Processchema van cumeen

Laboratorium voor Chemische Technologie

•

~

..

I, ~1 I

\

I N HOU D I. Inleiding • • • • • • _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} II. CUmeenproductie • _{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •} 1 1 III. Toepassingen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• 2

IV. MOgelijke technische bereidingsprocessen • • • • • • • • • • •• 3 V. Keuze van het proces • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• 4

VI.

Plaats en grootte van de fabriek • • • • • • • • • • • • • • ••

4

VII.

Fysische en chemische aspecten van het proces • • • • • • • • ••

4

VIII. Beschrijving van het proces • • • • • • • • • • • • • • • • • ••

7

1. Algemeen overzicht. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ••

7

2. de reactanten • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• 8

3.

de reactor • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ••

8

4.

de eerste destillatiekolom • • • • • • • • • • • • • • • • ••

9

5.

de tweede destillatiekolom • • • • • • • • • • • • • • • • ••

9

6. de derde destillatiekolom • • • • • • • • • • • • • • • • ••

9

1.

berekening van de compressor • • • • • • • • • • • • • • • • • 10 8. opmerkingen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 10

9.

constructiematerialen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 11

IX.

Berekeningen van de diverse onderdelen van het processchema 1

• • • 13 a. massabalans • • • • • • • • • • • • • • • _{• • • • • • • • • • 13} b. berekening van de hoeveelheid koelpropaan

c. ti ti ti ti katalysator

• • • • • • • • • • 14 • • • • • • • • • • 15 d. samenvatting overige reactorgegeven s • • _{• • • • • • • • • • 15}

berekening in tabel vorm van:

e. de destillatiekolommen • • • • • • • • • • • • • • • • • 16 condensors. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 17 reboilers • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 18 f. de g. de h. de i. de j. de

productkoelers en de vloeistof-vloeistof warmtewisselaars • 19 gas-vloeistof warmtewisselaars • • • • • • • • • • • • • • 20 benzeenvoorverwarmer en verdamper • • • • • • • • • • • • • 21 X. Algemene gegevens • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 22 a. pompen en compressoren • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 22 b. fysische constanten • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 22 o. systeem propaan-benzeen • • • • •.• • • • • • • • • • • • • • 23 d. systeem benzeen-cumeen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 24 e. systeem cumeen- diisopropylbenzeen • • • • • • • • • • • • • • 25 f. het ~x diagram van propaan--benzeen bij 34 atmosfeer • • • • 26 XI. Li teratuur • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 21

I

I

I

I

-

-1-r.

INLEIDING I? l)

Ofschoon de basisreactie voor de alky1atie van benzeen met propeen tot cumeen reeds lang bekend was, werd er voor de tweede wereldoor-log geen cumeen, ook wel isopropylbenzeen genoemd, gefabriceerd. De stof was een bestanddeel van steenkoolteer en kwam in geringe mate ook in aardolie voor.

Vanaf 1942 werd cumeen echter in grote hoeveelheden gemaakt om in plaats van benzeen als compoáent in vliegtuigbenzine te dienen, van-wege de hogere klopvastheid. Een gelukkige bijkomstigheid was boven-dien dat het een veel lager smeltpunt had dan benzeen, respectieve-lijk -96,9 0 C tegen 5,5 0C.

De technische cumeenbereiding kan in dezelfde apparatuur en met dezelfde katalysator uitgevoerd worden als de dimerisatie van iso-buteen tot diisoiso-buteen of de niet selectieve polymerisatie van lichte

olefinen.

Omdat deze installaties in de U.S.A. in voldoende mate aanwezig wanen, konden enige daarvan zonder veel moeite op cumeenproductie ingesteld worden. Zo is het verk1aarbaarr dat binnen twee jaar een enorme pro-ductiestijging bereikt werd. Op het einde van de oorlog bedroeg de cumeenproductie 2000 ton per dag.

Na de oorlog verdween de grote vraag naar synthetische vliegtuig-benzine en cumeen werd toen tot 1954 niet meer geproduceerd.

Dank zij het werk van de Hercules powder Camp. in de U.S.A. en The DistilIers Camp. in Engeland werd inmiddels de fenolbereiding uit cumeen technisch tot ontwikkeling gebracht. Dit proces heeft een

grote rentabiliteit door de waarde van het bijproduct aceton en de niet zO hoge energiekosten.

Deze productieweg werd sterk door de petrochemische industrie gestimu-leerd welke zowe~nol als aceton behoefte heeft, terwijl benzeen en

propeen in royale mate aanwezig zijn. Hierdoor steeg de

cumeenpro-ductie snel.

II.Cumeenproductie

Over de Europese cumeenproductie zijn geen gegevens bekend. Al het

cumeen wordt hier waarschijnlijk voor eigen gebruik gemaakt als voeding voor de meestal ter ple,atse aanwezige fenolfabriek. In Europa wordt cumeen geprOduceerd door:~,~)

Rhone pou1enc in Rousil1on ~ Frankrijk

At1antiQue Progil Electrocbimie in Donges British Hydrocarbon Chem. in Grangemouth

Petrochimique in Antwerpen Soc. Italiana Resine in Varese

Chem. iierke mns in Marl (W.Duitsland)

In Amerika, waa.r men over het algemeen minder geheimzinnig doet met

productiecijfers, bedroeg de cumeencapaci tei t: 5",")

in 1961: 180.000 ton in 1962: 305.000 ton in 1963: 365.000 ton

Een behoorlijke toename dus.

De cumeenproductie bedroeg in de U.S.A.:

in

_l~g~i

!1~.000 ton (20% meer dan in 1959) in 2 .000 ton

in 1962: 150.00) ton

in 1963: ongeveer 240.000 ton

-111.

-2-Tot 1961 werd bijna al het cumeen voor eigen gebruik geproduceerd •

De laatste jaren wordt het ook op de open markt verkocht.

De neiging om aceton en fenol via cumeen te maken heeft een sterke toename van de cumeenprOductie tot gev~ gehad die nu waarschijnlijk tot stilstand gekomen is. Men verwacht dat de jaarlijkKse groei van cumeen in het vervolg ongeveer 7~~ zal bedragen. Hiervan uitgaande wordt de cumeenproductie in 1968 op 370.000 ton geschat.

Toepassins:en

Het geproduceerde cumeen wordt alsvolgt gebruikt (hoeveelheden in duizenden tonnen) :6) 1963 1968 ( geschat) Fenol en aceton 230 340 Export 31 22 Hydroperoxide' s

)

9 13 0(- _{methylstyreen} en andere chemicalign Totaal 270 ₃₇₅

Cumeen wordt dus voornamelijk voor de fenol- en acetonbereiding

gebruikt.

Dit gebeurt door cumeen met behulp van lucht tot cumeenhydroperoxyde te oxyderen waarna dit, onder invloed van H-ionen, wordt gesplitst

in fenol en aceton~l) 0"" oH

C~"'~

'"

~3

OH _~3.

,)

~

6

I

0

>- ₊ C=o t-\l..~'-I ~/ ~~ Cv..A~

~

o .f , ~

e""-In 1962 '\'lerden 106.ono ton synthetische fenol v' a het cumeen:proces

geproduceerd wat 30''h van het totaal geproduceerde synthetische

fenol was. In 1963 was dit 140.000 ton en steeg het aandeel tot boven

de 35'S.

De fenolprijs is de laatste ja,ren door een overproductie wat gedaald. Dankzij de reeds meerdere jaren stabiele acetonprijs is de productie van fenol uit cumeen dus extra attractief geViorden.

Van het geproduceerde fenol wordt 50f0 gebruikt om fenolharsen te

mrucen en ruim 25% is bestemd voor de fabricage van plastics zoals

caprolactam, epoxyhe,rsen en po1ycarbo:1.aten. Verder wordt nog 10- 15d, voor de bereiding van alky1fenolen gebr'ü'd.

