Bereiding van methyl-ethylketon

""

...

~

_...

I I I I ;--- -1 --- ;;: ~L ETHVLKE:TON MET~ • WLI:?LANKEN -:-.:,-

...

_...

no\QmbQr 1961 schaal I 20

8&o.If",~",E,( _{.z.,61 ~} I~"'O _{0 , 0 Ic:} ~fI _f1"o

----.,

..

ti

.

"

"

BEREIDING VAN .J":E1'lIYL/:ST1iYJJ KETON, MEK. CH

3-CH2-C=0-CH3

In Ameriké~ is aceton het belangrijkste handelsketon en direct daarna MEK •

Eigenschappen:

~ethyl-ethyl keton heeft dezelfde oplossende werking als aceton, is minder oplosbaar in water, heeft een lagere dampspanning en dus een hoger kookpunt en heeft een lagere verdampingswarmte dan aceton.Daarom is MEK soms te verkiezen boven aceton, wanneer dus niet alleBn wordt gelet op

de oplossende werking van beide stoffen.

hlEK wordt geb:tuikt voor "dewaxing" (ontparaffineren) van

smeerolie, en dan meestal in combinatie met andere

vloei-stoffen als benzeen(~EK:benzeen=2:3), tolueen, aceton etc.

Ofschoon de vinylharsen oplosbaar zijn in vele oplosmiddelen gebruikt men vaak MEK omdat de oplosbaarheid daarin groot is, terwij 1 de viscosi tei t van de ";oplossing toch laag blijft. Ook wordt MEK gebruikt voor regeneratie van adsorbentia,

doordat het de verontreinigingen oplost. Als laagkokend oplosmiddel voor nitrocellulose en celluloid vindt het

een steeds groter afzetgebied. Vroe~er werd hiervoor

uitsluitend ethylacetaat gebruikt, dat op het ogenblik nog steeds goedkoper is(de prijs hiervan wordt bepaald door die van de ethylalcohol waaruit het gemaakt wordt) , maar tegenwoordig begint IdEK veld te winnen.

Bij toevoeging van 5-10% alcohol lost het ook ethylcellu-lose op; verder oliën, vatten, chloorrubber, harsesters, cumaronharsen etc. De lijm- en de lakindustrieen zijn

grote afnemers van MEK (nitrolakken, acetylcellulose

-lakken).Bij vele lakmengsels kan het laagkokende bestand -delen vervangen en geeft dan grotere oplosbaarheid en een aangename geur. De belangrijkste afnemer is op het ogenblik de f~lmcoating indystrie.

Als chemishh tussenproduct is het van welnlg betekenis. Een voorbeeld hiervan is de pyrolyse bij 600-700~C , waarbij CH4 en Methylketeen gevormd wor den.

De productie in de U.S.A. bedraagt 90000 ton/ja~r,waar­

van 65-70% als oplosmiddel gebruikt wordt.

IV~EK is verkrijgbaar technisbh (99(;) en C.P. en wordt vervoerd en opgeslagen in tankwagens, vaten, blikken en

flessen, in verband met de weinig corrosieve eigenschappen. Litteratuur:V.A.Kalichewsky &B.A.Stagner, Chemical Refining of Petroleum,2e dr.,1942.

Chem.Eng.57(dec.1950) ,286; Chem.Eng.62(febr.1955) ,272. M.J.Astle,The Chem. of Petrochem.,1956,230.

Eastman Kodak, AP 2235561(1937)

PYSISCHE EIGENSBHAPPEN VAN MEK.

Kleurloze,beweeglijke vloeistof met karakteristieke ketongeur.

Molgew. 7~10 Explosiegrenzen 11,5 Bn

Kookpunt(760 mm) 79,57('C met lucht(vol%) 1,81

dT/dP bij kpt. 0,041 Verdampingswarmte 106 cal/g

Smeltpunt -85,90C Smeltwarmte 24,7cal/g -\

Flash point(open) - 5,6''' C Viscositeit(21,3'J; 0,417 cP

" )

(dicht) - 7,0 C Opp.sp.(20' ) 24,6 dyne/cm Fire point O,O"C

Zelfontbranding ca 575~ C

Kritishhe temp. 260 -'C

VerbrandinGswarmte s.w. (20 C)

(20-78" C)

Co~ff. van kubische

579,6kcal/mol 0, 498cal/ g';C 0,55 gemiddeld druk Dampdruk( 20t . C) 43,32tm 71,2 mm uitzetting 0,00076 Electrisch geleidings

-n

20 D =

22

n D -1,3789 1,37616 0,805 0) -8

(v ..

I vermogen(20 5,0.10 ~~ Di~lectrische const .(20-)15,45 D₂₀

=

In de formule: log P = A/T +B is berekend dat:

A = -1760,5 en B =7,8746, terwijlûH/T =22 ,7-24

Cp (410<:'10 =29 ,8 cal/é en -AH~( =vormingswarmte uit de

e~ementen)= 66,80 kcal/mol.(Berekend voor gasvormige _H2,

koolstof in grafiet vorm ).

Binaire T'-RK (Cl) ~, .. ~ i j 88,6 60 68 22 62,5 azeotropen. 2e comp. H20 C2H50H iso-propanol ethylacetaat C6H6 Ternaire azeotroop ('" gew.,) kookpunt 11,4 73,41 40 74,8 32 77,5 78 76,7 37,5 78,4

ge"T VY • 10 c; , 11 '20 8 , 9 6 (."e'" V'I. al /0 en C6JI6

~ 73,6 gew.%, kookpunt 68,9 C

'.J

Darnpdrmk D in mrnEg en temperatuur T in C·

D 1 5 10 20 40 60 100 200 400 760

T -48,3-28,0-17,7-6,5 +6,0 14 25,0 41,6 60,0 79,57 Oplosbaarheden bij 20~C:

27 gew.~'~ LIEK in E20; 12,5 gew.% 1I20 in :',~EK.

MEK iä oploäbaar in water, alco~ol, ether, benzeen en aceton en is mengbaar met olie.

Litteratuur:

Ul1mann 9, 1957, 544

~irk

&

Othmer 8, 130

J .A.C.S. 62~, (j uni 1940) , 1505 '1,1oore, Renouist en Parks). C.Marsden, Solvents Manual,p 267

1.2EcmnSCHE BEH.~IDDIDNGS'.:VIJZEN.

1. SB~OO:55bEK + H? JÜ:.ta1ysator ZnO of messing; rendement

85-90

%

;

voor een ton I',==~K is lJ.odi[; 2,350 lb SB1\..

1 ton= 907,2 kg, 1 lb~ 0,4536 kg.

2. SBA+ lucht~5Ö:5ÖÖMEK + H20 + H2; ket Cu/Ag; rende 100%.

3. SBA----r.iEK + H2 ; de reectie geschiedt in de dampfase

met een Cu kat en de warmte wordt jeleverd dmv verbran

-ding van stookolie.Deze metllode wordt bij de Shell toegepast.

4. SBA. + 1ucht

1QQ

-r.:rEK + H2 +H20; };:at ZnO.Dit is dus even

-als bij no 2 een Gecombinee~de oxydatie en dehydro

-genering.Toe;epa~t bij Shell e~ 3sso.

5. But een + IIC10-onl. ----but

eenchloorllvdri21e:g~Q;

,

.I

E

K

+ HC1.

• T-i2 ('I 0 11 2 c, 0 ... 1

6. Dutc.nol.1t----buteen~r±~ö'i-SDA-6ü-:=EI(;rendement 70 " .

7

.

SBA~gg

LQ~

ITEK + H2 ; rendement 70

~

~

.

2.C2H2 via aceetalde~yde, aldol, 1-3 buteen~lyco1---t~K.

9 • 1"'.ce ,. t on ₊ me _ th ano 1 "i) -T2 f '-2 15 0 -400n~EK

:r lJ O · 1'1 -A]7Cü-l~i'

10.SBA----MEI~, maar de reactie vindt plaats i . de vloei

-stoffase.

