Ontwerp van een para-diisopropylbenzeen fabriek in de Botlek: Capaciteit 8000 ton per jaar

PROPEEN PROPAAN ~~--

--1

-,---

-I I I I II-~=-~ I ~ \

"

L -_ _ • PROPAAN ~-t----~:--- - - - -, -, .-;:;.::::; .-::::-.~~~.

.

~

I

dowtherm

h

../

f

I I " I I

L ___ _

~

r

I ~

r

I

~'1

J

T- -;e-'-::-.--r' .-~ "'::-~ L.E. P-DI iSOPRCf'(YYL BENlEEN

_

/j'lll

P-DIISOPROPYL BENZEEN L.A.VAN EYK DA T : JAN 19G2 5CI-1':',AL: 1 : 40

••

"

..

I ..

ONTWERP VAN EEN PARA-DIISOPROPYLBENZEEN-FABRlEK IN DE BOTLEK

CAPACITEIT 8000 TON PER JAAR

L. A. VAN EIJK

KOORNMARKT 11 DELFT.

..

..

I

..

INHOUDSOPGAVE I INLEIDING II PROCESKEUZE

III BEREIDING VAN PARA-DIPB VOLGENS HET VLOEISTOFFASEPROCES

IV BESCHRIJVING V.AN HET PROCE'3SCHEMA

V BESCHRIJVING VAN DE GEBRUIKTE APPARATUUR

pag. 1 3 4 8 9 VI MATERIAALBALANS 12 VII WARMTEBALANS 15

VIII sPECIFICATIES VAN DE GEBRUIKTE AP~ARATUUR 19

IX SCHOTELBEREKENINGEN 28 X FYSISCHE GEGEVENS 30 XI LITTERATUUR 31 XII BIJLAGE ₃₂

-.-.-.-.-.-- -.-.-.-.-.-- -.-.-.-.-.-- -.-.-.-.-.---.-.-.-.-.---.-.-.-.-.--

-..

.

.

I.

INLEIDING

Van de diisopropylbenzenen is de laatste tijd het para-iso-meer op de voorgrond getreden, omdat het geoxydeerd kan worden tot het

technisch belangrijke terephtaalzuur.Het polycondensatieproduct van terephtaalzuur en aethyleenglycol is n.l. een belangrijke vertegenwoor-diger van de z.g. polyesterkunststoffen.Dit product is in Europa be-kend onder de handelsnaam Teryleen en in de Verenigde Staten als Da-cron en Mylar.Deze kunststof heeft een aantal eigenschappen,die toe-passingen op velerlei gebied aantrekkelijk maken,ondanks de (voor

plas-t i ca) nogal hoge prijs. Myl arfi las zijn sterk en zeer transparant

{fo-tografische industrie).Verder hebben ze een hoge doorslagspaaning en diëlectrische constante (electrotechnische industrie).Uit teryleen-vezels zijn sterke,wasbare en kreukherstellende stoffen te vervaardi-gen (textielindustrie).De productie van polyesters steeg van 35 àil-lioen lh in 1954 tot 86 milàil-lioen lb in 1958 en neemt nog steeds ge-staag toe.(lit. 1)

Een belangrijke grondstof voor de bereiding van terephtaal-zuur is paraxyleen afkomstig uit gedehydrogeneerde naphteenrijke aard-oliefracties.De afscheiding vam paraxyleen uit de C8-aroaaatfractie vindt plaats door gefractioneerde kristallisatie daar de kookpunten

van meta- en para-xyleen te weinig verschillen ~O,80C) om

gefractio-neerde destillatie toe te passen.De C8-aromaatfracties,die via verschil-lende "refor.ing"-processen uit aardolie gevormd worden,verschillen onderling slechts weinig in samenstelling en bevatten ca 19% para-xyleen. (lit. 2)

In dèisopropylbenzeenfracties kunnen veel hogere percentages para-isomeer voorkomen (bijv. 55%).Para-diisopropylbenzeen is ge_akke-lijker te oxyderen dan para-xyleen. (lit. 3) Het kookpuntverschil -et

het ortho- en meta-isomeer bedraagt ca 7oC,waardoor gefractioneerde

destillatie als scheidingsmethode toegepast kan worden.Als gevolg

hiervan kan de zuiverheid van het gevormde para-diisopropylbenzeen

tot een optimua worden opgevoerd,hetgeen uitermate belangrijk is (lit.

4)

Kleine hoeveelheden bijproduct

di~de

oxydatie mono-carbonzuren geven"

zijnfataal, omdat zij tijdens de polycondensatie-reactie de groei van

ketens afbreken. Oe aanwezigheid van niet para-standige dicarbonzuren

beïnvloedt de structuur van de vezel,zodanig,dat haar sterkte-eigen-schappen in waarde afnemen.

Het zijn bovenstaande redenen,die de chemische industrie hebben aangespoord om naar wegen te zoeken,die het zowel in chemisch

pe-- pe-- pe--- - -

-2

troleumlindustrie gemakkelijk voorhande zijnde producten als propeen, benzeen of cwneen, de productie van para-diisopropylbanzeen op tech-nische schaal ter hand te nemen. Met de research van dit project werd

in 1952 gestart op het Koninklijke Shell Laboratorium te Amsterdam, hetgeen resulteerde in de constructie van een pilot-plant in 1956. Heden ten dage zijn de hi erbij verkregen gegevens en resul taten van dien aard, dat men met de bouw van een fabriek op technische schaal kan aanvangen.

Gezien het feit, dat de huidige productie van terephtaal-zuur nagenoeg 100.000 ton per jaar bedraagt, werd het verantwoord geacht, mede als gevolg van de toenemende integratie binnen West-Eu-ropa een fabriek te ontwerpen met een jaarcapaciteit van 8000 ton para-diisopropylbenzeen. (lit. 12)

Als plaats van vestiging is gekozen het gebied van de Bot-lek bij Rotterdam, omdat deze streek de meest ideale omstandigheden in zich verenigt; men denke hierb~j aan:

a. de gemakkelijke aanvoer van grondstoffen via pijpleidingen van de aldaar gevestigde raffinaderijen (Shell of Esso)

b. het zonder bezwaar spuien van afvalwater in de Nieuwe Waterweg of eventueel in de zee

c. de ruime toevoer van proceswater uit de Brielse Maas

d. het goedkope transport van producten per schip via de zee naar Engeland of Scandinavië en via de Rijn naar Duitsland

.-•

H. PROCESKEUZE

Bij de bereiding vam para-diisopropylbenzeen zijn twee

prin-cipiëel verschillende processen te onderscheiden, te weten het

gas-faseproces en het vloeistofgas-faseproces. In beide processen wordt met behulp van een Friedel&Crafts katalysator cumeen en propeen omgezet

in para-diisopropylbenzeen. Om de volgende redenen wordt aan het

vloeistoffaseproces de voorkeur gegeven. (lit. 5) Het gasfaseproces

a. is weinig toegankelijk door gebrek aan 1 i tteratuurgegevens

b. geeft een aanzienlijke vervuiling van de katalysator

Ret vloeistoffaseproces wordt gekarakteriseerd door:

c. een lage C

3H6-concentratie in de alkylator (gaat

C3H6-polymerisa-tie tegen)

d. een gemakkelijke afvoer van de reactiewarmte

e. de mogelijkheid van continu verversen van de katalysator

Bij het vaststellen,welke katalysator gebruikt moet worden tijdens de alkylatie en transalkylatie behoeft slechts een keuze

ge-maakt te worden tussen de kraakkatalysator (Al20a-SiÛ2) en sili~o­

wolfraamzuur (12WÛ

3Si02xH2Û), aangezien BF3,HF,HCl en geco H28~4 te

hoge eisen (kosten) stellen aan het te gebruiken

constructiemateri-aal in verband met corrosie. De kraakkatalysator is evenwel verkozen,

omdat deze een hoge opbrengst verzekert, goedkoop is en vele litera-tuurgegevens hierover bekend zijn (lit. 6) •

-..

