Produktie van allylalkohol uit propeen en zuurstof, via allylacetaat

o

'/ , "

o

o

o

o

o

O

·

* •

Nr:

2471

Laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

,

...

.

...

~.:.J.:.~.<:tE~~~

..

~.~

..

p.:.~~~.~.~.

<:t~.t;E

... .

onderwerp:

.yia.~ll~lac.~tiiQ..t.

... __ ... ..

adres

:Roland Holstlaan

733 ,

Delft. Roland Holstlaan

188

j

,

Delft.

' " M I , l,~...;. i'

opdrachtdatum :

Maart

1980

verslagdatum :

Mei

1980

"-."

j. '.

.. ~",... ~. r ~ ,

..

'

.

.. .;.. ,I " ,. " ( ,

o

o

o

o

o

0

0

.

"

.

0

I A \ ':.r:"'" " ~ 'T , - 1

0

,

1 ~ ~ ·t

o

~~.~~~-~\~--~~~ ----~~---~-~--~~,·~,~~~----~--~~~~----~~~I~.~.~~~--~~~;~"~-,~,~J~,'~~~I 1

"'

0

L

( ( ( (

c

(î

n

o

o

Samenvatting.

I n dit fabrieksvoorontwerp wordt de produktie van allylalkohol uit propeen en zuurstof, via allylacetaat, beschreven.

Het produktieproces is in twee delen te splitsen t. w.:

l)De reactie van propeen, zuurstof en azijnzuurChet acetoxyleren van propeen)over een Pd-houdende katalysator, tot allylacetaat.

2)De verzeping van allylacetaat over een zure-ion wisselaar, tot allylalkohol. De overall reactie verbruikt geen azijnzuur ,daar tijdens de procesvoering azijn-zuur gerecirculeerd wordt.

De produktie van het ontworpen proces bedraagt 50.000 ton allylalkohol per jaar in een continu proces.

De conversie bedraagt voor de eerste stap 5,67% en voor de tweede stap 44,0% per pass, bij een selektiviteit van 98%, berekend op propeen.

De eerste stap wordt uitgevoerd bij 180°C en 7 bar in een vastbed reactor, waarvoor een pijpenbundelreactor gekozen is. Bijprodukten zijn C0

2en H20.

De tweede stap wordt uitgevoerd bij 70°C en 1 bar in een vastbedreactor.

Na de eerste reactiestap wordt een azijnzuur/allylacetaat-scheiding toegepast. Na de tweede reactiestap worden achtereenvolgens een allylacetaat/allylalkohol, az ijnz uur, water-scheiding, een allylalkohol , water/az ij nzuur, water-scheiding, een water/azijnzuur-scheiding en een allylalkohol-scheiding toegepast.

Uit de laatste destillatiekolom wordt _de~ allylalkohol van gewenste zuiverheid verkregen 00-1 gewichtsprocenten H

20).

De berekende destillatiekolommen zijn met de methode van Fen s keen de benaderings-methode van Col b urn doorgerekend.

