Verslag behorende bij het processchema: Azijnzuurfabriek

I KOELWATER KCEL-W,HER

,X

ABóORPT IETORE~S r;(EC velE· AZUNlllllfi + KATAL YSATOR

H[AC Tef., - - - -KOEL W~ T:: R I I AZUNzeu' E~A~ 0CTGBER 196C '

...

/

t

\

\ . 1 AZijnzuurfabriek

Azijnzuur heeft grote toepassingsmogelijkheden, waarvan wij noemen de fabricage van plastics (polyvinylacetaat), azijnzuuranhydride, kunstzijde, etc.

Het wordt verder onder andere gebruikt als oplosmiddel bij vele organische reacties, coagulatie van rubber-latex en het vulkaniseren van rubber.

De drie belangrijkste methoden voor de bereiding van azijnzuur zijn:

a. oxydatie van aceetaldehyde met zuurstof of lucht

b. oxydatie van alcohol met behulp van azijnzuurbacteriën c. droge destillatie van hout

De tweede methode wordt vrijwel uitsluitend gebruikt voor de bereiding van consumptie-azijnzuur. De derde methode geeft azijnzuur naast vele

andere stoffen als methanol, teer, oliën, etc. Deze is enigszins verouderd.

Andere methoden, die weinig worden toegepast zijn: condensatie van methanol en koolmonoxyde; oxydatie van koolwaterstoffen.

De meest geschikte en toegepaste methode' voor de bereiding van azijnzuur

is ~ de oxydatie van aceetaldehyde met lucht. De 6unstigste

reactie-temperatuur is ongeveer 600

c

(lit.1). De reactie verloopt in twee trappen (lit.2) CH

3

CHO + O2 - CH

₃

COOOH perazijnzuur

CH

3

COOOH + CH

3

CHO =~ 2 CH

3

COOH azijnzuur

De electrolJenoverdracht vindt plaats via een metaal-zout-katalysator, in

dit geval mangaanacetaat + weinig cobaltacetaat. De belangrijkste functie

van de katalysator is de ontledine van het perazijnzuur. Deze ontleding

gaat zonder katalysator langzaam, waardoor explosie-gevaar zou optreden.

In veel fabrieken in 1uropa (lit.3 en 4) wordt de oxydatie van

aceet-aldehyde uitgevoerd in een reactor, die zeer dicht bezet is met

koel-sptialen om de grote hoeveelheid reactiewarmte af te voeren. Dit heeft

enige bezwaren: 1. de lucht volgt bepaalde stroombanen tussen de

koel-spiralen waardoor een minder goed contact bestaat tussen

de vloeistof, i.c. het azijnzuur, waarin het aceetaldehyde

is opgelost, en de lucht.

2. De koelsniralen nenen het grootste deel van de torenruimte

in, zodat zeer grote torens moeten worden gebouwd.

Om deze redenen werd tot het bouwen van een reactor besloten, zoals beschreven

in een patent van de Imperial Chemical Industries (lit.5) •

-1-\

De reac.tor bestaat uit drie gedeelten:

Het middelste deel is het'reactie"-gedeelte, dat gevuld is met aluminium Rasc.higringen. Onder in deze kolom wordt he.t gro,otste gédeel te

van

he.t

azijnzuur ~ w~ggepompt naar een koeler. het gekoelde azijnzuur wordt boven in deze kolom teruggevoerd. De temperatuur van het onderste deel van

het reactiegedeelte wordt door dese koeling op 600C gehouden. _+)!, ~

~~'~:rillk b:~'-OOc~Jex i:K~ Een berekening van deze

afstand wordt later gegeven. Onder in de kolom wordt lucht ingevoerd, die

tevoren is gedroogd over geactiveerde aluminiumoxyde. Omdat de reactie in de vloeistoffase plaats vindt, moet dus het aceetaldehyde in het azijnzuur

oplossen en de zuurstof uit de lur.ht in de vloeistof diffunderen, waarna reactie optreedt. Uit latere berekeningen volgt, dat de lengte van de kolom

