r--- - - - -- ---- - - -- - - , - - - -- - - -- - --
---
I
ti
:
-I
I'~
Jill
i'
,
1 Î' I I i l \'-_ _ _ _ _ --,,--'A1 ~ ---' , PROPAAN .. --, I ----- - - -- - '-, - -,J--
__
,.J______
~L~~~===========i~~~=_______
~~~__
_
i - - ~ --, I Ig
~~~-=~
c:c? -
... --
--=_
~~-?I
-CUMEEN BODEMPRCDUCT - - - -{T} 3m_ ~~---_ _ --_---'I --- - ----,
ÇUMEEN 193~ AP MEIJERS Je.f_e!!,ber 1961 schèlal1:2S
J
• DOOR ALKYLATIE VAN BENZEEN MET PROPEEN
A. P. lVIeijers
van Foreestweg
193
2 -INLEIDING
Cumeen werd voor het eerst in de oorlog op grote schaal bereid. De goede eigenschappen bij gebruik als vliegtuigbenzine deden de productie plotseling een aanvang nemen en zeer snel stijgen. In mei 19.42 hebben de Shell Companies in California de eerste commerciele productie ter hand genomen met een productie van 400 bbl/ day(litt.l). In december 1944 bedroeg de productie zelfs 15.000 bbl/ day(740.000 ton/jaar) in de U.S.A.
Na de oorlog zip betere vliegtuigbrandstoffen ontdekt en is voor cumeen een geheel nieuwe toepassing gevonden: de oxidatie tot fenol en aceton.
Toepassing: de bereiding van fenol. Cumeen wordt geoxideerd met lucht in een waterige sodaoplossing, W2.araan een emulgator
is toegevoegd tot het cumeenhydrpperoxide.
c C til . _ c1J
l·,
H3/~
/Cth ISO C.~-tOcPH~
(:)-Cl,..,
+
C=()
'"
/ - c.
H + ()).. ;t ' - . - / \ II I 1'\ - \" ' "
"0
..,~ C ... \. nt ol "''', C. tf 3- C.tf~ ~
De soda wordt afgescheiden en het gevormde peroxide wordt ont-leed in 10%-ig H2SOtt • Op 1 kg fenol ontstaat tevens
0,6
kgaceton. Dit proces Ran volledig concurreren met de bestaande grote bereidingsprocessen van fenol: het sulfonerings-, het chlorerings-in het Rashi~proces. De verkoopsprijs bedraagt f 1380/ton fenol(litt.l1). Het cumeenproces is momenteel een
van de grote leveranciers voor de bereiding van fenol, wat een. grondstof is voor vele harsen, synthetische vezels en synthe-tische wasmiddelen.
Processen: Bij de bereiding van cumeen zijn twee principieel ver-schillende processen te onderscheiden,teweten het dampfase-en het vloeistoffaseproces. In beide processen wordt met behulp van een Friedel en Craftskatalysator benzeen en propeen omge-zet in cumeen. De gasfasepropylering wordt uitgevoerd bij 2500C en een druk van 25 atm over een vaste fosforkatalysator,waé:~r bij ook enige polyalkylbenzeneL gevormd worden. De
vloeistof-fasealkylering vindt plaats met zwavelzuur als katalysator bij 40-500C onder voldoende druk om het propeen in de vloeistoffase
te houden(litt.2 en 3).
Het Vloeistoffaseproces: (litt . 6 en 7) De katalysator is geco H2S04(85-88%). De reactie vindt plaats bij 11,5 atm. in een
turblnemenger, waar de emulsie van benzeen, propeen en geco zw a-velzuur continue gecirculeerd wordt door een emulsiecirculatie-pomp. De molaire verhouding van benzeen en propeen in de voe-ding bedraagt 4/ 1. In het reactievat wordt de emulsie geroerd en op constante temperatuur gehouden. De contacttDd behoort minimaal 10 minuten te zijn. Door de circulatie is de molaire verhouding benzeen/ propeen zeer groot: 50-100/1, hetgeen een
)
I
\
-In het circulatiesysteem wordt continue verse benzeen en pro-peen toegevoerd en gevormd product afgevoerd. Dit product bestaat uit: benzeen, cumeen en geco zwavelzuur met veront-reinigingen en niet gereageerd propaan en propeen. Het zwavel-zuur wordt gesepareerd en na een aftap en suppletie terugge-voerd. Het gerecirculeerde benzeen moet gezuiverd worden van
1 zwav~lzure benzeenesters door hydrolyse bij 100 oC.
