Schema van de nitrobenzeen-fabriek in Velzen: Capaciteit 1500 ton per jaar

.

r--~~_~-,-,-

\~

,

r-

~=.-~----~

I I

l \

I

r~

I

- - - - T ,..---10 l. i-'

J~~

BENZEEN

.ï-~ I

I

·1

I I

[X

\ -.l J

--~

X

[X

,4 '---""'T"'~ WATER -..,

IX

-IX

1-.., I -- I

X

I I I I I I I

[X

l _____ ] .

.r'r...~ ' r - ol

JÇ~I

"-:.~- .

fW--I

I 1 1

i

I:

, NITROBENZEEN

.

I

.

~

~ / OL-- 61%-. \ HNÜ] v N ITROBENEEN E. DE BOEVERE APR I L 1962 SCHAAL 1:10 I 1 meter I

Schema van de NITROBENZEEN-fabriek in Velzen. Gapaci tei t: 1500 ton per jaar.

E.G.eh. de Boev~re,

Driebergenstraat

74,

I) INLEIDING 1

11) NITRERING 1

111) MOGELIJKE PROCESSEN 3

IV) PROCESKEUZE 4

V) CAPACITEIT VAN DE FABRIEK: EN PLAATS VAN

VESTIGING. 4

VI) BESCHRIJVING

VAN

HET PROCES

5

VII) STOF- EN vYARMT.EBALANS

6-VIII) ONTWERPBEREKENINGEN 11 IX) BIJLAGE

I) INLEID ING.

Nitrobenzeen of mirbanolie is een liçhtgele olie die aan de lucht donkergeel tot bruin kan worden. Het heeft een sterke karakteristieke geur (amandelen) en is giftig zowel als damp, als als vlàeistof in aanraking met de huid.

Het normale kookpunt bedraagt 210,gOO en het smeltpunt 5,700.

De dichtheid bedraagt 1,205 bij 18

o.

De oplosbaarheid in water

is slecht, n.l. 0,2% bij 2000.

Van de productie van nitrobenzeen wordt 80% omgezet in aniline, d.m.v. katalytische reductie, dat als grondstof dient voor de rubberbereiding en synthetische kleurstoffen. De overige 20% wordt verwerkt tot dinitrobenzeen, ni'trochloorbenzeen,

'guino-line, nigrosine en andere producten.

-1

Onder haar talloze toepassingen als oplosmiddel vindt men o.a. haar gebruik als selectief oplosmiddel in de petroleum industrie. De wereldproductie bedraagt ongeveer 120.000 ton per jaar,

waar-van 80.000 ton uit de V.S. komen.(litt.1)

In onderstaande tabel is een overzicht van de jaarproductie, in pounds en de prijs in dollar per pound, van de V.S. gegeven over de jaren tussen 1945 en 1955.

Jaartal Productie Prijs

-

. 6 1945 _{125,1°6 pounds} 0,07 $ /pound 1947 150,1°6 11 I ! 0,08 $ 11 1949 _{60,1° 6} 11

!

0,09 $

_"

1951 165. 1°6 11 _{0,10 $}

"

I 1953 149.1°6 11 , _0,095$ 11 1955 175.10

_"

j _{0,11 $} 11 ₍ i litt.1) : II), NITRERING.

Alle processen, die dienen voor de bereiding van nitrobenzeen zijn gebaseerd op de nitrering van benzeen.

Tegenwoordig wordt de hypothese dat NO?+;" het nitroniumion, het

nitrerende deeltje is, algemeen aanvaard.

Men neemt aan dat de reactie, die een juist beeld geeft van het

ontstaan van het N0₂ + deelt je, de vol:-::de is: .

HONO ₂ + H+ _{( > 2 2} H ONO +

,a:::[ngza~

₍ H ₂

°

+ NO + ₂ '(1)

Ofschoon Enter in 1922 als eerste het NO~ deeltje als het

ni-trerende reagens beschouwde, was het de school van Hughes-Ingold, die het definitieve bewijs leverde, van de nitratie door het

nitroniumion, met behulp van Raman spectra •. (2) In een medium d~t zuurder is dan HN0

3 b.v. H2S04 loopt de ontstaans-reactie van N0 2 als volgt: _{- + (2)} H2S0 4 + HNO 3< + > HS0 4_ + H2N~3 + (3) H₂S0 4 + H2N03 < )HS04 + H30 + N02

In een medium dat minder zuur is dan 'HNO, b .. v.

oplosmiddel, is het reactiemechanisme: 3

HN0

3 + HN03 ~ ~03- + H2N03+

'. H NO + ~ H"O + NO +

2 3 ----7 2 2

~.

