Een fabrieksschema voor phtaalzuurananhydride bereiding in een gefluidiseerd katalysatorbed

" . - r ' - - - _ . , _{- - -} ~

r;'1

ft

0

... -.... ... " , ... ! :

t _ ... ... ~(A. •••• ~.": •• <~

..

\.(

...

. . .

...

~~ ...:t: ':--4... _{. ... ... ...} ~o ... f'h~ .~ _......l4,",,-,",-_... ~ _.... -..:.~ "'- ... d _{"' 0 ' ....} iole _. ~~ _... .... &.\~.'" _{\ ,.}

...

~.~

...

~

..

~.

"'!-:

...

~.e

,

f·

L"':~

.~.

(~.~

.

=.~

.A

...

J~

...

~

.

.j ... , ... .

.... ... ... ... .. ...

_

...

·

1

·

,

· ..

1

..

:

..

J ....

1

..

, ..

...

~."

..

~.~

..

~.~

..

.

~

...

.

... ... ... _ ... , ... ...

.

~

A.Y .•.. Q.ClI ..

~

.. :l ..

~. ~

.... ">t;\r. . .

~

.~

~

...

~

... ..

_ _ __ __ __ _ _ _ 4 _ _ _ _ _ _ _ _ _ "

-1 i

I---L...L-.

EEN FABRIEKSSCHEMA VOOR PHTAALZUURANHYDRIDE BEREIDING

--- IN EEN GEFLUIDISEERD KATALTSATORBED. =====

=========================================== Opdrachtgever: Prof.dr ir F.M.Heertjes. Samensteller: J.J.M.Rijpkema, G.v.Oostenstraat 32, Delft.

I N H 0 U D: _bldz.

Inleiding: AI. Handel in grondstoffen en product. 1 B. Keuz~e van de grondstof. 1

C. Het product p.z.a.

Hoofdstuk I. Hoofdstuk II. Hoofdstuk 111. Hoofdstuk IV. Hoofdstuk V. Paragraaf: Eigenschappen. Chemische toepassing. Veiligheid. Marktcijfers in Nederland. De literatuur. De proceskeuze. Het bewerkingsschema. Het stromenschema. Procesbeschrijving. 1. Smelttank 2. Verdamper. 3

3

4 4 5 6 9 10 11

3.

Het op gang brengen van installatie. 12

4.

De nEconomizer.

5.

De reactor: a. Katalysator.

13

b. Constructie. 14

6. Stoomgeneratie. 15

7.

Reactorbeveiliging. 15

8.

Condensor - Gaskoeler - Uitsmeltkast.

16

9. Bijproduct-winning. 17

la. Afgassen. 17

11. Ruw product-zuivering. 18

12. Vacuum destillatie. 18

13. Condensor en Vacuumpomp. 19 14. Stolwals. Een uitgebreide berekening. 20

Besluit. 22

Aanhangsel. Een volgberekening bij het stromen-schema; dezelfde nummering als in dit schema is aangehouden.

---

1/) i ~ \t' (' ) i.. . v , \..

L

_{'v Vl y"} L" _{. \} ~t . IUt..(. I ~ . l" ~~ LU.

I

1 . ' Î

i"""'"

:;:, ç 1

EEN FABRIEKSSCHEMA VOOR PHTAALZUURANHYDRIDE BEREIDING

"

IN EEN GEFLUIDISEERD KATALYSATORBED.

Inleiding. A. De Handel in grondstoffen en product (Algemeen) Reeds in 1954 verschenen er publicaties in de chemische pers, waaruit een toenemende wereld-behoefte aan

phtaalzuur-anhydride (p.z~a~ bleek, vooral in de Verenigde staten (Chem.

Eng.News 1954,

22,

2052). In de Verenigde Staten ontstond een

tekort zowel aan p.z.a. als aan naphtaleen. De Europese lan-den begrepen, dat de export-inkomsten met het 3~4-voudige verhoogd zou kunnen worden als men niet naphtaleen naar de V.S. uitvoerde, maar in plaats daarvan het uit deze grond-stof bereidde product p.z.a.

Hierdoor stegen de naphtaleen pr~zen in Amerika van

t

$ ct in 1938 tot 4 à 6 $ ct in 1954, maar nog bleek het gebruik van een andere grondstof maar ten dele economisch. Toch werd reeds rond 5

%

o-xyleen als grondstof in dit land gebruikt. In 1954 bedroeg de p.z.a. productie in de landen

Nederland, België, Zweden en Denemarken gezamenlijk 20 • 106

lbs/j. Dit komt overeen met ~OO tij. In elk van deze landen bevond zich toen één fabriek.

B. De keuze van grondstof uit import en export cijfers, voor Nederland, verstrekt door het C.B.S.

Tabel I.

Grond- Jaar Jaar Overschot Prijs

stoffen Jaar invoer _t. Uitvoer _t. t. _Imp. fit. _Exp.

Xyleen 1954 3148 64 - 3084 520 750 1955 1865 323 - 1543 Dec. 430 530 1956 Apr. 309 310 + 3 1956 Aug. 867 637 344 Naphtaleen-olie 1954 0,4 0,0 0,4 600 1955 0,8 0,0 - 0,8 300 1956 Apr. 0,0 0,0 0,0 1956 Aug. 0,4 0,0 - 0,4

---

-I·

2

vervolg Tabel I.

Grond- Maand Maand Overschot

Jaar invoer uitvoer

stoffen _{t. t.} t. Prijs

fit

Imp. Exp. Ruwe en ge- 1954 384 575 + 191 181 270 perste 1955 175 736 + 561 naphtalee~ 330 290 1955 Dec. 114 274 + 160 1956 _{63 818} + 755 tot April 1956 Apr. 75 862 + 787 1956 _{115 708} + 539 tot Aug. 1956 Aug. 74 490 + 371 Naphtaleen-derivaten 1954 651 2297 + 1646 310 410 1955 1269 3590 + 2321 440 570 1956 _{563 1521 + 1416} tot Aug. , 570 750 Conclusies: 1) Het o-x;x:leen.

Ofschoon de binnenlandse markt zich verbetert, is er nog geen sprake van een overschot aan deze grondstof.

Aangenomen, dat bedoelde Xyleen voor de helft uit o-xy-leen bestaat, welke alo-xy-leen voor verwerking kan worden ge-bruikt, verhoogt dit de pr~s tot het dubbele.

Verwerking van o-xyleen tot p.z.a. is in Nederland nog niet verantwoord.

2) Naphtaleenolie.

Opvallend is hier het evenwicht op de markt. Naphtaleen-olie bevat slechts 40-60% naphtaleen. De pr~s is afhankel~k

van dit naphtaleen-gehalte. Voor de bruikbare component, naph-taleen, wordt dus

l~ X

f

450

~

f

1~0,-

per ton betaald.

De verwerking van deze grondstof behoeft bovendien extra voorzieningen in de warmte-afvoer (J.Apl.Chem.l,5l3-21 (1953). 3) Ruwe en geperste naphtaleen.

Het binnenlands overschot is groot genoeg om een afname van ca. 200 tlmaand te rechtvaardigen, ter~l ook de import

- - - -

-4) Andere naphtalenen.

Deze naphtalenen hebben dezelfde nadelen als naphtaleen olie. N.l.: Een extra warmte-afvoer, en lagere naphtaleenge-halte dan pers-naphtaleen.

B~ een tekort aanpers-naphtaleen zal eenvoudiger over-d ... ",

gegaan kunnen worden tot deze grondstof ~ tot naphtaleenolie.

/ Generale conclusie:

B~ de keuze van een grondstof moet in aanmerking worden genomen:

a) De proces~omstandigheden: zoals reactiewarmte die vr~ komt, de handelbaarheid van een vloeibare grondstof boven een vaste grondstof enz., pr~s van de installatie voor verwer-king.

b) Het rendement van de reactie. c) Het grondstoffen overschot. d) De grondstoffen pr~s.

Deze factoren tegen elkaar afwegend l~kt grondstof

3

de beste. Terw~l b~ een tekort hieraan eerder overgegaan zal wor-den op 4 dan op 2.

C. Het product P.Z.A. 1) Eigenschappen.

Zuiver phtaalzuuranhydride is een stof met d2

2

=

1,527, een smeltpunt 130,80C, een kookpunt 285°C. Het is oplosbaar in alcohol, slecht oplosbaar in water en aether. In water ont-staat door hydratatie het phtaalzuur.

