Verslag behorende bij het processchema van cumeen uit propeen en benzeen

adres:

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het processchema

van

...

JA

....

S

..

c.

h

.

e

.

1{

~

..

~~

.

b

..

~

..

r:~

... .

onderwerp:

...

.

....

ç.

....

~

...

~

..

~

..

~

.

~

...

~

.r.

....

~

..

~Ç.

..

\f

..

~

.

~

..

~

...

.

. .

~ , '. .,.-\~ t

,.

, '. _., .' '. • .

.

~. ~' ., . _, .. _,K ~

l

, ~---".-.--._. WvJ1. 1' ... o."/'{'"oy>Qe ... 12. Q.~ .... ~~~ ~! \.eY\~~",,,, s S> ~~'

B

(!

rOe

i

ti.. i .,

~

.

c.

u-m

e-e-'~

'"'I .. \e. .... 40

-8 \"ea..ctor ~~"~.,,,~ 'Co. ... ~ ... .. c~ "'- ... u· .. "- .. e\.\ .. ~. - - - -.. 1 _.... :: • ...,.. ~'-11.t~ ''--_..-_.J W\N6

".e

,,-w.· ~:lo ~2.7 Ic."'. /1 11

ua

proreen

~e"

..

\{I-~ \<.oLo ...

~H •• ~ t\..o,r 1/, ....

..

~

..

10. t "1 \0. ...

,,,

13 "' en

....

,

. " \:>~ ~ ':& e e 't. Sc\'. t-.. L \.ot-_ ",~\,_8 ~"'OJ' {Jo " , a.~ ... .~ .

''I'

~..t. 16 IS"

.,

~. Sc.\...«..r- ~"'\..'~~ ....

I

I~.

'~l

~cho~c.l k.lo ... "~\'." \2. ,t, _ _ -lil> I . '2.0~ °c --

.----,6

I,

~ s 0.7 WW.11t ~3 kw. , /-~

I

I

_! /8 . ! c.. u.. '"" e. e. '"

\

t~

\,,,J.,,';"'jO~o.l.~"-\-!

I

"" bo- ;

,

t , ~i

I

t

'---fC----j~) l>"''' 'f' .... '" l t> f '-~3

f

"

" _~ r I' k

f

l~.

i,

r

i "

n -

u - : : - . - • • • - ~

dOW~l

,

..

I

v

I--'dowtherm

lJ

) water

g-~\.~J

~~

",11 1 1'-~. I1 ":--:ErnY

Tt

_·--..

··1·~· ~~

11,.

v-

(r

--...

;Ij ,11 j" I

,,~'

~~\

L

"'I" kw

1~

,..---.

'.-

~

' . '

-.

--- ---:----~ , _ .. -. ---~..P~n--t+.;p-r-o:..p.;:,.;:,n.:...JL-.l C ____ &; benzeen

I

\.

• !' - - - -==,1"=1 - -:.I=-dowlhcrm

~'.'

.'.

r~

, , I • \ ,. ! I • "'" . \/ lYJ-+i " ,I "

.'~,

~

I I \ \\: ,I '. '\\j . '~~')~ .. ' " . > " L_~ ' . . , . '---"'

r:

1

~

.

...

_.

.

" _, - I . ,I' \' ,. I.' I " , 1 \ ,

.

~

/'''h'

. N ••• --.: . " , " " r I I

r±t.

~ ~tOWth,

.

• "i • . • I ~

~

I ' . h ~ EP dowlh

. -=='---::-;1

~~:'

:>--kW r -\1

11r

kW f---/- 1 Iîl ._....i

r ./

~! IYJ---+-i " _!

,

A-' . I . • I . • : ,'. I I I I kw~. cumeen

. .' l---.-l'fJ .•

··I~···!

N - -.. • .-.... _

d~wth.rm

r>t:GP!an bodemprodukl 11 'CUMEEN

J:

SCHERMERHORN JAN.G3 SCHAAL

1-20

~ ", f.-J lË~~

:

====~

________________

-=r~.=;~~=.~g~l

____

~~~;

.

__

~~~

________

~~

__

~~~~~~~JI_·~0==~1M~==2~MI

- ~ I ' . ':lI

o

x

p;.

..

Cu.meen

~LG.Y\~

stof

S

};.,.o

",",en

_3 .

.

_ïn

la.

k'/!;,ec..

.

StYOO'1Y\ n° I

I

2

I

3

I

t..,

I

S" 6

\1

1 fJ

₁

₉

'0

_{1 ti} 1/2 I ] ₁₄

I

r.r

I'

6

'1

/8

'q

Zo

t

e VVI'jl e «a... 1:- ... 2,

NN

I

~o

I

~rs

:J..S" 6/

I·u

5"

I

:l.s

S-12.Sli

:loo f Ir S" 130 Js :l 00 80 I! :J.. 1f2. tra

lo"l

1.(0

,~ ·C fo.se.

L

_I

L

_I

_ct

_~

~ L _L

_~

17

L+~ L.,<. ) _Lf ~ L L /..

I

L

I

L

I

L L L 'f',,"o'fa.a..Y"\ 364 _{36't 36}v'1 36 'f

-

-

-

I

-

J {l.r J{t,. 3t" HL, J6 'f -

-

I -

- -

-

-\-:>vo'fee\1 /96

1'9'1

(9 b I~ ~

-

-

I

-

-

I

1:1.. I:l.. Il. q ,~ -

-I

-

-- -

-b

e.1r\"2-e en -

_I

-

-

-

3

7'

loer loll; loer

7'4

1''1

7/

'1

7'

'1

G

l '

'r 7(y

-

-1

-

-

,

C-U.VV1eeVl

-

.

-

_-

-

-

-

- _{"9 6} 4₉₆ Lr96 4,6

_-

ltq6

()

_~1' 4

_9'

ft~'

-

\0

b

°

c:le..,.. 'P.,.oJ.. ... I. ~.

-

-

-

I

-

- - _- - 5'"1

r?

';1

;1

-

Ç"~ - f"~ -

01

)~

I

r~

(cl, .. iS ... ".p'tL• be . . .

tol:

0. o..L. ~60

5"6°15"6

0

56

°1

3

1

1 lo8r Jofl. 10 Cf" tb ltS" /6 lf s- Ib Ir./" I(t,. 3

7

& 116~

7

14

,rr

L,q C

ft, '

I

,~

I

~~

) ~

.;frv..v

0 1 J' k~

"'

i-

;-..

~ 1-w; 4";; #c, o. I '0

Inleiding

Tot 1942 was de vraag naar cumeen zo klein, dat het niet op indu-striele schaal geproduceerd werd. De benodigde cumeen werd bij de cokesbereiding verkregen uit de lichte olie.

1

In de tweede Wereldoorlog ontstond een grote behoefte aan vliegtuig-benzine met een hoog octaangetal. Cumeen bleek wegens zijn hoge blending value zeer geschikt als toevoeging aan de gewone benzine. De produktie werd ter hand genomen; na twee jaar bedroeg deze reeds 2500 m3 per dag. Een dergelijke opvoer van produktie in zo korte tijd was vooral mogelijk door de aanwezigheid van vele polymeerbenzine plants. Dàà~i ... namelijk kan cumeen worden bereid zonder grote wij-zigingen in de apparatuur. We zien de volgende merkwaardige ontwik-keling. Verscheidene polymeerbenzine plants schakelen öedurende de

tweede Wereldoorlog over op de produktie van cumeen. Na de wereld-oorlog gaan sommige plants weer polymeerbenzine produceren, anderen worden gesloten. Als het Herculesproces voor de bereiding van fenol (en aceton) via het cumeenhydroperoxide ontwikkeld is, schakelen de

®

meeste van deze plants weer over op cumeen.

Hiermee is dan meteen gezegd wat op het ogenblik de voornaamste toe-passing van curneen is : grondstof voor de bereiding van fenol en aceton. Vroeger werd ook~-methylstyreen uit cumeen bereid. Deze grondstof voor de plasticindustrie wordt thans in overmaat verkregen

@

2

Over de processen

Alle processen berusten op de volgende reactie

' \ .,' Co I\~ -?" ... _ c.I'\I<:' 111

o ....

Ifll

-+ \ ....

J}

"c~~

eH)

-+ ;

Een alkylering'dus van een aromaat 'met

I

een olefine. Hiérpv~r valt

®

het volgende te zeggen:

De alkylering van ,aromaten verloopt

~~t

:lgemeen.veel sneller

dan de allqIlering van isoparaffinen. ~

De aanwezigheid,varr een alkylgroep in de kern~vergemakkelijkt het

.in-. . " :i.. T \ .

treden van_een 'nieuwe alkYlgroep. Zo wordt cumeen 1,7 maal zo snel gealkyleerd al's

b.~nzeen.

Waar het

~du's_ ~aat·ó'ID7"d~

bereiding van een

.' , " - ;"

mono-alkylverbin9-ing~ dient men hier terdege reke!1ing m~e te houden.

Opgemerkt wordt nog dat de alkyleringvan benzeen met propeen aan-merkelijk vlotter gaat dan de alkylering met etheen.

Alkyleringskatalysatoren zijn:

HF H

2S0₄

H3P04

vele metaalhalogéniden'in het bijzonder de F & C katalysator AlGl) Voor de beréiding van cumeen bestaan talloze patenten; de claims van de uitvinders. betreffen bijna altijd de katalysator: vaak een combi-_, natie van metaalhalogeniden.

Industrieel worden slechts toegepast: ~P04 , H₂S0

4 en AlCl3 ( de

laatste

sl~chts

eenmaal vermeld

gevonden~.

De twee processen,

waar-~ ~1

uit een ke~ze zal worden gedaan, worden hieronder in het kort bespro-~

ken. .r;'.:...

~ ~

a) de d~pfase alkylering van benzeen met vast fQsforzuUr àls kata--(

lysa~9r: een propaah-propeen mengsel en overmaat benzeen worden in

dampvorm gebracht en bij 250

oe

over een vaste fosforzuur-kiezelguhr

. _T... ..

-,ü .n

t

C₃ fRACnON WATER INJECTION PUMP BENZENE MAKE-UP ,~, 1: -.:-of)

..

~---BENZENE RECYCLE ",TANT 1ï:\4 'c-::>:'oc:

SIMPLIFIED FLOW DIAGRAM FOR VAPOR,PHASE CUMENE -""-' I::V

J -"._~ , . _ _ , ... _ ... _ . .., ~_... ...\".... .. ... "",_ • .ioJ ~ .l. oJ ';_Utf ... ' .:J~ ... '-... 1)

l

~---~---~---~---~---~' ~ ~r _{j , -;"} i, •

:

r .

c"

n

t

"1

't

j'l_ ~ L ~.! n'

I

~:.

!.:,

':

....

.~

: .:1 .fl.-.~

FRESH ACID C₃ FRACTION

,.

De reactiewamte (23,4 koal/~mol) wordt door een koelmiddel afgevoerd. De reactor kan zijn, of een vast bed met"koud gas" koeling tussen de bedden, of een buizenreactor met externe koeling door kokende vloei-stof om de buizen. De reactorstroom wordt door een warmtewisselaar geleid, die de voeding gedeeltelijk op temperatuur brengt. Daarna wordt de stroom door drie destillatiekolommen geleid. Hierin vindt plaats:l) Scheiding propaan(+ onomgezet propeen) en de rest van het

reactiemengsel.

2) Scheiding van benzeen en cumeen; de benzeen wordt gere-circuleerd.

3) Zuivering van de cumeen; VIi!. scheiding van cumeen en poly-alkylaten.

Om dehydratering, en daarmee desactivering, van de katalysator te voorkomen wordt een kleine hoeveelheid water in de voeding ingespo-ten.Bij optimale conditiÎles wordt een propeen conversie van

97%

be-reikt.®

b)de vloeistoffase alkyiering w.an benzeen met zwavelzuur als kata-lysator. Men laat de alkylering bij 400 C plaatsvinden. Om een vol-ledige vloeistoffase te waarborgen, werkt men onder een druk van 11,5 atm. in een emulsie van benzeen in zwavelzuur wordt een propaan-propeen mengsel gespoten. De emulsie wordt door een pomp via een koeler ( om de reactiewarmte af te voeren) en een verblijf tank rondgepompt. De circulatie stroom is ongeveer 20 x zo groot als de voedingsstroom. De pomp dient ook om de koolwaterstof-fase in de zwavelzuur-fase te dispergeren; volume zuur:: volume k.w. = 1 : l.