Het gasfaseproces:(litt. 1,4 en
5).
De katal.·ysator is vast fosforzuur op een drager. In een kolomreactor is de katalysator opgesteld in een aantal bedden waardoor het reactiegas stroomt. Voor een lange levensduur van de katalysator is een gering vochtgehalte en een quench
,.'1. met pro~§.)l noodzakelijk. De propaanverwij dering,
benzeencir-~. culatie en cumeenzuivering is in beide processen nagenoeg
. 'l'u.:
J
t identiek. Ook wordt wel een vaste koperyyrofosfaatkatalysatorr~V',l}l.\\ .. l gebruikt bij 225 oe en 60 atm. (litt.8).
( ~~
tV' , /
KEUZE
VAN
HET
PROCES
Voor de bereiding van cumeen is het gasfaseproces gekozen om de volgende redenen: 1.
1. Bij het vloeistoffaseproces is een apNarte hydrolyse nodig
.- tengevolge van de interactie van benzeen en katalysator.
2. Het vloeistoffaseproces vereist bijzondere constructie-materialen ten gevolge van het gebruik van geco H2S04 als
.- katalysator.
3.
Het gasfaseproces vereist geen bijzondere toevoegingen van.- vreemde chemicali-en.
4. Het gasfaseproces is in princiepe eenvoudig en logisch van opzet.
- 4
-DE BEREIDING VAN CUMEEN VOLGENS HET GASFASEPROCES
De grondstoffen
Benzeen werd tijdens de ontwikkeling van het proces
voorname-ii3f-bëtrokken uit de droge destillatie van steenkool en was
toen een weinig verontreinigd met thiopheen. Thiopheen
ver-mindert de levensduur van de katalysator en gealkyleerd
thiopheen veroorzaakt achteruitgang van de kwaliteit van de
benzine. Het kan verwijderd worden door selectieve sulfonatie
met 98%-ig zwavelzuur bij 20 °C. Het thiopheengehalte loopt
terug van 0,5 tot 0,05% in een continuebedrijf bij een
fase-verhouding benzeen/zuur van 1/1 en een contacttijd van
10 minuten(50 lb zuur
I
barrel benzeen) . Inerte onzuiverhedenbv. cyclohexaan worden met de benzeenspui automatisch in lage
concentratie gehouden.
Tegenwoordig wordt benzeen met zeer grote zuiverheid bereid
door dehydrogenering en cyclisatie van alifatische
koolwater-stoffen. Het is automatisch thiopheenvrij.
~~Q2~~~ wordt verkregen uit de C3 fractie van de
raffinaderij-gassen; die door thermisch en katalytisch kraken verkregen
worden. De molaire verhouding van propaan / propeen heeft bij
percentages van 33 - 95 % propeen vrijwel geen invloed op de
reactieomzetting. Propeen behoort vrij van zwavelwaterstof en
basische nitro verbindingen te zijn voor het de reactor in
gaat (litt.4 en
9).
De raffinaderijen leveren tegenwoordigzuiver gas, echter in de ontwikkelingsperiode van het proces
moest de zwavelwaterstof gezuiverd worden door loog of amine
en de nitroverbindingen door circulerend water, waarvan de
pH door zuurinjectie op peil gehouden werd. De basische nitro
verbindingen reageren met de katalysator en maken hem
inactief. Zwavelwaterstof veroorzaakt zwavelverbindingen in het product.
De producten
Cumeen werd zoals reeds vermeld aanvankelijk als
vliegtuig--benzIne toegepast; hiervoor behoefde de zuiverheid niet
bij-zonder groot te zijn. Verontreinigingen, zoals diisopr
opyl-benzenen en nonenen deden niet veel aan de kwaliteit van de
benzine af. Voor de bereiding van fenol echter, is zeer zuiver
cumeen nodig, zodat hiervoor een cumeenzuivering moest worden
ingevoerd.
Tabel 1: specificatie van cumeen.
