De selectieve vloeistoffase hydrogenering van benzeen naar cyclohexeen

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Nr:

2706

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

...

:J.!.~~.~

...

~

...

'RQ1~.t.

..

~n

..

~.! •• ».9.9.~~m~m~

...

.

onderwerp:

van Benzeen naar Cyclohexeen

adres: Schere 77 Thamerdyk 28 3085 DV Rotterdam 3079 HT Rotterdam

opdrachtdatum: 26-01-1987 verslagdatum : 2-6-1987

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

DE SELECTIEVE VLOEISTOFFASEHYDROGENERING VAN BENZEEN NAAR CYCLOHEXEEN.

S<::her'-::: 7/

3085 DV Rotterdam

Ed Hoozemans Thamerdijk 2:3

•

•

-1-In dit fabrieksvoorontwerp wordt de selectieve vloeistoffase

hy,jl'c.-s.:-:,rl-=,:ri n.g' van beJ-ceen naar cvelc,hexeen be8.chreven. Het ç:,,,~·,,:e~. !'-l':'rdt l.;j. t.sEve:'erd in een fi:-:ed-bed cocurren-c. upfloHreactc.r

• bi .i J.:::;':: cC en 40 .1 bar . [1e katalysator is Ru/Co/Cu-Ba:3(i4 . Bij ·j e reactie ontsta~t naast cyclohexeen ook cyclohexaan. terwijl de

omzetting niet volledig verloopt (76%) . Het niet omgezette benze.::::n i·J<)rcJt gere':: ye l.::::d . Het e V': lc,hexaan word t in een

•

•

l!1ul tit.ui'3react.'='r t·i j 37(\ "'C en 1.1 bar gedehydrogeneerc! naar benzeen. dat gere~ycled wordt. Het mengsel benzeen,cyclohexeen. cvcloh-::::{é?,.an d3t u:it ei • .:: hydrogeneringsreactor ~:c'mt .. l,-Jordt. met

behulp van sulfolasn in een ext ractieve d.::::stillatie gescheiden in de afz2nderli jke com~onenten.

De capaciteit van de fabrieY bedraagt 50000 ton/jaar.

Aan de hand van een pay~out time (POT) van 2 jaar blijkt dat

cyc10h~xe~n een prijs van 2223 gulden/ton moet (,pbrengen. wil het r,rc,c'::s rendö.t·el =i j n. De ret.IJrn on investment (ROl ) bedraagt. dan

14.4% en de internal rate of return (IRR) bedraagt dan 47.9%.

~e t otale investeringen. gescha~ met de methoden van Wilson en Taylor bedragen 121 miljoen gulden. De winst in het eerste Jaar i'~':lm1: ,jEIn c·r' 17.,1,7 mil j ,)en gulden.

De k0s~en bestaan uit grondstof- en ~atalysatorkosten.

e

!..l"t. i ~ i t '/~~('E' t~rl ~ l!:·{:,ri~~'::"s -r.~rl, (·nder hc,u,jsk.t:,ster~. en ,je j dar 1 i j t:3e afsc~rijvin~en . De opbrengsten bestaan uit de verkoop van

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

'

..

-2

-- f·r".;,: '::·ls-:::l"!~ ,jj.t pr': .. :::.-s::;: i::.ereiden VE\n çycl,:'he:·:e~n i?lls cl"":'r:·~l~é:·:f

''';;='':IJ~ ,j-= 1=.r-:tdu,:..t.ie. "-/311 t::-·:.;:.,!)r ·:',J..SCt.=,IH is nieT. ,~,:;=;nc;lTIis;:~"'~ l-·::-r,:l=i~,:::l. Er 1U':',·::ot. e·:;n t:"" h,y~-= b.ri.jS :~e'/l"aagd t.-I,:,rden. \ (·,:'t' ar: :i~;;r·=: d·:.·eleinden i.3 het p1":'C'O:5 mis·: hier: "iel renda.t.el .

- L"Y-':'l' :!-::' ·::,n'/c,lle.ji'~e ':c;n'lersi.::: die c·,:·l: Cl':'.? 'J·::,(,r (:=::en de.:::l ît3.3r \~r!§:·':='l·,:~!r.~·t }:/r,.:ld,u·:t l·:,c·!=,t. is el- -=-en lJi t..?;;::l:"lrej.fjs en ,jlJ

l"-=-::0::: ~.·;:;i jin;; n,:·-jig Ei j ,je beri::idin~ van '':Y'.:lc1he:{aan. 'sr :;!-.'::!s·r:::::f

vc~r 00 ~e~ruikelij~e r0u~e naar e-cap1'olactarn. is ~e=e

::;-·:.h.:::i,j i n.s c''ierbixli:g, ,:)!t1d::.t . . :jo=.; \-:,t:'n\lo=.;rsie ;:L"ar n,:.,s..::n·:'eg 1'» ",', is. Li·:'C r h~'t. c'rJt".t·r~·l·~en "'v:ar; -=::<p-=riment.ele ... Jl,:)r=i~.~,:·f -·j3nl}:',g:-~.f~\,r-:::il3 Jêtn

net sys~~em sulf01aan - ~yclchexeen zijn de ex~ractieve

:le~~"T::ili·5<,.iek:,.l':m 1'11 e:-: T2) niet. lï3U;.~Tk-:::l.1rig te['i::re~-.o=.;lïer. .

- Docr h..::~ ontbreken van experimentel-::: thermodynamische gegevens

\::.: r :,:ulf ,:·L;,an, i.,": -:::-:::lï !':·'::h?t.t.i.n:ss":=,maakT. m.:::c t·ehulp V2<n ~r .>~ t:'2 i:. i j . j r óg-:?:nm,:::t ho·1":::n .

["':::1' !'!":::<:"_ ('lyr.::brc::i·en van kin.;:;ci'::,}:geg-:::v.:::n5' i~ 'Joc'r het.

~/"-=-·J..l_~ra~ .... .:ón (1~ h~/::ll"':= gE:neri.n-gsr'r-::8·: t·::!' e~n, ::.-:;~r Sr(:·t~ W~6!",j..:;

cl-:;r02.':",--==Jl·j. Hi~rrjc,(·r is er ::6--::1"' \l~.:::-l 1·:3t3.1~,lsa-r:/)r r:,-:.\:li ,s 1,\1·~ar,~i =':;~.

C·/:'~~ -j-= ~~c!2l.,::-rl Zt7:ër hc"':',g r,J(·rclerl"

B..::r··:;j.er-: '/3.n de ~:ir:E:tiek Vëdl d-= h·/dl',:·generings- en Ij ~ h:;·j r ':' S"::: 11~r :L n S .:-",1-e'=:1 ;": t. j. e 5' "

Bepalen van he~ vloeistof-dampevenwicht van h.:::t systeem '::UlI':·~èE1n ._. c\;,:lohe:-:eerl, alsmede hêT. 'l~rî-:rijgen von al:i.s

vlc~ist0f-g3sevenwichten in de vorm van Wilson- .NRTL- of

UNI~~AC-vergo=.;li~~ingen.

- Bepaling van de levensduur van de katalysatoren.

- '~ln,jer=,:·€::i·. naar \·!3rmï:e- ''O":n ~·T.·:\f,:-··/erdl'a.:-ht van .je

n':!:i]" ··~-::nerins2rea,:~ie in ·je fi:·:-.:::,j-bed c:::lcurrent. ur:.fl(.~n'e3r.t,}!-.

-../..:: 1.'" ~ ~ r i .~ .~7.n van .:::-= n E ;:I-=,j ~ i mt1 i. êi t i. ~'r' r '-:Igr ,3mlTI 2 \r':n:<r- het. b~r-= ~~ ~ 1:-:: r'j \.'3.~: ':::-::-[-1 ;:::,4:t:l·3,::."t,i~\.i~ ,j.-=s"'(.il.i8r:-.i~ (t'J.B. ,tpr·:I:.€:f:s·! is rli.~r:. in

I

I

.

•

•

•

•

•

•

.. ' .~---;~=:=:-,.,---:-=====!,!!!!!!!!!!!,!!!!!!!!!!=====-, He··) ft:;!:"T.UV 1 2.1 ,", ...:.... . .:... -, I ..:... ~

-3-Lij~t van tab~llen en figuren

IlÜ0.iding.

Uitgangspunten voor h~T. ontwer p .

Productiege~even8.

Aann3l\\~S .

Fysische constanten.

Veiligheidsgeg'2vens en -maatregelen.

Hoofdstuk 3 Be8cnrijving v~n het proces.

3.1 F10wsh~~tverklaring. :.; . 1 1-+ •. ?-Pegelingen. ':'.1.1 .!"-f . 1 . .2. Re~cT.iemechanisme. Ui'tgó.ngspunt .

Dehy·irc.genering van ,:vel,:,hex8Etn. Evenwichtsgegevens benodigd voor scheidingsberekeningen. 5.1 Hydrogeneringsreactor. 5.2 Dehvdrogenerin?sre8ctor. 5 . ,? c , -_! . . .. , c, c, '-.. t-. DesT.illatiekolommen. Vlc·eist.ç·f-s&sscheiclers en to~accumu18toren. Warmtewisselaars . MaSS8- en enthalpiebalans. 6.1 wl Jze van berekeni ng.

-:' . 2 De massa - en '2t.hal pieba lans . 0.3 Stroom- en componentenstaten. / Apparatenlijsten. 1 "' .-, ..l""':" 1'::: 1.:~ 16 1 f· • i=-; .L _. 19 -, ::::: .31

•

•

H '::' ':' f ,j :=-: ;:. IJ l·~ 2

•

:3 . 1

•

:3.5 H()ofds tuk 9

•

Bijlagsn. 8i lage I . E1 lÓ.Er:: I 8i lage I

•

Bi 1 ~ _- I Bi l~.ge ij 8i j lagE: \,/ Bi j 1-3g8 '\,f

•

•

•

•

•

•

-3 a-Opbrengst en productie~osten.

