Fabrieksschema bereiding van synthetisch alcohol

,

J

-~ \

j'

..: '

SOHEIIlJNl)IG LABORA'roRIUM DER ~ECHNISCBE HOGESCHOOL

FABRmKSSCHEMà

BEREIDING VAN SYNTHETISCHE -AIDOHOL

.

h_..._'J..-.

Ó

~

.

\

\

.\ . G. M. JJI. H>UBEN., , ~. ~ .... -.:.... .. ... ~ --~

- I 1 Bere1d1n.gssehem.a • C l. ~\ ... < = ? '

-\

'-iJ Cl-J~ C. HO

I

~

_;/

/

C

Ä. 1-\ 5

0

\-\

/ C l. Hooi \,. ~ OJt

I De oudste bereidingswijze, reeds 4000 jaar voor Christus door Egyptenaren en Israëltieten toegepast, ging ui.'t van graan-producten en bediende zich van bacteriewrk1n.g. Later _ft ook van melasse en andere suikerhoudende stoffen uitgegaan. Op .d8. manier wordt nog steeds in bet grootste deel van de wereldbe-hoe:tte voorzien.

Voor 1 L. ~ alcohol zijn nodig 2.5 L melasse of J •

.5

L graan 1).

II Ohlorering van aetbaan, gevolgd door omzetting met loog is een mogelijkheid, die niet economisch is en daarom niet tech-nisch wordt toegepast.

III De omzetting van acetyl.rn via aeeta1deh3de, die tijdens de oorlog 1914-1918 _1 gebruikt werd, wordt evenmin toegepast. Tegenwoordig is het economischer acetalde~e uit alcohol te maken 2).

IV De directe hydratatie van aetheen werd in 1850 reeds door Hennel als mogel,jjk ontdekt en dof>r Berthe10t uitgevoerd

J).

C2~ +

Ha

O :4s .,. CaH50H + 18 col, is een evenwichtsnacti. t

die dus door lage temperatuur, hÓge druk en overmaat ~O naar reAts verschoven i:an worden. De druk mag, indien ia psphase

gewerkt wordt t niet te hoog worden wegens het dan optreden

vam.

condensatie van stoom. Voor een meUe insteUiag van bet even-wicht is bij en zekere minimum-temperatuur een katalysator

P;-wenst.

A) Als katalysator kan op cle eerste plaats zwavelzuur of eea

ander

niet-vluchtig zuur gebruikt worien. We voeren dan het

bet.

mengsel van O~4 + ~O van beneden in tegenstroom met verdund

H2B04

b~ 2000

0 en

25

atm. druk door een torea waarin een soed

cont ct verkregen wordt. Ook kan. het gasmengsel bovenin,

en

t~

....

H2B04

van beneden ingespoten worden (tabel I no

7).

(de druk

dient ook, om de zWWconcentratie in stand te houden). Door

ge-bruik te maken van een grote hoeveelheid zwavelzuur zal de con-centratie van eventueel ontstaan aetbylzwavelzuur zeer klein bl.jjvea, dus ook de vorming van bet nevenprodue1; aether (uit

aethylsulfaat en alcohol).

Het aetheen dat niet omgezet is wordt steeds gerecircaleerd. (tabel I).

Het nadeel van dit proces is vooral cle sterke

corrosie

bij

d hoge temperatuur en druk en de nood zaak om bet mur D8. een

bepaal.d aantal bedrijfsuren te moeten conoentreren. Ofsohoon het.

toiJale rendement zeker n1sch niet toegepast.

~ bedraagt, wordt deze _thocle tech'"

B) Veel voordelen boven voorgaande methode bezit de toepassiaS van een vaste katalysator. Hierbjj vervallen de kosten voor Z\UU1

en zuurconcentratie en bet grote nadeel van de eorrosie. De in-vesteringskosten worden daardoor ste7k verlaagd. Een extra voor-deel is ook , dat ontstaan van aether geheel vermeden kan worden door de verhouding 02H4 / H₂0 •

+

tot

1',

te ne_n. (tabel II

no's

5,

10, 11)

Ook hier wordt 02HJt, gerecirculeerd. Het reactiemeagsel wordt bovenin de toren met katalysator gespoten. Bij de

toepas-~ -'.! toepas-~._-'

sing van hoge drukken is niet zeker of de reactie in gas- dan _1 in vloeistofphase gesohiedt ("we). Hoewel sedert 1928 op dit

gebied tal van paten'ben verschenen

zijn,

is men met de productie

nog slechts tot semi-technische schaal gevorderd. (tabel II no

9

en

10).

Wel is de industrieële toepassing voor

hQsare

alcoholen

03

en

04) op deze _nier reeds een f it. (tabel II-no 10).

