••
laboratorium voor Chemis
,
che Technologie
Verslag behorende bij het processchema
van
onderwerp:
...
~~
..
I4
..
l~.~
.l,&
t~
... .
datum:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
INHOD]}:
Inleiding: Overzicht: 1. Historische ontwikkeling 2. Productiecijfers3.
Toepassingen1. (C'ond i t ionering van de reactorvoeding
1.1 Voedingspomp
1 .2 Voorwarmer
1.3 Verdamper
1.4 Warmtewisselaar
2. (C'onversie van sec-butanol tot MEK
3. 2.1 2.2 2.3 Reactor Gaskoeler Condensor
Zuivering van het reactieproduct
3.1 Gasabsorptie kolom 3·2 Buffertank 3.3 Destillatie-eenheid 3.3.1 Voeding voorwarmer 3.3.2 Kolom 3.3.3 Reboiler 3.3·4 rG'ondensor topdamp 3.3·5 Best illaat koeler
3·4 Extractiekolom blz. 1 1 2 3 4 4 5 7 8 11 11 17 19 22 22 25 26 26 27 32 32 33 33
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
1·-Methylethylketon. (MEK) is een in de techniek veel gebruikt oplosmiddel. De productie van MEK wordt slechts door die van aceton overtroffen.
1. Historische ontwikkeling:
Voor 1930 werd MEK als bijproduct verkregen bij de volgende
p~o~~si~n~- (1,2}
1. destructieve destillatie van hout. 2. bereiding van aceton uit ethylalcohol.
3.
destillatie van methylacetoacetaat in aanwezigheid vanzwavelzuur.
~e productie was gering en het verkregen product niet zuiver.
Omstreeks 1930 werd in de V.S. door enkele vooraanstaande maatschappijen (Shell, Standard Oil N.Y.) een synthetisch proces ter bereiding van zuivere MEK ontwikkeld.
Men had de keuze tussen de volgende processen:
1. Zuivere katalytische dehydrogenering van sec-butanol. (endotherme reactie, als nevenproduct zuivere waterstof.) 2. Katalytische partieële oxidatie van sec-butanol.
(exotherme reactie)
3.
Combinatie van beide processen, waarbij dereactietempe-ratuur door luchttoevoer kan worden geregeld.
De grondstof voor deze processen, sec-butanol wordt als volgt verkregen:
Hl~~ kto
buteen (uit kraakgas) ___ butylsulfaat - sec-butanol
C"'~ /f~ .H .1,1 .. N
-co
-c"='C.J.tt C'3C-~-~J'D'J""c.yl
In Duitsland (C'he~ische Werke Rheinpreussen) dehydrogeneert
men sec-butanol verkregen door Fischer - Tropsch Synthese
van (04 olefinen.
Het aantal katalysatoren voor de drie bovengenoemde processen is bijzonder groot:
ZnO, CuO, Zn - Cu legering, ZnO
+
6 - 10% oxyden van Zr, Ce of Th.In de Amerikaanse patentliteratuur worden over dit onderwerp katalysatoren vermeld met bijbehorende reactietemperatuur, te bereiken omzettingssnelheden, conversies enz.
Bij het bespreken van de reactor in het processchema zal hier nader op worden ingegaan.
2. Productiecijfers.
(3,4,5)
We beschikken hier slechts over de productiecyfers in de V.S. Van 1940 tot 1955 syeeg de productie van 25.000 ton per jaar tot 100.000 ton per jaar.
Hiervan wordt
95%
door Shell en Standard Oil geproduceerd.De installaties van de Shell bevinden zich in Houston(Texas) Dominguez, Martinez (Californië).
Als capaciteit van een moderne installatie wordt opgegeven 20.000 ton per jaar.
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
'l 2 -3. ToepaSSingen.(4,5,6,7)Ongeveer 75% van de totale jaarlijkse productie van MEK gaat naar de lakindustrie als oplosmiddel voor nitrocellulose- en vinylhars lakken.
Onderstaande indeling geeft een overzicht van het gebruik van MEK in de industrie.
nitrocellulose lakken vinylhars
~
raffinage van smeerolie(8)(hiervoor mengsel 40% MEK, 60% benzeen)
38% 37 10
\"{
rubberindustrie verwijderingsmiddelen, verdunningsmiddelen voor verf en vernis.gemengd (chemische synthese, extractiemiddel insecticiden)
Literatuur.
1 •
Kirk-Othmex 8 blz.13
0 , 1312. Ullmann
2-
544,-5473. R.F. Warren Chem. Eng. 57 (1 95 0)
4· Chem. Eng. 62 (1955)
5· L.F. Hatch, Petrol. Ref.
34
(no.4 )
(1955)6. W.L. Faith, D.B. Keyes, R.L. ~lark,Industrial
5
5
5
blz. ·286 27:2164
Chemicals (1957) Blz·5177· Methylethylketon. Shell Chemical Corp. 2edruk 1952 hoofdstuk I, Ir
8. G. Weber. Oil Gas J. 35 (1936) blz. 46-48.
I
In het processchema zal beschreven worden de zuivere dehydro-genering van sec-butanol tot methylethylketon. De installatie zal 16.000 ton per jaar produceren en is een onderdeel van een raffinaderij complex, aangezien sec-butanol wordt verkregen uit buteen afkomstig van kraakgas.Kort overzicht van het processchema. (zie bijgevoegde fotokopie) De voedin§ sec-butanol wordt in dampvorm gebracht en verder tot circa 375 C verwarmd door de hete reactorgassen alvorens de reactor te bereiken. Het dehydrogeneren gebeurt in de dampfase
bij 4000C over een zinkoxyde bevattende katalysator. De benodigde
reactiewarmte wordt door verbranding van~ verschaft. De reactor
I
gassen bestaande uit :MEK, waterstof en nJ.et omgezette sec-butanol worden in de warmtewisselaar tot 125°c' afgekoeld. Na verdere afkoeling wordt het gasmengsel gecondenseerd. Aangezien het resterende gas (waterstof), nog hoeveelheden MEK en sec-butanol bevat wordt het onderin een absorptietoren geleid, waar deze stoffen met water worden uitgewassen.o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
- 3De vloeistof onderuit de absorptietoren wordt gevoegd bij het reeds verkregen condensaat.
Het mengsel wordt door gefractioneerde destillatie gescheiden.
Topproduct is de azeotroop van II'IEK en water (kookpunt 73,40 C)
Hierbij bevindt zich een zeer kleine hoeveelheid sec~butanol.
Als bodemproduct wordt verkregen een mengsel van sec-butanol en water waaruit door destillatie het sec-butanol kan worden terug-gewonnen.
~e azeotroop over de top wordt na afkoeling tot circa
25°C
gedehydrateerd met behulp van een calciumchloride oplossing. Dit gebeurt in een continue, in tegenstroom werkende, extractie-kolom.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
4-1. Conditionering van de reactor voeding.
Koeveelheid voeding (sec-butanol) per uur:
prod uc t MEK: 16000 ton per jaar
aantal werkuren per jaar: 8000
product ie MEK: 2000 kg per uur
Reactie vergelijking:
sec-butanol - MEK;. H2
Massabalans :
74 kg sec-butanol - 72 kg MEK .... 2 kg H'2
Conversie 90 gew.
%
(zie reactor)kg sec-butanol per uur = 2000 • 74 • 10 = 2282
--r2
91.1 Voedingspomp.
Voor het verpompen van de voeding naar de voorwarmer wordt gebruik gemaakt van een centrifugaalpomp. Onderstaande tabel
geeft zowel enkele fysische gegevens van de ~Vërpompen vloeistof
als ook een specificatie van de pomp. Fys. gegevens pompvloeistof
!Pluidum sec-butanol
---!P ase vloeistof
~ichtheid
808 kg/m3t 15°C
Ilo empera uur
~olumestroom 47 I/min. Specific at ie~~'P0:mp r-fabrikaat Begemann type LO vermogen 0,25 pk omwent • /min. 2600 opvoerhoogte
5
mmax. volumestr. 50 I/min.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
-
.}-De volumestroom naar de voorwarmer wordt geregeld met behulp van een meetflens. De gestippelde lijn is de signaalleiding, welke het signaal doorgeeft aan het apparaat dat voor correctie zorg draagt.
