Tetrapropyleen

,

(1)

(1)1 n 1 e i d i n g •

Door de ontwikkeling van de thermische en katalytitische kraak en reformprocessen in de aardolieindustrie komen in toenemende mate grote hoeveelheden gasvormige ole-finen beschikbaar.

Behalve voor verbrandingsdoeleinden (propagas en buta-gas) dienen ze als grondstof voor talrijke chemische pro-ducten, waaronder vele polymeren; b.v.:

(a) Plastics (polyetheen en polypropeen)

(b) Hoogoctaan benzine (di- en trimeren van propeen en/of buteen)

(c) Tetrapropyleen.

Bij de bereiding van (b) ontstaat tevens (c) en omge-keerd.

Tetrapropyleen

(1) [y~i~cge_c2n~t~n!eg

Het door polrymerisatie verkregen tetrapropyleen bestaat door de aard van het reactiemechanisme (zie verder) uit een mengsel Mab verschillende isomeren met de formule C12H24 •

Het product heeft dan ook geen bepaald kookpunt, maar een kooktraject.

De vaststelling daarvan is tamelijk arbsitairö Een in de industrie veel gebruikte waarde is 170 - 214 C, die wij ook zullen aanhouden.

Enige andere te zijn: d20 4 n20 D

voor de karakterisering belangrijke

constan-0,769

1,4379

Litteratuur (1),blz. 38 I

\

. Voor toepassingen is het verder nog belangrijk, dat de dubbele binding aan het eind of bijna aan het eind van de koolstofketen ligt.

-I. ~

- - - -- - -

-\.J

I r ...J

(2)

Tetrapropyleen wordt als grondstof gebruikt voor o.a.: (a) Weekmakers

Door alkylering met phenol verkrijgt men een week-maker (isododecylphenol) voor 6.a. nylon.

(b) Synthetische wasmiddelen

Dit is verreweg de belangrijkste toepassing.

Tetrapropyleen wordt dan eerst met een aromaat (meest-al benzeen, maar ook wel phenol of tolueen) ge(meest-alky-

gealky-leerd: AICI

3

+ ) ' _C6H5(C12H25)

dodecylbenzeen Het dodecylbenzeen wordt vervolgens met oleum gesul-foneerd:

+ SO ₃

Door het gevormde sulfonzuur te neutraliseren met NaOH wordt een uitstekend wasmiddel verkregen, dat onder ver~c~illende namen in de handel wordt gebracht.

-Litteratuur (2) blz. 104 e.v.

(3) !!~d~c!i~cljfe~s

Ondanks vele nasporingen (bij o.a. de Economische j Voorlichtingsdienst te Den Haag) waren geen gegevens

over productiecijfers e.d. te verkrijgen.

Slechts Litteratuur

(3)

blz. VI-61 vermeldt voor de productie in de V.S.:

1951 1952

42.500 Ton 52.200 Ton

Uit deze gegevens kunnen we ruw geschat voor 1960 in de V.S. een productie van ca. 100.000 Ton verwachten.

\ '

\.../

(3)

(11) Keu z e van h e t p r o c e s •

De ~eeste Brocessen werken met een temperatuur tussen

150 en 250 C en bij drukken, die varieren tussen 14 en 60 atmosfeer.

Een drietal katalysatoren is bekend (Litteratuur(4),blz.168): ( 1 ) Fosforzuur

(a) Vloeibaar

(b) Gedispergeerd op guhr (c) Als dunne film op kwarts (2) Silicowolfraamzuur oE bauxiet (3) Zinkchloridè

Daar van (2) en (3) geen technische toepassingen bekend zijn, hebben wij ons beperkt tot een keuze uit één va n de fosforzuurprocessen.

De moeilijkheid deed zich hierbij voor, dat de bruikba-re litteratuur vrijwel uitsluitend betbruikba-rekking had op pro-cessen, die gericht waren op de productie van benzine

(dus met het accent op de trimeren) en niet op tetrapro-pyleen.

Litteratuur (5) vermeldt echter gegevens over een proces, waarbij de gevor,mde di- en trimeren worden gerecirculeerd

in de voeding.Dit laatste geeft een sterke stijging van de tetrameeropbrengst. Enkele gegevens: Druk D'oo(('voer.,sne'lh. : e~~:p~r~t~il}:lh . ~ Conversie _... ~---' ... -.. ,., ..