4

111. BEREIDING VAN PARA-DIISOPROPYLBENZEEN

VOLGENS HET VLOEISTOFFASEpROCES

A. GRONDSTOFFEN

Benzeen

Benzeen ontstaat bij de droge destillatie van steenkool en is dan een weinig verontreinigd met thiofeen. Thiofeen vermindert de levensduur van de katalysator en gealkyleerd thiofeen veroorzaakt achteruitgang van de kwaliteit van het product. Het kan ver~jderd

worden door selectieve sulfonatie met 98~-ige zwavelzuur bij 20 oC. Gebruikt men benzeen, dat bereid is door dehydrogenering en cyclisatie van alifatische koolwaterstoffen, dan heeft het ben-zeen een zeer grote zuiverheid en is automatisch thiofeen vrij.

Propeen

Propeen wordt verkregen uit de C

3-fractie van de raffina-derijgassen, die door thermisch en katalytisch kraken ontstaan, en is als zodanig gemengd met propaan. De molaire verhouding van pro-peen-propaan heeft bij percentages van 33-95~ propeen vrijwel geen in-vloed op de reactieomzetting. Propeen behoort vrij te zijn van zwavel-waterstof en basische nitroverbindingen, die een nadelige werking uitoefenen op de katalysator en het reactieproduct.

Cumeen

Werkt men met een eéntrapsreactor of wil men het geïntegreer-de proces starten, dan is ook cumeen vereist. Cumeen wordt op tech-nische schaal geproduceerd door alkylatie van benzeen met propeen. Hiervoor kan men gebruik maken van drie verschillende werk~jzen,n.l.:

eén gasfaseproces met U.O.P.-katalysator (fosforzuur op kiezelguhr) en twee vloeistoffaseprocessen met resp. zwavelzuur en aluminiumchlo-ride als katalysator. Voor de productie van para-diisopropylbenzeen is het noodzakelijk, dat het cumeen vrij is van nonenen en cumeenhydro-peroxyde; bovendien wordt aangeraden 50% van het cumeen beginmateri-aal met de kraakkatalysator voor te behandelen. (lit. 7)

B. PRODUCTEN

Para-diisopropylbenzeen

Het wordt, zoals in de inleiding reeds vermeld, toegepast als uitgangsstof voor de terephtaalzuurbereiding, daarnaast ook nog als oplosmiddel of als grondstof voor de productie van para-dihydro-xybenzeen (quinone). De zuiverheid is van het grootste belang, omdat bij de oxydatie zo weinig mogelijk bijproducten mogen ontstaan in ver-band .e~ sterkte-eigenschappen van de vezel. De zuiverheid bedraagt

--

.

;

Propaan

Propaan wordt met de propeenvoeding in het proces gebracht

in een molaire verhouding van 1 : 1. Het wordt gebruikt als quench

in de reactor en afgescheiden in de propaan-kolom. Het gestripte

pro-paan kan verkocht worden als brandstof. Light Ends

De light ends, die de benzeencondensor verlaten, bevatten ook nog een groot percentage propaan-propeen en kunnen gesuppleerd worden aan de oliebrander van het dowtherm-circuit.

Heavy Ends

Bij de triisopropylbenzeenzuivering worden de hoger koken-de producten uit koken-de reboiler van koken-de tri-IPB-kolom afgetapt. Deze

hea-vy ends bestaan uit een slurry van hoogkokend, ongewenst materiaal,

zoals indanen. Bij de berekeningen is gemakshalve verondersteld, dat

het bodemproduct geheel uit tetra-IPB is opgebouwd,hetgeen niet juist

is. Als dit waar zou zijn,zou men het bodemproduct van de para-IPB-ko-lom regelrecht naar de transalkylator sturen.

C. KATALYSATOR

Zowel bij de alkylatie als bij de transalkylatie past men een

ka-talysator toe,die veelal dienst doet bij het kraken van

petroleumfrac-ties. Deze bestaat in hoofdzaak uit 85-90 gew% Si0

2 en 15-20 ge~

A1

203,terwijl daarnaast andere bestanddelen,zoals Na20, K20" CaO, MgO,

Zr0

2, H20 en S03 in geringe hoeveelheden, soms sporen kunnen

voorko-men. De alkylatie wordt gunstig beinvloed,indien de kat een laag rest-watergehalte bezit, in ieder geval beneden de 3,5 gew%, waarbij de kat met een watergehalte van 0,1-0,2 gew% bijzonder geschikt is.

Hoewel de katalysator, verkregen door sproeidroging,gewoonlijk

bevredigend werkt (lit. 8),is het juist bij het vloeistoffaseproces

aanbevelenswaardig een kat te gebruiken,die van te voren onderworpen is geweest aan een oppervlakte-behandeling. Vaak blijkt,dat de begin-activiteit van de versproeide kraakkatalysator in sommige gevallen lager is na zulk een voorbehandeling,maar de activiteit veel minder

snel afneemt.~jzen van voorbehandeling:

1. oppervlaktebehandeling gedurende 1-24 uur bij 6000C met stoom in

een gefluïdiseerd bed.

2. verwarmen met lucht of inert gas gedurende 1-24 uur bij 8000C in

een gefluïdiseerd bed

3. behandeling met waterig HF-oplossing. (1 gew%-HF-oplossing bij

ka-mertemperatuur)

De duur en de temperatuur zullen afhangen van de druk,waaronder de behandeling wordt uitgevoerd.Het voordeel van het werken met een

..

6

voorbehandelde katalysator is,dat men de L.H.S.V. in de alkylator

in vele gevallen kan opvoeren tot 20 en hoger in verband met de

ver-hoogde activiteit. (lit. 7) D. REACTIESCHEMA

Uit het voorafgaande blijkt, dat benzeen en cumeen de

uit-gangsstoffen kunnen zijn voor de para-diisppropylbenzeen-bereiding,

,J,rl'rJV'

waar aan de laatste evenwel de

v~.eur

wordt gegeven.

fw!

/(/

De alkylati e van cumeen met propeen geeft een mengsel van '.\

diisopropylbenzenen (DIPB) en hoger gealkyleerde producten,zoals tri-isopropylbenzenen (trilPB) en tetratri-isopropylbenzenen (tetraIPB) (lit. 9).

fu een hoog rendement, betrokken op de grondstoffen, te 4'"

verzekeren, moeten de hogeret:alkylaten weer worden omgezet in cum.een~

dat kan worden gerecycled naar de alkylatietrap.Dealkylatie zou een mogelijke oplossing zijn om dit te bereiken, maar deze reactie eist dergelijke scherpe condities,dat de reactie veelal aanleiding geeft tot aanzienlijke verliezen door de vorming van ongewenst bijproduct.

Om deze reden worden de polyisopropylbenzenen ook omgezet door haar

reactie met benzeen. Deze zogenaamde transalkylatie wordt uitgevoerd onder milde reactievoorwaarden; het benzeen treedt hierbij op als ac-ceptor van isopropylgroepen en geeft een hogere opbrengst aan

para-DIPB. De reactie gaat gepaard met isomerisatie van de DIPB-fractie.

,Integratiè')van de cumeen-alkylatie met de transalkylatie

/ heeft een vereenvoudigd reactieschema voor de

/ tot gevolg. (lit. 5)

productie van para-DIPB Ivr\, t.-t(1-! \ 't'ld"f..L("t.; ?

, . ?

e.,0./~" I i

"L

,<\.<;."",1' , o

1 stap: Alkylatie van cumeen met propeen

_c

C

cÓ

....

e_e

+

y,

1

~

cAc

/c

h,c

Y-C'c

+

y

C,C

o 2 stap:

c

_{c,..c ....}

_e

Transalkylatie van bijproducten met benzeen

C

'c ....

C

hr.

....

C

?U

-'C

+

('-c

C, ~

C

....

c~c

&-<~

+

0 --

C-<

" ~ De twee reacties worden gescheiden ui tgevoerd in de

"alky-1 ator" en "transalkylator". De reactieproducten worden gefractioneerd in een zestal destillatiekolommen. Aldus is het mogelijk om uitgaande van benzeen en propeen para-DIPB te bereiden.

