Bereiding van tertiair butylalcohol

~~~~~~---BER;IDIlJG VAi~ TERTIJcI:i .i3UTYLALCOHOL.

I .Inleiding

II.Besprekin; van apparatuur en we:.ckwijze ~II.Berekening der verschillende apparaten

IV.Tekeningen en grafieken. A.J .de ~(oning, Dordtselaan l55b li.otterdam-6. Vi.H.de Graaf, G8ntiaanstraat 38, Rotterdam-iJ.

'

u

(1 '. '

r

- - - -1.

I . Inleiding.

Butlerow maakte in 1867 als eerste tertiair butylalcohol (voortaan afgekort T.B.A. ) uit iso buteen en zwavelzuur.

Reeds werd door hem geconstateerd dat directe hydratatie van is o-buteen onmogelyk was.{l)

De algemeen gebruikelijke omweg die aangewend wordt om tot hydratatie van een of ander willekeuriZ alkeen te geraken,bestaat hierin,dat men het alkeen met zwavelzuur omzet in een alkylsulfaatmengsel

(veelal monO+8n di-alkylsulfaat),waarna door ontleding van dit meng -sel de gewenste alcohol gevormd wordt.

In de tegenwoordige t ijd wordt ook langs katalytische weg hydratatie van aetheen bewerkstelligt.Als katalysator voor de reactie dient b.v. fosforzuur op diatomoeen aarde.

8_eactieveti. g§öijking voor de gebruikte ')"--' 4 l' '~H - t ."< H nco TI -'--, 4 8 .. -v 4 9 '-".) 3 d H 2 0 Uitgangsmateriaal. synthese: t-(~ 4HSOH

In de aardolie industrie hee~t men een overvloed aan C4-koolwate r-stoffen,verkregen door katalytisch kraken van hogere fracties .

Deze C4-koolwaterstoffen bestaan uit butaan,isc-butaan,butensL(vier isomeren) ,en butadieen.

Het mengsel wordt onder druk in vloeibare toestand afgeleverd. De samenstelling van een dergelijk kraakgasmengsel is ongeveer de volgende: (2)

Q~rp12~!}~!}~

propaan-propeen n-buteen cis-buteen trans-buteen iso-buteen n-butaan iso-butaan pentanen ~~~~~2!~2~~~~~!~g~ 21, 11% 10%

7%

14% 23% jl30

2%

Als uitgangsmateriaal werd een mengsel van bovenstaande samenstelling gekozen.

Uit het ~mengsel kan iso-buteen gescheiden worden van de overige

componenten door absorptie in 65% zwavelzuur.lso-buteen bezit een grotore reacti ;sn:.:-lheid tegenover zwavelzuur dan zijn overeenkomstige isomeren.

n~ de reactie wordt het zwavelzuur intensief gemengd met het vloei- ,

~.§:!..§.._ ~m~r~gs._e~ . Na enige tijd worden de beide l agen ,die onstaan

ZIJn van elkaar gescheiden.De extractfase bevat nagenoeg all e iso -buteen, in de vorm van mono-tert. butylsulfaat, terwijl de raffinaatfase de rest van de koolwaterstoffen bevat.

<l Bij deze selectieve abscrptie dienen de temperatuur en de zuurconcen

-I tratie en de verhoudin_: i sc-buteen/ zwavelzuur als paramet ers.

"

I 11 I!

o

I

l

u

\ "-.J " / \..,. \' 2. a)Temperatuur.

In de reactoren wordt de temperatuur gehandhaafd op ongeveer 40°C

en 15°C.

ft, Jerhoging van\Jt emperatuur geeft vergroting van de hoeveelheid iso -buteen in de raffinaatfase.Deze verhoging geeft echter ook een

ver-groting van de reactiesnelheid van iso-buteen met zwavelzuur.

Samengaan van een hoge reactiesnelheid en e,;n hoog extractierende

-ment is dus onlogelijk.

b) :6U1Izrconcentratie.

De zwavelzuurconcentratie is ongeveer 65~.

Hogere concentraties van het zuur geven vermindering van de absorp

-tieselectiviteit.Lagere concentraties geven verhoging van de c

corrosie van de stalen apparatuur.

c)Gewichtsv~rhouding i so-buteen/zwavelzuur.

Het is zonder meer dUidelJk dat vergroting van deze verhouding l eidt tot verlies van iso-butsen in de raffinaatfase.lndien mogel ijk wordt

de optimale verhouding gekozen.

~en en ander wordt in de grafieken J.. en 11 v/8er gegeven.

Uit het onder a ; genoemde bl~kt dat een tweetrapsabsorptieproces

het voordeligste is .De eerste trap, bij hoge temperatuur werkend,

geeft een hoge reacti2snelhcid,terw~1 de tweede trap,bij lage tem

-peratuur werkend,het nog aanwezige iso-buteen totaal absorbeert.

De ontleding van het alkylsulfaat mengsel kan op verschillende

manieren geschieden.

I)Neutraliser en van het zuur met loog. 2)Verdunnen van het mengsel met water.

sub l )Het ~e nadeel van dit proces i s dat t erugwinning van het zwavelzuur onmogel ijk geworden i s.

sub2)Bij vordunning van het zwavelzure mengselonstaat wel direct

vorming van T.B.A. (dit i n t egenst elling met b.v. sec.butylsulfaat

(3,4), echter is de winning van T.B.A. uit het nog zuur reagerende

mengsel aan mo -.:il Ljkhe den onderhevig. Deze moeilijkheden z~jn:

a)Terugvorming van iso-buteen bIj verwarming.

b)pol~r~nl"l satie tot di-iso-buteen bij verwarming.

Br ooks

(5)

vermeldt, dat er b:j destil latie onder atmosferische druk bij een zuurgraad van O,O?n nog ontleding van T.B.A. optreedt.

Toch is het mogelijk uit het verdunde zwavel zure mengsel T.B.A. te

verkr~jgen, en wel op drie manieren:

I)D8stillatie onder verminderde druk.

2)Lxtractie met .en of andere koolwaterstof.

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

-\

')

..J •

l )DestillE,tie onder verminder de druk.

j3 j destillatie onder een druk van 0,1 atm. bij ee5 zuurgraad, van, circa

4-5% kan volgens de literatuur (6) 96% van de theoretische ~Jcà,lhh)"taan alcohol gewonnen worden.Den analoge destillatie onder atmosferische druk geeft omtrent 53% alcohol.

2)Extr actie.

Op dit gebi ed bestaan verschillende patenten. (3,7,8, )

Al s extractievloeiotof wordt gebruikt aether of een benzinefractie. De "Standard Alcohol Company"heeft een octrooi,waarin beweerd wordt,

dat i so-but een gemengd met een koolwater stof in een continue stroom door ~.3tilstaand zwavelzuur \ 49%) gel eid wordt .. di erbij dient het zw

avel-~uur sl echts als katalysator (overdragJr van water) en ni~t als sul

-fateringsmiddel.Het ontstane T.B.A. wordt nu direct continu in de

koolwatersofstroom opgenomen. Het gehel e proces speelt zich af in een soort klokjeskolom.Hoe echter in deze kolom de continue scheiding van de koolwaterstoflaag/zwavelzuurlaag tot stand komt is)~lslagen

on-duide l ijk l (1) , ;" ).Vl(,')

3)2toom"stripping" .

Over het algemeen geeft stoornsLripping van het zwavelzuur-alcohol meng sel goede r esultaten.

Brooks ;4,5) vermeldt,dat b~ snelle stoomstripping er 80% van de the theoretisch te verwachtJn hoeveelheid alcohol t e verkr~gen is,bU Ben zuurgraad van 36-40%.

De maximal e hoevealheid alcohcl wordt gewonnen b~ zo laag mogel Uke zuurgraad en zo, 12.8.2' mos;eLjke druk. (9)

~

Langezien stouristripping' een in de t echniek gebrui~~l':jke werkwijze i s, i w~rdd deze l aatste bewerking gekozen,mmT,B.A. uit het mengsel te ve

r-w:J eren. I)

V

T .. B.A. V~:LpH~;t wat:r e2~ ~engs~~,_:ne!- e?Jl~lum~un~l)v_an:l~, 91C /~ (Het kookpunt van zurv'er l.:..J.A. oCdTaagt 32,5:

c:T

.

\._\j;:;.' -t1.-.:..\_~1Y'v) _ _ _

-B!.j s·toom.)~ripping' ontstae.t @Us)b:j gevolg niet zuiver T.B.A. ,maar een mengsel van de al cohC'J met v\~a-ter" ' \ , ' ~ , f )v".,J' '" ')'

;(H\)~-,-C cC:· ' ( 0, (. , , , ,( • ., • <-I --, '

"- - . - . ' " \) (\ r, \, ),1.. -{ c'V' ( .

Zuiverinry van het T.B.A.-water mengsel.

---

Q

---.aet kookpunt VB.n dit mengsel b,;dra2''''p, ?~ _g~d: 79, 910 8.

De samenstelling in gewü:JltSC:r:o. cQnten is:

o " ) 8~ ')", ., 1 h 1

ryvv;

'1:':;'<'

r

t ,j, _o/, a co 0

/ ,' \,\ . C, ï" 11,72), vrater. (10)

foor het vcl l di2 watervr~-mak~~ van het constant kokende i .E.A.-water mengsel,wordt gebruik gemáa~t van de t ernaire azeotroop:

T.B.A.~benzeen-water, zoals aangegeven wordt door Young. (ll)

Deze methode b3staat hicrin,dat de watarige binair e 2zeotroop,waaraan een voldoende hoever:;lheid benzeen :mEmx:®.lUL .'Jordt toegevoegd om al het

water in de vorm van de ternaire azeotroop t e verwUderen,ge rectifi-ceerd wordt.

Het t ernaire stelsel met mini:n.umkookpunt: 61,0°C heeft de samenstelling 19,31 71, 9;b 8,8

/0

alcohol bcnz "en water. :(.10)

Wanneer de damp van dit ternaire stelsel gecondenseerd wordt, ontstaan er tw~e l agen.De samenstellin2 van deze l agen bJ 40°C is de volgende:

Bovenlaag-92% (gew. ) Onderlaag-3% (gow. ) 20,0/u 78,9;0 1,1;0 10, 8/~ 39,2/0 alcohol benzeen water alcohol water. 4.

Onderstaande tabel geeft de samenstellingen van enige combinaties

T • B.A . -benzeen-water, b~j 40° C.

Samenstelling in gewichtsprocenten.

~ovenlaag Onderlaag

~enzeen alcohol ~ater alcohol

15,6 58,7 79,5 19,8 24,8 57,4 82,5 17,1 43,1 47,7 86,0 14,

°

47,9 44,7 86,4 13,6 56,9 38,3 87,0 13,0 71,2 26,4 88,5 11,5 78,9 20,0 89,2 10,8 80,2 18,6 89,9 10,1 88,4 11,4 91,3 8,7 95,8 3, =' 93,9 6,1 99,89

°

99,85

e

.

(10)

De bovenlaag van de b~ destillatie ontstane ternaire azeotroop kan

