Fabrieksschema ter bereiding van aniline

I

-

,

.

I

•

I

..

" T.ER B~}{~I.DIHG V P.N C.H.van Vierssen Goeman Doreesiusstr. 2 Delft. Tel. 2l867 1 April 1958

1--

---

- - - -~- -~--1 j I , j I r , I I r 1 ' , I [ 1 I I I _ _~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

i

j

+

-~-Jt

,,...

-f--

-

î

~ - - . . I

ILJ

~-

r .

.

'

, \

, I ' + - - . 1 r+- )

I

'1 1

L

'

!I - - - - I . \, l~'

:

, - - I -ç

_na

I

l

[@jl\,

I j \

V

~ \ , - - - -/----"/ <---/~,

.

1

J

J

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

-

--I

i I 1

: I

1 I+--- 1 IIII1UCM 1J ,

i , l l c

I:

-'Ç,1

lJ-[':;

r

T

~·

I <j

-1

··~.

U

j I

... U,

~- , U--i

<~

f

!-:

";

--i-~-'--,---'

---, i ~ , ,-J '.;1' - - - , - - -ANILINE C_H,VAN VIERSSEN 21 HAART 1958 5 CHAAl 1 OP 30 ---~

,--- - - - ---

-Aanvulling fabrieksschema.

a. Electrolytische reductie van nitroverbindingen.

In Ind.Eng.Chem. van 194~ tot heden geeft J.Werner een

óverzicht van de processen en onderzoekingen op het ge-bied van de reductie van organische nitroverbindingen.

Hij merkt daarin op dat,tot op heden electrolytische reductie

van ni trove rbindingen ge en brede industri~ le toepass ing

heeft gevonden.

Wel zijn vrij veel onderzoekingen gedaan op dit gebied.

Het betreft dan echter steeds reductie tot

hydrazoverbin-dinge~~p~~~n i troverbindin ge n en ni trove rbinéi in gen waarin

ook nog andere groepen aanwezig zijn.

Aan de electrolytische reductie van eenvoudige

nitrover-bindingen tot aminen is in de literatuur in het geheel geen

aandacht besteed.

b. Mogelijke bijproducten.

Bij de reductie van nitrobezeeb tot aniline treden als tussel producten nitrosobenzeen en hydroxylamine op,terwijl als nevenproducten azoxybenzeen,azobenzeen en hydrazobenzeen kunnen worden gevormd.

De twee eerst genoemde producten worden ~emakkelijk verder

gereduceerd tot aniline ,zodat deze noch bij het

Béchamp-proces,noch bij het gasfaseproces hinderlijk zullen zijn. De genoemde nevenproducten worden uitsluitend gevormd in

alkalisch milieu,waarvan bij beide processen geen sprake is.

Bij zeer actieve katalysatoren,zoals b.v.nikkel,kan echter

wel een overreductie optreden tot ammoniak en cyclohexaan.

Een verdere afbraak,met daarmee -~epaard gaande g

asontwik-keling zou eventueel explosies kunnen veroorzaken.

Met de gebruikte katalysator,die een veel gematigder reactie

geeft dan nikkel bestaat hiervoor echter geen gevaar.

c. Het omzettingspercentage .

Het omzettingspercentage zal afhangen van de

evenwichts-condities,de verhouding waterstof-nitrobenzeen ,van de

ge-bruikte katalysator en van de verblijf tijd in de reactor.

Over de evenwichtsconstante zij geen gegevens gevonden.

De verhouding waterstof-nitrobenzeen vertoont in het

alge-meen een optimum.Daar hierover,even~·.: _als over het verband

tussen verblijf tijd in de reactor en omzettingspercentage

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

-,"

weinig bekend is,zijn de gegevens gebruikt,die in de practijk gebleken zijn te voldoen.

d.Overige aanvulli~~n~

De overige aanvullingen en wijzigingen zijn naast de

oor-spronkelijke tekst a8ngebracht.

-~--- - - - --

-

-1-Inhoud

Hfdst.I Inleidine blz. 2

"

11 })ro cess en ter bereiding van aniline

_"

3

"

111 De keuze van het te gebruiken proces

_"

5

"

IV Beschrijving van het t';ebruikte proces

_"

7

"

V Globale berekening der apparatuur

_"

10

"

VI Pléwtsing der fabriek

_"

16

"

VII Berekening destillatiekolom 11

_"

17

-2-I .Inl eiding (Litt.l,2,3)

Aniline is een or~anische verbinding met de formule C₆H

5NH2•

Het werd voor het eerst verkregen door Unverdorben in 1826.

Hij noemde het "kristallin" . nunge verkref-~g het later uit koolteer en noemde het "kyanol" .Fritsche bereidde het uit

indigo,door destillatie met loog.H~was de eerste die het de naam aniline gaf ,die later algemeen gebruikel~jk is

ee

-worden.

Zinin was de eerste die aniline synthetisch bereidde en wel ddor reductie van nitrobenzeen met ammoniumsulfide.

