Oxidatie van propeen

(1)

Laboratorium voor

Verslag behorende bij het processchema

2/40

Technologie

. adres: G.J .Kok Noordeinde 11 datum:

(2)

Samenvallting vim de opdracht . . . 1. Samenvatting over uitvo~r ing van het proces . . . • • • 2. In 1 e i ct·i ng . . . 1-j .

Eigenschappen van propeenoxide . . . • • . . . 1. .ieac ties van propeenoxidp. . . • . • . . . . • . . . • . 2. Commerciële toepassingen van propeenoxide .•...•• 2. Technische bereidings·nogelijkheden •..•.•..•.••.. ~ . Type proces, produktiehoeveelheid en plaats van de

instal-latie .• J.

"Q e s c hr i j v i n g pr 0 ces . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . 4 • Veilighe'·id • . . . • . . . , . . . ~ . . . . : .. 6. JIIIassa- en werlnte balans . . . ... • . . . • . . . • . 7. Fysische en chenische aspecten . . . . • . . . ••. 9-15.

}< e act ie kin e t i ~(é1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 9 • ~erek~ning van de totaaldruk in de reactor .•..• lC. ~erekening van de hoeveelheid te supp1_0r_en:

propeen • . . . • • . 11. zuurstof . . . • . . 12. T-erekeing van de l'eactiewar·ntfl . . . • . . . • • • l2. 1~erekening van de warmtestro'nen . . • • . • • . . . lJ . "Peschrijving en berekening van de reactor . . . 16. ?erekening van de wBr~teuitwis~elende apparatuur ••..•••• 22. Doseerpompen ; . . . " ... '"1 • • • • • • • • • • • ~..:; .

Gashoevee lhp. idsne ter . . . • . . • 25.

or

i sc Ij S s ie . . . • . . . :2 6.

Geraadpleegde liter atuur • • • • . • . . . . • • . . . • . . . • . . . • • 2? 13ijlage 1 \.Ji'lowsheAt, ·nassa- en war~nt~oalans J •. " " " ' " . ~8. Bijlage 2 lConstruktietek':ning van de reactor, . . . 29. Bijl8!ge j (Vergelijking V'3n het gebruik v~n een inwendi- jO.

ge met een uitw~ndiBe spiraal).

(3)

,

.

-1-2~envatting ~ de opdracht:

De opdracht was het ontwerpen van een continu-werkende installatie

voor de oxidatie van propeen.

Aan de hand van de resultaten verkregen bij de ladingsgewijze oxidatie bleek het onm~gelijk te zijn om exakt eeb continue installatie te

berekenen. daar het nog niet bekend was of de oxidatie chemisch of fysisch gelimiteerd werd.

Met behulp van een Rental aannamen is dä installatie op

proeffabriek-e chaa 1 on twor pen.

Samenvatting ~ ui~voering ~ het proces.

Het propeen wordt, opgelost in methylacetaat, direkt geoxideerd net

zuurstof.

De apparatuur is berekend voor een aantal maxi~ale condities, terwijl

er ook rekeming mee is gehouden, dat de apparatuur evp.neens geschikt moet zijn voor lagere condities.

De gas- en vloeietofstromen worden na de reactie chromatografisch

geanalyseerd •

..

Inleiding:

Bij de oxidatie van propeen ontstaat propeenoxide plus nog een groot aantal bijprodukten.

Nigenschappen ~ propeenoxide (Lit.l).

Kookpunt bij 760 mm kwikdruk: J3,4oC

•

Dampspanning van JO-33, 4oC: Log P :run: -1722, 7'j/T

+

8, 4869j.

Hydr aa t.vorming: CJH 6°. 16H 20 'ne t e8n sne 1 tpun t van -3 oe.

De C-O-C-bindingshoek bedraagt 700 en wijkt dus sterk af van de nor-male hoek van 90t

5°.

(4)

'1

De zuurstofbevattende drie-ring van propeen wordt als gevolg van het feit,dat deze een sterk afwijkende hoek bezit,gemakkelijk geopend.

Enkele reacties van propeenoxide staan in onderstaande tabel.

Tabel 1:

Reagens: Voornaa~ste produkt:

I

Wa ter. Fr opeenglyco 1.

Alcoholen. (Basische of Propeen-glycolethers. zure katalyse)

Ammonia. Mono! so pr 0 pan 0 larn ine . Organische zuur-halogenides.

R.CO.X.

O.COH.

Isomerisatie. A llyla lcohol (Li_JP04 of kwarts ~ls kat.) Aceton.

Propanal.

fQmmerciële toepassin~ ~ ~eenoxide:

lJ De polyol-propeenoxide-condensatie.

Propeenoxide kan met poly-alcoholen (bijv. glycerol) in aanwezigheid van een alkalische katalysator"gecondenseerd" worden. waarbij poly-functionele condensatieprodukten zich vormen. Deze kunnen met

aro-matische di-isocyanaten reageren. waardoor polyurethanen ontstaan.

2) Copolymerisatie van propeenoxide ~et etheenoxide geeft pol~neren.

die gebruikt worden voor de verbetering van de eigenschappen van

smeermiddelen. Tevens heeft dit polymeer goede desinfecterende ei-genschappen.

J) Propeenoxide is een goed oplosmiddel voor nitrocellulose, cellulo-seacetaat, lijmen, harsen en andere stoffen.

4) Voorts dient propee~1xide als uitgangsprodukt voor de synthese van monopropeenglycol (wordt in de farmaceutische indust~ie en in

(5)

-3-!echnische bereidingsllogl'?lilkh~den.

1) De Ch laar hydr in8 -:ne thode. (Li t. 2)

Het Chloor is opgelost in water en reageert vervolgens :net propeen.

Hierbij ontstaan twee propeenchloorhydrine-iso:nel'en, Deze lnatsten worden :net loog of kalkmelk behandeld, terwijl propeenoxide

tegelijker-tijd wordt afgedestilleerd.

Reactievergelijkin~en: OH CH~ _{-CH:CH 2} ~ H!2Ó ot- Cl2 .~HJ -CH-CH₂Cl H CHj-CH-CH20H • Ca(OH)2 '-J CH_J

-C-CH

₂ .. Cl 0 Cl resp. CHj -CH-CH₂0H. ~HC1.

2) Direk~e oxidatie van propeen in de gasfase geeft een lage opbrengst en een groot aantal bijprodmkten.

~) Direkte oxidatie van propeen in de vloeistoffase geeft een hogere opbrengst maar ook weer veel bijprodukten. ~ventueel kan men nog een katalysator toevoegen.

Deze twee laatste llethodes worden nog niet op grote schaal toegepast.

!~ proces, produktieh~~eell1eid en plaats Y..illl de installatie: Type proces:

~r is hier sprake van e~n niet-katalytisch proces.

Het propeen wordt, opgelost in llethylacetaat, direkt met zuurstof

geoxideerd.

Produktiehoeveelheid:

De produktiehoeveelheid is gebaseerd op proeffabriekschaal en bedraagt

maximaal een hoeveelheid, die overeen-ko~t ~et een omzetting van 1270 gr. propeen per uur.

Plaats van de installatie:

Voor het proces wordt de zuurstof uit een cylinder betrokken. die

een zo groot mogelijke hoeveelheid zuurstof bevat.(~O 1. bij 200 ata.} Voor het propeen kan l1en gebruik l1aken van een voorraadvat(zie fig. 1).

