Aceton door dehydrogenering van isopropylalcohol

~vJ Cop~

--~ ~

"J) I I

2,!-;,

f.

'3 >0

L,aboratorium voor Chemische Technologie

adrès:

Verslag behorende bij het processchema

van

J:

J,

RiJ

TTI:-II/. ~·~····-·-'···-···"-···-:··I··----·'···---... --... ----.----... --.---.. -... ---. onderwerp: . - (J ... ... V!l1.:.~ ... !:.~P.f.l~9f.ylo.L.1o..h(...j~

... , ... ..

SI;

FFI ERs" TrlCiUi

r-

2 8 A

'Ju

T7F/ÇQI7N-72.

I

I , ! • j ,~

~.

\

"ACETON DOOR DEHYDROGENERING VAN

ISOPROPYLALKOHOL" •

april

1964.

J.J. Hutten,

Saffieratraat 2Sa •

\

I. Algemene aspecten van de acetonfabrikage l.I. Inleiding.

i

I

1.2. Overzicht van de technisch-economisch

ver-antwoorde bereidingswijzen va~ aceton.

I.3. De Acetonfabrikage uit Isopropanol.

11. Chemische aspecten Van de dehydrogenering

Van

isopropy1a1koho1. II.l.De evenwichtsligging. II.2~De reactiewarmte. II.3.Het reactiemechanisme. II.4.De reactiekinetica. IL5.De katalysator.

III.physische aspecten van het dehydroseneringsproces ter bereiding van aceton.

IIl.I.De scheIilding van aceton en waterstof. III.2.De scheiding van ac_eton en water.

III.3.De sChe~ding van isopropanol en water.

IV.Stof en warmtestromeli in het proces. IV.l.De stofstromen.

IV.2.De warmtestromen.

v.

De Apparaten.

V~l~ De reactor.

V.2. OverziEht van de berekende apparaten. VI.Litteratuur. 1 1 1 5 7 7 9 9 10 13 14

14

16 17 18 18 21 22 22 24· 26 - - ----r

..

I

./

1//

~---~---~~- -I

I

,.

''"', ~-

~---I. Algemene aspecten van deàcetonfabrikage.

l.I.Inleiding.

~

-

.... ---~-

...

---De grote vr~ag naar oplosmiddelen in de periode na 1951

heeft de vraag naar aceton als grondstot voor de bereiding

van bijvoorbeeld methyl-isobutylketon en 4-methyl-pentanol~2

sterk doen stijgen. Tot voor 1951 werd aceton voornamelijk gebruikt als uitgangsstof voor de fabrikage ,van cellulose-acetaat. Het aceton werd toen gebruikt als oplosmiddel en als grondstof' voor ,de azijnzuuranhydride bereiding, waarmee cellulose geacyleerd wordt bij de bereiding van cellulose- ' acetaat.

Het acetonverbruik bedroeg in 1947 in de U.S.A. 397 miljoen

lbs.

In

1960 was dit gestegen tot 761 miljoen lbs~ Het

wereldverbruik vertoont een analoge éterke stijging.

Van

de

huidige ace1;onprodllcten wordt

44%

geb:ru~kt voor de

,b'et:èig:hbg van oplosmiddelen, terwijl aceton a.ls zodanig

voor

29%

wordt gebruikt áls' oplósmiddel o.a. voor

cellulose-ace~t, acetyleen dissous en in de verf~ en ,lakindustrie ,~

, 'Voor ,14% wordt' het verwerkt tot

methacryla~t.pe

overige

13%v10rdt gebruikt voor de bel'eidingvan vi ta,minen, ,genees-middelen,en cosmetica: (litt:l). De prijs van aceton

bedraagt ongeveer f .. 650,~- per toni! ,

1

I.2.Overzicht Van de ,mogelijke technisch-economisch'verantwoorde

, ,

~~::~!!!~~!!!s1~~-Y~E_~2~~E~.J~~!~!!.gl.!._

... ____

~"

__ ' ______

;...;_--_~

Van de mogelijke' bereidingsvlijzen \~orden alleen de

tegen-woordig in de industrie toegepaste, vermeld.

. ,

.

~.

..

\ -2-: ,~: ~ !f-A) Uit Isopropanol. --~---~--~--~

Aceton ,kan uit Isopropano.l ber.èid word,eri'door oxidatie of dehY~Ogeneren. Reactievergelijking: OH I CH...-_--j ~-CH _{!I.i 3}

+

i

02 H ,OH l' ZnO 0

---~~

CH -

8 -

CH ··CH - 0 -CH ·3 \ 3 3 . 3 +- H2 . - warmte ·H

Beide reacties J:runnén uitgevoerd worden met lt~.*Q;.

katalysa-tor~n, waarvan slechts enk~le commeJ:'çiäle belangstelling hebben.

De oxidatie vindt bij hogere temperatuur plaats dB:n de

dehydrogenering. Ook is getracht beide reacties tegelijker-tijd te laten verlopen aan een koperkatalysator, waardoor

een goede warmte econ.omie ve~kregen wordt.

B) Als bijproduct van het cumeen proces ter bereiding van fenol.

~~---~-~-~--~~---~~-~-~--~~----~~-~----~---Het cumeen proces levert aceton als een waardevol bij-product. Reactievergelijking:

.

y

H3

~C-H

+

. bH

3 o _CH3 85 CF-Q-Ö-O-o-H

: .

bH

... ... ". 3 j

I '

"

.

",' '\t'

.... 3 ...

De bereiding van glycerol uit ~ropèen wordt doo~ Shell

volgens onderstaand schema uitgevoerd.

~

prope~

+11 2 0 f:lóroleYne \ isopropylalcohol

.

L---·---.l-~l

j

+02 aceton + allylalcohol H 202 + aceton 11-...--~ _ _ ----1\ Reactievergelijking: H OH -

b

= OH ' +. 02 3 2 H \ OH_3-

P

-CH₃ + 02 OH

H H

\ ( glycerol. Cu 20

---=-iO>

300-400°0. CHZ- C-y-OH + H 202 Vl0 3 60-70

crt

H

-4-H₂ H H₂ \ \ I C-ç- C I \ OH OH OH

J

.

.

-4-i

Indien d~: rE:lacties.in sttlchiometriàohe verhoudingen verlopen ....

ontstaat bij de productie van ieder moleouul glycerol* 2 moleculen. aGeton, wat dus bijproduot,is van deze glycerol

1

synthese •

De

propaan-butaan mengsels, welke de

olieverwerkende-in-dustrie levert als grondstof voor de chemische i.nolieverwerkende-in-dustrie

kunnen deor partiële oxidatie éen reactiem~ngsel leveren,

dat voor

7%

uit aceton bestaat .•

De

reactiecondities van een dergelijk proces zijn:

T = 300 - 400°C. p::: 25 atm.; contacttijd ca. 1,15 sec.

Bij het uitvoerèn van een gisting van melasse kan een reactie mengsel verkregen worden van butylàlcohol en aceton. Dit proces wordt op kleine schaal toegepast 'in die gebièden, waar d~ melasse in voldoende gr.-ote.

hoeveelheden verkr~gbaa.r is (Midden-Amërika).

Dit proces wordt nog op kleine schaal in Duitsland toe-gepast. Reaotieverg~lijking; ~OIL-_--5 C-CH + q 3

o

G) .Uit Acetyleen.

--

..

_{_----}

...

-

...

-_

..

--'

Reactievergelijking: 2 C2H2 -I- 3 H20 - -.. CIi3- C - CH3 +

n

.

o

-5-002 kat: CeO _o T = 400 ·O.e., + 2 H2

.

.

De pereiding ~it acetyleen wordt toegepast waar acetyleen

....

uit steenkool gewonnen wo;rdt en de 'chemische industl:'ie. öp

steenkoo+ba~;i.s ,ver ön.t.wikkeld is"zoS:.ls, .in. Duitsland 0 ,De

economi,e van dit proces ;iS. bijzon~~r on~~ti~" ~mdat .

allereerst de zeer energetJ.sche dr~~vOu~~g~J.ndJ.~ ~n

acetyleen gemaakt moet w.ord,e:n.

_.

'\.

~ .

Van de in dit overziç:ht vermelde processen:f;er bereiding van ace.t·on wordt h~t proces. ui tga~ndè van Isopröpa,nol

het meest toegePa$t •.

Dank~ij

de

e;rote,"hö~~e~'lh~den

propeen, die de aardolie-industrie kan leve;ren als

grOnd~\Of',

voor

. \ ' .

.

'

de chemische industi'iè, is dit procesodk eçonomisch

aan-trekk~lijk.

. '

~

, '. \ . ' . ;:.'

~. ~.

. , ' y "-, " , j ~ , -, " "\i - ' '" :;; , .,.. , , \ ~ i',",' ": I ;, 3 .~~!~!!;~~::!.~~~_~~:!!~~~~~.,.~~_!~2E2~~!!2!:.

,.

,:.<:

"~'

." . , ,

"

Wanneer Isopropànol grondstof is voor de acet<onfàbricag(3,

,"" ~ , .

zal de fabriek bij' v,oprkeur gebouwd worden in de,na?:i,j.i.. heid van 'een olieraffinaderij.' Het própeen;dat, ~ ontstaat

'bijhetthermi~sèh krake'ri. va"~ aardoli~fracties,

bh

als gröndstof; dlh~neri voor' een, 'uitgebreid~ petrochéplisçhe

,.

indus~rie, waarvan het verwerkingssqhema op pag.ina .6 een

~...", " '

. bee,ld ,geeft. ,.

Aceton <is' u±tgangsstof trool' eén oplosiniddeJ,.~'n ... fa.briek.

. .. . , '.

Het·, wordt verkregen a.lsbijproduct van het glycerol-:. én

het:~ bumeènproces

en

do.or di.rectè vorming uit Is·opro~à.nol~

Hetprocesschema heeft de dirê:cte, dehyd,pogenel'ing van

Isopr,opanol tot. aceton als ·onderwêrp. Dezed,ehydrogeriering

I n . . : , . , .