2) Chemische toepassingen.

Het wordt gebruikt voor de bereiding van phenolphtaleme, eosine en alizarine kleurstoffen. Het is een grondstof voor alkydharsen, en het polyallylphtalaat. Veresterd met een oc-tylalcohol is het een weekmaker voor polyvinylen en cellulose-acetaat. Met diaethylphtalaat denatureert men alcohol. Dime-thylphtalaat is een insectenverdr~er. Ook de parfumindustrie verwerkt phtaalzuuranhydride. Anthranilzuur, benzoëzuur,

phtalimide kunnen uit p.z.a. worden bereid. Cu, Pb en Co phtalaten z~n dD8&g-katalysatoren voor verf.

IJl(

ad 1) TAB E L III.

OVer- de' katalysat,or en reactorkeuze.

NQ I Bron Aute.ur I Katalysatorsamenstelling

%

Contaet- Levens- _C10H18 Opbrengst Opmerkingen.

tijd duur _{l~cht. (mol %)} (%) m.z.a. =

maleine-V2

°

5 1 K2S04

I

Si02

I

andere sec. _p.2.Q.. zuuranhydride.

10:2 ~ 2om.z.a. NCh

=

Naphtochinon

1

B. 1.

o.

S. 1597 5 50

3

13

85-400

ti

jaren 82-87% 2 % NCh. \ 3000:. _{7 % CO} CO

=

Koolmonoxyde \ C02.

=

Koolzuurgas. \ 2 U~S. 2:.2:94.130 F.Porter (1943) + + +

I

p205 4

3 Ind. Eng. Chern. R.N.Shreve (1943)

I

+ +

0,1-20%

I

I

76

.li,

279

4 Helv.Chim.Acta ( 1947) 112,5

I

25 + 1 0,·4 430 2,5 15% NCh.

2.9.-,

273

5

u.s.

2.526.684 Ag/Ce Dest.residue 1,35 %

6 Britt. 702.616 Fugate Tribit (1955) 3-25 20-50 40-70 0,05-5 Geschikt voor fluid

bijv. 10,2 41,7 48,6 0,3 Ce 5-8,5 330-370 2 maó.nden 1 ,5 80-85 _ bed. Deeltjesgrootte 40-150

p.

,'--.- """"f Sltitvast.

/

7

u.s.

2.491.500 J.P.Laogwell (1950) ?

0,5

10500F 0,8 87 10% m.z.a. Moving bed reactor.

Strippen met stoom.

8

u.s.

2.616.898 CuO 10000F "Moving bed" met

, / goede warmteafvoer.

.~~'

9 Britt. 705.612 J.Robinson (1954) 110.,71 43,5 1 43· Komplete bereiding

Deeltjesgrootte 200 B. S $,. 10 Japan 1412 Hideo Suata (1942)

Hst

33,5 57,5 355 1/6 vol

%

79

1.1 Japan 2512 Hideo Suata (1952) 33,5 57,5 340 1/6 vol

%

_ _ '7 81

dan ₂₀

70 600.

10 _{m. z. a. CO}

12. I Ind.Eng.Chem. Kinney (1,952)

I

10 23 65 375 wisselend 0,1-3 90 2,1 25;2 Vast bed met

kor-l±2,

2180 vol % lucht reIs 10-20 me.s ~ .

7,5 0 0

A~g%,

400

₇

_~

5,8 21,2 13

I

J .Appl.Chem. Shelmerdine (1953)

~0,8

I

37,31 45,31 2,5-5 385 ,262

1.

g 86 .}, 513 990,7 l. 14

S

2 g 74,5 3,2 6,2

I

Er is verschil in

op-41 1. _{brengst bij naphta- ,}

leen van verschil-lend type.

14

u.

S. 1.489.741 A. E. Craver

Ü91.L(}

ranadiumaxyde _{oxyde katalysator} + molybdeen- _{t a , Cu, Pb, Co, Al}

en Cd.

15 U. S. 1.971. 888 A.Wohl (1934) Vanadiwnoxyde 400 Verlagen de

op-brengst door

maleine-~,?-ur vorming.

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

-5

HOOFDSTUK I.

De literatuur.

Ttjdens het uitwerken van het proces zou de

literatuur-ltjst voortdurend kUilllen oltjven aangroeien. On toch het

on-derzoek overzichtelijk weer te geven wordt de literatuurljjst

verdeeld in publicaties:

1) Over de keuze van de oxydatie katalysator.

2} Over de condensatie van de reactiegassen.

3) Over de zuivering van het ruwe p.z.a. tot

handelskwa-liteit.

4) Met betrekking tot het proces.

5) Van algemene aard.

Opnerking:

Niet op de literatuurljjst zjjn vermeld: Handboeken,

appara-ten atlassen, encyclopaedieën, standaardwerken en taoellen

welke o:ij de berekening werden georuikt.

TABEL 111. ad 1) zie B:ijlage. ad 2) De condensatie.

NQ Bron Auteur Methode

16 u.s.2067019 R.Riegler (1937) Condensatie van p.z.a. in een

koelkast. Gecondenseerde

kristal-len worden er met een schroef

-transporteur afgeschraapt. 17 18a b 1'9 20 21 U.8.2455314 U.8.2692657 Britt.715384 U. S. 2702091 Bri t_t. 684649 K.F.Pietsch (1948) E.Barton (1955)

c.

S. tffii th

lf

~

')

~)

.

Condensatie in grote koelkamers.

De kamers worden van het

p.z.a.-aanslag ontdaan door bjj

tussen-pozen te verhitten tot 1,30°.

Een veroetering van N2 17, door

i.p.v. koelkamers een schuin

op-gestel.de "Lieoig"-koeler te

ge-bruiken.

"Moving Bed" van korrels met goe-de1lm'!llte-overdracht. Hierdoor kan

een kolom worden geoouwd met een

aparte Naphtochinon,

phtaalzuur-anhydride, maleïnezuuranhydride

en water aftap.

ad

3)

De phtaalzuuranhydride zuivering.

U. 8.266290,1 (1952) _{P.z.a. verhitten met 0ö2-1% NaHC03}

gedurende 8 uur b:ij 285 C. Gevolgd

door een vacuum destillatie.

I"

. _ - -

._-~--6

Vervolg ad 3)

22 Ja:pan 3070 ( 1951 ) 200 g p.z.a. geeft na 8 uur

ver-hitten met 6 g A~83% zuiver

anhydride. e e.Io. ';;

r>'ö

rt."ö ~t.. ~

23

U.S.2486808 (1950) P. z. a. met 1-5% NH

a

HS04 6 uur tot

G. Steakly koken verhitten. 8

%

rendement aan

handelskwaliteit p.z.a.

ad 4) Publicaties met betrekking tot het proces.

N2 24 25

26

27 a<i !2} 28 29 3,0 31 32 33 34

Bron Auteur Inhoud

U.S.2536833 ( 1951 ) 1,4 Naphtochinon winning met

NaHC03 uit ruwe p.z.a.

Chem.Eng.News ~, 2052 (1954) Grondstofproblemen in de phtaal

-zuuranhydride :produc-tie.

Petr. Ref. ~ Nov.162 (1953) "Flow diagram".

U. S. 2676180 (1954) Schoonmaken van condensoro

pper-H.E.Frank

Literatuur van algemeene aard. Chemical Engineering Kinetics Fluidization

J .A. C. S.

§1b

2917 (1942)

Proces Heat transfer 570-575

Ingenieur 68, ch.61 (Oct .1956)

Unit processes in organic

Synthesis 455

Chemical :proces Industrie s S~O

HOOFDSTUK II. De proceskeuze.

vlakken van p.z.a.

lossing b:ij 800.c. met NaHC03

J.M.Snith (1956) D. F. otbmer- (1956) H.T.Brown, J.C.H.Frazer. D.Q.Kern. T.M.Reichert. P. H. Groggins (1953) R.N. Shreve (1i956 ).

Het ,proces is te verdelen in 5 delen:

Het naphtale en verdampen. Katalytische oxydatie.

op-1)

2) 3)

4)

5) w'i",,,,

Ruw :product ~ing door gefractionneerde condensatie.

Ruw product zuivering.

_ _ ---L- _ _ _

7

ad 1) De verdamping, van naphtaleen.

