Fabrikage Butanon-2

/ -~ --,

)

I "

\

\-

"

\L-.I

L.T.Gr e1: 6ude Delft 12 Delft.' Fabrieks sohema

t

i

I

) \

\

\

\ -'

De fabrioage Tan Butano -2. A.Cv rzioht. 1 V" . Of{ : ) 0 / ' \\ I

,

+

('H_-C_C\hç : - ::. de acet n-0·,

Dit sohema besohrijft de apparat~r die nodig is Toor ee. produktie

4000

to butan n-2 per jaar et een zui-.erheid 'ftD. 99%.

De ~ro ds~of voor di~ proces is de azeo~roop Yam seo-bu~anolJL~\

die Terkre~enkaI worden do r al of iet direote hydra~eri g 'ft1\ butee , dat goedleo p voorhede ls 1ll kraakgas.

De eo-buta ol wordt bij' ee temperatuur TaA

390°C

bij atmosferi-sohe druk ~edehydrogeeerd over ee Cu-Znka~lysator.

Als bijpr dukten vaa dit proces ontstaan waterstof, 70 ton p r ja r e aethylpentenylketo, ook 70 toa per jaar.

B.Butanol-2, dat i dit Terslag in naTolging 'ftD. de Angelsaksisohe literatuur t t MEK afgekort zal warde ,wordt in d teohniek bij uitslulte d d r dehydr ~e eriDg ~ seo-butanol bereid.

Er zij. eohter _o~ enige aIdere methode , die wellgwaar _ g i e t toeg past worden, maar onde;- druk 'ftn. de oms~dlghed!!.1 tooh wel belaagrijk kuaI rde •

Deze ethod zijn:

1eHydrolyse arama~sohe peroxyden, aaalo g a bereidiIg via eumeen,(11t.14) .,_ ti

0

-r,ti

c

.

c,:-/,_

."'

...

2eBereid~g ~ MEK uit aethee en ao etaldehyde .(Lit.1?)

CH·, \ ., 1' :.:.0 <, H \ .f-i" \~ C'_.1--1

,

..

3eHydrolyse Tan buteen met merourisulfaat. (Lrr.19)

• Cr·I.,

'; : ... . I 1-; -_11;.

r: ,:: :.:::.C~ r-i

," _{.•. .; : r . )}

c. •' ,.'i .

De ber id g door dehydro~ ering 'ftn seo-butanol.

Dez r ak~ie Terlo pt als v 19t: ~_",! I

katalysatore tevens de dehydraterin~ begunsti~en.

De dehydraterut; loopt als Tolgt:

/ O H ,... I r-,

'"'

1 1

. ~"i

l

·

l'I!.:.

+-H ...

o

eH:,-

c::

H -- ' ....J. r. - .. ".• \. 1 ". \.0

-Bij deze r akti wordt du het bijna waardel ze buteen ~eT rmd.

Om de T rmin~ dit produkt te Termijde k allee et enkele

zeer seleotieT katalysatore t;ewerkt worde••

Hierv o~ k e in erkint; kataly toren die Cu, Za, (lit.12,

15,16.), die Zr, Ce,(lit.18) be tte.

De Cu-Z kataly .toren zij. Terreweg het goedk opat e vol~ens

lit.12 kan en rmee bij 390°C een 0 versie ~ 95-100% mee

hale • De butee pr dukti is vrijwel ihil.

De reaktie is sterk endoterm. De reaktie rmte moet du

C

ia

de

reakt rj t et; TG rd worde. Deze v rwaarde kt de r akt r duur.

Me. h eft ~eprobeerd dit te ver....der do r UJl het reakti me ~sel

een af~e ete hoeTeelheid zuur tof toe te Toegen. De water tof

di bij de raktie Trij k t verbrandt dan et e n l'leT rt

h eTeelheid warmte. Het is dus og lijk met d h en lheid

zuur-st f de reaktiewarmte te re~elen e desgewe st uI te maken.

Bij deze lVerlcwijze kan dus met e ze r Toudige reaktor

Tlstaan word n. Het nadeel ~ dez methode is eohter dat

iet Toork e kan worde , dat ee ~edeelte an de dere i de

reaktor a zi~e stoffe erbrandt tot produkten di.

_-

p de

kata--

-ly at r p I risere. ea dè leve sduur sterk bekorte••

Wanneer e eohter in te~e st llin~ t t bovengeaoem e meth de werkt

i e . waterstofatmo teer rd n dez p lym ri atier akties ~eheel

Toork • De werkwijze die gek zen werd is di volgens lit.15.

Volge s dit patent wordt damp van seo-butanol met ee gelijk Tolume

waterst f ~eme ~d door de raktor gev rd. De alk hol ma~ veel

water beTatte , er mag dus 0 k met de azeotroop ~ewerkt w rden.

Bij e temp ratuur Tan 390 C is de 00 T rsie bij e d OrT

er-snelheid van 2k~ azeotro p per I kat. uur 93%. .

De pbr Dg t aan MEK is dan 96%van de 00 Tersie.

Dit pr-ee s is weini~ temperatuurg voelig. De leTensduur de

kat. is 1700 uur.

De direot opTalle de TO rdelen Tan dit prooes zijn dus de lan~e X

~.r-r->

leTensduur TaB de kat. e het feit dat de ~rond tof aiet zuinr

hoeft te zij , terwijl tooh d oODTetsie bij a 100% bedraagt.

\"11.

û.r

_{v o e r}

_

-.C

+

+

"-~

-

t

_

~

~:A:

·

H,

r

I

I

u.i

C2DU.

-\-\

,0

rl

-r-e.c,

r

1 I I . I I I I 1 1..._ _

. H-a,O

U

lpEkEl

R

EArCiO

R

I

I

I

Ie

Den.

L·""5T. ,e"""T.

1

I

-vJA

S

-

~

ToREN

I

ME~ H.o $l3A CO

~g~N

1

-

I

•

i

I

I

~

I I I I I I I I I I I

L-J

-r

I

L

-1

J

'--

_

._ .

-'

L

I

~

MEl< H.O

1

SI>A ...

-VE.R.E.E NVOU- DIGr D BLOKSCHEMA

)

- - ~--- - -

-C.Bespreking produk~iesohema.

Vol gen s de bereidingsmethode gegewn in de 1i_~ratuur (12) wordt

SBA b i j 390°C gedehydrogeneerd owr een Cu-Zn katalysat r.