De nitrering van aromatische componenten in zwavelzuur milieu

~ ~ verloopt via tweede; die in organische oplosmiddelen via ~~

'11;1

@

n~

orde reacties.

De ni trering van benzeen met HNO." in H2SO d. milieu is uitgebreid bestudeerd en men kan uit de resultaten enige belangrijke alge-mene conclusies trekken.

Zo heeft men b.v. kunnen aantonen dat de tweede orde reactie tussen aromaten en salpeterzuur een maximum snelheid heeft bij ongeveer 90% zwavelzuur, afhankelijk van de temperatuur.

Een nauwkeuriger bestudering van de reactiesnelheid toonde verder aan, dat dit maximum meer optreedt bij een bepaalde zuurgraad dan bij een bepaalde zwavelzuurconcentratie, hetgeen aanduidt, dat er

een ionisatie van het salpeterzuur optreedt. Dit fenomeen bevestigt verder de hypothese dat het nitrerende deeltje het nitroniumion is,

zoals aangeduid in de reactievrgl. (2) en

(3).

Het voorgestelde mechanisme zelf verklaart eigenlijk niet waarom een zwavelzuurconcentratie van 90% een optimaal gunstig medium is. Bennett en zijn medewerkers (litt.3) wezen er op dat de nitrering niet alleen een aanhechting van het kation N0

2+ aan de benzeenkern

eiste, maa~ ook de verwijdering van een proton. Dan is de snelheid

van nitrering dus een balans tussen de zuurheid van het oplosmiddel en zijn basiciteit als protonacceptor.

De nitratie van aromaten kan beschouwd worden als een electJ10fiele

substitutie, waarbij de N0₂ groep van het nitrerend reagens aan

een C atoom van de aromatische kern gehecht wordt, terwijl het

waterstofatoom,dat oorspronkelijk aan dit C atoom zat, gelijkti~i~

ui tgestoten wordt: - -

-ArH + N0

2 + --'> ArN02 + H+

Het nitrerend reagens zal dus de constitutie hebben XN0₂ en de

~

ki

\1

rritrerende werking zal dus in eerste instantie bepaald worden door

, de mate, waarin het N0

2+ ionen levert:

+

-XN0

2 ~ N02 + X

Deze tendens zal des te groter zijn naarmate de electronaffiniteit groter of, wat op hetzelfde neerkomt, naarmate het zuur HX sterker is.

Dus men kan van salpeterzuur verwachteb, dat het een zwak nitrer~nd

reagens is, vanwege het zwakzure karakter van HOH.

Acetylnitraat zal wat sterker nitrerend zijn, omdat HAc sterker is.

---. '_.~

---

---

- -

--

--Zo kan men dus een tabel van mogelijke componenten met de formule

XN0₂ opstellen, naar opklimmende nitrerende werking, zoals

onder-staande tabel er een is.

Nitrerend Reagens X HX

C

2H5ON02 C2H5O- C2H5OH

HNO 3 HO- H₂0

CH

3COON02 CH3COO- CH3COOH

~205

NO - _{HNO 3} 3 I 'CLN0 2 OL- HCL + H₂0 H 0+ H₂N0 3

_H~

NO + _"+" 2

;

_ . _ . _

-3

Het blijkt dus dat de rol van de zure component (hier dus H?SOA)' niet louter waterbinding is maar ook het scheppen van een s'Cer..l:t

zuur medium~waarin salpeterzuur werkt als een base en het

nitro-niumion vormt.

Een tweede functie van de dehydraterende, dus de zure component is zoals boven al is gesteld het verwijderen van het reactiewater, wat vrijkomt; gebeurt dit niet dan daalt de concentratie van het

salpeterzuur en daarmee de nitrerende werking.

Verder dient de zure component nog als verdunningsmiddel om de

reactiewarmte, alle nitratier~acties zijn exotherm, te verspreiden

en door zijn verdunnende werking de oxiderende kracht van salpeter-zuur te reduceren.

III) MOGELIJKE PROCESSEN.

Nitrobenzeen wordt gemaakt door nitreren van benzeen.

Naar keuze van het nitreermiddel onderscheidt men de volgende bereidingsmethoden:

A) "Mixed Acid" methode.