bepaald wordt door de absorptiesnelheid van het aceetaldehyde in azijnzuur. Van het stelsel azijnznur-a0eetaldehyde zijn echter geen evenwichtsgegevens bekend, evenmin van de absorptie- of desorptiewarmte. Daarom werd de lengte van de kolom geschat in vergelijking met de gegeven lengte van een kolom met inwendige koeling (lit.3). De absorptie- en desorptiewarmte werd voor het bovenste en onderste deel van de reactor verwaarloosd, omdat het hier om kleine hoeveelheden aceetaldehyde g'dat, terwijl voor het reactiegedeelte de absorptiewarmte in de totale warmtebalans niet voorkomt~ immers:

aceetaldehyde lost op in 8.zijnzuur ---> absorptiewarmte

aceetaldehyde oxydeert tot azijnzuur - - ? reactiewarmte - absorptiewarmte Het bovenste deel van de reactor is voornamelijk een absorptiegedeelte. De lucht, die uit het reactiegecleelte komt, bevat nog aceetaldehyde, omdat

hij op zijn gunstigst in evenwicht is met de vloeistof ter plaatse, die

ongeveer 1% aceetaldehyde bevat. (zie later). In het absorptiegedeelte stroomt de lur~ht in tegenstroom met hetrecycle-azijnzuur, die vrij is van aceetaldehyde.

Naast abIDrptie-apparaat werkt dit gedeelte ook als luchtkoeler, opdat zo

weinig mogelijk azijnzuurdamp met de lucht wordt afgevoerd.

Het onderste deel van de reactor is een aceetaldehycle-stripper. Deze stripping

gebeurt in een verdamper. De gestripte aceetaldehyde wordt terug in het react

lÎle-gedeelte gevoerd, terwijl de vloeistof via een overloop naar een reservoir gaat.

\

~

l'/

De temperatuur in deze stripper is 1000C. Dit deel zorgt er tevens voor dat eventueel nog aanwezig azijnzuurperoxyde ontleedt. Het azijnzuur dat nu alleen +)

nog katalysator bevat wordt uit het reservoir in een verdamper gepompt. -Ee~

Het aceetaldehyde wordt 20 cm boven de onderkant van het gepakte gedeelte der kolom

ingevoerd. Op de plaats van de invoer van het aceetaldehyde is een open ruimte

tussen de pakking gelaten om een betere verdeling van het aceetaldehyde over de

-3-zesde gedeelte wordt verdampt, gecondenseerd en gekoeld en geeft het

~ \,\ product; de rest wordt gekoeld en opnieuw' boven in de reactor gevoerd.

, ,

'

.

.

, "

.-',' < , : • ~,' \ . \ \" ~.. '\.-' \~ . . \ ,~ ' ... ' ~~1

~

"'_\

, .

, )

Er is nog een voordeel van deze werkwijze die niet in de literatuur staat

vermeld. De oplosbaarheid van mangaanacetaat in azijnzuur is erg klein.

Daarom moet bij de andere genoemde werkwijze de katalysator worden

toe-gevoegD. als een ceconcentreerde oplossing in water of verdund azijnzimr.

Dit water verlaagt de reactiesnelheid aanmerkelijk. Bovendien is de

katalysator, die dan afge~oerd wordt met het ketelproduct moeilijk te

regenereren. Omdat de prijzen van azijnzuur en mangaanacetaat vrijwel even

hoog zijn, geeft dit een verlies van 0,1

à

0,2 % van de omzet. In de hier

gevolgde werkwijze kan de benodigde hoeveelheid katalysator worden opgelost

in hetrecycle-azijnzuur (0,2% mangaanacetaat en 0,002% cobaltacetaat).

De katalysator kan nu continu worden gebruikt.

Berekening massa~balans

lJederlandse handelscijfers voor de productie van azijnzuur zijn niet bekend,

omdat de N.V+ Electrozuur- en waterstoffabriek de enige producent in

Nederland is.)De in- en uitvoercijfers liggen in de grootte-orde van enige

duizenden tonnen, zodat de productie werd vastgelegd op 5000 ton

azijn-zuur per jaar.(geconcentreerde azijnznur + 75%-azijnzuuroplossing).

250 werkdagen 5.000.000

250 x 24

...