Aceton '\'lordt voornamelijk als oplosmiddel gebruikt (75"), hetzij direct hetzij als een soort halffabrikaat. Voor de bereiding van

-3-IV. MQgeIijke technische bereidingsprocessen

Bij de alkylatie van benzeen met -)ropeen tot cumeen worden twee

soor-ten katalysoren gebruikt: va.ste en vloeibare katalysoreh. Dit heeft

tot gevolg dat er slechts twee soorten fabricageprocessen zijn:

1. alkylering in de vloeistoffase met een vloeixbare katalysator.

2. alkylering in de gasfase met een vaste katalysator.

De diverse technische bereidingswijzen zijn dus allemaal terug te

voeren tot het gebruik van verschillende katalysoren.

a. Mogelijke bereidingswijzen in de vloeistoffase

1. uit benzeen en progeen met als katalysator geconcentreerd H?S04 /,8

Dit gebeurt door 88-9cr-~

H2S04

met een propaan-propeen mengsel en

een overmaat benzeen in een reactor te emulgeren. Het proces

wordt bij een druk van 11,5 a,tm. ui tgevoerq om er zeker van

te zijn dat bij een temperatuur van 35-4000 alles vloeistof

blijft. De molverbouding benzeên : propeen is 5,2 tot 6,2:1.

De volumeverh:-uding van

E:2

804 tot het koolwaterstofmengsel

is 1:1. De verblijf tijd in de reactor is ongeveer 20-30 minuten.

De Overmaat benzeen en

'l2

804 vrorde:1 na zuivering opnieuw gebruikt.

Het zuurverbruik bedraagt 1 volume B2S04 op 10-12 volumina cumeen.

In tegenstelling tot de gasfase alkylerlng is de )royeenomzetting

hier ongeveer 100 ~. Het cumeengehalte in het allcylatieproduc~

is 95~.

De zwavelzuurconcentratie is, afhankelijk van de temperatu:.lr,

86-9~'b. :j2ij een temperatuur van 200 0 wordt 1l1eestal 90-~ gebruikt.

en bij 40°0 en 50°C res.Jectievelijk een sterkte van 8Bs en van

86%.

Behalve 2. Alel

3

h

2S04 '::unnen als vloeibare katalysatoren gebruilct

a. als vloeibaar cOffi')lex :;1et diisopropylbenzeen")

b. in een ni troparaffine oplossLjc;'o)

c. 9:e:lengd met ZnCl

3 in een verhoudi'1g 65% AI013

en 35"" ZnCl3")

3. HTi', als een 98% HF oplossing 0vc'_{t 'l.eel} gemengd met 3~ als

promotor.'2.) .

worden

Deze katalysorEHl C::-.,f\)~'- echter voel lagere cumeenopbrengsten dan de zI'lavelzuurkatalysa tor. Bovendien zijn ze duu.rder en moeilijker ui t het reactiomengsel af to ::Jchollla:l, zod8,t bet

duidelijk is dat ze ner{"nns indll.strieël "Torden toege-P8,st en hier dus verder::;noos)ro':on ]curmen blijven.

b. r-1olJe li jke bcreidingslvi j zeAl i~l 2.0 Casf ;: se " 11> )

1. De alkylatie gebeurt hier met Gon vC.Gto fosforzuur katalysator. Deze bestao. t ui t 62-6'·<~ ?205 ' 2::,;~ ::li0₂ en 's ontrrikkeld door de Universal Oil :;:'roducts Com:)any. De reactie vindt plaé:ts ,~ij

co:: <ll'LL:': Vé;n 28-35 atmos~cer en een temperatul1r van 205-300 C.

I

•

-4-DG:o.;o ~., ::-tste drie ';:atalysatoren vinden om a'laloge- bij de vloe

i-stoffase ilJky1atie vcr::lcl rlc - roL.G 'en geen toe}assing.

v

.

Keuze van het pr?ces

Voor de fabricage van cumeen 'iTerd de alky1e,tie in de gasfase gekozen met oel:.'l.lp v::.,:: ::::e:1 fosforzuur kat< lysé',tor. ~i t proces l~ordt bijm;,

ui ts1uit ,;ld .','l clc tcc>r:,ie:;: toegepast, vant het is bij een Grote

febriek go e el;: , )or dE.n het vloeist,)f:.?c.cc- .:l"JCCS. Di t komt decr d.e

veeI dl.ll'rder e [t '~)ar8,tuur, t8'~\'i::" .),': :\o:)'C vorb:,-,ui': o,:"n z.'w,velzuur ac::,nzienlij~;: is. Bovendien is over het ',~roces in de gasfL'se voel ::::(;e1' bo':end, vat een GCvo~f' i s V2.n >ct feit dat in de oorlcJC bijll;

c,~. G3111i tn".rl vo1cens het [asge.se-')roces cumoen eefr',hriceerd vrerd.

Het over grote dec~, v,: . èl.:; p.9,tenten over u.e kata1ysé',tor en over de re2,ctie,1.l,] ~ ':ll<::}'clml i s i'1. "['ndn van de Uni vcrSill (~'i 1 Products Company, die de,n ook cie meeste fcb:cic':cn O:lt"Cr)t . De laatst,,;

cumeen7121lt "Terd. door deze né1c".;'ch,;.i.j c;.L':.cl 1-:;62 in Phi1ade1-phi é'. 20.n de 'Julf Oil Corp. over,,:edr .::'ge,". De c,paci tei t vc:: <loze fc,bric~:,

die verreweg de grootst') ter uero1à. is, bedra, :'l't ruim 70. J00 t'Jn.I' )

·TI. :--12'< t s en lr:Toot te _VEn dG f;-b1'iGk

De cumeenfabr.ic::: :'.i Gt d tijcl bij een raffinaderij en eon fen

ol-f[~hriek. V'-,~: du .... ' ... (;3 r:.Jr(J.Ol1. Jo :::::ro°clstoffen benze(~n 8:1 een :pro~)[',~'n­

:)ro~')eO,1 frc.ctie betrok>:::en en 2,c.n l:C li.L,L;:,-~c ~:;)r!lt ~:.ot cumeen als

éTvl1clstof Geleverd.

3i) oen raffi '~d€.:'-.c: ~ijll <,) ' : (?".c:rci8bronnen als StO.,i1Cl Em dowtherrt1dpm:p

in ruine El'o.to 2.i'n1Te~~ig.

De"'fobrio~;: ',,'vl',~J~ ::"11 '-oderhmd gedac{>~t, in het u,otlekeobied. De ca)é'c:;,tei t (Jech', [',.:::t 18. ; ; ' ton cumeen ]Jor jLU~ hi j 2>000 bodrijfsuron. Dit cumoe11 dient

alG voecl.i~_b' '1-:;:';1' 8e~: "'Ï.r1_{.clelgrote fenll;.::.brie'~ V2,11 1WOO t ')n, die dus by'en}

-" __ ~ .. !l '70 "0 ton aceton levert.

VII. Fysische en chemische aspeoten van het prooes I~

Benzeen en propeen worden onder invloed van een vaste fosforzuur

katalysator aan elkaar gekoppeld.

De reactie aan de zure katalY$ator verloopt alsvolgt:

CH~ CH~ 11

H<t>~

I

CH

+

CH®

,

I

CH~ CH 3

0

~

(

~

:

t

:

e

I

-I

-5-e

+-

o~

- - - -'>

De bij deze reactie gebruikte fosforzuur katalysator op een silic&-drager is erg gevoelig, vooral wat het vochtgehalte betreft.