met water geextraheerd worden, om de hier in aanwezige alcohol te ve

r-wijderen.~eze extractie kan met behulp van bovenstaande tabel geh~el

berekend worden.

De onderl agen,die vnl.uit w.~ter bestaan,worden teruggevoer d naar de

tank,waarin het tert .butylsulfact ontleed wordt in f .B.A.

De bovenlagen, die vnl.uit benzeen bestaan, worden teruggevoerd in de

rectificatiekolom.

Als ketel product ontstaat zuiver I.B.A.

Voor indampi~g van het uit de eerst destillatiekolom komende 15%

zwavelzuur, wordt w.;er zwavelzuur van de gewenste sterkte nl.65% ver

\ (, \ :) . , )

,(f

i'· '.'

7

, \. I i I

5.

II.~orte b.spreking van de toegepaste apparatuur. en de gevolgde werkwijze

?

-

---

-

----

-

--

-

-

--

--

-

-

-

---1) Reactoren I en II,benevens afscheiders 1 en 11.

In beide reactoren wordt uitgaande van een vloeibaar kraakgasmengsel selectief iso-buteen geabsorbeerd in 65% zwavelzuur.

In reactor I wordt de C4 fr2.ctie van het kraakgasmengsel in r eactie

gebracht mot het uit de afscheider 11 komende iso-buteen-zwavelzuur

mengsel.De reactor wer}:~t b~j2en tempuratuur van omtrent 40°C.

De reactie gaat gepaard met warmteontwikkeling;dit vereist een koel in

met water.

In afscheider I worden de uit het reactieproduct ontstane beide lagen respectievelijk de koolwaterstoflaag en de zuurlaag van elkaar ge

-scheiden.

De zwavelzuurlaag vfordt naar ee~1. verduntank gebracht, terwijl de kool

-waterstoflaag in reactor 11 nagenoeg geheel bevrijd wordt van iso

-but::::en met zui VCi: 65% zwavelzuur.

De tweede re~ctor wekt bJ een temperatuur van ongeveer l5°C;de tem

-peratuur wordt met pekelkoeling op de g8\'ienste hoogte gehouden.

Het uit de reactor 11 kO~2nde mengsel wordt in het scheidingsvat 11

in twee lagen gescheiden;de zuurlaag dient als gedeeltelJke voeding

voor reactor I ;de koolwaterstoflaag wordt als brandstof bij de zwave

l-zuurconcentratie gebruikt.

:Den }~oed contact t ussen zVIavelzuur ,~n koolwat:;rstof wordt in beide

reactoren door intensi2ve roering verkregen.

React oren en sch::;idingstc.nks zjjn geconstrueerd van ro .:stvrij staal.

2) Verduntank.

Het uit de scheidingstank no.I komende zwavelzure tert.butylsul faat wordt in een v"rduntan1: ontleed in een zwavelzuur-T.E.A. mengsel.

Eenvoudig verdunnen met water tot circa 20% is reeds voldoende .

j;.ls vsrdunningsvloei:::tof wordt het uit de vcrzam.:l tank komende

water-alcohol mengsel gebruikt.

3) Destillatiekclom I .

In deze destillatiekolom wordt uit het 20~ zwavalzure T.B.A.mengsel door snelIè stoom" stripping" de scheiding van 'l .B.A. en z·wavelzuur

tot ",tand gebracht.Uiteraard is hier volledige scheiding van ':r.B.A.

en water niet mogelijk, aangczie : dit binaire systeem een azeotroop

met een minimum kookpunt bezit.

3U

deze kolom b2hoort een totale condensor.

~ ~en gedeelte van h(J~ condensaat wordt als terugvlbeivloeistof i~ .de

kolDm gevoerd.

4) Destillatiekoloc 11.

In de~:1 kolom \'vordt de volledige scheiding van T .B.A. en water bewerk

stelli~ .Deze scheiding vlordt met behulp van ben:..een uitgevoerd zo

-als door Young is aangegeven. (ll)

~.j deze kolom behoort een kookketel en eveneens een totale condensor.

ünde~ uit deze kolom komt als k2teloroduct. zuiver T.B.A.

- '-""''-,.

f - . (c;\,t.

L

6. 5) Sch3idingsvaten 111 en l{.~engvat . Jer zamelvat.

In scheidingstank no.lIl worden de beide lagen ,dio bJ koel ing van

de ternaire azeotroop T .B.A. -b ,nzeen-wat2r ont~)taan van el kaar ges

scheiden.

De bov8~laag, bestaande uit i .B.A. en benzeen wordt naar de mengtank gebracht,waarin met water het grootste gedeelte van de T.B.A. geex -traheerd wordt.

De onderlaag;een T.B.A.-water mengsel,dient als verdunningsmi ddel

voor het zwav81~ure tert .butylsulfaat;dit verdw~nt in de verzamel tank.

Het uit de mengtank komende product wordt in scheidingsvat iV in ""wee

lagen gesplitst.

\

De bovenlaag (vnl. benzeen) dien~ als J_r_e_fJwç}I, vOor de destil latiek: lom 11, terwijl de onderlaag (vnl.waterl in de ver:::ameltank b:j het reeds aan -wezige alcohol-water mengsel gevoegd wordt .

6) Zwavelzuur concentrators.

In deze indamp ers wordt het uit de destillatiekolom I komende 15%

zwavel zuur ingedampt tot 65~b.

De warmte nodig voor de verdamping van het water wordt met hete rook -gassen tOJgevoerd.~e hete rookgassen worden eenvoudig door de oplossin gejaegd;zU worden verkregen door verbranding van een gedeelte van het

eindraffinaat ~et lucht.

7)

Koel er voor het zwavelzuur.

icangezien h,Jt g_'concentreerde zwavelzuur een te hoge temperatuur heeft

om direct in reactor 11 govoerd t e worden,wordt hot eerst nog gekoel d

van ongeveer 130°C tot 25°C.

De koeling wordt met behulp van water tot stand gebracht. 8) Pompen in het sch3ma.

Op verschillende plaatsen z~jn pompen aangebracht. ~iet doel van el ke

pomp volgt direct uit de opstelling in het gehcel;een afzonderl Uke

-.:J)~

n.f.-~lo\

'~~<.

.•

tüv,"-, (

~

>

{f

ct~:.! ~

/0\

'L t ~

(..iJ

~t"-) a'v.. (. Ii""-~ ~. G

Lu, G

(e, (

~(..\tLJÁ..t '~t-llocG ,\\v·~ C[\...<;l:(( ,r'i .

~

,tl (C, b '\ V) , \ j ~ ... ~ ( l-~

(

,\o.,\~'.' . :';,lr' 7 0.&.'\""". _~" \ l.; ~ v'" t · '- • \ . 1 v' ~,\..V".1. Î , Çv-'" ~ " IC vvv.f\ . ,lp. { , ~<."\ c' '). }~ - I)" ~ 'S ~~ -\-\l ~ ~VV'L~, lC,U. \ v~

Beide r 2actoren zijn op elkaar afgestemd, daar de voe ing van reactor I gedeeltelijk komt van reactor II, en omgekeerd.

De berekening van de hoeveJlheden d~r verschillende componenten_is dan ook niet eenvoudig; zij geschiedtl volg2:L1s dc; "trial en error"

methode . '

Een juiste berekening volgt dir2ct hieronder.

\Ui

tg~ngsproductj:§.:

:

Bij 'een hydratËi:tierendement van

90%

10.000 ton/jaar.

geeft dit een voeding van: 0, 269 kg/sec.iso-buteen. Voeding aan kra~kgas 14% iso-buteen bevattend: 1, 92 kg/sec.

De temperatuur van de eerste reactor bedraagt: 3SoC (lOO° F) Voeding reactor I: 0, 269 kg/sec.iso-buteen en een mengsel van: 0, 062 kg/sec. iso-buteen

0, 47 kg/sec. zwavelzuur (65%) Uit het scheidingsvat I komt een mengsel

een mol.verho~ding:

iso-buteen/zwavelzuur met 1,5.

In de raffinaatfase is nog Dit komt neer op:

~rd in reactor 1:

aanwezig(grafiek 1) :4, 2

%

iso-buteen 0,0693 kgjsec .iso-buteen.

0,200 kg/sec.isoTbutoen.

o

De temperE.tuur van de tweede react or bedraagt: 15,5° C (60 F) .

Voeding reactor 11: 0,47 kg/sec. zwavelzuur(65%) en een mengsel van: 0,0693 kg/sec.iso-buteen

1,65 kg/sec."butanen" .

Uit het scheiding!:vat 11 komt e,_~n mengsel van iso-buteen/zwavelzuur

met mol.verhouding: 0,36.

In de raffinaatfase is nog aanw8zig(grafiek 1):0,-4% iso-buteen

Dit is dus. 0,007 kg/sec.iso-buteen.

geabsorbeerd . in reactor 11: 0,062 kg/~ec.iso-buteen.

Reactorvolum~

L'''\h.,;

'rer berekening van de reactorvolu~ll~ kunnen we ~:waaax gebruLk maken van een door 3aumann en Smith (2) gevonden samenhang tussen de

ex-tractiesnelheid van iso-butsen in zwavelzuur en de te~peratuur.

Als parameter dient hierbij do verhouding:molen~ iPO-bpteen/mol~S Q,~

k--~~,r ~(.

...

_

_

.

.:r.

o ---... L!.

Reactor J: temperatuur 100 }<'.

molen iso-buteen/~ol. zwavelzuur(lOO~) 1, 5 ~xtractiesnelheid(grafiek 11 ): 0, 6 De extractiesnelheid wordt uitgedrukt in:

-l,

molen iso-buteen

mol. zwavelzuur (lOOjt) .tijd(uur) ./hso-butGen boven de evenwichtsconcen.

rV::et behulp van bovenc3taande gegevens en het percentage i~.o-buteen boven de evenwichtsconcentrédiG: = 10%

volgt hieruit de extractiet jd : = 0, 25 uur.

,

I·

- - - -

-8 •

..

-voor r eactor 11 geldt: temperatuur = 60 F.

molen iso-buteen/mol zwavelzuur(lOO%) Uit grafiek 11 volgt: extractiesnelheid

= 0,36

= 0,27

=0,36

Bekend is:aantal molen iso-buteen/mol.zwavelzuur

=

4,16%

%

iso-butsen boven de evenwichtsconcentratie

Voor de extractietJd wordt gevonden: 0,23 uur d.w.z. 14 minuten.

Uit ge.ande van de voedin: der beide reactoren i n

rrD

sec. en de

ver-blljftijd is het mogcLjk d2 beido volumina I s te berekenen. Reactor I - - - -3 Voeding:0,47.10 1,57 Verblijf tijd : Volume reactor I: + -3 1, 98.10 0,5 ~A .3

=

4,3.10 m/sec.

=

(;00 sec. ::, 8 .I =.5, m. De reactor is cylindervormig De lengt e bedraagt:

met een diamet er =1, 39 m

Reactor 11 - - - -3 Voeding:0,47.10 + 1,72.10 -.3 1,57 Verblijftjjd: volume rsactor 11:

De diameter bedraagt: De l enst e bedraagt:

(Voor de dichtheden van