Cumeen 99,4
%
Olefinen 0,5
%
~~odemproducten 0,07% .
-!'r.9p§.§g wordt me
i
-
dê propeenvoeding ingevoerd in het proces.Het wordt gebruikt als quench in de reactor en afgescheiden
in de propaankolom. De afgescheiden propaan kan gebruikt worden
als brandstof.
In de cumeenzuivering worden de hoger kokende producten in het
bodemproductea afgetapt. Dit bestaat uit een groot aantal
stoffen~ waarvan de diisopropylbenzenen de voornaamste zijn.
(litt.9). Bij de berekeningen in het proces is gemakshalve
verondersteld, dat het bodemproduct geheel uit
diisopropyl-benzenen bestaat met kookpunten van 205 tot 210 oC. Dit
Tabel 2: Specificatie van het bodemproduct. Onverzadigde verbindingen 1,8% Cumeen 6,6 a-Methylstyreen 0,04 t-Butylbenzeen 0,8 s-Butylbenzeen 0,5 Andere monoalkylverbindingen 19,4 o-Diisopropylbenzeen 16,2 m-Diisopropylbenzeen 23,5 p-Diisopropylbenzeen 26,5 Andere dialkylbenzenen 2,9 Overige producten 1,8
Het recyclebenzeen wordt gezuiverd in een kleine batch-kolom, waarbij product van een hoog octaangehalte afgetapt wordt, dat gemengd kan worden in gasolies.
De katalysator
De katalysator bestaat uit vast fosforzuur op een drager.
~ Bereiding: Ortho en para tetrafosforzuur. en fijnverdeelde
siliciumhoudende vaste dràger worden gemengd tot een natte pasta, die bij 500 °C wordt gecalcineerd, waardoor een vaste koek ontstaat. Deze wordt fijngehakt en gemalen tot de te
gebruiken maat. Voor een hoge alkylatieaktiviteit is rehydratie
tussen 200 en 300
Oe
noodzakelijk. De katalysator bezit eengroot gewichtspercentage fosforzuur met een minimale water-inhoud in de vorm van pyrofosforzuur en weinig drager, waar-voor kiezelguhr gebruikt wordt (litt.lO).
Tabel 3: Specificatie van de katalysator.
P205 62-65 ~
Si02 25
H20 10-13
Levensduur 6 mnd.
Productie 90-100 gallon cumeen/lb kat. 750-850 liter cumeen/kg kat. Proceskosten en productie
De investeringen voor een cumeenfabriek van 144 bbl/day
(23 ton/dag) bedragen $ 565.000 in de U.S.A. (litt.9). De
ope-ratiekosten, inhoudende beheer, lonen en salarissen, diens~
Verfeningen, onderhoud, laboratorium en controle bedragen
5,2 cts/gallon cumeen (5,75 ct/kg cumeen); inclusief belasting, algemene kosten, afschrijving en rente 5,8 cts/gallon cumeen
(6,4 ct/kg cumeen). De verkoopprijs bedraagt in de U.S.A.
f 920/ton cumeen.
Een cumeenfabriek kan in de directe omgeving van de
olie-raffinaderijen geplaatst worden; immers zij zijn de
leveran-ciers van de grondstoffen benzeen en ]rrop~eI:!,·. De fenolfabriek
dient er direct aan gekoppeld te worden. Het fenol kan dan vervoerd worden naar de fenolverbruikende producenten van half-fabrikaten van harsen en synthetische vezels en naar de
synthetische wasmiddelenindustriën.
Wanneer een goede afzet &evonden wordt voor de eveneens gevorm-de aceton (0,6 kg aceton/kg fenol) biedt het cumeenproces gevorm-de grootste economische voordelen. De onkosten bedragen dan 70 tot 80% van die van de andere processen, ter bereiding van fenol.