De lijn met twee streepjes onder een hoek van 150 met de verticaal
heet commandoleiding en bedient de afsluiter.
1 .2 Voorwarmer
Doel: Het verwarmen van de voeding van voorraad temperatuur
(15°0)
tot een temperatuur iets beneden het kookpunt
(99°0)
voeding kookpunt
sec-butanol
99,5°0
s. warmte 48 cal/molo 0
=
2,724 kJ/kg °0 (bij40°0)
fluidum locatie t.o.v. massastroom vo lume stroom dichtheid molecul. gew. inlaat temp. uitlaat temp. jverdamp. warmte Capaciteit. koude fluidum sec-butanol pijpw. binnen 2282 kg/u 2824 I/u 808 kg/m3 74 15 oe
99
oe 561 kJ/kg 2282 • 2,724 • (99-15) 3600 warme fluidum stoom buiten 0.066 kg/sec. 52 I/sec. 1,28 kg/m3 18 125 oe 125 oe 526 kcal/kg 145 kWBerekening van de afmetingen van de voorwarmer. Warmtewisselend oppervlak:
A =
~w
U. (öT)lm"
.ó
T1 =110 0e
4 T2 27 °0
o
o
o
o
D~/~
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
A = 145.000 4,15 m2 600·596
-Kies diam. pijp: 12 - 19 mm
Inwendig opp. = 0,0377 m2/m
Aantal meters pijp - 4,15 = 110m 0,0377
Stel pijplengte 1 m.: aantal pijpen = 110 Practijkregel: door pijp van 25 - 32
~n.
800 liter per uur om een goed
Re-~ dus door een pijp van 12 - 19: 0,0113
0,0492
• 800 = 183 llh Volumestroom sec-butanol door voorwarmer
Aantal pijpen per pass = 2824 = 16
183
Aantal passes = 110 = 7 ~ Berekening diameter:
is 2824 l/h
De diameter van het apparaat wordt bepaald door de onderlinge afstand, der pijpen. De afstand tussen het midden van twee op eenvolgende pijpen heet de steek. (t) Zie figuur 1.
Voor iedere pass rekent men bij de diameter berekening 10 mmo D
1 = m x t = 10,6 x 27 = 268
(m f (z=aantal pijpen = 110)
(t = 1, 4 • dlu)'; 1,4 x 1 9 = 27 mm)
Bij D
1 moeten we nog optellen 2 x
t
pijp = 19 mm en 2 x de steek t 54.Verder voor iedere pass 1Omm, dus 7 x 10 70 mmo
De diameter D
=
268+19~54+70 = 411 mmolD'it wordt afgerond op 420 mmo
De hoofdafmetingen van de voorwarmer zijn dus:
L
(lengte)=
1000 mmstoomzijde :
Rond de pijpen conden~ren we
De condensatiewarmte hiervan Het specifiek volume hiervan
r o stoom van 125 = 526 kcal/kg = 780 l/kg
~m
~ (stoom) = 145.000 = 0,066 kg/s 526 • 419 0 ~v (stoom) = 0,066 • 780=
52 lis D (diam.)=
420 mm C en 2t atm.Voor lage druk stoom mogen we een lineaire snelheid in de toevoe~
pijp aannemen van 11
mis.
2
F (oppervlakte doorsnede toevoerpijp) = 52 0,5 dm diam. d = 80 mm
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
1 -1.3 Verdamper.We maken gebruik van een staande verdamper. In het midden van het eigenlijke verdampingslichaam wordt de vloeistof d.m.v. een z.g. zielpijp ingevoerd. Deze pijp van behoorlijke diameter hangt los in een in de trommel uitgespaarde opening.
De wand van deze pijp wordt niet verwarmd. Hierdoor ontstaat een
circulatie stroming die de warmteoverdracht bevordert. ~e
verdam-pende vloeistof bevindt zich in de pijpen. Rondom de pijpen wordt stoom van 125° C gecondenseerd. Bovenin de dampruimte bevindt zich een spatscherm.
Regeling van de hoeveelheid stoom:
De hoeveelheid stoom wordt geregeld op het niveau van de verdam-pende vloeistof in de verdamper.
koude fluidum warme fluidum
fluidum SEC-butanol stoom
locatie t.o.v pijpw. binnen buiten
massastroom 2282 kg/u 0,1.6 kg/sec.
volume stroom 2824 I/u 126 I/sec.
inlaat temp. 99°C 125°c
uitlaa.t temp. 99°C 125°c
verdamp. warmte 561 kJ/kg 526 kcal/kg
Capaciteit:
~
=
~•
verdampingswarmte (sec-butanol)=
2282 • 561w m 3600 356 kW
Onderstaande tabel bevat de berekende,noodzakelijke gegevens van de verdamper. " ~
\
AT
lm pijp \m PijplpijPl. aantal r;,,· U A ,,) w . , 3561
2000I
26 1 25 - 32 89 0,15 119 Diameter: D' 1=
m.
t=
11.
45=
495 mm 2t
pijp=
32 2.
steek=
9° 611 diam. zielpijp 200 D=
~11 mm0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
~0
riS)/'
0
0
Lengte verdamper: lengte verdampelement dampruimte(t.
0l"JS")
rest Volumestroom damp: 8 -0,15 m 1,50 m 0,35 m 2,60 mdichtheid damp
=
14 • 213 (temp. damp22,4 312 ~ m damp
=
2,4 kg/m3\ (=
2282 kg/h ~ v damp=
2282 • 1000=
951,000m
3/h 2,4F (doorsnede dampafvoer kanaal)
d (diameter dampafvoer kanaal) stoomzijde: ~ (stoom)
=
356.000=
0,16 kg/s m 526 • 419 0 ~ (stoom)=
0,16 • 180 = 126 lis v 951.000 = 3600.110 115 rnm = 312~K) 2 2,40 dm 2F (oppervlakte doorsnede stoomtoevoer leiding) = 126
=
1,15 dm110
d
=
120 rnm1.4 Warmtewisselaar.
Doel:
We benutten hier de warmte-inhoud der reactiegassen teneinde de voeding(sec-butanol damp) verder te verhitten.
lF'ys. gegevens koude fluidum
1
warme fluidum+-luidum sec-butanol damp reactorgas
locatie t.o.v pijpw. buiten binnen
soortelijke warmte 2, 1 52 kJ/kg 0 C 2 , 145 kJ/kg 0 C
inlaat temp. 990 C 4000 C
luitl~at temp.
~tj
1250 C-o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
9
-Samenstelling reactorgas. Component kg/h MG kmol/hfOK
2000
72
27,8
sec-butanol227
74
3,1
H2
58
2
29
Totaal2285
59,9
Gemiddeld moleculair gewicht
=
2285
=
38
59,9
@'emiddelde soort. warmte reactorgas :
!moli'r. c cal/mo p
0,465
*29,8
0,052
1<38
0,482
6,95
.,'0,465 • 29,8 0,05. 38 0,482. 6,95
19,16
cal/mol=
19,16 • 4,19
=
2,145
kJ /kgO C38
Warmtebalans: Afkoelen reactorgas400° - 125°
C :2285 • 2,145 • 275
=
374
kW36QO
Verwarmen van sec-butanol damp:
2282 . 2,152 .