~~~~~~g-~~~-~~~~!~~~~. 0,5 65% zwavelzuur en 2,5 m. .J J = 3,74.10 m/sec. = 340 sec. = 3,2 mol 1,15 m 3-71 m

vloeibaar .rcra2kgas lit.12)

Bij de absorptie van i so-buteen j_n zwavelzuur ontstac.t warmte; deze

bedraagt 13,1 kcal./illol.(9)

Deze warmte -wordt afgevoerd door koeling met wat er _ in reactor I.

Reactor 11 wordt gekoel d met een pekeloplossimg.

i~eactor I

VI e kunnen acmnemen, dat er in de reactor een homogene temperatuur

van 4~ Cheerst. (Int ensieve roering)

Component zwavel:o.iiur

iso-buteen kraakgas

'Warmtebalans. (Ii t .12; 1) .

Hoevoelheid/sec. telilP. s.w. .3enodigde warmte

0,47 kg/sec. 15 C 0,5 cal;g 21100 kcal/hr.

0,062 kg/sec. 15D C 0,4 2230 kcal/hr.

1, 92 ~cg/ser;. 20" C 0,4 11 55200 kcal/hr.

totaal: 78530 kcal/hr.

---{

-

~;~jk;~e~~

_

~

._.

=-

~~::

_

~

::V:~

!!

E.

t

e

:

1-

168000 kcal/hr.

89.470 kcaljhr. Af te voer en warmte deor koeling:

_

T-

e ₁₁ t

9.

Lengte van de koeler. fw'/MrA'v'l .

ç

-..,J

-

20470 1 1 -hl /

[ 0(

=

;

