Voorontwerp van een dimethyl-formamide fabriek

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

adres:

•

Nr:

2.

~

2

I

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

...

B~~.h~.~

...

_

... _. _____________

. __ ...

P. ...

k~~_~~.

__

..

onderwerp:

..

))\~.t~~Jlt.9.~.~.~~~~~ ...

_

R.o\~W\J

Ho\\Ho.f4.h

I

~')

'.::1:><.

I+t

opdrachtdatum:

IJk'"

,,,t

verslagdatum :

t

'\

~

...

~

'pt

VOORO;'fr~ïERP VAN E:óN DIMETHYL-FOm.LAEID~ ?A.BRIEK~ A. van Vliet. Roland Holstlaan 163. Delft . 22 maart 1972 P. Ladan. Roland Holstlaan

565

Delft.

1-I '

• 1 Inhoud •

I. Sarnenvatt ing . 1

II. Inleiding. 2

111. UitGangspunten voor het ontvrerp.

3

A.

Externe gegevens.

3

B. Interne gegevens. 4

IV. Beschrijving van het proces. 6

V. ?rocescondities. 8

Reactiemechanisme en reactiekinetiek. 8

Reactie'l,farmte. 9

Tankreactor. lu

Berekening van de dimensies van de reactor-stripper. 14

Ber.ekening van enthalpieën, ~ en K als functie

van de temneratuur. 16

~e destillatiekolom. 18

Het doorrekenen van de kolom. 19

Resultaten van de kolomberekeni~~ en de dimensionering

van de kolom. 21

VI. Symbolenlijst • 24

VII. Litteratuurlijst. 26

Appendix I Grafieken en tabellen met fysische constanten.

Appendix 11 Processchema.

~rogr&~ma voor de berekening van de destillatiekolom.

,

j

I

I

-r '

-1-I.

Samenvatting.

De bedoeling

van

het

proces is de

produktie van

Dimethylfor

mam

i

de

(

D

.

;/

I

.

F

.),

uit

g

a211d

e van

de

g

ro

nds

toffen

Dimethyl

amine

(

D

.

H

.A.) en

i'

J

l

eth,ylfo

rm

iaat,

zoals

beschreven

in lit.l.

Bij

de

g

eplande capaciteit van 10.000 ton D.

pI

.F.

per jaar, d

a

t is bij 330

bedrijfsdagen

per

jaar een

dag-produ..1die va

ü

30 ton, is per dag 24,66 ton

r:I

ethylformiaat

en 18,50 ton D •.

H

.A. nodig.

Als

bijprodukt wordt 13 ton

H

ethanoI per dag

geproduceerd. Dit

zou eventueel

gebruikt

kunnen worden voor de produktie van

H

ethylformiaat, dat

niet in dergelijke hoeveelheden in de handel verkrijgbaar

is te

g

en economisch aantrekkelijke prijzen

.

Vloeiba

a.r JVI

ethylformia

a

t en D

.

N.

A. worden in een

geroerde

tankreactor bij l15

0C

voor ongeveer

9'0%

omgezet

in D

.T'1.F.

en

ri

ethanoI , waarna

het

m

engsel in een

"reactor-strinner",

waar

reactrrnten en :orodukten

g

escheiden vlOrden,

verder reageren tot een omzettin

g

van

n~genoeg

100

%

.

Het mengsel

van D.

I

'

1

.F. en

fil

ethanoI

\vordt

uiteindelijk

gescheiden in een destillatiekolom.

Knelpunt bij het destillatie-proces is, dat D

.

N.

F

.

gemakkelijk

kaD

rea

g

eren tot

mierezu~r

met

het water, dat

als verontreiniging van het

D.I;I.A

.

wordt ingevoerd. Door

het optimaliseren van de destillatiecondities kan de

vor-min~

van dit zeer corrosieve

nevenprodukt

worden te

g

enge-gaan.

De benodi

g

de utilities zijn 24 liter koelwater

~ .

per seconde en 23 ton

midde

ndruk-stoom, van lu bar,

per

da

g

.

-2-11. Inleidin

g

.

'---'

Vooral

dankzij

de

ui

tste~ende

ei/

;e

nschappen V.!ln

. \

D.

G

.F.

als oplos

m

iddel wordt

het

veel

in

de industrie

ge-bruikt (lit.2).

He

t

\wrat voor de

.vol

gende

tynen nolymeren

als

onlosmid

del

ge

bruikt: vin

y

l, urethaan,

enoxycellulose·~

derivaten, ure

a

formaldehyde,.polyacrylnitril

en

-polyamiden

.

Dankzij

de grote

polari~eit

is

D.

n

.F.

vooral

geschikt

als

oplos

mi

ddel voor

polaire polymeren, zoals

P.V.C.

en

poly-acrylnitril.

VFill

de onlosoaar

he

id van po

l

ymeren in

D.M

.F.

"i<Tordt

g

ebruik

gemaak

t bij het

maken

van fil

ms

, vezels en

.

coatin

gs

. Verder

blijkt

D.

N

.F.

goede

ei

g

enschan

Den

te hebben

als verfafbijtmiddel en als o

u

los

m

iddel voor pigmenten en

kleurstoffen.

D.N.F. Iwrdt als

extractie

midd

el

gebruikt

voor de

scheiding

van

paraffinische

va

n

niet-na.raffinische

koolwa-terstoffen, bij ontzwavelingsnrocessen, de scheidin

g

van

isoftaalzuur van teraftaalzuur en de scheiding van

ace-tyleen van ethyleen.

In de

farmaceutische industrie "i<TOrdt

D.

M

.F.

gebruikt als

hUlpstof voor om.kristallisatie.

-.

"

'

D,.

'

N

.F.

wordt

geproduceerd door Dupont, BASF en

Röhm

&

Haas

.

In Lud"Tigshafen

heeft

B

ASF een fabriek

met

een

j a

D

rcapaci

tei t

van 7200 ton (li

t.

3).

In Japan is een

fabriek in aanbouw met een capaciteit van 3600 ton

per

jaar.

-3-111. Uit

gangspun

ten

voor

he

t

onti·jern.

)~1

\

A. Externe

_

0ege

ve

ns

.

B

ij

de

~euze

van de

canaciteit van de fabriek is

gekeken

n

aa

r de

capaciteit

va

n

bestaande fabrieken.

Zoals

in de inleiding is ver

me

ld,heeft de

RASP

-fabrie

k

een

ca-paciteit

van

7200 ton

pér

ja

a

r.

Gezien

het toenemende

gebruik

V

Fln

D

.]'vI. F

. is a

('m

te

n

emen, dat een fabriek

van

een der

ge

lijke of iets

g

rotere omvang econo

m

isch

verant-vlOord zal zijn. Daarom is een j aarlijkse capaciteit

van

10.0

00

ton

gek

ozen.

Bi.1

330 bedrijfsda

g

en per .1a8

.r

bete-kent dit 30

ton

per

dag.

J

aa

rlijks

\'Tordt

8140

ton methylformiaat

en

.

6140

ton

D.

U

.

.

A

.

ver

w

·erkt. 1 ton

D.i·~.A.

bevat

volgens de

sneci-ficaties van lit.l 2,4

t1,

kg tri

m

ethylamine

(T.!:I.A.)

en

5,65

kg

water

.

Als

bijnrodukt wordt jaarlijks 4100

ton

methanol

fTevronn

en.

Deze methanol bevat

4-

ge\'f,',~

Hater.

Arm

oe tOD VAn

(J

e reactor-strinper "\AlOrdt jaarli

jks

14,85 ton

D.

N.

A.,

14,85

ton

T.N

.A.

en 195

ton

methanol

afgevoerd. Deze

s

toffen kunnen direct

OP

onen

\'mter

~e­

loosd worden, maar

het

is

aan

te ne

m

en, dat dit niet door

de

plaatsp1i~ke

overheid

g

e

a

cc

e

Dteerd

zal worden

,

~ezien

de ona

angename

eigenscannen

V8ll

de

met~~lamines.

