Schema cumeen bereiding

Literatuur : 1 -CUM EEN. Fabrieksschema-verslag van L.A. Roos Oude Dalrt 26 Delft.

1) U.S. 2.382.318, V.N. Ipasieff (U.O.P.)

2) U.S. 2. 396. 683, D.R. Carmody (Standard eil Co. of Indiana.) 3) U.S. 2. 390. 953, L. Ulann (Atlantic Refining Co.)

4) Brit. 579. 781, E.F. Bullard c.S. (Shel1 Deve10pment Co.)

5) Chem. Eng. Progress 43 (1947) 189, E,F. Bul1ard\Shel1 Dave10Inent co.) 6) u.S. 2. 405. 874, E.F. Bu11ard C.S. (Shel1 Deve10pment Co.)

7) U.S. 2. 439. 680, J.A. Davies (Texas Co.)

8) U.s. 2. 465. 610, H.W. Short C.S. (She11 Dave10pment Co.) 9) U.S. 2. 157. 108, V.N. Ipa~ieff (U.O.P.)

10) Chemica1 Engineers' Handbook, J.H. Perry,Sectie 3, 6 en 9. 11) Cata1ysis, S. Berkman, G. Eg10ff, blz.963.

ROTA

M \)( [ R

C U MEE N LAROOS SCHAAL! 10 M[! 1953

..

2

-~ Algemeen.

Cumeen of isopropylbenzeen is sinds 1940 een belangrijk product geworden. Het is namelijk een mengmiddel voor vliegtuigbenzine om het octaangetal te verhogen. Aan deze benzine werden naarmate de oorlog vor-derde steeds hogere eisen gesteld, uiteindelijk moest het octaangetal liggen tussen de 120 en 130. Daartoe werd naast tetraaethyllood tussen de 10 tot 20

%

oumeen toegevoegd. In Deoember 1944 was de produotie in de Verenigde staten gestegen tot 2380 ton per dag.

Aangezien momenteel de gewone jaohtvliegtuigen steeds meer ver-vangen worden door straaljagers, die geen benzine gebruiken, en daar

er met bommenwerpers in vredestijd niet veel gevlogen wordt, leek ons per dag

een productie van ongeveer 20 ton voor Nederland wel verantwoord. Een ander geval zou het zijn als er op grote schaal phenol uit cumeen door oxydatie gemaakt zou worden. Dan zou de oumeenfabricage een flinke industrie hier te lande l~en worden •

~ Fabrioagekeuze.

Een essentiele factor bij het kiezen van de methode is wel het rendement. 'V1anneer het niet gereageerde gedeelte van de grondstoffen gehe~l teruggewonnen kan worden en opnieuw in de reactor gebracht kan worden, dan is dit buiten de grotere zuiveringsapperatuur niet zo erg.

In vele gevallen echter krijgt men veel bijproduoten bijv. diisopropyl-benzeen, dat in geringe mate geen kwaad kan. Het blijk~, dat door de

~ ')

. J " .... 'li .,... rendement-schifting een heleboel katalysatoren uitgesohakeld worden. o.a:

~

I"~/

".t

7,~~'

,.'

~r

,

~

1

)JJ,.Ql.~met

eventuele wom.otoren. De verhouding oumeen tot

diisopropyl-benzeen in de reactieproducten is gemiddeld 2,5 : 1. Er worden echter ook nog hoger gealkyleerde produoten gevonnd en organische

Aluminium 3 Aluminium

-chlorideverbindingen. Het enige aantrekkel ijke van de methode is de la~e druk en temperatuur.

u.s.,

2. 385. 303, U.S., 2. 393. 818, U.S., 2. 397. 542, U.S.,2.426.665) 2)

1J.g~

OP versohillende dragers o.a.

~

Het rendement ligt iets

hoger dan bij 1), nl ongeveer 60

%

.

Bij sanmige voorschriften wordt 100 o

atm. waterstofdruk gevraagd en .± 400

e.

o

Een van de voorschriften werkt bij.±. lSO

e

en 28 atm. en krijgt zo een rendement van 61 5'ó. Als volgende stap worden de hoger gealkyleer-de producten gekraakt bij i 5000

_e

_{en verhoogde druk met dezelfde}

kata-l J lysator. Het totale rendement is dan 99 %. Dit is mooi, maar al met al

---erg bewerkelijk. (U.S.,2. 395. 198, U.S., 2. 364. 762, U.S., 2. 402.092,

U.S.,

2. 419.