\?ordt esn aantal petrochemischè bedrijven opcQmmerèUne schaal toegepast. Voor 'het processchema zal een productie ...

~ap~~:i.

teit' van

~irca

;4060 ton per

ja~ wor.d~n aangenomeri~

Dit· betekent, dat bij8000prod:uctietiren per jaar ongeveer 0,5 ton p~r uur gemaakt rooetworden. _"

" '.

. • i ~. I I· i

I:

I

-6-Als uitgangsstof voör de dehydrogenering va.n Isopropa.nbl t6t Aceton dient Isopropanol van 99% zuiverheid, verkregen

door azeotropische destil~atiè van een

Isopropanol-Water-mengsel, dat ontstaat bij de bereiding van Isöpropàl101 uit

pr~peen.,

Het Isopropanol wordt in een verdamper in de dampfase gebracht én na menging met e'en gelijk volume waterstof' t

door de reactor gevoerd.' Uit het reactiemengsel .wordt

Aceton gewonnen door condensatie en absorptie, gevolgd door een destillatie, Het niet omgezette Isopropanol wordt door destillatie gesche"iden van het water J dat bij de

gas-,

.

absorptie ingevoerd is, waarna het teruggevoerd'. wo:rdt naar de ver<Ïampèr.

Het product Aceton moet 99% zuiver zijn. Als verontreiniging mag water aanwezig zijn en een epoor Isopropanol.

---~ ....

--Ver,e'rkingsschema van Fr.opeen in .de petrochemisChe industrie.

---,~---~----~---

..

_-~---~~-_

..

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

..

_~_

..

~

..

- ""-Aardolie

J

, __ "Propeen '. , ' "

--- ----7

~.

'

.~

/ ..

\~~>.~

AllY1CForide .. MrOlrne .1:rOpanOL .. Culeen Propeenoxidè

Polypro'peen Acrylhitril Trimeer Tetrameer Allylalcohol ~202 : '

l '

l'

' .

~

. Aceton .<

1

Glycer'ol ' .. ~ .. _~ .: 4-methyl pentanol' 2 . Me thylis obutylket on AZijnzuuranhydrid~ -7-Fenol " Propeenglycol Polyprhp~ernglyco Isopropanolamine

-~,

-7-.. II ~ Chemische aspêcten van de dehydrogenering van Is()propy1a1coh~1.

Reáctieverge1ijking:

OH

~

°

( . CH -

~-CII

C~-p-C~ -4 .. ~ + J:I 2 3 . 3 H Nevenreactie:

OH

_K 2 I '.~ C~L.,-f-Clf:3 ~ CH 3-C=-CH2 + HO ~ ~) . 2 H . i . '(.

Van beide re~cties kan de evenwichtsligging b$rekend worden. Gebruik wordt gemaakt van demethóde volgens van Krèvelen en _{. . ,} 'Cb,ermin .(litt:3), omdat directe gegevens over de,

thermodyna-mische potentiaal (o.a. in A~P.I,. Research project 44) niet aanwezig zijn.

---Zo ,wordt gevonden' dat:

(-ÓG)reactie 1 == -14;.18 + 3,14. 10-2 ,T,

-2. '

( -&G) reactie 2 = -55,48 + 5 i 02 ~ 10 . T·~ , .:

-AG

'

Met behulp van log K= 2,3 RT kunnen Kl en K2 van de beid,e reactiesberekend worden.

Tabel'!.

T(oK) (-'Á G)1 (-l\ G)2 log

IS.

_{log . K2}

rs.

);t ,

~

450 ' ... 0,05 -32,:69 -0,,02 -15,9 0,95 1,2.10 .. 16 500 1,52 . . "'!30; 18 0,67 -13,4 4,65 . 4,o.10 .... 14 550 . 3,09 -27,67 1,24 -11,.1 17,4

_.

8,0.10-12 -10 600 4,66 -25,16 1,70 - 9,2 50,0 6,3.10 I 8 650 6,23 -22,65 2,10

,

-

7,7 126 , ,2iO~10 ~.

-

-8-..

,

.

-:. . , ~8':', . .,1.

Uit de K-waarden. van'de reactieshlijkt;dat' dëneven~

reactie niet van invloéd is. De berëkende waa:r:'dèn van

t

vertonen een goede overeenstemming met de ~xpèrimentele

, ' , ~, ' I

resultaten (littr4)~

Uit de berekende wàarden vari K zijn de evenwichtssamen-stellingen van het reactiemengsel u,it te r,ekerien.

Hierbijllloet rekening worden gehouden met de druk, waarbij de reactie wordt uitgevoerd. Uit dé reactievergelijking blijkt, dat drukverhogipg·een ongunstige invloed uit ..

oef(3nt op de evenwichtsligging. Er zal dUf? naar gestreefd worden qm,:) bij een zo J.aag mogelijke druk te werken.

, "Hi'Errbij mOet·echter·bedacht worden, dat een

waterstof-partiaaldruk gewenst is om de katál;ysator te' beschermen ". ,

. ,

tegen koolstofaf,zetting v~n ontled,e reactanten, enreaotie-producten. Eert waterstofverdunnillg van

50%

is .meestal , economisch aanváardbaar. Bij e~n r~actiedruk van ,3 ,atm. ' wordt de partiaaldruk van de waterstóf .in de

reactlÏlli-

--voeding 1,5 atm. Indien de . conversie ~ (mol ~~)is geldt voor dedehydrogénering;van Isopropy1alcoho1 onder ,deze condities:

IC _p

=

(.lOO,~'

x(lOO _x) -I-₍₂₉₀ x) _'t _ _{x) .P}

Na omwerking en substitutie, van P:;:. 3, atm.:. x2" + lOOK::::

?O;O~O~,

Hieruit zijn de evenwichtsconversies VOOl" de reactie te bere~enen.

Tabel 20, T{9K )·-;' evenwicnts-" ,

...

conversie bij .35 ·5% 71' Od '9'0 o~ 3 atm.,verd." ", 7°, '1° met H 2 1:1 -9-, i u •. 96,O%, 98,5,%- ,

-,~ <', I I . '

...

·-9 ... · II.2.De Reactiewarmte. ~--~--~-~~~--~--) ., .

De reactiewarmte kan ber~kend word~n'Uit, de,waa.;r-dén. van de vormingsenthalpiët;l b~j .298oK met behulp van de Cp ... waarden van Isopropylalcohol-, waterstof' en acet.on;, ,welke bij 41o.°K

gemeten zijn~ (litt:4).!o

'Ac~ton Isopropanol~ • -0(, . : " ,0 fP (cal};1, K, : m,ol,) H

₂

7,0

22,5

lfJi":'Q .I',. !ol \lt

'''"p.- .;. " waarin LS.C = , P

.-T

j

óc

dT

,

P

T

_s

(c )

- '

(C ) = '.3,,0 Cal/oK,MOl ppred. 'p react. .

Indien AO

_p

onafhankelijk van de tèmpérat't~ur ;ges·t~ld 'wordt is ~

.' , ( t.H)' - (6H) + J' g380o' - ,,' R , 0 ' 296 ':k'<~ " . j , ... , \. C _{p "} .355. _.

=

14,:18 :1"' 1,"06= 15 ,,2

Kcal/mol~

... ~ .

Del reactiewarmte is ui tgerékend bij 380°0,' omdat

.de~~a:ctie

bij dezetetnperatuur uitgevoerd 2;al worden. Uit het feit_{. . t}

'

dat (i!. H)R positief is, volgt dat de reactiewarmte toe ...

gevoerd moet worden.

I1.3.Het Reactiemechanisme • >

- "

_

...

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

, • I'

Het, réSl.ctier;nechanisme van de dehy~pgenering van Ispp:r:opanol over een katalysator' is niet met zekerheid beken.d~

, ,

Een mogelijk mechanisme kan voorgesteld wordendoo:r onder~'

, : staand sc!+emà:(litt:5); OH ~ CH, - C-CH... _{3 I ~,} ·H (gas) -lO~

••••• adsorbtie van Isopre ... ' panel aan acti~ye plaats op

" " . \ .:4 _ + ·M + M . ; l +

MH

...

~ ~

..

~ •. ; ,t;'.~~_J " ' '. rèact~èaan kat 0 qpp.. in t.wec;l trappen.

desorbtie va;'n aceton' •

• • • ! • H

2 vorming uit,' aan actieve plaatsen

geadsorbee:rdè' H atomen' •. ".",,*' CH .. I 3"

c=

O.M I CH 3

.

..

.

.

.

'), ' ; ' directe .. ~2vorming' • gel~jker1iÏjl-met de tweede trap vàn de reactie'.

Er wordt aangenomen; dat het gehäe katalysatöroppervlak met geadsorbeerd .Ieopr·opanol bedekt iSj hetg$en inhoildt, dat derèactie ,als oeord(:).pröces zal verlopeh, dus bn~ afhankelijk is van de partiaaldruk van het Isopropanol~

11 ~4. De , .Heac.tie kinetica.

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

..

-Over de react.iesnelhe1dvan de dehydrögenei'ing van Iso:" propanol over koperkatalysatorèn is een klÇi.ssieke studie verricht door' Palmer en ConstabIe ~ (li tt,~ 6).

Alhoewel de koperk;atalysatoren cq(Ilme;rciË~el mindér gunst~g

~ijn om to~gepast te worden; geeft een theoretisçhe.

benadering van de reactiesnelheid een uitkomst~ welke E?~n

goed aanva~dbare afwijking vertoont met de op commerciële schaal toegepaste katalysatoren~

"

-11-"

-f ".

t· .. ·

f \ ,;

'.,

.. ~ "" ; , . -ll~ I I , Î . (

Palmer en ConstabIe hebben de reactièsnelhe~d gemetèn b~

250· ... 280°C. 'Door middel van de Arrhanius vergelijking is

deze te extrapOleren naar eenreactietemperatuur van 380°C....

:poor aannemen van eenQ~' orde reactie, en ~oepa66en va,n de '

verkJ;.egen .resultatè-nop dEr buisreactor kan -voor Elan reactor .;ir,","" ,".~

J • " - . 11 fit

met koperkatalysator 'gevu;Ld, de space~velocity berekend

worden.