11.Eveneens een re.-: ct ie in de vloeistoffase , oxyd& tie dmv

02-toevoeging en hoge druk(28 atm) .

12.SBA +H2 ----MEK + H2; rendemen~ 98 %;de katalysator

is 10 dagen werkzaam; regenereren is noodzakelijk en

na 6 mnd is de kat onbrnikb8.c.l'.

In ri,&. et c r.., . lü ::-'e'11een J.... _ v.'lnn... l ... eYl J.~ "Ie V d',n ~! .... * • ..) ",Ç)LJ ... : __ r:)~ '~"eY) _ _ .... rl .. '.. C~:J.·1-IJ }AJ'.e·c" Zl' ... ~,~,l.<oy~ .. yde

og een al1i22e van zink en kope~ bij 459-550 een goede

dehydroc;eneringska t . is, die een o~b'cengst 82.n ~~EK geeft

van ca 88 )~.Combineren \'Je echte::- deze dehydroz;enering met

een selectieve oxyds.tie mbv J.'l.g, en toevoeg:ing vaD lucht

aan het gasmengsel, dan stij; t ~et rendement tot ca 100%

en wo~dt te~ens de warmte-economie gunstiger.

Voor ~et processchema leek mij bet proces no 12 ~et

bEste ivm het hoge rendement en het feit dat de bij de

reactie gevormde H2 een toepassing in het proces zelf vindt.

Li tt. 1,)\'J .L.Fai th, D.B.KEYES, ~(.L.Clark, "Industriel ChemicaIs"

1~)57, 517.

2) 11.E .Kirk, D.F. Othmer, "Encyc lopedia of cher.lic[~l

techno10,::;y:", vol.8, 1952,130.

3)Chem. ~ng. 62,(febr. 1955), 272.

4)Petroleum Refiner,vol 36, 11, (nov.1957) ,264.

5)S.L.Langedijk,"l'Totes on :.:EK",CHem.& Ind.(1938J 891-898.

6)A.Th.K!ng,,,rrhe production of L~EK from n-butylalc."

J.Chem. Soc.,115,1919, 1404-1410.

7)C.Ellis,":i'he chemistry of petr.derivatives" ,deel I

1934,379,396,415; deel 11 1937,442.

8) FP 10B0435"procédé pour la fabrication de diverses

cétones à partir des alcools secundaires"1951.

9)P.H.Groggins,"Unit processes in organic synthesis",

Allereerst beschouweb ~e de aleernene doelstellingen.

Het product , melhyl-ethylketon, CH

3

-CO-CH2-CH

3

,

wensen

we te berkrijgen in een zuiveTheid van ten minste 98

%

.

De capaciteit v~n de fGbriek stellen we op 20 ton MEK

per dag en de fabriek werkt continu, wat zeer goed m~­

gelijk is, o_~a. doon het feit dat alle bewerkingen

plaatsvinden bij atmosferische druk. Daartoe zijn in het schema opgenomen enkele voorraadtsnks, die dus g

e-bruikt worden ingeval de ~oeding of de pr~ductafname

eensklaps uitvalt, of ergebs reparaties te verrichten

zijn.

Als plaats van de fabl~iek komt in aannerking een land

)

met een grote aardolie-industrie, o~d~t hierbij als bijproducten van het kraken van aardolie grote

hoeveel-heden buteen gevormd worden en buteen is de eigenlijke

grondsto~ van het proces (buteen--butylsulfaten--SBA etc.).

Daarom kunnen we kiezen tussen b.v. Venezuela of het Lii~den-Oosten, w"aarbij mijns inziens het eerste gebied

de voorkeur verdient i .v.m. de politieke situatie, die

in Venezuela toch enigszins stabieler is dan in het

rv:;idden-Oosten.

De grondstoffen voor het proces zlJn: buteen, zVlBvelzuur,

water en zinkoxyde-zirkoonoxyde als katal~sator.

De katalysator wordt gemaakt door een drager als puim-steen, staal of koper te dompelen in een oplossing van

zink-acetaat, waarna op 500 C in lucht gedroogd wordt.

Het gehalte aan zinkoxyde is bij de op ddze manier

"\ ~,.:',

,\1 \u"';

I, Ij

lCatalysat or.

Bij do eerste ontwikkeling van het proces werd al s katalysator veel gebruikt een mengsel van koper en zink of koper, zink en tin in geringe mate.

Het nadeel van deze katalysator was de korte levensduur

en de benodigde hoge reactietemperatuur. Daarna werden

proeven genomen met zinl::-, cerium- en magnesiumoxyden. Dit zijn moeilijk feduceerbare oxyden, en deze werk eu

niet alleen dehydrogenerend, maar ook dehydraterend,

zodat er veel olefinische bijproducten ontstomden.

Uen ging toen over op een mengsel van deze oxyden en de vroeger gebruikte Cl1jZn kat . Dit voldeed niet geheel , dus werden de oxyden gemengd met (aard)al kalicarbonaten of-hydroxyden; door deze bewerking werd de kat echter ther misch minder stabiel, had dus een kortere levens -duur en was gevoeliger voor vergiften.

De beste combinatie bleek nu te z~jn een mengsel van

94~; ZnO en 6~,', Bi

203 op puimsteen of staé:..l 8.1s dracer. Er vvorden ook nog; andere cO"lbirnaties L;ebruil:t als ZnO / :~r02 of ZnO jeuO + 0, y :. Eél?O, waarbij voor"al dG eerste zoveel goede eicenschappen blijkt te bezitten dat het ~e1 raGdZE&m 1ij~t om in het processchoma deze katalysator in te voeren. Je kat is 3-6 mnd te

gebruiken zonder regeneratie en meeft als drager puim

-steen, staal of messing. Litteratuur katalysator.

PC' _û,J 2 "16970 .I+ (lC'AÇ) . IT !~ T,,,·"'t tt .11~ t I

J • -_ 4"" , • • t' ._,l c) re a, Ierrous me a

supported ZnO/B_{i 203 cat}alyst".

US 2.436.733 (1958); T:i strelbta 8· Schneider;"znO-Bi 203

-catalyst".

H X.lU.~ (INn)

US 2.549.844 (1951); ~'.O.:;ottern; "dehydrogenation

catalyst" .

Aanvullende litteratuur.

-" • ' - "1 U-' 2 3~7 4°0 (lt'43) J ' P tt

L"UlVerlne: ~\'.i.':;"n: ;:: • . • j • ,",: ; j ; . -" •• a erson;

"purification of ketones" .

Berekening apparatuur: J • TI. Perry; "Chemics1 T'::ngineers'

Handbook"

Een globaal overzicht van het proces kunnen we als volgt schetsen: De voeding wordt verdampt , gemenGd met D2 ,die al voorgewarmd is, passeert een w.w., komt in de reactor, verlaat deze, passeErt weer een w.w., wordt gecomdenseerd,de damp uit -gewassen, wa~rna de oplossing en het vloeibare deel van de voe -ding een drietal destillatietorens passeert. ret bodemproduct ~ van de laatste toren i s het verlangde eindproduct.

li:A'.L'ERI1L:;..LBALANS.

1. Voedingspomp.

De totale vloeib~re voeding besta~t uit 1000 kg 9P%-ige

SBA, dus uit: SBA 980 kg; M=74, dus 13,25 kmol

H20 20 kg; r.:=18 , dus 1,11 kmol

totaal 14,36 kmol

De gemiddel de soortelijke dichtheid van de voeding

op 0,8 stellend, kunnen we berekenen, dat de

volume-stroom ca 1250 l/hr is. Daartoe gebruiken ,ve een

Viking Eg 2 tandradpomp van 90 W~ diameter.