599,

U.S., 2.448. l60.)

3 ) KoperPyrophosphaat. Het rendement; is hier 56 % en er wordt onder

4)

50 atm. stikstofdruk gewerkt.

(u.s.,

2. 375. 041, U.S., 2. 400, 437.)

Fluorwaterstof en Boriurnf'lyoride' Zij werken bij lage druk en

tempe-~~

ratuur. Het rendement is echter slechte

±

60

%.

Het materiaal voor de apperatuur is duur,evenals de katalysator.

(u.s.,

2. 372. 505, U.S., 2. 372. 320, U.S., 2. 390. 831.)

Er zijn maar twee katalysatoren, die ,wJ'kelijk goed zijn.'en ren-dement;en tussen de 90

à

100

%

geven. Dit zijn phosphorzuur op

kiezel-~

en sterk zwavelz.ur. De eerste katalysator werkt bij ongeveer 30 atmosfeer en 250

à

3000

e,

de tweede bij 10 atmosfeer en ±300C, terwijl bet rendement; van deze iets hoger ligt.

Bij phosphorzuur worden de produoten in dwmpvorm door de reactor gevoerd en

mO;::f

max. maar

±

0,06

%

thiopheen bevatten. Aangezien benzeen, een

glndP~~tct,

.±. 0, 5

~b

thiopheen bev§.t moet dliJ dus verwijderd worden met 98 % zwavelzuur. Met zwavelzuur als katalysator hoeft dit niet. De ka-talysator heeft alleen een kortere levensduur. Al deze dingen lijken

4

-voor zwavelzuur als katalysator te pleiten. Toch hebben wij het phos-phorzuurproces gekozen, omdat:

1) De zwavelzuur moet of gezuiverd of verkocht worden aan een

kunst-mestfabriek ( (NI~ )28°4 ol superphosphaat). Het bevat

.±

1,5 % thiopheen.

V 0 \ _ ... ," ac;7T""'-'

Aangezien het phosphorzuurproces (1) tweemaal zo weinig zvravelzuur

ver-bruikt als het zwavelzuurproces (2), is dit een voordeel voor het eerste

/

proces, daar men met zwavelzuur of het nu zelfi gezuiverd of verkocht wordt altijd met een flinke verliespost te maken heeft.

2) Een bestaande fabriek kan heel gemakkelijk omgebouwd worden in een cumeenfabriek volgens proces (1). Voor proces (2) moet een nieuwe fabriek gebouwd worden.

3) Een dampphaseproces is gemakkelijker in de hand te houden dan een

vloeistofphaseproces.

~ Grondstoffen.

Voor alle katalysatoren wordt voor de aromatische kern universeel benzeen als uitgangsproduct gebruikt.

Voor de aliphatische zijketen wordt over het algemeen propeen genomen, soms ketonen of aethers. Propeen komt inde kraakgas sen voor. Fernis le-vert zgn. propagas, dat of 60 % of 40

%

propeen bevat, terwijl de rest

propaan is. Bij de reactie propeen + benzeen levert cumeen, stoort pro-paan niet. Propeen lost bij hogere drukken beter op in benzeen dan pro-lit. 8 paan. Soms wordt wat nitrobenzeen toegevoegd waardoor propeen nog beter

oplost in benzeen. Dat propaan bij de reactie niet stoort, is erg ple-zierig daar de propaan-propeen-scheiding zeer duur wordt. Het benzeen wordt gekocht van de Staatsmijnen en het propagas van de B.F.M.

Als vestigingsplaats van de fabriek lijkt ons de omgeving van Fernis erg gechikt. Voor propagas kan dan een pijplé~ding aangebracht worden.

lit.9 lit.ll '")

- - - -

-

-

5 -~

De

Katalysator.

De katalysator, die gebruikt; wordt, bevat normaal 62 - 65 % Pa 05

en 25 % SiOa. Het leven ~n deze katalysator is 90 tot 100 gallons CWIleen

per pound katalysator.