Volgens de botsingatheol'ie is:

-E dn

z

...

·eRT

at=

. .' .·fIt

m -

n~-, - '·~·N ~= aantal bótsingen/gr.cat.sec~ , t-n= a.antal Ploleculen/ gr.llá.t' .• m::kg re?-ctantjkg. cat.,

I~= getal v;; A vogradro ..

M= mol~culair gewicht,. '. '

li=

reactiesl1elhéidsconstante~J~.rèact./kg.cat~

I? . '. : ' 'sell)

,Ij l " . : ' ~1"0

Bij aanname :I!§n een

dij

orde-reactie is:

Ai

RT

'

k = ~.Z.e •••• 11, • • • • '(I')'> ' : .: .. Ot ': ~'': .. '. '

·

, , O'~ , '! " / -<. • ': • i ; ~ "-I ( .. ,/o/f='aias:saàtroom (kg.t~taêf/h;, )~": .' ---~ .

e l p ' ,

0 _

W:::: tot~e hoeveelheid ,02t/ in r'èactor (kg.)

cr?

.C~==kg:Î"èa}ltant

ih

Voedi~gacg ~

tot. 'in' voeding.

C ;:::l<g.re.actantjkg .. totaal. >', r =omZ~ttingssne1heid, (ki.::reactknt/kg.cat./h) • .. :.... '. . '( %) " .. '. Cg-C 100 çonveraie gew.

=

lQQx ; = 0 ; : ' •. : ',0;' • . O~, ! . . , .. Nu iEH r = k.·:f' f= factpr"k: 3600. ~' .. ---,.' ·

·

., .. t:' ; •• , ~ • ~.~~ ~ .. ":" ... '~'. ,,~,:.'.

Maeaab~.lans Ç)vor e~n 'orleind;i.~. klein gèd~eltávah"d~ r~actor: _, ,

(2)~

.

'"

. l

i

r '

NO.'" . '

f

....

12-Integ:rt~tie van vergel:ijlçing (2) geaft:

JL

= ~8f' .:(x - x..) ••• ~ j , • • :d3) •

r .

'!' " e 0

Substit.utie van (1) in (3) geeft:

\

!

N.eg E '. (Xe' ~ xb):.· .... · •• ·~·. (4)'.

q

= f

~

M .• Z

~

ei

iT'

0'" ' .. '

... Met behulp van vergelijking- (4) is vo'or iedere- ka1i~ysator

_ . ; . ,", :,. ·f:. ", '.. ... '

de ,sps.ce·,;,vè1oci ty te berekenen" De voo.rwaardé hierbij is

~, . , ' . . . . , . :'. , . ,

natuurliJk:, dat de gedan$ aa;nn~men juist ;zi,jn,~'-'Voor een .

ber~e~lng~s

het

nood~akelijk,

van de

k~t~l;sa.tor d~

waarde

" , . ' . ' ': ... ~ ::

.

. . '

van

J

,en Z ':te kennen, we:lke; experimenteé'l':pépaald kunnen worde'n.

' " f ' · . ' . . ' "' . . ' .

Hier'bl j

'dl.~nt

te worden opgemerkt t dat

vo~aidkwaa.rde

van. Z

sterk

a.fh~k~lij'k

is van de

bér'eidings~ij7t~l

van de

:·katalys~tor:~.(l~{~1.l

. . , - ' , , , " ' , ' , , ' . I , . . . . I

'. ... ,'·r. '

.

w

.

Als' yo'brbeel'd kê.~ de berekeping van 1.P .' y;oor .• e$n k;ope,t' ... '

katalysfltor gemaakt worden~, I ,;

Z =5

~10.27

(li tt. 7'" 8)

~

: Stel de

eis,

dat: de. conversie =

E = 26,'7 Kcal/mol (litt.8)~ N ::: 6.1023

xe

= 0,98 ~ M =

60 ,

R=

i,99

cal/mol. T =6530K~ xb == 0,.00 C _{'0 -}

-.lQ

₃₁ : , f = 3600' . " .

Substitutie van bÖV~i1vermeldewaarden in

(4)

geeft:

!

=

0~44kg ~·~à.t.h ./ke;',' ,

,

, t p

.

.

Dezè l~)JenÇl.dëring voor de kope~kata.lysa.toriè

baat.;'"

~lhöewèl

in

de praktijk de

o~zekerhê{d

zeèr gCled,' aanvaard~

:~

in

de waárd$ van Z~ welké zoal~ hoge;l' Vermeld; ate,rk af'hankelijk1s van de

bereidings-" . ~ ",.. . ' "

wijze v'an de 'katalysator; het zeker noodzakelijk maakt om 'een

~xpel>im(iH1:telè reÇ:l.cti~~~.~lheid vast te stel 'len ~et behulp vah

.. , ~ ~- .. ""." ':.' ;~I'

"1'

.' " ," ,·1

~ d~hydrogéneriÎ1g van Isoprppa,nol kan, met behulp van vele

kata1ysat.Qr~nf waarvansléch~~. ~l'J.~$lè çommerciële

belang-stelling hebben, uitg~voérd worden •

. De . koperkata1ysator~ waaraan, veel experimenteél we:rk is, verricht; is bijvoorbeeld voor i.c'PQ1me;r:'ciël~ toepassi~ mindkr gesèhikt,. omdat d~ze katà1y~ator zeer gevoelig is voor

ver-• ~ • , " • • .. ~ .. ~ .. ~ .. #0 . , J

ontreinigingen in de grondstof Isopropanol; di(=) de katalysator zeer snel doen' vergiftigen. (li tt: 6) •

•

Voor dE! dehydrogenering van Isopropanol tot aceton

oP.

- .-

"

" .-.. '

commerciële senaal wordt een ZnO kataly$ato~ to~geplitstj

welke in

h~t

ontwerp van het

pro~esschema

gebr.uikt'

~aili-"~"',;.

W . . .. .. . . " ... .

wordEm': en waarvanr op 0,.50 kg.ca~.h/~ ... ges~eld wo.rdt. ~.. _ . .

~ ZriO katalysator kan eventueel geactlveer4, worden met

_.

p~~(11.tt:9

. . . . . ' .~

De ka.talysator bèstaat uitf;Jen puimsteen drager, .. waaröp ZnO is aa.ngebraqht door de drager gedurende enige t.i~d in een

~inkacetaat()pl()ssing te brengen en na droging

te

vérh~tten .

tot

500°C.

Het ZnO-geha.;Lte bedraagtongêvèer

7-8

.~ew.~.

De drager wor<it geperst in pillen van ongeveer ?mm. ditimeter, alvorens het ZnO aangebracht wordt ..

Deinte:r;ogranulaire porositeit kan op ongeveer 0;45 gel;3.yeld

worden. lIet aoortelijk gewicht

béd.ra~t

ongeveer' O,:65';'gr/cm3 • :

~ . . '

De ZnO katalysator kan 10 dagen continu gebruiIq; worde.n •. Na deze tijd is er een merkbare .~eruggang vandeactivi.t~it

geCoQstate er.d.;~, t.en, gévolge van ~OQlst o:f'a.fzetting, op de katalysatorpil1en.(litt.:lO) .. Door deze koolstof bij 500°0_

met behulp v.an" een sti~t()f;.;.zuurstof mepgsel, "~at 2% zuur .... stof bevat,. af te branden is regeneratie te bewerkstelligen. De levensduur van de katàrlysát,.or badraagt ongeveèrzes

. ~'';'''' maanden.

-14-, . .". ~ I " , , I I

'I

_I

, ~

, I

...

14-lIl. Physische aspecten van het dehyàrogen~ringsproces ter

bereiding van Aceton.

!Ie, lIr .1.De schëding van Aceton en waterstof .. ,

---~--~~--~---~~~~-~~~~-~~-~-Het r~lactiemengsel~ dat voornamelijk bestaat 'uit waterstof

en aceton in de dampfáse, wordt'nà 'warmte uitgew~ssald te

hebbenlIiElt de aan de reactor toegevoerde reaotante~;,na

drukaflaten an koelen, partiëel gecortdenseerd.

Het-resterende gasmengsel van aceton en waterstof wordt aan een gasabsorptie onderwor]?en, waar aceton in water

geabsor-beerd vlordt. .'

De

keuze van de werkcondities in de gasabsorber

(tempera-tuur,druk, vloeisto:fbelasting) hangt' nauw samen met de' economie van het proces. Een lage temperatuur e11 hoge druk

-bevorder~n éen goede absorl?ti$~ Ean lage temperatuur ,heeft

het nadeel, dat het verkregen 90demproduct koud ~s, wat de

verwarmingskosten van de op de absorptie volgende dmstillatiê doet stijge"n. Een hoge' druk geeft, naast het voordeel van. r.:),' , *

een goede absorptie, minder Qompressiekosten van Clè

racycle-waterstof. Ben nadeel van de hoge dr'U-k is echter de hogerë _,

condensatietempe~atuur, waardoor de voeding val,'l' de" gas-absorber 'Vleer een te hoge temperatuur krijgt.

Om het juiste ,compromis te bepalen moet een intensieve "

economische studie gemaakt worden van kosten:facto~en, waal' ....

bij aandacht gêsch'onken moet ,worden aan de comprè~sie .. , verwà.rmings-, apparatuur" .. ,-en -k~elWà.terkè>sten.

<

De uitkoms~ van deze studie zal de temperatuur en druk _{, I}

bepalen in de absor~tietoren, condensor en compréssor en

van de voeding van de destillatiekolom, Tevens wordt hier~,

door de hoev~elheid water, di'e voor de gasabsorptie gebruikt

wordt, bepaald. Voor het ontwerp van het processchema wordt

aangenQmen, dat zodanig g~werkt wordt, dat 50% ,van ,deacet,l,)~

gecondenseerd wordt in

de

conde~sor en dat de ~l,llç in de ; .,,-,

. r P

abso;rptieko1om 1,35 atm.

,is.

De gemiddelde ko1omtemp~ratuur

wordt op 35 C gesteld. De concentratie van aceton

in

het

....15--,.