De twee reactoren en de CO

2-wasser werden berekend aan de hand van in de literatuur gevonden gegevens.

~~~----.---( ( ( ( (

c

o

o

o

o

Inhoudsopgave. Konklusies en aanbevelingen l.Inleiding 1.1.1.Allylchloride route 1.1.2.Acroleïne route 1.1.3. Propeenoxide route 1.1.4.Allylacetaat route

1.2. Produktiecapaciteit en toepassingen van allylalkohol 2. Uitgangspunten voor het ontwerp

2 .1.Capaciteit van de fabriek 2.2. De katalysator

2.3. Specificatie van de grondstoffen

2.4.Specificatie eindprodukt 2.5. Fysische konstanten

2.6. Korrosieaspekten, explosiegrenzen en gif ti gheid 3. Beschrijving van het proces

4.Berekening van de apparatuur 4.1.De reactor

4.2. Kooldioxide absorptie kolom 4.3.De destillatie kolommen

4.4.Hydrolyse sectie 5.De masa- en warmtebalans 6 .Apparatenlij sten

7.Symbolenlijst

Bijlage 1 Fysische konstanten

Bijlage 11 Bepaling van de evenwichtskonstanten en de reactiewarmte Bijlage 111 Berekening van de CO

2 absorptie kolom Bijlage 1 V Uitwerking azeotrope destillatie T 14

Literatuur blz. 1 2 2 2 2 2 4 6 6 6 6 6 7 7 8 9 9 11 11 16 18 31 35

( ( '\

f

( (

o

o

o

n

1 -Konklusies en aanbevelingen. Konklusies .

1) De reactoren voor de acetoxylering en de hydrolyse zijn niet nauwkeurig te berekenen gezien het ontbreken van de reactiekinetiek.

2) Van de component allylacetaat ontbreken de vloeistof/dam{T"evenwichts ge-gevens, waardoor het steeds noodzakelij k was deze component in de vorm van een ideaal veronderstelde azeotroop te verwerken.

3) De reactanten en zuur stof concentraties zijn zo gekozen dat deze buiten het explosiegebied liggen.

4) De konversie van 5,67% op propeen in de eerste stap ( acetoxylering van pro-peen), is laag en maakt het proces daardoor in eerste instantie onaantrekkelijk.

5) De eenvoudige procesvoering, zoals hoge selektiviteit en lange gebruiksduur van de katalysatoren, lage temperaturen en drukken en betrekkelijk eenvoudige scheidingen door destillatie, maakt dat dit proces mogelijk de voorkeur ver-dient boven het proces via propeenoxide ( FVO 2472).

Echter kan pas na economische beschouwingen een definitief oordeel geveld worden.

Aanbevelingen.

1) De kinetiek gegevens zijn vereist voor het verhogen van de konversie en voor een beter reactor ontwerp.

2) De destillatie kolommen zijn nauwkeuriger te berekenen indien meer bekend is , over de vloeistof/damp-evenwichten van de componenten allylacetaat, allylalkohol,

azijnzuur en water en hun azeotropen.

3) Tevens dient nader onderzoek gedaan te worden naar stofoverdrachts- en even-wichts gegevens.

4) Voor het verwijderen van het water uit de allylalkohol-water azeotroop, wordt gebruik gemaakt van de toplaag van de vloeistof/vloeistof-scheider V 31 . Door het proces vanaf V 31 te iteren is het mogelijk de optimale massa stromen te bepalen.

5) Aandacht moet worden besteed aan de warmtehuishouding van het proces en de effectieve benutting van de reactiewarmte.

6) Onderzocht dient te worden, de hoeveelheid azijnzuur die met het recycle-gas meegesleurd wordt naar de CO

2 verwijderingssectie .

Dit in verband met het eventueel toepassen van een scrubber vóór de absorptie kolom.

( ( f ( [ (

o

- 2 -1.Inleiding.

Allylalkohol kan via vier verschillende routes uit propeen geproduceerd worden.

1.1.1.Allylchloride route.

Dit oudste proces is gebaseerd op het maken van het tussenprodukt allylchloride, uit propeen en chloor.

Het allylchloride wordt door hydrolyse met NaOH in allylalkohol omgezet. Dit proces is volgens K. Wei s s erm e 1 27 op het ogenblik het favoriete proces van Shel1 23 ,24 en Dow.

1 . 1 . 2 . Ac rol e ïn e rou te.

Dit proces is gebaseerd op het produceren van acroleïne als tussenprodukt , door direkte oxidatie van propeen.

Het acroleïne wordt door direkte of indirekte hydrogenering in allylalkohol om-gezet.

Deze laatste, indirekte hydrogeneringsstap , is een van de stappen in de door· S he 11 1

ontwikkelde glycerol-synthese

1.1.3.Propeenoxide route.

Het op gebruikelijke wijze geproduceerde propeenoxide kan door katalytische isomerisatie naar allylalkohol omgezet worden.

F . M . C . gebruikt v.obr deze isomerisatie Li PO 4 als katalysator27 en B . A . S . F .

~

28

W Y A N DOT T E gebruikt Cr 203 als katalysator .

1.1.4.Allylacetaat route.

De eerste stap is de reactie van propeen met azijnzuur en zuurstof ,die allyl-acetaat oplevert en vaak de acetoxylering van propeen genoemd wordt.

Deze acetoxylering wordt, naar analogie vàn het vinylacetaat-proces, met behulp van een PdCOAc)2-katalysator op alumina uitgevoerd.

c

( (

r

[ (

o

o

o

-3-: \;-'," Deze reactie wordt volgens het Bayer2,3_,het Hoechst 10,11_ of het National

,.->1,,"1/ Dis t i 11 ers 18 -proces uitgevoerd bij 150-200o

e

en 5-7 bar over een katalysator ,1\1'

~-'

I _ ... -'

',I"" / ,

op drager.

Deze katalysator bevat in alle bovengenoemde gevallen Pd als metaal of als een verbinding van alkalimetaalacetaat , kali umacetaat wordt vaak als promotor aan de katalysator toegevoegd.

De selektiviteiten, betrokken op propeen, zijn voor bovenstaande processen groter dan 95 %. De bijprodukten zijn kooldioxide en water.

De tweede stap van dit proces is de verzeping van allylacetaat tot allylalkohol met een mineraal zuur of een zure-ionwisselaar als katalysator, waarbij de laatste te preferen is vanwege de betere scheidbaarheid.

Het reactieverloop is als volgt in reactievergelijking weer te geven: zuur

/y

.>

) ,.',

Volgens een door Bayer2,3

g

'

~bruikt

proces vond de verzeping met een zure-13

ionwisselaar bij lOOee en 3 bar plaats en volgens het door Kuraray

beschre-Bij de keuze tussen de verschillende processen zijn de volgende parameters van belang:

, -Konversie -Selektiviteit

\ -Tijd waarna de katalysator geregenereerd moet worden -SpacE' time yield

-Temperatuur en druk

Op grond van het verrichte literatuuronderzoek werd voor de bereiding van allyl-10 11

acetaat gekozen voor het Hoe c hst - pro ces ' De omstandigheden luiden als volgt:

-Vastbed reactor

-Katalysator:1,95 gew.% Pd(OAc)2~6,5 gew.% KOAc en 1,56 gew.% BiOAc op A1 203 -Temperatuur: 180e

e

-Druk: 7 bar -Konversie:5,67% -Selekti vi tei t: 98%

l ( ( ( ( ( (

o

o

-4--Space time yield:430 gram allylacetaat per liter katalysator per uur

-Na 2500 uur reactie was de katalysator nog onveranderd actief

13

Voor de allylalkohol stap werd gekozen voor het door K u r a r a y gepatenteerde

proces: -Vastbed reactor -Katalysator:Diaion PK 204 \'\-,

\

,"',

-Temperatuur:70°C ',,,';', , -Druk: 1 bar "\ -KOnVersie:44% -Selektiviteit: 100%

" -Space time yield: 116 gram allylalkohol per liter katalysator per uur

1.2.Produktiecapaciteit en toepassingen van allylalkohol.

12

De produktie van allylalkohol in de U.S.A. bedroeg in 1978 60.000 ton

Voor zover bekend bestaan er op het ogenblik nog geen produktie-eenheden die allylalkohol via de allylacetaat route produceren.

Allylalkohol vond zijn voornaamste toepassing in de produktie van glycerol, met

glycidol als tussenprodukt .

/0, H 0 ... H 2C-CHCH20H + 2 ) Glycidol OH OH OH (H 2-eH -èH2 Glycerol

Het tussenprodukt glycidol is zeer bruikbaar als emulgator en voor de synthese

van farmaceutica en kosmetica.

Glycerol is een niet giftige, visceuse vloeistof die een belangrijk bestanddeel vormt

in veel levensmiddelen, kosmetica en farmaceutica.

Op het ogenblik wordt op het Laboratorium van Chemische Technologie een onder-zoek afgerond

16

waarbij onder andere gekeken is naar de hydroformulering van

allylalkohol tot 2-Hydroxytetrahydrofuran.

Dit 2-Hydroxytetrahydrofuran kan omgezet worden in tetrahydrofuran CT. H. F .) en in 1, 4-butaandiol. H ₂ C=CHCH ₂ OH H/CO Rh/P Ph". _j~ "-Allylalkohol 900

e

,1-4 bar

..

H 2C - - CH2 2-Hydroxytetrahydrofuran

I I

H 2C _\

_/

CH _\

o

OH

{ ( ( ( ( (J

o

o

-5-H 2C--CH2 H2C--CH2 Tetrahydrofuran

I I

H/Raney-Ni

)

I

.

I

H 2C CH ionenwisselaar H 2C CH2

" 0 /

'oH

' \ . /

₀

~,

H

2!Raney-Ni

>

HOCH2CH2CH2CH2OH 1,4-Butaandiol T. H. F. wordt als grondstof gebruikt in de reukstof-en famaceutische industrie, verder is het bruikbaar als oplosmiddel.

Het 1, 4-Butaandiol is, met tereftaalzuur, de grondstof voor het zeer aantrekkelijke

engineering-plastic polybutyleentereftalaat

CP.

B. T

.

)5.

I n dit licht gezien is het gewenst dat, indien men het 1, 4-Butaandiol uit

allyl-alkohol wil gaan produceren, het allylalkohol relatief goedkoop, makkelijk

( ( ( (

c

o

o

o

-6-2.Uitgangspunten voor het ontwerp.

2.1.De capaciteit van de fabriek.

In vol continu proces zal de capaciteit van de fabriek 50.000 ton allylalkohol per jaar bedragen.

Uitgaande van 8250 bedrijfsuren per jaar betekent dit een produktie van 1,684

kilogram allylaIkohol per seconde.

2.2.De katalysator.

Aangenomen wordt dat de gebruikte katalysatoren (zie hoofdstuk 1.1.4.) eenmaal per jaar geregenereerd moeten worden.

2.3.Specifikatie van de grondstoffen.

Het propeen dat bij dit proces gebruikt wordt is commercieel verkrij gbaar. en

vol-doet aan de volgende specificaties (uitgedrukt in gew. %):

propeen >99,8%,ethaan + prciJaan <.0,05%,methanol<0,001%,propyn<0,001%

en water <:0,001%.

De kleine verontreinigingen in het propeen hebben geen invloed op het proces. De in het proces gebruikte zuurstof wordt in zuivere vorm per tankauto aange-voerd.

Het aan het proces toegevoerde azijnzuur bevat een kleine hoeveelheid water, dat echter geen storende invloed heeft op de procesvoering.

De prijzen van deze grondstoffen bedroegen per April 1980:

Propeen( 99,8%)

f

1000,

=

per ton

Zuurstof(loo%)

f

0,18 per kilogram Cinklusief transport)

2.4. Specifikatie eindprodukt .

De afgeleverde allylalkohol zal een kleine hoeveelheid azijnzuur «0,5 gew. %) en

" , , -, ' - i i:! IJU lllil,lilj'liU .. Hli'L+ .. Ul .. , , I, 1 11,: jI,

; IIH 1, 11" liU 1II ,IjL, ij H 11 ,1&Ii+liil r WIILaUo i';'! I lilI" .lA,lil>;, fj IJl" •• ! ,L I . " I ' . I 1II

Explos10- on zelfontstckingsgeb1od van propeen in lucht-N

2-mengscls (250 oe - 7,9 bar) F i ~ tllI r I , 'l .' max, temp, oe

d

- [drUkverhOUdln g ' ~ lnductiet1jd (min) 10 C3HS • { '{ v {V v {'( , '{ • " v ( ( • '{ '( , { { , v { • ' ( ( " ' - ' " U , "'« '{ '( V { " .Llf.'

'

{

.

eo: • • _{'1 . 1 ' 11(' I I I ... I ' 'tl I ' ' . ' ,~}

""

{I

1> " 7> '& 'b ~ ~ ~ ~ lucht

G

69 ]

r

21 ]

G

43 ]

[~~D

COl]

[ 412]

U:~G:~]

1,04 ~,3 1,6 2,9 3,3 4 B lUl-U No 1.83 H 10 deelalrtpen is 2~ mm I Î () ()

n

() () () Cl ( ' r" ( \ 0

c

( ,

c

(;

o

o

o

o

-7-2.5.Fysische konstanten.

In bijlage I zijn de fysische konstanten van de in dit proces voorkomende stoffen

- opgenomen.

2-. 6.Korrosieaspekten,explosiegrenzen en giftigheid.

Korrosie problemen kunnen optreden in de kooldioxide verwijderingssectie ,zodat hier aanbevolen wordt de apparatuur in roestvast staal 316 uitte voeren.

I Propeen,allylacetaat,allylalkohol en azijnzuur zijn bij verhoogde temperatuur niet

~~~

I\,~~ korrosief ,daar waar sprake is van azijnzuur op kooktemperatuur dient roestvast

" staal 316 gebruikt te worden, verder kunnen de apparaten in konstruktie staal uit-gevoerd worden.

( \

Propeen vormt met zuurstof explosieve mengsels, zie figuur 1 op de bladzijde hier-naas t.

I Onder de in dit proces gehanteerde omstandigheden is er geen gevaar voor explo- . -l! / - ; ·

;/v'

sies ,daar het volumepercentage de 4% niet overschrijdt .