E. REACTIEOMSTANDIGHEDEN

o

Reactietemperaturen van 150-250

C

vormen het

temperatuur-debiet voor de alkylatie-reactie.Naarmate de temperaturen de

onder-grens meer benaderen, deste groter wordt de opbre~st aan para-DIPB

op de totale hoeveelheid DIPB, bij gunstige condities zelfs 55 mol%.

Bij de transalkylatietrap moet de temperatuur variëren van 230-300oC

(lit. 10). De reactiedrukken worden gehandhaafd op zulke niveaux, dat de reactie verloopt in de vloeistoffase (30-60 atm).

De verblijf tijden, de katalysator-concentraties en -consumpties in beide reactoren zijn afgestemd op optimale opbrengsten.

Alkylator: L.H.S.V.=lO-30.

Kat-verversing=l,O% op geproduceerd para-DIPB Transalkylator: L"H.-S .. V.=0,5-5

Kat-verversing=l,O% op geproduceerd para-DIPB

Tenslotte zij nog gewezen op twee belangrijke reactievariabelen,de ver-houding van cu.een tot propeen (l: 3 - l:

-

7)

in de voeding sstroom van

de, alkylator en de verhouding van de propylgroepen tot de benzeenrin-gen in de voedingsstroom van de transalkylator.

voor een geïntegreerd proces bestaat er een direct verband tussen deze twee procesvariabelen. (li t. 5)

:

s

IV BESCHRIJVING VAN HET PROeESSCHEMA (zie schema' s Ajen D)

Met behulp van de plunjerpompen 1 en 2 wordt de

voedings-stroom van de alkylator,bestaande uit een propeen-propaan mengsel

van 100e en een cumeenstroom van

1

~

90e,

gecomprimeerd tot een druk

van 50 atm. In de warmtewisselaar 3 wordt de warmteinhoud van de

voedingsstroom dusdanig geregeld, dat de temperatuur in de reactor

°

nagenoeg 170 C bedraagt, hetgeen van belang is in verband met de

exo-therae reactiewarmte. In de slurry-reactor 4 vindt de alkylatie van

~--- .. -....

-cumeen plaats, waarbij zowel di-,tri- als tetra-IPB ontstaan. Het re-actieproduct wordt na aflaten van de druk tot 10 atm. geleid in

strip-per 5 om het inerte propaan te ver~jderen.Vervolgens vindt verdere

drukverlaging plaats tot 1 atm. van het ketelproduct (170oC) van de

propaankolom. Na menging met het van benzeen en light ends gezuiverde

(in kolom 43) reactieproduct van de transalkylator 42 wordt de

vloei-stofstroom op kooktemperatuur (1720e) op de voedingsschotel van de

cu-m,eenkolom (12) ingevoerd. Dit geschiedt met behulp van de pompen S

en 11. Het in deze kolom afgescheiden cumeengas (152oC) wordt in

condensor 13 vloeibaar gemaakt en in een bepaalde verho~ding tot de

refluxstroom gerecycled naar alkylator 4. Het ketelproduct wordt in

drie achtereenvolgende fractio~eerkolommen gescheiden in resp.

o-m-DIPB (kolom 17),para-DIPB (kolom 25),tri-lPB (kolom 33) en heavy ends

(kolom 33). o-m-DIPB (2030C) en tri-IPB (21Soe) worden na menging

g~rd tot 40 atm. in plunjerpomp 40, waaraan tevens benzeen o

van 54 C gesuppleerd wordt. Het gecomprimeerde vloeistofmengsel wordt

in warmtewisselaar 41 verhit tot 2300e en in de transalkylator geperst.

Hierin (42) vindt bij bovengenoemde druk en temperatuur isomerisatie en transalkylatie plaats, welke reactie een isothermisch karakter vertoont. Het reactiemengsel wordt na drukaflaat tot 1 atm. gezui-verd van light ends en benzeen, welke laatste stof gerecycled wordt naar de transalkylator na menging met vers benzeen van 10oe. Het ke-telproduct (ISO Oe) van de benzeenkolom 43 wordt weer gecombineerd met het mengsll uit opslagtank 7. (lit. l6,17)

.,.

V BESCHRIJVING VAN DE GEBRUIKTE APPARATUUR

1. Alkylator

In een autoclaaf, voorzien van een multi-bladroerder, vindt de alkylatie plaats bij een druk van 50 atm., daarnaast tevens

enige polymerisatie (0,5-1,5

%).

De polymerisatie-reactie wordt on-derdrukt door een hoge cumeen-propeen verhouding.

De katalysatordeeltjes, variërend in grootte van 50-300~

konden niet doordringen in de aan- en af-voerleidingen in verband

aet een ingebouwd filter. (m verstopping van het filter tegen te gaan en om zuivering te vergemakkelijken is een buizensysteem aangebracht waardoor het mogelijk is aan- en af-voerstromen om te wisselen.

De in de autoclaaf,heersende druk, die men kan aflezen met behulp van een manometer, kan men regelen met een drukveiligheid die èn is aangebracht in de reactor èn in de plunjerpompen via een

terugslagklep.

Om een zo goed mogelijk .~if0.rme c~ntacttijd van de te re a-geren stof met de katalysator te waarborgen en om plaatselijke warm-te-concentraties tegen te gaan is een multi-bladroerder aangebracht waarbij het kritisch toerental ligt in de buurt van de 400 omw./min.

' -

-

"--De afdichting van de roerstang is geschied met behulp van een pak-kingbus.

(li

t.13, 14)

Het volume van de alkylator is gevonden uit een L.R.S.V.- 20; hierbij

xx

is verondersteld, dat de katalysatorhoeveelheid 1/3 gedeelte van de

X

autoclaaf in beslag neemt.

20 = 6520/0,7 + 591/0,5 + 570/0,5 L.H.S.V.s kat. vol. x 1 Kat.vol.= 582,7 1. Volume alkylator 2. Propaan-kolom 3 x 582,7 1,75 m • 3 l l . b54

=

•

kat. vol.

Ret propaan wordt gescheiden van het reactie-mengsel bij

10 atm., zodat het vloeibaar gemaakt kan worden in de top bij 27 oe,

ter~jl het kookpunt van het reactiemengsel op de bodem van de strip-o

per 170 C bedraagt. De schotels, zes in aantal, zijn in hoofdzaak aangebracht om de met grote kracht ontsnappende propaangassen te ontdoen van meegesleurde vloeibare producten. (lit. 15) De drukaf-1 aa t van 50 tot drukaf-10 atm. vindt pI aats vlak voor de kolom, zod at op de voedingsschotel een heftige propaanontgassing ontstaat. Om deze reden en om het schotelrendement op te voeren wordt het reactie-mengsel onderin gevoerd •

\ Iq "-_

---~ -

-10

3. Dowthermcircuit (zie schema A en E)

De bij het proces benodigde warmte wordt geleverd net behulp van een dowthermcircuit. Vanuit een centrale dowthermverhitter met een capaciteit van 33.825 kg/hr, wordt gasvormige dowtherm van 2820e en 1,5 ata. gepompt naar de reboiler (18) van de o-m-DIPB-kolom

(21.700 kg/hr), naar de reboiler (26) van de para-DIPB-kolom (10.400 kg/hr) en naar de reboiler (38) van de tri-IPB-kolom (1.725 kg/hr).

~

De gecombineerde vloeibare (immers gecondenseerd)

dowthera-. . stroom van 282 oe wordt

nu

~

ebruikt

om de voedingsstroom van de

trans-, ...

