Fabricage methoden van aceton

I

1-

w 1c.W.

~'""1

I I •

I

.

, '.'

..

r

•

i

-L

I.

/

InleidlM·

Fabrioage methoden

van aoeton

laar hun

lndustrille

betek nis kunnen 4 ••

.

• ale volc1

-worden ingedeeld:

1.

Uitgaande

van prop. n (kraakg .8en)

&. Het

propeen-zwavelzul1r prooes

t

voor 4.

t .

,,1-aloohol

bereiding

.et de daaropvolgende 0%14at1

o~ 4ehydrogenering van 1eoproJp~1.

b. De d1reote katalytisohe hydratatie van p~pe~n

.et

stoo., waarbij

als

katalysatoren

Ou

of

Ac

·

0) 8i02 of Jl_20, " ·be.l,d

worden.

(1) .

2. Uitgaande van acetylee~

a.

Het in

~1t81and

ontwikkelde proce ••

waarb!~

ond r

katalytisohe

invloed

van

_'e2

0,

-

ZnO

aoet11e.n ut

8tOO. (verhouding c l : 10) bij

±

450

oe

wordt omgezet.

b.

~a azijnzuur (zie

4a).

, . Uitgaande Tan aethylaloohol

Door o . .

ett1ng

et stoom bij 400 - 550 00 onder

invloed

van zinkltatalY8atoren

(2)

4.

Uitgaande van azijnzuur

a. Het leiden Tan az1jnzuurdamp b1j 400 - 500 00 o~ r

C 0

(op pu1l1leteendrager) g.e~t aoeton (,)

b.

De

oud pyrolyse aethod.,

die

van

O~.oetaat

uit-Baat. (4)

,.

Uitgaande van

koolhydraten

Deze kunnen voor een belangr13k deel door direote

r

- - -

---- - - ! ,

.

,

-2-Slechts 4e bereidingswijzen • • elke onder 1. en 2 . ...

er-meld .1~n, \fOrden tegen.oordt, uitgebre1d

toe,ep •• '

.

Bormaal 18 keuze ui

i

deze tabricagemetho4en dan ook g ..

x-eoht,...ardlgd t8 aobten. De opdraoht voor dit

fabriek8-sohema beperkte deze keus. tot een prooe., waarbij men

van propeen uitgaat.

D1t 1e in lederland

economisoh ge.len

het

aeeet

verant-woord, daar kraakBaaaen en dus propeen in ~l40.n4e

hoe-veelheden besohikbaar a13n.

De

algeme

ft

,ebrulltelljke en hier

ook

gevolgde bereld1D&

T&n 18oprOP11alaoho1 uit propeen ia het "Zwanl.uur"

pro-oe., door Shell eh.mioel. en Standard Aloohol 07. 00 __

wikkeld.

Voor de : ~o.Q bereiding etaan h1erna tw.e •• gen open n.l.

1. oxydatie a.b.v. een AS ~atal7e.tor

2

.

~hydroB_narins

m

.

b

.

v

•••

n

Ou

katalysator

.

De

dehydrogener1ng ,.niet

deworkaur, aangea1.n "8.a

de

volgende voordelen b1edt bOTon de oxycla"t1e.

1. De katalysator 1a goedkoper

2. Als waardevol b1jproduot verkrijgt n waterstof

, . Er treden minder nevenre

otles

op.

De j&ar11~k •• aoetonproduotie der fabriek beloopt

oaae-veer 1000 ton. Dit product1eo1jter 18 getoaen oa 48 t~

port van aceton uit de

V.S

.,

die in

1952

1000-tOD ter

waarde van ruim t . 1.000.000,-- bedroeg volledig op te

betten.

Litteratuur:

1.

BIOS 1558

(1945)

2. InG. ehe iat 195 (1950)

,

.

BIOI 105'

(1945)

4. I.E.O.

16 11"

(1924)

I I I I ! I I I I

I

I I

t-L

r

-I i

.

:~

\ ... .. ,... r ~ -Fabrieksschema-verslag van J.W.Klinkenberg. Verklaring productieschema~ \

De grondstof voor de aceton-fabricage is ca

99

frige

isopropanol, welke vanuit de opslagtank door een tandrad-pomp naar de voorwarmer en verdamper gestuurd wordt. De onzuiverheid in de alcohol is vrijwel geheel diïsopropyl-aether, welke practisch onveranderd het systeem doorloopt.