Andere

m

o

gelijkheden

o

m het

tonnrodukt van de reactor-strinner

kwijt te raken

zijn

:

1.

Verbranding.

H

ierbij komt naast

CO

2

en water jaarlijks

17,5 t

o

n stikstofoxide vrij,

het

g

een

ook niet

bevor-derlij

k

is

voor het

m

ilieu.

2.

Scheidin

g

ven methanol

en

arnines

door destillatie,

;

\

~

\

3.

\'laarna de

I!lcthR~ol

bij het t

o

pprodukt

v

a

n de

tvre

ede

kolom

g

evoe

g

d

k2.n

I

v

or

den

.

De amines

'Horden dan in

een

sneciale

beluchtingstank

m

et actief slib biologisch

afgebroken. (lit.4 en 5).

Biologische

de

g

radatie van

m

ethanol en a

m

ines

te

samen

.

Het

ei

n

d

n

rodukt, D.

r.i

.

F

.,

mag maximae

.

l

0,12

5&

ver-ontreiniging

bevatten,

te weten 0,1

%

water

,

0,01

%

methanol

en

O,Ol'is D.E.A.

(lit.6).

B

ij

he

t on

hTcrn

is aangenomen

,

dat

deze

verontreinigin~

de aAnge

g

even crenzen n

iet

over-schrijd

t

.

-4-B. Interne Ge~evens.

---

---~-_._-De fysische cOYlstanten VR.n de verschillende com-ponenten zijn voor zover dat !D.ogel ijk "i'las verkregen uit standa8.rd"\Verken met fysisch-chemische gegevens, zoals Landolt-Bornstein, International CriticR.l Tables en Hand-book of Chemistry and Pl:wsics. Voor D .1:[.A., metha..Ylol en D.M.F. zijn veel constanten afkomstig uit resp. l i t . 7 , 8 en 9; zie hiervoor appendix I, waar de betreffende constanten grafisch zijn weergegeven als functie van de temperatuur. I D.i<.A .. b _ _ _

L

~H~

_~_.

9,99

'"1~'-~-:;'

7;75

I

-11,39

a

methanol -60.,24 -59,21 -13,E6

I

0,108

I

D.M.F.

25,55

I

I

0,035 l'le-formiaat .' -92,42

I

I

.

_ . . , .w ________ ' ... -.~ .. ,.~._,· ', __ ","_,...,.I","'~· ... _ ••. ~''', ... ~.< .... ,,'-~ ..• ., ... ' ... , ... ___ .. ,_.,~_.~._ .. _.~.,.... .... .,-. .... _ ...

C_p= a+ bT; iolaarbij Cp de warmtecB.uaci tei t is in cal/mol oK.

6H

f is de vormingslvarmte bij 20°C in kcal/mol.

Van methylfoY'miaat zijn verder de volgende gegevens gevon-den:

dichtheid van de vloeistof is d = 1,00319 g/cm 3 bi.,j .oc (=t s ) De dichtheid bi,i andere temneraturen is te berekenen met

d_t = d

~ 1,4174.10-~(t-ts) -0,0776.10-~(t-ts)

t in °e.(lit.lO) Voor de viscositeit geldt:1l.,= O,144673/(68,23+t) pOise.(lit.ll) Corrosieaspecten (lit.12)

Bruikbare constructiematerialen bij contact met:

1. methylamines : ij zeI', staal, roestvrij staal en Cr/lH-staal. 2. methanol: koper, brons, Al /brons, Cuj!Ji-Iegerinp;en,

ijzer, staal, roestvrij staal en CrjlTi-staal.

3. D.H.F.(met vieinig l'later): Al, ko-oer, Aljbrons, staal , roestvrij staal en Cr/Ni-staal (li t .13, IA) •

-5-Ov

e]')

methylfoTmi.8~t

is ,,,ei

nI": bekend

, v

e

r

:n

oe

d

elijk zijn

A

l e

n st88

1

bruikb~.re constructie::~2.teri::ll.en.

,'-- ~

H

ie

rez

uu

r hee

f

t ste

r

k

cor

r

o

s

i

ev

e ei

f

e

n

sc

hann

e

n

; bij

aa

n-He

zi

Chcid

v

p.n de?e

st

of konen

allee~

d

e

duur

r'le

re

s

tpal

s

oor-ten in

a8nuerkin~,

z

o

d

a

t

h

et v

an

g

root bel

ang

is, dat de

vor

m

in

g van

d

ez

e stof tot e

e

n

m

ini

m

u

m

be

p

erkt blijft. Dit

is ook de re

d

en,

da

t

D

.

M

.F.

slechts weini

g

w

a

ter ma

g

be-vatten.

G

ezie

n

o

e

boven

g

enoe

md

e cor

ro

sieve ei

g

enschappen

lijkt st

aa

l, voorrü ook

g

ezien de la

g

e prijs hiervan, het

meest

Beschikt als

constructie-materiaal.

Gifti

g

heid van re

a

ct;:mten

e

n n

r

odu

k

ten.

D.

I

LF.

(lit.15).

Labor

8

.

toriu

:n

studiES

tonen

aan

dat

een

enkelvoudi

g

contact

met

D.

n

.F.

door inademing,

inslikke

n

of

huidcontact niet gevaarlijk

is.

B

ij

regel-mati

g

co

n

tact z

a

l echter sch

a

de

ontreden.

n.H.F.

is

ont-vlamba

A

r.

N

ethanol (lit.16).

De maxi

m

aFl.l

toela

a

tb

a

re

con-centratie voor een

acht-uri

g

e \

'

lerkdag

is

200ppm in

de

lucht.

Blindheid kan

ontreden

als methanol

in de bloedstroom

wordt op

g

enomen via

de huid

of

op

andere

wijze. Inslikken

is zeer

gevaarlijk. I

/

lethanol

is licht ontvlambaar.

D .

M

.A. (li t .17).

Alle alkyla:nines

zijn toxische

materialen. Indien

ze in

g

eslikt

worden

zal dit ernstige

invlendi

g

e

schade

tot gevol

g

heb

b

en.

Contact met

de huid

veroorza

ak

t ernsti

g

e brand'

·

ionden. Inademen

van

g

econcen-treerde

dampen dient

voorkomen

te worden. Bij

het werken

met D

•

1,1.

A

.

dient volledi

g

d

amnd

ichte

oo

g

bedek

k

in

g g

ebruikt

te \wr

d

cn.

n

.I'~.A.

is

zeer

licht

o

n

tvlamba

n

.r en vormt

ex-plosieve men

g

sels met de

lucht;

de o

n

derste

en

bovenste

explo

s

ie

g

re

n

ze

n

in vol

l;

va

n

de lucht zijn

r

e

spectieve-lij

k

2~8%

en 1

4

,4

%

.

N

etbylfor

m

iaat is een licht ontvlambare,

vluchti

g

e

stof.

C

ont

a

ct

m

et de huid is

g

ev

aa

rlijk,

terwijl

de

maxi-maal toel;:

l

atbare

con~entratj.e

in luc

h

t 100 nnm bedr

a8

gt.

-6-IV.

BR8chriivin

7 _VPD

het ur6ces

.

- ----',- ..

_--

_

._-

_

.

Zie bi

,

ilpP.'e

TT; DrocesscheIT1.~.

D

e

tussAn

h8

.a

kj

AS ver

r.1el

de

nUrrJ'ne~s

corresn0

Y)

r1p

r

r-n :ne

t de

_nuc:-:'~ers

in

het 'Dra

cpss

_cher:1~.

De

re

actie

vin

dt nlaé1ts

in

een geroerc'l.e

tankre-R.ctor

(Rl),

1;J3.