De gehele installatie zou wellicht in de proeffabriek van de afdeling,

(6)

, _,

;

rekening noet houden met het explosiegevaar van propeen ~et zuurstof.

t -:

?R.;

re

en.

-v' ~.: Il R (}...M Ihl. t-.

:)eschrijving proces:

•

De reactie vindt plaats bij ':H'ixi'naal 180°C en

een zuurstofspanning van 15 ata.

E,ropeen wordt als vloeistof m.b.v. een doseerpomp naar een 'nenger

ge-pompt. Hierbij stijgt de druk van 12 ata tot de werkdruk in de reactor

van 9J ata. ~~h.zlacetaat wordt eveneens m.b.v. een doseerpo~np naar de

menger geponpt. Hier treedt een drukverhoging op van 1 ata tot 9J ata.

De menger bestaat uit een aant~l schotjes in een leiding net een gro tere

dianeter dan de transportleidingen. De vloeistof kOl1t via de onderdek

-sel de.reactor binnen.

Zuurstof wordt via een reduceerventiel, dat de gewenste druk van 9j ata

instelt, uit een cylinder betrokken. ~r zijn n.l. nog geen

zuurstofcom-pressoren voor het comprineren van zeer kleine hoeveelheden tot zulke

hoge drukken! De zuurstof stroomt precies onder de in de reactor aanw

e-zige turbineroeder de reactor binnen, waardoor de zuurstof-belletjes

gelijk goed gedispergeerd worden •

• •

De reactor wordt voor het starten van de reactie met :Cowthel'ln verwarmd

•

en erna daarmee gekoeld. Voor deze velwarming bevindt zich om de reactor een spiraalvornige verwarmingsmantel, die eveneens als koeling gebr~ikt

kan wor den. In der e act or b e v in d t z i c h no g een spi r a a I . die a Is ge volg van een kleinere wanddikte een snellere en dus betere w~rnteovel'dracht

geeft. De Dowtherl1spiraal werkt tijdens de reactie tel1peratuur-regelend,

(7)

th&-

-5-mokappel, relais en versterker een po:np kan worden ingeschakeld, die dan Dowthel ffi TIet de temperatuur van de buitenmantel door de spiraal heen pompt. Door het wegvallen van de grote warluteweers tand van de reactorwand wordt nu extra gekoeln.

Ne een verblijf tijd van ~aximaal 15 ~in. worden de ontstane reactie produkten, het oplosmiddel en de niet gereageerd hebbende reagentia continu afgevoerd. ~en gedeelte wordt' als gas afgevoerd en de rest als vloeistof.

De gassen, die afgevoerd worden zijn zuurstof, CO, CO₂ en nog een kleine hoeveelheid propeen. Doven de reactor bevindt zi~h een condensor, die bij een uit de hRnd lopen van de reactie de ontstane extra gassen kan condenseren, zodat de temperatuur weer kan dalen.

Na de condensor is er een overstroomklep ("backpressure") in de leiding aangebracht, die ingesteld is op de werkdruk in de reactor (9~ ata).

q Bij overschr ijden van deze drUK word t gas afgeblazen. Di tafgeblazen "\.

-

~

Xl

gas wordt in een gaskoeler gekoeld tot JOOC, waarna het bij I eta,

eventueel met het ont~Pte gas uit de flashtank (zie later) geanalysep,rd kan worden. De rest van het gas gaat via een waterslot naar een afgas-brander. Het waterslot dient ter verhindering van het terugslaan van de vlam in de leiding.

Vloeistofafvoer :

De vloeistof in de reactor gaat via een overloopbuis naar een koeler. In deze koeler, die zich voor de flRshtank bevindt wordt de vloeistof tot 600_{C ge}_k_oeld, _{waardoor bij expansie} _in _de

flashtank het methylacetaat (kookpunt 5?oC bij 1 ata) in de vloeistof-fase blijft.

In de flashtank treedt een drukvermindering op tot 5ata. Hierbij ver-dwijnt een groot gedeelte van het propeen als gas en kan dan met de andere gassen teBamen worden geanalyseerd. De temperatuur van de flRsh-Tank wordt dan 20oC. De vloeistof, die ook het gewenste reactieprodukt

(8)

propeenoxide bevat wordt eveneens aan een analyse onderworpen.

Behalve propeenoxide bevat de vloeistof nog een groot aantal bijproduk -ten'zie massabalans).

Veiligheid:

Ter vetmindering van het explosiegevaar zijn een gr oot aantal voorzorgsmaatr egelen getroffen.

Ten eerste wordt bij een kleine temperatuurverhoging Dowtherm door de spiraal in de reactor ~eponpt met een temperatuur , die gelijk is aan de temperatuur van de Dowtherm , die o~ de reactor stroo~t.

Bij een nog hoger worden van de te~peratuur kan een alar nsysteem worden ingeschakeld. Hierbij wordt de zuurstoftoevoer afgesloten, terwijl de verwarming van de Dowtherm en de regeling van de koeling hier van na de reactor met de hand kunnen worden uitgeschaield. Tevens treedt dan

..

een koeler voor de spiraal in werking. Het zou gewenst zijn dit D ow-thermcircuit op een"veilige" afstand van de reactor te plaatsen. Verder is de condensor boven de reactor constant in werking.

Ook verdient het aanbeveling de reactor van een explosienantel te voorzien met een uitlaatpijp naar buiten. Tenslotte bevindt zich boven de reactor nog een breekplaat, die men op een bepaalde druk kan ins t el-len.

Behalve in de reactor kan zich ook nog een explosie voordoen na de re-actor en wel in de gasleiding, waar het propeen uit de flash tank in aanr aking komt met de gassen uit de reactor. De explosiekans is hier echter veel geringer, daar temperatuur en druk laag zijn.

~en eventuele detonatie is echter nimmer te voorzien.

(9)

\

J (

(10)

Massa- ~ ~armtebalan~~

maximale condities:

De massabalans wordt berekend voor de volgende

zuurstofspanning: 15 ata.

propeenhoeveelheid: 500 gril oplos'niddel.

Aan de hand van resultaten vel'kregen bij ladingsgewijze proeven werd de omzettingssnelheid van propeen en de vor~ingssnelheid van de diver-se reactieprodukten berekend. gierbij werd dus aangenonen dat de

over-all rectiesnelheid bij een continue oxidatie hetzelfde bleef. Dit laatste moet echter nog ui't continu/-! proeven öLijken.

Uit een standaardproef (ladinggewijs) bleek dat 100 gr propeen de in tabel 2. genoemde produkten gaf bij oxidati~.

~r werd berekend dat 0,125 g:nol'propeen per :ninuut zal worden omgezet en voorts werd verondersteld dat dez~ hoeveelheid propeen een even-redige hoeveelheid produkten vormde aan de bovenstaande 100 gr. propeen Tabel 2:

--~.

-100 gr:2,j8 gnol propeen geeft: 10,125 g~ol propeen

ï

I

.

,

Naam produkt. Hoeveelheid in gr, in gmol~ geeft per minuut

;lO-~o 1 produkt.

'---_._----

._-

.

..

-. - ----_ .. _. acee taldehYGt , " )

.

₅ (' , 114 6, 596. :aceton(ac). 6 6,10;; 0,541-;Azijnzuur(az). 16 0,267 l,4C. methylformiaat(mf)~ 24 ('>,400 _2,10.