-Allylalkohol vormt met lucht explosieve mengsels (2,5-18 vol. %),dit maakt het

1'\ . -.jooJ

l.,--" noodzakelijk de allylalkohol onder stikstof op te slaan.

Om het binnendringen van lucht via eventuele lekkages te voorkomen, moet in de

opslagtanks een kleine overdruk worden gehandhaafd.

Azijnzuur vormt, boven 62°C, met lucht een explosief mengsel (4-17 vol. %), er wordt

, echter bij hogere vol. % gewerkt, zodat de kans op explosies verwaarloosbaar klein

is.

Gezien de mogelijkheid van explosieve mengsels is explosievrije elektrische appa-ratuur noodzakelijk.

De reaktoren en de opslagtanks moeten goed geaard zijn om statische ontlading te voorkomen.

Allylalkohol is zeer giftig, propeen veroorzaakt ademnood en azijnzuur kortademig-heid ,zodat hier voorzieningen getroffen moeten worden, zoals goede ventilatie, gas meetapparatuur en gasmaskers binnen handbereik.

'Tl

...

ClO >= >=

..,

N

o

j"q. r .11 .'. "j I I I I . W · ' III' ' ' -r ." .• - "i'ML JU ~lU.; ,.. ; ; , 'n 1:- ",M,Ulji lL __ --=-__ :Jil .L.J.l..:..L~Ii'::J= . . .:.I.c' _{JL' ..6...l..J.~} , _ ' JI , ,J,

ZUURSTOF WA TE Q ~ L AZEOTROOP -f..Ac-AAI-HP

r~ ;

1

~~t~

;j~~

:~

OMP

--- C Hl) '2 ~ ) SUPE:.RH(ATER T '4 T 41 AIIJNZJUR VEPOAMPEP H'~ ... 5 RESOILER V,S H 6 VEPHITTEP H,7 [ ",e . . " , " , , " , W O " T '8 H 8 CONDE NSOR H'9 v 9 HOGE ·DRUK AFSCHEIDER P20

V'O LAGE ·DRUK AFSCHEIDER H2'

C ''.lCOMPRESSOR _ _

o

() COMPRE SSOR VERHITTER DESTILLAT1E KOLOM CONDENSOR VLST . GAS AFSCHEIDER REBOILER ABSORPT1E KOLOM CONDENSOR POM P VE RHI T T .1;.R.l_"..9..f.U3

o

o

P 22 R23 T 24 H25 V 26 H27 H2S 129 H)() v J, POMP

HYOROLYSE REACTOR DESORPTIE KOLOM

CONDENSOR VLST ·GAS AFSCHEIDER REBOILER VERHITTER DEST1LLAT1E KOLOM CONDENSOR VL~!...:.-".LST SCHEIDER

o

CO₂ NAAR

®

H37 H 38 STOOM ~,

..

L __

=::::;'--~(~'

')

~ ALLYLALCOHOL H 40 STQCM

PROCESSCHEMA VOOR DE PRODUCTIE VAN H 32 REBOILE R

I

I

ALLYLALCOHOL

T 33 DEST1LLAT1E KOLOM

UIT PROPEEN VIA ALLYLACETAAT HJ4 CONDENSOR

H 35 REBOILER

T36 DESTILLATIE KOLOM H JAARSEN

H 37 CONDENSOR _{D RADEMAKER MEI 1980} HJ8 REBOILER

T 39 DEST1LLAT1E KOLOM

Ostr-oomnr- DT~mp .n·C

O

A

bS

druk "..,

bar-H40 CONDENSOR

H4, RE ~OILER

( ( ( ( ()

o

o

o

- - --

- - - -

-

-

-S-3 • Bes c h r ij v i n g van het pro ces.

Het proces wordt beschreven aan de hand van proces schema figuur ( 2 ).

De reactanten, azijnzuur en propeen, worden de azijnzuur verdamper T 4 ingeleid. Na de superheater H3 wordt zuurstof aan het reactie mengsel toegevoegd ,dat daarna reactor R7 ingeleid wordt.

Na koeling in H

S vindt een vloeistof-gas scheiding plaats. De gasfase wordt voor een deel van CO

2 ontdaan ( CO2 absorptie-stripper com-binatie T IS' T 24 ),om vervolgens naar de azijnzuur verdamper T 4 teruggevoerd te worden.

Aan de vloeistofstroom wordt een kleine hoeveelheid water toegevoegd, waarna de stroom kolom T 14 binnen gaat en ontdaan wordt van azijnzuur ( bodemprodukt ). Het topprodukt van T 14' opgemengd met recycle stroom ( 33 ) en water, wordt

de hydrolyse reactor binnengevoerd .

De produktstroom uit de hydrolyse reactor wordt met recycle ( 41 ) en azeotroop ( 39 ), toegevoegd aan kolom T 39 en daar gescheiden van allylacetaat ( topprodukt ).

---/

Het allylalkohol bevattende bodemprodukt wordt opgewerkt in de destillatie kolommen T 33 enT 36'

Destillatie kolom T 39 dient voor de scheiding van het water-azijnzuur mengsel dat T 33 als bodemprodukt verlaat.

Het water dat kolom T 39 als toppro~ukt verlaat, kan als recycle dienen voor de water-voeding ( IS ).

De allylalkohol treedt destill,atie kolom T 36 als azeotroop binnen en wordt van water ontdaan door stroom(

3a )

:= ( 45 ) aan de voeding toe te voegen.

Het topprodukt ,stroom( 50 ), wordt naar de hydrolyse reactor R23 teruggevoerd.

( f

c

( ()

o

o

-9-4.Berekening van de apparatuur .

4.1.De re.actor.

Het ontwerp van de reator voor de produktie van allylacetaat is gebaseerd op een patent van Ho e·c hs t 11, welke bij 180°C en 7 bar een space time yield heeft van 430

gram allylacetaat per liter katalysator per uur.

De selektiviteit naar allylacetaat is 98% met 2% omzetting naar CO

2 en H20.

Reaktiekinetiek wordt niet vermeld,met het gevolg dat de lage konversie (5,67%) 1 1

van Hoe c hst wordt gehandhaafd.

Getracht is echter om de kinetiek, zoals gepubliseerd door Nak a m u r a

17

voor

de bereiding van vinylacetaat , aan te passen aan de gegevens uit het Hoe c hst 11_

en het Bayer

3

patent.

De gevonden vormings snelheid R AAc blijkt echter niet te voldoen.

De reactie is exotherm en wordt daardoor uitgevoerd in een vastbed pijpenbundel

reactor.

De reactie warmte wordt afgevoerd door de buizen uitwendig te koelen met

ver-dampend water.

11

Voor de produktie van 50.000 ton allylalkohol per jaar is volgens Hoe c hst

24,25 m

3

katalysator nodig.

De katalysator wordt verdeeld over 2507 buizen elk 2,8 meter lang en met een

inwendige diameter van 6,7 centimeter.

'"'-'

De space time bedraagt: l.

=

4,8 seconde.

Temperatuur profiel.

Over de reactor treden axiale temperatuur- en concentratie profielen op, maar

zonder de noodzakelijke reactiekinetiek zijn deze profielen niet te berekenen.

Wel is het mogelij k eer! temperatuur gradient te schatten indien gesteld wordt:.

1) ideaal gedrag van de buisreactor 2) stationaire toestand

3) vormingssnelheid R AAc is konstant over de lengte van de reactor

Voor de gekoppelde massa en warmte balansen vindt men:

(O

1 T)i(C "CT. -T

R) + U A CTK-TR) =

rp,

1

p~ ~

A'1::~

H

T

mo , p In 0 mo, r. ) r

De totale warmte overdrachtscoëfficiënt U wordt betrokken op de uitwendige o

diameter en wel als volgt:

I

1

Tabel ( 1 ). D =0,004m p D. <= 0,067 m 1 D == 0,.089 m u 3

\?

== 8,66 kg/m -6 2

lTl

== 15 10 N slm ~(== 0,032 W/moC }; (l/h + Rd ) == 1,0 ... 103 W/m2oC u u hfi ==

5,

6

7

ö

~103

W/m2oC

À

= 16,29 W /m 2 0C ( roestvast staal)

w

E.

== 0,33

cp

mol,T == 959,52 mo1/s (0. 1 P = 511 93 mo1/s T mo , r

T

== 5,67%

6

H == -188,8 KJ/mol r T. == 180°C 1D

o

c

o

o

o

o

o

o

c

o

( (

c

( (

o

o

o

o

10 -U

=lo

/

h.

+

1/h

f·)«(D ID.)2 + (D

12~wdnD

ID.) +

O/h

+Rd)-l

o 1 1 U 1 U U 1 U

uJ

( 2 )

Voor de warmte overdrachtscoëfficiënt h. van het gepakte bed wordt .een relatîe

1

van Lev a 15 gebruikt(h. in Btu/hr ft2 oF):

1

\

-6

D ID. 0,9

h.

