Ontwerp van een vast-bed reactor voor de bereiding van ftaalzuuranhydride

adres:

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het processchema

datum:

r

van een fixed bed-ftaalzuuranhydride

4 1.1 ₅ 1.2 ₆

1.3

₁ 2. 2.1 2.2 ₁₁ 3. ₁₄ 3.1 3.2 3.3 4. 4.1 4e2 28 6. ₂₉ 6.1 ₂₉ 6.2 ₂₉ 6.3 ₃₁

. ,: ,\\1:,. .

'.:'

'.'

, 'waarin ' i,~:. ~: ~~ft:ransI>or:tcoëii"~ê:ient

,

';

~b

~",;{

i;

!?~lJl~"$ c

,

~e

.

;-e~et i~

~

~tlk

lhe i,d s co

~ ffi~i

e"t." ' . . ,,@.';.;;~ ~~~ttt~lngs'graa,d , """ " '

~ ~',:~ ' t . ' ; ';- .', '-, • , . ' I L ' t ,

Uit één.'

iiit,';

~

:':~~p,Sla,~

(11 t • 5) blij kt <,aàt 'dé

benut

gra;a.~ bi~r t1~

'~;'

~

'

er~

"

e~

;

èrätVtir

:e,1rè'ái'"'O"S fs.

'

~iertiit

, ~u:s 90k ,~1!t :'i'Sllbi.j ; d~:ze te.mperat:u:ur, nog geÉiIl , èpràke

' iiimdiff~sï~l:tmite:ring.

."

Het zo~ eéh~ér ','VOo,rbijgaan aan

'

d

'

e

opdra~ht om".6ok~~.

kinetiêk uit'yoer1g te reken,en. Daarom

:is

bi,j het

gebruik gem:aa.~t van 'de gegevens van Peterson~

, ,. , '

"

.

1.:2 Het model váJ!Î".d~ berekening.

..

Bij het ' bere1t,e~enYtl.D gepahebuisr~actore;n , kaR

, • t . ' \ ' ,.,11 :~'.> .~ '. (',' '1 '," • ~ " . "} ,

}ROr~ :gema.alf1i,~ .. ~An~ .. v~,r.-sel1,i ~lellQ;~ ,~wis ~,oo-1'ge ,mGHle·l l en~, I,

E~k mO~~lis,"~,~'~,.,\)en~d~,rÜlg

Van

de werke~ijkhè~d. N "

mehme~~' 'fa.etèX'~l1"'d.,ie van in:vloèa zi,jn op het gedrag .. , de bUiSl"èactçrt "~Î?~ê~rit, in het model,. z~l het. resultaa"t ·

• :.~. "",' , é '\~"~ " :. .i • • . ;'~;' .

< nauwlc~t;Jr,ig~.r, '~,aar; ~lllleDde wisk_ndige yergelijking$!t

die -.het m~d,~l, i>e'~e)lt:.i.jv.enmoeilijkero.ploSbaa:r . zijn.

", L ' :';" • ~ '!~.~ \ J.

.a ' . g$t . qlp4~'l':_is' 'd,ë ide'ale,

. ',. , ). -,l)$" q~y:da:ü

e

r

f'\nl

"'" / 5,"

t/ u

1."

