936) (A. G. fUr

Stickstoff-IUnger,K5In,Knapsackt wordt als veelbelovende kat. ozon 03

aanbe-volen:Bijna 100-%ige omzetting,weinig of geen bijproducten,er is geen vast residu,Het chemisch zuivere zuur kan zonder destillatie of verdere zuivering voor de meeste doeleinden verwerkt worden. Een korte berekening toont echter aan,dat dit een dure kat.is:

(

1\. ', voor een productie van 2000 tonazz/maand is een i nvestering van

f.1.000.000 nodig voor de ozonisator-apparatuur en ~.7~O per dag

i aan electrici tei t, zodat de ze kat economisch waarschi j nl itJ.k niet

verantwoord is.

c·g!~!~~!!~~!2!~~~·

De technische uitvoering komt over het algemeen op het

volgen-de principe neer: in een reactor wordt iM~htxm~t aa met lucht

of O

2 geoxydeerd,waarna het ruwe azz in diverse

rectificatiekolom-men gezuiverd wordt.De gassen die uit de reactor komen worden

af-hankelijk van de hoeveelheid gecondenseerd (02),of in wastorens

van meegevoerd·~ azz en aa ontdaan (bij lucht-ox~datie) .Daar de

om-zetting zeer hoog is,(90-97 %),is de zuivering van het ruwe zuur

vrij eenvoudig uit te voeren door enkele destillaties.

De reactor-uitvoering wordt bepaald door de manier van afvoer

van de vrij aanzienlijke reactie-warmt~ (~ 71000 kcal/kmol).De

koeling van de reactor kan men inwendig doen met koelspiralen (6),

of uitwendig door een d~ van de reactor-inhoud huiten de reactor

door een warmtewisselaar rond te pompen(5).Dit bevordert tevens een goede menging.In Amerika wordt wel tegenstroom toegepast.Goede menging verkrijgt men ook door de reactietoren te vullen met

ringen,maar dit wordt nauwelijks toegepast;echter wel in een 1.0.1.

patent van 1927 _{,waarin tevens enkele bovengenoemd}n principes ~ijn

verwerkt: Een reactietoren,gevuld met Al-ringen,wordt van hovenaf

bevloeid met ruw azz,waarin Mn-~Co-ac.is opgelost;vanonder wordt

~",~,v.llucht toegevoerd,in het midden aa.Reactietemp. '~9oCi door een deel

~: buitelbm te pompen en te koelen.Hier krijgt men dus goede menging

v

c::

_{door pakking,rondpompen en lucht-(N2 )doors{oming, terwijl toch}

wei-nig aa met de N

2 meegaat,omdat het boven in de azz wordt opgevangen

6

(11)

-. 15-\ "-'C .... ~ . , .

:

,

-'

)

~

-~-. 1 ~, .

-®

"

(12)

---~--- - -

-, '

I

en geox,deerd ,terwijl de vloeistof naar beneden stroomt ·~tegenstroom 1

met lucht),omdat het sterke az~ beneden wordt afgetapt.De temn.

bovenin wordt op 20~C gehouden om aa te condenseren,onderin op 100QC

om perazz te vernietigen en aa uit het azz te verdrijven.Het onder

afgetapte azz wordt naar een rectificatiekolom gestuurd,waar over

de top zuiver azz kont;het ketelproduct (azz + kat) wordt weer

bo-ven in de reactietoren gevoerdl ,/

Indien met lucht geoxydeerd wordt moeten de grote hoeveelheden

gas uit de reactor in enkele wastorena gewassen worden, in de eerste

wastoren met ruw zuur(om aa uit te wassen)dat terug gaat naar de

reactor,in de tweede toren met water om het azz uit te wassen,di~

gaat naar de destillatie.

Men kan de druk variëren van 1-10 ata (bij lucht 6-8 ata om

de partiaalspanning van de O2 op peil te houden~ ,de temperatuur

ligt altijd tussen de 40 en 700

e.

§4.Beschrijving van het proces.

Als doel werd gesteld het produceren van 1300 to~maand

technisch zuiver ijsazijn,dit is dus ~ 15000 to~jaar,ongeveer

7-8 x de Nederlandse productie.

iP

10;,

,.-De reactor en de bedrijfacondities zijn overgenomen uit

(5).

De r\ctie-temperatuur is 700

e

:snelle afbraak van perazz,

minder koelwater nodig door groter temperatuu±verschil,dan wanneer

bij lagere temp. ge"erkt wordt.De druk iA 4. ata;deze moet zo

hoog zijn om het azz en vooral het aa zo min mogelijk te laten

ver-dampen,zodat voor reinigen van de reacto~gassen slechts een

con-e \ ( ~

de nsor nodig is. __ . I\-:t-;I" •. [ ,

---~ - , ~

Uitgegaan wordt van aa,dat 0,1 ~ water bevat,en a~komstig

j is van de aa-~, waar het verkregen is dpor hydratatie van

acetyleen.

Als kat, gebr~kt men O,1gew.~ Mnyacetaat.4H20,o~~ é

water dat in de opslagtank

l

wordt toegevoerd (zie bijgaand

schema).Het mengsel wordt met ~ 1500 kg/hr in de reactor 2

ge-pompt .