De voeding wordt gemengd met een

_-

equimoleculaire

_-

_-

--_._-

-hoeveelheid H2-gas.Hiervoor gebruiken we het gas dat de

wastoren van boven Berlaat. Dit gas i s dus

verontrei-nigd met waterdamp, M~:, buteen. ~e mogeh aannemen

dat water in verzadigingsconcentratie in het gas aan

-wezig is, omdat het contabt tussen gas en water zeer

innig is ge~vwest in de wasto~en. ~e dampspanning van

water bij 20 C is 17,535 ffi.1Tl kVv'ik; de totaalspannigg

van het gas is 1 atm.=760 mm kwik, dus het gas bevat

17,535/760 .100%= 2,31% waterdamp.Verder nog ca 0,5%

MEK en 0,3% buteen, dus (de rest);6,89% H2.

Van dit gas is nodig m4, 36 kmol, wa:_rin dus aanwezig is:

Ii20: 2,31/100 .14,36= 0,332 iemol.:: 5,96 kg

:.1.óK: 0,5/100 .14,36= 0,072 kmol =5,16 kg

But: 0,3/100 .14,36= 0,043 kmol =2,42 kg

E2 :96,09/100 .1L1,36= 13,9 kmol =27,8 kg

(De voeding is v66rhet mengen al een verdamper gepasseerd

zodat de menging goed kan geschieden: twee gasfasen.)

Na de voedingpomp komt de SBA dus in een verdamper,

waarin alle vloeistof verdampt wordt . r:ierin vindt geen

toe- of afvoer van stof plaats. Ea de verdamper wordt

de verdampte vloeistof (ge~engd met de waterstof ) door

een warmtewi sselaar geleid, waar in eveneens de massa

constant blijft. Dan komt het mengsel in de reactor.

2. ~eactor.

Van de SBA wordt 93,8%

. 94c_{' . ··'"'1- 1 6'- b t}

l S : /0 ;·;lD \., , " U •

De optredende r eacties zijn:

a)

b)

SBA

----

~EK + H2

SBA ----Buteen+ H2

c) 2 SBA---- BAK + 2112 + 1'20

Er

werd

93,8% SBA omgezet, uiteraard t ot 93,8/100 .980=

920 kg product, bestéhande ui t 94\~ l'.:EK enz. (zie boven) .

Uit de reactievergelijkingen kunnen we zien dat met

1 mol hIEK ook een mol E2 wordt gevormd, met 1 mol buteen

ook 1 mol H20 en met 1 mol EAK 2 molen H2 cm 1 mol H20.

Dit alles in aanmerking genomen kunnen we als samen

-?

-stelling van het .:-:lengsel Vé<n reactiegassen berekenen: 0,81 SBA 60 kg = x2:,®î kmol but. 17,14kg= 0,30 11 i~':El( _{870,16" =12,07}

_"

h2 52,24" =26,1 11 H20 32,66" = 1,81 11 EAI~ _{13181" =}

°2

11

_"

tot.lo46,01" =40,39 ti

Deze eindproducten passer2n een warmtewisselaar en

komen terecht in een condensor annex fasenscheider. 3. Fasenscheider.

Hierin wordt de temperatuur op 30 C t;ebracht; dan

condenseren dus: SBA (kpt. ca 100 C), ~EK (79,6),

EAK (160 ) en water (100). Gasvormig blijven:

) buteen ( -6 ) en Ei2 (-?53) .

~l~~8.a~

kunnen we zeggen

1

1 da t S~A, H.?Q en EAK vOl~ed~g zulle~ condenseren, dat

I ca 70')0 van de hoeveelheld LEK vloelbaar zal worden

--.f"=-en dat buteen en H2 volledig in de gasfase zullen blijven.

Dan 'Norden dus de samenstellingen van vloeistof-en gasfase:

Vloeistoffase Gasfase kg kmol kg kmol L'IEK 580 8,05 290,16 4,02

SBA

60 0,81 Buteen 17,14 0,30 H20 32,66 1,81 H2 52,24 26,10 EAK 13,81 0,11 Totaal 686,47 10,78 359,54 30,42

De vloeistoffase gaat via een ooslagtank direct naG,r de eerste destillatietoren , de gasfase gaat naar een wastor2n, waarin mbv @efr niet-vluchtig oplosmiddel _

de ~EK ui~8ewassen wordt .

4. Wastoren.

Omdat E2 zo slecht oplodt in weter mogen we aannemen'

dat alle TI2 de wastoren van boven uerlaat,dus 26,10 kmol.

~et de voeding werd gemengd 14,36 kmol, dus een deel

van het gas moet gespuid worden. In die 14,36 kmol gas

bevond zich 13,9 kmol H2 , dus 26,10 kmol TI2 bevindt

zich in 26,10/13,9 .14,36 kmol gas= 27,0 kmol gas,

wat dus de totale hoeveelheid gas is die de wastoren van

boven verlaat. Hièrvan is 0,5% ~EK=0,135 kmol=9,72 kg,

0,35C; But.=0,081 kmol = 4,53 kg en 2,31~:, H20=O,623 kmol=11,24 kg.

Het gas dat gespuid wordt is ~7,0 - 14,36=12,64 kmol

of 77,73 - 41,34= 36,39 kg. Hierin bevindt zich:

H20 5,28 kg = 0,291 kmol

But 2,11 kg

=

0,038 kmol

MEK 4,56 kg = 0,063 kmol

H2 24,54 kg =12,270 kmol

De hoeveelheid gas die oplost in het waswater vinden

we als het verschil tussen in- en uitvoer van de was.oren,nl

,,---.

De verkregen oplossing ~oet 20%-ig zlJn betrokken op MEK; daartoe moet en we x l~g waswater toevoegen. In totaal komt dus onder uit de wastoren:

x + 280,44 + 12,61 kg stof , t ervdj 1 nu 280, 44 20~;;

moet zijn van het totaal. Ilier uit volgt x = 1109,15

kg waswater. Hiervan verdampt 11,24 kg dus in totaal

moet toegevoegd worden 1109,15 + 11,24=1120,39 kg H20.

De vloeistof die onder uit de wastor en

dus de volgende samenstelling:

1120 1109,15 kg = 61,5 iemo 1 ~EK 280,44 kg = 3,89kmol But. 12,61 kg = 0,24kmol Totaal:1402,20kg=65,63 kmol komt heeft , ",~- .. \ .~, "I f " \' t' . t 1 (

Deze vloeistof wor dt gemengd met de vloeistoffase uit de fasenscheider en naar de eerst e dest i l1at ie-tor en gevoerd.

5. Eerst e destillatietoren.

De voeding hi ervan bestac.t dus uit de som van de twee gemengde stromen hier voor, en live 1 : E20 1141,21 kg = 63,31 kmol LEK 860,44 kg

₌

11,935 kmol :::':ut. 12,61 kg = 0,24 kmol

S

BA

60 kg = 0,81 kmol EAK 13,81 kg

₌

0,11 kmol 'l'otaal 2088,67 kg = 76,405 :::mol

Bij deze eerste destillatie gaan als destillaat over:

alle buteen, alle :.:EE al s ~1~[-}j:20 azeotroop en 90~~

van de SBA als :~B,\.-E20 azeotroop, dus: ! " t

But. 12,61 kg = 0,24 kmol ~EK 860,44 kg = 11,935 kmol SBA 54,0 kg = 0,729 kmol De samenstelling van de azeotr open is: LEE-H20 11,3 gew.% II20; l:ookpunit 73,41 C SBA-H20 27 , 3 " I! 87 , 3 C

l':Let de gegeven hoeveelheden SDA en FEK gaeen dus auto-matisch ook hoeveelheden water over en wel:

11,3/88,7 .860,44 kg

=

6,10 kmol 109,8 kg

27,3/72,7 .54,0 kg = 1,128kmol = 20,2 kg

Het destilla~t best2Lt dus uit: '.'." r

But. 12,61 kg 0,24 kmol ,- I; ... '

-=

L~EK _{8S0,44 kg}

₌

_11,935 kmo 1

SBA 54,0 leg = 0,729 kmol

E20 130,0 kg

₌

7,228 kmol 'rotaal 1057,05 kg

₌

20,132 knol , ~ . I. '~, ' t' I (, j I (

f{

~'> Î i \ \ ) .. .