833 kg azijnzuur

j

uur

Invoer aceetaldehyde bij 100% rendement:

A1

x 833

60 610 kg aceetaldehyde / uur

Rendement 99%, dus invoer 616 kg aceetaldehydejuur.

Berekening hoeveelheid benodigde lucht:

volume percentage zuurstof in lucht: 20,8%

1,293 kg lucht bevat 0,208 x 1,429

(=

d _zuurstof )

NodiC voor de oxydatie van 616 kg aceetaldebyde: 616 x 32

44 x 2

Dus theoretis~h nodig 224 x 1,293

=

975 kg lucht/uur

0,297

Theoretische hoeveelheid afgas 975 - 224

=

751 kg/uur

0,297 kg zuurstof

224 kg zuurstof/uur

Het afgas moet ongeveer 5% zuurst?f bevatten. Dus x kg lucht meer nodig.

(751 +x) 0,05 0,297 x

1,293

x 208 kg lucht/uur

Dus in totaal moet worden ingevoerd 975 + 208 = 1183 kg lucht/uur

~otale hoeveelheid afgas 751 + 208

=

959 kg afgas/~ur.

De dampspanning van de azijnzuur in de lucht bij het verlaten van de reactor:

, ';

-:;~ 1~1l1Ill. Met de lucht verlaat dus 959 x 0,033 33 kg azijnzuur de reactor

(bij 12 mm azijnzuurdampspanning: y = 0,033 kg azijnzuur/kg lucht).

Dus productie geconcentreerde azijnzuur: 833 - 33 .. 800 kg aZijnzuur/uur Recycle is 5 x productie

=

5 x 800

=

4000 kg aZijnzuur/uur

Recycle-azijnzuur bevat

0,<10

man~aan-acetaat

=

8,0 kg mangaanacetaat/uur en 0,002% cobaltacetaat = 0,08 kg cobaltacetaat/uur

Berekening warmtebalans (soortelijke warmten lit.6)

~eactiewarmte: CH

3 CHO +

t

02 -:;> CH3 COOH + Q kcal.

Uit de vormingswarmte berekenen wij: Q = -39,7 + 116,2

Totaal: 616.103 76,5 1.070.000 kcal/uur

44

76, 5 kcal/mol.

Door de recycle azijnzuur + gevormde azijnzuur wordt opgenomen: 4800 x Cp x 6t = 4800 x 0,503 x 45 = 109.000 kcal/uur

Nog af te voeren: 1.070.000 - 109.000

=

961.000 kcal/uur

In het onderste deel van de reactor wordt een hoeveelheid warmte toegevoegd van 4800 x 0,54 x 35 = 90.700 kcal/uur.

In de verdamper wordt azijnzuur verwarmd tot 118°C en 800 kg azijnzuur verdampt. Hiervoor moet worden toegevoegd:

4800 x 0,56 x 18 + 800 x 96,75

=

125.800 kcal/uur

Bij de condensatie van het prnduct komt vrij: 77.400 kcal/uur

Bij de koeling van het produc t tot 20°C komt vrij:

800 x 0,53 x 98

=

41.500 kcal/uur

Bij de koeling van de recycle tot 20°C komt vrij: 4000 x 0,53 x 98 = 208.000 kcal/uur

De reactiewarmte die door de uitwendige koeler woet worden afgevoerd bedraagt

957.~00 kcal/uur. Hiervoor moet worden ger,irculeerd door de koeler:

luur, waarbij het azijnzuur wordt gekoeld van 65° tot 25°C •

.A~ e~

\ i I'

... ;~ , \ l

\\. .... \ \'

Massabalans van de reactor

in (kg/uur) aceetaldehyde 616 azijnzuur 4000 lucht 1183 uit (kg/uur) 4800 + 33 4833 959 \, r '. .;r · I

,.