, ~ 1/-' ,',', •

Voor de berekening van de gasabsorber wordt de.

eVen-H· wichtslijn bepaaJ.d rilet behulp van dè activi tei tscoëfficiënten~

~~]'},~iv.'~

..

die berekend kunnen worden met'behulp van de vergelijkingen van' van Laar.

',. Xl log

tI

2.

.l,

=

log l:r₂ (1 + ·1 i )

~~21 0 _{.x2 .} og f] 2

~liminatie van 2 en omwerking gee~t:

.' log)' 1 = A .,' .12 (," X_{1 A12} .2 (1 + x'A ) "2 21 "

..

Voor het systeem aceton-water' geldt bij 35°0,: A

12 ·;::0,83

A

₂₁

= 0,71

Da dampspf;1.nning van aceton bij 35°0. is 335 rom.

De totaaldruk in de ko~om· is 1040 . mm~ ,

Nu kan de damp:3amènstell:i,.ng (y3lE) die in evenWicht is met de v10eist~~samenste11ing (x) gevonden worden uit de

ver-geli jking j~ , :

1-

_x

₌

I

_.1,,0,322.

.

Tabel _'~. ; ... .'{ _,.~,!, . !IE Xl

--

Xl logt _{1 /1} 'l _{x .. Y} .~ X2 0,01 .; 0,0101 0,812 6~49 2.,Q9 0,021 0,03 0,03'09 0,775 5;96 1,92 0,05e 0,05 0,'0526 0,735 5,41 1,71. 0,086 0,07 . 0,0753 0,700 5,02 1,61' 0,113 0,09 0,0989 0,680 4,78 1,54 0,138 0,,11 0,1236 0,632 _.... 4,29 1,38 0.152 O,)~3 Ot 14;95 ~!\

°

,

_601" . . _....

_{,_.--}

_{3', 99 ..} ~·- ~1,28 0,167 -r I 0,15 0,1765 0,57,2 "

_3:H'3

-... \ 1,20"~ "- 0,180' "'. ~ .. ..:." 4. ;kI' .,

'. ' , '.,

..

\ • ,. .L'· ~; ,_,

'<~~'J,~;."

_{. tr. ,_ ~.':.}

.

.

.

Uit .de resulta,1;en va.n bovenstal:lnde berekening ~s grafiek III

. t _ . .~

gemaakt. Met behulp van de. werklijn, waarvoor geldt: Yb = ·0,186, _xt = 0,000, _Yt = Of 005 (B= boëlém

. . .' .

t ::::top) is onder aanname va'1 gasfilmcontro:+e.door constructie, het a.antal, transfè.t' units te bepà.1en. Uit de, cöns,truot~~ volgt, dat het aan.tal H!T~U. 's 10 iSl! ln<liert d~ H,,~~U!öv:eri de'

40"""",-",,-kololIi constant genomen wordt,

is

de waarcie,

ervan

"te Qepalen uit deoverall-stofoverCirachtsêoäfticiE:int; oppervlak van de kolömvulling, druk en gasbelastingit, (l1tt;ll1)~.

j"

])e;Raarden van d.e overal1-stbfoverdraohtscoëff;i.ciën1;ën z~jn

gemeten 'door Hutchin,gs

C.s.

(litt:12).

Indien als kolomvulling 1.1/4" R~ohig Ringen 'wor(i~l,lgebruikt wor(i"t voor de, in de gasabsorber he$rsen(le cond! 1ï:i.es, vOQr ," .. ',.

de H.~.t,h 76cm .. gevonden.

De ,diäm~t,er và.n de kolom is zodanig bepaald,. dat ~e

gà.s-snelheid. in dè kolom 0,6 is ~an de ga~snelhéi'.d bij .flpo?i~gi

III.2 liDescheiding . van Aceton . en" Water ,e;

-~~~~~~~~-~-~~--~~-~~-~~~~~~~~-~

Aoeton, word~ '~atlr'hetbij' degasäbsorptie ingev.oer(ie water

en het piet.' Qmgezette isppropanol. geSCheiden 'dQor ,destillatie. _{. .}

. ~

In fëi te b~tre:f't de scheiding dus e'en ternp~r systeem van

.';:' ;0"

ao~ton~·w~ter en de Azeotroop van is()pr()Pl:!.riol~water,

De . berekening VEUl een dergelijk systeem ie bfjzorlder

gecpmplic~erd. In het .g~valvarl het proceeschem!;!, is, ;~èn

veree.nvouci1ging E.t~n terá'QrEingen d()o:r _{. .-} . '

.

het tern4i~e systeem "

als :èert binäirsysteém't'~ be,schouw~n. Dit

is' mdgel'ijk;'

om.dat

..:. . ,'~'

de. hqeveelheid :l$opropahol' zeer kleill:ls,

«0.3

mo:J. %);

zodat ;ln het te;rp.a.ire>(ii~ram (~afle.B; :tV) dèdE;1lstillati<3 zioh geheel indeaceton;...wat(;lr aS~afspee~t. In4iepde be-

r.

rekening van de desti~latie,kolo~ lIlet behulp van het 'b:i,nair

r'

systeem aceton ... waterui tgevoerd wordt, mget er. ec~t,er voori~:.$t1ilW'

"." t".~.~

gezorgd worden, dat 'd~s$.mensteJ..:Ling van

het

ke~~lproduct ' zodanig gekozen wotdt, 'dat 'evenveel. _., Isop~opanol çl,$ kE;1ltel"

.... " ~.c'~~<;i~ ... :tV~·~ .. '>!, ~.o/i .',

'"

... /;t ,r ">f\~'

:men mé~g$$l van ~céton ... wat~r, d.at he,tzèlfdé köpkpp,nt hC';left

als ,het ~geton~i$bpropàn()l-wà~e.rmE;)ngs~l' ind~' ketel, is, , ~~''f.,.:';:'''- "

daf1. het ket~lproduç·t inde,b~reke.ning,. De$átnf;}nstelliÎl~,

ervan is' te vinden m~t behulp van de vlae,ist'óf ... isótherm' ;i.n Het tern~ir~dia.graril." '

De evenw1çhtsgegevens vopr Kirchbaum '(11tt:,13:) e,'

, • 'f

het sy~teem aceton-wat~rgeeft",n",,~ ..

De berekening

Van

à-è'destil::t.atiekolom geschiedt op de

gebrUikelijke wijZe volgQnsde grafische aietllöQ.e

van·

Wac' Càbe,en Thiele (grafiek V) ."Met een, te:ru€:vloEii- ' , verhouding

5"

voedingtemperatu\U" 53°0 én een

,schotel~_.

effioiency v:an 42%, wordt. h~1; aantal s~hotels ' in d$

kolom ,35 _, S,chotelà.f'stand en dampbelasting b~palen ver~

volg~ná dè hoogte én ,koloaidiame.tér.

"

III.3.,De soheiding van iso;eropanol en waté]:'.,

~~-~

..

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

Hetni~t oJlIgezétte' iS(jpropanól wordt van het w~ter, ge,- ','

scheidè!1 door destillatiè~, Ook ~er vi'nÇlt t::iendesi;111atie

van eerl ternair syst~em,plaats., Omclat aceton v~elvluohtiger

en sleohts _. -

in

geringe hoeveelhe:l.d aanwez;tg :Ls;, wQrdt tot, . '

h~t binStire ,Sy.;teem isopropànol-water' vere6nvoudigd •.

, .

Er word1iaàngenomept, dat het topprodl.i'ct bestaat uit

water,;.·

isopróp~n()l. in. de azeotro~iach~ verhoUding en,~çeton.

Het ketelproduet is wat~rmé1; ~en spoQr iSQprópanol.,

Bij dez,è destillatie is, ê,èn zèêrgr()t~ rf;}flUXverhouQ,:i..ng vereist, " omdat de voetiin,8Sam~nstellit1g zeer dièht bi j de samenst1311ing v~n h~tlcetêlI>ro'duc,t ligt .•. Omdat de da.!Dp-'

belà.$t~rigtl.~:Ln is, wordt éé'll gepakte ;kölom toegepast.,

be

ber,ekenipg van het aantal thêbretische Cbtlt~ctp).aats~:)'n

• . i .

wo:r9.t uitg~yoerc;t vol~ens d;e Mac Oab~ .. ,Thie~e lIIethode

(gl'~iek V:t) 'met l,>,el:;J,ulpvan deevenwiêfitsgegeVenf? volgens

K:i..rch~aum., (litt::J.3.) Bi~:eén refluxverho~~ingvan, 25 en .

een voe'dingtêmperatuur· v~n 65°0. ;.b~éU'aagt l:;J,et ~,~nt~l thee;>-'

:rEltische schotels :J.lL '

,

,

• "1:

I .'

VI

.ol'

' ... , .... _{' " ',-i 1,',1 J}

In<i1en d~ kolom gf3pakt wo~dt met 1 ",Rach;i.g . r1ng~rî :La d~

lhE.~.;P. 35 cm. Dé !to.1omdi~meteir wordt bepaa1Q. uit r~fl~­

verhoudin~;;

dampbe.:Li\Stitlg en

<i~'

gassnelhe.id

b~j'

het'

loé.d:i.ng~

.\0;,- ... ". point ..

lV.l.De ,stofströmen.,

, ~ tI!I'~~~~~""-".-~~~""01!1'1 ~ _

,

, Op "grond van chémische-, t'ysische- en tech~i$ch~ çlvèrwegingen

"~,, ttn.:h" -# - - . - , . ' . . . . . t\:."',:-~",.,... ~"'lra

zijn de stofstro~~,~~n, het 'proces va$tge~e.gd~:pè ,~1;;ofstr.omen

'wordenih tàbè1vë>~ai, ve~lllelSl.

In

d,ezë tabel zijn teven,ede ·

drûkkenij~ temperaturen van : d~

stromen ()pge.nOgieni:

':oe

m~às~ ...

stromen zijn uitgedrukt in Kmol/h

en

in Iqi/h:; ·'ook de,

saaien-. stelling van de stofstX'omeni~mol'':;% worc1.t gegeven.

