Verslag behorende bij het processchema: Bereiding van isopropyl-alkohol

M.A.M.Auau Gt i

.in

Spo o rs i nr:e l

6

3

DeLft ,

Fabrie kssc he ma Isopr ooyl-al kohol.

Isoprop yl-al k ohol wo rdt voora l ~ebruikt voor de bereidin g van aceton.(ca .70~ van dA werel dpr odukt i e ).Hie r t o e wordt kat aLvt is eh ze oxvde e r d of kat.aLvt is eh gerl e h yd r oge n e e r d:

CH

3CHO

BCH

3

°2_Cu ~ CH

3C

OCH

3

+ H20

1

Cu,Zn

Daar aceton door directe oxyd a t ie van koolwaterstoffen kan ontstaan neemt de voor de bere i d ing va n ac e t o n benodigde

hoeveelheid isopro pyl-alk o hol af.Deze afname zal nog versneld worden nu de waar de van ur opeün , d e gr o n d s t o f veor isopropyl -aLkohoL,st i,irrt door de toe nemencle pr o du k t i e van polypro p e e n en glyc e r o l .

Isopron yl-al k ohol kan ook die nen als: oplos midd el (b.v . voor lak ko n)

ultf:.':an~sstof voor cnerü s che pr odu k t en(zoals esters in

oolos~id dele n- en re u k s t.o f fenin dustri e)

antivriesmic1del in bran ds to f fen en bij ontijzing(b.v . van vlei~tu1 gvleü~e ls) .

Door de sterke controle en hO[! 8 accijnskosten op aethyl -alkohol nee mt iso propyl-alk ohol vaak de plaa t s van aethanol over .

Be r e i d i ngs wi j z e n van isourop yl-alkohol . 1 .Hydrogeneri n ~ van aceton:

CH,COCH

3

H2(11~i12

0o

~

CH

3CHOH

CH

3

Deze me t h o de we r d aan va nkeli jk voor al in Eu r opa toegep&st. Om ec o n omi s che redenen is dit pr o c e s verdrongen.

11<C,:J.L,

2.Gefractioneprde de s t i l lati e van foezelolie:

Gistingen,wa arbi,i isohut, l-alkoho l he t hoofdorodukt is, Le ve ren ee n ,rr l j hoop; pe roent arre i sopropyl-alkohoL,

Als ~ grote hoeveelheden van deze foezelolie beschikbaa r

zijn, ~ kan de zu I ver-Lrig van isopropyl-alkohol rendabel zijn.

(Chemis che Fabriek I'GEMK O" N. V. te Wi n s choten vJi n t op deze

~Hnier isoprop~l-alkohol) . ( l i t. 1 )

De k~anta zullen altijd vriJ kl e i n zijn.

').Partië Ie oxvdatie van prop a an houdenoe ga sse n, ( l it .2)

Afhankelijk va n druk,toMperatuur en propaan-zuu rst of

verhouding bevat het verhrandingsprodukt een variërend e hoeveelhqid isopropyl -al~ohol.

Wordt bijvoorbeeld propaan bij ~5 0 0 en 17 0 atm gedure nde

10 se c met zuurstof in contact ge b r a ch t (p r o p a a n Q2,1 gew .%, zu ur s t o f 7,q ge w._V;~) ,dan zal het pr o du k t de volgende samen

-st ell i n g hebhen: gew.~.

formaldehyde + aceetaldehyde 2~

aceton methylalkohol aethylalk ohol

7

24 20

azijnzuur + mierenzuur 7

isopropyl-~lkohol .18

~p.n uitr:ehrAide zui~Te:ring zal dus no d lr; zi jn,

Alleen voor Gen bedri.if ,waarin de andere produkten va n ~la ng

zi;in,7.al deze me t.ho de in overv1B,!J;ini"!. r;enOT:1en vror-de ns De is

o-prnnyl-alkohnl is hier eerder bijpr nduk t dun hoofdproduk t .