" , .' , i·

,

, bijproducten ₇ I, • ti.,·;' ... katalysator Totaal Warmtebalans reactiewarmte circulerende koeling onderste deel kolom verdamper product-condensor product-koeler recycle-koeler Totaal 8 5807 in (kQ'al/~ur) 1.070.000 90.700 125.800 1.286.500 8 5807 uit (kcal/uur) 961.000

77

.400 41.400 208.000 1 .287,800

Berekening plaats van invoer van het aceetaldehyde (lit.7)

Volgens het hier gevolgde patent kan het aceetaldebyde juist boven de plaats waar het mengsel voor koeling uit de kolom wordt gehaald, worden ingevoerd. Deze afstand kunnen we berekenen indien we een ideale buis-reactor aannemen en indien we veronderstellen dat boven de invoer van het aceetalder.;yde nog geen omzetttl11heeft plaats gevonden. We stellen nu als eis, dat het mengsel,dat onder uit de kolom wordt weggepompt naar de koeler én: dat naar het stippende gedeelte strool'ltniet

,

meer dan een

1,'

gewichtsprocent aceetalfAhyde bevat.

De stnfbalans vorr dit gedeelte van de

kolom is in figuur 1 afgebeeld.

r

-51.000 kg azijnzuur + 11

:

.

1

36

_

~g

aceetaldebyde Figuur 1 t _e I i

r

₂₂₄ i I

i

151

--

~ed

kg aZlJnzuur + 518 kg aceetaldebyde kg zuurstof

t -ï ~ ; I ~ ' ... l _\

\

Wij noemen nu de omzettingssnelheid r:

r uitgedrukt in kmol. aceetaldehyde omgezet per m

3

en per seconde, en we nommen de conversie x:

x

is de

~fractie

omgezet van het aceetaldehyde. Voor een continu werkende ideale buisreactor €,eldt nu:

~m dx = r dV Integratie van (1) levert:

x=X1

"Ja:

(2)

waarin: VR volume reactiegedeelte van de reactor in m

3

0

m kmol. aceetaldehyde/sec.

, \

Voor r vonden wij: k (aceetaldehyde)

3/2

(mangaanacetaat)

1/

2

(0)

0

2

-6-ltt.2

-1 -1

Hierin is k = 67,0 liter. minuut • grammolecuul •

Het reactiegedeelte '\ Deze formule geldt bij 25°C en ongeveer 50 cm zuurstofdruk.

heeft echter een temperatuur van 55

à

650C, waardoor de reactiesnelheid drie

à

vier maal zo groot wordt. De partiaalspa:'1ning van de zuurst

ol!

'

in de lucht

is ongeveer 15 cm. Stellen wij~dat de reactiesnelheid hierdoor met de helft wordt verminderd. Omdat verder één kmol. zuurstof twee kmol aceetaldehyde omzet,

krijgen wij tenslotte voor de vergelijking van de reactiesnelheid bij 600

c

en

15 cm zuurstofdruk:

r

=

2 x 3,5 x 67,0

2

x

60

3

/

2

1/

2

(aceetaldehyde) (mangaanacetaat) kmol./m

3

.sec. Voor de concentratie van het aceetaldehyde op het tijdstip t vinden wij,

o

als wij voor de dichtheid van het azijnzuur 1000 nemen:

1136

0,5 kmOl./m

3

44

x 51,0

Op tijdstip t geldt voor de concentratie van het aceetaldehyde: 0,5 (1-x) kmol./m

3

Op tijdstip t vinden wij V,Qr de conversie: x

=

1136 - 518 0,55

e 1136

=

De concentratie van het mangaanacetaat: 2

173

= 1,15.10 -2 kmol. / m

3

Deze gegevens worden ingevuld in vergelijking (2); zo vinden wij:

\ \ I' \

r r

0,55

J

dx

4.

<:) ,

5

312=---( 1---=-X=) ":-3

;"r.

2=--( -1 -,

1-5--.-1

0----:

2,.-) _ ...

~-o

1

0,15

0'5

]5

_dx

-~~-(1_

x)3/2

0,15

°

1136

4

4

x

3600

=

6,7 x 0,0072 diameter d!

1,10

m. lengte L

V

R

=

=

°

0,0072 kmol/sec.