00

-

~~~:G

-

m~

f5~

-

ï~i~

--

r'/

0 0

Zi7/?.,.;--;,--yg-~STI--ë---rKÖ(3"'1Water van 15 tot 25 0 opwarmen)

Hierui t volgt: A= 5, 72 rr/

-2

Het koelw8.ter stroo;nt door buizen van 3/4" diameter d.i . 1, 9.1Q~m

Het oppervlak per meter buis bedraagt: 5,97. 10 m~m

Hoeveelheid koelwater( 10°C Op~arming) 8947 kg/hr.

Hoeveelheid koelwater per buis,b~ een snelheid van 0,152 m/sec.

156 kg/hr.

Het aantal buizen b_draagt dus:

Het totaal warmte overdragend oppervlak bedraagt. per

Als lengte van de koeler wordt gevonden:

58 ~

meter: 3, 46 m/m

1,65m

Diameter ko-.::ler.

De diameter van de koeler v{ordt berekend aai} de hand van een in de "V D I-Warmeatlas" (14)

beschreven voorbeeld.

De buizen staan gegroepeerd zoals aangegeven is;zie tekening 3.

d=19 mm

t=33 mm

,

Er geldt D ... =D+d+2u

D' =m.t

Aantal buizen = 58;hieruit volgt via de tabel m=8,OO

D .. =J50 mm

Voor de kleine afstand tussen de buitensta buis en de mantel wordt

hierb~j gevonden: u=14 m.:r...

Reactor 11

++-- --- -

-o

In deze reactor heerst een homogene temperatuur van 15

o

.

Warmtebalans.

Component Hoeveelheid/sec.

zwavelzuur 0,47 _kg/sec.

koolw.mengsel 1,74 kg/sec.

r--- .--- ---~---- --.--- _

\ Vrijkomende reactiewarmte: )

.~-. ---- .- --~-_. --._-."._---~ .. _-~_.- ._.-._---..

Totaal af te voeren warmte door koeling.

s . w. Vrijkomende 1.,rp~rmtl

0,5cal/g 4230 kcaljh;r:

e,4, ~" 61900 kcal/hr 52200 kcal/hr 1183 3 0 kcal/hr

Om

..

te koelen wordt een pekelmengsel gebruikt,dit wordt

~anF~

·

_tot

-4 c opgewarmd.

~i~enschappen pekel.

concentratie 16 gew.% ~

-soo~t .gew. ~,Ij glcm

soort . w-armte 0,8 cal" g

. . _130 C - zo

warmte overdrachtscoeff. \, 500 _{!cal/m. C}

.

hl

.

(!l

r

kn,-

21\ 8 C ~. \ ) (lit.12;1.3 ;15 ).

"

st~~~_

)

.---

- - - . _

-r .. Vt

~vv

/

Het doel van deze kolom is de T.B.A.uithet 207~::'W~.:\rêr;~re T.B.A.

mengsel te verkr~j~en in de vorm van ÇJ.~. binaire azeot.r·B-op- water/

T • 3 • A. lVV " ,) .. t . . I -; ", ·'·~·,1

uè kolom w'erkt met' een open stoom invoer.

Ó

Aannamen.

,

'- .,.... ..~

_-~ \}~:t ._ne~Q.!.:~n-s-port oIrtrH)~Qg i G"---QJ,ld-cr è'R---lr6vst;l_",de ~e-~ng.§:~~

. J

'2

he ?1:l:Çi~ -_. , .'~ _ , '( , , " " ! ~\ , : '.' C. \., ,

.( .. ..- • ~ - - -=--"'-" "V. =Y.." \\;. p.~ t,·, . .

" tH ~<.,. ...

·2 )Fc . +emperatuurdo.o.r.~~èlï:el.e __ kolom-is-G-Ons_tant • (~l ~

J) Op de schotels heerst evem'vicht tussen vloeistof en damp.

4 )Het zwavelzuur wordt als nL;t vluchtig beschouwd.

5)Het bodemproduct bevat \.gê~ '.r.B.A.

/ / "

~ilateriaalbalans. /

~ding

+ stoom =ketelproduct + destillaat.

i

X

X

Voeding: 1224 ~L5' 3C'G .I '.

/11'

}57' /

st

0 om: (.I, r [ {.t,. r.;/

''I

d'

I-,~. iI

:' :;t~·f~' ~

Ketelprodrt~t: '

J od8mproduct.

blS: 15~ zwavelzuur oplossing Aanwezig:3,12 mol/sec.zwavelzuur

Nodig: 0,85.~3.3,12 =96,25 mol/sec.water.

0,15 .13 ~L opproduct. JJis: 1.anvrezlg: Nodig: 61,5 illol.% T.B.A. G,15 mol~sec. T .B~; 3, 86 mol/sec. water.

Al coholbalans voor de bovenst$ schotel.

---.----

---~---v

~ 0 1 Z '. + Dx,

=

0 IX + 6,16

n~a

=

n+ a ' Q n+ a

V_ = molenstro01D. omhoog; silmenstellL-:.g y

On 1 = _n+ mole. _{' .'} nstroom' "o;n.laa_o

0',

_{, '}

·

samenstellinax _{- a}

D = destlllaat; sélmens;telllng x

d.

-

-f

l I

I

/

/

' -) T I ' ! 12. ~ ~~~~~~~~~-~!~~~~~~~~~~~~~ . \ \\ , '\

Nateriaalbalans voor water.

68 mol/ sec. water + ~

=

Cl~,

:25_

mOL~. + J.,! 86 mO,l/ sec.

Cv,J-"

,.

p.

.

)

L;:;= 321.11 moll sec. ~ I ~

r

~J.:::.w--::-:-:-

.

wt~~/u

!:r

!Iet

Int~

.

hr

2.

kden

.

vfan .dt.e.

tev:~nwi

,

c~tS

'

~

'~}

.

E;~":"..(~

::,

~e

_

~

_

w~cf!

..

.

~

Vei e dore me 0 e a ees . a,p . / -'

anfál 'theore-eTsche schotels wordt berekend volgen de grafische

methode van Ponchon en Savarit.

;Jerhouding stoom -voeding.

Voeding:

stoom:

stoom/vo.::ding: 0,343 g stOOill/ g voeding.

Gegevens. Voeding water(vlst . ) water (damp) r .B .. k. (vlst. ) ' 1" • B A • • (Qo ct. ~mY> iJ \ / Enthalpie kcal/k2 35,2 100 639 45 176 C67 1224 g/sec.water 457 g/sec.T.B.A. 1630 g/sec. 573 g/sec. Temperatuur C 38D 100 100 32

\-_-.-

r

stoom - ---~

_._

._

-_

.... -.. -'---" . . . _ . . .. T.B.A. ('1 ... '" 1. .D .l1... water s.w. kcal/kg 0,73 0,55 1

Bespreking van grafiek IV.

verdamp.warmte

kcal/kg.

131

539

De bepaling van het aantal theorethische schotels geschiedt met

behulp van een enthalpie-samenstellingsdiagram:T.B.A.jwater.

(grafiek LV)

Voor het bepalen van de evenwichtssamenst,ülingen vloeistof en

38

32

100

damp wordt verder gebruik gemaakt van een temperatuur-samenstelling:

diagram van T.B.A./water. (grafiek

I)

De punten in grafiek

I

v

Ys

scööJI1panC x_f = voedingspunt x =bodempunt

X

~

=

destillaat~unt

• \;iiU~~'J /"..;"J1 (( ... L-l-"" tC r

Cr'.;,"

. ' ,. .-;~ t I. I C,i, t (\,(IJ,l' l .

f

L, ('\\.[ ~'"",L

r

c'-' _, ,~

.

n t / I 13. ---"\ria de

punte~en

. · \~~1 verhoudlng LX~ - Kg ·,- .L

x wordt constructiepunt

°

gevonden. sfoom/kg voeding = 0,343.

Jy

S

Punt x_B ligt op de vertica18 as Punt lVI ligt verticaal boven het Verhouding OxB= ~ .

QI.~ W

b:.j x=o.

punt xD enop de l ijn XBO. Punt N ligt op de verticaal door x=O, e;1 op de lljn Iiaf Verhoudi~g Nxf = D

J\ix:f

vi

-

S

Het aantal theoret)lische schotels wordt nu als volgt gevonden.

y= samenstelling damp

x= samenstellimg vloeistof.

~u is _xD = YD= de~tillaa!same~stelling.

I/let YD wordt nu Vla het l -x dlagram van r.r.B.A. -water het

bijbehoren-de vloeistofpunt gevonden.Op de schotel heerst evenwicht .

Via dit gevonden punt en het punt Iv~ wordt het volgende damppunt gevonden.De constructie verloopt dan als voren.

Bij passeren van lijn IvIxf' wordt N als constructiepunt gevonden,

Het aantal nodenlijnen geeft nu het aantal theorethische schotels.

Dit aantal schotels bedraagt : 4. . '."-

'lJ-<> .\" \. Aangenomen ~ __ E:_eYl ê9:hotel~{ficiençy. yaY.l: .?9)~.~ ,>~'

Het

aantal p-;ractische schot'els b ,draagt du·s 7.

~~dhter voor fuet verwaarlozen van het zwavelzuur in de

wordt nog een schotel extra genomen.

' ... ,~ ....

~ ...

berekelhing

r·

Totaal aantal\ schotels dus:8.

De voedingsschotel is schotel 3 van boven.

Berekening lengte en diameter van de kolom.(lit.13).

Over de top komen 32,11 mol/sec. damp.

Het volume van de damp bedraagt dus:32,11.22,4.353 =0,932

273 De damp bestaat uit 13gew.~ water en 37 ~ew.% T.B.A.

het gewicht bedraagt 1, ,32 kg/ sec.

De dichtheid van het to_-poroduct als vloeistof:

~ ~

~~ =0,13.1000 +0,37.789 =817 kg/me

,'~;S

'~,

i De dichtheid van het toppr eduet als damp.

I

~1) = 1,682/0, 932=1,8 kg/ l-;:t • .!>

V:.

)<v

V

p",~ro f'i~.

\\,.

::n:::::::1::::t w:::t

s:::::::f::::

van 2

ft

.~

60

P:

m

,

en een vloei

-stofslot van 1" (2,54 cm) .

Via de tabel vermeldt in literatuur 13 wordt voor Kv gevonden;0,17.

dampsnelheid V=l,lO m/sec.

1-De oppervlakte van de doorsnede der kolom is. volume/sec. =

O

,

897

m

Le diameter der kolom bedraagt dus:l,04 m. snelheid

14.

Condensor achter destillatiekolom I . (lit.12;17;14) .

In ie;.8 cond:msor komt een mengsel van: 222 g/s8c.water.

1460 g/sec.T.B.A.

Dit m::ngsel is op kookpunt d. w. z. o"'1

e...vc..e.Y--Totaal wordt afgevoerd aan warmte: 1120000 kcal/hr.

Het warmte overdragend oppervlak A wordt

~: ft. U. L~ T)t./_{n .}

met behulp van de formule:

ber~ k.c.~ cl

~-,-ierin is Q.C\~~~",o~e",. 0

waterkoeling van 15-40 C

Hieruit volgt:

Hoeveelheid koelwater;

Hoeveelheid koel water per

0,152 m/sec. Aantal buizen: 1

ill=

300

kcal/m

~

C

.

hr

.

~

1\" T =51,5"C. wt~,· ~ I A=27,2 m.

J

44800 kg/hr.

buis~3/4"diameter) ,b~ een snelheid van

156 kg/hr.

Warmte overdragend oppervlak j!:Q::bo= r~:

288. 2

17,2m/m

Lengte van de koelbui~en: 1,91 m.

Diameter van de koeler .

/

Jp d~~.nde.\ manier viordt

It=0,7m.

hiervoor gevonden~

:iarmt,.')balans .

J:i'V,~ + Sv'i = .. w _v.; + Bw + c.:.

1) r>

Q is de in de con ensorafgevoerde cond~nsatiewarmte van het top

-pi'oduct . .

In grafiek 4 vinden we:

V08ding " stoom S Bodem TIJ Destillaat D Q _c D Resultaat: hoeYr~e1heid ..l-<:,s • 1,697 1,733 0,525 •. =G67 8 = 100 w w _D = 50 48~ 58,8 + 385,5 = 173,3 + 26,3 + 249.

De afw;jking bedraagt 5 kcal/ sec.

hoevee1~~~i.warmte 53,5 385,5 173,3 26,3

..

=

249 "'"c

-I

15.

3erekening van de rectificatiekolom 11 . (te ' erÜng 4)

Het doel van deze kolom is het alcohol-water mengsel met mlnlmum