V. De meest verbreide methode ter bereiding van synthetisohe

alcolwl is de absorptie van aetheen in gecóncen'treerd zwavelzuur.

gevolgd door hydrolyse

met

behulp

van

water. D

ze

thode

1s

se-dert 1922 ontwikkeld. Ook wordt _1 eens gehydrebyseerd met

be-hulp van. aDIIlonia t waarbij ammoniumsulfaat als bijproduct oatstaat

en zuurconcentratie wordt veraeden. 4)

Boewel 80% zwavelzuur aanzienlijk goedkoper is dan 9~ moet

dit laatste tech gebruikt worden om een redelijk snelle reactie

te

verkrijgen. Absorptie in _{een mangsel van HaS04 en 02U,BS04}

gaat beter 4). ToevoegLng van

l~ Ag~4

of

4~

_OUS04 leldt de

absorptie sneller in. Een contacttijd van meer dan 4 uur heeft

vorming van veel diaethylsulfaat tengevolge.

Het be ,waar van deze methode is het optreden van sterke

corrosie, de noodzaak om het zuur te concentreren. en het

ent-staan van aether als bijproduct. Des ondanks-was de prijs in

1944

-veel lager 4&n die van fermentatie-alcohol.

Hogere olefinen (03 en 04) worden reeds geed paDsomeerd 1a ao,& HaS04.5 en 6) liet -9~ zuur beginnen zij te po~erise"a

en trèedt gedeelteljjke verkoling op. Het gebruikte pSJD811gsel .

~

moetvvr.ij zijn van hogere olefinen, ef deze moeten uit het

ga_ag-sel met S~ zuur - waarin reeds 02H4 geabsorbeerd is - verwjjàerd

worden. (tabel III no 4)

VI Aangezien bij -de absorptie in sterk zwavelzuur steeds d1aet~"l ..

sulfaat sevormd wordt en dit bij d hydrolyse aanleiding leeft tot

I , I /

y

,"

Jo~

I 11 .... 1. ~ .... • 1 •. 2 10 .r ..• ·

~

14

lr~

-1

i

r

~2 I \ ' / - i , I ( I 'f ____ ~-__ ~--- ~--- t',.cul\>~\:~.i.lI'J

~t:.oom BEREiDiNG VAN SYNTHETiSCHE

'Zw .. ."I'J;.uUY

AUGUSTUS ~e_

4

het gevormde aether weer in &1c01:lol omzetten

7

en

9).

Ook kan

men aether (ook in grotere percentages) als nevenproduct b rei-den 10), of alle ester in diaethylsulfaat omzettenl1 ), waarbij door hydrolyse aethervr.ije ~cohol ontstaat.

Voor de bereiding van diaetbylsulfaat wordt 98-l~ HaS04

gebruikt en .en _{grote ove1'maat C2H4} ten opzichte van JIaS04. Er wordt dan 1.8 mol. C2H4 per mol. zuur geabsorbeerd. Nu wordt in

vaeu~m gedestilleerd bij zo laag m08$lijke temperatuur (750

0).

Het evenwicht verschuift hierbjj naar rechts:

Het zuur, dat niet overdestiUeert, wordt na enkele _len

gebruikt te zijn - om het van slib te ZQ1veren - tooh aan h1örolyae onderworpen. Hierbij ontstaat dan aether als nevenproduot,

waar-door het. principe van de. athode: ve1"lll.ijding van bjjproduc'Ven -zoals in bet patent aangegeven - dus niet opgaat.

VII Als voordeel boven vloeibare esters,wordt de vluChtigheid van de acetylester, die bij 6

1

15 atm. en 100° 0 uit 0aB4 +

OB,COOH ontstaat, genoemd.

Toepassing van katalysatoren is ook mogelijk. Bij bydrolWse

ontstaat een ternair stelsel van ester (60.1_>-alcohol (12.4~)­

water (27.~), dat apart gescheiden moet worden en ten dele gere-circuleerd.·Het zuur dat niet overdestilleert hoeft slechts

weinig geconcentreerd te worden 12).

Een toepassing van deze methode, noch cijfermateriaal, werd

gevonden.

Oonclusie.

De eenvoudigste en goedkoopste alcohol bereiding lijkt de directe hydratatie met behulp van vaste katalysatoren. Gezien het ontbreken van technische toepassingen\zal de wellicht iets duur-dere absorptie methode gebruikt worden.

U'\ Tabel I

Bi304

Druk· 'emperat. Omzetting Reactietijd

. in

,

- ~il1 in in h atm.. 00

,

see-•

..

"

1)

Russ.Pat.

38.14'

t~ Vansherdt .1 • .1.

0.5-3

10

200 Kaganova E.M.

-

-2)

O.A. 2Q.

1358,

_'36

2.1

-

-

-

-3)

C.A..

lQ.

6322 ,

'36

70

-

lSO

2

pp

-4)

U.S.P.

2.045.842,

_'36

Dreyfus H.

2-10

25

200

-

25

sec.

S) U.S.P.

2.050.442,

_'36

~etzger

F.J.