In 1854 ontdekte Béchamp,dat de reductie van nitrobenzeen tot aniline kan worden uitgevoerd met Uzer~rullen en azUn

-zuur.Uit deze ontdekkint: is één der belc1lle;rijkste processen

ter bere id ing van aniline [eGro eid, e"ia t nOt: fi tf~ eds in 75 7';

van de behoefte BRn aniline voorziet.

fas on{!eveer (j5 jöi1r na de ont(ï ekking van Déchamp werden

in Duitsland pro cess en olt"twikkeld, waélrbij ni tro benzeen

katalytisclt worût gereduceerd met wecterstof.Later werd deze methode ook in andere landen toegepast.Daarnaast

werd in de V.S.een proces ontwikkeld waarbU uitgegaan

wordt van chloorbenzeen,dat met ammoniak en een kataly-sator wordt o~gezet in aniline.

Aniline werd aanvankelijk geproduceer d voor de

kleurstof-industrie.Dit is nog steeds één van de belangrDkste af

-(' nemers.Ongeveer de helft van de productie wordt echter

\

.1

tegenwoordig verwerkt tot

stoffe~

die gebruikt worden bU

de vervaardiging van synthetische rubbers.Naast deze twee

verbruikersgroepen staat nog een hele reeks van orga

nisch-chemische industriën die voor één of ander doel aniline

-3

-1 II.Processen ter bereiding van aniline

groepen onderscheiden worden :

l .die processen die gebaseerd zijn op de uitvinding van

Béchamp,

2.processen,waarbU nitr~benzeen in de dampfase

geredu-ceerd wordt met waterstof en een katalysator,

3.processen,~ie van chloorbenzeen als grondstof uitgaan.

Ad .l.

Bij het proces van ~~champ,dat nog steeds zeer belangrUk

is,wordt nitrobenzeen in de vloeistoffase gereduceerd

+~, t ~:! \:

met ijzer en zout~mur. r;r heeft diin de volgewle ,1'eactie

plélé.1,ts :

=

De oxydbtie van lletjzer .K[-:t.ll

terwijl tevens door hydrolyse

" u ~r' "7"Ll " 2H C

~6L5~n2 + ~~e + 2

:: ~tvvlte

nOL verdèI;-'-gü~:'ïr-"tot 10e···,

I

de verbindingen Fe(OH)n,

c:

1?e (OE) 3 en :F'e

30 ~ gevorw.1 v/orden, wH8rb lj Ti· vrijkomt. Di t

heeft tot Gevolg d8t danzié~nl,.jk minder zoutzuur nodiG is

dan uit de gegeven reactievergelUking is te berekenen.

Het proces vindt in het algemeen ladinescewUs plaats.

De reactie verloopt onder

~~fiux

in een tElnkreactor.

Aan-\

vankel~k zorgt de reactiewarmte voor de nood~akelijke

tem-peratllur;in het eindstadium moet stoom ingeleid worden.

Door stoomdestillatie wordt vervolgens de aniline uit het

mengsel gewonnen en verder opgewerkt door extractIe en

-4-Ad.2.

'hlssen 1920 en 1930 zijn een éJ8nt2l iJui tse en .Engelse ~"

~t'en verleend op de reductie van ni trobezecn in de gas-fase met waterstof elI een metaalkBtRlysator.Als mogel~ke

katalysatoren worûcn genoeJnd koper,llir;:kel,cob&lt,ijzer en platina. Temperéttuur en d.ruk véJrieren tus::lell 100 en A500C

en 1 en 100 Elta.

Een aantal van de genoemde katalys~toren heeft het nadeel

dat ze te actief zUn,wdhrdoor vorming van veel bijproducten

wordt veroorzahkt. Bij juiste keuze van de katalysator- -d.w.z .8ctief en vooral selectief over een zo groot moge

-lUk temperatuurgebied - kan echter met een dergel~k pro

-ces een rendenent van 98 .' worden gehaald.

~

'\ L ,~.\\ \ 1

J (0-1.1 '·1 (.,,' \~Jl \~

\

Ad .3.

WanneEr men van chloorbenzeen öls erond.stof uitgabt ,déin wordt dit onder druk verhit tot 1800C met waterige ammoniak en een katalysator.Het rendement van dit proces is 80 tot

go ~. ]Je uitvoering kan zowel continu :,ls discontinu ge

/lj

,L

a-U--

/:Vr.-tl

~/~

_____

-5-III.De keuze van het te eebruiken proces.

Uit het vorige hoofdstuk bl~kt dat we een keuze kunnen

maken uit drie soorten processen.

In de eerste plaats kunnen we opmerken dat het onder 3 genoemde proces een laag rendement heeft vergeleken met

de andere processen.Dit is een ernstig nadeel. Desondanks

zal dit proces onder bepaalde omstandigheden we_{v---... .} l renda

-bel zijn,maar a&ngezien we een zo (!;unstig mogelijke keuze h_i t\-h.,-, . (2

'--- 'Y' (.'.~. )1l-.'t,,1 : , •. ,(,l...

willen doen,zullen we dit proces verder buiten beschouw

-ing laten.