'"!r

in

per se

conde

0,2854

kg

methy

lfor

miaa

t

(1)

en

0,2146

kg

D.

M

.

A

. (2)

'wordt

g

eno

m

nt, bij een

te

mnera

tuur

g

eli

jk

Ra

n die van de

or~],zevin(:.

stroom

(2)

bevat tevens

0,0005

k

f:

rr.

.!,.t.P. .

en

0,0011

k

g

1-Tater ner seconde. De druk

in de re

ac

tor

is

4.45 atm,

de

tem

~e

ratuur is

115°C.

~

ij

.-...r-de reactie

komt

\.ra

rrnte

vrij,

l

,

n?lke

gedeeltelijk

\

"

or

û

t

op

g

eno

men

door

de

reactanten koud in

te voeren; er

res-teert

dan

no

g

151,7

kJ/sec. Deze vrarmte

'Hordt

af

g

evoerd

door

middel

V

an

koelbuizen, ,va

a

rbi

j

ner

seconde

3, 61

liter

koel1

·

rater

nodi

g

is, dat een be

gin

- en eindtemneratuur

heeft van respectievelij

k

20

en

30°C.

Het rea.ctie

m

en

g

sel, waarin de

re

a

ctanten voor

90%

zijn omge

zet

,

wordt

via

(3)

na

a

r

het midden

van

de

reactorstripner

(T3)

g

evoer

d

,

nadat

de druk is verla

ag

d

tot

3,72

atm.

D

eze

kolom

bevat

30

schotels (lit.l) en dient

om de reactanten van de

produkten te

scheiden en daardoor

verdere reactie

m

o

g

elijk

te

maken

(tot

vrijwel

100

%

).

De gasstroom vanaf de top

wordt

door middel van

condensor

C5

ge

condense

erd

,

waarvoor

4,9

liter

water per

seconde nodig

is.

H

et

groo

tste deel

wordt

via

(5)

terug-gevoerd

in de

kolom. De

reflu

xve

r

houd

ing is

26,7.

Via

stroom

(6)

vTOrdt :oer seco

n

de

6,9

g

m

ethanol,

0,5

g

T • l'I.

A •

en

0,5

g

D.

E

.A.

afgevOe;d-;et

een

temperatuur

van

92

0

e.

Dit 'VTOrdt

in

\'l

2

.rmtevTÏssela

2

T

(E6)

be

koeld

tot

30

0

C

m

et

0,09

lit

er

koelw

a

ter per seconde.

Het

bodemprodulct

V2n

de

kolom

(7)

bevat D.H.F.,

methanol

en

water met

een tem

oe

r

a

tuur

van

1180

e.

Dit

wordt in verda

mne

r (

H4

)

partiëel verdampt, waarna het

gasvor

;n

ige

gedeelte

in

de kol

m

wordt

ter

Uf

·

;g

evoerd

(8).

Het vloeibare deel

g

a

n

t

naar

d

e

d

esti

ll

atiekol

o

m

(T

B

).

In

de

verda

mper

'Hordt ner dR.f';

6,4

8

ton

middend

ruk-stoo

m

verbru

ik

t (li

t.l), waar

do;

r

"'-

een

f:n

sstroo

m

(8)

ontst

8

r

lt,

-7-bevat. stroom(g) bevat 0.3472 kg D.:f.F., 0,1454 kr,; !TIethanoI en 0,0011k:::; -'"rn.t er Der seconde :net een dru.."k: van 3,72 at:Tl. De enthalnie-inhoud van de ner seconde vernla~tste h oe-veelhe i d is - 2231,3 kJ. hrl een reduceorvent iel, ','Ta C!rdoor de druk verla9:sd ,\:,Tordt tot 1 at r:1 en de vloeistof ge deel-telijk verdampt, vindt verdere verdam'oing plaats in de partiële verdaffiner (H7). De enthalnie-inhoud sti,jgt hier-door tot -1988,9 kJ/sec 'en de temperatuur stijgt tot 1230C; Hiervoor is in de verdamper 9,5 ton middendru..~-stoom ner dag nodig. Het gasvormige deel van (gA) bevat 0,2221 kg D.H.F., 0,0930 kg methanol en 7 g water per sec. Het vlOei-bare deel bestaat uit 0,1251 kg D .1'i.F., 0,0524 kg methanol en

4

g water per seconde.

Apn de top van de kolom is de temperatuur 65,50C. Gasstroom (10) bev8,t 0,3634 kg methanol en l, 9 g vTater per seconde (D .1';;.F. is hierbij veri'Taarloosd) en wordt

vOllediG gecondenseerd tn condensor (C9), waarvoor 9,6 I/sec koelwater nodig is. De refluxverhouding is 1,5, zodat

stroom (11) 0,2180 kg methanol en 1,1 g vlater bevat en stroom (12) 0,1454 kg methé'.nol en 0,8 g vTater per sec. (12) wordt afGekoeld tot 300C in koeler (HlI), v!8,arbij 0,4 I /sec koelwat er nodig is.

De temueratuur onder,in de kolom is 152,7oC; stroom (13) bevat 0,62"59 k.g D.N.F. en 6 g water persec. Hiervan \vordt een gedeel te verdamut in reboiler (RIO), \-.raA.rbij per dag 6,35 ton midd endruk-stoom nodig is; de gasstroorH

(14) wordt weer onder in de kolom geleid en bevat 0,2767 kg D.M.F. en 3 g water. Het resterende deel van (13) wordt in warmte1,Tisselap.T (H12) afgekoeld tot 30

0

C, vlaarbi,j

per sec 1,9 liter koelwat er vlOrdt gebruikt. De zo ontstane produktstroom (151\) bevat 0,3472 kg D.I;I.F. en

3

g water per seconde (30 ton D.f1i.F. per dag).

-8-v.

PROCESCONDITI~S

Reactiemechanisme en reactiekinetiek.

In lito 33, 43,. 44 wordt het reactiemechanisme van de aminolyse van esters behandeld. In deze literatuur komt de base gekatalyseerde aminolyse het meest naar voren. Bunnet en Davis (lit. 44) stelden het volgende

reactie-mechanisme voor :

0-0 t

;J

11

(M4l.)t

N

H

r

H -

c. -

OM~ ~

H -

c -

OMe

~ ~

,

_~ AI (~t) 1.

H

+

I

OH I

H

-

C. -

0

Me.

I

N(M~)l

JL

0-

_,

..f-tv

(MtJ

1.

1-/

1

Qf

JL

(M()1.

rJ

H

ff-

H-C -

0 Me

+

V

I

+

~

,

,.,(1'1(.)

1

:rrc

+

-

_{.' H-Al(Mt)/1}

+

t

0

~

N(M~)t

H

t

!Ir

,

+

~

_H-(

- 0

/C4"ptlQ.6oI\

J

'Me

~(Mr)1.

Di t mechanisme bestaat uiteen a.antal evenwichtsstappen gevolgt door een langzame stap waarin de alkoxygroep wordt afgesplitst.

,7

~.

-9-Uit vergelijking 3 volgt

~

[H

CO N(fvio/

t

1

1.

[1II

J [

~JÎM~h

Ht]

J.l:

Uit vergelijking I en 2 volgt :

[ JIL

1 (

~(Meh

Ht]

₌

k

[~(OOMl)[

tJ(Nt}t

f.I

r

,

0\

[H

CO

~lMt)t

1

=:

1

k

[H

(00

Me] [

N(Me)t HJ

~b

K is de overall evenwichtsconstante van vergelijking 1 en 2, k is de

reactiesnelheidsconstante van reactie

3.

In de literatuur is geen waarde te vinden voor K en k. Wel zijn er aanwij-zingen dat de reactiesnelheid niet erg groot zal zlJn. Voor de tankreaktor

3-is daarom een vrij groot volume gekozen namelijk 10 m. In de

reactor-L"

,.l stripper is de reactiesnelheid groter dan in de tankreactor omdat. de

" . ~"

\\.),oYi

"."