AT3600
374
kW
Hieruit volgt: AT =
274°e
De damp van sec-butanol verlaat de warmtewisselaar met een
°
temperatuur van
99
i-274 = 37 3
~.Berekende gegevens van de warmtewisselaar in tabelvorm:
~w
U AT A pijp m pijp lengte aantal574
3027
460
16-23mm
9200
6
m1535
. Diameter: D 1=
m • t41,°5
.
33
1355
2 •
t
pijp=
23
2 •
steek66
geen passes°
1444
mmo
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
10 -Reactorgas: Temperatuur 4000c
= 6730 K Dichtheid = 38 • 273 = 0,692 kg/m3 22,4m
Volumestroom /~=
2285 • 1000=
916 I/sec v 3600 ü,692 2 F = ~ = 8,33 dm 110 diam.=
325 mm Temperatuur 1250 C 3980 K Dichtheid=
1,15 kg/m3 Volumestroom ~=
2285 • 1000=
551 I/sec . v 3600 1,15 F=
551=
5 dm2 110 Sec-butanol damp: T empera uur t 990c
diam.=
252 mm Dichtheid: = 2,4 kgJm3Volumestr~om
=
951 m3Jh (zie verdamper)Temperatuur 3730
c.-
6460 K Dichtheid=
74 • 273=
1,4 kgJm3 22,4""b'4b
Volumestroom=
2285 . 1000=
453 I/sec. 3600 1,4 . 2 F=
453 = 4,
1 2 dm 110 diam.=
230 mmo
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
- 11-2. Conversie van sec-butanol in methylethylketon.
2.1 Reactor.
De dehydrogenering van sec-butanol tot MEK is door
ver-schillende onderzoekers bestudeerd. ( ~ 2. )
Bovendien vinden we in de Amerikaanse patentliteratuur uitgebreide verhandelingen over katalysatoren, promotor"en
en dragers.met daarbij geldende reactie condities.(~~~6)
Voornaamste katalysatoren: ZnO MgO en CuO.
Promotoren: oxyden van bismuth, cerium, thorium en vanadium.
(6 gew.
%
op de hoeveelheid katalysator)~ragers: staal, messing krullen, puimsteen en porcelein.
De reactietemperaturen liggen tussen 300 -
55
00c.
De druk varieert van 1 -
3
atm.Van dragers als messing en staal wordt gezegd dat zij aan-sprakelijk zijn voor verdere dehydrogenering tot olefinen. (ongewenste bijproducten)
Op grond hiervan werd tot het volgende besloten:
( q
)
Katalysator: Promotor: Drager:
(94 gew.
%)
( 6 gew.
%)
korrels van cokes. (uit speciaal
geselecteerde kolen met laag asgehalte) Als voordelen van cokes korrels boven metalen dragers
worden opgegeven:
1. grotere stabiliteit 2. hogere conversie 3. minder olefinen
4.
goedkoper5.
lichter (gemakkelijker reactor vulling)Bereiding katalysatormassa voor de reactor: (aanbrengen van de oxyden op de drager)
1. Men maakt een slurry van de oxyden met water.
2. Korrels van cokes worden met deze slurry bedekt doorr beide in een kogelmolen te brengen. Hierdoor hecht zich
een oxyde laagje op de korrels.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
ID
o
o
o
o
o
. 0
o
D
o
I
or
I I \ 12-Katalysator - en promotoroxyde maken 6 gew.
%
van de totalekatalysator massa uit.
Voor bovengenoemde katalysator gelden voor de dehydrogenering
van sec-butanol de volgende condities: (~)
reactie temperatuur
druk 1 atm.
space velocity 1,5 vol. sec-butanol (vI.)/vol. kat. uur
conversie 9° gew.
%
~~M... ~
V'7
",V" :
~
~()I
""V
~~ L\VO~}.,. Massabalans reactor: Component in (kg/h) uit (kg/h)MEK
-
2000 sec-butanol 2282 221 H2-
58 Totaal 2282 2285 Reactorvolume: VOed~ng (sec-butanol) 2282 kg/h .-. L dichtheid~-_kg/m3)
\!j
~/,,_t.-~:
';me s~r:o_o-m_-'_(
_ _ _ ---:-_2_,_8_2_4_m.-.:3~_.
h . ol,lf'{.,<Al~f-
k~-space velocity 1,5 réactorvolume 2,824
=
1,882 m31,5
Reactie warmte:(r
~
,JJ /I) ", ",.. 11 (-c:.-c:. .. c.$ I .k 6H R , eac 1e t '=
Il) If_ It - . C-c, .. c::-c.lI'
Cl2.~Hfpr
-L
6 Hf R )+
-,.~ ~t.t> ~~~
r
""~
àHf
=
vormingsenthalpie van de verbinding uit zijn elementen (cal/mol)bHr ~O , reactie endotherm, warmte moet worden toegevooerd •
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
13-In het artikel (
8 )
wordt een betrekking gegeven tussen dereactie-warmte AH en de absolute temperatuur T :
6H
T
=
12770+3,0 T cal/mol gevormd product=
MEK.Reactie temperatuur~ 4000 ~
=
6730 K.6H (6730 K)
=
12770+3,0 • 673=
14789 cal/gmoI.Per sec. gevormd MEK
=
2000=
0,555 kg=
555=
7,71 gmol3600 . 72
Per sec. toe te voeren warmte
om de reactie gaande te hóuden: 7,71 • 14,789 • 4,19
=
478 kW.Warmtebalans reactor:
=
r
=
Q
I~
warmtestroom naa.r de reactor warmtestroom van de reactor te leveren reactiewarmte
toe te voeren warmte aan de reactor
~Wl
.kW kW kW kW
Om de warmtestromen van en naar-de reactor te berekenen, bepalen
we de warmte , inhoud van de componenten der stromen bij hun tempe-raturen.
o
Het nulniveau van de enthalpie wordt bij 0 C genomen.
sec-butanol:
-9 -
. 99,5 C 0 (L) CAT=
2,724 • 99,5 27199,5 (L) - 99,5 C 0 (G) verdampingswarmte
=
56199,5 (G) - 3730 C (G) Cp 6 T
=
2, 1 52 • 273,5=
589enthalpie sec-butanol damp 3730 C :
~ w 1
=
2282 • 1421=
3600 900,1'kW MEK:° -
79,60 C (L) CAT = 0,55 • 419 0 • 79,6 79,6 (-L) - 79,6 (G) verdampingswarmte 79,6 (G) - 4000 (G) Cp T = 1,734 • 320,4enthalpie MEK damp 4000 C :
=
183,5444 555,5
1421 kJ/kg.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
0'
D~
o
o
o
o
o
14-Sec-butanol: enthalpie damp 4000 C = 271 -+-561+ 2,152 • 300,5, = 1425 kW
Waterstofgas:
o -
100 100 - 200 200 - L1 00 c p 3,4 09 cal/lIWl.l,! 3,446 u '"
Enthalpie waterstofgas 4000 C = 100 • 3,409+
100 • 3,446+
200 • 3,498= 1385 cal/g=
5802 kJ/kg. Warmtestroom ~ w 2:component. kg/sec. enthalpie
MEK
0,555 1183 sec-butanol 0,063 1425 H2 0,016 5802 Totaal.-
0,634 Q r ~ ~ w2 - ~Ow1 Q. 478 + 8:39 - 901Berekening grootte reactor.