:pro peeng lyco 1 (pg ) • 20 (, ,26:5 1,;;8.

! !.Q.r 0 pe en ox i de.l.2.2.l. 5'"

v.

'.J 0,948 4,97.

-;

! _,

CO.

12 0,428 2,25.

,

I

C0

2 ' 44 1 5,25. H9

o.

20 1,11 5, 8C.~. l ~ _~ ) 2..

'f"

-i

~ vi

Î

(11)

-8-Tevens blijkt dat er ook nog een grote hoeveelheid propeen verdampt bij expansie in de flashtank.

Voor de resultaten van berekening van de verschillende ~assastromen

zie nen bijlage 1 aan het eind van dit verslRg.

De berekening van de massa-balans komt o.a. nog in het hoofdstuk

"Fysische en chemische aspecten" ter sprake.

1Nar:nteb81ans:

De reactiewarmte. die bij reactie vrij kont wordt

gebruikt voor het opwar~en van de reagentia. De rest van de war~te

wordt door de Dowtherm-mantel en spiraal afgevoerd.

De war~tebalans staat eveneens in bijlagR 1. De berekening ervan ko:nt

(12)

Over de oxidatie van propeen in de vloeistoffase zijn nog niet veel exakte gegevens bekend.

Met behulp van een ftmerikaans patent (Lit,j) en aan de hand van ge-gevens verkregen bij de ledingsgewijze oxidatie op het laboratoriu~

van Chpmische Technologie is een continue reactor ontworpen.

De reactie verloopt volgens een vrij-!'adicaal-~echanisme (Lit.l,4J ~eactie-kinetika.

De reactievergelijking luidt:

Voor de overall-reactiesnelheidsvergelijking werd uit "batch-proeven" de volgende vergelijking af?eleid:

H ier in is:

-~/HT

: A.e

~JH~= concentratie van propeen in de vloeistoffase

in gmo 1/1.

p02: partiaalspRnning van de zuurstof.

~= 21 kcal: aktiveringsenergiA ("overall").

Voor een proef bij l500C en bij een p02 van 5,5~ta werd een QQ2

dt vAn 11.10-J~mol/~in gevonden. -2100C/2. 42J. . Dus 2Q2=

A

.

e

j,6.5, 5.: dt

.

-J -J 11. 10 gmo l/'Ilin. A-: 11. 10 • -~---=2l:0001 h. J,6. 5,5. e oq6.

~erekening van d02voor de volgende condities: dt

p02= 15 ata.

~)1J=

500 gril. oplos'niddel. Als oplosmiddel wordt hier methylacetaat gebruikt.

(13)

.

-10-Er wordt verder aangenomen. dat de verdeling van propeen over de twee fasen zodanig is dat 2/3 gedeelte in de vloeistoffase blijft en dat 1/3 gedeelte in de gasfase komt.

De concentratie van propeen in de vloeistoffase wordt nu :

2/3.500/42: 7,94 gmol/l.methylacetaatl Het soortelijk gewicht VRn propeen bedraagt concentratie wordt: ? 94 5,1 gmol/I. U)'~"":"I 1000+

2Î3.

500/0,6 -3 -21000/966 gQ2= 11.10 .e c: Q,20§...gmol.il.2/min. d t 3,6. 5,5. e -21000/846. Verder geld t: ,- .... . I d ;C~H61 : 0, 6

!!Q2

dt dt : 0,6 0,208

=

Q,125~ol(min • zodat de

Voor de hoeveelheid reactieprodukten, die uit 0,125 g~ol propeen per minuut ontstaan zie ~en pag.?

~rekeninK ~ ~ totaaldruk in de ~act~

Bij de berekening van de totaaldruk in de reactor moeten een groot aantal aannamen gedaan wor-den. Het is n.l. vrijwel onmogelijk in een systeem met een zo groot aantal componenten de druk exakt te bereken.

Stel, dat men uitgaat van een binair mengsel, hetgeen bestant uit propeen en methylacetaat. Hiervan is m.b.v. de wet van rtaoult de dr uk te bereken.

De molfraktie aan propeen wordt als volgt ber ekend: I~· -,

(CjH6 ~ : 5,1 gmol/l, dit komt overeen met 5, lx42= 214 ~r(l.

Het volume hiervan bedraagt ~: 360 mlo 0,6

In 1 liter oplossing bevindt zich dan nog 640 mI. methylacetaat. 640 mlo MA: 640.0,7 :6,1 gmol.

74

De molfraktie x - 5,1 : 0,46. 5.1"'6,1

(14)

Met deze ~olfraktie is de druk P, die boven een mengsel van

methyl-acetaat/propeen staat te berekenen.

Er geldt n.l.(Kaoult).

P -20

=

Q.J.i.ê.

13s=P 0,54

20= dampspanning van zuiver methylacetaat bij 180°C.

('

lJ8: da~pspanning van zuiver propeen bij 180 C.

P wordt nu 75 ata.

Hierbij komt nog de druk van de zuurstof en die van de ontstane

reac-tiegassen. De 1Qtaaldruk zal dan ongeveer 9J ata bedragen.

In de praktijk zal deze druk wellicht lager zijn door afwijkingen van

~

het ideale gedrag der gassen, door dampspanningsverlaging en andere

factoren.