De reaktie ls endotherm, de reakti warmte wordt geleverd door ro kgas, dat om gr te temperatuurver ohillen te "f9rmijden snel

geoirouleerd wordt. Dit is een dur verwarmingsm.ethode.

De grondstof wordt daarom voor gewarmd. Di t gebeurd in de wrdwnper,

waar de vloei tof verdampt n verder in de warmtewisselaar waar het

o

reaktiemengsel tot 230 wordt opgewarmd. In de reaktor moet een

aanzl nlijke hoev elheid warmte worden toegevoegd. I.v.m. bovenstaande

is de reaktor 1 e n warmtewisselaar uitgeT er-d, Het raktiemengsel

stroomt door de pijpen, het rookgas loodr eht p de pijpen er m

heen. Cm 11 pijpen nge er dez lfde tempera'tuur te ge"f9n

word~ het gas met gr ~ nelheid geoircul erd, zodat he~ nie~

meer -dan 100 lcan. !'koelen.

etteaktorprodukt, dat na h ~ verlaten ~ de reaktor al een

deel van zijn ~rm~eheeftafgestaan inde warmtewi selaar

wordt in de oondensor met water verder afgekoeld waarbij bijna

alle MEK oondensee~.

Het niet te oondenser n gas, waterstof m.e~ wat MEK wordt in de

wastoren met ter uitgewassen, waarbij het MEK in het water

oplos~. De wa~erstof_{, - - - -} wordt teruggevoerd naar de

_-

_

.

wr~p r n

-~

.

_

-he~ oversoho~ fgeTO rd. De waterige oplossing wordt

gez~e-lijk met de-Tloeistof ui~ deoondensor naar de primaire d

tilla-tie geT erd. Hier wordt het water ls he~ ketelpr dukt

verwij-derd, all andere stoffen worden Tia de top n r de twe de

des-tillatie geleid,waar e n soheiding ~eweeg wordt g braoht ~~d~

sen ~e azeotropen Tan.MKK ~ SB4. De zuiuere MEK zeotroop

wordt via de ~op naar de uitzou~er geleid, en pparaat waar

de ~ f in 0 ntact wordt gebraoht t k ukenzout. Hier scheiden

zioh twee fas n f, een wa~erige keukenzoutoplossing en een

bijna zui ve r e MEK fase. De MEK wordt naar de

eirlddestillatie-gevoerd, waar het gesoheiden wordt in zui"f9r MEK en en

hoe-veelheid azeotr op, die teruggevoerd wordt naar de·uitzou~er.

Bij de reaktie worden twee bijprodukten gevormd nl. AEthyl

-pentenylket on (E.AK) n but een (Bu).

Het EAK wordt met het water verwijderd.N f'ko ling komt dit

produkt op de waterfase drijven, zodat het gewonnen k n worden. -1 ;"

Het buteen k mt in het topprodukt van de eindde tillatie waarna N'/""

he~ teruggevoerd wordt naar de uit~outer; Het zal zioh dus op

hopen in het systeem. 6m di~ te voorkomen wordt de oondensor

van de eindkolom ontluoht. Dit gas wordt in een aparte koeler

verder afgekoeld,waar ij het MEK oondenseert)en afgevoerd.

---~- ---363,5 kg SBA = 5,045 km 1 136,5 " H20 = 7,595 " 500 kg azeotroop D.Materi 1 e warmteb I s.

wo

r

el t.

---.

..

.

'\

De i voe~~ de verdamper in ~e apparatuur 'gel ei d. Hie!/wordt

zij geme gd met ee equimolaire hoeveelheid waterstof, ark

-sti~ ult de g swastoren. De senstelIl g van dit ga is

0,3% butee , 0,5%MKK, e 0,3% water, rest waterstof. dus InToer: 12,640

,

,

=

25,00 kg 4,55

,

,

'" 0,70

,

,

'" 2,10

, ,

=

32,35

,

,

•

e RA K in eeA -_.__._ ~ -A 338,0 kg 25,5 " 365,5 " 93% omgezet iet " 12,640 mol gas 500,0 " 12,500 kInol H2 0,063 " MEK 0,037 " H20 0,037 " Bu'" 12,637 "

De hele invoer wordt de reaktor ingeleid.

ConTersie 93%, opbrengst MEK 96% van de oonTersie.

'"

De bijprodukten, die gevormd worden, zij Bu Terh udi g 1;3.

InTO r 365,5 kg 3BA

SBA omg zet tot Bu=

" " " EA- K BA ~ezet t ot MEK 96%

"

"

,

"~~ _p'~o~.

-\reakties:\ ' -_._...--_.-' 324,5 kg. 13,5 "

«

338,0 " 3,05 kg 10,45 " 13,50 " 324,5 kg SBA 315,5 kg MEK 10J

45

J I , J ::I 8.9 J' RA= K

3,05"'J

D

2.3

" Bu = + + + 9,0 kg~ 0,25"" ,

.

De samenstelli ng de gasse di de reakt r v rlate ls u als Tolgt: MIK 4,55kg ~ 315,5kg

=

320,0 kg Bu'" 2,1" + 2,3" '" 4,4" BAK 8,9" '" 8,9 " BA 365,5 " - 338,0" '" 25,5" B₂ 25,0 " + 9,25" = 34,25" H20 137,2 " + 2,0 '" 139,2"

In

de oondensor soheidt het g smengsel zioh ia twee fasen. De gasfase is TerE digd aan MEKa ze ot r oop en bevat 0,3% Bu=.

- -- - - -- - -

-I

I

29 om

-

_

._

...

-en H20

55

en 3,8 vol1'... 84 om Hg. oplossing

Bij 20°C heeft de azeotro p ee dampsp nning

De s e stelli g _n de damp is Y= 0,66

Hieruit TOlgt, dat de partiaalsp ingen Tan

MEK

zij.. Dez damp8panni~en k e overee met 7,3

De gasra---;;l;;.;;--tdus-10r;Ok i

Mmè

-' --- . -

.. '

'-13,1 s » H20

2,85"

au-e34,25" H2

Ül de Tl eist ffa>se blijft achter:

\. 2119,0 kg MEK '26,5 s» H20 11,5 " Bu= 8,9 ., EAK 25,5 " 5BA:

(\:

"t~

r (He t gas, dat d g:s:wa. toren Terla&'t heei't d 'ftlg nde

samen-~\~{\ / ,1 tell~: 0,3% Bu , u,3%H20 , 0,5% MEK e d r ~.