3 Volume katalysator: 1,882 m Porositeit: 0,5 (aanname~. Benodigd volume: 2 • 1,882 = 3,764 m3 (kJ/kg) kW 656,4 89,8
Q2,8
839 416 kWDe katalysator massa wordt gestort in verticale pijpen v~n een
diameter van 50 mrn inwendig. (doorsnede pijp is 0,197 dm )
Pijplengte: 4 m Aantal pijpen = 3764
=
480 0,197 • 40 2 Totaal pijpoppervlak: 480 • 4 . 0,157'= 288 m Diameter reactor: D 1 = m • t=
22,8 • 80 = 1830 mrn 2 .iPijp = 57 mrn 2 • steek = 160 mm ]I = 2047 mrno
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
15-Hoofdafmetingen van de reactor zijn dus: lengte
diàmeter
=
Verwarming van de reactor:
4 m
2,05
mWe betrekken hiervoor rookgas van 7000 C afkomstig van de ver-branding van raffinaderij gas.
We berekenen eerst de samenstelling vantrookgas en daarna de
warmte-inhoud.
(9)
.,4e.((-1:~
;04
-Samenstelling lucht: 21% zuurstof, 79% stikstof.
Samenstelling gas 92,0% methaan, 6,5% ethaan, 1,5% propaan.
Reactievergelijkingen:
Basis: 100 molen gas.
/.
C#~
f l ()1.. - . ,Co;L .;.
:L40
..2.
~hli
Ijf Ot ~ l. Coz. .J.J
Ifz.o
1.
~
I-/J ,.
r
Q'L . - .3
&/1..
-I'/,fa
component molen theor.
°2 0°2 geve
1
H20 geve CH 4 92 184,0 92 184,0 C 2H6 6,5 22,8 13 19,5 C 3H8 1,5 7,5 4,5 6,0 100 214,3 109,5 2°9,5 40% overmaat °2 0,4.
214,3 = 85,7 mol. totaal °2 214,3 +85,7 = 300 mol. N 221
79.
300 1130 mol. Rookgas:component aant. molen mol % = vol.%
CO 2 1°9,5 7,1 H 20 2°9,5 13,7 °2 85,7 5,6 N 2 1130,0 73,6 To t 0-.0...
I .
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
16 -Warmte-inhoud rookgas:component enthalpie kJ/kg (7000 0) enthalpie kJ/kg (4250 0)
4
00 2 660 398 262 H 20 1292 868 424 N2y 02 638 412 226 A =
iL:!!...
U .ATEen pijpoppervlak van 288 m2 is beschikbaar voor warmte-overdracht (zie bl.14
~e totale warmte-overdrachtscoefficient U2voor een gas-gas stroming
is laag. We nemen voor U de waarde 10 Wim oe.
288
=
Q. (Q=
416 kW)1 O.AT
6,T
=
1440 0Dit betekent dat het rookgas de reactor verlaat met een temperatuur
van 42500.
Berekening van de hoeveelheid rookgas (van 700 - 4250
0),
nodigter verschaffing van de benodigde warmte.
Basis : 100 gmol rookgas per sec.
/tIJ{.
.A
00 2 7,1 44 H~OO 1 262=
82 kW H 20 13,7 18 1000 1 424 105 kW N2it0 2 79,2 30 1000 1 226 = 537 kW 724 kWBenodigde hoeveelheid rookgas (7000 O).per sec.:
416 • 100 gmol
=
57,4 gmol=
57,4 • 2~ . 973=
4580 I/sec.724 273
We nemen een snelheid van 11 m per sec. aan in het rookgas toevoer-ka.na.al.
2
, F (opp. doorsnede toevoerkanaal)
=
4580=
41,7 dm1"'1"0
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
17 -2. 2 Gaskoeler.Doel: Het afkoelen van het reactorgas na de warmtewisselaar
van
125
0 ~ tot65
0 C (dauwpunt)Definitie daUwpunt:
Dit is de temperatuur waarbij nuit het gasmengsel de eerste druppels condensaat worden gevormd.
Berekening dauwpunt:
We maken gebruik van de Wet van Raoult, die slechts voor ideale vloeistoffen geldt.
Bij ideale vloeistoffen treedt bij menging geen contractie en warmte ontwikkeling op.
Pa = x A • P A
de dampspanning van component A boven het vloeistofmengsel.
X
A
de molfractie van A in de vloeistof.PA de dampspanning van zuiver A bij de gegeven temperatuur.
Verder geldt:
Combinatie van Y
A . molfractie van A in de damp.
Pt totale druk boven de vloeistof.
(1) en (2) levert:
( 2)
( 3)
Men gaat uit van een gasmengsel met bekende samenstelling. (y A' YB ••• )
Tevens is de druk Pt gegeven. Men kiest een temperatuur en
zoekt de daarbij behorende PA' PB op~
Met vergelijking (3) berekent men dan achtereenvolgens:x
A, ~ •••
Wanneer deze temperatu~tdauwpunt is (evenwicht tussen vloeisto~
en dampfase) moet x
A ~
:x:s
+ . ..
= 1Klopt dit niet, dan kiest men een andere temperatuur en volgt de-zelfde werkwijze.
Gasmengsel:
component kg/u kmo I/u molfractie
MEK
2000
27,8
0,465
sec-butanol
227
3,1
0,05
o
o
o
o
D
o
o
o
!O
Io
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
x (MEK)=
x(SBA)
=
18 -P (MEK)=
466 mm Hg P (sec-butanol)=
165 11 0,465 • 760=
0,760 466 0,05 • 760 = 165 0,230 0,99 Dus het dauwpunt is 65° C. Capaciteit :: = 2285 • 2,145 • ( 125 - 65 ) 3600 82 kW warme fluidum fluidum readltorgaslocatie t.o.v pijpw. buiten
inlaat temp. 125° C uitlaat temp. 65° C ~ (kW) U AT lm A pijp w 82
I
30 63 43,4 16 -Koeveelheid koelwater: 82.000=
0,975 (kg/sec=
I/sec) 419°·20 Per uur: 3600. 0,975=
3520 l/h koude fluidum water binnen 20°C 40°(C'k.
pijp pijp!. aantal23 861 3 m 287
Door pijp van 16 mm moet 327 lïh stromen ter verkrijging van een voldoende hoog Re - getal.
Pijpen per pass:
Aantal passes:
3520 = 11
327
287 = 26
-1-1-Diameter: D
=
1065 mm ( VOt)~C berekening analoog aan die van w.wisse!.)o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
19 -2.a
Condensor.De condensor wordt met freon gekoeld om te zorgen dat het niet condenseerbare gas de condensor verlaat met de tempera-tuur van '15°C.
Indien ko~lwater van
20
0C
zou worden gebruikt, zou detempe-ratuur van het rest-gas circa 300 C zijn.
Dan zouden te grote ~oeveelheden MEK en sec-butanol in het gas
aanwezig zijn.
Gas naar condensoór:
MEK : 2000 kg/h sec-butanol:
227
ti H 2 :58
ti Restgas: T empera uur t15
0 C P (MEK)=
55
mm Rg. pCH)
760 -55 -
7 2 inert=Hoeveelheid MEK in restgas:
27,8
kmol/h3,1
29,0
ti ti p( sec-butanol)698
mm Hg.7
mm Hg.Aantal molen inert (H
2) x P (MEK) x Moleculair gewicht.
=
29 . 55
• 72
=
165
kgb9E
P inert
Koeveelheid sec-butanol in restgas:
29.
7 • 74
=
22
kg698
Massabalans : component in (kg!h) MEK2000
sec-butanol227
H 258
Capaciteit condensor: uit (kg/h)165
22
58
gecondenseerd (kg/h)1835
205
-o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
a. Koeling gas: 65 - 150 c 20 -MRK 165 3600 sec-butanol 22 3600 H23~~0
b. condensatiewarmte: MEK (650 c) sec-butanolc. Koeling condensaat: MEK
(650 09)150
c)
2,152 14,251m
3 00 ~ 3600~
3600 50=
3,9 50=
0,7 5 0 =.1..!J.2.