_

... -.-..~ ... Katalysator 14-50 atm.

0,23 vol. vlb. propeen/vol. kat. per ~ur 2040-2380C

9..₀% ~oJ IJt"; . .( L.,-( .~ (' V;

In de voeding van de reactor zoveel dimeer en trimeer als Als polymeerverdeling in het gegeven:

moet minstens 2,2 maal propeen zijn.

reactorproduct wordt op-90,8 gew.% 9,2 IJ dimeer en trimeer (C 6 + C9) tetrameer en pentameer (C 12 + C15)

Voor de druk kozen wij voor ons proces 40 atm. _

Deze betrekkelijk hoge druk heeft het voordeel,dat de)

voeding geheel vloeibaar is en aldus een

schoonspoe-lende werking op de katalysator heeft.De levensduur daar-van wordt hierdoor aanzienlijk verlengd.

h

\\!~ 0

Voor de ~~ kozen ~.~Q5. C.Deze lage temperatuur geeft

weliswaar een wat ~~reactiesnelheid, maar de

vor-ming van allerlei nevenproducten, vooral verzadigde

koolwaterstoffen (door hydropolymerisatie) wordt sterk

onderdrukt.Litteratuur (4), blz.169.

Bij de polymerisatie ontsta~t vrij v~l w~rffite.Om de ._~.

temperatuur in de reactor constant te houden, moet dus.

gekoeld worrjen.

Dit kan door:

(a) Katalysatormassa in een stelsel van

buizen,waar-langs een koelvloeistof(meestal kokend water)

stroomt.

(b) Katalysator in een r eactor, met koeling d.m.v.

injecties van vloeibaar propaan op verschillende

hoogten in de reactor

Onze keus viel op (b),daar in een fabriek volgens dit

schema gebouwd op eenvoudige wijze kan worden

overge-schakeld op de productie van cumeen uit benzeen en propeen. (Litteratuur (6) blz. 203)

(111) Cap a c i t e i t van d e f a b r i e k

Over de productie en het verbruik van tetrapropyleen waren, zoals reeds gezegd, geen gegevens te verkrijgen.

Gezien de geschatte jaarproductie in de V.S. van 100.0~0 t

leek ons echter een capaciteit van 7.200 ton/jaar een

redelijke waarde.

Dit is ook ongeveer de productie van een "plant", die in

v

(IV) P I a a t s van d e f a b r i e k •

Als plaats van de fabriek kozen wij het Botlekgebied bij Rotterdam, in de onmiddellijke omgeving van de

raffinaderijen aldaar.

De volgende argumenten hebben bij deze keus een rol gespeeld:

(1) De grondstof (kraakgas) is gasvormig en dus over

grote afstanden moeilijk vervoerbaar.

(2) Wanneer de raffinaderijen in Pernis op de

produc-tie van benzeen overgaan (door d~hydrogenering van

naftenen) kunnen ter plaatse een fabriek voor de

alkylering van tetrapropyleen met benzeen en

even-t ueel ook een installatie voor de sulfonering g

e-bouwd worden.

(3) Goede afvoermogelijkheden van het pr oduct (havens).

(4)

Het bijproduct van di- en trimeren

i~en

zeer

waar-devolle benzil3.e (goede "blending value"). Deze kan dus dichtbij verwerkt worden.

Het zelf~e argument geldt voor het afgewerkte

propagas i:en de pentamer~n. , V«(,./u,v.1 /.-<-\.,{I-/<

(j,

~

v","

~~,"(~v

~

)

~~(,~

)4t .~ 1,Je., tL_. I i . ft r~ ( _f' 1, ( ... A l ,; t~ ~ (, \ t., I I... , (v) C hem i s c h e a s p e c t e n • (1) Voeding

r

~\~~

De voeding van de reactor is een mengsèl van propaan

L-

'!\)

7

/

J

en propeen.De verhouding is afhankelijk ven de

kraak-n condities, maar voor onze berekeningen zullen we

aan-. " nemen 34 gew.% propeen en 6f; gew.% propaan.

\, lt.;,tL_'"

'--I t~l I Behalve deze twee, komen in kleine hoeveelheden ook

" andere koolwaterstoffen voor, b.v. etha8n, etheen,

bu-rll"," '

-~-r G taan en buteen.Voor onze berekeningen zullen wij ze

\,\",4(" ) , ') ,echter als afwezig beschouwen.