Er zal dus een keus tema~kt moeten worden uit het B~champ

-proces en een gasf~lseproces. Um onze keus te motiveren,willen

we de volgende punten naar voren brengen :

1. Het B~champproces is discontinu;het gasföseproces continu.

Het gasfaseproces zal dUB een constanter product kunnen

~"'_L ...

geveh en zich meer lenen voor automatisering,hetgeen i .v.m.

-

--arbeidersschaarste en de ciftigheid van aniline van be

-Ii

lanD' kan ziJ'n. I· , ((\,-< I,., / (','" '. ~ i,. J. /2. ~(.."-<.--< ... -.~

U . {~t v' ,... \ , - * ,0"" ( ..

,) . \ • J. ""N.!· (. • . .. - J ,,<J) --<..'-- l -:'" ) ' -I;J

. v{~ ~c= r

2. Het B~champproces is Bfloperld;het gasfaseproce~ heeft 7

:,-\. t.. \.. {t \ f . i ,I .. " ' ,1 , I ( ( . I \,.( ? ,.o\ \

__ I . . \ 'Ol

een rendement dat kleiner is dan 100 ~" EU het gasfase-proces z a l S ( e n extra scheiding tusflen aniline en ni tro

-'\,A + '~~".l..J( \\.1, /...U., . l()( C(; 1\ \, ('

benzeen nodig z~n.

3. B~ het J~champproces heeft de scheiding tussen het

reductiemiddel en het product plaats door stoomdestillatie;

b~ het gasfaseproces door condenseren.Dit laatste zal aan

-zienl Uk goedkoper zUn.

4 .Dij het Béchampyroces PlOet het reê-:'ctiemengsel op tempe

\' (, \, . \. \ { , ... ' .... , " , ,\ .. ~, \ ,', ... : 1, . cl') I ' (. .' t ,"i , . Ir "

.

""\-' Jo... ( I. ~\../ '.\ f'. I 1 -,' I\,(lt\..' {~ I; I 1 '., , . \ ',-> , , -6- .-' I) \ r,( \ \.\. f • , , ' \ t • . \', . ,! ' " , • f, : ,\'v' '. '

gasfasepro~es levert zelf de ~armte die nodig is om de

voeding op te warmen tot de f3evvellste temperéituur.

Eet oovenstaönde geeft de indruk dat het casfaseproces de

voorkeur verdient. Een eespecificeerde kostenberekening

(~ie met alle,ook de hier niet (';elloemcie,:f8ctoren rekening

zou moeten houden,zou in de pract~k uit moeten w~zen of

deze indruk juist is. Daar dat in dit bestek te ver zou

voeren,is op grond van de eerder genoemde punten het gas

-faseproces gekozen.

Deze keuze moet nog nader gepreciseerd wordell door keuze

van katalysator en reactieoListalldigheden.

Als katalysator is gekozen een koperkatalysator die actief

en

~loc/ti~f'

,

werkt

tussen 170 en 460"C .Deze katalysator

--.-._--is met succes toeëelJ8.st door de I .G.Parbeh fabrieken in

Ludwicshafen.(Litt.1 en 4)

Ben ö.antal gegevem~ uit de e.enoemcle 1i teratuur is gebruikj;

als grondslag voor dit fabrieksBchema.Dit geldt o.a .de ge

-bruikte reactoren en de dar,rmede sililenbé1l1gellde grootte der

productie.Deze is voor dit schema [enomen op 3800 ton aniline

- - - ,

,toL

-~ I -;~

%

~1va.(J ( ( t I : ...; i ! J, .: I Ij \lhh,~-Î\ ~ (t',· ,~ _"

\;" il~ '. ~ I_I I.,{. /.'; (

I I~ ro...l.-..v.A- .

~~W~cdO""v

\

..

~~

... d"

/7

00

_c...

0j~_~ 1Y\<-..yel- .]80" é I'l C> I .:. ..--'

r

'

,f

v.r---n-

'

U?-~t

~

Ml-o 0

e.

foX ;

1.

,0&-

/Jn-<-;d-

r

h

0

C

h,L~f

'.v""

.

~a~ ~

.

;j:<

.

.J:

M~oJ"..

.

,

,A.h

~

v""-

~. ~

J[ .,'; oU

l~k

~;:...

4ë

"rL.e-1

rro

-

~""

H

~

-(!~

'\~,/.>~L~

=

,u; 0

e

---

.,~---Î

-7-;t.ü-

.PL~

.

10

IV.Beschrijvine van het geuruikte proces.

1

.