-kookpunt 79, 91 te scheiden.Deze scheiding wordt met behulp van bens zeen, zoals door Yount'~s aangegeven)uitgevoerd.

Materiaalbalans.

Invoer Ül de kolom: 525 g/sec.mengsel (68 H ... 0₀ - 457 g T.B.A./sec. )

Hieruit moet al het wa ter Ierwijd::::rd worden als de ternaire aze otroop

met de samenstelling: Young (11)

--

---%T.B.A. 21,4 fo benzeen 70,5 ?~water E3, 1 Lit .10 %'f.B.A. ;~benzeen ji,water 19,3 71,9 8,8

De hoeveelheid ternaire azeotroop die ontstaat is: 840 g/sec.

~ianneer de damp g2condenseerd is, scheidt deze zich in twee lagen;na

uitwassen met water (zie extractieberekening) wordt er als terugvloei

-vloeistof in de kolom gevo::rd: " r

592 g/ sec. ~e?-z8en \ \,L( \ wktl..--t .

Q _ 49 g/ sec. 1 • B . A . ) d

l Aan zuiver T.B.A. wordt er ~ gevormd:

, 326 g/sec. T.B.A.

Afgevoerd wordt naar de verduntank:

Diameter van de kolom. _{(lit.};'. )}

68 g/sec. water

131 g/sec. 1.E.A.

De diameter wordt aan de hand van een aangenomen snelheid bepaald.

a) Dampsnelheid: (aansenomen)

Volume/sec. door de kolom: diameter

b)

e.

vloeistof;

p

damp :

damp snelheid volgens de for~ule

IJ. :.

Kil

Ve

"-

E

o

f

t

/~

=

~chotelafstand:

p

o

Hieruit volgt de diamoter:

Als diameter wor~t aangenomen:

Warmtebalans. 0,5 m/sec. 0, 404 rtf/sec. 1 ill. 0,856 g/cm: 9,0020 g, cm3 , 1,1 m/sec. 0,6 m 0,25 m 1 m.

Als enige onbekende grootheid in de warmtebalans word't de warmte toe

~o IlliD T.q,.11 131 '---.) Tekening

4

.

1030 f/10 T.a.R ~,s/' ... "H~

""2

%4<. 140 G,,~~ I-Izo lo48.z~ ~S4c •

. IiJJf .a 0 Slik.

I

r. • .",

101 ~/I".

• + • . .' _t,

I

1 ~

I

\ ) 0 \ -. < .

c

In deze vergel~king is:

Q,warmte toegevoerd in de kookketel

DhQwarmte inhoud van het destillaat Kh~warmte inhoud van het ketelproduct

Qz condensatiewar~te afgevoerJ in de condensor

16.

Q~ warmte afgevoerd door koeling van de terugvloei vloeistof bij extractie

Fbpwarmte inhoud van de voeding.

Hoeveelhei d

Ketel product 326 g/sec .T.B.A. Tempe80ratuur " C W68000 armte inhoud kcal/hr.

Voeding Dest illa2,t 4-57 pjsec.T.B.A. 68 g/ sec.water 131 g/sec.'-,-'.J .A. 68 g/ :3ec. water 107400 kcaljhr. o 39300 kcal/hr. 67 ,::; Condensatiewarmte . . . . . . . ..•...•..•.•.... 418000 kcal /hr.

Terugvloeiing 592 g/see.benzeen

-1-9 g/ sec. T • 3 • A .

~armte toegevoerd in de kookketel

Gegevens:

S.w. benzeen s .w. T.B.A.

v2rdampimgswarmt e i.~.A.

verdampingswarmte water

verdampingswarmte benz:en

° 0,41 cal/; C 0,725 cal/gOC 131 cal/g 540 cal /g 94 cal/iS

Condensor achter de destillatiekolom.

o .:> 67--25 C (12 ) (16 ) (17) (12) (12) . 32100 kcal/hr. 450000 kcal/hr.

In deze condensor komt een mengsel van:68 g/sec.water

180 g/sec .T.j .A.

592 g/sec.benzeen.

o

Dit mengsel is op kookpunt d.w.z. 67 C.

Totaal moet afgevoerd worden aan warmte: 418000 kcal/hr.

Volgens de formule:

t(

:#

{AT/fr>?

IJ.

t.I.

wordt weer te w.2:rk gegaan.

6.5)

"

CMIA'\~~'

u

=

S'JO

kca

l

/m

~

ê

.hr .

. .,.;J, :r.

Waterkoeling van 15-L_{W C} (À~~ hl 50

a

Hieruit volgt: '= 10,2 m.

Hoeveelheid koelwater: 16720 kg/hr.

Hoeveelheid koelwater per buis ,3/4" diameter) , bij een snelheid van 0, 152m~

Aantal buizen.

Warmteoverdragend oppervlak:

Lengte van de koeler: Diameter van dj koeler.

156 kg/hr.

108

6,45 m~'m

1,58 m.

Op do reeds enige malen beschreven manier wordt hiervoor gevonden:

D,::: 0,44 m.

17.

l'!let behulp van literatuur ,10 is deZe extractie .ɱ.iI!!!.3~ te berekenen.

Na koeling onstaan er Bovenlaag twee lagen met 'Jnd.:;rlaag 20, OJ~ T.B.A. 78, 9% 1, lJ~ In ons ben~een water geval: 10 _{, ut)} p;1 r'l _• E' _..B.. " _• 89,2fi0 "'later

:Bovonlaag I 592 g/ see. benzeen 150 G/ see. _ .~.A. 3,25 g/see.water samenstellingen: ~:nderlaag I 30 g/see. T.B.A. 59,75 g/see.water

De bovenlaag wordt geextraheerd met: 1080 g/see.water.

uit het t ernaire samenstellingsdiasrc,-m l ezen we de samenstelling van

de nu gevormde lagen af. (zie ;T:..~fiek LLL )

~r geldt :

AG=

hoeveolheid voeding

=

GE hoevJelheid water 0,69 Bovenlaê_g 11 92,5'1b benzeen 7, 5'10 T. B • A • 592 g/see. 49 g/see. Onderlaag .LI 8,6% T.B.A. 101 g/see . 91,4% water 1030 g/see .

Deze bovenlaag gaat als t eru::,'Vloei vloeistof naar de rectificatiekolom

11.

De beide onderlagen worden naar d8 verduntank gJtransporteerd.

QEIE~~~~~g:

De hoeveelheid water, die voor het extraheren nodig i s,worJt niet

willekeurig gekozen; zij is afgestemd op andere grootheden.

1) ~e hoevuolheid w~ter ~oet zodanig gekozen worden, dat

er zich in bovenl ;;ag 11 ,gêerl) water meer bevindt.

Deze laag wordt nl.in d~illati8kolom teruggevoerd.

,~'.:t punt G in de grafi81<:: (hetgeen de hoeveelheid water

aangeeft, bij een constant aangenomen voeding van 750 g/see. )

moet zich in i eder gev= 1 op de 1 ijn kB' beneden het punt H bevinden.

Dit geeft de voorwaarde:hoeveelheid water minimaal 775 g/see.

2) De beide onderl~gen,waarin zich dus al het water bevindt

dient ter ontleding van het tert .butylsulfaat.

Als sterkte VS.ll het zwavelzuur n2. de ontl eding i s as.ngenomen 20%.

Dit vergt een hoeveelheid water van 1080 g/see.

yolumina d_r afscheiders 111 ::)TI I 'l,h::t menp'vat en heL verzamelvat

- - - -- - - -- - -- - _________ 9 _____________________ •

;~ls volume van deze vier vaten wor dt 2rrf genomen.

De lengt e bedraagt : 2,55 m

De diameter bedraagt : 1,00 m

Verblijf t ijd in afscheider I

Verblijf tUd in afseh~ider 11

VerblUf t Ud in h~t mengvat

Verblijf t ijd in het verzamelvat:

40 minuten

20 :ninuten

20 minuten

IS.

Zwavelzuur indamper. ,lit.12;20)

l'en einde het 15;t zwavelL.-uur weer op de gewenste sterkte

van 65~ te brenge~ moet een zekere hoeveelheid water verdampt

word:n.

Verbranding 'van het eindraffinaat (vnl .butaan) levert hiervoor

de benodi ;de warl~t e . Clo. '" w.a.z:ic, i.o I, b," ~ Istc 6~A.~.

'foedin3:

_~i s:

~e verdampen hOeV2Jlheid water.

Toe te voeren warmte:

2,036 kg/sec. 15% zwavel zuur.

0,47 k~/sec. 65fo zwavelzuur.

1!,5 66 kg; sec. water . 6,. r .

G40000 Lcal/hr . (16,1.10 ~ . r .u,

De verbrandingsw~rmte van b~Laa ~ Godraagt: 11800 kcal/kg.

"tI odig aan butaan.L -25-' ':2/ ~'lr .

B.~j voll edige verbrandinz nouiS 2.a::. lucht: ,GOU l;:~/ Î1T .

iv~et behulp vaD literatuur :;eJ,evens ·,;ordt g::;"cüat dat de beno

-digde hoeveelh., id butaaü bodraaGt,

0,0<3 ~/s~

=

j_~i:. l'.::[/11r . (75~ rendement)

~venzo de benodigde hocveelheid luc~~.

326" kgf hr.

De indu;:-;trL:: levert :~uurconcentratots >:ot e8n capaciteit van

maximaal: r

5 . 1 0 0 :3. '.;.' • u . / hr .

~v. Li t ) 'atuurl'jst.

1)A.Butlerow,Lnn.lA4,1 :1867 )

Ann.180,245 (1875)

Ber .13,2395,1°,,30) .

2)G • .2.1.3aumann en ~'fl.R.S, .. dLh,Petrcleum L\.efiner 53(5),156 (1954) .

3)='.asaharu (~atuno" ,;ull.Che.:n. :':'oc .Japan 13,251 (19~·3 ) .

4)B.T .Brooks,U.S.~atont ~c 1,904,200 (April 13,1933);Chem.Abstr.27,

3222 (1938).

5)3.T.Brooks, ~nd.~ng.Chem. 27,278 (1935) .

6)Standard Oil Comp. of California,Brit .Patent ~o 471,667 (Sept.6,

1937);Chem.Abstr.32,1277 ;l S33).

7)Standard Llcohol '~omp.Jl\r . .2atent ,:0 '220,912 (Hov.22,1937) ; C Chem.Abstr.J2,3413 (lS38) .

8)Henri l"l.Guinot, u.S.Patont .:0 2,139, 953 (Dec.13,1939) ;Chem.Abstr.

33,2146 (1939) .

9)Privé .,.edede1ing,bsso ResearCfl and ..i;ngineering Company;New Ycrk 19,

l\J .Y.U.;J . .A.

10)Technical julletin,Sheli Chemical Corporation 49-2;hew York U.S.A.

11)S.Yonng,cJi~.ti11ation Princip1es and ProcesslJs(Mac.,:ü11an 19'22)

blz.191.

12)LUst van Tabellen van de ~oninkl;jke ~ederlandse Chemische Ve

r-eniging (D. B. ~enten' S 0i t gevers .. ~j. N . 1/ • .b.msterdam 1952)

b1z.307;2:33;214 ;136.

13) J ohn d . PorTy , :':;homica1 . .ónr>·ineers ~iandbook ,:':acGraw-di l l 1950)

blz. 234 ; ~25 ; 215; 210; 16~':; 182;

5

97 •

14); .D. I .

-

.1

[~rmeatlas ,Deutscher ingenieur -'ierlag ~)usseldorf 1953)

Pa 6;.Pa 7.

15 )H.iCramers, Collegedictaat rhysische-iverlcw~jze 1,1953. blz. 45

16)Gerard 8.Sinke and ~homas de vries,J .Am.Chem.Soc.I5,1815 (1953).

17)George ~ .Parks and Bernard Barton,J .AK. Chem.Soc.50,25 (1928).

13)C.S.Robinson and_ .R.Gil l iland,El ements of Fractional Distillation

(~~cGraw-Hill 1950) bl~. 195.

J~:G~G.Brown,Unil Jperations (John ~il,ly and Sons 1950) blz. 341.

~O)BuJlcti~ lC6 :her_a1 Researoh and ,_~gineerin: Ccrp.

1--- ---

-.'-'

_. --.. - -.

I /

V3~;v~vU~

Z.

(41:/3.)/9.)/,,)

.

(~~ ?~v~a<. ~ U ~ó-J ~~/tIPCA'Y~~~ ou. 1,/3.f1.~~

.t,,%~~-TBR

~rd

4t.