Ui ttde verblijf tank wordt steeds een deel "Teggepompt naar een tank waarin de alkylaat- en zwavelzuurfasen kunnen ontmengen. De boven-liggende laag (alkylaat, benzeen en propaan) wordt áfgescheiden en met loog geneutraliseerd. Daarna wordt in een destillatiekolom

paan uit het mengsel verwijderd. Het bodemproduct ui t de kolom wordt in een ontmengtank van loog ontdaan en wordt vervolgens in een twee; de kolom gescheiden in benzeen en cumeen. In een derde kolom wordt de ruwe cumeen gezuiverd. Het in de ontmengtank onderliggende zwavel-zuur wordt voor een deel in het reactiecircuit teruggepompt. De rest wordt .ge~puid. Aanvulling met vers zwavelzuur om de voor de reactie benodigde zuursterkte op peil te houden; deze vermindert nl. door opname van wateruit de voeding en door sulfonering van benzeen. Bij

40

0C alkyleert men met

88% -

zwavelzuur,;:, de zuursterkte mag niet bb-ven de 90% komen, omdat anders teveel benzéen gesulfoneerd wordt. Een propeencönversie van 99% kan worden bereikt.

~

Vergelijking van de twee processen.

l) Voor beide processen is een molverhouding benzeen-propeen van 5 ;:~ 1 gewenst. De hoeveelheid te recirculeren benzeen is dus voor beide processen gelijk.

2) De propeenconversies zijn resp.

97

en

99%.

3) Voor het gasfaseproces bedraagt de L.R.S.V. ca 3,5. Voer het vloei-stoffaseproces is de verblijftijd:ca 30 minuten in het reactie-circuit. Berekeming leert, 4at dit geen groot verschil ,in reactor-volume geeft.

4) De voeding mag bij het vloeistoffaseproces geen etheen bevatten (dit geeft ethylzwavelzuur). Bij het gasfaseproces is een kleine hoeveelheid ethee~ geen bezwaar omdat ethylbenzeen moeilijker ge-vormd wordt. dan cumeen.

5) De cumeenopbrengst v~ het eerste proces bedraagt 780 I/kg kataly-sator. Dit is door verbetering van de katalysator en door goede controle op de hydratatiegraad van de katalysator tijdens het proces zeker ca 2000 l/kg kat. Volgens E. K. Jones heeft de

kata-® lysator een levensduur van zeker 6 maanden.

,"

~~t vloeistoffaseproces levert 11 liter cumeen per liter verbruikt zwavelzuur. Een groot zwavelzuurverbruik dus; bovendien wordt nog een aanzienlijke hoeveelheid loog gebruikt voor de neutralisatie.

6) Het reactiecircuit bij het vloeistoffaseproces is ingewikkelder dan bij het gasfaseproces en bovendien moet het tegen corrosie

be~chermd worden (zuur

+

loog). Bij het gasfaseproces bestaat

geen. enkel gevaar voor corrosie.

7i~ Het opwerken van de reactorstroom is .bij beide processen nagenoeg het zelfde. Bij het vloeistoffaseproces dient men met corrosie rekening te houden.

8) Het energieverbruik van beide processen vers chili niet veel.

De vergelijking van de twee processen doet de voorkeur uitgaan naar het gasfaseproces; de punten 5 en 6 bepalen in hoofdzaak deze keuze.

Grootte en plaats van de eenheid

Bij de bepaling hiervan is gedacht aan de belangrijkste toepassing van cumeen:, grondstof voor de bereiding van ~enol en aceton. De plaats van de eenheid is hiermede feitelijk bepaald: in de buurt van een te bouwen fenolfabriek. Gezien de grondstoffen voor de be-reiding van cumeen zal dit al~,s bij voorkeur plaatsvinden op het terrein van een raffinaderij.

Als men afziet,~an andere toepassingen van cumeen, wordt de grootte van de plant bepaald door de mogelijkheden die men ziet voor de af-zet van fenol. Een door zijn eenvoud aantrekkelijke ~edenering, die

--dan ook niet volledig opgaat. Immers men zal ook de afzetmogelijkhe-den van cumeen zelf dienen te b.eschouwen. Door dit te stellen zet de schrijver de eerste stap op de weg naar het hooggebergte der economiê. De wetenschap dat zelfs ervaren alpinisten hier hun rampzalig einde vonden, weerhoudt hem verder te gaan. vaarom volgen hieronder ter

6

orientatie enkele gegevens over bestaande fabrieken.

B.A. Shawinigan bouwde te Montreal East, Canada, de eerste fenolfabriek op cumeenbasis. Produktie: 5900 ton fenol per jaar.

Cumeen wordt betrokken van een nabijgelegen plant; produktie 400 bbls per dag. Dit is 64 m3 of 55 ton cumeen per dag. @

De British Hydrocarbon Chemicals Ltd. bezit in Grangemouth, England, een. fenolfabriek op cumeenbasis mét een capaçitëitivan 13.000 ton fenol per jaar. Eén bijbehorende cumeenfabriek zou dan ca 20.000 ton moeten produceren. Nemen we aan, dat deze fabriek 8000 uur per jaar in bedrijf is, dan wordt dit 60 ton of 70 m3 cumeen per dag.

GD

E.K. Jones geeft voor een cumeenplant van de Universal Oil Products Company de volgende capaciteit op: 380 bbls/dag, dit is 60 m3 of

51

ton cumeen per dag.

®

Voor de te ontwerpen fabriek wordt een capaciteit van 50 m3 of 43 ton cumeen per dag aangenomen. Dit lijkt gezien het bovenstaande een redelijke aanname.

'"

.

'.

.

i,; ~" ,

ft ,. P'

Gedet~illeerde bespreking van het

De grondstoffen:

gasfaseproces

~~,

. ~ ,. '!

a) benzeen. Het zwavelgehalte van: de,benzeen dient

_....

zeer~ laag te zijn •

: ;

Vooral thiof een is een hinderlijk kà talysa torgif ;' gehal te aan thio-feen

<

0,15

%.

b) propeen. De propeen wordt uit kra~gassen _{r •} verkregen. De gasvormi-_.

., T~""''''

ge produkt en van het katalytisch

elD

_..

_-~ thermisch kraken worden op _{. ...} ~

...

een raffinaderij in verschillende 'fracties gescheiden. De gehele C

3-fractie, dat is dus propaan +propeen,.kan als voeding voor

een curneenplant worden gebruikt. Propaan heeft geen invloèd'op. de

~.

..

propeenconversie en gaat als inert gas door'de r~actor. De

moeilij-I ~. *' • ~ ,

ke propeen-propaan scheiding behoeft dus~niet~te worden uitgevoerd.

• \ "" ",-",,1 ... . "'~

Omdat propeen bijna volledig wordt omgezet, levert dit proces als bijprodukt propaàn met slechts enkele

2P"'p'~opë~n.~

Di.t

--

_...

~;t~r

plaat-", ~

se als brandstof worden gebruikt~' of he,t kan als L. P. G. worden

ve;r-,~., ;

." ~ I • ~

kocht. {' •

Eerder is reeds vermeld, d,at d'e pi-ope~nvoeding een weinig etheen

" . ; ' .

