Fabrieksschema van de bereiding van styreen

...

.

...

.,~

.i~;

j

~

:

l;

.

j (.' .~, '" r! '. ~f ;

'.,

_ _ _ _ . 0 - - • ~-~- •

J

F ABRIEKS 8C H.8I:/lA van de

BEREIDING VAN STYREEN

door

T.F. Sassenus November 1951

.,

J

' '

I

-I ..

INHOUD

I. INLEIDING

11. D~ BBREIDINGSMETHOD.t;r~ .r.;N KEUZE VAN HET PROCES

A. Overzicht van de bereidingsmethoden. B. Keuze van het proces.

111. GROOTT.r.; DER PRODUCTIE, GRONDSTOFFEN EN PLAATSING

VAN DE TE ONTWERPEN .b'AB.H.IEK

IV. DE BEREIDING VAN AETHYLBENZEEN

V. DE BEREIDING VAN 0TYREEN

A. Algemene beschouwing.

B. Beschrijving van het proces aan de hand van het schema. C. De materiaalbalans.

D. Berekening van het aantal theoretische schotels

van kolom

4.

--- - , - . _- -~~;:=z=:~--- ---- -r -- -- -- -- --_._---~---"

- I

-

-

-

t~ . . : J _ . i~

,

..

J+

I

r

I I

J

I I ,

J

Û

-

-, ! , I 01 ~ ( i'

r

' 0-I

..,

I

,j-.• I " ,

I

, I

I i :

I

:

'

I 1 i I I ! 'I I t I 1

I!

I I I!

I

I I I ' ! I , I , ,~ I I

H

ij

1 : I 1 ' I frllrl 1\ ' I 1 , i I 1

.,

HET

ONTNERP VAN EEN FABRIBK VOOR DE BEREIDING VAN STYREEN.

I. INLEIDING.

Als doel werd gesteld, voor Nederland een fabriek te ontwerpen voor

de productie van styreen.

De grootte van de fabriek en de keuze van het proces zijn aan Neder-landse verhoudingen en geschatte behoeften aangepast.

1. Eigenschappen van styreen.

Styreen met de structuurformule ~H=CHL is een kleurloze heldere vloeistof met de volgende physische eigenschappen (1):

kpt 760 145.30 _C

diO 0.90675

n~O

1.5465

De belangrijkste eigenschap van styreen is het vermogen van de stof pm te polymeriseren, waardoor macromoleculaire stoffen ontstaan. Ter illustratie diene, dat styreen zonder toevoeging van vreemde stof-fen bij 1300

C polymeriseert met een snelheid van 44% per uur (2).

2. Belangrijkste toepassingen van styreen (3,4,5).

a. De bereiding van polystyreen, een kunsthars, die tot de ther-moplasten gerekend wordt, speciaal geschikt voor het vervaardigen van voorwerpen door spuitgieten.

Het polymerisatieproduct heeft een laag s.g., een hoge trek-sterkte, gunstige electrische eigenschappen; het is doorschijnend en bestendig tegen zuur .en loog. Eolystyreen is niet bruikbaar bij hoge temperaturen en is vrij bros.

b. Door copolymerisatie van styreen met andere stoffen, kan een grote verscheidenheid van producten verkregen worden. Hiervan zijn de elastomeren (rubberachtigen) het belangrijkst. Deze synthetische rub-bersoorten kunnen in vele opzichten, wat hun eigenschappen betreft, concurreren met natuurlijke rubber. Hierdoor vooral heeft de styreen-productie een grote vlucht genomen in de Verenigde Staten en in Duits-land, en kan styreen gerekend worden tot de belangrijk~e strategische materialen.

c. Het toevoegen van styreen aan drogende oliën ter verkrijging van nieuwe soorten verfbindmiddelen.

11. DE BEREIDINGSMETHOD.t;N

.

EN.KEUZB

VAN HET PROCES.

A. Overzicht van de bereidingsmethoden.

1. Uit benzeen en aethyleen in 2 trappen, met als tussenproduct aethylbenzeen (2,4,6 tlm 40):

C₆H₆

*

_C2H4 ) _C6H5C2H5

C6H5C2H5 • _C6HSC2H3 + _H2

2. Uit benzeen en a~thyleen in één trap (44,45): C

6H6 + C2H4 ~ C6H5C2H3 + H2

3. Uit benzeen en acetyleen in één trap (41,42,43):

C₆H₆ + C₂H₂ ) C₆H

_S

_C2H3

4. Uit benzeen en aethylalcohol in 2 trappen (46): C

6H6 + C2HSOH ~ C6HSC2HS + H20

C₆H

SC2H5 )0 C6HSC2H3 + H2

-2-• _C6H5C2H5 + HCl t C 6H

5

CHCICH3 + HCl ~ C₆H 5CHOHCH3 + KCt C 6H6 + C2H5Cl C 6H

5

C2H

5

+ C1 2 C 6H5CHCICH3-t l<oH C 6H5CHOHCH3 - - - -...,.,. C6H5C2H3 + H20

6. Uit acetophenon en een aliphatische alcohol in één trap

(49):

C₆H

5COCH3 + HICHOHR2 ) C6H5C2H3 + RICOR2 + H20

7. Uit butadieën door dimerisatie, gevolgd door aromatisering

(50,51):

-~, C₆H

5C2H3 + 2 H2

8. styreen ontstaat in kleine hoeveelheden bij de droge destil-latie van steenkool en bij kraken van petroleumfracties. B. Keuze van het proces.

Van de onder A schematisch aangegeven bereidingsmethoden werd

de methode A-I als de meest geschikte werkwijze door ons gekozen.

De methode onder

A-2

genoemd, lijkt aantrekkelijk, omdat men in l

één trap het gewenste product gevormd krijgt uit de grondstoffen C_hH

6 en C H • De aangegeven reactie kan verlopen m.b.v. een oxydische kä-taly~a~or (44) of in tegenwoordigheid van zuurstof (lucht) zonder toe voeging van een vaste katalysator (45). Beide patenten, waarin proe-ven beschreproe-ven worden, op laboratoriumschaal uitgevoerd, geproe-ven

maxi-male rendementen aan styreen op van 55~, bij toepassing van recycle

van het reactieproduct. Dit rendement is nog zeer onvoldoende voor toepassing op technische schaal.

De methode onder A-3 genoemd, levert eveneens in één trap het

gewenste product, uitg_{aande van ChHh en C2H2 • Als katalysatoren}

wor-den genoemd AlCl~ (41,42) en een CombinatIe van een cuprozout met een

ammoniumzout (43). De bezwaren van deze werkwijze zijn: de hoofdreac-tie is de vorming van diphenylaethaan; het rendement aan styreen is

+ 45%; acetyleen is in ons land niet in grote hoeveelheden

beschik-baar. De methode onder A-4 genoemd, wijkt af van de methode A-I, door dat aethylalcohol in plaats van aethyleen als basisgrondstof wordt g

bruikt. Deze grondstof leek ons niet geschikt, daar de

alkylerings-reactie van C H en C H OH (46) minder gunstig verloopt dan van C H

en

C2~4' terwïj~ bove~dten

C₂H₅0H niet in grote hoeveelheden

bescRi2-baar lS.

De methode onder A-5 genoemd, is één der oudste werkwijzen om

tot styreen te komen. Uit het reactieschema blijkt reeds, dat het

proces zeer omslachtig is (4), terwijl C?H~Cl een dure grondstof is.

De methoden A-6 en A-7 zijn om dezelrde redenen als

onbruik-baar gekwalificeerd. De uitgangsstoffen bij deze s~thesen zij~géén

eenvoudige en daardoor kostbare stoffen, terwijl de reacties zelf niet gemakkelijk uit te voeren zijn.

Onder A-8 is genoemd het voorkomen van styreen in steenkoolteer en in kraakproducten van de petroleumindustrie. De hoeveelheden sty-reen hierin zijn echter zo gering, dat winning ervan voor stysty-reenpro- styreenpro-ductie van geen belang is.

De gekozen werkwijze A-I gaat uit van de eenvoudige grondstof-fen benzeen en aethyleen, die in ons land beschikbaar zijn (zie

on-der 111). .

Deze bereiding van styreen bestaat uit 2' gedeelten, n.l. de

be-reiding,door een alkylering,van aethylbenzeen, en de dehydrogenering

van gezuiverd aethylvenzeen tot styreen.

Door het feit, dat beide reacties goed en met hoog rendement

verlopen, n.l. 90 - 96% elk, is dit proces verreweg het meest

ge-schikt voor de bereiding van styreen.

Zowel in de Verenigde Staten als in Duitsland, de grote styree

producenten in Wereldoorlog 11, wordt styreen volgens dit algemene

-3-

,

De uitvoering van de reacties en de gebruikte katalysatoren

ver-schillen in sommige gevallen, zoals in de literatuur gegeven is. De uitvoering van beide reacties wordt beschreven bij de bereiding van aethylbenzeen (IV) en styreen (V).

111. GROOTTE D~R PRODUCTI.B, GRONDSTOFFEN EN PLAATSING VAN DE TE

ONT-iiERPEN ~'ABRIEK.

Uitgangspunt is: styreen te produceren voor de bereiding van kunstharsen en eventueel van speciale rubbersoorten, die thans inge-voerd worden.