60-'70

?

250

-

-6) J .Oh.Soc.Jap.

22.,

1400 '42 Itakura. T.

_54-

1 114- 24 pp

-7)

U.S.P. 2.296.696

'43

BabcoCk D.P. 20

35-200

150-300

?àl6

pp

25

min.

8)

Oan.Ch.Proc.lnd.

&'

1004,

'4?

Artes R.S.

8-15

10-'70

100-300

90

-,

Tabel II

Katalysator

Druk

Temperat.

.

Reactietijd

Omzetting

-

in

in

in

in

atm.

00

sec.

•

,

1) Br.Pat. 378.764 '32

Bent F.A.

ZnS0

₄

210 ₃₀₀ 20 20

2)

_{Br.Pat. 378.865 '32}

Horsley

"

G.P.

Bfosfaat

100

₂₉₀

60

--3) U.S.P. 2.020.674

'36

Dreyfus H.

Na meta-

20-50

150-350

-

-fosfaat

4)

_{U.S.P. 2.051.046 '37 Hors1ey G.P. Od+Ba meta-}

100

290

6

95 (3.9 pp)

fosfaat

5) U.S.P. 2.075.203 '37 Joshua W.P.

Ba+Bmeta-

40

290

-

-e.a.

fosfaat

6)

C •

.A..

,a,

8544 ,

6

_'37

_CuBP04

---

---

--

--7)

J

.Soc.Ch.lnd.

22"

279, • 37 Appleby

M.P.e.a.

Ca'metafos-

-

--

--

--faat

8) I.E.Oh.

g<l,

19, '37

B1iss R.H.

W0

3

U

1

/ 4

379

1200

6.7 pp.

e.a.

9)

FIAT 2!l3

'45

_W20

₅

+Zno 300 300

-

--10) FIAT 968

'46 \f02+

ZnO

3000

300

-

8-10 pp.

11) Can.Oh.Proc.Ind.

21,

1004, '47

Aries R.S.

_.A.12O"

20-100

200-290

60 6 pp.

,

Mel III

;

HaS04

AsaOO4

Druk in Temp. Omzetting

0

-

•

-atm. in O. ia

•

1) Refiner 12,

_-

70,

t"

Gen. V. e.a. 95 1

--

--

--2)

Obim. et Ind.

22.,

1022,

_'36

Furst e.s R.

95

--

-

60

-3) Belg.P. 4'7.920

'40 Hol.ding S.J..

92

--

I

-

-4)

Br.P.

56'.885

'44 Groombridge W.B.,Page R.

₉₅

1 _<

~5

80

--5)

U.S.P.

2 • .365.264

'44 Groombridge W.H., Page R.

₉₅

1

-

80

--6)

U.S.P.

_{2.428.119 '47}

Ludeman O.G.

97

-

-

50

-7)

Oan.O.Proc.lnd.

2!"

1004,

'47

Aries

R.S.

>

90 1

<

₂₅

80 00

Ae~heen-bereiding.

Aetheen wordt in hoofdzaak ve~gen uit. Kool

Petroleum, vloeistof kralting Petroleum, gaspbase ltraking

2 - 4 '

6 - 14'.

20 -

'Zl

'

'/i

Het aetheen kan van hogere olefinen bevrijd worden door: a) absorptie in alcohol;

b) absorptie van hogere olefinen in 6~ zwavelzuur of gedurende, minuten bij 60° C in 95% ig.

of volgeDie op compressie tot 200 atm.;

c) absorptie met een aardolieproduct bij

5

à

10 atm.; d) vloei bare scheiding van de C

_a

H4 - 02Bs fractie; e) adsorptie aan !tool.

In het algemeen is methode e) b ;ter dan b) 1')

E n nieuwste vinding die adsorptie in contiau proces

moge-liJ"k

. a h 14), stelt deze methode in een nieuw daglicht ell zal daarom worden toegepast.

Fabricage-schema.

1) Met behulp van een Hypersorber 14-16) - die we liever gas-adsarptiekolom zullen noemen - kan practisch uit elk gaamengsel aetheen van concentratie 's lager dan ~ tot ver bc:wen de

~~--- - ~- - - .

!

In de kolom beweegt zich laJ:lg"Zaam actieve koo I van bev D.

naar beneden, die door een zijbuis weer Daar boven wordt geblazen

en daar gekoeld wordt. De snelheid van beweging naar beneaea .orit

geregeld met een soort zeef onder in de kolom. Het inlaatgas .

bestaaade uit

Ha.

OH.q.' O~. O~4' 03~ etc. wordt ongeveer op

v-ee-derde van de hoogte ingevoerd. De sassen die geadsorbeerd WG~

den

bewepn

zich met de kool naar beneden t de and re

(Ha

en OB4 )

gaan Daar boven.