Water-verlies veroorzaakt een ingrijpende verandering in de fysische

structuur van de katalysator, doordat deze dan poedervormig wordt

en samenkoekt. Dit heeft uiteindelijk zo'n hoge drUkval over het .

katalysatorbed tot gevolg dat het proces gestopt moet worden om

de katalysator te vervangen. Door een te hoog vochtgehalte worden

de katalysatorpillen zacht wat dus analoge verschijnselen tot gevolg heeft.

Er zijn dus veel onderzoekingen verricht om gedurende de reactie

~en optimale uniforme hydratatie van de katalysator te bewerkstelligen.

nit is vooral van belang als de katalysator gebruikt wordt bij een behoorlijke exotherme reactie zoals hier het geval is:

De volgreactie, die bij de gekozen reactieomstandigheden nauwelijks

optreedt, is eveneens zeer exotherm:

c..~, H/tki ... c... . ..J

Q

J

I

,..,CK'f.,

~

eH

+

,,~ .3

De meeste reactiewarmte wordt in eerste instantie door de katalysator

geabsorbeerd waardoor de temperatuur hiervan toeneemt, evenals de

mogelijkheid van vochtverlies. Door in de reactantenstroom een kleine hoeveelheid water te brengen wordt de hydratatie van de katalysator constant gehouden. Het molpercentage M van het water

ligt tussen:

0,23 t - 46

p

en 0,55 t - 109

\ ,I"

(I >.

'"

-6-Hierin is ~ de temperatuur in Oe van de reactantenstroom die de reactor binnenkomt en P de druk in atm. De temperatuur ligt tussen 204 en 2600 e en de druk varieert van 25-60 atm.

Bij dit temperatuurtraject is de reactiesnelheid voldoende groot en kan de hydratatieovan de katalysator redelijk gecontroleerd

worden. Boven de 260 e gaan de nevenreacties een rol spelen en treed~

vochtverlies en koolstofafzetting op ,dè katalysator op.

De vaste fosforzuurkatalysator wordt gemaakt door een fosforzuur met een fijnverdeelde vaste drager zoals diatomee-aarde, te mengen. De natte pasta wordt in het algemeen bij temperaturen onder de 30000

gecalcineerd. De vaste koek wordt gemalen en er worden cylindervormige deeltjes van gemaakt. De oalcineringstemperatuur bepaalt in hoge mate de eigenschappen van de katalysator.

Het is gebleken dat propaan-propeen mengels, die ongeveer 3310 propeen bevatten, bij bovenbeschreven condities dezelfde omzettingen geven als fracties die 9~ of meer propeen bevatten. De opbrengst aan cumeen gebaseerd op het omgezette propeen is even hoog, of nu een bijna zuivere propeenfractie, of een fractie die een aanzienlijke hoeveel-heid propaan bevat gebruikt wordt.

De reactie wordt onder tamelijk hoge druk uitgevoerd om tenminste een deel van de reactanten in de vloeibare fase te houden zodat de levens-duur van de katalysator verlengd wordt.

Verder wordt een overmaat benzeen gebruikt van minstens 3 moleculen benzeen op 1 mol propeen om:

1. een maximale aumeenopbrensot te krijgen

2. een minimale hoeveelheid propeen te doen polymeriseren

3.

een voldoende hoeveelheid reactanten in de vloeistoffase te houden Indien de verhouding groter dan 8:1 wordt, heeft dit geen effect meer op de gewenste reactie en veroorzaakt het onnOdige last bij de product-fractionering. Van belang is dat het thiopeengehalte van het benzeen minder dan 0,15% is, omdat zwavel de katalysator vergiftigd.

De betrekkingen tussen gas en vloeistof gedurende de reactie zlJn

zeer gecompliceerd en onmogelijk met voldoende nauwkeurigheid te berekenen ten gevolge van de toenemende cumeenvorming over de reactiezone, die vergezeld gaat van een gelijktijdige verdwijning van propeen, en ook omdat de temperatuur over het katalysatorbed verandert.

Om de juiste uniforme vochtigheid van de katalysator te handhaven moet ervoor gezorgd worden dat de h')eveelheid waterdamp in de gas-fase overeenkomt met de effectieve waterdampspanning van de ka ta-lysator onder de gekozen reactieomstandigheden. Dit houdt in dat het temperatuurverschil over het katalysatorbed niet meer dan 2sPC

en liefst niet meer dan 150 C mag bedragen. Er zijn d',lS meerdere katalysatorbedden nodig om tot een volledige omzetting te komen. Tussen de bedden wordt een koelende vloeisDof in de reactor ge-spoten, meestal vloeibaar propaan, in een zodanige hoeveelheid dat de temperatuur van de reactanten minder dan 100e daalt. Soms wordt er ook water tussen de bedden gespoten. Door de hogere waterdam p-spanning hoeft dan de temperatuur van het reactiemengsel niet zoveel te dalen en is minder propaan nodig, waardoor het verdunningseffect niet zo groot 'iTordt.

I

-1

-

-7-De reactor bestaat dus uit gescheiden vaste bedden. Onder eIk katalysatorbed bevindt zich een zogenoemd " s chaduwbedtt _{van inert} materiaal om voor een groot oppervlak te zorgen waarop de vloeibare reactanten kunnen verdampen. Tevens wordt zo een goede menging ver-kregen.

Het type reactor is speciaal geschikt voor exotherme katalytische reacties. De warmte wordt als verdampingswarmte afgevoerd. Een buisreactor is, vooral bij grotere doorzetten, veel duurder vanwege het grote aantal pijpen en de uitgebreide voorzieningen om de tempera-tuur behoorlijk in de hand te houden, omdat anders de buizen verstoppen. door samenkoeking van de katalysatordeeltjes.

De gebruikte reactor met vaste bedden is niet alleen geschikt voor hoge doorzetten maar ook vrij goedkoop te construeren. De levensduur van de katalysator is, doordat hier vrij gemak:kelijk een uniforme

hydratàtie gehandhaafd kan worden, trouwens ook veel langer.

Over de precieuze levensduur zijn nog geen gegevens bekend. Voor de buisreactor wordt een levensduur van slechts 750 uur opgegeven.

Vermoedelijk kan hier met een halfjaarlijkse regeneratie vols taan worden.

De regeneratie van de kate,lysator gebeurt door een stoombehandeling.

Hierdoor worden de koolstofachtige residuen verwijderd en wordt de

katalysator gerehydrateerd.

Tenslotte dient nog opgemerkt te worden dat de reactiesnelheid

lanc;zar'lil ~fneemt naarmate de reactie voortschrijdt, ondanks de stijgen-de temperatuur. De afzonderlijke katalysatcrbedden zijn daarom van toenemende groote. De space velocities van de reactanten voor de ver-schi ' J~e:1de bedden zijn ongeveer gelijk.

VIII.Beschrijving van het proces 1. algemeen overzicht

De alkylering van benzeen vlorclt uitgevoerd in een vertiCé'Je h:1gedruk

reactor met vijf gescheiden katalysatorbedden. De dr1_Jk bedraagt

6

₄ at-mosfeer, de inl _{aattempera.tuur is 2l00Cen uitlaattemperatuur 227 C.} Bovenin deze r.eactor wordt beha:~"<T0 een gasmengsel dat propaan, propeen en benzeen bevat, tevens vloeibaar benzeen gebracht. Dit

gebeurt omdat bij de gekozen reactieomstandigheden de react~nten in

het begin niet allemaal ~svormig zijn.

Het uit de reactor komende gasvormige reactieproduct passeert een

warmtewisselaar waar het circulerende benzeen wordt opgewarmd;

hier-bij conde~s6ert een deel van het gas. Het overblijvende

gas-vormige deel ,'lordt in een volgende ,-r,,"r~-:e~:isselaar verder gecondenseerd; waarna de beide vloeistoffen in een derde warmtewis~e~,~r tJt

94

0C

worden afgekoeld.