Een mengsel van zwavelzuur, salpeterzuur en water, beter ,bekend

onder de naam ~~' is een vaak toegepast nitreermiddel.

vv. te ,u .. ('2 .. 1NM'"

Een nadeel van de processen, die hier gebruik van maken>is het opsterken van het gebruikte zwavelzuur en het verwijderen van het resterende salpeterzuur hieruit, welke beide behandelingen zeer dure apparatuur vergen.

Een voorbeeld van zo'n proces is het onderstaande zoals dat is voorgesteld door Castner (litt.4) en Mares (litt.5)

co

~

__

~

____

~

__

~~,Il

t

AFGe-z.WAI<T 'Z.uUR. A c.o 4 I

~

vell.\.JARmeR

De werking geschiedt als volgt: warme geconcentreerde zwavelzuur

wordt bij een temperatuur van 9000 in een van de batterijreactors

A₁

t/m

A4 gepompt. Onder hevig roeren wordt voldoende

63%

salpeter-zuur toegevoegd om een gemengd nitreersalpeter-zuur te krijgen, dat

4%

sal-peterzuur bevat. Daarna wordt een acquivalente hoeveelheid benzeen

toegevoegd. Na 10 minuten wordt het roeren gestopt, de reactie is

dancomp~eet. Terwij~ men de lagen laat scheiden start men een

andere reactor zodat men cont';hnu'iteit in de bereiding krijgt. Het

ruwe nitrobenzeen wordt bij 0 afgetapt en verder gezuiverd. Het

afgezwakte zuur wordt bij D₁ t/m D afgetapt en naar E gevoerd,

waar het verdampt wordt. In de

dam~scheider,

die onder een druk van

29 mm werkt, wordt het water verwijderd en op de bodem zwavelzuur

van

75%,

de beginsterkte, afgetapt. '

Andere continue processen, die vooral in de oorlog veel in Itali~

en Duitsland ingebruik waren,zijn het Schmid-Meissner proces e~ het

Biazzi proces van iets later datum.

Een batch proces van dit type wordt o.a. gebruikt door de l.G. Far-ben Industrie A.G. te Ludwigshafen. (litt.6)

B) Men kan de nitrering ook verrichten met salpeterzuur en

borium-trifluoride en verder met mixed acid en boriumborium-trifluoride als

katalysator. Deze methode vind~ vooral toepassing bij de nitrering

van parafines. (litto7)

0) Men kan aromatische koolwaterstoffen overvoeren in hun

mononi-troderivaten door nitrering in de gasfase met salp5terzuu~ of N0

2,

in de tegenwoordigheid van een katalysator bij 130 - 140 C.

Goede katalysatoren zi jn metafosfaten en boriumfosfaten •

Dit proces wordt o.a. bij de 1.0.1. in Engeland sins

1944

ontwikkeld.

D) Men kan benzeen nitreren met behulp van salpeterzuur en het overtollige water afvoeren met, de azeotroop van benzeen en water.

Dit proces is toegepast door de Autoxygen Oompany te New York.(litt.8) IV) PROOESKEUZE.

,

Het onder 111 D genoemde proces werd gekozen omdat het een continu en een klein proces is, wat als voordeel oplevert dat de productie per man per uur en per eenheid grondoppervlakte hoger is, dan bij de andere genoemde processen. Dit is dus zeker in Nederland een groot ,voordeel,waar'grotJ:d en arbeidskrachten duur zijn.

Een groot voordeel van dit proces is ook dat men geen aparte en dure ·,installatie nodig heeft om het afgezwakte zuur ,weer op te sterken.

Het nitrobenzeen wat op deze wijze bereid wordt is zuiver genoeg om zo verder verwerkt te worden, zodat, wat bij de meeste processen wel het geval is, geen aparte zuivering nodig is.

V)

OAPAOITEI~'·

VAN DE FABRIEK EN PLAATS VAN

VESTI~~. _~.d.

Nederland produceert geen nitrobenzeen en deVlnvoer ervan is ge-heim. Het gebruik van nitrobenzeen is in ieder geval wel zo klein,

~dat het de oprichting van de fabriek om te voldoen aan de

binnen-landse behoefte alleen, niet rechtvaardigt.

De te bouwen fabriek zal dus in hoofdzaak bestemd zijn voor de pro-ductie vaor de export. De door de E.E.G. landen te stichten vrij-handelsz6ne levert hiervoor goede toekomstmogelijkheden.