~

O

y.,

I' .:: ~

). ,

De reductie van ni t.rOlJe~~~~e:.\ .. geS(.;hip.dt met een~o.~~ over-maélt waterstof in

~'iIl

serie stélè:lude reactoren van

ieder 50 m3 inhoud,die beide vrijwel geheel [evuld zUn met\)atalysator.::Je reductie geschiedt w[·nneer de

kataly---' - ' -- .. _~,

sator vers is bij\170-38?oC,'o'tj oude katalysator bij 280 -460oC.De druk in het systeem is maximaal 900 mm.He.De

- - .- v _ - - , - ""/tA.~

voeding komt lJinllen via een filmverdamper,wáar met hete '

waterstof de koude nitrobenzeen verd8~pt wor6t.Het élldus ontstane mengsel gaat als voedin~ de reactor binnen.Het uit de re8ctor stromende damp-cas mene;sel wistlelt een

€:.edeel tè van zijn warmte ui t met d~ !la8.J' de verda:-nper gaan -de waterstof.wordt ver-der _, p

_--

ekoeld en _,'} tenslotte worden de

condenseerlJare

best8ndd

'

eler~

'

ui t

h

/

~

'

t

--"

menGsel

gecondenseerd

.

iG'i

{,?

DeVovernwat waterstof wordt via een compressor c:;erecirculeerd.

- - -

-De eecondenseerde vloeistof ga2t naar een scheider,vanwaar

..

een anilinelaag en een waterlaag naar de daarvoor bestemde tanks stromen.

I De waterlaélg word t vervolgens

l

trahè'erd met

nitl

_

'obenze~n?c1at

in een gepakte kolom geêx

-r

naaF de

.

yoed~~gstê?-E-k

~~a

~~/2.t

nog slechts,,--z-.:er weinig) aniline

Het water dat na de extractie

bevat,wordt niet verder eebruikt • (

,- i I )

t \ \ -:" "·f ( , • '" , 0 ~ f ('. _ u.~,

.J . . '

De anilinelaag,clie llogVwater en nitrobenzeen bevat wordt in twee destillatiekoloil@en verder gezuiverd.Descheiding water - aniline eeschiedt bU atmosferische druk ; de schei

-8-Voor

~e~~

van de temperatlmr van het in de reactor

tredende mengsel en voor het verhitten Véin de waterstof en

de lucht bij resp.starten en regenereren van de katalysator

is een electrische verhitter tussen warmtewisselaar en

ver-damper geschakeld.Een groter of kleiner deel van de

gas-stroom kan hier door ee 1,; id worden. ]jaar bij sta tiollnair

draaien deze verhitter slechts weinig 6ienst zal doen is

hU electrisch uitgevoerd. \

_\

_{\ t" ~_ I " "}

, ! ( \.

/, :"~.f ... po ' ) ,tvL/; t

De katalysator bestaat uit koperoxyde op stukken puimsteen

van on~eveer 70 mm.doorsnede.

')

Om 100 m' katalysator te maken worden

3

,5

ton basisch

kopercarbonaht en 2,5 ton waterglas (50;:~) verdund met water

en in een daertoegeschikt apparaat op de puimsteen gesproéid.

De nog vochtige massa wordt in de reactoren gestort,waarna

waterstof doorgeblazen wordt tot de katalysator droog is.

Hierna kan het proces gestart worden.

De katalysator kan ongeveer l maanden gebruikt v:

orden,waar-na ze gereactiveerd wordt door lucht door te blazen.Deze

bewerking moet vervolgen~} iedere maclnd herhaald worden

tot de katalYflator neEen maanden oud is .Ze w·orc1t clan

op-nieuw 1)esproeid lilet een [)as is che ko percaruonaéJt0910st) ing

en kan dan nog 3 ma8nden mee.Hierna wordt ze weggeworpen.

De gebruikte nitrobenzepn wordt verkregen door nitratie

van benzeen met een salpeterzuur - zwavelzuurmenGsel b~

een temperatuur van 50 -

55

0C.Na neutralisatie en

-9-, .

, " l

( )

[ , I . l:"

De gebruikte waterstof mag geen koolmonoxyde bevatten,

daar dit de katalysator vergiftig~.Technische waterstof

zal in het algemeen stikstof bevatten.Dit zal zich lang

-zaam in het systeem ophopen.Di t komt tot uiting in een )'

0

e0'

,-~

')

vergroting V8n de te leveren compresSiiearbeid . Als toe-

U\J,L~

Cup,

'

laatbare hoeveeUleid stikstof is 3 vol .% aangenomen.Door spuien van het circulerende gas en suppletie ill"t gas dat 1 vol.1 stikstof bevat wordt deze toestand gehandhaafd.

Het spuien geschiedt na de compressor,c1e suppletie i:1& de

/\ warmtewisselaar. /

(iJ

ta

v

t~)

f

_~~

Á-

<-Lr-

...

f- ~ _ _ _ -:.--.-... -.. :- .-.-.... -... ---. -.. '-''''''-.

---i-P

;

\ I

"

\

-\ (

, .,. . .

I / . r . - ) .!~ \ '. ,,' :. " ~ I' ',. . ~--_. ---_._-_.-_. __ ..

--10

-V.Globale berekening der apparatuur.

Alle apparaten 7,ijn berekend met behulp van ffiét teriaal- en

warmtebalansen.Alleen voor de reactoren en de tweede des til

-latiekolom zijn de afmetineerl éiangenollwn als eenoemd in

literatuur 4,resp. 5.Voor stofconstantelL is veelvuldig

gebruik gemaakt van literatuur 6,7 en 8.