I 1.-1I-- l(V' '

r '\.,\.:

.

(

De voeding zullen wij verder ook vrij veronderstellen

( I

-..../

(6)

H S kan onder de condities van de reactie met de

olefi-n~n

thioalcoholen vormen, die het product verontrei-nigen (Litteratuur (1) blz. 86)

(b) Aminen en

NH

3

Deze mogen niet aanwezig zlJn, daar ze de katalystor neutraliseren, die daardoor sterk in activiteit daalt. Ze worden in een waterwastoren verwijderd.

(c) Iso-buteen

Iso-buteen geeft polymeren, die, als ze in het eind-product terechtkomen afbraakverschijnselen geven bij de alkylering met benzeen.

De voeding moet een bepaalde, zeer kleine hoeveelheid water bevatten, daar anders de katalysator gedehyrateerd wordt.Deze hoeveelheid moet eigenlijk nauwkeurig gedo-seerd worden, maar economisch bezien is dit niet aanbe-velenswaardig (Litteratuur (8) blz. 196 en 199).

Bij de verwijdering van

NH

en aminen in de waterwas-toren, komt wat water in d~ voeding en deze hoeveelheid neemt men meestal als de juiste aan.

Zoals de voeding de "plant" binnenkomt ~ullen we haar vloeibaar en met een temperatuur van 20 C veronderstel-len. De gewichtsverhouding propeen/proaan is 34/66 en de juiste hoeveelheid water is aanwezig.

(2) Katalysator

De katalysator is z.g. "vast fosforzuut"

Ortho- of pyrofosforzuur wordt gemengd met een vast absorptiemiddel, in dit geval k~ezelgHhr en het mengsel vervolgens gecalcineerd bij 180 - 300 C, lang genoeg om de grootste hoeveelheid water te verwijderen. De katalysator wordt gebruikt in pillen met een dia-meter van ca. 1 cm.

\ '

'--"

(7)

De ''zuurgraad'' van de katalysator is van groot belang,

Denken wij onS de katalysator te bestäan Ult H

3P04 en P205' dan is: potemtieele hoeveelheid H 3P04 actueele hoeveelheid H3~04 De optimale zuurgraad is ca 110%. x 100 ~

=

"zuurgraad"

De hoeveelheid fosforzuur op de drager ligt tussen

70 en 85

%.

(3) Reactiemechanisme

In eerste instantsie vormt een propeenmolecllul met een proton van de katalysator een z.g. carboniumion.

Uit berekeningen blijkt, dat bij voorkeur het secun-daire carboniumion wordt gevormd:

>

,

Een carboniumion kan nu verschillende dingen doen:

(a) Een proton afsplitsen

(b) Intramoleculaire omlegging tot een stabieler

complex. +

Hier is CH3-CH-CH3 het stabielst. (c) Additie van een negatief ion.

(d) Polymerisatie, waarbij een olefine addeert aan het positief geladen C-atoom, waardoor een nieuw carboniumion met hoger molecuulgewicht ontstaat:

+

C-C-C + C=C-C >

+

c-g-c-c-c

In ons geval is alleen (d) van belang.

Het nieuw gevormde ion-kailweerde reacties (a)

tlm

(d) vertonen.Op deze wijze kan reeds de vorming van

vier isomere hexenen verklaard worden.Zo voortgaande kunnen we het ontstaan van een zeer ingewikkeld reac-tiemengsel beredeneren.

, I

'-.. ....

(8)

(4) Samenstelling reactorproduct

In de r~actor polymeris~ert propeen (C

3=) tQt

dime-ren (C_h-), trim~ren (C q-), tetrarneren (C12-),

pentamêren (C₁₅-) en ~ hogere polymeren.

Men zou verwachten, dat het aantal C-atomen steeds een veelvoud van drie is. Dit blijkt echter niet zo te zijn. Ook komen voor:

(a) Olefinen met tuss~liggend aantal C-atomen.

De oorzaak is waarschijnlijk, dat b.v. C = zich splitst

in b.v. butaan en penteen en dat penteen9verder

poly-meriseert met propeen.

(b) Verzadigde koolwaterstoffen.

Ook deze ontstaan door splitsing van gevormde hogere olefinen.

Het zal duidelijk zijn, dat het reactorproduct een ingewikkelde samenstelling heeft.