!rio Mwl "" lfIA. u.Uo

u.t

~ ~+. ~nA.

t.

.~

.

5

Verder zal de kostprijs lager worden door het uitbreiden van de benzeen producerende industrie in de Botlek; de vraag zal verder stijgen door de ontwikkeling van de nitrobenzeen en aniline

verwerkende industrieën, wanneer deze nitrobenzeenfabriek gebouwd wordt.

De capaciteit voor deze in Nederland te stichten fabriek begroten

we, al deze factoren in aanmerking genomen, op 1500 ton per jaar,

dat is, als een jaar op 350 dagen van 24 uur wordt gesteld, 180

kg. luur.

Een geschikte plaats om zo'n fabriek te vestigen is Velzen. De Mekog kan het salpeterzuur en de benzeen leveren, terwijl de

ligging aan het Noordzee-kanaal bijzonder gunstig is met betrek-king tot de afvoer van het nitrobenzeen.

VI) BESCHRIJVING VM~ HET PROCES.

" ,

A

₎

C

I ?,; ----._-. ~ .- -: ' -

-T

4 - - ----.. ~

.r

--oo'

T

t_

I

CT,

I I H ,

TI

- -

--

-+----_.

-t

.

E.

-®-In de reactor C: wordt uit

Ä

koud

_ö

benzeen (114

Kg./h.

bij 20 C) en uit B

damp-vormige salpeterzu~ 61%

(151 Kg./hr bij 120 C) inge-voerd. Onder deze omstandig-heden reageert het salpeter-zuur zeer snel met het benzeen

en krijgt men een o~zetting,

betrokken op het salpeterzuur, van 60%. (litt.8)

a

₁

1M-., ~j)ro~~~I. . . 'l

h

J,tW

I)tlWW'MW"

AlS de warme reactante~ die

onder uit de reactor C tred.en

reagere~eonderling niet meer, om,lla.1... dlLoQ].osbaarheid van f 7 salpeterzuur in de benzeen

laag en omgekeerd t e laag is. t'

(1J:tt.8) - - - -

-De reactanten komen via de ~.

reboilerl5>lin de scheider E,)~ ./'

waar de onderste laag, het ~

salpeter ,zuur, Vi.eEg' in_ C

-!D.-1:.9-

t tf..s-/.

t~u~~0-IDpt. De boven~te

laag,die benzeen, nitroben-zeen en een spoor salpeterzuur bevat, wordt in de destillatie-toren F geleid. Onder uit de toren komt het nitrobenzeen, boven uit, de benzeen en het salpeterzuur, die beiden via D weer in de reactor C geleid worden.

)Het reactiewater, dat in C ontstaat en het water dat Ivrijgekomen gedacht kan wor-\den als salpeterzuur reageert Jen men wil het overblijvende lzuur op de beginsterkte houden,

wordt verwijderd met de azeotroop benzeen-water (70,40 mol.% benzeen en 29,60 mol.

%

H₂0)

Deze azeotroop kookt bij 6900 en 1 atm., wordt gekseld bij

cr

en gescheiden bi~ H. De bodem van C. wordt op 80·

cr

gehouden,

de topovan F op 86 C gehouden (kpt. salpeterz.) en de bodem

op 208

c.

N.g.

Tegen het uit de handlopen van de temp. in C door de V

~therme reactie heeft men in de azeotroop als warmtebuffer (' een Il±~stek~n~ midd~~

Het hele proces werkt onder atmosferische druk.

VII) STOF- EN VlARMTEBALANS.

A. Stofbalans. Uitgangspunten:

1) Er werd dus ook van het lieden gebruikt) zeen zuiver is.

aangenomen dat 60% van het salpeterzuur (en

benzee~,want er worden aequimolaire

hoeveel-wordt omgezet en het geproduceerde ni troben-

2.'

Pkth ,

rn> ::;-

~ ~

(litt.8) 2) Dat in de benzeenlaa4}t 4% salpeterzuur is opgelost.

3) Dat in de zuurlaag O~ benzeen is opgelost.

4) De fabriek wordt berekend op een capaciteit van

180 kg. nitrobenzeen/hr

=

1512 ton/jaar. Ç"!J kf 'S.Z./h~. 39~.r. ~O/A", ----~---~ /t9o

.-!:r .

..P4NO.l' /4~ b/ Ay. 'S.Z/h~. _ _ · _________ .I'P _____ ~

7

6

1r.

/3.Z/h~ . 3

9

~'F #20 /h~.