6
-In onderstaande tabellen zijnde jaarproducties weergegeven. Tabel 4: De productie van cumeen in 1953 (litt.ll)
U.S.A. 36.000 ton/jaar
Canada 9 . 000 "
Frankrijk 19.000 "
Dui tsland 6.000 "
Be 19ië 3. 000 "
Tabel 5: De productie van fenol in 1953 in'de U.S.A.
sulfoneringsproces 65.000 ton/ jaar
cumeenproces 36.000 "
chloreringsproce s 75.000"
Rashigproces 45.000 "
In dit processchema is een fabriek beschouwd van 20.000 ton
DE BESCHRIJVING VAN HET PROCESSCHEMA (zie figuur 1, pag.13) De voeding, bestaande uit vloeibare propeen en propaan van
10 atm. en benzeen, waaraan e~n gerin.ge hoeveelheid water is
gesuppleerd, worden met de tandradpompen 1 en 2 ge9.omprim~
tot 34 atm. In de warmtewisselaar 3 wordt de voeding verhit
tot 163
°c
en in de verdamper 4 wordt ze in de dampfasege-bracht bij de reactietemperatuur 210 0C. In de reactor 6
gaat de damp door de katalysatorbedden, waarin het cumeen
gevormd wordt. Tussen de bedden kan naar behoeve propaan in-gevoerd worden, afhankelijk van de door de exotherme reactie ontstane warmte.
In de warmtewisselaars 3 en
7
wordt het reactiemengselgecon-denseerd, terwijl vlak voor kolom
9
de druk afgelaten wordttot 10 atm. Het opgeloste propaan wordt afgescheiden en na
condensatie in de condensor 10 als vloeistof van 20
°c
opge-slagen in het vat 11, vanwaar een deel als reflux naar de kolom teruggaat, een deel als product wordt afgevoerd en een
deel naar de reactor wordt gepompt als koelvloeistof.
Het ontgaste reactiemengsel bestaande uit benzeen, cumeen en verontreinigingen gaat achtereenvolgens naar de benzeenkolom 14 en de cumeenkolom 18. Vlak voor de benzeenkolom wordt de resterende druk afgelaten. De benzeenrecyclestroom wordt in een kleine gepakte kolom 26 gezuiverd; beurtelings kan top-product of bodemtop-product gespuid worden, afhankelijk van de verontreinigen in het benzeen. De recycle stroom wordt door
de tandradpomp 2 aangezogen; dit maakt een opslagvat voor de
recyclebenzeen overbodig, een eventueel tijdelijk teveel aan recyclevloeistof zal naar de grote benzeenvoorraadtank terug-stromen.
- 8
-FYSISCHE EN CHEMISCHE ASPECTEN VAN DE APPARATUUR
De reactor
In
de reactor vindt allereerst de alkylatie plaats dochtevens enige polymerisatie (0,5-1,5%).
In principe zijn de reactieomstandigheden voor alkylatie
zeer ruim: de temperaturen kunnen uiteenlopen van -40 tot
500
°c
en de drukken van 1 tot 200 atm. Vele Fr~el enCraftskatalysatoren zijn bruikbaar: AIC13, FeC13' SnC14,
TiC14 en de Lewiszuren BF3' H2S04' HF, H3P04 en vaste
absorptiekatalysatoren.
Bij de alkylatie van benzeen met propeen zijn de
reactie-grenzen: temperatuur 150-25QoC
druk 20- 70 atm.
,)~'r' spacevelocity 1,0-4,0 kg/hr/kg kat
molaire verhouding 1,5- 15 mol benzeen/mol propeen
terwijl\als katalysator vast fosforzuur op kiezelguhr
ge-bruikt wordt. Binnen deze trajecten moeten de gunstigste
reactieomstandigheden gekozen worden.
De reactor bestaat uit een vertikale cylinder met een aantal
bedden van g~aire fosforzûurkätalysator. Na verloop van
tijd neemt de activiteit van de katalysator af door absorptie
van hoog moleculaire producten en verbrokkeling. Tijdens het
proces is koeling nodig vanwege de exotherme reactie:
23,34 kcal/mOl cumeen bij 500 OK; daarom wordt propaan
toe-gevoerd tussen de bedden om de reactor zoveel mogelijk :ltS9r . .L,
therm te laten werken. V. ~{~>rl,;) "' ... ("' ~\.-1.-,.(-, - G v"A.A_·.t:~L~4, ~ v<r"V
He:t watergehal te van de katalysator is van grote 'invloed tijdens
de reactie. Verlies van water veroorzaakt afbraak van de
kata-lysator door verpulvering en samenbakken, hetgeen verstopping
met zich meebrengt. Ook een te groot watergehalte is nadelig,
daar dan de pillen te zacht worden en kunnen uiteenvallen.