~eactie in alkoholisch milieu

, LVv""", \. sneller verloopt. \fIJ'0 tlJ.i

w'

.

~.;-~vI-""" De reactiewarmte. o

De reactiewarmte bij 20 C werd berekend uit de vormingswarmten van

reac-o

tanten en produlden bij deze temperatuur. De reactiewarmte bij. 115 C werd berekend door met behulp van de Cp's ,die als funktie van de

tempe-ratuur bekend zijn, de enthalpiestijgir~ van reaktanten en produkten

ten gevolge van de temperatuurstijging te berekenen. Deze

enthalpie-stijging werd doorberekend in de reaktiewarmte. De benodigde gegevens

voor de berekening zijn te vinden bij de interne gegevens.

I

I

I

-10-A _Hr200 e = -15, 65",kcal./ mol. D.M.F. A H 0

=

f

Cp d(t) ~ 20-115 e tu

fl

H 0 = + 3,50 kcal/ mol • 20-115 e D.M.A. (:) R 0 20-115

Ll

H o 20-115

6

H 0 20-115

=

+ 3, 62 kcal/ mol

e

D.M.F.

=

+ 2,82 kcal/ mol • e Me.Fo.

e

MeOR. = + 2,19 'kcal/mol •

6 Er

1150 _{e = -15,53 kcal/mol. D.M.F.} De tankre akt or •

De temperatuur in de tankreaktor is 1150 e en de druk is 4,45 atmosfeer.

Indien de omzetting in de tankreaktor voor 90 procent geschiedt zal bij

een produktie van 30 ton per dag, dat wil zeggen 4,75 grammolekuul per

seconde, per seconde 0,9x 4,75 x 15,53

= 66,3 kcal reaktiewarmte

gepro-duceerd worden. Deze warmte wordt gedeeltelijk geconsumeerd door de

reak-tanten met een temperatuur van 200 e in te voeren. De warmte die nodig

is ~ de reaktanten op te warmen van 20 oe tot 1150e is:

-

-4,75 x ( H 20-115 0 e D.M.A. +

R2~

1150 e Me.Fo.)

=

4,75 x <. 3,50 + 2,82 ) =30,0 kcal/seconde.

Er moet dus nog 15,53 x 4,75 - 30,0

=

36,3 kcal/seconde worden afgevoerd.

Deze warmte wordt afgevoerd door middel van een koelsysteem dat bestaat

uit vier secties van drie vertikale koelbuizen. Deze buizensecties

staan opgesteld aan de wand van de reaktor en wel zodanig dat het vlak

door de drie buizen van een sectie loodrecht op de wand van de reaktor

staat (zie flowsheet). De afstanden tussen de opvolgende buizensecties

zijn gelijk. Voor de berekening van de gemiddelde wa

rmteoverdrachts-coeffecient van het vat naar de buizen werd de correlatieformule van

-11-waarbij:

h

_m

=

gemiddelde warmte overdrachtscoeffecient •

d

₌

buitendiameter van de koelbuis.

k

=

warmtegeleidbaarheid van het reaktiemengsel.

D

₌

turbinediameter •

T

₌

tankdiameter •

B

=

aantal buizense0ties

-u

₌

vloeistofviscositeit bij tanktemperatuur.

u:r

=

vloeistofviscositeit bij de gemiddelde filmtemperatuur aan de buiswand.

N

₌

turbinesnelheid.

C

₌

P warmtecapaciteit van het reaktiemengsel.

u

w

=

temperatuur aan de buitenwand van de buis.

Bovenstaande formule blijft geldig indien de dimensies van de gebruikte apparatuur relatief gelijk zijn aan die van de in de literatuur gebruikte apparatuur. Uitgaande van de in de literatuur gegeven gegevens werden de dimensies van de reaktor berekend bij een volume van tien kubieke meter.

De reaktor wordt geroerd door een vierbladige turbineroerder.De optimale

plaatsvan de roerder is halverwege de bodem van de reaktor en het vloei-stofoppervlak.De variabelen die in de bovenstaande formule voorkomen werden

berekend(zie interne gegevens,. zie lito

37)

en ze hebben de volgende waarden:

-

-

-k D.M..F.

~Olf

=

3

4

,5

x 10-

5

cal/cm.oC.sec.

=

42,5

x 10-

5

ca 1/ cm. oe • sec.

rD~

.. F:

= 0,69

grim!. ~ M.eOR =0,86 gr/ml •

-~ =38,5

x

4,2

x 10-

6

Kj/m.oe.sec.

i " ; . 1 - - - - -12-IJ

=

0,15 centipoise.

<:

-

3

-I MeOR lnJU=~x.ln)U. ~

JU

=

0,221 x 10- kg/sec.m. (lit.35)

JU

~

-

-= 0,325 centipoise. 1 1 D.M.F. o Cp

=

0,890 cal/gr. e -MeOH Cp - - - = 0,538 cal/gr.oe D.M..F. - -3 . 0 Cp

=

714 x 10 x 4,2 KJ/kg.

e.

De bovenstaande waarden gelden bij 115 oe. T

=

2,3 m. H =2,4 m. D =

0,16

m. B

=

4.

=

voor. De gemiddelde filmtemperatuur aan de buiswand is echter niet bekend. Volgens l i t.39 geldt

(

U )

0,4

(U

\

0,14

echter de volgende relatie: U

f

=

Uw)

•

De temperatuur aan de

~uiswand werd berekend met de onderstaande vergelijking (lit • 34 ): 1 Pw Tl - T

=

Riff, A

iL -

25 -1

°

1

₌

_{36,1 x 4,2 Tl :;:: 82 e.} 1,54 28 x 0,145

R~

wordt hieronder berekend. RtiS de warmteweerstand van de buis gecorrigeerd naar het buitenoppervlak, A is het totale buizenoppervlak '~w is de totale

1

die door het koelsysteem wordt afgevoerd, Tl is de temperatuur_aan de

buiswand t T is de gemiddelde temperatuur van de koelvloeistof. De viscositeit van het reaktiemengsel bij een temperatuur van 820_{e is 0,369. Er geldt nu:}

0,4 = _U 0,14 _0,221

0,369

0,14 =0,93

:;::

Berekening van de dimensies van de roerder. D : DB : DW :

Do

=

1 : 1/4 : 1/5 : 2/3

D=0,76m. DB :;:: 18,7 cm. , DW

=

15 cm. ( zie flowsheet ).

D :;:: 50 cm ••

-13-Berekening van de warmteweerstand binnen de koelbuis.

Indien 36,1 kcal per seconde moet word,':ll afgel!voerd , de ingangstemper,""tuur

van het koelwat,,,r 20°C is, en de uitgangstemperatuur 30 oe, is per seconde . ?

" .ü t'-r/; .

3 3 " /"'" ~V""

3,61 x 10- m water nodig. Bij een binnen diélllleter van de buis vaIlf'41,1 " .

mmo en een viscositeit n

=

0,8931 levert dit voor Re op Re = 1,25

x~.

De warmteweerstand binnen de buis werd berekend met de volgende formule: 0,023 (Re \ 0,8 (pr) 0,4= Nu •

~

is 0,59 J/m. sec. oe.

) Uo"

Bij het uitwerken van bovenstaande formule wordt voor de warmteweerstand binnen de buis gevonden Rl = 0,88 m2 .sec.oejKJ. Als de vuilweerstand binnen de buis

-

-0,5 is, is de totale warmteweerstand binnen de buis Rl

=

1,38 m2 .sec.oejKJ. Deze weerstand moet gecorrigeerd worden naar hetbuitenoppervlak.

*

ru 46,3 2 - "

°

-R = -

IS.

= x 1,38 = 1,54 m .sec. CjlG.

1 r_i 41,1

:Berekening van de warmteweerstand van het reaktiemengsel naar de koelbuis.