)

~~~

,

De

na~taleenöxydatie ~

echter leiden tot 6 of 7

(afhankelijk of men al dan niet isotherm 'koelt) simultane ditferent'iaalvergelijkingen, waarvoor 6 functiegeneratoren (voor .elke k ~~n) nodig zijn; ons problèem is derhalve te ingewikkeld voor de analoge rekenmachine ~R48 van de

Afdeling Chemische Technologie zodat

We

op de digitale rekenmachine TR4 van de Wislrund'ige Dienst zijn aangewezen. c De niet-isotherme bui sr·eactor met temperatuur- en concentratie

verschillen zowel inde lengte- a1s in d.e dwarsrichting

(tweedimensionaal model) (lit.

6).

Ook hierbij

i

s

men op de

TR4

aangewezen, daar partiële differentiaalvergelijkingen alleen d.m.v. een kunstgreep en dan nog alleen in zeer eenvoudige gevallen analoog

ku~nen worden opgelost (lit.

7).

~'

De opdraoht luidde nu een ve~handeling te geven over het ontwerp van een fixed bed-J'Z~-reactor, 'die zo goed mogelijk aansluit bij het college M 32. Daarom werd voor het volgende ontwerp model b gekozen.

De katalysator. De

€b~i

'k

elijk

en o-xyleen tot Deze katalysator ka

De laatste ontwikkeling i s een fixed bed-katalysator die

.

.

'.

zowel geschikt i s Voor naftaleen als voor o-xyleen (octrooien van de Scientific Design Company en ~an Chemisèhe Fabrik

Van Heyden)

De invloed van zwavel in de voeding op de werking van PZA-katalysatoren is een verschijnsel dat nog slechts ten dele verklaard iso Terwijl de FZA-opbrengst in het fluid

bed-pro~es veelal daalt in~i~n de voeding zwavel bevat (koolteer-naftaleen bevat altijd zwavel, aardolie-n~ftaleen niet alti d) werd opgemerkt dat bij het verwerken van zwavelvrije voeding in een fixed bed-reactor toevoeging van zwavel in enigerlei vorm 1e FZA-opbren~st deed toe~emen (octrooi BASF: 0,1 - 1 • S02 aan de voeding toevQ~gen).

In lit. 8 wordt ter verklaring hiervan de veronderstelling geopperd dat de zuurstof via SO., naar het naftaleen of het

de temperat ur van de reactiegassen,op, en deze

temperatuurs-stijging doet de rea~ieSnelhe'id weer toeneme.n. Deze gang

van zaken leidt tot reeds eerder genoemde '-hot spot' in

de reaet!;>r. Pas ~ann-eer een ged,e te van bet Dfliftaleen

verbruikt is en de reRC 1esnelheid d_us gedaald j.s kan het

koelmiddel de ontwikkelde warmte volledig a~voeren.

"

De 'hot spot' dient nauwkeurig beheers~ te worden, daar

boven 400 oe

de

~olgreactie FZA~MZA e~ de nev nreactie

N-G in toenemen'de mate invloed krijgen (lit. 3B).

Daarenmoven verliest de katalY$ator boven circa 450 oe

blijvend aan aot~viteit door sfntering, waardoor de poriën

dicht gaan, zitteIl ~dA<tw~, ~.~YI~I().(. ~f4.'

Wanneer tenslotta ~ warmteontwikkeling in de 'hot spot'

zo groot, ~s 'dat de koeling geheel en al tekortschiet wordt

d.e reactor"

,

·nstab1.el en kan van een explosie wo:rden gesproken.

Bij lagere .temperaturen verloopt de reaotie echter langzaa1ll,

zodat men dan een lan~e. en dus dure reactor zou moeten

bouwen.

Er

moet hier dus naar een optimum wor,den gezocht.

Teneinde de temperatuursstijging in de reactor te beperken

zou men de concent~atie van de voeding laag kunnen houden,

'.

maar dan produceert men 'weinig. Daarom laat men de voeding

aan het begin van ~et katalysàtorbed, als de

naftaleen-concentratie nog hoog is, reagereti aan een katalysator van

v,. ~

geringere acti~iteit. .

.- • It" '

I

In de practijk wordt' elit bereikt -door de katalysatorkorrels

~

te mengen met korrels inert matet'ia,al, hoewel h~t natuurlijk

gunstiger zou zijl1 dat 'de Vé'rd.unning in de korrel zelf , (,

werd: aangebracht*, , \ ~" . .

-Naarmate de na~taleeneonc ntratie àfneemt kan men de

katalysatorconcen~ratie laten toenemen. Men zou zo de

Katalysatorverdunning

~

8= 'f( z) kunnen b"erekenen om geheel

(

belang: 'het vullen van een d~rgelijke reaotor zou alleen

op laboratoriumschaal kunnen ge~chieden.

D'aarorn wordt in de practijk de reactor gevuld met katalysator

waarvan de activiteit stapsgewijs toeneemt, en wel

zó

dat

in de 'hot spots' de tempe~atuur ·de ~ewenste maximumwaarde

niet oversohrijdt.

Bij de berekeningen werd aangenomen dat aLle

reactiesnel-}leden recht evenredig zijn met

e

(9

=

0: geheel inerte

pakking;

9=