Er blijft dUit i de gasfase aohter 34,25 kg H2

2,85 " Bu

0,9 ,,112°

6,2 , J MEK

In de Tloeistoff'ase i dus oTergedragen het Tersohil tussen de rloth eTe lhede , die de t re. in • uit S •

Dez e hoe 8'llied n be 95,0 kg MEK en 12,2 kg H20 •

De ...tert 8'YOer aan de tor n wordt ~esX ld op het Terkrijge

Tan e 20% oplossi g ond r ui~ de tore •

Deze 20% oplo ng bestaat uit 95,0 kg MEK 380 kg H20

Bove in de t ren moet dus toegevoerd worden 380-12 368 k/!; wat r.

De opl ssiag uit de wastore wordt ~evoegd bij de vlo istöf üit de eond r. De senstelling wur dt : in kg per uur

e ond

_a

t :MEK H2

°

au

BAK SM 2119,0 126,5 1,55 8,9 25,5

95,0 380

Deze ho veelheid stof wordt a18

som 314,0 506,5 1,55

eding

8,9 25,5

de eerste destillatie

Balans eerste_'destillati

Aan de er~ d stillatiekol .orde t ege~erd de volgende

st rren i ~lgorde vluohti~heid, Bu, MEK-water azeotro p,

BA-wat razeotroop. water fUl BAK. We "k i e zen)l:l s

sleutelcompo-\"_..

__

. .~ ,""

nent n bij de berekening ~ deze d stillatie water en de

a~eo-tra p ~ BA, ~ r~ BAA genoemd.De oampone te. vluohtiger

dan BAA komen helema 1 in het destillaat. Dit zij. Bu en MEKA,

a~eotro p ~

MEK.

Vo r de vorming ~ deze azeotr pen is

water o~1g en wel:

314,0

kg MEK +

39,

9

kg water geeft

353,9

kg MEKA

25,5

kg SBA +

9,6

kg I J , .

35,1

kg SBAA

liet water, dat

u

de ketel acht rblijtt is dus:

506,5

kg

-39,9

kg -

9,6

kg

=

457,0

kg

De rl tfen, die in de toren gesoheiden .orde zijn

dua 4'17,0

kg

water e

35,1

kg 5BAA. In de zuivere stoffen uitgedrukt i8 dit

466,6

kg ter en

25,5

kg SBA. De voeding be. .t du s

5,2%

SBA

W

nneer we stelle dat het ketelprodukt

0,5% BA,

en het

des-tilla~t

7

0%

SBA baVEtten. zi j _ alle stofhoeTeelheden gemakkelijk

uit te rekene .Hieronder volgen dez hoe elhede i tabelvo~

ui tgedrukt in kg. F D K

BA

25,5

23,2

2,~

H

₂₀

466,6

10,0 456,6

som

492.'

33,2

458,9

%

5,2

70

0,5

Wa eer alle a zige oomponenten in de balans betrekken

wordt deze: F D K MEK

3'4,0

sr

4,0

SBA

25,5

23,2

2,3

H20

506,5

49,9

456,6

R

AK

_8,9

8,9

Eu

_~

_~

som

856.5

388,7

467,8

Blans tweede destillatie.

Het topprodukt ~ de erste destillatie wordt in de tweede

kolom op ieuw ~ede~illeerd. De zwaaTste component, het SBAA

wordt@ -;t>ketelprodukt uit het me gsel Terwijderd.

Alle a.der c pO.e te kome in het destillamt. Als

sleutel-oompo enten v r de berekeni g kie~e ~ ~BAA en MEKA.

De voed g berlu:t uit

353,9

kg MEK.! en

31,9

kg BAA:.

Het gehalte Ten de voeding bedraa~t, betr kken op het MB!

9'.7

1~

; _~ l./t .•-..~,~. ..., t- . i~_.' \

.

.

" • I ,~,_.I - - - --r-

-8 betrekk n

sohrijft rdt

t n weer a18 Z UiTere stotte

F K D 314,0 0,9 313,1 23,2 22,0 1,2 49,9 9,7 40,2

%

SBAA

Het

~illaat

oet ,z ZUlT r- of:elijk. ,zijn-l.

ste~

'

95,5%J

\-:=:- '-- ,""",,=::,,--~.

~ eer we u 0 k of: te11e., dat het ket 1pr dukt 3,5% MEKA

be~tten 1if:t de desti11ati h e l l t . Hier T 1ge de st t tr en ui t@';edrukt in kg per uur

F K D

353,9 11,0 352,9

31,9 30,3 1,6

385,8 31,3 354,5

91,7 3,5 99,5

Wann er we nu ook de dere 0 e ten in deze 1 ... ....~_ . -... e de sleuteloompo de b 1 sz MEK SBA H~O EAK Bu ~ 1,6 388,7 32,6 356,1

Het toppr dukt de

tw

eede destillatiekolom wordt n r de

uitzoutinstallatie f:eleid waar a

_{- - -}

_{- -}

de azeotro p

-

- -

t rttrokken

wordt, zodat de samenstelling Toorbi die T<an de az otr op

-

-

-

-komt te 1igge e de zuiver~ weer do r d st111ati gedaaa

~'worde • In de d rd dest1l1art:iekolom rdt du de TO ding gesoh iden het zuivere MEK en de zeotr op, di terugge rd

wordt ar d uitzout stallati. De stofbal se ~n de!e?b ida x)

h~en zo uw e door het terug'YOere het topprodukt

de d still~ti n ar de Te d g de uitzout1n~letie,

dat de materi lb 1 tI 11e geoombiAeerd ber kend k worde.

De hele a!Spar.tuur ~eo gt het sohed.de ~ MeK e t e r .

De iJlv r is: 313,1 kg MEK en4O',2 kg ter. I' yN R. r--- - - ..- -- , l l~ I ~I< o

In dez- teke inf: st 11 TO r: ti de Toer 'ft!l. het systesm, R het toppr dukt T8n de de&-, dat t ruf:ge'YO rd wordt. F de T d~ 'ftJI. de ui tzouter,

tert se uit de uitzouter, e hoeveelh id opgelost zout de vef:elijkd.ng weggel ten. x) pparaten

ti11eti

o

d

Ell

-

- -

_.