~. _{' .} Tabel

4.

.~' _. w -\1- 1 S T;R '0. 0 l4'\~jo ... ,t.:{..

Massa-

Isópr. etro()m " aceton in fI 2 Kmol/h H'O 2 Samen- Ieapr. ,st. Aceton. in H 2 Mol

%

rH<~·;,~.J:7', H2

0

Mas.ss"'!" Isöpr. stroör,n Ac~t()n I in H . ' 2 kg/h H 0 ." 2 , 8,~80 0,0.2 0,23

97,3

0,2

-2,5 527,6

1,1

...

4·1 '.

,

" :,g '. e~80 002

,

-0-23' .

,

97;3

O~2

-'

2,5

527,6

1,1

...

4,1 , .. ,3 .... 0,05

9,l

0,26, ~ 05 ;.

96,ÇJ

\

?',,7

~

2,9'

·18.,~· 4",7 6 :

.

·8;80' 8 .. 80" 0',174 0,07 0,:07

13,,7 .

9,,1 . 9',,1. ,17,7 0,49 .. 9.,49 .' 0,49 47.~7,.

47,7

o

.

,

6 04 .~ Q~4 " 3~,2

49'3

, t '

4-9.,

65,,-4, ., 7

Q,l.

74.,.

S 7

,

17,1

0,49

o

~

6

. 32,2 65.,4

2;6

'.

2.,6

1·

a .

"·~iiiI.> ~ ~t

1,8

527;,,6 527,6 10.4 10,4

4,.0

4.,0

_.5Qft

_~ 504,0 18·2

,

.. ;18;2 35,4

3~~4

8,.8 88 .

'.

,. 8S

_.'

8,8 _~ __ """"..-o:_~_~ _____ .. _~~_~_._,~~~~ __ ~~_~~_~ .... ~~~~_ ... _ .. _.~ __ -~-~~-~~--~~ ... ~---.. _-~).. rl! ',. " I " Druk; :p(~tC!1) 3,,3: 3,3 3:;,3 3,3',3,). gi9. , 2; 7 '~-;t-m-:---"'-~--~~-!'Ó!-"'-"'''''''",!"'''--~'--''---:-~'''~-O!è''''''-'~'''-~'''-

.. -.,.-...

"!' ...

-'".!'---...

oióo-_2~!!!~.:._~i~Q).~

... · ...

-_~~1_

... _ ...

_~!§~_J:Q.2~--._

..

~~

____

~~i2~_

...

_2ê2 _____

~12_ -19-.. ~ .... ",

. '

i

.I :j ;1 '. ,. .,

..

\. ST R 0 Q M No'~ Massa-str'oom . - . " « • ... , lsopr.· Aceton .. ) , 8 ,I 0,174 8,7

17,7

-19-9 0;174 a,7 17.,7 0,49 0.49 IJ 10

11

...

....

_o,i74

4,5 4,2

...

17,7 0,,06

0,43

, _ . . - il, l' t ,4

i2

0;1

17,,7 r 050

,

1

I 13 0,·26

,.

14 "'!"

0;05

8,6 --~--~~~~~~-~~-~~-~-~---~~---~~---~~~~~~-~-~~--~---~--~~~-~~.,~-~~~ S.amen-' , .Ispp:r' •. ·. "0,.6. ' 0~6 0*8 ~.

-

...

..

sit.·...,'" Aceton ·3?·~2 32,2. 98,,7 I

,1$,6·

0,5·

_: ·05

,

~\'Oi';6

in H' _·2 '.65,4

65,4

-

78;7

96,8:

'·96"8 . ".

,

. 96,8

Mol

%

.H₂O.· : 1,8 1,$ 1 3 1,9 . '2'._7.; .' 2,7 2,7 '.

,

..

:.:-:----...

-~-"!It

...

~'~-

..

~~-~~~-~-~.~~---~~~~~~~.,~~-~~--~~~~~-:'!~~:-:_~~~.~

..

--~-~---- Mass~-~troom in ltg/h Isopr. 0~0,4' Açet9n .. ::504,0 35,4 , ·8,,8 . '. . , 10,4'

...

504,0 261,0 35,4

...

8,.8 . 11· ;

'

...

'. ..

...

, J. ~: '~ ,"" 104

,

.

_,

-,

243,0 , .. . :~

,5,a. .. :-- .

2;9 2,9 35,4 35,4; 18,2 17,2 _0' 7,,7 . ..9 ~~O, ~. . ,4, 7 . ~4j 3 - _ .... ~~--~~-~~ . . ~~fIII!" .... :. ~~-.~~---~-~,-_ ... ~.;~~~_ . . ~~~~~~---~--... ' ... ~~.~:.~ . . ~~~~--~~_ • .,;,~~... .. • • . , . • • • > " " r· ~

. Druk ~ 'P(attn}:' ' ..

1,7' .

l,Ql: ::' 1' •. '40 .'"

1',

4 :'i.'~?(·

..

~~.35.

".

f

_t}.'5 ..

~~_

...

--:---~';'Ä-'-~~---~~~,~--.-~.:.--.~~-

..

_::;.~..--~

... ;. ...

'-.-~~~ft.;':_-;;.o~

...

.i..;;::'"

--Temp • .! T(OÖ).· .. 130 39i _: 22,5 22;5 ~ : ;20.i::2~· ,'20

;.;.~-;"..;--

...

~_

.... ;,-'"!,!,-...

~~

...

~~

... ---...

;';~i+,.

... ;.. ...

",,,:-;;;.;~

... ;.;.-. ...

-~

...

_~

....

-~~~~

...

;..i.~~.~;~;~

..

:_:_~

..

~~.~~

\ • .. ••• '-!". ' -o! ,,~ "I ~ • } ·1· .. ·,.· ~~. . ~_~" " .. ! . , ~ . ! ; " " " . ' ' • • . :' ~S·:T .RO 0 l!f No~'" 15 q ' 16".' r.' 'l7 .;. , .. 18" .. '·'~9~~.~· 2Ö" '· .. ·"2Ï .. " .:~.. I,,, . . ' . . ~.". ' - ..

,

Massä~ I~op~:

c _

0,174 ....

'0.174

o.J.~4" :0,i74~ o~~ 74

-.'

dt~:om ~e~6n

:; -

4

~

1 ; :< 8

~:6> 8~

6

:PLO~ O~

02

5i

j

5

~ol/h.,

H

2

0:" . 53,6 53',53 53;$9

53~5.9.

'.. 53·'5"- -53,5 ., 0;84

~-_..:

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

_;"''''''''---~-~~~'''~

...

::-'i-'-:.:~

... -...

-~--

...

:~_::~~

..

~-~~~~~-~~~

...

~

Sameh~ ISbpriî - 0,:; : ,0;

i ;

0,3" ' 0 , 32,~: 0.?2 ..:

,.

at,.; Aceton,' ... ' 7,1. '~'13,e, _13,;8 0,04',.' 0,04 98

,

1₄

, ~. . , ~.

-

-

'!"" i n _H2 ... - i , - .,' .~ 85:,;.9 99,64 99.64 Mol

% .

H₂ 0. -." 10Q 92,6 ',.

a?

~~9>

; .

1;6 .'~.;~::"_"-f!'--~~''';;;''~'~-'~~';';-~."~~~",,,;~;:,;,;,,;~~~~~;:_~-.~~-~-~'~~~-.;.'~-~~:':"~--~""';~~-.', _.~ 1r . l .' .; • O' , -~.

..;

~;":~i~:<

.

• ' •••• .c !Ot

! .... ;' \,,: ";..;. " t. , i \ , . .. ~ . ,

ST R OOM No.

Massa-strQoql in , kg/h Isopr., . :

Açeton

.. 20- ,

.

15

16

17

19

20 21 10.,4 10,4 10,4 10,,4 10,4 "!" 237,,2 498,2 498,2 11

,

". l~l ~982 .~ _~

.-

...

'~ .;.

965,0

9~3,·7 964,e , ,964;8 .962~3 962,3 15,0 . ' , \~,~"'--~:~""'~~~~-~'~-'~--~~--"~;~'-'~''';''''~~~~'.~~~;..; ... ----~

...

_~-~-~-~_

...

~

..

~~~~~~~~ Dr~k , ~(f.ltm) 1,4 1,4 1,0

,

20 ₄₅

_9a,?

84,,7 56,4

".

_{'~~~-~"' ____} " _{~~~._~ __ ~_. __ ~~ __ ~~ __ . ____ ~~~~~~""".~~~~"""'~~_' ••• ~t';';'~ __ ~ __ ~~~~~~~"'_} ,. , ..

.

_ _ r S T R OOM No. 22 23 24- 25 26 27 28 29 ," M~ssa-' ~söpr. ... 4,16 4,0 0,1,6 , 0,014 0,16 8,64

stro

oàiir' Aceton'

42, J.

9

.0,5'2

0,5

,

. Ó' 02

,.

"

... . ,

..

,0,,02

-o t ! . ' • • ' . . . . , . in,,;.H 2

-

--

~

-,_.

,~ ' f ; " Kmo1/h, ,ÎI 20 0,70 0,14 , 2 34

,

2,.25 _. o og _{" .} 53,4 oog " , 0,14 # ~ 1I Samen-' Is opr •. " i , " , . ,

,-'

6l:,5

61,5

59.2

0,03 59,2 98,,4 st. ' ;'" AcètOn. •.• ' " . - ï ': . in , _{,lf.2 , ,',; , .} Mol

%:,

"n:

0" , ' , 2 ' Q8t

:4

"

-~,9 -98;.4: 77 t ..

'-'

1:,6

30t~·' 7"7 7~4_ "

_.

_{74 ~~.~} "

...

,

'

..

-

...

.-:30,8

33,4 ~99~:~7 33~3

l,6

, . ,. . ' ~ , •. . , ~~_ . . ~~ . . ~~~;.. . . ~ . . . ~.:.;~;;~~~.~-;.:.~~-~~~~~~~~~-~~~~,~~.~~~~-~~~~~~~~-~--_ _ ... ~tII!* . . ~_ . . - . I ',' ~assa~~t>l\s:Qpr.. .- _ -" .... ,. str 9()ul','Aceton 2485 ' '497.:1 i 'H .n 2 kg/b' .' 'H' 0 ' . 2 Druk P(atC!l) .... '12"'5' .

,

2,5' 1,0 1,0 249~6, 240 10 ", 9 6 ~ . 1···0

...

. .\. ,. 0,8 . ~. ;

1,1

3,3 _._'-.. _-_ ... _ ... _~-~--~~~ .. ~~~~~~~~-'~-i-.... -.~~.-~_ .. ~--~.-!-~ ~~~~~-~~~~~-~~~~~-~~

..