=

0, 813/\/D '" e p 1", Re

1 p

indien geldt: D ID.<0,3S

p 1

Met de gegevens uit tabel ( 1 ) volgt dat:

I

h_i

=

2967,85 W/m2

oe

!

lu

373,00 VJlm2

oe

I

I 0 i

I ndien de buizen uitwendig gekoeld worden, door water te verdampen,dan zal

de reactie temperatuur 2°e stijgen ,met een T

k= 175°C.

Drukval.

( 3 )

De drukval over de reactor wordt berekend met behulp van de Erg u n -vergelijking 25

.6 P

=

()L v

2

/D*O-O

/E.

31

170'l//(0 v D ) Cl-€) + 1,7S} ( 4 )

\. 0 p

l

' o p

Verder wordt gesteld:

1) P« P totaal

2) LID >100 p

3) D./D >10

1 p

!'VI et de gegevens uit tabel ( 1 ) voJgt dat:

Reactor berekeningen.

Uitgangspunten bij de reactor berekening waren, dat de drukval over de reactor

10% van de totaaldruk niet te boven zou gaan en dat de space time 4,8 seconde

zou bedragen (uit patenten 10,11).

Tabel (2 ). L

=

2,80m v

=

0,58 mis o D.= 0,067 m 1

I:::.

p

=

0,7 >d05 Nim 2 n

=

2507 bujzen Re = 1340 LID

=

700 P D./D

=

16,6 1 P

c

(

c

o

o

o

o

o

o

( ( ( (

o

o

o

-11-î:'

=

v

I

=

L/

v

=

4, 83 v 0

De drukval wordt getest op : P = 0,7"t1O Nim 5 2 .

( 5 )

De diameter van de buis volgt uit de temperatuur profiel beschouwingen, maar door gebrek aan reactiekinetiek wordt deze gesteld.

Voor de buis wordt een

3"

nominaal pijp genomen, schedule nr. 160 ( Per r y 6-64 ).

Uit vergelijking ( 4) volgt dan een waarde voor de lengte L,terwijl het aantal buizen te bereken is volgens:

V

k at

=

-

~D~

1 L n

4-n

=

aantal buizen

De resultaten zijn vermeld in tabel ( 2 ) .

Uiteindelij k zal een kosten optimalisatie berekening het optimale aantal buizen

moeten uitwijzen.

4.2.Kooldioxide absorptie kolom.

Nadat een CO

2 -spiegel van 0,2 mol% CO2 zich in de recycle-stoom heeft ingesteld,

zal de door de reactie geproduceerde CO

2 verwijderd moeten worden.

In dit fabrieksvoorontwerp is gekozen voor een absorptie kolom. De hoeveelheid CO

2 bedraagt 1,7858 mol CO2 per seconde hetgeen gelijk is

aan 0,0786 kilogram CO

2 per seconde.

Gekozen is voor een systeem waarbij 5% van het recycle gas door een,met 1"

_R ~3. c h i g ringen, gepakte kolom wordt geleid.

Hierbij wordt 2,5 M Mono Ethanol Amine ( MEA ) als absorbens gebruikt ,de

absorptie resultaten worden zowel met de resultaten van water als absorbens als met de resultaten van een 40% Kaliumcarbonaat-oplossing vergeleke n, zie bijlage 111.

De isotherme CO

2 absorptie vindt plaats bij 30° C en 7,5 bar.

De dimensies van de absorptie kolom zijn: L

=

1,5~m

4.3.De destillatie kolommen.

Bij de berekening van T 14' T 29' T 33 en T 36 is gebruik gemaakt van:de relatie van Fen s k e

7

voor het berekenen van het minimale aantal theoretische schotels en van Col b urn '. s benaderingsmethode21 voor het berekenen van de minimale

( (

r

( ( (

o

o

o

12 -reflux verhouding.

T 36 werd niet doorgerekend, slechts wordt aangegeven hoe scheiding mogelij k is

en welke iteratie noodzakelijk is om deze scheiding in het systeem in te passen.

De gegevens die noodzakelijk zijn om de bovengenoemde vergelijkingen uit te

werken:

-De voedings samenstelling, hoeveelheid en temperatuur.

-De bodemsamenstelling ,hoeveelheid en temperatuur.

-De topsamenstelling ,hoeveelheid en temperatuur

-De lichste en de zwaarste sleutelcomponent .

-De relatieve vluchtigheden van deze sleutelcomponenten op de top-, voedings- en

bodem schotel.

-De A nt 0 i n e vergelijkingen26 van alle in de voeding aanwezige componenten.

Met deze gegevens zijn drie destillatie kolommen doorgerekend, in bijlage I V wordt

de uitwerking van T 14 weergegeven, T 29 en T 33 werden op een analoge wij ze doorgerekend.

De res uItaten van de berekeningen worden in onderstaande hoofdstukken, per

des-tillatie kolom, behandeld.

Kolom T 14~

Door het ontbreken van gegevens over het driecomponenten systeem

allylacetaat-azijnzuur-water moesten we een aantal aannamen doen t. w. :

1) De azeotroop allylacetaat-water kan als 1 component beschouwd worden, met

eigen fvsische constanten.

2) Devloeistof-tgas mengsels worden ideaal verondersteld.

3) De druk-temperatuur relaties voldoen aan de vereenvoudigde A n t 0 i n e

ver-gelijkingen.

In dit geval is azijnzuur de zware sleutelcomponent en de allylacetaat-water

azeotroop de lichte sleutelcomponent .

De eisen die aan het bodem- en het topmengsel gesteld worden luiden;

Bodem: 1 mol % azeotroop ( allylacetaat-water )

Top 0,5 mol% azijnzuur

( ( ( ( ( ( (;

o

o

Azeotroop Azijnzuur

cp

mol 61,917 167,027 228,944 Voeding mol%

cfM

27,04 3,520 76,96 10,030 100,00 13,550 Bodemprodukt

Cf

mol mol%

CPM

0,616 0,37 0,035 166,189 99,63 9,980 166,805 100,00 10,015

13

-Topprodukt

çomol mol%

SOM

61,302 98,66 3,485 0,833 1,34.0,051

-62,135 100,00 3,536

De voeding word op kooktemperatuur ( berekend 101,5°C ) de kolom ingevoerd, de toptemperatuur werd gelijk gesteld aan de kookter.1:ieratuur van de allylacetaat-water azeotroop ( 83,0°C ) en de bodemtemperatuur a.an de kooktemperatuur van het bodemprodukt ( berekend 114, 15°C) .

Op grond van de bovenstaande gegevens is de destillatie kolom berekend ( bijlage I V ). Het resultaat is een kolom van 22 schotels, met een diameter van 1,90 meter en

een lengte van 12 meter.

De berekende reflux verhouding bedraagt 2,132.

Kolom T 29~

Door het ontbreken van gegevens van het vier componenten systeem allylacetaat-allylalkohol-azijnzuur-water worden dezelfde aannamen gedaan als bij kolom T 14. De azeotroop is in dit geval de tenaire azeotroop allylacetaat-allylalkohol-water. De zware sleutelcomponent is azijnzuur en de lichte sleutelcomponent is de tenaire allylacetaat-allylalkohol-water azeotroop.

De voorwaarden die aan het bodem- en topmengsel gesteld worden luiden: Bodem: 0,1 mol % azeotroop ( allylacetaat-allylalkohol-water )

Top 0,1 mol% azijnzuur,geen allylalkohol en geen water Dit geeft de volgende massa- en mol stromen:

Voed:ing B adem produkt Topprodukt

_f)

't

mol mo:J%

CPM

cp

mol mo:J%

CPM

cp

mol mo:J%

CPM

29,858 9,35 1,793 29,825 13,83 1,791 0,033 0,03 0,002 Azijnzuur Azeotroop Allylalkohol Water 103,633 28,994 32,47 9,08 5,249 0,099 1,684 28,994 0,05 0,005 103,534 99,97

_5~2441

13,45 1,684

-

-156,700 49,09 2,823 156.,700 72,67 2,823

-

-

-

_I

- - -

- - -

I 319,186 99,99 11 ,549 215,618 100,00 6,303 103,568 100,00 _{5, 246 1}

( ( ( ( ( (

o

(î

c

14

-De voeding wordt op kooktemperatuur ( berekend 97,2° C ) de kolom ingevoerd, de toptemperatuur werd gelijk gesteld aan de kooktemperatuur van de tenaire allylacetaat

-allylalkohol-water azeotroop ( 82,8° C ) en de bodemtemperatuur aan de kooktem-peratuur van het bodemprodukt ( berekend 108, 7°C ).