De handelscijfers voor ons land in 1950 wezen uit, dat + 4500 ton kunstharsen en synthetische rubbersoorten werden uitgevoërd tegen een invoer van deze producten van + 5000 ton.

Verder werden in overweging genomen de productiecijfers van een phenol- en alkydharsenberei,dende fabriek in Hoek van Holland en de P.V.C.-fabriek te Pernis. Beide bedrijven hebben een productie van

+ 2000 ton per jaar.

- Door ons werd een productie aan styreen geraamd van

±

2700 ton per jaar.

Bij de bepaling van de productie-grootte speelt ook de grondstof ... fenvoorziening een belangrijke rol. Voor de geraamde productie zouden beschikbaar moeten zijn: + 900 ton per jaar aethyleen en + 2500 ton per jaar benzeen.

Aethyleen kan gewonnen worden uit:

Cokesovengas (aethyleenfractie).

Kraakgassen van de petroleumindustrie. Aethylalcohol door dehydratering.

De C H -fractie uit C.O.G., die + 40 - 50% C H bevat, werd door ons als 2 4 aethyleenbron gekozen, omdat uit inlfcAtingen bleek, dat een deel van het C H uit

e.o.G.

nog als brandstof gebruikt wordt bij

de stikstofbinding~b~drijven in ons land. De hoeveelheid C₂H₄ , die op

deze wijze nog beschikbaar zou kunnen komen bij de stikstorblndings-bedrijven als de MEKOG en de dtaatsmijnen, zou ruim voldoende zijn voor onze behoefte van 900 ton per jaar.

De kraakgassen bij de petroleumindustrie werden als C H -bron niet gekozen, daar het C₂H

4-gehalte daarin zeer laag is. E~n4c2H4-rij gas kan b.v. uit de C?- C -fractie van de kraakgassen verkregen wor-den door pyrolyse, doCh

e~n

dergelijk bedrijf bestaat in ons land niet·Tenslotte kwam de dehydratering van aethylalcohol niet in aan-merking, daar deze stof in ons land vrijwel geheel gebruikt wordt voo de bereiding van andere hoogwaardige producten.

De bron voor benzeen is de koolteer-verwerkende industrie. Daar ons land in 1950 nog een uitvoeroverschot van benzeen had van 11000 ton, leek een verbruik van 2000 per jaar voor de productie van styreen gerechtvaardigd.

Uit het voorgaande blijkt duidelijk, dat de door ons te ontwer-pen fabriek het gunstigst gelegen is bij een stikstofbindingsbedrijf.

IV. DE BERlSID ING VAN ~THYLBEN~.KEN. (Zie hiervoor verslag van F.A. Doorman) • V. DE BEREIDING VAN STYREEN.

A. Algemene beschouwing.

De dehydrogeneringsreactie is:

C6H5C2H5 ' C_6H5C2H3 + _H2 - 29770 cal/gmol. (52). Deze reactie kan zowel thermisch als katalytisch uitgevoerd worden. Voor deze endotherme reactie is een zeer hoge temperatuur nodig, zowe voor de ligging van het evenwicht als voor de reactiesnelheid. Bij

7000 _{C is de reactiesnelheid groot genoeg voor thermis~he}

dehydroge-nering, maar er treedt dan een aanzienlijke kraking op (2). Toch kan men nog 67%-styreen verkrijgen, indien men maar zorgt voor een zeer korte reactieduur (30).

-4-aethylbenzeen, zowel in Amerika als in Duitsland, katalytisch uitge-voerd, bi j een tempera tuur van ongeveer 600 0 C (2,21 t/m 29).

Tevens werd bij deze processen het aethy1benzeen gemengd met stoom. Hierdoor werden de partiaaldrukken van de aanwezige gasvormige pro-ducten verlaagd. Het verkregen effect van deze stoomtoevoeging is het-zelfde als het verlagen van de totaaldruk van de reactie, n.l.:

eenevenwichtsverschuiving in de richting van de dehydrogenering. Bij 630°C (zonder stoom) ligt het evenwicht bij 25 - 30% styreen, terwijl men met stoom, bij deze temperatuur, een concentratie van 70 - 80% styreen kan verkrijgen (2). Bovendien heeft stoom het voordeel, dat koolstof, die op de katalysator afgezet wordt, door de volgende

reac-ties: C + H

20 ) CO + H2 C + 2H₂0 ~ CO₂ + 2H_{2 ,}

omgezet wordt tot gasvormige producten, waardoor de katalysator niet periodiek geregenereerd behoeft te worden ~2,21).

Bij de Amerikaanse uitvoering werd de stoom tevens gebrukt als warmte

-bron bij de dehydrogenering.

In Duitsland werden de reactiebuizen in de reactor verwarmd met ver-brandingsgassen, afkomstig van gasbranders. Bij deze katalytische

de-o , ~ hydrogenering werd in beide landen een omzetting van aethylbenzeen in

},.,

:

"'"(' 1."1

styreen van 35 - 40% verkregen, terwijl de opbrengst aan styreen

A.~~O'~

jjW

90 - 92% bedroeg. Als bijproducten ontstaan, naast k90lstof; methaan,

~-~. aethaan, aetheen, benzeen, tolueen en een hoog kokend residu.

~ De katalysator, die in Duitsland gebruikt werd, bestond voor bij-na 80 gew.% uit ZnO, en was gemengd met

Al

0 , CaO, MgO,

K

SO en K

2CrO • Sommige fabrieken voegden nog wat

io~

toe als

prom6to~

bij de

water~asreactie (27). Deze katalysator had een levensduur van 2 jaar.

In Amerika, waar in hoofdzaak het Dow-proces voor de styreenbereiding gevolgd werd, bestond de katalysator voornamelijk uit ZnO, Cr₂0

3, Fe

203 _{In de literatuur worden ook andere katalysatoren} en MgO. _genoemd:

ZnO en wat Fe₂0

3, Mn02, NiO~ CoO, Cr20₃ en K20 bij een reactietempe-ratuur van 540 - 870° C (31);

V

205 op A1203 of MgO bij een temperatuurvAn500

d

O (32);

Ni op 0 bij een temperatuur van 480 - 700°0 (33);

Mo op Al

203 bij een temperatuur van 600°0 (34);

S _{als H-acceptor, er ontstaat dus H2S.} Reactietemperatuur 600 - 780°C (35);

Si0₂.A1₂0

3 en wat Cr203 bij een temperatuur van 450 - 700·C (36);

Cr

203, A1203 en Cu of Fe30~ bij een temp. van ~ 600·C (37); Cr

203.A1203 bij een temperatuur van ~ 600°C (38).

Deze artikelen zijn gegevens over proeven op laboratoriumschaal.

I • Bovendien hebben zij het bezwaar, dat of het omzettingsrendement làag

is, of de temperatuur te hoog is, zodat deze gegevens slecht kunnen dienen voor styreenbereiding op fabrieksschaal.

l

De destillatie van het, na dehydrogenering verkregen, vloeibare reactieproduct wordt continu uitgevoerd. Nu is het niet mogelijk om styreen onder atmosferische druk te destilleren, omdat bij het kook-punt van styreen snelle polymerisatie optreedt. Men moet dus dese destillatie onder vacuum uitvoeren. Door het feit, dat de kookpunten van aethylbenzeen en styreen zelfs bij atm. druk maar 9°C verschillen, heeft men voor de scheiding van deze beide stoffen een kolom met onge-veer 70 schotels nodig. Doordat er altijd een zeker

drukverval/scho-tel optreedt, zou er onder in de kolom, ondanks een goede vacuumin-stallatie, een druk van enige honderden mm en dienovereenkomstig een temperatuur > 100°C heersen, die aanleiding zou geven tot een snelle polymerisatie. Zelfs toevoeging van een inhibitor kan dit bij deze hoge temperatuur niet verhinderen. Daarom voert men de scheiding uit in 2 kolommen in serie, ieder met ongeveer 35 schotels~ Hierdoor ver-krijgt men onderin deze kolommen een temperatuur, die niet hoger is dan 90°C, waarbij dan practisch geen polymerisatie optreedt.

In Amerika wordt eerst tolueen + benzeen door destillatie uit ~

het reactieproduct verwijderä, dan wordt S als inhibitor toegevoegd, daarna aethylbenzeen van styreen gescheiden, S en teer uit het sty-reen verwijderd door destillatie, en tenslotte p.t~t.butylcatechol

toegevoegd als inhibitor voor opslag en vervoer.

/

-5-dan aethylbenzeen + benzeen + tolueen in 2 kolommen van styreen ge-scheiden en dit styreen door destillatie verder gezuiverd. Tenslotte scheidt men in een vierde kolom benzeen + tolueen van het aethylben-zeen· Een inhibitor kan men ook tijdens de destillatie toevoegen door de vloeistof, die als reflux dient, door een bak te laten stromen, waarin zich een inhibitor bevindt, zoals S, Se, dinitrobenzeen enz{5~

B. Beschrijving van het proces aan de hand van het schema.

Het aethylbenzeen (verse voeding en r~e) wordt eerst voorge-warmd tot l30~C. Hierna wordt het in een verdamper gebracht, waarna dan dampvormig aethylbenzeen met stoom van ongeveer 160°C gemengd wordt en dan via 2 warmteuitwisselaars naar de reactor gevoerd wordt. In de eerste warmteuitwisselaar stijgt de temperatuur van het stoom-aethylbenzeenmengsel van l50~-+ 375°C en in de tweede van 375~-. 575~ Het mengsel wordt in de eerste warmteuitwisselaar opgewarmd door de reactieproducten uit de reactor. De tweede warmteuitwisselaar en de verdamper worden verhit met verbrandingsgassen, afkomstig van de ver-warming van de reactor.