Indien er geen water toegevoerd zou worden, zou door de hoge
temperatuur waterverlies in de katalysator optreden, met de
genoemde gevolgen. Het molpercentage dat nodig is, is
experi-menteel bepaald en ligt tussen M=0,23t-46 en M-O,$5t-109
-o p p
waarbij de temperatuur t in C en de druk P in 8tm gegeven is.
Deze formule geldt in het traject van t=204-260 C en P=25-60 atm.
Bij de door ons gekozen reactieomstandigheden, t=220 oC en
P=34 atm ligt M tussen 0,135 en 0,353.
De molaire verhouding tussen benzeen en propeen is van groot
belang voor een selectieve reactie. Bij een hoge molaire
ver-houding treedt minder polymeervorming en minder vorming van
diisopropyl benzenen op. Minimaal moet de verhouding 3/1
be-dragen, terwijl een verhouding groter dan 8/1 geen
ve~È
_
t:
_
~e.!~
.
ng
7meer betekent doch slechts een onnodige belasting is voor de benzeenfractionnering.
Voor een volledige omzetting van propeen in een reactor gevuld
met katalysator, zou een zeer diep of zeer breed bed vereist
zijn. Een diep bed veroorzaakt een grote temperatuurstijging
over de reactor met als gevolg een versnelde afname van de
katalysatoractiviteit; immers het watergehalte is op een
Wanneer de sfoom gespli tst werd over een aantal pé.rallelle
. bedden, zou een duur pijpensysteem vereist zijn. 'l'evens zou
. de beheersing van de stromen in de bedden zeer moeilijk worden.
Daarom zijn er verschillende bedden in één kotom opgesteld,
in toenemende grootte. De katalysator ligt op~laten 9Pg~
ne~ terwijl tussen de bedden naar behoefte koelvloe~
ian
worden toegev~d. De temperatuurvariatie blijft op deze?!:
wijze beneden de~Oe. Een toenemende grootte van de bedden~ _
is nodig, om een grote reactiesnelheid te behouden bij
afne-mende concentratie van net propeen. ;;:, <'-, .
De katalysator kan !in 24 uur, vervangen worden, zodat een tweede
reactor niet noodzakèlijk is~, ('\;, . . . . ,r'
De propaankolom
Het propaan wordt gescheiden van benzeen en cumeen bij
19
atm,zodat het vloeibaar gemaakt kan worden in de top bij 20 C,
terwijl het kookpunt van het benzeen!cumeenmengsel jn de bodem
ongeveer bij20~e ligt. De schotels zijn voornamelijk
aange-bracht om de met grote kracht ontsnappende propaan- en
propeen-gassen te zuiveren van meegesleurde vloeibare producten.
De reflux dient om meegenomen dampen van benzeen en hexenen te
condenseren. Het geheel werkt eigenlijk als een
ontspannings-kolom, waar de lichte gassen zich afscheiden. De oplosbaarheid
van propaan bij 180 oe en 34 atm. bedraagt 24,7 gr in 100 gr
benzeen, bij 180 oe en 10 atm. echter slechts enkele grammen
per 100 gr benzeen (litt.12 en 13). In 263 ton (zie de proces
---, gegevens) kan dus bij 180 oe 65 ton propaan en propeen
op-/~ / lossen. Voor de reactor kunnen de gassen gemakkelijk oplossen,
.Jl~~.,'.ll
i/Na de reactor zal alle propaan opgelost zijn bij afkoeling'v~"'\;~". tot 175 oe, hetgeen dus practisch bereikt wordt. Het weinige,
\,.,,~\.), (niet opgeloste, gas bij 180 oe wordt gemakkelijk meegevoerd
q>1I
!:", /~.lnaar de propaankolom. De drukaflaat vindt plaats vlak voor def
'
·\C~\c. t " k~lom, zodat op de voedingsschotel een heftige propaanontgas-I/<' N">\ slng on t s taa t .