mag bevatten: dit omdat ethylbenz~en-;;oeilijker gevormd wordt dan curneen. Ook de aanwezigheid van een kleine 'h6eveelheid hogere ole;-_,

,..-,

Hnen als bijvoorbeeld butenen is geen bezw~ar: hierci tontstaan wel alkylbenzenen, maar deze komen in~h~t bod~mprodukt van de cu-meenzuivering terecht. Uiteraard dielft ook hier1het z,!'avelgehalte

([) laag te zijn. De katalysator:

Gebruikt wordt de vaste fosforzuur U.O,.'P.kat., ofwel de katalysator, _{, '} die door de Univérsal Oil Products

comp~~~ontw;;Pen

is voor de

be-" \ . . ~ ,I

(~ '\ \ . ; . :~

reiding van polyrneerbenzine ui t 01efin~:-~~ud~Jd: C₃ -, C 4 gass~n •. ~~: is een vaste fosforzuur kiezelguhr com~o,~i ti~~(62 - 65 ~, _{P205 en} 25

%

Si0

2), waarschijnlijk in de vorm v~ silicofosfat~ri. Zij wordt bereid d~or H

3P04 en fijn Si02 goe~ te me~~~ en bij 5000 C

'"

.

100

r---... ---..,

CONVERSION CUMENE 250'C 2.5 LHSV 5 MJLES C"VMOlE SH. 50 '--_ _ _ -'-_ _ _ _ '--_,..-_-' 200 300 PRESSURE,PSI

FIG. 5. YAPOR·PHASE

ALKYLATION-; .' "ALKYLATION-; ) '~11' '''~'''9'' n,r' , -.... "'b~ 'I ;'1' ' • . " r '1 ." .'1', ... ~,.,...L -,. ... " "''''4::1 .... _ ... .... .1 .... " ...,.-..;, zub al j '.; ,el;t~~'ll-,..~) \. ;t;!;3Lin:D~;.J..'O i1-~a

.

' f ..

~"~:;Q:

.

.r-"1:·;.?1~03 rr~,..)qo'Xq-r.J:::.;:::.(l~ 0-:

t -

s.i:b3fL v cl1",i:á 11:-:.1', \:l'.t i j -,l:-,:l ''l'':~ ~f ,")3I.:; jo~ 6'!.~·":~-r- j:,r~.:·:n'1~:tlJ EFFECT OF PRESSURE 'l====="--'=-:-""':'---"-'---'.,."-'='"----:--~ 4 • •

-t-•

[

I,

r

I

t .. 100 of· '.[. "'"' ... 1· ei bI "'d",",r.y· -d -.L" ... ; , ... t!

n

BO Q.~

':8

250 P$IG. z • _25O"C ~J. g 60 2.5LHSV _ f .

'.r'

a.." ... ~ IJ ~. • .... ' " . . . ' . • • . • • • 4 •

yL.I---51L.I---7/'-1---9/l.I....;.--.H-'/I! .1,jL:O~! os sb ~"':;:.:1 .n;l~e::::;.::; _.'·'C":'!:. .r~·,i

BENzENE TO PROPYLENE MOLEftATIO

.

.

l'IG. 7. VAPOR.PHASE ALKYLATION:":'

ÉlfFECT OF BENZENE TO OLEFIN RATI6

i;';'.C!0JIU .J,tO ~'~~j -":.r,::~v ~;!sr:0;:: 1 (\) N·~r· .. A,~. .r: ... l:: :t :;--':1 100 of I-'~ 90 ~z

f~

BO z> ;;;§ 70 z • "'x ~ c5' 60 o· 50 0 250 PSlG 250 'C CUMENE

5 MOLES CJla/MOLE SHa

. 1.0 2.0 3.0 4.0

LlQUID HOURLY SPACE VELOCITV

FIG . . 6. VAPOR·pB;ASE

ALKYLATIOX-EFFECT OF 'CONTACT TIME ~

F

"!)J,;~'Io'lsO! !).t::a;v ~b j' ,),~o.: J :·~h.'l";~-J

IJ

cj ~JJ~;Ci'lq HO .L3\3'r;y:n': ct 'l:'J:; ~!i.~

fl310 H"

"Ü",,"J~oc.,;Cc, ~;.;

H , "

;::> '!PlJ :;I!)~:.,r?t ':IUJ-,~;':Io'lvo j 0 ... : , ' ; [':9 '.1

.toV ot ol ~~llntlrl~J'l~~~ c(~~12 ~ ~ç

,,\

n~l1 !IS ~Oq.H 'IooI, ~·l:~·tc:1 ;t;:..·r.C:: ~i~

I

I .

te calcineren. Daarna wordt door rehydreren gezorgd dat het waterge-halte overeenkomt met H4P207; dit is voor de .activiteit de beste sa-menstelling. Aldus is een vaste katalysator ontstaan, die het voor-deel heeft, dat zij"" niet oorrosief :Us. Bij gebruik van de katalysa-tor - dit is bij ca 2500 C - treedt waterverlies op. Hierdoor gaat het fosforzure bestanddeel over in HP0

3 en de kat. verliest zijn activiteit. Men gaat dit tegen door waterinspuiting in de voeding.

- t

Er ontstaat nQften evenwicht, zodat het watergehalte van d~kat. bon-stant blijft. Het bepalen van de juiste hoeveelheid water is echter erg moeiillijk, mede door plaatselijke temperatuursverschillen in de reactor. Vochtverlies leidt bovendien tot verpulvering van de kata-lysatorpillen. Dit. geeft qan weer aanleiding tot bakken, met als ge-volg een grotere drukval over de reactor. Te veel water leidt door

. @@(@).

verweking van de pillen tot het zelfde resultaat.

Het zal duidelijk zijn, dat het handhaven van de juiste hydratatie-graad van de katalysator en een goede temperatuursbeheersing in de reactor van essentiëel belang zi~n voor de levensduur van de kataly-sator.

De ,procesvariabelen: ~

Dit zijn temperatuur, druk, molverhouding benzeenjpropeen.en L.H.S.V. Hwi invloed op de "'·propeenconvez:osie en. het èumeengehal te van het

''>", . . . '

®

eindprodukt wordt duidelijk weergegeven door de nevenstaande grafieken •

.

..

a) de temperatuur. Bij het kiezen van de reactietemperatuur wordt in

/ -

.

.. de eerste plaats naar deconversi~~gekeken. De ondergrens ligt

daar, waar de "gasfase niet meer gehandhaafd kan worden: <:ca 2000

C

Het optrede~ van.nevenreacties en vooral de levensduur van de

kata-. • . 0

lysator bepalen de bovengrens. Te hoge temperaturen ().300 C)

~ 1.;~ ~~

leiden namelijk tot de volgende met elkaar_samenhangende

ver~~jn-~~ ~,,"-'.

8

-.Ga c~:cj sb H:JilvJ::;;;,.s 9.0 '100'.- d Hf; irO.~1~1l ~~~ tr:ioi..'1:::;Y":s":,; o n - i

-'ICCY jo'! ;:>;i; c'1"r;;t~J.1.j 'L<ljm:·~.C.E;ts;X 9j~sv !ns el 8:Jbl ... :,.ü.il~:t: .• J_.

-.G3il.s;ts~ 9;; .uv ;!wr.J:J,.j ulU . û Î".i:::;~'r...::oo j'e.i:n ,~l~ :s~ ,J 'Jcd J9?b

[j

~ 0

.t _{'1f:~ "IC,,!. 1$L, .}.. _{• go ::'3.r ...} . , _':i'1'J"!')" of _,:if j _JJ~::;'!>I t.. ~ _-- ... _v

°o"'S

_{C '30 .. .i:û ".(}

. . . ....,

_{"LH - '10 ...}

'"

ob f1Î. !!~ Lllrio~ L5V~Ii.;JJ;t '":.'1?:,{r.:'J;t ::nitH ~oj' -sl

cr

'Ioob OP:l;--:

,-;;t

Ulo::::: :;10

-.s:t:1X ab f,êY ::.~;i: : JvliJq'ISV joJ ~al ;:l!l~Yoá j ,1:91 c::lÏ.r.~ 9Y ~'ri!)O 'v • "I:)j 0 ,c:~

Waler Ir.,.el"'" Comboned Feed Drum Fresh Propylene ProJl<lne Oepropanizer Propone P . . . . A Fresh Benzene Cumene Boltoms Curr.ene

Figure25.15. Olcfin-aromatic alkylation (cumene process). [Pet Ref., 38,

No. 11 ,279 .(l959L copyright Gul! Pub. Co.]

; .. ,.r

_{r ...}

~ f..:,J '1 i l. ..

,

_..., .~ "---=;~..."...___"_ _ _ _ _ _ _ _ _ --'o-L~ . _ _ _

J

met als gevolg het optreden van "hot spots", en snelle en moeilijk te controleren dehydratatie van de katalysator.

,

Optimale temperatuur: 250oC.

b) D~ werkdruk kan tussen, de 20 en 30 atm. liggen. Een hoge druk schijnt ook gunstig te zijn voor het behoud van de katalysator. Doordat de gasfase een vrij hoge dichtheid bezit, worden teer en

.

®

zware polymeerprodulden van het katalysatoroppervlak "afgewassen". c) Een hoge molverhouding benzeen/propeen is noodzakelijk

1. om een hoge conversie te bereiken,

2. om de vorming van polyalkylverbindingen, zoveel mogetijk te voor-komen.,

3. om polymerisatie van propeen tegen te gaan.

Een te hoge molverhouding geeft een te lage cumeenopbrengst in ver-houding tot de grootte van de apparatuur.