16,1 kW 444 226 561 3225E'
kW 2,3 50 = 58 ,7 sec-butanol ~ • 2,7 • 50 = ~ 3600 66,4 kW Totale91
= 16,1 +25 8 +66,4 = 340,5 kW w~~~~l~·
Berekening oppervlak, afmetingen enz. :
91
w (kW)U"
~T (lm) A1
pijp m.pijp
I
eff.pijpl.I
aantal340,5 140 28
1
87 \25 mm 1 1120 I __ 2,6 m1
430~ Vrij kleine totale warmteoverdrachts~coëffici~nt door aanwezigheid
van niet condenseerbaar gas, dat voor de te condenserendampen een diffusie weerstand vormt.
Gasinvoer:
f
=
538 22,4' (650c,
1 atm.) 273 = 1,37 kg/m3 -33891
= 2285 • 1000 = ~62 I/sec v 3600 1,37Gasui tvoer: (15°c, -1 atm.)
: 72 • 273 = 3,07 kg/m3
22,4
21m
~sec-butanol: ongeveer gelijk
f
H2
_2_. 273 = 0,085 kg/m322,4 288
MEK sec-butanol : 181 • 1000 = 17
Snelheid gas in de pijpen: 462~
F tot. 462 430.0,0492 3,07 3600 : 58 • 1000 = 189 0, 085 3600 ~ v
=
206 I/seco
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
'0
o
o
o
o
o
o
o
21
-Diameter:Op grond van
430
P1Jpen komen we volgens bekende methode tot eendiameter van de condensor van
1,1
m.Lengte:
Bij de berekening van het aantal pijpen hebben we de effectieve pijplengte
2,6
m genomen.De werkelijke pijplengte is 3 m. In het bovenste deel van de condensor
bevindt zich rond de pijpen freon-damp.
Koelmiddel: Freon (50 c)
temp.
I
druk spec. vol. dichtheid verdamp.J.(~/, rJIa.,."p H, ,(~p o
c
I
ataI
I/kg m3
/kg kg/l kg/m3
I
kcal/kg5
13.6959
1
0,7257
0,04863 1,378 20,56
I
36,42
Hbeveelheid freon: ~ m = ~ w •1..
r
36,42 • 419
340500
=
02,22
kg/secFreon vloeistof invoer:
2,22
.
0,7257
1
z6
lLsecFreon damE uitvoer:
2,22 • 48,63
108
ILsecF (oppervl. doorsnede damp afvoerpijp)
108
°,98
2 dm2
11 °
d diameter
120
mmo
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
·0
o
o
o
o
o
o
22-3.
Zuivering van het reactieproduct.3.1. Gasabsorptiekolom:
Doel: Het uitwassen van MEK- en sec-butanol uit het restgas van de condensor met water. We beschouwen het mengsel van MEK (165 kg) en sec-butanol)( 22 kg) als één component nl. MEK (187 kg)
Definities:
G
=
kg inert gas/h L kg inerte vloeistof/hy kg MEK/kg H 2 samenstelling inlaatgas
.
.
x kg MEK/kg H 20 Y1= 18758"
samenstelling uitlaatgas: Y2
=
2 (eis:99%
geabsorbeerd)5ff
samenstelling inlaatvloeistof: x
2
=
°
(zuiver water)Bij een gasabsorptie is meestal gegeven: G, Y
1 en x2 •
Aan Y
2 wordt een eis gesteld. Daarna kan men kiêzen:
L, waarbij x
1 (samenstelling van de uitgaande vloeistof)vastligt.
MEK is niet volkomen mengbaar met water. IDe oplosbaarheids grenzen zijn 27,5% MEK in water en 12,5% water in trEK. Tussen deze grenzen bestaan er twee vloeistoffasen.
(!!Xi~concentratie
van MEK in de uitgaande vloeistof x1: 27,5 = 0,44 kg MEK/kg water
"62;5
.
Massabalans :MEK: G (Y1 - Y2)=
L(x
1-x
2) 185=
L • 0,~4 L = 418 kg water/hGas uit de kolom:
Aanname: temperatuur temperatuur van het water
=
200 Cgas verzadigd aan waterdamp. Hoeveelheid waterdamp: molen inert • p H
20
(2o.R·
c)=
17 mm/Hgp inert = 760 - 17 = 743 mm Hg
dus hoeveelheid water:
29.
17 • 1~743 Massabalans water: 1/':;-.. in 430 p(H 20) p (inert) 12 kg uit
418 kg/h (
~
10e ist ei:)" .,' '0'. , ...
o· ..
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
0",,·
'. ."~" '..
.
.,.
"'.
.Temperatuur uitgaande vloeistof.
.
' , , . .: ,.
.
" " . , ", ~. ~:.' : .. ,We berekenen de netto warmtestroom naar de vloeistoffase.
Basis: 1 uur.
in vloeistof: condensatie MEK: 185 450
=
83300 kJ,r! :
uit vloeistof: 58 • 3,39 • 4,19. 5
=
4110 kJ(opwarmen van 58kg waterstof van 15 - 200 c)
v.erdamp. van 12 kg water
=
12 • 245 0=
29490 kJ(verdampingswarmte water bij 200C
=
2450 kJ/kg)Netto warmte in vloeistof :, 83300 - (29400
+
4110)=
49790 kJTemperatuur stijging vloeistof uit:
~ m : MEK 185 kg
HO 418 kg
2
603 kg
~ =~ .c.AT w m
c soortelijke warmte van bovengenoemd mengsel.
(hiervoor genomen s.w. van water
=
4,19 kJ/kg)dus: 49790 = 603 .4,19.AT
-
6T=
200 C - T' (ui tg. vlo) =Re sult aten:
gas in gas uit vloeist. in vloeist. uit
samensteIl. MEK 181 MEK 2
(kg) H 2 58 H 2 58
--
H 20 12 tot.245 tot.12
SamensteIl. MEK 2,6 MEK 0,028
(kmol) H 2 29,0 H2 29,0 tot.31,6 H 2 ° -0,&67 29,1 molfractie 0,082 0,0°°9 MEK (y, x) flJotaal vol. 1206 ( -I/tu) 193 Ivemperatuur 115 20 (oc) • ' . f
....
H 20 430 H 20 23,9 ° 0,112I
I
20I
MEK .:;,185J
KO 418 2 tot. 603 MEK 2,51 H 20 23,20 tot.25,17 0,1 0,18 40 • • f" • ' . ~ , -..
, '-. ".: ( . :'I
,.
..'
, " , ~..~ .~
•
':'
r.i
.
..
~.
~A.f;S~
JJ
J
J
I
I
.1
J
J
(
J
J
J
J
J-
O
J
.. ~o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
24Hoogte van de kolom:
In een y - x diagram (y, x
evenwichtslijn.
molfractie) zijn getekend de werklijn en
]De werklijn geeft aan het verband: tussen y en x op willekeurige plaats
in de kolom. De werklijn is begrensd door begin- en eindtoestand in de
kolom.
1;\ ht l' , ft h t b d t ,. (yt l' n evenw'. met x)
~e evenwic s 1Jn gee aan ever an ussen y en x.
De evenwichtsconstante K
=
y~/
x kan men alsvolgt berekenen:Raoult : PA
=
xA •
PAVoor niet ideale oplossingen: PA
=
Y
A • x A' P'A(l
A=
a.ctivi tei tsco~fficiënt van component A in de vloeistof)PA = Y A • Pt =
1
A • x A • PAK = y / x
=
~ A • Pp!p
tGemiddelde vloeistof temperatuur in de kolom: 300 C
l'
MEK = 4,3 P (MEK) = 114 mm/HgK = 4,3 • 114 = 0,65
760
Bepaling van het aantal theoretische contactplaatsen:
Trapsgewijze 'constructie tussen evenwichtslijn en werklijn levert
14 contactplaatsen.
H • R • T • P (hoogte equivalent met 1 theor. c.p.)