~~~

()U

~

.-p~ ~

T1317/I+,o

~d

~

7'"

~~~

/O~~

.

f&c~~~~A~~

~v-L!.~~

4~dc. ~ AJ~·~rJ~4-~·

;/,;..". ""'-

~

,,<>-v

4V"....JJ

~~~~

~d-/

PU-

~Pi<, ~~

V~an

~

Vevv~

~.

~ a~~.·

.!J

~

çû,

4~J, ~

~

~

~~~~.

JJ

1JtVf

~~

~rMI ~

~

~?

~~d.

J.I

~

,4,.~~

~J

0;1

~~

T&f?

y~a".;.",

I

:

r.

_

~ ~

~

c,U

~

~

~ ~rd<- ~~f~J:

~.t.ty ~//~.

A;V4~

.;

68

~/~

.

~~

0,

f!';

/cl

ft~· T.~.fl

6,2..

~

IK<:.

.

T/3/J. ~(3(J6

Ic

l

/~. ~~.: J,/l ~~ . .zw~.

... _ - _ .. _,.j .... _---~---':' ... -- - - - , - - . - - . . - -... " .• ---~ ... - _ .... -....- _ .- ... ~---..,

o

-,.-

-

.... -- ~ - - ---.-

-.

-

-

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

_.

' . .. . . . . ... "

-

- ~....-...---...--2. a~ .MItx.~~~ -.3,1~ ~/lsG-e.

~

(lf.<.

~

I.J

%~?

~

~

~ ~

~7

û . - . ~~:

!:!!..!

0 ~ . J, I2 .:;

.

f

6,.2 J ~ /~.=. 1,133 ~

jrec.

AN~ Ol IJ /8

1?14A/Yf,tA~~ ~~-&I ~~~

7

Pil

f

'

~

7fbfJ -

%.4

~

~

~o

(

CJ.s- ~/~T/Jfl.

1

(),ot>;2..

1;/84:.

I./JR

~

MÄ

~

~d.J

t>I-.:vI

~

~~

~_

~ ~

,{~J~

~

T.o.fJ.

~~ ~

'

~~~~r~

~~ /Q~~I ~J t~ ~~

7:;3.11

.

1f",1.vI~J ~

i / IJ'

~/~

Tldfl

~~/'(

!1

~

~~)

~~~..VI

~

Pf.~'1-V~ ...tt9'~~

1

0l 0 ' óJ

A:.?

~ A-V~ .

.---'----.:---~---~--~.!.'-

______ ...

J._-___ ... _ -..,._ .. _...-_

c

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

_

... - . . '-. '7' ,

u

.J

~~r'

c:?I t>-trYYI : . (/, s"

7

j

/'7 /

~

1,~2 '-/ Icl/~ -tN~. ~~~ I • ., ~ ~ IcJ~ /Iz ~

ó, <.Ir-

i

J.;/~ 7hR ",0(,) z. k; /~ II!>H

(1,306

/'1/}-Gc..

Ifl J Dy. p/JO 6

/.:,

/~

/6

S0,?"

(I,rtt

_{/cJ/d'U .}

/~ o. P~",,.A .' ~ I../J-

f

,iJ

/~ T/Jfl. CJ,.?6,9 ,ii /~ f/~tJ.

+

.2,ö/'

_/7/5U-

:l,st!:> .

A1/tfU...

y~~ ~7 -t>-... ~a~~ ~~

racLrlJo

~

ç4rl~ ~Lc~ /l)~

V

~~~U~~~

I, 2:L,/ 7/~ !lp{)

t},fIi

/7

~

TIJ!)·

:.21

~

%.

p/ ,rl) ,[ 7

/,H.<.

/.f.vo . p/

~

LjJ

iJ

dtnn-t

/'7

~~

.

I-- I-- I-- I--.... I--I--I--I--...I--I--...· .. <-.·----~-_ _ _ _ 4 . . . . ~ ~ _ _ .,. ...

--

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

~. ~ ~ (;l<. ~~ -1/.,..-.