65 Gewichtsdelen pyroPh~phorzuur worden goed ga:ngd met 35

gewichts-delen kiezelguhr, dat aan de lucht gedroogd ià, en gedurende 5 minuten op

ongeveer 170°C gehouden en vervolgens gedurende 20 uur op ±280oC gehouden,

I

waarbij een vaste koek onPstaat. De

~

wordt dan in een droge atmosfeer

gemalen en gegranuleerd tot deeltjes van 2,5 tot 4,5 mm (U.S. 2.067.764.)

Aangezien de katalysatorbereiding een zeer precies en capricieUs werk is, is het beter deze bereiding over te geven aan een fabriek, die hierop ge-specialiseerd is, bijv. Ket jen in

_{>. -_._-}

_{--_}

_...

_.

_{_}

_{... .- _}

_...

Amsterdam.

> • • • • •••• "." •••••••• _~-~_ •• - .

~ Gegeyens curneeribereiding.

Reactor: Molecule verhouding benzeen tot propeen

Temperatuur Druk 5 : 1 25~C 27 atm.

2-___

( ./ Space Velocity

&.~~~~y)

,

Waterinjectie {gew. percent. voeding}

-~.

~

l.

Reactor.

Propeenomzetting

Cumeen in ruw oumeen

Katalysatorleven kg cumeen kg kat.

Reactiwwarmte cumeen bij 250°C

0,06

94

%

88,3

%

Aangezien de warmte, die tijdens de reactie ontstaat, afgevoerd ~.,.A ,r~.~._:,"_""_

..

_

..

__

:!?~.~~_~t _~owtherm en ik ongeveer de wamteinhoud van deze dowtherm. wil

weten, daar ik deze in mijn deel wil gebruiken, zal ik de gegevens van

de reactor globaal verwerken. Alles is berekend op een productie van

± 800 kg oumeen per uur a 6,66 kgmol. D.w.z. dat er 800 • 7,55 kgrnol

u l20x0,883

lito 10

J. _

- 6

-o

oumeen en diiaoprpylbenzeen aanwezig zijn. Voor deze hoeveelheid ia nodig geweest: 6,66 x 78 + 0,89 x 78 • 590 kg benzeen

en 6,66

x

42 + 2

x

0,89

x

42 • 354 kg propeen.

Voor de zuivering van het ruwe oumeen is één destillatietoren nodig om het propaan af te destilleren, een om de overmaat benzeen er af te des-tilleren en één om oumeen van diisoprppylbenzeen te soheiden. Stel dat

er in de laatste twee torens 2 x 1

%

verloren gaat, dan is er nodig 602 kg benzeen en 361 kg propeen. Aangezien er in de reactor 94

%

van het propeen reageert, wordt er ~= 384 kg propeen ingevoerd. Propagas bevat 60 %

0,94

propeen, dus er wordt l.QO. x 384 kg • 640 kg propagas per uur door de reao-60

tor geleid. Daar de mo1eoule verhouding van benzeen : propeen 5 ~ 1

onge-veer is, wordt ook 3560 kg benzeen in de reactor geleid. Een kleinere verhouding zou de vorming van hoger gealkyleerde prOducten bevorderen.

Tot;aa1 wordt dus ingevoerd 3560 + 640 • 4200 kg voeding of 3560 + ~ + &..§ä. •

78 42 44

45,7 + 9,15 + 5,82 • 60,7 kgmol.

Om het volume van de katalysator te berekenen moet aange name n worden, dat alles vloeistof is. Het s.g. van deze vloeistof is ~:

640

x

0,60 t 3560 X 0,88 • 0,84 4200

Het

volume van deze vloeistof is 4200

=

5000

1

en het volume van de 0,84

3

reaotor of het volume van de kat. is dan

-2- ..

1,43 m • 3,5

Het volume van het gas bij de reaotie omstandigheden ia 60.7

x

22,4

x

528 • 27

x

273

97,5 m3• De oontacttijd is dan 1,43 x 3600 .. 52,5 sec. 97,5

De warmte die bij de reaotie vrijkomt, is (aangenomen dat alles oumeen

is

geworden) 7700

x

23,4

=

180000 kcal. Deze moet afgevoerd worden. Aangezien de inhoud van de buizenreactor vastgesteld is, staat bij aanname van een bepaalde diwmeter ook het oppervlak van de buizen vast.