In de voorwarmer word~1l1cohol door stoom tot even beneden

zijn kookpunt verwarmd, waarna de vloeisto~ _{in de verdamper}

omgezet wordt tot damp van 1000 C en ca 1.25 atm druk. Deze

damp wordt in de eerste warmtewisselaar door de hete gassen,

welke de reactor verlaten opgewarmd tot ca 3000 C en de rest

der benodigde warmte wordt in de tweede warmtewisselaar ge-leverd door de uit de reactoren afkomstige Dowtherm. De

isopropanoldamp treedt op ca

325

0 C de eerste reactor

bin-nen om de dehydrogenering tot aceton te ondergaan. De warmte,

die nodig is voor deze reactie wordt geleverd door de Dowtherm,

welke de reactor op ca 3800 C b~

7 -

8 atm binnentreedt;

ver-volgens doorlopen reactiemengsel en Dowtherm resp. buizen en mantel van de 2e reactor. Het reactiemengsel wordt in de

re-actoren binnen de temperatuurgrenzen van 320 - 3300 C

gehou-den. De Dowtherm verlaat de reactor op ca 3350 C en doorloopt

de reeds genoemde tweede warmtewisselaar alvorens naar de Dowtherm voorraadketel terug te keren.

De reactiegassen, nu practisch geheel uit watersto~ _en

aceton bestaande, worden aangezogen door een

membraancompres-~ sor en door de eerste warmtewisselaar naar de

koeler-warmte-wisselaar gestuurd, waaruit ca 80 gew.

%

van de'aceton als

vloeisto~ opgevangen wordt en ca 20 gew.

%

samen met de wa-terstof naar de scrubber gaat, waarin de aceton uitgewassen wordt en als koude waterige oplossing het koelende element der zo juist genoemde koeler-warmtewisselaar vormt.

De a~gescheiden ruwe aceton en de waterige oplossing

doorlopen samen een voorwarmer, waar met stoom het aceton-water mengsel tot even beneden zijn kookpunt opgewarmd wordt

en de voeding vormt voor de destillatie-kolom, waarvan

hier-onder de berekening wordt gegeven. 99 ~ige aceton verlaat

de fabriek op 200 C gekoeld door de nakoeler.

Als waardevol bijproduct wordt practisch zuivere

- - - -- - - - --- - -Literatuur: 1 2

2-4

2

6

-2

8 Brit.Pat. Ned.Pat. Ned.Pat. U.S.Pat. U.S.Pat. 337.566 (1929) 28.606 (1930) 29.252 (1931) 2.039.543 (1936) 1.956.088 (1934)

G.S.Parks, C.S.Chaffee, J.Phys.Chem. 31, 439 (1927) U.S.Pat. 2.373.269 (1945)

N.Goldstein, The Petroleum Chemicals Ind. N.Y.1950 John.Wiley & Sons.

Ullmann, dl. 1. Chem.Apparatebau und Verfahrens-technik. Urbau

&

Schwarzenberg,

München-Berlin 1951.

Materiaalbalans: (alle hoeveelheden per uur). Grondstof: 125 kg 99 r~ige isopropanol,

d.w.z. 123.75 kg isopropanol

1.25 kg di-isopropylaether 125.0 kg

Omzetting in reactor levert:

onderanderd dehydratatie als nevenreactie onomgezet 116 kg aceton 4 kg waterstof 1.25 kg aether 1.75 kg propeen 0.75 kg water 1.25 isopropano14 125.0 kg

Uit de koeler-warmtewisselaar komen: a) als vloeistof: b) naar scrubber: 92.8 kg aceton 0.75 kg water 1.25 kg aether 1.25 kg isopropanol 0.1 kg opgelost propeen 96.15 kg 23.2 kg aceton 4.0 kg waterstof 1.65 kg propeen 28.85 kg

+ 120.0 kg water voor uitwassen 148.85 kg

Uit scrubber: a) Gas: 4 kg waterstof

1.5

kg propeen

0.2

kg aceton

5.7

kg (ca.