4.Hydratatie van pror;een.(lit .3,L+,5 ,h ,7)

Sinds de 8e r s t e wprRldoorlog is deze nethode,vooral in

Amerika ,tot ontwikkelin~ ge k ome n.De gr o t e hoevuelheden

kr aak za s (met ca.1f) - 1R ';S proj.ee n ) deden de hierop aebaseerde petr o chemis che : ndusL.rie een grot') 'ïl ' l ~r:t nemen.

In 10_{1 q fahriceerde de Me l c o CheMical Co voor he~ eerst} ~t opr o p~ 1-9 l k oh ol door ~iddel van hydratatie van prop een . In

1q57

bedroeg du produktiü in de Ve r e n i g d ~ Staten van Amer ika 540 000 ton.De wereldproduktie bedraagt momenteel

De hydratatio van propeen kan op verschillende manieren

wor de n uitge voe r d:

A.K&talvtlsch.(lit .h, R,o)

De hy~ratatie vindt plaats in de sa s f a s o.

Van de vele morre l i 5k o kata l ysat o r e n komen er twe e in

8a n m e r~l n~ voor oe n eventuee l technisch pr o ces : H3P04 on kiezel ~oer .

Wo l f r a am o ~y d e met promotor .

De methode verkeert noa; in een stadium van ontwikkeling en

wordt ,voo r zover bokend,pas op een plaats technisch toege -past (Wilton ,En goland 1q51 ).

B.Met hehulp van zwavolzuur.(lit .10 , 11)

Olefinen ku n ne n ~.n zwavelzuur worden r::eab s or be e r d.

Bi j absorptie van pr o p e e n,ge v o~gd door hydro~yse,treden de volgende reacties op:

C3H~ + H 2S0

₄

> C₃H₇HS0

₄

1 C

3Ht;

;- C

3H

7H

SO

h

~ (C

₃

I!7)2S

0

4

2 C 3H7HSO

h

+ H20 > C;:;H7OH + H2S Oh

p

4

De hydrata tie met zwave Lzuur- is no9; te otterscheid~~n in:

a .Sterkzuurmethode .

Propeen wordt ge a b s o r h ee r d in 92Ç

b zwave l zuur (tomp.200 ,

druk P- 10 at m). Orn vo l l edi~e hydro l~se te ber eiken mo e t het 7,Ul1r sterk wordoT'J verdund;daardoor is er veel wa r mte nodig voor de he r con c en t r at ie van het zwavelzuur.

b.Zwakzuurme thod e. (lit . 12) .

~ 0

He t zwave1znur heeft een c on oe nt r-at ie van 70:':';( te mp.20 ,

druk 25 atm) .De hydrolyse ver loopt ~ema kke l i j k er zodat het ZU1Jr nie t opnt euw op de ,iui s te concentratie hehoeft

Proce s k e u ze en aard na n het bedr i jf.

De meest economi s che be~ 0idin~R methode van i so pro pyl

-alkoho l 18 de hydra ta tie van prope e n.

Daar de rrr on dst of raf f i n a d e ri~ ~as zal zi)n knn d~ alk oh o l het hest worden VAnrodu ceerd door ABn b~j een olieraffina

-de rf ,; hehorende che mäecho industri e.

De Ci re ct e katalyti s che hydra ta t i e kan voorlopi~ nog niet tec b~isch worde n toe~epas t bi j ge br e k aan ke n n i s van de ,11Jiste kat a l ys a t o r . (4).

Van de beide zwave1 zuuro-hvdr-at a t ie met.hodan i s de zwakzuur

-me t h ode economf sch het gu ns t i ll;st .He t z-vave lzuur beh o eft niet opnieuw op concentr a ti e te worde n ge bracht om weer voor

absornti e te worden ~e b ru ik t .Te n opzicht e van Ge ster kzuur

-method e betekent dit een ko stenbe spa r i n~ van 22~.

Bov en dien wor dt met verdu n d e r zwave l zuur voor-nameLt j k is on r ony lhy dr o9ul f aa t ~e vo rM d( r eac t1 e 1) ,waar door de

ho e v e e l he ~d di i s op ropy l -ether (rea ct ies 2 en

5

)

mi nd e r ~roo t

is , dan bij hot ~e hru i k van st e r k zwa vel zu ur .

O~T e rz i cht 'ra n llet pro ce s. (li t . 1) , 14,15 en 1 f~) .