Voor de berekeningen zullen we echter aannemen, dat uitsluitend zuivere polymerisatie tot di-, tri-," tetra-en ptetra-entamertetra-en plaats vindt.

Litteratuur

(5)

geeft als polymeerverdeling op:

90,8 gew.% 9,2 It C 6= +C9= C₁₂

=

+ C 15

=

De onderlinge verhouding binnen deze waarden wordt ech-ter niet gegeven.

Met behulp van Litteratuur

(9)

blz.

75

hebben we

hier-van een schatting gemaakt. Daar wordt een proces be-schreven (z6nder recirculatie van di- en trimeren) met:

Druk Temperatuur Katalysator 40-60 atm. 180-200oC vloeibaar H 3P04

(g)

c

= 6 15%

c

= 9 40% C 12

=

29% C 15= 16%

Met behulp hiervan hebben we voor ons geval als

opbrengst berekend:

c

= 6 24,8%

c

=

9 66,0% C 12= 5,8% C 15= 3,4%

Dit is dus de verdeling van de polymeren.

In het reactorproduct komen echter ook propaan en propeen voor. Deze hoeveelheden kunnen we pas bereke-nen als we weten hoeveel propaan geinjecteerd moet worden voor koeling van de reactor.

(VI) 0 v e r z i c h t van h e t p r o c e s

Stroom (1) is de yerse Q3/C3= voeding, stroom (2) de recycle van C₆-en C_g-.

Dez~,)laatste wordt voorverwarmd d9.0r het) bodemproduct van Kolom I in warmtewisselaar 3 ~W.lW, 3 •

De gecombineerde voeding wordt achtereenvolgens in

W.W.1 ~met afloop reactor) en W.W.2 (met dowthermdamp)

op 205 C gebracht.

De temperatuur in de reactor wor9t constant op 2050C gehouden door injecties met het t9Pproduct

(hoofd-zakelijk C

( 1 o'~ 0--1'\" oJ:.;" -.c...----....L_~--U "

_n-+---~~;_---~---~~~

", " L

( 11)

Het reactorproduct loopt via een bezi~kv~ayje

(voor katalysatorresten) en W.W. 1 naar kolom I. Hier worden C

3 en C3

=

van de polymeren gescheiden.

1 .. f - ('. ~. /t; C"l--.

De polymeren lopen via ~.W. 3_naar kolom II~ waar_ze gescheiden worden in C₆- + C~- _{(top) en C12}-+ C₁₅-. De top wordt niet volledig, maar voor 99% gerecir-culeerd. Dit is gedaan om de in deze fractie voorko-mende verzadigde koolwaterstoffen te spuien.

De bodem van kolom 11 gaat naar kolom 111, waar ge-scheiden wordt in C₁₂

=

en C₁₅

=.

Temperaturen en drukken Stroom (1) Stroom (2) Reactor: druk tempertttulllr Kolom I: druk temp. (top) " (bodem) Kolom 11: druk temp. (top) 11 (bodem) :'40 ata ~050C 13,9 ata 400C 2200C '7

(12 ) Kolom 111:

-

-

-

--druk temp. (top) 11 (bodem)

Stofbalans gehele "plant"

Voeding 4765 kg C

3=+C3/uur

(in verh. 34/66)

'--.-I'

(13 )

(VII) S tof. - e n war m t e b a I a n s e n

De enthalpî~n en andere gegevens, die voor de balansen nodig zijn, hebben we voor het grootste deel geput uit Litteratuur (10).

Voor propaan en propeen konden de gegevens direct

wor-den afgelezen.

Voor de verschillende polymeren maakten we gebruik van

de tabellen voor "enthalpi~tl van petroleumfracties".

Voor elke frfJ.ctie wordt daartoe ee-rst een

IIkarakteri-seringsgetal volgens Watson en Smith berekend. Hiervoor geldt:

3

'J~g~e~m~l~d~d~e~l~d~k~o~o~k~p~u~n~t~i~no~

dichtheid in g/ml

= karakteriserings getal (K)

Voor het gemiddeld kookpunt hebben we het gemiddelde

tussen begin- en eindkookpunt van elk der fracties

ge-nomen. Dit is niet geheel juist, want het moet eigenlijk berekend worden uit de destillatiecurven van de fracties. De benodigde fysische constanten werden gevonden in

Litteratuur (1), blz. 38:

Fractie gookpMpt. gem. ~pt. dichtheid K

in C in R C

=

6 50-80 571 0,684 12,1 C

=

9 130-137 703 0,735 12,1 C 12

=

186-196 802 0,769 12,0 C 15

=

210-250 874 0,789 12,1

Opmerking: de basistemperatuur voor de enthalp'~H is niet

(14 )

(1) Reactor

Als jaarproduct~e van het tetrapropyleen hebben we 7200 ton aangenomen.

