Verslag behorende bij het processchema: Vinylacetaat uit azijnzuur en acetyleen

~.

0.

,I Inhoud. Inleiding 1. Eigenschappen 2. T,oepassingen

3.

Produktie en prijs

4. Algemene technische bereidings methoden

5.

Voorgestelde produktie en prijs

blz. 2 2 2 3 3 4 11 Enige beschouwingen aan de reactie tussen

azijnzuur en acetyleen. 1. Reactiemechanisme 2. Reactiesnelheid

3.

Katalysator 4. Bijproducten

5. Conclusies wat betreft de optimale condities

"6. Reactorontwerp

111 Voorgesteld processchema.

1. Korte beschrijving van het proces 2. Stof~ en warmtebalansen

3.

Berekening van de apparaten 4. Drukverliezen

IV Economische beschouwingen. V Litteratuur.

VI Lijst van gebruikte symbolen. VII Lijst van physische constanten.

5 5 6 7 7. 8 11 14 14 25 27

29

30 31

.t; I. t'

-Inleiding. 1.1. Eigenschappen.

Vinylacetaat is een kleurloze beweeglijke vloeistof. (Kpt. 72~5 ) • Het is een zeer brandbare stof

(Flashpoint 23°F.) met een scherp~ karakterestieke geur • De damp werkt prikkelend op de ogen omdat vinylac.etaat snel met water hydrolyseert tot

aceetaldehyde en ~zijnzuur.

De zuivere stof zal langzaam polymeriseren, daarom moet bij het opslaan een polymerisatie-inhibitIDr toegevoegd worden. 20 ppm hydrochinoR en 300 ppm diphenylamine zijn voldoende. 1 )'; 2).

~.2. Toepassingen.

Het monomeer vindt zelf slechts weinig toepassing. Het wordt gebruikt voor de synthese van hogere vinylesters en als acyleringsmiddel.

Belangrijker is de toepassing in polymeren, zowel de zuivere stof of als een bestanddeel in copoly-meren. Tevens is het de grondstof voor

~lyvinyl­

alcohol, kunstrubbers en harsen.

Volgens 7) werd in 1956 het geprodu~eerde

vinyl-acetaat~s volgt toegepast:

45% als polyvinylacetaat 27% als polyvinylalcohol 20% als butyral

8%

als copolymeer.

Enige praktische toepassingen zijn :. veiligheids-glas, kleefstoffen, emulsieverven, emulgatoren, gramofo.onplaten, vloerbedekking, kunstleder.

.,.

3

1.3.

Produktie en prijs.

Zoals de meeste kunststoffen is de produktie van

vinylacetaat in de naoorlogse jaren enorm toegenomen. In

1954

bedroeg de produktie van V.A. in de V.S. en Canada

100

miljoen Ibs. per jaar. De produktie in

West-Europa en Japan werd op het zelfde cijfer geschat. In

1960

was de produktie in de V.S. meer dan verdubbeld, nl.

250

miljoen Ibs. per jaar. In de toekomst wordt

een verdere stijging verwacht. 1)

Omtrent de produktie en consumptie in Nederland zijn geen gegevens bekend, doch aang.etoond is 'dat voor de Westerse Wereld de consumptie van kunststoffen

even-redig is met de bevolking. 3)

Voor Nederland zou dit betekenen dat het verbruik van polyvinylacetaat

6500

ton per jaar ( in

1960 )

is. Voor

)965

kan men het verbruik dus,wel op

9000

ton

per jaar schatten.

De verkoopsprijs in de V.S. is de laatste jaren vrij constant gebleven, nl.

16-17

~ per lb. In Nederlandse courant is dit f

.1300, -

per t o n . . t'1

Door deze prijs is het een van de goedkoopste

lo~omereh,

het is dus geenszins verwonderlijk dat het verbruik

groot is.

1.4.

Algemene technische bereidingsmethoden. De meest toegepaste reacties zijn:

a. uit a~etyleen en aZ1Jnzuur.

b·. uit aceetaldehyde en azijnzuuranhydride.

ad a. De reactie kan op twee manieren uitgevoerd worden, nl. in de gasfase en in de vloeistoffase.

Bij het vloeistoffase-proces wordt' acetyleen door azijnzuur van 800C geblazen. De reactie vindt plaats onder invloed van mercurizouten en zwavelzuur.

Een groot nadeel van dit proces is het ontstaan van vrij grote hoeveelheden vinilideenacetaat. Dit proces

is dan ook grotendeels verdrongen door het gasfase

pro~edé. Hierbij wordt een mengsel van gasvormig

azijn-zuur met een overmaat acetyleen over een Zn- of

I~

lage tempera~uren ( 200~C) een hoge conversie bereikt worden. Bij dit proces ontstaat geen vinilideenacetaat,

doch wel kleine hoeve~lheden aceetaldehyde en aceton.

2),5),6),7).

De synthese uit aceetaldehyde en azijnzuuranhydride

-lijkt minder economisch omdat de grondstoffen

groten-deels uit acetyleen bereid worden. Op deze wijze schakelt men dus een extra trap in. Het proces wordt in Europa niet toegepast, wel in de V.S. 4)

In

1960

werd

80%

van het totaal geproduceerde vinyl-acetaat bereid uit acetyleen en azijnzuur.

1.5.

Voorgestelde produktie en plaats van de fabriek.

Voor zover bekend wordt vinylacetaat alleen in Nederland geproduceerd door de N.V. Electrozuur te Amsterdam.

De produktie is niet bekend, doch aángenomen mag worden dat deze fabriek de huidige consumptie niet zal kunnen bijhouden. Een produktie-capaciteit van de helft van de consumptie in 1965, dus 4000 ton is dus een ger~chtvaar­

digde grootte.

De plaats van de fabriek moet wegens de hoge vervoers-kosten van acetyleen, zo dicht mogelijk bij een acety-leen fabriek zijn, liefst hieraan gekoppeld.

Daar tevens het benodigde azijnzuur uit acetyleen ver-kregen kan worden wordt het probleem dus verschoven naar de meest gunstige plaats voor een acetyleenfabriek.

Een dergelijke fabriek verbruikt een grote hoeveelheid energie, zodat een goedkope energiebron essentieel is. De hiervoor in aanmerking komende plaats is Groningen met de enorme aardgas reserve. Het aardgas zelf kan dan ook als grondstof dienen.(bereiding van acetyleen door part iele oxidatie van methaa~. Een groot voordeel zal dan ook zijn dat vrij zuivere acetyleen verkregen kan worden. Als men acetyleen)verkregen volgens het

carbide-proces zou willen gebruiken dient dit eerst grondig ge-zuiverd te worden van katalysator vergiften.

Een ander voordeel van Glningen boven fiet~Westen of

Zuiden van het land is, dat de benodigde arbeidskrachten eerder in het Noorden, dan in de rest van Nederland

gevonden kunnen worden, hoewel dit natuurlijk afhangt van de ontwikkeling in dit toekomstige industriegebied.

,.,.

-

"'" .

"

II. Enige beschouwingen rond de reactie:

acetyleen

-t

azijnzuur --~»~' vinylacetaat

+

22,2kcal II.1. Reactiemeêbanisme.

Daar de meeste onderzoekingen aan de reactie verricht zijn in de landen achter het ijzeren gordijn en hier-van geen verslagen ter beschikking staan zal in dit verslag volstaan worden met verwijzingen naar de uittreksels in de Chemical Abstracts.