He t raf f lnad e :':"'i ,irTa s (vri,; van zwave Lwat.evst of en met een

pr ope e n~e ha l t e van 20~) wor d t via ee n warmt e wi s s e l aa r en ee n zui~ercomnres8 or in een ab s orntie ko~om ~e l e i d.

De druk in de koLorn is 2) at m,de absor- pt Letomper-at uur mo e t tussen

55

en

6

5°C

ligr:en.Hi .i hog ere ternnü rR t u r e n wordt het nr- opeennehalt e in r.et rest gas t o ho og :bi '; Larter-e tempe r a t u re n ka n naast pr ope e n ook aothe e n ue a b sor bo e r d wo r de n f l i t .6 , 17 )

De bij de absornti e teveel vri,ikomende ~ar~te wor d t met

beh ul p van koe l s p l ~ al e n op de schotels van de absorptie kolom af1!evoer ë.

Door de ~o e vpelheid ~wa vo l~uur zoda n ir: te k1eze n ,dat bet

hode~nr odu k t nel' mo l zwavel~uur een mol propeen heva t ,is in het ~est1!a s noa 1~ nrou e e n aa nw e z i~.

- // "

Het Rb so rh e n s wor dt via ee r s~oork lep na ar een den t i l l a t i e

-. 0

J /:

J

.5-.1

,

~2(t;

=

~A /~

.

L

p-J

cJ~l-" .z

(

// ~~ ,

.: J

/l.

-fh

e

J1

= •

~2fFS-)'j'-'A

z:

~~

.Jé.~.•~rJ

.f}:

I.

&.

~

Ó,

()

i

2y;-

a

>

$~

/ { -

~J~

é

;fJ-

,

t!J

/

Ei

z:

-!

ty~

, tJ/

_,

I

l o

_1J

p=

C!/l

·0J..

ft

p

.t]

;:

/IJ

r

Ä/b -= /,

~1

;:

I

J

J

z:

y;

!Î'

~J

0bOb.O/J8

,-!r

V-

b

j.

ti

tJäy

=

q

1'(

~

Jk

.

~ ~

ld

.

tL.

C-

r -:;

Y

d! (,

.

,d,.::

~/1

1

/L-~!{3

sz:

J:

J

~

. /

I~

.

q

Lf2. .

.:

~11(J~.

I

/

;;/

~

4!eI

-/

J

:

Ir:

1,

tt~ ~

1

1

~

=

Lffjo

.

4JrJh

.

, 0

bodemtemp.~n ,terugvlopi~erhourlln g

1

) .

Hierhj~ wordt zoveel water aRn het te destilleren mengsel

.:\ 1:'

" )/ toep';e voe z d , da t de con centrat ie van het oride r u i t deze kolom

afgetapte zuur 70rf~ hedran.gt.He t ZU1Jr kan direct teruggevoerd

worden naar de absorptiekoiom.

Het destillatt van kolom I heeft de volgonde samenstolling:

85

ol _{isopropyl-alkohol}

'0

ti

%

diisopropyl-ethûr 10 ~ water

5

en wat zwavelzuur en polymere produkten.

(Zou door hepaalde omstandi~heden de hoeveelheid van deze polymere produkten te ~r o o t wo~den,dun moet een bezinkvat worden tusson geschakeld,waaruit zi~ kunnen wordon afgetapt)

(lit.21)

Het f"e con de n s e e r do destillaat wordt net oen 1 ob HaOH-oplos3ing

~ewa8sen,waArna alkohol e~ ether net ca 12 ( water in een

verdamper VRn ~e loo~ worden ae s ch o i de n .

Om pe n (Yoed "" flc}-1eicHr.p: tussen alkohol 81'1 et hor- rnorte Lfj k te

maken,wordt Ran het men~sel oe n vier~oudi~e hoeveelheid water toegevoe~d.De isonro p,l-alkohol/dijsopropyl-ether

azeotroop (li_. t .1R) werdt F

.

