De bereiding van aceetaldehyde door de dehydrogenering van ethanol

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

)Jan

adres: Krommeweg

la,

'Zwijndrecht

Delfgauwseweg 240,Delft

opdrachtdatum:

010774

verslagdatum : 010175

IU

[

l~

I'

_{L ,}

r'

L J I rl l J

n

II

o

~l

o

n

n

n

L.A.Gerrj.tsen,

Krornni8v18g J.A, Zvlijl1èl.recht ~ ?.\BilIEESVOCRcn'r'i;ERP 30 december 1974 ~!~ •

r

.

Brth'ens ,

Delfgauwseweg

240,

Delft.

-u

[

[

[

I'

L L~ l ~ L j r ' l .

~]

~1

J

J

n

n

n

n

_l J 1.Sanenvatting 2. KonJclus ies 3.1nleiding

4.Uitgang~punten voor h8t ontwerp

5.Beschrijving van.het proces

6.Berotening van de belangrijkste apparaten

6.1.Reaktor R3

6.2.Verdamper

T4

6.3. Verc1a1'lIJCr Tl

6.4.Heater H2

6.5. PartH!lc cOYidensor

&5

6.6&Partiële condensor HS

6 .. 7 • \iarl'l"1:;eïfÎs selaar tI7

6.8.AbBorbel'

Tg

6.9.DestillatiekoloD TIO

6.10.Destillatiekolos TIl

7.bnige kostonaspekten E.Eassa- en uarmtebalansen 9. Lj.j st VaJ:l synbolen IO.Literatuur II.Bijlagen I.Grafieken

lI.Co~puterproGTammá met toelichtjng

111. Gebruikte l1i tvoer van het computerprogra.rnI.ia

IV~FloTI8heet van het proces

blz. 1 2

3

5

5

8 8 13

17

18

19

21 23

25

30

33

37 44 46

55

67 achterin

r • L ~ , J

n

[ 1

~

J

l

~l

]

[l

o

n

~

, j - - -- - . - -- - - -- 1 -l .. Se.r::envB,ttjng

In het nu volgen.de voorontwerp wordt de Deschr5jving

gegeven van een aceetaldehyde-fabriekrwa~rbjj ethanol (d.wez.

de binaire azeotroop e-'chanol-rrater) als {;:ronclstof wordt ge bl'uikt e

Aangezien de ethanol·gedehydrogeneerd wordt,ontstaat waterstof

als bijprodukt.Uitgegaan is van een kapaciteit van 50.000 ton

aceetaJ.dehyae l)e1" jaar.

Bij de berekeningen is een selektiviteit van 100% aRnge

no-men; jn werkelijkheid bedraagt deze

92-99%

(lit.6).Eventuele

nevenproduJ:ten zijn ethylacetaa.t ,azijnzuur en andere aldehyden,

YJaarbij het ethylacetaat ,zoals later zal blijken, een belangrj. jke

rol speelt.

De reaktie wordt uiteevoerd in een buizenreaktor(R3) bij

Ol1.geveer 3000 C 81i onder atr.wsferische druk.De rea)d;or j.s

bere-kend In. b. v. een F'ortl'an-computerpl'ogrmnr-!a. Aangez.ien de real::tie

endotherm is ,moet Vlarmte 'Horden toegevçe~ccl. j)j_

t

goschied t r.1.O

t

olie (HUlTlbletherm 500) .Eet bijllrodukt \7aterstof cli ent gekompr

i-Beerd te worden,voor het geschikt is voor verder gebrujk.

De opuerking van het reaktieprodukt gebeurt in een tweetal

partiele condensors,een absorptiekolom en twee

destjllatie-kolommen.De tViee kondensors (H5 en HE') (lienen om een AA/Hl.

-mengsel te verkrijgen dat verder gescheiden wordt in Bbsorber T9.

In de eerste destillatj.ekolom ('rIO) Vlorc1t .riA gescheiè,en Yan de

niet-omgezette reaktanten en in de tweede destillatiekolom (T14)

wordt laatstgenoemde stroom Gereed gemaakt voor recirculatie. Bij e;ebru:ilc van de nethode van Zevnik-Buchanan worden de investerinGen op

25

miljooYl BuIden geschat.

L

L

[~

l.

[

~

r'

l. [

:

r~

l .

r ' l .

r'

l.

r'

I

I

l J

[1

o

n

n

n

I • 2

-Zoals uit de inleidjng (hfdst. 3) zal blijken, zijn er verschillendc,goed beschreven processen voor de bereiding van aceetaldehyde bekend.Het zal dan ook moeilijk zijn om hieruit op eenvoudi.ge vfijze het gunstigste proces te kiezen.Naast een

ver~

.

ijking

van de kosten (o.a. investerings-,loon- en

ondel:'houdskosten) dienen ook andere faktoren bekeken te VIorden als geografische ligg:i.ng, beschikbaarheid van grondstoffen en toepassing van het verkregen })rodukt.Cok milieuaspekten spelen een 3teeds belangrijkere rol.

Iluidelijk is ela t voor het deh:ydrogeneringsproces een niet onaanzienlijke hoeveelheid Vlarmte beschil;:baar moet zijn, en dat het juist bedrijven van de reaktor problemen met zich mee kan

. brengen.Het zelfde geldt voor de absorber en in iets mindere mate voor de tweede destillatiekolom.

-~at dit laatste betreft,verdj.cnt het aanbeveling om de

s cheidingspTo blematiek van etharl..Ol-cthylacetaa t-wa termen5sels nader te bekijken.

u

r~ I L r" i I . I ' L , l •

.

.

r J I I r 1 , 1 I , J

]

~l

1

n

n

I .

-

:3

-'3 .1nlei g5ng

Aceetaldehyde is een belangrijke grondstof bij de bereiding

van

o.a.

azijnzuur, azijnzuuranhydl'ide ,ethylacet::mt, perazijnzuur ,

butan.ol,glyoxal en all~ylaminen.Als gronclstoffen voor de berej-dj.ng van aceetaldehyde komen i.n aanmerldng

ti ,-ot

1.Açetvleen :

C2H~

+

H2.C

~îot

_{CH 3CHO} D.H= -33 kcal/mol Dit proces werd tot 1966 toeGepast bij \'facker-Chenie en

ChiaGo.De druk i.s atmosferisch en de temperatuur bedraagt

9C-9~C.hadelen zijn de ingewikkelde procesvoering en het

werken met l~wik.

2

.

Eth~en

: C₂HLf

+

~- O~ ~:;~~}

CiI₃C:'1O bH= -58,2 kcaJ./wol

H~O

a) Eenstapsprocefl.De druk bedraagt

'3

atn. en de temperatuur

b) TweestapsproceseDe druk js hier 8-9 atm. en de tempe-ratuur l05-lIOo

a.

De }:euze tussen deze t.,.:ee processen is afhallkeli jl:: "Il3,U de grondstof- en energiesituatie (Wacker-processen).

'2

pEthq,Ytol :

(UO

a) CH?,CH2.OH

U

0:> CH₃CHC+ III ~H= 19,7 kcal/mol . 2 3

Dehydrogeuering.De temperatuur bedraagt 270-3200C en de druk j.s atmosferisch.

b) _{CH 3C}II:.>.CH+t

C~ ~

CH3C~IO+H2

.

0

~ H= -48,6 kcal/nol

Oxidatie.:0e temperatuur bedraagt

500-650

0 _{C,de druk}

_1-3

atm.

u

l

[

[

I . I l . l J

r

1 , J

n

o

D

n

n

n

n

4

-Autotherm proces.Dit y;ordt nog nauwelijks toegeYJast,o .. a.

vanwege de grote hoeveelheélen inert gas die ontstaan

(H~ en H~).

Als ethanol als grondstof gebruikt wordt,bl1jven dus de laatste

drie ra.ogeli jlcheden over.

De keuze viel hierbij op het dehydrogeneringsproces.De

voor-delen zijn :

l.~inder last van korrosie.~r treedt geen door-oxidatje van de produkten op.

2.De druk is atmosferische

3.Er ontstaat Gen waardevol bijproclukt (99,9}S H_{2 ).}

4.De scheiding is goedkopcr,doordat de gassen bij het

oxidatieproces in de verhouding 1~4 vocrkomen,terwijl

deze bij het dehydroge~eringsproc8s

5.El' is geen watervrije ethanol noclig.:Sxtra voorëleel

van het water is het ter)(~rken van vergiftigjng van

de Cu-katalysatore

Bnkele nadelen zijn :

I.De ongllnstige warmte-ekonomie.

u

u

fl

L f ' l,

l:

L

o

o

o

D

o

o

D

o

o

o

]

û

n

n

o

r ' I I . L J , 1 ,

,

I • i ~

1

~l

l

l

~

n

n

I , 5

-De ethanol, c15 c als grondstof Be bru:Uct 'word

t

is de bina5re

azeotroop BtCH-H2. 0 (8l~,

5

mol-?J EtOH) • Aangenomen is ,dat deze

beschj.1rbaar is bij een temperatuur van 20oC.De produkt- en

afstromen zien er dan als volgt uit :

50.COO ton aceetaldehyde (99,95'ó) per jaar,

2 t 51('10 b }("ill 3 waters tof IJer jaar,

ca. 4.COO ton water per jaar.