De oxydatie geschiedt met 02,uit een Linde-fractioneerkolom

voor vloeibare luch_{t afkomstig. De O2 bevat nog 10}~ N₂,wat dus

gunstig is voor de menging in de reactor, terwijl tevens de äà-0₂

verhouding in de top van de reactor onner deexplosiegrens wordt

gehouden (explosiegrènzen aa-lucht-mel1gsels: Ctlergre~~ 4,1vol~

aa; bovengrens: 55, Ovol~ aa, (13)).

(13)

~. C "::.

,,,," \

t'" c'"

~'J')Jl

De aa-omzetting is ca.

96

~ in azz,2

%

in bijproducten, 1,5 ~

v~ _{verbrandt,terwijl 0,4} _~_{niet omgezet wordt.}

De reactor bestaat uit een 12 m hoge toren,van staal,aan de

binnenkant bekleedt met Al

(99,5%)

om corrosie van ret staal tegen

te gaan.De toren is verdJ1d in 6 delen van elk 2m hoog.De delen

zijn van elkaar gescheiden door

7,5

cm dikke ringen van een

Si-AI-legering;in deze ringen zijn drie gaten aangebracht: een "VOor de

inleiding van 02(alleen in de vier onderste afdelingen ),en twee voor

de in ... en lÏl.itlaat van het koelwater ,dat in zes spiraalvormige

Al buizen tot onder in de afdeling loopt,en via een centrale buis

weer terug naar het uitlaatgat in de ring.De diameteT van de toren

is

90

cm.Tussen elke a~deling is ook een zeefplaat (juist boven

een ring aangebracht) om de gasstroom te breken en fijn tf- verdel.en

voor snellere oxydatie en roeref~ect.De verblijf tijd is ~ 3 uur.

De 0, wordt toegediend via een rotameter,en zodanig gecontroleerë

dat de controle ook betrekking heeft op het koelwater in elke sectie.

In elke sectie wordt 'Lus ruim 1/5 deel van het aa geoyJdeerd ,zodat

de reactie goed onder controle gehouden kan worden. In de vijfde

afdeling wordt het mengsel uitgeoxydeerd,~e zesde afdeling is iets

wijder uitgevoerd en doet dienst als spatkolf.

De gassen,vnl.N2 en C02,ma~lr ook 02,azz,aa en formaldehyde,

gaan naar de condensor

l

,waar het azz en aa worden afgescheiden

en teruggevoerd naar de reactov.De niet eecondenseerde gassen

worden afgevoerd in de atmosfeer.

Boven uit de reactor gaat het ruwe zuur naar de eerste

recti-ficatiekomom 4,die bij 1 ata werkt.De druk wordt via een

regel-afsluiter van 4 op 1 ata gebracht,en het azz wordt dus in de kolom

gKRxXRmt

gespoten.Er is geen flashkamer nodig omdat de voeding

bij 700C binnenkomt,dit is dus een stuk onder zijn kookp~ van

115~C,zodat bijna geen damp ontstaat bij het aflaten van de druk.

De to!'en is gevuld met 1" Al Raschig-ringen, omdat een Al

schotel-constructie betrekkelijk moeilijk is uit te voeren. Het ruwe zuur

wordt in de~~e toren gescheiden van de lichte verontreinigingen:

aa,methylacetaat,methylalcohol,mierenzuur,water en iets azz, terwijl de grote massa van het az? via de bodem van de kolom

naar de oxydatietanks

2.

loopt.Het hlijkt nl.ownogelijk om de

kleine hoeveelheid paraldehyde (kpt 1240C.J ,O?3 kmol/hr) door

rectificatie te scheiden van de grote hoeveelheid azz (kpt 118oG~

32 kmol) ,daarom wordt

he~%î3d~~~IÓ~

(kpt bodemprodu,..t}. gedurende

5 uur geoxydeerd met een kleine overmaat Na?Cr 207,opgelost in water.

(14)

Na de oxydatie gaat het zuur verder naar de tweede recti-f'i-catiekolom .§.,waar het van ethylideendiacetaat+zoutslurrie wordt bevrijd (bodemproduct) .Bovenuit komt het gezuiverde topproduct,

dat technisch ijsazijn genoemd mag worden (

99

10

azz, 1

%

water)

Het topproduct uit 4 wordt ~Ent±nM discontinu (eens per 24

uur) gedestilleerd in kolom 7 en gescheiden i n aa,dat terug in de

voedingstank

1

gaat, een methylalcohol-methylacetaat-mengsel,dat

in een ander de~ van het hedrijf verwerkt of eventueel verkocht

kan worden,een water-mierenzuur-fractie,die weggegooid wordt,en

een azz-water-fractie,die terug in kolom 4 gaat.

§5.Materiaal-en Warmtebalans.

Op pag. 10 wordt in thbel 1 een o~erz1cht gegeven van de

eigenschappen van de bij het proces betrokken stoffên.De jeqevens

hiervoor zijn ontleend aan lit.

(2)(3)(14)05)(16)(17)(18l~Tè1ehover

pag 10 is een grafiek van de dampdrukken der diverse vloeistoffen

(15)

~

+

I

f

+---

---'f

:

i b ~ , ;) ~

-~._--_._._-J

r-

-I

I ! / I . ! _J ! __ ...

I-!