~~~ . Tèmp. 80,5 80,5

,

80,,5 99,9 ~o,5 115 .:,. .. j-t ..••... - ' _-, .z:~ _

. "- '.: , ' , i , I ~ I ;' ... 1'.,," =:. 'ot' . I .. ! , ,'I! ! -21-'. IV.2.Dewar'mtèstr·omen. , ,.-.--

...

---

..

---

..

. .. ~\·.·"~'I1. 1;'';' " ' . . ' -. ". ,

Uit de -stofstromen zijnt fielt .. b~hUlPv.:à.n de Cp ,~wEl.ard$n I.van ~e stofiën (gratie~

VXI)

Sn de tempet€!;turen, ti~ W~l'mtE;)~.tromen t$ berekenen. 1)è r$l3ultaten van de bèrekèl1ing~n 2iijn i.n

onderstaande tabel samengeva,t '~"

Tabel

5.

. ' " . ' ... ~~..

'., ' ... "

...

. \ ' . .'. r '

Tqêgévoerde

warmte

M~al/h

- ' - ' - ' 'M' . _ ... - . _ .•• ~.~. - " - ' - ' ' - " - " - ' .~. - -___ - i -... ' . .-... ... ---... _ _ ... ~ .. ~._ .. _ ... - - _ .. ~ ... : .... ' Verdamper "Re.acto~ Reboiler I Reboiler II

87;5

137,6 . 447~,O §.O~5 . '. ~", ,

Afgc;lvoerd~ warmte

Mca1Îh

Gask oel'er ooritiëháor

1

Koeling abs.kolom Coirdensor~ II Condèl1sor" IIl

2S,4

38~9 16 94' 381,0 65"9

,

(Aceton k~l~.m) (Isopropa,nol kQlom) : . . (prgductcondènsor) (AoetonkoIl.om') "

( Is

opr opanol, kol öm) •.

l ; ... ;

Ui~gewisselde warmte.

Mcal/h

W~mtewil3selt;lar'I Warmtew~sse~aar i~ Warmtewisselaa,r'!:rl . Absorptie~warmte . 39 . ~

'5

'39· 4 ~. 13~:l' '261 .

..

~ .~22-'

..

, " • ~'

..

' ' \ ' .&. .l:;~~, ... , . >.. ' ... ' J,"

,

, ·i '! '~J . -'" ",; , t , ' V~, ;De, Apparaten. , ./

Door g~brliik te lI}B.ken ve,n Q.~~eg$V~l;lsui,t Hot>;f'dstuk II ~n

111 en met be~ulp van $~of~,~n warmtastrom~n.zijn deVOOT

het

proOes benodigde a,pparátan t~ be~e.kenen~, SlElçhts d,é

b~r-ekening v~n de re?,otör wo~4t

vé.rm$ld, terwijl

de r$s'Ul~

taten vt:indeberEikentn~envan alle epl1Sratcm Saa1e.~gevat

worden in ~én tabel.' Omdát geen cc;rroäieve vlóeiät6ffen"

ge'bruikt' wqr;d~n en nergens

in

het ,prooes ,verscherpte '

,co;rJfosieve cond.:l.tiês gelcien, kan

a..11e·

apparatuur

l)it

oon"!'!

, "

v ..

I ~,De ,Rea.ctol' ti

~-~~"~""""-!~' ", ':i .. I

, • "; . t

De reàétor

b§st$~tti:Lt. tW(;le:g$dé~~t~nnalllelij~ ,~en V90~~

, " "

w,s.r~~~çtie'Etn :éen react8seo~ie., In de v~ör.w~fIlse.ot.~~ .wo~~e~ .

d.e re~ctán~en

van,

340 QP 380°0. gebracht ; in het reactie~,

g~d~eJ..te.'vii1dt dr;) 'réa.cti~plääts 'bij, '3800e~' De'tö~ te" 'voëren

w~aite

bedraagt in de; voorwai'm!3ect1.é 16' Mca1/h

:en in'

het ' '

rea~tiegedeelt~ 121;6; Mcal!h.

~ r(3actp~ wordt ~n tegenstroom

verhit

door

yérbrandings;;

ga~~en,'die'

_öp'

een

températu~van

400°0. ,

,'da' t,èactor:ln

komen~ oClI'de pijv~n ci~cuieren en op 395°,0." de, :t'ea.ctor

verlatÈ)ll., Door, .b.~,t k:lein~ t~{]lperatuurf:3Ver6c,hil~: ciat ,tQe~ .

geï~ter!'

wo;rdt, , wordt ',een, 'uniforme.'

re@.otiê~èmp'e~atuttt-v~r;..

kt-~~~'n; dev.~rbran(Ü.ngsgQseen,Vlorqen ,da~Qm'

met'

~ert \/~mtil.ator

< • - .' ' . • • '

gecJ.rculeerQ:~ . , '

De :kát~lye~t'or ~it in depi.jpê~"., HEJtvoQ:rVJ~mgedeei t.() ~n'

clè'pijpèn . is, ge,wJ;dlllet

,ine':r;'t'

d:r;'ager-mater

iaal'.'

~

, .

De War'mteöverQl'acll't~-coäff:léi~nt voot bEa.clè ge,deë.l ten wordt.

op 40 'W/m2 oe" gesteld,èli.t'. is,

34,5

Kca1/h m2 °C.

Het öppe:r;'vlalt,'

.dat'

benociigt!l isvo,or de.yláx-mteove~c:lTacht,'

wo:rdtdàn berekend

volg,~ns

; ,A

.;::.a,w~,

:,

, , .", , . , U~.A T

A

=

w~mteuitw~sf3e:)..erid·

oppervlak

(m2)~.

p~=wàrmtê,strQ9m

Kça1/ho ," "

l) =

wa.rmte()ve:rdrachts:C,~ffi~iënt Kèal/~

rn

2

oe

--6.T= L.M.T!!'l!. (Lpgarit~mió Mea,il Tèmpera~urf:j Di:fferEmce) ~

.: .. : " - - 2 3 - "

,/~l:;'

'. ' ~ \. I

I·

, . ,

"'

'; " "'. . 'f'tII ' 1 ; ' .,-~. , 1 .

-23-llT is VOÇ)r ,ie

voo;~arm~ectie

31°C. ---,'A', '.' . '= 15m2 •

,f/I' •• -, " , voorwt;lrmsectl.e, • ~ " "

t!I!. 'ft. T is

V'~o;t' h~t re~ctorged(3~ltf3 18~C.~

Areactorged.

=~J.95m~

..

, W

'Voór d~ l'~açtie if;i ~= 0,50 ~.c:at .. p./kg~' (z~e 11.·4).

1jJ

= voedingstroom'

i~}~/h,=?~~, ~

lQVh

wo:;: hoeV'eèlh~id kat~ in d~'r~äctór' (kg.).

e

=

porositèit

~

0.45

. :3' ,

f

kat~ = 650 kg/m·. .

Het reactorv'oltiine wordt gevonden uit:

. V'':'. Lt~O. 50'

.' - t{l~Er

. .' 3 ' ,

Hf3t reactorvolum~: is 0,7em •

\ .

De diamet'er van de

te

g~~brlli~en ' pijpen volgt uit; het' "Ï'eacto~~ . volu,meen

'het

ve~eiste wancloppervlak', volgells: .. , , ,.

d _{, -}~ !.:;/.. _A "

N,~ invullen volgt,

d.

= 16mál~, (inwendig~~ c1,iame-be!') ~

Het." ~anta1 pijpe:n. is

'bij

,een

totale'

pij,~lèl,1gjGé~yÇl.nç

·àl.ete:r

. (voorwarinsectie + .reactiesecti~) te· vinden. uit, het b.E,lJlod:tgde

w.emdoppervlak~, Het aantal !)ijpen is dar~ 70~ .•

De'diamet~r

van (ie"r'eactör kàn

n~ be'i'~k$nd ~orqen

vólgens'

D =«m +2) .1,4 + 'l) .. dU;

. . ' , " ' . , P; '., .

, waarbij voorwáardè is, dat de :p'.ijpéll: in ëie hoekpunten van een gelijkziJdige', driehoek .

ge~laat'$t'

worden:.'

.' ,

tIl é :ëact(jrv'(jo~' het'aài'l"G~l 'p~fpeh= 27~,a .. '

du= uitwen'dige Pijp~iamèter'. (23m~ .• )

. . . .:....:. . . '

... Indien df;l wanddilÇt~ van de buiterim.ant~l JO mlllä' i~, is

de

diameter Van dè reactor lm~ter~

De verhrandingsgat3SEm, worden de· re~ctc;>r ~~évoe!,d doqr tw.ee.. ~ni~ten m$t aep. dia.m~ter van

70'

cm, Oo~ .dè 1litla~t van Q,e verbran~ing8gass~n _. . - . " 1870 cm! ~ . - ' .

.,'

. ,

". ,:.

"-2'4'· .~. . "

.,

r

V~_4iOVer!B:tchtvs,n :dè!,~ber,ekendé

,apparaten.

· ~-..,--

... _

...

-

...

-

...

---

...

_-.

__ ...

--

..

---,

, .. ~"1'r. .'... .::~~.~.~.>"'" "~', . . . . . . " " . : ~ ~ :"" • . ':.,... :" ... ". . • . . . • ( , ',,' 40'" ."'.-; .,r.. !!l_!i,~ê:2~4

...