.b.rbeidskc,st.en.

I n\Je~: tr::::r i 11É.:en .

bi::.

- C ~_'

;3 . .:: . 1 Vol?ens de methode van Taylor.

Volgens de me~hode van Wilson.

:3.3. ::

Afschr i j'·Jingen.

Economische criteria. F'ay-out. t ime.

8.~). 2 Return on investment.

Internal rate of return .

I I V 1.. I 73 Lit€::rat.l.!urlijst. 74 I I 76 Procesroutes . 77 Reacti~mod1flcatoren, ~9

BereJ:eni ng h,::/drogen8r i ngs.reac t.,:-·r . e,l

B"ö:rr=.::}:·:::n j. ng ·:iehv,j r')g-:::ner i nE:=':'; rea,::. te,!, . .=: -J.

8erekening en dimensionering

85

destillatiekolommen.

Berekening evenwichten in v10ei8tof- 112

.?

=.

S 2 .: h·~ i cl e r~· .

I ...

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

1. Ä . i . -4

-Psac~16mech8nisme van de k8talyti~che hydr0gener1n~.

Vrij~ 2n~rgieniveaux van benzeen. ~yclohexadieen.

\.~ ~'i':.l,·)he:·:eë1! en (:':/c·l:':·1'1'2z.3.3rl.

Drie mogelijke driefasenreact0ren.

r~-:: f i :< ..::d - !:.~,j .-:;, f:, i~"' 1J 1"' r f::LJ T u l=! f 1 ,~·,l·Jr··~ Ei (: t ,,:-, 1-' ,

5tr)rningsregimes .

Schema aparte warmtewisselaars.

'>:'mpres;::orren'J-sm-snt als fun·:ti-s '''/'''.n

de compressievel'h0uding ,

~ Ccrnpressor met tIJssen~0eling, C24

9 . Vergelijking experimentele- en UNIFAC-gegevens .

10 . Er~~r en Maddox : pr3~tische schotels en reflux.

een vloeist0f-gasscheider.

l:? j··j·:l':·:'~T:;m ::.e1' b':':~1='.:ëilin§' 'Jarl.je "rise!l l n een vl'>::eJst;:' f-~~ .. ~ 5' 2 ':;' t"'i --=-i ,:i r:=; r . 1:::. N ;:'Hl':' ,~rr '::'. rn \IC ~:' r ber'e !.:. '"='fl i n.:?5 <:: (:1 l"'t t. r c· 1 r:;: . 1. ~, . '-. c . 11 . F .. : ?: :L F,;' <: ~1 t:; c: () n 8 "t 3. n te rl "p r C" I.: ~ s S 1 I •

l>~ ',/is·<»Si t-::::i~: 31s flJn,:, t.is- \!é1n (~e "t.erllp~r·3tutlr.

C'·,:: ·.<.?-1 ... rr;.-r:-.... :,.:.i~p2(.it~7:::it. 21::::' f:)n::.t.ir:=.: "'...rdl""r (ie t.,;:;t11!;'Sra.t-tt 1Jl" ,

~~ili~h~ids~sgevens naar a:ëinl~iding V3n s~)~ei~ensch2p~eG.

L· j. :1\'-=-:~l:':: i. t)n.er i n g "/3 n (:te h y,j1" r:' S'::::~11::;!" i rl,g5: 1"'-7:&-:-:. t ·.:·'r _ L: i I:! ~n ~ i ':,'n~r j !îg \i a n ,j~ ,-~ie h~ .. J(J r (I f:.'F.!n~:r i n.gs r~2. c' T 1.:.Ir . !).~- -'J,: r!uings - .. ::;n \.',e:."'d3mr~:,ing:::',r==rlt.:"'t;~ 1 t:liet~n .

De ":::2Jth".1j.:,ie!,;,,<ór::len "Jan f:,l.,: .. :·m en c,:'n.:Jensa2·~, [1-::_ ,-::; nt ha 1. r-r i ,~'.'~'.:t ó :r"(:::ten \/ Ei r~ ~~I:j~ 11.'1 "~ t'.~r .

8~paling V8n de c0stline-ind~z . 1~~ . _~ ... -r-:.::~:.r!rj. j·'J:Lnssn ~::n ,:)n"jsr::·!,:·ul~l ,

1'::;. E=1;::,::",:.;.2 . .:.::-rrl':·j·jj.fi ::3tc-r.-::n .::-::n hl.lI-l (:jj~~)()t:·lnlClnl~riterl.

14. F-=:~lu:.-: ~n de r"'r::::J.áti~'Jé VllJi:}-j~.is·ht~I~1-:::n \;.:I(;r ~01~mmen Tll ~n 127.

15. F~2i2~h~ ~onst2n~en voor ~rap 16 van kolom T11.

1>:',. L'.imensi,::,-,nering ··,·:'i.n .j~r~,:·l':-,m.3-:=·:ties Vbn Tl1. 1. -; ;::irr,i:::lîsif:·n,:.--ri.llg \iëin de f:.:,lc·ms,,=cti':::-2 van T27.

1;~'. [.iinl~::;risic:n~1··in,5 ~\.~,?'n cjs- }~:)J.()rn:::-:.:c:~i7.s \Jon ·r.?-,~ .

10. ='i1tler~' i·:'.n·:::r ing \'ón d~ ~:;:,l·:'mseco:ies vall L:;,~, An~0in0 constanten. 19 - c; -, < "':'.l .~.:, 11. ~. 7 ~-. i-', --; _. ... , 7';t ,-, ,-. 1:'<'::" -"';'.: 11:=-:

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

~

I -5

-Dit fabrieksvoorontwerp behandelt de selectieve hydrogenering v~n

;::,en:::e·.:;:n n2ë1!" c\!clohex,::,en in aal11 .. ,'ezigheid \;5n een Ru/eoje

\.!-katalysator. Aangezien deze reactie in de g~sfase een veel te

l~ge vield 18%) aan cyclohe~een geeft, is er de laatste jaren

nieuw l:'ïljel-z,:>=-::k geclélan om deze yi;~ld te verhc'gen. Een van Ijeze

e,ndér :::·::,·:::k.::::n betref t de vloeis -r:.off aser€::ac t ie in geroerde

autocl~':€::n . Hieruit blijkt dat de reaktie aan het fasengrensvlak

vast-vlc·eibaar-gas een stuk be~er verloopt in de richting van

cycl·:,h,.?:-:-:=en d.3n aan h.::;:t grenf:vlak vaf:t-gas. Een belangriH: 3spect

t i j de=~ nieuwe onderzoekingen is het gebruik van

reactiemodificatoren. die blijkens experimenten een veel ho~ere

cyclohexeenselectiviteit teweeg brengen. De wer king van deze

react.iejjl(=,dificator'~n l.,JorrJt 113der toegelicht i n 4 .1 . en in bi j lage

I I. I n Ij i. t_ fa. br i ek:::. \l ('!r:'r ont t....JE:r !=i \~~lc,rlj t. gel~ekE:n naa reen t Clt. 8 ê.l

l='l'c·,:es .:.p ~ L'='nd \/3. n .genc.'emr:ie v le,ei::::. t.-::,f f aE:,·ereac tie als

al~ern2ti~ve r0u~e naar cyclGhe~een.

De herni~uwJ~ belangstelling voor cyclohexeen komt. voorT uit. een

0nlar~s ?0vonden wa~erstofbesparende route naar E-caprolactam, de

:§r<:,nd~"::. :·t" \1':;01' nylon--S. uit.:ssand·:;:; 'Jan cyclohe:>:een . Bi jlage: I.

~e€::ft d~ vergelijking van een belangrij~e huidi?E route en de

r:ieuó-; ··;":,,::'rgez~"t .. :;:;lcie pr.:,eesrout.,:;:;. In de huidige route heeft. de

cyc10~€::~aan-0xidatiestap e€::n beper~t rendemen~ , het.geen een

verlies van 20~ benzeen kan oplever~n_Direkte productie van

cyclche~een uit benzeen 28U de grond::::tofkast.en dus aanzi€::nlijk

ve:-lage;-l. E:c'-·.'Endi"'ë:n gaan cie t·est.aande r<:'utes v,)or de product.ie \/':;11

cvclohexeen uit van cyclohexanol of chloorcyclohexaan. Deze

gronds~cffen worden bereid uit ben=een door hydrogenering nélar

cyclchexaan. dat vervolgens wordt geoxideerd dan wel gechloreerd.

Naast grondstof voor de productie van caprolactam kan

cy~lGhe~e~n worden gebrui kt voer hydrat~ring tot cyclohexanc·l, de

epoxi datie tot cyclohexeenoxide en de productie van

f i j n·::: hemi ': al ien .

Gezien de aard van het systeem is er voor het continu bedrijven

van de genoemde hydrogenering een driefasenreactor nodig . wa3rbi j

gekozen is voor de verti cale fixed-bed cocurrunt upflowreactor.

De huidige mark~ voor cyclohexeen bedraagt enkele honderden

tonnen. Indien de kostprijs voor cyclohexeen gunstig is . zal

cyclohexeen kunnen worden toegepast als grondstof voor

cyclohexanon. waarvoor als precursor voor de caprolactamproductie

een zeer grote markt bestaat. Indien volledige caprolactam

-productie plaats vindt via de cyclohexeen-cyclohexanonroute, zou

er een mö1'}~t: l,Jorden gev_reeerd van t1-h=:e mi l jc'en te,n per ja31'.

het feit dat cyclohexeen niet tot de bulkchemicalien behoort. is

er de oorzaak van dat de bestaande kapaciteit veel kleiner is dan

de ~ier ~ehanteerde capaciteit_

Het fatrieksvoorontwerp i s een onderdeel van de studi e

Scheikundige Technologie aan de Technische Universiteit Delft.

---~~-~=-=-_. ::_--_.

