Verslag behorende bij het processchema: Azijnzuur uit acetaldehyde

adres:

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het processchema

van

)

.

1t

.. )~

..

\)M. ...

~

... . onderwerp:

I

{

~

---1

_t

I

~

I

BEREIDING VAN AZIJEZUUR

F.H.Fentener van Vlissingen Paulus Buysstraat 83

Delft

01730-31046 05142-578

I I I

I

----I ,. ~ I 11 111 IV V VI VII VIII IX INHOUD Inleiding Mogelijke bereidingswijzen Keuze van het proces

Korrosie De reaktie

Gebruikte formules en rekenwijzen Bespreking fabrieksschema

Tabellen Literatuur

.

--I

I

I Inleiding

Het azijnzuur is een bij kamertemperatuur doorzichtige vloeistof met een stekende reuk. Het wordt in de organische chemie

gerangschikt onder de groep van carbonzuren. In verdunde toestand wordt het voor menselijke consumptie gebruikt. De geconcentreerde vorm, ijsazijn genaamd, veroorzaakt pijnlijke blaren op de huid.

Commercieel heeft het azijnzuur betekenis voor drie groepen van toepassingen.

Allereerst wordt het in min of meer verdunde toestand gebruikt voor het conserveren van bepaalde voedingsmiddelen. Hierbij be-rust de werking op de eigenschap van het zuur de aerobe en anaerobe fermentatie in levensmiddelen als vlees en vis tegen te gaan.

Daarnaast heeft het azijnzuur uitgebreide toepassing gevonden als grondstof voor de organisch-chemische industrie. In vele toepassingen wordt zij wel vergeleken met het zwavelzuur uit de anorganische chemie. Zij is uitgangsstof voor de fabricage van enkele plastics via het vinyl- en cellulose-acetaat en voor het bereiden van bepaalde organische

oplosmiddelen en weekmakers. In de pharmaceutische industrie wordt het azijnzuur onder meer gebruikt voor de bereiding van aspirine.

Een derde toepassing is het coaguleren van de natuurlijke rubber l atex.

In Nederland wordt het zuur door een drietal fabrieken gemaakt:

N.V. Azinol Schiedam

N.V. Electro Zuur- en Waterstoffabriek Amsterdam

---

--

-

-I

-I De produktiecapaciteit is in Nederland geheim, maar wordt mij-nerzijds geschat op 20 000 ton per jaar. Het verbruik is al vele jaren vrijwel constant, zoals If;en uit de statistieken van Engeland, Duitsland en de U.S.A. kan zien.

I I Mogelijke bereidingswijzen

1 De oudste methode om het azijnzuur te bereiden is de fer-mentatie van alcohol (Vroeger bier en wijn). Bij dit proces wordt het zuur verkregen door inwerking van luchtzuurstof op de alcohol met medewerking van bacteri~n. Het mechanisme is ook heden ten dage nog niet geheel bekend, ofschoon

wel wordt aangenomen dat de oxidatie via het aceet-aldehyde plaats vindt.

De alcohol wordt tegenwoordig gewonnen uit melasse en na destillatie met water verdund tot ongeveer 12% •

De reaktievaten bestaan uit hou~en tanks, gepakt met houten spaanders. Voor de activering van de bacteriën wordt nog

een mengsel van anorganische zouten toegevoegd, Voor bepaling van geur en smaak kunnen vele andere stoffen van wijn tot kruiden mee worden gefermenteerd.

De zuurstof nodig voor de oxidatie wordt in de vorm van lucht door het reaktievat geblazen. Het is bij deze methode van groot belang door in- of uitwendige koeling de temperatuur in de hand te houden. Het optimum ligt rond de 30 oe.

Het maximum te bereiken gehalte aan azijnzuur na beëindigimg van het proces zal 14% bedragen.

Deze werkwijze wordt ook heden nog toegepast voor produktie van het zuur voor consumptieve doeleinden, de zogenaamde natuurazijn. (16) (17) (18)

- - --

-2. Een tweede methmde, die vrijwel niet meer wordt toegepast

is de destructieve destillatie van hout. De waterige oplossing die hierbij wordt verkregen bevat naast vele andere componenten ongeveer

5%

azijnzuur.

Er zijn diverse processen ontwikkeld om het zuur van de overige stoffen te scheiden. Op deze plaats wordt hieraan geen aandacht geschonken, daar voor Nederland deze methode

slechts academische betekenis heeft.

3.

Veruit de belangrijkste groep van produktiemethoden berust op de scheikundige synthese uit de grondstoffen acetyleen en alcohol. Uit acetyleen wordt altijd gewerkt via het aceet-aldehyde als tussenprodukt. Volgens zeer vele patenten moet het echter wel mogelijk zijn direkt van alcohol uit te gaan.

(o.a.

19,

20) Een commerci~le toepassing hebben die tot op heden nog niet gevonden.

Onze conclusie moet zijn, dat hier het azijnzuur wordt gemaakt uit het aceet-aldehyde, ongeacht of dat uit alcohol of

acetyleen werd verkregen.

4. Er zijn nog enkele andere wijzen om het aZ1Jnzuur te fabriceren. Het is zeer aantrekkelijk om van relatief goedkope grondstoffen zoals steenkolen, aardolie of aardgas uit te gaan. In de

Verenigde Staten van Amerika wordt in twee fabrieken van de Celanese Corporation of America azijnzuur gewonnen uit een mengsel van organische oxidatieprodukten. Deze ontstaan bij gecontroleerde verbranding van verzadigde koolwaterstoffen als n-butaan bij 168

°c

en 20 atm druk in ijsazijn als

op-losmiddel.e 21) Door de moeilijkheden die ontstaan bij de zuivering van het azijnzuur van de andere ontstane produkten, is deze methode pas bruikbaar in economisch opzicht bij

voor Europa ongekend grote hoeveelheden.

Een andere weg die voor de toekomst misschien van grotere betekenis kan gaan worden is het voorkomen van azijnzuur als bijprodukt bij bepaalde vormen van het "Fischer-Tropsch" proces (2).

,---111 Keuze van het proces

In het voorgaande wordt reeds beschreven welke grote

groepen van mogelijkheden voor de produktie van azijnzuur openstaan. In de nederlandse verhoudingen kunnen we de

destruktieve destillatie van hout en de bereiding uitgaande van aardgas buiten beschouwing laten. Immers het hout is hier een onbetaalbaar dure grondstof en het in Groningen gevonden aardgas bestaat voor"'\85% uit methaan. Deze laatste

kool-waterstof is ongeschikt voor de produktie van azijnzuur. Bereiding van het azijnzuur uit alcohol via fermentatie lijkt niet gewenst. De economische mogelijkheden die

wellicht nog in de azijnzuurproduktie verborgen liggen zullen zeker niet te verwachten zijn in de sektor van het

consumptieve verbruik waarvoor de fermentatiemethode

juist zo geschikt is. Wij moeten ons beperken tot die processen waarbij hoge concentratie en grote zuiverheid het zuur

geschikt maken voor verder industrieel gebruik.

De processeb die voor het hierboven gestelde doel geschikt zijn gaan alle uit van het aceet-aldehyde. Of deze grondstof

wordt verkregen uit acetyleen of uit alcohol is hier van weinig belang. Bij toeneming van het aantal economische banden tussen de

E.E.G.

partners mag worden verondersteld dat in de toekomst een grote hoeveelheid goedkope alcohol uit de overproduktie van Frankrijk ter beschikking zal komen. Hierdoor kan deze grondstof voor àe bereiding van acee

t-aldehyde aan belangrijk winnen.