45 .3)

b) Vloeistof:

120

kg water

23

kg aceton opgelost

0.15

kg propeen

143.15

kg Voeding destillatiekolom:

115.8

kg aceton

120.75

kg water

1.25

kg aether

1.25

kg isopropanol

0.25

kg opgelost propeen

239.30

kg

Bij destillatie verkregen:

Top:

115.3

kg aceton

0.5

kg aether Bodem:

0.2

kg isopropanol

0.1

kg water

0.25

kg propeen

116.35

kg

99

r~ige aceton

120.65

kg water

0.5

kg aceton

0.75

kg aether

1.05

kg isopropanol

122.95

kg Acetonproductie

(99

%

zuiver):

116.35

kg/uur

=

2792.4

kg/dag

=

ca

935

ton/jaar

(335

productiedagen) :. I

'.

, 0.8

0

.

,

0. os '. ___

.~I_...!...-l.

, _, '. 0.3 ~ ' I ' \ j '. .,,-' .' '. DB&. M

~-­

I

Berekening der destillatiekolom: (zie grafiek) Gegevens: Voeding: Topproduct: Bodemproduct: x

=

0.225 x = 0.985 (99 r~ige aceton) x

= 0.0013 (0.5

%

aceton) Refluxverhouding R

=

lt Overall schotelefficiency

S.

=

0.6. 4

Voeding als vloeistof op kooktemperatuur ingevoerd. De destillatie wordt b~ 1 ata uitgevoerd.

De ~-x figuur werd samengesteld met behulp van gegevens over het vloeistof-damp evenwicht van aceton-water mengsels uit (1) en (2) en over de mengwarmten uit

(3).

Aangezien de temperatuur-afhankelijkheid der mengwarmten niet bekend is, werden de voor 150 C opgegeven waarden gebruikt.

De soortelijke warmten van aceton en water werden, zowel voor damp als vloeistof, als niet temperatuur-afhankel~k aan-genomen. Voor aceton wordt deze betrekking niet in de litera-tuur aangegeven. De gebruikte waarden (3) z~:

Aceton: _{cp damp = 0.36} cp vl. stof

=

0.53 Water: _{cp damp}

₌

_0.48

cp vl. stof = 1.0

De constructie werd uitgevoerd volgens de methode be-handeld in (4) en

(5).

Het aantal theoretische schotels werd volgens de ge-bruikte methode bepaald op 12, waarb~ de vierde schotel, vanaf de bodem gerekend, de voedingsschotel is. ~ de ge-geven schotelefficiency van 0.6 wordt het aantal practische schotels 20 en de voedingsschotel (zie stippel~en in de grafiek) de 6e van de bodem af gerekend. Aangezien de voe-ding ca. 1 gew.

%

isopropanol en di-isopropylaether samen bevat, welke b~ de berekening verwaarloosd werd, werden nog 2 schotels boven de voedingsschotel toegevoegd, om een nog betere scheiding te_ verkr~gen. Dit brengt het totaal dus op 22 schotels met de 6 e vanaf de bodem als voedingsschotel.

De afmetingen der kolom werden als volgt berekend: Aangenomen: schotelafstand H

=

1 ft.

~--- - - -

-5

Voor de dampsnelheid vindt men uit:

=

1.5 ft/sec

=

0.45 m/sec.

De diameter der koLom werd berekend uit:

a 2

=

D(R + 1) )( 273 + t )( 2§ x 22.4 ~ 4 m2 273 P 7r x 3600 IC 0.45

\ I

llQ

22. 4 )( 4

a

=

y2(lt + 1)

x

273

x

3.14

x

3600 ~ 0.45

m

a

=

0.32 m.

Een diameter van de kolom van 32 cm.

Aangezien de voeding als kokende vloeistof wordt inge-voerd geldt deze diameter voorde gehele kolom.

Literatuur:

(1) E.Kirschbaum, Destillier und Rektifiziertechnik, Springer 1950, Berlin.

(2) E.Hausbrand, Rektifizier und Destillierapparatie, Springer 1916, Berlin.

(3) Landolt-Börnstein-Roth - Physik.u.Chem.Tabellen. (4) Collegedictaat prof.dr ir F.M.Heertjes.

(5) G.A.Diepen en G.Meyer, Chem.Weekbl. 44, 57 (1948).

(6) Perry, Chem.Eng.Handbook 3rd ed. Mc.Graw HilI, N.Y.1950.