Optimale molverhouding benzeen/propeen: 5/1. d) Een, kortere reactietijd geeft lagere conversies.

De optimale L.R.S.V. bedraagt 2,5.

Uit de grafieken blijkt ook, dat het systeem niet zo gevoelig meer is voor veranderingen in de reactiecondities, als reeds propeenconvers~es

van 90

~b

bereikt zijn. ((f).

® (j).

De reactor

Men kan twee typen reactor toepassen, afhankelijk van de manier waar-op men, de ,reactiewarmte afvoert.

a) de buisreactor met' externe koeling door kokende vloeistof rond de buizen. t Voor flowsheèt", zie pag. 3. )

b).de reactor met, vaste bedden (zie nevenstaande figuur). De koeling wordt door propaaninspuiting tussende bedden bewerktstelligd.

Daartoe wordt het grootste deel van de uit de "depropanizer" komen-de propaan. naar komen-de reactor gerecirculeerd.

Voordelen a) : een. betere temperatuursbeheersing van de reactor en een mogelijkheid tot het benutten van de reactiewarmte.

Nadeel 1:)) : de deprópanizer is veel groter dan bij a). Hier zal een buisreactor worden teegepast.

Om 'een hoge molverhouding benzeen/propeen. te krijgen en toch een betrek-kelijk kleine benzeen rec1cle, past men "split feecll" toe. Dat wil zeg-gen, dat men halverwege de reactor nog een. deel propaan/pr9peen invoert.

Voor een flowsheet met korte beschrijving zie men pag.

3.

Niet aange-geven zijn daar: hoe de split feed wordt toegepast, het

reduceerven-tiel tussen reactor en eerste kolom, en het reduceervenreduceerven-tiel tussen eerste en tweede kolom. De eerste kolom werkt bij 11,5 atm., de twee andere!'werken bij atmosferische druk.

11

Opzet van de berekening

Voor het ontwerpen van de fabriek werd uitgegaan van, de volgende

ge-®

gevens:

-

.

TABLE l.-VAPOR-PHASE ALKYLATION OF BENZENE WITH PROPYLENE

(Typical ~efinery Data)

F eed C 01npositio/~ _ Vol. 0/0

!) , Benzene , ... ",., .... , ... ", ... :.'... 17.98

11 Benzene recycle ._:... 34.56

J) C. fraction ... ',' ... 47.46

lij Ratio benzenejpropylene ... ' ... .-... • 3.05* .'

, Conditio/Is

SJ Temperature, 0 C ' ... _ ... : ... 255

&J Space velocity, LHSV ... ,... 3.5

." Pressure, Ib.jsq.in ... ,... 385

"IJ Water injection, % w of fced ... '... 0.06 . Resu/ts

~. Propylene convers ion, % ... .

10. Cumelle in crude cumene, % ... -... .

\\. Bbl. crude cumcllcjbbl. propylcne consumed ... ' ...•...

\:L. Bbl. crude cumcnejbbl. benzene consumed ... '1, •••• ' ••••• ;' •••.••..

13. Catalyst life,' gal. cumenejlb. catalyst ... .

94

88.3 1.70

1.54 ,

92

*

Over-all male ratio. However, split olefin feed' is used and consequently this ratiO'

is much higher in any one bank of reactors. "

De stofstromen

Omdat in bovenstaande ta~eilil alles in volumeprocenten is uitgedrukt, worden alle stromen eerst in m3 vloeistof (bij 25°C) per dag berekend.

3 '

Gevraagd dus een produktie van 50 m cumeen pe,r dag.

Dit komt overeen met een ruw

cumee~roduktie

van 56,6 m3 uit geg. no. 10

Verbruikt benzeen: 36,8 m3 " 11 It 12 Verbruik propeen'. 33,3 m3 11 " It 11 Recycle benzeen: 70,6 m3 n n 11 ₁ en 2 en verbruik benzeen Totale benzeenvoeding: 36,8 +70,6 = 107,4 m3 C

3-fractie van de voeding;

De c

3- fractie bestaat dus uit 33,3 m3

De conversie bedraagt 94% (geg. no. 9)

97,0 m3 uit verbruik benzeen

en geg. no. 1 en 3

propeen en 63,7 m3 propaan. dus 6% of 2

m~

propeen in afgas.

12

Aldus is een stromenschema ontstaan in m3 vloeistof

~r

dag. Net behulp

~~ri a~

dichtheden bij 250C worden hieruit de stofstromen in kg/sec. be-rekend. (Zie schem~)

De warmtestromen

Bij de berekeningen is zoveel mogelijk gebruik gemaakt van enthalpie-temperatuurdiagrammen (Maxwell, Databook on Hydrocarbons). Het gebruik van c bij hogere drukken geeft nl. te grote afwijkingen {c

==

f (p,T».

p p

De reactiecondities zijn: 2550C

27 atm. (zie tabel met gegevens)

o

De grondstofstromen hebben een temperatuur van 25 C. Opwarmen van de voeding

Door het toepassen van"splitfeed" is meno verplicht propeen en benzeen afzonderlijk te verdampen en te verhitten.

Het propaan/propeen mengsel wordt vloeibaar ingevoerd. Een vloeistof-pomp drukt het mengsel door de verdamper en de verhitter in de reactor. Per seconde moet 364.10-3 kg propaan van 250 C, vloeistof naar 2550C, gas bij 27 atm. gebracht worden. Hiervoor is nodig:

n<

-3 3 3

Yï; =364.10 :IC 370 x 2,33.10 0 - 314.10

w.

kg/sec BTU/lb

Voor propeen wordt dit:

omrekenings-factor BTU/lb naar J/kg ~/sec 3 157.10

w.

3 471.10

w.

totaal

Benzeen wordt op de zelfde manier in de reactor gebracht.

o 0

Verse benzeen van 25 , L naar 255, G,en 27 atm. o

Recycle benzeen van 80 , L naar " "

_"

" 11

totaal 3 279.10

w.

3 462.10 W. . 3 _ 741.10 W.

Reactiewarmte.

We nemen aan, dat de gassen de reactor verlaten met de zelfde tempe-ratuur, als waarmee zij binnenkwamen, dus 2550C. Alle reactie\'larmte

.' { ,'. ~. ,j.,. "l ; .. \J' i- -t.

wordt dus door het koelmiddel afgevoerd. De reactiewarmte bedraagt

23~00

kgcaljkgmol bij 250°C, gevonden uit thermodynamische

gegevens.~

Bij de berekeningeis uitgegaan van het aantal kmol propeen, dat om-gezet is. Aldus is ook de reactiewarmte van de vorming van nevenpro-dukten (dieisopropyl-benzenen) bij benadering meeberekend.

~ 3 rl.

=

184.10 >c 23400 ... 4186

=

427.10 W. ~ 42,1 kmol/sec reactiew. per kInol omrekenings-factor kcal naar J af te voeren reactiewarmte

Afkoeling' stroom uit de reactor

De stroom uit de reactor passeert een warmtewisselaar om de benzeen-voeding voor een deel op te warmen. Daarna gaat de stroom via een re-duceerventiel naar de eerste kolom, de udepropanizeru• Deze werkt· on-der een druk.van 11,5 atm.; de voeding worqt bij v~ke~ bij 1300C ingevoerd. Nen dient dus een hoeveelheid warmte af te voeren, gelijk aan het enthalpieverschil van de stroom bij 255°C, 27 atm. en bij 130°<;, 11,5 atm. (Weliswaar vindt de warmtewisseling voor het reduceer-ventiel pla~ts, maar dit doet, als we adiabatische expansie aannemen, voor de berekening niet ter zake.)

°

De berekening van de damp- en vloeistofsamenste11ing bij 130 C en 11,5 atm. geschiedt als volgt:

Drie componenten A " propaan B benzeen C '" cumeen P

=

totaaldruk bruto samenst. . x AF .. 0,38 x BF 0,41. x CF = 0,21 11,5 atm.

dampspanning zuivere comp. bij 1300

P

/;<;;.

69

PB ~ 3,6

Pc

= 0,54

Nu geldt voor de samenstelling van de vloeistof

x_A

=

xAF _{· " etc.}

) . ':---.

L

+

PAl p. (1 - L - ....;

@

Probeer verschillende 'waarden voor L, totdat x

A

+

xB +

Xc

r

=

1

Voor dit mengse~ vinden we:

L

=

0,64 x F mol in L A 0,38,· _~

.

0,09 B 0,41 0,35

c·

.

0,21 0,20 .'

--,-1.;00 0,64 Nu is het enthalpieverschil te Af te voeren warmte mol in G .0,29 0,06 0,01 0,36 berekenen. l 3 800.10 W.

Berekening van de Ie kolom, scheiding propaan/benzeen en cumeen p = 11,5 atm. topte~peratuur:' 350 } bodemtemperat~ur: 20Öo '.,- 0 gem;ddelde temperatuur,117 ~

,./

/ ' q

=

0,64 Comp.

-..: bruto samenst.~ eis topprod.

eis Propaan ! Benzeen Cumeen 0,38 0,41 0,21 0,995 -0,-005 0,000 bodemprod. (j,Ol 0,65 0,34 Het aantal theoretische schotels wordt gevonden m.b.v. de methode

@

van Fenske en Underwood. Dus bepaling van de minimale reflux R _m en het aaqtal schotels n bij totale reflux.

m

"Te vinden R

=

0,011 en n

=

2,1. Hierna maakt men gebruik van de

m m

correlatie van Gilliland tussen R , n , R'en n, om een reeks waarden

. m. m.

voor R en n te vinden.

11:

0,05 0,1 0,2 0,5 1 2

1,0 o,~ 0,(,

I

.~

I I 0,'1 I

lt

y

I

I

OJ

I

_I

·1

Ol X. 1: .'

I

L x ~i .~Ju, oj _"r

..

-.

,[ :::: q .9~~LOj 1.:.> bOJ 0

=

_I' 0,6 0, SI I.D ---j;j~- X Xa. 1 \;J~t 0

.Xl1l'~9'I ol.cJo:t ~.i:á )1 aI9JC':.o~1 l'"j-ll"ü Jorl.

I .•

ob rmv ï1L.t.n:J9~ ... ..I JJls.'3Ui Br.19.ii: .1~S =::::.fl.fIn lLJ~oJ ::

ft

n3t:i';'v 0,;

I1~b'!SB;,( a~~-:;'I ID~ i:v en II~ .H t ;{ I H ~;èr;puj .t.!tSLi:I.LtD fdV oU, i!:.!'l":'o

m

ti

.l1ob::.r.v :;;j' n I!3 11 'l.):.;V

1.0

,r' ,!" ,.~,. i ..

Ter controle wordt het aantal theoretische schotels ook nog volgens

Mg

Cabe en Thiele bepaald, waarbij de cumeen als benzeen beschouwd wordt. Voor dit geval doet deze methode in onbetrouwbaarheid niet onder voor de bovenstaande.

y~x diagram gevonden ui t fX

=

26,7.

Voor R

=

0,5

l

~ 2 x R ) vinden we n

=

5. lJit zal worden aangehouden

m

voqr de berekening.

De topcondensor van de eerste kolom moet nu aan warmte afvoeren:

Q

=

1,,5 x tR+I) 376.10-3 l( kg dest/sec 3 135.2,33.10 verdampingswarmte/kg

3

177.10

w.

De aan de reboiler toe te voeren warmte Q' wordt gevonden uit de vol-gende energiebalans: ~ + Q'

=

Q ... D + B\

F, Den. B stellen hier voor de entha1pieën van voeding, destiDaat en bodemprodukt.

3

Q'= 167.10

w.

Berekening van de 2e kolom, scheiding benzeenjcumeen

. e

°

Het bodemprodukt van de 1 kolom (vloeistof van 200 C bij 11,5 atm , bestaande uit benzeen en cumeen) passeert een reduceerventiel en komt als gas-vloeistofmengsel in de 2e kolom. Om q te vinden, bepalen we eerst het kookpunt en het. dauwpunt -van dit mengsel.bij 1 atm tde àruk

waarbij de kolom werkt). Kpt

=

93°c ,dauwpunt

=

122°C. De temperatuur van de voeding ligt hiertussen; vergelijking van

.:~c.[il

T] met de

p

verdampingswarmte geeft een idee van de grootte van q.

Benzeen gaat over de top; ruw cumeen is het bodemprodukt.

p

=

1

toptemp • 800 }

bodemtemp. 1520

gem. temp. 0<.

=

P benzeen:::: 7,4 p cumeen q = 0,48 x f = 0,66 Xd = 0,99 Xb = 0,005 •

Het aantal theoretische schotels wordt berekend volgens McCabe en Thie1e; y-x diagram gevonden ui t ex

=

7 , 4

Voor R a 0,6 vinden we n

=

8 (zie constructie)

Nu is de topcondensor te berekenen; deze voert aan wàrmte af:

16

Q = 449.103

w.

De aan de reboi1er toe te voeren warmte wordt weer gevonden uit

.

3

een energiebalans. ~!= 199.10

w.

. e

Berekening van de 3k010m, zuivering van cumeen.

De voeding is op kooktemperatuur, dusq

=

1. Zuiver cumeen (99,5

%,

de eis voor de fenolfabricage) gaat over de top. Het bodemprodukt bestaat vnl. uit di-isopropylbenzenen; gemiddeld kookpunt: 2040 C.

-'-p w 1 toptemp. 1520 } 1 86 t 1780 C ~ Ot. ""..::..c::.::::. =3 6 gem. emp.: 0,52 ' b d _{o em emp.} t 2040 . q

=

1 X f c:. 0,88 Xd "" 0,995 xb = 0,005

Bepaling van het aantal theoretische schotels volgens McCabe en Thiele; y-x diagram gevonden m.b.v. 0<.=3,6

Voor R= 0,7 vinden we n:::o 12 (zie constructie). Hieruit volgt voor de topcondensor

De reboiler

Q =. 263.103

w.

Q' = 271.103

w.

Koeling produkt en bodemprodukt

·0

Dë cumeen wordt tot 40 C gekoeld. Af te voeren warmte: 123.10 3

w.

o

Ook het bodemprodukt wordt tot 40 C gekoeld. 11 ₁₁ 11 •

3

Aard en gr60tte van de apparaten De reactor

Het katalysatorvolume wordt gevonden uit het volume vloeibare voeding per uur en de L.H

3S.V.

V 1 k t

=

m voeding/uur - 8,53 2,44 m3

o • a • L.H.S. V. - .

3,5

=

Gebruikt worden buizen van 50-.57 mmo Per meter hebben deze een volume van 1,97 liter. 'l'otaal benodigde lengte buis 2440 :: 1250 m.

1,97

Ook moet men er voor zorgen, dat alle reactiewarmte wordt afgevoerd. Daartoe staat rondom de buizen kokende Dowtherm. We nemen daarvoor Dowtherm E, dat onder

e~n

druk van 1,7 atm. bij 2000C kookt.

,

9i",

427.103 2

Benod~gd opp.ervlak

=

U. Ll.T. "" 60.55

=

130 m~ . · 2 0

Voor de U gas-kokende vloeistof mag 60 Wim

c.

worden genomen, omdat het gas door de katalysatorpillen steeds van stromingsrruchting veran-dert. Bij gebruik van 50-57 mm buizen

iSO~~~7

=

827 m buis nodig. De eerder berekende 1250 m buis zijn dus voor de warmteoverdracht ruimschoots voldoende.

B' , ~J een reac or oog e· van t h t 9 m wo rdt h t e aan a t 1 b .. UJ:3"en -9-1250

= .

140 . De diameter van de reactor bedraagt dan 1,25 m.

Om split feed. toe te kunnen passen verdeelt mende reactor in vier stukken van 2,25 m. Tussen deze~stukken bevinden zich ringen van 20 cm. hoogte. Hier wordt een deel van d..e propeen in het reactiemeng-sel gespoten.

(jJw.

/

Benodigde hoeveelheid DOwtherm

=

_ve rd _.w. D _ow th _{• g}

Ik

= 1161 kg sec. De Dowthermdamp kan elders in het proces weer wörden gebruikt,

1) in de reboiler van. de 2e kolom

cf;",,=

199.103

w.

2) de resterende hoeveelheid warmte 427.103 - 199.103= 228.103 W.