Bij de diamete~aanname moet men er rekening mee houden, dat het Reynolds getal groot genoeg is om een turbulerende str~aning in de pijpen te krijgen. Als gemiddelde diameter neem ik een pijp van 47 cm.

lit.4 lit.5 1it.6

7

-R

Bij afkoelen komt de koude Dowtherm in het warmste deel van de reaoto; binnen.

De reaotortemperatuur moet 2550_{0 blijven. Men moet er voor zorgen dat de}

uit-gaande Dowtherm hier 15°C onder blijft. De temperatuur van de inkomende Dowtherm

s.

is als volgt te berekenen: ~ a U X 0 X T

10g•

~ = af te voeren hoeveelheid kilocal.

o

=

koelend oppervlak in m2 •

Tlog

=

(Ti-Ti) - (T₂ -T§ ) in °C.

2,3 log

Ti-W'

T,,

-U a de overall coërricient, d.w.z. de

cienten van het gas naar de wand,

naar de dowtherm.

U

=

koalj ~ X

°c

x uur, bij gas - vloeistof is U .±. 40

Inhcud is 1,43 .. 0,785 Je 0,04'fl x Je .. TC

rf

1 4 1 .. 825 m. 0 volgt uit 21Tr 1 =123

rrf.

Ti

volgt nu uit: 180.000 .. 40 x 123 x Tl . og T .. (Tl-Tl> ~ log 2,3 log T -T 15 85 = 85 log x - x

=

37 en dus is x .. 75.

De inkomende dowtherm is dus 180°0. Om 180000 kcal. op te nemen is nu nodig

180000

=

550 kg dowtherm. Deze warmte kan ik in mijn deel van de fabriek

0,328 x 1000

gebruiken.

De

reaotor wordt nu volgens sohatting 4 m hoog en .±. 1,20 m doorsnede

met 206 buizen van 2 duim dik.

~ Uitleg sohemê.

Benzeen met 0,5 % tl:).iopheen wordt gezuiverd met een gelijk volume 98 7"0

zwavelzuur bij kamertemperatuur. De levensduur van benzeen is .±,30 volumen

benzeen tot 1 volume zuur. D.w.z. op 1 kg zuur kan 30

x

0.88 .. 1,45 kg benzeen

1 x 1,82

gezuiverd worden. Per uur moet 605 kg benzeen gezuiverd worden en er moet dus

~

=

42 kg zuur per uur toegevoegd en ook afgevoerd worden. Het bevat dan

14,5

1,5 7ó tlliopheen. In Mixer (l) wordt per uur aangevoerd .§illL x 2 = 1370 1

0,88.

8

-Aangezien de contacttijd 10 minuten is, moet deze mixer minstens 1370

=

228 1 kunnen bevatten. Bij een diameter van 45 cm betekent dit

6

een minimum hoogte van 0.228

=

1,44 m.

0,785 x 0,202

In het sohema is de hoogte 1,50 m.

Zowel benzeen als zwavelzuur worden met tandwiel pompjes met een diameter van 10 cm onder in de mixer gebraoht. De mixer bevat behalve 4 paar roerbladen ook 4 metalen ringen daaromheen. Dit bevordert het

turbuleren. Het materiaal van de mixer is roestvrij staal met 13

%

ohroom.

De wanddikte is 3 mmo Voor het geval er opstoppingen ontstaan moet er voor

1

de tandwielpompen een omloopleiding aangebracht worden.

Uit de mixer komt de emulsie in een separator, waar 5 minuten voldoende zijn om de benzeen van de zwavelzuur te soheiden. Onderin de separator wordt een zeker zv~velzuurpeil met een vlotter in stand gehouden. Mini

-mum moet de separator dus 1370

=

114 1 kunnen bevatten. Bij een diameter 12

van 0,40 m, betekent dit een minimum hoogte van 0,114 • 0,9 m.