Op grond van deze gegevens is de destillatie kolom,op een analoge wijze als kolom T 14 ( zie bijlage IV ),berekend.

Dit resulteert in een kolom van 35 schotels, met een diameter van 1,60 meter en een lengte van 18,5 meter.

De berekende reflux verhouding bedraagt 0,674.

Kolom T 33~

Door het ontbreken van gegevens van het vier componenten systeem

allylacetaat-allylalkohol-azijnzuur-water, worden dezelfde aannamen gedaan als bij kolom T 14. De azeotroop is in dit geval de allylalkohol-water azeotroop.

~ De sleutelcomponenten zijn het azijnzuur en de azeotroop.

\. ----....

----De voorwaarden die aan het bodem- en top mengsel gesteld zijn luiden:

Bodem: 0,1 mol% azeotroop ( allylalkohol-water )

Top 0,1 mol % azijnzuur, geen allylacetaat en geen water.

Dit geeft de volgende massa- en mol stromen:

Azeotroop Azijnzuur Water Allylacetaéit {lmol 65,367 29,825 120,398 1 0,036 215,626 Voeding mol% 30,31 13,83 55,84 0,02 100,00

yJM

2,3395 1,7910 2,1690 0,0036

-6,3031 Bodemprodukt

cp

mol mol%

çoM

0,064 0,04 0,0023 29,792 19,82 1,7890 120,398 80,11 2,1690 0,036 0,02 0.0036

-150,290 99,99 3,9639 Topprodukt cpmol mol%

CPM

65,303 99,95 2,3372 0,033 0,05 0,0020

-

-

--

-

-65,336 100,00 2,3392

De voeding werd op kooktemperatuur ( berekend 108,7° C ) de kolom ingevoerd, de toptemperatuur werd gelijk gesteld aan de kooktemperatuur van de allylalkohol-water azeotroop ( 88,9° C ) en de bodemtemperatuur aan de kooktemperatuur van het bodemprodukt ( berekend 109,3°C ).

Op grond van deze gegevens is de destillatie kolom op een zelfde manier als kolom T 14 (zie bijlage I V ), berekend.

Dit resulteert in een kolom van 49 schotels, met een diameter van 1,30 meter en een lengte van 25,5 meter.

( ( ( ( ( ('

o

o

o

15

-Kolom T 36

:.-De als azeotroop mengsel verkregen allylalkohol produkt stroom ( top T 33

stroom-nummer (46) ),bevat voor industriële toepassing te veel water.

Een verdere opwerking is daarom noodzakelijk.

Procedure:

1) Het destillatie-toren 36 ingaande topprodukt van destillatie-toren 33 wordt

vermengd met een te berekenen hoeveelheid toplaag uit de vloeistof/vloeistof

-scheider ( V 31 ) van destillatie-toren 29.

2) Het topprodukt van destillatie-toren 36 zal bestaan uit de tenaire azeotroop allylacetaat-allylalkohol-water,die rijker aan water is dan de toplaag van de vloeistof/vloeistof-scheider ( V 31 ) , berekend op gelijke hoeveelheden allyl-acetaat (geen allylallyl-acetaat in het bodem produkt ).

De toptemperatuur van T 36 zal gelijk zijn aan de kooktemperatuur van de tenaire azeotroop (82,8°C).

3) Het bodemprodukt van T 36 zal bestaan uit allylalkohol , water en het nog in de voeding aanwezige azijnzuur.

De hoeveelheid water in het bodem produkt is een vrij te kiezen variabel 0-10% ). 4) Het topprodukt van T 36 wordt naar de vloeistof recycle stroom ( stroomnummer

33 ). van de hydrolysesectie teruggevoerd.

De overmaat water in de recycle stroom wordt opgevangen door de water-suppletie stoom ( stoomnummer 34 ) te verminderen met die hoeveelheid die gelijk is aan de bovengenoemde overmaat.

Het teveel aan allylalkohol in de recycle stroom kan gezien worden als een spiegel die opgebouwd wordt.

Wanneer dit gecombineerde proces iteratief behandeld wordt dan zal de hoeveelheid

allylalkohol in het bodemprodukt van T 36 1,6828 kilogram allylalkohol per seconde

bedragen.

Tevens zal de benodigde hoeveelheid toplaag uit V 31 en daardoor de hoeveelheid tenaire azeotroop, bepaald worden.

Met de aldus verkregen massa- en molen stomen is het mogelijk om T 36'oP een

Tabel ( 3 ) D

=

ldO-3 m p D.=2,5m l

E

= 0,33 - 3 0= 949 kg/m - -3 2

1

=

0,553 10 Ns/m (j) -3 2 [v=11.19410 mis ( (

c

u

o

o

o

o

o

o

l ( ( ( ( ( ( (l

o

r

-

16-4 . 4 .Hydrolyse sectie.

Hydrolyse van het gevormde allylacetaat is mogelijk met behulp van een mineraal

zuur ( bijv. H

2SO 4) of een zure kationwisselaar ( gesulfoneerde copolymeer van

styreen en divinylbenzeen ).

Aangezien bij gebruik van een mineraal zuur een opeenvolgende neutralisatie stap

noodzakelijk is, wordt er gekozen voor een met kationwisselaar gekatalyseerde

hydrolyse stap.

Bij de berekening van de reactor wordt uitgegaan van de patenten van Ba ye r 3

en Kuraray13.

K u r a r a y gebruikt als kation wisselaar Diaion PK 204 en vermeld een konversie van 44% allylacetaat naar allylalkohol bij 70° C en met een allylacetaat-water

verhouding van 1 : 3 ,een space time yield wordt echter niet vermeld.

Ba y er geeft bij 105°C en 2 bar een space time yi.eld van 116 gram allylalkohol

per liter katalysator per uur, maar geen konversi.egraad.

Uitvoering.

Door gebrek aan verdere gegevens worden de twee genoemde patenten gecombineerd waaruit volgt dat 52,26 m3 kationwisselaar benodigd is.

De reactie is nauwelijks exotherm te noemen, waardoor aangenomen wordt dat de

hydrolyse isotherm verloopt bij 70°C en 1 bar.

De voeding bevat

6,6

kilogram allylacetaat en de space time bedraagt 1,30 uur.

Gekozen is voor 1 reactor 2,5 meter in diameter en 12 meter in lengte.

In de praktijk zal echter voor een opstelling van meerdere reactoren gekozen

worden, dit met het oog op onderhoud en reinigen van de katalysator.

Dimensionering.

Bij de dimensionering van de reactor moet rekening gehouden worden met het

uit-zetten van Kationwisselaar.

Voor Diaion PK 204 is deze uitzetting ll%,het benodigde reactorvolume wordt dan:

V r

3

52,26/0,89 = 58,72 m

( ( ( (

c

o

11 '-.; . . '.--~. -3 v = 2,28~10 mis o Re

=

3,91

En volgens de Erg u n vergelijking25 geldt voor de drukval:

-.. ~ ".: ,"'~':~';';.:"~<:,.:~.:'~.,~,'~~~ - '

-Voor-

- 18

-IN

_waarts

Massa -en

Retour

UIT

Warmtebalans

(

M

Q

M

M

_M

_Q

Q

_Q

( / Stnom

...

33,25

..

...

...

Hl _{. condensaat ...}

....

/

/

( ~~ 11 805

---0

~---CD

11 805 -93295,01 -93328,26 ( ( P2

..

~

stnl

...

I

®---

11 805 / 1848,43

...

•

-93328,26

!0

43,163 H3 C ondensaali... / / ____ .1 -147804 7::- _r

I

I_I_-~_-~=~-f

43,163

...

-149653,1(' ÄCLTti . . . _11,806

CD

JII"" ~~ -93302,92 0 ,001 -7,91 __ .J

I

( ( T 4

f4-~

.:1

/ 7774,35 _Stnom

...

_-

₁₀ 31,357

•

-56350,24

I--r

H5 Cond saait.. _{/ /}

.,

,

t@

43 163 11,805 -147804,73

-0-

-93328,26

r

r --.. I 43,163

~

. . _ _

.--'1Q\-1_

31,357

t

..

~

1..----.---. -

19

-~

______ -+ __

__

____

+-

_1

~4~7~

8~0

~4~,7~(

~

~

~ ~

r-~

6

~4~1~2~4~,5~9~

________

+-______ _

I

1835,01 I---+S~m~cm~~--~~~

..

~---~

...---

_f__

- -- - - - 4 - - -.-- --- -®-_~ 11,805 -93328,2~6~ ________

+-______ _

0,548 79,87 1--- ---40

-(2)

t-:

C

:;;;...;;;:.

o

n~

d

~

e

:;;.:

s

;;:;

a

;:;:;

a

~t.--";"_I---l

I

I

1 - - - ---1- - - - 4 - -- -- •

F

0"-

I

----1 +

-1 , 244 604, 00

~--

--

--_IIP.

r

..