Gesteld, dat de fabriek 360 dagen per jaar werkt, vinden we: Productie/dag " luur " /sec 20 ton 834 kg 0,232 kg

We zullen aannemen, dat de in de reactor gevormde tetra-meren volledig in het eindproduct terechtkomen.

Gegevens: Voeding POlymeerverdeling "Space velocity" Conversie 34 gew.% C

=

3 66 gew.% C 3 24,8 gew.% C6= 66,0 11 C = 9 5,8 11 C12 3,4 11 _C 15 = = 0,23 vol. vlb. C

3=/vol.kat. _{per uur}

90%

Het voornaamste doel is nu om de samenstelling van het reactorproduct te berekenen.

Per seconde moet 0,232 kg C

,--"I

"".

₁

"".

(15 ) I W.w';l (Z.) (ij

Gezien de polymeerverdeling krijgen we dus aan polymeren in

(4):

0,992 kg C₆=jsec 2,640 kg C 9=jsec 0,232 kg C 12=jsec 0,136 kg C₁₅=jsec

We hebben gesteld, dat we 99% C₆= en C

9= recirculeren, dus in (2):

0,982 kg C₆=jsec 2,614 kg C

9=jsec

Per seconde gaat door (4) 4,000 kg polymeren.

Deze zijn gevormd uit de polymeren in (2) en het C 3

=

in (1) en (3).

\

We zullen nu stellen, dat van het C = in (3) niets wordt omgezet en dat alleen het C

3= uit

(1)

wordt

gepolymeri-seerd (voor 90%). Door (1) gaat dus:

- , _,.

( 16)

Gezien de C

3=/C3 verhouding van de voeding krijgen we

dus in (1):

0,449 kg C₃=/sec

0,875 kg C₃/sec

We gaan nu uit een warmtebalans over de reactor de hoeveelheid koeling berekenen (stroom 3)

We zullen daarbij rekening houden met het warmteverlies van de reactor (vrije convectie).

Daartoe bepalen we eerst:

Als we rek~ning houden met de afloop van C = en C = (1%)

en van C₁₅-, kunnen we berekenen, dat we v80r een9

productie van 834 kg tetrameer/uur nodig hebben:

1618 kg propeen/uur d vlb.C

3

=

=552

kg/m

3 ,

dus de volume stroom is

2,93

m

3

/uur.

De lIspace velocityll

lysator/is: is

0,23,

dus het volume van de

kata-Ll!t.-·J.~ ,(»

r

l.<I

cu.

l

{(.v'" IV'-' 2,93

=

0,23

'1 j.'" \ ~ LLv r\V~J.' J. t

Met het volume tussen de kat~lysatorbedden

wordt het volume dus ca 14 m • Voor de reactor geeft dit dus:

hoogte diameter

8,0 meter

1,5 meter

(17 )

Warmteverlies reactor

Hiertoe berekenen we met behulp van de kengetallen

van Nusselt, Frandtl en Grashof (Litteratuur (11),blz 59) de partieele warmteoverdrachtcoëfficie nt ~ van de

reactor aan de omringende (rustige)lucht door vrije convectie.

De temperatHur van de reactor stellen we 205°C, de lucht 15 C. Nu

=

e (Gr.Pr.)n o( L Nu

=

-;::-Dus: Nu = 80(. 0,037 L= 8m À₂₀₅0 e

=

0,037 J/m 2 oe sec

Fr

=

0,74 (voor alle 2-atomige gassen) Voor Gr kunnen we schrijven:

L3g 1 Gr

=

_{~ 2 • TT) .A T} L

=

8m g

=

9,8 m/sec 2

~

=

22.10-6m2/sec ~T= 190°C Hieruit volgt: Gr

=

7,3 x 1012

De hierbij behorende constanten zijn: e

=

0,13

.

' \ . J Dus;

8

01..

0,037 Hieruit volgt:

=

(18 ) 1/3 0,13 (7,3 x 1012x 0,74)

.