Y2::2~!!!~::~.!.~Y!~~2!!2!!~~!!~~~.t.J~~::!::~L"~2!!~~!!~2::~:. ,;1 . , . ' '., ,-, , . ' . . . ; . ... ' , ... , ' '. . ~~Jf>-öt.\ Tabel 6.

Verdämpér-

Isopropanol .

1000 .

,3.: •. ',6,. '0,5 '.:,', .ï15

.,?O·'<·~,10

. .' ! . : ' , ' ; , t

20 '47 :3 " .8~0:. 6 .... J 60

Vi.W. J;I .. :reactiepr'od .. ·::reactà.nten . ',: 20' _{. -:} 56 ' , 3 " . 990 .' _{. , _ . .} 6' .... , _' 65 'r"Reactor' "'kat,a1ys~t'9;!:,' 'v~r1:>;r.,·gass~n, , '.'40:~lO· ,'6' ',",7.05 1,6 " ~ 100

lo'~":,

/ ",

G~~kO~rer' '~/äter,'

.

.

'~~actieprod:~'

39

'.2;k,5

2 .. 215' .

ii''''f2'

70

"

reactieproèl.

Rea.ctan~en

Cbnd~nsórr: '. n :' " :"" ',:' : f t : . ' , :' 160 ~2 •. 6 2 , 300 1-.2' 7 .63 W.We III. .' 'Vged.Ac.:k~1· •. két~pr~;.~9'.~oJ:.6()O'·

p';?7", 6

. ':'

1~:~3:2···';--'.'51

r,:

Reb"l · ..

:··.~et'.p~'.Ac:~

'stO?o( _'.' ,,'.

i~~o'

1+,4 1

'.~', 226.;~.6., ~.,

58 Cond.II ';water. ,toppr ...

~è!ko1~-. 600:a9t5

J.:,' .,';

JS8~ ,.,25,

8 .. 83

Heb.'II'· ·l~et.pr.~Is~~ol. stoom .. 1000 . • ~ .• 12 .. ' '0,75: : 57:·.'],.6 _ ! ' f', • :" 33

Cond.IJ;!' , .. v7atër

'top'~!Od~.I~t.~Q+ ~69P,; g,?~:

i:;: ',;

51"

16~

,5' 37

v . '.' . . , '* ~~~.: ... ,w:_.;~~, ,': ~ , ~ •. , . ~

.

':

.. " , , , , .. -. , , ' , " , , ,." -', " " " ,,' , ."':'Jo ' ~1' , , ' . . ,~ . ~ '.. .

.. '". /' ": :, .. '

:~ë ::k~e~~~~ '~an:~~abso~;tiekolÓ~

gebêurt\

'in;

'2'k~els~'dl;'i'es:,

;1

. . ' .' . ' \. I.

:waa.i-in e.ert "spiraal (di'~w.'=; 38mm .. ) met· e,en:"totil~lerl:~te, van~

1,4.,8 met$r, d~ neerstromep,d,e vloeistof kb~lt ~ De vl~eistof;.

. :., . ." ~. " ';~.' " . : ~ . . " ' , :.. ~ ; ; ' : ; : . ! ~

Ç(~" ',wordt. vari"de ,sectie afgëvoerd' door een' centrale' valp{jpf'''eên,

· '. ' . . 'r:" .

schot .zorgt vOor de vereiste ,stróming."Het gaspassee;rt ,door'

• ' . ~ . ' .7 " ~,1 ~" " ',~ . . ' . ~ ~ , .. • • . : ' • • '.. 4 . , ~~', ,> . '. f." :.

a.f'g~dekte 'pijpjes, die boven bet vloeistofniv,eau ui tetekken.

• " . • ~.~ • ~' . " : ' " ~"",.,.~ ~ " , 1"" .10. ~""'~ .. ' ' I • !t

·

~2_Q~~~~2tE~!~~2!2~~!:'~~~~~'!~~!!~2!2~~!!!!

_· 'I' , '. ': . . ' ... " . . , .... , . . . , " . . . .,..

.

. - " " . , " , "

['

~ _Tabel

_7.

L·· . ..: .. Kolom aantal

"

HTU

of-TS

>, , \ ~~ ..: :. ';, -"- '. . ~ ". '/.<4.""" I '

HTU ,0,1' . • p.akki'ng ,.,plate aant ó werk~'Ldiam; tot~

HETP eff'. scho- hoogte .. hoogte·

(%) tel1$ . (m) ,(cm) (m) Gasabs.. ; 10 _.76 1t"IiR

-

,-

7,,6 ,60' 10 Acet .~ dest.il! •

15

42%

~.

-

35 15,'7~, 72, 17' Isopr. "0 ₁₁ \,

35 .

,i

ri ';.' ~ ~.

RR

-

₃

_r

_5. 30 ... 4,5 , ' . " ' .. -'25'!'" , ~':&~_: .. " ",.&~~~·~·r

)

...

25-. . ~. " ... '

Deyoeaing vàn ,de Aceton 'Destiilat'iekoiom, wordt ingeVOi:!rd op cié' V-ijfd~" éëhotel' bo\,éh', de ketel ~ Devoeding,van ,de' " Isopr9pan.ol De,stillatiekolom w.O~dt 1,,4 meter boven het begin 'van'de'pàkking ingevoerd.

C) Pómnen en c.omnressbr,eh~';

---~"-~"~-"'~""-.~-.~----~-~~-Ccàlpresscr:' diameter. "Omlll~ zuig:i. .,

75

tnm ;;

type Nash Rytor fI,...

::>

". :Pomp

Ien pomp II ;

cÈln~ri;fuga~lpomPÈ:ln,

diamêter Wàaler"'170mm_.

zuigl.

25mm.,

Het verpompen van hettopproduct V$n de IsopropanoJ,.kolom

gebeurt' met' een"kle;i.ne membraanpom~ (èE(,pf,lci têi t

±

~50 cc/mi.n.)

~l~!§:!!~~.!

In het proCes' w()~dentwee vatèn van 2,,7- m3 en. e~nv$.n 0,1 m3

•

geïnstalleerd. De grootte· van de' 'na.ten wordt bepa.aJ.d do cr de ',regenElrat;i.eduur van dekatalysato;r".

Deacetondestillatie kan op ,35% en de, IsoprQP;,;l.noldestillatie. op 90% va.n d$l nprmale capaciteit. werken tijdens' het regenereren van, -de katalYsator~,

"

i'f • ~ ~ _~

_...

\ ""f~ -26-. VI-26-. Li ttëràtuur • w.-. . . 1) J~A .. 2) P.W •. 3) D.W. 4) II.J. ,5)

s.w.

6)

W.G.

7)

lhU. ~, .' , " .. 'r' ' , " . ' ." .... ~"~" .. '., ~~.,.,- '

Kënt: "IhdustrJ.al Ch(;)mis1;ryll~ N'~w York (1962), 9l4-916.

Sf~erwood : )?E3tro. Ref'~.

2..'2.,

12, (1954 ~, 144.

van Krev.e1en en H.A.G:Chermin : Chem. Eng. Sc. 1 (1952), Ko1b .en R.L. Burn~11: J.Am.Chem.Soc. §1. (1945), 1084. Benson: I'TheFoundations of Chemica1 Ki~etic'sn,

. . . Nêw Yórk (1960) ~ 627~629..

-.Palmerè.n 'F.R. Constäb1e : Froc~ Boy .• Söc, A.I0l. (1925) ~ 255" Griff·ith : "The niëchanisffio:f cçmtact catalysisIl_{London(1936),}

170-17~.

8) G.C. :So.hd : "Catalysis by Metalen, Londol1.(1.962).; 409~412:. 9)H. Otwinowskàe~~. : !lAct,es du rIme cOngres' :lnterrtationa1. du

catalysetr_{, Paria (lQ60) Tome II;}

1733'-10) :p .H. Groe;g:[ns: -"Unit proèëss.ès inOrgani,Ç .Synth~siSJI, . New York(1958); 522~524! '.

Norman .: "Absorbtion; Distil1a,t;iónand.Coóking Towers'J

, Aberdee.n (1961), 201. . ; .

11) Vi.S.

.

12) L.E. Hutchi'ngs", L:.F. Stut~man en H.A. Koch:Chem.~Eng~· progr.

, ;' ,12.;

,(1949)! 253.;

13)

H.E.

I<i;rchbaurn ; "Destillier und Rèk1iif1ziertechhlk", 3e Auf1. . " '

.

(1960) ~ 395.

Vçror numer;l-<;lke gf3gevf3t:ls.:.

i

14) "J.H.. P~rry ; ·Chemical EngineertsHandboök, 3rd.Ed.~ N$w York(1950),.

15)

t.F.

Hátch :

Is

opropy1alkoho1 , New York (1961.). 16} V .• D.I.: i'Wä.rmeatlaf:j", ,Dü~s~1p.o;rf. (1954).

17) H. Kramers; Collegedictaat l?hYSl.~~.ë T~finsport·verschtinse1ent

DeUt (1958).

18) E~l!\ .. ..Boon : Collegedictaat Chemische Werktuigen, Delft (1957).

(1

.'

~ _ . , A

t

I

:-Inhoud:

I. Algemene aspecten van de aceton:fabrikage l.I. Inleidi.ng. l :', < , " . • , '~

1.2.. Overzicht van de techni.sch-economisch

ver-1

1

antwoorde bereidingswijz"en van aceton. 1

1.3. De Acet,oIlÎabrikage ui:t Isopropanol.. 5

11. Chemische aspecten van de dehydrogenering van isopropylalkohol. II.1.De evenwichtsligging. II.2.De reactiewarmte. II.3.Het reactiemechanisme. II.4.De reactiekinetica. II.5.De katalysator.

III.:Physische a.specten van het dehydrogenering.sproces

7 7 9 9 10 13

ter bereiding van aceton. 14

III.l.De s.cheiiding van aceton en waterstof. 14

III.2.De scheiding' van ac~ton en water. 16

111.3. De scheiding van isopropanol en water. 17

IV. S.tof en warmtestromen in het proces. IV.l.De stofstromen.

IV.2.De warmtestromen. V. De Apparaten.