.1

Fig. 3

Schema van de stof-stromen in de fa-briek.

/tPa

17

.PA/v'O.., /A.t?

.3 -+1" S.Z. /4/?

Er is gebruik gemaakt van de volgende afkortingen:

PhN0₂ = ni trobenz.een

s.z.

₌

salpeterzuur

b.z.

₌

benzeen

c. b. m.

₌

azeotroop, bestaande uit 70,40 mol.

%

b. z. en 29,60 mol.% H20.

I) STOFBALANS van de REACTOR.

Reactor in Reactor uit

92 Kg. s. z. } 61

Kg.

S.z. 59 Kg. H20 voeding 39 Kg. H

°

114 Kg. b.z. 180 Kg.

P~o2

76 Kg. _{b. z. } recycle} 709 Kg. b. z.

J

_{c. b. m.} 61 Kg. s. z .• 85 Kg. H 20 39 Kg. H₂0 76 Kg. b.z. 790 Kg. b.z. reflux Totaal: 1231 Kg. _{_.} 1231 Kg.

Alle hoeveelheden zijn hoeveelheden/hr. 11) STOFBALANS DESTILLATIEKOLOM F.

Destillatiekolom in Destillatiekolom uit

18..Q. Kg •. PhNO/~l

_.

onder 180 Kg. PhN0

_-

₂

3 Kg. s.Z.

?"

böven 3

;.g.

s. z.

---!.§Jg.

b.z.

_"

76 Kg. b.z.

totaal: 259 Kg. 259 Kg.

Alle hoeveelheden zijn hoeveelheden per uux.

7

x

I~.

B. Warmtebalans.

Benodigdheden: \ ~

Verd.w. s.z. = 260,2

kaal/~g.

(berekend uit de percentuele

verdampingswarmte's en de mengwarmte van salpeterzuur en water)

soort. w. s.z.

=

0,67 k,c,al/Kg.t:.(litt.9) /

-.---: .

Verd.w. azeotroop = 234,2 kcal/Kg. (berekend u~~e~en~ele

K

verdampingswarmte van benzeen en water

_-

--

_{._---}

--

- - .

soort. w. azeotroop = 0,59 kal/Kg. (idem)

verd. w. van PhN0₂ = 331 Joule/Gr. (litt.9)

soort. w. 11 PbN0

2 = 0,40 kcal/Kg~C(litt.9)

verd. w. 11 b.z. :~ 103,6 kcal/Kg. (litt.9)

soort. w. 11 b.z. = 0,42 kcal/Kgldlitt.9)

V

verd. w. _{" H20} = 539 kcal/Kg. (litt.9) / \

Boort. w. 11 H

20

=

1 kcal/Kg/De (litt.9) ,

ni treringswarmte bi j 200 C = 34,8 k'cal/kmol. (li tt .10)

In verba.nd met het feit dat via verschillende lijnen, ver-scheidene producten de reactor uit en weer ingevoerd worden,

zodat ze aan de eigenlijke warmte huishouding niets toe of afdoen, is de warmtebalans voor de reactor opgezet met inbegrip van de koeler en scheidër boven de reactor en reboiler en scheider onderaan: de reactor. Dus wat binnen de rode stippellijn staat, zal worden beschouwd als een gesloten systeem.

:hl

WARMTEBALANS

VAN

DE REACTOR.

1- - - ï I . QI I '-I , Ha·roel).

~.

[-0

t I 1 t ~ , I

₇₀

_{Oe ..-} l;;ro· ...

,

I

_I I

I

_,

I

_"'

,

AH Hs.:z.

I-}

. / -. I 1200

,

I

/

I

~

I I

80°C

I I "fiG. Lt

I

,

,

I

I -' ~

,

.~

I

I

,

"

,

I I 'I'

- - ---

-

- -

-

-

-

- v- - - I H _.D H 80°C ₅

Voor bovenstaand schema kan men ste llen:,

ingaande warmte = uitgaande warmte of

1.. H S.z. + {. b voed. + AH react

lil.

+

waarin:

Z::H _S.z. _ energie van de salpeterzuurvoeding

i.Hb voed. =

_"

11

"

benzeenvoeding

H

react.w. = " ontstaan door de nitreringsreactie.

= de aan de reboiler toe te voeren warmte = de energie, die aangevoerd wordt middels de

topgassen, die uit de destillatietoren ontwijken. = de vrijgekomen warmte door het condenseren en

afkoelen van de azeotroop.

