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Nr:Laboratorium voor Chemische Technologie
Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp
van
M.P. Arnoldy
&
onderwerp:
Bereiding van azijnzuuranhydride
... --... _ ... -_ ... .uit methanol en koolmonoxide
adres:
Plantage
413b 2377
ACRoelofarendsveen
Ridderspoorweg 226 2565 AR Den Haag
oktober
1982 verslagtiatum:februari
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Bereiding van azijnzuuranhydride
uit
methanol en
koolmonoxi
de
Fabrieksvoorontwerp no. 2549
Laboratorium voor Che
m
ische Technologie
Julianalaan 136
2628 BL
Delft
M.P.
Arnoldy
Plantage 41 3b
2377 AC Roelofa
rendsvee
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J .M.
Wi
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Ridderspoorweg 226
2565 AR Den Haa
g
070-681292
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1 1 2 3 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 6 6.1 6.2 6.3 7 7.1 7.2 7.3 8 9 10 11 12 13INHOUDSOPGAVE
blz.INHOUDSOPGAVE
1SAMENVA
TT I NG
2INLEIDING
3UITGANGSPUNTEN
VOOR
HET ONTWERP
5Algemene uitgangspunten 5
Grondstoffen 5
Afvalstromen 6
Thermodynamische gegevens 6
Dampspanningsgegevens 7
Overige "utilities" 7
PROCESKEUZE
Procesopbouw
Azijnzuur - methanol reaktie
Carbonylatiesektie
T 1
T 2
Destillatietrein T 3, T 4
R 2
Process en het
rvo
PROCESBESCHRIJVI
NG
EN
PROCESKONDITIES
Algemeen Eenheid I Eenheid IIPROCESREGELING
Destillatietorens Reactor R 1 Reactor R 2HASSA- EN
WARMTEBALAN
S
SPECIfICATIE
A
PPAR
ATUUR
CONCLUSIES
SYMBOLENLJJST
LITE
RATUUR
9 9 10 11 12 13 13 13 14 16 16 16 23 24 24 25 25 26 27 29 30 31FIGU
REN/TABELLEN/ONTWERPTEKENING
32
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II
I
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I
I
I I ,•
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2 SAMENVATTINGDit fabrieksvoorontwerp beschrijft de bereiding van
azijnzuuranhydride volgens een niet conventionele route via direkte carbonylatie van methylacetaat. Voor de bereiding van
methylacetaat is methanol en het eindprodukt
azijnzuuranhydride, zij het molair gezien voor de helft, nodig.
Aldus is een fabriek ontworpen met een continue produktie van 5
ton azijnzuur-anhydride per uur. Grote voordelen ten opzichte
van conventionele routes is dat de selectiviteit van de
carbonylatiereaktie, met RhC13 • 3 H~O als katalysator (in
aanwezigheid van MeI, Cr(CO)6 en P(ClHs)3 ), praktisch 100%
is. De conversie ligt rond 30%. Daarbij is er voor dit proces
geen aparte azijnzuurfabriek nodig en de procesvoering is veiliger.
De processtruktuur is in eerste instantie eenvoudig een bestaat
uit een methylacetaat-sektie en een carbonylatie-sektiej door 5 recyclestromen die in elkaar grijpen, wordt echter het gebruik van computers onontbeerlijk. Er is dan ook dankbaar gebruik gemaakt van "Process", een proces-simulatieprogramma, als hulpmiddel voor de berekening van de stationaire toestand. Voor wat de reaktorberekeningen en dimensionering betreft waren
we geheel aangewezen op eigen capaciteiten, waarbij goede
literatuur en raad ons o.a. de kinetiek en dimensionerin gs-aannamen verschafte.
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INLEIDING De bereiding tradi tioneel weten : van via I,azijnzuuranhydride (AC20), C4Hb03' geschiedde
ketenen. De route bestaat uit 3 stappen, te
1) produktie van aZIjnZUUr m.b.v. meth8nol en CO
2)
het kraken van azijnzuur naar ket een en water(1)
3) samenvoegen van azijnzuur en ket een om zodoende
azijnzuuranhydride te produceren (2)
...::0 ;.-CH3- C -~ CH).:: C=O
\
(1) + OH 0 0 04
11 1/ CH~= C=O + CH -C ~\
~ CH - C-O-C-:3 CH .3 (2 ) OHDe hoge temperatuur waarbij het kraken moet plaatsvinden
(~750·C) maakt deze route econonomisch minder interessant,
terwijl een ander nadeel is dat reaktie zeer sterk afhangt van
de verblijf tijd in het fornuis, die moeilijk nauwkeurig
re~elbaar is. Hierdoor ontstaan nogal wat bijprodukten. Twee andere routes voor de bereiding van Ac~O zijn :
1)
ket een produktie uit aceton door dit onder atmosferischeomstandigheden te kraken bij 700 - 800·C :
2)
o
IJ
CH3-C-CH3 - - CH2=C=0 +
Vervolgens keteen met azijnzuur laten re&geren volgens de
traditionele route.
oxidatie van aceetaldehyde volgens de reakties
CH) CHO CH3COOOH +
o
4
CH3 CHO - CH3 C "'-. 0- 0 OH CH3\
/
CH /•
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o
OH " \ CH C~-C CH./' 3 " 0 - 0 //2
CH3CUUH~
(CH3CO)2 0 +Nadelen van deze laatste route zIJn de onveiligheid in verband
met de peroxiden en de sterke verontreiniging van de afgassen.
Verwacht mag worden dat in de toekomst meer en zuiverder CO beschikbaar zal zijn (0. a. door kolenvergassing)
[iJ.
Daarom zal synthesegas als grondstof voor organisch chemische
syntheses steeds belangrijker worden. Door de ontwikkeling van goede katalysatoren is het mogelijk gemaakt om CO via direkte
carbonylatie aan methylacetaat (MeAc), C3H~01' te koppelen en
zo azijnzuuranhydride te produceren
o
0kQ~ 11 1/
+ CO ~ 2 CH3-C- 0-C-CH3
Azijnzuuranhydride wordt gebruikt om met methanol methylacetaat te vormen
+
o
\I
2 CH:) OH --7 2 CH3 - C-OCH~ +
De netto reaktie luidt
o
011 11
+ 2 CO -')CH3-C-O-C-CH,3 +
Enige belangrijke produkt toepassingen van azijnzuuranhydride
zijn :
St
)
acylerings- en dehydrateringsmiddel in preparatieveorganische chemie
acyleringsmiddel van cellulose tot celluloseacetaat
gebruik in farmaceutische industrie voor de aspirine
bereiding
in mix met HNOJ als nitreermiddel in de