I

-I

I

-,i ./ . -I

I

! i / i !

jij

.-

--.---.----

...

--

-'-,~-

-.

'

,. (' /

/

j .' r f J /' .. /

(16)

I j,

•

Tabel 1. Overzicht der stofeigenschappen. naam der afkor- bruto mol.

stof ting ~ormule gww.

acet- aa aldehyde water H 20 methyl- me-acC 3H602 acetaat methy1- me-alcCH₄0 alcohol mieren-zuur nar- par _C6~ :P3 aldehyde ethylideen eda C_f H 1004 diaretaat 60 44 18

74

3? 132 146 soortelijke warmte kcal kcal verdampings-warmte kcal Kcal kmoloC kg

°c

kmol kg 31,3 0,522 ?4,3 18,0 0,552 1,ÖCO 34,6 0,4(8 19,~ 0,601 ~_'7 ,6 O,A 36 '70 5810 6010 9730 72')0 96,8 136,? 540 98,1 8400 '6?,8 5520 11Q,9 qgOOx) 7~x) vormings-warmte kcal (250C) kmol -116200 - 45210 - (B317 zuurstof _{0, 02} N? _N2 CO? CO₂ 32 B,27+0,000~~BT stikstof 28 6,50+0,001T kooldi-oxyde mangaan-acetaat natrium- Na-acNac2~300 2 adetaat- 8 . chroom- Cr-acCrC H 902 229 acetaat 6 natriumdi- Na₂cr₂0 7 262 chromaat form- form _CH20 30 aldehyde x)

=

aangenomen waarde 10 gr.o'1gel.E!tof in 100 gr.warm water 64,5 (4aq) 170 pnlo-ebaar 50B (2ao.)

(17)

--@

---.

----

,,----L

__

~~

_--..

---I

i

._ -__ -.l. I i I

I

i , ,

-p

(18)

a. Materiaalbalans.

---Voor de nummering der stromen zie bijgaand schema op de tegen-overgelegen pagina. Alle hoe,'p.elheden zij n in kmolof kg per uur.

REACTOR

Ingevoerd wordt: 14@6_,. - kg aa =33,787 kmol == 100 ~

Di t bevat : 1, r:; "H?O == 0,083 " == 0,1 gew%

Toegevoegd als kat wordt 0,1 gew5~ Mn-ac • .1H₂0,ongplost in ?,t:;kg water.Dit is 1,04 kg Mn-ac=O,006 kmo~=

en 0, 44+?, '5 kg H?0=0,t63< kmol Dus totaRI 4,44 kg H?~~0,?46 kmol.

Q~~!~~!ES_!~E_~~~_~~ 100 ~~ _{= 33,78}7 _kmoll. Tot azz 96,1% ₌₌ 32,464 11

verbrandingsprod 1 ,

t)

%

S: 0,511 11

par 0,2% = 0,068

_"

(=

0,

0

23

kmol par) bijproducten 1 ,8~ = 0,614 11 niet OIJgeze t 0,4% :: 0,130 11

~~

100

_%

33,787 11

_\fY'"

I'

~~)/

Y2~~!~_!~~_~!JE~2~~2~~E

De bijproducten zijn: form,me-ac,mealc,mizu en

---

eda.Aang~n.omen

-. ---- -- - ,..

-.-.-.---is,dat het atoompercentage koolstof,dat in 0,614 kmol aa aanwezig is,evenredig aan het aantal CTatomen in elk bijproduct over deze bijproducten verdeeld word~,du' in de verhouding 1 :3:1:1 :6,zodat van elk bijproduct een gelijk aantal kmolontstaat Dit is dus een willekeurige aanname.E.e.a. wordt in tabel 2 toegeli~ht.

Tahel 2.Bijproducten.

nrod. formule mol% cfoC ~f,H 0/,0 kmol/hr kg/ hr

_~~

____

2~g~Q

_____

1Lê ___

1L~

ZL2 1L§ __

QLfl~

____

~t~~g f'orm t;H 2O 0,3 o,~ 0,6 0,3 0,10? 3,06 meac C 3H602 0,3 0,9 1,8 0,( 0,102 7,5') mealc CH₄0 0,3 0,3 1 ,2 0,3 0,102 3,26 mizu _CH2O? 0,3 0,3

°

6 0,6 0,102 .1 ,69

.

_• eda _C6H,004 0,3 1 ,8 3,0 1 ,2 0,102 14,89 3,fi 7,2 3,0 0,510 33,Ai:)

Door de bijproducten wordt dus 1,2 atoom~~

°

opgenomen,dit is 0,6 mol'1n 02 :: 0,203 Kmol 02= 6,43 kg,juist de gewichtsvermeerdering van de bijpro-ducten t.o.v. het oorspronkelijke aa.

(19)

- - _ .

-y:~!:~!:~~!~

1,5

%

van het aa ,rerbrandt tlbt CC" en water:

L

C₂H₄

°

+ 21/2 02

---+

2 C_O2 + 2 H₂₀

Dus uit 0,511 kmol aa ontstaat 1,0~~ _{kmol CO 2 en} 1,0?~ kmol H₂0.

Er wordt verbruikt 1,278 kmol o?