= de energie, die door de uit de scheider ont-wijkende producten mêêgenomen wordt.

Met behulp van de stofbalans, de gegevens vooraan in dit hoofdstuk vermeld Ön uitgaande van het feit dat de basis van temperatuur 20 C z.al zi jn, kan de volgende tabel

op-gesteld worden:

LH

s.z.

=

44.700 kcal/hr. _{Q1 = 230.800 kcal/hr.}

Lb.z.voed =

o

kcal/hr. 1H_{20= 4.250} kcal/hr.

Hreactie.w. = 50.750 kcal/hr. :iHs = 6.'720 kcal/hr.

= Totaal uitg.warmte=

9

Q2 Q2 kcal/hr.

iHD = 10.600 kcal/hr. 241.770 kcal/hr.

Totaal ing,. warmte =(106.050 + Q2)Ecal/hr.

Kortom:

Uitgaande warmte = 241.770 kcal/hr. Ingaande warmte = 106.050 kcal/hr.

De aan de reboiler - 135.720 kcal/hr.

toe te voegen Q2

B.)WARMTEBALANS VAN DE DESTILLATIETOREN.

...---t=

TOP

f

( Invoer: Uitvoar-:~ H _s = 6.720 kc-al/hr. tOP:l~)kcal/hr. Q = Q kcal/hr. s. z. : 462,'0 kcaljhr. bodem: 13536,0 kcal/hr.

I

Totaal: (6.720 + Q) kcal/hr. 23.784,5 kcal/hr.

Dus Q

=

17.064,5 kcal/hr.

=

de per uur toe te voeren warmte

om de continue destillatie op gang te houden.

11'

VIII):. ONTWERPBEREKENINGEN •

A. •. REACTOR.

Ond.erzoekingen, die door Othmer, Jacobs en Levy verricht zijn aan het scheiden van de componenten uit het systeem salpeterzuur-azeotroop (benzeen, water), is gebleken dat met een kolom van vijf voet de salpeterzuurconcentratie

in het water dat over de top komt 12% bedraagt, als gewerkt ~

wordt met een voeding van salpeterzuur 61%. (li~-t.8)

Wanneer de kolom 10 voet lang wordt is de hoeveelheid sal-peterzuur, die overkomt 0,6% en wordt nihil als men hem nog 2 voet langer maakt.

Uit testruns is gebleken dat het scheidend vermogen van een bepaalde kolomlengte niet of nauwelijks áfhankelijk is van de dampsnelheid i.d. kolom (zie testruns 41, 42 en 43 in li tt. 8).

Het is in verband met het hovenstaande dat de kolomlengte

begroot wordt op 12 voet of afgerond op 3,6 meter.

Met behulp van de gasbelasting en vloeistofbelasting, de dichtheden van gas en damp, werd berekend dat wanneer men pakking van Raschig-ringen van 1 inch neemt, de dia-meter van de kolom 50 cm. gekozen kan worden, waarbij men

~ gunstig tussen "flooding point" en "loading point" in zit. Symbolen: Gassnelheid gasdichtheid kolomoppervlakte vloeistofsnelheid = G lb!hr. = f'g lbj c ft. = F

sq.

ft •. = L lb/hr.

De berekening is dus opgezet in het ft. lb. sec.-stelsel kolom boven. (}egevens: G = 875 Kg/hr = 1930 lb/hr Îg~-0 1 4 lb/c ft. 0, 134 Q ='0 075 = 1,335

_{, ,}

L. = 790 + 114 = 940 Kg/hr. = 1990 lb/hr. L q = 1990 x 1,335 = 1,38 1930

Als men Raschig-ringen van 111. neemt, vindt men grafisch

G/~

=

800

~

G

=

1068 Ib/ft. 2hr.

Op dezelfde wlJze werd berekend dat bij een pakking van Raschig-ringen van 1 inch een diameter van 50 cm. van het benedenste gedeelte van de kolom (dus onder de voedinginvoer) genomen kan worden.

De plaats van de voeding is 50 cm van de bodem.

Het materiaal, waar,de reactor van gemaakt is, is roestvrij staal, type 304, met de volgende samenstelling:

18-20% Cr. 8-11% Ni. max. 0,08%

c.

max. 2%

Mn.

Dit materiaal is genomen daar het bestemdig is tegen salpeterzuur, zowel in vloeistof- als in dampvorm. Constructiegegevens van de reactor in tahelvorm:

hoogte

"v.

d. kolom doorsnede v.d. kolom pakking v.d. kolom constructiemateriaal

B.