3

:=

0,048

m oppervlakte 0 =

0,048

₀

_,

₀₅₁

= m

8,95

( 2 )

0,55

( ~ )

( (1-x)

1! )

°

;

(1,10)2

0,95

51

mmo

-7-6,7 m3 sec./kmol 2 m

Bij de hierboven gegeven berekeningen zijn enige ruwe benaderingen toegepast:

1. De afhankelijkheid van de reactiesnelh~id van de temperatuur.

Wij stellen de maximale fout op 100~t

2. De afhankelijkheid van de reactiesnelheid van de zuurstof-spanning.

VTij stellen ook hierin een maximale fout van 100:10.

3. \'!ij hebben geen ideale bui sreactor, d. w. z. het reactiemengsel stroomt niet als een "prop" door de buis. De fout hierdoor zal niet zo groot

zijn.

Nemen \'iij een totale fout aan van 30C';c~, dan :noet het a.ldehyde

20

cm boven

de onderzijde van het gepakte gedeelte worden ingevoerd.

Berekening van de absorptiekolom voor het azijnzuur in de luchtspui.

De azijnzuuroplossing, die wij uit de élbsorptiekolom aftappen, zullen wij

verkopen als inleg-azijn. Hiervoor wordt ongeveer 75:-h-azijnzuur vereist.

Om een 75:S-azijnzuuroplossing te krj_jgen, zullen wij de vloeistof in de

kolom moeten laten circuleren. I (

~

~'\

t

f>~

I ""er C

I

()f-

l

Berekening van de

~ma18

vloeistofstroom in een met 1 "-Raschigringen!

'~

o

~

v

J

gasstroom van 959 kg lucht/uur (lit.9): 959 x 2,2 G = _ _ ~_~';;';"".:J...:~ _ _ _

.1.

x

4

2 x (0,5) x 10,76 g lucht 200

_C

1000 lb/hr. ft2

~

=

_0,075 g

=

Ui t de graf i ek in li t. 9 vinden wij _{nu L , 1} p.!aXJ.maa

0,075

0,075 1

400 lb/hr. sq.ft. ·

Dit is tevens de minimale bevochtiging van deze kolom, zoals blijkt uit de HTU-grafieken voor het ammoniak-water-systeem (lit.10).

/ " Î

/,1"

I;. r ~ . .-,

,

De vloeistofstroom in de absorptiekolom ligt dus vast: L

c 400 lb/hr.sq.ft. en ook de gasstroom: G = 1000 lb/hr.sq.ft.

o

De lucht die de reactor verlaat is in evenwicht met azijnzuur van 20

C.

Hiervoor geldt P " = 12 mmo

aZl,)nZUUr

Drukken wij de gassamenstelling uit in kB: azijnzuur dan vinden wij:

kg inertgas

,

M " P ., aZlJnzuur

x

aZlJnzuur MI _uch _.t P_{t otaa -}l P , . _aZlJnzuur

Y

=

₌

60 12 0,033 29 x 748

Wij stellen als eis dat de uittredende lucht van de absorber een samen-stelling heeft die kleiner is dan 0,016 kg azijnzuur/kg inertgas.

Noemen wij de hoeveelheid water, die ·wij per uur toevoegen L , dan geldt:

n

959 (0,033 - 0,010)

G (Y. . - Y_el' nd) = L

(Je.

.

-

X . d)

Degln n begln eln

L

_n x 3 ( 75?;"'azijnzuur

L

7,4 kg/uur.

n

x = 3)

x_eind =

°

Van de N.V.Electrozuur- en Waterstoffabriek kregen wij de volgende gegevens h t t . . t bl' J' 20oC.

overe sys eem aZlJnzuur-wa er

;

/

Gew.% azijnzuur in oplossing P (azijnltur en water)

totaal '- Gew.% azijnzuur

in de dampT 99,1

%

79,7 58,5 41 , 1 19,6 9,8 12,2 15,2 15,7 15,9 16,5 17,

°

mm 98,95

%

75,3 50,6 3~,4 14,1 5,9

J

I

Hieruit berekenen wij: q Pazijnzuur _

P

gew.% azijnzuur in damp

~

2

0

M " X -1-0-0---"'ge"'""'w<-.'""':%r--a-z-.-z-u-ur

-H

20 aZlJnzuur

Wij kennen Ptotaal P_aZlJnzuur .. +P_{HO 2}

Uit deze twee vergelijkingen is P " te berekenen.

aZlJnzuur

Wij berekenen nu x en y uit: x

M azi,jnz. y 1~ "lucht x y P azijnzuur q 28,2 11,8 mm 11 ° 0,0326 0,91 7,25 3,92 0,0202 0,31 3,72 1 ,41 0,0103 0,145 2,01 0,70 _0,°°56 0,°49 0,77 0,24/ t:; 0,0021 0,019 0,31 0,11 0,000s6

De lucht zal ook de waterdampspanning bereiken, die in evenwicht is met de

vloeistofsamenstelling in de kolom.