Met stroom

CV

ontwijken alle gassen,die niet in conden~or 3

gecondenseerd worden: N_{2 ,O?, CO}₂, "form, (deze ontwijken via

0 ) ,

~n iets van het azz en aa,dat nacondensmr 3 via 4 weer tergg gaat

na.ar de reactor .Bij de berekening van de ga-;RamenptelJ ing in

®

zijn de gas-en vloeistoffase ideaal verondersteld.Dit mag,daar

volgens (2'0) de stof:fen bij een druk minder dan 10% van hun kritische

druk weinig of niet van de idealiteit a~ijken.

Het totale 02verbruik voor de verbranding,debijprodu~ten en de

oxydatie tot aa is 17,718 kmol.Ingevoerd wordt 18,OOCkmol,dit bevat

2,000 kmol N

2

=

10 vol~~_Er blijft over 0,28~ kmol

°

2

-Voor de reactor en condensor

1

kunnen nu de in tabel 3 vermelde

stofstromen worden opgeschreven. Tabel

3

.Mate~i~lalbalan.q

KmoIZEF l~

r

m

o,rer

@)

de r(§Jctor~ 'en conden.qor

_r~

3.

azz 0,294 0,?94 0,294 32,474 aa 33,787 0,010 0,010 33,797 0,120 H₂₀ 0,246 0,246 1,268 meac 0,102 mealc 0,102 mizu 0,102 par 0,023 eda 0,102 Mn-ac 0,006 0,006 form 0,10? 0,102 co~ 1,022 1 ,O?~ °2 18,000 0,28~ 0,282 18,000

N"

2,000 2,000 ?,OOO 2,000 54,039 3,710 3,406 0,304 54,337 34,~99 12

(20)

i , I ,0/

r

I

i

3 ~

l i i - - ~-\ i

"

~

t ; 'f- --3

I

.

t.-.

" ~O

.

~

I

I \" 3

(21)

In tabel 4 zijn de stofstromen uit tabel 3 in kg/hr opgegeven. Tabel 4. Stofstrome n

(f)