Mogel.ijkheden: a. Verdampingsketel met lucht doorvoer. (litt.\~;~'1)

b. Spirl;lalverdamper. (litt .• 1).

c. Filmverdamper.

d. Naphtaleen sproeien in lucht.

e. Naphtaleen sjjpelen over een gepakt bed

waarin lucht wordt geblazen.

Gekozen werd een verdampingsketel, voorzien van een

spui. Deze is bedr:iji'sz.eker en verlang~ niet. veel onderhoud.

De persnaphtaleen bevat o.a. 0,3

%

onoplosbare stof'f'en;

deze hopen zich in de ketel op en kunnen dan, als dit nodig

bljjkt, worden gespuld. Een spirl?-al of' f'ilm verdamper

onder-dool-- ... ""\.<.o .. !ol:.III\~

vindt echter overlast~zodat elke twee maanden een dikke

vuillaag moet worden verw:ijderd. Deze werkzaamheden nemen een

halve tot een hele dag in beslag.

Een naphtaleensproeier in lucht kan verstoppen en

ver-sljjt snel. Deze eist dus voortdurend toezicht.

Î Een gepakte kolom is te duur. ad 2) De katalytische oxydatie.

Uit hoof'dstuk I ad 1 is een keuze niet moeiltik.

De sl:ijtvaste katalysator, vermeld in litt.

b

,

is

ge-kozen.

ad 3) De ruw product winning door gef'ractionneerde

conden-satie.

De methode met de schroef'transporteur wordt niet meer

toegepast wegens sljjtage van de koelwanden.

Een "Moving"bed" separator moet nog als te

experimen-teel worden beschouwd.

~~

Het principe, niet de uitvoering, van de octrooien is

in dit schema toegepast.

ad

4)

Ruw product zuivering.

Hiervan geef't hoof'dstuk I ad 3 een overzicht. De

kata-lysator _AlCl3 is zeer hygroscopisch en ontleedt aan de lucht

onder vrijmaking van het stekende HCl. Niet erg geschikt dus

voor toepassing op industriële schaal.

~e.t-I(t:.

De katalysator NH4HS04 ~ het snelst en levert een hoog

rendement. Het is echter nogal corrosief', zodat kookketels

---~--- - - -

-8

worden aangetast bjj deze hoge t emperat.uur. IDnaille

kookke-I:.c. oa .. b ... 'Lc.~~

tels zjjn bjj deze hoge temperaturen eveneens niet ~ êktig.

Van het NaHC0

₃

is echter weinig nodig. Het rendement is

,,",ee.e~

rond 80%. Het octrooi vrjj maseöea. Ketelplaat wordt door

dit reactie-mengsel niet aangetast.

Een nadeel is de langere kooktjjd dan bjj N~HS04. Bjj

goede isolatie van de ketel is dit nadeel echter te el:iJni

-neren. Lmmers dan kost alleen het opwarmen energie.

ad 5) Hiervoor werd gekozen een systeem, dat volledig au

-tomatisch is. Een stolwals met anlerp-inrichting op een

eindeloze rubber-band, welke naar de p.z.a. opslag voert.

De ruimte wordt geventileerd door twee afzuigtrechters

_---1- _ _

9

Hoofdstuk III.

Het bewerkingsschema.

B~ de proceskeuze is reeds een indeling gemaakt. Wordt

deze indeling aangehouden, dan kunnen in deze

5

hoofdbewer-king worden ondergebracht:

1) Naphta1een verdampen-.

a. transport vast naphtaleen naar smelttank b. smelten.

c. Mengen met lucht.

d. naphtaleen en lucht dosering. e. warmtetoevoer.

f. spuien van onzuiverheid. 2) Katalytische oxydatie.

a. In tegenstroom reactiegassen opwarmen productgassen koelen.

b. Reactor koeling en temperatuur controle.

c. Lucht stroom door het "fluid bed~ homogeniseren.

d. Katalysator scheiding uit productgas. 3) Ruw product winning.

a. Koelen tot merendeel van het product condenseert. b. Voorziening om periodiek te kunnen uitsmelten. c. Scheiding gecondenseerde p.z.a. vlokken uit het

gekoelde gas.

d. Warmte toe- en afvoer.

e. Opslag ruw product. 4) Ruw product zuivering.

a. Katalytische condensatie van chinonen en andere onzuiverheden door koken.

b. Vacuum destillatie.

c. Warmte toe- en afvoer.

d. Opslag Voorloop- en Ketelproduct. c. Tijdelijke product opslag.

10

5)

stollen en definitief opslaan.

a) Product zonodig voorkoelen tot smeltpunt.

b) Stolwals met afwerpinrichting.

c) Vervoer vast product naar opslag.

d) Koeling van de wals.

e) Afzuigen van damp boven stolbad en wals.

Tot bewerking

3

is het proces continu.

Wel geschiedt het uitsmelten periodiek, maar de

rest-gas aflevering is continu.

Het ruw product wordt ladingsge~s gedestilleerd. Het

stollen kan het best om gezondheidsredenen continue worden uitgevoerd.

HOOFDSTUK IV.

Het Stromenschema.

De productie over het hele proces bestaat uit: Stofproductie Energieproductie Handelsproduct. B~producten. Afvalproducten. Stoomproductie. Warmwater productie.

Het verbruik over het hele proces bestaat uit: Materiaalverbruik Energieverbruik Grondstoffen. Katalysatorverbruik. Stoomverbruik. Koelwaterverbruik. Electrische energie.

Het stromenschema is nu zowel uit een stofstroom als uit een energie stroom samengesteld.

De stofstroom is de weg, welke de grondstof aflegt tot uiteindel~k handelsproduct.

Een Koelwater-Warmwater-Stoom Kringloop vervult de rol van energie stroom. Deze kringloop is gecentreerd om de reactor.

De destillatie wordt in dit schema doorgerekend per

11

uur als per ladin~htaalzuuranhydride. Evenredig met de

grootte van de verwerkte lading, uitgedrukt in

productie-uren, wordt dan de juiste grootte van de energie-behoefte

gevonden.

In het stromenschema zijn de numerieke waarden vermeld

b~ elke bewerking, gevonden uit de stofbalans voor elke

be-werking. De samenstelling van het reactie- en productgas

in de reactor hebben een massaverschil van 1%. Dit moet

wor-den geweten aan de nauwkeurigheid waarmee in de literatuur

(1 - 12) analyse gegevens werden verstrekt.

Een volgberekening van dit stromenschema is te vinden

in het aanhangsel.

HOOFDSTUK V.

Procesbeschr~ving.

1) De Smelttank.

Per schroef transporteur wordt naphtaleen gedoseerd aan de smelttank.

Deze tank heeft een stoommantel, waarin gereduceerde

stoom van 8 ata condenseert. Door een k~kg1as kan het

ni-veau worden gecontroleerd.

Hoge temperaturen moeten worden vermeden om de

damp-spanning van de smelt (naphtaleen-verlies) en wand-ox~datie

(ongewenste b~reactie) laag te houden.

Inhoud c.a. 12 productie-uren. Materiaal is ketelplaat.

Aansluitingen: Stoomleiding 11 _{_.---.,} mmo Naphtaleen afvoer

2) De verdamper.

Deze druktank, eveneens van een stoommantel en een

k~kglas voorzien, heeft verder nog een ringvormige

geper-foreerde luc~t inlaat op de bodem van de tank. Met een

"Positive displacement pump" regelt de operateur de toevoer van vloeibare naphtaleen. Het niveau in de verdamper moet

constant worden gehouden. De naphtaleen-dosering in het

re-actiegas is te veranderen doorr)Een hoger naphtaleen niveau

in de tank, waardoor de weg van de lucht door de vloeistof

~,f),.beV\. -(!)V\I\ 4!!l dep\ CA. he \1\.

I

I~ I . 12

b) Een andere temperatuur in de verdamper (Max. 1500C) •

c) Meer primaire lucht.

Materiaal: ketelplaat. Stoom gereduceerd tot 8 ata. Aansluitingen Lucht- en dampleiding D = 180 mmo

Naphtaleen toevoer 11 mmo

Luchtsnelheid in verdamper 0,13 m/sec. Diameter verdamper 1500 mmo

3) Om de installatie in bedrijf te stellen is een "Strip heater kast" in de dampleiding aangebracht. Deze bevat 100

"finned stripheaters" waarvan ieder een vermogen van 1,5 KW kan leveren. Voor het opwarmen van het reactiegas is

l35 KW nodig.