In de eerste kolom is de vloeistofsamenstelling x = ₃ 75io-azijnzuur

~20

P H20 18 8 0,0067

Y

_H

0

..

x = x

- -

..

Mlucht P-P 29 745

.

2 totaal X in damp P azijnzuur P-P totaal PH

°

=

8 mm 2

Door het gas wordt dus op~enomen: 959 x 0,0067 Dus

L

_n1 = 7,4 + 6,4 = 13,8 kg water/uur. 6,4 kg water/uur j 1 .. ~.~tc

,

'"](1 ~Lc 'JI..b ~ g!Sb l" '):l> fig. 2

Voor de werklijn van de eerste kolom geldt nu (zie fig.2):

G (Yb - Y1) _(1n + 1c) x_b - (1_n1 + 1c) x₁

Omdat L « L is de rirhtingscoëfficient van de

n c

vrijwel constant over de gehele lengte der kolom

werklijn dus recht.

L + 1 n c werklijn ~~G--~ L c n.l.

G

en is de \

De evenwichtslijn is voor de beschouwande stukken recht en moopt ongeveer evenwijdig

aa.n de x-as, d.w.z. dat de weerstand geheel in de gasfase ligt. In dit geval kam men

een constructie van het aantal HTU's uitvoeren door op de he1ft van de verticale

-r

trapsgewijze constructie ervoor te zorgen, dat van het horizontale gedeelte het

stuk tussen werklijn en hulplijn even groot is als het stuk aan de andere kant

van de hulplijn.

Indien wij de eerste kolom 2 ETU's lang maken, dan vinden wij (zie grafiek 1):

Y1

=

0,0192

Er geldt nu: 1cxb + 1_n1 x₁₀ = (1

0 + 1n1) x1 .

H~erin is: 1

=

400 lb/hr.sq.ft.

=

384 kg/uur

o L n1 x_1c Tweede kolom I I~~~._ ~ Lr 7< •• I V L "'. 1(.( figuur 3 13,8 ~384 (figuur kg wa ter luur + 1328

2

2296

2

-

3R~ X 32°0 _{== 2,03} 13,8 3) Vloeistofsarnenstelling: 67%-azijnzuur P .. = ,1,8 mm aZ1Jnzuur 15,5 - 4,8

=

10,7 mm 18

_x

.:!.QJ.

_{= ,}

° 0089 29 745

Door het t;,as wordt in deze kolom opgenomen:

959 (0,0089 - 0,0067)

=

2,1 kg/uur

Dus: 1

n2 1n1 + 2,1 = 13,8 + 2,1 15,9 kg water/uur

Twee HTU's geven (zie grafiek 2): Y = 0, 01 40

2 2,017

Derde kolom (figuur 4)

S1

I

( L" • ... L3 ) :t"J 1-· ... ·,

'l

!

i ~'1I' 'L",:ttc Figuur

4

(1529 + 384) 22°17 - 384

x

2~

=

15,9 1,72 Vloeistofsamenstelling: P .. = 4,8 m.m aZ1Jnzuur 18 YH

°

=

29

2

lQ..J

x 745 0,0089 63%-azijnzuur 15,5 - 4,8 = 10,7

Door het gas wordt in deze kolom opgenomen:

---Dus 1n3 = 1_n2 + 0,4 = 16,3 kg/uur.

Werklijn: G (Y

2 - Y3) = (1n2 + 1c) x2c - (1n3 + 1c) x3

Twee HTU's geven (zie grafiek 3): v = 0,0121

u

3

(16,3 + 384) 1,715 - 384

x

1,72

16,3

=

1,

59

VIerde kolom (zie figuur 5)

1,71

5

Vloeistofsamenstelling: 1,59 61%-azijnzuur P . . =4,Omm P_HO = 15,5 - 4,0= 11,5 aZlJnzuur 2 18 YH

°

=

29 2 0,0095 .