~

=

10,6 W/m2

°c

Dit is ook de totale warmteoverdrachtcoëfficient U,

want de ~ 's van de reactorinhoud na~r de wand en van

de wand zelf zijn veel groter.

Het oppervlak van de reactor is 37,6 m2, dus Bet

warm-teverlies bij een temperatuurverschil van 190 Cis:

10,6 x 37,6 x 190

=

76 x 103 J/sec

=

7ó kW

Met een warmtebalans gaan we nu berekenen, hoeveel top-product van kolom I voor koeling in de reactor moet wor-den gevoerd (stroom 3)

We nemen hierbij voorlopig aan, dat (3) uitsluitend uit propaan bestaat. :Dit mogen we wel doen, want het per-centage propeen is klein.

Voor de balans stellön we (3) gelijk aan x kg/sec. De temperatuur is 40 C (zie verder).

Naar de reactor:

kg/sec

°c

oF BTU/LBS kJ/kg 0'win kW

C 3 0,875 205 401 388 903 792 C₃ x 40 104 165 385 385x

c

=

3 0,449 205 401 372 868 390 C

=

6 0,982 205 401 256 598 588 C

=

9 2,614 205 401 232 542 1415 Totaal :(3185 + 385 x)kW

~ (19 ) Van de reactor: kg/sec

°c

oF BTU/lbs kJ/kg

~w

in kW C₃ x + 0,875 205 401 388 903 792 + 903 x C ₃

=

0,045

_"

_"

372 868 39 C

=

_0,992 11 11 256 598 594 6 C = _2,640 11

"

232 542 1431 9

c

12= 0,232 11

"

222 518 120 C15 0,136

_"

_"

212 497 68 verlies 76 Totaal :(3120 + 903 x) kW Dus 3185 + 385 x

₌

3120 + 903 x

Hieruit volgt x = 0,125 kg/sec (stroom 3) Wanneer we aannemen, dat (3) alleen uit C

3= en C3 bestaat, kunnen we deze hoeveelheden berekenen.

Stel x bestaat uita kg C

3 en b kg C3=· Dan:

a + 0,875 a

=

a + _{b = 0,125}

b + 0,045 b Hieruit vinden we:

a = 0,119 kg C₃/sec b = ~,006 kg C

3=/sec

Na al dit rekenwerk zijn we dus tenslotte op de

volgen-áe~reactorproductsamenstelling gekomen:

C 3 0,994 kg/sec 38,3 mol% C = _0,051 It _2,1

"

3_ C -_{6 0,992}

_"

20,6

_"

C

=

9 2,640

"

35,5

"

C 12= 0,232

"

2,4

"

C 15= 0,136

"

1 , 1

"

We hebben nu alleen nog het probleem om het tetrapropyleeB hier uit te winnen.

\...--'

(:20 )

(2) Warmtewisselaar 1

Zie figuur op blz. 15.

We berekenen eerst de temperatuur van de gecombineer-de voeding, zoals gecombineer-deze W.W. 1 ingaat.

stroom (1) : BTU/lbs kJ/kg kW _Cp 0,875 kg C 3/sec: 150 350 308 2,94 0,449 kg C₃=/sec: 146 343 154 2,86 Totaal 462 kW Temperatuur 20°C Stroom (2)

.

.

BTU/lbs kJ/kg kW C P 0,982 kg C6=/sec 176 412 406 2,52 2,614 kg

c

₉=/sec 168 392 1024 2,35 Totaal 1430 kW

Temperatuur : 139°C (zie verder)

De warmte stroom van (2 a ) wordt dus 462 + 1430 = 1792 kW Stel de temperatuur is xoC, dan:

(x-20)x {(2,94XO,875) + (2,86xO,449))

=

(139-x) x

~

(0,982X2,52)+(2,614X2,351

Hieruit volgt:

- - - _ . -." " 1-. , .. ,i_ \..i. (\ . \: -, '; t ' . ' 'vl. .. """ ,i- '1 ol} , ~ ;~-, i~ ... l , ',CL' J" \,' .. _,'.' 'I (21 )

De temperatuur van de reactorafloop (stroom 4) is 205°C. We zullen stellen, dat ze met eeR temperatuur van 175°C

bij kolom I moet komen (stroom 4 ). /' f

r::1-'

.:

r"

~ll( vI. ,: "

( ) ( )

\ . .( r· ~, , ' )

De warmtestroom van 4 is 3157 kW zie terug. I j " . ,,_,.,c.'I

~.·Î / " , Warmtestroom (4a): kg/sec BTU/lbs kJ/kg ~w in kW C₃ 0,994 357 833 828 C = 3 0,051 345 805 41 C = 6 0,992 217 504 500 t=175OC

C

=

9 2,640 194 455 1206 C 12= 6,232 ₄ 187 434 101 0,136 180 420 57 C15 Totaal:2733 kW De capaciteit van W.W. 1 is dus:

3157-2733= 424 kW

Van stroom (2a) naar stroom (2b ) krijgen we dus

enthalpiestijging van 424 kW.