De reactor is cylindervormig, 4 m hoog met een doorsnede van 2 m. Het materiaal van de cylinder is staal met een stenen voering. In de reactor bevinden zich 26 verticale pijpen, 3.3 m lang en 0.22 m door-I

snede, van roestvrij staal met een Cu-Mn-voering (dit laatste ver-laagt de kans op C-afzetting). De pijpplaten zijn van hetzelfde mate-riaal. '

In het onderste deel van de reactor, tussen pijpplaat en onderkant, en in het onderste deel van de buizen tot een lengte van 12 cm, be-vinden zich porceleinen ringen. De rest van de buizen is opgevuld met de katalysator. Deze bestaat uit pillen. van 20 x 6 mm en heeft de vo~ gende samenstelling. (in gew.%):

77.4 ZnO, 7.6 A1₂0

3, 4.7 CaO, 4.7 MgO, 2.8 K2S0

4

,

2.8 K2Cr0

4

.

Deze katalysator heeft een levensduur van 2 jaar.

De dehydrogeneringsreactie wordt het eerste jaar uitgevoerd bij 600°0 en het tweede jaar bij 610°C.

De reactor wordt verwarmd met 2 gasbranders, waarvan de verbrandings-gassen om de pijpen stromen. Het cokesovengas wordt gemengd met de oncondenseerbare gassen, die bij de d~ydrogenering als bijreactie ontstaan, en met een deel van de verbrandingsgassen. Dit laatste om de temperatuur in de reactor nauwkeurig te regelen.

De feactieproducten worden, na als verwarming gediend te hebbeny

voor de voeding in de eerste warmteuitwisselaar, in een andere warm-teuitwisselaar verder gekoeld, van

±

300~-+150°C. Hierna komen zij in een condensor. De oncondenseerbare gassen + nog niet gecondenseer-de kleine hoeveelhegecondenseer-den koolwaterstoffen + wat waterdamp worden ge-koeld ineen water- en dan in een pekelkoeler tot 2°C, waarbij de koolwaterstoffen en waterdamp condenseren en dan weer gevoegd worden bij het vloeibare product, dat met een temperatuur van ongeveer 40°0 uit de condensor komt. Deze vloeistof gaat naar een separator, waar het water van de koolwaterstoffen gescheiden wordt. Het kwstmengsel gaat naar èen droger met KOH, waar de vervloeide KOH periodiek afge-tapt wordt, en dan naar een voorraadtank, waar 0.01 kg hydrochinon per 100 kg styreen toegevoegd wordt.

Het destillatiesysteem is als volgt:

In 2 kolommen in serie wordt aethylbenzeen + benzeen + to~een van styreen + residu gescheiden, terwijl in èen derde kolom styreen van het residu wordt gesc~eiden en men zuiver styreen verkrijgt. Deze 3 kolommen werken onder vacuum. Tenslotte wordt in een vierde kolom benzeen + tolueen onder atm. druk gescheiden van aethylbenzeen. Deze

4

kolommen, waarvan de gegevens in de volgende tabel vermeld worden, werken continu.

kolom aantal schotels refluxverh. druk in mm boven onder 1 2 3 4 45 28 Raschig ringen ( -- 10 schotels) 40 4 10 0.5 5 30 210 30 120 30 70 atm. druk temp. in

°

c

boven onder 47

48

50 98 92 80 70 136

I

.

- - -

-

-6-Het reactieproduct uit de voorraadtank, dat ongeveer 36% styreen be-vat, wordt via een warmteuitwisselaar (verwarmd tot een temperatuur van 70°C) op de 21ste schotel van de eerste kolom gepompt. Bovenuit komt aethylbenzeen, benzeen en tolueen. Dit mengsel komt via een con-densor en een koeler in een opv&ngdrum, waa~e vacuumleiding uitmondt Door te zorgen, dat de temperatuur van het mengsel na ke~len niet la-ger is dan 40°C, zuigt men al het benzeen + tolueen en wat aethylben-zeen uit de opvangdrum weg. De rest van het aethylbenzeen stroomt via een barometrische valbuis in een voorraadt~ en wordt van

hier-/ '/ uit naar de dehydrogenering gepompt als re_cycle ._

/ Onder uit de kolom komt een mengsel van zeen + residu. Dit wordt op de 26ste schotel van de tweede kolom ge-

SO%

styreen en 20% aethylben-pompt. Bovenuit destilleert een mengsel van 40% styreen en 60% aethy~

benzeen, dat wordt teruggevoerd naar de voedingsschotel van de eerste kolom. Onderuit de tweede kolom komt styreen en residu; dit mengsel wordt op ongeveer 1/3 'van de hoogte in de derde kolom gevoerd. Boven-uit komt practisch zuiver styreen, en onderBoven-uit het residu.

Het vacuum wordt verkregen met een ejecteur.

De producten, die in de vacuumleiding medegevoerd worden, worden ge-condenseerd en gekoeld in een pekelkoeler. Het zo verkregen mengsel van benzeen, tolueen en aethylbenzeen wordt via een warmteuitwisse-laar (verhit tot een temperatuur van 127°C) op 1/& van de hoogte in de vierde kolom gevoerd. Bovenuit desti1~rt benzeen + tolueen + een spoortje aethylbenzeen, en onderuit de kolom wordt aethylbenzeen met zeer weinig tolueen afgetapt (de nauwkeurige berekening van deze ko-lom volgt in D.).

Ook dit aethy1benreen wordt naar de dehydrogenering teruggevoerd. '

De hierbove~eschreven dehydrogeneringsapparatuur heeft slechts

d~ halve 'próduètiecapaciteit van de fabriek. De reden hiervan is, dat bovengenoemde reactor de algemeen gebruikelijke grootte bezit. Boven-dien verhoogt het gebruik van 2 reactoren met toebehoren de flexibi-liteit van het bedrijf. Ten overvloede kan nog worden vermeld, dat de destillatie enkelvoudig uitgevoerd wordt.

C. De materiaalbalans. De dehydrogenering.

Hierbij zal één reactor beschouwd worden.

Zoals reeds in IV we~r vermeld, wordt 352-.0 kg aethy1benzeen per uur

verkregen. In de reactor wordt dus 176.0 kg vers aethylbenzeen inge-voerd en bovendien 264 kg aethy1benzeen, teruggevoerd van de destil-latie. Bij éénmalige doorvoering wordt 40% van het aethylbenzeen om-gezet en wel met een rendement van 91%, in styreen. Omgezet wordt 40/100 x 440 kg

=

176.0 kg

=

1.660 krool aethylbenzeen. Aan styreen wordt dus geproduceerd 91/100 x 1.660 kmol

=

1.511 kmol

=

=

1.511 x 104 kg

=

157.1 kg.

Door ontleding van het aethylbenzeen ontstaat methaan, aethaan, aetheen, benzeen, tolueen en een hoogkokend reàidu, naast wat kool-stof. Deze C wordt met stoom omgezet in CO en CO , volgens de op p. 4

geno~mde

reacties. De totale hoeveelheid gas, di6 ontstaat,bedraagt

72 m per uur en heeft de volgende samenstelling: (in vo1.%):

88 H2' 2 CH

4, 1 C2H6 , 2 C2H4 , 0.5 CO, 6 CO2 en 0.5 N2 .

De totale balans voor één reactor wordt dus in kg/uur: aethylbenzeen aethylbenzeen stoom styreen waterstof methaan aethaan aetheen koolmonoxyde kooldioxyde stikstof benzeen tolueen residu (vers) (recycle) invoer uitvoer 176.0. 264.0 540.0 980.0 264.0 532.8 157.1 5.6 1.2 1.0 1.8 0.4 8.5 0.4 2.0 2.0 3.2 980.0

-

-7-De totale hoeveelheid vloeibaar reactieproduct bedraagt dus 428.3 kg, waarvan ruim 36% styreen.

De destillatie.

Hierbij moet dus 2 x 428.3 kg

=

856.6 kg verwerkt worden; aangenmmen wordt, dat het destillatiesysteem verliesloos werkt.

kolom 1

invoer top bodem

styreen, (afk.v. dehydrog.) 314.2 314.2 aethylbenzeen, 504.0 (afk.v. dehydrog.) 528.0 _{24.0 ·)} styreen, (afk.v. 2e kolom) 59.8 59.8 aethylbenzeen, (afk.v. 2e kolom) 89.6 89.6 benzeen 4.0 4.0 ") tolueen 4.0 4.0 .) residu 6.4 6.4 1006.0 536.0 470.0

1

wordt in vacuumleiding meegezogen en dient als voeding voor de 4e kolom.

kolom 2

invoer top bodem invoer" top bodem invoer top bodem kolom 3 kolom 4 styreen aethylbenz. benzeen tolueen residu 374.0 89.6 6.4 59.8 314.2 89.6 6.4 314.2 314.2 24.0 24.0 4.0 4.0 4.0 4.0 6.4 6.4 470.0 149.4 320.6 320.6 314.2 6.4 32.0 8.0 24.0 De productie aan zuiver styreen bedraagt dus 314.2 kg/uur of

360 x 24 x 314.2 kg/jaar

=

2714688 kg/jaar.