~

alkylator op een temperatuur te brengen van 230 oe. Di t geschiedt

in warmte-wisselaar 41, waarbij de temperatuur van de vloeibare dowtherm

o

~ afneem.t tot 280 e. Vervolgens vindt transport van deze

dowtherm-~

stroom plaatsVnaar de reboiler (14) van de cumeen-kolom, alwaar de temperatuur daal t tot 235 oe. Tot slot m·oet de dowtherm-massastroom van 235 oe en 33.825 kg/hr dienen als verwarmingsmiddel voor de

ben-zeen-kolom. De hierdoor tot 223 oe afgekoelde dowthermstroom wordt nu via een buffertank teruggevoerd naar de centrale dowthermverhitter, waar de vloeibare dowtherm van 223 o e omgezet wordt in gasvormige dowtherm van 282 oe. Hiervoor is een warmtecapaciteit vereist van 3.510.000 kcal/hr, die eventueel geleverd kan worden door de gassen

?

van een

~

_

r.

'v..ti\t(t\~ ~(t'\-.

r

({

'fU~'

4. Katalysator-circuit

Zowel in de alkylator als in de transalkylator is een ka-talysatorcircuit aangebracht om een continue verversing van de kat mogelijk te maken. De verversing van de gebruikte kraakkat is bijzon-der laag en bedraagt 1 10 op de gevormde para-DIPB-hoeveelheid.

Het circuit bestaat aanvankelijk uit een koeler met daarop-volgend een systeem van twee filters, die beurtelings gereinigd kun-nen worden. Vervolgens vindt drukaflaat plaats tot 1 ata.,waarna de van de katalysator-slurry gezuiverde vloeistof een mengtank passeert. Hieraan wordt met behulp van een doseertrechter de vereiste verse hoeveelheid katalysator toegevoegd. Tenslotte wordt de goedgeroerde kat-vloeistof gerecycled naar de reactor. Hiervoor gebruikt men een membraampomp.

5. Stoom-productie

In de condensor van de cumeen-kolom komt 8000 1 koelwater/hr vrij met een temperatuur van 140 oe en 8 ata. Hiervan wordt 4642 kg/hr besteed om in de condensoren van de o-m-di-, de para-di- en de t

ri-o

rende warmte kan benut worden voor de fabrieksverwarming en verwar-ming van de bijbehorende gebouwen.

6. Apparatuur

De corrosie is bij de meest gebruikte apparatuur zeer

ge-ring, zodat als constructie-materiaal voor de te gebruiken apparatuur 0

gewoon staal toegepast kan worden. Evenwel

~rd:!-

aangeraden de wan-

L,J·

den van de beide reactoren te bedekken met roestvrij staal 316 of 321.

-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

12

VI YATERlAALBALANS (zie schema's B en C)

De materiaal balans voor het geïntegreerde proces werd ge-vonden door gelijkstelling van in- en uitgaande stofstromen; hierbij werd uitgegaan van de volgende veronderstellingen

a. molaire cumeen-propeen verhouding = 4

b. molaire propeen-propaan verhouding = 1

c. het in de alkylator omgezette cumeen moet in de transalkylator geproduceerd worden

d. in de alkylator ontstaan op 100 molen gevormd DIPB 20 molen tri-IPB en

2

molen tetra-IPB

e. het percentage para-DIPB op het totaal gevormde DIPB in de alky-1 ator = 53 mol%

f. het percentage para-DIPB op het totaal gevormde DIPB in de trans-alkylator

=

33 1/3 mol%

g. propeenconversie in de alkylator = 100%

h. tri-IPBconversie in de transalkylator = 50% (lit. 11)

i. molaire verhouding propylgroepen-benzeenringen = 0,9 (lit. 5)

j. producten: light ends 2,4 geWfo

heavy ends 4,7 gev/fo

(li

t. 5) para-DIPB =92,9 gew%

Uit het punt i. valt op te merken, dat de

benzeenconcentra-tie in de transalkylator trunelijk hoog is in verband met de cumeenpro-

L

C

~\M,

U""

f..J-,)

ductie voor de alkylator. Zou ~ alleen uit tri-IPB ontstaan, dan zou het percentage tri-IPB in de alkylator veel hoger moeten liggen. In principe is dd alkylator dus een" corrector". J'trans

Alkylator (4) IN component kg/hr propaan 597 propeen 570 cum een 6520 katalysator 10 7697 Tri-IPB-kolom

(33)

IN tri-IPB tetra-IPB 2280 46 2326 UIT UIT component kg/hr propaan 597 cumeen 5158 o-m-DIPB 707 para-DIPB 799 tri-IPB 380 tetra-I.PB 46 katalysator 10 ,,:. 7697 2280/ tri-IPB tetra-lPB _{46' "} 2326 c-l\..I-.i:t I t..;f(,~ , ? ;:\ .~ T"

Proeaankolom

(5 }

/

IN

UIT

propaan

597

propaan

597 -'~

cumeen

5158

cumeen

5158

o-m-DIPB

707

o-m-DIPB

707

para-DIPB

799

para-DIPB

799

tri-IPB

380

tri-IPB

380

tetra-IPB

46

tetra-IPB

46 7687 7687

Transalk:yl ator

(42 )

IN

UIT

benzeen

1328

benzeen

834

o-m-DIPB

1098

light ends

23

tri-IPB

760

cumeen

1362

katalysator

10

o-m-DIPB

391 3196

para-DIPB

196

tri-IPB

380

katalysator

10 3196

Benzeenkolom

(43 )

.

IN

UIT

/ '

benzeen

2502

benzeen

2502 / / /~

light ends

23

light ends

23

cumeen

1362

cumeen

1362

o-m-DIPB

391

o-m-DIPB

391

para-DIPB

196

para-DIPB

196

tri-IPB

380

tri-IPB

380 4854 4854

Cumeenkolom

(12 }

IN

UIT

cumeen

13040

cumeen

13040

o-m-DIPB

1098

o-m-DIPB

1098

para-DIPB

995

para-DIPB

995

tri-IPB

760

tri-IPB

760

tetra-IPB

46

tetra-IPB

46 15939 15939

14

O-m-DIPB-kolom

(17 )

IN

UIT

o-m-DIPB

23058

o-m-DIPB

23058

para-DIPB

995

para-DIPB

995

tri-IPB

760

tri-IPB

760

tetra-IPB

46

tetra-IPB

_--1:!

24859 24859

Para-DIPB-kolom

(25 )

IN

UIT

para-DIPB

10945

para-DIPB

10945

tri-IPB

760

tri-IPB

760

i;etra-IPB

46

tetra-IPB

46 11751 11751

-.-.-.-.-.-.-.-.-.--

.

VII WAl&TEBALANS

(li t.

23)

A. Alkylator

Tengevolge van de exotherme reactie~}é, die. bij de

alky-latie in de reactor optreedt, i~het noodza~ijk het

propeen-propaan-mengsel koud in te voeren (lOoC). en bovendien de cumeenstroom te

koe-o

len in warmtewisselaar 3 ~~ ~ C.

De reacties, die zich in de alkylator kunnen afspelen, zijn:

CUDeen

+

propeen • di-IPB + 21 kcal/mol

di-IPB + propeen • tri-IPB + 19 kcal/mol

tri-IPB + propeen • tetra-IPB+ 17 kcal/mol

Deze reactiewarmten zijn aangenomen op grond van de reactiewarmte van

benzeen + propeen .. cumeen + 23 kcal/mol (li t. 18) en

op grond van het feit, dat de alkylatie van een geactiveerde ben-zeenring gemakkelijker verloopt.

De warmte-productie in de reactor per uur is nu: (zie schema B)

/}

11346 mol cumeen + 11346 mol C

3H6 - 11346 mol di-IPB + 238200 kcal/.ol

2046 mol di-IPB + 2046 mol C

3H6 ~ 2046 mol tri-IPB+ 38850 kcal/mol

186 mol tri-IPB + 186 mol C

3H6 ~ 186 mol tetra-IPB+ 3160 kcal/mol

280210 kcal/mol

Deze vrijgekomen warmtehoeveelheid wordt gebruikt om de toe te voeren

voedingsstroom in temperatuur te doen stijgen tot 170°C:

propeen-propaan-mengsel van 10°C tot 1700

C

P

=

C

T~ 1

=

22,4 x 160 x 27156 97300

w p mo 0

cumeenstroom van 109 C tot 170°C

P

=

C

TP 1 = 55,2

x

61

x

54312 = 182910 w p mo 280210 kcal/mol kcal/mol kcal/mol Met behulp van warmiewissrelaar 3 zijn we dus in staat de reactor

adi-abatisch in te stellen. Bij het starten van het proces kan

warmtewis-selaar 3 tevens als voorverwarmer dienst doen. B. Transalkylator

De transalkylator werkt isothermisch, dwz. de

reactiewarm-te, die bij de transalkylatie eDeisomerisatie vrijkomt, is nul.