_~-•

-6-•

Als uitgangspunt voor het fabrieksvoorontwerp i~ een fabriek

• gei,~(='z:::n mo::::t ê"-=en jaë-r':2Ipa':.i tei t van .':,000') ton/ jaar. Deze

capaciteit dekt een deel van de markt voor cyclohexanon

f1 nlil~':'E:n t.c,n/j33.r) en de .ge]-Iele ma.rkt \iOOr c:/clohex~en

(enkele tonnen/jaar) .

•

•

Overeenkomend met deze capaciteit is er dan aan grondstoffen per

jaar '-,-.~.:4.':',O ton benzeen en ::::.341 t.'-::!n l',;ë1V:::rstof no,jig. De

hoeveelheden van de gebruikte uti l it ies zijn te vi nden in

hoofdstuk 8 , de kost.en. Het aantal bedrijfsuren is geli jk genomen

aan 7'~:')(1 uur/ jaar. Dit kc'mt overeo::::n met een toeschi kbaarheid van

80%. lit.. [1

J

.

2 . '-;.'

Ter vereenvoudiging 'fan de berekeningen zonder verlies van de

realit.eit zijn de volgende aannames gedaan:

- Het gedrag van het door ons gekozen reactortype, de cocurrlJnt

upflowreactor, i s onafhankeliik van de diameter van de

- De activiteitscoefficienten voor de berekening van de

evenwichtsgegevens voor de destillaties zijn te benaderen met

• UNIFAC . Hierbij is een redeli jke nauwkeurigheid voorop gesteld.

- De grond- en hulpstoffen zijn 100 % zuiver. In het sulfolaan,

dat als extractiemiddel wordt gebruikt in de extractieve

de~tillatie. zal altijd enige benzeen opgelost zitten.

Aangezien deze hoeveelheid vrijwel constant blijft is deze

• verder buiten beschouwing gelaten en is het sulfolaan 100%

zuiver verondersteld.

•

•

•

•

- De gas fase is te beschrijven met de ideale gaswet. De hog

e-dru~c0rrectie is ten gevolge van een compessibi l i t e i t s factor

van ongeveer 1 te verwaarlozen. lit.[2].

- Bij de extractieve dest illaties is de molfractie sulfolaan in

de g25fase te verwaarlozen. Deze mol fractie is namelijk

- De sonversie in de dehydrogeneringsreactor is 100 %. Dit is

aannemelijk omdat volgens l i t o [3J er een conversie van

99.7 ~ is. met een selectiviteit van 100 %. Er ontstaan dus

ge"'=:î: bijl:'YCiijl..l.:,-ren die e'Jentu~el .gespuid ZC1_Ll\jerl n1cleterl _y,lC1r,jen.

- H.:~t ck":·r rE::C \IC l"?:st r0men i n de hvdrogE::ner ingsreactor t.'2r1J?sEvoerdE

c

:

.

,::;lc,hE:::.-:een l.,J,::.'rdt geheel omgezet nêls.r

Even~uele hier niet genoemde aannames zullen in de desbetreffende

___ .

_______

,

_____

.-==========,-,--~"'___=~=~~==

__

-

___

..

_~"4 _ • • _ _ • _ _ _ • _ __ _

•

•

•

•

•

I

.

I

•

•

•

-7-[n ta0~~ 1 zijn d~ fysi2Ch~ constanten w~~rgeg~v~n voer de vi~r

v l'-:-l~: i f.>= r -::: -: . (\1111="("' ;-:-:-:}J T.+:::n. ::-':·b.12 t:l i -::: d ("('Il"' } .... l~t ;~: i nn_11 êt t iepr r:'l ~r a !nn12. "Pr":··: '~S~: fl r~j~=-, rei:-:::!1 ~>:,·:==gSÇ .. 2 s t .. (::omp,:.nent. f Y 8 is.:: h ~ Ij t m ~ r1.S i f;-:: ')n:3 t .. s tll:.e ,3,:: e:-:1:r i ·.: molair -\f() l l.inîs Hf' gram/me,I

cc

~~g /rn.3

-'e

bEI!' I:: c. " g - m ';:" 1 k . .J Inl':'J. ~:.J :' !n':' 1 sulf<:,-laëln 7;3.11'5 1265.810 882.970 556.580 289.450 47 . Ç}Çib 4(j . :2l4-l +-:260 .OOC; -2~~ . 894 129.680 84.16.::: 8C .7ifC 781.816 281) . 300 40 . 7~?~: JO:-j . OOi~j C.272E· O. 211~: 1 Oi3. 738 -123.12;:< 31 .697 t) . l eE. 101 .941 - 7.1·:' 7 1 (I '=, . ') -:;. <::"

t'I-=t t·ê;:-!U~;' 'v'sn d:=: .s.sS~IJ..:::n2 uiT. .~i.t.. C~~J is voc.r

:':·,?·:J.,:-,h·==:·:='3n . (:~·.il:.l:'!~lE::~:":::7.n -=.n tr7.rl=~en do? relê.t.ie tu~,sen vis·:',=,~·iT.ei"": ~n ~e~~~~atuur t~~a31j .

, " . '_1.

1 n ( ~I., ~ = 1 n i A) + B " T

T . ,j E: tem j,y::, ra 't. iJ U r i n Vel v i n A ~n B zijn ~onS1:snt~n.

[:2."::.1]

VCGT d~ relatie tuss~n de Vis~0siteit en d.s temperatuur voor

~':'!,:'.J= rt;lls"= '>='I:lpGI\-=nr:2n ka!! 1=·i j b.snadi:,;ring .sen lin;::air vert'ónd

I . I I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

'-'

_

... -- --

8-Tabel .-, _{De viscositeit als functie van de temperatuur.}

vloeistof- A B fase benzeen -4 . 6123 1216 . 1 cyclohexaan -5. 1605 1511 7 cyclohexeen -4. [1838 1191 4 sulfolaan -4. 2'97~ 1989.7 gasfase .t:., B benzeen 3 .7320 0.2470 cyclohexaan 19. 30Lf O. 2543 cyclohexeen r-, ~20::, 0 .2363 """' . sulfolaan

Met behulp van de gegevens uit lito [41 is voor

cyclohexaan.cyclohexeen en benzeen de waarde voor de dichtheid

bi j e·:::n b-::::rwdigde temperatU1ll- bepaa ld.

Voor de vloeistofdichtheid van sulfolaan is gebrui~ gemaakt van

de correlatie van Gunn en Yamada, lito [SJ:

Vr (O) _{0.33593 0.33953« Tg + 1.51941 « Tg~ [2.3.3J} - 2.02512 ~ Tg3 + 1.11422 « Tg4 voor 0.2 ! Tg < 0.8 1.0 + 1.3 ~ - i~, . 50879 ~. (1 Tg)o.e # Log(l - Tg) [2.3.4] 11 - Tg} - 0.91534 * (1 - Tg)2 voor 0.8 ' Tg ( 1.0

r

~ 0.29607 - 0.090~5 ~ Tg [2.3.5J voor 0.2 ! Tg 1.0 o ,

=

Vr(O) (Tr)/Vr(Q) (Tb) .< 0,- _[2.3.6J (1 - w • f(Tr »)/( l - w A r (Tb» met Tg

=

T/Tc

hieri~ is Or de dichtheid bij de referentietemperatuur (Kg/m3

)

Tr, de referentietemperatuur (OC)

Tc.

de 3centriciteitsfactor

de temperatuur iOC) waarbij de dichtheid nodig

de ~riti5che temperatuur (OC)

Tg, de gereduceerde temperatuur (OC)

Voor de referentiedichtheid is gebruik gemaakt van de waarde =1:'31:::', \!-::::rrn~ld in de tlLitjr':t.!-·~,/ V3n FJr0ce~.~.".

Voor de bepaling van de dichtheid van de componenten in

gasv0rmi~e ~oestand is gebruik gemaa~t van de ideale gaswet. l· ~: ~.

De=e t~nadering kan worden toegepast .omdat de

~0mpressibiliteitsfact0r voor de gassen ongeveer gelijk is aan 1.

•

•

•

-9-Voor d~ warmtecapaciteiten van benzeen, cyclohexaan en

evclohexeen zijn de experimentele waarden gebruikt zoals vermeld

in lito [7J. De gegevens blijken te beschrijven me~ een lineaire relatie tussen Cp en de temperatuur. Er geldt :

Cp - ,'" + B .; T r~':.3. 7j

• hierin zijn, A en 8 constanten.

•

Voor s~ilfolaan is aan de hand van l i t o [6J een uitgebreide rela~ie

t0e~e~~2t. waarvoor Eeldt:

Cp

=

A + B ~ T2 + [ l t- T'3 _[2.3.8] hierin zijn. A,B.C en D constanten.

De (,.'io, ", rel"ö:!! v()or de C1:1nst.anten A, 8. C en Cl ::i j n benader·j met. de m.:::t]-;t>'j.:::: '.::in Rihétni en D,:l1'aisl·Jamv. lito [6J. en ::i.~n vermeld in

• Tabel 3. De w3rmtecapaciteit als functie van de temperatuur.

•

_su 1 fe,l. aan ben::·::.:::n c yc: 1 Cd-j~XEi an C··iC l(>he/~e~n A - 7 . .';,9':· 17 .. 371 (I . ~?98 1 ,-, ,:::,') . -' -.:. c: -' r'-' l B "10 (J/mol/K2) 4.730 2.31,,3 :3.721 3.112 'lE+4 (.J/mol/K3) -2.767 D ';lE+8 ( ~T /mo 1 /K4 ') c:,.990

• De s~ort.:::lijke warmte van waterstof is bij gebrek aan

experimentele gegevens constant en gelijk aan 28.644 J / molK

•

•

•

•

---

---

---

-•

-10-• ,C,3n \~i,-= hèn·~! van li.t. [;:::.9] zijn st_~:lfgE;gevens verzameld die van

belan~ ~ijn voor d~ veiligheid van het proces. De gegevens zijn

w~erg~~even in ~abel 4.