\

I' \

_,

Eet bodemproduct i s het verschiltussen voeding 8'n deet-illaat:

EAK 13,81 ieg

₌

0,11 kmol

SBA 6,00 kg = 0,08 kmol II20 1011,81 kg = 56,07 lcmol

-I

\ \;

\,'r I ~,I

In deze eerste toren wordt dus een grovè scheiding

teweeggebracht tussen de Z'Nare verontrein' gtingen en

de hoofdmassa van het water enerzijds en de alcoh

o±-en ketonazeotropen met lichte verontreinigingen

ander-zij ds. =let dest illaat gaa.t nu naar de tweede toren,

waarin de beide azeotropen gescheidei , worden; de LlE

K-

---H20 az. gaat tesamen met het buteen als destillaat over,

--- - 1

terwijl als ketelproduct achterblijft de 3BA-H20 az.

De refluxverhouding wOI'dt zo ingesteld, dat 0,5': van

de hoeveelheid LTEK in het ketelproduct blijft en

5% v.d. hoeveelheid SBA met het destillaat meegaat.

6. iweede destillatietoren. Voeding

₌

destillaat van Destillaat But. 12,61 kg

₌

0,24 EEK 856,14 kg

₌

11,88 SBA 2,70 kg

₌

0,036 H20 110,1 kg

₌

6,12 Totaal 981,55 kg = 18,276 Bodemproduct ~EK 4,30 kg

=

0,055 kmol SBA 51,30 kg

=

0, 693 kmol E20 19,9 kg

=

1,110 kmol de eerste toren. kmo1 kmol kmo1 k:nol kmol

Dit bodemproduct bevat nog vrlij veel SBil; daarom wordt

het via een uitzouterCwaarin de grootste hoeveelheid

water uit het mengsel verwijderd wordt) en een

opslag-tank weer teruggevoerd naar het begin van het proces.

7. Uitzouter bodemproduct toren twee.

9a 2, 5~; van de SBA en ;:SL blijft in de waterlaag achter,

terwijl 2% water in de organische laag achterblijft .

De vaterlaag bevat dus:

~';lEK 2, 5~~ VB.n 4, 30 leg = 0,108 k;g = 0,002 l{IDol

SBA 2,5% van 51,3 kg

=

1,280 kg

=

0,017 kmol

H20 18,8 ~g

=

1,045 kmol (zie onder)

De organische laag bevat dus (Voeding-waterlaag):

r.mK

4,192 kg

SBA 50,02 kg

ll20 1,1 kg SBA

De waterhoeveelheid in de weteFlaag wordt a,v. berekend:

Stel er is x kg water in de waterlaag.Dit moet geven:

(19,9-x) kg in de organische laag; verder moet 19,9-x

2% zijn van de org.laag; hieruit volgt dus x (=18,8 kg).

Het destillaat van de tweede toren wordt gemengd met

~)

(~)

(

')

het topproduct van de derde en laatste toren, dat bestaat " IC-_{- r -}

-of--• I • -I ) t'

"'I

ui t de vrij\'lel zuivere :.:K\ -H20 azeotroop. Dl t deze toren

:'~_~_~---moet als bodemuroduct _-'- komen =··IEE met een minimale zuiver

-heid van 98%. De hoeveelheid destillaat volgt uit deze eis

en die blijkt 230 kg te zijn. Deze vloeistof heeft dus

uit: Il20 11,Y:; van 230 kg= 26 kg =1,45 kmol

?1EK '28,7~; van 230 1\:g=204 kg =2,83 kmol

Deze hoeveelheid wordt gemengd met het destillaat van

de tweede toren. Eet mengsel p2sseert een warmtewisse-lé:'i::lr waarin afkoelimg plaat.s vindt tot 25 C e~ gaat

naa~ een ontluchter waarin de hoeveelheid but een ver-wijderd wordt. Als dit niet gedaan zou worden, zou de

hoeveelheid buteen in het proces steeds toenemen en zou de reactie gaan ve storen.

8. Ontluchter.

Alle buteen moet verwijderd worden (12,61 kg of 0,24 kmoI) . De verzadigde dampspanningen van water en tIEK zijn

23,756 en 90,6 nm1 Eg (25 C) resp.,de vloeistof samen

-stelling is 11,20% I-I20 en 87 ,4(~ =~EE, dus de

partia21-spanningen irl de damp zijn resp. 2,66 en 79 ,2 mm Hg. Bij 25 C is in de damp alleen buteen , I.iEK en H20

aanwezig, dus de druk van de bliLteendamp is 678,14 mm Eg

(=760, 2,66-79,2) . Er verdwijnt 0,24 kmol buteen, dus tevens 2,66/678,14 .0,24=9,4.10-4kmol=0,017 kg H20 en 79,2/678,14 .o,24=0,028kmol=2,02 kg

r

=EK

.

U4t de ontluchter stroomt dus een vloeistof, die bevat:

SBA 2,70 kg = 0,036 kmol

:.IEK 1058,12 kg =14,737 kmol E20 136,1 kg = 7,670 kmol

l'otaal 1196,92 kg =22,443 kmol, en die gaat n8.,ar een uitzouter.

9. Uitzouter destillaat toren twee.

Evenals bij de vorige uit~outer laten we de vloeistof hier lopen door een vast bed van NaCl, waarna de vloei

-stof zich in twee lagen scheidt. De bovenste laag, de

I'.mK- laag, bevat nog ca 3,5% E20,terwijl 2$j van de

SBA en de LIEK in de waterlaag achterblijven. IIièruit

volgt dat de waterlaag bevat:

SBA 0,054 kg = 0,0007 kmol MEK 21,61 kg = 0,29 kmol

1120 9Ç~ ,43 kg

=

5,46 kmol

Na de uitzouter bevat de organische laag dus het ver -schil tussen invo:er en afgevoerde waterla'-ig, maw: SBA 2,646 kg = 0,035 kmol

NIEEI036,96 H20 37,67

kg =14,45 kmol kg = 2,21 kmol

Deze vloeistof '<",- ' aat via '-- een voorverwarmer

--_

.... _---- naar c1e derde

d2stillatietoren; hierin .... rord t de laat st e §,~_:;::'inge hoe -veelheid water lli t het i.:ElC verwij derd; het destillaat bestaat nl uit de r::EK-H20 azeotroop, t ervdj 1 ~=:~K in

zeer grote overmaat aanwezig is;daarom zal al het vmt l~

verdwijnen. Let bodemproduct i D het droge en nagemoeg

?

zuivere

r

=

EK

.

Eet destillaat bestaat~nit 204 kg MEK en 26 kg H20 dus het bodemproduct is 832,95 kg ~EK,11,67 kg H20 en 2,646

ENK~G IEBA:=iliNS •

Fysische gegevens.

a) Verdampingsvrarmten. b) lCookpunten. 100 C So H20 540 kcal/kg SBA 134,4" MEK 106 " BAK 130 " 18ft C 79,6 160 C

c) Soortelijke warmten van gas (Cp)g 520 SBA EAE But H2 0,42 kcal/kg, C 0,6 ti 0,414

_"

0,5

_"

0,40

_"

3,5

_"

0,572 0,55 0,525

"

11

Stel de begintemperatuur van de voeding 20 C. De voeding

komt in de verdamper, v.JOrd t daar vervrarmd en verdampt en

daarna gemengd met de rest'.'raterstof tÜ t de 1.'laskolom, die

in een aparte voo:rvervJarmer is verhit. De eindtemperatuur

-7 -- --.

-van de waterstof en de verdampte voeding is 100 C.