,

F... BUTANOIl-2 L.T.erOlt 4-11-'11 Sehlll 1:20. ~

n

₁

b

-:1<:. \ 0

~

~~

_~

_I

r: I" .

-

,

.Jf

:;.10 .f.\ ~~ L_

[

---

;1~

i i -_.'_~0'_.

.-J

'

I

.:

I

I

~

J

I I J

r

-

_;

l

_i

-

1

- ! 1'-I

I

l

~

I

=-! I ?o

~

L

--berel. ~ 511A Wit.. +-- -- -+

m

r-c

.

.

t -_, . n YERDAMl'ER Iiiiliiïl U -_{__}s. .

-

b·:

..

,_-,-_'.1 _{_- '1} I ,.,' ilO':~ .c

-,

-..

- - - -- - - en-B 468,7 19,0 487,7 96,1% t in b venS'taan ' r .'...'-, en K het ketelprodukt R 157,0 17,5 174,5 90% L 0,8 1,5 2',.3 33 G 1,6 0,8 2,4 67

%

B i~ voeding ~ de d still tiekol

daar 'YIUl.

De gegewns: N= 313,1 kg:MEX + 1J),2 kg _ter. dus

xn

la

!,

~~_?

V

X - 3,5%, X_{b- 96,1 %}

Xk: -

99,5%, X_{r • 90%}

De tofb lans oWÏ" e gehele systeem luidt&

N··.. 0 +K J

kN •

X_o• 0 ...

lk.K.

(88 ~~. 3,50 0 ... (N-O) 99,5

96,0 0- 10,9N 0-40,1 kg

Ewnzo kan men uit de tertaelb~lans ~ d destill tie berekenen

R • 174,5 kg. Nu is het mogelijk do I' een eenTOUdige optelling

alle andere st fstromen te berekenen.In de volgende t~bel word

n

ze ergege~n. (in kg per uur )

N O l

MEK 3113,1 1,4 31',7

H20 40,2 38,7 1',5

s m 353,3

40,1

313,2

%

88,7 3,5 99,5

De nzui"terheden die mnwezig zijn, maar ni

=

balans vermeld zijn, zijn Bu en 'SBA. Het BA, d8lt z'W8.ard r

i dan MEK komt al onzuiTerheid in het prodUkt.

De onzuiwrheden zijn ~BA 1,2 kg en H20 1,5 kg. Dit i p

3~2 kg pI' dulct 0,86%,terwijl een onzui rheid ~ 1% to g staan

i • Het Bu· heft de neiging zioh in de terugvoer pt h pen.

Hierdo r g t de rmteoverdraehtso erfioient in de oondensor

aoht ruit. Dit moet v orkomen worden. Daar werd aan de

oonden-sor een ontluohter verbonden de nietgeoondenseerd dampen

t verwijderen. Deze bestaan dus uit Bu en MEK.Wanneer d

stelling van dit g smengsel 50% is:, dit komt over n et n

temperatuur 60oe, ~dt het verwijderd en arg k ld tot

20oe. Er g ldt, I , ; 4 ,

x·

t/3 en y;2/3. Er oendens ert

dus een d el en een dèel blijft ga T g. Het ga ~8 wordt

~fgev erd en de vI ei t f teruggevoerd. De h eveelheid g s,

die afgev erd moet worden m et overeenk en met een

hoeveel-h i Bu ~ 1',6 kg dat deze hoeveelheid 0 Ic in het ysteem

wordt ingev erd. t behulp van deze gege si s: alles:

gemakkelijk uit trekenen.

ae

.

F -" I__~ 2,4 2,3 4,7

50

De eigenlijke mat riaalb lan~ i nu op te teIl n. Deze wordts InTeer: grondstof waswater 500,0 kg 368,0 kg 868,0 kg UitToers produkt pekel (uitzouter) .iriA water (ketel 1e k 1 gas ) 314,4 kg 40,1 " 32,6 " 4 67,8 " 11i,8 ,. 868,3 " r 1,34 oa>l/gm 552 ,. I • I Warmtebalan • Verdamper.

In de 'T8rdampt11' met de inToer opgewarmd en 'T8rdampt Wor den ,

terwijl het gas alleen opgewarmd hoeft te worden.

t ~ Cp

BA 363;5 kg 0.5 oal/gm H20 136;5 " 1' ••

~ 12,5 :lemol 6,8 oal;)eul

°

Warmtehoeveelh den nodig om op te warmen tot 70 C en te ,rdampen.

BA s 363.5 (0.5 x 50 + 134 ) -580 x 10 koal H20 136.5 (P x'50 ,., 552 ) ""820 x

10~

"

t:l2 12,5 x 6,8 "" 0.85x10 I J

<1>"",=14 01 x 102 I J

Reaktor.

Berekening van de reaktiewarmte.

De 'T8rbrandingswarmten van MEK en SBA zijn resp. 582,3 en 638,6 kea L,

MEK + 5i

°

2, a 4 C02 + 4 H20 + 582;3 koal BA + 6

<2

""

4 CO2 + 5H2 0 + 638;6 I J SBA+i 02 ""MEK + H20 + 56;3" H, +

i

02 "" H2

°

+ 68i4 , , SBA a MEK + H 2 - 12,1 ,.

Deze r aktiewarmte geldt bij 20°C, die bij 390°C w rdt:

-W

=

-W+pdV

-w = W +RdT

-w

""

12,1 + 370 x 0,002 =12,8 koal/mol

Kr reageert 338 kg ~BA~ er wordt dus een warmte ontwikkeld:

~-:

3~8

x-12,8 x 1a3ko931 =-58 x 103 koal

- - - - L _ J••( (A..•t r'~---> .- ' Warmte 24,2 • 10.3 13,7

48,2

is dus

Wann eer h t reaktiemengsel de reakt r binnenkomt op een temperatuur o

230 C,

m

et er

°

k-mog warmte toegeTOerd rden om tot de reaktie-temp. .p te 1ll&1rIIlen. /:).T '" 390 - 230 :0 160°c

stof Cp in cal/mol

°c

3BA 5,045 krool 30

7;595 "

8,5

12,64 " 6,8

De totale warmt die an de reak~or moet worden toegevoerd

(48

+ 58) • 1a3 kcal/uur= 106 • 103kcal/uur.

De warmte toeTOer geschiedt met rookgas, waarvan d_{o .} "-~", fkoeling. .- ..