t/m

®

in kg/hr. K~Znr

:.1

\1'

~~~

a1

~

r!2

azz 1",64 17,64 17,64 1948,44 aa 1486,6~ 0,44 0,44 1487,07 ~,28 H~O 4,44 4,44 ??,8.1 meac ",'55 mealc 3,?6 mizu 4,6Q par 3,04 eda 14,89 Mn-ac 1 ,04 1,04 1,04 form 3,06 3,06 CO₂ 44,97 44,97 °2 576,00 9,02 9,0?' 576,00

N

₂ 56,00 56,00 56,00 56,00 21':?4,11 131,13 113,05 18,08 2142,19 2011,03

KOLOM

1 Irt

deze kolom moet het grootste deel van het water verwijderd

worden. Als sleutelcomponenten zidn gekozen: H₂0 als lichtste

sleu-telcomponent,en azz als zwaarste sleutelcomponent.Met de formule

log

~

=

C.a uit Perry,pag 625, is de verdeling van de andere

componenten over de top en de bodem te berekenen; D

=

kmol topnroduct,

K :: kmol bodemproduct,a

=

relatieve vluchtigheid van de betreffende com:lóoG

ponent,t.o.v. de z.s.). In graf'iek 2 is deze formule uitge~et door de

punten: azz (1;-2,'59) en H20 (1,7;0,457).Het blijkt,dat alle com-nonenten lichter dan l.s. over der top gaan,en alle comcom-nonenten

zwaarder dan z.s. gaan met het ketelproduct mee.De a-waarden ?ijn

uit grafiek 1 genomen bij 100°C. Dit is de gemiddelde temperatuur in

de kolo~ (toptemperatuur 950C,bodemtemperatuur 117 0C,kooktemuerat11ur

van de voeding 115 0C).De hoeveelheid mi?u verdeelt zich evenredig

met het watpr over top en bodem, omdat het de7el fde vluchtigheid heef't.

In tabel

5

zij n de stofstromen 'Tan de kolom in kmol/hr en

kg/hr .. opgegeven.

(22)

Tabel 5.Materiaalbala a 100 \ . .:-) kmolihr aa 1'7 0,120 '1,29 0,120 S!, '8 meac 6 0,102 7,5'5 0,102 '7,55 mealc 5,5 0,102 3,26 . 0,102 3,26 H20 1 ,7 1,268 ?2,A3 0,942 O,3?6 16,96 5,87 mizu 1 ,.~ 0,102 4,69 0,0'75 0,027 5,45 1,24 aZ3 1 32,474 1950,16 0,083 3?,391 4,98 1945,08 par 0,7 0,023 3,04 0,023 3,04 eda 0,013 0,102 14,89 0,102 14,89 Mn-ac 0,006 0,006 1,04

34;299

2012,65 1,424 32,875 43,48 19V 1 ,1.6 OXYDATIE-TANKS

Door de zeer kleine relatieve vluchtigheid van azz t.o.v. par

(a

=

1,2) en de zeer kleine hoeveelheid par, is het onmogelijk het

par door rectificatie van azz te scheiden (tenzij men een y.eer lange

kolom neen_{t).Daarom wordt het par geoy.ydeerd met Na2Cr207 gedurende}

vijf uur in de oxydatie-tanks 2.Men voegt per uur toe ca. 7kg Na

2Cr?07.2H20,opgelost in 1,5 liter warm water.Er wordt geoxyde~rd

in vier tanks van ruim 2, '5 m3 inhoud ,die elk op

~··

lil.ti

n

beurt gevuld

en geleegd worden. Zoals uit onderstaande reactievgl.blijkt ontstaat er water en wordt er azz verbruikt.De CH

3CO-groep is als Ac aangegeven.

Na2Cr207 + 3AcH + 5HOAc ~ 2NaOAc + 20r(OAc)3 + _4H20

(=1par)

0,021 0,063 0,105 0,042 0,042 0,084 •••••• kmol

Ondanks een kleine overmaat bichromaat wordt niet al het par geoxydeerd.

Op pag

15

is de materiaalbalana over de oxydatie-tanks gegeven, in

tabel 6.

KOLOM 2

Hierin wordt het azz ontdaan van het eda en de bij de

vooraf-gaande oxydatie gevormde zouten,die als een slurrie met het

ketel-product meekomen en weggegooid worden. Uit log

~

= C.a ,uitgezet

door de punten eda (1;-0,043) en azz (4,43;2 473) in grafiek 2,

blijkt ,dat alle stoffen zwaarder dan eda met

~

azz over de top gaan.

De toptemperatuur is 11700, de bodemtèp eratuur 1330c.In tabel 7 is

de materiaalbalans gegeven. 14

(23)

-Tabel .6.Ma~eriaalbalans van de oxydatie-tanks.

®

(t~

~ ~

;

~ ~

kmoi hr kg hr kmo hr kg hr km0.l_hr kg/hr H20 0,326 5,87 0,134 2,41 0,544 9,80 mizu 0,027 1,24 0,027 1,24 azz 32,391 1945,08 32,286 1938,77 par 0,023 3,04 0,002 0,26 eda 0,102 14,89 0,102 14,89 Mn-ac 0,006 1 ,04 0,006 1 ,04 Na-ac 0,042 3,44 Cr-ac 0,042 9,62 Na 2Cr207 0,0?4 6,?8 0,003 0,79 32,875 1971_,16 0,158 8,69 33,054 1979,85

Tabel 7. Materiaalbalans kolom 2.

@

t!)

t!3J

@

14

kmolihr k~ihr kmolLhr k~ihr kmolLhr k~Lhr ~ew-%

H 2

°

0,544 9,80 0,t;44 a,80 0,50 mizu 0,027 1 ,24 0,027 1,24 0,06 azz 32,286 1938,77 0,086 5,16 32,200 1933,61 99,35 par 0,002 0,26 0,002 0,26 0,01 eda 0,102 14,89 0,092 13,40 0,010 1,49 0,08 Mn-ac 0,006 1,04 0,006 1 ,04 Na₂_{Cr 207} 0,003 0,79 0,003 0,79 Na-ac 0,042 3,44 0,042 3,44 Cr-ac 0,042 9,62 0,042 9,62 33,054 1979,85 0,271 33,45 32,783 1946,40 100,00

In de la~ltste kolom van tabel 7 is een specificatie van het azz

in gewichtsprocenten opgegeven. Ter vergelijking zijn in tabel 8 enkele specificaties voor chemisch ?'uiver ijsazijn volgens diverse instellingen

gegeven.De tabel is ontleend aan (?1).

Tabèl 8. spec1fi~ä~iee à:Z~iver ij sazij n

L~u:}<Frffr ste c-i-a-l:~~_U_SP_X_\._I I _______ C_._P_. _-_