Onderzoekingen hebben aangetoond dat de reactie in verschillende stappen verloopt. Eerst wordt een mol· C2H2 door chem~sorptie aan de katalysator gebonden, gevolgd door een mol. azijnzuur, waarna tenslotte desorptie van vinylacekaat optreedt

HC:::CH

+

Zn(Ac)2- ;.. HC:::CH ... Zn(Ac)2 kll~-.t

k

-/\I'\) t..J

+

Ac- ... J. Ac:CH::CH:,Zn(Ac)2 ~4il'l:;~'Y:' <6

1/ ... ~ "''SI-. r,S!

,... 11:3 • ':>eqr~1 '--J.oeh.,

+

H L H2C::CH:Ac

+

ZnAc 2 . J14";J' ~ .

~ L ?~

'litleo o~ 41l"l...,

Bij lagere temperaturen is k

1 zeer klein en bep~9lt Q dus de

s~elheid

van de reactie. ( C.A. 48 , 8018a )

!

Hieruit volgt dus dat de partiaaldruk van acetyleen

zo groot mogelijk moet zijn. Hierbij komt nog dat bij hogere azijnzuurconcentraties vinilideenacetaat

gevormd kan worden ( uit het dimeer van azijnzuur), zodat er alle reden is met een zo hoog mogelijke .. acetyleen concentratie te werken.

II.2. Reactiesnelheid.

Uit metingen ( C.A. 53, 10944e, 16944c ) is voor de ~ --reactiesnelheidsconstante uit de vergelijking van

~~

Arrhenius de volgende waarde gevonden:

1,82 bij 2300 ; 4,0 bij 2500 ; 9,4 bij 2700•

waarin de dimensie mOl- 1 .sec71 (l.kat) is.

De reactie blijkt van de tweede orde te zijn, zodat voor de reactiesnelheidsverge+ijking volgt:

r~ k. CC2H2.CHAC •

Om r dus in molen per sec en per liter kat. te ver-krijgen moeten de concentraties dus uitgedrukt worden in molen per liter kat.

_t;

.

( log kversus 1/T is namelijk een rechte ).

r is dus exact te berekenen als de bedporositeit, het porievolume en de dichtheid van de katalysator bekend zijn. Deze gegevens zijn echter niet precies bekend, doch in de praktijk is gebleken dat een katalysator, bestaande uit 18gew.% zinkacetaat op actieve kool bij 1800C per uur en per liter kat. 50 g vinylacetaat levert.2).

Door de kleine waarde van k is het niet verwonderlijk dat bij deze lage temperaturen het stof transport uit de gasstroom naar de kat.deeltjes en in de porien van de kat. met veel grotere snelheid geschiedt dan de chemische

reactie, zodat de snelh€idsbepalende stap voor de omzet-ting de chemosorptie van acetyleen is. Hieruit volgt Gok dat het be~ch~kbare oppervlak zo groot mogelijk ±~,

moet zijn, met andere woorden het inwendig oppervlak moet zeer gro0t zijn, terwijl de benuttingsgraad ook hoog moet zijn. Dit laatste impliceert weer kleine kat. deeltjes.

II.3. Katalysator.

Uit het voorgaande is reeds gebleken dat het inwendig oppervlak zo groot mogelijk moet zijn, Uit metingen (C.A. 54 , 9470a ) blijkt echter dat dit slechts tot een

zeker maximaal oppervlak opgaat. Boven deze maximale waarde daalt de activiteit weer bij toenemend specifiek

oppervlak. Door de kleinere poriendiameter wordt dan de benuttingsgraad lager.

Het zelfde verschijnsel doet zich ook voor bij toenemend zinkacetaat-gehalte. Bij een gehalte van 18 gew.% is de activiteit het grootst. ( C.A. 54 , 10843e )

Uit een en ander is duidelijk dat actieve kool het

meest geschikt is als dragermateriaal. Voor de deeltjes grootte kan dan 3-4 mm genomen worden.

Een nadeel van deze katalysator is echter de korte levens-. duurlevens-. Deze hangt af van de reactietemperatuur,' de

ver-houding acetyleen/azijnzuur en de conversie .

.

e

-~ ".

11.4. Bijproducten.

De volgende nevenreacties kunnen optreden: a. Thermische ontleding van acetyleen

C2H2 ~ 2C

+

_H2

b. Hydrogenering van azijnzuur door de gevormde H2 CH₃COOH

+

_H2 ~ CR

3 CHO

+

H20

c. Hydrolyse van vinylacetaat. V.A •.

+

H₂0 ~ CH

3

COOH

+

CH

3

CHO

d. Ontleding van de katalysator.

Zn(Ac)2 ~ ZnC0₃

+

CH₃COCH₃

Uit deze mogelijke reacties blijkt dat ·de kans op vorming van aceetaldehyde groter is, dan de kans op vorming van aceton. Dit blijkt ook uit het rendement. Dit is namelijk berekend. op acetyleen veel lager

dan berekend op azijnzuur. Volgens 2~ en 6) is . dit 92-95%, resp. 97-99~ •

Bij ~gere temperaturen zullen vooral de

ontledings-reacties sneller gaan verlopen, wat dus katalysator gaat kosten.

11.5. C~clusies wat betreft de optimale condities. Uit het voorgaande zal duidelijk zijn dat

a,de temperatuur zo laag mogelijk moet zijn en b.de overmaat C₂H₂ zo groot mogelijk.

Om toch nog een redelijke produktie te krijgen moet men onder de volgende condities werken:

temperatuur : 1800

conversie per pass :

60%

verhouding acetyleen/~zijnzuur : 7 (molverh.!) Als de activiteit van de katalysator minder wordt kan bij hogere temperatuur gewerkt worden ( max.:2200)

terwijl de verhouding C₂H₂/HAc teruggebracht kan worden tot minimaal

3.

Op deze wijze kan een levensduur bereikt worden van 2-3 maanden.

.

'"

II.6. Reactorontwerp.

Nu de condities waaronder de reactie op moet treden bekend zijn , kan de reactor ontworpen worden.

De moeilijkheid is echter de eis dat de temperatuur variaties zo klein mogelijk dienen te zijn. Men moet dus naar een isotherm werkende reactor werken.

Hoewel dè reactiewarmte niet zo bijzonder groot is ( 114 kW ) moet toch voor een zeer goede koeling

J1

I

zorg gedragen worden. De oplossing van dit probleem is gezocht i~ de richting van een uit pijpen bestaande reactor, waarin de katalysator zich in de p~jpen

bevindt, terwijl hetkoelmedium (water) rond de pijpen circuleert.

De keuze van de diameter van de pijpen wordt bepaald ~ door de warmtegeleiding in het vastè bed. Het radiale temperatuur profiel is precies uitterekenen 8)

,(9),

doch hier zal volstaan worden met de conclusie dat voor 2" pijpen het radiale temp. profiel onder de heersende conditées minder dan 1 graad Cis.

Dikkere pijpen leveren een niet toelaatbaar verschil in temperatuur tussen hart en pijp\vand.

Dunnere pijpen zijn afteraden in verband met het vullen van de pijpen.