Een eventueel nevenprodukt als azijnzuur zou zich in de

water-DtJ:,oom bevi:()den~

Aangezien het kookpunt V2.n aceetaldehyde 20,

r

O C is ,dj,ent

cr

een koelnidde1 met een laag kondensatjepunt toegepast

te

",-;oruen in condensor H8 en destillatie1wlom '1'10. Gekozen js voor

l'1~eon-12sdat gebruj.1ct \'!ordt bij een druk van 219 atn.

Cmdat aceetaldehyc1e met lucht een explosief mengsel kan

YOl'nWl1 «;:Xj')lo8iegl';~Tlzel1 ,~-14';~) bij 20°C en

1

atr!~~) ,zullf;ll

vccr-zorgsnw,atregelen getroffen n;oeten vlorclen om eventuele kalaI:li-·

teiten te voorkorren.

liet proces is weergegeven in een flowsheet (bijlage

IV).

Cm dit zo eenvoudjg mogelijk te' houden,zijn de volgende

ver-waarlozingen gewaakt

asEr bevinden zich geen pompen en compressol"'en (behalve 06)

j,n (le telrening.He.t is triviaal dat deze rml a~.nwezig

I l , • J

:

1

~]

~l

l

n

n

n

l .

6

-b.Compressor C6 dient om het ondef druk

(3

atm.) werken van partiäle condensor H8 mogelijk te maken.Deze

compressor is verder niet berekenc1,net zo min als de

koeler die nodig is om de tempere.tuur van het gas uear

terug te brengen naar de waarde van stroom ID.Iets

analoogs geldt voor de smoorklep tussen stroom 18 en stroom 19.

c.Aangenomen istdat in de partiHle condensors H5 en R8 een vollediGe scheiding tussen gas en vloeistof

plgatsvinà.t~Dit is echter niet het geval. Voor cle goede orde zou er na de condensor een gas-vloeistofsc~eider

aangegeven moeten zjjn.

De belangrijkste stappen in het proces zjjn

In de verdampers 1'1 en T4· '\70rden verse ethanol en

de recirculaties troom veruaclpt .Dj. t ges chied

t

in het

ene geval (Tl) met olj e ,in ht;t andel~e (T4·) met

procesgas,afkornstig uit reaktor R3 •

2.Heaktie

Deze vindt plaats in reaktor R3.De katalysator is

zo gekozen,dat o~ de 500-600 uur regeneratie nodig

is (de regeneratie duurt 2-·3 uur) .f,,~ochten de omstand 5

.g-heden het nodig maken,dan kan nog een tweede reaktor

geplaatct worden,zouat wisselbedrijf mogelijk is.

3.Condensatie

Het uit 'l'4· afkomstige yJroceseas wordt eerst in par.:.:. ti~le condensor E5 voor een (teel geccnclenseerc1.

~

L

l

L

[

[

r ' , 1 , , , L J

'l

" ,

l

]

J

n

n

n

fl

l ,

7

-Het gazcengsel dat dan nog over is,wordt in H8

verder gecondenseerd met Freon-12 onder een druk van ') atm. Voordelen van het onder druk werken zijn dat er meer aceetaldehyde condenseert en dat de druk jn H8 tweezijdig wordt. Immers Freon-12 maakt tevens het önder druk werken noodzakelj,jk.

4.Absorptie

Het aceetaldehycle-waterstofmengsel ui

t

RB wordt j_n absorber '1'9 ui tge\i'assen met de vloei,stof uit H5. Aceetaldehyde lost hierin zover op, dat

99,9

%

zuiver

waterstof ontstaat.

5.Eerste destillatie

De vloeistofstromen ujt HE en Tg (resp. 16 en 20)

wordCil in destillatiekolorn TlO gedestilleerd ,tenejnde

aceetaldehydc te verkrjjgen~Ook hjer is (in ccndensor Hl1) Vleer FTeon-12 i'lOclj,g.De re bo:Ller Y!orcH verhit T2et

oLie J aangezien dit toch beschikoo.3.I' is en

ntoomop-wekking veer extra faciliteiten zou vergen.

6~Tweede destillatie

In destillatiekolom T14 wordt het bodemprod~kt van

TIO gereed gemaakt voor recj,rcu18:[;ie naar de verà_ampcrs

Tl en T4.Dit houdt in een scheidjng in een binaire en een ternaire azeotroop over de top van de kolom

en water over de bodem.Dit water kan eventueel nog

hoog kokende nevenprodukten (azijnzuur) bevatten. Gpm.: i_n de in hoofdstuk 6 volgende berekclljngen is er van

L

r:

i

L~ , , I • I I J

l

l

~]

n

n

n

r I 6.1.REAKTCR

R3

De kapaciteit zal ongeveer 50.000 ton aceetaldehyde per

jaar moet8n bedragen.Dit betekent een produkt je van 130 kriol

per uur.ln de literatuur Ilorden conversies bereikt van

30-607'& per pass .De tenperatuur vari.eert in c1e meeste processen van 270-320oC.De druk is atmosferisch,omdat een hogere druk

een ongul1f:l tige invJoec1 heeft op de omzettingssnelheid (z:Le lito l).Als katalysator wordt een Cu-Cr-katalysator (40~ CuO,

( 0,50ïb l~' CI''l.0'~) gebruikt.Als draeers vlorden genoerL1d o.ae asbest,

korund en sil:ica-aluminaClit. 2,3,4,5,6).Het Cr2.C3 heeft een

s-cabili.serende invloed or de katalysator~De selektj_vi tei.t be

-cl raagt 9Fjj (11 t. 6). Cm de 500-60C uur v:iEd t regeneratie plaats

bij 200-3CO~ C ël.oor gerlurende ca.

3

uur vlaterstof door t e lejd€n~

I

Als rGaktor wera. een buisreé3J~t0r gel:ozen .Aangezien d.e

reaktie endotherm :i s , zal de reétktoI' verili

t

moeten worden.

.

.1

;;ordt hiervoor stoOl" gebruikt dan maakt de hoge temperatuur

'~I

.

werken onder druk aan de stoonzijde noodzakelijk.Omdat deze

;r

'; _{druk vrij hoog zou moeten zijn en c1e reaktie zelf onder atm}

os-Ïer:Lsche omstandigheden plaats heeft vlerd gezoch

t

naar een

an(ler warmteoverdragencl medjum.Di t werd gevonden in een 01ie,

en vleI Eum bletherm 500 (lj_ t. 13). Nadelen van he

t

Vlerken met

olie zijn de rel atief grote vervui]j_ng en de lage

warmteover-drachtsco~ffici~nt$

De reaktor 'werd horizontea1 geplaatst,zodat de olie ln. b.v.

L

L

l "

n

n

_ 0 _ ~

D:i:t heeft to t gevolg een a2.nzjenli j ke verbetering van de

warmte-overdrachtsco~ffici@nt.Hovendien dienen de keerschotten als

ondersteuning van de bui zen. Als realctormateriaal komt HVS 316

in aa:rmerking.

De real-:torvoed:ing j,s een vrater-èthano1-ethylacetaatmengsel ~

Als verse voec1ing Vlotc1t de binaire azeotroop ethanol-water gebruikt.Het ethylacetaat bevindt zich in de

recirculatie-stroom.Dit blijkt zich op te bouwen tot een bepaalde

evenwichts-concentratie in de produktstroom,zodat er wat betreft dit

ethylacetaat,indjen het gerecirculeerd wordt,een stabiele

situo.tj.e ontstaat.Als kriteriu.Il hierbij \,;,srel de l~tAc-ju\ ver-- .~J,;"J~

't. houding genoDen,zoals deze beschreven staat jn

lito 4 :

,~I~rl

X Etflc /xA{\ = 0,24

De lwuto samenstelling Véll1 de rea}::torvoecHng ViOl'c1t beraald cl.00T

de hoeveelheid ternaire azeotroop (EtAc-H₂0-EtCH) en binaire

aZGotroop (H,-(~-TCtCE), zoals deze in de reci ~ccu19.ti8s troorn

voor-komen en door de toe te voegen hoeveelheid verse ~oelinB.

Hie:coij i8 de hoeveelheid EtOI{ ($!110LJ:WIl) gelijk a211

f"NOt..jM;/f

'

en ele hoeyeelheiël ethylacetaat eelijk aan 0'NOLJ~A'):O,

24

.Vet

be-hulp v·an de

J

m.:

360/65

vI'erden ele gel\:oppeldG massa- en

1'Jarrr~te-balansen opgelost. Bijlage I1 geeft een beschrijving van de

opzet van het computerprogram.!Ja (in FC'WrRAH-IV) .Onderzocht ue11d

de j:n.vloecl va:"1 een aantal variabelen als de inlaattemperatuuT

van ele reaktanten (T. IN) tde inlaattémperatuur van de olie (ToL.I!)'

de sur)erfici~le gassueJJleid acm de uitgang van de reaktor (Vé')'

de buisdia.meter (d_T ) , de deel tjesdj.ameter (d. p) ,de rr.as 8astroom

oJ5e (JtMpL,..i~ en de einclconvers:i.8 per pass.Zie tabel 6.1el.

..

L

l~

L

[~

r -, l ,

"

I ,

.

, 1 . r-, i , J '1

,

I

l

n

n

n

10 -b 1 6 - .., B ] . ~. 1 d rn ti'l d'cl

Ta (3 ~ 1.ol. J epa _J..l1g van ae lnv oe van.L IN ' IOLlf'

pt

Î en VE •

T _OL!

648

673 6?7. ,-

"

648 623 673

648

{ (T~'

I

t: I\. I n 271 482 482 79? _./ -392 392 1139

_.