, ,I
De benzeenkolom
De benzeenverwijdering vindt plaat s in een fractionee.rlDlom met
16 schotels en een reflux R=2. Vlak voor de ingang in de
ben-zeenkolom wordt wederom druk afgelaten, nu tot 1 atm. De bij
200 oe ingebrachte voeding zal daardoor deels verdampen en af
-koelen tot het kookpunt bij 1 atm., hetgeen omgeveer 95 oe is
voor de voeding in het door ons gekozen proces. Een exacte
be-rekening van de ontstane fractie damp is nogal moeilijk, daar
continue verdamping en temperatuurdaling van de gas- en
vloei-stoffase op~treedt. Uit de berekening van de kolom (zie warm
-te balans) blijkt, dat bij 95 oe ongeveer 80% damp wordt,
zo-dat de voeding laag in de kolom kan w6rden"ingevoerd. Uit de
top van
'
ae
koTo'fugaat de reeycleoenzeenstroom terug naar dedi /"
10
-De benzeenzuiveringskolom
De benzeenzuivering vindt plaats in een gepakte kolom met
rashigringen. Hexenen en nonenen worden met benzeen in de
benzeenkolom afgescheiden en daardoor gerecirculeerd.
Daar-om zou van tijd tot tijd volledige verversing van het
cir-cu1aat nodig zijn; tenslotte immers tasten zij de efficiency:.
van de katalysator ~an en veroorzaken allerlei nevenreacties.',
Daarom wordt ongeveer 1% van de recyclebenzeenstroom naar de
benzeenzuiveringskolom gevoerd, waar de polymeren en
eventu-eel andere verontreinigingen in de voeding kunnen worden
af-gescheiden. De kolom kan beurtelings lichte producten: hexenen
en zware producten: nonenen verwijderen. Is het percentage aan
hexenen laag genoeg, dan wordt het bodempruduct met de nonenen
afgetapt. De noneenverwijdering is in het schema opgenomen,
terwijl bij de berekeningen de hexeenconcentratie constant
gehouden is. Deze kolom komt dus op de plaats van een
benzeen-sp~i, die veel grotere benzeenverliezen met zich mee zou
brengen.
De cumeenkolom
<'
De cumeenzuivering geschiedt in een fractioneerkolom van
25 schotels met een ref1ux R==0,8. De voeding wordt op het
kookpunt in de kolom gepompt; zeer zuiver cumeen
(99,4%)
wordt adn de top afgescheiden. Voor het kookpunt van hetbodemproduct is genomen 208 °C: het gemiddelde kookpunt van
de diisopropylbenzenen.
De verdamQer e~ __ warmtewisselaar
Voor de reactor is achtereenvolgens een warmtewisselaar en
een verdamper geplaatst, die de reactanten opwarmen en
ver-dampen tot damp van 210 0C. Het Kookpunt van het mengsel:
benzeen, propeen en propaan, is niet exact bekend, doch
ge-steld op 210 0C bij
34
atm. Na de reactor is het kookpuntlager, daar veel propaan toegevoegd is als quench. Het
kook-punt is gesteld op 180
°c.
ApparatuurDe c~orrosie is bij alle apparatuur gering, zodat voor het mate ...
DE M.ATERI.D,.AL- EN WARMTEBALANS
In figuur 1 is een overzicht gegeven van de massastromen in tonnen per dag. Onderstaande tabellen geven nog enkele samen-stellingen van de massastromen.
Tabel 6: de samenstelling van de voeding.
tömp. druk massastroom e atm. ton/dag
benzeen 20 1 38,25
propeen 20 10 22,40
propaan 20 10 15,70
Tabel 7: de samenstelling van de producten.
temp. druk massastroom oe atm ton/ dag
cumeen 55 1 56,86
propaan 20 10 15,70
propeen 20 10 0,70
bodemproduct 55 1 2,88
spui 115 1 0,21
Tabel 8: de percentages van enkele massastromen.
benzeen hexenen nonenan cumeen andere
cwneenproduct 0,53 99,40 0,07
recyclebenzeen 94,10 0,9J 2,50 2,50 benzeenspui 52,00 22,00 26,00
bodemproduct 1,80 6,60 91,60
Voor de berekening van de warmte balans waren gegevens en bere-keningen nodig van de soortelijke warmte bij verhoogde
tempera-tuur en druk. Uit de gevonden gegevens en de uitgevoerde
bere-keningen is de warmteinhoud H van de gassen en vloeistoffen
van dit proces bepaald en als functie van de temperatuur
weergegeven'zie de figuren 2 en 3). Voor de berekeningen is de
volgende litteratuur geraadpleegd:
Soortelijke warmte van gassen bij 1 atm: l i tt. 13 ; enkele soot-teliJke warmt en van vloeistoffen bij 1 atm: litt.14; berekeningep.