=
0,5 m pakking.~
1
De pakking bestaat uit 2" Raschig-ringen.
Hoogte pakking: 14. 0,5
=
7
m.Diameter kolom:
Definities: G
t = massastroom gas (lb/h)
G = massastroom gas (lb/h ft2)
opp. doorsn. kolom
Lt massastroom vloeistof (lb/h)
L = massastroom vloeistof (lb/h ft2)
opp. doorsn. kolom
Pg
= dichtheid gas ( lb/ft 3)V
-16:;;;:
•
~
= (J. Perry, Chemical Engineers Handbooko
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
25-We gebruiken hier Angelsaksische eenheden daar we, ter bepa~ng van
de gassnelheid in de kolom, gebruik maken van een grafiek (~. blz 2lj)
waarvan de getallen langs de assen in deze eenheden zijn uitgedrukt.
=
=
245 • 2,2 603 2,2 245 0,0207 0,075 538 lb/h 1330 11 0,332 kg/m3 = 0,0527 (1 kg=
2,2 lb) 0,332 • 0,0624 1330 • 0,0527 538 0,130 L .Ii
GUit grafiek volgt voor 2" Raschig ringen (gestort)
G= 1300 • ~ = 1300 • 0,0527 = 68,4
z
F= (0pp. doorsnede kolom) = ~ = 538 = 7,83 ft G 68,4 d= (diameter kolom) = 3,15 ft = 1 m 3.2 Buffertank. G=
13009f
IDeze dient om de beschikking te hebben over een bepaalde voorraad ruw product ( ongeveer 1 uur productie)
Afmetingen: lengte 4m.
diam. 1,5 m
Massabalans :
in: condensaat MEK
sec-butanol vloeist. van abs .kol. MEK
sec-butanol water uit: MEK
199
8 sec-butanol 227 water 418 totaal 2643 kg 1835 kg 205 163 22 418 2470 liter 280"
418 11 3168 11Gemiddelde tem:eeratuur vloeistofmengsel in de tank:
Temperatuur condensaat
15°C
Temperatuur vloeistof van absorptie kolom 400C
o
o
o
o
o
o
o
o
o
0'
o
o
o
o
o
o
o
o
o
·0
f 26-stel deze mengtemperatuur t:
MEK
2,30 (t-15) sec-butanol 205 2,724. (t-15) ~63 2,30. (40 - t) 22 2,724. (40 - t) 418 4,19. (40 - t) (1835.2,3+ 205.2,724)(t
OW" 15) = (163 • 2,3+22 • 2,72 -1--418 .4,19).'1:Uit deze vergelijking volgt: t
=
230 C(40 -
t)
3.3 Destillatie eenhejd.
. 3,3.1. Voeding voorwarmer:
~e verwarmt de stroom die van de buffertank naa~r de destillatie
kolom wordt gepompt. De voeding wordt op kooktemperatuur in de kolom ingevoerd. Eerekening kooktemperatuur: component
I
kg/hI
l/hI
kmol/hI
molfractieI
MEK
1998 2470 27,7 0,51 sec-butanol 227 280 3,1 0,06 E 20 418 418 23,3 0,43I
TotaalI
26431
3168I
54,1I
1,00Kies een temperatuur: De partiaalspanningen der componenten boven het vloeistofmengsel moeten gesommeerd gelijk zijn;;aan
de totale druk = 760 mrn Hg. t = 89° C P (MEK)
=
10n ; P (sec-but.) 0,51 • 1017+
0,06 • 515+ 0,43 • 506=
765 mm Eg Capaci t'ei t: ~=
2643 • 2,64 • (89 - 23)=
128 kW w 3600 c (mengsel)=
2,642 kJ/kgO CQppervlak, afmetingen enz.
~w
I
U .dTlm A !Pi jPI
m. pijp pijpl.I
aantalo
o
o
o
o
o
o
o
o
0
0
0
0
o·
0
0
0
0
0
0
~~~
pl,
'){}.
,,~.\ 21 -~oor 12 - 19 mm pijp: 0,0113 • 800 l/h = 183 l/h 0,0492ter verkrijging van een voldoende hoog Re-getal
Aantal pijpen per pass: ~ v (totaal) = 3168 =.18
183
183
Aantal passes:
Diameter: 0,4 m
Verwarming met stoom van 1250
c.
Hoeveelheid stoom = 128000 526. 4190 Lengte: 1 m 0,0582 kg/sec. ~ stoom: = 0,0582 • 180 = 45,4 I/sec. v ( De kolom.
Scheiding: MEK en sec-butanol.
)
kpt. MEK : 16,90
c
kpt. sec-butanol 99,5 oc
kpt. MEK - water azeotr. 13.,4 kpt. sec-butanol - water azeotr. 87,.3 AT=14°
\
Men zou dus bij aanwezigheid van water in de kolom een moeilijker scheiding verwachten. Het blijkt echter dat de relatieve vlucht ighe ido( van MEK t.o.v sec-butanol juist toeneemt bij aanwezigheid van water.
Vooral bij hogere concentraties van MEK t.o.v van sec-butanol (zoals in
ons geval) is het effect van water met betrekking tot
0\
,hét grootst.Zonder water bedraagt 0(" ; 2 - 1,5
In aanwezigheid van water bedraagt ~ : 2,5
Van de volgende gegevens wordt bij de berekening gebruik gemaakt: Destillatie druk Reflux verhouding Samenstelling destillaat atm. 3 1 MEK H 20 sec-butanol 87-,4 11,8 O,15 gew.
%
11 ilMEK t.o.v sec-butanol = 99,14
%
(berekend zonder water)Temperatuur destillaat: 730
c
Samenstelling bodemproduct: mengsel van sec-butanol en water
Temperatuur bodemproduct 950
c
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
-0
o
o
o
28 -F (voeding) MEK 1998 sec-butanol 227 water 418 2643 D (destillaat) MEK 87,4%
sec-butanol 0,75 water 11,8 K (bodemproàuct)MEKo
%
sec-but ano 1 x water y Massabalans : inI
uit 1 • Totaal F = 2643 D K 2.MEK
.
.
1998 0,874 l): 3. sec-butanol 227 0,0075 • D+
x/100 K4· water 418 0,118 ]i) ... Y/100 K
Uit deze 4 vergelijkingen volgt:
D.
I
componentI
kgI
krnolMEK 1998 27,7
sec-butanol 17 0,2 Mol. Gew = 2286 = 53
H 20 217 15,1
I
Totaal1
2286I
43,0 K. sec-butanol 210 kg water 147 Totaal 357L. (vloeistofstroom in bovenste kolomgede~lte):
R
=
reflux verhouding=
L=
31)
~ L
=
3 D=
3 • 2286=
6858 kg43
L' (vloeistofstroom in onderste kolomgedeelte ) : L' = L
+
F (balans voedi.ngs-L'
=
6858 + 2643=
9501 kg schotel)o
D
o
o
o
D
D
o
o
o
D
o
o
o
D
o
o
o
o
D
30-De enthalpie - waarden voor de vloeistoffen zlJn berekend uit de bij het betreffende temperatuur traject gemiddelde soortelijke warmte. Voor het berekenen der enthalpie van damvormige componenten heeft men de verdampingswarmte nodig. Aangezien deze meestal bij het normale kookpunt bekend is, moet men die bij Rndere temperaturen met de vergelijking van Clapeyron berekenen.
Ui t 2 volgt: Q' 2310,3 - 4 • (117,1)
=
1842 kWSubstitutie van Q' in 1 geeft: Q 1 842 .,.. 117 , 1 ... 31 , 3 - 17 2 , 3
=
181'8 kWHoogte kolom:
De evenwichtslijn in eefi y - x diagram wo~t~dQor de volgende ve
gegeven: / ' ~ - r' 'w-.~
y
=
()(..
x.