~m.-!!.-~n.1Q.._Jll~g- b~dra~E:ln. Cp'" 7.47cal~r t i1_;'''/.;. 'I

~

m

o

l

= 106.10 '" 1405 krool/uur

.~

De warmte wordt _{gel -Y6rd d er vers ro lcgas, 'WaarTan de 'Warmte}7 47x10

2

inhoud 142,3 .10 aal per mol bedraagt, dat met h t teruggeT rde gas w rdt gemengd.₂De warmtebalans Toor deze menging:

142,3 • 10 .

epi

=

(jJ1

.7,47. 400 + <P x7,47 • 10

~'

:o7

,47 x 1405 =9.4 kmol/uur

112.4 x 102 3 10 koal

i

W

(}-J

e

V'"

l

Warmtewisselaar. o 0 0

Wannee r het gas Tan 390 C tot 230 C·wordt afgek eld, dit is 160 C o

dan wordt er -.eneens 160 p -warmd. De warlJlte die hierbij

uitge-..--.... -..

-

_.

-~.'~

-

-

---

-wt'seld moet worden kan eenToudig berekend worden. In de raktor

wordt 0 r en gelijk aantal gr den opgewarmd. Dit is al uitg rekend. Het is

48.2 •

1ä3 kcal/uur.

C ndens r.

"

"

103 kcal waarbij een gro t deel

,

,

, ,

kcal kcal

,

,

,,

rmte 23.9 • 103 74.0 • 103 13,35 116.5 65,9 164,2. 7,84 10,52 219;0 kg MEK :0 3,05 krool 126,5 " _{H20 .. 7.04 mol} Er wordt gek eld

320 kg MEK '" 4,45 kmol

34.25" H2 =17,12 •• 139,5 "H

20 '" 7.75 .,

o Het reaktt engsel w rdt afgekoeld tot 20 , Tan het aanwezige MEK n ter condenseert.

Er oondenseert C_p r

30

8,5

I •

Wastor n.

In d 'Wast ren oonden eert 95 kg ME!: en 12,2 kg 1I20.

Hierbij k t n h eTeelheid WlTJIlte -.rij:

9~~0

x 7,84 ... 10,3 x 103 koal 12,2 18 x 10,52'" 7,1 " 17,4 x 103

,

,

"

Primaire destillatie

Er is 387,1 kg destil~ t Tan n amsnstelling, die d

MBK-aze tr p benadert. Bij de irlddestill~ie is de 0

n-den ati rmte hier~ preoie bereken. De 0 nden~ie­

warmte bij dez destill t i i du:

3

12". 381 , 1 x 81,9'" 181,5 .10 koal

w 174,5

In de Terdamper mo teen hoeTeelheid warmt toegeToerd w rden om

/Il

1e het ketelpr dukt op te warmen. 28 het destillaat p te

rm n. 3ereflux + destillaat t Terdampen.

1e 467,8 kg waterTan 20 tot 1000 pwarmen•

.

(/Jw

-467,8 • 103 •1. • 80 =37,4. 103koal

2eopwarmen tot 800 van ongeTeer 320 kg MEK

320 •

103.

0,55 • 60 -

~1

• 103koal

3e Dit b dr g i -a l bij de 0 nden r ber kende =181,5. 103 kc I

~o~

= (37,4+1 1 ,0+18' ,5).

103 =229,9. 1ifkoal

eoundaire destillatie.

De oonden atiermte kan berek nt worden uit die van de

eindde tillatie m t dien Terstande, dat de hoeTeelheid stof

hi r 365 kgi , daar 174,5, de reflux hi r 3, daar 2, de

oonden-atie rmte i dus356 x

~

xB1,9

.,03

koala 222,2 .103koal

174,5 3

Verdamp r ,

et produkt heft niet meer opgewarmd te worden, alleen de

warmte, die in de condenaor "atgeTOerd w rdt,moet hier

toe-ge TOe r d worden.

~w

"'222 ,2.

1e3koal

1

I

I

en 17.5 kg water, terwijl er 10 0 r Einddestillatie

Er oonden eert 157,0 kg MEK wordt afgeko ld. 0

157jOkg MEK

38

17,5 " H_{2 0} 8,5

Bij een reflux Ra2 wordt

7,84 10,52 4>'vV'" 3x28,O= 84,0 • 17,6. 103 kcaL, 10.4 103" 28,0 1

()3

"

103 kcaI

••

.

,

x V.erdampe r.

De aan de Terdamper t egeTOerde warmte rdt wederom p drie

manier n Terbrua:kt. nl. 1e om het ketelpr dukt p te warmen

2e om het d tillaat p te warmen. 3e om het destillaat en

d~ reflux te Terda pen.

1e 311,7 kg MEK en 1,5 kg water opwarmen van 20 _80° 0 )11,7 x 103 xC,55 x 60 =10j3 x 103 koal

3 3

1,5 x 10 x 1 60

=

0,1 x 10

10,4 x

H)3

2e l1 157,0 kg MEK en 17,5 kg water opwarmen "f8.n 20-70°0

157,0 x 103 x 0.55 x50 =4,32 x 103 koal 17,5 x 103 x 1 x 50 =0 , 87

",

• , 5,2 x 10 ..

3eDeze hoeTeelheid is gelijk aan die, in de oondensor fge voer d. =84,0 x 10

3

koal

Sommat i e -nn deze drie bedragen geeft {/;,j99 , 6 x 103 koal

E. Bespr eki ng der afzonderlijke apparaten. A.Ve r dampe r .

Aangenomen wer:d dat de totale warmteoTerdraohtaooeff. U=1000, was Het temperatuursversohil is T-40 oC.

Hieruit is gemakkelijk te berekenen, dat het Terwarmingsopp.=

2

A=3,Sm groot moet zijn.

Wannee r we buizen vantfl nemen met een lengte van 20 om, zi j n hierQ van nodig 350 stuks. Wanneer we stellen dat de damp in de Terdamper op mag stijgen met een snelheid van 1m/seo, dan moet de Terdamper een doorsnede van

48

om hebben. Het blijkt inderdaad mogelijk bij deze dóorsnede 350 buizen te plaatsen.

B. Reaktor.

De doorToersnelheid is 2 kg/l kat uur . De doorToer is 500 kg

.