_

-

_

.-" .-"

I

L(m) ;;-::-10-)( kg)

I

lip (a tm. ) I 8,64 10,30 0,41 5,22 6,22 0,25 8,52 10,16 0,4-0 7,66 7,42 0,54-10~07 9,76 0,71

~::::l

6~05 0,44 5,04- 0,29 .--

_.

Jl' Ui

=

523; ~:f': 0 P 4 0 ; ~"Î)~ur.:=J· 7 kc.;! s •

L

'j·'our;_(Y) . __

~_~_

,

~!~_Ç~2fr7;

J.0

·

·\lcg)

bp(atlJ.) 648 283 7,28 9,07 0,32 61"5 504 4s?7 5~45 0,19 623 504- 7,26 9,C5 0,32 648 409 6,46 6,53 0,43 62:;

409

f,5C F,6[ 0,56 67'3 ~O9 5, ~,O 5,2:: 0,35 / d p(m) d-r(m.) 0,010 0,100 0,010 0,075 0,010 0,075 0,010 0,075 0,010 0,075 0:010 0,075 0,007 0,049 '-- ,-cl_p(m)

I

dT(m) 0, 010 1-ö,100 0,010

I

0,C75 0,010

I

0 ~ 075 0,010 0,C75 0,010 0,075 0,010 0,C75 Vif (mi s) 3,25 3,25 3,25 4,00 4,00 4,00 3~25

-

--3,25 3,25 Ir ,00 4,00 4,00 ____ 6_4 ë__ _-,-_1_1_9_0-,-1 _~_j _' 5_'-_7-/ _~_, Ll_r 5 __ Ot 2 3

~_0_0_7.-J.._O

_

,_0_Li_I

'

9_,

-J-_:-_' _'

2 __ 5_'

Uit de verkregen resultaten kunnen de volgende konklusjes \70r-d'2n getrokl~en :,

A.De benodigde hoeveelh~id katalysator (W) wordt klejner bij

1.een hogere inla.:'l. ttemI)Cratuur van de reaLtan.tenstroom s 2geen hogere inlaattomperatwlr van de olie,

3.een hogere gD.Dsnelhej_o. en

4.8en ~ btüsdj.ameter.

U

L

r~ L _

r'

I I l , 1 _ r , I I , r , '1 I , J

~l

l

n

11

-B.De drukval wordt kleiner bij

1. eeD hogere inla2. tte!:iperatuur van de reaktantcnstroom,

2eeen hogere inlaattemperatuur van de olie en

3.een ]Qeinere eindsnelheid van het gas.

De vool~lopic:e konklusie mag lui. den dat de inIaattemperatuur

. (Ho@

van real<.:tanten- en oliestroom zöY'i;ogeli jk moet YlOrden gekozen.

De maximaal te bereiken temperatuur bij Humbletherm 500 is

3750 _{C (lit. 13), boven deze tel;lperatuur treedt thermj sche}

ont-le(l:i.ng op.Cok de reaktantentemperatuur mag niet te hoog worden

gekozen i.v.m. ontleding van aceetaldehyde,dooroxidatie en

polymerinatie .De gassnelhe:i..d kan

4

m/~ zijn.De voorlopige

kon-ditief3 zijn : ~(f;

-=

0,40 ,. 587 Ir IIN

=

:

;)

.~ T_OLij:'=648 K «MC~l~= , ~ 17 kg/s clr,=0,075 T:1

dp=O,OlO

Ii.l vç

=4,OO

mis. , /"'1

( De iilvloed van ele eindeallversie ,massastroom olie en totaaldruk

, is in tabel 6.1.2 beschreven.Hierbij moet het volgende worden

opger:erkt : door verhoging van de cindconversj.e neemt het

gas-debiet af .}Ij.erdoor zal bij gegeven ej,ndsnelhcj cl een klEd.ner

aan-tal buizen noodzakelijk z.ijn ; ele hoeveelheid katalysator zal

toenemen.Door dit alles heen speelt de evenvljchtsconversj.e (hv)',

zoals (lie vlord

-t

bepaald door dc temperatuur C11 de concen-'crat:i es

L

L

r '

I

L r ' I L _ (

.

r, . 1

l

~l

n

12

-Wanneer het systeem evenïTicht bereikt,wordt dit aangetoond door

een negatieve verandering van de hoeveelheid katalysator,d.w.z.

de omzettingssnelheid wordt negatief.Bovenstaande komt tot

uitdrukking in tabel 6.1.2.

tabel 6.1.2. Bepaling van de invloed. van

fr.

SVl1pt..if; en p.

'1'IN=583 K;T_ol.II:=648 K;Cly=O,075 l!l;dp=O,.OlO ffi;v_E=4

mis.

J E

~-Ni.ekg~S)

I

pee ''l.tm.)l

\"

'

~('10-3

(

kg)

n 1,(r;1) Ap( atm.) Opm.

:J

.

0,40 17 1 6,53 410 61>46 0,43 I 0,40 25 1

5,95

413

5,84

Ot3B OJ40 17.

3

~[v=

;

0

~

38 0$'5(; 17 1

0,59

:>47

10) 0;:, O~65 0~60 17 1

}

=

.

0,57

fV

0,70

17 Of

701

25

o

,GO!

17 1

7t:v

_0,62 1

~=0,67

EV 1

~ ~

_0,58 {C'" (' = C ,.60 ÉV'

-=-

O{_2~

_

_

1_

_=----J

I

. -_.

_

_

. __ ._---_._"---~

--Het blijkt dat bij ~ [:>0,50 de evenwich "Gsvraarde kleiner is

( :

dan de gestelde einèlconversie .Deze realdoren zijn dus niet

realjf..ieerbaar.De druk heeft een onsrunstige invloed, terwijl de

massastroom olie een gunstige invloed heeft (op m.n. de grootte

van de reaktor) < Gekozen w8rd voor een

0'I1OL."

van 25 kg/s (kleinere

J

re 3Jdor s kl e :Lllcr e c1rukval) 0

onder (7,ie blz.

13).

-L

[

[

..

: I I I I j

.

-,

l

U

n

n

r I voeding l::atalysator reaktor olio

.

.

reCJJctie :

13

-90,29

maI

ls

EtOH

17,39

maIls

H₂0 8,69 mol/s EtAc

4

·

0;

0

CuO ; 0,50% Cr 2 C 3 op drager dp = 0,010 m \'1

=

5, 95-lil03kg d_T = 0,075 m aantal bu:i.zen 413 1

=

5,85 m Bante1à.:lé'.meter 2,50 m 0'1;0(.1<' = 25 kg/:;: 'l'N.;r;Ï!.

=

6L~2 K (375CC) " '1.\'11/ -

5C:;

K (71C, ) --' cr<'1 \ . J ; 'r 525 T,' _(252°C) --I;i ï - ü ~-~ -_. 0,4-0 ( c-.

In grafiek 1 zjjn weergegeven het conversieprofiel en de

teIlIK;:catuurpr-'ofielsll van olie en proeesgas. Grafiek 2 geeft cl (;

coneentratieprofielel1 in de reaktor .De bijbohorencJ.e computer-

-uitvoer is gegeven in bijlaGe 111.

6 l!) ... ? ~ e 'IJTmD .J_~ • .o.l. ... I' )"1'1,,· ,- .... J11.. ~ m4 ol -o

In' VerC18Jnper (1'4 vror('1t met 1)el1lüp Yan de proo.ul:tstrooH 6,

die met een teLlperatuu:t Vém 252°C de reaktor ve:claat,een

ge-dGc,)l te van de reaktan tens troom (9) VCrdéll1pt. Di

t

l:i j kt risl:an

t

i . v.m. storine;sCGvoeligheid ,maar mocht zich eei1 stcr:i.ng voordoen dan kan dj.t verholpen worden door ~f een deel van de te

L

[

[~

r:

r ' L~ , l _ J I • J

I :

1

l

n

n

l •

14

-verclampen vloeistof door '11_{1 te voeren (olie als}

warl!lteoverdra-gend mediUL'l)

"of

door het koelwaterdebiet van condensor

li5

te

veranderen.

Bij een produktie van 130.000 mol/hr aceetaldehyde kan de sar:

J.en-stelling van de reaktantenstroom worden berekend,aangenomen

dat er geen verliezen in het proces optreden en dat de

recircu-latiestroom bestaat uit de binai.re azeotroop water-ethanol en

de tel'naire azeotroop vrater-ethanol-e thy1acetaat.De

samenstel-ling van de ternaire azeotroop is

.

.

82,6 mol-~; EtAc

8,4

mol-5'b

EtOR

9,0 mol-'jJ _R2.0 Bekend is ,dat

0

_mL;F.>t:t.c=O, 24--x.0I'1OL

J

M'=: 0,24 ->:-130.000/3 e 600 =8,69 mol/s.

Hieruit wordt berekend,dat voor de ternaire azeotroop geldt:

f"N,.'::tOi--i=O,88 mol/s en

«/'1

0i)-12Ö=0.95 mol/s.

Verder geldt voor àe produldstroom XaC+f=O,355.De totale

molen-stroom is (zie bijlage 11) :

(1,256*130.000-i-l,18?-i-<130.000/0,4)/3.600= 152,52 mol/rL.

Dit betekent, dat de hoeveelheid niet-oI:1[;ezette ethanol gelijk J8 aan 54,14 mOI/s .Deze hoeveelhej_d 'word t gedeeltelijk in het

ternaire mengsel en gedeeltelijk in het binaire mengsel

gere-circuleerd.De binaire azeotroop bevat dan: 54,14 - 0,88=53,26

mol/s.De hoeveelheid water hierin is dan:

O,155~-53,26/0,C4-5=9,76 mOl/s.