voor hét op temperatuur brengen van het propaan/propeen mengsel. Merkwaardigerwijs is deze hoeveelheid juist voldoende om het mengsel te verdampen (kookpunt bij 27 atm.

=

SSoC).

Koppeling van deze apparaten met de reactor geschiedt praktisch via e~n

Dowthermcentrum. De mogelijkheid tot het benutten van de reactiewarmte zij hiermee aangegeven.

!~~~it~~~~_~!~~~R~~

Het propaan/propeen mengsel doorloopt een vloestofverhitter, een ver-damper en een .,gasverhi tter. Totaal is daarvoor:,nodig 471.103 W. (zie, boven). De eerste tWee apparaten gebruiken sam.en de 228.103 W. uit de reactor.

ww

l: vloèistofverhitter

~

=- 131.103

w•

h '" 100 cm D

=

25 cm 20 pijpen 25 - 32 mm

verhittingsmedium: èondenserende Dowtherm E,' 1,7 atm. 200°C. 0,49 kg/sec.

ww

2: verdamper

cA

== 97.103

w.

h ., 50:'cm D c 20 cm

u

= 1500

b

T.1l2 32 pijpen 12-19 mm

verhittingsmedium: cond. Dowth. E, 1,7 atm. 200°C.

ww

3: gasverhitter:

Yi '"

243.103

w.

1 "" 300 cm D ,.. 50 cm 0,37 kg/sec. U ~100

Ll

T = 110 195 pijpen 12 -

19

mm 5 passes o

verh.med.: cond. Dowth., diphyl, 2,52 atm. 300 C, 0,92 kg/sec.

Verse benzee~ en recyclebenzeen komen samen in een wachttank (berekend voor een half uur: 1

=

2,5 m, D

=

1,6 m). Van(~daar· ui.t wordt de benzeen

door een vloeistofverhitter en een verdamper gevoerd. Onder een druk van 27 atm. kookt benzeen bij 2250C. Vit zou betekenen dat er nog een

o

gasverhitter'nodig is o~het benzeengas op 255 C te brengen. Uit wordt vermeden door benzeen bij een hogere temperatuUr te verdampenl!l dus door de vloeibare voeding onder een hogere druk in te voeren. De druk wordt z6 gekozen, dat het benzeengas,na expansie door een reduceerventiel tot 27 atm., een temperatuur van 2550C heeft. Dit is ca 31 atm. Om de benzeen op reactietemperatuur te brengen is totaal nodig: 741.103 W. (zie boven). Voor zover mogelijk wordt dit gedaan m.b.v. de uit de reator tredende stroom:

o · 0 ,..;.., 3

benzeen van 61 C,L naar 225 C, L : I..P,..= 392.10

w.

-1c,uït

(De reactor con enseert voor een deel en daalt in temperatuur. van 255 tot ca 200°C)

ww

4: warmtewisselaar benzeenvoedingjreactorstroom

05.

=

392.103

w

U = 300

b.

T . rd= y.ÄT 1 == ,.1-. • ~ gecorr~gee og.gam. r ' 1

=

300 cm D

=

80 cm == 0,65.71 == 47· 128 pijpen 25 - 32 mm 16 passes (benzeen)

Aan de benzeen moet nu nog 741.103 - 392.103 = 349.103

w.

worden toe-gevoerd. Dit geschiedt in de verdamper (het laatste opwarmen is slechts een fractie van de toe te voeren verdampingswarmte).

ww

5:

benzeenverdamper

9á

=-349.103

w

h = 100 cm D

=

70 cm

u

=

500

6T

=

57 156 pijpen 25 - 32 mm

verhittingsmedium: cond.Dowth., diphyl, 2,52 atm., 300oC, 1,32 kg/sec. Aan de' uittredende reactorstroom is in de warmtewisselaar met de

b.en-zeenvoeding reeds 392.103 W onttrokken. Totaal af te voeren: 800.103 W

, 3

(zie boven). Dus met koehTater nog af te voeren: 408.10

w.

De

reactor-~. ~

",

stroom condenseert verder en daalt hierdoor in temperatuur van 200

o tot ca

145

c.

ww

6: koeler reactorstroom dl 3" Iw =408~10 W u ... 500

.6

T '" 127 h ::

150

cm

55

pijpen 25 - 32

D = 45

C!ll

koelmedium: koelwater

20o~,

1,95

kg/sec.

Ue stroom passeert het reduceerventie1 waardoor de temperatuur van

. 0

145

tot

130

C zakt.

ve

stroom wordt in een tankje in gas e~ vloeistof gescheiden. Deze worden apart in de eerste kolom ingevoerd.

Eerste kolom:

De diame~er van de kolom is te berekenen m.b.v. de toelaa~bare

damp-V

eL

snelheid '. u

=

c _ . - . 1

e~

Voor een schotelafstand van 60 cm is c

=

0,06 m/sec.

De dampmassastroom in de top van de kolom = (R + l).".Uest.

De

hier~i.t

berekende volumest.room .;, U. 11" D2,l ---. Diarnetertop v.d. kolom.

d k 1 4

en~rgiestroom

in reboiler

De dampmassastroom in de bodem van e 0 om

=

.

I

verd. warmte bodemprod. kg

- +

Diameter bodem van de kolom.

Aldus wordt voor de eerste kolom gevonden Dt

=

Db d ..

35

cm. uit is op 0 em

voor het toepassen van schotels met klokjes te klein. Daarom vullen.we de kolom met Raschig ringen. Berekening (volgens J.H. Perry, Chemical Engineers Handbook) geeft bij pakking met Raschig ringen van 1 inch een kolomdiameter van

50

cm.

Herekend:

5

theoretische schotels ~ 7 praktische schotels.

\V\~

7:

topcondensor eerste kolom

Ç21 = 177.103

w

U = 600

1 == 240 cm 178 pijpen 25 - 32 mm

D = 80 cm 8 passes

koelmedium: koelwater. 20oC, 4,2 kg/sec.

ww

8: reboiler eerste kolom

fZi '"

167.103

w

h = 100 cm D

=

60 cm U :. 500 106 pijpen. 25 - 32 mm 21 6. T = 19

6.

T = 40

verhittingsmedium: cond. Dowth. E, 4,1 atm., 240oC, 0,69 kg/sec. Tweede kolom

Het bodemprodUkt van de eerste kolom passeert een reduceerventiel en komt via een vloeistof-dampscheider in de tweede kolom.

Diameter top v.d. tweede kolom

=

?-5 cm.

11 _{bodem 11}

"

11

=

55 cm. Dit wordt een schotelkolo~.

Berekend: 8 theoretische schotels ~ 10 praktische schotels. Schotelafstand 60 cm ~ lengte kolom - 600 cm.

ww

9:

topcondenso~ tweedSokolom

~

= 449.103

w

U .. 600

1 " 125 cm 180 pijpen 25 - 32 mm

D ~ 80 cm 10 passes

koelmedium: koelwater 20°C,

3,6

kg/sec.

ww

10: reboiler tweede kolom

92,=

199.103 W h .. 100 cm D = 55 cm

u

= 600 88 pijpen 25 - 32 mm

6

T - 43 LlT = 48

..

22

Derde kolom

Het, bodemprodukt van de tweede kolom gaat naar een wachttank (berekend voorceen half uur: 1

=

2 m ,D _ 1,25 m.). Van daar uit. wordt het met een centrifugaalpomp naar de derde kolom verpompt. Omdat het hier een vloeistof op kooktemperatuur betreft, is de pomp 5 m onder de tank geplaatst.

Diameter top 3e kolom => diameter bodem 3e kol.om =- 60 cm.

Dit wordt een .schotelkolom.

Berekend: ~theoretische schotels ~ ~praktische schotels. Schot.elafstand 60 cm,tl,engte kolom =, 840 cm.

ww

11: topcondensor derde kolom

<R.=

263.103 W U = 600

1 .. 90 cm

54

pijpen

25 -

32

D

=

50 cm 6 passes

koelmedium: koehmter 20°C, 1,6 kg/sec.

ww

12: reboiler derde kolom

cA:

271.103 W h.1O 120 cm.

D

=

70

U = 500 160 pijpen 25 - 32

AT

= 112

6T _

36 o .

verhittingsmedium: cond. Dowth. E,

4,1

atm.,

240

C, 1,12 kg/sec.