Het grote probleem bij de koeling van de reactor is de niet constante hoeveelheid aftevoeren warmte. "De conversie en dus de repctie\\Tarmte is namelijk

evenredig 'met de partiaaldrukken van de reactanten en deze zullen dusJin de lengterichting van de pijpen

gezien~veranderen. Dit kan opgevangen worden door in gelijkstroom te koelen, terwijl tevens zodanig schotten aangebracht worden dat over elk stuk tussen 2 schotten de warmteafvoer gelijk is.

De volgende problemen dienen dus opgelost te worden: a. de lengte van de pijpen.

b. de conversie als functie van de pijplengte. c. afstand der schot ten en koeling van de "reactor.

,.

; _,.'

.'

-~

a. lengte van de reactorpijpen.

uIt de reactiesnelheid (zie 11.2) is te bereke·nen hoeveel katalysator nodigills voor een jaarlijkse produktie' 'van 4000 ton.

Totaal nodig 9,14 m3 katalysator Om deze hoeveelheid op te bergen is nodig 4392 m.

per cyclus.

in 51, 5X:'~J.~m pijpen

. ~

Bij de kel?-ze van de 'lengte van de pijpen spelen de warmteoverdracht, de drukval en de mogelijkhemd voor

vullen een rol.

C(

drukvaJ- 2m pijpen

==

800 N/M2 " 3 I,

=-

3000 .. )'

Een en ander leidde tot de keuze van 2 meter pijpen. b. de conversie als functie van de pijplengte.

~

d

Voor de reactiesnelheid geldt: r~.~ kt PC

2H2• PHAc •

<. ~ Voor de. conversie: rd(W):: ,;" d~:i).

~

L--

<

c.

Hierin is W de hoeveelheid katalysator, deze is een functie van de lengte van de pijpen.

De vergelijking voor L als f(x) is dus van de volgende "gedaante: deL) - C.d(x)/PC H • PHAc

2 2

De partiaaldrukken kunnen ook als functie van x

geschre-ven worden. 2 ' . .

d(L)=

{~-x)(i~~)+

64

à(x) .

C •

Deze vergelijking is d.m.v. breuksplitsing optelossen, ( x2 is te verwaarlozen in de teller ), terwijl de randvoorwaarden zijn : x

=

0 L : 0

x :: 0,6 L 2

Hieruit volgt: L

=-

2.ln 7/(1-x)(7-x) •

afstand der schotten en koeling van de reactor.

De reactor wordt nu in 6 stukken verdeeld, waarbij de conversie over elk stuk 0,1 is. De warmteafvoer over elk stuk is nu 17,1 kit!.

Uit de lengte van elk stuk kan vervolgens het uitwisselend oppervlak van elk stuk berekend worden.

Voor de warmteweerstand geldt ongeveer 1/35. ( gepakte bed : 0( :: 90

.I, ,. t f .... ' f ~ .. ~

...

-l

..

I. 1i-l:Utirn ft: ·IlHHHH 'Imt~W ~ ! ,; TIKb:eJl1. .r.q~~'

.

i H

:tl:

fr 1 I I ·0 e:> .; " 1

ft}

i I _~ .. + + 1 :f~! j Ij • ~ l-'r~t ' : 1 tt _'lH; i

f

t

IR

,

q;{

_!

_i::

a

_m

; i Ff tl· ! " '. ' ,

·

I ·

.

~{Pri'

t

I

f+I t · ~ r'

i

I . _·

_r

j . _{, ,} I r~ , I W

..

. !

Jifu

n

ï

~x~mM,fZ

rt' I < . / ' ,i. !iJ. i I H tu Itt Httf tt

-

.

.. .,

,.

"

Nu is dus het temperatuurverschil tussen reactor en koelmedium te berekenen, en hieruit de gemiddelde koelwatertemperatuur in elk stuk.

De reaultaten zijn in onderstaande tabel weergegeven.

1 7 _L

_fin)

_A!~~

,

--

-x _n(1-x)(7-x) T T _koel. 0,1 ln1,03 0,24 93 5,8 174,2 0,2

,

,

1 ,29 0,50 101 5,3 174,7 0,3

, ,

1,49 0,80 117 4,6 175,4 0,4

,

,

1,77 1 ,14 128 4,2 175,8 0,5

,

,

2,16 1 ,54 156 3,4 176,6 0,6

,

,

2,74 2,00 180 3,0 177,0

Als we vervolgens de gem. koelwatertemperatuur uitzetten als functie van de lengte van de pijpen (zie nevenstaande

~_:J.

f,

(grafiek) blijkt dat de invoertemperatuur

173~7

en de

1 ~>(V~ o~· - _ _ _ _ _

'~ uitvoert~peratuu!_~,3 moet zijn.

~ Het op deze wijze optredende temperatuurverschil tussen

!

~

\

begin en eind van elke doorgang kan hoogstens 0~3 zijn of de afwijking in

y(

is hoogstens 1,7 kW. Dejhierdoor optredende temp.verschillen in de reactorpijpen kunnen

I hierdoor 1° bedragen.

In. de praktijk zullen de temperatuurverschillen tussen reactor en koelwater groter zijn, daar de warmteweer-stand,dJr het ontstaan van een vuillaag, groter zal worden. Het principe blijft echter hetzelfde.

De regeling van de reactor kan dus op het koelwater

---~---~ geschiede~, hierdoor is de regeling vrij eenvoudig. Een groot voordeel van de zo geconstrueerde reactor is

otoor

dat in een verdamper, waar~ het koelwater circuleer~

.' .1 DOWTHERM ; -I } I

· .. ··· .. 1 .

I

'J

q:r ...

~.

..:c.&~

L

stoom

i~

STOOM _... ... 1 - - - ' \!J\Y --",,"-{Itk...

~

I

,~' ~~

fî

12 , , " ,

'''''J

V'

~_~('-='

=

..

=~==~WA:~ER 'ii:~~

(~._.:

__

:1_5~~:"'~.

t voeding C₂H 2 ! . - - ,.l" voeding HAc VINYLACETAAT ~ ....

jt--~~Ir;;~L--~~_-L-'

'-iT~----'

' - - - - ' ....

-LW

IL

I

"PRODUCTEN ::';. r" \

l

I \ I li !I i I I I

!

i ... ,

.

,

.

, , , , . , _, I , , \

:

,

,~"~T

STOOM ~ ····Ib ~._.

) r:

'.1 J ~ [ -.-., -"

....

--. - · - - - -.. -ëJATER-.. ;;;.-'.!-' - - - 1

~r

,tl~

I

_.-....

1+-I

. I

... ~. ··~h i

1

W

naar voedingstan 1

' 1 .

:, " naar Qask~ .. " _{, .} ···rp . ~ I'':;~ : dowtherm' r - - - I ... ; L ... [j

l~

··I~Y

~ • R E : l

L .