1. Verdampel~.

Voor het verdampen en opvrarmen van de voeding i s nodig:

H20 20.(1. 80 + 540)= ~12.400 kcal Sba 980.(0,572.80 +134, ~ ) =176.800 kcal EEK 4 , 19 (

°

,

5 5 • 8

°

+ 106)

=

6 3

°

l~ cal

Totaal

Voor het voorverwarmen van d2 gasstroom van 20-100 ,C is nodig: Il20 5,96.80.0,42 = 200 kC['.l MEK 5,1f) .80.0,414 = 170,8 " '··.j But. 2,42.80.0.40 = 77,5" . 112 ' 27,8 .80.3,5 = 7780 11 Totaal 8228

_"

2. Warmtewisselaar .

De reactiegaasen verlaten de reactor met een temneratuur

van 480 C en treden uit de warmtewisselaar met een tem -peratuur van 200 r t T ) . 60,00 } .. -;. .:JbA _'0 ~;"IEK _870,16 1 ... Le, But . 17,14 11 ~~AI( _13,81 n L20 32,66 11 IJ. 2 52,25 110taal

C.De hierbij af~estane wa~mt~ wordt berekend. 10090 kc, 1 afgestaDe warmt e • 100800

_"

lS20 !I 1" 35 I! 3[nO 11 51100 11 169<:qr:: . '.~ ... ' ./

_"

De voeding, ,,'maraan deze "Elrmtehoevee1heid 1~~JOTdt over -gedragen, heeft bij de inga.hg van de w.w. een temperatuur van 100 C.

::

u

kan berekend vIord.en v.rell:e t emperatuur deze

De ?indtemp. blijkt dan te zijn 342,5 C.Met deze temp.treden

de gassen de reactor t innen.

3. L1eactor.

d)

De reactie begint bij ca ~ro C, dus de intredende gassen

moeten eerst opgewarmd ~orden tot deze temperatuur.

~ iervoo::.~ is nocE f:: Stof l-eg C ,órll

₌

_kcal p Sba 980 0,6 137,5 80800 E20 25,96 0,42 137,5 1;90 ij- 0 • " ""'7\'-.' . ..::,l\. 5,16 0,414 137,5 294 But. 2,42 0,40 137,5 133 112 27,8 3,5 137,~ 13400 ~otaal ₁₉₆₁₂₅

De reactie-\·[B.rmten knnnen \ve het beste gerekenen mbv de Verbrandingswarmten (Pi _:8 t _{van Hess).}

Verbrandingswarmten. DEK 582,3 kcal/mol II2 68,3 11 SBA 6].3,5 Eut. 6!n ,9 EA~~ 1150 11 I!

"

1) :3DA--- ~=EK + H2 + a kcal

UIt de wet van Bess volgt dat de verbrandingswarmten van de reactieprcildncten, vermeerder d met de hoeve

el-heid \:varmte die vrij komt bij de reactie, ge1ij k

moet zijn aan de verbrandingswarmte van de reagerende

stoffen, De N:*~~r <3.) b~f;g~ii!ib xii~i~Üi:bIgsvJ8.rmten

gelden bij 20 C;stellen we de gassen ideaal, dan geldt

H=U+PV; dH=dU+PdV +1,ldP; en omdat we ideale gassen ver

-onderstellen, PV=~T of PdV+VdP=2dT, dus dI:=dU+2df=C_pdT.

Voor een ~engsel van dergelijke ideale gassen mogen we

zeggen: dE= CpdT, wllarbij we bovendien 1108 Cponaf

-hankelijk stellen van '1\; nu geldt d.us:

H_T-l:₂₀= Cp ( T-29 3,16)

Bij de hie~boven gegeven reactie kr ijgen we nu:

582 ,3 +68,3 +Il₂₀= 638,5 of II₂₀= -12,1 kcal/mol

11

480=-12100 +(29,8+7,OI -44,4) .460=-15590 kcal/kmol SBA

waarbij de getallen tussen haakjes voorstellen de

soort. 'Namten der stoffen, omgerekend in kcal/kmol, C

In totaal hebben gereageerd 12,42 kmol SBA, i us de

warmte di e dacrvoor nodig is, bedraagt 12,42(-15690)=

194600 kcal.

;

2) JBJi.---Buteen + E20 + :--20kcal; R2.~H20=-9 , 4 kcal/mol

Totaal nodi~ voor deze r eactiè 4100 kcal

3) 2 SBA--- BAK +2 1=2 +1120 + H_{20 ;} H20=~9 , 8 kcal/mol

Totaal nodiG voor deze reactie 2585 kcal

In totaal moet dus aan de reactor worden toegevoe~d,

-. ,.~~ -

---

'-

-96125 + 194600 + 4100 + 25P_{5= 297410Kcal/hr, waarvan}

2012S5 kcal/hr gebruikt ~ord:n om de SBA om te zetten in

De reactiegassen passeren weer de reeds eerder genoemde

w.w. en tEeden uit deze w.w. met een temp. van 200C.

Hierna worden ze in een conden~or afgekoeld tot 30 C,waarbij

SBA, H20, E.h.i~ en 5eO kg van de ~~~E condenseren en

bu teen, II2 en de overige 290,16 kg \':S1\ gasvormig blij ven.

Bij dsze afkoeling berekenen wede hoeveelheid warmte

die vrijkomt in versc~illende trajecten, uI eerst tot

de evt condensatietemp., dan de condensatiewarmte die

bij condenseren vrijkomt en daarna de warmte die vrijkomt

bij afkoeling vanaf de condensatietemp. tot de 30 C grens.

We krijgen dan het volgende te zieh:

_.,

SBA 14065 kcal 1120 21306

_"

r,

EAK

3014 IT ';"O"H''ï" ₁₀₆₁₁₀

"

"'~..L..;..;Jl. '~ r· . I,LEK 20380

_"

But. 116:;

_"

E2 31050

_"

Totaal 197091 ti •

,

_{dit is de hoeveelheid w2rmte die in}

de condensor wordt afgevoerd. De gekoelde hoeveelheid

gassen en vloei stoffen passeert een fasenscheider, waar -in de vloei3tof en het gas var elka&r gescheiden worden.

Eet gas gaat naar een vrasko lom en de .

:sr

en SBh worden

er mbv een oplosmiddel uitgewassen, terwij 1 d,?) v.loeistof

-fase doorgaat naar de eerste destillatiekolom.

4. ",'lastoren.

De intredetemp. van de gassen is 30 C, de uittredetemp.20 C;

de afgegeven warmte hierbij is 1842 kcal.(geldt voor de stoffen,

Verder lost '.er 286,44 ~~g :"~:S1~=3,885kmol. die gasvormig blijven).

en 12,61 kg But .=0,24 kmol in het waswater op.

=:~et ~=EK koelt daarbij eerst af van 30-20 C, condenseert

en lost daarna op; het bu~een lost op zonder te conden -seren. Gegeven is dat bij oplossen van EEK in water vrijkomt aan ~armte 2600 kcal/kmol, en voor buteen

1000 kcal/kmol. In t otaal komt bij al deze processen vrij

43077 kcal; het inkomende waswater heeft een temp. van

15 C; verwarming tot 20 C (= temp. wastoren) kost 5600kcal

Verder verda2mpt er 11,24 kg water;dit kost 6070 11

Het totale ~Ermte-effect in de wasto.een is dus , dat er 43077-5600-6070=31407 kc ai ~ls voelbare warmte vrij kunnen

komen; deze warmte wordt echter gebrui kt om de naar

beneden stromende wasvloeistof en de daarin opgeloste

MEK en But. op te warmen, waarbij we van deze 20%-ige oplossing de uittredete~p. kunnen berekenen; deze bl~kt

45 C te zijn. De oplos~sing 00rdt Gemengd met de vl

oei-stoffase uit de fasenscheider; de mengtemperatuur blijkt dan 41,5 C te zijn, wat dus tevens de temp. is van de voeding van de eerste dest. toren.

5. Eerste destillatietoren.

De voeding wordt in een voorve):"v!armer verhit tot 73 C,

en niet hoger omdat er dan stoffen gaan kokem, wat

moeilijWleden met het transport met zich meebrengt .