0,785 x 0,16

De genomen hoogte is 1 m (veor het vloeistofslot)

Bij deze zwavelzuurbehandeling gaat.±. 0,5 76 benzeen verloren (door thio-pheen-verlies en oplosbaarheid in zwavelzuur). Er blijft dus over 602 kg benzeen of 602

= 685

1. De benzeen loopt zonder een pompinstallatie

, 0,88

over in een wachttank, die eventuele kleine reparaties en de t1uétuaties "",.".. __ ~,,,,,,,...,.4'''''~~''~'

.",,,.'

moet opvangen van de hieropVolgende centrifugaalpomp. De inhoud van de

wachttank is 300 1. Wordt de vloeistofstand in het midden gehouden, dan

is een oponthoud van.±. 15 minuten voor beide kanten mogelijk.

In de hieropvogende mixer moeten het in het benzeen opgeloste

?

zwavelzuur en de gevormde sulfonzuren geneutraliseerd worden. Dit gebeurt

f

---

_

... met een gelijk volume 2

%

sodaoplossing bij l50oC. Aangezien en sod!, en

lit.12 _.ç • J. I' tril

o

J

ti ,,;. ':

~

. d .. centrifugaalpompen van

}'9.,."...1 ~ ~

1.Y

t:r"'~

Î de twee vloeistoffen gaat beter door het kleinere verschil in s. g.

~1.r~ .tb- '

~,t .• ,~

benzeen dan dampvormig zijn, moet de druk van beiden met behulp van 2

9

-De mixer is toch veel groter dan de eerste mixer genomen voor de

verwar-ming, die met de dowtherm van de reactor gebeurt. In plaats van metalen

rin~en wordt nu de turbulentie verbetert door 5 eenheden van

verwarmings-buizen, die in serie geschakeld zijn. De d~~herm gaat er bij 2350C in

en komt er bij l650C uit. Het aantal kilocaloriëen, die aan de oplossing

toegevoegd moeten worden om van 250C tot 1500C verwarmd te worden, zijn:

(602 x 0,482 + 685 x

1)

x 125

=

122000 kcal.

De hoeveelheid Dowtherm, die hiervoor nodig is, is 122000 a 305 kg.

0,400

T = 140-·- -:-8 5 .. 110

log 2 310g 1~0

, 85

Als U (vloeistof - Vloeistof) wordt genaun 1200 kcal!

rrf

Ix

uur

x

oe.

~

=

U x 0 x T_10g

122cro.. 1200 x x x 110

x = 0,925 m2

Het verwarmend deel in de vloeistof moet een lengte hebben bij een

half-duimse buis van 3,14 x 0,0127 x x

=

0,925

x

=

23 m.

Per eenheid is dat

4p

meter buis.

De inhoud van deze mimer bij 55 cm diameter is 0,785 x 0,583 x 2 .. 475 1.

De verblijftijd van de vloeistof is daar dus

±

20 minuten.

De snelheid van sodatoevoeu.en wordt gecontroleerd met een rotameter.

De soàa wordt discontinu in twee vaten gemaakt.

Tenslotte bij deze mixer nog een opmerking over de Dowtherm.

°

Zij kan regelrecht met een temperatuurvervll van 5 C uit de reaotor

aangevoerd worden. Niet alle Dowtherm hiervan moet gebruikt worden.

De

rest kan gebruikt worden voor de reboilers van de destillatiekolommen

°

tot een Dowthermtemperatuur van ± 185 C. Er moet eohter nog een gedeelte

van bewaard worden omdat de eindtemperatuur ervan uit de mixer l50C ligt

\I~" de ODWt:-~e.V-W\

onder de begintemperatuunGVan de reactor, en deze moet dus l50C opgewarmd

\

10

-dan steeds dikker worden en dit niet bevordelijk is voor de turbulentie.

Zoals later blijlct moet hiernaast nog een tweede Dowthermsysteem aangelegd

wcr-dèn. Ni;e soàam.ixer moet de druk gereduceerd worden tot 1 atm. met behulp

~

van een ~n en een regelapperatuur die de druk voor de kraan op 10 atm.

houdt en erna op 1 atm. Door de expansie zal er vloeistof verdampen.

De caloriëen hiervoor worden gehaald uit een temperatuurdaling van de

vloei-stof tot het mengkookpunt. stel dat dit kookpunt 900C is, dat het theoretisch

beslist niet is, dan kamen er globaal:

(602 X 0,482 + 685 X 1) x 60 a 58.000 ~al vrij.