Door het gas wordt in deze kolom opgenomen:

959 (0,0095 - 0,0093) 0,2 kg water/uur

-1

1-Figuur 5 (1 n3 + 1 c ) x 3c - (1 n4 + 1c) x4

TI'Te HTU' s geven: Y 4 0,0113 (zie grafiek 4).

1 was berekend op een eindconcentratie Y

4

=

0,010.

Er ,werd bij deze berekening één variabele te veel vastgelegd. Wij hebben

hierdoor een fout in 1 gemaakt van 0,003 x 10""b = 131,.

0,023 'I/O 1°

Er zal echter naast de azijnzuurdamp ook wat azijnzuur in druppelvorm

met de gasstroom worden meeGeslEurd, zodat een nauwkeurie,'er berekehing ons

inziens geen zin heeft.

Berekening HTU (lit.10):

Voor NH

3 - water- lucht vinden wij bij G 1000 lb/hr.sq.ft. en 1 400 lb/hr.sq.ft: h'TU = 2,6 fi

\. J

-12-1

f:2

Er geldt nu _{HTU . . 1 ht} aZ.1Jnzuur- uc. ( ( ( ) HTU . ) ammoniak-lucht

( 'PIt:?

11) ) azijnzuur-lucht _{1,16 (lit.11)}

( '7/21])) ammoniak-lucht 1 , 78

1

Dus: (HTU) _aZ1Jnzuur.. _-1 _ua ht

CMy2

_{~ 0,78) 2,6 ft.}

HTU

=

3,18 ft = ~ meter

De vier absorptiekolommen hebben dus pen "eepakt" gedeelte van 2,08 meter.

nerekening luchtdroger

Als droogrniddel kan worden gebruikt silicagel of geactiveerde aluminiumoxyde.

Silicagel is nogal brokkelig, waardoor gemakkelijk kleine deeltjes silicagel

in de reactor kunnen komen, wat door de circulatie een ernstige vervuiling aan de apparatuur kan e;even. Daarom wordt geactiveerde aluminiumoxyde g·ebruikt.

Aluminiumoxyde kan 100fc van het 1Nater in de lucht absorberen' tot een gewichts

-percentage van 12% van zijn eigen gewicht (lit.12) . Voor volledige drog~ng

over geactiveerde aluminLunoxyde f:ebruikt men een passnelheid van 25-50 cu ft/hr/lb.

Wij nemen een snelheid van 40 cu ft/hr/lb .

1183 x 2,2 Hoeveelheid te drogen gas:

0,08

De kolom moet dan bevatten 32.600

40 Gemiddeld gewicht: 50 lb/cu ft

32.600 cu ftlhr

815 lb = 370 kg aluminiumoxyde.

Dus volume droogapparaat

~~5

= 16,3 cu ft 0,467 m

3

.

Dit is ongeveer de inhoud van model No F van Kemp convection dryers (Bulletin D-106)

1

=

1,85 m d = 0,57 m

Er worden twee drogers parallel e;eschakeld. Eén droger kan opnemen:

12

100 x 370

=

44,4 kg water.

Indien wij een relatieve vochtigheid van de lucht bij 200C aannemen van 20%, dan

-1)edraagt de vochtigheid H

=

0,0025 kg water/kg drmge lucht. Per uur wordt dan afgegeven 1183 x 0,0025 = 3 kg water/uur.

Een droger kan dan dus

~

=

15 uur werken alvorens wordt omgeschakeld op de andere droger. Voor de regeneratie van het droogmiddel wordt lucht van 200°C door het droogtoestel gepompt, afgekoeld tot ongeveer sooe, waarbij het gecondenseerde water wordt afgevoerd, opnieuw verwarmd etc.

Constructiematerialen.