D. De berekening van het aantal theoretische schotels van kolom 4. De beschouwde destillatie is een 3-componentens;ysteem; voor de berekening hiervan werd de methode van Underwood (54) toegepast.

Afleiding van de te eebruiken formules. De volgende symbolen worden gebruikt:

V

=

aantal mol. damp/tijdseenheid

o

=

aantal mol. reflux/tijdseenheid P

=

aantal mol. product/tijdseenheid

W

=

aantal mol. residu/tijdseenheid F

=

aantal mol. voeding/tijdseenheid

R

=

o/p =

refluxverhouding benHen

a,b,c

=

mol. fracties benzeen, tolueen, aethylee. in de vloeistof

op iedere plaats in de kolom

A,B,C

=

mol. fracties benzeen, tolueen, aethylbenzeen in de damp op iedere plaats in de kolom

pa,pb,pc

=

verzadigde dampspanning van benzeen, tolueen, aethylben-zeen bij iedere temperatuur

~

=

totaaldruk in de kolom

~.~= ~elatieve vluchtigheden van benzeen-~ tolueen, tolueen - aethyl benzeen index n

=

aantal platen in het bovenste deel van de kolom

(concen-trating column), ger"ekend vanaf de top tot voedingsplaat

index m

=

aantal platen in het onderste deel van de kolom (exhaust-ing column), gerekend vanaf de bodem tot voed(exhaust-ingsplaat index p duidt op het product (destillaat)

index f duidt op de voeding index w duidt op het residu

q

=

benodigde warmte om 1 mol. voeding in damp om te zetten/ mol. verdampingswarmte.

Het verschil tussen dezelfde letters boven en onder in de kolom

wordt aangegeven door de letters, die betrekking hebben op het

-8-Voor het bovenste deel van de kolom geldt als stofbalans:

V _n+ 1 =

°

_n + P 1)

Dit geldt natuurlijk tevens voor iedere component:

V IA 1 _{n+ n+}

=

0 _{n n} a + ~a _p 2)

Vn+lBn+l

=

0nbn + Pb p 3)

4)

Vn+lCn+l

=

0ncn +

PC

_p

Neemt men constante molaire reflux aan (dit is het geval als de vloeistof op kooktemp. uit de refluxcondensor in de kolom terug-stroomt), dan is 0

=

°

=

0, bovendien is R

=

O/P. Substitueert men dus nu verg.l)nin

2,t

l

(R+l)~+l = _{Ran + a p} 5)

6p identieke manier worden verg. 3) en ~):

(R+l)Bn+l

=

Rbn + b p 6)

(R+l)Cn+l

=

RC n + cp 7)

Voor het onderste deel van de kolom geldt als stofbalans:

Ö _m+ 1

=

V _m + N 8)

Voor iedere component geldt dus:

o

_m+ la 1 _m+

=

V _{m m} A + ~Na _w 0m+l bm+l

=

VmBm + 'Nbw 0m+l cm+l

=

_{VmCm + WC w} 9) 10) 11) Nu geldt 0

=

substitueert

o

+ qF. Neemt men weer constante men 8) in

9),

dan wordt

9):

( O+qJ

n

a

m+1

=

(O+qF-W)A + m Na w of

(RP+qF)am+l

=

(RP+qF-'_vV)Am + _Waw evenzo worden verg. 10) en 11):

(RP+qF)à _m+ 1

=

(RP+qF-vV)B _m + Wb _w

molaire reflux aan en

12) 13)

(RP+qF)cm+l = (RP+qF-W_)Cm + 1~Cw 14)

Kent men voor het bovenste deel van de kolom de vloeistofsamenstel-ling op de nde schotel, de destillaatsamenstelvloeistofsamenstel-ling en de refluxver-houding, dan kan men met behulp van

5), 6)

en

7)

de dampsamenstel-ling op de(n+l)de schotel berekenen. Uit deze dampsamensteldampsamenstel-ling kan men de vloeistofsamenstelling op de (n+l)de schotel als volgt

bere-kenen: a

Combineert men de wet van Raoult: _Pn+lan+l

=

PI (PI

=

partiaaldruk van component a in het mengsel) met de wet van Dalton: A _n+

l~'

ï r

(in het beschouwde systeem van benzeen~ tolueen en aethylbenzeen mag de wet van Raoult toegepast worden), dan vindt men:

An+l-rr evenzo is: Bn+l

-rr

bn+l

=

pb n+l Cn+llT c n+_l = c P_n+_l Nu geldt: an+l + bn+l+ cn+l Substitutie hierin An+l Bn+l + a pb Pn+l n+l f t + 15) 16) 17)

=

1. van 15), 16) en 17) geeft: Cn+l

₌

1 18) pC n+l

I

.

I •

-9-Nu is:

An+l b_{n +l}

IX.

=

Bn+l a n +l Substitueert men hierin 15) en 16), dan wordt:

a (I( Pn+l _.b:venzo

=

_T

.

n+l Substitutie hiervan A l_n+ lf" 0( B l/r n+ + _p a n+l pb pa is

_f3

₌

n+l 0<

f3

>11' n+l en pC pC n+l n+l i a 18) : of:

P~+l

=1f (A_{n +l +} ex. Bn+l + IXJ3C_{n +l )} 19)

A l ' B 1 en C 1 zijn echter bekend (zie p. 8); bovendien kan men n+ n+ n+

ex. en,.B ui t de dampspannings~ijnen van benzeen, tolueen en aethylben-zeen berekenen en dus is Pn+l bekend (en hiermede de temperatuur op deze schotelJ.

Uit 15), 16) en 17) volgt dan de vloeistofsamenstelling op de (n+l)de schotel. Deze bewerkingen kan men zo van schotel tot schotel voort-zetten tot aan de voedingsschotel.

Voor het onders~~.".dll~ft;I,L)-Y;~~ ~)e kolom kan men uit de daml'samenstelling op de mde schotel\/de~Ioels'iofsamenstelling op de (m+l )de schotel vinden, mits men natuurlijk ook ti, P, F, N, q, a , b en c kent.

Maar kent men de vl&gistofsamenstel1ing op de (m~l)d~ scho~el, dan kan men, met dezèlfde vergelijking~als hierboven, de dampsamenstellin, op de mde schotel berekenen.

Op volkomen identieke wijze als voor het bovenste deel van de ko, lom werd beschreven, kan men uit de dampsamenstelling op de mde scho-tel de vloeistofsamensscho-telling op de mde schoscho-tel berekenen. Men vindt dan:

pa =1r (A + oe.B + oI.f3C ) 20)

m m m m

En hieruit met behulp van 15), 16) en 17) de vloeistofsamenstelling op de mde schotel.

Bepaling van de minimumreflux.

Aangenomen wordt, dat de scheiding plaats vindt tussen component b en c, dus tolueen en aethy1benzeen (het destillaat bestaat uit benzeen + tolueen en een spoortje aethylbenzeen en het residu bestaat uit aeth~

benzeen met heel weinig tOlueen). Deelt men 6) door 7) dan:

B 1 Rb + b

2!L _ n p 21)

C_{n+l -} RC_n + cp

Deelt men 16) door 17), dan vindt men:

B b

C n+l

=

j3 c n+l. Subs ti tueert men di t in 21), dan: n+l n+l

b 1 .abn + b_p

f>.-B:L =

-c n+_{l RC n} + cp 22)

Bij minimale reflux is de verandering in samenstelling tussen 2 scho-tels te verwaarlozen. Men kan dus stellen: Bn+l

=

_bn en _{c n +l}

=

cn. Verg. 22) wordt dan:

b n _ Rbn + bp c - Rc + c n n p 23) Hierm.it volgt: p Rcnb_n + ;B_cpbn

=

_{Rbnc n + bpcn of} R(,. - _l)bncn = _{bpCn -f'Cpbn} of b C R(~ - 1)

=

1f

~,~ n _cn 24)

Dit is de minimum waarde van R, die nodig is om een bepaalde waarde van b en C in het bovenste deel van de kolom te verkrijgen. Deze

waard~ neem~ toe als b afneemt en c toeneemt, hetgeen het geval is als men van de top naa~ beneden gaat~ De minimum waarde van R voor de gegeven scheiding wordt verkregen uit de laagste waarde van b

n en de hoogste waarde van c , die)op welke schotel dan ook)in het bovenste deel van de kolom ge~onden worden.