Litt. 1 gebruikt een electrische opwarmkast met een

maximaal vermogen van 180 KW.

Materiaal: Chroom-staal. Afmetingen Kast: 1000 ~ 400 x 400 mm3 • Merk "Sunvic".

Het opgewarmde gas wordt door de economizer gevoerd,

het productgas echter wordt tijdens het opwarmen omgeleid

naar de gaskoeler. 4) De "economizer".

Dit is een platen-warmtewisselaar. Het ontwerp heeft

litt.

32

ten grondslag. De afmetingen zijn zó gekozen, dat

de gassnelheden van om en in de platen coëfficiënt is dan Afmetingen. product- en gelijk zijn. De maximaal. / s ~ ... 0<.> " ' " rea to

.

1\1 ctiegas respectievelijk tale

warmte-overdrachts-,

~

d . , I I . <; te.V\. ",ribbels / ~ .. ~'--~

_t

/

i

0

I

_I

,

•

i ,

•

=>t:.Ir-(!)(l) "'" OlM d"C' ~\",,\;e.~.

~ :····t·_~

1

=

4

m;

h

=

1,5

m; a

=

0,8

m.

Aantal platen: 34. Afstand der

mm. Dikte der platen: 2 mmo

breedte: 16 Á 15 + 16 ~ 10 + 2 0,48

m.

Verwarmend oppervlak 190 m2 •

platen afwisselend 10 en 15

Gassnelheden in en om de platen en debiet: Reactiegas:

koud 3,2 m/sec. 0,632 m3/sec.

warm: 5,2 m/sec. 1,12 m3/sec. Productgas:

koud 3,4 m/sec. 0,83 m3/sec.

5

7 /

1,33 m3/sec.

warm: , m sec.

Gasaansluiting:

koude zijde : D :; 180 mmo Warme zijde D

=

250 mmo 13

5) De reactor. a. De katalysator.

. 1 12 1 33

Gemiddeld gasdebiet in de reactor 1S: ~ + ~ = 1,22

m3/sec. Defluidisatiesnelheid berekend met de formule van

Go de.. -3 / j B g de 1

Van Heerden: _{'n -}- 1 25 10 _{, . • 2 ·} --_B

• ~ e

waarin:

Go "- massastroomsnelheid.

''1

= viscositeit gas.

de = deeltjesgrootte. g = val versnelling.

Be

=

Vormfactor. J') B-- soortelijke massa

los-gestort bed.

en die verkregen ~ met een empirisch nomogram;

Chem.Eng. 62, 189 (April 1955) zijn voor verschillende deel-tjesgrootten: de in p Fluidisatiesnel-heid in m/sec. Van Heerden Empirisch 90./ v 0,005 0,015 120 _, ~ 0,025 l40~ I 0,010 0,032 Wordt een reactor-diameter aangenomen D

=

5 m, dan is de snelheid Vo

=

0,063 m/sec., b~ D = 8 m., _Vo = 0,024

m/sec. Een fluidisator met een diameter van D

=

5 m en een scheider D

=

8 zou dus geschikt zijn voor deeltjes met grootte de. = 140 .:!: 20

p

'

.

De snelheid in de fluidisator is 2 t de

fluidisatie-snelheid. De bedexpansie is dan 50%. Een contacttijd

L

van

8 sec. is gewenst. De bedhoogte is dan h

=

t

V, waarin V =

- - -

~--14

v

Vo é. bed bij 50% bedexpansie = 0 ,60

~

h

=

8 • 0636

=

= Sbed '

850 mm geëxpandeerd bed. Dit komt overeen met een losge-stort bed van 56 cm hoog. Er is dan nodig 0,56 x 5,02 •

~

=

11,2 m3 losgestort bed met een deeltjesgrootte tussen 120

en 160~ en een samenstelling vermeld in litt. 6 .

b. Reactor constructie.

De reactor is direct op de economizer aangebracht,

hiermee wordt de hinderlijke wandoxydatie onderdrukt. Het

binnenkomend gas ontmoet een filter met grote weerstand

(1 - 0,1 p.s.i.), welke tot taak heeft de gasstroom

homo-geen te spreiden over de reactor doorsnede. Hiervoor kan een zg. "F.S.S."-filter genomen worden van de "Fall Fil-tration Company", maar de prijs is dan voor deze afmeting c.a. 615 $. Een Nederlandse firma brengt zogenaamde "één-zijdig electrolytisch aangegroeide filterplaat" in de han-del. De prijs van zo'n verdeelfilter is c.a. f 300,-. Filter en reactor-bodem zijn afneembaar.

Het katalysatorbed rust op een hierboven gelegen

70

Msh zeef van roestvrij staal. Het is nuttig in het fluidisa-tiegedeelte van de reactor zowel stoompijpen als wand, van een slijtlaag te voorzien: de wand door het aanbrengen van een slijtvaste cement, de stoompijpen door het omwikkelen met slijtband. In het wijde deel boven de fluidisator wordt de snelheid kleiner dan 2.4 mm/sec. en komt dus beneden de fluidisatiesnelheid. In dit wijde gedeelte is een mangat aangebracht en een kijkgat.

De

70

Msh zeef heeft een trechter en een klep om de katalysator af te voeren. Op het dak kan door een gelijke trechter katalysator worden toegevoerd.

Door 4 lIStarfilters" van poreus roestvrij staal wordt het product-gas van de nog meegesleurde katalysator-deeltjef gescheiden. Deze sterfilters hebben een totaal oppervlak van 4 K

9

sq.ft.

Pall Filtration Company brengt deze onder S 1112-9 voor 120 $ per stuk in de handel. Fijnheid "Grade D", d.w.z. poriën van c.a. 40 ._{I "} • Het oppervlak is van aangehechte ka-talysator te reinigen door terugblazen met perslucht. De reactor kan hierbij in bedrijf blijven.

_ -L--- _ _

15

•

Het reactor-materiaal is b~ voorkeur V~ staal. maar

JilLUl ft sit l§l! Ii e lp 1 E t 8 ijn •

6. De stoomgeneratie.

Het principe is dat van een Le Montketel.

Voorwarmer • Het voedingswater (980C) wordt door een

voe-dingpomp in een voorwarmer, bestaande uit 50 duimse p~pen

in een bunde 1 van een lengte .,_ • van 2 x

5

m, gepompt.

Pljp-wanden z~n 3 à 4 mm dik. Materiaal moet V_2A staal~z~

even-als alle andere p~pen in de reactor. De p~pen van de

voor-warmer bevinden zich maar nauwel~ks in het katalysatorbed.

De warmte-overdrachtscoëfficiënt wordt hier hoofdzakel~k

bepaald door het gas om de

p~p.

U

.~

50 kcal/ho

°c

.m2•

In de dom arriveert dit voedingwater op het kookpunt

'bij dIJ r1 FO!!l i ti de dOm., n.l. 2500C.

Verdamper. Een circulatiepomp, welke het tienvoudige van

het te verdampen rondpompt, dr~ft het water door de

stoom-p~en. Deze verdamper bestaat uit een bundel van

90

duimse

p~pen, ieder 2 ~

5

m lang. Wanddikte

3

à 4 mmo De

warmte-overdrachtscoëfficiënt U

~~

300 kcal/h.oC.m2 •

De oververhitter. De warmte-overdracht is hier voornamel~k

bepaald door de weerstand in de sto • U

~

30

kcal/h.oC.m~

Neem een oververhi~ van

5

à 100e dan z~ nodig:

10 hal~duimse p~pen elk 2 Ä

5

m lang. Wanddikte 2 à

3

mmo

7.

Reactorbeveiliging.

De voedingpomp en circulatiepomp z~ zeer essentiëele

onderdelen. B~ uitvallen hiervan valt de circulatie weg en

daardoor de koeling. Een reserve van deze twee, welke

steeds bedr~fsklaar moeten z~, is dus nodig. Een flinke

koelwater-voorraad is ook nuttig, waarin kan worden

voor-zien door een diepe put onder de koeltoren.