Ben-zeen, o-m-DIPB en tri-IPB moeten opgewarmd worden tot 230oC.

Hier-voor is nodig o-m-DIPB

IJ

w 6789 x 21 x 71,3 10160 kcal/hr tri-IPB

IJ

w = 3720 x 21 x 104 8130 kcal/hr benzeen

P

=17019

x 176 x 27,3 8170 kcal/hr w 26460 kcal/hr

Dit benodigde aantal kcal/hr wordt geleverd in warmtewisselaar 41, die geregeld is op de temperatuur van de trruRsalkylator

I

!

~

.

16

c.

Propaans~r

Bij het opstellen van de energiebalans over een kolom wordt uitgegaan van de veronderstelling, dat d~ totale enthalpie van

in-en uit-gaande stromin-en aan elkaar gel~k L~S. Dit resulteert in een

wa~tebalans van de volgende gedaante:

Qcondensor + H d + H k ::: Qreboiler + Hf

,

waarbij

Qcondensor ::: nd (R+l)r

H' '-H' Qreboiler (Rnd+qnf-nk)r en q H' '_HfT

Tengevolge van de drukaflaat van 50 tot 10 atm. verdampte er een bepaald gedeelte van het propaagas.Uit berekeningen bleek,

dat q ::: 0,893 genomen kon worden. Verder werd gesteld: R

=

0,70 en

7

\ Qreboiler - 0, hetgeen de warmte-economie t en goede

',,-

'---Qcondensor ::: 597 Hd ::: 0 Hk ::: 143 Qreboiler ::: 0 Hf - 143 Afwijking : 0,0

%.

D. Benzeen-kolom x 1,70 x 100 ::: 101.700 kcal/hr ::: _{0 kcal/hr} x 0,5 x 7090 507.000 kcal/hr 608.700 kcal/hr ::: 0 x 0,5 x 7687 + 597 x 100 = 608!700 608.700 kwam. kcal/hr kcal/hr kcal/hr

De drukverlaging van de voedingsstroom heeft een tempera-tuurdaling tot gevolg van 2300

e

tot 150oC. De q-waarde van het

vloei-stof-gasDengsel bedraagt na het passeren van het reduceer-ventiel 0,985.

~

Bovendien is

~

dat R ::: 2 (benzeen-condensor) en Hd

=

O.

~

4

10695 x 3 x 7340 ::: = 100 x 19733 x 63,7 ::: 235.500 kcal/hr

o

kcal/hr 125.500 kcal/hr 361 .000 kcal/hr Q - 157.000 + 274.500 - 183.300 = 248.200 kcal/hr reboi1er Hf ::: 70 x 26970 x 58 109.700 kcal/hr 357.900 kcal/hr Afwijking : 0,87

%

E. Cumeen-kolom

Aangezien de voedingsstroom op kooktemperatuur (172 °C) in de kolom wordt gebracht, treden enkele vereenvoudigingen op bij

het opstellen van de energiebalans over de kolom. Omdat voor een kO-_j II"""I-i

' { . T ~t~P

kende vloeistof q

=

1 , geldt nu Qcondensor

=

Qreboil er •

~

+

~\

-"",--17

Gegeven :

R

=

1

~

Hd

=

0,

T b

_re

=

216 Oe,

T

_con

d

Qcondensor

Hd

=

54312 x 2 x 8950

=

971.000 kcal/hr

... 0

Hk

=

90.392

=

971.000 kcal/hr

:::0

88.216 kcal/hr

1.059.216 kcal/hr

Af~jking

: 0,2

%.

F.

O-m-DIPB-kolom

=

o

kcal/hr

90.39

2

kcal/hr

1.061.392 kcal/hr

Ook in dit geval heeft de voedingstroom een q-waarde

=

1.

De enthalpie-inhoud van de destillaatstroom is gelijk aan nul gesteld.

T

=

203

oe ,

T

b =

223 oe

en

R =

20.

cond

re

Qcondensor

=

6789 x21 x 10200

=

1.454.000 kcal/hr

Hd

=

0

=

0 kcal/hr

Hk

=

18.566

18.566 kcal/hr

1.472.566 kca1/hr

Qreboiler

=

1.454.000 kcal/hr

Hf

=

18.360 kcal/hr

1.472.360 kca1/hr

Af~jking :

0,01

%.

G.

Para-DIPB-kolom

De energiebalans over deze kolom is opgesteld aan de hand

van de volgende gegevens

R =

10 ,

q =

1

_,

T

_cond

=

21 0 oe en T

_re

b=

239 oe •

Qcondensor

:::0

Hd

=

~

<= =

6138 x 11 x 10350

o

11.900

699.000 kca1/hr

=

12.060 kcal/hr

711.060 kca1/hr

Af~jking

: 0,02

%.

H. Tri-IPB-ko1om

=

699.000 kca1/hr

=

0

kcal/hr

11.900 kca1/hr

710.900 kca1/hr

Om

ontleding en destructie van de hogere alkylaten tegen

te gaan, wordt gewerkt

bij eell

druk van 380 mm Hg. De voedingsstroom

op kooktemperatuur (239 Oe) zal tengevolge van de verminderde druk

gedeeltelijk verdampen, waardoor het vloeistof-gasmengsel een

tempe-o

..

18

Q

d=3720 x 3 x 11030 con = 123.095 kcal/hr Hd - -2 % 104 x 3720 ~ a 32 X 128 X 186

=

Q

_{reboi1er -}

-

(7440 + 3200 -H

r

(2390C) = 19 X 3906 X 104 Afwijking 0,1

%.

774 kca1/hr =

+

762 kca1/hr = 123.083 kca1/hr 186) X 11030 = 115.500 kca1/hr = 7.710 kca1/hr 123.210 kca1/hr

-.-.-.-.-.-.-.-VITI SPECIFICATIES VAN DE GEBRUIKTE

APPARATUUR

Voedingspomp 1 model plunjerdiameter volumestroom propeen-propaan druktoename Voedingspomp 2 model plunjerdiameter volumestroom cumeen d rukto ename Ct\-.~U.

....

~I Verticale cumeenk~ler 3 warmtestroom Tm

u

warmteuitw. opp. voedingsstroom diaJlleter buizen belasting buizen aantal buizen aantal passes doorsnede warmtewisselaar lengte warmtewisselaar temp. koelwater Alkylator

4

hoogte reactor diameter reactor space velocity volume katalysator wanddikte reactor

Propaanstr~

, afstand schotels aantal schotels aansluiting topgas dampsnelheid top doorsnede kolom ü ~

invoer onder

i"-.

I

plun~erpomp (duplex)

,

65 mm 2334 l/hr 1-50 atm. plunjerpomp (duplex) 90 mm 9060 l/hr 1-50 atm. 128910 kc a1/hr 960

C

500 kcal/hr m2

°c

2 2.7 m 9060 l/hr 12 mm 250 l/hr 72 2 225 mm 1000 mm 20-40oC 2300 mm 1200 mm 20 1/1 kat hr 583 1 60 mm 350 mm 6 135 mm 0,39 m/sec 650 mm 6de scho1el

Horizontale condensor propaanstripper 6

warmtestrooBl Tm

100700 kcal/hr

90

e

f i .. {. .. t

-

---

---

--u

warmteuitw. opp. aansluiting gasstroom diameter buizen belasting buizen aantal buizen aantal passes doorsnede condensor 1 engte condensor temp. koelwater volumestroom koelwater Opslagtank propaanstripper 7 afmetingen Pomp propaanstripper 8 model afmeting volumestroom opvoerhoogte Opslagtank cumeencondensor

9

afmetingen 20 600 kcal/hr m2 oe 18,5 m 2 135 mm 12 mm 2501/buis hr 246 3 400 mm 2000 mm 15-20 oe 20.000 l/hr 1650 x 3300 mm

lage druk centrifugaalpomp

D= 280 mm.