U

/.u-v~ ~(,IL~/)

"'-A-~a.VIvdo ~~I ~~L ~d.

ato

.~

~~ ~d

~.J

~ -t-'~

,,0/ Oe:

e.-,/.s;;a.k.

~~

4~/

~ ~

~.R~ /b~047--'

~ 7lbft/lly o ~ _vU ...-~~ r~" E~ . k"...t/k

_ï

T.LIMpc,....Av.M.A

0c..

~~;! ~S 2 I ~A/.n !~.)

:

100 ft> 0 /W~

!d_,fo) :

b~1 jO 0 TJ::;R

!

~)

.'

60

T9f} (",~), /~ ; 1'2 ~~.

bbl

201

!U

.

J~~

/tJ4.,) T .p.>.A . ~.

~~~r#~'

:iJ;:

rI~

r;~

n l ~ 1. oe..

--_.

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

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

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

o

X8=

~~

')(.1) ::- ~---I~'

fX.~

I1/Nt--V

I

~~.

'

~

~

:is

rl~

.

~+

-V~~ oI~ ~~

.

~

~

~

r

.u

~"f~

-

,,~..u- ~~~.

.

~

~~

~~

.27

~~

.

/:;1).

~

~~

.

/j-

~~

cU

r

.Js

F

,...;...

~.)~~

~/

d~ ~.J~

'

oF

~II~

.

~~

ó

~,

-

0

Arnd.-..}

r;~

ft

/-i:;f

~'~d /~

X.D.:~~~~J~·

~~?~

t

~et>

ik

~~

0 Xe, .:: .2) .:

~J.

7fR: IV h~r'~'

V~

iJ-

~

LvI

r.)~ /V~

!:IJ

~

f

'f..J

~

T

JIbw' ,~ ~ ~ ~ ~~ / P - . . - rt..L-.

X81

..IJ ~

w-.

h-~ ~ ~.'

_ - _ ... - _ . ' ... -' .. - - , - - - -.... -. ' - - -'-r' . . ..,..~~_.~~_ ... ___________ .~ .. _". ___ . _. _ ____ ~_'__ .. ~_:__

o

I~ ..

--"

....J.~

r .

%

.TBR

·1 '"

4

--k.~ Ik~

!

k-t;'~.

1 - - - + - - - - f - --.- .---

--·----1--- -_._--

..

/;, (,0

11z.o

<96 ze;s-ft, S"' 0 ,~ 2. 0 _{(}J()J 'I J?:.~} ~,'-/o '1&00

₁

3 ,' Jc90 ~,.) 0 ~ [NO _63.;7 1.122. f; 2.0 i T~-o _{~1 'IS-J} 4; 10 7;'10' J I '-I _1../&" .; , _ . . . - - ' 1 ..

4'-V/

c«~J

4~vI..,..

,;O~

/J,V-tJ/U,(/

~

~ ~r

~~

.

.J

-=

"

~~~l

P(~.

)(.:;

c.J~~1 ~'/

6

-~

M

'XD;;.YD~

·

~AJ"'~~i'

/J1ZM

!:ft> /J,V-'P'·I .•

..L--!

r

~""" ~"

-Û

f - X

0-1.·r~

'f,u-. 7./JA

/t..fJ~ ~

~7-:-t~~

~~~~~.

+~~~

~

~~~/~~~d~

.

ri

et-

~

7·t-v~d-vvI~

~ ~~/-r:. ~MLt-t-~r~

'

a.;.~,., ...

--.vA

~~.

He.

~ ~ d.,.,...,~~.

~~r~~~

~

I/F

~~

~r!"'-' ?~/t/

~

ve~~~

.

~~~~

~

~~

~~-t ~~'j)~.

I

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

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

,

Sn'"

Md.<

(

'frc~

..y~ ~ d~

.-.;..

~

/rVt.V'1cU

/

~

~'\)~J

X..."

&~~~~'t

----~f~---

t

~~~~~~~~~a/~

~e;;U ~~l

/fI""""""dt.~

I'1c.

1)c

~

~I

4~A0'

01

'1

AA

~~,d~"

..

tJ,n'-7/~'

TM/llvO

~~~.

keMa~~:

0

J6ó1

,li/~'

4~p/~ ~.vt~ a.h~~~~

~rV~~~

o,rPJJ

/t/JU

TIJp /lfvV'

*/,)~l ~~:

c91

r

%

7/J1t

=-

Orrl?

~/H.L

TlJfi

I~

r

%

/IvO' ;;:- 01 11'6

*j/J<!.e.

IM

F "

~

~:d

v~

cU

p(~ ~~P'~.

/..D-=

()/

rP

_7"?:.

_-=

_0'1

S '/:J/?-t?3

0, S;

&~/L,,,

rV~U 4~~~~1~:

/1/;;

0,

I~

x/ooo I- 0161

1

_Y

lflJ

_{= 6J}

/1

)J

/n-.

3 /, / Cl

q' C ....vÖ e;>(..t

.w.

d<.. c, C""I.-'! ~c.<4

A:I~~~~'

{!h,

rr"

~

"'--_

... -... _ . , .... --~'r,( ~--t~ --~U~A ../.1 I<.j- . kc.-'

/"1-

/ ' ).~-,.

/su

1- : J, bli3

""s .:

~,Ç ~~ .~ -S tJ, ~,. {, 1(f:.= 661- ~~ 5",r W .

1.1

~

s

YJw~ ~~

'1

J 1 ~

D:

o.n.S WD; S:-D 2.G, ., \ I

S1,3

f- .361.r;S" ..::

/1'//

-f26/~ -f

t9c

.

/#'f.IÇi(,~

v-vf1':

Ifc .:

2

"fll

ÁcJ

./~

---,-_._---~ _{-~---~~---,--- -~----. __} .-~-.. -----.--.. --~-< ___ .. """t_-.~_ -' '----~----....,

r,

(, ' ,

--'

,be

C<P1~

~

~ktn."I

~~d

~

4d~ ~~

~

~~~

{}..,~ ~~

~

(),ar~ "'1/~

T./3H/flveJ· ~ . I1Z ~ f;.K;;d~

41

~ ~~ ~

,e.-0~) ~.~ ~/,)~7'-

rl3ll_-ó'j-%

~M

~~

2t9f

/c~/i;.

J)e

c-o-n~-4. /lN~) ~ 7~d. ~

~~

~

.

v,

'7->

x

2. rJ.J

-=

..2 S /;

jc~ li~..

=

4Pc.

.

{je .: .2 05-"6

ic.-f/tfU.':::-

'j2S-000 ic~/.-t.

~

/W~~dA.rA. ~

-v~

cx.e.

~~

/W"Md

~d

~~

~.,

tfc ; /7 • . /.../,

{b

T

Je.-.

~;~~~:~ ~d~~u..4

.

1!Ift4

~~..A4 /Vt>~

V"'-1 /.1-

S

~

~~d

etnrJd

~r.f-.

..

:J1...+vv~vl ~ w--rrl~

b~ .;.- ">~J':>C.

M

y"

tiC

b-aM

.-0

:

~

..

~

Ld

~

/1

~d~~:

R:

(fc.. _ 92-S7JU()

=-

1.

z

i

,yy7z . .J U I

@TL

J/S )(c900 I

~~

~~

~t:Ua71

:

~;;

92.Sf)()O; LJ.T 2.J'

_ _ w' _ _ .·_~_-- - - _ . - _ _ ._~_

J/

,A.~d~~~~

~d/d~.'

~=~V-~

~(I

~-

)(

&J1

.

I()~?)Z.

1000 .

31v-c ;

/'ls-.i

J

/.-1..

4M

~~d

~

IJ(; ")

~vWd-.:

Jl()()() .:

/9°

~

1'j,Ç Uw~P.t~~u:vJQ.rd~~ ~d4Ç1.~.' /~t ~~/W1' =- 3 ~~.~~~ ~~vt~.'/l:22.'f _ ~9.3,...,. / ,0

IJT

f

,-- ,-- ,-- - - -b.B ~/~«. HaO b,~ ~/~ec TB.A. ~,I2.

wwl/se.c

H2.'~O", .

...

vo e cl i r1.9'

F.

~2.,\' 'tl\O\/ ... ec. \t~O

---

...

.s.tOOI'1\ . .5. Te:KENi~4 '.

5

.

.DesTiLLAT·1 E :T.~A./fta.O. r-- - -bOf'I"'I'"'OG'-'c.\:. -1.::r-.>6 rvw:l/'Óec.. (,.' _ ••

~

_ _

"_

I

}

-

t

r--

--

po I _________

1

___

- - l .... I - ~-- - -. L-oV\de.nsor.

deç,~i /laa t . TI.

b,I6 ~/<i:;e.c. T'B.A.

~,a6

wJ../t.u.

~ho

F+'=:':: W~.D.