Het vloeibare reactiemengsel wordt door destillatie in drie in serie staande kolommen gescheiden. Na ~ntspanning tot 14 atm "l-Torden in de eerste ~CO')'1 >'ropaan en resten propeen afgedestilleerd. Het

rectificerende deel van deze kolom is ge~:&'-:t, 'lOt strippende

gedeelte is een schotelkolom evenals de beide andere destillatie-kolommen. Het l)odem]!l'oduct \'[ordt, na afkoeling door een gas- en een vloeistofwarmtewisselaar bij atmosferische druk in de tweede

kolom gevoerd. Hierin wordt de overmaat benzeen afgedestilleerd.

Tn de derde kolom vindt tenslotte de cumeenzuivering pla.ats. Dit is nodig voor de fenolfabricage.

I

I

·

-8-Onzuiverheden werken namelijk als inhibitor bij de autooxydatie vel;'

("'rl:'" ;"1 tot cu.lLlbc;'~hydr()peroxyde. Het over de top komende cumeen heeft

een zuiverheid van 99,&1.

Het bodemprod'.lct ~·,r",'-' t meesü,.l polyaL1cyl benzeen.

Dit is voornamelijk diis~ropYlbenzeen.

2. De reactanten

Er wordt ui tgegac-n van een gasmengsel van eC'1i:'-nlaire', hoeveelheden propeen en propaan. Di t worà.t verkregen bij 8 atmosfeer en 20°C.

Met een COffi)reSSOr wordt àit gas tot 34 atmosfeer samengeperst wa~

bij de demperatuur tot 96 C stijgt.Deze gasstroom wordt opgewarmd

tot 163 C door het bodemproduct uit de eerste destillatiekolom,

en vervolgens gemengd met een zodanige hoeveelheid benzeendamp van

34 atmosfee

o

en'259 C dat de temperatuur van het uiteindelijke

gas-mengsel 210 C wordt. Deze hoeveelheid benzeendamp is berekend met het

~X diagram bij

34

atmosfeer van het stelsel benzeen-propaan~e

eind-samenstelling ligt iets boven de damptak.

Aangezien de molverhouding benzeen:propeen is als 5,á ,i 1 ,wordt de

resterende hoeveelheid benzeen als vloeistof van 210 C en 34 atmosfeer

bovenin de reactor gebracht.Uit het ~x diagram vOlgt,dat bij de

ge-kozen inlaattemperatuur de brutosamenstelling van het mengsel in het oo8xistentiegebied ligt.

Zoals reeds is opgemerkt moet het zwavelgehalte in de benzeen zeer laag zijn,omdat anders de katalysator vergiftigd wordt. Bij sommige fabrieken wordt het "verse" benzeen dan ook wel in de voedihg van de

eerste destillatiekolom gesuppleerd,zodat eerst nog de onzuiverheden

verwijderd worden voor het recycle benzeen in de reactor komt.

3.

De reaotor

De reaotor bestaat uit vijf gesoheiden bedden die respeotievelijk

46, 61, 91, 131,en 168 om hoog zijn.Tussen de eerste vier bedden

wordt vloeibaar propaan gespoten en tussen het eerste en het tweede bed ook nog een hoeveelheid water.De totale hoeveelheid propaan is berekend uit de warmtebalans over de reactor.1e verhouding van de hoeveelheden propaan tussen de verschillende bedden is dezelfde als in het patent. Ook de temperatuurverschillen over de bedden zijn uit het patent overgenomen.

Door de reeds gememoreerde gecompliceerde reactiestructuur en door

het feit dat de Universal Oil Products Company geen behoefte heeft

gevoeld om, behalve over het syste~ benzeen-propaan,publicaties

te doen verschijnen over de katalysator en reaotiesnelheden met behulp van deze katalysator, was het onmogelijk om de conversie zelf te berekenen.

Naar aanleiding van een recente publicatie van Russische onderzoekers t~

kan wel worden aangenomen, dat de alkylatie .an benzeen met propeen aan een fosforzuurkatalysator een tweede orde reactie is.

Verdere gegevens over de reactor: space velO oi ty

ingaande hoeveelheid gas

ingaande hoeveelheid vloeistof

Totale hoeveelheid koel~ropaan

uitgaande hoeveelheid gas

(

(~

2,5

.,1 ,84 kg per sec

32 liter per sec 1,673 liter per Beo 1,073 kg per seo 0,261 kg per seo 50,19 liter per sec

I

I

I

'

- - -

---\

'''-.

-9-Hoeveelheid water toegevoegd voor de reactor 4,92 liter/uur

Hoeveelheid water toegevoegd tussen eerste en tweede bed: 4,92 liter/uur

bed 1 bed 2 Inlaattemperatuur 210 219 Uitlaattemperatuur 223 229 bed 3 219 229 bed 4 224 228 bed

5

228 227 Conversie propeen _97,7~

Conversie propeen tot cumeen 90,9% . l \ 0 / \

Conversie propeen tot diisopropylbenzeen : 6,8% I ; '{:. • \

Conversie benzeen (betrokken op gesuppleerde benzeen): 100%

-Conversie benzeen tot cumeen "

Conversie benzeen tot diisopropylbenzeen :

96,4%

3,6%

\.\

'. " ~ :."

.. II ,\ 'n

Opbrengst 96 volume

%

cumeen. '\, . \ .

4.

Eerste destillatiekolom

In deze kolom worden propaan en resten propeen afgescheiden van het

benzeen en het ruwe cumeen.

De voeding wordt op kooktemperatuur ingevoerd. Boven de voedingsohotel

is de kolom gepakt met Rasohig-ringenmet een diameter van ~ inch.

De kolom is berekend op de sleutelcomponenten propaan en benzeen.

Vanwege het grote temperatuurverschil tussen top en bodem is

aange-nomen dat het destillat geen benzeen en het bOdemproduot geen propaan bevat.

,

Het aantal theoretische schotels is, evenals bij de andere twee

ka-lo~men, bepaald door oonstruotie vlogens de methode van Mo Cabe en

Thiele. Het y-x diagram is berekend uit de relatieve vluchtigheid.

Hierbij worden damp en vloeistof ideaal en de relatieve vluchtigheid con-stant verondersteld, zodat geldt:

0<.%

y---

1

+

(0<. - 1 ) %

De relatieve vluchtigheid DB afhankelijk van de temperatuur. De

t>(

die voor de berekening wordt gebruikt is genomen bij de gemiddelde temperatuur in de destillatieko1om.

De druk in de kolom is 14 atm. Het kookpunt van propaan is bij deze

~ druk 41°0 zodat in de oondensor koelwater gebruikt kan worden. Bij

een lagere druk zou een dure freon-koeling nodig zijn.

In de oondensor wordt het propeen (= 1,0 mol

%

)

bijna niet

gecon-denseerd omdat dit bij 14 atm een lager kookpunt heeft: 3400.

Bij 410C heeft het propeen een druk van 16,6 ~tm. Via een drukventiel

wordt het propeen afgelaten naar de zuigleiding Van de oompressor.

5.

De tweede destillatiekolom

In de tweede kolom wordt het recyclebenzeen afgescheiden van het

al-kylatieproduct. De voeding van deze kolom is het afgekoelde

bodem-product van de eerste kolom. De kolom werkt bij 1 atmosfeer.