167 I/min_

10 m

1600 x 3400 mm

Opslagtank reboiler benzeenkolom 10

afmetingen 1150 x 2300 mm Pomp benzeenkolom 11 model afmeting volumestroom. opvoerhoogte CUlDieenkoloa 12 schotelafstand aantal schotels voedingsschotel no. d o€lrsned e kolom daapsnelheid top aansluiting topgas dampsnelheid bodem aansluiting bodem Horizontale cum.eencondensor 13 warmtestrooa Tm

u

lage druk centrifugaalpomp D

=

200 mlll 55 I/min. 10 m mm . 1500 mm 0,75 m/sec 300 mm 0,66 m/sec 310 mm 971. 000 kcal/hr 500

e

600 kcal/hr m2 oe

warmteuitw. opp. aansluiting gasstroom diameter buizen belasting buizen aantal buizen aantal passes doorsnede condensor lengte condensor temp. koelwater volumestroom koelwater Reboiler cUDeenkolom 14 warmtestroollli Tm warmteuitw. opp. lengte buizenbundel doorsnede buizenbundel di am.eter buizen aantal buizen lengte reboiler doorsnede reboiler aansluiting gasafvoer aansluiting dowtherm-invoer aansluiting dowtherm-afvoer temp. dowtherm 32,4 m2 300 IllBl 12 mm 250 I/buis hr 448 14 600 mm 2000 mm 20-140 oe (8ata.) 8.000 l/hr 971.000 kcal/hr 370

e

(

~

~(

30'0) kc al/hr m2 oe - ' 2 . 87,5 m 3000 mm 850 mm 25 lBIIl 374 4000 mm 1500 mm 310 mm 100 mIn 100 BUD 280-235 oe

massastroom vloeibaar dowtherm 33825 kg/hr

Tank cumeen-reboiler 15 afm'etingen

_/

/

_,

'W-v"'-, Pomp cumeen-reboiler 16 ,~----~ model afmeting volulllestrooa opvoerhoogte O-~DIPB-kolom 17 schotel afstand aantal schotels voedingsschotel no. doorsnede kolom dalllipsnelheid top aansluiting topgas 1400 x 2800 mm

lage druk centrifugaal pomp

D

= 380 mm 72 I/min. 20 m ((350 mm

v

.

ç\

L~b

100

---50 2300 mm 0,40 m/sec 380 !Dm

dampsnelheid bodem aansluiting bodemgas Reboiler o-»-DIPB-kolom 18 warm'testrooa T warmteuitw.opp. lengte buizenbundel doorsnede buizenbundel diaaeter buizen aantal buizen lengte reboiler doorsnede reboiler

aansluiting gasvormig dowtherm aansluiting vloeibaar dowtherm temp. dowtherm

aassastroo. dowtherm aansluiting gasafvoer

Tank reboiler o-m-DIPB-kolom 19

afmetingen 22 0,42 m/sec 380 mm 1.454.000 kcal/hl' 59 oe 6QO

~

kcal/hr

m2 oe

~l

m2 2000 mm 700 DUn 25 mm 244 2900 mm 1500 mm 280 mm 100 mm 282 oe 21700 kg/hl' 380 mm 1050 x 2100 mm

Poap tank reboiler o-m-DIPB-kolom 20

Dodel

af.etingell voluaestroo. opvoerhoogte

lage druk centrifugaalpomp

D = 240 mm

45 I/min.

15 m

Verticale condensor o-m-DIPB-kolom 21

w4rmtestroom T

u

warmteuitw. opp. diameter buizen 1 engte buizen aantal buizen doorsnede condensor aansluiting gastoevoer stoomaansluiting 1.454.000 kcal/hl' 330

e

&00 kcal/hl' m2 oe 80 1112 25 mm 3000 mm 350 800 mm 380 JDJII 140 mm

koelmiddel water van _J 140 oe _en 8 _ata.

lD1assastroomi stoom van 170 oe en 8 ata ~970 kg/hl'

Pomp condensor o-a-DIPB-kolom 22 lliodel

afm.etingen

tandradpomp

23

volum

:

estroom

Reflux-poap o-m-DIPB-kolom

23

llliodel

afmetingen

volumestroom

·

opvoerhoogte

Tank condensor o-.-DIPB-kolom

24

afll!.etingen

Para-DIPB-kolom

25

schotel afstand

aantal schotels

voedingsschotel no.

doorsnede kolom

da.m.psnelheid top

aansluiting topgas

dampsnelheid bodem

aansluiting bodemgas

Reboiler para-DIPB-kolom

26

warmtestroom

T tI wa~teuitw.

opp.

lengte buizenbundel

doorsnede buizenbundel

di8Jllieter buizen

aantal buizen

aansluiting gasafvoer

1

engte reboil er

doorsnede rehoiler

aansluiting gasvormig dowtherm

aansluiting vloeibaar dowtherm

temp. dorlherm

Dassastroom dowtherm

Tank reboiler para-DIPB-kolom

27

afmetingen

Poap tank reboiler para-DIPB-kolom 28

model

afmetingen

volwmestrooDl!

opvoerhoogte

50 I/min_

lage druk centrifugaalpomp

D

=

400

mm

540 I/min_

40

m

900

x

1800

mm

/600 mm !i

40

20 1300 mm 0,68

m/sec

260

mm

0,65 m/sec

254 mm

699.000 kcal/hr

43

oe

600

kcal/hr

.2

oe

32 Dlc2

2000

mm

650

mm

25 mm 204

2

54

mm

2600 mm

1300 mm 194 mm

100

lUl 282

oe

10400

kg/hr

800 x 1600 mm

laga druk centrifugaalpomp

D = 170 lIIDl

20 1/ min.

1

2

m

24

Verticale condensor para-DIPB-kolom 29

waratestrooa

T

u

wal'Dllteuit .... opp.

diameter buizen

lengte buizen

aantal buizen

doorsnede condensor

aansluiting gastoevoer

koel.iddel water van

hoeveelheid stoom van l70

0

e en

8

ata

Pomp condensor para-DIPB-kolom 30

model

af'ltetingen

voluaestroom

Refluxpoap para-DIPB-kolom 31

Rodel

afmetingen

vollUlestroom

opvoerhoogte

Tank condensor para-DIPB-kolom 32

afmetingen

Tri-IPB-kolom 33

schotelafstand

aantal schotels

voedingsschotel no.

doorsnede kolom

daapsnelheid top

aansluiting topgas

daapsnelheid hodem

aansluiting bodemgas

Verticale condensor tri-IPB-kolom 34

wa1'llltestroo.

T TI

warDLteuit .... opp.

diameter buizen

lengte buizen

aantal buizen

699.000 kcal/hr

40 oe

/

600 kcal/hr m2 oe

33 m

2

25

DIm

2000

mm. 211

650

lIUIl

260

mm

140 oe en

8

ata

1420 kg/hr

tandradpomp

D

=

120

mm

24 I/min.

lage druk centrifugaalpomp

D =

330

mm

244 I/min_

30 m

800

x

1600

mm

350

mm

26

6

800

mm

0,28 lil/sec

80

lDJD

0,27 m/sec

100

lDIIl

123.095 kcal/hr

48 oe

600 kcal/hr .2 oe

5 m2

25

mm

1000

mm

64

doorsnede condensor aansluiting gastoevoer koelmiddel water van

25

aassastroo. stoom van 1700e en 8 ata.