We zulaen nu moeten kiezen tussen continu en discontinu bedrijf. Het ladingsgewijze proces is economisch slechts uit te voeren indien zuivere zuurstof ter beschikking staat en slechts een kleine produktie is gewenst.Van groot voordeel zijn dan de lage investeringSkosten. Tegenwoordig zal men

I •

r

I

•

het batchproces niet meer kiezen om het grote explosiegevaar door het ontstaan van gevaarlijke hoeveelheden azijnperzuur aan het begin van de reaktietijd te voorkomen.

Onze fabriek heeft geen zuivere zuurstof ter beschikking

en zal worden gebouwd op een produktie van 6000 - 7000 ton 100% azijnzuur per jaar. Hiermee vervalt dus definitief de

mogelijkheid van een ladingsgewijs proces. De hierboven

genoemde produktie is vrij arbitrair genomen. Verondersteld

wordt dat een van de dri.e fabrieken in Nederland vervangen meet

worden, waarbij eveneens wordt gedacht (ten onrechte),dat de drie fabrieken van gelijke grote zijn.

Voor de vestiging van een geheel nieuwe fabriek zijn goede

en goedkope gronden ter beschikking in het westelijk

havengebied van Amsterdam. Deze ligging garandeert ons vol-doende koelwater en de aanvoer en afvoer van brandstoffen en produkt kunnen eventueel per boot geschieden.

Voor spooraansluiting kan worden gezorgd.

In het voorgaande zijn we reeds gekomen tot de uitspraak

dat de fabriek continu door oxidatie van het aceet-aldehyde

met behulp van luchtzuurstmf azijnzuur van hoge concentratie

moet kunnen leveren. In principe is aan bovenstaande eisen

te voldoen door te werken bij verhoogde druk in een gepakt bed. De in azijnzuur opgeloste katalysator komt als vloeistof door de kolom naar beneden, terwijl een mengsel van lucht en

gasvormige aceet-aldehyde hiermee in tegenstroom is.

De overmaat lucht wordt aan de bovenzijde afgevoerd en het

gevormde azijnzuur aan de onderzijde. Aan deze methode

I •

IV Korrosie

Bij de fabricage van aijnzuur worden grote moeilijkheden ondervonden aan de apparatuur door de sterke aantasting van de construktiemater~alen door het zuur. In feite is een goede materiaalkeuze bij de bouw van de fabriek zowel

economisch als technisch nog belangrijker dan de keuze van het proces zelf. Het is aan te bevelen het advies van een specialist in te winnen.

Waärdoor ontstaat in het algemeen corrosie? De meeste metalen met uitzondering van goud, zilver en platina komen in

natuurlijke toestand niet als metalen voor. Zij verkeren in een relatief hoge energetische toestand ten opzichte

van de oorspronkelijke ertsen, meestal oxiden, sulfiden of

carbonaten. Het is te verwachten dat de metalen de neiging heb

-ben in snellere of langzamere mate terug te keren naar het lagere energieniveau. De snelheid waarmee dit gebeurd is zeer van de omstandigheden afhankelijk en in toenemende mate een objekt voor diepgaand onderzoek.

Thermodynamisch is de grote van de enthalpieverandering

van een aantal metalen in water bij aanwezigheid van lucht (p zuurstof

=

0,21 ata) bestudeerd door Warner (7). Hij toonde aan dat zelfs zilver door zuurstof wordt aangetast.

De praktische toepassing van zijn onderzoekingen worden beperkt door de uiteenlopende reaktiesnelheden, de spontane vorming van ondoordringbare oxidelagen aan het metaal

op-pervlak en de vorming van hydraten met een ander energie-niveau. 'De grenzen van de mogelijkheden worden gezet

door de thermodynamica, daarbinnen is echter nog niets te voorspellen.

! ..

Juist bij de fabricage van azijnzuur stuit men op grotel,

moei lijkheden. Bij hogere temperaturen (door vergroting van de reaktiesnelheden) en bij aanwezigheid van zuurstof

(lucht) zijn in feite alleen Duriron, zilver en t antaal

bestand tegen lang continu gebruik. Vooral Duriron (14,5

%

Si) is zeer resistent tegen inwerking van azijnzuur bij alle in ons proces voorkomende temperaturen en concentraties.

Helaas is deze legering slecht te gebruiken door zijn brosheid en niet bestand tegen een druk van 5 ata.

Het zilver is als bekend kostbaar, maar wordt gebruikt op

plaatsen waar andere materialen door de snelle corrosie tot nog hogere kosten aanleiding zouden geven, zoals de pijpen in condensors en verhitters. Om de kosten toch nog te beperken kan men denken aan verzilvering van koperen pijpen.

In de praktijk worden nog andere metalen gebruikt bij azijnzuur. Een zekere cODrosie wordt dan aanvaard om

niet in nog hogere kosten te vervallen. Het belangrijkste van deze groep is het aluminium(23).

Voordelen hiervan zijn: - licht gewicht s.g. 2,7

- hardbare legeringen bijna even ste~k als staal - prijs ligt veel lager dan iie van roestvrij staal - het Al zuiverder dan 99% is goed lasbaar

- onder vele omstandigheden grote slijtvastheid

Hiertegenover staan enkele nadelen, waarvan hier van belang zijn:

- kunstmatige versteviging van de beschermende oxidehuid is noodzakelijk. Anders neiging tot putvormige aantasting en spleetcorrosie.

- niet bruikbaar bij temperaturen hoger dan 150 oe door kans op struktuurwijzigingen

In onze apparaten zal op uitgebreide schaal van aluminium

gebruik worden gemaakt, waarbij de kunstmatige versteviging

plaats kan vinden met behulp van het "Modifiziertes Bauer-Vogel-Verfahren".

Het gebruik van kwik, ook in instrumenten moet in verband

met dit aluminium in de gehele fabriek vermeden worden.

De aantasting van het Al door Hg gaat snel en grondig!

Eveneens komt in aanmerking het roestvrijstaal 316 (Cr 16-18%,

Ni 10-14% en Mo 1,75-2,25% bij C max 0,10% ). Ook hier wordt een resistent oppervlakteoxide opgebouwd. De vorming van dit

oxide is een funktie van de tijd, waarbij in afwezigheid van lucht het oxidelaagje sneller oplost dan het wordt

gevormd. Bij aanwezigheid van lucht zal dit juist andersom

zijn, waarbij de oxidefilm waarschijnlijk asymptotisch een bepaalde dikte zal naderen.

In onze fabriek zal din roestvrij staal vooral worden

gebruikt bij het reaktorgedeelte. Het is een duur materiaal.

Ook goed te gebruiken is koper, vooral bij afwezigheid van zuurstof. De optredende korrosie is dan beperkt en het

gebruik van dit materiaal is dan aantrekkelijk door zijn

relatief lage prijs en gemakkelijke bewerkbaarheid. Voor de vulling van de gepakte beddeb in de torens kan

men beter één of ander keramisch metaal gebruiken dan een

metaal. In aanmerking komen chemisch bestand aardewerk en

en porcelein. Zij zijn beiden goed bestand tegen de inwerking

van het azijnzuur, maar vrij zwaar en mechanisch niet sterk

Tenslotte komt voor het instrumentarium het nikkelzilver

in aanmerking, een legering (65% Cu, 18% Ni en 17% Zn)

,---~---~ - - - - ---~

"

V De reaktie

Aan de hier te bespreken fabriek ligt ten grondslag de eenvoudige reaktie:

H _

2 C

J

c=R

2

c

H_3 C=

°

-BH

In de praktijk wordt de oxidatie van het aceetaldehyde immer in een azijnzuurmilieu uitgevoerd.