Indien het aantal buizensecties gekozen is is het koeloppervlak bekend.

Het buitenoppervlak van een meter koelbuis is 0,145 m2 • Vier buizensecties dat wil zeggen twaalf buizen waarvan het gedeelte dat zich onder het vloeistof-oppervlak bevindt 2,20 m. lang is hebben een koelvloeistof-oppervlak van 12 x 2,20 x

2

0,145 m. Indien het oppervlak van het buizengedeel te waar de drie buizen van een buizensectie samenkomen hierbij opgeteld wordt vindt men voor het totale warmtewisselend oppervlak (12 x 2,20 + 1,14 ) 0,145

=

4,01 m2• Uit

Onder-staande formule wordt nu de warmtêweerstand van het ~eaktiemengsel naar de

buis berekend, hierbij wordt de warmteweersi;and in het staal van de buis verwaarloosd.

e

= ~A'?'T",--=-A Ri; + R 1 2 36,1 x 4,2 4,01

=

Hierin is R

2 de warmteweerstahd van het reaktiemengsel naar

de buiswand en T is het gemiddelde temperatuurverschil

tussen het~eaktiemengsel en het koelwater.

90 R 2 0

-_ -_ .J

-1

4

-lf.et behulp van R

2 kan de roersnelheid berekend worden die nodig is om een

dergelijke warmtegeleidbaarheid te verkrijgen. Dit gebeurt met behulp van

de formule van Dunlap en Rushton.

h ==

L

= 1 = 38,5 x 4,.2 x 10-6 x 0,09 x

(1)

uO,33 x

(~}0,2

x m R₂ 0,88 46,3 x 10-3 .

3

4 ( 0,

221~

0,14 x (0,76 x 0,76 x °378 x 103)°,6

5

x (114 x 0,221 x 10- 3) 0,3 x . 0,3 69] 0,221 x 10- 38,5 x 10-

3

NO,65

=

=38,5 x 4,2 x 10-

6

x 0,09 x 0,692 x 0,87 x 0,93 x 1,259 x 104 x 1,257 x No,65 46,3 x 10-

3

N == 0,54 omwentelingen per seconde.

Het Reynoldsgetal voor een geroerde tankreaktor is in dit geval:

2

-Re ==

~N

== 1,1 x 106• Dit

~s bi~~

de in de literatuur gestelde grenzen

( 104

<

Re

<

2 x 10

6 ) (

zie lito 37 • ).

Berekening van de dimensies van de reaktorstripper.

In lito I. is gegeven dat bij een produktie van 10,9 ton D.M.F. per dag,

per· dag voor de reboiler van de reaktorstripper 1,35 ton stoom met een druk van 11

:Bar en een temperatuur van 185 oe nodig is. Bij een produktie van 30 ton

per dag is dus 6,48 ton van deze stoom per dag nodig. Aangenomen werd dat de

stoom werd omgezet in water van 138 oe .• Volgens de stoom/water enthalpiegegevens

van lito 46. is de energie die geleverd wordt 165 KJ.per seconde.

De bodemtemperatuur van de kolom is 1180e, de druk in de kolom is 3,72

atmosfeer en. voor de samenstelling van het bodemprodukt uitgedrukt in mol.

-procent MeOR geldt: x = 0,47. In lit.28. is gegeven dat bij een druk

van ~~n atmosfeer , een samenstelling uitgedrukt in molprocent MeOR van

x = 0,47 en een temperatuur van 86°e geldt : log~ Me OH = - 0,0325 en

\ lOg/(

D.~[.F.

= -

0,0375. In lit.48 • is gegeven dat bij benadering geldt

~

_!

I

I

I

1

,

-

.

,

-15-T log = constant. Voor een samenstelling van x = 0,47 geldt bij een druk

van 3,72 atmosfeer en een temperatuur van lIsoe:

Y

_a

,

=

0,933 en

MeOH

't

D.M.F.

=

0,923. De dampsamenstelling y wordt berekend met de volgende formule

P

y

=

totaal _.

t

_MeOH,_' X _. po

MeOH

De dampdruk van MeOH bij 1180C werd beI"€kend met de formule

8,7253 -

12~

'lito 28.}

o

log _PMeOH

=

0,933

Y

=

3,72

x

6,16

x

0,47

=

0,70.

Om Aáéén mol. mengsel te verdampen is (zie interne gegevens) 4,2

x (

0,70

x

32 x 232,5 + 0,30 x 73 x 144 )

=

35 KJ. nodig •. Per seconde verdampt dus 165

35 mol. Het volume van één mol. onder deze omstandigheden is 8,651iter,

(Eoyle- Gay-Lussac). De gasstroom bedraagt dus 40,8 liter per seconde.

In

lito 47. is gegeven dat voor een destillatiekolom met een

schotel-) \ ~

-afst, and van(18 inch geldt: 0,5(U V((

<:

2,5 (voor zeefplaten). U is de

"vv>rt-I. -~, S ] v S

",J"" ~ v

r),./"i.2J'superficiele gassnelheid ;in voet per seconde, ~ v is de gasdichtheid in

pound per kubieke voet.

~

_ 0,7 x 32 + 0,3 x 73

₌

_{5,13 x 10} - 3 _gr / _ca. 3

₌

3 8 _{19 x 10} -4 _{Ibs. cu.ft.} /

v -, 8,65

Voor de gassnelheid geldt dus: 0,276 m./sec.

<U

<

1,33 m./sec.

-n S

Bij een gassnelheid van

t

B

m./sec. geldt, \ ' ' ' _ . ,:",.,.' - .~,.I.~

Oppervlakte van de kolom x. 0,28 = 0,0408 . Ie bijbehorende kolomdiameter is dan 43,6 CID. De zeefplaten die voor de kolom geleverd worden zijn

ver-krijgbaar in veelvouden van vijf CID. De kolomdiameter wordt daarom 40 CID.

De hierbij behorende gassnelheid is 0,33 m./sec.

.\"1 . . ~ {(Y'" 'ol'-" '..J\ \..1") ... (' f.:-J'.). ... \

~--~. De maten zijn gegeven

in cm.

~. J

-16-Bij een sCL~otelafstand van

46

cm. en bij aanwezigheid van 30 schotel s

Cli

t. 1.)

is de hoogte van de kolom 13,8 m. Eij ·een schotel zoals boven getekend

is de gemiddelde verblijf tijd van de vloeistof op de schotel

9

seconden. De hoogte van de overloop werd maximaal gekozen om een maximale verblijf tijd

van de vloeistof op de schotel te verkrijgen waardoor de reaktie in de reaktor-stripper zo volledig mogelijk afloopt. De voeding wordt midden in de kolom

ingevoerd (lit.

1.).

1 1- - - ~1 11 - - - -De berekening vano< MeOH/D:M:F. '

~eOR

' liD•M•F• ' nueOH ' HD.M.F. ' KD•M•F•

---als fu~~tie van de temperatuur.

In lit. 28. zijn voor het systeem D.M.F./MeOH de activiteitscoeffecienten

van D.M.F. en MeOH als funktie van de samenstelling gegeven. Bovendien is in dit artikel de samenstelling van dit systeem als f~~ie van de temperatuur gegeven (zie appendix ) •

Uit de formule

Y

=

K~X =

ppo

ö'

X

totaal

en de bovenstaande gegevens

werd de K_D hl F als funktie van de temperatuur berekend.

• • • . 2 3

KD.M.F.

=

-41,72672 + 36, 53124C!o ) - 10,73516

(i~O)

+ 1,0597 4

~ 1~0

1

De relatieve vluchtigheid van MeOH ten opzichte van D.M.F. als funktie van de temperatuur werd met behulp van bovenstaande gegevens en onderstaande formule uitgerekend.

=

l1v1eOH

₌

De 1 1 ··

HMeOH '

~.M.F.