Poap condensor tri-IPB-kolom 35 model

afmetingen volumestroolll

Tank met ejecteur 36 afmetingen Reboiler tri-IPB-kolom 38 waratestroo. T

u

warateuitw. opp. lengte buizenbundel doorsnede buizenbundel diameter buizen aantal buizen aansluiting gasafvoer lengte reboiler doorsnede reboiler

aansluiting gasvormig dowiherm aansluiting vloeibaar dowtherm temp. dowiherm

massastroom dowiherm

Opslagtank condensor tri-IPB-kolom 39 afmetingen Voedingspomp 40 model diallièterc>plunjer voluaestrooDl druktoenure VoorverwarDLer 41 warmtestrooa T

u

warmteuitw. opp. diUleter buizen lengte buizen aantal buizen 400 mm 80 DlID 140 oe en 8 ata. 252 kg/hr tandradpomp

D

=

120 mm 5 I/min. 480

x

640

mm

115.500 kcal/hr 30 oe 600 kcal/hr m2 oe 74 .2 2000 !DIn 950 !Dm 25 mm 472 100 !Dm 2700 mm 1700 mm 100 mm 100 mm 282 oe 1725 kg/hr 800 x 1600 mm plunjerpomp (duplex) 65 mm 75 I/min. 1-40 atm. 26.460 kcal/hr 86 oe 300 kcal/hr

.2

oe - 2 1,03 m 6mm 1000 mm 55 9

aansluitingen dowtherm teap. dowthera. Massastroom dowtherm Transalkylator 42 hoogte reactor diameter reactor space velocity volume katalysator wanddikte reactor Benzeen-kolom. 43 schotel afstand aantal schotels voedingsschotel no. doorsnede kolom dampsnelheid top aansluiting topgas dampsnelheid bodem aansluiting bodemgas 26 Verticale benzeen-condensor 44 warmtestrooa Tm

u

warJDlteuitw. opp. diameter buizen lengte buizen doorsnede condensor lengte condensor aansluiting gastoevoer aansluiting gasafvoer temp. koelwater aantal buizen Reboiler benzeen-kolom 45 warm-testrooDl! warmteuitw. opp. lengte buizenbundel doorsnede buizenbundel diameter buizen aantal buizen lengte reboiler 100 mm 282-280 oe 33825 kg/hr 3500 m.m 1600 mDl 2 1/1 kat hr 2108 1 60 m.m , 350

mm

18 9 900 m.m 0,45 m/sec 150 IBm 0,45 m/sec 150 mm 235.500 kcal/hr 36 oe 600 kcal/hr m2 oe 2 10,9

m

12 mm 1500 mm 350 mm 1800 rum 150 mm 25 mm 20-60 oe 194 248.200 kcal/hr 49 oe

~

kcal/hr m2 oe

--

17 m2 1200 m.m 600 mm 25 mm 180 2600 mm

doorsnede reboi1er

aansluiting gasafvoer aamsluitingen dowtherm

temp. dowtherm

~assastroom

vloeibaar dowtherm

1200

mm

150 mm 100 mm

235 - 223

oe

33825 kg/hr

-.-.-.-.-.-.-.-.-.-28

IX SCHOTELBEREKENINGEN

A. Cumeen-kolom

De berekening van het vereiste aantal theoretische schotels

i s gedaan aan de hand van het "binaire" evenwi cht cumeen-restmengs el··

(o-m-p-di,tri en tetra-IPB) volgens de methode van Sorel en grafische constructie van het x,ij-diagram.

Bij gebrek aan litteratuurgegevens is dit x,ij-diagram

gecon-strueerd _et behulp van de rel ati eve vluchtigheid

ot,

die op haar beurt

weer berekend is ui t de p-T-di ag rammen van de bij het "binaire" systeem betrokken stoffen onder de aanname, dat de mengsels zich ideaal

ge-dragen. (zie bijlage) Hieronder wordt verstaan, dat de temperatuur van

het kookpunt van het "binaire" mengsel lineair met de

vloeistofsamen-stelling verandert. De voor het quasi-binaire systeem aldus gevonden

relatieve vluchtigheid heeft een gemiddelde waarde van 3,5.

De voeding (per uur) is 54.312 cumeen

6.789 o-m-DIPB

6.138 para-DIPB

3.720 tri-!PB

186 tetra-IPB

totaal 71.145 mol.

en is een kokende vloeistof, dus q

=

1.

..

nd,xd Gegevens : n f : 71.145

x

f: 76,3 mol

10

n d: 54.312 x d: 99,0 mol

10

(destillatie-eis) n k: 16.833 x k: 0,033 mol

%

(berekend)

Uit het Mc Cabe-Thiele-diagram blijkt,

dat R . _m1n

=

0,43, ter~jl voor de optimale

reflux R t= 1 werd genomen. _op

Bet aantal vereiste theoretische

scho-tels is dan 12, (zie grafiek bijlage)

nk,xk waarbij de vijfde schotel de

voedingsscho-tel is.

Het schotelrendement werd op ~e~~~at, zodat dit voor de

cumeen-kolom resulteerde in 2,5 x 12 = 30 practische schotels, waarbij nu

B. Tri-IPB-kolom

Gebruikmakend van de methode van Sorel werd ook in dit geval het vereiste aantal theoretische schotels voor het"binaire" systeem tri-IPB - tetra-IPB gevonden.De relatieve vluchtigheid ol van dit

qua-o

si-binaire mengsel was in het temperatuurdebiet van 218-252 C nage-noeg constant

eBa~en

gemiddelde waarde van 2,4.

Om

ontleding van de producten tijdens de destillatie tegen te gaan werd gewerkt bij een druk van 380 mmHg" waarbij voor iedere schotel een drukval van 3 ~_ mmHg werd aangenomen_ --.... _~ _<.:i_ .' ._.

De voeding (per uur) bestaat uit 3,720 kmol tri-IPB

0,186 kmol tetra-IPB totaal 3,906 kmol en is tengevolge van de drukvermindering een vloeistof-gasmengsel op kooktemperatuur met een q-waarde van 0,82.

Verdere gegevens: n f = 3,906 x f = 95,3 mol

%

n d 3,720

x

d = 99,9 mol

%

(destillatie-eis) n k

=

0,18ö x k = 1,99 mol

%

(berekend)

Grafisch werd nu gevonden, dat

R

,

=0,46, waarbij voor de optimale

mln

reflux-verhouding(R t~ êen waarde van

2

werd aangenomen. Ret aantal op

theoretische schotels bleek 12 te zijn. De ~jfde schotel was hierbij de voedingsschotel. (zie grafiek, bijlage)

Bij een schotelrendement van ongeveer 45

%

vindt men 26 prac-tische schotels, waarbij de zesde schotel als voedingsschotel optreedt.

Ret aantal practische schotels in een vacuum-kolom mag niet te hoog zijn in verband met het feit, dat een toenemend aantal schotels een steeds hogere drukval veroorzaakt. Dit vergt een hoger vacuum, waar-door de waar-doorzet waar-door de kolom daalt. (lit. 20, 24)

30

X FYSISCHE GEGEVENS

_{(lit. 18, 19, 20, 21, 22)}

mol.

kpt. verd. warmte _{soort. warmte s.g.} gew.

bij kp~. _{bij ~Pt. . j bij kpt.}

in oe _{kcal/kg cal/mol kcalL}

kgOe cal/ moloC g/ml

: bij 200e C 3H8 44 -42,2 100 4400 0,52 22,4 0,5 C 3H6 42 , -47,7 104,6 4400 0,52 22,4 0,5 b"

BOoe

, IJ 0,28 23,2 C 6H6 78 80 94,1 7340 _{bij 200°C} 0,80 0,40 31,2 152 74,6 8950 0,46 55,2 0,72 p-DIPB 162 210 63,9 10350 0,52 84,2 0,68 o-__ DIPB 162 _{203 63,0 10200} 0,44 71,3 0,68 tri-IPB 204 _{238 54,0 11000 0,51} 104 0,68 tetra-IPB 246 260 47,0 11580 0,52 128 0,68

XI

LITTERATUUR

1 . Lawrence,J.R., Polyester Resins, Reinhold Publishing

Corporati-on, New York (1960).