I •

-10-volgt vinden:

Men deelt 13) door 14):

(RF _{+ qF)bm+l -} lfu_w Bm _bm

(RF + qF)Ö

m+1 -

wC

w =

~

=

~

ëm

25)

Om de zelfde redenen ali in de berekening voor het bovenste deel is:

(RP + qF)b m - vVbw

b

m 26) (RF + qF)ö m - WCw

=

~

ëm Hieruit volgt: ( RF + q F ) 1)

ë

m - ~'{b C = (HP + q E' )

c

(l. b - {l. W C b: 0 f m w m mr m }~ w m (RF + qF) ( ~ - I _)bmCm

=

~Wbmcw -W'bwc

_m

of c b (RP + qF)( ~ - 1)

=

W(~ëW -

r)

m m

27)

De waarde van R, gegeven door deze vergelijking, neemt toe als b

toeneemt en

ë

afneemt, hetgeen het geval is, als men in de kolom van af de bodem niar boven gaat. De minimum waarde van R voor de gegeven scheiding wordt bepaald door de hoogste waarde van b en de laagste waarde van cm op elke willekeurige schotel in het on~erste deel van de kolom.

Uit

24)

en

27)

is te zien, dat de minimum reflux voor de gegeven sch~

ding bepaald wordt door de fractionnering, die nodig is voor de scho-tels even boven en even onder de voedingsschotel. In dit geval van minimum reflux is de samenstelling op deze schotels practisch gelijk. Dan wordt 6): Rb_n + b p

(R

_{+ l)Bn}

=

_{Rbn + b p of Bn}

=

R +

1

En 13): (RP + q.B' - W)B_n

=

(.tü> _{+ qF)bn -} !''i_bw 28) 29)

Substitutie van 28) in 29) geeft: [

(HP + qF -

'

j

n

_{(Rbn +} b_{p )}

=

(R + 1) l.(RE + qF)b_n - Wb_w

!

of RPb_p +

éi

Fb

p - WHbn - Wbp

=

RPbn + qFbn - RNbw - Nbw Nu geldt: F

=

W + P, en dus ook Fb_f

=

_{Pb p} + Wbw. Substitutie hiervan in 30): qFb_p - Fb_p + _{RFb f + Fb f}

=

qFb_n + _RFbn bn(R + q)

=

bp(q -

1)

+ bf(R +

1)

of of

CR

+ l)b f + (q - l)bp bn

=

R + q

Op dezelfde manier vindt men· voor cn: (R + l)C f + (q - l)cp On

=

R

+ ~ Substitueert men 31) en 32) in 23) (R+l)b_{f + (q-l)b p}

~

(R+l)C f + (q-l)Cp R _{[(R+l )b f +} R +

=

R[(R+l)C f + R + (R+l)b f + (q-l)bp

=

Rb f + qb p

~

(R+l)C_{f + (q-l)c p RC f + qc P} (of in 26), (q-l )bp~ 31) 32) dan is: of 33) 30)

Dit is de minimum reflux, benodigd voor scheiding Is de voeding nu vloeistof op kooktemperatuur dan

1 b C

in de hele kolom. is q

=

1. Dan is

1\nin

.

=

~

-l

<lÇ -

~~)

Nu is C in het algemeen

p klein en kan verwaarloosd worden, dus

b_p 34) De vloeistofsamenstelling op de voedingsschotel. a.-JI h -- ---lh-I 1----'----thH

Als de juiste schotel voor de voeding, plaat nis, dan zal, indien men de voeding op de (n-l)de schotel of op de (n+l)de schotel brengt, minder goede

fracti-I •

-11-onnering optreden.

Om

te bepalen of de voeding op· de juiste schotel wordt ingebracht, kan men het volgende afleiden (weer voor de compo-nenten b en c).

Voor geval I:

Deelt men

6)

door

7)

:

Bn _ Rb_n_

l + bp

C

n - RCn_l + cp

21)

Stel, dat de voeding een schotel te hoog wordt ingevoerd: geval 11: <levö.1 :IJ:

F

~ ~---fn-,

t

In dit geval zal da vloeistofsamenstelling op de (n-l)de schotel niet veranderd zijn, maar wel de damp, die van de nde schotel opstijgt. Noemt men deze dampcomponenunB~ en C~, dan is:

(RP+qF-W)B' _n = . (RP+qF)b _n-1 - 'Nb _w

Ö.b .... _₁

13) (RP+qF-W)C' _n

=

(RP+qF)c _n-1 - Wc _w 14) Deling van 13) door 14):

B~ (RP+qF)b_n__l - 'Nb_w

Cn'

=

(RP+qF)c _n-1 - Wc _w

1 - - - 1 h + /

25)

Is de fractionnering in geval I beter dan die in geval 11, dan is

B _n B' _n

C

_n

<

C'

_n

daar component b in het destillaat en component c in het

residu komt. Vult men 21) en 25)

(Rl'+qF)b 1 - Wb

in bovenstaande ongelijkheid in: Rb n_l + bp RC_n_ l + cp Substitueert

<

n- w (RP+qF)c_n__l - 'Ncw men hierin Wb

_w

=

FPf _~ Rb _n-1 + b _{p )} ~ _{Rb f} _____ _{+ qb p} ... _ RC n_l + _{cp RC f + qc P}

Ge.vo.l JIr Voor het gedeelte tussen

1 - - - 1 r ' 1 - / tel heeft men:

Bn+l _(RP+qF)bn - _\Vbw Cn+l

=

{RP+qln cn Ncw I - - T - - - f n

.L..

A.

VÎJf;,~

... ,

B~+l

_{Rbn + b p} t---'---;h+/ C~+l

=

RCn + cp 35) 36)

de nde en (n+l)de

scho-25)

21)

Is de fractioonering in geval I beter dan in geval 111, dan. is: Bn+l

<

B~+l _(RP+qF)bn - WOw _{Rbn + bp}

C

n+l

C~+l

(RP+qF)cn - Ncw

<

~R~C~n~+-c~p

Evenals bij 11 wordt

37)

gereduceerd tot:

37)

Rb_n + _{b p} Rb_{f + qb p} RC

n + cp

<

RCf + qc_P 38)

De vergelijkingen 36) en 38) geven een bovengrens aan de vloeistof-samenstelling op de voedingsschotel en een benedengrens aan de vloei-stofsamenstelling o~ de schotel boven de voedingsschotel.

Substitueert men 21) in 36), dan vindt men:

bn 1 Rbf + qbp

c n )

i1

Rc f + q cp

39)

De samenstelling van de vloeistof op da voedingsschotel moet dus vol-doen aan de grenzen, die gesteld zijn door 38) en

39).

-12-Uitvoering van de berekening. De invoer bedraagt: benzeen

tolueen

aethylbenzeen

De mol.fracties van de invoer zijn dus: benzeen tolueen aethylbenzeen 4 kg/uur 4 kg/uur 24 kg/uur. 0.160 0.135 0.705.

...

Er is aangenomen, dat in het destillaat een mol.fractie aethylbenzeen aanwezig is van 0.005, en dat er geen benzeen in het residu voorkomt. De destillaatsamenstelling is dan: benzeen tolueen aethylbenzeen 0.542 0.453 0.005. De residusamenstelling: tolueen 0.006 aethylbenzeen 0.994.

De invoer bestaat uit 4000/78 mol. benzeen + 4000/92 mol. tolueen +

24000/106 mol. aethylbenzeen. De grootte van de invoer F bedraagt dus 51.282 mol. benzeen + 43.478 mol. tolueen + 226.415 mol. aethylbenz.= 321.175 mol.

In het destillaat is eveneens 51.282 mol. benzeen aanwezig. Het aan-tal mol. destillaat P is dus: 51.282/0.542

=

94.616 mol.

Daar F

=

W + P, bedraagt het residu W: 226.559 mol.

De voeding F is vloeistof op kooktemperatuur, dus q = 1.

Ie schotel:

Daar aangenomen is, dat er in de condensor geen fractionnering I i optreedt, is de destillaatsamenstelling

=

dampsamenstelling op de eer

-jste schotel. Met behulp van vergelijking 19) wordt door een "trial

rand error"methode de juiste temperatuur op deze schotel bepaald. I Neemt men een temperatuur van 105°C aan, zoals vermeld in het

Bios-rapport (21), dan vindt men uit de bijgevoegde grafiek (de dampspan-ningslijnen in deze grafiek werden geconstrueerd met behulp van de gegevens uit perry (55»:

P~

=

1550 mm pb

=

650 mm 1 (j..

=

2.38 ~ = 2.17 pc

=

300 mm 1 a

Me~ behulp van deze relatieve vluchtigheden vindt men een nieuwe PI:

P~ = 760 (0.542 + 2.38 x 0.453 + 5.17 x 0.005) mm

=

1251 mmo Dit komt overeen met een temperatuur van ongeveer 97°C.

Nu wordt weer gecontroleerd of dit de juiste temperatuur is. Bij aan-name van deze temperatuur vindt men uit de grafiek:

a' PI

=

1250 mm b' PI = 510 mm c' PI

=

230 mm 0<. =2.45 ~ = 2.22 Hieruit volgt: a" PI

=

760 (0.542 + 2.45 x 0.453 + 5.44 x 0.005) mm

=

1276 mmo Dit komt overeen met een temperatuur van 98°C.

Controle of dit de juiste temperatuur is; dan vindt men: a" PI

=

1275 mm bH PI

=

530 mm d' PI

=

240 mm 0<.