Aangenomen is dat het topproduot 99,9 mol 010 benzeen en 0,1 mol

~

~I)

cumeen bevat. Het bOdemproduot bevat geen benzeen. 6. De derde destillatiekolom

Deze laatste kolom dient voor de zuivering van het ruwe cumeen. In

1-

-10-is aangenomen dat het topproduct 99,8 mol

%

cumeen en 0,2 mol

%

diisopropylbenzeen bevat. Het bodemproduct bevat naast 93 mol

%

diieopropylbenzeen nog

1

mol

%

(a

6

gewichtsprocent) cumeen.~~

De voeding wordt op kooktemperatuur ingevoerd. Deze temperatuur is, vanwege de geringe hoeveelheid diisopropylbenzeen, gelijk aan die van het bodemproduct van de tweede kolom.

1.

Berekening van de compressorl

Omdat de hoeveelheid propaan-propeen niet zo groot is - bij

200C' en 8 atmosfeer: 1,8 m3 per uur-worden twee

centrifugaalcom-pressoren gebruikt om de fractie tot 34 atm te comprimeren.

De compressieverhouding is 2,06. Het comprimeren geschiedt in twee

trappen.

De temperatuur van de uittredende stroom is berekend met:

Di t geldt voor adiabatische compressie. Voor het C3- mengsel

is K

=

1,19.

De temperatuur bij 34 atm is 96°C. Di t klopt met de in Mollie

r-diagrammen afgelezen waarden.~J.)

8.

Opmerkingen

a. De in de reactor gevoerde reactanten zlJn aanvankelijk niet

allemaal gasvormig. Met het ~x diagram van het sUisel ~ropaan­

benzeen zijn de hoeveelheden gas en vloeistof bij 2100C nagegaan.

Hierbij werd aangenomen dat het stelsel propaan-benzeen

overeen-kwam met het (onbekende) stelsel propeen-benzeen, zodat met de totale

C3-fractie gerekend kon '\Vorden. De aanname is gerechtvaardigd, omdat

het verschil in vluchtigheid van propaan en propeen bij de gekozen

condities slechts 4~ bedraagt.

De gassamenstelling is ZO gekozen dat deze bij 210°C iets boven de

damptak ligt. Als vloeistof wordt dan zoveel benzeen in de reactor

gevoerd tot de gewenste overallsamenstelling bereikt is.

~ De reboi1ers van de eerste en de 'de~de destil~atieko~om worden

verhit met condenserende dowthermdamp E van 237,8 C (460 F )&voor de reboiler van de tweede kolom wordt hogedrUk stoom van 180 C en 10,2 atmosfeer gebruikt, omdat de hoeveelheid toe te voeren warmte hier vrij groot is.Anders was er namelijk vrij veel dure dowtherm

nOdig geweest. Bovendien is deze ho~druk stoom in ruime mate in een

raffinaderij aanwezig. stoom yan 240 C heeft een druk van 34 atmosfeer, deze stoom is in de raffinaderij zelden of nooit aanwezig.

Voor de voorverwarmer en de verdamper van benzeen wordt dowthera A

van 29000 gebruikt.DowthermoE ontleedt bij deze temperatuur. de druk

van dowtherm A damp bij

240

0 is

0,1

atmosfeer.

c. Bij de berekening van het processchema zijn de drukvallen in de ïeidingen en apparaten buiten beschouwing gelaten.Ook de drUkval

over de reactor is verwaarloosd. Deze is trouwens vanwege de bij- /,} ',

zondere constructie vrij klein.

koolwater-I

·

-11-stofmengsels zijn door trial end error berekend,met behulp van de ft>rmu.le:

p • P AXA

+

PB~

+ ••••..••.

hierin stelt P de totale druk voor en zijn P ,P ,... de drukken van

de zuivere oomponenten.De molverhouding x ~ hit mengsel is bekend.

De koOktemperatuur is die temperatuur waarvoor de bovenstaande

verge-lijking opgaat.Het is duidelijk dat het oondensatiepunt van een mengsel op dezelfde manier berekend wordt.

e. De grootte van de sohoteleffioienoy E voor de diverse kolommen is

afgelezen uit een grafiek van E~~s fUnotie van de visoositeit van de

voeding bij de gemiddelde kolomtemperatuur.Het bleek dat alle E-waarden

rond

0,5

lagen,zodat de kolommen op een sohotelrendement van 5~ berekend

zijn.

~ Op de tekening van het prooessohema zijn de niveauregelingen van de

buffertanks niet aangegeven.In de praktijk zit er meestal alleen een niveau-9larm op. Ook de propaanafvoer naar de opslag is niet in de

tekening opgenomen

~ In de massa- en warmtebalansen over de diverse delen van het schema

:i8 het water buiten beschouwing gelaten,omdat dit zo'n minieme

hoeveel-heid is.Het in het reactieproduct aanwezige water wordt met het benzeen

in 0-111 overgedestilleerd.Het benzeen wordt waarschijnlijk in een zoutpot gedroogd.

2.

Construotiematerialen

Omdat benzeen nogal oorrosief is,moeten de benzeenverdamper, de reaotor en de eerste twee destillatiekolommen met manel bekleed worden.De voor-verwarmer en de overige warmtewisselaars hebben dus ook monelpijpen.

Het monel is vrij duur ( f1 16.- per kg),daarom dient in de

proef-fabriek nagegaan te worden in hoeverre het mogelijk is,om het monel door oonstruotiestaal van goede bali tei t( staal-60 ) te vervangen.

Er moet dan wel een oorrosietoeslag in rekening gebraoht worden. Voor

de laatste destillatiekolom is geen manel nOdig,hier is staal-60 vol-doende.

.,.,

...

IY)

,.,

j

~

...

-ei) I.n ~ " Del !"

-

+.

-m

.

,

~

g~

~

..

~

-r

-:

lc;,

-~

j

~

-0 ...s>

-0

..

e

::r-~

I

'V

..

2 .." / " .::r-

'la

I

r+-<r",

co

r+-Lj)

6

•

N ! 0 ~-{ ~

- rt-~ _I V

e

r:I>-I~ !'(') ,~ '-.--' ~ ~ ::::r --.L.J rt) ,-v

r+-

1

~ ~ '1t

~

..

u

-....

"-.... 0.:.

e

1.4) :r-~

""

r+-Io

WVi-v-., _{.4 .} .« ....

,,&%>-t

~

_~

1:

-~. !lP

~~

'1

l

-

-9

..

~

1

..

CT'

1

@

e

t

..

e

"

- a-o

-QJ

---+J ---~ ç,.' 0.--

a--..

C)J ~

-,...

n) _{_}

-..

-~

~

..

-nJ t-fr;-:.",,!:> -+t

...,

ol dl

.

..

~

l,) ~ ~ ... ~ ï : ~ ft)

-+'1

.,

f;I

...

U .".."

.,

ol 00 -,: y,

..

.

ol

,

j

-1 ~ C'f)

}

-~ OeI . ~

...

-CV) rr) _~ Iö

-(Î\

.-0J~

r

_j

l:;l

<J ..

-~

-

--10

~

-~ 0

(ij

0

..

::]

-I

--~

<;.) 0 "Q

!

'ln

0

~ <3'"". r+- rt-t() Do ~

•

_N 0 ~~ ~

-

r+-e

19

_I (,) ~ /<.:'i _{• ... 0} ~)

..:r---1.J ::r --l) ~

""

r+-!

~ ~

-

...

....

~

u ....

-

-...

8

1

~ Oe ~ ::r-

r+-...

c-:J lol) 10

_:;Qc:;~ .. _ 4. .. _{$ .} F4J!!J ,- . '

-y.. ('I't '"

-

'! ₀₀

-('()

,..

CV' ~

-

. ; _(~

.)(9

t

1

~

~ v

-

_-

qI

"

-

~

-

-

a,.... 0

-e

~

..

0

-1

..