STOOM VINYlACETAAT B.BLOEM

~~~

....

-~.

DATUM JUNI'-63 SCHAAll-20

C! lM ~M IJ

/1

--111. Voorgesteld processchema.

111.1. Korte beschrijving van het proces.

Zoals reeds in het voorgaande gezegd isJzijn de reactiecondities :. temp.: 1800

conversie :

60%

Als na enige tijd de conversie merkbaar gaat dalen moet de reactor op een hogere temperatuur ingesteld worden.

De beginverhouding C₂H₂/HAC is

7.

Deze verhouding wordt verkregen als men acetyleen door a~ijnzuur van

60

0

C

blaast. Dit geschiedt in een verdamper waarin het acetyleen (reeds tot

60

0 opgewarmd) gevoerd wordt. Een andere verhouding kan dus met de temperatuur in

de verdamper geregeld worden.

Het aldus verkregen gasmengsel wordt in een warmte-wisselaar opgewarmd door het hete reactiegas en

vervolgens in een verhitter op reactietemperatuur gebracht.

I In de reactor heeft dan de exotherme reactie plaats,

de warmte wordt afgevoerd met behulp van water onder druk, wat weer in een als verdamper uitgeruste

reactorkoeler de reactiewarmte afgeeft.

Het reactiegas wordt door een cycloon voor eventuele afscheiding van katalysatordeeltjes en na passeren van de eerder genoemde warmtewisselaar in een ~ densor afgekoeld tot 40o

C.

In deze condensor

conden-~

~

seert reeds een gedeelte van het reacti'emengsel.

~ '1'-"'\ Het niet condenseerbare deel wordt in een 2e condensor

\ .;,. y,\f' (

m. b.v. freon tot

@:9

afgekoeld. Het bij deze temperat

ocl,-~ ~ I tuur nog gasvormige deel wordt via een mistvanger

~-*

\

I

en een koeler voor het vinylacetaat weer naar een

~~

(voorwarmer geleid, waar de temperatuur op

60°C

gebracht wordt. Tevens wordt dan met vers ac'etyleen \de verdwenen hoeveelheid aangevuld.

De gezamenlijke vloeistoffracties van de condensors en de mistvanger worden naar de eerste destillatie-kolom gevoe~~. Ih deze kolom worden de bijproducten

\'\ () 0 ~ b -VI,-"'-i: .

1

L

/2

-top opgevangen. Het bij 300 niet condenseerbare deel

(opgelost acetyleen en wat aceetaldehyde) wordt weer teruggevoerd naar de 2e condensor.

Het ketelproduct van de eerste kolom wordt vervolgens naar de 2e destillatiekolom gevoerd, alwaar het vinyl-acetaat als topproduct verkregen wordt. Het wordt d~ox

het kouqe ~circulati~gas tot kamertemperatuur gekoeld en opgeslagen in

al{umi~ium

tanks •

.I 0

Het ketelproduct van de 2e kiliom dient weer als voeding voor de 3e destillatiekolom. Hierin wordt het azijnzuur gescheiden van hoger kokende verontreinigingen en toe-gevoegde inhibi)or. Het azijnzuur wordt dus aan de top van de kolom verkregen. Het warme azijnzuur wordt in een tank opgevangen en na met koud azijnzuur weer op

600 gebracht, waarna het azijnzuur weer naar de verdamper gevoerd wordt.

~, ~trent

het toevoegen van een polymerisatie-inhibitor

~\~

~

kan nog opgemerkt worden, dat 0,1% hydrochinmn of diphenylamine ruim voldoende is. Dit impliceert dat dan in de ketel van de 1e destillatiekolom 1,5 gjsec. hydrochinon_J bijvoorbeeld opgelost

(in

vinylecet laat =uf) azijnzuur) toegevoegd moet worden. Dze hoeveelheid verdwijnt weer bij de 3e destillatiekolom uit het

proces. In de opslagtanks is 0,05% hydrochinon"voldoende.

~at betreft de constructiematerialen; in die apparaten waar vloeistof aanwezig is moet R.V.S. gebru&kt worden,

in de overige apparaten kan volstaan worden "met gewoon handelsstaal.

Tenslotte dient nog opgemerkt te worden dat het recir-culatiegas op den duur zal gaan vervuilent door optre-dende lekken of door gassen welke door de reactie ont-staan. Deze kunnen op den duur het recirculatiegas

dermate verontreinigingen dat er explosiegevaar (als er lucht in liet systeem komt) ontstaat of dat de conversie daalt. Er zullen dus voortdurend analyses van het

recirculatiegas gemaakt dienen te worden. Hebben de

verontreinigingen een niet meer toelaatbare concentratie

,"

,

bereikt dan moet ~ het gas of gezuiverd of gespuid worden. Welke van deze twee methoden gebruikt gemaakt

zal worden hangt natuurlijk af van de frequentie waarmee de vervuiling optreedt. Opgemerkt kan nog worden dat

Ol 1)~

d.w.z. veel beter dan de meeste voorkomende gassen, zodat in een waskolom het recirculatiegas gezuiverd zou kunnen worden~: De wasvloeistof kan dan weer in de eerste condensor van het acetyleen ontdaan worden. III.2. Stof- en warmtebalanàen.

Aan de hand van bijgevoegd vereenvoudigd schema van het proces is op bladzijde f.) een overzicht gegeven van de massastromen en warmte inhouden op verschillende punten van het proces.

Op bladzijde

/6

zijn de warmtest:men welke de verschillende apparaten in of uit gaan vermeld.

Uit het overzicht van de massastromen bl~jkt dat aange-nomen is dat per seconde 1 g aceton en 2g aceetaldehyde gevormd zullen worden.

De samenstelling van het recirculatiegas (13) zal onder het onderwerp 2e condensor (blz~) behandeld worden.

111.3. Berekening van de in het schema voo~komende apparaten.

Achtereen~iligens zullen de verschillende apparaten

besproken worden, met dien verstande dat van elk type er een behandeld zal worden.

Op blz.Jb is een overzicht gegeven van de verschillende apparaten.

III.3a. Voo~~armer.

In dit apparaat wordt het recirculatiegas en de voeding C

2H2 opgewarmd van ongeveer 10 tot 60

0

met behulp van condenserende stoom van 1000C.

Dus

Ll

T~ _(I.~ =- 62,5

De warm~erstand wordt hoofdzakelijk bepaald door de gaskant. Het gas stroomt door de pijpen, zodat geldt:

Nu =: 0,027(Re)0,8. (Pr)0,33.

,

'

'7)

Als men een

u,

50 aanneemt zal blijken dat hieruit

~d = 60 volgt. De aanname U :::: 50 is dus te laag. U ~ 85 blijkt beter te voldoen, terugrekening levert ~ ~ 87. De aanname is dus redelijk.

Vo~ het uitwisselend oppervlak A volgt nu d' 13,8

dit komt overeen met 87 pijpen van 2 m (

26K

32mm).

2

..

. 1 ' _{2 3 4 5 6 7 8} . • 11 kgf s

_-

_{0,026 0,026 0",026 ,0,026 0,026 0,154 0,154} ',0' B

_-

0,001 0,001 0,150 0,150 0,150 0,060 0,060