=

2.41 ~

=

2.21 Dus:

p~l/I=

760 (0.542 + 2.41 x 0.453 + 5.33 x 0.005) mm = 1262 mmo

Dit komt dus ongeveer overeen met de aangenomen temperatuur van 98°C. Met behulp van verg. 15), 16) en 17) Vind t :-,mèn-J.dan de vloeistofsamen-stelling op de Ie schotel:

-13-760 _0.326 al

=

1262 x 0.542

₌

bI

=

1262 x 2.41 x 760 0.453

=

0.657 760 _{x 0.005 0.016} cl

=

I2b"2 x 5.33

=

0.999 2e schotel:

Met behulp van verg. 5), 6) en 7) vindt men uit al' bI en cl de

waarden van A_{2 ,} B_{2 en 02.}

Nu is volgens verg. 34) ~a~8=mm~;~;ma~~f~1~ bij een gemiddelde waarde

van ~ van 2.05 de minimale reflux:

0.453

Rmin.

=

(2.05 - 1)0.135

=

3.2

Als refluxverhouding voor de kolom is dan aangenomen:

6A2

=

5 x 0.326 + 0.542 A₂

₌

0.362 6B₂

=

5

x

0.657 + 0.453 B 2

=

0.623 6C₂

=

5

x

0.016 + 0.005 C₂

₌

0.014 0.999 p~

=

760 (0.362 + 2.41 x 0.623

Dit komt overeen met 103°C.

+ 5.33 x 0.014) mm

=

p~

=

1473 mm

~

pb

=

610 mm CÁ

=

2.41 2 280 mm \ 2.18 a 2

₌

_{1473 x} 760 0.362 b2

₌

_{1473 x} 760 2.41 x 0.623 c 2 760 _{5.25 x 0.014}

=

_{1473 x} 3e schotel: 6A 3

=

5 x 0.187 + 0.542 6B 3

=

5 x 0.775 + 0.453 6°3

=

5 x 0.068 + 0.005 ()(~= 5.25

=

0.187

=

0.775

=

0.038 1.000 A3

=

0.245 B3

=

0.721 °3

=

0.033 0.999 p~ = 760 (0.245 + 2.41 x 0.721 +

Dit komt overeen met 107°0.

5.25 x 0.633)

P3

=

1639 mm pb

=

690 mm 3 320 mm 0'.

=

2.38 ~

=

2.16 a 3 - 1639 760 x 0.245 b 3 760 _{2.38 x 0.721} = _{1639 x} c 3 760 _{5.14 x 0.033}

=

1639 x

ot.r

=

5.14

=

0.114

=

0.796

=

0.079 0.989 mm = R

₌

5. 1473 mmo 1639 mmo

"De som van a , b en c wijkt meer dan 1% af van 1. Nu zal als cri-terium gesteld w6rden,3 dat de som van de mol.fracties van de

vloei-stof niet meer dan 1% mag afwijken van de waarde 1. Men kan dus de

som van a , b en c

=

1 maken, door iedere component met 1/0.989 te

vermeni~vdldigen.

D1t is echter alleen maar geoorloofd als de nieuwe

ge-

-14-lijk zijn aan de oorspronke-14-lijke (f.. en ~. Deze eenvoudige correctie kan

dus wel toägepast worden op a₃ daar tiierin~en ~ niet xoorkomen. Men

moet dan P met 0.989 vermenigvuldigen en vindt dan: P

=

1639 x 0.989

=

1622

mm.

3Dit komt ongeveer overeen met 107°C, hetgeerl dezelfde

waar-de is als waar-de oorspronkelijke. De cf.. en ~ blijven dus gelijk, en men mag

b 3 _I en c3 met 1/0.989 vermenigvuldigen. ₁ a 3

=

0.114 x 0.989

=

0.115 / 1 b3

=

0.796 x 0.989

=

0.805 c

3

= 0.079 x 0.§89 = 0.080 1.000 4e schotel: 6A₄

₌

5 x 0.115 + 0.542 611 4

=

5 x 0.805 + 0.453 6C 4

=

5 x 0.080 + 0.005 P~

=

760 (0.186 + 2.38 x 0.746

Dit komt overeen met 110°0.

+ a P4

=

1756

mm

~ pb

=

750

mm

4 (X= 2.33 2.11 355 a 4 760

=

1756 x 0.186

=

0.081 b₄ =

ï'75'b

760 x 2.33 x 0.746 = 0.753 c_{4 =} 760 4.92 x 0.068 0.145 1756 x

=

A4

=

0.186 B4

=

0.746 C 4

=

0.068 1.000 5.14 x 0.068) mm

₌

1756 mmo ~ 0.979 0

Na correctile wordt P

=

0.979 x 1756 mm

=

1719 mm en dus de temp.l09C.

Nu blijkt bij deze t~mperatuur de ~ en ~ verschillend te zijn van de

oorspronkelijke ~en ~ op deze 4e schotel. a₄, b₄ en c

4 moeten dus met

deze nieuwe ~ en

0

berekend worden.

a' P4

=

1719

mm

l bi

r

P4

=

730 mm 0( = 2.35

t

~

=

2.12

D(0

=

4.98 c' P4

=

345 mm

a

₄

=

l1~~

x 0.186

=

0.082 bi

₌

760 1719 x 2.35 4 x 0.746 = 0.775

,

₇₆₀ 4.98 x 0.068 0.150 c 4

=

1719 x = 1.007 5e schotel: 6A 5

=

5 x 0.082 + 0.542 A5 6B 5 = 5 x 0.775 + 0.453 B5 6°5

=

5 x 0.150 + 0.005 °5

=

0.159 = 0.721

=

0.126 1.006 P~

=

760 (0.159 + 2.35 x 0.721 + 4.98 x 0.126) mm

=

1886 mmo

I • a 5 b 5 c 5 1886 mm 810 mm 380 mm 760

=

1886 x 760 = _{1886 x}

~

0.159 2.33 -15-fi..= 2.33 \ ~

=

2.13

=

x 0.721 = 760 _{4.96 x 0.126} = 1886 x = 6e schotel:

6A

₆

₌

5 x 0.064 + 0.542 6B₆

₌

5 x 0.677 + 0.453 6°6

=

5 x 0.252 + 0.005 0.064 0.677 0.252 0.993 A6

=

0.144 B6

=

0.640 06

=

0.211 0.995 p~

=

760 (0.144 + 2.33 x 0.640 + 4.96 x 0.211) mm

=

2038 mmo Dit komt overeen met 116°0.

a P6

=

2038 mm I t rf..

=

2. 29 L pb

=

890 mm ( 6

~

~

= 2.09 p~

=

425 mm 760 _0.054 a₆ = 2038 x 0.144 = 760 _0.640 0.547 b 6

=

2038 x 2.29 x = 760 _{x 0.211 0.377} c 6 = 2038 x 4.79 = a' 0.978

Gecorrigeerd: P6

=

0.978 x 2038 mm

=

1993 mm, en dus de temp. 115°0.

a' P6

=

1993 mm ( bi r P6

=

865 mm c' \ P6

=

415 mm (j.

=

2. 30

l

~

=

2.08 I 760 a 6 = 1993 x 0.144 I 760 b 6 =

ïm

x 2.30 x 0.640 c' _{6 = 1993 x} 760 4.78 x 0.211 7e schotel: 6A 7

=

5 x 0.055 + 0.542 6B 7

=

5 x 0.561 + 0.453 607

=

5 x 0.384 + 0.005 = = = 0.055 0.561 0.384 1.000 ~

=

0.136 B7

=

0.543 07

=

0.321 1.000 P~ = 760 (0.136 + 2.30 x 0.543 + 4.78 x 0.321) mm

=

2218 mmo

Dit komt overeen met 119°0. a

E7

=

2218 mm \ pb

=

965 mm

7

t

p~

=

465 mm J 01.= 2.30 ~= 2.08 •

I

-I

I

.

I

I

•

- - - - - -16-A7

=

221S x 760 0.136 = 0.047 b 7 760 _{2.30 x 0.543} 0.42S

=

22ï8

x = c 7 760 4.78 x 0.321 0.526

=

'22T8

x = 1.001 Se schotel: 6As

₌

5 x 0.047 + 0.542 _AS 6Bs

₌

5 x 0.42S + 0.453 _BS 6CS = 5 x 0.526 + 0.005 _Cs P~

=

760 (0.130 + 2.30 x 0.432

Dit komt overeen met 123°C.

+ 4.7S x a P bs

=

2449 mm ( _{I IX= 2.29 I} Ps

=

1070 mrn J ~ ~

=

2.04 pC

=

525 mm S ()\~= 4.67 760 _0.040 aS = 2449 x 0.130 = 760 _0.432 0.307 bS

=

~ x 2.29 x = 760 _{x 0.439 0.636} Cs = 2449 x 4.67

=

= 0.130

=

0.432 = 0.439 1.001 0.439) rnm

=

2449 mmo a' 0.9S3 0 Na correctie wordt: P8

=

0.983 x 2449 mm

=

2407 mm, ~ 122.5

c.

al 2407 mm Ps = bI ()(= 2.2S Ps = 1055 mm Cl

0=

2.05 P8

=

515 mrn

,

aS

₌

2407 760 x 0.130 , 760 bS

=

2407 x 2.2S x 0.432 , 760 c8

=

2407 x 4.67 x 0.439 ge schotel: 6A 9

=

5 x 0.041 + 0.542 6B 9

=

5 x 0.311 + 0.453 6C 9

=

5 x 0.64S + 0.005

~

=

=

=

IY-p=

4.67 0.041 0.311 0.648 1.000 A9--= 0.125 B9

=

0.335 C 9

=

0.542 1.002 P~ = 760 (0.125 + 2.28 x 0.335 + 4.67 X 0.542) mm

=

2599 mmo

Dit komt overeen met 125.5°C.

a P9

=

2599 mm \ pb

=

1150 mm 9 { pC

=

565 mm 9 760 a 9

=

2599 x 0.125 0<.