-a-c-e~t-a~l~d-e-hy-d~e--- 0,05~max

zuurgr.als azz 99,5%min

klemr water-wit mierenzuur 0,02~~ax smeltpunt 15,6 Cmin niét-vl.best.delen 0, '1~max 8,74 Ibs 99,5~min id. id. 0,0265#,max 0, '5<1"max id. 99,5%min id. O,OO%msx 16,24 Cmin O,OOOSofnmay O,2ofnmax id. watergehalte

gew/gallon 20°C

(24)

-DISCONTINUE KOIJOM .. 3

In tabel 9 zijn de fracties opgenomen,die per 24 uur worden terug-gewonnen.

Tabel 9.Materiaalbalans kolom 3.

. .-J 3de dest ketel

kmol d kg dag kg dag

aa 0,1?0 3,60 157,2 1 ,3 meac 0,102 2,45 4,4 170,2 6,7 mealc 0,102 2,45 78,4 1 ,9 73,6 2,9 H?O 0,942 23,60 424,e . 0,4 4,7 415,6 4,1 mizu 0,057 1 ,37 63,0 63,0 azz 0,083 2,00 120,0 15,1 105,0 1,424 35,47 1026,0 163,9 249,8 503,2 109,1

Deze hoeveelheden zijn niet doorberekend in de materiaalbalans

v~n het eindproduct.Indien dit wel gebeurt (het aa uit de eerste

destillatie levert 214 kg azz en het azz uit het ketelproduct 10S kg azz/dag) wordt er totaal per 2l uur geproduceerd:

24

x

1933,6 + 214+ 105

=

46725 kg 100~-ig azz/dag.

bij 36,> volle productiedagen per jaar. is dit 17050 ton,zodat het gestelde doel vàn 15000 ton/jaar zeker gehaald kan worden.

b. Warmtebalans.

---Bij de bepaling der warmtehoeveelheden zijn de mengwarmten ver-waarloosd.

Voor alle balansen is het nul-niveau dpr energie bij 20dC gesteld.

Op het schema bij pag. 17 zijn de temperaturen vermeld.

De warmte-inhouden en verdampingswarPlten der dbrerse strómen l'er

j{mol zijn berekend door

Mtt

aantal kmol van een component te

vermenig,ruldi-gen met de betreffende warmtegrootheid van die component ,de?e

hoeveel-heden van die stroom op te tellen en de son dOf)r het aantal kmol van die

stroom te delen.

(25)

.-

~ ..

_----_

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

(26)

REACTOR Reactiewámten: 1)azz:0H 30HO + ~202~ CH3000H - 70990 kcal/kmol Totaal~ x 32,474

=

2 )verbranding: CH 3 eHO + 21/20 2 - 2C02 + 2H20 - 279528 kcal/kmol Totaal: x O,S11

=

2305000 142900

3)bijproducten.Aangenomen iA,dat de warmte bij deze reac-'\ Î

ties evenredig is met het 02verbruik hij deze reacties ,

~n het O?verbruik en de reactiewarmte bij de

azz-reactie 1),dus: O,?03 x 230S000

=

?8800

16,237 Ingevoerd met

GJ

_r~~~5_.j.(~1r9 ₌₌

"

TH tgevoerd met

"

ft ·

"

@)

:

(2): 1835 + 1770 = - (s.w.) (verd.w) koelwater Totaal ingevnern '53000 3505 2424329 Totaal uitgevoerd

CONDENSOR (bij reactor)

Invoer met

®:

Ui tvoer : met

CD

"

(4)

" koelw. Uitvoer totaal 556 190 ~ ?860 4044 190 2480934 2480934 3605

-3605

In de volgende tabel zijn de warmte grootheden, die hij de

stromen van de torenA horen, opgenomen.

Tabel 10.

L6)

@

(ÎO)

_©

_~1J2

_@

kmol/hr 34,299 1,.124 32,8r7 _33,045 _0,271 _32,783

verdamp.w kcal/kmol c;860 S(,70 r:;sc;r:; _SFOO _t:B80

soort.w. kcal/kmoloC 30,9 21,00 31,B 33,1 39,7 31 , 1

(27)

YOLOM 1 c' Invoer : met 6 Qkookketel Uitvoer KOLOM 2 Invoer: UitYoer KOLOM 3

"

met 9 " 10 " condensor " nakoeler Totaal uitvoer met 12

"

Qkookketel

.

"

13

"

14

"

condensor

"

nakoeler Totaal uitvoer Totaal invoer

o

101500 1108000 2?40 Totaal 1220 10260 256000 88200 invoer

K0AL/HR

'33000 t·58740 511740 511740 106000 249680 255686 2'55680

Over de warmte bij dpze kolom wordt later nog gesnroken.

stralingsverliezen zijn verwaarloosd.Voor de reactor ?ijn deze

in de buurt van 100 kcal/uur en ze kunnen dus verwaarloosd worden.

(28)

(29)

-. - - -.... - - - -- .

---

._--_

...

1

_<;:

(30)

§6. Groottebepaling der apparaten.

In tabel 10 zij~ geg~venA over de condensoren en d e kookketels

opgenomen. Tabel 10.

warmte- hoevh

P1JP-

..

~antel- aantal pijp- koelwater aantal

wisselaar warmte lengte diam pijpen diam kg/hr passes

bij: kcal/hr m m mm - I reactor 2860 2,50 3 25 18 1 kolom 1 408000 1 ,50 0,30 C)6 25 13600 2

"

2 256000 1,60 O,?O 4i2 ₁₆ ₅₁₂₀ 2 ti ₃ ₆₀₁₀₀ 2, 'i'O _0,40 ₉₀ ₂₅ ₁₅₀₂₅ ₃ nakoeler 2 88200 6,40 0,10 14 20 1770 2 stoom kookketel 1 458740 1 ,00 0,40 348 12 kg/hr 9ÖÖ 1

"

2 250510

_"

0,50 454

_"

490 1

"

3 154000

_"

0,20 105

_"

300 1

Uit lit (6) kan men berekenen,dat het koeloppervlak in de lactor

per sectie 93,5 m2 is:dit is echter veel te groot: met

25

m2 kan men

I

ruimschoots volstaan. Dit zijn

t

4,5 windingen van de zesvoudige

epi-raalbuis.

KOLOM'1

Om een indruk te krijgen van de grootte van de kolom, bes~houwen we

het stelsel H₂0-azz, zoals dit als stroom

@

in de kolom komt .Deze

benadering kan toegepast worden, omdat alle producten 1 ichter dan H

20