Aan

dit azijnzuur is een katal~sator toegevoegd, die enerzijds de oxidatie

bevorder~,

do'ch waarbij tevens het ontstaan van grote

hoeveèl-heden azijnperzuur wordt voorkomen.

Als katalysator kunnen zowel Co- als 1m-zouten worden

gebruikt. Het Co-zout werkt snel iets te agressief, waardoor oxidatie van het azijnzuur tot CO

2 en water kan

optreden. In deze fabriek zal gebruik worden gemaakt van het in azijnzuur opgeloste mangano-acetaat in een

0,1%

oplossing

(4).

De katalysator wordt continu ververst,

waarbij in de katalysatorsludge tevens het gevormde bijprodukt

. - - - -_{- - -}

-VI Gebruikte formules en berekeningen

1

2 p • V

=

R • T voor ideaal gas

3 1: H (reaktie)

=

'!: Hf (produkt) - ~ Hf(reaktanten)

4

0

_w

=

0

_m

.

c . AT 5 F - - -

~v

V

_o

,. 6 A

₌

0

w +U .~ T A 7 L

₌

ir.

D

_i

0

w • 3600 8

_~m

(stoom)

₌

4, 19

.A

H

9 Voor isentropische compressie geldt:

x

_lucht

=

1,4

I

~

I

-

Hieruit volgt met formule 2: T2

M

=

~~~

P 3

, hierbij is M afhankelijk van ~

v

en het soort gas.

T in °Reaumur

P in p.s.i.

11 Berekening van de diameter van een warmtewisselaar

volgt uit de som van (24) :

m • 1,4 Di

2 .

i

Di

2 • 1,4 Di

ruimte voor passes

m is afhankelijk van het aantal pijpen en in tabellen

te vlimden.

12 ~w

= (

~m azijnzuur • cp aZ1Jnzuur

+

y1m aceetaldehyde • cp aceetaldehyde ) A

'T'

Bij een temperatuur van 115 oe

-

d

T hoort een bepaalde

x

a voor aceetalàehyde, te bepalen met behulp van de

evenwichtsgegevens.

~w

~m ( verdampt aceetaldehyde)

=

---verdampingswarmte

Uit de ~m is via de ~ mol van aceetaldehyde te berekenen

met behulp van de evenwichtsgegevens wat de na verdamping verkregen x

b voor aceetaldehyde is

De eis is een

6

T te vinden waarbij x

I .

Vii Besprekenigg van het fabrieksschema

De hieronder gebruikte codering verwijst naar het process«hema • De reaktor

R2 In dit gedeelte van de reaktor zal d~ oxidatie plaats vinden.

Als eis werd reeds gesteld, dat de fabriek een jaarproduktie

van 6000 ton moet kunnen bereiken. De uurproduktie zal

dan ingesteld zijn op 840 kg azijnzuur, of

.0

_m(HAc) = 840 kg/uur

~~ol(HAc)

=

14 kmol/uur

Het verlies aan aZ1Jnzuur door meevoering met de katalysato~­

sludge uit W9 bedraagt 18 kg/uur, waardoor de nettoproduktie

op 822 kg/uur terechtkomt. Bij 7300 werkuren per jaar wordt daarmee de door ons gewenste produktie verkregen.

Het mechanisme van de reaktie wordt als volgt gedacht. Gas-vormige aceet-aldehyde wordt onder het gepakte bed met lucht vermengd. De gasstroom wordt omhooggevoerd, terwijl vloeibaar azijnzuur door het bed naar beneden stroomt. Dit azijnzuur bevat de katalysator, neemt het gevormde produkt op en

zorgt tevens voor afvoer van de reaktiewarmte. De temparatuur

over de lengte van het gepakte bed verl~opt van 80 oe boven

tot 40 oe beneden. Bij de heersende druk van 5 ata, nodig

om de zuurstofpartiaaldruk voldoende hoog te krijgen, houdt dit in een condenseren van het aceet-aldehyde in de top om

~ dan met de vloeistofstroom naar beneden te worden gevoerd.

~ Daar zal het aldehyd weer als gas aanwezig zijn.

Gezien 1 mol aceet-aldehyde 1 mol azijnzuur geeft, zufrlen we

14 kmol/uur moeten invoeren.

---~

-Uit de reaktievergelijking volgt nu direkt dat 7 kmol O 2 per uur zal worden verbruikt. Veronderstellen we dat de

lucht 20~ zuurstof bevat en dat de afvalgassen nog een IJ

gehalte van 3~ mogen bevatten (i.v.m. explosiegevaar) dan zal de doorzet van lucht 41 kmol/uur bedragen.

~mol (lucht)

=

41 kmol/uur

Nu gaan we de warmtestromen bezien. Te verwachten valt dat

'het aceet-aldehyde en de z~urstof beide in de gasfase zullen reageren, want reaktieoppervlak bij vloei bctar aceetaldehyde is vele malen kleiner. Nu geldt:(3)

Hf vloeibaar azijnzuur

=

-116,20 kcal/mol) 25 0

0 Hf aceet-aldehyde damp

=

39,72 kcal/mol

Dus volgens formule VI-3 is nu Hr

=

-77,48 kcal/mol= -77480 kcal/kmol Volgens (7) is de reaktiewarmte ongeveer 71000 kcaljkmol. In

ieder geval is de reaktie exotherm en moet de warmte worden afgevoerd. Wij zullen in verband met onvoorziene pieken in de warmteontwikkeling uitgaan van een warmteproduktie van

80000 kcal/kmol. Per uur wordt gevormd 14 kmol azijnz~ur ~

~ vJ-'

~. De af te voeren warmtestroom is dus bruto 14.8?:;= 1120000 kcal/uw Wij zullen dit getal moeten korrigeren. Uit R3 stroomt

voortdurend azijnzuur, ~ = 4200 kg/uur. Deze wordt in R2

o m 0

verwarmd van 25 0 tot 80

o.

De hoeveelheid daarbij opgenomen warmte bedraagt:(volgens formule VI-4)

~ _w = 4200.0,522.55= 120600 kcal/uur.

De warmte stroom die de lucht ûit R1 meevoert wordt

verwaarloos~.

Dus de nettowarmtestroom, die in een warmtewis; elaar moet worden afgevoerd is

~ = 1 120'000 - 120 600 ~ 1 000 OOOkcal/uur = 1163 kw.

Deze warmte wordt afgevoerd door rondpompen varl een

hoeveel-heid azijnzuur uit de onderhelft'van R2 via een warmtewisselaar

W3 naar de top van R2. De ingangstemperatuur van dit circuit

werd reeds eerder op 80 oe bepaald, een temperatuur waarbij

het aceetaldehyde vOlled, ig gasvormig is. De uitgangstemperatuur

is 40 oe, een temperatuur waarbij de reaktie nog vlot verloopt.

De hoeveelheid azijnzuur nodig voor de afvoer van de netto ~

w

Oformule VI-4)

0

_m

= 48 000

kg/uur.

De totale stromen in R2 zijn dus

neergaand: koelvloeistof 48 000 kg/uur

opgaand

circulatievloeistof 4 200 kg/uur (uit

R3)

ontstaan azijnzuur 840 kg/uur

totaal vloeistof of

0

_v

=

53

m

3

/uur lucht aceetaldehyde

53

060 kg/uur 41 kmol/uur 14 kmol/uur

totaal gasvormig

55

kmol/uur

indien wordt verondersteld dat de gassen ideaal

zijn en formule VI-2 geldt is het volume per

kmol bij 5 ata en 80 oe 6m3 •

of

~

_v

=

330 m3/uur = 0,092 m3

fa

-

ec

Met behulp van bovenstaande gegevens en de onderzoekingen