=

2.26

i

~

=

2.04

=

760 _0.335 b 9 =

2599

x 2.26 x = c 9 760 _{4.61 x 0.542}

=

2599 x

=

rI-~ = 4.61 0.037 0.221 0.730 0.988 ~

. . - - . . - - - --

- -17-a'

Na correctie wordt P9

=

0.988 x 2599 mm

=

2568 mmo ~ temp. 125°0.

a

P9

=

2568 mm l bi J ~

=

2.27 P9

=

1130 mm

~

0<0=

4.63 c'

f

0

=

2.04 P₉

=

555 mm I 760 a 9

=

2568 x 0.125

=

0.037 bl₉

=

2~~~

x 2.27 x 0.335 = 0.225

Cg

=

2~~~

x 4.63 x 0.542

=

0.743 1.005 10e schotel: 6A10

=

5 x 0.037 + 0.542 6B₁₀ = 5 x 0.225 + 0.453 6C_IO

₌

5 x 0.743 + 0.005 AIO BlO C IO

=

0.121 = 0.263

=

0.620 1.004 P~O

=

760 (0.121 + 2.27 x 0.263 + 4.63 x 0.620) mm

=

2728 mmo

Dit komt overeen met 128°C.

a P lbO = 2728 mm l _{( rf... = 2. 21 l} PlO

=

1235 mm { ~r= 4.51 ~

=

2.04 605 mm 760 0.034 alO

=

2728

x

0.121

=

blO

=

2728 x 760 2.21 x 0.263

=

0.162 c 10

=

2728 x 760 4.51 x 0.620

=

0.780 f 0.976

Na correctie wordt: P~O

=

a'

°

0.976 x 2728 mm

=

2663 mmo ~temp. 126.50 PlO

=

2663 mm b'

r

0\

=

2.26 PlO

=

1180 mm c' ~

0=

2.03 PlO

=

580 mm

rx0=

4.59 , 760 0.034 alO

=

2bb3

x 0.121

₌

I 760 6 blO

=

2bb; x 2.2 x 0.263

=

0.169

,

760

_x

_{0.620 0.811} c₁₀

₌

2b"b3

x 4. 59

₌

1.014 Opnieuw a" al'

gecorrigeerd wordt PlO

=

1.014 x 2663 mm

=

2700 mm~ 1270

c.

PlO

=

b" PlO

=

2700 mm \ 1200 mm

()(

=

2.25 \ ~ = 2.03 c" PlO

=

590 mm

}

"

760 0.121 alO

=

2700 x

=

bil

₌

760 2700 x 10 2.25 x 0.263

=

c₁₀ ll

₌

_{2700 x} 760 4.57 x 0.620

₌

o(~= 4.57 0.034 0.166 0.796 0.996

I

•

- - -18-lle schotel: 6~1

=

5 x 0.034 + 0.542

_~l

₌

0.119 6B_ll

₌

5 x 0.166 + 0.453 _BIl

₌

0.214 6C_ll

₌

5 x 0.796 + 0.005 _Cll

₌

0.664 0.997 P~l

=

760 (0.119 + 2.25 x 0.214 + 4.57 x 0.664) mm

=

Dit komt overeen met 128.5°C.

a PIl

=

2763 mm pb

=

1250 mm

~

~l

l PIl

=

615 mm j (f..

=

2.21 } ~ = 2.03 all

=

2763 x 760 0.119

=

bIl

=

2763 x 760 2.21 x 0.214

=

c_ll

₌

_{2763 x} 760 4.49 x 0.664

₌

,

0.033 0 .. 130 0.820 0.983 2763 mmo 0

Na correctie wordt pa ₁₁ = 0.983 x 2763 mm = 2716 mmo - - ' > dus temp.127.5

a' PIl = 2716 mm

}

b' 0<

=

2.23

}

PIl = 1220 mm rA~ = 4.50

}

~= 2.03 c' PIl

=

600 mm I 760 0.119. 0.033 all

= '27ïb

x

=

I 760 2.23 x 0.214 0.134 bIl

=

2716 x

=

1 760 4.50 x 0. 664 0.837 c_ll

₌

_{2716 x}

₌

1.004 Uit verg. 38) volgt:

5bn + 0.453

<

5 x 0.135 + 0.453 5cn + 0.005 5 x 0.705 + 0.005 5bn + 0.453 5c n + 0.005

<

0.320 Uit verg. 39) volgt:

bn

>

1 5 x 0.135 + 0.453

c_n 2.03 x

5

x 0.705 + 0.005 bn )

c_n 0.158

G

Dit zijn de voorwaarden, waaraan ten voldoen, en dit is inderdaad uit volgt, dat de lle schotel de

bn en cn op de voedingsschotel moe-het geval met bI' en cll. Dus hier-voedingsschotel IS. .

12e schotel:

Daar deze schotel deel uitmaakt van het gedeelte van de kolom

Qnder de voedingsschotel, moet om uit a", bIl en cl]' A12'

B

₁₂ e~ C1.2 te berekenent overgegaan worden op v~rg. 12), 13) , 14) en

--207. Uit 12), 13) en 14) volgt: 794.255 x 0.033

=

567.696 _A12 ~2

=

0.048 794.255 x 0.134

=

_{567.696 B12} + 226.559 x 0.006 _B12

=

0.185 794.255 x 0.837

=

_{567.696 C12} + 226.559 x 0.994

U

₁₂

=

0.774 1.007 Uit 20) volgt:

I

•

I

--r9~

a

P12

=

160 (0.048 + 2.23 x 0.185 + 4.50 x 0.114) mm

=

2991 mmo Dit komt overeen met 132°C.

a

P12

=

2997 mm 1) \ 0(

=

2. 20 L P12 = 1365 mm f ~~= 4.42 ë

t

fl..

=

2. Ol P 12

=

680 mm f ,-a₁₂

₌

₂₉₉₇ 760 _x 0.048

₌

0.012 b₁₂

₌

₂₉₉₇

760 x 2.20 x 0.185

₌

0.103 160 x 0.174 0.869 c₁₂

₌

_{2997 x 4.42}

₌

a

l

0.984 Na correctie: _P12

₌

0.984 x 2997

=

2949 mmo ~ äl 2949 P12

=

mm

~

15'

0<= 2.21

\

P12

=

1335 mm o(~ = 4.46

C'

~

~= 2.02 P12

=

660 mm - I 160 0.048 0.012 a₁₂

₌

_{2949 x}

₌

- I 760 2.21 x 0.185 0.106 b 12

=

2949 x

=

- / 760 4.46 x 0.774 0.891 c12

=

2949 x

=

1.009 13e schotel: 194.255 x 0.012

=

567.696 A₁₃ 794.255 x 0.106

=

561.696 B 13 + 226.559 x 0.006 794.255 x 0.891

=

_{567.696 C13} + 226.559 x 0.994 131°C. ~3

=

0.017 Ë₁₃

=

0.146

ë

₁₃

=

0.850 1.013 P~3

=

160 (0.011 + 2.21 x 0.146 + 4.46 x 0.850)mm

=

3140 mmo

Dit komt overeen met 134°C. a P13

=

3140 mm b

lo< =

2.18 \ P = 1440 mm I rAA 4 36 1c 3 \ _{~ = 2.00}

,-=

·

P₁₃

=

120 mm 760 a13

=

3140 x 0.017

=

0.004 - 160 b13

=

3140 x 2.18 x 0.146 = 0.011 - 160 c13

=

3140 x 4.36 x 0.850

=

0.897 ä _' 0.978 _° Na correctie: P13

=

0.978 x 3140 mm = 3071 mmo ~ 133

c.

a

'

P 13 = 3011 mm

\

b' 0(= 2.19

\

P₁₃

₌

1400 mm o<~= 4.38

~

~= 2.00

c'

_{700 mm} P 13 = - I 760 a13

=

3071 x 0.011

=

0.004 - / _{- 760 2 19} 0.146 0.079 b 13 = 3071 x • x

=

- I 760 4.38 x 0.850 0.920 C 13

=

3071 x

=

1.003

-20-14e schotel: 794.255 x 0.004

=

567.696 A₁₄ 794.255 x 0.079

=

_{567.696 B14} + 226.559 x 0.006 794.255 x 0.920

=

_{567.696 C14} + 226.559 x 0.994 ~4

=

0.006

13

₁₄

=

0.108 C14

=

0.890 1.004 P~4

=

760 (0.006 + 2.19

x

0.108 + 4.38

x

0.890)

mm

=

3147

mmo

Dit komt overeen met 134°C.

13: P14

=

3147 mm b l rf..