We gaan nu de temperatuur van (2b ) berekenen:

kg/sec Cp kW/oC 0,875 2,41 2,10 0,449 2,10 0,95 0,982 2,614 2,61 2,49 2,56 6,50 Totaal :11,11 kw/oe

Dus temperatuurverhoging van (2a ) naar (2b ) is: 424/11,1 = 38°C

De temperatuur van (2 b ) wordt dus

102 + 38 = 140°C

v'

(22)

Warmtewisselaar 2

11

Het verwarmend medium is hier condeserende dowthermdamp. Temperatuur (2 b ) 140 oe (zie terug)

Temperatuur (2c ) _{205 oe}

Warmte stroom (2b ) 1792 + 424

₌

2216 kW Warmte stroom (2c ) 3185 kW

Dus capaciteit W.W.2: 969 kW

Warmtewisselaar 3

~ ,~ \ De bodem van koÓom I (temp. 220 oe, zie verder) daalt

l~' hierin tot 180 C.

Een berekening als bij W.W. 1 levert hier op: Temperatuur (2)

Capaciteit

139°C 470 kW

(23)

Destillatiekolommen

Bij het bepalen van de top- en bodemtemperaturen van de kolommen, die we voor de warmtebalansen nodig hebben, zullen we dezelfde aannamen maken als op pa~. 8, dus een reactorproduct, wat alleen uit propaan, pro~en en

zui-vere polymeren bestaat.

Daar di~niet het geval is, zijn de temperaturen slechts benaderingeh.

We zullen bij de temperatuurberekeningen wél een zeker percentage lichte- en zware sleutelcomponent in bodem-en topproduct aannembodem-en, maar om dezelfde redbodem-en deze per-centages niet in de stofbalansen opnemen.

Bij kolom I en kolom I I ondergaan d,~' voedingen bij1q.en

kolom een qrukverval ( respectievelijk van 40 ~ 13~9 en 13,9 ~

1

ata ).

Hierbij treedt verdamping van de lichtere componenten, dus een temperatuurdaling op.

Door gebrek aan gegevens hebben we deze optredende ver-anderingen niet berekend.

Voor wat betreft de enthalpiën hebben we aangenomen, dat deze niet veranderen.

Kolom I

Samenstelling voeding is al berekend (pag. 19) Temperatuur voeding 1750C (vóór drukdaling)

We gaan nu eerst de samenstellingen (in mol%) van top-en bodemproduct berektop-entop-en:

voeding top

I

bodem top Ibodem mol%

mol% voedinl2: mol% C= _{2,1 2,1}

_-

_h,3

-C3 38,3 37,7 0,6 93,2 0,5 3 C6= 20,6 0,6 20,0 1 ,5 33,6 C9

=

35,5

-

35,5

-

59,7 C12= 2,4

-

2,4

-

4,1 C15= 1 , 1

-

1 , 1

-

2,1

- -

- -

- -

-

-To taal: 100,0 40,4 59,6 , 100,0 100,0

(24)

De toptemperatuur stellen we op 40

°C.

Bij deze temperatuur kunnen we nog koelen met water. De druk in de kolom berekenen we nu uit de partiaaldruk-ken van het topproduct:

mol% C = 3 5,3 C 3 93,2 C == 6 1 ,5 P _P 17,0 6,85 14,0 13,02 0,38 0,01 Totaal :13,88 ata P=druk zuivere component p== partiaaldruk

De druk in de kolom wordt dus 13,9 ata

Door proberen vinden we voor

mol% _P220

_°c

C₃ 0,5 180

C

= 6 33,6 27

C

== 59,7 6,5 9 .--C 12= 4,1 1 ,9 C15 2,1 0,85 Totaal {SJ {bi de bodemtemperatuur 220

°C:

p 0,9 9,0 3,9 0,1 : 13,9 ata De terugvloeiver-houding is drie.