De tota.le hoeveelheid gerecirculeerd water beclraagt dus

L

L

l

I~ I L • f • r "1 \

.

I c J

~l

l

o

n

n

n

n

-

15

-Verder moet er volgens de stoechiometrische verhouding

130.000/3.600 =36,15 m01/s verse ethanol worden toegevoegd. Deze bevat C,155.;(36,15/0,845 =6,6E mo1/s H2.0.De

reaktanten-stroom heeft dan de op deze nanier berekende samenstelling A. Zie tabel 6.2.1.Uit de uitvoer van het computerprogramma (bij-la8e 111) werd samenstelling B verkregen.

'fabel 6.2 .1.Samenstelling reaktorvoeding

Comp. (.(1'1.o1/s) - - - - -

-t

MOL _ _ _ _ _ • .::..1_ EtOH htAc H 0 2. 90r

17,

totaal 116, 29 69

39

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

37

-(xL )A -(x~ )8 0,776 0,776 0,074- 0,074 -0,149 0,150

--

J

Uit de tabel blijkt,dat de massabalans over de reaktor klopt,

indien bovengenoemde aaILYlatlen worden gebezigd. Bovendüm wordt aangenomen,dat de recirculatiestroom zich op kooktemperatuur

bevindt (78°0) en dat de verse voeding een temperatuur van

20°C heeft.

De produktstroom heeft de samenstelling van tabel 6.2.2.

Hierhl is Pi. (le uit de totaaldruk (P,OT= 1 atm.) en molfraktj e

berekende partiaalspanning van component i .. naarmee kan de con-dcnsatietemperatuur berekend worden (lit~ 7,blz. D 137).Ret produktmengsel begint dus bij 57°C te condenseren.

L

L

r"

I l • r""' I l . [ ' l . l . l J , . r J l J c J

n

n

n

- 16

-Tabel 6.2.2.Samenstelling produktstroom

~

~;

_

~_1~;~:,~

_

(

~~1~~î =~_~;~_

jR;

_

(~

_

~~L

T (ON 0 (0 C) AA 36,15 0,2371 11 -" 2- 36,15 0,237 EteR 5t

j.

,14-

0,355 271,9 57,0 H 0 _2- 17s39 0,114 82,8

4-7,8

EtAc 8,69 _0,057

J

.--- -... - ---_ .. totaal 152,52 - ----.

-Bi;j het gebruil{ van een Hobert-v8rdamper (voordeel :

gro-te };:apacj_teit) p.oet een r'1inimaal tej~lpêratnurverschil van lOoC

worden gehandhaafd (lit. 8)&Dit betekent,dat de produktstroom

kan \'laTeIen gekoeld tot Geoe.Hierdoor is de beschikbare ïIarmte

gelijk aan (zie hfdst. 8) :

Hie:nüt volgt,dat van de 1"ecircu1a:cj.estroom (32) in het tote.al

44,49

mol/s (stl"oom

9)

in

'r4-

verd.ampt kan worden.

TIe totale v.'armteoverèrach tscogff:i.ciÈ!nt is ongeveer 1000

"T/nl:l~, ..J. · ,Ir ~ (lit. 12) .Het benodigd ,';arnteYlÎsse1end oppervlak kan

nu

worden berekend :

0

1--1 = U.y,·.4:~·llT t.N

bT;"N-«252 - 78) - (88 -78))/ln(174/10)=57,4°C

,

Hieruit volgt voor A: A=31,2 m2.

Volgens lito 8 bedraagt de diameter':""lengteverhouding van een

buis 1 : 25.HierJrlee kan bj_j een bepaalde buislengte het aantal buizen en de buiscliru:leter word.en berekend, rekening houdend r:let

de maximaal toelaatbare gassnelheid.De hete damp gaat om de bui':

L

L

r ' I L • " . ( , l J r ) , I • J r

1

, J

~l

o

n

n

n

r

I , 17

-Dimensionering van

T4

.

.

buislengte 1,5 m buisdiameter 0,12 In

a2.ntal buizen 55

hoogte 4,0 m

6

.3.

VERD Arp?m Tl

In verdamper Tl wordt

a.de rest van de recirculatiestroot'l verdampt (stroom 1) ;c1it is in het totaal 29,05 mol/sc

b .de ve:cse voeding van 20° C TIaar 78.° C ver'l'farTI:d en vervolgens

verdampt (stroom

2).

De totaal hj.ervoor benodj.gde warmte bedraagt 3297 k~',r .Er wordt

de olie,die Tl verlaat,gclijk is aan 300oC.HierDee wordt een

rI 'T·" / ., f\ rn

):'w=U' A 7. w..L LN

Hij een geschatte U van 200 \'J/m2.,K (lj,t. 12) betekent di

t

eeD

\'Iarntenisse1cnd oppervlak van

6,39

m2.oBij een buislengte van

1,5 m en een buisdiameter van 0,12 m is het aantal buizen 113.

Dimensionsring van Tl : buislengte 1,5 In

buj sdjameter

aantal buizen 113

L

r I l~

,...

j L. l . ( , I I , , , l . I I l J

n

n

n

n

I

l , ·_·18 -6.4.HEATBR II2

In warmtewisselaar H2 'ivordt de realdorvoeding op

reaktie-temperatuur (310°C) gebracht met behulp van Hu..rnbletherm 500.

De temperatuur van ête olie is 375°0 en de reaktorvoeding moet vanaf 7[oC worden op~eTIarnd.De reaktorvoeding heeft de in tabel 6.2.1 (blz. 15) ver1!1elde samenstelling.r.~et behulp van de

cp-waarden,VerT!lCld in lito 15,kan de warmtestrooI'l vlOrden berekend,

die nodig is om op te warmen tot 310oC.Deze hoeveelheid. is 2557 kW.Stel de ui tlaattemperatmu' van de olie op 330°0 .Dj t betekent, dat. de nassastroom olie ge lijk is aan 12,22 kg/ s .I'8t

h

t

t U . C 0 - '/ 2. K b J d "T 1 ';' nC r<

een gesc a'· 8 van 1 I '() m " en een ere {en u /...N van ,c v,

i s

het

warmtewisselend oppervlak 175,4

m

2 •

Dij een l engte van 6 m en een c'Uamcter van 1 inch, word t het

aantal buizen berekend op 367.Net lito 10 kan dan de

mantel-cliru.1etcl' bepaB.ld word en.

Dj.mens j.oner:ing van 112 : bui sdiél1:1eter 0,0254 TJ

buislengte 6,0

m

aantal buizen 367

l

l J r , l • ( , , , l /

[1

[1

[J

n

n

n

I

l , 19 -6.5.PARTIELE CmID2:lJSOR

HS

In condensor H5 wordt het in verdamper T4- tot 88°0

afge-koelde procesgas (stroom 8) met behulp van koelwater gekoeld

tot 35°C.Er treedt hierbij gedeeltelijk condensatie op.De

in-en uitlaattemperatuur van het koelwater bedraagt resp. 20°C en

40oC~

Het "devl-point" van het proces[;as is 570 C (z te tabel 6.2.2. op

blz. 16).Om nu de hoeveelheid warmte te kunnen berekenenJdie

afgëvoerd moet worden om het procesgas gedeeltelijk t e con

c1en-seren,z8.1 de samenstelling van het ni~t-(;ondenserende gas moeten

v/orden berekend bij een teL'1})eratuur van

35°C.

nU.

ge lel t er : Yt = Pi

l

P

= x i.

-

xp

:

l

P

•

Xi

=

mol-fraktie in het condensaat (stroom 11).

0

P,

- dar:.1pdruJ~ van de zuivere component bij T =:J'J 7'r;:O" v.

Pt

=

dampdruk in het mengsel bij /I=:J.... 'i r7.ç;Oc _

Y ... = moJ.-fraktie j n het niet-condenser ende gas (stroom IC).

p

=

totanldruk

In de nu volgende berekening nordt aangenomen,dat waterstof en

aceetaldehyde niet condenseren in deze condenso:c.

(1 )

r,~e t behl.üp van de gegevens Va.11 tabel 6.2.2. (b1z. 16) kunnen de

volgende vergelijld ngen viorden opgezet :

54,

l~- = Yf~oH -X-G+ Xt'tOIi *L 36,15= Y_I1:l. -XG 36,15=YAA i('G (2)

(3)

(4)

L

L

f~

[

r '

L

r- , I I l _ I l _ , 1 r , , , r ' I , I l ; l J

n

n

n

n

n

[1

17,39=YH,2.0 *G-t _{X H20} ';~L f, 69

=

YEtl\c. -l( G+ xE-tAc-_-i:-L Y· -\.. -

x·

~ ')(-p? l

l

p

F = 152,52 mol/s p= 760 mIJ lIg - 20 -(5) (6) (7) (8)

(9)

Uit li t. 7 (blz. D 137) werclen de dampdrukken berekend van de

zuivere componenten bij 35°C.Dit gaf als resultaat tabel 6.5.1.

Tabel

6.5.1oDampdru1~

ken

ve..:n de zuivere

componen~t;en

bij 35°C.

Comp. p~ (Il1L1 Eg) 1 1

-BtAc

H

~

°

130,35 92,72

31,rO

J

- - --

---r

.