11 11 -

-, ~IeOH. en HD.MoF • _ werden als funktie van de temperatuur berekend met behulp van de in lit.7,8,9. voorkomende gegevens (zie appendix

De formule die gebruikt werd om de vloeistofenthalpieen

~:M:F:

en

~eOH

als

" , _ .. '

.. _'

-

-17-,..

-funktie van de temperatuur te berekenen is :

~

==

~

+

J

Cp Cd T). De enthalpie

o

van de vloeistof werd nul gesteld bij nul oe. De dampenthalpieen

~!OH

en

11 - - . 11 1

lin.M.F. werden berekend Net behulp van de formule:

ET

=

ET

+~HV.

( zie appendix ) •

~~:F:

=

-8279.41282

+

2555.0033ifu)

+

174.99949

(foo)

2

Rl

; _ 295,30620 _ l366,053l,!1-)

+

~~0,00876(~)

2

MeOR \loo -.' . .,1 ,

100

all

- -

=

+

7071,17112

+

1157,45572

(L)

+

207,52614/..L)

2

D.M.F.

100 \100

R~OIl

=

+

9264.79343 -

382.51387(1~O)

+

147

.48842(1~)

2

De bovenstaande polynomen werden op de terminal berekend met behulp van het programma approx •

-/ / \

\

/

/

-,

-18-De

rlestil12tiskolon

(

TB

).

~ij de berekenin~ van de destillatiekolom voor de scheiding V8.n D.f·!.F. en methanol J<;:~m geen gebruik gemaRkt ,vorden V[LYJ. reken:nethodes, die van constante

molenstromen uitgaAn, daar het verschil in verdampings- .

Iovarmte vpn de beide cO:':T)onent en te groot is. De verda:11 -ping8\oJ'ar:nte V8.Yl meth~mol, resn D .1\i.F. is bij 1000e 240,

re~:;p. 146 kcal/nol (7.ie bi.jl2.r;e I). Bij hogere ter: mera-tuur wordt dit verschil nog groter. Het is hierdoor nood7.akelijk rekenmethodes toe te nassen, die wel reke-ning houden met verschillen in de verdamningslvarmte. ~ .. ( .

C",~ Een eenvoudirçe methode is de grafische methode van Ponch

on-S

IJ

.

s,~ ' , t

-·K

""9 I

Savari t, die echter niet zo nauvTkeurig is. Ook is het mo-gelijkde berekeningen uit te voeren met behulp van een

rekenmachine, Î.'a8rvoor reeds een programma bestond (li t. 50) •

Dit prop-:rar.1r:1a ~verd gebruikt als basis voor de berekening

van kolom

(T

B

).

Het ~ro~ramma is gebaseerd OP het feit, dat

VaD-tevoren worden vast~ele~d:

1. De s8menstellinR en hoeveelhAid van de voedingsstroom,

.

--zOvlel voor het vloeibare

e

voor te.

2. Het totale aantal schotels.

\.

,

3.

De :nla.at 8 van de voedingsschotel. 4. De refluxverhoudin~.

5.

_{De hoeveelheid destillaat.}

Uit deze gegevens en evenwichts- en enthalniegegevens wordt de s&':Jenstelling van ton- en ketelnrodu..1d berekend. IJtt be-tekent, dat r:Jen moet aÎ\'l2.chten of de produ.l<::ten aan de ge-stelde eisen vo1doGTI; is dit niet het geval, dan zal men een betere schatting moeten maken van het benodigde aantal schotels boven en onder de voedj.ngsschotel.

Bij de berekening wordt uitgegaan van geschatte

produktsamenstellingen • lIet behulp van het vloeistof-dam p-evenwicht 00 iedere schotel, de massa-en de enthaln iebalan-SGn Hordt de ~=O}.·::Ll docrc:-:;cretcLd v~:~'.:u dc top tot (~~ :-:-:ct (~C

voedinfSs8chotcl en V8r1pj' de bode: 1 tot en :net de voeding~3 -schotel. jJG bl)reLencle r:101cDotro;;lcn /jU1.Len or) <.1e

, 1

-1

9

-schotel over het algeneen niet gelijk zijn, zodat de g

e-schatte 'Vlaarden van top- en bode:1Drodu...l.ct dienen te \'lOrden

gecorrigeerd, \'T2.é'rna cl e bereken in.,,; ,wrdt herhaald, totdat

de m8.ss2.balélns rond de voed ings~;chotel slui terrd is.

De evenwichtsgegevens worden gevonden uit de

vol-gende betrekking, die voor iedere co~nonent i geldt:

Yi

=

Ki·x

i • Verder eeldt voor de relatieve vluchtigheid

oc.van comnonent A t.o.v. B: o(AB

=

KAf KB , zodat Y

A

=

()(AB.Kn·xA·

Hierui t volgt, dat slechts voor één comuonent de \<la8.rde

van K beD8Alc'l hoeft te Horden, i<la8.rvoor bij de berekening

D.H.F. gekozen ü :;. K

en

~ h~mgen als volgt van de

temnera-tuur

af:

K

₌

_Cl + _c 2

·'r

+ c

₃

·T

2 + c

₄

·'1

13

()(

=

_{bI + b} 2 ·T b T 2 +

3·

Verder moet gelden, als voor de temperatuur de juiste "marde

is genomen:

Lx.

:::

Ly.!

J<

, =

1

1 1 1

.f::f-_. t_d c?_2T'-".Y'-ee_k;-:e,-=-,n:...;:e..=n van dek 010 m •

I_

L

_

-=~

, , 1'\

I

~,.-- ~

-"

,; j

₌

schotelnummer V

₌

dampstroom L

₌

vloeistoÎstroom D

₌

destillaat ~ ...

Qc

=

warmte afgevoerd in condensor

Gedeel t e va..Yl het rectifj_cerende deel van de kolom.

Als s8.menstellinF, en hoeveelheid VRn de vloeistof,

die van de ;i-de schotel afstrooJ'ilt, bekend zijn, dan kan men

uit de massabRl::'ms de G_, egevens van de da,nnstroom V. _J+ l '

af-komstig van de onderlj_g(~Ande schot~l berekenen, da~r voor

ie~ere co~po~c~t ~cldt : y , +1 • V . +1

=

L,. x , + D. x I) , Cl us .) J J ,1 -Y l' -1-1 = (L.

I

V

,

'1) x - + (D

IV.

1) XI) _ J J ,- J ' J + -_. J T" + 1) J

. I ..J

-20-De

moeili

..

ikheid

bij

d

p.

bere1{enin

i.:::

is

he

t

feit.

dat de

::'lbso

l

ute

g

rootte

vl'm T.

niet bekend i8

.

Als

b

ena

-~.i

dering

~ordt 2nn~eno~en,

dq

t

deze even proat is

~ls

de

vloei

stnfstroom,

8fkompti~ van de

bo

v

en

li

grende

schotel,

L . 1.

Via

de

maRsaba

l

ans k8n

nu

voor iedere co

mp

o

ne

nt i

J-d

e gr

oot

t

e

van

de

damnstroom

~. 1 .

bere

k

end

w

orden:

J + , l

fil

et de

g

evonden ,

·ma

rden vBn

y

,

v

ordt een dam'TDunts-berekening

uitgevoerd, zod

a

t de

tem~eratuur

on schotel j

+

l bekend is.

H

et behuln van

de

te

m

neratuur en de damnsamenstelling IW

.

n

de enth

a

lpie-inh

ou

d v

an

V. +1

g

evonde

n

Horden ui

.

t:

2 J

HII _{T T}

i=

el

+

_{e 2 •}

+

e

_{3 •}

en

Hl! 1

=

IH'.'.y. J+ 1 1

N

et behuln v

an

de enthalnie-balans vindt

men:

L .• H~

+

D.H_D +

Q

c; verder

g

eldt

V

J'+

l

J .1 "'HII - H' .