IV

~

2 Cl"

1

@

~' f-i:-r"'l/ -h oJ

...,

dJ ~

•

"

0 h o.J

--+t

9

Pl

I 17 (~ y.. ~'

_,Y

1: ~ a..- a.-l : m

_...,

s...

1

.r

~ ~ fI

....

fit

~

u ~".

-1

e

el ~ OIO

-.,

-c y, .., ~ la

..

.,. ~

r--- .. Ilol wilter ~- l-",~

~~

~

1

'

(Ji

-

J

---f

r'

,

'

-

-

1

-

i

---

I

'-

i

1-"

,

L

"

'

l~

1, \ ",' ___ ,T _~ ' ,,-t!' I

-1

-

-

.

:

,e

'

'"'

'''·

1

" 1' , I

[

J

I - 11 : , :

~

I 'j •

.

:

_... -

!~

;

I

~

, I .. I I j ~ 1

'

==t

~1

\

f

~

~~~~

~

-

'1

-=-1

/

, ,

I '

'..<.02 1

.

, N ~lt G r jJ}-j _~-r=~

:

T --- __ ~ __ ' ' P:~

'

,--;

~

0 ,,;

" , 1 ~, ---, .~ ~

·m

': i. : I

L

---

--1

: L

_j

,: - I

~

- tTI I

~

:

! , r .--"

~

( ,: ; !

-'-

""..----

71

--

'

~

~}

----~ r -, ., _. ~. ': i -,' i

j

..

-'

,

r--

-

,

(

f

î

-::.--tc-"'C.--=--"'--c--=-""=-=---",,,~-,,-,; --,~ c" ' f +

-t

I ,~

_

-

_---=~ t

~

t~

--<

1

..J.

--

_

-:::- -;:::

~

--

f:

I ;

1

" I': 11' !,

1

T

I ~~:' i<.1@l\\ I~(:r

[~cumeen

, , I' ij l

vJ)J

! ',. :

~,

~~ , "---..--

-.

L .t! dowthE

-.

,

.

'

..

- .

!

b

.

~

S

"

·~

~

Li

~~

\

_

_

"'~ I ,

[

~

,

,l---"

"

'.'1'" V" ••

.

ba

=-

..J

i I

LL--!

CUMEEN A,W,t,10URER MEI-19ii4 SCHAAL 1:20

I

o , 1 I 2, M

I

-I -I -1 1 -

-13-IX. :Berekeningen van de diverse onderdelen van het prooesschema.

a. Maasabalans .

< ....

-DE met inkt op het transparant-papier ge~ette nummers oorresponderen

met de hieronder vermelde massa- en molenstromen.ne massastromen zijn gegeven in kg/uur ,de molenstromen in mOlen/seo •

nummer C

₃

H

6

stroom propeen kg/uur mOlen/seo

1

867

5,735

2

3

4

5

Vi

6

867

5,735

7

19,6

0,13

8

19,6

0,13

9

C6H6

benzeen kg/uur mOlen/sec

7

7188

25,562

10

7188

25,562

11

7188

25,562

12

13

14

C

3

H

8

propaan kg/uur mOlen/sec

908

5,735

908

5,735

1847

11,66

1847

11,66

C

9

H12

cumeen C

₆

H

₆

ben~een kg/uur mOlen/se 0

1521

5,408

8709

30,97

3864

13,74

4845

17,23

()

4845

17,23

'

)

7188

25,562

C

1iI18

diisoprop.benzeen

kg/uur mOlen/sec kg/uur mOlen/seo

2265

5,234

114

0,195

2265

5,234

114

0,195

8

0,02

2257

5,214

114

0,195

2250

5,20

6

0,01

7

0,014

108

0,185

Hieronder volgen verder nog de hoeveelheden propaan die tussen de bedden worden gespoten:

nummer stroom:

15

16

17

18

kg/uur C

3

H

8

939

256

466

217

mOlen/se 0

C

I

·

-14>-b. ~erekening van de hoeveelheid koelpropaan

Deze wordt berekend met behulp van de warmtebalans over de reaotor.De

enthalpiewaarden zijn voor alle stoffen uit het boek van Maxwell

ge-haald.Hierbij is aangenomen, dat de enthalpie~n van cumeen en

diiso-propylbenzeen overeenkomen met die van aromatische kool!aterstoftracties,

die respectievelijk bij 300 en 400°F koken (-150 en 205 O).Dit is ge-oorloofd,omdat het hier tooh om enthalpieversohillen gaat.

Per sec wordt de reaotor ~~gevoerda

'. -. -- 5,735 molen prop8.an /5-,735 molen propeen {./ i17 ,23' molen benzeen

1

-

~

molen benzeen 0,62 molen oumeen 0,076 molen stoom gas - vloeistof'

Per sec komt ~it de reaotor (alles in de dampfase):

x

+

5,735 molen propaan . 0,13 molen propeen --- "-/ 6 " '25,5 2\D101en benzeen .... -5,234 molen oumeen 0,195 molen diisopropylbenzeen 0,152 molen water o

Om bij 34 atmosfeer 1 mol damp van 210 tot 227 0 op te warmen is nodig

voor _{propaan : 2,04 KJoule}

propeen

.

• 1,63 kJoule

benzeen : 2,26 kJoul.

cumeen : 4,06 kJoule

diisopropylbenzeen : 5,5 kJoule

Om 1 mol vloeibaar benzeen van 210°0 over te voeren in damp van 227°0

is nodig: 22,58 kJouAe.

Om 1 mol water van 20 0 over te voeren in damp van 227°0 is nodig: 48,9

kJoule. 0 0

Om 1 mol propaan als vloeistof' van 41 C over te voeren in damp van 227 0

en 34 atmosfeer, is nodig. 29,33 kJoule.

De bij 210°0 ontwikkelde reactiewarmte is voor de beide optedende

gas-fasereacties:

voor cu.meen : 5,213x23,4X4,19 - 510,4 kV

voor diisopropyl benzeen: 0,195 X 46,9 X 4,19 - 38,3 kV

548,7 kW De benodigde thermodynamische gegevens zijn uit Rossini gehaald.

I

•

I

J

.

15

-Door de reactanten wordt af'gevoerd:

door propaan

·

•

_5,735

_{X 2,04 •} 11,68 kW

door propeen

·

• 0,13 X 1,63 - 0,21 kW

door ben~een (gas)

·

·

11,82 X _{2,26 -} 26,71 kW

door ben~een (VIst) :

_13,74

_{X 22,58 .. 310,25 kW}

door cwneen

·

·

_5,234

_{X 4,06 -} 21,24 kW

door diisopropylben~een : _{0,195 X 5,5} ca 1,07 kW

door water : 0,076 X 48,9

-

3,71 kW

374,87 kW

De benodigde hoeveelheid koelpropaan is duSI

548,7 - 374,87

29,33

.' 5,93 molen per sec

o. Berekening van de hoeveelheid katalysator. Per uur wordt in de reactor gevoerd:

908 kg propaan.a: 1815 liter vloeistof bij 20°0

867 kg propeen

=_

1687 11 ter ft ft ..

8709 kg ben~een.= 9908 11 ter n .. ft

totaal dus 13410 liter.De spaoe velocity 1s 2,5 ~dat het

katalysa--torvolume 1s:

1~,41

,

,5

• 5,36 m 3

De porosi tei t van de

3katalysator 1s 0,4 '0,6.ne bulkdiohtheid in de

orde van 1 ton per m .Het gewicht van de katalysator is dus 5 ~ 6 ton.

d. Samenvattins van de overi~e reactorsesevens.

Totale lengte van de reaotor

·

• 8,75 m

inwendige diameter : 1,16 m

verblijf'tijd (gemiddelde--) : 130 sec

, Ij ,,\',. '~":' t'J \ l" ~ ( ~ .... - ,1 ' ... 82 mm diameter dampinvoer : \ diameter dampatvoer

·

·

104 mlD

De verdere gegevens over de reactor z1jn in het verslag op bladzijde 8 en 9 vermeld.

I

.

I .

I

I .

-16-e. Berekening in tabel vorm van de destillatiekolommen

kolom G-II G-III

aantal theoretische schotels 7 9 aantal practische 12 16 schotels toptemperatuur (oc) 41 80,1 bOdemtemperatuur (oC) 198 152,4 voedingtemp. (oC)

,

_{94 85} ~ 1,000 0,999 ~ 0,000 0,000 ~ 0,313 0,830 R 0,30 0,30 voeding op schotel _{7 7} schotelafstand (m) 0,60 0,60

type schotel voor alle kolommen: bubble cap

hoogte kolom Cm) 7,20 9,60

diameter kolom (m) 0,65·) 1,20

diameter dampaansluiting

1) naar condensor

!

mm) 56 334

2) . van reboiler mm) 107 340

.) Dit is de diameter van het st\ppende gedeelte.De diameter van het gepakte rectificerende gedeelte is 0,50 meter.De LjG verhouding is

hier 0,23.De raschigringen hebben een diameter van

t

inch.

G-IV 9 16 152,4 206 152,4 0,998 0,070 0,964 0,60 7 0,60 9,60 0,70 185 180

I •

17

-i.Berekening in tabelvorm van de condensors

oondensor van kolom afgevoerde warmte (kW) U in

w/m

2

°c

6T

_l.m. oppervlak in m2 pijpdiameter (mm) pijplengte (m) aantal pijpen aantal tube passes aantal shell passes

diameter oondensor (m) I{oelmedium hoeveelheid (kg/seo) inlaattemp. CoC) uitlaattemp. (oC) Condenserend medium HOEVEELHEID (kg/ seo)

temperatuur in/uit (oC)

druk in atm

o-II

202 400 21,7 25-32 2 22 6 7 0,75 water 4,82 20 30 propaan 0,67 41 14 ' .. ' , \ ' , .t·1 \, .'

o-11I

o-1V

1025

313

600 600