:e

t

behulp van verg. Cl) t /ro (9) en tabel 6.501. werden. de

[1crekencl.De vergeli j kingel!_ v/()l'clen 01) gelof~-c d.IJ. V 0 Ilt1'y anc.1

er1'o1'll _{.De resultaten zj_jn gegeven in ta1)81 6.5~2.}

Tabel 6.5.2 .Samenstellingen van de ai's-cromen van R5.

condens. (11) daEl"p (12) - - - - --- ---<

r

comp-.--_: __

-_-X~

~

-_---1_-~-,

:-L

_

C=11

?-_~_/_-s-)-I--EtOR 0,666 4-7,63 BtAc YL

0i

(mol/s) 0,021 6,51 H 0 _J.: AA. totaal 0,101 0,233 7,25 16,68 0,018 1,44-0,009 0,71 0,44-6 36,15

_=

________

~~~

O,446~~6,]_-5_-l

_-'--___

~~~~

_______ fO,96

I'

l i r ' r " , I l _ r ' l , , , l , r 1 , I , J , --, I J

:1

_{l J}

[1

[J

lJ

n

n

fl

r~

-

21

-De totaal af te voeren hoeveelheid warinte kan riu vTOrden berekend.Deze bedraagt 3704 k~.Het hiervoor benodigde

koelwater-debiet is

44,15

kg/a.Bij een bT~Nvan 2E,4°0 en een geschatte U van 500 ::,,/m? ,K betekent dit een warmtevJisselend 0Pl)ervlak van

2'34· m~. Indj.en 1 inch buizen van 6 meter lengte worden gebrui]~t, bedraagt het aantal buizen 4E9.De manteldjeneter is dan 0,85 m.

liet koelwater gaat door de buizen met een snelheid van 0,16 r1/s. DjJuensionering van 115 : buisd5ameter C, 0254 m

buislengte 6,0 m

aantal buizen 489

manteldjameter 0,f5 m

In condensor H8 wordt het in E5 niet gecondenseerde gas

(voornauelijk aceetalaehyde) gecondenseerd met behulp van

i'reon-12 van -5°C.De voeél.ing heeft de in tabel 6.5.2 0 (blz. 20)

ven,}elde sanens tellü1g (s trOTIien 10 en 12) en word t gekoeld to t

5°C.Aalmarne bij de volgende berel~eninGen is dat ethanol, water

en ethylaceta~1.t geheel condenseren. (:m zoveel L10gelj jk

aceetal-clehyde te condenseren,wordt gewerkt bij een druk van drie atElOsfeeT .Di t heeft tevens al s voordelen , dat ele absorber (1'9)

kleiner is en dat de condensorkosten lager zjjn (druk is twee-zijdig).Een nadeel wordt gevor~d door de extra compressiekosten.

De volgende vergelijkingen gelden :

L

l:

L

r:

l J , , r , , J , , I , J

n

n

n

36,15=YAA -X-G+ x_AA -XL 1,44

=

xtHc *L 6,51 = X~1;OH->:1 0,71

=

_{X HlO} *1 36,15= YH 2 -X-G y- = xJ.." *p?

l

p

l. L F=eO,96 mol/s 22 -(2) (::)

(4)

(5) (6)

(7)

(8) (9)

get behul p van lit. 7 (blz. D 137) werd berekend dat bij 5°0 voor aceetaldehyde p~A=417 run Hg.Hj_erIleo en met de vergelj j

-kineen (1) t/m (9) werden de saL'1enstelling<:-m VaT, de afstromen

berel~end,zje ta1Je1 6.6.1eOûk hier \~;erd \leer (le IItry anc1

erTor"-methode toegepast .

'l'abe1 6.6.1.SmlcTlste11in[;cm van de afstl'OT:1811 van H2

-

--

--~-

]

-

co

nd~~~5-

)

damp (18)

l

CCWIJe

_____

x i.

' i

_

l!

"

(Iilo1

_______

/ s)

_

______

Yi. «((maIls)

___

.

..

.

_

__ _

AA I 0, '776 '~, 0 , 1 7

° ,

142 5 , 9 P

Eten

EtA

c

0,16f. 0,037 6,51 1,44 -O , 8

·

.

5r

c

.

,

· 36,15 H2,0 O,C)1g 0,71 -_ .. _---.. - - - --. _ - - - j - - - ---+ - - - -tota a l L 38,83 - _ .. _ - - - _ _ __ __ . _" __ ' - - -___ _ - L -_ _ _ _ _ 42,13 - - '

( ,

l~

L

I ' I I l r î I I

,

,

n

i I LJ

n

[]

Cl ; 1

n

[l

n

n

-

2:;

-De bere}~cnc1e af te voeren hoeveelheid warmte bedraagt

534 kVi.Als koelmiddel vmrèlt Ji'reon-12 gebruikt,dat eerst van 2,9

atm. naar 14,1 atr.î. wordt gekomln'imeerd..Hct Vlorà.t vervolgens

gecondenseerd Llet ge\'iOOn koelyvater,a2,.ngezten bij 14,1 atm. de conc1ensatietenperatuur Vè-1n ]?reon-12 gelijk is aan 51,60

e.

Bi j

smoren tot 2,9 atn. treedt dan gedeel telijke verdamping op en de temperatuur daalt daarbij tot -5°C.Het aldus beschtkbaar

gc1<:oL1en Freon bestaat ui t :;f~b damp en 62~:' vloej,stof en kan dan

in de partilHe condensor gebruikt worden.}i'reon v;ordt door de

bui zen celeü1.De verclruïlpingsvra:t:'mte van Freon on(le1' deze OD -st_{c ..} ~nC1_{_ ··...!...LJ} '; r:-h",_{v ...} r'en _{l . . . . û} J' C' 15

r

_~7, _../ l(_..·ï/_.... lr_~:...l) {'r (1_.J '; + _v. 15'\_{./ •} '

Er geldt ~ ~\,,=0,62'>:'R,,'~Y'f1i:R(C'N . Hieruit vol[';t : 0'1,FRFOfJ=5,44

}:e

/s.

Sij een geschatte U va:n 500 ·;'I'/m'l.,K en ecn berekende 6TL.N van

21 surOe bedr~nn~ . <.-.c_u l, h_ '_e~ v benoc15 ~de Y'arntc\'.'i f1 selcncl oppervlak

114

D '2 •

B:L j ge bruHe va.n de zelfde buj. zen al s b~lj H5, ts het a8.ntal ben

o-digde buizen

239.

Dimensionerj.ug van HE bu~ sdiEuaeter 0,C254

m

buislengte 6sC

m

aantal bu:i zen 239

manteldjal'lJ.et er 0,60 Dl

6.7.WAR~TE~ISSELAAR

H7

In vJarmte\'7is~;elaa:r H7 wordt de j,n absorber 'f9 te gebrujJ:;:en

YlasvloEdstof ui

t

E5 (stroom 11) gekoeld met de afloop van 'J:9 en

L

l , r' , l ,

n

o

o

o

o

n

n

n

- 24

-De afloop van Tg heeft een temperatuur van 100 C en d"je van H6 een temperatuur van 5o C.De wasvloeistof moet worden gekoeld van 35öC tot lOoC.De stromen hebben de samenstelling van tabel 6.7.1.

Tabel 6.7.l.Samenstellingen stromen H7

stroom 11 stroom 14

Comp .. X·

_..

Y\

(molis)

x·

. \. ~i.(mol/s)

---A

A

-

-

0,311 36,15 EtOtf 0,666 47,63 0,465 54,14 BtAc

°t

101 7,25

°t

_{0 75} 8f 69 H2.0 0,233 16,68 0,149 17,39 -totaal 71,56 116,37 ~ --

-tI' wordt aangenomen dat aceetaldehycle in ab sorber rEg geheel oplost en dat de uitlaattemperatuur van het absorbens 10°C

blijft~Het absorbaat heeft name1ij1{ e8ntemperatuur aa.u d.e

'.

inga,ng van '1:9 van

5°0

en zal een gedeel te van de absorptj. e-warmte va,'1 het aceetaldehyde opnemen.

Eet beh1..Llp van bovenstaande gegevens kan '\'lorden berekend, dat d.e warmtestroom,die nodig is om de wasvloeistof af te koelen van 35°C tot 10° e gelijl:: is aan 197 kY·; .De temperatuur van stroom 17 wordt berekend,~aarbij de soortelijke warmten moeten worden geschat. Dit kan geschieden (loor de temperatuursti. jging j_n H7

te schatton op 2CP C; imDers de molenstroom van à_e op te warmen vloeistof is Groter dé.Ul die van de af te koelen vl oeistof ,die 25°C in te~peratuur daalt.

L

[

, 1 l J r 1 , 1

o

o

o

o

o

n

n

n

- 25

-lJa bere}::cni118 "\7ordt een ui tlaatteLlperatuur gevonc1C'n van 24, fGC•

Bij een geschatte U va..'1 600 W/ m'2. ,K ,en een AT L..N van

5°0

is. het :~'~:-.

warnteuisselend oppervl ak

A=

66 m1 .Als 1 inch pijpen worden

eebruikt,dje 6 meter lang zijn,is het aantal pijpen 132.