Als extra beveiliging kan de primaire luchttoevoer in

de naphtaleenverdamper worden uitgeschakeld als de

tempera-tuur in de reactor onrustbarend st~gt, hetz~ door een

de-fect in de koeling, hetz~ dQor ~f~ing in het verbrandings

\

"'- '1

t-c.a..r

e.. .... cl~ ...

mechanisme. Is de oxydatie ~ vOlledig, zodat er meer

warm-te vr~omt dan de stoomgenerator opneemt dan kan als kleine

beveiliging: of de gassen direct in de lucht worden

ge-~. .*~

spuid, of tussen omloop en economizer worden verdeeld. In

... r1~A:; vt.A~..t -vi ~ (~- 'tl e&N.L -~...L.

...

\

"'It ...

~ (t;) 0 \

16

·beide gevallen verminderd men de efficiëncy van de

econo-mizer. In het laatste g~val is er meer koelwater nodig in

de gaskoelers.

Zou de electriciteitsvoorziening uitvallen, dan komt

het hele bedr~f stil te liggen. Valt alleen voedingpomp of

circulatiepomp hierdoor uit, dan is het wijs ook de pers-lucht compressor stil te leggen.

8. De condensor - gaskoelers - uitsmeltkast.

. 0

Functie: a) Het productgas koelen tot 50

c.

b) Hierdoor condenseer_. .t het_. · phtaalzuuranhy-dride op het koel-oppervlak.

c) Het meegesleurde vaste phtaalzuuranhydride

te scheiden van het gas met een f~ filter.

d) Het gecondenseerde p.z.a. uitsmelten en

op-slaan in een buffertank voor ruw p.z.a •

. Daar de functie van het warmtewisselend oppervlak

zo-wel koelen, condenseren en uitsmelten is, moet dit

opper-vlak voldoen aan kritische afmetingen. ~

a) Het koelend

opper~iak

moet ca. 100 m2 zijn. b) Per uur wordt

;;;2

=

190 ltr afgescheiden.

Bij een laagdikte van I

mm,

bedekken deze 190 ltr. dus 190 m2 •

c) 'Er moet een turbulente gasstroom zijn in de buizen.

Nemen we 484 duimse pijpen van

5

m lang. Dan is het op-pervlak 190 m2 • De doorsnede is 484

~

(2,5)2 = 0,24 m2• Gasdebiet:

0,83

m

3

/sec. Dus de gassnelheid is V

= 3,5

m/sec.

V Dj? ,

Re = _»

=

13000.

De<gaSkOeler krijgt nu het volg&nde aanzien:

~

=

5

m.

D

=

1 m. Aantal buizen: Z

=

484. d

=

25,~

mmo

Afstand der

pijpmiddelpunUc~ = 40 mmo Aantal koelers:

3

stuks.

Werkschema: Iedere koeler koelt gedurende een uur het

pro-ductgas, waarna wordt overgeschakeld naar de tweede, enz.

In de eerste wordt dan tot 8 ata gereduceerde stoom

toege-laten en het condensaat uitgesmolten en in de buffer

afge-laten. De gasfilter wordt door terugblazen schoongemaakt, of door een nieuwe vervangen. Stoom wordt afgelaten na het uitsmelten, koelwater toegelaten en de koeler is weer ge-reed.

17

Het koelend oppervlak kan van t~d tot t~d worden

schoon-gespoeld met een warme NaH003-oplossing.

Het gasfilter kan zUn van poreus roestvr~ staal van

"Pall Filtration Company Grad C" ~/8" dik met een drukval

voor deze gasstroom van 0,1-1 p.s.i. Pr~s van één filter met

diameter D

=

0,18 m is $ 17. Dit ontwerp is aan de ruime

kant.

Theoretisch zou kunnen worden volstaan met 98 m2

koe-lend oppervlak. De afmetingen zouden dan worden":-

.t

=

5 m.

D

=

0,6 m. Z

=

250. m

=

15 (aantal p~pen op één diameter).

d

=

25 mmo t = 40 mmo V

=

7 m/sec.

De keuze van iets grotere afmetingen is gedaan, omdat het uit gas gecondenseerde p.z.a. wel eens zeer volumineus

kan zijn. VergelUk sneeuw-water.

---

-~~--Het uitgesmolten ruwe p.z.a. kan van uit de buffertank naar de kookketel worden gevoerd. Eem opslagtank voor 12

productie-uren ruw p.z.a. en een reserve z~n wel voldoende.

9.

B~product-winning.

Uit de afgassen kunnen nog b~producten worden gewonnen.

Dit kan gebeuren door uitwassen van het gas met water. Male ine zuur , phtaalzuur en e02 absorberen dan. Door

gefractionneerde kristallisatie z~n malelnezuur en

phtaal-zuur te scheiden. e02 is door verwarmen te winnen.

Zo'n b~product-winning dient in verband met de kleine

~- productie (8 kg p.z.a., 5 kg malelnezuuranhydride, 195 kg

002) wel vooraf economisch grondig te worden getoetst.

De markt opname in Europa aan malelnezuur is maar klein.

Een kleine overproductie kan dus een belangr~ke pr~sdaling

tengevolge hebben.

10. De afgassen.

Deze worden door een schoorsteen geloosd. Het afgas

be-vat echter 5 kg of 0,1 gew.% CO, ter~l 0,05% CO de

atmos-feer dodel~k vergiftigd. Dit CO-gehalte zou vóór de lozing

moeten worden ver.~~derd. Verbranding brengt het gas van 60°C

op 80°C. Een te lage temperatuur dus om vr~e verbranding op

gang te houden. De gassen moeten dus in een katalysatorbed volledig verbranden voor ze worden afgelaten. Als

verbran-dingskatalysator kan hiervoor f~n verdeeld Mn0

2 worden

ge-bruikt, welke in staat is bU kamertemperatuur CO tot C02 te oxyderen. (Maastunnel, Rotterdam: uitlaatgassen-reiniging).

18

\

Een punt van overwegin$ is ook om deze afgassen met

b~producten nogmaals te gebruiken. Door het hoge inert

ge-halte is de oxydatie dan beter te beheersen.

Zou 1/3 worden geloosd (1500 kg reactiegas ) en 2/3 op-nieuw gebruikt, aangevuld met verse lucht, dan zou het

zuur-stofgehalte gel~k bl~ven op

±

700 kg/h 02 tegen 3500 kg/h

N2 • Het gehalte aan b~producten en CO-gas wordt dan 3 maal

zo hoog.

(L, ...

~o ... l. ... ""'lA-"""~'rC>-E.1- Lil:l:..,~).

Stank-hinder wordt hierdoor belangr~k verminderd.

11. Ruw-product zuivering.

In Hoofdstuk 11 werd vermeld, waarom van NH4HS04 als

cond~nsatie-katalysator voor naphtochinon werd afgezien.

u Bii de kooktemperatuur (280

0

C) is V2A staal ~ niet

I'Ir'I .. H~tj'4

tege~estand, Eelfs niet onder stikstof. Wordt daarentegen NaHC0

3 als katalysator gebruikt, dan kan.de kookketel van

ketelplaat worden gemaakt. De aantasting van het kooksel is door stikstof-toevoer zeer gering.

Het opwarmen tot 240°C geschiedt met stoom van 40 ata en 250°C. Met electrische verwarming wordt verder verwarmd tot 270° à 280°C. Hierop wordt het kooksel 8 uur gehouden.

" ,I

De reflux ontstaat door een klein surplus aan electrische

energie toe te voeren (zie stromenschema 3 c en 3 d, ter~l

de koude destillatietoren de gevormde damp condenseert en

terug stuurt. Een p~enbundel van 30 duimse p~en, wanddikte

4 à 5 mmo _{materiaal V2A staal, ieder 2} + 2 m lang, is

vol-doende om het opwarmen in een half uur te doen plaats vin-den. De electrische verwarming bestaat uit 20"stripheaters"

"

van 36 , merk: "Sunvic", welke in 2 r~en van 10 op de bodem

worden gemonteerd. Een roervin zorgt voor een circulatie in

de ketel. Het NaHC03 wordt nab~ de ketel opgeslagen. Per

la-ding is ca 5 kg nodig. Isolatie van de ketel ~

ene~be-sparing. Lh. ,\""( ('\\\ (. (

l.