Voor deze voorven'Jarminr; is nodig: 52,3' 0 l~cal. ...

ln o.e ·~'.est. toren moeten de : ~~L, SBA,' H20 en Buteen in

de dampfase gebracht worden; daarvoor i s dus verdampings

-warmte nodig, behalve bij buteen, waarvoor we alleen maar

oploswarmte behoeven toe te voeren.

Voor deze verdamping i s nodig: 169680 kcal

Verder moeten destillaat en reflux verwarmd worden

van 73-88 C (refluxverhouding 1:1); hiervoor is nodig:

2 x 7764,6 = 15529 kcal

Als laatste warmtehoeveelheid die nodig is komt in

aanmerking die hoeve die nodig is om het bodemproduct

te verhitten van 73-98 C, en wel 25600 kcam.

Intotaal moet in de~eerste dest. toren dmv een verdamper

worden toegevoerd:2 x 169680 + 25600 + 15529 kcal/hr =

380.489 kcal/hr.

L-Het bodemproduct vlordt afgevoerd, koël t

Cfl.ts

af van

98-20 C en verliest daarbij een warmtehoeveelheid van

79833 kcal/hr

Het destillaat ~ordt in de condensor volledig gecon

-denseerd en daarna afgekoeld tot 73 C; hé~rbij komt

vrij 34"/190 }<::cal. La afkoeling tot 73 C stroomt het

destillaat naar een voorraadt_nk waarbij de temp. daalt

tot 70 C; warmte verlies =155 kcal.

De voeding van de tweede dest.toren heeft dus een temp.

van 70 C.

6. ~weede destillatietoren.

We stellen het bodemproduct in op een temp. van 85 C,

want het kookpunt van de SBA-E20 azeotroop i s 88 C.

f)

\

it-. , l t) { _{, I} ! J~\ _' , \ _,,\ _-·,l . y..'

Het destillaat heeft een temp. van 73; om dit te ver

-warmen is nodig: 1760 kcal.Om het ketelproduct te ver

-warmen is nodig: 773,4 kcal. Voor verdamping van destillaat

en reflux is nodig: 451000 kcal; om een goede sch

ei-ding te verkrijgen ondanks de grote hoeveelheid ~':EIZ-n20

azeotroop die overgaat, stellen we een refluxverhouding

in van 2:1.

In totaal moet de verdamper van de tweede destillatie

-toren dus leveren: 451000+1760+773= 453533 kcal/hr.

Hèt ketelproduct wordt via de uitzouter en een opslag

-tank afgevoerd naar de ingang van het ptoces , verliest

daarbij een hoeveelheid warmtè die overeenkomt met een

temperatuurdaling vam 85-20 C, t .w. 3349 kcal/hr.

In de condensor wordt 2.fgevoer c1 451000 kcal/hr. I~et

destillaat Y.JOrdt hierna gemengd met de recycle-~:SE­

- - -

--~----l1ierin wordt gekoeld tot 25 C, waarna in een ontluchter de buteen vervvij derd 'Ordt. Bij deze koeling wordt tevens het azeotropische mengsel van ~:=ElC en H20 tot condensatie gebracht ; dit geeft

:.=EK 204 x 106= 21600 1::cal

~2~: 25 x 540= 14040 kcal

totaal 35640 kcal

Verder moet nog gekoeld worden van 73 C tot

?5

C, wat geeft:

:\:EI~ 1060,14 _• 0,55. (73-25) = 28000 kcal

SBA 2,70 0,572 . 48 = 74

_"

H20 13S,1 • 1 • 48 = 6540

_"

But 12,61 _• 0,40 _• 48 = 242

_"

totaal 34Q~6 l) ./

_"

In de Vi. Vi. v.,rordt dus totaal afgevoerd 70496 kcal.

Ha de VI. Vl. gaat het mengsel naóT de ontluchter, waarin

dus buteen en andere gassen verwijderd worden. Deze

verwijderde hoeveelheid koelt af van 25-20 C, waarbij dus

é~en (geringe) hoeveelhemd ';raIT:1te vrijl::omt (SL kcal); in de hËr'op volgende uitzouter wo:;::'dt de wê:tel'Jj2_2E velwijderd,

'.:v.ç;,ê~rbij door afkoelinc tot de omgèvingàtemperetuur

een warmtehoeveel heid van 551 ~cal verdwilnt .

7. Derde destillatietoren.

1

Het bodemproduct '.ro::-è t op een temp. vs.n 77 C sehouden, ,omdat dan de I:EL-H20 azeotroop wèl, het droge ~',:m:

zelf niet overgac.t (Kookpunt az. 73, EEK 79 C) .

In een voorverv,rarmer wordt de voeding opgevvarmd van 25

-72 C, dwz

t-;tev:-en-b

-

~~

-

eden

het kool<.:punt van de azeotroop. Hiermee bereiken we dus dat alleen een volledig vloe i-baar mengsel getransporteerd behoeft te worden, zonder

dat er tevens gas aamvezi8 is, wat liet transport zeer vergemakkelijkt. Voor deze verwarming is nodig:

SBA 2,646 • 0,572 • (72-25) = 71 kcal

r:=EK 1036,96 .0,55 • 4'7 = 26740 kcal

H20 37,67 . 1 • 47 = 1770 kcal

J:ota[~l 28581 kcal

De verdamper van deze derde toren moet nu de 1;varmte leveren nodig voor de verdere opwarming van de voeding

tot 74 C en voor de verdamping van het destillaat+reflux.

Deze 'N2rmtehoeveelheid bedraagt: MEK 204.106.2 + 204.0,55. (74-72)= H20 26.540.2 + 26. 1 . 2

=

totaal 43425 kcal 28172 kcalC-['efl~ 1:1). 71597 kcal

Verder moet het bodemproduct verwarmd worden van 72-77 C, waarvoor dus eem warmtehoeveelheid nodie is van:

~EK 832,95.0,55.(77-72)=2289 kcal ,

1'<j

SBA 2,646.0,572. 5 8 !I /iV"'~

H20 1],67 . 1 . 5

=

58 11 Samen 2355 kcal.

=

In totcal moet de verdamper dus een warmtehoeveelheid leveren vah 73952 kcal/hr

-- -- -- -- -- -- -- -- --

-Het bodemproduct vormt het èindproduct, nagenoeg zuivere

:'.:EK; deze vloeistofstrnom koelt af van 77 C tot

~;2-C

,

!

I

waarbij dus een warmtestroom vrijkomt van

llEK 832,96.0,55 .(77-20)= 26080 kcal II20 11,67. 1 • 57 = 665 kcal

SBA 2,646.0,572.57 = 87 kcal

toteal 26832 kcam

In de condensor van dederde toren tenslotte wordt de

condensatie warmte van het destillaat en de reflux afgevoerd,

in totaal dus een hoevoelheid van 71320 kcsI/hr.

Overzicht enerGiebalans. Verdamper Viarmtewisselaar Reactor Condensor :,'lastoren Voorvervvarmer

Eerste dest.toren

Bodemproduct

Condensor

Opslagtank

Tweede dest.toren

Bodemproduct

Condensor

\'iarmt evd sc; e laar

Buteen ontluchten ~aterla~g uitzouter Voorverwarmer 3e dest . Verdamper Dodemproduct Condensor Totaal (kcal/hr) in 198.078 169.685 297.410 31.407 52.300 380.489 453.533 28.581 73.952 1.654.028 uit 169.685 201.285 197.091 43.077 79.833 347.190 155 3.349 451.000 70.496 31 551 26.832 71.320 1.629.488

Het verschil bedraagt ca 24.540 kcal/hr; dit verschil

wordt \%.arschijnlijk veroora..a8,;;:t doordat de som van de

percentages van de reactieproducten niet precies 100 is;

nemen we nl aen dat de resterende 3% volledig uit bv

propeen bestaat, dan moet er bij de rechter kolom hier

-boven een bedrag van ruim 38.000 kcal/hr opgeteld worden,

waardoor de balans dus naar de andere zijde doorslaat.