Ha de hieronder te t;even ma teriaè11- en warr,Jte balétlls en zijn

telkens de danrui t berekend(~ hoofdafmetingen van de appa

-l'Dten vermeld.

s~o ~

Hl.

:;..

1~L

l~t

HL

'-

'L7-

0

~

_{N.L- .;}

~~

_Ni. Materiaalbalansen Heactoren i11 ( waterstof 524.0

ke/h

\ stikstof -- _227.0

_"

\ ni

~

-

robenzeen

600.4

_"

aniline 21.7 11 water 105.2

_"

14-78.3

_"

•

Condensor in waterstof 495.0 kg/h stikstof 227.0

_"

nitrobenzeen 12.4 11 aniline 466~7 fI water 277.2 tt 1478.3

_"

il>v.t

%

HL - Vi>t

%

r.

~

~

.

3

%

uit 495 .0 kg/h 227.0 ,,12.4 .~-~. --466.7 11 277.2 " 1478~3 " uit gas 495.0 kg/h 227.0 fI " 0.4

_"

16.2

_"

108.0 11 846.6

_"

I

! i ! i I. vloeistof 12.0 kg/h 450.5 169.2 631.7

"

"

11

-"-e-

_

/~cL

J0<

'lj,~~

Yy~'-dol~

t

~

':r~

C>--4--

oL

:

Kii

:*

~

d.. ,

~ ~

...--

'1.A-1-

.

:<"

î

'

~j

~

VJr-r>.

kdd.

.J--o..--..