e

-

-

-

-

-

-

0,001 0,001 D

-

_{. 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,007 0,007} E _{0,0>41 0,452 0,452 0,452 0,452 0,452 0,411 0,411} totaal 0,041 0,484 0,484 0,633 0,633 0,633 0,633 ,0,633 H kJ 2,3 1',j

5

> ~8~. ,.1. . " "'66- '..); ,1: _. . '(ij "' 1~'44'8

')

34-"06 ;'

j2,8t 7

9

tb ₁₁ 12 13 14 15 16 A kg/s _{0,142 0,026 0,026 0,012 0,116 0,128}

_-

_0,128 B _{0,037 0,001 0,001 0,022 0,037 0,059}

_-

_0,059

e

0,001

-

-

-

0,001 0,001 0,001

-D _{0,007 0,005 0,005}

_-

_{0,002 0,002 0,002}

-' - E 0,411 0,411 0,411

-

0,002 0,002

-

-totaal _{0,598 0,443 0,443 0,034 0,158 0,182 0,003 0,187} .. H kJ

_{ïf 1:4}

_{:_~}

_-

_{13,1 2,7}

_-

_{2,7 0,2 32,8} 17 18 19 20 21

@

A kg/s _{0,128 0,128} B _{0,059 0,059 0,090}

e

D E totaal _{0,128 0,128 0,059 0,059 0,090} H kJ _{18,1 5,0 13,5 13,5 3,5}

A = Vinylacetaat, B = azijnzuur,

e

=

aceton, D : aceetaledehyde E =- acetyleen

H = warmteinhoud t.o.v.

oOe

in kJ.

-

.

/Ii

-Warmtestromen en temperaturen.

I. Toevoeren 72

kW,

waarbij de temperatuur stijgt van 10 tot 60

°c.

11. Toevoeren 19 kW- bij een temperatuur van 60

°c

111. Uittewisselen warmte 195 kW, waarbij de tem~eratuur van het koudste fluidum van 60 - 140

°c

stijgt. In het maximale geval kan aan het koudste medium

toegevoerd worden 211 kW, zodat de temperatuur 180 wordt. IV. Toevoeren 87 kW, waarbij de temperatuur oploopt van

140 - 180 °C.

V. Aftevoeren warmte 114 kW, waarbij de reactor isotherm blijft.

VI. zie V

VII. - Afvoeren 161 kW, temperatuur van 100 naar 40

°c.

~III. Afvoeren 114 kW, temperatuur 40 naar OOC. IX. Afvoeren in condensor 68 lDtJ bij 30 .oC.

Toevoeren in ketel 87 k9 bij 900C.

X. Afvoeren in condensor 13,5 Kw bij 12~5 C. Toevoeren in ketel 54,2 kW bij 118

°c.

XI. Afvoeren in condensor bij 1180C 47,7 kW.

Toevoeren in ketel 34,2 kW.

XII. Te wisselen warmte 13 kW. Hierbij wordt het vinyl-acetaat gekoeld tot 20 °C.

Bij het berekenen van de warmte inhouden en de warmtestromen is voor de verdampingswarmte steeds de waarde bij het kook-punt genomen. De Damp bij lagere temperaturen dan het kokkkook-punt is berekend als onderkoelde damp. Tevens staan geen gegevens over de Cp van vinylacetaat-damp ter beschikking, zodat aan de opgegeven waarden niet veel waarde gehecht moet worden.

Als we voor de steek 1,4 • 32 ~45 mm nemen, volgt hieruit voor de diameter 54 cm.

De regeling geschiedt door temperatuur meting van de uitgaande gasstroom, is deze te laag dan moet meer

stoom toegevoerd worden enz. III.3b. Verdamper.

Het acetyleen wordt onderin het toestel geblazen. De voedingspijp voor het azijnzuur steekt onder de vleistofspiegel. De hoeveelheid azijnzuur wordt constant gehouden met een niveau-regelaar.

Voor de warmtedoorgangscoefficient is moeilijk een waarde te schatten, de gashoeveelheid is namelijk

groot. U

=

600 lijkt echter een redelijke aanname. Daar 11

~

>=: 40 is A

=

3 m

2

, dit komt overeen met 38 m 111 _{pijp. Als men dit oppervlak aanbrengt in de}

vorm van spiraalwindingen van 1 m diameter, heeft men 12 windingen nodig.

De totale diameter van het toestel wordt hiermee

11 0 cm.

Als men voor de afstand der windingen i.v.m. het schoonmaken ~,5 cm neemt, terwijl de vloeistofhoogte boven de spiraal 15 cm is ( beneden 10 cm ), dan is de totale vloeistofhoogte 90 cm.

Daar het toestel geweldig zal spatten is voor de totale hoogte van het apparaat 220cm genomen. Tevens moet een spat plaat aangebracht worden.

Vermeld dient nog te worden, dat het verwarmings-medium stoom van 1000 is.

r •

Helaas is in de tekening het toestel geconstrueerd onder aanname van een verkeerde warmtestroom.

( 33 kW, terwijl dit 79 kW moet zijn)

In de tekening is de diameter en het aantal windingen te klein.

III.3c. Warmtewisselaar.

Hierin wordt het reactiegas afgekoeld tot 1000C, de vrijkomende warmte wordt hierbij overgedragen aan het gasmengsel wat uit de verdamper komt.

Als de reactietemperatuur aan het eind van een cyclus hoger wordt, zal ook de warmteinhoud van het reactie-mengsel groter worden. Toch moet de wisselaar gecon-strueerd worden op het minimale geval, daar anders

/tP

-in het m-inimale geval de temperatuur van het uitgaande gas zo laag zou kunnen worden, dat reeds enige ·conden-satie optreedt. Hiertegen is het materiaal

(handels-'\

staal) niet bestand, zodat of het apparaat van R.V.S.

,

geconstrueerd moet worden, of genoegen genomen moet worden met een hogere belasting van de eerste

conden-sor in het maximale geval. Het laatste geniet de voorkeur, daar in het maximale geval de C2H2/~Ac

ver-vou~ing ook lager is, m.a.w. de condensatietemperatuur

hoger!

Dus

f4v

<= 195 k\AT

Stel U=-1 0

LlTI •m • .:::35

Dit levert voor A:550 1122 pijpen van 6 m.

dit komt overeen met De diameter van het apparaat wordt hiermee 1,70 m. Controle op U ~10:

In de pijpen is de snelheid 1,2

mis,

dit levert voor

d;::16,3.

Buiten de pijpen is v=0,5

mis.

Dit geeft d.:::" 11.

Voor ~U volgt hieruit 7, dus de aangenomen U is iets

. 0

te laag. DS U kan echter verhogd worden door meer schotten te plaatsen.

De warmteoverdracht zou ook verbeterd kunnen worden door de hoogte nog groter te maken. Om technische

redenen kan dit echter niet, wel zou kunnen 2 wisselaars achter elkaar met elk een hoogte van 6 m •

Hoe groot de U in werkelijkheid is, kan moeilijk voor-speld worden, daarom is in de tekening 1 wisselaar aangegeven, eventuele lagere temperaturen kunnen dan opgevangen worden in de verhitter.

III.3d. Verhitter.

In dit apparaat wordt~et gasmengsel op react·ie-temp. gebracht met Dowtherm\( Diphyl_) van 2400 C. Deze hoge temperatuur is nodig om i.n hetl]a~ximale geval een temperatuur van 2200 te kunnen bereiken.

De verhitter moet op het màximale geval geconstrueerd worden. De warmtestroom is dit geval ongeveer 100 kW.

10

De ti zal ongeveer ~ zijn. Het uitwisselend oppervlak