Dimens ioneri_ng van

•

6.8. AD3CilBBH

Tg

1-1

7

buislen[;te 6,0 m buisdianeter 0,0254 m aantal buizen 13f Illanteldiameter 0,50 m

Jn absorber Tg wordt door wassen met het ethanol-ethylacetaat~-\7ate:n0.e:n5sel ui t H5,

dat in TI7 tot 10°C is afgekoeld (stroom l3)f het afgas van condensor

Ra

opgeu8rkt tot

99, 99j& -~;ater8tcf .Het aceetaldchyde \!ord-'c (lus geabsorbeerd .De absorptielwJ.c:m is uj -egevoerd

als een gepakte kolom ID8-e 1 inch Derlse

za-(leIs .. Aangenomen YlOrclt dat de ter:lp8ratuur van

stro01'1 20 lüet hoger komt dan lOoCoDe \Yarmte,

dj.e extra 'ivordt ontwikkeld komt

a.an

tot ·" .

uiting in een temperatuurstijging van het wa ter s.to f gas.

Voor aceetalc1ehycle werd (la dampdruJc berekend uit l ito 7 (blzo D 137).D:Lj 10°C geldt : p~=50l mr. fig.

De sarlenstellingen van de verschillende stromen zjjn gegeven :in tabel 6.C.I.

, 1

[

~

l ~ , 1 • 1

l

J

o

o

n

o

n

n

,

n

26

-Ta.bel 6.

e

.1.Sar;lens tellinGen van d.e stromen van cle a bsorber.

-... -.... - - . - - - , r - - - -- -,.

stroom 19 stl'OO T:J 13 strooT21 20

molis) x· _L ~: _~ (molis)

-

x

.. _-AA 0,142

5,92

-

0,077 5,9P 0,038

EtCR

0,666 4 7,63 0,614 47,6~ 0,640 EtAc 0,1('1 7,25 0,094 7,25 Ot098 ~ H2,.0 0,233 1 6,62 0,215 16t68 0,224· Hl. 0,B5f 36,15

-

-1~5:±

-- ---totaal 42,13' 7 77,54 .. ---_. __ .. . _~.

__

. __ ... _ .. _ .•.... _ -- - - - --- _"

._---Hierin

is

i

een geniddelde nolfraktie in de wasvloeistof over

(le gehele kolom.

De evenvlichtE'.lj.jn Vê .. lî cn.t systeem wordt als volgt berekend

voor n:.i..et-ideaJ..e systemen e<üd t : y= )·};x·x-p~p

=H,,·x

IP.

Hierin is

H de Henrycoëffj_cH\nt .DE: EJJ::ti v:itei tncot~ff:1.cH!nten van de

sys-temen aceetal(lehy(le-water E:n aceetal êlehyde-cthanol Z1 jn gegeveYl

in

lito

11.Br vordt vero~dersteld,dat ethylacetaat zich net zo

gedraagt als ethanol.

Door liet behulp van lito 11 de Henrycoëfficignt uit te zetten als funktie Vél.l1 cle lnolfrak tJe aceetaldehycle jn de vrasvloe j::; tof,

zie de grafieken

3

en 4·,kém de Henryc;oëfficiënt worden bepaald, ui tgaancle van een bepaalde I,jG·-verh oudi ng en volledj ge aosorp-tie V3:a. aceetaldehyde in de wasvloeis-cof.

X_A",== 5_r9éi(lG,62+5,9f)

=

0,264

RientL t volgt voor de gemiddelde Henryco~ff:i.cj tl nt voor het t:rajGkt tussen x-=

°

en x =0,264· (zie

r '

f'

l, , 1 ' j I I I Il J

n

II

n

n

n

n

n

n

- 27 -systeel:i AA-Btmr: X_AA= 5,9r/(5,98+~(7,63+7,25)

-=

0,098

Ui

t

grafiek 4 volGt dan : H2. = 0,22 a tlTI.

Voor een mene;sel geldt (lit. 14) : In H

=

~xi. -)(ln Hi.!Uerui t volgt In H=O:224+:1n 2,47-1- 0,776-):-ln 0,82 ~ H=1,05 atm.

De vergelijking van de evemüchtslijn wordt dus :

y_l,05""'x/P

De werklijn heeft de volgende vergelijking

y - y-t = ( 1/ G ) {" ( x - x t )

16èr1=74,55 ; GGff'\=39,14 ~ (L/G)=1,.90

Jn= !I-l-:-G/I-= 1,05/1,90= 0,55

(1)

Uit de figllUl' (blz. 25) en tabel 6.0.1. vole-1;

Yt. = 01001

(2)

Daartüt volet : (Yb - m*xt)/(:ft

Uit (1)~(2) en lito 17 (grafiek 14-12) volgt het aantal

drachtstrappen : Eo <;, = 17 •

over-Cm de oppervlakte van doorsnede te bepalen TIerd gebruik genaakt

van ele cloor poust (li t. 18~' beschreven methode.

Om de dic~1theden van ecn mengsel te kunnen berelrenen \'iG~cden' de

volgende betrekkinGen gebruikt

vloeis'!ö;ofnengsel :

~L-~

Xt"x

~L

gasmengsel ~ ~G=l/(z:.Xt/~l) Dit leverde ~t...=856 kg/n3 en (lit. 17)

n

-

Cl 001 )-0'/1'13 \ G - .,:;J '-0 ' ·

De totale vloeistofstroom is gelijk aan :

, 1

I .

l _

r '

, ; l _ r ' i '. ~

.

..,

n

n

n

n

n

n

n

28 -De totale gasstroon is : G

=

(0,929-:-:2

+

0, 071 ~~A4- )~:-39, 14 ~'lC-3 .=0 t 195 l::e/ s . 0;5

Eu kan berekend YiOrélen,a.at (L/G)-)'·(~G/~t..) =.0,173

Dit levert sar'len. J:1.et grafj.ek 16.4 uit J!1_{oust (lit. lP) :}

(G I )')'-)éa ';:'(:n )o)"J. -'2. QI _ _ v l..L. -r:..-';:_ 0 -10 g~ -)'-é~>r. ~G-i' ~ L Hierin is ft-lb/lb,hr~ ; C' -0 60. c - , -" él._y

=

76 ft2-/ft '3

~(.,

= 0 t 091 1:g/m 3 .

~!..-=

256

kg/I'}

~

Y

{)(,.=lr19 cP (volgens lit.17

:i.8

?(~~,

X~

·

"'1:3

)

Lu

ir1 èle c;asstroomclich theid

te

berekenen :

(Voor een goede'werking moet

er

op 50% van

het

floodjng-point

ee\'!erkt v'.'orden.Daal'o:J "lOrd t niet 6->:-10-2. )TiJaar '3';':'10-:l als T.'ae.rde t

VOOI' Q genomen. )

G-

.

I

=

0 11""9 _{f ' 0} k_{·'6 . w ,} '"'/"'" 2. c:t _ü

De kolomcliameter- is dus 1,47 m6

Voor de totale H.T.E geldt (lito 17,blz. lé·-3:.') :

(H. '1' • Tno

=

(H. T .}~

t+(m"

G/L ).), (H • 'r. E

)l-Hj.erin is :

CH.

'1:. E \ -=( l/IX)-lI (L I

/~I-)n

.::.

('11../

(\L -'.f ([)t.) )(1)5 (in fee"!;)

/ . -8 0:5 o.)(."h

Volgens l j t . 21 geldt : {DI,.-jé~L.: '.L' =7,4->:-10 -):-(X(--(,H~r.r) /(V_{o )}

De in te voeren (j.n angelsaksjsche eenhl";clen !) grootheden z:ijn

M= ZXt -;(-1.1t = 43,768

(Vo)P.A=

5I,e

cc/mol

1,1..

= 1,19

cr

(gemia.deld molekunlgew:i cht)

(specifiek volume)

I . I ~ . I

I

L . I '

l.

[ ~

l

l

~

I.:

, . ,

.

I ' l . , 1

I']

l.

n

n

n

l

- 29 -n= 0,2r. L1=3,262/1,154.=2,83 ]:g/D'2.,S

eL.

=

856 kg/m

Voor het berekenen van de TI.T.E aan de gaszijde dienen de

vo1-gende vergelijkineen opgelost te uorden (lit. 17,blz. 18-3f) :

De in te voc:c'cn 1=on8 tanten zj. jn !

(

3)

(4 )

(5) (6)

(7)

P= 1 atlll .. CVe. )..j;).-ll~, 3 cc/mol ; 1·~H<=(>.

r.' 1: 4

"M\ = t

'11,G

=(~yi. ':-:U

,

~

~)'h

-:

i

?i)/(~Yr-:

:

(I

~

t/:t.)

(lit. 17)

N= aantal deeltjes })er ft':':...-= 2.208

IJlVlJ.llen

van bovengenoemde GeGevens naakt het ffiogelj jk om

achtere

e

nvolgens

de vergelijkingen

(1),(6),(5),(4)

en

(3)

op te

10ssen.Dit levert de volgende resultaten :

He= 1140 en tenslotte

(IJ '1'1 v \ - 0 ()C3 Til

~ • ..L ~ Jo; '9 - " J l ' J.! !' •.

De totale hootSte van 8en overdrachtstrap vlordt dan

De hOOGte van de 1wlon v:orüt dus 17'::-0,239=4,06 nl.

Dimcnsionering van

'1'9 :

diameter 1,46 re

hoogte

4,50

In

_t_O

, , I L~ r ' I l . r ' r' l J

r'

I .

[~

n

n

n

n

n

n

n

n

- 30

-6.9.DESTJLLA1J3KCLO~

TIO

In clest:Lllatiekolom 'tlO wordt stroor'l 17 ldt lïarmtewisselaar

H7

Bescheiden in aceetaldehyde en een bodcnprodukt.De voeding heeft een teuperatuur van

25°0.