E~keni!l& Y.illl de hop.veelheid

,

.ll

~~~!2 ~~~

Als gevolg van reactie verdwijnt Q.,125 g'no~ propeen per ~ninuut.

Voorts verlaat er propeen, opgelost in methylacetaat de reactor.

-Pij een verblijf tijd van 15 minuten bedraagt de 'Jitgaande stroom/ /

67 ml/min, terwijl de concentratie aan propeen 5,1 g'aol!l ts--~/~

/ / / / .... /

In de uitgaande stroom bevindt zich dus 5, lx

21.... =

O,J42.g:nol propeen

10('

per minuut.

Tenslotte verlaat door verdamping ook een klein gedeelte van het

propeen de reactor. De uitgaande gassen worden tot JOOC gekoeld.

/ /

De dampspanning van propeen bedraagt bij JOoC.lj ata. De totale druk van het gas is nog steeds 9j ata, terwijl 0,284 gmol gas/min. gekoeld

moet worden (zie pag.?). Hierbij is dus nog geen rekening gehouden

met de propeendamp. Stel nu dat 0,284 gmol. het totale aantal

gas-moleculen is,. De hoeveelheid prnpeen bedrnRgt dan:

~~ x 0,284 : o,04D g mol propeendamp/min.

9J

In totaal moet er dus een hoeveelheid van ~505 gnol propeen per

(15)

-12-Ren suppletie van 6,505 g~ol propeen ko~t overeen met 21,2 gr en dit weer met j5 :TIl propeen. Bij een ve'1b1ijftijd

van

15 min en een

reactorvolume van 1 liter (voor de vloeistof) moet de vloeistofatroom

6? ml/min. zijn. Er verdampt echter steeds e,04 g:nol propeen, hetgeen overeenkomt met 2.8 mi propeem. Om nu te voorko~en, dat er zich in

tse"n

;'.d.,f-de reactor te weinig vloeistof .k'&mt wordt 2,8 mlo methylacetaat ~,

/1 ",",,, ('J " " " '

extra toegevoegd. De ingaande vloeistofstroom bestaat nu uit ~~·nl. propeen en j4,8 mlo (:2:5,8 gr) ~nethylac2taat .per !ninuut.

~erekening y~~ deho~!~~lheid ~ suppleren ~~~!Qf.

. . r '

Uit reactie-kinetische berekeningen(pag. 9-10) blijkt dat 0,208 gmol.02

als gevoltS van reactie verdwijnt. ~r zal hip.r :net een twe~voudi8e

over-meat zuurstof gewerkt worden en dus moet er O,416~h-Q.2 gesuppleerd worden per minuut. (of lj,j gr!min.)

Fereken1nB: y.!à!2 de I'eac tiewarmte :

De reactiewarmte is de som van de vormingswarmtes van de

reactiepro-dukten, verminderd met de som van de vormingswarmtes van de reactan-ten.

De vormingswarmtes van propeen, CO _{en CO 2 zijn uit de} literat~ur be-kend voor de reactietemperatuur van 1800_C(Lit.5).

Voor aceetaldehyde, azijnzuur, aceton, methylformiaat en water

kun-h'15i3

nen deze berekend

wor~en

m.b.v. _H4_5j

=

_{H298 ._}fcp.d T•

I ~'1(Ä,8

~ij deze laatste methode wordt gebruik gemaakt va~ de gegevens in Li t. 6.

De vormingswarmtes van propeenoxide en propeenglycol werden berekend

~.b.v. de specifieke groepBwaarden in deze verbindingen. (Lit.?).

(16)

in kJ/mol. 1 duktie in kJ/min • -- - ._-

._-

. _ ... ~, ._- -aceetaldehyde, 0,006. -16j 0,98. aceton. 0,O05 -252 1,26. azijnzuur. C ,C14 -490 (; ,85. methylformiaat~ (',021 -j 69 7,55-propeenoxide .- 0,05 -100 5,00.

pro peeng lyco 1- 0,014 -470 6,58.

CO. C ,02j -110 2, 5j. CO 2 •

o

,05j -j94 '20,90.

H20. 0,058 -j47 ~(' , 10 • ~,,~

I

To_tale 'l!sr nt~produkti~ ₇₁1

'

5 .

I

_ _ _ ______________ ___ .1. ________ ._. __ • __ • ____

De som van de vormingewarmtes van de reactanten:

Per minuut wordt 6,125 gmol propeen omgezet. De vormingswarmte bedraagt

-13,6 kJ/mol, zodat de vormingswarmte -1,7 kJ/~in wordt.

~. De totale vrijgekomen reactiewarmte wordt nu:

Berekeni!28. ~ de warmtestromep:

De reactanten worden op 26°C de reactor ingevoerd en worden vervolgens

verwarmd do or:

1°. De Dowtherm, die door de mantel om de reactor en ct oor des p i r a a 1 in der e act (\ r s t r 0 0 '!1 t •

o

-2 • De reactiewarmte, die vri j komt.

o

ä~' Voordat de reactie gestart kan worden moeten de reactanten wor-den verwarmd. De warmtestromen zullen echter voor de

stationnai-~e toestand worden berekend.

~d 2°.De optredende reactie is exotherm, waardoor men de vrijgekomen

warmte kan gebruiken voor verwarming van de binnentredende re-actanten.

;.

De vrijgekomen reactiewarmte bedraagt 7J,5 kJ/min en dit komt overeen met 122)7 Watt.

G, l ~lr

(17)

-14-Een gedeelte van de reactiewarmte wordt gebruikt voor het OPWB~men

yen d~ reactanten van 200 _{tot_'!§Qoc:.} _l-i_{iervoor is nodig:}

.j_{T( 6.n.c p (propeen) .;.} ~m.cp(:nethylacetaat)

+

,Q"m.cp(zuurstof)). i60( 21,2.0,58.4,19 ~ 2j,8.2,94. ~ 1~,j.r.2l8.4,19)=

160 ( 82 50 .. 11200 - 1 9 4 C): 2 D 9 C

.r /

min

=

~ 5 6 'N.

~en ander (klein) gedeelte van de reactiewarmte wordt gebruikt voor de verdemping van 0,04 g~ol propeen per 1inuut. De verdampingswarmte van propeen bij 1800C is 9,8 k.r/gITIol. Er wordt dus

6,04 x9,8 : O.~9jkJ/min= 6 Watt. gebruikt voor verdanping. De rest van de reactiewarmte zijnde 1227 - j62 =865 ~. wordt door de Dowtherm afgevoerd.

Hierbij wordt verondersteld dat ~L~edeelte door de ~uite~~§Bl~l word t afge voer d (778 N.) en l/lQ_g~de~J:.~ door de inwend ige spiraa 1

De vloeistof uit de reactor wordt in deze koeler van l800_{C tot 60°6} _gekoeld. _{De cp·s worden bij}

T=

_120°C _gebruikt. In deze vloeistof bevinden ?ich 7,6 gr. r~actieproduktem met een cp(gemiddeld) van 2.T/gr., verder 14,;:; gr propeem (c

p(gernJ:o,58 .J/gmolJ en 2J,8 gr methylacetaat (c =~,2 .T/gr.) N.P. de hoeveelheden zijn per

p

De warmteatroom , die moet worden afgevoerd bedraagt nu:

120( 7,6.2. ~ 14,~.C.5P. ~ 2~,8.~,2.)

=

l5000.J(min:250W.

Berekent[. Y3!!l de h2.~~lhe iS. ~~!~. die ~ls gev~~ ~an Y.!:.E.da!!!.Eing ~!m..

E~~rr ~it ~ flashtank verdwi~

Stel, dat de temperatuur van de flashtank door de verdamping van pro-peen daalt tot 20°C. De gemiddelde temperatuur bedraagt dan 400C. Verder wordt veronde~Eteld . det alleen propeen bij 20 oC. verda~pt.

(18)

0'11 • cp ' T ( rea c tie pr 0 d uk ten) •

e.:n.

c p T ( pr 0 pe en) - 0m.c DT(!'Qethylecetaat):

p