-1)-Het goedkoopste constructiemateriaal dat bestand is tegen azijn·zuur is

aluminium. Het kan hier worden gebruikt, omdat bij normale druk wordt gewerkt. Andere tegen azijnzuur bestand zijnde materialen alB Durichlor, Ampco en

Hastelloy zijn aanmerkelijk duurder dan aluminium. Voor de circulatie-p[jpen

bij de azijnzuurabsorbers kan wellicht beter gebruik gemaakt worden van

polytheen-pijpen.

Kort overzicht van de volledmge fabriek en enige opmerkingen over de plaats van de fabriek.

Bij de bereiding van het azijnzuur werd uitgegaan van aceetaldehyde. Het hier

beschreven proces is slechts een onderdeel van de bereiding van azijnzuur,

waarbij wordt uitgegaan van de grondstoffen: kalksteen en cokes. De kalksteen

wordt in een kalkoven ontgast: Ca C0

3

-->

CaO + CO2• Als brandstof gebruiken wij

cOkes,die met de kalksteen wordt vermengd.

Vervolgens vindt in een carbidoven de reactie plaats: CaO + 3C -.,/ _{CaC 2} + CO.

De carbidoven bestaat uit twee boven elkaar geplaatste koolstofelectroden,

waar-tussen een mengsel van calciumoxyde en cokes wordt gebracht. Hier wordt dus

electrische energie toegevoerd.

Het calciumcarbide _{wordt behandeld met water: CaC 2} + _2H20

~~

_C2H2 + Ca (OH)2'

Hierbij wordt gedacht aan een "droge" vergassing, waarbij zoveel water wordt

toegevoegd als stoechiometrisch nodig is voor de vergassing. Di t heeft het

voordeel dat ook het gevormde calciumhydraat verkoopwaarde heeft. ~

Het acetyleen wordt met water omgezet in adeetaldehyde, waarbij als katalysator

kwiksulfaat wordt gebruikt.

De plaats waar de fabriek moet worden neergezet wordt bepaald door de volgende overwegingen:

moeten worden bij een grote stad.

2. Het energieverbruik van de carbidovens is groot. Plaatsing dicht bij een

electrische centrale is dus gewenst. Ook hiervoor is de ligging dicht bij

een grote stad gunstig, omdat een centrale naar continue aflevering streeft,

waardoor men gedurende de tijden van lage afname goedkope electriciteit kan

betrekken.

3.

De kalksteen moet per schip aangevoerd worden; de aanwezigheid van een haven

is dus noo~zakelijk.

-.-.-.-.-.-

-15-Literatuur:

1. P.H.Groggins: United Processes in Organic Synthesis 5 ed. Mac Graw-Hill

Book Company, Inc. New York 1958 pag. 508

2. C.~.H.Bawn, T.P.Hooin en L.Raphaël: Proceedings of the Royal Society of London A

lli

313 (195 6 )

3. British Intelligence Objectives Subcommittee 75, Bunawerke Schkopau

(,{ S

4. ;LP. 1. 934.161 American Cyanamid Company, New York

5. ' C P. 304 350 (1927) Imperial C hemical Indus tri es

6. J .H. Perry: Chemi('al Engineers' Handbook 3 ed. Mc Graw-Hill

Book Company, Inc. New York 1950 pag.228

7. H.Kramers en K.R.Westerterp: Fysische aspecten van chemische reactoren

1959 pag. 15

8. van Oss: Warenkennis en Technoloe:ie III J.H.de Bussy, Amsterdam 1957 pag.333 9. J.H.Perry: Chemical Engineers' Handbook 3 ed. Me Graw HilI

Book C ompany, In('. New Y ork 1950 pa.§". 68

3

10. J.H.Perry: Chemical Engineers' Handbook 3 ed. 1~c Graw HilI

1300k Company, Ine. New York 1950 pag.688

11. J .H. Perry: C heminal Engineers' Handbook 3 ed. Me Graw HilI

Boak Company, Inc. New York 1950 pag.539

12. J.H.Perry: Chemir:-al Engineers' Handbook 3 ed. Me Graw HilI

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

__

..

_

-_.

_

._

-

---

_

..

_

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

-

...

_._

- - - -

----~) . .t Grafiek 1 Grafiek 2 ! ' r---~c_---~--_~yl CCi, ---a.a-~ I ros' Grafiek

3

Grafiek

4

)