(25)

Warmtestroom (4a )

Stof- en warmte stroom (5) :

BTU/lbs kJ/kg yj _w in kW 0,994 kg C

3/sec 172 399 392

0,051 kg

c37~ec

168 392 20 Totaal 412 kW

R _{= 3, dus stof- en warmte stroom (5}b)

BTU/lbs kJ/kg yjw in kW 2,982 kg C

3/sec 172 399 1191

0,153 kg C

₃

/sec 168 392 60 Totaal 1251 kW

Stof- en warmte stroom (5a )

BTU/lbs kJ/kg yj in kW w 3,976 kg C 3/sec 305 714 2844 0,204 kg C 3=/seTl 310 722 147 \,,J Totaal 2991 kW

Verder hebben we nog stof- en warmtestroom (6)

BTU/lbs kJ/kg ~w in kW 0,992 kg C6=/sec 272 637 634 2,640 kg C 9=/sec 247 574 1539 0,232 kg C12=/sec 238 553 129 0,1'36 kg C 15=jsec 230 539 73 Totaal 2375 kW

(26)

Bij condensor moet afgevoerd worden:

(5a) - (5b) - (5)

=

291 - 1251 - 412

=

1328 kW Dus capaciteit condensor 1328 kW

Bij verdamper moet ingevoerd worden: (5) + (6) - (4a) + 1328

=

412+1328+2375-2733=1382 kW Dus capaciteit verdamper

:~

~~

k"

"'<'e:

~

i~

Kolom 11 Druk 1ata Terugvloeiverh. 3

Stofstromen (in kg/sec):

voeding top bodem C

=

6 0,992 0,992 C

=

9 2,640 2,640

c

₁₂

=

0,232 0,232

c

15= 0,136 0,136

Door proberen vinden we op dezelfde manier als bij kolom I:

Toptemperatuur Bodem- rt

Hier hebben we 1,6 mol~ C

=

_{in het bodem- en 0,06 mol% C12}

=

in het topproduct aangeno~en.

{De voeding heeft hier v6gr de drukval van 13,9

~

1,0 ata

l

een temperatuur van 180

c.

Voor condensor en verdamper berekenden we: Capaciteit condensor :4929 kW

(27) Kolom 111 Druk : 1,0 ata Terugvloelverh.: 4 Stofstromen(in kg/sec): voeding 0,232 0,136 top 0,232 bodem

Verder werd nog bepaald: Toptemperatuur Bodem- " Voedings- " Capaciteit condensor ti _verdamper 0,136 :338 kW :321 kW ~--- -

-(VIII) S c h o t e 1 g e t a 1 1 e n k 0 lom men

Door gebrek aan gegevens hebben we de schotelgetallen niet kunnen berekenen.

Alleen voor kolom I hebben we met behulp van de grafie-ken en andere gegevens in Litteratuur (12), blz. 150

kunnen vinden:

Theoretisvh schotelgetal bij R

=

oneindig :

4,1

We hebben voor de kolommen de volgende waarden aangenomen: Kolom I R

=

3 Practisch schotelgetal 12 Kolom 11 R

=

3 Practisch schotelgetal : 18 Kolom 111

'0

(28)

Gebruikte Litteratuur

(1) J.J.Verstappen, Katalytische Polymerisatie van Propeen;

Dissertatie Delft (1953)

(2) H.Stüpel, Synthetische Wasch- und Reinigungsmittel; Stuttgart (1954)

(3)

J.H.Perry, Chemical Business Handbook; New-York (1954)

(4) F.Asinger, Chemie und Technologie der Monoolefine; Berlin (1957)

(5) u.S. Patent nr. 2.486.533

(6) F.L.Resen, Oil

&

Gas Journal, 52 (46), (1954)

(7) E.K.Jones, Petroleum Refiner,

33

(12), (1954)

(8) G.E.Langlois

&

J.E.Walkey, Proceedings of the Third

World Petroleum Congress (IV), Leiden (1951)

(9)

F.I.A.T. Final Report No 1141

(10) J.B.Maxwell, Data Book on Hydrocarbons, New-York (1950) (11) Collegedictaat Prof. Ir. H.Kramers, Fysische

Trans-portverschijnselen.

(12) A.F.Orlicek

&

H.pöll, Hilfsbuch fUr