°ÎII)D"eapr!!__t ...

~

....

I---~IIII~f_--~.:::::::::.._,-

-',

31.358

t__----- - + - - - + - -- ----I'- --

-f6\

I

",.

~--

6

-5-

9

5.::....

9

-,~

6

~

0-

t_----

-

----t__---\:::J .... _ _

,

••

I

I

43,7~1=1~-+ ______ ®2 -147724,81 ~---,---+---~~

I

I

~,

.... 4_3_,_7_1_4_-+- - -

--Er

----153599 4E

I

H8 Koe1v"ater ....

..

,

43 714

----@---f-166854 38 _{... ~}

,

...

1 -V9 30 192 _--

_--@

-67261,32 I

-lhl

22

_{---@--_.}

f-99593,06

_Ir

r+,'

"

-

-I

I

---@--

VlO ~,

.-I I

_...

I : I

..

I

--

r----.-- -C 11 13 522

-@-.

f-99SQ':l (Je I ~

,.

"

_"

i

~ ; - - ; .. - - - - -t.::;L . 30 114

0- -,-

-66563,61 -- - -- - - j f - - - --- -~s~m~cm~~~~~---~

I

5874,59 1 - - - ---- - l

-I

l3254,92 I----~---~---- I

~-,~_~

1

~1~.

8

~0~5~--1

1-93328,26

t

",J

_eJt

:~6;i;,61

- 20 -/

7

-@----_.

•

~~

@

11 805 - - -

®

5 f-93328,26 13,522 __ .J C 12 99593,06 {

-@-

---

---

/ /

-

-f

.. - --." (

-

-

~!--23 I 13,550 ~

~--0---

0,028

~

S

toom -447,30

I

515,78

...

r---{!)

...

H

j~

1

j

30,192 13 Co ct m:~ -/

I

r67261,32

..

- ---13,550

_---@

....IIIIII~

f-99524,73 (

•

~ .A (

...

...

I -.--- -11,080

K0

~

~ ~ 1-55843 85 T 14 ( (

--n!l

.41l>

....

10,016 ~

...

@!.

IJ

~ r 79219,34 KOCJWaJr

~

11 .4 ~

-I

/

...

.4~ H 15 _{tKlo~:r.., a~r}

~

r.:

I

11_~

_tt

I

7928,38 7 546

~--®

---;

...

f-43431,88 3,534

,.

20340,35

-~--I ... / (

.

"

/ -

-

-V 16 3,534

-

---

I-@---

°

028 f-20340,35 _f-447,30 32

...

-r ..

~

~

..

_@

--

30 114 f-66563 61

-

---

t---

---I

7893,42 St bm

...

_....

H 17 C ncte~aé t

I

I

1

~J

- - - - _._- -

-30,192

®

1 789 1-67261,32

L

14160,93 ~, ~

,

- -

-l ( (

c

o

r 30 192 ~. 1-67261,32

P

3 534

t

~tr-3-0-1-1-4--.---2-1--r-

_

-_­

; I

66563,61

18' -_

1.432

~

'-ef

111-'2:::..:6;:.,:;6:.::::3~97~-+-

_ _ _ _ t-_ _ _ _ T 18 _--~-~ 0,009 _80,50 t--~~--.~""

...

t--"~'-'-3~=~=~-6

8-

+f ~-

-1--

-@'"

y ..

t---1---~.~

~:.::::~~:~:L::;:.,:;,6~4

~~

~_24~~~~---~-9~1~:~:4~~=

8

-:~0--,-9-3--

-

~-~---+---I

~,.--L'

t--______ -+ ______

__f-'7~

8--'-,

=-2=-1--_t

- H 19

-V-

-447 30 0,ÖS-7--!

~l---·

":...1;0.---

0,028

Koe rtEr --... Koe lwa~

1 - - - --- ---+---i---::---1 ... P-t I---.,...---I~~--+---+---+---.. _________ 0,009 /

--

t - - - t---- t -0 ,087 'V

1---+----4~

/

----II---+----~

...

"

~~t__--__t----_t_---...--_...J

f

~ ~

____________

1-0,00911 . -/ "'"'0'--'----=-0,=-87'---_+ ____ _ / r - - - - -- - - ---~

1---

-

-1 _ _ _____ t -_ _______

--+I~~-0_1-_3-~~~_8_-,_3--_6-_t-l

@---117

~~

---

1_0_,_~

__ 9 __ _ _ f 1 _ _ -t-3...:.,_53_4 _ _ + @ f i : 9 \ - _ 1 , 789 20340,35 32

~

-1416 93

t---+----4--~~~_t

"'~r

T

₂₃ r - - - -

~63~-;---10 617

~

t

-14160,93

t-

---+---t-;,.--::--::-::-~_t

82477,51 ~

1W -

..

-,-

..

---

':

1

r

~

'(';J

+-~=__=_::--+----_+_----hl~_,

_

,-",-~=2~~

_ _= _ _ + -

~_l_~

_

__

1

"~..I1R\..-

2,

7~~

--

.-~, .. " ,-.-,: \:o·;:~~-:,.>~'·i~?tIi ~

,

t t

t

t

- 22 -. ~

r

-o

087

---~--L--H

0 .009 / / 2 971 ---

-&r

-

-@---

44586 49 10.n1P. T 24 ~~ ~81367 36

@-

1 c789

---

----

-~.

@---

414160.320 ,9;? __ ~ 18053,66

-(

f

--lo.ooc)

---/

Koe

J

tE

r>.

H 25

---- Kbe!wa~ (

-..

...

~r ( ~

,.

-,r

CO 2

.::

/

po _0,078 V 26 (

1

~~

-~

( -

I

,

10,618

®

~~ 81367 36 H 27 I I ( .

"I+-11,544

....

94881,99

-~-

_{---11 ....}

-/

333,51 SiDom

---6----

0,926 13507,10 . -'

-l

ns

~

t

H 28 11,544

r---~

Cc /

/

94579,48

I

...

2,791 -44586,49 WatI:tJo:. L ____ -. . .

~

_Ä

(

_oi:::lj;:,

..

_o

_~,

₇

_~I

0,0051 -149,15

--~

3 535

~~J®n

21267,12

-

-

---

f----.---

-

-11,549

_--€f-

_o

_c926 -94579,02 T 29

~ ~-f

1-13507,10 8,781

-~---1

r---1 78-9 -46041 24 14160.J.~2 __ -

-•

~lJ~T

6,303 L.l.

,L.

4,320 t---'-r.:."n")/1 0/1 -t 0 n ... """ r:r

T

"

,~.~,~ '~t

_-

₂₃

-8 7-81

I@-

_1,789 ~4h().4 1 .:J4

-0)-- ----

-"I.

14160 93 L ( _{-_._-} -16 ,303

_-@-

_H 30 -63034 84 / / Koelwé .r ... ". Kopl\o\a~ / 6786,65

I

I

JO

I

I

I

~~

~

.-_ .. 5 246

-

-

---

3,535 31560,77

_@___ _____

JO

~

21267,12 '

-"

4 320

~L--....

.f-18053,66 ( JO ( V 31 _ - 0 '

....

kV---

0.926

....

f-13507,10

~

..~ / 6770,06 Swom

....

....

----

/ H 32

3~

J

/ Conden

/

/ JO ( T

...

_...

-...

"'II1II _B °

I

~

6 303 I _--

e

_.---

2 872 63034,84

__ J_

17823,76 T 33

_...

~ ( t-. 5 211

~

-

~ "T 27998,46

...

/

_{- - - - -}

..

~ /

o

_'0

"

H 34

/

KoeJwai:er

...

Ko Jwé ,~ / / /

_{I ..}

..

---- - - .-

.:.

-

-=1"

....

o

""

-...

_..

I 0 _ _ -t--- -- : ; - SWOll

....

..

o

/ /

-

-

'

-

-~

2 339

_-

_H35 Conder sq.;'t t / / .14515,94

_

.

_---

_-

-~

- - - -

--

-.

_.

1.9 __ 1 789 ~r

_-..

...

14160,93 ~964 _ _ ~ __ ~ ,1 ("1'-""" 1 ,,"", _

-

24

-@-

1,787

Á

-

-14160 93 3 964

r.

~!?~ 1~

~

I

12,339 _{T 36} ·14515.94 (

...

....

~,

-.

_. _.

@

...

/

/

...

•

(

~

1 -... ~

/ /

I

K

oehv ajel H37 Kc IR]W 3.i::.r' _{/ /}

( y P'

T

,

_....