Tabel ~ . Veiligheidgegevens naar aanleiding van

• st0feigenschappen

•

•

C. Cl m 1=' ':. n ent tlf·=n=e~n c ~"c lCI t-lt:::)o~ a êt n c,Y'c l·:·j'-lexeen sul f .:. 1 .::, 3 n Tv ZOT Eg MAC (

,-"

c~

)

_\ \) ·-t '\ _'-'.I V% lucht ( mg/m:::" ) ··11 -- ..!..I~ -El 177 Tv ZOT, Eg 5S(1 1 . -; .:.. - ::i . 30 260 1 ' ) -"-'

-

8 4 1050 n b n b 101':' n b n b n b het vlampunt. de zelfontbrandingstemperatuur

de explosiegrens in volumepercentage in

lucht

MAC, de maximaal aanvaardbare concentratie

Voor sulfolaan geldt:

• - een zeer lage t oxiciteit.

- niet irriterend voor huid en ogen.

Voor benzeen,cyclohezaan en cyclohexeen geldt:

- zeer brandgevaarlijk.

• - damp met lucht is explosief.

damp is zwaarder dan lucht en daarom is ontsteking op afstand

mogc::lij}"-.

ten gevolge van het geringe geleidingsvermogen kan bij

stroming en beweging statische electriciteit worden opgewekt.

- bi j inslikken, i nademing of contact met de huid onstaan de

• bekende gevolgen als hoofdpijn, keelpijn, roodheid en misselijkheid.

•

- vooral voor benzeen gelden strenge hygiènemaatregelen.

Daar er in het systeem geen zuurstof of lucht aanwezig is, zal er t·innen de systeemgrenzen geen brand- of expl osiegevaar =lJn.

Echter bij het optreden van een lek in een van de apparaten onder

atm0~feri5che dru~ zal de mogelijkheid bestaan dat er lucht

naa)-binnen toe lekt . Hierdoor bestaat de kans dat er brandbare of

• exploEieve mengsels ontstaan. Het is dus aan te bevelen om een .gc'ecit~ ·:()ntr·:/le op lekkage rla t.E: leven.

•

Als veil igheidsmaatregel is het eveneens aan te bevelen om in de

atmosferische apparaten een kleine overdruk te handhaven. Het

effec~ hiervan bij het optreden van een lek is dat er stoffen uit

- - .-- -_ ___ _ . .=..-. _ __ ' _ _ ~_===:_============!!!!!!!!!=======-"__'._'_."""._'.-=-"_'. --"-'-'-'=- "'-'~"~-~"'_' _ _ _ __ ~_ • _~. ___ ~w-_ .... ,

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-11-hiervan is minder groot dan dat van een brand of explosi~ die zou

1'~L! nl"!':::li ,:,nï::S taa n t:-1 j het naa r binnen t.reden. van lucht. Het naa r bui~en treden van de ~oolwaterstoffen zal eerder en gemakkelijke1" sb:(:·r,::.l'c'h"erd kunn.::::n worden dan int.reden van lucht in het.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-1

2-3. Beschri _{iving van het proces.}

3.1. F10wsheetverklarin~.

8enze~n wordt bij 1 bar en 25

oe

in het proces gebracht. Na

opmenging met de recyclestroom (topproduct van destillatiekolom

T34 1 t,~staande uit benzeen en cyclohexeen wordt de druk opgevoerd

tot ~O bar (P6; . Daarna wordt deze stroom opgemengd met de

recyclestroom uit vloeistof-gasscheider V26 en vervolgens verwarmd tot reactieomstandigheden, ~O bar en 180

De

(H7) .

Als tweede stroom komt waterstof het proces binnen bij 38.9 bar en 25

0e

.

Deze stroom wordt verwarmd tot 149 DC (H3) en ('pgemengd

met recyclegas uit vloeistof-gasscheider V9. Na compressie (C2 1

tot 40 bar en 150 DC en verdere opwarming tot 164 0C (Hl) wordt deze stroom opgemengd met recyclegas uit vloeistof-gasscheider

V26. In beide recyclegassen zitten kleine hoeveelheden

koolwaterstoffen die in het waterstof opgelost zitten. De nu resulterende stroom wordt samen met de benzeen

(-cyclohexeenl- stroom bij reactieomstandigheden,40 bar en 180

De

.

de hydrogeneringsreactor R4 ingebracht, waar benzeen en waterstof gedeeltelijk reageren tot cyclohexaan en cyclohexeen. In deze reactor wordt de vrijgekomen reactiewarmte gebrui~t om stoom te produceren.

De reactoruitgang. bestaande uit benzeen, cyclohexeen.cyclohexaan en waterstof wordt gekoeld (HS en H8) en gescheiden in een gas-en een vloeistoffase CV9) .

De gasfase. bestaande uit waterstof en een klein deel

koolwaterstoffen, wordt na verwarming (HS) gerecycled naar de waterstofvoedingsstroom van reactor R~.

De vl.Jeistoffase. bestaande ui t alleen koolwaterstoffen. wordt na

drukaflaten en verwarmen (HlO) in de extractieve destillatie~oren

Tll gebracht .

Het topproduct bestaat vrijwel geheel uit cyclohexaan. Na

parti~le condensatie IH13) en afscheiding van de refl~x (VlS)

wordt ,je gas fase gecomprimeerd (C18) t ot 1.1 bar en 86.1 ~C. Verdere verwarming vindt dan plaats tot 276

oe

in H14. Na nog

verdEr~aande verwarming (H12) wordt het cyclohexaan bij 1.1 bar en 370 ~C samen met een waterstofstroom bij dezelfde

omstandigheden in de dehydrogeneringsreactor (R17) gebracht.

Gezien het feit dat de hier uitgevoerde reaktie warmte kost.

wordt warmte toegevoerd met behulp van Therminol 88.

De reactoruitgang wordt gekc,eld tot 30

o

e

IH21 en H23) en

gec:'ffiprimeerd tot 40.1 bar en 143 °C in meertrapscompressor C24.

Na co~densatie en koeling tot 300

e

_{CH2SJ wordt}

het ontstane

vloeistoi-gasmengsel gescheiden in vat V26.

De v10eistoffase die V2G verlaat, wordt direct gerecycled naar de

benzeenvoedingsstroom van reactor R4. De gas fase wordt na

verh3rming (H21 en H22) gesplitst in twee stromen.

De hoeveelheid wat~rst0f die ontstaan is in R17 wordt gerecycled naaI' de waterstofvoedingsstroom van reactor R4. De rest wordt

geexp2!1deerd en gerecycled naar de waterstofvoedingsstroom van

reac~or R17. waar het samen met het cyclohexaan de reactor bi nnentreedt.

Het t 'Jdempr0duct van ~oren Tll. bestaande uit sulfolaan (boven in

de ~01c·m ingebracht), cyclohexeen en benzeen wordt verwarmd ~ot

220 0,~ (H201 en in e~tractieve destillatiekolom T27 gebracht.

Het t,)pproduct . bestaande uit nagenoeg zuiver cyclohexeen. wordt

gec0nden2eerd (H30) en opgevangen in topaccumulator V31. Een deel van de stroom die di~ vat verlaat, wordt als reflux gebruikt. de

•

•

'-"- = = = =:::!!'!!!!!!!!!!!!!!!!!!=======._-.-- ... - -"-"'--=-~-~-'

-)3-rest wordt gekoeld tot 25

·e

en verlaat als eindproduct het

prc,ce~ .

H-== t t·-(=,:~i.-:;:n1=·,r ::,,'1 I},,:::

-r..

bE:s t,3 .::t n(t~ l~\ i t 2 tl 1 f ('·1 é\ 8 rl f l) i t. (ie '.]()E;,j i 11 s~

=

':'It~jr= 1

313 L'i~ de ~uliolaanvoeding boven in de kolom). ben=~en en ee~ t·~.:::r :,e : ·:::::l·:·!le~:-:;en. [,rc·rdt in dest.illatiekolc·m T3-4 binneng'Ö::t·r,:<cht. • He~ ~0ppr0duc~ wordt ge~on·jenseerd CH?Sl en OPEevan~en IV37

r,JêtSrT,·~ ee~! deel ai.:;:: refJ,u;,: ',.;·)rdt. gebrlli~:t. en de rest gere\::.:rc.led w(,r·jt nsar de benzeen·· ... c!eding~.strc'.:·m van E4.

He~ bodemproduct w0rd~ gesplitst in twee stromen.

De eers~e ~troom wordt op een druk van 1.5 bar gebracht iP321 en

daarna met behulp van vier warmtewisselaars !Hl.H7.H11) .H14 ) en

• e':Ö:n kc·el'::.:T (H2SI) e.p 9(' V(: g':Ö:bracht.

De tweeje stroom wordt gekoeld met behulp vsn twee

warmtewisselaars !H20, H3) en koeler H19.

Goed beschouwd zou ook de tweede stroom op een verhoogde druk van

1 .. ~; b?}- mc;et'.en ~ .. lorden ~:ebr2·:hc: c·m voor de drukva.l ,:·ver de drie • '..-.la. rl,l'te;" isselaars 1:.::.:: .: om p;::,ns·er.::.::n .

I

In h~~ f10wshe~'t zijn verschillende regelingen opgenomen. Enkele

'. hiE::r'!.::,n zullen hier uit.§:ebreid toegelicht l~'·:>r,::ien. andel'e ~.l-:::·:rJ·t:':" aange:,;·':ipt.

•

•

•

•

•

•

PC: -~i'.:':: drukregel ingen op .je '/loeisT..c,f-gass·::heiders h':,u(ien cie

dru~ in deze appar8T..en constant door het regelen v2n de ~,~~fli:l\l.J .

de dru~regeling in stroom 21 zorgt ervoor dat de jru~ in

.::::tl'c":·m 2:12 const3nt. blijft clc·or de El..:·,,' van st.roc'm :::',2 te

;-E::3'.:'::1~n . i')êlr::'leer ,jeze drl_~~~ niet. cc\nstant r,j·,:,rdt. g,=::hc'lJclen

·:'n'~T.aat -:::1' E-=n c,ngei·,ren.st drukversc'hil tUSS-?l! s'tro':']TI (. en

~'-r:r,~'clm 21..3.