2 . To1and, W

.. G. en Nimer,E.L., Proc. Fourth World Petr. Congr. Secte

IV (1955) 39

3 . Wax,N. en Schaafsma,Y., U.S. 2.730.557 (1956)

4 . Chempatents Inc., Ned. Octr. 85.353 (1957)

5 . Fortuin,J.P.,Waa1e,M.J. en van Oosten,R.P., Production of

Aro-matic Dicarboxylic Acids, Proc. Fith World Petr.

Congr. Secte IV (1959) 205.

6 . de Keizer,A. en Max,N., Ned. Octr. 86.350 (1957)

7 . Brit. 778.014 (1957)

8 . Brit. 504.614

9 . Newion,A., Po1y-isopropylbenzenes, J.A.C.S. 65 (1943) 320.

10.

Brit. 647.493

11.

Oelderik,J.M.,Dissertatie, Delft (1958)

12. Petr. Ref. 37-2 (1960) 155.

13.

Ned. Octr. 65.551

14. U.S. 2.491.618

15. Max,N. en Schaafsma,Y., Brit. 749.187 (1956)

16.

Brit. 786.305 (1957)

17.

Brit. 841.424

18.

Rossini,F.D., Selected Values of Physical and Thermodynamie

Pro-perties of Hydrocarbons and Related Co.pounds,

American Petroleum Institute, Pittshurgh (1953).

19.

Dreisbach,R.R., Pressure-Volume-Temperature Relationships of

Orga-nic Compounds, Handbook Publishers Inc. ,

Sandus-ky, Ohio (1952).

20.

Eg10ff,G., Physica1 Contents of Hydrocarbons, 3 (1946) 166.

21.

Hodgeman,D., Handhook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber

Publishing Co., Cleveland (1952).

22.

van Haelst,R., Petr. Ref., 40-12 (1961) 136.

23.

Wenner,R.R., Theraochemieal Ca1culations, Mc Graw HilI Book Coap.,

Ine. (1941).

24. Perry,J.H.., Chemical Engineers' Handbook, Mc Gray HilI Book Comp.,

Inc. (1950).

-32

XI I NUMMERING GEBRUIKTE APPARATUUR (SCHEMA A)

i

-

r

I

ot---

~

-

-

....

-o\~

lt

:i

}-

---

~

~

~

.

1.---'\'" ' - - - l I . . - - - r - - <

U

~~

-

-

-

1

~

~---

- - -

--- -

-I

l

-

-

--

----.-.

~

t

:

_-

---

~

--

-

~

-

... _

....

[

-~

~

~~~--~~_I

,

Pi

~

I

~

i

----~---

_i

i

!

\

I

I J

t

~T

---

l

'

J...t

A

- - - - --- - - - - ,

!

~

I

~

t'<) tv) 1 i _._.---_ ...

__

....

_._--

~ f j

I

----r----

~

I

--I

'

L--

__ .. -_____ ._

.

.

..I

J~

_f'

_;:

:t

N I

~

I ~

i

~

t

~

I

r--- -.. ----... --- -- --. - -- ---.

---~

L

J

i

..

':~.::.

--.--.

---

--.-- ----

---.--_._---_._._._-

--,

!

I

1--- ---_ .. 1---

j-

-_._-_._---__

.

___

I

t ~ ... ~

r

--~

I

~---.-.-______ ., _ _ ..• _~ ______ J

,

..

-

---.--. ---.. --.-- ··

t

-.. --.--- ---J I

I

~

,

_ _

___________________ .

__

-

..

_

..

1

~

XII MATERIAALBALANS IN KG PER UUR (SCHDdA C)

i----

~j

( .1

!

!

~

!

~--+---

-v

~

I

~

---~~-

l:-

-

_i

______

.

~ ~

.

---'._'--'

I

)~---'--r-

'--:

t r i.

,

__ ._.

____

.

__

...

_

1

...

_

______ . __ _

" ..

--

---~ ! i

~

_o

_J ... ':1 1 ~ i 1 i i ~

L

___ .. _

.

_____

. __

---,

,

("

~

~~

,

y-

---_

.

•

L

..

_._. __

~

_____

__;

L

_

.... _

..

.

... _

.

' - - -

- - - -

..,--

---_

.... _.-...

-~

~ , / ~ ~ ~

f\

I

I

oV / / ~ ~

(

~l

.!? f ~\J Cl ... I't> ~ N

-

._.

~

---~-cv. () M, "'I'

X

oV 0 ~; I

I

i

I

I

~

N

l

I !

•

)

---

1

I

r\....---}-1

!

~---~ I , ~ ~

.:

-~.

_ _

. - -

-t

~

l

:

.•

~,---

'

D

.

"t-I

~

~-~_--..I

~

Q

'"

" .'t. .•

XII DOWTHERM-CIRCUIT (SCHEMA E)

..

~ :', Ç'7.-- Jtk I ~ " ;J I, ',' _.J. -281.

oe.

.--

...

IJ

!

Ir ~ ti ",:' _ .. I /

i

2Ç

I

/

I

'---._ - - ----

,..

-

_...--..

-, ~

z8z.°c

+', ~

,,'

"

--.. .. '

~

zJY2.

II(

-• ,. ~ _{~-'l ~. 2670}

_oe

.---( " .. '-( I .' .2.23OC

!

_I , 2;;'6'''

°c

I

!

_I i

/

Bl..lflvz-l-~

k

\

:2l.3

oe.

...

-

_{r - --,}

_{-_.}

-_._-- -~_.

--

r- - _- --

_-

- -.J

Het verband tussen x en ij, noodzakelijk voor het opstellen

van de Me Gabe-Thiele diagrammen, kan men voor ideale binaire

meng-s el meng-s vinden ui t de relati eve vluchtigheid ~ met behulp van de

vol-O(X

gende formule: ij = 1 _ x

+

ol. x

A.

Cumeen-ko1om .---~---~.----._---~ p in mmHg eumeen Prest in mmHg 152 760 148 5,14 160 860 178 4,83 170 1000 241 4,14 180 1135 314 3,62 190 1275 424 3,01 200 1415 545 2,60 216 1620 760 2,13

_._._--_.

__

... '---_._---~-

---B. Tri-IPB-kolom

I

--'--

;

'-~

'

:-

"'~

~~

--"-- ._-.

~

.

::~

'

~

..

~

.

:~~:

" .

:~~

~

..

'"

;:~::~~~

.

~

'

:~

.

~

--

~

-

--'---_ ..

-:

-

1

.r----~-.--:--

."-.---... --.---.-...

~

.... ---- -... ---

---.

-4

I 218 380 170 2}40

I

! 225 470 200 2 , 35

!

i

230 540 225 2,40

i

235 650 250 2,60

I

240 765 285 2,68

I

L

247,5 ... ___ : 0_ _ _ _ __ ..

~

80

_ _ ,. 2,

3~

_ _

.-J

aeIIstsqo ted

"I00V x{jI911.ft~booa

,ti

as

x

asssut

baad'uv .teB

-~aem

9"1iaald

slasbi

'IOOV

asm

aax

,aemma"l~lb

sIeidT-.djD

oW

eb aBV

-Iov

9b

asv qlurled

tem

~H.mm

ai

_tes"lq

~Hmm

ai

a9smuo

q

:)0

al

T

t>I,a

St>I

Oai

SaI

S8,!>

8i!

Oa8

081

t>I,t>

It>S

0001

01'1

sa,

e

t>I6

aEU

081

IO,S

t-Sl'>

aiSI

OQI

Oo,S

èJ!>a

aI!>I

OOS

el,S

oa\'

OSoI

aIS

~Hmm

ai

q

a:QI-.6'1tst

~Hm.m

aia:qI_i"lt q

:)0

_al

_T

Ot>,S

OH

08e

8IS

ae,s

OOS

Oï~ _S

O!>,S

ass

ot>a

OES

Oo,S

oas

oaa

aes

80,S

a8S

aal'

Oj.S

ol

Ol

~)( 0 '.

Of

ot

06

60

.30

-' 20

_,

.-

~