Om gassen

-s

te voel!'8D. uit de kolom zijn af'voertrappen

gecoll-s'trueerd, bestaande uiteen plaat waarooder·regelmatig verdeeld

-korte buisjes zijn bevestigd. D.oor deze buisjes zakt de kool naar

bened n. Daar de totale doorsnede dier buisjes veel kleiner is

dan de doórsnede van de kolom, zal {glS dat zich naar boven

beweegt voor het grootste deel beneden tegen de plaat naast de bui

-~es terecht komen en van daar worden afgevoerd. Zo wordt bijna al

het

opstijgende

B2

+ OB.q. onder de koeler afgevoerd, en

bet

kleine

restant, grotendeels uit ~ bestaande, erboven. De invoer

ge-schiedt ook door zO 'n trap. In de lagere 10118 vaD. 1100 0 wordt

02H4 selectief gedesorbeerd en kan zo door'de , . trap worden

afge-voerd.

0,

en hOi re verbindingen worden in de z8ne van 260° 0

•

.

,

10

Door gedeeltelijK sluiten van de afvoer kan een deel van

het

door de trap stromende gas als reflux dienst doen. Het O,~ zal

.... ~ . -~ .

zo het minder sterk geadsorbeerde 02H4 van de kool verdriqen. en in geadsorbeerde toestand weer mee naar beneden gaan. Het proces

kan dus wel enigszins veriBleken worden met een gefractioneerde destillatie of absorptie.

Verlies aan kool (door stof-aftoer) kan uit een voorraadtank (links) worden aangevuld. Regeneràtie van stoom is meestal D.i8"

nodig.

2) Na afscheiding van stof en _ter wordt l1et C₂H₄,

waarin nog

wat 00 en C

2H6 aanwezig is, in een ~shouder bewaard.

,) In de absorptiekolom worden ongeveer 0.8 mol 0iH4 per mol ~4 opgenomen. Daar dit langzaam geschiedt, wordt voor langdurig

QV.

contaot een lange kolom en een goede pakking gebruikt. Koeling, in verband met absorptiewarmte , beneden &Jo 0 zal slechts bij

warm

w r nodig zijn.

Eventueel aanwezige _{CO, 002 ,} 02~ en O~, die ni t g absor-beerd worden, wrden na wassen bovenUit verwijcterd.

02~ + ~S04

2 C~4 + ~4

--~~ _{02H; HS04}

-_.~,!!:- _{(Cil5)2 804}

Naast mon2..alkylzwavelzuur ontstaat eeD. kl ine hoeveelheid dialkylsulfaat.

Indien de afgevoerde vloeistof

nog

te veel vrij zuur bevat,

,

kan

het

weer in circulatie worden gebracht. 4) Bij hydrolyse Jtrjjgen we:

02~ HS04 (C2H

₅

)2 804 (02H;)2 804 --;>-~ 0il,OH +

Ba

S04 -~~ C~50H + è~5 _HS04 --~.... (C2H5)2 0 +0 Haà'>4

Om aetbervorming zoveel moge]jjk tegen te

e;aan,

wordt niet zoals alsemeen gebruikelijk C2H5 BS0_{4 met koud Ba0} i8mengd en

11

kokend ~ter een deel C~5 _BS04 ~sproe1d. De gevormde alcohol

verdampt nu sneller. Het percentage aether kan

zo

van.

3.9

1;ot

2.~

gereduceerd worden 17).

5) Het zwavelzuur, dat...Ba wordt overgevoerd, wordt in een kleine

kolom afgescheiden.

6) Het mengsel van alcohol, water en aether, dat nog een kleae

lloeveelheid %'UIltkan bevatten, wordt met loog en weinig water

ge-wass n. Stoom wordt hierbij ingeleid om verlies

aan

alcobol in het

waswater te voorkomen.

?) In een tank met terugvloEri.koe Ier word t de ruwe alcohol

be-waard.

8) Na voorverwarmd te • wordt de aether (met ~ H₂0) , er door

destillatie van gescheiden. Verlies aan alcohol met de aether

wordt

door wassen voorkomen.

9)

De alcohol

kan

nu door gefractioneerd destillatie als

95-96% product verkregen worden, vrjj van aether en andere

bijm.eng-seIs.

10) Eventueel na denatureren wordt de alcohol d~, evenals de

aetber, naar op slagtanks gepompt.'

li) Het zwavelzuur dat als

40%

zuur uit kolom 5) verwijderd

wem.

moet geconcentreerd worden, een gedaite kan steeds verv,er6t

wor-den (zie inleiding). Door koken wordt direct een 70%-ige oplossins

ve~~n, waarbij de ontwikkelde stoom voor kolom 5) voldoeaà 1s.

Een eventuele filtratie kan nu ingelast worden.

Door koken bij 110 mm kwikdruk kan be-t zuur tot 85% geconcentree:ro

worden, gevolgd door koken bij 20 mm

tot

9'-'.