over de top gaan,en alle producten ~waarder dan a7Z met het ketel

pro-duet meegaan, (zie graf.?),zodat de scheiding in feite alleen op de H

20-azz-scheining neerkomt.De eis die aan de schpiding gesteld wordt

is een vrij zware:hpt betrekkelijk weinige water moet voor 7~~ over

de top gaan,terwijl niet teveel azz m~e mag gaan,7.ie tabel 11. A nriori

kan men hier dus al een gri ote re+'luxverhouding

Yer-Tabel 11. wachten. -. F 1,268 32,47₄ 6 _x D

9

K 10 f xd 0,038 0,942 0,920 0,962 0,083 0,080 0,326 32,391 0,010 0,990 == 1,9

In gra_{fiek 3 is de evenwichts lijn voor H20-azz getekend.De vgl.}

voor de q-lijn is: y

=

1,23 x _ 0,038

=

5,35x _ 0,17.Het snijpunt

0,23 0,23

(31)

\ \

\

(32)

van de q-lijn met de evenwichtslijn geeft èèn :punt ,waar de werklijn

voor R. door moet gaan _m1n (x~0,046;y=0,080),het andere punt van deze

lijn is ( x=y=0,92).De vgl. van de werklijn voor Rm wordt dus

y

=

0,962 x + O,035,dus voor x

=

°

_{geldt: xd}

=

0,035,of Rm= 25,3.

Rm + 1

Ui t graf. 3 kan ook het minimum aantal stappen bij totale reflux gevonden worden (met inktstippen aangegeven): Sm = 12.

Met perry,blz.622,fig.65,kan men nu m.b.v. Rm en om een verband

aangeven tussen Ren S,dit verband is in graf.4 weergegeven.

Wanneer we een flinke reflux nemen zal het verschil pussen de

werkelijke en deze benaderde situatie niet al te groot zijn.

Gekozen is R = 32,waarbij S

=

22,du8 het aantal theoretische

schotels is 21, Verder blijkt uit graf. 3, dat de voedingsschotel tus'"'en de 9-de en 10-de schotel moet liggen.

Met deze gegevens berekent men de hoeveelheid damp onder en boven de

voediDgsschotel,resp.78,2 en A7,0 kmol/hr.De bij behorende

kolomdiame-ters zijn (bij dampsnelheid 0,5 mlsec ) 1,35 en 1,00 m. Bij een

pak-met 1 fI raschig ringen zijn de Jffi'I'P's resp. 0,43 en 0,40m.De hoogte

onder de v.s. wordt dus 9 x 0,43 ~ 3,8S M en boven de v.s.

12 x 0,40

=

4' ,80 m gepakte kolom.De condensor en de kookketel kunnpn

berekend worden,zie tahel 10.

~~tx~Y.Ltxxx~xfx*xxkxxxxix~xr~±it~y~y~y

KOLOM 2

Hier kan men het aantalschotels direct uit de y-x figuur voor

het stelsel azz-eda bepalen,en als boven aangegeven de a~metingen van

de kolom en zijn warmtewisselaars berekenen. Zie graf.5.Hier zijn

echter boven de v.s. 8i.p.v. 4 en onder de v.s. 8 i.p.v. 6 theoretische

schotelw genomen omdat devloeistofbelasting relatief laag is,dan loopt

dus de "efficiè~y" van een FIT'!Tl' terug .De diameter van de kolom is

over de hele hoogte practisch constant 1,01 m,de gepakte secties onder

en boven de Vlj·S. zijn elk 3,20 m hoog.

KOLOM

3

Daar 9 ,de topstroom yan de eerste kolom nog ~ 3?Okg azz per

dag kan leveren,is het waarschijnlijk wel de moeite waard om dit terug

te winnen. Gekozen is een discontinue destillatie p.p.ns in de :"4 uur.

Ket mengsel moet ~escheiden worden in 4 tame,lij'k.zuivere, }'racties,me-n

moet dus met een constante topsame~~telling per 7ractie en een

vari-._ ...

(33)

t '

(34)

· ( ~ :

i \. '.'" c {t."Iiv-' (I')

','\\,(t{\I·t \ i \.~ "', \.t\·

\ Iv' L . \ ' / " ' /

-erende reflux werken.De eers--~. ._. -_.. . - . te fractie is ~. aa,met rel.vl.=3,5

t.o.v. de tweede fractie,een mengsel van meac en mealc.Deze fractie

heeft een rel.vl.

=

3,2 t.o.v.de derde~ractie,H20-mizu,en deze weer

van 1,7 t.o.v. het overblijvende ketelproduct a7z;de laatste

schei-ding is dus de moeilijkste,en hierop moet de kolom be""ekenl'l worden.

M.

~.

V. de ""ormule van 4'enske

(N~

1 = log xQ _{(1-xk )} ₎

een

( Yk(1-x_{d )} )

( log a ) krijgt men

mini-ref*ux.Genomen is een gepakte kolom met

k₁

dx

De formule Tt

=

_K1

(x

_d

-x

_{k )}

1

xk~1_ ~)(Xà-x)2

maal 3 schotels bij totale

9 hetp' s.

(Perry,S95) geeft

het verband tusse de tijd Tt,waarin men een bepaalde charge wil

destil-leren,en het aantal kmol damp

/hr

V,dat daarbij betrokken is.

K₁ = kmol begincharge

x

d = géwnst:-> samenstelling van het topproduct

x

k ₁₍₂₎= begin- (gewenatR eind-)samenstelling van het ketelproduct

L = kmol/hr vloeistofstroom in de kolom

V = krool/hr dampstroom in de kolom

L

V

=

.' 1 ;R

R+1

=helling van de werklijn,die met x,desamenstelling van

het ketelproduct variëert(

~

wordt groter met

teruglo-pende x)

De grootheden x en ~ bepaalt men dus voor de verschillende a's uit

de bij deze a behorende y-x-:Piguur.De waarde van de integraal kan

men dan gra+'isch vinden.

In tahel 11 rijn de gegevens en uitkomsten gerangschikt.

Tabel 11 •

T{1