De verdam.pings·warmte van water is 551 cal/gr. en van benzeen 94,14 cal/ gr.

Neem nu aan dat er evenveel van beiden verdampt, wat beslist ook niet "i'laar

~o 'jo

is, dan verdampt er 58.000 x ~

= tso

kg. Deze ~ kg worden in een condensor

0,645

gecondenseerd. De flashkam.er heeft een inhoud van ± 125 1. Onderin wordt

weer een vloeistofpeil met een vlotter in stand gehouden. Deze vloeistof

1'\

stroomt ~QQr een tweede separator die lager staat. Ook de gecondenseerde

damp kamt in deze separator terecht. De condensor wordt met water gekoeld.

Het water kamt er met 250C in en gaat er uit met 750C.

T a 65 - 15 • 34,2

log 2,3 log

&[

Als U wordt hier weer 1200 kcal15 /~ x uur x 6 C

Het oppervlak is dan 58.00C

=

34 x 1200 x x

x :& 1,42

rrf

B ij een ha1fliuimse buis geert dit een lengte van

3,14 x 0,0127 x x

=

1,42

x .. 35,6 m.

De condensor heeft bij een lengte van 65 cm(sing1e pass) 55 buizen en is

15 cm dik.

De sodaseparator moet groter zijn dan de eerste separator, daar het

s.g. minder scheelt. Stel dat 1C min. genoeg zijn, dan moet de minimum

-11-x

=

0,230

=

1,45 m

0,785 x 0,41Y1

Aangezien er weer een vloeistofslot is en er C~ boven uit moet ontwijken, .... 0

""'-is de lengte 1,70 m ge~en.

Er is ongeveer 0,3 ';0 benzeen in de sOdaoplossing opgelost, zodat er 600 kg benzeen overblijft. In de benzeen is ±0,300

%

water opgelost. Aangezien er later iets water moet toegevoegd worden om het watergehalte

'Ko..t u.,\ys,e..+ or

van de separato! op peil te hcuden, wordt dit niet verwijderd, daar mede deze benaeen verdund wordt met recycle benzeen.

Van het begin van het sohema af tot en met de tweede separator moet roestvrij staal met 13

% chroom

gebruikt worden. Alle andere apparaten van de oumeenfabrioage zijn gemaakt van oonstruot&èstaal.

Na de tweede separator wordt de verse benzeen verenigd met de recycle benzeen, 2960 kg en worden zij met een centrifugaalpomp op 27 atm. gebracht

",I.

en dan gevoerd onder een mengketel. Ook onder in de mengketel wordt het propa-gas geleid., dat met een membraamoompressor op 27 atm. is gebracht. Deze oom-pressor heeft het voordeel dat het gas niet door smeeroliedeeltjes

veront-reinigd wordt. De mengketel bezit twee roerelementen en heeft een inhoud van

0,785 x I x 1,1

=

0,870 m3 • Hieruit wordt het mengsel door een

warmtew4.sse-laar geleid, waarin condenserende gassen uit de reaotor hun warmte afgeven. Het benzeen-propeen mengsel wordt met ±600C ingevoerd en wordt met ± l450C

gedeeltelijk verdampt afgevoerd, terwijl de reaotorproducten er met 2550₀

inkomen en er met 1600_{0 afgevoerd worden.}

Uit de reactor komt in de wisselaar globaal 280

=

6,37 kgmol propaan,

44 _o

~

=

38 kgmol benzeen en ~

=

7,7 kgmol ruw cumeen. Bij 160 0 en 27 atm.

78 120

is de dampspanning van benzeen 6,8 atm., van cumeen 1,6 atm., terwijl de rest ingenomen wordt door propaan, d.w.z. 18,6 atm. In de damp zit dus ~x 6,37 •

18,6

2,33 kgmol benzeen en ...l...§. x 6,37 = 0,55 kgmol cumeen.

18,6

In de vloeistof zit dan 38 - 2,33

=

35,77 kgmol benzeen en 7,7 - 0,55 • 7,15 kgool cumeen of 2790 kg benzeen en 858 kg cumeen.