DESTILLATIETOREN. Symbolen: 3,60 m 0,50 m Raschig-ringen van 1"

ro~stvrij staal, type 304.

G

g = Gassnelheid bij "flooding point" lb/hr ft 2 berekend op de lege kolom.

g = Versnelling van de zwaartekracht ft;sec2

a = Spec. oppervlakte van de pakking ft Ic. ft.

FV ::. Porositeit

g = Dichtheid van het gas lbg/c. ft.

1 = Dichtheid van de vloeistof lbs/c. ft.

= Viscositeit centipoise

G_l = Vloeistofsnelheid bij "flooding point" lbs/hr ft2 berekend op de lege kolom

Gegevens: gasstroom = vloeistofstroom= f1g =' 2, 67 Kg/m3 .' 29,6 m3 jhr. . 3 0,240 m jhr. ,;Ol = 1080 Kg/m3

Stel de doorsnede van de kolom op G 0,26 m/sec. = 0,86 ft./sec. _g

~

Verder is

1"1

= 5,15.10 -2 en 20 cm dan wordt GL G' = 3,28 g

De kolom wordt zo berekend dat het "flooding point" bij een anderhalf maal zo grote gasbeiliästing ligt.

Dan is Gl

\I~g

x 2/3 = 0,112 . Gg

,/-'1-In li tt,. 11 vinden we een grafisch verband tussen:

/

"-

~.

(~~OO)

2

(;g~~2)

en

(g!) (;ï

t,5

13

In dit geval vinden we voor de 1e term 0,1 en voor aj '= 770.

Hierui t volgt dat men dan gebruik moet maken van

W.

Raschig-ringen.

~

Wanneer we op dezelfde wijze, als boven gesc.hetst, de kolom·

berekenen voor een

1i

maal zo grote vloeistof belasting,

vinden we een pakking van 3/4" Raschig-ringen.

Hieruit volgt dus dat de pakking van de kolom zal moeten be-staan uit 314" Raschig-ringen.

De lengte van de kolom wordt als volgt gevonden: Uit de gra-fiek in de bijlage blijkt dat men een q-lijn, waarvan q groter

is dan ~án, het aantal schotels altijd twee zal zijn. Uit de

litteratuur (litt. 11) blijkt dat de H.E.T.P. in dit geval

.±.

30 cm. zal zi jn. De kolomhoogt.e zou dus 60 cm. worden.

Voor alle zekerheid is een kolo~oogte van 1,5 m. gekozen.

Het constructiemateriaal van deze kolom is ook roestvrij-staal, type 304.

De invoer van de voeding geschiedt boven in de kolom. Gonstructiegegevens van de destillatiekolom in tabelvorm:

hoogte v.d. kolom doorsnede v.d. kolom pakking v.d. kolom constructie.materiaal 1,50 m 0,20 m Raschig-ringen van 3/4" roestvrijst.aal, type 304. C} CONDENSOR, BEHORENDE BIJ DE REACTOR.

Doel:

Afvoeren van de vrijkomende warmte door het condenseren en afkoelen van de azeotroop.

Capaciteit: 230.800 kcal/hr.

Materiaal: st,aal U=warmteoverdracht,scoëfficient, = 600 W/m2 °C.

..

Onderwerp Warme stroom Koude stroom

fluïdum debiet in m3/hr. azeotroop (rivier) 408,8 t _{emp. l n . ln} .

°c .

₆₉ 0 uit 69

Inwendige diameter v.d. pijpen Aantal pijpen

Aantal gangen der pijpen Lengte der pijpen

Oppervlakte der pijpen Belasting der pijpen

Afmetingen v.d. condensor

D) SCHEIDER VAN HET DESTILLAAT.

= = = = = =

=

11ö 5 20 400 0,025 105 7 1,50 m 0,0785 m2/m 800 l/hr. lengte

₌

1,85 m diameter

₌

0,55 m.

Doel: Scheiden van de componenten van de gecondenseerde azeotroop.

Toevoer is 895 kg/hr.

Dichtheid van de azeotroop bedraagt 0,93 kg/m3 De toevoer is dus gelijk aan 940 l/hr.

De verblijf tijd is gesteld op 30 min., wat dus betekent

water

dat het volume van de scheider afgerond 500 1 moet bedragen.