37

111

~

46,2 4,1 25-32 25-32 2 1 295 60 11 8 5 5 1,05 0,60 water water 6,12 1,87 20 20 60 60 benzeen CUJDeen 2,60 1,00 80,1 152,4 1 1

-r

18

-I •

g. Berekening in tabel vorm van de reboilers.

reboiler van kolom

G-II

G-III

G-IV

toegevoerde warmte (kW)

715

1106

318

7

u

in

w'lm

2

°c

500

600

500

'.' ,

\

~c

' r· \

.

)

,T

'

... "

---

'( opp in

.2

,

_35,9

66,8

20,0

,

25-32

pijpdiameter (mm) J. f

25-32

25-32

pijplengte (m)

2

2

1,50

aantal pijpen

228

426

170

diameter reboiler

0,85

1,10

0,75

, ' ; " . I m) ~ ,. \: ... t. .. I •

Verwarmend medium dowtherm-B stoom dowtherm-E

;

hoeveelheid (kg/sec)

2,94

0,549

1,31

I

.

_{temperatuur in/uit (oC)}

_237,8

₁₈₀

_237,8

I

I

'

druk in atm

3,9

10,2

3,9

diameter dampaansI. (1IIIl)

150

122

100

,\. f \. I \. rl..

benzeen d.i.p.benzeen

diisoprop.-Op8!J!!!!!fcf medium _{cwneen cumeen benzeen}

hoeveelheid (kg/sec)

2,440

3,495

1,112

temperatuur in/uit (oC)

198

152,4

206

druk in atm

14

1

1

diameter dampaansI. (mm)

107

340

180

19

-h. Berekening van productkoelBrs en vloeistof-vloeistof warmtewisselaars

in tabe.lvorm. nummer ) warmtewisselaar ) productkoeler afgevoerde warmte overgedragen warmte U in

w/m

2

°c

~T l.m. oppervlak in .2 pijpdiameter (mm) pijplengte (.) aantal pijpen aantal tube passes aantal shell passes diameter apparaat (m) Koelend medium hoeveelheid (kg/sec) inlaattemp. (oC) ui tI aattemp. (oC) Afkoelend product hoeveelheid (kg/sec) inlaattemp. (oC) uitlaattemp. (oC) druk in atm (kW) (kW) 3 661 600 100

11,0

25-32 2,0

7CJ

3 5

0,55

water 20

50

voeding kolom o-II 3,18 172 94 34 5

519

600 10,0 25-32 2,0 64 3 1

0,55

water

4,6

20 cumeen

159

600

53

5,0 25-32 1,0

64

2

5

0,55

water diisopr.-benzeen 12 600 61

0,33

12-19

0,9

10 waten' 50 25 50

voeding onmeen diisopr.

kolom 0-II1 benzeen

2,66 0,626 0,032

152,4 206

35

35

I

-, .

-20 -'

i. Berekening van de gas-vloeistof warmtewisselaars in tabelvorm.

nummer warmtewisselaar overgedragen warmte (kW) U in

w/m

2

°c

ó.T l.m. oppervlak i. m2 pijpdiameter (mm) pijplengte (m) aantal pijpen aantal tube passes aantal shell passes diam. warmtewisselaar (m) soort warmtewisselaar Afkoelend product hoeveelheid (kg/sec) inlaattemp. (oC) uitlaattemp. (oC) druk: in atm Opwarmend produot hoeveelheid (kg/sec) inlaattemp. (oC) uitlaattemp. (oC) druk in atm 1 721 300

55

43,7 25-32 2,0 278 1 6 0,95 part. condensor 2 344 200 129 13,3 25-32 2,0 85 7 7

0,65

condens. 4 87

60

.

58

25,0

25-32

2,0

159 9 7

0,85

gas-vlst.

gasvormige gasvormige

bodempro-reactanten reactanten duet o-II

3,18 0,89 1,78 .) 221 (gas) 200 (gas) 198 200 (gas/vlst) 132 (vlst) 178 ~ ~ 14 vloeibaar benzeen 11 210 ~ koelwater 2,74 20

50

1 gasvormig propaaD-propeen 0,493 96 163 34 .) Om de temperatuur van het propasn-propeen mengsel goed te kunnen

rege-len,gaat 2/3 van het bodemproduet van o-II door deze warmtewisselaar.Het

overige deel gaat,via een bypass, samen met het iets afgekoelde product

21

-j . Berekening in tabelvorm van de benzeen-voorverwarmer en verdamper

Voorverwarmer VerdamEer

toegevoerde warmte (kW) 175 248 • )..,1

U in w/m2 oe 600 1000

6.T

_1.m. 44 31

oppervlak in m 2 6,6 8,0

pi j pdi ame ter (mm) 25-32 25-32

diam. zie1pijp (mm) 150

pijplengte (m) 1,20 0,60

aantal pijpen 70 170

diameter apparaat (m) 0,60 1,10

totale hoogte (m) 3,70

Verwarmend medium dowthe~A dowtherm-A

hoeveelheid (kg/sec) 0,653 0,925

temperatuur in/uit (oe) 290 290

druk in atm 2,12 2,12

diam. dampaansI. (mm) 98 116

Opwarmend benzeen

hoeveelheid (kg/sec) 1,35 1,35

temperatuur in/uit (oe) 210 / 259 259

druk in au 34 34

diam. dampaansI. (mm) ₅₃

aantal tube passes 7

-I

.

x.

I .

I

'

I

-- -- -- - - 22 -Algemene ~eS!vens

a. Gegevens Over pompen en compressoren

pomp nummer 1 en 3 2 4 5 soort pomp centri:f'l1gaal plunjer plunjer centrif'.

pomp pomp pomp pomp type Begemann L 2,5 BegemannL-1 zaie- en per.diameter (mm) _{65 30} capaciteit ( liter/min) 230 34 176 55 max.capaciteit (liter/min) 250 100 opvoerhoogte (m) 15 10 vermogen (px:) 1,8 0,45 toeren per minuut 1950 30 120 2800 overbrenging riem direct waaiel'- respect.

330 68,3 98,5 plunjerdiameter (mm)

hoeveelhei d per slag

(cc) 500 1500 plunjerpomp 2 is dubbelwerkend;plunjerpomp 4 is enkelwerkend. Voor het samenpersen van het propaan-propeen mengsel worden twee kleine centrifUgaaloompressoren gebruikt.De compressieverhouding is 2,06.Het zijn Nash-Hytorcompressoren type L-2 e~ L-1,die een

capaciteit hebben van respectievelijk 2,25 en1,0 m per minuut.

Het volume van het inkomende gasmengsel is 1,8 m3.De diameter van de zuigbuis is 63,5mm.

200

b. Gegevens over de fysische constanten

De enthalpiewaarden zijn allemaal uit het boek van Maxwelt~gehaald. De aldus verkregen verdempingswarmten kwamen goed overeen met de voor sommige stoffen in andere literatuurbronnen gevonden waarden.

Bij het verslag zijn ook de grafieken gevoegd,waaruit met behulp van de methode van Mc Cabe en Thiele het aantal theoretische schotels voor de diverse kolommen berekend is.De gegevens over de dampspanning van de diverse stoffen zijn uit het boek van Jor~~g.haald.

Het ~x diagram bij 34 atmosfeer van het stelsel propaan-benzeen is eveneens bij het verslag gevoegd.

De dichtheid van het bOdemprOduct van de derde destillatiekolom is berekend via de cri tische gegevens.Hiervoor is het boek van

/

-23- _i -J l- -- -- -- -- -- -- -- t -- -- -- -- -- -- -- -- ---- - - - 1 - - - - - - - - - ~_. - - - 1 , , ~---, --~.-- --~.-- --~.-- --~.-- --~.-- --~.-- --~.--_, I-I

---, _.

I~r---~---=====~~~~~E=~~ ---e • 0"

~-

'r ~

u--

'

.

0.

5

1

i:

5/- - - ----7! eft ---_._~--

.

0,' o A 4 ]1(..

,y

, / ! 0,1.. L

r

, ,

/!

I

I

I

I

I

_I

_.,'

/

" 0,(, o;~ i .;..1

---:---;---/'

- - _ .

/

...

/---

-- : ' --- i~ _.~ -, -----r---

--

...,...1----·--_ ...,...1----·--_ .01-I -~._-. I --t

--'--+1-·

-;-! -+-I 1,6 , _ L _ : _ _ _ _ _ .J

24 -

~-u

--I I --; - 1 - - -

-i --I

,-;

~-

' I

---t----'---l---1

.

I

i - . I ---..i--.. -- _ .... _~ ____ _ --- ---,---.--- ----1 ---t,-&I---~-_::::;:~93~

-

--1

--

-tJ~

,

r '

( , U-~- ---~~ o,~ --,-,/~

,I-J

-~-I j I --f.- ---I /

/

!

!

-~---_ c I-i !

I

- - - - ---O-,~-%-=~ --0,1 , - ' " -- - - - + - - - . _, _. I " .. _- 1 . , - ---~i--- -_L I ---~-~---~~-~----~

o

_ O,l. o,s: o,i..

'.0

,---~---'_._- - - - - --- - - - ; - - - -- - - ' \

l , -, I

I

-~

___

i

\'-.-J

-

1

'" --t

,

-o)~

-

0:8

)

0,1

o,s

o,~

o

J f 0,/ ,"" I I " -r " i I 1

/

/ /

1--

-, ..-./ .,.:" ,Y , / / / ,

/

/'

~I~.

- -i- .. . ---"I ,-'~ . ' , , -~~ - - - -_.~ , ' : ~ : , i I -- -~-'.,Q

-26-I

-l---:-l

. - 1- ! I -- -:--~ -I ! , ! , --~-- -.---,--r-·---j---I-:~ • I •

-.;..\

_-...;;~=-_~=.