.

j+l

J

Deze niem,re \-marde voor

L,

wordt on de nl

aa

ts van

L.

1

J

,J-in

g

evuld en de berekeni

ng

Hordt

herha9~d,

totdat het

ver-schil tus

s

en de oude en nieu

w

e wa

a

rde v

a

n

L,

voldoende

klein

J

is. De berekenin

g

g

aat

dan

verder

met

het berekenen van

xj+l,i uit de

g

evonden

Haarden

voor

Yj+l~i

en de

temnera-tuur on de schotel en uit

de

evenwichts

g

e

ge

vens.

In het oorspro

nk

elijke pro

g

ra.mma (li t. 50) \-rordt

Uit

g

e

gaan

van voedi

ng

, die uitsluite

n

d bestaat uit vloei

s

tof

op kooktemperatuur; dit is bij de scheiding van

methanol

en

D.

H

.P. echter niet

mogeli.ik

vanwe

ge

de eisen die

g

esteld

vlorde

n

i

n

verband

m

et

het

voor

k

o

men

van de vor

m

in

g

van

mierezuur. VolGens

lit.l is de o

nt

i

rna

le

voedingstemperatuur,

dat

wil

zeggen de'tenm

eratu

u

r,

waarbi.j

zo

weinig

m

o

ge

1i

!k

mierezuur

in h

e

t

bode~nro~~{t

wor

.

d

t

nnn~etroffen,

1

23

0

c.

Dit houdt in,

dat de voe

d

in

.0

7 bij een druk

v

an

1

at

m

bcsta

:·,

t

-l .

-

-21-ges even in li t. 28, 'oli.l Jrt, d::t de sa!7lenstell inè~ van vloe j.

-stof en ~as, uitredrukt in molfracties D.M.F., reSD. 0,869

en 0,360 bedr!""?~:;t, uitc'lC".Ylde 'lSl.n 80.n tot8.1e s8:rtfmstel1inp;

von

~

'

,

501' en een t emneratuur v::-:n 12"3°C. Bii de berekeninr·:

met 'oehul TI van de rekenmachine is P!.2!lgenomen, dat de

voe-dingsstroom 100 molen 'Oer tijdseenheid bedraagt; de

hoeveel-heid gas in de voeding is dan 73,965 mol; de hoeveelheid

vloeistof 26,035 mol per tiidseenheid.

Een ti-Teede eis in verband met de vorming van

mie-re7.uur is de refluxverhouding, 1'la::>yvan de meest p:unstige

waarde 1,5 bedra~~t (lit.l).

Bij de berekening is er v::m uitgegaém, dat het

bo-demnrodukt maxtma21 0,2 mOr0 !TIeth:->nol bevat, dat is 0,1

g

evl%

Verder dient 99,5 gew% van alJ..eD .Il .~' . de kolm via het 'oodem

-nrodukt te verl2.ten, ?'od8t x

D voor D.?LF. 0,0~1 {;esteld js.

De berekening van de kolom met behul~ van de reken-machine gaf bij drie schotels onder de voedingsschotel en

zes erboven als resultAat voor de samenstellins en:

tonnrodukt: 0,052 moH~ D.::.F. en 99,943 r.101~0 methanol: dat is ongeveer 0,1 gevr;0 D.l·I.F.

bodem:orodukt: 99,983 mol% D.E.F. en 0,017 mol~s methanol, dat

is minder d2n 1/100 ee1{G verontreiniging aan

methanol.

De produktsamenstellingen z l.ln beter da.."l geëist \-lRS, bij

gebruik van minder schotels iwrdt echter niet meer aan de

eisen voldaell.

Bij een voedingssnelheid van 100 rr.ol ner

ti,jdseen-heid is de maximaal ontredende gasstroom 125,23 ;nol. De

werkelijke voedj.ngssnelheid is 4,54 mOl/sec methanol en

4,758 fJlol/sec D.I'i.F.; totaal dus 9,298 mal/sec. Omgerekend

levert dit voor de maximale gasstroom 11,6 mOl/sec. De

minirJaal optredende gasstroom is 3,78 mOl/sec. De grootte

;

-22-~e af~etingen Vffil

de kolom worden benaald

door

het

RRntal nraktische schotels

,

de

sc

h

ote

lafstand

,

de

hier-uit

volgende

:"axüna21 toe:';e:::;t2~ne

d;=>,::ns

nelheid

per

eenheid

van

op~)ervlak

en

de

tot~lle

damnsnelheid

.

VolGen

s

li

t.

51

g

eldt

dat

W

=C.V(d

₂

(d

_l

-

d

₂

))

,

waarin

\'l

=

da

mps

nelheid

Der

een

h

eid van o-ppervlak

(lbs/sq.ft/hr)

C

=

constante

d

_l

,d

₂

=

dichtheid

v

an

resp.

vloeistof en

d~~p.

(lbs/cu.ft)

De c6nstRnte

C

is afhankelijk

van

schotelafstand en

de

OP-pervla

k

te

sDRnnin

g

van

de

vloeistof. Voor zOlvel

methanol

als

D.f-i.F.

is de oDPervlaktesD2nning

bij

temperaturen

bene-den het kookpunt

,ç;

roter

of

g

elijk

arm

20

dynes/cm.

(zie

bij-laf-r,e I).

Rij

een

schotelafstand

V2D

18 inch

,wrdt

dan C

=

550.

Voor zuiver

methR

nol is

d

₂

(d

_l

-d

₂

)

g

elijk

aan

3,5 bij

kook-temper

a

tuur.

Da

a

r de maximaal

optredende

g

asstroom

zich

bovenin

de kolom

bevinn.t,

!Tl()f~

aan

r;

enomen

worden.

dat deze uit

vrijwel

zuiver

me

thanol

best

aa

t. In dat

geva

l wordt

de

max

i-maal

toe

g

estane

ga

sstroom

('vr)

1000 lbs/sq.ftjhr, dat is

1,72 k

g

/m

2

sec.

Deze gassnelheid

zou

dan

een entrainment

van ongeveer

5;:'0

va

n

de totale vloeistofstroom ter plaatse

g

even (l it. 51 ) .

Volgens Perry (lit.47) zijn de stofstromen, OP

deze wijze berekend aan de voorzichtige kant. Gezien echter

de

belan~rijke

invloed

van entrain

m

ent op de efficiëncy

lijkt

het

verst

and

ig de

bovengevonden wa

a

rde niet

al

te zeer

te overschrijden.

D

e totale

stofstroom

in de top van de

kolo

m

is

11,6

mO

l/sec.

T188T

het hier

vrij'

He

l zuiver

methanol

betreft is

de

massas

tro

oD 3

2.11,6 =

371,2

~/sec,

zodat

de

inwendi~e din~oter

van

de

ko

J

,

om 50 cm

bedrR2~t.

De

hoeveelhei,d

f;8

s

s

troom

neen:

t

naar benede

n

toe

welis'\'T~l8,r

af, het nerr.entp

:

;:e

D.

[-'i.

F.

hierin

nep,mt echter

sterk toe,

zod

a

t

de

~8ssastroom

wellicht

zelfs

g

roter

wordt

dan

de

boven

g

enoemde waarde;

g

ezien de voorzichti

g

heid, waannee

de

kolom-diameter

on

deze wijze berekend

wordt

zal dit

g

een

-

23-A~~~e~oGen

d?t

~~ k01n~efftci~~~v bi~

epn

~ecf~lp~t­

kolom

onS'"8VSRT' 60-~

berlr::);

:'

r:t,

k0nt

het

tot"'2.l

8.":mt2.1

scho

t

r:

ls

tR81 dus 16 sc~otels . ~ii een schote13fstR~ó

vnn 18

inch

-

,

L

- 24-8vmb') lpYl 1 i 1 st.

_

.

_'

--

-

...

-

_

.