, 1-' r ,I .; \ \ \ c" c, I' :I ' '. / ~

\..1'

,;

In de raktor moet een aanziènlijke hoeveelheid warmte toegevoerd worden.Om het warmteuitwisselingsoppervlak zo groot mogelijk ~e

maken werd de reaktor uitgeTOerd als een warmtewisselaar. Het reaktiemengsel s~roomt door de pijpen, het verwarm~~~gas

loodrecht op de pijpen eromheen. Bij een pijpdikte vanfi" ~n een lengte van 140 om i de inhoud van een pijp 174 cc.

Hieruit volgt, dat er 1440 pijpen nodig zijn. 10 rijen pijpen van 29 stuks beantwoorden dus aan dit doel.

C. Wa rmt ewis se l a ar .

We stellen U= 20 kol/m2 uur,:1'let log. temp. verschil- 160°C.

_., 2

Uit bovenstaande gegeTens volgt, A= 15 m

Met buizen van 1" is de benodigde totale buislengte 187,5 m

Om de gassnelheid in de buizen niet beneden de 20 m/seo

te la~en komen mogen niet meer dan 27 van deze pijpen gebruikt worden. Om tooh aan het benodigde opperTlak te komen, werd de pijp

4x

dubbel gemomen. Nu wordt de lengte van het apparaat

1,75 m. Een diameter van 55 om is voldoende. D.Condensor.

~

We stellen U=)OO kcal/m2 uur}e'( T)lm

o=50oC. Hieruî t volgt A=11m 2 _, Het water wordt opgewarmd vi~ 15- 50 C, er is dus nodig 4700 kg/uur

Om de watersnelheid voldoende groot te houden is het nodig per buis 250 kg/uur te gebruiken. Het aantal pi jpen mag dus zijn 19 Bij

i"

pijpen wordt de bundellengte 11,6 m , Bij 8 "passes" wordt de lengte van de wisselaar 1,45 m. Een doorsnede van)O om

is in dit geval voldoende.

E.Wa s t or en .

De hoogte van de toren werd niet~berekend,maar reohtstreeks uit de literatuur oTergenomen. De ~ e hoogte is

4m.

(lit 20)

Evenz o volgt uit deze gegeTens, dat de doorsnede 90 om is.

De warmte, die vrijkomt in de toren is voldoende om de temp.