V.I. De reactor.

V.2. OverzLcht van de berekende apparaten. VI.Litteratu\ll'.

."

_."

18 18 21 22 22 24 26

r

I. Algemene aspecten van de acetonfabrikage.

I.l.!!!!~!~!~!._

De grote vraag naar oplosmiddelen in de periode na 1951 heeft de vraag naar acet.on als grondstof voor de bereiding van bijvoorbeeld methy1-isobu"tylket.on en 4-methyl-pentanol-2 sterk doen stijgen. Tot voor 1951 werd aceton voornamelijk gebruikt als uitgangsstof voor de fabrikage van cellulose-acetaat. Het aceton werd toen gebruikt als oplosmiddel en als grondstof voor de az:ijnzuuranhydride bereiding, ~aarmee

cellulose geacyleerd wordt bij de berei.ding van cellulose-acetaat.

Het acetonverbruik bedroeg in 1941 in de U.S.A. 397 miljoen Ibs. In 1960 was dit. ges:tegen tot 761 miljoen Ibs. Het

wereldverbruik vertoont een analoge sterke stijging.

Van de huidige acetonproducten wordt 44% gebruikt voor de berè:i.ding. van oplosmiddelen, terwijl aceton als zodanig voor 29% wordt gebruikt als oplosmiddel o.a. voor cellulose-acetaat, acetyleen dissous en in de verf- en lakindustrie • . Voor 14% wordt het verwerkt tot methacrylaat. ~e overige

13% wordt gebruikt voor de berei.ding van vi.taminen, genees.-middelen en cosmetica (litt:1). De prijs van aceton

bedraagt ongeveer f.

650,--

per ton.

I.2.Overzicht van de mogelijke technisch-economisch verantwoorde

~~!:~!!!~~!J~~~_y~!!_~~~~~!!.!_1!~~~!.g2.!.

___________________ -__

Van de mogeli.jke bereidingswijz:en worden alleen de tegen-woordi.g in de industrie toegepaste vermeld.

"

•

''0

-2-!2_~~~_!~~propa~~~

Aceton kan uit Isopropanol bereid worden door oxidatie of dehydrogeneren. Reactievergelijking: OH

•

CH-- a-CIL _{-jo i' -j,} +

i

02 H

o

ms-

8-

c~-\-

H2.0 + warmte OH ~ CH - C-CH 3 I 3 H ZnO 0

----P~

CH_.-

H-

CH 3

+

H2 - warmte 380°0 -5

Bei.de reacties kunnen uitgevoerd worden met vele katalysa-toren, waarvan slechts enkele commerciële belangstelling hebben.

De oxidatie vindt bij hogere temperatuur plaats dan de

dehydrogenering. Ook is getracht beide reacties tegelijker-tijd te laten verlopen aan een koperkatalysator, waardoor een goede warmte economie verkregen wordt.

BJ Als bijproduct. van het cume en proces." ter bereiding van fenol.

Het cumeen proces levert aceton als een waardevol bij-product • Reactievergelijking: CH 3 ~_._I ~-C-H

~IS

+

-3-De berei.ding van glycerol uit propeen w,ordt door Shell volgens onderstaand schema uitgevoerd.

propeen

~crC

___ · __

r __

aceton + allylalcohol H 202 + aceton

~I---_I

glycerol. Reactievergelijking: H H I C~- _{C= CH2} + 02 CUO 2 ~ 300-4000C.

C~

b-

C'(~

+

~O

H H I I CH2:= C - CH 3, _H 1"- ( CH3 ) 2:C- OS03.H po-2S04 H20 H I 00- a-CR 3 \ 3 OH H H I I CH~C-9-0H H I C~- f-C~ + 02 OH H H I I CH

=

C-C-OH 2 I H -4-H H H H \ 2 I ~2

c-o- a

_{, I ,} OH OH OH

,-»

-4-Indien de reacties in stöchi.ometriàche verhoudingen verlopen ontstaat bij de productie van ieder molecuul glycerol; 2 moleculen aceton, wat dus bijproduct is van deze glycerol synthese.

De propaan-butaan mengsels, welke de

olieverwerkende-i.n-dustr:iLe levert als grondstof voor de chemische industrie kunnen door partiële oxLdatie een reactiemengsel leveren, dat voor

7%

uit aceton bestaat.

De reactiecondities van een dergelijk proces zijn:

T

=

300 - 400°0. P

=

25 atm.; Clontactti.jd ca. 1,15 sec.

Bij het uitvoe:ren van een gisting van melasse kan een reactie mengsel verkregen worden van butylalcohol en aceton. Dit proces wordt op kleine schaal toegepas.t in die gebieden, waar de melasse in voldoende gFote hoeveelheden verkrijgbaar is (Midden-Amerika).

Di t proces wordt nog op kleine schaal in Duitsland toe-gepast. Reactievergelijking: :2 CH 3COOH ~ C~- f-C~

o

G) Uit. Acetyleen.

---Reactievergelijking: + 2 02H2 + 3 H 20 ~ CH -₃ C-CH _{11 3} +

o

-5-~o kat: _T

₌

CeO _400°C.

co

+ 2 H kat: MgO~BaO 2 2 T = 450öC.

...

-5-De bereiding uit acetyleen wordt toegepast waar acetyleen uit steenkool gewonnen wordt en de chemische industr:iLe op steenkoolbasis ver ontwikkeld is, zoals in Duitsland. De economie van dit proces is bijzonder ongunstig"omdat allereerst de zeer energetis.che dri.evoudige binding in acetyleen gemaakt moet worden.

Van de in dit overzicht vermelde processen ter herei.ding van aceton wordt het proces, uitgaande van Isopropanol

het meest toegepast. Dank zi.j de grote hoeveelheden propeen, die de aardolie-industrie kan leveren als grondstof voor de chemische industrie, is dit proces ook economisch aan-trekkeli.jk.

\ Wanneer Is.opropanol grondstof is voor de acetonfa'bricage,

I

zal de fabriek bij· voorkeur gebouwd worden in de nabij-heid van een olieraffinaderij. Het propeen, dat ontstaat bij het thermisch kraken van aardoliefracties, kan als grondstof dmenen voor een uitgebreide petrochemische industrie, waarvan het verwerkings:schema. op pagi.na 6 een beeld geeft.

Aceton is uitg~ngsstof voor een oplosmiddelen-fabriek. Het wordt verkregen als bijproduct van het glycerol- en het cumeenproces en door directe vorming uit Isopropanol. Het processchema heeft de dirécte dehydrogenering van

Isopr.opanol tot. aceton als onderwerp. Dez.e dehydrogenering

III

wordt een aantal petrochemische bedrijven op commerciële s:chaal toegepast. Voor het process·chema. zal een productie-capa.ci.teit van circa 4000 ton per jaar worden aangenomen. Dit betekent, dat bij 8000 productieuren per jaar ongeveer 0,5 ton per uur gemaakt moet worden.

-6-IJ Polypropeen Acrylnitril Trimeer Tetrameer

-6-Als uitgangsstof' voor de dehydrogenering van Isopropanol tot Aceton dient Isopropanol van 99% zuiverheid, verkregen door aZ.eotropische des:tillatie van een

Isopropanol-Water-"--..

-

-

--

--

-

- -

-

---

~.

----mengsel, dat ontstaat bi.j; de bereidi,ng van IS9propanol uit propeen.

Het Isopropanol wordt in een verdamper in de dampfase gebracht en na menging. met een gelijk volume waterstof, door de reactor gevoerd. Uit het react-iemengsel wordt

Aceton gewonnen door condensatie en absorptie, gevolgd door een destillatie. Het niet omgez.ette Is:opropanol wordt door destillatie gescheiden van het water, dat bij de

gas-absorpti.e i.ngevoerd is, waarna het teruggevoerd wordt naar de verdamper.

Het product Aceton moet ~9% z.uiver zijn. Als verontreiniging zijn en een spoor Isopropanol.

_ 7 Aardolie

I

Proteenl

1

~

1

!

₁

J

'L

Allylchloride Acroleïne Isopropanol Cumeen Propeenoxide

l -

J

rll

Allylalcohol R 0 Aceton

. 1 . . - 1

--.t----I..

I

2

J

Glycerol 4-methyl pentanol 2 Fenol Propeenglycol

Methylis:obutylket-.on Azijnzuuranhydride

~t\~

-7- ~'L' PolypropeenglycoJ Isopropanolamine

-7-II. Chemische aspecten van de deh:v;drogenering van Isopropylalcohol. Reactievergelijking: OH

IS.

0 I 11 C~- ?-C~ ,p:. C~-c-CIS + H₂ 4 H Nevenreact.ie: OH K₂ I C~- C-C~. _. ,.... .... CH - C-=CH + H₂0 \ . ~ 3 l 2 H H

Van beide reacties kan de evenwi.chtsligging berekend worden. Gebruik wordt gemaakt van de methode volg;ens van Krevelen en Chermin (litt:3)~ omdat directe gegevens over de thermodyna-mische potentiaal (o.a. in

A.P.l.

Research project 44) niet aanwez:ig z:ijn.

Voor de reactie geldt· _. (_A _~ G)' _reactie--

CA

G):f react.-Zo wordt gevonden dat:

(-6. G) _reactie 1 = -14.18 _" + 3,14. 10-2 T. (-AG) +' 2 = "';55,28 + 5,02. 10-2 T.

reaC~l.e

(.Á G):f prod.

. . -AG

Met: hehulp van log K

=

2,3 RT kunnen Kl en ~ van de beide reacties berekend worden.

Tabel 1.

TeaK) _(-L\G)l (-.b G)2 log;

KJ..

log ~

_KJ..

_K2

450 - 0,05 -32,.69 -0,02. -15,9 0,95 1,.2.10 -16 500 1,52 -30,18 0,67 -13,4 4,65 4,0.10-14 550 3,09 -27,67 1,24 -11,1 17,4 8,0 .. 10-12 600 4,66 -25,16 1,70 - 9,2 50,0 6,3.10 -10 650 6,23 . -22,65 2,10

- 7,7

126 2,0.10 - 8