- _.

e br oke n Hn de

---

e t he r wor-dt door

de stillatie bij atmosferischo druk ITe i s ol e e r d.De temperatuur

Î 0 0

aan de top van deze kolom ls 00 ,de bodemtemperatuur 70 en de terup"vloeive Y'hou~ing 15.Het destillaat is na zu Lve r-Lrig te ge hr u i ko n als oplosmiddel voor olje~n en vetten(11t.2)

Uit het bodemnrodukt van d etherdestillatie wordt in kolom ~.L

111 de azeotroop isorro uyl-alkohol/water(met q1 ,~~ i .p .a.)

van de overmaat water ge s ch e i d on . ( d r uk 1 atm;toptemperatuur ca

no

o ,t smpe r-a tuur van het bo dernpr-odulct C10-1 000 ;de terugvloei -verhouding is 2) .

Het hodemurodukt wor d t re h r u j k t O~ de loogonlos ~ir g op te warMen(ln de wa r mt e wi s s e l a a r 10),waarna het wordt afgevoerd.

Stofhalars .

per dag.

Hierb1 5 wor d t en

3

1/~ ton diisopropyl -ether als bijprodukt

Het sc~erna (paRinu 7) ls op ~ osteld voor een fabriek net BB,nl ~,

h j.Jfv"I '

ur- odukt iE"!caoa ci tei t va n 70 t on isop ro p y l- al koho::(g1

,

3

vol O~) IrJV"

,,-

/

gewonnen .

De ge t a ll e n in het schema stellen het ann t a l k~ lorr amme n

per uur voor.

I Er l s geen re kening ge h ou de n me t he t feit ,dat door het

de s t i l l a a t van kol om I wat zwavelzuu r word t meegevo erd .

Bner gt e b a l an"'. l z i e snhcr;')& OP Dag i na R) . o ~toom van 120 ~e bru i k t ,v o or de Voor de ~e~wnrm~n ~ wo rdt k08ltn~ water vnn 20°. De reac t 1e wa r n t q ~o r d t ~e~ e el in de nbsorntiekol om 3eda cht :

C~H~ +

h

,5

02

3

CO₂ + ~ H₂0 +

4qo

Kcal/ mol .

~ C02+

4

n

20 C

_3H

pO +

4

,

)

02 -

47

h

,R "

+ ( I)

\':1

-C

3

H

6

+ H20 C)H RO + 15,2 Kca l /nol .

De t ota le renet18\'][1r-mte hod r a ~H:s t ri11s 1 ~), ~ Kc al /mo l ,t.erwij1

in de li terat.uur- (1Q, 20) voor (h absor-pt Le warmt.e ee n hi ermee

; corre s n on d e p ~n d e ~anrd e wo r d t aanregevun .DR aannaMe lijkt

dus r:e o or l o of d.

(And e r s moeten correcti es wo ~den Dan~ehracht in de doo r de

spir a l en af~ evoerde hoe v ? e l h e id wa r mt e en in de toegövoerd e wa r-mt e 1n de ve r-damper va, '·(ll ,r.1 I~.

Voor ne h8Y'f-Ik" n1ngon ~'" "order ~E't" 'l" ': cemaakt van de in ae

ha n dh o e k e n onç(' "f-1 Uen Vla c. rnen voor de di ver ss p}Y7si s ch e

p:r-or" theden .

Als mJlniv9Bu veor de en tha l r ~ B wordt 20°C ~e ko~ e n;de

enthalpie ts rla n:H

=

c (T - 2° ~) . P

ra f .~ as =ra f f ina d erijga s . i .p.a . =is o nro p yl-al koh o l .

d.p .e . =diiso propyl-et h er.

prop.sulf=isoprop~l-h~ dro s u l f R Ht.

Wa rMt e:'ba lan .~.' \. Apparaat 1.wa r mt e wi s s e l La r 2.voedingpo mp 3.a b s o rp t i e k o l om reactiewarmte koelspiralen rest gas 10.warmtrvis~elaar 11. VBro_oamnBr

met loog afgevoerd

13.v e r da mpe r

1h.cond en s o r

12.destillaat kolom 11

15. v e r da mpe r

16.d e s t i l l a a t ko10m 111

bode mprodukt kolom 111

17.condensor toe g evoer d (Kc al/uur)

1!+

R

750

ü2 500

3

h

₃

202

6

62

500

18 05 015 afgevoerd (Kcal/uur) 680

76

4

121 688 10

2

82

R4h

612 277 800 1

6

7

840

4

016 130

72

2

67

h

4)0

1H26 gOO

Apparaten.