f

~ van het koelwater te doen

sti

~)gen

~~~43°C.

Dit is veel

tehoog.

,

~ tv1...

/

~

,

':l

We willen de temp. beneden )0 C houden om een goede àtofuit- ,

?

wisseling te krijgen. Di t gebeurt door drie warmtewisselaars op gelijke afstand ~ elkaar in de toren te br ngen.

o

Wannee r we aannemen, dat het koelwater maar 5 in temp. mag stijgen 1::/

l:1 r i ,

..

...

-Ü:~ in

t

tlîi

g

", ' , .' +-+ i

thï

_~

'lf

~ ~ , , _" ot , ~:~ :-:tif++:+ :~L' tlt++ :.!H ...h ::trt~: ~ tnt-..-:' ~i.~: §i~ mJ:TI!'!"!'1

r

:::iti U:'t=.ir ·-11++411Ill. l !1

-t--+ ...Ii~: m l :l I1 ::I:±::::!::::t. ::::i tt:±±:::tt:::t:-.~- .... +r , '~!1+

til

~

.

, ~' ;1

.

......

.

....t~~. _Ut

.,

$

.

_

..··H ....;.. _{' "} • 1

I •

F.Primaire destillatiek lom. _';'·f

·-In de _{Rev nstaande figuur is een MoCabe-Thiele diagram getekend}

Toor het st lsel SBAA-water. M t behulp -.an dit di gram werd het aan 1 _{sohot Is -.an de kolo bap aId. Er zijn 5 thaoretisoije}

soho~el • nodig. Er _{rden 9 praktisohe gen men}

o

De temperatuur b ven in de kol m, i '_{88 C. Het mol"t'Olume bij}

deze temp. is 27,3 1. Het s.g. ~n de damp is 1,9 gil.

~"7,43 _{x 27,) x 3 .. 608 kl/uur.}

Wann ee r de sohoJ;elaf"stand 1~ _{ft en de Tloeistofhoogte 1"} is

is KT" 0,14 ft/seo.

₎

_{P i}

-ÇJ", De damp nelheid in _{de toren mag zijn v= Kv}

_V

P?-P

I

"

0,8350

P,,=

0,019 v= 8,95 dm/ seo

Uit de Telume troom en de dampsnelheid, di e nu beiden bekend zijn is de diamèter van de kolom te berekenen.

Deze dorsnede is D=49 om.

Cond ns r.

q6

~

1 81 J 5

_{x 10}3 _{kcal/ uur}

De damp uit de top _{n de kolom wordt hier met water gel oe I d} o

Het koelwater wordt van 15-450opgewarmd.

( T\m... 41(l C

Het opperTlak is met deze gegeven uit de₂ rmtestroom te

Ier kenen _{A= 6,33 m • Zo ook het benodigde koelwa~er.}

Er i _{hier~ nodig 6050 kg. Wann er we st~llen, dat de snelheid}

~n _{het koelwater minstens 1/5 m/seo moet ~ijn, Bij ~" buizen}

250 kg per buis, dan mo ten er dus 24 buizen gebruikt worden. DebUDdellengte wordt dan 5,31 ·m • M_{et 4 "passes" wordt de koeler}

1,31 afgerond tot 1,40 m lang.

Verdamper.

~

w

=230

_{x 103 koal/uur}

Het benodi de oppervlak is bij een U- 2 500 en een temperatuur-Tersohil van 10°C A=9,2 m2•

Wanneer we buizen _{(~") van een meter lengte nemen zijn er nodig} 185 stuk: •

Koeler ketelprodUkt.

Het ketelproduk:t moet van 1000afgekoeldworden

tot 200C, dit

o

°

gebeurt met koelwater van 15 , dat tot 45 wordt opgewarmd. 2

(llT)/:.150

, als U=1500, dan is het_{·benodigde oppervlak A=1 ,63 m}

is aan koelwater nodig 1250 kg, bij 250 _{kg per buis wordt de}

bundellengte 6,56 m • Met 4 "paaaes" wordt de kce Lee 1,64m lang. G. Tweede destillatiekolom.

Met behulp van het MoCa be-Thi el e diagramvoor het systeem

MEKA~BAA J _{dat hiernaast weergegeven iS,werd'het aantal}

the-Dretisohe sohotels bepaald •.Dit aant a l is 14. Er werden 23 praktisohe sohotel' genomen.

9t

=

19,3 • 10-2 _{m3/seo. Onder dezelfde voorwaarden, als} waar-onder de eerste kolom werkt, wordt de doorsnede der kolom 53,6 om. Condensor.

~

=222,2

_{x 10}3keal/uur. _Bij

U~700,

_{en ( T)= 41}0

wordt het oppervlak 7,76m2• E_{r is aan koelwater nodig 7080 kg, bij}

250 kg per buis zijn er dus nodig 27 buizen.

De bundellengte wordt bij deze gegevens 5,79 m • Met 4 "passes"

wordt de leng...te van de eonden or

',45

m,

Verdamper.

_rP

_w= _{222,2 x 1}

a3

_keal.

Het temperatuur veBsohil'is 30°. Bij een U=1000 ~ordt het benodigde oppervlak A= 7,40 m2• Bij gebruik van

~"

buizen met een lengte van 1 m, is het aantal benodigde buizen

'45.

Koeler destillaat.

Het destillaat komt als een vloeistof op kooktemp. uit de oonden-sor, voor het naar de uitzouter_o gel e i d kan wor den moet het eerst

tot 20 worden fgekoeld. Dit af~oelen _{gebeurt, nadat het}

destillaat van,de _{tweede met dat van de derde kolom gemengd}

is, met water in een spiraalkoel-er

De _{warmte die hierbij afgevoerd moet worden i sdL..=13 , 7 x 103 koa}

L,

o

W_{anneer het koelwater van 15 tot 45}0

wordt epgewarmd, ,i s (T)lm=12,4 Het oppervlak wordt TOOr een U=500 , A= 2,2 m2•

D_{e buislengte wordt (!"buis)}

_44,5

_{m, d.w. z. er zijn bij een}

spiraaldiameter 0,5 m 28 'win di ngen nodig. Koeler ketelprodukt r/J,••

t

1,56 x 103

koal~

Het ketelprodukt wordt ~n 90 t~200 _{afgekoeld, waarbij de temp.} van het koelwater -.an 15 tot

45

0 stijgt. _{0T~= 18}0

Bij een u= 500 wordt het benodigde oppervlak A=0:1715 m2• De _{buislengte wordt dan}

_(i")

_{3,45m. H~t}

is niet modig hier.voor

een koeler te gebruiken, maar er kan _{worden volstaan met een}

buis, die in een andere buis geplaatst is, waardoor ijet

koelwa-ter stroomt.

De uitzouter.

In dit appatraat wordt de azeotroop _{in oontaot gebraoht met} keukenzout, _{waarbij zióh twee fasen afsoheiden. De volume stroom}

door dit apparaat is

590

l/uur. _{Als de doorsnede 0,5 m is is}

de Tloei

tof

t;~oor

_{het apparaat 7 x 10-4 miseo. De eontaottijd}

is dan 850 sec • Het produkt wordt uit het apparaat verwijderd

door een o~rloop. De _{tweede fase, pekel, wordt ~rwij erd via}

eem tweed o~rlo p, die begint o~r _{telopen, wanneer het}

pekel-ni~austijgtboven 200 mmo _{Dit is mogelijk door het ~rsohil}

in s.g. der beide vloeistoffen. De%e overloop is geplaatst 900 mm _{boven de bodem. Het hele apparaat is 1200 mm hoog.}

~. ... .... ....11... :;i~

• • • • • • • • :. . . •••• • • • • • • 1 •

. . 0< • • • • i::;"i: 1~1i

ril,

rl'_{l '} 11II

::1:: :.:(;

['r::

i ::Ëi iiJ; ,'" i~t: J;lil!

:',i: i,~n :.:1 ti't";

• • . . • • •. .. " • " I :;tl , I I · • • . , I .... ••~. • . • • • • • • , .. •T""' • j... -t J~11,

If'

:Jo"<

Eindde~illatiekol m

Ui t de UcCabe-Thiele figuur TOor MEK-water is het aantatl

theoretisohe sohotels bepa~ld. Dit aantal is 4. Veiligheids hal va werden 6 schotels genomen. De temperatuur in de kolom

is SOo. Het hierbijbehorende molvo~ume is 26,2 1. Het s.g.

"f8.n de damp is 2,1 gil. Op dezelfde manier als voor de

eerste degtillatie is berekamd werd voor de dampsnelheid

in

d~

'i.,toren

gevonden v=8,5 x 10-1 m/sea .

Uit~ mol~elr B-èe.e~8aelBe~è-wepèt-ä ~~epeaàeep8aeèe