De vergel i jl:i1l8 van de evenwichtslijn ziet er aJ.s volgt u i t :

y =O(AA/M ->ëxl (1

+

(t( - 1) ~:x ) (1)

Cl

I

0 ()

I(

0 ··L )

O(M;t1 .=. PAA Ph

=

P_AII Ptl ,·cy~ (2)

Ui t (1) en (2) volg t : IX'AA)M

=

p~/(@ct -r.p~ )

(de index rn heeft betrekkine op het gehele mengsel)

De da.l'.lpclrukkcn van de zuivere conponenten bij een CeI:1:UJ.cleJ.àe

t emperatuur VWl 600

e

zijn gevonden in l ito 15 (zje t abel 6~9.1)6

6,25

l~tAc 0,075 6,75

H 0

_0,14

₉

2,f9

De ver8elij)':-ing van ele evenwichtsJ.ijn wordt dan

y =14 t 83*xj(1

+

13, [';i-Xx)

(1)

VOlgens l ito 16 zijn de v.ergel:ijkingen van de eerste en t weede werkl:i..jn als volgt :

r '

I

i : ! ' l , [ ' I ,

.

o

n

n

n

n

n

n

F (17) xp =::0, '311 q worden berekend

31

-De vergelijking van de q-lijn :

De opti.male refhlXverhoudj.ng is

1,25 maal de minimale

reflux-verhoudineoDeze ndnjrnale

ref1ux-(24)

x()=

0,999

verhouding treed.t op, indien de

\

twee werklijnen elkaar snijden

op de evenwichtslijn,d.w.z. bij

die y en x,waarbij de q-lijn de

evenwichtslijn snijdt.Door deze

gevonden y en x te substitueren

in (2) en

(

3)

kan de minimale

refl1.1.XverhoLJ.d:Lng Yiorclen gevonden,

waaruit de optjl.0.&.le refluY.:ve

r-K~

. iJjJ' -(22:) -:7 houdinG kan ïlOrden berekenà.

Eerst Doet echter de YIaarcle VéJn

( .-'rl o):·R ..Jl\TJ\/C'-(/ ·"·n )

q= Z)(·t1CI.,t · v,t,-.o.r1J <}'-NOl-Jl"~ ~i ot

HierJn is .AH de hoeveelheid warmte ,tl.ie noà.ie is om de cOJn.

ponen-ten op kookternperatuur te brengen. Eet behul p van lit e 15 YJordt

een q-V!a~crde berel~end van 1,152 .Di t levert als q-lijn :

y = 7 , 579 *x - 2, 059 (5)

(voor x_F is in verel.

(4)

de molfraktje aceetaldehyde

inge-vulà.) •

Oplossen van x en y ui.t (1) en (5) geeft: x= 0,3911 en

y-=

0,9049.

Gesubstitueerd in (2) geeft dit ele volgende vergelijking

[

, l , r ., I

n

n

n

o

n

n

n

r

32

-Oplossen van ver[elijking (6) seeft : R_MhV=O,lf5 ,en dm~

HOPT. =0,231 •

De vergelijkingen voor de ~crklijnen zijn dan :

y

=

0, lf79-)('x

+

0, f'121 en

y

==

2,2901 *x - (1,001

Uit grafiek 5 volgt Jat het aantal schotels 13 bedraagt. Bij een Geschatte overall-effici~ncy van O,60,betekent dit 22 schotels.

Als de schotelafstand 0,5 TI is, '.70rd t de lmlorllhooe;te 11 TI: .De optimale gassnelheid bedraagt dan

0,5

E

/

S.

Indien konstante Dolenstronen TIorden verondersteld,gel dt

CTT=LT+D =8,36+ ;6,15= 41_{r,51 mol/ n}

1₀ = Ly+ q-YF =8.,36-+ 1,152"xl16,37= 134,06 mol/ s

De grootste volurnestroom in de lcolom is G,(d~.v{.z. de grootste gasstroom).IrJI:1ers G₁ = 10 - K =53,c4 mol/se

D e re bol_erVernoul1J.ng "l " .. ':"'_{" J} o"~. 0."

t .

_• G _I / _.l\.=~~" 1"'7, _,cQ4_, / _l.. <:'C_'· _$ 2') _!. = ('

.I, ')

67J

.•

Cm de d:i.aT'le ter van de k,olom te berekenen worà.t gebruik ger1aakt van die grootste volw1estroom.: G.=1,5E m3/ s.Aangezien de

snelheid

o

p

C,5

m/s

werd vastgelegd,volgt hieruit voor de kolom-diameter : D= 2,0 m.

De temperatuur in het ond.erste deel van de kolom becJraagt

ca. 800C,teruijl in het bovenste deel de temperatuur

ts .1\'u Geldt : QK = QW})

+

Qh/,K - Q w,r "Hierin is :

o

ca. 20 C

Q k. de hoeveelheid toe te voeren v/arm te in de ketel

1 ' L _

l

~

l

L

l . r , I l , I [ , I l • r ~

L

n

n

D

o

D

n

n

n

l.

QWk vmrr.'lteinhoud b:~telproclukt J

QWI= yrarmteinhoud voecb.ng

•

De hoeveelheid aceetaldehyde jn ketelprodukt en de hoeveelheden

ethanol,ethylacetaat en water in het destillaat worden verder

verwaarloosd (zie opm. op blz. 7).De hoeveelheid af te voeren

condensatie~arBte is :

(L_T

+

D )-.'f R"'}IA =. D* (H 4- 1)* RV,AA = 36 ,15-Y_{l, 231~ 25.830= 1149 Jr;.~'l e} Hieruit volgt : QK=

(35

+

114-9)+ 583 - 230= 1537 }:"',7 -(zie oole

hoofdstuJ.c 2). Voor de levering hiervan wordt zorg gedragen door

olie,die afkoelt van 375°C naar 34CoC.Het bcinodigde massadebiet

aan olie is 9,4·2 kg/se

Het topprod~{t dient weer gecondenseerd ta _{worden met Freon-12.}

Hiervan is nodig : 11,71 kg/se

Dirnensionerinc TIO tlüuneter 2,0 11

hoogte 11 m

aantal cchotels 22

schotelafstand 0,5 m

6.10.DESTI1LATIEK01C~

T14

In dest:Ll1atie1colom T14 viOrel t het oodeJ.ilprodukt van TIO

(stroom 28) gescheiden in een topprodukt,dat bestaat uit de

bi-naire azeotroop EtCH-H2,. 0 .en de ternaire azeotroop EtOH-EtAc-IT:4, O.

en een bodernprodukt dat uit water bestaat.Het destillaat wordt gerecircule8rd naar (le verdaJ:11Jers 'J'l en '1'4·"De clestillatiekolom

l _ ! '

l _

I '

L •

l

~

[

,

[~

r ' l. [" , , , r ' ! , r ,

n

l

j

[]

n

n

n

n

n

}i'

T2sY

- 34

-De hoeveelheid af te voeren water is

ge-lijk aan de hoeveelheid,die wordt

toege-voerel aan de verse voeding (zie voor cle

berekening blz.

14

e.v.).

De bij ëteze c1estjllatie- belangrijl:e

kook-punten zijn ternaire azeotroop

70,8°C

binaire azeotroop

78,2°0

water

Tabel

6.10.10

geeft cle samenstelling VéL."'1

het destjllaat.

Bij de nu volgencl,".) bc~re}~e)'l-=i.ng is

ge-bruik gemaakt van cle methode, beschreven eloor Gillil[mc1 (lit. lS).Er Yiorêlt (lus ver··

der geYlerkt Eiet een "light key"- en een

IIheaV"'J keyll componcn t .De hGavy key is cle laagst kokende eOIûpo-· nent in het l;:etelpr-odvJct Cv/atel') en de light key is de hoogst kokende component in het destillaat : de binajre azeotroop.

I

Tabel

6.10

.l.SruneIlstelling topproclulct

'J.'14

'

• t erne

az

•

totaal (molis)

x

·

f, ~ (801/8) x~ 0't(mol/s) \.. ~ _._ .. _--_._.- ---_. _{-~ ... ---- - - - -}I-,

-3,26

0?084

0,28

0,736

54,

11~

1

-

..

..

-·-

bj

-

.n.

·

....

-

---

az - r t --- -~ - - . rl vomp. Xt )l'~ ---... --_. ---_ .. _-.. _ .. -~tOH 0,845 5

-

0,226

8,69

O,lle 8,69

9,76

0,090

0,95

0,146

10,

.

71

... _._._--- ._---f-- -,. ---.-.---... - . -.- ---_ .. -totaaI 6

'3,02

10,52

73,54

-- ._-'- -

-I • l . r

l

.

r :

~

l~

[

.-' ,

r'

i L ,

r'

[

~

I r 1 l ,

[j

[I

L

j

[l

o

o

n

n

n

-

35

-Tabel 6.10.2 geeft de belangrijleste geeevens ,noeljg voor de

be-rekening van deze destjllatiekolom.

~!al)el 6 .1C:. 2 .Sa:r1cmstellil1gen stronc n '1'14.

'-~-~--'---'---T-

-

- - -

.,

-~;r

j

_

3~L

-

~:~i ~:+~~::-ti;-l :;:~;c

:J

li~lt

k.

0,857

'

63,02 0,001

-

IO'7P6163,02IF79'112,028

.

I

heavy k.