12) Het vacuwn wordt verkregen door een barom&trische valbuis,

eventueel met stoominjectie.

13) Het zuur wordt na koeling tot

45

0 0 weer in circulatie

12

14) De grote hoeveelheden water, benodigd voor de valcondensor , ~uur- en ruwe alcohol koeling, wordt door zelfverdamp1ng gekoeld m.b.v. een klein valbuis-systeem, en weer in circulatie gebracht, aangevuld met weinig vers water.

. "

15) Voor verwarming van de zuurbaden, het hydrolyse_ter en heit

onderstuk van de adsorptiek010m wordt dowthermdamp (diphenyl +

diphenyloxyde) sebruikt. Voor de zOne

van

1100 0 in de adsorptie-kolom kan de dowtherm vloeistof gebruikt worden.

(Voor flowsheets zie 1), 18) tot 21).

Berekening van Alcohol-destillatie22 ) 2~).

t

:

Om de berekeningen uniform uitte voeren, ftkeen

we

onder A

en

B ste ds in mol percentages.

95

g. alcohol •

2.065

g.mol.

5

g. water . • 0.278 g.mol.

2.343

g.mol.

95

gewichts ~ alcohol is dus 88.6 mol

%.

Voor O.Oa maakt dit geen verscb.1l.

x en y Gulden in het vervolg steeds op bet ~ alcohol, en wel x

voor vloeistof en y voor damp.

l.

heeft betrekking op de voeding, 2, op bet destillatie product,

.• op het residu

_....

en R op cle reflux.

'

--•

Uitgaande van een

50%

alcoholische oplossing bij

70° 0

asen we een product van 88.6 ~ minimaal, en in de afvoer maxi_al

0.01

~.

We bepalen nu:

A) volgens McCabe - ~ele:

1) het min1DB.l.e aantal schotels; 2) de minimale reflux;

3) de q- en de werklijnen,

en

hieruit het. theoretische aantal schotels;

4) de benodigde hoeveelheid stoom om 10 L. alcohol per minuut te destilleren.

B) volgens Fen.ske:

het minimale aantal schotels. 0) volgens Ponchon - Savarit:

1) het minimale aantal schotels; 2) de minimale reflux;

3) het theoretische aantal schotels en de voedingsschotel. D) de afmetingen van de kolom.

-1) a) In fig.

1.

is de evenwichtscurve water - alcohol uitgezet, de beidè uiteinden op vergrote schaal. Het benedeaste einde kan

ook lag ..

r;

~

~~raen

uitgezet, doch dit 1s niet D.oodzakelijk, daar d evenwichts]jjn hier als een rechte beschouwd kan worden. Het

SDij-punt met de lijn Je -= Y ligt bij

89.5

% (-

95.57

gew.l.chts _ alcohol

met een kookpuD.t van

78.1,0

0).

Bij marl_le reflux kr.ijgen. we een miDi maal aantal sehotels.

We volgen de methode van McOabe-Thiele en begilU1en van. bene-den af. We zien nu, dat een verschil Van 0.1 ef 0.01 _ alcohol ia de afvoer slechts '6n schotel verschil uitmaakt.

Jij toenemend percentage alcohol

(Xn)

stjjgt het aantal platen progressief (fig.2) •. Uit beide figuren) blijkt het mini_le aantal platen

-

24 te bedragen.

2) Wanneer we een alcoholische ~lossing invoeren bij

kookteape-ratuur en

we

wensen bij een miniDlÜ.e reflux een maximaal read ment

aan

%:0'

dan is de kleinste reflux

0.36

n de daarbij behorende

:x:o -

1

.Cf.

%

(in AA' in fig. 1).

,,~, ve ... i,. .. n.,\ """tl.

U1t i-aaklijnen in tig. 1 kurmenVW beide factoren afleiden. Deze zijn in fig.

3

aangegeven.

Voeding van 50 % b]jjkt bier bij een ti van 0.46 een

Xn

van

76.3

~ op te leveren~

Om 88.6

%

alcohol te verkrijgen wordt de reflux versroot.

w.

bepalen in fig. 1 de voor punt D miniuale reflux uit de raaltl.ijn

,---

----14

CD met D aan de evenwiohtsl.:ijn. • Deze heeft een reflux van

1:l..

Deze reflux geldt voor voeding van 2 tot ~t zoals uit

fig. 1 blijkt. Beneden ~ neemt ~e sterk toe, boven ~ snel a:f,

tot bij 88.4% (zie fig.

4).

) a) De mol verdampingswarmte van alcohol

'11

water 1s onge- .

veer 9800 oal/mol.

De warmte-inhoud van

5015

äleol»l-oplossing bij

70°

c ..

53

eal/g en bij

78

0 0 • 62

cal/g.

50

mol ale. 50 mol water

• 2300 g.

.. 900 g.

~OO g.

32

g is dus het gemiddelde mol

gew1~ht. Nu 1s dus q ..