7,6.2.4('. - 1~,~.(',55.~,19.40. - 2~,8.2,;:.4(. : ~w in J/:nin •

• '. 0w: '1110J/min: 69 W.

De verdampingswarmte van ~~peen bedraagt bij 20°C. 15COOJ/gmo1.

~r zal dan dus 4110

1500C'.

dampen.

!:L8veerd.

In de geskoeler worden de afgessen uit de reactor van 18UoC tot ~OoC

.. :Pf.r~là . De warmte, die men dan 'iloet afvoeren wordt nu als volgt

tE~rekend •

Gemiddelde temperéJtuur is 105°C; de soortelijke warmtes worder. cij deze

temperatuur genomen. ~r geldt nu:

0:n.rp- -.T(02) - e:n.cp-,-_{T(CC', .. 0m.c p "} T(C02 ) • 0rn.cp'i~ T( propp.p.n)=0w.

(19)

-16-]3eschrihl!!S.

m

berekening Y1ill de reactor:

De~f!Qt is uitgevoerd als autoclaaf. Deze autoclaaf is berekend voor de maximale condities n.l. een druk van 100 ata., ~en temperatuur van ~80oC en een verblijf tijd van 15 mir.uten.

De oxidatie van proneen is een sterk exotherme reactie(zie pag. l~).

Het accent is komen te liggen op het in de hand houden van de ingestel-de condities en op de veiligheid van het geheel. Hiertoe is de reactor vooYzien van een koelmantel met gespiraliseerde schotten en tevens van een koelspiraal in de reactor. Als koelmedi~m wordt Dowthprm gebruikt. Voorts is aangenomen, dat de reactor een totaalvolume van 2 liter heeft. Een inhoud, die op pro~ffabr~ekscha&l acceptabel is in verband ~et de"

te verwachten variaties in de verblijf tijd en dus met de dimensionering van de noodzakelijke pompen. De reactor is steeds voor de helft me~

vloeistof gevuld.

De zuurstof die door de onderdeksel de reactor binnen stroomt moet goed gedispergeerd worden in de vloeistof. Hiervoor heeft men een zeer krachtige roerder nodig, De keuze is op een turbineroeE.f1!U:. gevallen. Het is echter vrij moeilijk een snel draaiende as door de deksel van de

.

autoclaaf te voeren, daar de afdichting dan te wensen over laat.

re fir'TIB ~ heeft hier een oplossing voor gevonden door een !iI1agnet~sche

roel"der te nemen, die de rotor inwendig op druk houdt.

De roeder, die hiervoor in aar.merking komt is de Pi\! 25-04, omdat deze roerder geschikt is voor autoclaven tot 5 liter en omdat er tevens goe-de ervaringen mee zijn opgedaan in de proeffabriek van Chemische

Technologie.

De wanddikte van de autoclaaf bij een lengte/diameter-verhouding vam 2 wordt berekend met de formule:

t: P.D. o • ::..

(20)

In de voorgaande formule is:

t- wanddikte van de autoclaaf. p- de druk in bar.(IOO).

~- de maxi~aal toelaatbare spanning van het

J1₆

materiaal (Voor roestvrij staal is 0 1000 bar) D- de uitwendige diameter. (120mrn)

t: 100.120: ~ 6 mmo 1000.20

Als we een veiligheidsfaktor van 2,5 aannemen wordt de wanddikte }5 r~

De dikte van de deksels wordt berekend met de formule:

p-

--p- 250

=

t2

ëi-

ïööö

J 6 dus t- J cm. Hierin is : c: 1

P-de druk in bar. (250).

0- maximaal toelaatbare span-ning.

R- straal van de autoclaaf.

(6 cm)

In verband me t de gaten in de deksel en de ve i lighe id wOl'den de dei(se ls iets dikker genoemen n.l. 4 cm

De kracht ~ de bouten wordt berekend m.b.v. de totale druk op de dek-sel(opervlakte x inwedige druk), gedeeld door het aantal bouten.

Rij aanname Van 5 bouten en RM-j-staal als construktiemateria~l leverde dit tapeipden van-? cm op, waarbij een ruime veiligheid in acht wordt aangenomen, maar zoals reeds eerder vermeld is dit ste~ds de bepalende faktor geweestl

Het is raadzaam een explosi~antel om de autoclaaf aan te brengen. Dit laatse om de risico's bij onvoorziene reacties, die tot gevolg zouden hebben dat de autoclaaf zou barsten tot een minimum te beperken.

Ook op andere wijze is er rekening mee gehouden om eventuele explosies te voorkomen. Er is n.l. in de reactor nog een koels~aal aan gebracht, die zeer snel ontwikkelde warmte kan afvoeren. Aanvakelijk was er sprake

(21)

-18-van alleen een uitwendige spiraal, maar bij vergelijking met een

inwedige spiraal (zie bijlage ~) bleek dat de laatste veel beter werkte.

Vle zijn echter toen gekomen tot een soort co~promis door een uitwendîtll!,.

koelmantel te nemen voor het grof instellen van de gewenste temperatuur

""-en een inweàige spiraal voor het fijn i~~tellen daarvnn.

Verder is boven de reactor nog een terugvloeikoeler geplaatst, waardoor

constant koelwater stroomt, teneinde de dpllP te condensel'en die vrij

komt. Deze terugvloeikoele ... is dus ook weer een middel om de temperatuur

in de reactor niet te hoog te laten worder..

Om de wanddil< te ~ Q~ I-::oe lspi~1: te kunnen berekenen ~aoe ten we me t

twee faktoren rekening houden. In de eerste plaats kan de leidir.g

elas-tisch bezwijken (P: ov.t.r. voor dikwandige pijpen) en in de tweede

plaats kan elastische knik optreden

(P:

i.~.(l)jvoor dunwandige pjjpen.) r

In dit geval geldt dat voor elastische knik de druk met een faktor 4

vermenigvuldigd dient te worden om zeker te zijn dat geen knik optreedt.

Knik is dus bepalend; verder is P_kri

.

=

4P en l~= elasticiteitsmodulus

=

') 1 C' E I.." • - • Pkrit.: 4.1CCt 4C(' bar. J Pkr it.

=

Jf.

t.

Cl)

r

3/

Dus: t -r t: O.09j.4 - O,~7 ~~.

Er wordt echte een nog dikkere wand genomen als gevolg van

veiligheidn-overwegingen n.l. 1 nm.

Uit c0nstruktieoverwegingen is het het meest eenvoudig om .1~ deksels

te gebruiken.

Door de bovendeksel worden de roerder . dampafvoer en thermokoppel geleid,

en door de onderdeksel de vloeistcftoe- ~n -afvoer, de zuurstoftoeuoer,

en de in- en uitgang van de Dowtherm voor de koelspiraal.

De koelspiraal wordt evenals de de gas- en vloeistof toe- en

(22)

meest eonvoudig, omdat andprs gebruik zal moeten worden gemaakt VBn

nippels, die wel van crrrosiebeet~~dig ~a teriaal gemaakt kunnen worden,

maar groetere gate~ in de deksel noodzakelijk maken en tevens veel