in de literatuur (9) (10) is nu voor het met 2" Raschig ringen

van porcelein gevulde reaktorgedeelte R2 de gassnelhéid te

berekenen waarbij 'Tloodin~'gaat optreden. Deze blijkt op

de lege toren berekend 0,28 m/sec te bedragen.

Het oppervlak van de torendoorsnede wordt nu volgens formule VI-5

- - - -- - -- - - - -- - -- - " - - "

-Volgens de literatuur (6) moet dit dwarsoppervlak in het

algemeen voor de goede werking veel grote~ zijn en in dit geval minstens 0,55 m2bedragen. De diameter van R2 wordt naar

aanleiding van deze overwegingen bepaald op 0,85 m.

Bovenstaande geldt voor het onderste gedeelte van de reaktor. Een soortgelijke berekening voor het bovenste deel van R2 waar de temperatuur en dus het volume van de gassen lager is, en een deel van die gassen verbruikt is voor de reaktie geeft als resultaat en minimale

F

=

0,26 m2

Daar zou de reaktor dus een kleinere diameter kunnen hebben.

U~ constructieve overwegingen is het echter niet wenselijk dit te doen.

Conclusie: de gehele reakxor met een diameter van 0,85 m.

Uit de gegevens van de azi~nzuurfabriek in Schopau (1) kan

worden berekend dat voor deze gelijkstroomreaktor een gemilidàlde

reaktietijd van 28 seconden nodig is. Indien men veronderstelt dat bij de ons be~ruikte tegenstroomreaktor deze

reaktie-tijd zeker voldoende is, dan is de torenhoogte van R2 uit de gassnelheden te berekenen. Met formule VI-5 komt men tot: '

') 0, 185 m/sec I "l f ,"" I , I)

v

_{gas R2 onder}

=

vgas R2 boven= 0,112 m/sec

Deze snelheden zijn slechts benaderingen. Gee1Fekening is /

gehouden met de torenvulling en de vloeistofbelasting. Kwalitatief blijkt, hetgeen te verwachten was, dat de gassnelheid naar

boven toe afneemt.

In dit ontwerp wordt V00r de lengte van R2 3,50 m genomen. Dit is gebaseerd op de hoogste gassnelheid, maar op een betere efficientie door het tegenstroomeffekt. Deze waarde zal in een proefopstelling nader onderzocht moeten worden.

\.

R3 Dit reaktorgedeelte heeft een tweeledige taak.

~, J

Allereerst zal met behulp van een koude circulatievloeistof

(azi~nzuur) de nog resterende aceetaldehyde uit het opstijgendà

gas worden gewassen. Dit geschiedt in een bed van

til

Raschig

ring~n. Bij een torendiameter van 0,85 m krijgen dan een

juiste gasbelasting. Het strippende gedeelte van R3 heeft

een hoogte van 40 cm.

\.,.

Daarnaast zUl met een equivalente laag eventuele

azijnzuur-druppels die door de gastroom worden meegesleuri woràen

opgevangen.

\. Boven dit laatste bed is de gassnelheid 0,078 m/sec. Het gas

wordt na R3 via een smoorklep afgevoerd.

De massastromen zijn als volgt:

neerwaarts opwaarts ~m vloeibaar azijnzuur ~m gass_{en N2 ,02,e02} = 4200 kg/uur = 956 kg/uur::

l

V

Afkoeling van het gas in R3 geeft een ~ = 3570 kcal/uur

w

Indien we veronderstellen dat 25% aceetaldehydedamp (= 3t kmol/uur)

in R3 wordt

gecondenseer~,

dan geeft dit een

~w=

21000 kcal/uur

Alweer volgens formule VI-4 wordt de circulatievloeistof hierdoor 9,6 oe in temperatuur verhoogt. De totale verhoging in temperatuur bedraagt nu 11,2 oe, indien bovengenoemde veronderstellingen juist zijn.

De genomen hoeveelheid circulatievloeistof blijkt dus ruim voldoende te zijn.

Nog een opmerking over de reeds eerder genoemde smoorklep

voor de afvalgassen. Indien de expansie isentropisch geschiedt,

dan zal de temperatuur dalen tot -85 oe. Bij deze fabriek is hiervan geen gebruik gemaakt, maar dat zou in sommige gevallen kunnen. leiden tot verwijdering van de allerlaatste hoeveelheden azijnzuur en aceetaldehyde uit de afgassen.

I

.

I

-R1 Het is te verwachten dat een deel van het aceetaldehyde

' . /

als vloeistof met het azijnzuur wordt meegevoerd. Door verhitten tot 115 oe wordt gezorgd dat maximaal 25% (mol) op azijnzuur aan aceetaldehyde in de vloeistof aanwezig is.

Voor goede beweging van de vloeistof wordt de voor de reaktie benodigde lucht onder het oppervlak ingevoerd. De lucht geeft daarbij een deel van zijn overtollige compressiewarmte aan de vloeistof af en voert tevens gevormde aceetaldehyde-dampen naar R2. De stromen neerwaarts neer en op opwaarts zijn: ~ _m circulatievloeistof 4200 kg/uur

~ _m azijnzuur naar K1 ,900 kg/uur= 15,0 ncmol/u

0

_m aceetaldehyde naar K1 (maximaal) S,'O ~uur

~mol aceetaldehyde van en naar R2, stel 3,7 kmol/uur

~mol lucht (bij 20% _{O2 en 80% N2 )} ·41 kmol/uur

De warmtestromen zijn als volgt te berekenen. Voor verwarmen van de neerwaartse stroom azijnzuur van 80 oe naar de heersende

o temperatUl.tr van 115 e:

~ _w = 92500 kcal/uur

Voor de .verdamping van liet aceetaldehyde (maximaal)

~~= 21000 kcal/w...lr

Dus~, totaal = 113500 kcal/uur = 133 kw.

w

Deze warmtestroom wordt als volgt verkregen:

~w afkoeling van de warme lucht van 185 oe

naar 115 oe bedraagt 20000 kcal/uur = 23 kw.

0

w toe tevoeren met stoom is dus 110 kw

We gebruiken voor de stoomverwarming condensBBende stoom van 150 oe, ingevoerd in een dubbele spiraal van verzilverde

koperen buizen. Met behulp van formule VI-6 kunnen we berekenen 2

dat het benodigde oppervlak van deze buizen A = 5,3 m •

Hierbij is gesteld: U= 600 w/m2 oe

Ij T= 35 0₆

Indien voor Di van de buis 50 mm wordt genomen, kunnen we

met behulp van formule VI-7 berekenen dat L= 33 m.

De buitenspiraal heeft windingen met een diameter van 0,65 m

en dientengevolge een lengte per winding van 2 m.

De binnenspiraal heeft windingen met een diameter van 0,41 m

en dientengevolge een lengte per winding van 1,30 m.

Het benodigde oppervlak kan dus worden geleverd met behulp

van tien windingen in elke spiraal. Bij een onderlinge afstand van

de windingen (van hart tot hart) van 12 cm zal de totale

hoogte van de spiralen 1,25 m bedragen.De hoogte van het

gehele gedeelte R1 wordt nu bepaald op 2 m,

Indien we uit constructieve overwegingen de diameter bepalen