,

?800

+9~-53) 32

of q ..

1.029.

De verge1ijld.ng van 4e q-lijn: 1'i "q~ ~

Dese wordt vanuit x .. l' ..

50

geoonstrueerd

(flg.5)

b) De reflux stellen 1JI8 op

9.

De 1 e werklijn : ,,'

R

1

l' n+l ..

I+r

:xn

+

I+T

Xn

wordt nu _{1'n+l ..}

_0.9

_x

+

0.0886

Vanuit

Xx> -

YD - 88.6 . , ~ deze geconStrueerd. Het punt waar1n

ze de q-lijD. snijdt wordt met

:zw ..

7. - 0.01 verboJlden en vormt de 2e wrklijn.

c) Voor het bel8-len van het aantal schotels beginnen _ weer

b~neden als ad 1). Op de ~ schotel van be Daden komt dus de

voe-ding. De plaats

van

de schotels

10, 15,

20,

25,

,a

en. ~5 i8 met een 10Saritbmiaohe harp gecontr~leerd. Uit fig.

5

en fig. 2 vin-den we

39 1

40 theoretische schotels.

''''. - -:-~~~~~~~~ . . . 1Jt ... • Aanvulling. Fabrieks-schema Alcohol-bereiding. bij pag. 13: pag. 15: id. : pag. 17: pag. 18: pag. 19: G.Houben.

04) de benodigde hoeveelheid stoom om 10 L. alcohol per minuut af te destilleren.

onder A4) derde regel van beneden wordt: 100

56.4 10.000 .. 17.700 mol/he

laatste regel wordt: + l7J700 (1.029-1)

=

onder 3) derde regel aanvullen: de ref1ux wordt dan 4.2.

beneden:

C4) Voeding van 50 mol

%

alcohol • 72 gewichts

%

(=

~

• 100 zie pag. 14)

F = 100

=

D + W

72

=

0.95 D + 0.0001 W

W .. 28.0 De warmtetoevoer is clus

l2~

. 3620 · 420 .. 42.500 Keal/h Voor 3620 Kcal!Kg - zie pag. 17.

Voor 420 Kg/h - zie pag. 15.

Benodi@de stoom van 1.5 atm. (pag.15) is dus 42

₅

?2

oo •

800 Kg/uur.

Samenvatt ing.

Uitgaande van voeding van 50 mol

%

alcohol

70°0, met een productiehoeveelheid van 420 Kg/h (10 ton;' vinden we om product te krijgen van 88.6 mol

%

alcohol

(95 ge ••

%)

en residu van 0.01 mol

%

alcohol

(0.01 gew.%

Kc. Cabe-Thie la Fenske Ponchon-Savarit

min.aantal schotels min.reflux 24 4.9 11 14 2.8 I Toegepaste reflux voedingsschotel van beneden

aantal theor. schotels I stoomtoevoer Kg/h Stoomtoevoer voor R

=

4.2 40 2000 1040 Kg/h. 4.2

5

~

20 800 800

- - -

-15

4) Wegens economische overwegingen wrd de verd\1D4e alcohol van de melkzuur- en de esterfabri k ia onze kolom gefraotione 1'4

Benodigd zijn voor de:

melkzuurfabriek - 155 K.G. / uur

(95%)

ester.fabriek

totaal

- 220 KeG.

I

uur

(95')

375

K.G. / uur

(95%)

We nemen 12% speling. De opbrengst (D) bedraagt das

420 K.G.

I

uur of 10.000 K.G. / dq.

Wegens de ref1ux-verbouding van negen, worden er dus 10

zoveel K.G. verdampt == 4200 K.G./h - 23.43 " 4200 - lOO.OOOr.--or~

Blo1/'itlr. Verdampingswarmte is 9.8 KcQl/mol.

Stoom

van

1.5 atm.

levert

956.8

B.T.U./1b •

.532

Kcal!X.G.

aan warmte. De kokende oplossing verbruikt dus voor verdampen:

W-

)<" 100.000 KCo.l/uur.

Nu is er nog warmte nodig om de voeding (lf) op kookte mp

ra-.

tuur te

krijgen. J ' . 100 - D+.

_:r

_{xF ~} DXl)

-+

W_xW

50 - -0.886 D + 0.0001 •

W • 43 ... 6 D • 56.4

De voeding is dus

;"?4

100.000 - 171 .000 m01/h.

~otaal is dus nodig, wanneer q. - 1.029:

W

L

100.000 + 1'77.000 (1.029 -

1~

- 2000 K.G. stoom/uur. B

B) Uit de vergel.ijld.ng van Fenske 24) voor een minimaal aantal

x'

x"

platen: 19 (i"") D (x) W

n - log <:)I. gem. ' en de bere1mning van

~

gem

uit

d..

gem.