LC : jE:: niveauregelingen op de vloeistof-gêlsscheiders en

TC' :

FC' :

~~ .. :\ i:' ~ ': f.: llnilJ 1 S 1:':ll'en z,:-r gE: 11 ~riJ(l,:tr .j B t het", ~v·l oe is t Cl f n i \l-==dlJ i rJ

je

ze apparaT..en constant blijft. door de vloeistofstroom

te

de niveauregelingen in de destillatiekolom houden het

vloeistofniveau constan~ door het regelen van d~

'jlc,ei2tofaf-::.:.p.

d~ temperatuurregeli~gen in

oe

d

estillat

ietoren

~ernperatuur constant door het regelen van de :~t_c'(IInh,)ev'eelrlr:;ici in je rec·i)ilër.

- de tempera~uurregelingen in de beide reactoren houden de ~emperatuur constant door heT regelen van de flow van het

; .. ::3 r m ::e:-;.!=,nemsnd e 1'0.51=":'::':: t. i eVr~ I i. i 1: l.J El rmT.. eover·:l r .s,sen·:le med i UTft .

de

fL:

;

t-neg,:::ling

in ;:le t:·en:::eenv(\.=;dinssst.re·om zi:-rgt

erv

·

::·c

r

~! ?~. (tE: i n .~' t~ n:ss~: ~ r,'~,,:"m d.~ n t'''::-lJ =7.Sn \,' 0 ri 1"'~2 ,-:. t (',r F,:f4 :-.::-, n::.: t.:3 n t r:.1. i j ft.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

.~-. _. - -~-.. - ' . -~- -'~~_-r:=.-_=::..=:.:-~---'

-14-de drie flowregelaars in -14-de gasstromen 3,9 en 21 a meten de flows in deze stromen. Zij sturen deze waarden naar de

"computing relay", X. Deze computing relay, ;(. stuurt een

klep aan die de binnenkomende stroom aan waterstof dan regelt.

rJ.8. deze manier van regelen is ontstaan toen bemerkt werd

j.3t. er Eemet~;r: =('1.1 m':·et.en 1·Jc;rden ;3ë\n str':::',)!l\ E, en ,:lé"'t. dE-ze

l:.,::;rlJ~.:~>=-f:'-:lprJ·=-ld 7.(11) !TIe,eten t,-lorden n&31' str,-:'om ';:l. De

d00rkruisin~ van allerlei recyclestromen is met deze metho.Je var, r,::;geJ .. :;n ve·r:-or!..:omen 1 ',.Jat de overzicht.eli_if~hei(j

ten ,soe·je }:omt.. HeT. i.s èchter niet strH:t n,:",:-·d:::aJ.:sl i .:il· '-:'n1

deze methode in de ~raktijk toe te passen.

•

•

•

•

•

) 4

~()

I

I I'lrl~w:.lle" ~,I ' .. (

é

I

~0&

L _ _

Hl WARMTEWISSELAAR V I> VLOEIS TOF· GASSCHEIDER HI6 REBOILER

C2 COMPRESSOR HIO WARMTEWISSELAAR R 17 DEHYDROGENERINGS·

H) WAR"-"tTEWISSELAAR T I I EX'RAKTIEVE RE AK TOR

R. HYDRQGCNERINGSREAK'OR DE S' ILL A TIE TOREN CI6 COMPRE SSDR

H ~ WARMT(WISS(L AAR' HIZ VOORVERWARMER HII> KOELER

P e POMP Hl) KONDENSOR HW WARMTEWISSELAAR

H 7 WARMTEWISSELAAR Hl. WARMTEWISSELAAR H21 WARMTEWISSr.LAAR

H6 KOELER VI~ 'OPACCUMULATOR H22 VOOR 'IE RWARME R

•

•

•

•

•

•

h

.'"

l"

--,.,m

~ H30 ~ H33 I(Ort ... ~If:r CYCLOHEXEEN Sloom

H21 KOELER H)O KONDENSOR

CZ. MEERTRAPSCOMPRESSOR V) 1 'OPACCUMULA 'OR· PROCESSCHEMA voor do SELEKT lEVE

H2~ KONDENSOR P)Z POMP VLOEISTOFFASEHYDROGENERING

'126 VLOEI S 'OF ·GASSCHEID( R H)) KOELER _{V~n BENZEEN n.ar CYCLOHEXEEN;}

, 27 EXTRAKTlEVE T). OE STILL A TI (TOREN

DES TlLL A TIE TOREN H)~ KONDENSOR JL CM POlet r '1/0 no 1706

H26 REBOILER H)O REBOI LER ( Hoolrm.aru MC1 19'37

HZ\> KOELER '1)7 TOPACCUMULATOR OStroomn r. [IJ T _mp In-C @AbSdt"Uk lil b~r

•

lJI I

~----' -'-'---' .~~~-~

..

~.============~~===============-~======~==

--_

...

_ -

_

..

_

.. ... .

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-16-Onder anj~re ui~ lito [10] volgt dat de katalytische hydrogenering

v 3 n b/::c!î ze·:::n c,ver Ru/Co / Cu -k21 t. a 1 ySêI toren ~:an I,)orden voorgest.-::ld

2 1 s i 1! f i

.

s

U 1) r 1.:

0

g

Og

0

g

I

~

_(a) r de s.1

~

r ads.

H

(b) (c)

0:

2

H:::-

_a

0:

2

H,tO:

₂

Ha~

0

a

g

=

gasfase a

=

geadsorbeerd op katalysatoroppervlak.

Figuur 1. Reactiemechanisme van de katalytische hydr ogenering. Dehydrogenering blijkt dus stapsgewijs te verlopen over het

katalysatoroppervlak, onder opname van telkens twee geadsorbeerde

waters~()fat.omen .

Figuur 2. geeft de vrije energieniveaux weer van de betr0kk~n

s1:offeo: FisUI..'T I 60 -40 f-2. Vrije energieniveaux van benzeen,cyclohexadieen.

cyclohexeen en cyclohexaan.

fiG· :'(1) - 20~C6H6(a)/ +6H(a)

i

4 0 -- 60 - '-(kJ.mol 1) 80 --100 ~ 120 -I

o

I I I I 100

extension of the reaction (%)

-•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-17-Uit d~ fi~uur is te zien da~ het verschil tussen CeHLo lg ; en

C,,,d'j ~ f) ( 2,,~is I . de é1ds(:,r1=<iei--iarmt.e vtJor cyc lohexeen, veel klej.rl.::::r is

cI=.,n ',,":"'=,1' t,enz>7:E:n '2)' (.,/,:;L::,hezadieen . Dit is dan c'ok de ref~jen ,:13;:-.

cyc~0hexeen als eers~e kan desorberen, voordat h.::::t omge=et wordt naar cyclohexaan. Dit laats~e is te begrijpen uit het

niveauverschil tussen CsH Lo en C~H1Z zoals blijkt uit dezelfde

figuur. Dit is ook het grote probleem bij de hydrogenerin~ van benzeen naar cyclohexeen. De waarde van BG voor de conversie van benzeen naar cyclohexeen is ve.::::l minder negatief dan de BG V00! -de cc'nversie van benzeen naar cyclohexaan. Er is dus een st~rke

neiging voor de reactie om door ~e lopen tot cyclohexaan.

Beide hydrogeneringsreacties zijn sterk exotherm. De

reactiewarmte van benzeen naar cyclohexeen bedraagt, -90.1

kj/mol. De reactiewarmte van cyclohexaan bedraagt.-233 .93 kJ/ mol. Door de al eerder genoemde reactiemodi ficatoren toe te voegen aan de voeding wordt het evenwicht

cyclc,hexeen(g.l ) ~ 'J. cyclohexeen(ads )

naar links verschoven. (zie bijlage 11. ). Hierdoor wordt de mate

van adsorptie van het cyloh~xeen en dus de doorhydrogenering naar

cyclohe~aan sterk verminderd.

Het reactiemechanisme, wat hiervoor besproken is, geldt voor de gasf3se. Het is zeer aannemelijk om voor de

vloeistofhydrogenering hetzelfde mechanisme aan te nemen. Het fei~ d8t de reac~ie aan het fasengrensvlak vast-vloeibaar-vast zoveel beter verloopt. is dan als volgt te verklaren. Gyclohexeen is ui~stekend oplosbaar in t'enzeen. waardoor de adsorptiewarmte schijnbaar wordt verlaagd . Het gevolg is dat het cyclohexeen

sneller desorbeert als in de gasfase. waardoor de kans op

doorhydrogen~ren weer sterk afneemt.

Aangezien de kinetiek van de toegepaste 01oeistofhydrogenering niet bekend is , is uitge~aan van een experiment wat beschreven w0rd~ in l i t o [11] . Hierin wordt een batchreactie beschreven van he~ systeem benzeen-water-waterstof-katalysator in een geroerde

::tut.':,el,'Öëif bi j L;O ötm en 18(1 "C. De gebruikte katalysator is

Pu/Cc:Cu-BaS04 in de verhouding van 1:1:0.1. De benzeenconversie

bedraaê~ 75.8% en de cyclohexeenyield ~0.5%. De cyclohexeenyield

behaald in dit experiment is de hoogste die gevonden is in de li~er&tuur . Laatstgenoemde experiment zal als uitgangspunt w'Jrden toegepast voor dit fabrieksvoorontwerp .