op 0,85 m, dan passen de bovengenoemde spiralen netjes in

het vat R1.

Uit formule VI-8 en de stoomtabel volgt dat

0

_m stoom, 150 oe

=

189 kg/uur

De lucht wordt in de reaktor gevoerd door acht buizen met

een Di van 25 IDID, om een betere warmteoverdracht te ver~rijgen.

Nu zullen we een molenbalans opmaken over de gehele

reaktor-zuil R1, R2 en R3. De circulatiestroom en de koelstroom zu~len

buiten de beschouwing worden gelaten.

Ingaand: lucht (20% 02 80% N₂)

aceetaldehyde grondstof

aceetaldehyde uit K1 via W3

azijnzuur uit K1 via W3

azijnzuur met verse katalysator via W6

totaal 41 kmol/uur 14 kmo I/uur 4,9, bOl/uur 0,3 kmo I/uur

o,a

kmol/uur 61,0 DOl/uur

I - Uitgaamdf Afvalgassen

Aceetaldehyde naar K1

Azijnzuur naar K1

Bij de reaktie verbruikt aan zuurstof

Totaal -- - --- _- - -34 kmol/uur 5,0 kmol/uur 15,Okmol/uur

7

kmol/uur 61,0 kmol/uur

Het gehele reaktievat R1-R3 moet worden gemaakt van R.V.S. 316.

De vulling kan bestaan uit Raschig ringen van porcelein

of chemisch bestand aardewerk. Zoals al is opgemerkt, wordt

voorgesteld de stoomspiralen van verzilverd koper te maken.

Nu zal de bij het reaktorgedeelte behorende appaxatuur worden

besproken.

P1a Met behulp van twee compressoren zal de druk van de toe te

voeren lucht worden verhoog~ tot 5 ata. Dit zou kunnen gebeuren

met één compressor, maar het gebruik van twee exemplaren geeft

een beter rendement bij een tussengeschakelde koeler. Tevens

heeft men dan het voordeel dat de lucht niet met te hoge

temperatuur R1 binnenstroomt.

De eerste trap zal de druk doen verhogen van 1 naar 2,4 ata.

De temperatuuriverhoging, die daarvan het gevolg is zal

worden berekend met behulp van de formule VI-10. Bij de

hier gebruikte

~v=600

ft 3/min blijkt voor lucht een M"waarde

te horen van 0,43.

De lucht blijkt uit de compressor te komen met een temperatuur

van 155 oe.

Voor de compressDr zou kunnen worden gebruikt een Nash Hytor L 6.

Het aantal omwentelingen per minuut zal dan 925 bedragen.

De regeling van de compressor geschiedt met behulp van een

regelklep in de toevoerleiding.op het volume aan lucht

W1 De lucht die door P1a is gecomprimeerd heeft een temperatuur bereikt van 155 oe. in de warmtewisselaar zal nu worden gekoeld

tot 45 oe. De hiertoe te gebruiken koelwaterstroom zal in temperatuur verhmgen van 20 oe naar 30 oe. De

4

T_lm

=

63.: e.

Met behulp van formule VI-4 is te berekenen dat ~ = 32400 kcal/uur = 36,5 kw. Verder is w 0 ~ T lrn

=

63

e

/ 20 U

=

20 w m

e.

- 2

Nu geeft invullen in formule VI-6 ons A= 29 m •

Indien in deze warmtewisselaar pijpen worden gebruikt met

Di=25 mm , dan volgt uit formule VI-7 dat L=370 m.

Nemen we pijpen van 3 m lengte, dan zijn 'er~' 124 pijpen nodig. Indien mwn nu de diameter van de warmtewisselaar bereken~

volgens VI-11, dan vindt men 95 cm.

Met behulp van formule VI-4 kan men berekenen dat voor de

koeling in totaal 3130 .litèr water per uur nodig is. We zullen bij een Di van de pijpen van 25 mm dus vier pijpen

per bundel en dientengevolge 31 passes nodig hebben, indien

het water door de pijpen heen wordt gevoerd. De lucht, di~

om de pijpen stroomt wordt door een viertal schotten geleld. P1b We veronderstellen dat de lucht in W1 iets van zijn druk heeft

verloren, waardoor de ingangsdruk bij P1b 2,3 ata bedraagt. De druk wordt in deze compressor verhoogt tot 5,2 ata, voor

de vloeistofkolom die boven de luchtinvoer in R1 staat en

het verlmes in de leidimgen wordt 0,2 ata overdruk genomen. Wederom met behulp van formule VI-10 kan men berekenen dat de temperatuur van het gas bij de uitgang van de compressor

185 oe zal bedragen. De M waarde is in dit geval, bij een

~ _v invoer = 265 ft 3/min, gelijk aan 0,45.

Voor de compressor kan worden geno\men een Nash Hytor L 4

P2 Verondersteld wordt dat het vloeibare aceetaldehyde onder een druk van 2 ata wordt bewai-rd.Gezien de druk in de reaktor

5 ata bedraagt, zal men de vloeistof met behulp van een

plunjerpompje in druk moeten verhogen. De regeling van de

door te voeren hoeveelheid vloeistof geschiedt door de slaglengte van de plunjer te variêren.

Gebruikt kan worden plunjerpomp type Hofer 2F 1000. De doorvoer zal normaal 790 liter aceetaldehyde per uur bedragen.

W2 De hierboven genoemde stroom aceetaldehyde moet worden

verdampt om gasvormig in de reaktor ingevoerd te kunnen

worden. Tevens zal de damp op een temperatuur van 80 oe

zijn gekomen. Voor de verwarming zal stoom van 110 oe

worden gebruikt.

~e gegevens zijn:

T

lm

=

54 oe

u

verwarmen van de U verdampen van de m verwarmen van de Pw ~ verdampen van d,,:; w vloeistof 600 w/m2 oe vloeiSDf 1100 w/m2 oe vloeistof tot 80 oe

=

vloeistof bij 80 oe = 13300 kcal/uur= 15,4 kw 83800 kcal/uur= 97,6 kw

Uit de bovenstaande gegevens volgt met behulp van formule VI-6 A verwarmen

=

0,5 m2

A verdampen

~

3,0 m2

A totaal 3,5 m2

Voor het bereiken van dit oppervlak nemen we eau pijpverdamper

met pijpen van 25 mm Di. Uit formule VI-7 volgt dan

L

=

45 m.

Stel dat de lengte van de pijpen 0,75 m is, dan heeft men

aan 60 pijpen voldoende oppervlakte. De pijpverdamper wordt

voor het bereiken van een goede circulatiestroom in het midden

voorzien van een zielpijp met diameter 15 cm. De koude vloeistof

wordt in deze pijp ingevoerd. De diameter van de

pijpverdamper-doos met zielpijp kan nu volgens VI-11 worden berekend en bedraagt 65 cm. Voor de goede werking wordt om de doos nog

10 cm ruimte gelaten, waarmee de diameter van de gehele verdamper komt op 85 cm.

De hoogte van de verdamper zelf wordt bepaald op drie maal

de hoogte van de verdamperdoos, 2,25m.

Met behulp van formule VI-8 en de stoomtabel is te berekenen

dat aan stoom van 110 oe wordt gebruikt 184 kg/uur.

. /"

De stoomtoevoer wordt geregeld aan de hand van het nlve~/,

van het aceetaldhyde in de verdamper. ~')