V

~

di,

en

~

uit çJ.t- -

(~)D(~)D

vinden . . met

xn

-

-

0.886 en

ZW

~

0.99991:

«n.(g:*)(g:~~).1.017

:x:ö -

0.114 , • 0.0001 .. - e\-1.

~.

(8:m1 )

-

(g:~~~~;

) •

8~?,

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

-16

Deze waarde is laag vergeleken bij McOabe-Thiele. Dit is het gevolg van de berekening van de vluchtiSheid als geometrisch

ge-middelde, hetgeen vrij willekeurig geschied is 23 en 24)

o

,

In tegenstelling tot de vorige methode rekalen we nu in

gewiohtspercentages, daar de verdampingswarmte der versohillende moleculen niet dezelfde ls.

Wegens het optreden van een grote mengwarmte en bet asyme-trische verloop hiervan met

Xn

(fig. 6), worden bij de methode van

MOC&be-Thiele, die dit verwaarloeat, vrij grote fouten gemaakt r!).

1) Beginnende bij lage percentages, zien we dat de construc111e-hulplijn voor de isothermen over een kleine lengte als een rechte beschouwd mag worden.

(f

~ j 7- \

De

verhouding der stukken Xl en

yl

in nevenstaande figuur is 1 : 12

We vinden dus:

~ Yn+1

0.01 0.13

0.13 1.69

Wegens de axl.male reflux die in dit geval optreedt, worden de hulplijnen steeds verticaal getrokken.

In de tekening zijn de isothermen gestippeld. Na de

2:.

sohot 1

is verdere oonstructie practisch uitgesloten. Daarom is het ge-deelte van de damplijn en de constructie-hulplijn tussen 90 en

96 •

.

10 ai vergroot weergegeven.

De g1'Oene lijnen geven het aantal schotels aan. We vinden dus minimaal ~ schotels.

2) De minimle reflux moet nu hetzelfde gedrag vertonen als onder A) vermeld. \Ve krijgen dan ook weer een figuur als 4).

0

-I

\/

)

17

In de literatuur staan de volgende gegevens vermeld:

Lit.

:xn

in , x

voor

q

R-o

q

R

mia.

hor.

in _ _gedeelte 26 85

_.

78

--26

₉₅

94.7

610 Kcal /

Ke;-25 95.6 95~6 1100 taal. / Kg. 25

SS.5

8~.1 ~OO Kco.l.

/KS.

25

85.7

76.9

-Uit de grafiek is snel te zien, dat de rood oDderstreepte

gegevens foutief moeten zijn.

De

waarden

610

en

1100 K cQ]. zijn

niet te contraleren door constructie.

610

cal werd daarom als q R min. aangehoUden. Dit leverb

een minimale

reflux van 2.8.

-~) Voor alcohol-water destillatie wordt de reflux meestal

±

1.5 )( de minimale waarde genoaen 26) -PS 138. We nemen 4aarom

voor

q

R 910 KcQl.

De voeding geschiedt met 72 gewichts _ alcohol bJ.'j 700 O.

lI1ervoo1'

vinden we

54-

kool/Kg

(fig~

7 26)

De waarde ~ wordt nu gevonden-uit Bijgaande

figuur.

, ~-i.

3.20

I

dus

<lw •

'!>b 2.. 0 /: ! .1I4}0 f i 'f j 0 / 1Io • , ,'\ /

Aangezien de onderste

»

.

1

niet

.

/

als hulppunt voor de cOI).S'bructie

ge-schikt is,

werden de x -waarden d r eerste platen als

volgt

berekeads

!L

-~+l· i+Clw 7n

De waarde van. Yn werd als ad 1)

of

construc'bief bepaald •

... .

18

___ _

'l~ -- - 'I -.:-

..

,

.

<lw

_Je

.,.

-

qw~~

-

0.01 0.13

tf;g

O.U'

1.4-7

~

'.28

16.'

WrR

l4.~ 61.8

~

56.6

78.9

De

~

is dus de voedingsSChotel.

-

_{De bovenste pool wo%dt nu voor de constructie inieschak ld}

t

tevens wordt vanaf de 10e

plaat

de x-waarde als boven berekeRd

~

(nu met

q R).

Vanaf

de

10

e

'

plaat wordt i.p.v.

de

constructie hulPUin

de

vergrote grafiek gebruikt

(t

10

enz.)

W

e vinden zo 20 theoretische schotels:

, Je _-Y ... " """" """ <:.-"'""""

24-.6

-

16.0

20.1

13.4

~

9

~

~._

'1_L ___ 'l} ___ -

_

3

_

.~

-- q !!.._- -

-

~ }~

---

~

J

'-,Ol.<. !'. I i le;~

16.8

5

10.8

1;.6

8.8

u.o

7.0

8.8

5.;

6.6

5

;.9

4.9

2.7

;.4-

1.6

2.0

0.6

0.7

5

,

';

D) Uit fig.