rui~-te innemen door de relatief grote omvang t.e.v. de diameter van de

leidingen.

Vooral het eerste argument, het maken van grotere gaten, is ook

door-slaggevend geweest voor het ~aken ven gaten in de zijkant vnn de dek

-sel, daar dat gunstiger is voor de sterkte van de deksel.

Voorts ;t·\L de onderdeksel uit één geheel moeten worden vervaardigd;

dus geen losse flens van een ander , goedkoper ~aterieal dan roestvrij

staal J16. Volgens enige gegevens van een po~penfabrikant zou het zelfs

gewenst zijn Lp.v. roestvrij staAl ItHastelloy" als

construktiemateri-aal te gebruiken in verb~~d met de aanwezigheid van methylscetaat , he~

geen corrosief kan werken. De ervaringen, die echter zijn opgedaan met

de reactor op het laboratorium van Chemische Technologie, zijn zo goed

dat men zonder bezwaar voorlopig r oestvrij staal ~16 kan gebruike~. y~~ording y~ de keuze ~ ~ L/D-verhoudinB-van 2.

Uit bijlage J blij1_d _{dat bU een} _groter _{wordende LID-verhouding} _de

wanddikte van de reactor kleiner wordt, hetgeen gunstig is voor de

warmteoverdracht. Als echter de LID-verhouding groot is , wordt het

ho-rizontale vloeistofoppervlak kleiner, waardoor de menging van gas en

vloeistof slechter 'Nordt. Tevens treden bij een grote LID-verhouding

construktieve moeilijkheden bij de twee deksels op als gevolg van het

grote aantal in- en uitvoerleidingen.

Ren kleine LID-verhouding geeft een grotere wanddikte. maar ook c

on-sttuktieve voordelen.

-"ls cOIJror'1is van bovenstaFlnde voor- en nadelen is een LID-verhouding

van 2 gekozen.

Resumerend is van deze reactor te zeggen, dat hij zo goed mogelijk

beveiligd is tegen onverwachte Itgebeurtenissen" behalve tegen detonaties

(23)

-20-ken kan aanzienlijk verhoogd worden door het plaatsen van een stalen mantel om de reactor of het opstellen van de reactor achter aan stevige

muur.

De afdichting van de reactor berust op de gebruike lijke lijnafdichting

bij niet te extreem hoge drukken, die bereikt wordt door

g

e

polijste

~p~

onder verschillende hoeken tegen elkaar te drukken.

~---

-Voor een construktietekening zie men Bijlage 2.

Berekeningen, yerbandhoudende w~t ~ afvoer ~ warmt~ ioor ~ DQwtberm

in

de buitenman tel:

~: Berekening van het temperatuurverschil (gemiddeld) tussen Dowtherm en reactorvloeistof.

De warmte, die door de reactormantel zal moeten worden afgevoerd

bedraagt 778 Watt (zie pag.14 ). Pij de berekening van het tempera-tuurverschil dient de warmteweerstand op het buitenoppervlak bepaald

te worden, daar het oppervlak dan constAnt is. De totale warmteweerstand bestaat uit:

o .. o.

1 .De partiele weerstand Rl bij de warmteovergang van fluidum 1

naar de wand.

2°.De parti~le weerstand R2 door warmtegeleiding van de wand.

JO.re parti~le weerstand R3 bij de warmteovergang van de wand naar fluidum 2.

Nu is:

1

Rlx

=

warmteweerstand aan de binnenzijde van de reactoral

=

ïooo

'-,

Voor de buitenzijde wordt dit nu: Rl: ri Rl x . (ri:5,4 en ru= 6,9) Rl - 5,4 - 0, 78:J • 10 -3 R2 betrokken op buitenzijde: " R2

=

f,g.2,j.Log.6J g/5~. 16 :. 1,05.10-". ru

(24)

R3: 1

=

0,5.10-~ ~ . ~ uit grafiek van Dowtherm;zie 8ijlage 4) ""'3

Rtot. wordt nu: 2,JJ.IO-J. en i~ T(gemJ ;190C

B: Berekening :!.illl de temperatu~tijging Y.êll de Dowtherm:

De Dowtherm stroomt door de mantel met een snelheid van 2m/sec en het doorstroomde oppervlak

is

1

x

1,5: 1,5 cm • 2

gv: 200 x 1,5: ~OO cmJ.Verder is de dichtheid van Dowtherm bij 160°C

0,950, waardoor dus 0m te berekenen is.

:JOO.C,950.C,52.4,19 ' T - 778

o

:. 1,5 C.

(25)

-22-Berekening ~ de ~~!~~itwisselende ~par8~~~

Ber~~e!'ujng van de ko~ler

..Y.,.Qor

~-.f.la§"Q!§nk.

De warmtestroom bedraagt 250 W. Stel, dat het koelwater ~et een te~nperatuur van 200_{C de koeler}

o

binnen komt en het op 50 C verlaat. Verder wordt voor"U"een waarde van

EOO w/.'1l2o e aangenomen. (I~i t. (1), en er word t gekoe ld in tegens troom.

Nu is: 0w=.A.F.DT.

. Tl:lJOoe

250: OOO.A.76. •• . A=55cm 2

~en gedeelte van de transportleiding, die een uitwendige diameter van

8 mmo heeft, kan als koeler gebruikt worden. Per cm leiding bedi'aagt

he t ui twendig oppevleak

!::v~0,

8= 2,5 cm2

~r moet dus 55/2,5: 22 c~. leiding voor koeling gebruikt ~orden.

Cm dit Eedeelte van de leiding wordt een koelmantel aangebracht,

waar-door koelwater stroomt.De hoeveelheid koelwater is: 250 =2 grlse~

4,19.JO

Bij een diameter van de koelmantel van 12 mm, bedraagt de snelheid

van het koelwater J cm per sec. Het 2eynoldsgeta,1, dat hiebij hoort

_..

is ongeveer 100, dus vrij laag. Hierdoor is de warmteoverdracht ook

niet zo best. Men kan echter deze snelheid vergroten door meer koelwater

door de koeler te pompen. Het temperatuurve\chil tussen in- en uitgang

wordt dan kleiner, maar dat is niet belangrijk.

Bereke~ing ~ de gaskoeler.

In de gaskoeler worden de gassen uit de

reactor ~an 1800e tot ~OoC gekoelà. re berekening is analoog aan

boven-staande berekening.

Tgas(in) Tvle(in) Tgas(uit) Tvls(uit) ,Tgem. U A. Lengte koeler

520

e

2f)() ~ j 1 cm2

W/m":·oC .

6, 5 c:n.

De hoeveplheid koelwater is 0,8 gr per sec en de snelheid, die hierbij

hoort wordt 1,2 c~ per sec. Het Reynoldsgetal is nu weer vrij laag,

maar ook hier kan men deze snelheid verhogen voor een betere

(26)

terugvloeikoeler van de fir~a Hofer gebruikt, die ook geschikt is voor hoge dr~kken. De terugvloeikoeler zal berekend worden voor het geval, dat alle reactiewarmte, zijnde 1220 W. , door deze

terugvloei-koeler moet worden afgevoerd:

Berekening van het warmtewisseInd oppervlak:

Voor U wordt een waarde van 600W/'1l20 C. (1it

ij

en voor .. \Tgem: 1620C.

Het warntewisselnd oppervlak wordt dan l~O cm2 .