De waarde 201.285 bij de reactor i s de reactiewarmte die

toegevoerd moet worden om de alcohol om te zetten in

verbindingen met een hogere calorische waarde; deze

vvarmte is dus els "voelbare vrarmte " verloren gegaan.

Op de volgende pagina's wordt een beschrijving gegeven van

----

---. J..

Beschrijving van de bij het proces gebruikte appat aten.

1. Voedingpomp.

In het proces komt binnen 1000 kg/hr of 1250 I/hl"; voor dnze volumestrDom kan een Viking EG 2 tandradpomp

gebruikt Vlorelen met een diameter~van 90 mm.

2. Verdamper. I /

0\'[= 19(3.078 kcal/hr, d 'r=20 C, U=lOOOllhieruit volgt

A=0_w/U. (\ T =198078/20000= 9,91 m2 (= ui t ii s:elend opp. )

Stel VTe nemen buizen van 50 mm diamet er, die een opp.

hebben van 0,157 m2/m; dan hebben we dus nodig

9,91/0,157 =63 m buis; neem de lengte 1 meter, dan zijn er ca 70 buizen nodig. In een tabel wordt nu

opgezocht hoe groot de diameter van de gehele warmtewisse

-laar is bij deze gegevens; de afmetingen van de

ver-damper blijkem nu te zijn: D(iameter)= 720 mm,

L(engte) =1000 mm, n(= aantal buizen) =70.

De doortocht van de buizen is 70 x 0,197= 13,79 dm2

De hoeveelheid damp is 28,7 kmal/hr, dus het volume

hiervan is 28,7.373.22,4/273.3,6 = 244 I/sec; de snelheid

aan het eind van de buizen is dus 244/13,79 =17,7 dm/aec

/~

J(J/

,....---t

Stel deze dampuitlaa*= 15 m/sec, dan is het opp, van

de doorsnede van de buizen= 244/150=1,63 dm2, waaruit

volgt D= 150 mm (= die.meter van d(: buizen) . ?

3. Voorverwarmer van de waterstof. , .( . A IJ'. ( t,

\... _{t'., ,~tJ,} 1\ ' ( I, .. / t. rd .

<., \

°

= 8228 kcal/hr,~ '11 =49 ,7,\ u= 30; hieruit volgt

w ,., m ·_ 2

A = 5,5 mL; buizen r/> 25 mm, opp. 0,0785 m ;fm, dus nodig

5,5/0,0785 =70m buis; neem lengte = 1 m, dan dus 70

2

buizen van 1 m nodig. De doortocht is 70 x 0,05 = 3,5dm

of v= 120/3,5 = 34 dm/sec (turbulent) .De afmetingen zijn nu L= 1 m, D= 400 mm en n= 70 I • i \, (t 1J/.- {! 4. Warmtewisselaar. _{- , Ct-Y}

_I

_'

₍

_r,

L , . I '

~

=

169

.

685 kcal/hl" 0 -Tm-== __ ..

~lJ~:

·-

~)

A

2

72, 5 m2 \ ' , .' Buisdiameter 25 mm, dus P_b= l),55 dm

Volume 43,05 l:nwl= 364 I/sec; snelheid v= 20 dm/sec,

dus de totale doorsnede is 18,2 dm2, of n= 364 buizen.

BeT;eh:omt uit als vve neIJen ~:,= 3000 mm

_.-

, n=3_-10, D= 750 mme

ivm de normalisatie vam de pijplengtes.

5.Reactor.

Er moet zijn 3 1 alc/l kat.,hr; de voeding bestaat uit

1250 l/hr, dus dan moet de hoe' .• kat 420 1 zijn, en het

totale volume van de reactor 4/3 • 420= 560 1.

Heem buizen van r/> 25m,1l(I!\= 0,05 dm2); vol/m =0,5 1

~/e moeten dan hebben 1120 m buis, met eenopp. van

1120. 0,0785 = 87,5 m2 ;.

6.

T

=37

~

,

5) (/J =297.410 kcal/hr,

+

I-"-.... m /' w X

e4 U = 91,5 ''(berekend) ; s'tel----a-e buislengte 1,5 m, dan

zi3~

'

er

745 buizen nodig, bv 25x30 rijen; de diameter

(

•

6. Condensor annex fasenscheider.

0

_w=197 • 090 kcal/hr ,

~9sY

:

t:::. Tm=Sl; A=32, 4 m2

Buizen met

~=

25

rum, opp 0,0785 m2/m; nodig 413 m buis,

dus de afmetimgen van het apparaat worden nu :

L= 3000 mm, n= 138, D= 550 mmo De doortocht i s 138xO,05= 2

6,9 dm , de volumestroom 210 l/sec, dus de snelheid aan

het eind van de buizen=30 dm/sec.

Onder in de condensor vindt automatische fasenscheiding

plaat s, doordat de damp een andere weg neemt dan de

vloeistof. De vloeist ofstroom heeft een volumd van

850 l/hr; deze hoeveelheid wordt gemengd met de vloei

-stof die onder uit de wast oren komt met een volume van 1400 I/hl", dus de tank Wc;" rin beide 0prevangen worden moet

een volume hebben van ten minste ?250 1, als we een

verblijf tijd aannemen van een half uur en de tank on

-geveer halfvol is. ~=et een veiligheidsmarge nemen ".re

het volume 2400 1, en wel D=llOO mrn en L= 2500 mmo

Ui t de tank l~omt dus een volumestroom van 2250 l/hr of 38 l/min; we gebruiken hiervoor een Begemann 10

centrifugaalpomp met een diameter van 170 mmo

7. Wastoren.

"', .'\ \ .

Deze toren is een met ~~aschigringen gepakte kolom (1" ringen)

met een diameter 'van 450 DUn en een pakkinglengte van

6

me bv 4xl,5 m of 3x2 m); bovenin de toren wordt dmv

een sproeier r20 gebracht in de pakking, tC=':;:''Wij 1 onder

-aan een 2Q;-ige oplos~ing van ~EK in water wordt afget apt .

8. Voorverwarme± van de eerste destillatieRolom.

0

_w=52.300 kcal/h:e, A T

m= 61, U=500;A.=1,72 m

2

Buisdiameter 50 m.m, opp 0,157 m2/m, F=0,197 dm2,

Ltotaal=ll m buis, bv 6x2 m.

9. Eerste destillatie\·olom.

Dit i s een schatelkolom met een schotelafstand van

450 mm en , omdat het aantal ·."rerkelijke schotels

ca 25 bedraagt , een hoogte van 25xO,450 m= ca 12 m.

De volumeatroom =40,26.361.22,4/273= 1190 m3 /hr

Snelheid van de admp u= 0,92 m/sec, dus F= 1190/0,92.3600=

0,36 m2; daaruit volgt da';; D= 700 mmo '8i t geldt boven de

vo

ed

in

gss

c

hote

l

~

;

de . r benecien i s de volumestr oom 0,331 m3/sec

dus de snelheid 1,75 ~/sec (uit tabellen oPEezocht) .

De ::i eruit beretende D = 500nun, dus beneden de ',roedings

-schotel , ma,r varr~ege de hogere construct iekosten die met

een toren met ""Losel ende diameter gepaard Ga n, is

het v/8arschijnlijk beter over'al de diamet er vall 700mm

aan t e houden .

- - -

- - - - _ . - -

-10.Condensor eeBste destillatiekolI!lm.

1-< , , ~, \ i ' P

~w

=

3

4

7

.190 kcal/hl', L\'.L1 m= 50,

\C~~?

;

/

A=11,6 m2 ( , I'

De hoeveelheid koelwater 347.190/~O=17.360 kg/hl' (het

temperatuurverschil tussen de in- en de uitgaande stroom

koehvater is 20 C) . I~ eem buizen van r/J 12 n171; per buis

200ks/hr, opp 0,0377 m2/m; het B. ntal buizen n bedraagt dus

17.360/200 = 8S, ter~ijl hieruit trolgt dat de lengte

van de buizen 11,6/86.0,0377= 3,6 m moet zijn. Beter

komt uit een lengte van 1 m, waarbij we dus 4 passes nodig

hebben en in toteéi.l 312 bnizen; de diameter is 450 mm

(dat is dus de dameter van de gehele condensor).