P3 De doorvoer van de koelende vloeistof door W3 wordt verzorgd door een centrifugaalpomp. De eisen zijn een doorvoer van 770 liter/minuut en een opvoerhoogte van 7 m. Een pomp die hieraan kan voldoen is de Begeman L 4, 2,8 p.k. bij 1050

omwentelingen per minuut.

In verband met aanvoerschomTIlelingen van de vloeistof

die van de schotel sussen R1 en R2 stroomt, is het wenselijk

tussen de pomp en de schotel een buffervat aan te brengen.

(

,)

, '

~ \.. I l I

Hier is een tank genomen met een inhoud van ongeveer'1000 liter.

W3 In deze warmtewisselaar zal het azijnzuur met behulp van water

worden gekoeld van 80 oe naar 40 oe. De te gebruiken

hoeveel-heid azijnzuur is reeds berekend bij R2. We veronderstellen dat het koelwater een ingangstemperatuur heeft van 20 oe en

een uitgangstemperatuur van 35 °e.De

A

~lm

=

31 oe.

Stel U

= 500 w/m2 oe

Bekend is ~ _w

=

1163 kw

Nu volgt uit formule VI-6 dat A

= 75 m

2•

Nemen we pijpen met een Di

=

25 mm en een lengte van 3 meter,

dan hebben we 330 pijpen nodig mm voldoende oppervlakte te

Dour de p1Jpen loopt het koelwater. Met behulp van formule

VI-4 is te berekenen dat aan koelwater 66,5 m3juur nodig is. Het aantal passes wordt hierdoor bepaald op 4.

Voor 4 tube-passes moeten we een correctie toepassen op de

A

T_lm •• Deze leidt tot een A gecorrigeerd

=

80 m2•

Het aantal pijpen wordt nu 340.

Met behulp van VI-11 is te berekenen dat de diameter van de warmtewisselaar 1,05 m zal bedragen.

Als materiaal voor deze warmtewisselaar wordt weer R.V.S. 316

genomen.

P6 De circulatievloeistof wordt uit R1 via W6 naar R3 gep.Olp.pt

met behulp van een centrifugaalpomp. Bij een doorvoer van

85 liter per minuut en een opvoerhoogte van 16 m zou

gebruik kunnen worden gemaakt van een Begeman van R.V.S. 316

type L 1,5. De volumestroom wordt geregeld met behulp van een kortsluitleiding.

Aan

de perszijde wordt met behulp van P4 katalysatoroplossing aan de stroom toegevoegd.

w& In deze warmtewisselaar wordt de circulatievloeistof in temperatuur verlaagd van 115 oe naar 25 oe. Dit geschiedt

met behulp van een stroom koelwater met een temperatuur van 15 oe. Deze lage temperatuur kan worden verkregen of in een koeltoren of met behulp van de bij het smoren van de afvalgassen bij

R3 verk~egen koude gasstroom. Dit wordt verder in het midden

gelaten. Het koelwater wordt opgewarmd tot 60 oe.

Om de lage temperatuur van het azijnzuur te kunnen verkrijgen

wordt gebruik gemaakt van een in tegenstroom werkende dubbelpijpwarmtewisselaar. De gegevens zijn:

~ = 254000 kcal/uur = 295 kw

w 0

ä

T_lm= 26

e

U

=

600

wjm

2 oe

2

Nu volgt hieruit met behulp van formule VI-6, dat A

=

18,9 m •

Bij de gebruikte ~

=

5100 liter/uur aan aZ1ijnzuur zal een

v

binnenbuis moeten worden gebruikt met een Di

=

60 mm. Nodig

---voor het bereiken van voldoende oppervlakte is nodig een buis met een totaallengte van 96 m •

Indien we voor elke pijp een lengte van 3 m nemen, dan zullen we moeten werken met

4

lagen van elk

8

buizen.

Het koelwater stroomt door de buitenpijp. Met een ~v voor het koelwater

=

5600 liter/uur zal de Di van de buitenpijp

100 mm moeten bedragen.

Evenals bij de voorgaande warmtewisselaars wordt de toevoer van het koelwater geregeld op de temperatuur van de uitgaande

stroom gekoelde vloeistof.

Ook deze warmtewisselaar kan men het beste maken van

De destillatie

R1 Zoals reeds bij R1 bleek is het waarschijnlijk dat een grote hoeveelheid aceetaldehyde als vloeistof met het

azijnzuur de ketel in wordt gevoerd. Door verwarmen wordt in R1

de vloeistof op 115 oe gehouden, waardoor de hoeveelheid aceetaldehyde uit hoofde van zijn dampspanning maximaal

25

mol% zal bedragen.Deze hoeveelheid zal door middel van een destillatie uit het afgevoerde ketelprodukt worden verwijderd en in het proces worden teruggevoerd. Bij de berekeningen wordt veronderstel~, dat de maximaal mogelijke hoeveelheid aceetaldehyde in het azijnzuur aanwezig is. De ingaande molenstromen zlJn:

%mol azijnzuur

=

15,0 kmol/uur

~ _mo 1 aceetaldehyde

=

5,0 kmol/uur

ft totaal

,lUmol 20,0 kmol/uur

Indien nu als eis wordt gesteld, dat het aceetaldehyde voor

1 mol% in het ketelprodukt en voor 95 mol% in het destillaat aanwezig mag zijn, dan worden de molenstromen

Destillaat: %mol azijnzuur 0,3 kmo I/uur

.0

_mol aceetaldehyde

4,9

kmo I/uur

%mol totaal

5,2

kmo I/uur

Ketelafvoer:

_.0

_mol azijnzuur

14,7

kmo I/uur

.0

_mo1 aceetaldehyde 0, 1 kmo I/uur

.-I 1-I

r---+--

~--

----

-I , I , ! i 1

-,

i

):1

;-,

~

~--"-i

I

i

j --: I ----ti I . 1 I I---...L---I I' I '

;

--

1

-1" -

---

----r---

I 1 •

::

I

1 , jL

P

L ~b ~ Ol

LIl

hl

&tI

~~ I " -I I i 1 1-I

i

, r -I i ~ ~~ S'O

-X

;'0

~

7

+

7

I

I O'BI 8' El'-Bh 8 S Sj

al

88 8~ 8°' 8" I I

î---I----t

i ---- I , I

f--~+~~

I

"

-1--·

--r

----i-t--1

I'

:

-'r-'- ---j '--

. ti

-I

:

--+~~I~

.

'-

_~~~-

-":'·--1

j - _. - I ---j--: ' I I

----1---..

-, ~ 1( , : t' ~. ~ r 1 / A . \ ---I

r

r

\ i I I L ___ , I

__ 1

--j'

! -I '

---J

-I

-1 ;-1 ! 1 ___ L ~ I

-j

1--

_L~_I

'

-i-I·

!

I

!

--I

T-

1--I

i

I

j .. -- i-I -1 I

I ____

J

i

I

-[-·-1

I 1 I -1 ' -, I -1

-+

----I

I : I r , J

-i---"-~ --~

We zullen de destillatie grafisch berekenen met behulp van een Mc Cabe-Thiele diagram. Uit de literatuur (11) zijn enkele evenwichten bekend, waardoor een evanwichtslijn

getrokken kan worden.

Eveneens zijn bekend: x

f

=

0,25

x d

=

0,95

x

k = 0,01

Voor de reflux wODdt een waarde 1 genomen.

Nu moet nog de helling van de q-lijn worden berekend. De vloeistof wordt onder een druk van 5 ata naar een regelklep

gestuwd, waar de druk wordt gereduceerd tot 1 ata. De temperatuur

waarmee R1 wordt verlaten is 115

°c,

bij een druk van 1 ata

. 0

en x

f