1:;3 - 135

26) bUjkt dat, indien met een

plaat-hoogte van 40 cm. en een E91ssnelheid van o.SO m/sec. gewrkt

wordt, de effectiviteit van de schotels 0.87 bedraagt.

We krijgen dus 20·

i.~

.

23 schotels. We neme·n Q V , t 'i .

100.000 mOl/uur in dampvorm komt overeen met 2Bi mol/sec. of

6350 Llsee.

De kolom diameter wordt nu

(~)T.2.

lb-l

of

:;.S,

m.

De hoogte wordt 25 )( 0.40 of 10

m.

october

1948.

- - -

-I

1)

III 2)

IV

3)

V ~) V:, 5)

v

:

6) VI 7)

VI

8)

VI

9)

VI 10)

VI

U) VII 12) !Poster A.L. Pascal P. Hernstein B. Mqer Y.

Literatuur.

van de Griendt G.H.

Oi1 Gas J. ~, no

'5,

J:}, 1944-O.A. 2l,

_-

'

5639 ,1927

Ohem.et Ind.

881, 1935

L'Ind.Ohim. ~, '62, 1938

U.S.P.

2.076.213, 1937

BIOS

131,

1946 en CIOS XXV - 6,

1946

Lewis W.K. U.S.P.

2.045.785, 1936

Holding

S.A.

Belg.P.

438.759, 1940

Tollefsen R.C. U.S.P.

2.413.802, 1947

Ludeman O.G. U.S.P.

2.428.119, 1947

Standard A1e.Co.

Br.P.

446.614,

1936

BurCh

R.E.

U.S.P.

2.317.949, 1943

13)

l'ussteig

R.

Ohim. et Ind.

».'

1022,

1936

14)

Bland

W.F.

Petr

.Proc.

2.,

635,

1948

20 15) Berg O. 16) Berg

o.

17) Gmbam R.N.

18)

Aries R.S. Petr.Proc. g"

'00,

1947 Trans.Am.Inst.Oh.Eng. ~,

665, 1947

U.S.P.

2.038.512, 1936

Oan.O.Proe.Ind.

a"

1004, 1947 19) standard A1e.Oo.

20)

Standard 011 00. of

New

Jersey Beamer O.M. \ Petr.Ref1ner ~, 0.0 1, 101,

1944

Ohem.

and

Met .Eng.

8,

0.0 11,

136,

1945

Ohem.Eng.Progres8

!2"

92,

1947

21)

22)

23)

Badger

W.L.,

McCabe

W.L.ttE1ements of Ohem.Eng." N.

Yorlt 1936

Rob1nson O.S.,

Gilliland E .R.

Fensk. 11. R.

"The

E1aments

of

Fract.D1st."

New York

19'9

Ind.Eng.Ohem. ~, 482, 1932 24)

25) BosnjOir-Kovic Ft. 1/ v ttThechn. Thermodynami _{kIl" Dresden}

19'7

26 ) Kirchbaum E. ..Dest.

ü •

Rektif • Teebn1k:"

Berla 193'

27)

Diepen

G.A.M.,

Meyer

G. Oh.Weekb1ad

~, '

57,

1948

-, ' 0, ~ __ 'r'! ~ -::::;. 'r-.

---

... ~-" I· I I , " ; , (' I ',---J---:::.'J"~---" '-" ~'7/ _ .. ,~""_.~'. i. , ./ '7.' r . " " I " " /' / .< , l..() Ht-t;-~. 0"'''''''':-' ~ . lo ~ t :.. -1 t ' , _,,-_{/ :} / ~ _..1-.-" .1'." .!- ,~ __ oi_ .~ __ ~ .. _. __ ~_.::_ ., I -- .,.~._; _IL~ , " -.l r ' - "

j'

t-·.L _-

+--

.-'-'-.1 ~ _ _ --- ...

___

~

___

...

;... __

~

__

-~~

_",

...

--

--

-

r

--

-1°1.~----~'---.-f---T---r--~~~-o--~--~---~~~---~~:o---~.~~~---~,~,-D---~T~p---~----~O~---~~~o---~----~~~

:, ~ j::--_.~ .• 1 . .-.1 .~., - , L...-..-.L:.._:...:.:-;;--'--~_. ~_ ... )1.3):. pg,ó "r"n .... Y\ ~ ~ 0.1 e - ' I' , . ' "> . ~ ç: -l"-, ;V co -:c--L:... ... :} I I ~I . , " ' , ., ;1, -~ - - - ---::;:> x.to--I "

..

I " -, !--,: I

.,

i 1 I-1.0

f'

~o J,o j -I ,. '. ... ---+-.---'---"~-'-'---~._. --T . I 'I '"j ,. 1 . i: __ -. " ' --- .- --.- 'f

--io

Ca w .. o\-\ ----~

...

!' / / \.

"'.

(-.

/

.' I . - ~ --+ I ' . , ~-; --~-t