. L\2.ngel-,'::-'l"'len d3,1: b,ij h·:':t ':c,nt.inu bedrj.jven van de reactie ç,nder jezelfd~ condities en bij dezelfde verblijf tijd. de

cvclc,ne~eenyield en benzeencsnversie gelijk zijn aan die in het batcI1-experimen~ . Verder is aangenomen dat de katalysator stabiel

is , zod~t er geen afnsme van de activi~eit in rekening gebracht hoeft te worden. Het water wat in dit experiment gebruikt, vervul~ h~er de rol van reactiemodificator.

,

_

________

. _ _

.

_

,

_

.-

-

_

-

--,---=::.c:..:-===

==

=========

=

•

I

I

I

.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-18-t~\ol: V·:><:·l" deze rea':t'.ie is geen ~:inetiel,: voe,rh2<nden. Het

uit'.gang5pun~ hier is een ~xperiment zoals bes~hreven in lil.. [3J

In dil. experiment'. w0rdt over een Pt/A120~ - ~3talvsator b~l

370 ·C en 1 3t'.m een met'. cyclohexaan verz;digde WR~erst0fst'.~C0m

geleij bij 1.77 LHSV. De molverhouding H2 :C6 H1 2 is 2~lii~ asn

6.70. EEn LHSV van 1.77 komt overeen met 1.77 maal 3e

-r-ea'::tc,rinh')ud aan vl.:,eist.c·f di~3 per uur de,or de react.c·r w,:,~-·jt

gestuurd. De gemiddelde verblijf Tijd . tau, van het gas die

hier~ee overeenkomt bedraagt 0.61 sec.

De conversie van het cyclohexaan bedraagt dan 99.7~ met een

sel.-::c t ivi tei t van 100%. De reactie is endotherm. De t,:,;;; te v,-::'eren

warmTe bedraagt. :33 _93 kj/mol .

Hel. na de hydrogeneringsreaktor R~ en vloeistof-gasscheider V9

ver~regen mengsel van koolwaterstoffen bevat onomgezet benzeen,

·::\!,:l<:·:'!-:-:::·:e,an en cy,:·l·:-'he:,:een. De t,inaire gegevens van combinót-ie~'

V0~ d~=-:-:: :omp0nen~en zijn te vinden in lito (12].

Uit de=e gegevens blijkt dat zowel het binaire mengsel

benze;;;D-~ysl0h~xeen als benzeen-cyclohe~3an een azeotroop vormen bij

re80ec:isvelij~ 0.97 atm en 1 atm. Het binaire mengsel

c;\,..c 1·:!-,e:-::;;afi-,-:::v,:.1,-:>he:·:een geeft slechts een ze':::.r geringe relat-ie'/é

',-'ll_t':'!-!':i~~!-i-:::id ten I)pzi·:hte- van ëH:33r tE: zien. Di t be~e-~:en-r:: da"\·.

\',: .. ':!' ,:1--::; 2:::.t"",c:::i .. :lin.s van deZE: t:"."'lee '::omponenten z>:':er veel

e'.'-:-::r,!·.;i·:.h'C.2trappen in een J.~·:-)l":·,m rwdig zijn.

Zelfs z(·nder tern3ire gegevens is uit de binaire gegevens op te

i113l,-. .,J' ~l2-t. deze c'::-:,mpr:']J.:::nten rn':'eilj_j~: . c,f zelfs geheel niet uit.

el~3a!' zijn te krijgen door mijdel van gewone destillatie. De

door ons gebruikte e~tra~tieve destillatie met sulfolaan geeft'. de

ev-:-::n\·:i·:hr:2gegelens die 'zijn verkregen uit l i t o [1.3.]. A .. 3ngezi.::n

deze ~e~evens ( ~.v diagrammen' d>:': enige zijn in de li~E:raTuur. i~

voor de schat~ing van de activiteitecoefficienten de benadering

\'·:l§:t'ë:!'.;:· UNIFAC t,:--tegepa::;·t. \/c'o1' cl-::: ui t\"Terking hi,=::rvan ziE:- bijl~ge v. D~ m~t UNIFAC geschatte evenwichtsgegevens zijn voor all~ scheidingsber,=::~eningen in het fabrieksvo0r0n~werp gebruikt .

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

·Co-::,-:._' _ ' _ '

-)9-keu7E van d~ reactor.

Gezien de aard van het systeem. bestaande uit

benzeen(vloeistofl. waterstof(gas) en katalysator(vast) .is er

een driefasenreactor nodig. Voor continue operatie hebben we dan

de keuze ui~ drie soorten reactoren:

1. t rickle flow reactor.

~. cocurrent upflowreactor.

~ . slurry re3ctor .

Voor ~e reactorschema 's zie figuur 3.

L

G.

_L

0 Cl 0 L

_s

0 It Ó G 0 Q 0

•

IJ ~ c-(J a L + G

+

S L

• =

Katalysator LfG

o

~ Gas Trickle-bed

reactor Cocurrent upflow reactor Slurry reactor

Fi~uur ~ De drie mogelijke driefasenreactoren.

de ~rickle flow reactor druppelt de vloeistof naar beneden

/ /

over de ka~alysator , terwijl het gas ook van boven naar beneden

stroomt. Het nadeel van dit type reactor is dat de

vloeistofstroom niet goed te regelen is. Tevens is niet het

eigenlijk gewenste stromingsregime aanwezig. In het experi~ent

waar V3n uitgegaan is, l i t o [11], zitten de katalysator en de

beide reactanten los in de reactor en bewegen allemaal door de

reactor. Het stromingsregime wat aanwezig is is voor te stellen

als een afwisselende bezetting van het katalysatoroppervlak met

vloeistof en gas, het zogenaamde slug flow-regime.

Bij de cocurrent upflowreactor is het mogelij~ het

stromingsregime te beinvloeden. doordat de vloeistofstroom te

regelen is. Ook hier is ech~er het gewenste stromingsregime niet

helemaal haE<.lt,a·3T. \}·).:n' di t. typ-= reactor is §'ekozen, mede li2al'

aanleiding van het t.e starten (',nderzoek door Scholten, l i t o [14]. Een uit~ebreide tetening van deze reactor is gegeven in figuur 6

•

•

•

•

•

•

•

•

•

E E o r<'l

"

:x: u I--20

-f

GAS OUT L IQU1D IN GAS - L1QU1D D1SENGAGING ZONE STAINLESS STEEL GRID PACKED SECT10N STAINLESS STEEL GR1D GAS IN

1 mm DIA. HOL E FOR GAS

10 mm DIA. TUBE FOR LlQUID

Figuur ~. De fixed- bed cocurrent upflowreactor.

• Bij de slurry reactor is het gewenste flowregime aanwezig.De

vl,:.eisr:·:,f8t.l-oom is hier eenvoudig te regelen . Nadeel is dat. de

katalysator meegevoerd wordt met het reactiemen~sel en dus

daaruit moet worden afgescheiden . Dit reactortype heeft als

voordeel een goede stof- en warmteoverdracht.

• De f:eJ_'=e van rea,: tortype 2 komt. vooral door ele relatief

•

gema}-j:el i j ~:e operat ie in vergel i j J.:ing met reac teil' type :?" I,raar de

katalysator afgescheiden moet worden uit het mengsel. Bij

reactortype 2 is dit niet het geval. omdat we daar met een vast

bed t.e maken hebben. Verder is reactortype 2 zo te bedrijven dat

•

•

•

•

•

:

.

•

•

•

•

. . _"

-

_

.

_

..

__

.

__

._ - - _.- - . - _ ..

-21-Berekening van d~ hvdrog~neringsr~actor. R4.

In lito [llJ staat dat er van 1 mol benzeen 0.758 mol wordt

omge=et, waarvan 0 .405 mol naar cyclohexeen en 0.353 mol naar cvclohexaan. Hierui~ volgt dat er per mol doorgevoerde benzeen.

~ 0 .405 + 3 ~ 0.353 = 1.869 mol waterstof wordt verbruikt. [iaarnaast vH:·rdt er .je,or recycJ.e=. 6. 086E-:::: mol cyclohexeen d,::,

reactor ingevoerd. Aangenomen dat di t geheel wordt omgezet tot cyclohexaan. dit is dus het ongunstigste geval, wordt er 6.086E-3 mol waterstof extra verbrui kt . Totaal wordt er dus 1.875 mol

waterstof verbruikt per mol benzeen. In navolging van lito [15J

nemen we bij het ontwerp van de reactor een hoeveelheid waterstof

aan die gelijk is aan acht maal de stoechiometrische hoeveelheid.

Uit~a3nde van de ge~ozen capaciteit komen we dan uit op de

v(ll .sen;:1ë- reä.c tc'r\lCie!jj.n,s~n:

62.44 maIls benzeen

0.38 maIls cyclohexeen 936.6 mol/s waterstof

Dit komt overeen met een vloeistofstroom, 0,

=

5.758E-3 m3 /s, en

een gasstroom van, 0_ = 0 .9064 m3 _/s.

Om h~~ regime Z0 goed mogelijk met het gewenste regime ov~reen t~

laten ~omen wordt g~probeerd in het gebied van de slug

flow . figu~r S, terecht ~e komen .

1000 BU88LE FLOW '"

"

C> 0.. :'100 " .J 0.. 0 ~ ct cr ~ 0 -l u-lO f-1 0·001 SLUG

,

1/ ... / ' .[Z SPRAY f' FLOW 0·01 0·10

GAS MASS VELOCITY • om/cm2fs

Figuur ~ . Stromingsregimes . FLOW

'1

'"

-T'

1·00 10 00 I

"I

•

•

•

•

=====-==. ==~--_

.

.. _

-

.-.

-22

-Slug flow wil zeggen dat er opeenvolgend gas- en vloeistoffasen

do':,r de reac tor passeren. Hiermee \..Jordt de katalysator oe,k

opeenvolgend met de twee verschillende fasen in aanraking

gebr3cht. Om in dit regime te belanden moet eerst de flow ratio,

fR. berekend warden:

hierin lE· 0 , , 0.~, u, , " \.,... L 'üiII ~ de de de ele vloeistofdichtheid = 845.78 kg/m3 gasdichtheid = 2.0667 kg/m3 vloeistofsnelheid (mis) gassnelheid (m/s)

8ere~ening lever~ een flow ratio, FR = 2.609.