~

~~~ ~~~, va,..- ' . ~ ~~ lM.·Q,v ~ ...

~.

.

-11 -Compressor in uit naar w.w. spui waterstof 495.0 kg/h 482.0 kt:;/h 13.0 kg/h stikstof 227.0

_"

221.0

_"

6.0

_"

nitrobenzeen .0.4

_"

0.4

_"

aniline 16.2

_"

15.8

_"

0 .. 4

_"

water 108.0

_"

105.2

_"

2.8

_"

846.6

_"

824 .. 4

_"

22.2

_"

Verdamper in ui t. vloeistof gas waterstof Véln w.w.L1.82.0 kC/h suOp1. 42.0

_"

524.0 ke/h :-24.0 kg/h stikstof van w.w.221 .. 0

_"

suppl. 6.0

_"

227.0

_"

227.0

_"

nitrobenzeen ( ')

\ van extr. 43 .5 kg/h j'wtft,(C'v\,A.

\ ( tr

t ' ~ ( var.réest. 11.1

_"

vers 545.4 11 600.0 kg/h 0.4

_"

600.4

_"

Aniline van extr. 5.7

_"

van dest. 0.2

_"

5.9 11 _15.8

"

21.7

_"

water 105.2

_"

105.2

_"

605.9

_"

872.4

_"

1478.3

_"

/

I

l

--- - - - -- 12-Scheider

.

.

In Uit anilinela8g I waterlqag nitrobenzeen 12.0 k _gl Ih _{11.9 kg/h 0.1 ke:/h} aniline 450.5

_"

445.1

_"

5.4

_"

wa.ter 169.2 ti _22.1

"

147.1 If 631.7

_"

479 .1 fI _152.6

"

Aangenomen is dat de scheiding '0 ij een verbljjftljd Vé:tn 30 min.

voldoende is. Eierui t volgen de 8fl:letingen : hoogte 1000 mmo ,

doorsnede h25 mmo

Extra.ctie in uit

water=- nitro- water- nitro

-stroom benzeen- stroom benzeen

-stroom stroom

nitrobenzeen 0.2 kv/h ~I 43 .5 ' KGI ~ Ih

VElD scheider 0.1 'riJ' /h h u l vers 43 .G

ke/ll

aniline 0.4

_"

5.7

_"

van scheider

:

i

.4

_"

van destill. 0.7

_"

water 167.4

_"

van scheider 147.1

_"

van destill. 20.3 11 173.6

_"

43.6

_"

1(,3.0

_"

49.2

_"

Uit deze balans en de evenwichtsseeevens van het systeem (litt.9)

is ~ afmtal theoretische trappen te hepalen. Aangenomen i s dat

1 theoretische s cho tp 1 ov erec:nkoT:1t met 1200~;E1. pakkinG in een

eep~kte kolom. vit eeeft boogte 3400 mm,waórvan 2400 mm pakking,

---~~~

T~r~

Ur-~'-4-..

'';'

~~

:

J(~ ft~ /u..p---~ " 0/ &0 0 ~

- 13-Destillatiekolom I in uit top bodem nitrobenzeen 11.9 kg/h 11.9 kg/h aniline 445.1 !I 0.7 kg/h 444.4 11 water 22.1 !I _20.3

"

1.2. 11 479~1 ti _21.0 11 _{458 •. 1}

"

Destillatiekolom 11 in ui t top bodem nitrobenzeen 11.9 kt,/h 0.8 ke/h 11.1 kg/h aniline 444.4 !I 444. 2 11 _0.2

"

water 1.8 11 _1.8

"

458.1 11 _{44fi .. 8} !I _11.3

"

Enthalpiebalansen

EU

het opstellen der enthalpiebalansen is de enthalpie van alle

stoffen bij 20°0 in hun normale aggregatie-toestand bU die

tempe-ratuur gelUk Ran nul gesteld. De reactt etemperatuur is genomen

op 28QoÇ-460oC,het ongunstieste gevol .

Reactor I

(

relvcL~!.--~

Instromend mengsei(: G54.000 kcal/h

') r.r) ru.<-(uy Uitstromend mengsel:- -1.063. 000 kcal/h Reactiewarmte 638.000 11 _{Verlies 229 .. 0 0 0 "} 11;{92.000

_"

1. 292.000

_"

Afmetingen reactoren hoogte 7000 mm.,doorsnede 3000 mm.

'iV8 rmtewisse laar

Stroom van reactor: 1.063.000 kCétl/h stroom van cornpr. 64.1illO kcal/In.

Stroom naar koeler: _{473 . '00} 11

naar verdamper 654.000

_"

Overgedragen 589.900 11 _589.900

"

---,- --

-

- - -

- - - -

-•

l

-

lLi-13erekende èlfmetingen : lengte GOOO Tam., diame t er 1900 mm. ~

16 passes ,144 piJpen met een inwencJie:e diameter van 100 mmo

Koeler

De koeler heeft tot taak het gas te koelen tot het dauwpunt

VéW de damp; dit l igt bij 70ÖC.

van warmtewisselélélr 473.100 kcal/h

na koeler )14 .()()O

_"

af te voeren 159.100

_"

t e hieruit berekende afmetingen zijn : lengte 5500 m.m. ,door

-snede 700 mm., Hi passes, 256 pijpen, binnendiameter pijpen

Condensor

In de condensor verloopt het dauwpunt van 70 to~ 2000.

van koeler 314.000 kcal/h

gassen naéir compressor 64.300

_"

af te voeren ti

De hierui t berekende afmetingen zUn lengte 3000 mm.,

diamet(~r 500 mm., 4 pass es ,~) 2 pijpen met binnendiameter ~O mrn.

Compressor

Bij het spuien na de compressor gaan 2GO kCéll/h verloren.

Verdamper

In de verdamI)er wordt ni trobenzeen van 200 C opgewarmd en ver

-dampt door de waterstofstrooP.'l,die van de warmtewisselaar komt.

Daar de wnthalpieinhoud van de vloeistof gelijk is aan nul,is

de enthalpie van het mengsel dat de verdamper verlaat gelUk aan

de enthalpie van het binnenkomende gas.(654.000 kCH1/h)