,---

---B Ä

b

l

,b

2

,b

₃

cI,c2,c3~c4

c

c

_n

d

1

,d

2

,d

3

d l ,d2 D D d

u

d. 1 d Hl

H"

~Hr ARf A~

H

_D

h i j K k k L ]\Ij N n m p

pO

8::mtp,1

h

1

J.i

.

zAnscnntt

en

in

re

8

ctor

OUDPTV1Hk

const::m ten in

0(

=

bI

+

b

2• T

con

s

t

anten

in

K~

cl

+

c

_{2 ·T}

const

ante

:i,.n

H

=

e

.V

(d

₂(

d

l

warmtecauaciteit

2

constanten in

Hl

=

dl

+

_d2

0T +

d

3

0T

dichtheid van vloeistof, resp. damp in

(1)

hoeveelheid

destillaat

turbine-dia~eter

uitwendi

g

e diameter

im

'lendig

e diameter

dichtheid

2

constanten in

E"

=

el

+

e

_{2 ·T} +

e

3

.T

hoogte van de vloeistof in de tank

enthalpie

vloeistof-enthal

p

ie

damp-enthalpie

reactie-enthalpie

vo

rrnil1~

s

en t hal

pie

verdampingswarmte

enthalpie van destillaat

gemiddelde

vrarmte-overdrachtscoëfficiënt

index voor compo

nen

t i

index voor schotel

j

Ibs/cu. ft

mOl/sec

m

m m m Jjkg

cal/mol

~a1/mol J

/kmo

1 J

/k

m

ol

J

/kg

cal/mal

k\1/m

2

oe

evenwichtsconstante bij

vloeistof-damp evenlvicht

reactiesnelheidsc

o

nstante

w8r

mtege

leidb

aarhei

d v

an

het

reactie

me

n

g

sel

vloei

stofst

ro

om

massastroom

turbines

nel

heid

tot

aa

l

aantal

co

muonent

en

kental v

a

n

N

usselt

druk

druk

V8.n

zuivere

damT)

o kJ

/

m

Cspc

mOl/sec

k

g

/sec

-1

sec

atm

atm

, ...

-25-Pr kent~:11

van

?r8xid tI

R "Q i

He

Q

Qc

T T t

Us

V

_v

IV x y o(AB

4'

ft

A

D.T·I.F.

He

.Fo.

D • f·1. A • 1"1e. OH H 20

ref

l

uxveThono

i ]'"l,C;

kent81 V2n

Heyno

ld

s

vOt~ir~senthalnie

Der

tijdRee~heid

~1arr.1te

af

g

evoprd

in condensor

t é'mlcrl

iarneter

temner

a

tuur

te

mnera

tuur

sunerficiële

gassnelheid

damn

s

troom

dampsnelheid

molfrRctie i

n

vloeistoffase

molfract j

.

e in

d~_mDfas€

relatieve vluchtigheid

COfin A

t.o.v.

B

Rctiviteitscoëfficië

n

t

dyn2~ische

viscositeit

118. r

m

te

ge

leid

j

nscoëfficiënt

visc

ositett

bij teTTlDerat

uu

r van r1e

tank

11 11

11 "

dichthej

.

d

volumestroom

warmtestroom

dimethylfor

mam

ide

methylforr:1ia8t

dimethylamine

trimethyl8.

"11

i

.

ne

methanol

i1ate-r

11 11 11

film

"

"

"

bui si,mnd

kJ

/see

m oK

oe

ru/sec

mOl/sec

Ibs/sq.

ft

/hr

ks/msec

kW

/m

2oC

kg/msec

"

"

kg/m3

m3 /sec

J/sec

-26-~iteratuurlijst.

1. Am. Patent. 3,072,725.

2. Kirk othmer ,Ensclopedia of Chemical Technology , second edition ,

Imerscience Publishers, John Vliley and Sons Inc. , New York, Sidney ,

(1966) , 10 ,blz. 111 •

3. Eur. Chem. News ,~ ,369 S , 10, (1969).

4. G.E.Eden,A.M.Freke,K. V .Melbourn, Chem. Ind. ,1104, (1951).

5. M.Thonke, IV. Di ttman, Chem. Zentr. 10 ,2295, (1967).

6. R.Ba1z1y, J .M. Berger, A.A.Ro"thstein , J .Am.Chem .• Soc.

11..

,4149 , (1950).

7. R.W.GaJ..la.nt. f "H.r-d.rocarbon Proc. 48 , 151 , (1969).

8. Lit. 7.

i2. ,

173 , (1966).

9. Li t. 7. 199,!ê., (1969).

10. Int.Crit.Tables of numeri cal data ,Physics ,Chemistry and Technology,

first edition, (1926) ,ed. Mac Graw ... Hi11 Bookcompany Inc. ,New York,

.London,

2.,

blz .28.

11. Lit. 10.

1 ,

b1z.213.

12. E.Raba1d, Corrosion Guide , Elsevier ",Publishing Company, Amsterdam , London, New York , (1968).

/

13. A.I.Tsinman, A.N. Katrevich, C.A. 11,108274 x,(1969).

14. V.N.Dolinkin, G.V.Mikhailova ,L.A.Kuznetsova, C.A. §1. , 93176 h , (1967).

15. Lit.2 • 10 ,blz. 111.

16. Lit.2 •

12

,blz. 394.

17. Lit.2 • ~ ,blz. 120.

18. Reichspatentamt , 714.311 , (1941).

, _{19. Am. Patent, 2,866,822. (19581 •}

-27-21. H.Winteler f A.Bieler ,Helv. Chim. Acta

iL

,2370,(1954).

22. Handbook of Chemistry and Physics, 48th edition ,1967-1968, ed.

The ~nemical Rubbercompany, blz. D 211.

23. E.Bose , A. Muller, Z.Phys.Chem. ~ , 589 ,(1907).

24. M.Rother,M.Steinbrecher,H.J .Bittrich,Z.Phys.Chem. 220 ,89 , (1962). 25. M.Rother,H.J .Bittrich, J .Prakt .Chem. 18 , 72 , (1962).

26. D.R.Stull,Ind.Eng.Chem.

2.2.

,517 , (1947).

27. K.Quitzsch,H.P.Prins,K.Suhnel,G.Geiseler, J.Prakt.Chem.

11l,

420, (1969). 28. A.Delzenne, Chem • .E.'ng .Sci •

!.

,220 , (1953).

29. H.J .Bi ttrich,W .F1eischer, J .PrpJçt.Chem. 20 ,151 , (1963).

30 • . E.J .Ackley, Chem • Eng.

§L

,133 ,(1960).

31. J.Y.Oldshue, A.I.Gretton,Chem. Eng.Progr. ~, 615 ,(1954).

32. L.P.Soko1ova,I.A.Chestnokova,V.T.KaF1in, C.A.

11

,53302 , (1969).

33. J .March , Advanced Organic Chemistry : Reaktion, Mechanisme and Structure,

Ed. Mac Graw - HilI Bookcompany (1968) ,blz. 338.

34. Chemische Werktuigen T ,deel 2 , naar het college van prof • ir.

F.C.A~A. van Berkel samengesteld door P.M.Lombaers, D.P.G. van Galen, (1964),blz. 10 - 14.

35. Rheology: Theoryand applications, Ed. Freirich , New York ,Ci960),

!1. ,

blz. 72 •

36. Lit. 10

,l

,blz. 312.

37. I.R.Dunlap,J.H.Rushton, Chem. Eng. Progr. Symp. Series,

2

,137, (1953).

38. J.H.Ferry,Chemical Engeneers Handbook, Fourth Edition , (1963) ,

Mac Graw - HilI Bookcompany Inc. , New York , Toronto f London,

.2.

,

blz. 201.

39. V.W.Uhl,J.B.Gray, Mixing Theory and Praktice, Ed. Academie Press,

New York , London,

1

,

èlz. 295.

40. Lit. 22 , blz. D 187.