=

0,25 hoort echter een evenwichtstemperatuur van 55 C. Een deel van het aceetaldehyde zal dus verdampen, waarbij

de verdampingswarmte aan de vloeistof zal worden onttrokken. Er zal een evenwichtssamenstelling van de vloeistof ontataan, waarbij juist zoveel aceetaldehyde is verdampt en de temperatuur zoveel is gedaald, dat de damp en de vloeistof met elijaar in evenwicht zijn.

Indien verondersteld wordt, dat alleen aceetaldehyde verdampt, dan blijkt na enige berekeningen dut het evenwicht wordt

gevonden bij een temperatuur van 83°C en x

=

0,08 (Zie VI-12)

De uit de hierboven gegeven waarden te berekenen he~ing van de q-lijn bedraagt -0,35. Nu is het diagram te construeren en kunnen de werklijnen getrokken worden. Er b+ijkt dat met één tbeoretisc~e schotel boven de invoer en dr~e daaronder kan worden volstaan. We gebruiken een gepakte kol om met 1"

Raschig ringen, waarbij verondersteld wordt dat één theoretische

schotel overeenkomt met 1 m gepakt bed.

In het bovenste gedeelte van de kolom vinden we de volgende molenstromen:

X

\

Damp: ~mol aceetaldehyde uit voeding

~mol dé@p uit onderste kolomgedeelte Vloeistof rJ reflux

Pmol

en: ~mol afgevoerd naar R2

3,'

kmo I/uur 6, 7 kmo I/uur

5,2

kmol/uur

5,2

kmol/uur

Met behulp van de literatuur

(6)(

9

)(10)

wordt berekend dat de Di van dit gedeelte van de kolom

0,4

m moet bedragen. De hoogte wordt bepaald op 1 m •

In het onderste gedeelte van de kolom vinden we de volgende

molenstromen:

Damp ~ uit ketel

mol

Vloeistof ~mol reflux

.0

_{mol voeding} en: rJ afgevoerd naar K2 Pmol 6,7 kmol/uur

5,2

kmol/uur

16,3

kmol/uur 14,8 kmol/uur

Met behulp van de literatuur

(6)(9)(10)

wordt berekend dat Di van dit gedeelte

0,6

m k~n bedragen. De hoogte wordt bepaald op 3 m •

De ketel wordt verder bereken~ bij W7 en de codensor bij

w8

•

De toren kan worden gemaakt van aluminium.

Bij de bovenstaande berekeningen wordt gebruik gemaakt van de veronderstelling, dat de vloeistof in de gehele,

W7

Bij de reeds eerder genoemde molenstromen zullen bij de destillatie de volgende warmtestromen ontstaan:

Cmndensatie in W8, afvoer van

Verdamping bij de invoer vraagt

Verdamping in de ketel W7

58,4 kw 20,8 kw 37,6 kw

De toe te voeren warmte aan W7 zal geschieden met behulp van condenserende stoom van 150°C. Gezien de temperatuur

in de ketel van de destillatiekolom ongeveer 120

°c

zal bedragen, zal

·~

T

= 30 oe. De U k8n worden gesteld op 600 w/m2 oe, waarna

men met formule VI-6 vindt dat het benodigde oppervlak

2

A=2,1m.

We nemen voor het verkrijgen van dit verwarmende oppervlak

evenals bij R1 een verzilv.;rde koperen pijp met Di = 50 rum •

Hiervan zal een totale lengte nodig zijn van L = 13,3 m •

De inwendige diameter van de ketel wordt om constructieve

redenen gelijk genomen aan die van het gepakte bed, 60 cm •

De windingen van dt; spiraal zullen dus van hart tot hart een diameter kunnen hebben van 50 cm • De lengte van een

dergelijke winding bedraagt 1,57 m • Voldoende oppervlakte

wordt bereikt bij een spiraal met acht windingen en een

stoomtoevoer in de vloeistof van 1 m • De totale lengte wordt dan 13,5 m , hetgeen ruim voldoende is. Indien de ruimte tussen de windingen weer 12 cm bedraagt, dan kan

met eent totale hoogte van 1 m voor W7 worden volàtaan.

Het stoomverbruik

0

stoom 150

°c

=

64 kg/uur

m

De afvoer van het ketelprodukt geschiedt door een leiding

die in open verbinding staat met K2. De stoomtoevoer wordt

geregeld op de temperatuur in het midden van het onderste

w8 De vloeistof in de condensor verkregen zal in hoofdzaak

bestaan uit aceetaldehyde. We mogen de condensatietemperatuur dus van

u

stellen op 20 kokende Freon f

=

10 oe

=

400 w/m2 oe

o _{C. Het koelen zal geschieden met behulp}

12 van 10 oe

Dus volgens formule VI-p is de benodigde opp~~lakte A

=

14,5

m

2

•

Indien we buizen nemen met een Di

=

25

mm ,

dan is een totale lengte van 180 m nodïg voor het bereiken van bovengenoemd oppervlak. Indien men nu buizen neemt

met een lengte van 2 m , dan zijn er 90 buizen nodig.

Op de wijze van VI-11 is dan te berekenen dat de inwendige diameter van de condensorr

55

cm zal bedragen.

De hoeveelheid Freon 12 (10 oe, 4,31 ata) , die wordt verbruikt is 1390 kg/uur.

De condensor kan het beste worden gemaakt van koper. De toevoer

van Freon 12 wordt geregeld op het niveffil van het vloeibare Freon 12 in de condensor.

V3 Uit de condensor w8 stroomt de vloeistof, in hoofdzaak

aceetaldhyde in een voorraadvat met een inhoud van ruim 200

liter. De reflux wordt met behulp van P5 weer boven in de destillatietoren teruggepompt en daar versproeit. De over-tollige vloeistof wordt met behulp V2n p8 opgepompt tot

5 ata en via W3 in het proces teruggevoerd.

De pompen P5 en p8 zijn Lewa enkelwerkende membraampompen.

In de laatste fase van het pr oces moet het azijnzuur

worden gezuiverd van het katalysatorzout en het eventueel

gevormde ethilydendiacetaat. Hiervoor zal het azijnzuur

worden verdampt, zonder reflux door een met 1" Raschig

ringen gêvuld gepakt bed van 9 m hoogte en 30 cm diameter

worden geleid en vervolgens weer worden gezondenseerd.

Dit proces werd met succes toegepast in de azijnzuurfabriek

van Schopau (1), waarbij de druk werd verlaagd met behulp

van een vloeistofringpomp tot 0,7 ata •

Hier zal zodanig worden gewerkt, dat de onderdruk in de

top voldoende groot is om de ketel op atmosferische druk te houden. Geen gebruik wordt hierbij gemaakt van een

voor corrosie zo gevoelige vloeistofringpomp, maar van de

vloeistofkolom in W11 • De regelapparatuur hiervoor, een

klep die de afvoer van het azijnzuur uit W11 regelt op

de experimenteel te bepalen druk in de top vun de kolom,

kan door ruimtegebrek niet in de t ekening verwerkt worden.

De molenstromen zijn:

Ingevoerd azijnzuur