0,001

-

0,999 6,68

1°,083

6,681433,6 1,000

I

~~:::;~_::14

3

~~:

:_;

__

~1;

6

A~~=!:

r~;W~~: ~~':~j

Gmdé."t de molfraldie van de heavy key in de voedjng «xt:)HK)

kIe in j.s ,reta; de Fenske -vergelijkinG niet worclen ge brld kt bj j

het oep2J.cn van de minjnale Tcfluy:vcrhouding.De oe1'e}\:8:(;511g

stel }~11jl'; = 1, 5C --'>p) L_T= 1, 50-}~D

=

110,31 mol/s

GT -= L,+D

=

llC, ::,1

+

7:;, 51j=

1[-:':"

f5

1I101/s L _"'T"

+

.).,~- T·

+

F -110 '7.1

+

fn 20_10n

5

7 .

0 -·-'JT q R - -'0 - - ' ~ :J.- ,. t L . - j~. ,

./

Vu is het mogelijk om aan de hand van lito 19 een aantal verge -lijkingen op te stellen.Door deze iteratief op te lossen wordt

de Elinimale reflrlXverhouding verkregen.De aldus gevolgrle be-rekeningswijze geeft als resultaat : Rf'/Ill

=

1) Ol

Indien weer- Gcnomen wordt een optimale refluxverhouc1ing, geli jlc

aan l, 25 maal d.e minimale refluxver:houding, à.an is het resultaat P'oPi' -= 1,26

, I L , [ ,

L.

r' I

l

,

I

l, ( , J

I,

r ' I L, f ' I l • r ' l , r ,

l,

r, (

.

fî

ij

n.

l

j

[1

[J

D

n

n

n

!

-

36

-Het minimaal benodigd aantal schotels wordt brekend volgens loge (~/x~j()(r(xlIK/xLj()t)

loge ö(LI< IC<'fi i<)

Dit levert: N=19,32.Dat betekent (lj.t. 19),dat het aantal

schotels (tan 41 bedraagt.Bij een schotelafstand van 0,5 m,\'!orcH

de hoogte 21 IJl. Indien de efficit!ncy ,'leer wordt geschat op 6C;ó, betekent (Ut clat het aantal schotels 62 wordt el1 de totale

1-::0-lomhoogte 34· m.

De optülale snelheid bedraagt 0,5 m/ s.Hiermee kan de

l'::olom-diameter worden berekend :

T .. _ - 1 26-)<-77 5 _A 92 _{(:.,e 1-}

I

~ - s ) , Ll-= , 00 mo s

10 =1_T+E'=172,f.'e mol/ s

Go

=

10 - K= 166,20 molls

Bij een li-o van 166, 2C' moll s is hEd; voluDecle biet ~,~·9 J!l3/ s .Dit

De hoeveelheid \7arr:rte ,che in de reboiler Loet \70Tden

toe-GGvoerd ,~ordt op dezelfde manier berekend als bij TIOeDeze zou, omcla

t

de voeding 0 p kookt8T.l pel'atuuT wordt ingevoe~cc1 , geli jl:

moe-ten zi jn aan de hoevcelhe iel warmte, die j.n ree condensor moe t vlorden afgevoerd .. Dj.-t is ech ter niet geheel het geval.De af -Ce

voeren wamte is gelj jl:: aan : ~(R-+ l)-)"DL *Ru-

=

6617 kW.Als , . ~L

koelmiddel wordt water gebruikt.Hiervan i~ maar liefst nodig 78,771cg/r..De toe te voeren hoeveelheid warmte bedraagt:

Qt<= (765+ 6617)+ 48 -:.583=6847 kW.

Als verwarm5ngsmiddel in de reboiler word t -Vleer olj.e van 375C) C

I '

L.

r

:

l

~

r

~ l , L J r ,

I,

l

~

r:

I.

I

D

lJ

o

n

n

n

r

l ,

37

-Als de tcuperatuur hiervan daalt tot 250°C,iS het vereiste nassadebict : 12.,6]. kg/ s.

Diuensionering van TJA : diameter 2, gE' lli

hoogte

34

1'1

aantal schotels

68

schotelafstand

0,5

m

e

,rJ 1 to+ lJ .e"'''' ",,\...-..1.':". ('78e'" \.~_J , ... _ L'* ç-Lo'o' . ~lJc>'AI ~_ ~ l 0f.''eu '+Dll-ir,."I' v ... _:"'..L_ .. (.;, "(r~n \! ... (l" l-OC;·l..U-'C""'; .1 .. ~.J lfC'n .,.." +ç..; ... J

koro18n., is :'n81; van belang de belangrijkste proce3f;tappe21 aan te

gevcn~Djt zijn : 1.reaktie

;i.destillatie

4,

<> v:armtc:overdrac.ht

5.

conci.ensatie

6.,utiljties

In het totaal dus 6 stapIJen. Bij e~n kalmci tei'i:; van 137 ton accetaldehyde per dag en reken::i,ng houdend net het armtal vrije uren,komt dit neer op een personeelsbezetting van ;i8 man (zie lito 22,blz. 3G).De totale loonkosten bedragen dan ongeveer

3,5

miljoen gulden.

Het is moeilijk OB over de prijzen van grondstoffen en

prod.uJden een ui ts praal-:: te docn.l,,'a t aceetalclehyde betreft, j s de prijs op het ocenblik ongeveer 1100 gulden per ton (lit. 23).

L

[

:

r ' l .

r'

l . 11 I l .

[J

c

[ l

[J

n

o

n

n

n

- 32

-hierbij dient op[cnerkt te \':orclen,dat het d.an OE'. kleine ho

e-veelheden (·<20 ton) gaat.Overigens j.G geclurencle het afgelopen

jaar de aceetaldehydc-prijs net meer dan 20% Bestegen.

De jnvesteringen zijn geschat F:et behulp van o.e methode

Zevnilc-Buchanan (lit. 22,blz. 50 e.v.).Bij een ma:x5ElUJl tmp

era-faktor vai'"). C, 2 ,word t de 5nvestering per funktionele eenhej d

21

3

milj OE:Yl gulden (IE) .Het aantal fUl1ktionele ee:n]ledEm

on

is

5,

utilitier:: ni et mec[~e:rekend. De kosten:inà.ex voor c1 i t mo~ent (eI)

Ylordt geschat op 2500.Hu geldt voor de totéüe investering:

I _--- Y_1, 'X-I _é _.l( 1 _{- , ; J . /} 7 '7 ~:. " ' -_{IJ J..} /1C)7J _{./ .} .

ra

berel:cnjng 1:01!it dit n.eer op 8en invest(~rjnG van. 24-,8 miljoen

gulden.

Op c1c nu volge?~de

rasj

na t r.~ voleen de bereJ~endc massa- en

:;farrl-Geoalansen (012".. 39 e. v. ) .De voor d.e berekening van. de

warntebalansen benodigde soortelijke warmten werden voor alle

ccmponente~ behalve uaterstof gevonden in lito I5.De soortelijke

\7armte van vJaterstof 'aerd o.a. gevonden :i.n l:Lt. 25.Uit l j t . 13

was een botrekking te herleiden voor de soortelj jke Vlarmte val1

-IN

:

RETOtiVi

I~~ i ---~- -tUl

l

.

_{- 39 -}

~--~---4----~---q

M M R D.

-I'

( 2 ) ... Tl I.... (1 ') / ~ -1~1~,~?6~4~3~O~2~ ______ ~~ ____ :

r~

_{70 ~ - - - -} -17P

r

-.

1-1

+++'::::::::+

-'3914- 365l

(3)

~.---~---+---~---~

v

2 , 0 9 2250· -- - ,(( 7 ) R Ir (9) - 2 , 09

4-

63 ~---+---r~--~---'---

,-

D. ' ~~~---+---4----~ - - - - I - - --+..---.- - - I - - - f (8) 5,23 5::'5G _. r - ~-1 - - - + - - - ~-1 -- - - -- - - -- ~.--~---~-~----~----~

5,23 71/1-)

.~---{----l---_ .. {---I'---!~-_.__l--.__+ r , I 1 - - - - 4 - - - + - - -.. - -I i • _{I---!----I---~---+} A ~-.. _ - - - - 4 - - - - _ + _ - - _ f 12 28 2557 - - -- -,'-

-l.

_,

f - -,..:-;-~,..-.-=---_ _ .. _ - - - ---! .. - - - l -~-oJ5e... T -p E _I~ I . ~--..!./_--I----t_---t---n

l

J

11 ~.--.~----4---4---~ H2 ~ __ - - f _ _ _ --t--::::..5.L~' "-'-23"--1_2....:.L~...::..5_2_i - - - -

\1/

5 ) ~---~---+----~---I\v ~.----~--~~----r_--~ 25,.00 3623 ~ - - - - -t---I----t---1~.----. ~----I---__f----~~---I

5,23 i

5356

R olj.e" E / A K T

o

R S,.6)_ "

R3

(8) ,.----.. " P R koe1v!o

--

I

-,

~-+---+---4

--~

~--~----.~---r_---I----~----·~~----+--- ---- ~--~~---~----+---5,23 ~----j~----~----+--~

7H~

1--1 - - 4 - -

1

---11---~.----~----~---~----~

n

n

n

n

n

n

'f. I----I-'~ '"I - - -- - - -- -

44,12

3704. C ~----I---~I--~~~~~~

o

lr

n

·

I - - - - I - - - - t - - - t - - (11) D ..

.

-

_2_tl2.

23L --

-.r--

~45

r

~-~--+-~-_-~-~~

1471

-~clif Cl~-f

(32) ~---~·_-~~----I~----I

~----1----~~----+---·-n

n

r