( (")
-t '\) C'f,.l.lt~·\l"
f'l\~ ~./A.
1'<....1A...J\:..---r_
1 - x ~ot. je \
,v \.
tI.,.1-
V \'\. ,vv.~\ ," 0). \:,\ \.".
7
M&vBij gebruik van~ = 2,5 (zie inleiding) o9I'-ekenen we bij eeryaantal
waarden de bijbehorende waarden van y.
x y x y 0,1 0,22 0,6 0,19 0,2 0,38 0,7 0,85 0,3 0,51 0,8 0,91 0,.1 0,62 0,9 0,96 0,5 0,71 1,
°
1,°
Voor het tekenen van de beide werklijnen hebben we nog nodig:
molfractie
MRK
in de voeding"
" in destillaat"
" in bodemprod. 0,9° 0,992°
De eerste werklijn gaat door x
D en snijdt van de y-as het stuk
x 0,992
=
0,248 af.RI-l
4Trapsgewijze constructie tussen evenwichtslijn en werklijn geeft
12 theor. contact plaatsen
Aantal theoretische schotels: 12
~
1 (ketel)=
11 \Schotelrendement:
S
18
0J - ( (
1(.(;lJvJ
Aantal practische schotels:
Schotelafstand :
0)
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
o
o
o
o
31 -]»iameter kolom: Topproduct: druk temperatuur molecul. gew. dichtheid hoeveelheid- ' \
~~mHg
! 730c
(3L1 60 K) 53 800 kg/m3 2286 kg/h ]i)ichtheid damp:~
= 53 • 273 = 1,87 kg/m3 g 22,Ll346
Volumestroom damp: 9144
=
4880 m3/h 1,355 m3/sec.1;87
(
Snelheid damp: u = C
V
PJ ..
_1 C = 0,06 (bij schotelafstand 0,6 m)~~ u
=
0,06 •V800
'=
1,21 m/sec. 1,87 Oppervlakte kolomdoorsnede: F = 1,355 u 1,355 1 ,21Diameter kolom (bovenste gedeelte) 1,2 m
Bodemproduct: druk temperatuur molecul. gew. dichtheid
@~lIg)
95°0
(3680 K) 32,5 875 kg/m3 hoeveelheid 357 kg ketelwarmte 1818 kW Gemiddelde verdampingswarmte: 2 1,12 m sec-butanol 210 kg 147 ;t57 kg 210 • 561 118000 kJ water 1 47 • 227°
334000 kJ 452000 kJ Gem. verdampingswarmte: 452000=
1268 kJ/kg 357 lJampstroom: ~=
1818=
1,434 kg/sec. m"1268
Volumestroom: ~ v=
1,434 1,077 Dichtheid damp: (J g 32,5. " 22,
4.
1,33 ml/sec 273 = 1,077 kg/m33"bB"
Snelheid damp: u = 0,06118'75'=
r
1;077-
1,71 m/sec.Oppervl. onderste kolomdoorsnede:
We nemen voor ge hele kolom: D
=
1,2 m1,33 1 ,71
o
o
o
D
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
32 -Reboiler.We maken gebruik van(2'gelijke staande verdampers, waarvan 1 in het schema is geteKé'nd. ]l)e andere bevindt zich aan de
achterzijde van de kolom. Verwarming bodemproduct (950 c)
vilindt plaats met stoom van 125°C. Voor ieder aPFaraat:
I
~w
\
I
I
I
I
r
U lAT
!
A pijp m pijpI
pijpl. I aantalI
1I~
I
I
,
1
25
-I
I
, ~-600I
30 ; 5 0 ,5 32 643 1,5 mi
"Diameter: Op grond van 429 pijpen 1,09 m
~ v damp: 1330 I/sec. ( zie diameter destillatiekolom)
~ v damp: (1 apparaat) = 665 I/sec.
F (opp. doorsnede dampaansluiting met de
ko~)
= 6 dm2I
429
Dampsnelheid boven in de pijpen: ~
n F 1 665 3,3 m/sec. n = aantal pijpen = 429 2 F
1= opp. doorsnede 1 pijp = 0,0492 dm
429 • 0, 0L1 92
stoom: hoeveelheid : ~ w / r = 9°9°00 = 0,455 kg/sec.
526 • Ll19 0
= 0,455 • 780 = 354 I/sec.
3.3.4 Topdamp condensor.
o
Condensatie temperatuur topdamp : 73
c.
De condensor wordt gekoeld met koelwater van 200 C (eind temp. 400 C)
14T(lm
j
,
I
I
~w
U A Pijp m pijp I,
! pijpl. aantali
1
1842 kW1
600 142 7~;.2 25_.- 321
933i
3 mI
311 J II
, Koelwater: ~ m =---f..=:.w
= 1842000 c ÓT 4190 • (l0 22r:kg/sec. per uur: 3600 • 22= 79200 l/h]l)oor pijp van 25 - 32 : circa
Pijpen per pass: 792QO ~ 100
800
800 l/h (voor voldoende hoog Re-getal)
Aantal passes: 311 = 3
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
D
o
0"
3.4 33 -Destillaat koeler. 0 0 0Afkoeling destillaa~t van 73 C tot 26 C met koelwater van 20 C
(eindtemperatuur
25
0 c) ti.75,5
kW '1' w y5 w1
UlAT
(lm)\
A pijpI
m. pijp J I.
pijp!. aantal\ 75,5
1
600I
I \12 - 19 Î]
20!
6,28 1 166 • 2 m 83Het koelwater gaat in één run door de P1Jpen. (geen passes)
y5 m koelwater = 75500 3,6 kg/sec. (= I/sec.)
4190 • 5
per uur:
3600 . 3,6
=12960
l/h.Door pijp van 12 - 19 mm : c~xca 160 l/h voor hoog Re-getal.
Op grond hiervan 12960 = 81 pijpen.
160
Dit klopt goed met het door warmteoverdracht vereiste aantal
pijpen (83)
Diameter: 0,320 m
Lengte:
2,0
mExtractie kolom.
Inleiding:
In het artikel worden voorbeelden gegeven van de continue, in tegenstroom werkende dehydratering van waterige MEK oplossingen.
Bij alle proeven gaat men uit van de samenstelling van het
azeotropische mengsel. ( 88% MEK, 12% H
20)
Als water onttrekkend middel wordt gebruik gemaakt van vrlJ geconcentreerde zoutoplossingen. Als zouten komen in aanmerking: calcium chloride, magnesiumsulfaat, magnesiumchloride en nog enkele andere.
Aan de dehrydraterende vloeistof moet de eis gesteld kunnen worden dat deze onoplosbaar is in het keton.
De keton-wateroplossing nemen we als disperse-, de zoutoplossing als continue fase. Door verschil in dichtheid stijgt de keton-wateroplossing in de kolom omhoog. Tijdens deze opstijging wordt water van de keton- naar de pekelfase overgebracht.
We gebruiken hier een oplossing van calciumchloride, welk zout niet in de ketonfase oplost. In het gedehydrateerde product bevindt zich dus geen calciumchloride.
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
0
0
0
34
-Kolom:Het keton-watermengsel wordt uit het buffervat door een aa~tal
pijpjes in de kolom ingevoerd. In het verbrede kolom boveneinde wordt met behulp van de pekeloverloop een scheidingsvlak tussen
lichte en zware fase ingesteld. De pakking bestaat uit een
-à-"
Raschig-ringen. ~e pekel wordt bovenin de kolom ingevoerd en
ver-laat deze aan de onderzijde, waar de concentratie door opname van water uit de ketonfase is verminderd. (Voor het weer op
con-centratie brengen van de zoutoplossing zie blz.