Nu moet we bij het kiezen van een gassnelheid. die is uitgezet op

de hori:>:,ntale as in figuur 5, rekening gehouden worden me~ de

lengte van de buizen die deze snelheid veroorzaakt, met het

• aan~al buizen en met de dru~val over de buizen. Het veranderen

van de gassnelheid heeft voor deze grootheden de volgende

g,evc,lgen:

-- ) u, groter -- ) lengte V.d. buis groter

--) drukval groter

•

--) aantal buizen kleiner

--) u, kleiner -- ) lengte V.d. buis kleiner

--) drukval kleiner

--) aantal buizen groter

• Er moet dus een compromis gevonden worden tussen deze

a1tern~tieven. Hierbij moet dan ook nog het s1ug flow-regime

b~~a~l~ worden. anders moet de ~a8stroom, 09 . veranderd worden .

Wannser ech~er de waarden w0rden aangenomen, zoals weergegeven in

t.3b·:::1'::·, :j;:,n i .'ö' a:-r, &l.le voc·l'"1..Jët&r·:len vo.lcló.an. De bere~~=-ning van

d-= \,..;3·=.~"'·:i~n zl:-löls t,\l-==.::::r:~egeven irt 1:atJel .S, is te "inden in 1:1ijlage

• 111.

Tabe l 5. Dimensionering van de hydrogeneringsreactor.

fvs i ~~c h"" dimensie Haarde toelichting

•

.-:onstante

F'R 2 .609 flow ratio

k:"J.ra .. ,'n mol/cm2 / s ₁ 73 gasmassastroom

L m 13.44 lengte buis

d m (J ₁ diameter buis

•

n 2122 aant.al buizen

,:= _{- b m}3 _{/ m}3 _{O. 4 bedporositeit}

pt. Pa 1 002E5 tot.al e drukval

E ... m:::</m'::< _{7 708E-2 gas hold up}

Ë , In~-:-< /m" _.," _~ . _343E-l v 11:,eis tof h_old up

•

•

I-"'-~_---'-'-'-"---'-_-'-"---_-'""" =-:::-:::'-"":'-':::"''''::'-'::': ... _'-==--============~~~_~

.

.

..,.

-

_

.-

.w~ _ . . _.

-•

•

•

•

•

•

•

I

I

I

.

•

•

•

-23

-1"J.:::t (je::,=: l.Jaarden '·jor':lt h.:=::t. slug flovJ-regime net bereikt. Dcür de

flowratio te verhog~n en dus de gasstroom te verlagen wor,jt di t

regime me~ ze~erh.:=::id ber,=:i~t. Di t wordt niet gedaan daar de

··-::'·yerirsat t-JaTérstc,f "/art 8 maal de stc'échie,metrische h":'ëveelhëid ook zeer nodig wordt geacht.

p .. ?:. nn\.~ in.::::s bi j h.=:t res.!:tclrorl twerp:

- reactorgedra~ is onafhan~elijk van de buisdiameter

- Ui t vloeistof-gasberekeningen volgens bijlage VI. blijkt

dat alle ben=een in de reactor aanw.:=::zig is in de gasfase. Volgens deze zeer simpele berekeningen zou er pas

vloeistof ~evormd worden bij een ov,=:rmaat van 1.3 maal d.:=:: stoechiometrische hoeveelheid aan waterstof . Deze overmaat wordt te ~lein geacht voor een redelijke omzetting in een

continue reactor. Door het opvoeren van de druk (mits

hierbij de cyclohexeenyield niet te veel verandert ) en het enigzins verlagen van de overmaat waterstof is t~

t,et-,lerkstelli.g8n dat benz8en ~rotendeels vloeistc,i zal

=i ]n. Hi~r is verder aangenomen dat het benzeen in de

reactor zich wel in de vloeistoffase bevindt .

- reactiesnelheid onafhank~lijk van het katalysatorgewicht.

Hierd":,ol' kê,n cl::: verbl i j f tijd van d~ t,atchproef werden

•

•

•

-24

-In reactor Rl7 wordt het in de eerste reactor gevormde

cvclc,j-:ë::-:3an over ·:::en Pt./fÜ200 - ~:atalysator gedehydrogeneer..:!

\iOj .. gens:

Deze reactie is endotherm. De reactiewarmte bedraagt 233.93

kj/mol. De reactie vindt plaats bij 370

oe

en 1 atm, en verloopt

• nagen'>2g v.~lor lCO~~. De reactorvoeding best.aat. ui t een met.

cyclohexaan verzadigde waterstofstroom. wat overeenkomt met een molver hc)ljding wat.erst;::-,f /cycl,:,hexaan 6. 7E.

Het gevormde ben=een wordt na afscheiden van de waterstof

t."2ru~'sev()erd naar de h-:/rjr':Jgenë:ringsr'eactor R4 .

• Als keuze voor het reactortype ligt een buisreactor het meest

voor de hand. vandaar dat zowel hier als in het als ui tgangspunt

dienende p3tent van een buisreactor uitgegaan wordt .

De warfute die voor de reactie nOdig 'is , moet van buitenaf

toegevoer d worden. Er is daarom gekozen voor een veel gebruikte

• ;_!itvc.'ering van de bl_!isreactc,r, namelij~~ de multibuis-rea':tc,r. Ir.

dit ~eval wordt de warmte toegevoerd door het tussen de bui2en

doorstrom8nde medium. Therminol 88. Aangezien ~r van deze reactie ~een ~inetiekvergelijkin~ gevonden is, is het dimensioneren van

deze reaeter op een =eer eenvoudige manier gedaan .

~n tabe~ 6 zijn d8 waarden weergegeven zoals die uit de

• dimensionering volgen . Voor de berekening ervan wordt verwe2en naar t·Lilage IV.

•

•

•

•

•

Tabel 0. Dimensionering van de dehydrogeneringsreactor.

. . . ;. :-, .. L _ .• :: -J. •. • ~ ; : -::. L. .:: -;-"1 '_' r- C_... ' ' . 1 ~ 0.4 m./s

'---'---=----_...:...:....:...:.:.:...:....::..:.:...--'-..:..:.::-~----_.:....:::..=.;...---'-'-'--.;..======~=---,-,-"'-, ',"- - ---_. _.' .. _.

•

!

.

•

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-25-\Jc,e,r ':i".:, sr::heiding van benzeen, cyclohexaan en cyclohexeen z1. j n

\lers·::·Jj.llende l!1(,gelijl~heden te bedenken. Deze zijn e,:lner ni":?t:

alle zonder meer ~oepasbaar. De mogeli jkheden zijn:

- UItvrIezen

- extractie m~t behulp van sulfolaan

- rje:'::"ti11è.ti'2

- extr3ctieve jestillatie

Uitvriezen geeft een probleem met het ontstaan van eutectische

mengsels. hetgeen een scherpe scheiding onmogelijk maakt.

Extra~tie. lit[33] . is mogelijk met behulp van sulfolaan. dat

sele,:tief is voor benzeen. Daar in eerste instantie gegevens

onttraken omtrent de selectiveit van sulfolaan ten opzichte van

c'i(:l,:,he;·:::=:en . is · .. .:an ·jeze m(lgeli H:heid afgestapt .. Bovendien ::e,u na

deze extr3ctie het mengsel van cyclohexaan en cyclohexeen

'?esch-=:idsn moeten \·J·::)rden . Dit. ze'u eventueel kLlnriéritnetrïcïrlliËlle

destill atie. Er zijn dan echter zeer veel scheidin~strapp~n

ti ·x l i ~ . [, f :,:. al' 3 ó. ti 1 ~ Ll i n:s

ve

ti h ~ ;:. J ó. P ó. ft S ~ pat. ent., 1. it.. [ 1 .;.). i s ·:1 e: mc,~el=- _~!-.h.:::i,j \:3n €-:.-:tr3--:"tie\!e ljestillatie c·nd~l"ZCt,::ht.. f:;~=i~rJ tj~

~·:· .. ::d·:; ;·,:--·:-,ruit.::i'-:.hr:.-=.:n ·.:,Jljtrent. -:=;en scheiding op :Jeze wijze is

geto::ei1 om dez-=: rnsni~r verder uit te wer~en. Er dient ap~ernerkt

'te ,..; =1",:1·:,::[-, J3t El2t (:J,:.:: s-:;?e,vrens ze'aLo: ver~:regeti met l)NIF.~:::: --=~,n

uit.Vi-::-:l'j·irL? \ian do:::: e:-:tT2.':t:.l"" .:',,:}: t·:-,t de m''Jgeli H~heden I::'eh·::,·:-·rt:.

In destilla~iekolom Tl1 wordt. een voeding gebracht bestaande uit

c\/·:l·)he::-:::''':Îl ("~1%) .i::yclohexaan (.35%) en benzeen (:24%) . Bovenin ,je v ,:,1.::,1", )-.':'l!l,\: f=en st. r·: om su 1 f c,Ls Et n bi nnen d ie in mc.'} ver hed}':! inf::' 10

ilIasl ·:I,=: ;.:·:'e·~ling b,=:,jraagt. Deze 'Joeding is .3fkom~·.tig uit

v10eis~0f-~asscheidingsvat V0. Het cyclohexaan komt over de 'tor'

en t't-=:t 2ulfolaan ll\ë:;t benzeen en ,::ycl'Jhexeen h'-:.mt c·ver de [:.,-:·"jem.

Het sulfolaan wordt juist onder de kondensor binnen gevoerd.

Ei j he, t,e",r.-:::ken,,:,:n "Jan de ~~(::·lc'm is gebruH: gemaakt. van constante

r~13~i~v~ vluchtighed~n. Naar aanleiding van d,,:,:ze waarden kan

l".Jc·rden ~i";st:el([ dat sl_~lfolaan in ,:ie gas fase t.e ven·lé\arloz':::n j,:::~.