(Als er srrake js van schotels worden steeds bedoeld soho t el s met bubble-caps) .

1 .Wa r mt e wi s s e l a a r ntoom-raffinaderij~as . pi.iple)l!2;te 3000 mm

v1u:~

inw.~J:l -d:'..8.meter 700 rnm

aantal pijpen 240 ( 1 pass) inw.pijpdiameter

25

mm

diameter ca s a a n s Luî t Lnrt en '50 mm

materiaal Q~1 37

2.V oeding:pomp .

Bubhelwerkende ~-traps zuiaercompressor .

1e trap 1 -~ atm (D~5n0mm)

2e trap

3

-q

atm (~)50 mm) 5e t rap q-25atm (D=250 mm) slag on~eveer 1,5 D

toerental 150 omw/min materiaal QM 37

3.Absorptiekolom. ~

aantal schotels

_-

_{_}

_{. .. ....} ' 1Ü

schotelafstand 600 mm kolomdlamcter 600 mm

diameter gasaansluitingen 100 mm

wermterc g~ling met koels priralen op de schotels

matbriaal chroomstaal 12 4.Buffertank absorbens .

inh ou d 1500-2000 lt.

mate~~aal chroomstaal 12

5.warmtewisselaar zwavelzuur-koelwater. ee n enkele buls met mantel

lengte 40110 mm materiaal chroomstaol 12 6.Destillatiekolom I . aantal schotels 12 schotelafstand 600 mm kolomdiameter 14 0 0 ram diameter dampaaDsluiting,top 370 mm bodem

3

25

rnm materiaal oh r ooms t a a l

Lt

9

370 mrn

7

7.Ver da mper. Dijp 10n ~te 10GO mm inw.ShelI diarnete~ 600 mm aa n t a l pijp en

175

~nw.pijp diameter

2

5

mm

diame t er dampa ansluitin g 325 mrn mat e r i a a l ch~oomstaal

4

n.Condensor.

ni j p l e ng t e 300 0 mm

3

passes; ~7 Á nij p en

irw.Shell diameter qoo mm

inw.pi;ndi a rne ter 25 mrn diame te r dampa an sluit inIT'

mnt e r i ap l chroo msta al

4

-

-g.Vacuuminstallatie .

afzuigt enk van ca 10 00 lt

con~sor ~e ko el d met ammoni ak ma t e r i aa l ~i e t ijz e r

10.Warmte wissela ar loog-water .(bodemprodukt

pijplen rrt e 3000 mrn

17 passes;1R7 pi jpe n

inw.~l dia meter 700 mm

inw.pij pdia meter

25

~~

materia al chroo mni k kelst a al (18-R)

11•Verna mper•

Lenzte 20 0 0 mri

inw.S~ll diame t e r 600 mm aa n t a l pijpen 157

inw.pijn di a meter

2

5

mrn

diameter dampaans Lui t::_np:en 130 mm mat e r i a a l chroomn~kkelsta al (1R-R) ~ 12.Dest illatjekolom 11. kolom 111) aan t al sch o te l s 15 schotela fs tand 600 mrn kolomdiameter

5

50

mm

diame t er 'Toedingsaan s lu it in g, 150 mm

dampaanslu it ing top 100 mrn

dampaansluitin g verdamper 100 mm materiaal QM 37

13.Verda mp er.

pi ~ple ngte 600 mm

inw .She lI diame t e r 1100 mn aa nt al pijpe n 71

inw.p i j p d iame ter

2

5

mm

daimeter jampaansluitin~en 10 0 mm materiaa I 0).1 37

1U.Con d e nsor.