. ~Qó?

is dus

~O

m2, dit komt overeen met

~

m 1" pijp. Als men .:3 m pijpen neemt, wordt de diameter :

fo81tn

-III.3e. Reactor.

In 11.6 is de reactor reeds uitvoerig behandeld.

f)

_{Het zal duidelijk zijn, dat er minstens twee}

, identieke reactoren gebouwd zullen moeten worden. Meer dan twee reactoren is economisch gezien

ongunstig~, de prijs van de reactoren per kg wordt bij grotere apparaten goedkoper, terwijl de levens-duur van 2 reactoren samen langer is dan van 3 6f meer reactoren samen. Met andere woorden de jaar-lijkse kosten van 2 reactoren zijn het laagst.

Hierbij komt nog dat de plaatsingsruimte kleiner is, . terwijl meerdere reactoren elk een eigen koelsysteem moeten hebben, daar ze niet onder gelijke condities werken.

III.3f. Reactorkoeler.

ï

Dit toestel werkt in feite als een verdamper.

De door het "koelwater~' afgegeven warmte is 114 kW. Hiermee kan 0,053 kg stoom van 1300 opgewekt worden. De verdamper kan geconstrueerd worden op het mini-male geval, daar in het maximini-male geval de warmte-stroom gelijk blijft, terwijl ~T groter wordt.

N1 Nemen we r,voor U = 2000, dan volgt hieruit ( i l O 52)

~

A=1,1

m~.

Dit komt overeen met 28 pijpen

v~5

m.

"

De diameter wordt dan 34 cm.

~ Met deze koeler kan m~± de temperatuur van het

koel-<

water geregeld worden en dus ook de reactortemp. III.3g. 1e condensor.

In dit apparaat wordt het reactiemengsel met water o

gekoeld tot 40 C. De 'vraag is nu hoeveel azijnzuur en vinylacetaat zullen bij deze temperatuur gecon-denseerd zijn?

Deze hoeveelheid is in het ideale geval uitterekenen door te stellen dat als er a mol V.A. en b mol HAc gecondenseerd zijn, de samenstellingen in damp- en vloeistoffase zijn ~ittedrukken in a en b.

Tevens moet voldaan zijn aan de wet van Raoult, zodat i.y. :~i YA

=

xA.P

A P

VJ.t. e n YB

=

x_{B • B •}

opte-:0.'

tUt' a!! l' Ft lij ± " '1

.

,

stellen, welke grafisch zijn op te lossen. ( zie nevenstaand grafiekje ).

Hieruit volgt dat er 0,14 mol vinylacetaat en 0,36 mol azijnzuur gecondenseerd zijn. In feite zullen deze hoeveelheden iets groter zijn, omdat geen reke-ning gehpuden is met het gehalte aan vinylacetaat

in het recirculatiegas.

Door de grote overmaat niet condenseerbare gassen is de U moeilijk te schatten. U::: 100 lijkt een rede-lijke aanname.

Het apparaat is nu dus geheel uitterekenen. ( zie overzicht apparaten op blz.~).

De hoeveelheid benodigde koelwater is in het minimale geval 8 I/sec. Hieruit volgt dat het aantal passes

=6.

Opgemerkt kan nog worden, dat de warmteoverdracht aanzienlijk verhoogd kan worden door een deel van het condensaat terugtevoeren in de condensor. Dit zal vooral in het maximale geval nodig kunnen zijn, de condensor werkt dan namelijk voor een deel als een gaskoeler !

III.3g. 2e condensor.

Met freon wordt in dit toestel de damp tot

oOe

gekoeld waarbij het gr8tste deel van het azijnzuur, vinylac.,

aceton en aceetaldehyde zal condenseren.

Daar er op den duur zich een stationaire toestand zal instellen, waarbij er evenveel zal condenseren als er door de reacties gevormd zal worde~, is de vloeistof-samenstelling uitterekenen.

Uit y

=

x.P v8r elke component, is dus ook het gehalte van elke component in de damp te berekenen. Hieruit volgt dat het recirculatiegas bevat:

2r~ vinylacetaat

0,1'10 _azijnzuur

0,05% aceton

0,7~ aceetaldehyde, de rest is acetyleen.

•

o '?c.~e\Ë.lVTA9 (ö.S'

Bij 10

e

blijken deze bomweJ 'JCàen ongeveer twee maal groter te zijn!

In dit apparaat zal de U groter zijn dan in het voorgaande, omdat er meer zal condenseren.

De hoeveelheid niet condenseerbaar gas is echter nog vrij groot. Neem daarom U

=

400.

(ook hier is U te vergroten door terugvoer van het condensaat)

Voor lengte en dmameter zie blz.

li

III.3h. 1e destillatiekolom.

In deze kolom worden het aceetaldehyde en aceton gescheiden van de andere vloeistoffen.

De berekening van de kolom zal in de het mdgcilà C in

verschillende delen uitgevoerd worden.

Berekening van het aantal theoretische schotels. De voeding bestaat uit totaal 2,53 mol/sec.

xA := 0,580 A ::= vinylacetaat

XB

₌

0,376 B .= azijnzuur

Xc : : 0,008 C : aceton

x_D =- 0,012 D = aceetaldehyde

xE

=

0,024 E ~ acetyleen Aan het topproduct wordt de eis gesteld:

YA '- 0,005

Ye :: 0,18

YD :: 0,27

YE := 0,55

Het destillaat bestaat dus uit: x

A = 0,01 x

B .: 0,40 xD := 0,59

Het ketelproduct bestaat dan uit: xA

=

0,606

xB =- 0,394

xe

<.

5.10- 4

Het aantal schotels zal worden uitgerekend met behulp van de relatieve vluchtigheden. Deze zijn te berekenen uit de dampspanningen van de zuivere stoffen. ( zie

achterin bijgevoegde grafiek )

fî

_\

doch bij gebrek aan andere gegevens kunnen ze hier wel gebruikt worden.

Als sleutelcomponenten voor de te verlangen scheiding zijn de compnenten A en

e

gekozen.

Bovende voedingsschotel is voor dAe~0,52 genomen, beneden deze schotel 0,60.

De minimale refluxverhouding kan uit de eerste werk-lijn berekend worden. Onder deze condities is namelijk het aantal schotels oneindig groot zodat voor Y n;- 1 Y

n geschreven mag worden.

CV

Op de voedingsschoteili is de met de vloeistof in even-wicht zijnde damp met de relatieve vluchtigheden van

elke component uitterekenen.

In de vergelijking Yn

=

Xn.R;(R+ 1) t- Xdest/R+ 1

is nu ~ voor component

e

te berekenen dat R_min= 30. Voor de andere componenten blijkt deze waarde kleiner te zijn.

De terugvoerverhouding is dus groot; daar dit inhoudt dat de scheiding veel warmte zal vèrbruiken mag de R niet veel groter genomen worden. Neem bijv. R = ~O.

o

De eerste werklijnen voor de twee sleutelcompnenten ZlJn nu dus bekend.

Hieruit volgt

(Y A

\

~

(,

x

A

) .

.

Ye~~ x

_e

+

0,01

h

Daar het bij deze berekening slechts om de verhoudingen tussen A en

e

gaat mag voor x_A + Xc

=

1 genomen worden Daar tevens voor elke schotel geldt: Y A

=

1-.

_xA