12. De vacuum destillatie.

Na het koken wordt vacuum gezogen met een stoomstraal ejecteur, merk Northington 10 c-9-6 C, welke een vacuum van

"

2,5 Hg kan bereiken. De koude destillatie-toren zorgt

voor-al in het begin van de destillatie voor een goede~reflux~'

waardoor een goede scheiding kan worden verkregen tussen voorloop en technisch zuiver p.z.a. De hoogte en het aantal

1\\' ;

ij J ,_ •

. r

--L-. _ _

19

schotels van de toren is proefondervindel~k vastgesteld. (Litt. 1 en 23~ 8 m hoog en 8 theoretische schotels zijn

\ veelal in gebruik. BU een schotelefficiency van 40% (zeef-platen) betekend dit 20 practische schotels. De schotel-afstand is te berekenen uit de formule van Mc Souders en Brown. Vd=ev/)v ,/ 'd , waarin:

/ 'd

é

=

f(h). h

=

schotelafstand. ~v

=

vloeistofdichtheid. V d

=

dampsne lhe id. ;:."ld

=

dampdichtheid.

De kolomdiameter volgt dan uit gassnelheid en gasde-biet. Genomen zijn: h

=

0,5 m en een kolomdiameter D = 0,85m

Litt. 1, 22, 23 vermelden uitdrukkel~k, dat alleen de ·reflux·· die ontstaat door wandafkoeling in de kolom

voldoen-de is voor rectificatie.

De stoom-verwarming heeft de taak van de electrische verwarming overgenomen bU het begin van de destillatie.

Door "Flash" zal circa 35% van de ketelinhoud verdam-pen, wanneer het vacuum inééns op 60 mm Hg zou komen.

Het vacuumzuigen moet dus langzaam, onder stikstof in-laat onder de vloeistof,geschieden. Het eerste condensaat wordt via de linkersluistank naar de voorlooptank gevoerd. Het gewenste p.z.a. wordt naar de rechter vacuumsluis-tank gevoerd. De linker wordt geheel afge~aten in de voor-looptank en naar de vo_o_~_l,~~pv~~!~..!:.k.;j.'pj?; gepompt. Hierna is de linkersluistank ook te gebruiken voor het opvangen van vloeibaar p.z.a. De inhoud van deze sluistanks wordt dan beurtelings afgelaten in de p.z.a. opslagtank en hier vloei-baar gehouden tot verder pompen naar de stolwals mogel~k is. Zo gauw het kookpunt van de overkomende damp gaat oplopen

wordt de destillatie gestopt en het ketelproduct afgepompt

naar de tank, vanwaar het naar de ketelproduct-verwerking kan worden gevoerd.

_{--_}

..

_----13. Condensor en vacuumpomp van de destillatie.

Condenseert het phtaalzuuranhydride boven de 1300C, dan bl~ft het vloeibaar. Condenseert het beneden z~n smelt-punt, dan zal het door stollen de condensorpijpen verstoppen. Om dit laatste te voorkomen wordt een tweetraps condensor aangebracht v~lgens litt. 1. V" .. 6 ... '-'w~c...cl<' ~-:>"'-<.\~1.IH.(I~f-;""""~~\

"'" I',\:.., .(.,,:>Óc.-e.L ... .,t.-e e.c>",-dL\A.'\O ~

20

Hierin koelt de hete damp van het p.z.a. af in de p~­

pen van de eerste (staande) condensor, waardoor om de p~pen

o

een waterglycol mengsel verkookt. Kooktemperatuur

135

C. De

waterglycoldamp condenseert in een tweede liggende

conden-sor om p~pen waarin koelwater stroomt.

Afmetingen Ie condensor: d

=

13

mmo z

=

50

D =

155

mmo

~ = 1 m.

2e condensor: 8 "passes", een "pass" heeÏt 40

p~pen. d

=

4 mmo D

=

180 m.

l

= 1,25 In..

Het waterglycolvat : D = 0,3 m.

.1:

= 1 m.

De vacuum-pomp. Hiervoor werd een stoomstraalejecteur

ge-kozen. Merk "Northinton" 10 c -

9 -

9

c, welke

45

kg stoom

per uur gebruikt van 8 atm. Alle aansluitingen z~

2".

Als

koeling is welwater gebruikt om zijn constante lage tempera-tuur.

14. De stolwals.

In de holte tussen de twee walsen kan een voeding

wor-den gedoseerd. Daarom is een dubbele wals gekozen. De

wal-sen draaien in een afzuigkast. De voeding vindt plaats

van-uit een in de asrichting der walsen pendelende voedingp~p

in de holte tussen de walsen. Een afschraapmes op elke wals

werpt het gestolde p.z.a. in een goot met

schroeftranspor-teur. Op de walsen bevinden zich nog twee instelbare

ver-deelrellen. De afschraapmessen bepalen de snelheid van de

wals. Wordt de snelheid te groot, dan wordt de kracht op de

messen en op de walsaandr~ving ook groot. De afgelegde weg

wordt groter. Energie is het product van weg en kracht. Het

energie verbruik neemt dus sterker dan proportioneel toe.

Grote snelheid geeft ook extra sl~tage van de

afschraapmes-sen. De snelheid moet dus klein zijn. Een redel~ke en vee~al

gebruikel~ke waarde is 0,5 tot

5

cm/sec. Ook de laagdikte

is niet vr~ te kiezen. Een te dikke laag is moeil~k af te

schrapen. De krachtopname is dan onregelmatig, wat sl~tage

veroorzaakt aan de krachtoverbrenging van de wals. Een te

dunne laag bl~ft aan het mes hangen en vergroot daardoor de

afsn~hoek. Het energieverbruik neemt toe. Het mes wordt bot.

Een redel~ke dikte l~kt 1-4 mmo De voeding, ca 0,04- ltr/sec

laag-21

dikte. Door deze laagdikte is de afkoelt~d bepaald. De ~

~,",,\-~

""t

koel t~d en de snelheid leveren een walsdiameter op. Het

koelen bestaat uit drie delen: a) Koelen van 190 - 130°0. b) stollen b~ 130°0.

7

c) Koelen van 130 -De gemiddelde koelwatertemperatuur is 30°0 • .6 Tm =

l~

- - > 0 . F 0 3 2

~

Tm iO F

=

~ T o 1&0 ----,

°

= , .

..6To

=

100 - - ;

°

0,82.

Het koelen. F .. het

°

De koeltljd: Fo 0 j'J R2 Fourier-getal. t e p À 0,32 • 0,39 . 1,52 • 4,19

=

~~----~~---~~~~~---0,1 6 2

=

8 • 10 • R sec. van 190 - 130°0. De koel tijd: F C

J~

R2 _{0,82 • 0,26 • 1,52 • 4,19 103 103 • R}2 t

₌

° P

₌

.

.

À _0,1 13,6 • 106 2 130 - 50°0.

=

R sec. van Laagdikte d 1 2 2,5 3 4 mm. t190-13000 8 32 50 72 104 sec. t130-5000 13,6 55 85 123 220 sec.

Snelheid bij 1 m walslengte:

t

~v V _{= ( i} 0,02 0,01 0,008

~

0,005 m/sec. Het stollen: kcal De sto1warmte is 5,48 37 kcal/kg

=

154 KJ/kg. mol -d

x

)...

=(ï

Belading per m2 Af te voeren per m2 Afgevoerd per m2 blj ,ó T = 100°0. Sto1tijd Totale tijd

Om10opt~d ~3

totale t~d 1 100 1,52 234 10 23,4 45,0 60 2 50 3,04 468

5

94 191 255 2,5

3

40

33

3,80 4,56 585 720 4

3,3

148 220 283 415 378 555 4 25 6,08 940 2,5 376 500 670 mmo JyOO.m2.sec. kg/m2 KJ/m2 2 KJ/m .sec.. sec. sec. sec.

22 d 1 2 2,5

:3

4

mmo

Snelheid bij 1 m _{0,02 0,01 0,008 0,006}6 0,005 m/sec. walslengte Omtrek wals 1,20 2,55 3,00 3,65 3,35 m. Walsdiameter D 0,38 0,82 0,95 1,20 1,06 m. (

De Buflovak Company brengt walsen in de handel,

waar-onder één met afmetingen: 32" x 5211. Deze walsen worden ~

~88. met afzuigkast, afschraapmessen, verdeelrollen en

aan-drijving in de handel gebracht. Het zijn echter "Drum dryers", in plaats van een stoom toevoer moeten hier dus watersproei-ers in worden aangebracht en koelwater afvoer.