~~~

.

=-:;~

-

=----.!

~

:...=....==...::....:~

~

~~....:

A.-~~

...=:::::==

.

~

- ~--J._

..

_...;--- _

J

rr

~.o--c-

.

J~ --.. -4 --- --- --- --- --- ---&+- - - -- - .. --- ~-v'V'.A~.f4 ~~ ~ 0i:J.jl; ~- -~

I

~Ar~C,J~ ~ - --

-I

I

I

I

I

1 1

I

1

I

\\

I

\

I

\1

"-I

~

I

I

I

I

I

j

I'

j' -1-1 J li, - I ., .:.!, - -~'----~'_ol '~,~ l)'&r

--cl ,.",. ""iL·~-.r(: .. L O..u...u_ ',j\~ ~ ~ N~. \t-,..2rN~ /",_,~~_.j ,(L.-,'. Ji:,/'J'~t=.~,-c:~,

.;>la.A t bbC .QO.~~.~. _Q.<~+--~<fi".~:.~ ~

__ ~ ___ ----2..-_________ . --_, --- --- _. . i ~---.. - - -;---+O--'---l---.---,-~---L b q,~ Q,'f o)--~ ~e .· ---,---.. _, _.-- ---A iJ :?1( J . ' ) oH

I I -I I t

-27-n.

ti teratuur

1. S.H.McAllister, J.Anderson and E.F.Bullard : Chem. Eng. Prog •

.!l

.

(1941) 189

2. E.K.Jones r Petr. Refiner

11

(1954) Deoember,189

1&

(1957) November,230

3. R.B.Bizal : Oi1 and Gas International 3 (1963)- Ootober,54

4. Cbem.Engineering 11 (1964) 11 M~, 143

5. Cbem. Eng. Hevs

l2.

(1961) 6 Hovember,partI ,25

6. Chem. Ing. Hevs

!1

(1963) 7 October,23

7. R.N.Shreve : The Chemical Process Industries (1956) 881 8. P.Asingerr Chemie und Teohnologie der Monoolefine (1951) 802

9.

u.s.

Pat. 2.817.681 (1951) 10. U.S. Pat. 2.385.303 (1945) 11. U.S. Pat. 2.426.665 (1947) 12. U.S. Pat. 2.442.342.(1948) 13. U.S. Pat. 2.382.318 (1945) 14. u.S. Pat. 2.652.434 (1954) 15. u.S. Pat. 2.315.041 (1945) U.S. Pat. 2.181.648 (1951) 16. U.S. Pat. 2.402.841 (1946)

17. Chem. Engineering

12

(1963) 29 Apri1,92

18. Brit. Pat.769.383 (1957) en u.S. Pat. 2.860.173 (1958)

19. J.W.Glanville, B.H.Sage, W.N.Laoey : Ind. Eng. Chem. ~ (1950) 508

20. J .M.Kolesnikov and G.M.Panchenkov : Tr. Mosk. Inst. Heftekhim.

/ ' i. Gaz Prom.

11

(1962) 85

21. E.K.Jones: Advances in Catalysis vol. VIII (1956) 234 22. J.B.Maxwell : Data book on hydrooarbons (1950)

23. J.H.Perry : Chemioal Engineers Handbook (1950) 613

24. T.E.lorden : VaporpresBUre.of organio compounds (1954) 3J10J14

25. O.P.Kharbande I Nomograms for Chemical Engineers (1958) 16-19