aceetaldehyde

Verdampt azijnzuur

aceetaldehyde A~gevoerd met de sludge

14,7 kmol/uur 0, 1 kmo I/uur 14,4 kmo I/uur 0, 1 kmo I/uur 0,3 kmo I/uur I' I ; \ _ . I

Bij de berekeningen van de warmtestromen zal worden aangenomen

dat uitsluitend azijnzuur voorkomt.

De kololli kan van aluminium worden gemaakt, evenals de ringen.

Voor bet , laat$te. zQu~en porceleinen ringen te zwaar worden

voor de lange kolom die hier wordt gebruikt.

I

.

I

I

-W9

Voor de verdamping van het aZlJnzuur zal gebruik worden

gemaakt van stoom van 150 oe. De temperatuur in de ketel

o 0

zal ongeveer 120 e bedragen, waardoor ,-- T = 30 e.

~w is te berekenen met behulp van de verdampingswarmte

van azijnzuur en is gelijk aan 100 kw.

U

=

600 w/m2 oe

2

Het hieruit te berekenen oppervlak A

=

5,5

m •

Evenals reeds vroeger bij W7 en R1 gebruiken we hier de

verzilverde koperen buizen met Di

=

50 mm •

Voor het bereiken van een voldoende oppervlak is hiervan

35 m nodig.

Men neemt één spiraal met een diameter van

6'

cm en één

spiraal met een diameter van 41 cm van hart tot hart. Voor

het bereiken van de vereiste lengt e heeft men in de buitenste

spiraal 11 en in de binnenste spiraal 10 windillgen nodig.

De hoogte van de ketel is 2 m •

~m stoom 150 oe

=

170 kg/uur

Het vat kan van aluminium zijn.

W10 In deze condensor zal het gasvormige azijnzL,ur weer in

vloeibare toestand worden gebracht. De koeling zal geschieden

met koelwater afkomstig van W11 met een temperatuur van

30 - 50 oe • T lm

=

80 oe •

f6

w

=

100 kw U

=

600 w/m2 oe

Ditmaal wordt een horizontale pijpcondensor geno~en, waarbij

het water door de pijpen stroomt. Het benodigde oppervlak

is A =:= 2, 1 m2• Bij gebruik van koperen pijpen met Di

=

25

mm

heeft men een lengte nodig van L

=

27 m •

Neemt men per pijp een lengte van 0,75 m , dan zijn er 36

pijpen nodig om voldoende oppervlakte te bereiken. Bij een

berekende ~ koelwater van 4100 liter/uur, zijn zes passes

m

De diameter van de cond91asGir is lDerekend op de wijze van VI-11 en blijkt 45 cm te zijn.

In het azijnzuurgedeelte wordt nog een viertal schotten

aangebracht.

W11 Deze warmtewisselaar heeft tot doel het nog warme aZlJnzuur

af te koelen tot 30 oe. Voor de construktie werd hierbij

gedacht aan een tegenstroom dubbelpijpwarmtewisselaar.

Een additioneel voordeel van een dergelijk type is, dat met ~

de daarbij ontstane vloeistofkolom een voldoellde onderdruk

kan worden getrokken om de weerstand van het gepakte bed

in de kolom K2 te overwinnen. Er zal worden gekoeld

door wat er van 20-30 oe in de buit enpijpen te laten lopen.

~

=

47 kw

w

0

T

_lm

=

37

e

U

=

600 w/m2 oe

2

Hieruit volgt een oppervlakte A

=

2,1 m • Bij een gebruik van

een binnenpijp met Di

=

25 mm geeft dit een lengte L

=

27 m •

We nemen 18 buizen van

1,5

m lengte elk om de totale lengte

te bereiken. De buitenbuis zal bij een

0

_m koelwater

=

4100 liter/uur

een Di moeten hebben van 70 mm •

Deze warmtewisselaar kan van aluminium zijn.De totale hoogte van

Het produkt dat uit W11 komt wordt voor een deel, gemiddeld voor 48 kg/uur, gevoerd in ~én van de drie aluminiumvaten

V1 V2 V4 .Elk van deze vaten kan 900 liter bevat t en.

In deze vaten zal het mangano-acetuat in azijnzuur worden opgelost, ongeveer 150 kg per vat per ke~r.

Teneinde voor een goede homogene oplossing zorg te kunnen

dragen, zijn in elk vat twee roerders gemonteerd. De homogeen

gemaakte katal~satoroplossing P4 zal door middel van een

Lewa membraampomp via de vloeistofstroom door W6 in de reaktor

worden gepompt.

De ~ katalysatoroplossing

=

58 kg/uur.

m

Door te werken met drie vaten k2n het vullen immer in de dagdienst geschieden.

VIII Tabellen P1a W1 P1b P2 W2 P3 W3 P4 W5 P6 W6 P5 W7 w8 W9 W10 W11 K1 ~m HAc ke/ sec 13,3 13,3 0,013 1, 17 1, 17 0,005 0,010 0,240 0,240 (invoer)0,250 R3 via smoorklep K2 ketel afvoer 0,005 K2 ketel invoer 0,245 - - ---~---~mlucht ~m AA kg/sec leg/sec 0,328 0,328 0,328 0, 171 0,171 0,060 0, 120 U,001 0,001 0,001 0,061 0,266 0,001

~ _m stoom

%

_m koelw

%

_w Biz

kg/sec kg/sec kw 0,87 36,5 0,051 113 18,5 1163 0,053 110 1,55 295 0,018 37,6 58,4 Verbruik 0,047 100 Freon 0,39 kg/sec 1, 17 100 1, 17 47

IX Literatuur

(1) British Intelligence Objectives Sub-committee

-final report 75 - Item 22 - 1945

(2) J.C.Lane, B,H.Weil - Petroleum Refiner - 25 (1946) 87

(3) J.H.Pepry - Chemical Engineers Handbook - 1950

(4) K.Winnacker, L.Küchler - Chemische Technologie -111

(1959) 698

(5) S.W.Rowell, H.S.Hirst - British Patent 304 350 -(1927)

(6) J.M.Coulson, J.F.Richardson - Chemical Engineering -(1962) 412

(7) J.C.Warner - Trans. Elektrochem. Soc. - 83 (1e43) 319

(8) G.G.Brown - Unit Operatmons - 1950

(9) T.K.Sherwood - Ind. Eng. Chem.-30 (1938) 765

(10) E.B.Lobo - Trans. Am. Inst. Chem. Eng. -

11

(1945) 693

(11) Pascal, Duprey,Garnier - Bulletin de la Soci~té de

France -29 (1936) 9

(12) Ramsay, Young - Journul of the Chemical Soc. - 49( )790

(13) Kahlbaum - Z. Phys. Chem. -

Jl

(1894) 14

(14) P.H. Groggins - Unit Proces~es in Organie Synthesis

-( 1958) 507

(15) R.Schiff ~ Berichte -

2

(1876) 304

(16) F. Noldin - Dtsch. Essigind -

11

(1927) 181

( 17) F • lvI. Hildebrandt - Food Ind. -

Jl

(1941) 62

(18) P.Hassack - Gärungsessig - 1904

(19) S.GoldschrrLidt - U.S.Patent 1666447- (1927)

(20) du Pont - Frans Patent 652845 - (1928)

(21) Ch. Morgan jr., N.C.Robertson - U.S.Patent 2659746 - 1951

(22) Consorttium Elektrochemische Industrie - DRP 269937 - 1912

(23) H.G.Zemders - Corrosie en haar bestrijding - (1962) 90

(24) P. Aussum - Vorschrifte und Reglen der Technik für

KOELWATER 15 KOELWATER 20 "C

;.

~ I I . 1 I ,L ~\ ~ I _ AZYNZUlJR . _

I

~ "-{'I~Ll'h 1...Ci..!J r"H.FE\j~ ENEr; .ar 'U '~--' I' r .: : \ _

['ATUM Jll'll 53 SCHAAL 1-10 o 1~