11

Wegens de lengte van 52 moet ter verkr~ging van de

goede laagdikte de omtreksnelheid zijn:

t

f/J

_v V 0,02 V = -_{d .~} = 0,002 _• 52 • 0,0252 V = 0,0075 m/sec. V = 7,5 rom/sec.

Gebruikt kan dus worden een dubbele stolwals met afme-tingen: D = 0,80 m. ,1,

=

1,3 m. V

=

7,5 rom/sec. d = 2 mmo

f/J

v

=

0,04

..t

Î

sec.

~,-l

0

~rt.~d

3.to

~

. Benodigd koelwater: 950 -o/h

.

~

16 .-l/min.

De afzuigventilator is een "Baley Conuidal Fan", in de handel gebracht door "Buffalo Forge Company".

Het product dat dit laatste apparaatfverlaat kan los

naar de opslag worden gevoerd, maar ook direct worden ver-pakt in hout, Rapier, aluminium of blik.

Besluit.

De overmaat hogedruk stoom zou kunnen worden benut

tv

v<?~I'

.w?terstof productie.

Deze waterstof kan dan weer als grondstof dienen voor de bereiding van gemakkelijker te transporteren stoffen.

Bij-L!...~-""'~ :d-waterstofperoxyde.

\\

De investering voor de geschetste bewerking zal de on-dernemer nopen zijn fabriek in de omgeving van een andere

fabriek te zetten, welke zijn stoomproductie kan en wil

op-nemen.

- - - --

-23

Deze buurman zal dan wel over een eigen stoomgeneratie moeten kunnen beschikken, maar deze om redenen als

brand-stofbesparing ten dele in gebruik of buiten gebruik hebben. Het meest geschikt l~kt m~ deze fabriek te bouwen in de buurt van een electrische centrale en een contract te

sluiten, dat periodiek te verlengen is, totdat de investe-ring in de phtaalzuuranhydride-fabriek zó gunstig heeft ge-rendeerd, dat kan worden gedacht aan de bouw van een in-stallatie, die de eigen netto-stDom productie kan verbrui-ken.

Een chemische fabriek is nog altijd een betere energie besteding dan een electrische centrale, daar men chemische producten, en dus energie voorraden kan opslaan, maar elec-trische energie niet.

---

-/

I

AANHANGSEL.

,

VOLGBEREKENING BIJ

HET

STROMENSCHEMA.

Deze berekening wordt aangevangen blj het eindproduct en zo wordt al rekenend teruggegaan naar de grondstoffen.

-" . ,

0) Het technisch phtaalzuuranhydride: Zuiverhei~' 0,998,)

Procesrendement 0 8 x 0 8 = 0 64. c S::.

"'e. ...

~~_e~-'-.::il'~"bl<

, , , I ~V\. de .. ~' \l ... b Ie. •

Neem een prod~tie van 2000 tij.

, /

B~ een l~gef procesrendement wordt de productie klei-ner. In de /irÜeiding is aangegeven, dat de minimale nog rendabeJ,.e' productie 700 tij is. Het procesrendement mag dus

)lái~n

tot

;o~~

.

0,64

=

0,23. Er is dus een ruime marge tus'sen het beloofde procesrendement in de octrooien en het

. /

"minimale procesrendement .

1) De 'stolwalsen. "" , r:v"~ " ,

'\ j

Functie: Koelen tot smeltpunt\~ stollen, koelen tot 50°C.

Een Cp voor ,vloeibaar p.z.a.

Deze is als volgt geschat:

dichtheid dsol

is niet te vinden.

vaste stof - soortel~ke warmte C Psol

vloeistof - soortelljke warmte

De stolwarmte is 5,48 kcal/mol. m.z.a. 1,48 0,285 0,396 p.z.a.

1,52

0,263 ••••• ?

De materiaal- en warmtebalans z~n hieruit berekend en

___ ,schema

in het strom~weergegeven.

2) De destillatie.

Functie: Het ruwe p.z.a., dat in de kookketel een

voor-J

- (

,1

-h,

~ J

"cc

lt

fJ ,h.-ç'lc.... ', 60 mmo Hg\ gedestilleerd. Afhankelljk van de

samenstel-bewerking heeft ondergaan wordt onder een vacuum van

t

::Fë--ling van het ruwe product is een voorloop te verwachten van

+

5%

en een ketelproduct van + 13%. litt. 22 - 24.

-

-Materiaalbalans .

0

m _{in p.z.a.} + NaHCO

₃

= ~mUl' t + ketel-p. z. a. product + Voor- + looIt/Na

{Heo?;

kg/h kmol/h 279 1,84 + 0,54

₌

+ •.•••

₌

230 + 39,4 + 13,6 +0,54

1,55

+

.

.

. .

. .

.

.

.

.

. .

.

.

.

.

.

Berekend naar een uurproductie zuivere phtaalzuur-anhydride.

- - - -

-Tl

Warmtebalans: voor het destilleren van één uur productie is nodig: 12,91. 103 • 1,84 • (1,00 - 0,136) = 21500 kcal Door "Flash" verkregen

.:l ... .,., t 279 • 0,39,0 . 90 , 1T€'r .... a~gswarm e:

Netto toe te voeren warmte aan de reboiler 12,91 = verdampingswarmte van 1 mol p.z.a.

=

8700-kcal

=

12800 kcal 90

=

kookpuntdaling tengevolge van het vacuUID.

Voor benodigde hoeveelheid stoom en koelwater zie stromenschema. De stoomstraalvacuumpomp heeft 45 kg/h stoom nodig en 2250 kg/h water.

tot

Het koken van het ruw product. ~ 9 ~

Functie: Negen uurladingen worden

~0,54

kg NaHC0₃

250°C opgewarmd met stoom, tot 270 à 280°C met

electri-~ sche energie. V~f procent van deze lading wordt verkookt en gecondenseerd teruggestuurd in de _- ketel.

" ' - - -. . .

-

. - --- ---_._~- "-" --'--" -,~--",

Voor de warmtevoorziening zie stromenschema.

Tot 250°C : 120 • 0,39 • 280 = 13100 kcal per 1/9 lading. tot 270°C: 20. 0,39 . 280 = 2180 kcal per 1/9 lading. 5% "Reflux" 0,05. 1,84 • lcY . 12,91 = 1220 kcal/h per 1/9 lading.

Voor stoom en electrische energie-voorziening wordt

verwezen naar het stromenschema.

3,

b,c,d.

De warmte-inhoud van 0,54 kg NaHC0

3 is verwaarloosd. 4) De uitsmeltkast.

Functie: 1,89 kmol ruw p.z.a. uitsmelten.

Energie-behoefte: 1,89 • 103 • 5,48 = 10300 kcal/ho

Stoombehoefte: zie stromenschema. De hogedruk stoom

van 40 ata wordt vooraf gereduceerd tot 8 ata.

Smeltwarmte: 5,48 kcal/mol.

5) De gaskoeler-condensor.

Functie: De productgassen worden in buizen gekoeld tot vrijwel alle phtaalzuuranhydride uit het passerend gas op de buiswanden is gecondenseerd.

Uit een dampspanningsberekening bl~kt b~ een gastempe-ratuur van circa 500C nog een aanzienlijke hoeveelheid phtaalzuuranhydride te ontw~ken, maar er is dan nog geen condensatie van water en malelnezuur.

Voor het berekenen van de samenstelling van het product

111

De temperatuur van het gas wordt genomen tussen de

50° en 65°C. Gassamenstelling in Molen: N2 77,8 °2 13,75 Naphto- _0,03 chinon m.z.a. 0,03

co

0,105 C02 2,715 H20 2,61 p.z.a. 1,20 Totaal 97,54 Mol. Deze gassamenstelling is betrokken uit litt. 1 ,

5 , 12 , 13 , 6 , en

bedoeld eigenl~k een

Totaal te geven van 100 Mol.

De afwijking moet worden gezocht in de onnauwkeu-righeid van de analyses en in de benadering van het verbrandingsmecha-nisme.

De partiaaldruk van de componenten b~ deze

samenstel-ling: -4 m.z.a.

3 •

10 • 1,5 /60 0,975 760 0,975 760

=

0,3 mm lig " bjj een totaaldruk: water 0,026 1,5 = 30 mm Hg I "

\

P_tot

=

1,5 ata. p.z.a. 0,012 _{1,5 • 0,975}

₌

13,7 mm Hg

_J

De verzadigingsdruk:

m.z.a. 44°C 1 mm Hg ~ Hieruit volgt water en m.z.a.

water 44°C 68 mm Hg f condenseren niet uit, p.z.a.

p.z.a. 50°C 0,5 mm Hg / wel, maar gedeeltelijk.