Bij het condenseren van deze hoeveelheden komt vrij 2790 x 94,14 + 858 x 74,6

=

327000 kcal, terwijl het gas bij 950 temperatuurverlaging

12

-2330 x 5 x 95 + 550 x 5 x 95

=

1365 kcal. geeft.

o

Het is echter zo, hoe meer de temperatuur zakt tot 160 C, hoe meer vloei-stof er komt. Aangezien vloeivloei-stof en gas verschillende soo,rtelijke warmtes bezitten is het moeilijk te zeggen hoeveel caloriëen er vrijkomen uit de vloiistof bij temperatuurdaling en hoeveel uit het gas dat later toch nog

oondenseert. Daarom neem ik aan, dat de helft van de gecondenseerde damp

als vloeistof 950_{C in temperatuur daalt en de andere helft als damp.}

Als s.w. van cumeen en benzeen te samen neem ik aan 0,500 oal gr.

Uit de vloeistof komt dan nog 3650 x 0,5 x 95

=

87700 kcal.

2

en uit de damp 35,77 + 7,15 x 5 x 95

=

10215 koa1.

2

Totaal komen dus vrij 327000 + 1365 + 87700 + 10215

=

426280 kcal. Het oppervlak van de wisselaar moet da.n zijn 426280

=

1200 x 105 x 0

Tlog • l10-l00

=

105 2,3log

lJ&.

100

Voor een halfduimse pijp m~et de lengte dan zijn 3,14 x 0,0127 x 1

=

3,4 1 • 85 m.

Als de lengte van de wisselaar 54 om is, dan is de dikteervan26 cm en bevat

hij 159 buizen.

Tot zover loopt mijn deel van het schema. Ik moet echter goed berekenen de laatste desti11atiekolom waar cumeen van diisopropylbenzeen gesoheiden wordt. Daarom zal ik in het kort de loop van de grondstoffen tot deze kolom vermelden.

Na de warmtewisselaar gaat de gedeeltelijk verdrunpte benzeen naar een totale verdrumper, die het geheel op 2550C brengt. Deze moet ook met Dowtherm

verwarmd worden. Dan gaan de gassen door de reaotor en kamen via de

warmte-wisselaar in een flas~amer, waar de druk tot 12 atm. gereduoeerd wordt.

Dan wordt het propaan afgedestilleerd en via een tweede flashkamer (reduotie

tot 1 atm.) gaat het naar een tweede destillatiekolom, waar de benzeen wordt afgedestilleerd. Tenslotte wordt het oumeen nog van het diisopropylbenzeen

afgedestilleerd.

,

lit.10

,

_..

- 13

-Er valt nog op te merken, dat er twee reactoren zijn, waardoor er om de 1,5 maand van katalysator gewisseld kan worden.

~

De

Destillatiekolgm cumeen-diisopropylben;een.

Om

deze kolom te kunnen berekenen, is het noodzakelijk de gastak en de vloeistoftak in de T-x figuur tussen beide volkomen mengbare componenten

te kennen. Be gegevens hiervoor haalt men uit de dampspanningen bij diverse temperaturen. x = P- Pd en y ::r Pc A jlÇ (wet van Raoult).

Po - Pd P

waarin x is de moleculaire ±'ract ie van de meest vluchtige oomponent

'n

_de vloeistof en y de molecule fract ie van de meest vluchtige component in het

Pd • dampspanning van diisoprOPYlb.nz.~

Pc

₌

" "cumeen.

'

/1

J/

°c

mm Hg _nrn~g ; TemEI Pc ~ y 202 2317 760

°

°

196,5 2H3 697 0,045 0,125 192 1905 624 0,16 0,40 181 1500 426 0,31 0,61 171 1191 343 0,49 0,77 162 948 254 0,73 0,91 152 760 188 1 1

De x als abscis en de y als ordinaat uitgezet geeft de evenwichtscurve uit het Mc Cabe - Thiele diagram.

OT-R [_ ....

io

....

d.h·~·,.Alvorens dit diagram te kunnen uitzetten

r'

>

I

,.,

I om het aantal sohotels te bepalen moet

~

---'-+--'--i V ~'l 0 1'--< ----.. - .. l>-=~:

_. -

:j

_ 1

F

~

i

-_···

.>

--·t-

I

het aantal moleculen reflux

----

_... R berekend

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

worden.