rekenen. Lengte 2600 mm.,diameter 700mm. ,7 pDpen met een in

IV

.

B.

~

~w

1f~

~

..;

_

~.

R. . 'J -

1:..tt,

b

.

,

Lf>

~o<.

tryo

•

-15-Verhitter

De verhitter die dient voor de re~~eling Vén de teml,eratuur

in de reactor,het starten en het regenereren van de kata

-lysator. Als eis is gesteld dat de verhitter de warmte kan leveren

die anders in de warmtewisselaar wordt overeH6racen. De

ver-hitter bestaat uit staafjes isolator van 3 mm.diameter,waar

-omheen nikkelchroomdrnad is gewikkeld. ~lke staaf bevindt zich

in een ~etalen pjp,die door stralin[ vaII de

nikkelchroom-draad op 5000C word t gehouden.

r

e

hoofdafnetingen zijn nu t l;

berekenen: len['te 2500 mu. ,diameter 350 mrn. ,2~'0 pijllen met

een buitendiameter van 16 mmo

Destillatiekolom I

in uit

enthalpie voedine enthalpie topprod.

Wéirmte van verdamper 54.800 kcal/h er, thalpie ketelpr. 38 •. 600 kfa~

h

afvoer condensor 14.100 " afvoer koeler 2 . 1 0 0 "

54.800

_"

54.800

_"

Met behulp vah de evenwichtsgeeevens van het systeem

aniline-water (Litt.ll) is nu de kolom te berekenen. Als gemiddelde

----.,.

schotelefficiency is genom~Îl' 20

%

(Li tt. 6). Hooete 5000 mm.,

... )

10 schotels ,diameterGOO ~~ Condensor : 2 pijpen van 1000 mmo

-._

. . -_."

lengte en 20 ~m.binnendiameter;koeler : 1 pUP van dezelfde af

-metingen. Verdamper : lengte 1000 mm., diaMeter 200 mrn., 54 pIjpen

met een binllendia8eter van 12 mmo Voeding op de eerste schotel • ()

~ 5 i ~ ,~

ó1...J

1f .! 0 ~ ., ~~ f [} - z ~

2

6..- \ t . \

J-4x

.

crr

~~

..

I (.. 7~<----,l... .I--n.-"'-~c-A'---'-- L~

•

•

-

16-Destillatiekolom 11

in uit

voeding 38.600 kcal/h to}!product 23.800 kC.:Jl/h

verdamper 105.600 !f

boJemproduct 500 11

condensor 119.900

_"

144.200

_"

144.200

_"

De kolom werkt bij 100 mm.Hg druk, bij de globale berekening is

aangenomen een reflux V8n

2

,

~~(li

tt.5)

en

een scnotel

-afstand VRn 500 mlil. Hoogte kolom 12000 mmo

,

cliameter0~

Condensor lengte is 10UO mm.,diameter 250 mm.,4 passes,36

pUpen met een inwendige diameter van 20 m~.

Verdamper : lenete is 1000 mm. ,diameter 200 mm., 76 pijpen met

een inwendige diameter van 12 mmo

Voor de constructie van de al)I)araten wordt roestyrjj st aal

aanbevolen met 17- 19

%

chroom,9-12

%

nik~el en een weinig

coluni'bium (" s tainless steel 34 7 ~'li t t ~ 6) . Dit s thal is tegen

corrosie van alle gebruikte stoffen en tegen de gebruikte

temperaturen bestendig.

VI .Plaatsing der fabriek.

Het zal aanbeveling verdienen de fabriek daar te plaatsen,

waar wa t,erstof van de gewens te zui ver~eid_voorhanden is. I . v.m.

transportkosten zal een plaats,waar tevens nitrobenzeen of de

grondstoffen daarvoor aanwezig zUn,aantrekkel~k z~n.

De plaats die in Nederland aan deze voorwaarden voldoet is

gTLimburG in de buurt der Utaatsmijneh. In dit bedr~f worden zo

-wel benzeen als salpeterzuur gefabriceerd ,terwljl cokesoven

(

.-,..

~

'- L.

ti

(

.IC

ct

Ci \1

WO(v\vvv"

f

(

1

•

•

-17

-VII. Berekening destillatiekolom 11

Voor de materia~l en warmte-balansen van deze kolom wordt

verwezen naar hoofdstuk V.

Bij de berekeningen wordt de gering-0 hüeveelheid water die aan

-wezig is verwaarToosd.De diverse stromen worden dan

voeding:456,3 kg/h,rnet mol. fractie aniline

=

0.980

topproduct : 445,0 kg/h met mol.fract ie aniline = 0.998

bodemproduct 11,3 kg/b met mol.fractie aniline = 0.024

De theorie van deze' methode wordt bekend verondersteld en is overigens te vinden in l i t t.12.

In het damp-vloeistof samenstellings diagram riet we gebruiken

moeten we de evenwichtslUn tekenen voor het systeem aniline

-nitrobenzeen. Wanneer aniline een constante relative vluchtig~

heid a heeft t.o.v. nitrobenzeen, kan de evenwichtslUn voor

-gesteld worden door

ax

ij

=

l-x+ ax

BU een druk van 100 mm.Hg is lIet kookpunt van aniline 1200C

BU die temperatuur is de dampdruk van nitrobenzeen 46 mm.Hg

De

a

=

relatieve vluchtigheid 100 _ ') 2

4 l ) -

L,

is dus 8Mn de top van de kolom :

Bij een druk van lOl) mm.IIë; is bet kookIJUnt Vhn ni trobenzeen 1400C .Bij die tefl11Jeratuur is de déHJlpdruk vun aniline 200 IllL"l.. He ..