Verlies aan B.z.a. door meevoering als verzadigde damp in het gas: 1,5 :5

760

=

4,4 • 10-4 Mol/Mol.

=

0,044 Mol

%

betrokken op het gastotaal.

Uit 1,5 Mol naphtaleen ontstaat 1,2 Mol

phtaalzuur-anhydride en wordt 1,16 Mol in de gaskoeler gecondenseerd.

We willen 1,89 kMol phtaalzuuranhydride condenseren.

Hieruit vinden we de absolute gashoeveelheid, n.l. 1,86 • 103

• M.C·

1,16 l. l. voor elk van de componenten, of

3

1,63 • 10 _{MiC i ' waarin Mi}

=

molecuulgewicht van de

component.

Ci

=

molfractie van de component.

Op deze wjjze is de materiaalbalans uitgerekend en weer-gegeven in het stromenschema.

---~----IV

Het naphtochinon zal echter wel b~ het condensaat te-rechtkomen. Dampspanningen voor deze component z~ niet ge-vonden.

De warmtebalans:

De voelbare warmtestroom is: ~ (Qmi Cpi)~T , waarin Qmi de massastroom is van de componenten en Cpi de

soorte-l~ke warmte. ~T is de temperatuurdaling van het gas.

~(Qmi Cpi)' de warmtestroominhoud, is zo ook te berekenen.

Gevonden werd:

LQmi Cpi

=

_{1114,00 kcal/oC•h • zie aanhangsel.}

6

B.

De latente warmtestroom = condensatiewarmte + stollings-warmte van het gecondenseerde p.z.a.

De totale warmtestroom

=

voelbare + latente warmtestroom.

~

=

100 (1114) + (12,91 + 5,48) • 1,89 • 10

3

=

146160 kcal/h. Voor het benodigd koelwater zie stromenschema. 5 a.

7 A\. De reactor:

In de reactor kunnen

a)

ro

_{+ 1,5 02 ---+}

b)

c)

m

₊

₉

_°2

_{- - - - j o}

de volgende reacties plaats

°

oÖ

+ _H20 + 121 kcal.

b

d)

CX)

+ 7 02 - - - 7 10 CO + 4 H20 + 756 kcal.

hebbeIl

De warmte-effecten z~n, voor zover niet te vinden in litt.

13,

te berekenen met behulp van litt. 28 en de

"International Critical TalDles".

Litt. 1 ,

5 ,

6 geeft b~ partiële katalytische ver-branding van 1,5 mol

%

GloRis

in 9S,5 mol

%

lucht een

L _ _

v

1,2 mol

%

p.z.a. , 0,03

%

naphtochinon , 0,105

%

co ,

0,03

%

rnalelnezuuranhydride en het resterende door directe

ver_{branding volgens reactie e) tot CO 2 •}

1,5 - (1,2 + 0,03 + 0,03 + 0,105 ) = 0,13 5 mol

%

C02

7

B.

Reactiebalans:

Ingaand 15kmol C H

,

_{'10 B} Uitgaand hieronderstaand .

.

Reactie-ü2

Reactie p.z.a. m.z.a. N. Ch. CO CO2 H_{2 0} ver- warmte

b

c

a d e Totaal bruik. kcal 1,2 2,40 2,40 5,40 514 • 103 0,03 _1°,18 0,09 0,27 17 • 103 0,03

_I

0,03 0,05 3

.

103 0, 1051 0,04 0,07 80 • 103 10,13 5 0,05 0,16 164 • 103 I 1,2 0,03 I _{0,03 0,10512,715 2,61 5,95 778 • 103} I _I

Deze. c~fers zijn uit verschillende literatuurbronnen

afkomstig en dus slechts een benadering. Dit bl~kt dan ook

uit de materiaalbalans (Stromenschema).

Warmtestroominhoud van het gas. De formule is in

aan-hangsel

5

al gegeven.

Gas: _{CPi Qmi} kcal/ho C 0

CO2 achtigen (C02 ' CO , _0,199 221

₌

44 koolwaterstoffen) N2 0,247 _• 3551 = 877 °2 0,218 718 = 156 H20 0,428 _• 77

=

37 Totaal 1114

Vergel~king van berekende en toegepaste reactiewarmte.

Bij een in de materiaalbalans geschetste gassamenstelling

komt per kg verwerkte naphtaleen vr~: 4100 kcal/~

Als practische waarde wordt door Groggins (litt. 33) aangegeven: 10.000 B.T.U./lb naphtaleen, wat vertaald op 5550 kcal/kg neerkomt.

De gebruikte

Le

Mont ketel verpompt het tmenvoudige

van het te verdampen • Hierdoor is de koeling zeer

VI

6. De economizer.

De warmtestroominhouden van passerende gassen zijn

na-gehoeg gel~k. Het door onnauwkeurigheid en afronding

ont-stane massadefect in de materiaalbalans van de reactor is

een orde groter dan verschil in soortel~ke warmte van de

gassen. Dit laatste is kleiner dan 0,1

%.

De

temperatuur-daling van het productgas is dus gel~k aan de

temperatuur-st~ging van het reactiegas. Hierb~ is afgezien van de

ver-liezen naar buiten, zoals overal in stromenschema en deze volgberekening.

9.

De verdamper.

De materiaalbalans is weergegeven en dus weer te vin-den in het stromenschema.

Druk in de verdamper: P_tot

=

2,4 ata. T

=

1300C.

De verzadigingsdruk: Pz

=

60 mm Hg.

Hoeveelheid naphtaleen, welke zich b~ deze condities

in de primaire lucht bevindt is: 2,4 6.0 760

=

3,3 Vol.%.

Verwaarlozen we de contractie, dan is dit ook 3,3 Mol%.

In de totale lucht-hoeveelheid (primair en secundair)

2120

wordt dit: 3551 + 1027 . 3,3

=

1,52 Vol.%

=

1,52 Mol.%.

Warmtebalans.

Warmte-inhoud van de perslucht: Cp = 0,8 • 0,247 +

o

+ 0,2 • 0,218

=

0,243 kcal/kg. C.

Opwarmen van het gas: Qm Cp ~T

2120 . 0,243

Verdampingswarmte: Z = 75,5 kcal/kg

20

=

~

=

312 • 75,5

=

Voor benodigde stoom: zie stromenschema.

8. Mengen.

1040 kcal/h

23500

Materiaalbalans is al in het stromenschema vermeld.

Warmtebalans.

Warmtecapaciteit primaire gas:

0,243 + 0,015 • 0,35

=

0,247 kcal/kg.oC.

o Aangevoerde warmte t.o.v. 0 C.

Primo 0,247 2432 130 = 78.000 kcal/ho Sec. 0,243. 2458 • 110

=

66.000 kcal/ho

°

Afgevoerd t.o.v. 0 C. 144.000 kcal/ho 0,245 . 4890 • 120

=

144.000 kcal/ho 144.000 kcal/ho Dus temperatuur van het uitgaande gas: 120°C.

10. Het smelten en opwarmen van naphtaleen.

VII

Smeltwarmte mC H

=

35,6 kcal/kg. Smeltpunt: 80°C. 10 8

Soortel~ke warmte: Cp

=

0,25 kcal/kg em Cp.

=

0,40 kca~.

sol 11q

respectievel~k voor vaste en vloeibare naphtaleen.

r

De warmte stroom

= (

/\

T C + AT C + r ) Q

~ Psol ~ Pliq m m

Opwarmen tot smelten 70 _• 0,25 _• 315

₌

5500 kcal/ho

opwarmen tot 130°C 50 • 0,40 315

=

6400 kcal/ho

smeltwarmte 35,6 • 315

=

11200 kcal/ho

Totaal

₌

23100 kcal/ho

In het stromenschema is de hiervoor benodigde stoom te vinden.

De energiestroom.

Hierover valt niet veel te zeggen. Het stromenschema moet hierin voor zich zelf spreken.

") / : 1-' ( [A ~_ \',1._ .. ' I ... ( . { . I " I ~. \ . \ , ',I ( ; ' , ' / _ ... r (i.. t ., \ ',. 1\