11.Verdamper eerste destillatiekolom.

~w=

380.490

k

cal/hr

,

~T

=

22

C, U=1500; A=11,5 m2

Neem buizen met !625 mm, opp. 0,0785 m2/m, dan is

1totaal= 147 m buis. Als we buizen van 1 m l engte

nemen, zijn er 150 nodig en wordt D=550 mmo

Het volume van de damp = 371 I/sec, de doortocht is

') ')

150xO,05 dmL

= 7,5 dmL

, dus de snelheid aan het eind van

de buizen bedraagt

1

,

i

m/sec (turbulent) .

12.Tvveede destillatiekolom.

Bovenst e deel: Vo lllrne=O, 432 ,} / sec, dampsne lheid=O, 895m/ sec

dus de diameter moet zij:!.1 :-=',00 mm

Onderste deel: Volume =0,382

m

3

~

se

c,

dampsnelhe

i

d=I

,

05

m/sec dus de diameter noet b.ier zijn 700 :r:'Jn, maar om econo

-mische redenen maken we de kolom weer over zijn gehele

lengte met een diameter van

,soo

mmo

4v

ï

!;' 4oW\Q"·û.t~~J.() 1';\t,-lt/,J, f t

13.Condensor kolom twee.

"

r/; =451.000 kcel/hr ,

11

':..'

=37,8, Lr= 600; 1\.= ?O mL • Eet temp.

w m

verschil tU'3sen de tv/ee lcoelvn.terstromen i s 20 C, dus

er is nodig 451.000/20 =22.500 kg/hr.

}ïeem buizen met ~25 mm en stel c1.2.t el' per buis nodig is

700 1\:[;/hr, dsn zijn er dus 225/7= 32 1.nüzen per pass,

met een lengte van 20/32.0,0785 =8,5 m. reem een buis

-lengte van 2 Q aan, dan worden de afmetingen vah d~

condensor 1.J=2000 mm, 4 passes of 136 buizen, D= 550 mmo

14.Verdamper kolom twee.

~w

=

453

.

533

kcal/hr ,

~

~

=35

,

U= 1000; A=13 m2•

:Suizen van !6 26 mI'l, J.J=13/0, 0785= 166 m buis; F

b=166xO, 05= f")

8,3 dmL , dus snelheid= 5 m/ec.

Afmetingen: 1=1000 mrn, 166 buizen, D= 575 mmo

15. Destillaatlcoe1er :Holom tv/ee . ---

X

~

= 70.4961;;al/hr, LÜ1=19,

~tr

'

:;;D\

A= 7,41 m2• reem

vv. ~

bUlzen van ~ 50 rnm, opp. 0,1)7 m /m, L=47,3 m, bv 12x4 m.

\

Bovendeel:

Beneden

16.UI~zouter tevens ontluchter.

De H20- stroom is 98 ~g/hr, dus er lost op 984.38 g NaCl /hr=

37,/1 kg/hr= ca 900 kg/da,:-,!:; stel dat de uitzcfter 1000 kg NaCl bevat (waarbij dus eens per dag een andere tank met

zout ingeschakeld noet worden: parallelschakeling van

twee tanks) of een volume heeft van 460 1; de snelheid

is ca 1,5 dm/sec , terwijl we voor een goed oplossen van

het zout een verblijf tijd nodig hebbeiu;.van 0,5 min.

De lengte blij kt dan te ri10eten zijn ,1·500 mm en D= 360 mIn.

Dit zi~n tevens de afmetingen van de twee andere uit

-zouters (die het bodemproduct van de tweede dest .t oren

uitzouten) . De vloeistoffen komen nu i~een ontmeng

-tank; de volimestroom is ca 1500 l/hr, we stellen dat we een verblijf tijd nodig hebben van een kwartier,

dus het volume van de ontmengtahk moet ongeveer 400 1

zijn en vrel D= 650 mm en :s= 1200 mIn

17.Voorverwarmer voe~ing derde destillatiekolom.

rJ. - 28 501 'rcal/l~r 1\ T-(.oc T',-_ 500' r, -0 0"3 m2

'l-'v.,- • 'J_ ""

J.

,

U - j , u -

,H-,

.

Buizen met r/; 50 mm, opp. 0,157 m2/m, dus L=0,83/0,157

6 m buis; dit kan natuurlijk weer gesplit st zijn in

bv 6xl m of iets dercelijks.

18.Derde destillatiekolom.(gepakt met ~aschigringen) .

Volume= 0,068 m3/hr; ringen 1"; F= 1,03 ft2, D=350 mm.

ringen 1,5"; lil = 1 , 3 3 ft2, D= 400mm.

De hoogte wordt weer bepaald door het aantal schotels

m=

of in dit geval door het aantal EETP' s van de gepakte

kolom; dit bedraagt 20, dus 'He kunnen de lengte ongeveer

4 meter nemen.

19.Condensor kolom drie.

2

0

_w= 71.320 kcal/hr, ~ 'ï'm= 36,5, U=600; A= 3,26 m •

f11emperatuursverandering van het koelwater is 24 C, dus

er i s nodig voor de 1§:oeling 71.320/24= 3000 kg/hr.

Neem bui zen van r/; 12 mm, en stel dat er per buis 200 kg koelwater per uur nodig is; er zijn dan 15 buizen nodig,

die elk een opp. hebben van 0,0377 m2/m, dus de totale

lengte moet zijn: 3,26/15.0,0377 =

6

meter.

Heem L= 1000 mm, 6 passes, 6x15=90 buizen, D=300 mm.

20.Verdamper kolom drie.

?

~ _w = 73.952 kcal /hr, ~=43, U=lOOO; A=1,72 m-; opp. r')

buizem is 0,157 mL/m, dus~1 = 11; or/; = 25 mm, L=1,72/0,0785=

22 m bui s; neem bv T,= 500 mIn, 44 buizen en D= 300 mm;

de doortocht is 44xO,05= 2,2 dm2, dus de snelheid wordt

\

.

Overige litteratuuropgaven~

US 2.436.970 (1948), \[.F .Mistretta, "ferl'OUS metal supported ZnO-Bi₂0

3 catalyst"

Ind.:2ng,Chem. vol 41, ~, (sept. 1949) ,2039;"Dehydration of aqueous I.:EK 11 •

Ind.Eng.Chem. vo136 , ,9,(sept. 1944),816;"Solvent dehydration

by salting outlI.

{Chem.Eng,progress vol 46,no 1 (jan.1950) ,7; G.C.Williams e.a.

"A correlation of plate-efficiencies in fracti.onating columns" .

J.A.C.S. 67.,(19'-5), lOF31;E.J.I<:01b, ~1.L.Bunvell jr,

"Equilibrium in the dehydrogenation of sec-propyl- and

sec-butylalcohols".

J.A.C.S. 60, (febr.1938),440;Do11iver,Gresham et al.

"Heats oU!. hydrogenation of some oxygen-containing compounds" .

y

Chem.Eng,progress 46.,no 1, (jan.1950) , 7;G.C.~Nilliams et al.

",A correlation of plate-efficiencies in fractionating columns" . J .Org.Chem. 10, (1945) , 501-504;~.E.Dunbar, E.R.Arnold,

"Cataly-tic dehydrogenation of primary and sec.alcohols with Cu-Cr-oxyde~

.\ec.'.f'rav.Chim. 51, (1942) , 881-887;J .Boeke,K.H.lIanewald, "Specific gravity,composition, boiling point etc for ::El\.-I-I20 and Il20-SBA."

Industrial Solvents 2e drul<: 1:~ 50; I.ÏiIellan; p 593 ev.

"'J.lhe technology of solvent s Emd plaRticizers" , A.K. Dooli ttle,

1954, p 644.

Ind.3ng.Chem, 27 ,3,(maG.rt 1935),282.

~