\-":'<:'1' ,j-.:,. ,\:.I:'t31e l·:olc,mbereksning is gebruik gemaakt. van een

aang~pasr:. programma voor multic0mponent distillation uit lit[16]

Hiervan is gebruik gemaakt naar aanleiding van het f~it dat

Perrv . 1i't. (2J . van dezelfde methode gebruik maakt om een

e:·:-r::rê,~ti'=::V7~ do:::st,illêit.ie te berel~enen.

Na iter~tie met verschillende rela~ieve vluchtigheden in de bodem

en topsec:ie is convergentie bereikt. Om tot de gewenste

::ui' ___ ·::;L~h·::i·:l ;:02. ~~r::,m(:.::n 1:::' het &8ntal t.rappen in de ~-,ol·:'m iet.2

ve!-gr::'1: -r:.en c'1='::i,:h'\:e var., de l:-egins.·:hat.ting. /\an de hand "'·:in ,je

aannam~s kan worden gest.eld dat de k'Jlom een redelijke scha~ting \Jan h.:=:-t:: hi-=r~~eli.il:€: ,gedrag .geeft ... jc'e,r (ie kc,lc,m,5e.g-=\'~rJs \oJc1r1_{j t}

---'="----'"c....'-._' _ _ . _" _ _ _ ._' .~" _.-, - - ' - r, . . , =================_,~~~' ~

_

____

'

,

_

,..

~"._,~~

__

•

•

•

•

•

-26-g;-étrac t i-:::;ve ,jes t i llatiekolom T:27

In ~~tractieve destillatiekolom T27 wordt uit het bodemprodukt

van ,:!es t. i llatiek(')lom T 11 cyclohexeen afgescheiden. Voor de

t'enader i ng is gebruiJ.: gemaakt van de:zel fde thermodynami sc he

gegevens en aannames als voor kolom TIl. Sulfolaan wordt juist

onder de kondensor binnen gevoerd, waarbij een verhouding 1~ 1

voor s ulfolaan ~en opzichte van cyclohexeen wordt genomen ·Jm de

relatieve vluchtigheid in de t opsectie voldoende te laten zijn.

De kc! l.'-::'ffi is c'p ,jeze man ier een redel i j ke benadering. \/001' de

ko10m~e~eve~s wor,jt verwezen naar hoofdstuk 7. Voor de berekening

e n di mensionering wordt ver~ezen naar bijlage V,

In dest i l latiekolom T34 worden benzeen en sulfolaan van elkaar

ges cheiden . In dit svsteem is het niet meer mogelijk gebruik te

maken van een constante relatieve vluchtigheid . Voor de

·['Ii:=.:rs-l:-:::n i. ng i::. gE:bruü: gemoak t. van het ::. imu 1.3 tieprogramma

"Pr('(:-=~~'.:3 '!. [It':)()r rni ·j:jel \lali e~=n I1srlclrtc.L!t --metht)de" is eer! E:er~·.t.e

• b~naderjng verKregen. Hierna is de kolom volledig doorEE:r~kend

!!l'.::t. t·,=hul~J v·3n 2-=:1 Ifrigl.:.rc,us-me-r.hc,de" . t1et behulFJ \!arl de

s~mula~ie blijkt sulfolaan me~ voldoende zuiverh~id van benzeen

~e 2C~~l~en . V00r de berekening en dimensionering ~ordt verwezen

nöar t'~L,~::'2sS V,

•

•

•

•

•

•

Voor dE: drie kolommen Tll ,T27.T34, zal het van belang zijn

nauwYe~riger gegevens te verkrijgen met behulp van Wilson.NRTL.en

CIN I(J(f i~,'~: 'iel' gel i j k:ingen (de van LAJI.R benader ing voldoet niet '.';,:)CT

•

•

•

I

.

I

.

•

I

.

•

•

•

~-'-~--'--- --2

7-A~5 z0j?nig zijn gedimensioneerd de vloeistof-gasscheiders Vg en

V~G e~ topaccumulator V1S.

Van h~~ gas-vloeis~ofmengsel ,wat de eerste vloeistof-gasscheider \'9 [·::" ··jnenkomt bev3.t. ·je \ilc·eiste,ffase een m·::->lfró·:tie 'Jan (I. Cl:? aan

wa~er3tot. Zie hiervoor l i t o [17]. Dit komt overeen met

6:~ . ' I = 1. '~<3;:3 mol l.·J·?terstof. Di t is ruimsC!l.::·ot2. te

ten opzichte van de totale hoeveelheid waterstof,

die ruim 800 mol omvat . Bovendien is 1.938 mol waterstof ten ::·t=<.::i':ll~-:'o van ·:ie r':::;!3t. van ck:: vlc1eistof, die cyclohex8.an .

çvcl~~~~een en benzeen beva~. ook gering. Dit laatste is te

begri~~en als opgemerkt wordt dat waterstof veel lichter is dan

012 çr~~ni~she stoffen. Verder zal d.:::; waterstof bij druk afla~.:::;n

n3sr d.:::; gasfase toe gaan en dus via destillatie kolom Tl1 en de

top3c~umu13tor V1S alsnog in de dehydrogeneringsreactor terecht

~:c,m·:;,n. I r"t ·je verdere berekeningen wor·:!t aangenom'::n dat . .-:.11-=

wat~rE~·)f 1n oe v10ei~t0i-gasscheiders zich in de gasfa~e

be'v:i. n :i t ..

De m01fractie van de organische vloeistofcomponenten in d~

~asfas~ ~e berekenen met de methode zoals weerge~even i n bijlage

VI . 2::' j .?,~, ar:m en F.'-i) .;,::; vinden we hiermee vc·or C.';lcloh,:;;:':aétn,

cvc10he~een en benzeen een molfractie in de

res~ec~ievelij~ 9 .50E-3,8 .86E-3 en 6.19E-3.

gas fase ve.n

Deze m·:-,lfró.:ties zijn

vê.n e·::!! zeer gre·te gasstroQm , en l-Jel 817.43 mol/ s. Di t t.etej~er)1:

.je.r: zich bij deze omstandigheden 7.76 mol cyclohex3an, 7.24 mol

cvc10hexeen en 5 .06 mol benzeen in de gasfase bevinden. Dit i s

een onr:0elaatbaar verlies van product, dat bij recycling van de

I·Jétt-:::r:=,t.c·f doc·rs<:::hydrc'geneerd z·)u t,lorden tc.·t cyc:lohe:·:aan. temp.:::rat.lJur m,:·e't. daarom verder omlaag en wel naar 30 ~r.:.

[Ie

Bij deze temp-:::r3~uur en de druk van 39 e.tm bevinden zich nog me.ar 1.22 mol

·::-yc~·-:·h;::;:':.:..a.n. 1.1'';' m·:,l cyclohe:-:een en \='.76 mol b,:;;nzeen in dE:

ga2f2s6. 2ij deze omstandigheden zijn de hoeveelheden klein

.sen,:·-~'? D3'3r de r~]aters1:o:;.fh()eve-=lheici in de vloeistoffase r.e ven·,:E1~.rlozen is, l:an er éi2.n.gene,m.-::n hlç·rden dat. de vloeistc·ff:-r5:e

geheel IJit benzeen,çvclohexaan en cyclohexeen bestaat. terwijl de

fasiase bestaat uit waterstof met daarin de genoemde hoeveelheden ~o0lw8~erstoffen .

De tW-:'oede gasvloeistofscheider V26 moet ook onder druk en bij

ls€e Temperatuur bedreven worden. Hiervoor wordt een druk gel:ozen

van ~0 Dar. Voordeel hiervan is dat het recyclegas op een druk

is , waarbij het direct in reactor R~ kan worden gebracht .

~lJ een druk van 40 bar en een temperatuur van 30 0C is de

molfractie benzeen in de gasfase gelijk aan 0.00392 Di t komt

overeen met 0 .92 mol benzeen en is dus klein genoeg ten opzichr.e

van de vloeistoffase. Het kan in dit geval geen kwaad daar het

watersr.ofgas wordt gerecycled naar de reactoren R4 en Rl? Ook

hier wordT aangenomen dat alle wa~erstof zich in de gssfsse

bevitici r. .

In t":·'.ien.staancle ,,:"v'erw,,=gingen is het van groe·t. belétng ,jat een

~eveel ~an in de gasfase aanwezige organische STof fen in een

:ompressor veel s~hade kunnen aanbrengen ten gevolge van

Het ~im0nsi0~eren van de hierboven genoemde iasenscheiders is ~:·?l:·e.l:Y-.j m,:::t behulp van de m,?the,de van Evans,lit . [18] .

.~ .. ~-"' .... .." .. """"..~.

•

-28-•

_{van deze methode zie bijlage VII.}

I

.

Als zodanig zijn de topaccumulatoren V31 en V37 gedimensioneerd.

•

•

•

•

•

•

•

•

Hi~rbij wordt d~ topaccumulator gezien als een buffervat . waarin

de vl0eis~ofstroom een bepaalde verblijf tijd moet hebben.

Overeenkomstig de dimensionering van de vloeistof-gasscheiders is

ook hier een verbli jf tijd van 10 minuten gekozen. Het volume

wordt verkregen door de vloeistofstroom te vermenigvuldigen met

de verblij f tijd. Aangezien ook werd aangenomen dat het vat voor

50% gevuld moest zijn met vloeistof, wordt het totale volume dan:

hierin is tau . oe verblijf tijd (s)

D L

Ge ·v·()ll.lmest.room vloeist.of (m:3 _/s)

de diameter van het vat Cm)

de lengte van het vat (m)

[5.~.ll

DClo1' een LID verh(Juding te nemen van 3 , zijn de diameter en

lengte als volgt te berekenen:

D

=

«4

*

0v ~ tau)/(l.S & n) ·33 [=..4.2]