Ye

~ Xc

is het aantal scho~els boven de voedingsschotel een-voudig te berekenen door uitgaande van het topproduct de berekening net zo lang door te voeren tot de

verhouding op de voedingsschotel bereikt is.

Het aantal theoretische schmels blijkt 14 te zijn. Beneden de voedingsschotel wordt het aantal schotels mede bepaald door de warmteinhoud van de voeding (q).

Onder de procescondities blijkt dat q ~ 1,43. Hiermee is de 2e werklijn te berekenen.

I

XI])f7 - OJ .N 6

-Op dezelfde wijze als hiervoor kan nu het aantal theoretische schotels beneden de voedingsschotel berekend worden, door uitgaande van het ketelproduct weer net zo lang doorterekenen tot de verhouding ~

de voedingsschmtel bereikt is. Met de voedingsschotel meegerekend blijkt ditaantal)~ te zijn.

Totaal is dus voor de scheiding een kolom met

j~' b~

theoretische schotels nodig.

Als men voor de H.E.T.P. van een gepagte kolom

0,5 m neemt, dan is dus de benodigde kolomlengte 13 m. Bepaling van de optimale kolomdiameter.

De beste werking van een gepakte kolom hangt af van de vloeistof- en de gasstroom in de kolom. Tevens is de vorm van de pakking van invloed.

In 10)zijn deze afhankelijkheden in grafieken voor verschillende soorten pakking weergegeven.

De berekening moet weer irfdelen geschieden, namelijk zowel voor het bovenste, als het onderste deel van de kolom.

De massastromen en de factor

p

zijn in de genoemde grafieken uitgedrukt angelsaksische eenheden.

De factor

f

is gelijk aan .=

~;O

_ .

Dus boven de voedindsschotel: 00jh G=- 0,157 kg/s .:: 1250"lbs/hr

L:, 0,149 11 :: 1180

"

,:1,37 lbs/cu.ft.

Hieruit is voor

t"

Raschig ringen te berekenen dat voor "flooding" de diameter 0,35 m moet zijn.

Beneden de voedingsschoteili:

G'

=

0,260 kg/s

=

2070 Ibs/hr. L' .: 0,426"

=

3400 tr

I'

~1,44 lbs/cu.ft.

Hieruit blijkt dat de diameter 0,51 m moet zijn. Meestal kiest men" echter een iets kleinere diameter; het"flooding-point" van een kolom is namelijk dat punt, waarbij de kolom nog net niet volloopt met vloeistof. Het is logisch dat als men preci~s op dit punt werkt, de kolom niet erg stabiel zal werken; een kleine verandering in de condities kan dan prompt tot gevolg hebben dat de kolom volloopt.

..

De hier gevolgde rekenwijze is echter niet geheel juist, de grafie~en zijn namelijk bepaald voor het systeem water-lucht. Daar echter de viscositeit van de vloeistof en de dichtheid van de damp niet

zoveel verschillen van water en lucht, mag de reken-wijze hier wel toegepast worden.

Tenslotte dient nog opge~erkt te worden dat de

kolom

uitger~~d

is onder aanname van

consta~

molen-stromen. Hoewel deze aanname reeds dubieus is, wordt de fout nog groter gemaakt, omdat het gemiddelde moleculairgewicht naar boven gerekend steeds kleiner zal worden, wat dus betekend dat de maasastromen ook kleiner zullen worden.

Naar boven gerekend zal de kolom dus steeds minder goed functioneren. Daarom is het raadzaam een hoge waarde (0,5m) voor de H.E.T.P. te nemen.

De drukval over -de kolom is op de zelfde wijze te berekenen, deze blijkt 125 cm waterdruk te zijn. Condensor.

De berekening geschiedt op dezelfde W1Jze als de vorige condensors. Deze condensor werkt ook als een pattieele condensor, doch de U kan hier wel op 800 gesteld worden.

Het niet condenseerbare deel wordt naar de 2e conden-sor teruggevoerd, waar rest van het aceetaldehyde en ace tom gecondenseerd wordt.

ketel.

De ketelveTI~arming geschiedt met stàom van 120o

C.

De U zal een grote waarde hebben, de waarde wordt

I"YV\ .IL QA e.

~@.f€ig:a3.E::±ijk bepaald door de minder goede

warmte-geleiding van R.V.S. Neem dus voor U= 800. III.3.i. 2e en 3e destilatiekolom •

Daar de berekening op precies dezelfde manier kan geschieden als bij de eerste kolom, wordt hier verwezen naar blz.

..

lA-

---III.3k. Koeler.

111.4.

In deze koeler wordt het vinylacetaat wat uit de copdensorevan de 2e destillatiekolom komt met het gas uit de 2e condensor (~oC) gekeeld tot 200 •

De moeilijkheid bij de berekening van deze koeler is dat de vloeistofstroming niet turbulent is.

Het Reynolds getaili voor de vloeistofstroming is echter door liet aanbrengen van passes op te voeren.

Bijv. bij 20 passes is Re.::5.10 3 .

Daar de grootste warmteweerstand toch aan de gaskant zal liggen, is het niet zo belangrijk of de 0<. aan de vloeistofkant 200 of 500 is.

Neem daarom voor U

=

20 .

De controle levert voor de gaskant : rJ.

=

21 . De aanname is dus redelijk goed.

Drukverliezen.

Uit de Fanningvergelijking voor het drukverlies in horizontale

leidingen~

i1 p

=

4f.t fJ .v2. LID ,

is in principe het drukverlies in de verschillende· apparaten en leidingen te berekenen.

Voor de verschillende appendages geldt:

L:> _{p ::: Cw •}

t

fJ

v2 _{, waarbij Cw meestal zeer}

goed te schatten is.

/)18.

Als we nu de verschillende apparaten ~gaan, dan blijkt dat de drukverliezen overal klein zijn ( ner-gens groter dan 0,01 atm.), behalve in de verdamper, waar een drukverschil van 1 meter azijnzuur over-wonnen moet worden. Om de drukverliezen in het

gehele gascirzuit optevangen kan men dus vmlstaan" met een Roots blower welke een overdruk levert van 0,3 - 0,7 Bar. De meest gunstige plaats van de blower is vlak voor de xexMam~ex voorwarmer, enerzijds is E hier de temperatuur het laagst, anderzijds is dan de druk op die plaatsen waar vinylacetaat ontstaat zo laag mogelijk. Een hogere druk kan namelijk de poly-merisatie versnellen. Tevens is bij hogere drukken het explosiegevaar g~~er !

Overzicht apparaten.

opmerkinslen of apparaat lengte diam. aantal _pijpen U verw. , re p. _koelmedium

voorwarmer 2 m 54 cm 87 85 stoom 1000

---._._-verdamper 2,2 110 spiraal 600 stoom 1000 warmtewis . 6 170 .1120 10 verhitter 3 ~O

/1°

:g@ ~() 00 dowtherm

240

0 -reactor 2 352 2196 30 water 175

_{-_}

0 .. _---_._---.

_._- reactor-koeler 0,5 33 24 2000 condensor ₃ 90 224 100 water 20-250 condensor ~I,S- ~6o lo7fi 400 freon _100