van de soorteliJke warmten bij hogere temperatuur en druKken: litt.15,16 en 17; de benodigde berekeningen van de kritische temperaturen en drukken: litt.15;gegevens van
verdampings-~ M ho warmten: l i tt.14; berekerltJ:?Een van de verdampingswarmten op
t{(.\...JI~. basis van het b~n<Y"erv<ê,J) tot het kritische punt: zie figuur 4;
~~/. P.T.diagrammen en dichtheden: litt.14 en berekeningen van
dicht-heden bij hogere temperaturen: l i tt.18.
De berekeningen van de
il
H van een mengsel zijn ui tgevoerd doorsommatie van deA H van elke component. Van alle stromen is de
~H berekend, waaruit de capaciteiten van de condensors, warmte-wisselaars en reboilers volgden: zie tabel 9. De warmte inhoud is berekend ten opzichte van een begintoestand, voor de gassen
is het kookpunt genomen, voor de vloeistoffen volgt de begin-waarde uit de grafieken. In t abel 9 wordt onder de hoofdstroom verstaan de stroom vanaf de voeding tot het cumeeneindproduct.
- 12 -Tabel 9: de warmte balans.
massastroom voeding benzeen voeding propeen voeding propaan recyclebenzeen voeding warmtewiss.3 ton/dag 38,25 22,40 15,70 203,26 279,61 279,61 279,61 56,55 3,29 53,48 333,12 7 333,12 10 105,00 uitlaat warmtewiss. uitlaat verdamper 4 reactiewarmte cumeen react.w. D.I.B.en non. propaanquench voeding W.W.3 uitlaat condensor Condensor propaan afvoer propaan afvoer reboiler 13 condensor benzeen 15
afvoer rec. benzeen
afvoer reboiler 16 condensor cumeen 19 afvoer cumeen koeling cumeen afvoer reboiler 23 koeling bodemproduct voeding benz.zuiv.26
condensor 27 benzeenspui 69,90 263,22 611,00 203,48 59,74 102,35 56,86 56,86 2,88 2,88 2,21 2,00 0,21 temp.
°c
20 20 20 80 60 163 210 220 220 229 180 180 20 20 200 80 80 155 155 155 55 208 55 80 80 115 ~Q kcal/hr warmteinhoudA H hoofdstroom 6·380 11.200 7.870 260.000 285.450 1.042.000 +756.000 +1.060.000 2.102.000 2.600.000 1.850.000 1.487.000 1.097.000 1.061.000 1.187.000 927.000 179·000 171,400 49·800 11.600 2.450 2.830 2.560 430 +489·000 +426.000 -750;000 -363-000 -370.000 +126.000 -2.368.000 +1.620.000 -318.000 -121.600 +322,000 -8.150 -7.800 +7·960Globale berekening van de fractie damp in de voeding van de benzeenkolom;
Voor de verdamping van 2x200 ton/dag benzeen bij een kookpunt
van 950C is nodig 400x91.500 kcal/dag= 36.500.000 kcal/dag. Er wordt in de reboiler toegevoerd 24xl.620.000kca~dag= 38.900.000 kcal/dag; de overmaat van 2.400.000 kcal/ dag
wordt dms gebruikt voor de verdamping van het benzeen, waarbij als kookpunt genomen wordt 1100C. Er wordt dus verdampt
2.400.000/88.400 toni/dag d.i. 27 ton/ dag. De dampfase van de voeding bestaat dan uit 163 ton/dag, dus de fractie damp is 0,8.
- 13
Figuur 1: de materiaalbalans Eenheid: ton/dag Gebruikte afkortingen: Be benzeen He hexenen No nonenen Cu cumeen DIB diisopropylbenzcen Pa propaan Pe propeen r---1 t-I Ir
!~ ._-""---i
, r-I, -1I )
.L-J
r
--
f