Er is een scheider genomen van de vo 19en de afmetingen:

lengte

=

1,30 m ~~.

diameter

=

0,70 m \\

I

Het constructiemateriaal iS\f~.:::- .\

El REBOILER, BEHORENDE BIJ DE REACTOR. Doel: verdampen van de ketelvloeistof.

~citeit:

135,720 kcal/hr.

~

Materiaal: staaltJ'

u=

900 W/m2

~,C.

Oppervlak:

5~2

Onderwer:e Warme stroom

Fluîden stoom van 1150C

Debiet 208

0

8 kg/hr.

Temperatuur in 150 0

uit

Afmetingen van de reboiler: lengte = 1,05 m

diameter

=

0,45 m Koude stroom ketel vloeistof 486 m3/hr. 80°0 80°C

Aantal pijpen

Lengte van de P1Jpen Diameter van de pijpen Opp. van de pijpen Snelheid in de pijpen = = = = = 85 0,75 m 0,025 m 2 0,0785 m /m 3,20 m/sec. F) S CHEIDER

VAN

HET BODEriI?RODU CT.

15

Doel: Het s'cheiden van de aromatische laag (benz:een,

nitroben-zeen) en de waterlaag (salpeterzuur en water)

Inhoud:500 1

Afmetingen: diameter = 0,50 m

lengte

=

1,00 m

Toevoer: 356 kg/hr.

=

290 l/hr

~REBOILER VAN DE DESTILLATIEKOLOM. Doel: verdampen van de ketelvloeistof Capaciteit: 17064 kcal/hr.

Materiaal: roestvrij staal, type 304

Oppervlak: 2,16 m2 Onderwerp FluïdUm Debiet Temperatuur in: uit: Aantal pijpen Lengte der pijpen

Warme stroom Dowtherm 915 kg/hr 249°C 219°C

=

=

=

=

55 0,50 m 0,025 m, 0,0785 m2/m Koude stroom Ketelvloeistof 165,6 kg/hr 2080 C 2080 C j I I

1

I

i

Diameter der pijpen OJpervlak der pijpen

Afmetingen van de reboiler :- lengte = 0,73 m

diameter

=

0,35 m

)

H)

SALPETERZUURVERDA~WER.

Doel: verdampen van de voedin~ voor de reactor.

Capaciteit:,44.700 kcal/hr.

Materiaal: roestvrij staal, type 304.

Oppervlak: 1,73 m2

I

I

Ge~evens Warme stroom Koude stroom

Fluïdum stoom 150°0 salpeterzuur 61%

50 kg/hr 27

0

8

I/sec. :Debiet Temperatuur in: 150°0 20 0 uit: 120°0 Aantal pijpen

₌

30

Lengte der pijpen

₌

1,00 m 2

Oppervlakte der pijpen

₌

0,0785 m /m

Shelheid in de pijpen 0.., ... 1,85 m/sec •

Afmetingen verdamper

.

.

lengte

₌

1,20 m

Diameter

₌

0,25 m

• I) P011PEN.

De voedingspomp voor de HN03 verdamper is een tandradpomp met een diameter van 80 mm \ ver pompt 27,6 gallon/hr.)

(gas)

De voedingspomp voor de desti llatiekolom i s ook een tandrad-pomp -en wel van 60 mm doorsnede. (vertandrad-pompt 18,5 gallon/hl)

IX) BIJLAGE.

De bijlage bevat het y-x diagram, weergegeven van het stelsel benzeen-nitrobenzeen.

x) • LITTERATUUR.

1) Indus'-trial Chemicals , W. L. Fai -th, D. Keyes, R. L. Clark Blz.

543, 544.

2) Gillespie R.J., Graham J, Hughes E.D., Ingold G.K., en

Peeling E.R.A., Nature 15~

(1946)

Blz.

480

3) Bennett G.M., Brand I.C.D., James D.M., Saunder T.G.,

Williams G., Journal of t,he Chemie al Society

1947.

V

Blz.

474/492

.

4)

U.S. Patent

2.256.999

5)

U.S. Patent

2.370.558

6) Biosrapport

1144

7) Journalof American Society No.

68,

Blz.,

1875

V

8)

Ind. en Eng. Chem. No •

.ll:.~42~

Blz .•

286

e.v.

9) Handbook,of Physics, Hodgeman.

10)

Unit Processes in Organic Synthesis, P.R. Groggins

fourth edition.

11) Chemical Engeneers Handbook, John H. Perry.

~ third edition.