Onder in de kolom is de relatieve vluchtigheid dus: a

=

2,0

liJet behulp van deze twee Getallen is de evenwichtslijn berekend en getekend. ( zie bUlage 1 )

Voor de verdere berekeningen is het nodig de q van de voeding te weten. q is gelUk aan de hoeveelheid warmt8 die nodig is om de voeding in verzadigde damp over te voeren,gedeeld door de

•

•

.>

I

-(

- 18

-verdampingswarmte van de voeding. De kookteraperatuur V8.n de voe -ding is bU 100 Qm.Hg 120°C. ~e enthalpie van de voedine is

38.600 kcal/ho Dus

100 x 0. 512 x 456.3 + J56.3 x 87.:' - 38600

q

=

=

0.618

456.3 x 87.3

De formule van de CJ.-1'jn '.. _, J -_- -_<I-I· a X _- - -_q-1 1 . x

f wordt nu

q

=

-1.G2 x + ?G2 x_f

De q-lijn kan nu getekend worden in het diagram. Verbinden we nu het punt x=x_d' U=x

d ' met het sniJpunt van de

q-1Un en de evenwichts1Un,dan snUdt stuk af van de ij-as ,dat eelUk is aan

de zo verkreeen 1Un x d R . + 1

=

0.705 mln een

Ilieruit kan dus R l' ,de minimale refluxverhouding berekend m n.

worden;deze is celijk aan 0.42.

We sch8.tten nu de optimale refluxverhoudinc op 2.0. Dit is een a.anvaéJrdbaar getal, gazien cl e mülimale refluxverllOudilig (Li t t .12)

De forrJlu1e voor de eerste werkLjn wordt nu : iJ'

=

2/3 x + 1/3 x. _c

De eerste werkl~n wordt nu getekend,evenals de tweede werklUn. Door een trapsgew~ze constructie worden dan 13 theoretische scho -tels gevonden.

Uit de viscositeit va.n de voeding en de re1ative vluchtigheid

wordt voor de gemiddelde schotelefficiency eevonden : 48

%

(Litt.6)

De kolom heeft dus 27 schotels.De voeding is tussen de 2e en 3e th , eore lscne,us t . , ct t ussen _{ce~) prac~lscle} 1.A e en c:_ e ol-• 1 sc h t 1 ₀ e •

Afmetingen van de kolom.

De easbe1astinf.: van de kolom is

3 x 445/93 x 22,2 x 760/100 x 393/273 = 3490 m3/h

De toelaatbare dampsnelheid wordt berekend met onderstaande formule (litt.6) :

•

..

-19-v

=

Kv'

Vi!:.

-Ij

DD

een

Vlo~~tOfHlot

van 1 inch diHmeter en een schotelafstand

van 457 mm is I~

=

0.14 ft/sec

v

Hit deze formule wordt berekend dat v

=

2.18 I

IJ; sec

Je diameter van de kolo@ is dus

4 7d90 1/2

Tl - ( X :J. ) 0 71:':1

~ - 3.14 x 2.18 x 3600 = . ) m.

=

751 mm..

De hoogte van de kolom wordt 27 x

Vlll.Literatuur

1.F.Ullman

~nzyklopädie

der Techn .. Chemie

~/

3,644 (1953)

2.P •. H.Gro[',gins .:\niline and its derivativesL)"1924)

3 • \Y .. L. }'ai th ,13. Keyes ,R.L .C18.rk, Indus trial Chemi CElIU1950)

4.H.W.}jash 5.J.G.Kern 6.J.H.rerry 7.H.Kramers 8. 9

.

~Di th

~

1"

OeCking~3arber

10.J.H.R.Goris 11.E.Kirschbaum 12.J .. Wjman

Fiat Final Report 649 (1947)

23ios j',risc .Report 93 t /

Chemical Engeneers

Ha

ndboo~1950)

1 hys i8 che Werkwijzen lf19 52)

International Critical Tables Ind . .2IlE, .(;herl1. 41,2289 (19d₉₎

bios ?eport 104,hfst.VIII

Destillier und Hektifizier ~e~nik

Vci950)

Technisch-physische 0cheidings-l /J

~---

_.

---c..

K.

~ \)~u !.~~-. ~~e..

~~

rJ-

~ck~

r~

~

1-lt!

kwt

<of f'-lw.. "J)L à..t~t~·L~ ~ ~V~·( M..

lv

l'Jrt'

!\.J~+ ;V..~

l

r's~ 'J) L ~~ kJv"l~( ~uJ- 4-\., k ('t.~(Mv'\ (Ä..~~

-\r'lI)y Ra \ . /I/\;.~t '; M./ (~t

\:ol

I O\v l-w i ~ ;\-tU"'-'

+

L ~ '-.

2~ ~'1;

t·

.

Y{,J-

~~

(vL... ).t<....

~Yl/n

u-( vnv ,U.. L t-..Á. V-v,

/'J'v..I.. X.)./'IV..uJ. ~ 0 Ó 'ANv... \-l

r

M f\..~ ~d

.

.

V

\JoU JJ...

u<..t

v-c.d4- '\Iv 1ivc)J+ ~ -L. \ (%Ijl ~ ) l11o?

L-. ._ o.

l

1.- c U \ J./J ~l.; Mlf~.

'f.

t

~

\1.

)

~.

\3..

~

ru.vLWW'~

JA

~U~-tV.lA.. ~

~ !v..tw~ (Jv...,~t'l"kln:u

.

~.IS

.

k'htlJ,~~

~O~?

~~-k~

.kA41,

.fV-.:~

w

M-

~

n\

~ k·A.~ Cl 0 -

1&fk

~ Vvl/V 2°b~ {3:\ CM,

P'

J

.

.

\.)4..(~( 2,0 ~ .

p. \

.w. .

('h.c

~

-

\f~

g

~ lAnl 'Av .. ".Jf K / 2

T

~

vlotJ..

'v\w-t 11Á.J, i

~)~

t

«; ~ M1 ""- l{ ~ ~x+l'''-. .

<ktU~rt~tl O\-.~~

vr-

~~+.,(f~

kj~Ct,t

~ ~

M.J;

k

1(~M+f~t~'A.~

~ ~Wo(L'I.

~e..

~+~J~~

)~~(

M

~AA( h-

_~

~~~.

---s~

u

~

-t\~(

~

I

w-M~

w~ ~vJ.Lr

t-.~.~. ~~t~l~ ~\rv...d ITUt.-,:Jf<. ~r' ' - -- - - -- -

-•

•

t.