pLj p Lennte 150 0 mm

h

pa sse s ;6k pi ~p en

inw.'3he l l diame t e r iL2l) r:1l'1"

inw.pi~pdiame t e~ 25 m~ diamete r da mpu 8n s l u :1 t i n~ 10 0 Mlll rnat8riaal QM 37 15 .Ver d a mpe r . nijplen~te 3000 mm in w.Sh el I diameter 7~0 wn aantal pj~pe n ?q!~ inw.pij p èi ame t e r 25 m~ diameter dampaunsLu Lt Lnrt 300 mm mate rLa a L Qr.~

7;7

1b.Destill a tie kolmm lI l.

agnt am schotols 50 s ch o t elafstand 6_00\ F.1Y'1 kolomd iaY'1e t e r 1 ~ 5 0 mm diameter dllmpaansluitdlr;rren top ')00 mm hodem 300 mr'l matp.riaal QM 7..7 17.Con d e nsor.

pijnlengte hOOO mm

11 passes ; 1320 hui7.en

inw.ShelI diameter 150 0 mm

i nw.pi j p di a me t er 25 nm

diameter dampaans lu iting 300 mm Materiaa l QM 37

1R.Zwavelzu ur no mp.

tandradpomp met inwendi ge vertanding

materiaal Ni re a l st ~i e t i j z e r

19.Vo e d i ngp omp ko l om 111.

centrifugaalpomp

diameter nOr.1.phu l s 200 r.1.m

~ateriaal ~l e ti jz e r

20 .Terugvloeinomp kolom 111. o e nt r-Lf'uaa a Lpomp

dIameter pomphll l s

3

RO l"1m

13

Li t.eratuur,

1.De ch e mische industri e in Neder l a n~

Sy mposi u m _{Ar.1 s t e~ d am} 194 8 ','.({'. .'i. . 2.~~.J.Ast Le '5.1" .AsLnrte r-4.P .W.Sherwoo d 5.P .H. Gro p; gins

6.K .V'Jin n a cke l:' &

L.Küch l er

Th e Chemis t ry of

Petro ch e mi ('.:<:'..s

Chemie und Techno lo~ie

der Mon o ol e f inen

B~r döl und Koh le

Uni t Process es in

Or~anic Syn th esis

Chemische Tenhno~ogie

4 ter Ba n d

rleinho ld PubI.Corp .

New Yo r k 1q5₆ Akad e mie Verlag Be rl i n 1957 McGr aw-Hi l l Bo ok Co.lne. 3rd Ed.New Yo r k 1947 Carl Han s e p Verlag ~i;;I:chen 1 960 7.G.H.Schultze, Erd ö I und Kohle J .Moos &K.D.Le e dwo ch .

R.J.1,!u l ler Dir e c te hydrat a tie van Diss e rt a t i e Delft

etheen en prop ee n (Ex c e l s ~or ,de n Ha ag)1 9 57

g.H .I .Wat er~an

&

Brenns t off-Chem . J .Muller

10. C.El l i s Che m.~ Met .En~ .

11 .C.Ellis The Ch e mis tr y of

pet r o~emm der ivat es ~,1230 (19 20) Th e Che m.cat .C omp.lnc . New Vo rk

1034

16.W.11.Langd o n & Lnd ,En g,Ch em, D.B.Ke yes 12.R. Sch i ff le r ,>';, R. C.Mith o f f 1 ~ .J .Mell an 1~ .C .Marsden 15.R.B.Lebo U.S .Pat . 2 0°0 043 Sou r cû Bo ok of Indu st ria l Sol vpn t s Sol vents !vJa n ua l J .Am.Ch e m.Soc.

Rei nh old Publ.Corp.

l~evl Yo rk 1959

Cl ea v e r - Hu me Press Ltd.

London 10 54

Lj3, 100 5 (1 921)

Th,

03

P _{(194 2)}

17.S.D.Kirkp atrick Chem & Me t .Eng.

1R.M.Leeat Tab le s Azêo t ropia u e s 2n d Ed.Che z l'Auteur

- - - -

-10. S. S.Me dwe de w & Ber.

E.1~.Alexe.i owa

20.S .A .Navarro, Chem.Ahs tr.

O.P .Ohl ap & M.A.~u n t s t o n

21 .H. G.S nh n e i der

&

U.S.Pn t .2 L7~ 224

V.F.t-.!~stretta.

()) ,131 (1932)