=

2 .18

~

P

=

1440 mm J 14 _J I _~

₌

2. 00 C _{720 mm} P 14

=

a 14 760

=

3147 x b 14 760

=

3147 x c₁₄

₌

₃₁₄₇ 760 _x 15e schotel: 0.006

=

0.001 2.18 x 0.108

=

0.057 4.36 x 0.890

=

0.935 0.993

Daar de benzeenfractie op deze schotel kleiner zal

zijn~~~OOl,

kan de hoeveelheid benzeen van nu af aan verwaarloosd worden. 794.255 x 0.057

=

567.696 B₁₅ + 226.559 x 0.006

794.255

x

0.935

=

567.696 C₁₅ + 226.559

x

0.994

P~5

=

760 (0.077 + 2.00 x 0.911) mm

=

1443 mmo

Dit komt overeen met

b P 15 c P 15 b 15 c₁₅

=

1443 mm ~

=

720 mm 760

=

1443 x 0.077 7613

=

1443 x 2.00 x 16e schotel: 134°C. 2.00

=

0.040 0.911

₌

0.960 1.000 794.255 x 0.040

=

_{567.696 B16} + 226.559 x 0.006 794.255 x 0.960

=

_{567.696 C16} + 226.559 x 0.994

P~6

=

760 (0.054 + 2.00 x 0.946) mm

=

1479 mmo

Dit komt overeen met 135°C.

b P 16 c P 16 b16

-

_c 16

=

1479 mm ~

=

740 mm

f>

=

2. 00 760

=

1479 x 0.054 760

=

1479 x 2.00 x 0.946

=

0.028

=

0.972 1.000 B15

=

0.-077

ë

15

=

0.911 0.988 ~16

=

0.054 C₁₆

=

0.946 1.000

-21-17e schotel: 794.255 x 0.028 = 567.696 B17 + 226.559 x 0.006 13₁₇ = 0.037 794.255 x 0.972 = 567.696 C₁₇ + 226.559 x 0.994

ë

₁₇ = 0.963 1.000

'0

P17 = 760 (0.037 + 2.00 x 0.963) mm = 1492 mmo

Dit komt overeen met 135.5°C.

1) = 1492 mm P17

~

'C ~= 1.99 P17 = 750 mm b 17 = 1492 x 760 0.037 = 0.019

-

760 1.99 x 0.963 0.975 c 17

=

1492 x

=

0.994 , ,

,

.

18e schotel: 794.255 x 0.019 567.696 B 18 + 226.559 x 0.006 B18 0.024

=

=

794.255 x 0.975 = 567.696 C18 + 226.559 x 0.994 _C18 = 0.967 0.991 b ~18 = 760 (0.024 + 1.99 x 0.967) mm = 1480 mmo

Dit komt overeen met 135°C.

D

P18 = 1480 mm

}

~= 2.00 ë P₁₈ = 740 mm b₁₈

₌

_{1480 x} 760 0.024

₌

0.012 c18 _{= 1480 x} 760 2.00 x 0.967

₌

0.994 1.006 1ge schotel: 794.255 x 0.012

₌

567.696 B19 + 226.559 x 0.006 _B19 = 0.014 794.255 x 0.994

₌

567.696 C 19 + 226.559 x 0.994 C19

=

0.994 1.008

b

P19

=

760 (0.014 + 2'.00 x 0.994) mm

=

1522 mmo

Dit komt overeen met 136.5°C.

1) = 1522 mm P 19

i

ë

r=

1.98 P 19

=

765 mm -_b 760 19

=

ï522

x 0.014

=

0.007 760 c19

=

1522 x 1.98 x 0.994

=

0.982 . '0' 0.989 Na %9rrectle: _P19

=

0.989 x 1522 mm

=

1505 mm P19

=

1505 mm ( ë' j

r

=

1.98 P₁₉

=

760 mm - I 760 b₁₉

=

1505 x 0.014

=

0.007 - I 760 c19

=

1505 x 1.98 x 0.994

=

0.994 1.001

I

•

- - - - -22-20e schotel: 794.255 x 0.007 = _{567.696 B20} + 226.559 x 0.006 794.255 x 0.994

=

567.696 _C20 + 226.559 x 0.994 pO 20

=

760 (0.007 + 1.98 x 0.994) mm

=

1501 mmo Dit komt overeen met 136°C.

15' P20

=

1501 mm ë

r

r

=

1.98 P20

=

760 mm b 20

=

1501 760 x 0.007

=

0.004 c₂₀

₌

_{1501 x} 760 1.98 x 0.994

₌

0.996 1.000

B

₂₀

=

0.007 020

=

0.994 1.001

..

Daar de hier gevonden waarden van tolueen en aethylbenzeen meer I

dan voldoen aan de gestelde waarden voor tolueen en aethylbenzeen in het residu

(p.

12), is de 20e schotel de laatste theoretische scho-tel van de kolom.

Tenslotte kan men het aantal werkelijke schotels berekenen, in-dien men de "plate efficiency" kent.

Kirschbaum (56) geeft hiervoor in het algemeen een waarde van

0.6 - 0.8. Voor de hierboven beschreven kolom zal een waarde van 0.6 genomen worden.

Het aantal werkelijke schotels bedraagt dus 20/0.6

=

33.33

=

34.

Omdat de onderkant van de kolom (het gedeelte, waarin zich het ver-warmingselement bevindt) ook als schotel fungeert, bezit de kolom dus 33 werkelijke schotels.

-0-0-0-0-I i

•

1. G.Egloff,

-

---~----LITERATUUR.

Physical constants of hydrocarbons

vol. 111 p. 188.

-2. J.E.Mitche11,

Reinhold Publishing Co.New York (1946) Trans. Am. Inst. Chem. Engrs.

42 293 (1946) 3. J.F.van Oss, 4. W .Dow, 5. J.Rinse, 6. V.N.Ipatiew, L. SChmer1ing, 7. 'N.J.Mattox, 8. F.H. Blanding, 9.P.J.Gaylor, 10. W.A.Pardet, B.F.Dodge, 11. C.N.Kimberlin, 12. R.G. Boatright, 13. W .Dow, 14. W.J.Murphy, 15. F.E.Frey, 16. A.W.Francis, E.E.Reid, 17. D.L.Hammick, M.Roberts, 18. F.J.van Antwerpen, 19. H.H.Smith, 20. R.E.Burk, E.C.Hughes, 21. B.I.O.S. 750 22. C.I.0.3. XXIX - 62 23. " XXII - 7 24. ti XXVII - 85 25. " XXVII - 6 26. " XXVIII - 13 27. " XXXI - 75 28. " XXII - 21 29. " XXII - 1 30. R.R.Dreisbach, 31. K.K.Kearby, 32. H.M. Stanley, 33. T.F.Doumani, R.Deery, 34. W.J.Mattox, 35. C.R.McCu110ugh, H. IV. Gehrke, 36. W.J.Mattox, 37. J.C.Goah, 38. J.M.Mavity, 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. G.M.K1ine, G.Eg10ff, G.Egloff, C.L. Thomas, G.Eg10ff, G.Egloff, W.I.Denton, N.M. CUllinaire, L.C.Shrever, Carbide &; Carbon

Chem. Corp.,

Carbide ~ Carbon

Warenkennis en Technologie 111 p. 732

5e druk, Elseviers Publishing Co. Amsterdam (1950)

Ind. Eng. Chem. 34 1267 (1942)

Chem. WeekbI. 46-;73 (1950)

Ind. Eng. Chem. 38 400 (1946)

Trans. Am. Inst.~hem. Engrs.

41 463 (1945) U:-S.P. 2385187 U.S.P. 2384295 U.S.P. 2388007 U.S.P. 2373030 U. S.P. 2431166 U.B.P. 2198595

Chem. Eng. News 21 864 (1943) U.S.P. 2394905

U.S.P. 2364203

J. Chem. Soc. 73 (1948)

Chem. gng. News 22 240 (1944)

Chem. Eng. Progress 43 152 (1947)

U.3.~. 2399662 --U.S.P. 2110829 U.S.P. 2370797 Brit. P. 572410 U.S.P. 2402740 U.S.P. 2376709 U.S.P. 2392289 U.S.P. 2389444 Petroleum 10 127 (1947)

Trans. Am.-rnst. Chem. Engrs. 41 519 (1945)

Modern Plastics 23 no.2, 152A (1945) U.S.P. 2376532 U.S.P. 2376533 U.S.P. ~376734 U.S.P. 2402243 U.S.P. 2383179 U.S.P. 2392466

J. Soc. Chem. Ind. 67 232 (1948) U.S.P. 2399395 Brit. P. 595757 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55.

Chem. Corp., Brit. P. 616844

J.Vanderveer, U.S.P. 2376985

C.W.Watson, U.S.P. 2392960

R.R.Wenner, E.C.Dybda1, Chem.

Eng.

Progress 44 275 (1948)

R.R.Dreisbach, J.E.Pierce,U.S.P. 2240764

A.J.V.Underwood, Trans. Inst. Chem. Engrs. 10 112 (1932

J.H.Perry, Chemical Engineers' Handbook

56. E.Kirschbaum,

3rd edition McGraw-Hill Book Co.

New York (1950)

Destillier und Rektifiziertechnik,