dampsnelheid en de volumestroom wordt de torendoorsnede berekend. D= 32 om.

Condensor. fb";84 , O. 1o3koal/uur

o

De temperatuur van het oondensaat is 73 , het koelwater wordt -van 15-450 opgewarmd. (T)lm= 410 .

Het oppervlak wordt bij een U=700,V A=2,93

m

2•

Het benodigde koelwater is 2800 kg, met !"buizen zijn er 11 nodig. (25Qkg per buis).

De lengte ~ de bundel om aan het benodigde oppervlak

te kome is 4,92 m. Met 4 "passes" wordt de lengte van de

condensor 1,3 m,

Verdamper.

rl

_w=99 , 6 x 103koal

He t benodigde oppervlak bij U=1000 en het temp. versohil

T = JOoC, A=J,32 m2•

Het aantal buizen, dat nodig is,(~"buis 1m lang) is

65.

Ei ndk·oè l e r ketelprodukt. rIJ",,= 10,4 x 103 koa I

Het produkt wordt van SO-200afgekoeld, waarbij het koelwater van 15-450 _{wordt opgewarmd,}

0

T~:,1 5°c

Het oppervlak van de koeler wordt dan bij U=500 , A=1,4 m2• In verband met dit lage oppervlak werd een spiraalkoeler gekozen. De buislengte is 28 m, bij windingen van 0,5 m wordt

het aantal hiervan 1S.

Koeler VOOr de Buteenverwijdering.

In deze koe l er wordt 1,5 kgMEK per UUr geoondenseerd. Dit komt overeen met een warmèestroom van 150 koal per uUr.

Wanneer U=500 en (oT)lm= 15°, is het oppervlak A= 2 x 10-2 m2•

De buislengte die hiervoor nodig is, is 0,5 m.

I

Nog enige noodzakelijke installaties. 1eOpsIag'banka, (

.

.

I" " '... {_ i I

,><

")

-

{

Als maat voor de grootte van de tanks werd aangehouden

de ~e ekp ro dukt ie~_

MEK. De produktie is 313 kg per uur, wat overeenkomt met een

weekpr odukti e van 65650 1 per week. Een vat ~an 70 000 1 voldoet dus.

BA. Verbri.1ii:: 500 kg per uur->, dit is 105 000 I per week

Een vat van 100 000 I is dus voldoende.

Wa t e r . Het water uit de eerste destillatietoren mag niet

ver-loren gaan omdat het _1e EAJ( ~!!it en 2e zuiver is ~n dus nog

goed èebruikt kan worden in de wastoren, zonder dat er gevaar bestaat,dat er ketelsteenafzetingen in de eerste

destillatie-toren optreden.Het verbruik aan water in de wast oren is 368 kg.

De produktie in de eerste destillatietoren is 457 kg.

De netto produktie is dus 89 kg per uur, 15 000 I per week. '.'

Het vat moet dus 15 000 1 zijn.

Pekel. De produktie is 40 kg water, waarin 1/3 deel zout.

Het s.g. is 1,2, dus de weekproduktie is 7 000 1 , het vat

dus ook. '

Wa t e r s tof . De produktie is 100 1 per uur, d.i. 17 500 1 per week.

'Een atmosferische natte gashouder van deze afmetingen voldoet dus.

2ePompen.

Alle pompen, op de gasomlooppomp na moeten tandradpompen zijn voor de preoisie.

Invoerpamp 500 1 per uur, Invoerpomp 1e kolom 900 1 per uur,

Wa swat e rp omp 400 1 per uur, Afvoerpomp destillaat 1e kolom, 400 1

Afvoerpomp destillaat 2e kolom, 400 1 .Voedingspomp 3e kolom 5001

Bovenstaande pompen hoeven de vloeistof alleen maar te verpompen,

ze hoeven geen drukve rvs I te overwinnen.

Gasomlooppomp, Deze pomp moet 260 kl. waterstof rondpompen,

eveneens zonder een belangrijk drukverval te hoeven overwinnen.

t-F.Disoussie.

1e Reaktor.

Wanne er het reaktiemengsel ~l een hogere temp. had bij het betreden

van de reaktor, behoefde er in de reaktor minder rookgas

rondgebla-zen te worden. Hier staat tegenover dat de warmtewisselaar dan

~el groter:'zou moeten zijn. Alleen een kostenberekening kan

uitsluitsel geven, wat .de beste werkwijze is.

2e in het sohema is een wastoren gebruikt omhet MEK uit het gas te verwijderen. Het was ook mogelijk Beweest het gas in de oon-densor tot een veel lagere temp af te koelen.

•

De wastoren zou dan komen 1;e vervallen. De teinperatY.Ur die nodig

zou zlJn om evenveel MEK uit het gas af te scheiden als met de wastoren gebeurt is _30°. De koelappar&tuue die hiervoor nodig

zou zijn is waarschijnlijk veel duurder dan de wastoren. 3e Eerste destillatiekolom.

Het is mogelijk de eerste destillatiekolom weg te laten. Het water dat nu in de ketel van deze kolom tereoht momt, komt dan in de ketel van de tweede kolom. Deze kolom hoeft hier-door niet langer te worden. De nadelen die hiertegenover staan zijn 1e de p~dukten SBA en EAK worden niet gewonnen maar worden met het waten afgevoerd. bovendien blijft er een aanzienlijke hoe~elheid'MEK in het water. Deze stoffen kunnen dan later wel door extractie, gevolgt door destillatie gewonnen worden, maar dit is een omweg.

4e Wa~tebalan s .

a)Het rookgas dat uit de reaktor naar de sohoorsteen gevoerd wordt kan gebruiFt worden om stoom te produceren. Wanneer het tot 200owordt afgekoeld is de warmte

<P~

9,38 x 7,47 x 205 =14,4 x 103koal luur

' ) ' I

De stoomproduktie 27 kg per uur.,

t

-;

,

b)Br kan stoom en koelwàter bespaard worden door de damp van de eerste kolom te gebruiken voor het voorverwarmen.van de voeding van die kolom. Wanneer de damp tot 70Owordt opgewarmd is

rt!

=5/7 x 48,5 x 103= 34,6 x 103 koal . .

w 2

Hiervoor nodig is een koeler mèt aem oppervlak Aa 1 , 7 7 m • De stoom besparing is 65 kg ,de koèl wat e r bespa r i ng 1150 kg. b)Een warmtewisselaar tussen de voeding en de damp der tweede kolom.Wanneer de vOedinj tot 600 wordt 0Rgewarmd is

.

cf:;

4/5

x 15,7 x 10 kcal

=

12,5 x 10-' kca'l.,

Het oppervlak van de

~oeler

wordt 0.63 m2• De stoombesparing is25kg ,de koelwaterbesparing 400 kg.

0) Een warmtewisselaar tussen de voeding en de damp der derde o

kolom. Wanneer de voeding tot

60

wordt opgewa~d is

eP

_w

=4/ 6

x 10,4 = 6,9 x 103 kcal.

2 Het oppervlak van de warmtewisselaa~

Aa

0,346 m • Stoombesparing 13 kg , koelwaterbesparing 230 kg.

...

F.Litermtuur overzioht. 1eFaith, 'Keyes:,\/Cl ar k .

Industrial Chemioals 1957 blz.517 2eKirk othmer

Enoyolopedia of 6hem!cal Teohmology vol B

3eBeilstein 4e ed. Vol 1 blz.666. 4eChem. Eng 57, 2861, (1950).

5eMethyl Et}Iyl Ketone, Shell Ohem, Corp.

6e

J.

Am.

Soc.

48,

1672. (1926)

78 Petr. Refiner 34; Deo 16B; (1955). 8e " " -33 , "Feb.141, (1954). :

ge J. Am. '500.47, 1720i (1925)•

10e Int. Crit. Tables 3; (31B-321).

'1

e " " "

5,

(164). 12e B.P. 636 743. 13e Ned. P. 76525 148 B.P. 735 229. 15e B.P. 736 743. 16e B.P. 636

800.

Ule U.S.P.2 517 732. · 18e Uo'S.P. 2 586 694. 1ge U.~.P. 2 39B 685. 20e Groggins,