~.

""

®

~

r / / Stoom ... y ~ .. H38 .CVl ·"'''l.t /

/

...

( T

...

Produkt ( WyJaJkoho: + water)

~

@f __

L-

--( 3,964

_-@--

~. f-48553 19

....

lP' _{T 39}

@-

1,787

...

:-

_

.

...

~

...

I~

14160,93

sr

- -H40 / / IKoeJwateI

...

...

K 1plw q"tPr ..

/

/

l ...

+

I ...

...

2,175 34420,52 r y

(&-...

po

J

o

o

/ / Stoom

...

y H 41 C onde ~saa

tt...

y

/

/

-I

...

r

' )

o

Apparaatstroom

,

Componenten

A JlvJacetat Azijnzuur A JJyJaJkohol Kooldioxide Proneen Zuurstof W;::)tpr

Totaal:

...

Apparaatstroom

•

Componenten

A ll"l::lrpt::'l::lr Aziinzuur A JlvJaJkohol Kooldioxide Propeen Zuurstof Wa-rer

Totaal:

M

in

kg/s

Q

in

kW

o

':'l

1

M

Q

o

548 79,87

o

548 79,87 6

M

Q

1,244 604,00 1.244 604 00 ,:) ,-., ,-., t"'I 2 3

M

Cl.

M

Cl

M

0 ,030 -108,83 0,030 0,001 -7,91 11,769 -93091,38 11,769 0,006 -94,80 0,006 0,001 -7,91 11,805 93295,01 11 ,805 7 8

M

Q

M

Q

_M

0,030 -96,15 0,030 -98,41 0,030 11,770 1-84499,70 11,770 -84923,02 11,770 8,544 -75633,41 8,544 -75967,38 21,542 12318,10 21,542 11297,63 1,271 185,24 1,271 117,49 0,006 -78,81 0,006 -79,47 0,006 43,163 -147804,73 43,163 -149653,lE 11 ,806

Stroom /Componenten staat

...

"'"

4

Q

_M

-109,40 0,030 -93173,88 11,769 -94,98 0,006 -93328,26 11,805 9

Q

M

-108.83 -93099,29 8,544 21,542 1,271 -94,80 -93302,92 31,357 .-. 5 I

Q

-109,40 -93173,88 . -94,98 I

I

-93328,26 10

Q

I -75860, 61

~

11596,02 140,00 -64124,59 C\.l Ul I ('

"')

::>

A

pparaa tsTroom

Y

Componenten

A Dy Jac:etaat Azijnzuur A DyJaJkohol K ooJdioxide P r'opeen Zuurstof 1A7_ater

Totaal:

....

Apparaatstroom

,

f

Componenten

A llvlacetaat Azijnzuur A JJyJaJkohol K ooJdioxide Propeen Zuurstof 'IJ at12r

Totaal:

1

in kg/s

)

in

kW

o

:'J

11

M

Q

8,545 -76434,84 21,542 10469,65 1,271 5,58 31,358 -65959,60 16

M

Q 2 932 -11004,00 10,030 -79640,00 0,560 -8949 06 13.522 -9Q"'Q-=l nc:: Cl -,

-.

,...,

12 13

M

Q

M

Cl

M

0,030 -96,15 2,932 -9426,90 2,932 11,770 -84499,77 10,030 -72063,04 10,030 8,544 -75633,41 8,623 -76380,02 8,623 21,542 12318,10 20,298 11458,34 20,298 1,819 265,10 1,271 176,17 1,271 0,006 -78,81 0,560 -7364,01 0,560 43,711 -147724,8 43,711 -153599,46 43,714 17 18

M

Q

_M

Q

_M

8,545 -76434,84 --20,298 9865,65

-1,271 5,58

-2 791 -44586,49 30,114 -66563,61 2,791 -44586,49

-Stroom /Componenten staat

"""

,...,

14

Q

M

-11004,00 -79640,00 -77132,55 8,623 9865,65 20,298 5,58 1,271 -8949,06 -166854,38 30,192 19a

Q

_M

-

--

--

--

-,-.. 15 I ,

Q

I I -77132,55, 9865,65 5,58 -67261,32 19b

Q

-I

,

-[\J Ol ("'

~

o

!

A pparaa

ts~oom

i

y

Componenten

!

A llvJacetaat

I

A zij nzuur 'A ]JyJaJkohol . K oohlioxide ~p ropeen ,ZuursiDf :Water

Totaal:

~

Äpp_ar

aatstroom

f

Componenten

A llvJacetaat Azijnzuur A llv JaJkohol K ooJdioxide Propeen ZuursiDf Nater

Totaal:

t

in kg/s

I

in

kW

o

M

1?,932 10,030 0,560 1.1 "i??

M

0,030 9,980 0,006 10,016 20 .-., \ J

Q

rllOO4,OO r79640,00 -8949,06 -99593,06 25 Q -109,43 -79014,93 -94,98 __ 79219,34

"'"'

""'

.-.,

'""

21 22

M

Cl.

M

Q.

M

2,932 1-10741,21 2,932 10,030 1-79462,48 10,030 8,623 -77132,55 20,298 9865,65 1,271 5,58 0,588 -9321,04 0,588 30,192 -67261,32 13,550 -99524,73 13,550 26 27

M

Q

_M

Q

_M

.... . ' .... 9 ,-09'6-~ -30372,06 0,160 -1157,51 0,431 -3855,29 0,353 1,015 493,33 0 ,353 0,064 0,28 0,064 1,824 -24303,39 l,51Q -3.161L68 ,080 _lL -55843,85 1,432

Stroom /Componenten staat

--~---_ •.. - - ---_. _.-. . -r--.

,....

23

Cl.

M

11004,00 79640,00 8,192 19,283 1,207 ~100040,51 -100040,51 28,682 28

Cl.

M

-3157,58 0,009 -3157,58 0,28 -2663,97 0 ,090

,..,

24

Q

-73277,26 9372,32 5,30 -63899, 641 29

Q

-80,50 -80,50 [\) -...J I Î'

---')

o

A p

paraa tstr oom

Y

Componenten

A nvlacetaat Azi;nzuur A llylaJkohol K ooJdiox:ide Propeen ZuursiDf I \V nfpr

•

Totaal:

I

A

pparaatstroom

I

f

Componenten

i

A ]Jvlacetaat

i

A zi;nzuur A lJy laJkohol K ooJdiox:ide ZuursiDf Water

TotaaL:

~

in kg/s

1.

in

kW

o

o

30

M

Q

0 ,087 -778,21 0.OR7 -788,21 35

M

Cl

6,596 -24424,51 0,050 -396,64 0,410 -1005,30 3,561 -56651,06 10,617 : -82477,51 "'"'I '""\ .-, 1""\ 31 32

M

0..

M

Cl

M

2,902 -10698,60 2,902 10698,60 3,694 0 ,050 -396,45 0 ,050 -396,45 0 ,410 0,582 -9245,30 0 ,582 1-9245,30 0,216 3,534 -20340,35 3,534 -20340,35 4,320 36 37

M

Cl

M

Q

_M

3,694 -13678,62 3,723 -13781,33 3,723 1,791 -14207 64 1,793 -14223 03 1 793 2,094 -5134,40 2,156 -5269 70 2 156 3,039 -48346,70 3 872 61591 73 3 872 10,618 -81367,36 11,544 -94548,48 11,544

Stroom /Componenten staat

t""'I 1""\ 33

Cl

M

-13618,42 -1004,00 -3431,24 2,763 -18053,66 2,763 38

Q

_M

-13659,99 0 ,0036 -14208.07 -5269 70

°

₀₀₀₅ 61410 ,72 o.nnln -94548,48 0,0051 ,-.. 34

Q

-44139,19 -44139,19 39

Cl

- 132,0'::l -1 ;:>0 -1.<; Af) -149,15 I [\) OJ ( '

'} _J

A

pparaa tstr

oom

•

Componenten

A llyJacetaat A zi;nzuur A llylaJkohol K ookiioxide Propeen Zuurstof Water

Totaal:

~

Apparaatstroom

f

Componenten

A llyJacetaat Azi.;nzuur A llyJalkohol K oohliox:ide Propeen Zuurstof WatEr I I

I

TotaaL:

'4

in kg/s

J

in

kW

o

J 40

M

Q

3,727 -13674,67 1,793 14208_i 07 2,156 -5269,70 3,873 -61426,58 11,549 -94579,02 45

M

Q

-

--

--

--

-o

,..,

,..,

1""1 41 42

M

Q

_M

Q.

M

0,029 -106,91 6,232 -20810,43 3 723 0,002 15,86 0,005 17 96 0.002 0,062 -151,80 0,790 -1803,05 0,472 0,833 -13232,53 1,756 -23408,51 1 049 0,926 -13507,10 8,781 -46041,24 5,246 46 47

M

Q

_M

Q

_M

.-

_-

_..