~~~!er~~p~öd~t~~ WW 13: koeler cumeen

~

= 123.103 W h. .. 100 cm D = 45 U ::. 600 56 pijpen 25 - 32

koelmedium: koelwater

20°C, 0,74

kg/sec.

..

ww

14: koeler bodemprodukt

~.

23.103 \0[ h : 50 cm. D '" 30

u

=

600

16

pijpen 25 - 32 mm.

koelmedium: koelwater 20oC, 0,11 kg/sec.

Wa terinspui ting in:ide voeding·

Wate+ wordt na de gasverhitter in het propaan/propeen mengsel gespoten. Omdat dit op vier plaatsen in de reactor treedt, wordt het water vrij gelijkmatig over de katalysator verdeeld.

Hoeveelheid: 0,06 gewichts-~ van de voeding (Ziè tabel op blz. 11). Dit is 0,001 kg/sec. of 3,6 liter/uur.

Regeling van de apparaten

De pompen voor benzeen en propaan/propèen zijn zodanig gekoppeld, dat de verhouding van verpompte hoeveel~eid benzeen en verpompte hoeveel-heid propaan/propeen steeds ·constant blijft. (Vereiste mol verhouding: 3,05 !)

De regeling van de reactor is vrij gecompliceerd. Bijv.: een te hoge temperatuur in de reactor kan men op drie manieren teniet doen

1) door meer Dowtherm te verdampen 2) door de temperatuur van de C

3 - voeding lager te nemen 3) door·de L.H.S.V.te verlagen (ongewenste maatregel) ad. 1) is slechts in de tekening aangegeven.

De regeling van de andere apparatuur spreekt bij beschouwing van&e tekening voor zich zelf.

Constructiematerialen

Aangezien de vaste fosforzuurkatalysator in het geheel niet corrosief is·, kan overal in het proces gietstaal en constructiestaal worden toe-gepast.

®.

•

P 1: plunjerpomp om C

3 - voeding te verpompeI). van 12 atm. (vloeibaar propaan/propeen)naar 27 atm. hoeve aantal plunjeit's slaglengte ' diam. plunjer toeren/min. vermogen 67,5 liter/minuut, 3 10 cm 3,2 cm 280 5,4 pk

P 2:

plunjerpomp om benzeenvoeding uit wachttank ~e verpompen, van

I

atm. naar 31 atm. hoeve aantal plunjers slaglengte diam. plunjer toeren/min. vermogen 74,5 liter/min. 3 10 cm 3,4 cm 280 '7,5 pk

P 3: centrifugaalpomp om ruw cumeen uit een wacht tank naar de

zuive-"'~T' ~'·"lo'" ring~oIom te pompen. hoeve . type hoeve max. zuigbuisw"ijdte aantal toeren vermogen

39

liter/min. LO

50 liter/min. bij een opvoerhoogte van 7,5 m.

25 mm

3200

Q,34 pk bij 50 I./min. en opvoerh. 7.5 m.

P 4: doseerpompje om water im..de voeding te injecteren. hoeve aantal plunjers slaglengte diam. plunjer toeren/min. vermogen 3,6 liter/uur 1 25 mm 5mm 190 0,1 pk

•

•

Eysiche gegevens molgewicht: dichtheden bij 25°C: kg/m3 verd.warmte bij kookpunt. in kcal/kg: ' o kookpunt C: i t ! EE~E~ -: _, i I

I

I 44,1 492,8

l

j

i

1 101,76

I-1-4

2 ,2 t

I

c als ideaal

i

P o ' gas, kca1/ C kmo1:' 27,04

. J

I

benzeen E~E~~ _{- - - -} - - - -cumeen 42,1 78,1 120,2 . 505;3 873,7 857,5 104,62 94,14 74,6. -47,0 80,1 152,4 22,62 32,80 57,9

Hiernaast zijn gebruikt het reeds genoemde Databook on Eydrocarbons

I

van J .B. r·1axwe11 e;n een nomogram met fysiche eigenschappen van cumeen.

i

(z~e

Petr. Refinet vol:. 60l, Dée$1l37, 1961)

I

I

I

I I I j I i J. I

I

_I

I

I

I

I j

, " , ' , l ' , , "

.

, •

.,.

•

" ,;.~ -" ... r .• ,:.,-" "1, ..;..-: ~ ," "r . " . -: 1 ", ... "" "'"4 "

.'

\. _{,--. ..} ~ .... "' ..

"

~ ....

;i

..

)

:

\ .

. J

"

-:; Literatuur

1) F. Asinger, Chemie und Technologie der Mono-olefine, p.802, Akademie Verlag, Berlin 1957.

2)

"

"

11 11

3) H. Steiner, Introduction to ~etroleum

Pergamoro Press, Oxford 1961 •

11 ;,11 p.776 Cheroicals, p. 53 26 l/ . ~ )<

~ 4) S.H. McAllister, J. Anderson, and E.F. Bullard,. Chem. Engng.

~)

Prog. ,43 , April p. 189 (1947)

5) Proceedings ofthe Fourth World Petroleum Congress-Sectiön lJ[

G. Egloffànd ·E.K. Jones", p. l.

6) R.H. Hall, World Petroleum, 26 , f.1ay p. 88 ,( 1955).

7) Chero. Age, 83 , p. 563 ,(1960).

8) E.K. Jones, Advances in Catalysis nrr, p. 219-238, Academic Press, New York 1956.

9)

u.s.

Paten~ no. 2.860.173.

lO)F. Asinger, cito ibid. p. 369.

11)W.S. Norman, Absdrption; Destil1ation and Cooling Towers, p.130 Longmans, London 1961~

l2).J.M. Cou1son and J~F. Richardson, Chemical Engineering Vol 2,p.686-688 ,..,".-London 1955.