1e .-kolom 13 35/51

-

-

_R =: 40 0

dest. cond. 2 60 78 800 water 20-25 kolom ketel _{1 45 47} 800 stoom 1200

2e _{kolom 13 25}

-

-

R= 0,5

dest. cond. 1 34 20 1000 water 20;..300 kolom ketel 1 45 40 800 stoom 140

3e kolom 3 i/

-

-

R

=

0

dest. cond. 0,5 30 13 1000 water 20-300 kolom ketel 1 28 14 800 dowtherm 2400

koeler 3 43 130 20

f/'b)~

_.

IV. Economische beschouwingen.

Op blz. is een overzicht gegeven van het e&rgie-verbruik van het proces en een raming van de kost-prijs van de verschillende apparaten.

Hieruit blijkt dat het totale stoomverbruik per

~aar 6500 ton is. Hiervan wordt weer 1500 ton teruggewonnen in de reactorkoeler, zodat het verbruik 5000ton is.

Als we voor de prijs per ton stoom f.10,- nemen, dan volgt hieruit voor NRX de stoomkosten:

f.50.000,- per jaar. Aan koelwater wordt verbruikt:

430.000 m3 water. Als de prijs 0,05 per m3 is, dan zijn de jaarlijkse koelwaterkosten :

f.

21.000,..-Aan de hand van deze cijfers kan nu een globale kostprijsberekening opgesteld worden.

Totale investering:

Deze @6,5 maal de prlJs van de apparaten-f dus 6,5 • f. 245.000,-_....-- is f.

1.6eO.000,-gebouwen

1.400.000,-totale investering Jaarlijkse kosten:

f.

3.660.000,-t:

11

afschrijving, onderhoud, etc.

totaal6Q% _f. 900.000,-!

-grondstoffen: 2800 ton azijnzuur 1200 " acetyleen salarissen

energiekosten ( incl. pompkosten ) totaal 10. 400 .000 , 1 .800.000, - 300.000,- 100.000,-f. 4.500.000,-Dit levert dus een kostprijs van f. 1100,~ per ton vinylacetaat.

.... apparaat voorwarmer verdamper warmte-wisselaar verhitter reactor(2) koeler condensor condensor kolom (It.) cond. ketel kolom Iz~) cond. ketel kolom (3e) cond. ketel koeler opslagtank 1000 m3 bufferv.

Overzicht energiegebruik en geschatte kostprijs van de verschillende apparaten

stoom- koelw. gew. prijs

verbr.

16~ro3

kg. per kostprijs

toni jr kg. guldens 1000

-

8500, -1100

-

460 12,-

5500,--

-

3600 2,20 8000, - _-2000

-

3600,

--

-

~8000 2,20 40000,-1000,- _. 230 26000,---1 - - - ----~p-P_._-- 8000,---_. 420 15,- 6500,-93 7500,-1200

-

3000,---

_ ... -- 4100,-52 2000,-760

-

2300,-- ---_.- ._---._---_. _ _ . , _ _ _ ~_._ • • • _ _ _ _ A _ _ _ ' _ _ _ ._ ..•. _---"---95 15,- 1500,-57 1000,-470 1000,---,-_. 18000,- "

----

..

_--- ---_.

6800 10,- 68000,-- --- - . _ -3000,- 10,- 30.000,

-De prlJzen van de apparaten zlJn berekend volgens opgaven in 11). Voor sommige apparaten is de prijs van het

".

-.

Litteratuur.

1~ Kirk and Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology.

2) C.E o' Schildknecht , Vinyl and Related Compounds,

Wiley,New York

1952.

p

325

e.v.

3) D.C. Lockwood, C.T. Breitmayer, Petroleum and Refiner, december

1961,

p

155.

4)

idem ,november

1961,

p

308.

5)

Ind. Chem. Eng.

26 , 561 (1934)

6)

L.W. Greene, Chem. Eng.

54 ,98

(july

1947)

7)

L.B. Norden, Chem. Eng.

6s

,288

(may

1956)

8) H. Kramers, Physische Transportverschijnselen,

Collegedictaat

1958.

9) H. Kramers, K.R. Westerterp, Physische Aspecten van chemische Reactoren, Collegedictaat

1959.

1~@) J.H. Perry, Chemical Engineering Handbook McGraw-Hill, New York

1950

11) Prijzenboekje , stichting Nederlandse Apparaten

12)

13)

voor de Proces-industrie, oktober

1961.

T.E. Jordan, Vaporpressure of Organic Compounds, Interscience Publishers, New York

1954.

/\

Lijst van gebruikte symbolen.

A, B, C, D, E. ; afkortingen voor resp. vinylacetaat,

A

azijnzuur, aceton, aceetaldehyde en acetyleen.

=

Uitwisselend oppervlak bij warmteovergang.

cG

=

Partieele warmteoverdrachtscoefficient.

0<

AC

=

C

HAc ::

relatieve vluchtigheid van A t.o.v.C enz. Cw

D H

concentratie van azijnzuur.

=

weerstandsgetal voor obstakels ::; diameter. t 'nh d t Oo~, kJ = warm el ou .o.v. ~ ln ~. k = reactiesnelheidsconstante Nu

=

Nussel tgetal p

=

druk, of partiaaldruk in stroming.

p ~ dampspanning van ~en zuivere verbinding Pr

=

getal van Prandtl.

r ~ reactiesnelheid. Re getal van Reijnolds. T == absolute temperatuur ÁT

l • m. ~ logarithmisch gemiddelde van het temp, verschil

U

=

totale warmteoverdrachtscoefficient. W

=

hoeveelheid katalysatw~. x ~ molfractie in vloeistmf.

=

molfractie in damp .: massastroom ; warmtestroom ~ dichtheid ~ snelheid.

.~

Lijst van fysische constanten.

Warmtegeleidingscoefficient. (W/m.oc)

C2H2 : 0,0187 (0°); 0,0242 (50°); 0,0297 (100°);

0,036 9200°); 0,033 (150°).

Azijnzuur:

0,173

(vloeibaar

20°).

Viscositeit. (N. s/m2 )

C

₂

H

_{2 :}

9,35.10-

6

(0°),

bij hogere temPiraturen evenredig met T2 _• Azijnzuur:

1,155.10-3 (25°); 0,43.10- 3(100°).

-3( 0) Vinylacetaat:

0,43.10

25

.

Soortelijke warmte. C

₂

H

_{2 : 2,84.10}

3 (0-200°)

Azijnzuur (vloeibaar) :

1,96.103 .

Vinylacetaat (idem) :

1,93.103

.-Dichtheid. ( kg/m

3 )

C

₂

H

_{2 : 1,173 (0°);}

verder te berekenen als ideaal gas. Azijnzuur (vloeiaaar)

1,049.103

Vinylacetaat (idem) :

0,934.10 3 .

Verdampingswarmte. ( kJ/kg.)(bij kookpunt. Azijnzuur

₄₀₅

Vinylacetaat

382

Aceton

522

Aceetaldehyde -

.

.

570

Reactiewarmte. \~

/illAc

+

_C2H2 _.l> V.A.

+

93

kJ/mol.

Dampspanning. \~

zie bijgevoegde grafieken.

-I _, , --~-,

~.

-I

i

---t1

1 I

-- __ ;?_L

1

4'~

!

'

I

!

I

I

_! . _" ____ -:--_ - " - - _ _ 1

~";-lL

I

--t1----'"

~1

'//1

, . I

i

! 1 1

I

-:

•

-1 1 1 I I I ~J V,nylacetaat I J.T.Ysveld..

I

. Schaal 1 :25_\

" ,. • .;

P-

.

_.

.

, , "la!;

.

.

.

~

I:~

, i I I Jtt'> , _{I 1/} , -~ _, ' ,

JF

' . L. -, 0 , C-• t ' . 't; ~, Jtm }' , I I ol. , ,. JU':: _I , ' , I I I I

/0

11 I

".1

r , l

ba.:

I , I _I ! I

~n1

- I ! i I ! '1'-,

J~l

I I -IDb l I I I I _I> I l' II I, Ltf-tt I I I I 11111 11

r

_{\ !\} " I. I I I1 I , i ' I • -10

•

loe

.3's • §O

~

~()~

/I/)

,Je

j60

rif)

_IftJ

_Ûb

.

.

T

~

E.tI\.CLf:MNv<"

oe

.

~ -j)