~en terugvloeikoeler net een diameter van 2,5 cm en een lengte van

2

jg C'1l heeft een opp~rvlak van 150 cm. Het wordt dan koeler

HN-12-6-2S. In de praktijk stroomt constant water door deze koeler om eventuele onvoorziene reacties op te vangen. Tevens doet deze condensor dus dienst als gaskoeler. ~ij de dimensionering VBn de gaskoeler is hier

,

echter geen rekening TIee gehouden. Allebei de koelers zijn dUB behoorlijk overgedimensioneerd!

l!oaeer p'ompen:

Er moet een hoeveelheid van l4jO - lOCO mI/uur methyl--(\, 9

-acetaat verpo'llpt worden en 1270 : 2120 mI/uur. aan propeen. Dit alles 0,6

~r zijn een groot aantal pompen in de handel, die bovenstaande hoe

-veelheden tot een rnaxi'1ale druk van 100 ata kunnen verpompen.

Een p~unjerponp is het neest geschikt, en kan eventueel voorzien zijn van twee afzonderlijke aansluitingen, die de hoeveelheden apart kunnen

doseren. (Ren zogenaa~de duplexpomp. )

Er zou een keuze gemaakt kunnen worden uit de volgende po~pen:

(27)

-24-10. De Hille-lieCanna

nu"

!~-POllP met twee aaneluit"!'logelijkheden.

Bovenstaande (Amerikaanse) pomp is leverbaar met capaciteiten variërende van 0,05 galloms per uur tot ~4,0 gallons per uur. De maximaal toelaatbare tegendruk loopt van 125 pei tot 5000 pei Door verstellen van de slagleng~e kan men de hoeveelheden

nauw-keurig regelen.

2°. De ~KA-plunjer-pomp: ~~ P 6(30-60.

De maximale tegendruk bedraagt hier 150 ata, terwijl de capac1-teit maximaal 2,5 liter per uur bedraagt. De slaglengte is te variëren van 0 tot 50 mm, terwijl de nauwkeurigheid 2% bedraagt.

Bij voorkeur wordt de Duplex-uitvoering gekozen

30• De Lewa-doseerpomp type HL:

In aan'nerking ko:nt een pomp :net een plunjerdia'neter van 5 rnrn en

2

een plunjeroppervlak van C,196 C1l • Het maxim:c'le volulle per SlAg

bedraagt 0,J92 cmJ • '3ij eer, sll'lglengte van 20 mm en 108 slagen per minuut bedraagt de te verpompen hoeveelheid 2,54 I/uur.

De pomp zal verder twee aansluitingen moeten bezitten voor de hoeveelheden propeen en ~ethylaceta8t.

40 • De...Qrli ta-plunjerd~!:..Eonp t,zEe PR 15.

Van bovenstaande po np geniet het model FR 15/6 de voerkeur. Van dit model is de plunjerdiarneter 6 mm, het volume per sleg

J

bedraagt O,424 Cll • terwijl bij een aantal slagen van 105 per

minuut er een hoeveelheid van 2,67 I/uur verponpÇ kan worden. Door nauwkeurig instellen van de slaglengte kan men tussen 0 en 2,67 I/uur verpompen. De maximale druk bedraagt 520 ata.

Type MR-15.

Hier wordt bij voorkeur 'nodel

:.m

15/6 gebruikt. De plunjerdürne-J

ter is 6 mm, het slagvolume 0,424 cm en het verpollpte volume 2,67 I/uur bij 165 slagen per min'Jut. De maximale tegenàruk ie

640 ata. Ook hier kan men door verandering van de slaglengte tus-sen 0 en 15 mrn het gewenste volume per tijdseenheid instellem.

(28)

V"

~

V:

.:

LP' f ,

"'16

<

~

P

,'VIN"-

I

h

1/""

Uit de pompen vermeld op de voorgaande bladzijde kan men dus een keuze

doen. Ceze keuze zal afhankelijk z~jn van de kosten voor zo'n po~p en de ervaringen ermee opgedaan in de praktijk.

Gas-hoeveelhei~rneter voor ga8~bi.j h~ druk:

De fir'na liofer heeft een gashoeveelheidme ter voor zeer hoge drukken omtwikkeld, waarmee de hoeveelheid gas oQder bedrijfsdruk kan meten. In principe bestaat dit ~eetinstrunent uit twee boven elkaar gelegen

ruimtes, die via een kapillair net elkaar verbonden zijn. In de

onder-ste ruimte bevindt zich een niet verdampende vloeistof, die door het binnenstromende gas naar boven wordt gedrukt; evenals de vloeistof in

met de onderste ruimte

het kapillair, dat co'nrnunicerend verbonden is. ".Vanneer het kapillair geen vloeistof meer bevat, valt de vloeistof uit de bovenste ruimte naar beneden, en begint het gas weer opnieuw de vloeistof te

verdringen. Iedere keer als de vloeistof naar beneden valt wordt dit

via lichtelektrische weg op een telwerk geregistreerd. Als nu het

vo-lume van de onderste ruimte bekend is weet men dus het doorgestroomde volume bij die desbetreffende druk.

'rodel nr. GAl 2 heeft een bedrijfsdruk van 500

kg/cn

"

~

en een meetbereik

van 5 tot 60 I/uur. Hier is sprake van een gashoeveelheid van 25 gmol per uur bij 9J ata Qf 6,5 I/uur.

(29)

-26 ..

Discussie:

Het processchema is TIet een miniTIuTI aan gegevens opgezet, terwijl voorts een groot aantal aannamen zijn gedaan. ~én van deze aannamen is het feit dat de resultaten verkr egen bij ladingsgewijze proeven bij de opzet van deze continue installatie gebruikt zijn.

Wanneer nen echter weet welke de bèpalende 'stap is bij de oxidatie van propeen. dan kan men de reactor exakter uitrekenen. (Lit.8 i .

• .1

Voorts is de nadruk komen te vallen op de veiligheid, waarvoor een groot aantal voorzorgsmaatregelen zijn getroffen. ~r zal nog moeten onderzocht worden wanneer propeen en zuurstof een explosief mengsel

geven. ~et gevolg van bovenstaande is ook dat de koelers en de reactor wanddikte enz, enigsxin~ overgedimensioneerd zijn.

Voor de berekening van de scheidingsapparatuur zal men gebruik moeten maken van de resultaten, die nen hier bij de analyse van de produkten verkr ijg ti.

(30)

Geraadpleegde Literatuur:

Lit;

1.

A.C.Fyvie.

Chemistry

&

1ndustry- 7 Maart 1964, pag.J84-j88.

g.

Ullmanns Kncyklopädie der technischen Chemie.

Je druk. Rand 14, pag. J96-J97.

~. R.S.Ariea.

U.S.A.-patent 3071601 (196J).

i.Mme. F.LanoB, !{lle G.i.Clement et }<'.Pouligneau.

Science et Technique, Vol. 91, no.l (1964), pag 47-56.

~. F.D.Rossini.

Selected Va1ues. ( 195~ ) pag j3J.

Landolt Börnstein: Blind 11,4 e àee 1, 6e druk pag.448.

y

-

6. Landolt 13örnstein: Rand 11, 4e deel, 6e druk pag. 181, J08, 4j8.

1.

D'Ans JLa.x:

Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Band 2, Je druk pag 1047.