~~~~t!n

xk ₁ xk" xd b~gin R integr. T

kiezel'\-i ezen eind

ketel a waarde 'O"+'(v)

T ] ] ) ] r

-dest1 35,47 3,r,0 _3,5 C~07 _{0,001 0,96 5;38}, _3?,3 _1,32 _4~/V 4,2

"

2 31,87 _{4,90 3,2 0,15 0,01 0,95} ₃

_?4

1

,36

_35/V

_2,13 3 26,9 7 24,97 _{1 ,7 0,9250,12 0,99 0,85 oneind.} ₁₄₀ _{228/V 1}_3,8'7 T_{t =305/V} 20,2

De functie T_t= 305/V kan men grafisch uitzetten,en een geschikte

combinatie van Tt en V kiezen.

Het blijkt echter,dat de condensor capaciteit voor het aa de

be-palende factor voor de tijd is ,als men ' , gewoon koelwater als

con--,. 21

(35)

-densmiddel blijft gebruiken, het temperatuurverschil il=1 dan nJ.erg klein (3,500),Om een niet te grote condensor en kolom te krijgen werkt men tijdens de aa-destillatie het best met een dampbelasting V

1 = 10 kmol/hr,dan is T1 =4,2 uur. Voor de twee overblijvende destillaties vindt men dan bij een totale cyclustijd van ?0,2 uur T2 =2,13 uur en T3

=

13,87 _{uur met} _{V 2}

_,3

=

_{16,5 kmol/hr.}

Men vindt dan een kolomdiameter van 0,60 m bij een gepakte hoogte van 3,3m.In tabel 10 vindt men de condensmr berekend op aa, en de kookketel, berekend gedurende zijn maximale productie tijdens de tweede deBtillatie (water heeft de grootste verdamningswarmte).

De kolom is nu dus hijna de hele dag vrij constant belast, maar wege.ns zijn energievernnnik vergelel:en met zijn kleine 'Pro-ductie is het nu waarschijnlijk goedkoper het topproduct van

kolom 1 meteen weg te gooien,maar dit zal wel op he7waren van opper-vlaktewaterverontreiniging stuiten.

§7.Materiaalkeuze.

Algemeen wordt 99,S% zuiver Al al~ constructiemateriaal aanbevolen voor alle apparaten (2)(3~(5)(6)(15).Dit is bestendig tegen alle

concentraties azz.Door de oxyderende omstandigheden ('Perazz) ontstaat een beschermend laagje vrij inert gehydrateerd A1 203.Zolang geen

halogeenzuren aanwezig zijn blijft dit bestendig.

Voor pompen e.d. wordt een Si-Al-legering(van onbekende samen-stelling) genoemd (5).Ook zilver voor de cóndensor en de kookketel van de tweede kolom wordt in (5) genoemd,levesduur 2jaar.

Omdat Al niet zo'n gemakkelijk con~tructiemateriaal is (er

mogen bv.geen hoeklassen toegepast worden)zijn de kolommen gevuld met Al-ringen,i.p.v. klokjesschoteltoepassing.

(36)

LITERATtnm

1 Van Oss,Warenkennie en Technologie,III (1957),329-334. 2 Kirk-Qthmer,Encyclopedia of' Chemical Technology,I,60.

3 UlImannts Enzyklop8die der ~echnischen Chemie,3tte Auflage,19~5,

Band 6,788-795.

4

5 6

V.Grignard,Trait~

~IAT Final Report

BIOS winal Report

de Chimie Organique,Tome III,(193~),?24.

8'57 ( 194f~)

75(1946)

7 Kiss.& Demeny,Rec.Trav.Chim.,43,(19?'4),?'?

8 M.W.Travers,Trans.var.Soc.,31,(1937),~3~,1342.

9 D.M.Newitt 8: L.M. Baxter,tT.Cllem.Soc.,(1939),17 11-1-;'?O.

10 M.Bodenstein,Rec.Trav.Chirn.,22,~19AO),480-485.

11 DRP;305550.DRP.305 1?'5.(resp.1914,1916). 12 Chem.abstracts,(1939),8565 9 •

13 A.K.Doolittle,The Technology of Solvents and Plasticizers,(1954),246. 14 International Critical Tables.

15 Perry,Chemical Engineer's Handhook,3rd ed,1953. 16 Koglin,Kurzes Handbuch der Chemie,1954.

17 Timmermans,Physico-chemical Constante of Binary Systems in Concentr-ated SOlutions,(1959).

18 Bakhuys-Rozeboom, Verslag Kon.Ak.Weten.CJch.A 'dam, XI 1, (1902),281. 19 Transact. Electro-chem.Soc.,6),(1933),444.

20 Perry,Chemical Engineer's Handbook,3rd ed.,(1953),3S3. 21 I.Mellan,Industrial Solvents,2de dr.,(1950),619-621.

(37)