.

-. _10.00::\h 0,002 -15,85

°

004 -26 24 1 789 1,683 -4118,10 3,750 -8567 83

o

001

o

654 1O::\R1.e)e) 1 .4'17 -1 Q,a.nLl ~ Q I? 17n 2,339 -14515,94 5,211 -27998,46 3,964

Stroom /Componenten staat

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

-"'"

~ 43

Q.

M

-13725 33

o

004 -15 .BQ 1 .7Q1 -1155 80 1 684 -1666378 2 824 t-31560,77 6 303 48

Q

M

-1.1 1'1 -14167 91 1.7RQ -2.40 -.14::\he) .7::\ -48553,19 1,789 ,.... 44

Q

-14.62 ,.1L11A~ 7t:; -4108.30 -447?R 17 -63034 84 49

Q

-141 hO. Q.1 -14160,93 I I I [\) (i) I

r

') _J

Ap

paraats~oom

,

Componenten

A lJvJacetaat Aziinzuur A llvJa]<oho1 l< oo]diox:ide Propeen Zuurstof \vater

Totaal:

...

,

ApRaraatstroom

:

f

Componenten

Totaal:

~

in kg/s

1

i

n

k

\A./

o

~ 50

M

Q

-

--

--

--

-M

Q

.:) ,-., .-.., ~ 51 52

M

Q

M

Cl

0,0036 -13,20

-

--

-

0,001 1-2,40

-

-

2,170 f-34404,92

-

-

2,175 -34420,52

-M

Q

_M

Q

~-_.

_-Stroom /Componenten staat

- - -- - -- -. ~ ~

M

0.

M

M

Q

_M

,..

Q

Q

! I i I I I I I W o ('"

- 31

-Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

---o

'1(

aangeven wat bedoeld wordt

( ( ( (

o

o

o

o

3{ Abs.of eff. druk in bar o Top temp. in C Bodem Inhoud in m

3

Diam. in m 1 / h in m Yullir.g: 1+: schotels-aant. vaste pakking katalysator-type - " - vorm

SDec iaal te ge-,

bruiken mat.

I

·:=.an tal

serie/parallel

1,0 83 1

I

7,5 30 3 7,7 m 1,0 m 1,5 m 3 2,5 m 1" Raschig r:ingen R.V.S.316 1 1,0 70 52,3 m 3 Kationw isseJaa D jaion P K 204 bolJen meerdere 3{

aangeven wat bedoeld wordt

- 32 -1,0 83 109 3 158,2 m 1,6 m 18,5 m Z eefPJaten 1

( ( ( ( ( ('

o

o

o

o

Apparaat No: Benaming, type

*

Abs.of eff. druk in brtr Top temp. in oe Bodem Inhoud in m

3

Diam. in m 1 / h in m 1€ Vulling: schotels-aant. vaste pakking katalysator-type - ' f - vorm vlst. /vlst. scheider 1,0 83 DeshlJatie kolom 1,0 89 109 192,5m 3 1,3 m 25,5 m Z eefPJaten 49 T 36 DeshlJatie kolom 1,0 100 118 T 39 DestiJatie kolom 1,0

-

33-r---~r---+_---_+---r_---~---' Speciaal

te

e

e-bruiken mat. 1 1 1 aant.J.l serielparallel

( ( ( ( (

o

o

o

o

('

Technis~he J!o{,;cschonl Del ft

t, f d • C h~:Tl i " c heT C' c hno 1 0 i'?," ic:

P<1bricksvo )ront\,orp Ilo:

OnbJOrpen dO'1r

Datu:n :

- 34

-:\ pparan tnt:r;;rnor : rn

_J.-1

:.'<1 hr i e J.:~3nUlTlmer :2471

/ .. I,;' ::ï<~-:~:I'~ r~ T r; :'~l::-; Cl! /, PPEN :

?u::ctie : uestillatie

/

~ X"KrXL~ X}(O( yj X ~1mó)t ~ XJffiX "/..

· . .

.

.

_·

.

..

':y'pe toren : XXi rlO0tx

!

schotel

_/

X;~Kà0.xXl<::

_/

. .

_·

. ·

... .

.

.

. . .

'

ïl~lpe scr.otel : X:X~':XWX/ zeefplaat

_/

i'l,xXw<:x /

.

. . .

. . ·

_·

..

..

_·

. . .

Aantal schotels : theoretisch : 16

Aantal schotels : rro.ctisch : 22

Schotelafstand

/

1; ~:'r;10

• • ' Il :.; : 0,50 m r':ateria<1l schotel :

TIia;:lc:c~ torC:1 : 1,90 m Iloo~te toren : 12,0 m

;':<1 teria2.l to:en : K ostruktie staal

~l e r ',.,r ~l.. r:-:: i r. r-~ : 3"ee!1

_/

open stoor.:

_/

reboiler

_/

.

.

_{· .}

.

_·

.

.

.

*

n

!,'D :~! J ?SCO IJ DITIES :

*

*

*

"·,Toedinrç 'Top Boderr. [( e f l u Y. / abs 0 r p- r:xtractie

tie middel middel/.

..

I

':'C::lDf'r? tU\lr

oe

101,5 83 114 Druk bar 1,0 1,0 1,0 fJic h th e id J.:g/r.:

3

970 920 1010 ;':assas troom kr,:/ s 13,550 3,534 10,016 Sa;;;cnstellinf', in !':1ol.% re sp. (' e _ \.J • c!,) l (Hlr]'\,/r·~rn) _:

f..antal J.:lokjes

_/

Z H-: f [" 2. t e !1

/

... .

.

*'"

: Type pakkinf, :

fictief schote1oppervlak : 2,55 m 2 ;'la ter iaal pakking :

LenGte oVErloopranrl. : 1,42 mm Afmetingen pakking:

jq ,k0{!j)C)Ç KV( valpijp _/~

_/

_{oppervlak. bódJm 0,37} top 0,21 rnm

Verdere gecelfr:ns 01) schets vermelden

.- -=oor::::~'2pt:!: '.·: .. lt: ni.(::' V~:.:1 tOf:pé..:.s::3i::1r; is .

( ( ( ( ( (

c

n

o

o

,

8 . S Y mbo 1 e n 1 ij st. A b c P

Co

o

o

P =

E

,

:= p.og

E

:= m,og

E

:= o F G := G~I oppervlak overlooprandlengte

soortelijke warmte bij constante druk doorstroomcoëfficiënt van diameter reactor/kolom diameter deeltje plaatselijk rendement murphree rendement overall rendemenot

vrije doortocht zeefplaat gasstroom

gasstroom

de zeefplaat

I

G~I := inerte gasstroom

h ho 1 hl h l,ow h .:= 1, w h s spleethoogte warmte overdrachtscoëfficiënt holdup

vloeistofhoogte boven de overlooprand vloeistofhoogte beneden de overlooprand vloeistofhoo gt e ~Hf vormingswarmte bij 25° C DH reactiewarmte r DH :=d verdampingswarmte _{ver .} H s H w k g

k

l

k og K = := M .l\'t'i' n :=

N

:= N og P R R _m TB U

o

:= = schotelafstand overlooprandhoogte

overdrachtscoëfficiënt voor de gas fase

overdrachtscoëfficiënt voor de vloeistoffase overdrachtscoëfficiënt evenwichtsconstante vloeistofstroom vloeistofstroom inerte vloeistofstroom molecuulgewici.ht aantal buizen aantal schotels overdrachtsgetal druk refluxverhouding minimale refluxverhouding kookpunt bij I,OIbar

warmte overdrachtscoëfficiënt

snelheid op de lege doorsnede betrokken

volume mol fractie ( _m 2 ₎₂ ( _m/m

J

( J/mol K ) ( m ) ( m ) ( °kg/s ) ( molis) ( mOl/s ) (m )

( w/m

2

°c )

(m ) (m ) (m ) , m ) ( kJ/mol ) ( kJ Imol ) ( kJ/mol ) (m ) (m ) (kg/s ) ( mol/s ) ( mOl/s ) ( bar ) ( W/m2°C ) (mjs ) (m3 )

-

35--

36 -( ot _{relatieve vluchtigheid} €. _porositeit

,

viscositeit ₍

Ns/m~

₎

f

= dichtheid _{(kg/m )}

cr

_{= oppervlaktespanning (Nim )} ), _{warmtcgeleidingsco~ffici~nt ( W/moC )} (

~

s

belastingsfactor ( mis )

~~

flo\v parameter conversie

~ space time ( verbl ij ftijd ) ( s )

( ( ( (

o

o

n

r