'

!!.

ti."f(..r a:tle r 8 :

Fysische Transportverschijnselen. (1961), pag 124.

2.

D.S.Azbel:

International Chemical Engineering.April 1965. pag 2Jl-2J6.

(

(31)

@)--

--'@)

I I I ~:'

-

~--=

= 2:

17 --~--'1----' " I@ ,

@

--~-è

I I

:

@

~

I

ttOJ

-

JI

.J-.

,

.

IC : : , ,

r

@

-

~

--F~ - - I!!I In - - - ---

-.-®-

--

-- - ---4-

-.

'

.

- -

.

, /

'"

, / \~

.

_

=

=-~

__

~JU ~': • , fTEn,Çl~ltEL 1t4 234 \ - - ' -I I I t i

@

v-' " I

\

'~'" //~---~

(

.)

f"

r:'\. . Ai. . u-tZ .rrotarOat rv st. 316 ROERREACTOB l00alD.~C 2 Urtctaal inh.

OXIDATIE van P~EN

(32)

I

Bijlage ~;

Vergel~jking van het gebruik van~en uitwendige en een in!~ndige spira~l.

A: Uitwendige spiraal om de reactor van 2 liter.

De spiraal heeft een inwendige dia~eter van 12,5 mm en een uitwendige

diameter van 17 'TIm. }T.3. De spiraal is door midden gesneden.

····-.··~-=

t

Reactormaat. :'!erhoud ing !/D:1.

~ .. -- .

idel1 L/D:2

Le n g te: 0 , 1 ~ 6 • 0,216. 0,285 meter.

!

Diameter(inw;. O,l~H: .•

A:inwendig opp.

t=,E.r. :wanddikte·.0,Oljf,.

0.2 -2 A: uitwendig opp. 7.0.10 . inw. lOOr. (r vs ) . 1, 1, 18. 1("- • d _ ... 4. _uitw. _875. L\ Tim~. 21,5. /\ Twand. 16,6. L:. Tu i tw. 20,;:'. 1.._totale . T. 58,4. 0,108. 7, j • 10 -2. 0,0168. . _8,8.10-2 _• 100 C' • J 1.48. 10 . 875. 17.1. 10,5. 16.2. 4~,8. (X; 0,095 meter. 8,5.10-2 m2 • C,0095 m. 10

oe .

W/m 2o C. 1,69.10.1 W/n2oC • 875. W/m 2oC • 14.7

°a.

7,9

oe.

14,0

oe.

~ 6 .1 6

oe .

Uit de grafische voor stelling van de fOl'mule en me t V :J) , 55

,

ni

sec

is voor uitwendig e~n waarde van 675 gevonden.

(X~e formule luidt:

2/~ 0 , 8 0 , .j'; • <.,( Dinw. -~--1\

o ,

024 1- (D i n w ) Re • Pr •

r

-J

Hoeveelheid af te voeren war-nte is nl. 1,25.10 J/sec.

De hoeveelheid Dowther-n , die voor het afvoeren van de warmte nodig

I

_i

. !

J

'I, 2 -5 j

I

i s , bedraagt dan opp. x snplheid : t.~ (12,5.10-"') .(",55 -

(33)

B: Inwendige spiraal in de reactor van 2 liter.

De oppervlakte van de doorsnede van de spiraal is gelijk aan die van

de buiten o~ de reactor aangebrachte spiraal.

. -J

Inwend ige d lwne ter: 8. IC 11.

Ui twend ige d ia'ne ter: 10.10 - j :n.

Voor de warmteoverdrachtscoëfficiënt van de Dowtherm is een iets

gro-')0

tere w8arde genomen n.1.11CO W/rn.~ C. De grote orde is echter gelij~~.

rt e act 0 r '!la P. t. Verhouding L/D:l L/D:2. L!D:j.

Leng te: C,U6. <:',216. C,G85 m.

Diarne ter: r,lJ6. C,108. (;,095 '11. Spiraal: Aantal wikkelingen: 9. 14,5. 19. A inw/wikkeling. 9,15.10 - j • 6,95. IC -J. 5,9.lC:-j

_m

2 A inw. 8,2.10- 2 • 1(' , (' • 10 -2 . 1 1,2.10 -2 m • 2 I .... 1 110(' . 110(' • 110C. ~ , , Ij, g. lr j • , _j 'V ' 20_C l~ , g. IC' v • IJ ,9. 10 l lm d (r vs) 2. Tl.

T2.

Tj.

(:. Tto tea 1.

Volume van de

spi-r aa 1.

Conc lus ie:

1000. 1~, 8. (':,87. 12,1. 26,8. 8.2.10 -5 1000.

leee.

iv/m ' 20 C. 11,4. 1('.,2 C. 0 G, 72. 0,64

°c.

10,0. 8,9

oe.

22. l- 19,7. °C. -5 IC .1.0 • 11,2.10- 5 •

Bij de inwendige spiraal heeft '!len een groter

warmtewiase-lend oppervlak en daardoor en door de geingere wanddikte een veel

betere warmteoverdracht.

;

(34)

--'.,

_. _ ~~~~ te 1 i jk_e _'~,~_~:n te s :

Q~ 0,2187 cal/gr. oC, bij 15°C 0,2181 0,2187 CO 2 0.199 0,205

Co

C~H6 0,248 O,252 0,55 0,56 0,57 0,58 0,585 Methy1- 1,96 acetaat. 2,94 J,2 , ,

,

, , , , , , ,

,

.

, ,

, , , ,

.

, J/gr.

oe

,

100 °

c.

°

, , 200 C. ,

.

15°C.

·

, leooC.

· ,

15°C. , , 100oC. , , 20°C. ,

,

60 cC. , , 80 o C.

·

, 100°C. ° , , 120 C. , , 150_C. , , 100°C. 1200 C. Verdampingswafntes:bij

Oe

C_j H6 9,86 kJ/gr nol. 180 12,4. 80 lj,2. 60 Methylace- 0.218 k.Tlgr. 180. taa t. (',411 56,j 0,477

e

N.~. De verdampingswarnte van methylacetaat is berekend m~t

behulp van de vergelijking van Clapeyron.

(berekend)

.

,

)

.

N.B. De rest van de produkten had een gemiddelde soortelijke warmte van 2 J/grOc. bij een gemiddelde temperatuur van LOOoC.

Dichtheden X~n~~~n-ill&thyl~cetaat:

Propeen heeft bij zijn kookp~nt

van -47°C een dichtheid van ('.,6 gr/nl. Deze dichtheid is bij de bereke -ningen gebruikt. Voor methylacetaat heeft men het volgende:

Dichtheid in gr/ml.' Temp. 0.?8'9~. 120°C. 0. 7j j 9. 150 oC. 0,6671 I 180

°c.

(',92? . 25°C. .. _--- ---~ .... - - .~ . __ . -- _ ..

-"-".

(35)

Dampspann!ng van methylacetaat.

[

'

T

'

e~~e

-

~~

-

~~

-

~~

; \- Dampepann ing:

inoe.

! in ata. r"" ! 1120 6,0.

I

:140.

I

\

100.

1180 • lJ,9. i

l,

,

~

,

9 '

,

9 _

~.

Geraadpleegde Literatuur: C .D.Hodgman: " I

Handbook of Chemistry and Physics; JOe druk png. 1786, 1850.

Landolt ~örnBtein:

Eand 11, 4e deel, 6e druk. pag. JO~. ~08, 412, 418, 4j2, 4?9, 48j.

500, 526, 5.)2, 542.

,.. - "'-:;; .. ,0

, .-" ,

(36)

i I . :r , J

C":I'

1

Verda~pin~swarmte van-Eropeen:

,

-e

" Soortelijke~r~t~ van prpp~ /

r

·'

i i I

I

r

/

..

,

!

! / ~ I 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _._---j -- i::' .',.?' I.a

(37)

I I I

I

I I , I ! . _I

..

\ ~'\ ,. ~", I I

I

_I I I

!

Soortelijke war~te van ~P. thl18cetaat :

I ! , I J <t-b l i I :' I r / -'

(38)

METHYLN EIAAT ZUURSTOF GIJ 'W..Oz \llQ.m1A.l 122D p lil1l...J:DL 310" Totaal ? DOSEERPOMP M A S S A B A l A N S stromen in g[jh gas 399 02 39 CO 140 _CO2 REACTOR • ~IASHTANK

~

1 101

p

'

I

~:p

' -_ _ _ ---I

yl~~i!iQfi

.

_ot·

17ac Ä+167p , .. I , , 51 az 63 H20 A 76 mf 64 pg 174 po 14:m /'NI ~ " \ " , \ gas T.20 P_93 H.O . yloeistgf ·T.2O r.g)· H.O· REACTOR

REAC TOR j I.:'

1,. ! :~ .I OQwtb.rm (milntell Oowtherm (spiraO W A R M T E B A L A N S

stromen In W~io·C P jo ata.

T.30 H.32' 1.30 v P.g)v" H .. 6 ,,~ T.20 H.O 1.60 J p.g) i / '--_-.._---l H. 7 4 v T.16.0