J6
)
Massabalans:
lketon in kg/h m
3
/h dichtheid C H° (
kmol/m~:'7):
31'
2
',1..: ~ MEK1998
2,49
--sec-butanol 170,02
H
2
0
- -271
-
0,27
Totaal2268
2,78
keton uit"
"
"
MEK1998
2,49
.
sec-butanol 170,02
800
kg/m3
H 0'
2
eis20
0,02
-Totaal
2035
2,53
I
pekel in samenst. gew.%I
r
m3
/ht
kg/hI
H20
54
1452
3
2353
CaCl 246
2003
Totaal4356
H
2
0
56,5
1440
3,2
2604
CaC12
43,5
2003
Totaal5,41
"
0,44
I
J.
".'''.~.
' ~ I ' .. ',·
~,,~, ,~ I~-~. > i J.·
,
' -: I.: " .', -:~- \ ~~t lIt>f! ' ~ ,~rtrt: '0; -; v' .-:' \ $. '..
-. , .·
-"
· -.-..
,.
.'
oII\r.!, :;t:~ .1 .... .. ... '. -, '~.: ..f(
'·0' ... -.' \~.
·
.
.~'\:' " '~"1- • ,_,t • Î,/,~3
C ( kmdi' ,m' ) H2
°
~t··-:.,,:,:-::
~:'.-.
'1.",,:'; ,:,'I-~ :~~~43,6
1~:·1 \ .. " ".'~t: .. " ;"-, r·'.'l {, .I' ' •. >, ~" .,.
. • .to:.i.?i
'~t:;.' ., •45,2
U
J
(*~»)
J
,""'t.{~~' ,.~.C.
~.!!":
J
It",!.~ I:lli!.~'-< ~';1!. +': ,. . ,t~
1
~~~';'~'.
\.'J
(
.~ .. I'"~-l1'~: ,~~~:,., ,~~:
:~l:
(
~.
-
'" " .. ~ J .-. ":" .,j~: ~~.I
~ ;: t,'. • ... is~.; <.i:W ... r;1'i~
1-tr 4'~" ~~!'~. '~j)r,. ri ~-S:"''I'~~f~'
i1 ~.,I
.~
J
~~"Sl.
~-!h-l~: . cl. 71;-'<;f'" 'n
l"';\l'!";:'J;,
~ .. :t"l.1 .... ". :3J1"Jrt>., . . . 0 . n J ~'. 't.'1
(>!-~J ,K' . .. .;,.""' . .... ,AI ~.{~;..
';,l~1
I~'H >t,t'. ~'l~;, -,,;...
...
,,-.,~~t. ~' .",:'
]
.,. ~ .. ." •• M C> tt • _,<I
•
-
4' :t1.i~r'~: ,~'
'.
"
~·"~1.", J~ .' ;~ ';"'~f:"lJ
'~';~Ji~
....
~.t( ~~I
..J .~~:;'D~nA4 2111xi~'7mm
,
;.,~o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
dus: 2624=
20 i=x, -... keton: 27:t. kg pekel: 2353 kg 2624 kg x 2604 keton: 20 kg pekel: x kg 20+x kg,( de dichtheden der CaCH
2 oplossingen zijn ontleend aan
Intern. Crit. Tables III blz. 72)
Hoogte kolom:
( N. T • U ( = J--:.--d _C_k-::-=-_ 1(. C C it'
k k
N.\II.U. aantal transfer units.
- , ; .. ,,~
:
.' ~.,:.'; , ......
.'.
.
. ~.
. ." .... f. !.~ -'.~ -ti .-: " fconcentratie water in de ketonfase op bepaald punt in de kolom.
': ...
C~
k .: concentratie water in de ketonfase in evenwicht met de peke),-.;
fase op dat punt. ;.:·~~1i
\ De concentrat ies zijn betrokken op de ketonfase, aangezien de weerstand zich voornamelijk hierin bevindt.
diffu~~i~-'
h hoogte pakking.
H.T.U: hoogte van een transfer unit~.
~e H.T.U. blijkt zeer weinig afhankelijk te zlJn van de
doorvoer-snelheden zowel van de keton- als de pekelfase.
De H.T.U.
=
1,25 ft=
0,381 m voor keton als dispersèfase.Berekening van het aantal transfer units.
In grafiek ( ) met als ordinaat ta'H
20 (ketonfase) en absëis
C
H ~ (pekelfase) zijn evenwichtslijn en werklijn getekend. De
. 2' gegevens voor het evenwicht zijn ontleend aan het· artikel van H.P. Meissner.
De we'rklijn wordt begrensd door de begin- en eindtoestand van de kolom.
Bij een bepaalde e'H
°
en evenwichtslijn 2
In grafiek ( ) wordt
(pekel) is de verticale afstand
• C - C~
· k k·
1 uitgezet tegen ta~.
tussen
werk-Ck Ck~
Het oppervlak tussen de zo gevormde kromme en abscis
=1 ___
d_C_k~
C
k - Ck
..-aantal transfer units.
=
3,42Hoogte pakking: N.T.U • H.T.U = 3,42 • 0,381 = 1,30 m
.~.'
... ..
.
" '.~ ... ~~ "t: ~ .. i,ttJ"':t
~ ~~: -::. ,-.. ~'.~)~~ I ,o
o
o
o
,0
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
36 -Diameter kolom:Uit proeven blijkt dat de gemiddelde snelheid van de ketonfase
in de kolom
8
m/h bedraagt.~
v = 2,78 m3/h
v = 8 m/h F = 2,78 = 0,348 m 28
d diameter kolom 0,67 m pekel kringloop:Een zodanige hoeveelheid verdunde pekel ( uit de kol~m) wordt
gespuid dat de oorspronkelijke hoeveelheid water in de pekel
weersis ber~ijkt. Door het spuien is behalve water ook zout
verdwenen. Een berekende hoeveelheid calciumchloride wordt in een mengtank continu via een doseerapparaat (zie schema) toe-gevoegd en door roerders snel in oplossing gebracht.
Een constante stroom verse oplossing wordt naar de kolom ge-pompt.
Berekening toe te voegen hoeveelheid calciumchloride:
stel hoeveelheid spui: x kg/h
(46Qp - x) • 2604
=
23534607
Uit dez'e vergelijking volgt: x
=
444 kg/hHoeveelheid toe te voegen zout: 444 - 251 = 193 kg/h
.
11,0
J(o\o~
tot.
I tOll."1c. I.
D
o
o
o
o
o
D
o
o
o
D
D
o
o
'0
o
0-0.
o
o
LITERATUUR i, 1 • 2. 3.4·
5·
J.J. Perona, G. Thodos, A.I.Ch.E.' Journal
3 (1957)
C. Padovani, G. Salvi, Riv. Combustibili
2.
(1951)
J.G. Mac-Gullock, J. Kirschenbaum, U.S.
2.885.442
R.K. Altreuter,
F.
Segelken, U.S. 2·~94·053Ch.E. Cordas,
U.S.
2.835·706
6.
u.s.
2.586.694
blz.
230-235
blz.
81 -114
7.
T.L. Kristiakowsky, J. Am. Chem. Soc.60 (1938)
blz.440
8.
H.J. Kolb, R.L. :Burwell, J.Am.Chem.Soc.67 (1945)
blz.1084 - 8
9.
W.L.
Nelson, Petroleum Refinery Engineering :Blz.358 - 366
9~ Idem. blz.
364 •
(Fig.139)
10.
J.H. Perry, (c'hemical Rngineers Handbook(3
eed.) blz.668 - 670
11.
U.S.2.511.847
12. U.S. 2.647.861
13.
:Brit.795. 61 4
14·
14~
H.P. Meisner, C.A. Stokes, Ind. Eng. Chem.
!["Miasta warmińskie w latach 1466-1772, samorząd, społeczeństwo, gospodarka", Jerzy Kiełbik, Olsztyn 2007 : [recenzja]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)