Volgens lito 10 sectie 9 kan de minimum

gas •

W

i

=-

.

I

-=t.- ' - ' - - " ' - ; 7 "

"1

reflux verhouding als volgt berekend worden.

L.. ... _ .. ,~_

Eerst enige verklaringen van afkortingen.

,

v

L~~ + l)a theoretische aantal gramme vloeistof, die van schotel n + 1 op \~ schotel n valt per tijdseenheid.

Vn ::I grammol. damp gaande van schotel n tot schotel n + 1 per tijdseenheid.

i

0<

-'

•

11

,

1--' - - ! - - - --1--~-1~-· , , J ! -,

~L __ ."'_i__-_.:..--...lt--...j!---+__;_...;-_,__l___.-_+_-...;~ro_..~-'-___!I

,

i -

l

--+---r--

.---~:

---1--'----+----i --- -

!

!

·.i "L t--~~--t Î

15

-rethische schotels te halen. Neam een schotelrendament van 60

%

aan, dan

berekent men het werkelijk aantal schotels. Begin vanuit punt 0,99 van de

diagonaal horizontaal tot de evenwichtscurve en van daar verticaal tot de

werklijn enz. lijnen te trekken tot punt 0,005 van de diagonaal.

Elke verticale lijn stelt dan een schotel voor. Diagram! is het onderste

deel van a en c het bovenste. Hieruit volgen theoretisch i schotels boven

-

rJM

de voedings~ en 9 er onder. In de practijk kamt dit overeen met 3 er boven en 13 er ond

_{.... -}

er

_-

_....

•

_{" ...}

_:j

('

. "'

2

ijn de schotels 30,5 cm van elkaar, dan is de minimum hoogte van de

kolom 4,90 cm, hetgeen in de practijk een hoogte van ± 600 cm zal zijn.

De diameter van de kolom haalt men uit de gassnelheid.

u

=

Kv

&. -

\h

P2

f1

= de dichtheid van het vloeibare deel

f'2

=

de dichtheid van het gasvormige deel

U :r snelheid

Kv

a een constante

=

soortelijk gewicht x 62,4

=

gemidd. M.G.

x

492 ( OoC

invoertemp.x 359

; 62,4 is amzettingsfaotor van 1 g cc in 1 POund

f't;3

l

°

~2

359

=

492 overgebracht van graden Kelvin .n

F.)

is het volume in f't3, wat 1 pound molecule aan gas inneemt.

~ 1 = 0,73 x 62, A • 133

x

492

=

0,236 359 x 771 .: u

=

0,10

~

45,5 -

~6 =

1,367 f't Jsee 0,236 of 11,5 cm/sec.

De hoeveelheid damp die per uur door de kolom opstijgt is :

V_n

=

R + D

=

329 + 800 = 1129 kg demp of ~

=

9400 gr.mol.

120

Bij de kolomamstandigheden is dit

:3 ~

9400 x 22,4 x 428 = 330000 dm of 330 m'·.

2n

~~l

Het oppervlak van de kol an is dan ...-.._3-.3-.0 ... ' 0:---:---

=

0,-5>t

nf'

3600 x 0,415

1Tr2

=

0,221

r • 0,266

16

-Tenslotte moet nog de warmte berekend worden, die onderin de kolom ingevoerd wordt.

/

De voeding wordt op kooktemperatuur ingevoerd. Uit de totale warmtebalans volgt

F

=

\1 + D en H_D

=

hd + verdampingswarmte r

~

=~

+ Rr

~

+ D r

~

W

-~

-

)l'!d

-~

~

=

(R + D) r

De verdampingswarmte van cumeen is 74,6 cal g

~

=

(329000 + 800COO) x 74,6

=

84300000 cal g.

') ?

Deze warmte mag alleen zo berel:encl I'/orde;1, als men vûreeY"voucligin[!ep toepast nl.

1) De voelbare warmteveranderingen zijn te verwaarlozen tegenover de latente warmte

2) De moleculaire latente warmte van alle componenten is gelijk De mengwarmte wordt vermrarloostf

Warmte-verliezen uit de toren worden verwaarloosd.

5) De kolcmternperatuur over de hele hoogte is gelijk.