96

,2.S '\1101; ... .&c, l+~O

,2), \ '2. 'm~ / !.ec:.. H Zo oS 0Li .

O,os ~/f.t..e. T.&H

_-,e..-..t...

~-~..-..- ., ...

D

/

~ . . 1:$'''''

I -! r

A. J. de KO::.1ing.

1i

l-canvullende berekening van de reéèct oren -'- en 11

Opmerkingen.

: )~j do berekonin.c; -viord t ideale menging aangenomen.

;angezien hierover in de vermelde literatuur~2) niots

ver-meld wordt sch:jnt de:.e aanname niet zo onwaa.rsch:jnlljk te zijn.

!Joor nauman:l en Smi th (2) wor dt een tweetrapsextractie

.. u "

proc82, aangegeven; de eerste trap b -J Rlage temperatuur werkend,

en de tW:ë'ed(; trap b '/Ilag~' temperatuur werkend.

Le eerste reactor wordt gekoeld met water en de tweede trap met

:~'en of ander koelmiddel, van tussent:~dse waterkoelinj wordt ni ets

vermeld.

'v'erdelingscoefficenten z:jn b'j deze extractie ellereerst niet

vermeld en ten tweede niet van belang, daar er voor de berekening

voldoende gegevens z:jn jn de grafieken I en 11.

:rafiek 1 geeft aan het verband tuss3n de hoeveelheid

iso-buteJn in de koolwaterstoffase ~vnl .butanen) en de mol.ve

r-houding iso-buteenj ~wavelzuur in de extractfase.

8rafiek 11 geeft aan het verband tus~en de extrac

-tiesnelheid van iso-buteen aangegeven in een bepaalde maat)

als functie van dete~peratuur.A1s parameter dient hier de ver

-houding isc-buteen/zwavelzuur \mol.,m01 .)in de extractfase .

lo<:>~<>

/oó%

JauIllann en Smith geven a..an dat in de extractfase ::: er

een ffiolverhouding iso-buteen/zw~velzuur heerst van ongeveer 1,5

~xtractfase I1 heeft ongeveer een molverhouding van 0,5 .

. an de hand van dez _ gegevens zijn de hoeveelheden geT

A.J . de Koning.

erekening van de materiaalbalans van reactoren I en 11

Invoer reactor I

jangenomen :

0,331

- " 1,65

6,306

kg/sec.i -buteen(5,9wo1) kg, sec'~ butanen"

kg/sec ._I.z..~ 0,", (3,J2 mol)

,J~ 7~

Hiervan is een gedeelte afkomstig van reactor II,naderhand zullen

we :::ien hoeveel.

In de afscheider 11 komt dus oen_engsel met een mol.verhouding iso-buteen/zwave17uur(100fo) van 1,9.

~a evenwichtsinstel ling bevindt zich in de

grafiek 1..

raffinaatfase;l ,65 kgjsec."butaan"

1, 22 .;:01/ se~. i -buteen (0" 068]kg)_ 4,2% .

4,63 mol/sec .i -buteen )) ~ol . 1 5

~ 1') 1 TJ C 0 w. vorü. ,

), ~ mos e c . :"2, u l(

extractfase:

Zoals we zien stem:nen de waarden 4,2,: en 1,5 rrlet elkaar overeen.

j~eZL evenwichtsinstelling kan echter alleen maar gevonden worden door successieve approximatie.

Terwerking van de raffinaatfase .

grafiek I

Invoer reactor 11

1,65 :cg/ sec. "butaan""

1 ,22 ~ol sec.i-buteen 3, 1 ~ moI~ sec .lIz S 0." (lOO:;L)

Na evonwichtsinstel1ing bevindt zich in de

raffinaatfase: 1,65 kC:, se,'." butaan"

C, :C' 5 '::;'. sec.i -buL::mn(O,ll .nol; 0,4it

_xtractfascK: 1,11 ~ol; sec.i-buteen) - 1 h 0 ~6

3,12 mol/sec. ~I2.S 0,/ ) lIlO .ver . ', .-I

Zoals we zien in de grafiek ste~ .en de waarden 0,4: en 0,36 met elkaar overeen.

J,e extractfase ~l wordt nu teruzgevoerd naar reactot l .

Hi er wordt dus ingevoerd CGI mengselbestaande uit:

J ,12 .,.01/ se c . HSO" (loD'

1,11 .ilol, sec. I -buteer

en oen kra2.k,3:as :i:eno'sel () stc..andc uit: 1, 65 ~-Cgi sec." butaan"

Reactorvolumina.

_. er berekening van d = reactorvolumina kunnen we gebruik

maken van een door Baumann en Smith (lit.2) gevonden samenhang tussen de extractie snelheid van iso-buten in zwavel zuur en de temperatuur.

Als parameter dient hierbU de verhouding :

~\~olen i -bute ---'n/mol. zwavel zuur in het extract. ~ie grafiek 11.

Reactor I

molen i-buteen. mol. zwavelzuur in extract 1,5

extractiesnelheid (;,6

Deze extractiesnelheid wordt uitgedrukt in :

.:.olen i -buteen

mol.H₂SO 4 (100',%) • t'~jd (uren) .;0i -buteen boven de evenwichtsconcentratie De evenwichtsconcentratie van het i so-buteen bedraagt: 4,2%

concentratie iso-buteen in de voeding: ~ iso-buteen boven de evenwichtsconcentratie:

Voor de extractietijd in uren wordt hiermede gevonden: 0, 25uur

ierbl~ftUd in reactor J .. " olumeberekening. -3 "Ioeding ~47 .10 1,57 Jerblijft;jd 101ume reactor I +

-

3

1,98.10

0

,5

De reactor is cylindervormig met een diameter van

Le lengte bedraagt: 15 minuten.

=

4 ..., . , ) . 10- 3 m-)/ sec. = 90'0' sec.

=

3

,

3

m

3

.

1, 39 m

2

,

5

m.

-Heactor 11.

Zie grafiek 11.

Temperatuur

rnolen i -buteenjn:ol.zwavel:.uur in extract

extractiesnelheid

De evenwichtsconcentratie van het iso-butee'1 bedraas:t

concentratie iso-buteen in do voeding

%

iso-buteen bov n de evenwichtsconcentratie

60°F (15,50C)

0,36

0,27

0,4%

4-, 2Î~

Voor de extractie tijd wordt op dezelfde manier als voor reactor I

gevonden 0,35 UUî.

verbl~ftUd in reactor 11

Jo1umeberekening

Voeding 0,47.10-3

1,57

'! olu:ne reactor 11

+ 1 7

? l·~ j , ,_ . IJ

0,5

De reactor is cylindrisch met een diameter van

D~ lengte bedraagt

21 ~r.inuten.

1260 sec.

1,15 m

,--,'

Kpeling der r _actoren.

Dij d:.; absorbtie van i30-butecn in zwavelzuur onstaat warmte;deze bedraag 1',1 kcal/mol. (lit.gJ

Deze warmte wordt afsevoerd door koeling met water in reactor 1,reator =1 wcrdt gekoeld met een pekeloplossing.

3eactor I .

.. Ö kunneL aannemen, dat er in de reactor een homo

-gene temperatuur van 40 C heerst . (intensieve roer ing) .

Warmtebalans. (lit.12;13J .

component hoeveelheid/sec. temp . s . w. benodigde warmtE

Z\vavelzuur (G5/J) O,L1-7 leg/ sec. 15°~ 0,5 cal/g 21100 kcal/ho

iso-buteen 0,062 ~cc:/sec . 150:: o,4

"

2230 kcal/ho

kraakzas 1, 92 l-~g/ SGC. ?"'o~ ~V v 0,4

" 55200 kcal/ho

Jr'jkomende reactiewarmte bJ de absorptie van 3,5G mol/sec.i -buteen.

168000 kcal, h.

LIte veeren warmte door koeli~g '?911-70 kcal/ho

'loor warmteovordracht geldt.

~

'

l

(

)

'\'

_J

_ c ,_ O .

Y'w '"

1101

x

Ol.

çiw

-s

_A 70 ,,_cu.1/ h"

aovn.J~:

0<

=800 kC2.L ' !,:'- • oe. h l i t .11)

(L1~M = l

1'8

,0[Fmrmiug koel water van 15 tot 25 oe)

')

Hieruit volgt : ~=5 ,72 m~ .

- t k I t t t d b ' 3/4" d t d -2

,le oe wa er s room oor Ul7.en van iame er . i. 1, 9 .10 m

.et oppervlak per m.::;ter buis bedraé'..zt

HeeveJlheid koelwater(op~ar~in: 10r~)

-') 2

5, ~~7 .10 -m Im

Sceveelheid keelwater per buis,b:j sen snelheid van

Aantal buizen

8947 kg/h 6,152in/sec: 156

53

2

~:et totaal ~armteovcrdragend oppervlak bedraagt per meter J,46 m /m

Leu2te van de koeler 1,65 m.