1: onverdunde kat a? ys at or) , en ,dat het

erdunningsmiddel qua warmteo~rdracht e.d. dezelfde

genschappen heeft als de katalysator.

r de warmteoverdracht is nog ~ van belang. Volgens

it. 9 is O<omaximaal wanneer

~d

0,15. Doordat we

gebonden zijn aan standaardpijp t(zie 2.2) krijgen we bij

dt

=

28,5 mm (1" • vlampijp' ) ._endp = 4 mm een

~

= 0,14 •

van de fixed be,d-reli\otor;·

.

, f

-11':' Wartlftebalans ""FZA + 1,86 10 6 J 0, • _{/mol N}

R

<80'/'

1 mol (lit. 31.) 20°/0 .... + 5,07 • 106 J ' G _{. / mol N} 0

De warmteproductie per mol N is dus 2,5 • 106 J •

Er wordt 0,187 kg/sec N omgezet dus

de warmteproductie is _{3,65 •} 103 kW

o ,

'. ~ het react~emengSel wordt opgenomen

~;~.t ,

~

..

cp •

~m -@.

~

.

5,87 = . 0.37 •

io

3

kW

worden afgevoerd _{',27- •} 103 kW

9,JJ

De reactor. j ,

Het grootste probleem bij de fixed bed-reaotor is de

témperatuursbeheersing van het bed. Er zal een 'hot spot' optreden. Omdat de warmte naar buit~n moet worden afgevoerd zal er over het bed een radiaal temperatuursprofiel aan-wezig zijn.

Teneinde ,de reactor zo efficiënt mogelijk te benutten

, 0

dient naar èen isotherm reactieverloop bij 'de optimale temperatuur tê worden gestreefd. Hiervoor wordt 390

oe

aan~ehoude'n (li t. ,B). '

Dit b~tekent dat :

de 'hot spot' moet onderdrukt worden. Dit wor~t gedaan door de katalysator te verdunnen.

de:reactor uit veel dunne pijpen bestaan teneinde het temperatuursverschil tussen as en rand van de pijp zo laag mpgel1jk te houden.

dekoeltemperatuur (350°C, zie 4.) om dezelfde reden niet veel mag verschillen van de" reactietemperatuur. ~ 9 ...-Om een ind.ruk te krijgen van de diameter va de ' i en

~~ wordt de volgende globale berekeni:g opgez~~:

f

;;

~w

-=

U.6T .' SI (1) , ~m - ~ • V_o • Sd (2)

Wanneer we pijpen met diameter d

, , \

cp~

,

_Jin

'1

/~.

-cfH

~

J

1l

l

.1'0 6

_W

,

--IVf;

J

Po

:

"r

./1> ~ )t,

To

:-

$.w

--C , ~~

~~

:

IA.

/

_ _ 1JI1A. ~, .tV " ·t ~ \; , .. "~;

..

, '.M'~. ü'~ ,

Po,'-

.\ ... 7l •• , ;Je •

.

'

.

,"

rt

, ' worden (1) en (2) : ~w '= U • AT • L • TT • d t • nlr

~

m '=

~.

v 0', • n •• ·

t

rr

•

d_t 2 Hieruit volgt H

f1t~

Ä

~

'

.I..

'

~

\

()t...~

.4 J6 m • U • Ó T • L

~w

. '

?o

·

_vo Vol.gens 2.1

.

• _{~m -= 5,87 kg/sec .}

91

_w

_-=

3,27 • 10 6 .W

begin van de reaetor geldt

~)~~. ~J'-A1

/

'

,

-

,

. 5 ' 2

~

=

1,5 • 10 N/~ = '00

oe

.

we ,L -=3,5m

V

_o = 1,5 m/sec ~.

;.

0,925

kg/m?

AT -= T _·gem. - T' _koel

-=

3.10

"druLwordt U :: '82 W/m2 • oe (volgt uit '.3.7) ' "

'~' , Ingevuld 'in C3~ zien we _dt

-=

~,030"'m

koelmiddel, waarvoor gesmolten zout gebruikt wordt

(zie

'

;

'

3

6), gaat als warmteoverdragénd" medi~t;n :fungeren.

D~, ~.warmte wo~dt :nameli jk gebruikt om stoom te produceren.

l:r zi jn tw.ee methoden om de warmte

"ain

h~t bed (V1~ het

toei~id~el) aan de stoomketel over t~ dragen:

ao ' De" warmteoverdragende . vloeisto:f wordt. rondgepompt~,in

. .

eEfn circui t dat bestaat uit een' bad ~et daarin de'

reactor-i']i.:" :!.I ~ . " , . - . •

,... pijpen; en' een. warmtewi sselaar, Waar;J.D het koelml.ddel zijn

, .;,. - . ~

warmte 'a:f:staat aan kokend water. . ",

b~, In het zout~ad bevinden zi ch de reactorpijpen en 'tevens

de. ~aterpi3pen. De warmteoverdraèht ·w.ordt verbete~d

door roeren •

.,De"voordelen van de tweede methode zi_I 'jn evident. Er_. "_• treden

,min~er

_.

wa:rmteverliezen op. De constructie is oompacter. _.

.

Roeren is bedrij:tszekerder, eenvol,1diger en goedkoper dan

, • \ " 1 f.,'

pompen. . < ,' ,• 1 • , ;

B

i

j

de berekening kan de temperatuur in'geval b. constant

ve.rona.erste,ld wor,tien •. Dez·e metho,defl.(welke reeds door LU.rgi

t ~ ' o l r . '

wordt toe~epast)· ~al ~n bet onde~pavige ontwerp gevolgd

,~ ~~ ~ \

Het zoutmengsel ('Hitec') zal nu als taak hebben de

warmte door,tegeven van reactorpijp naar stoompijp.

Daar we de reactor van constructiestaal leunnen bouwen

(,zie '3.~"') gebruiken we als'pijpmat'eriaal ·het z.g.

'vlampijp' • lh" is goedkoper dan.' stoompijp' en 'gaspijp', en het kan, in tegen'stelling tot-. laatstgenoemden, in elke gewenste lengte géleverd worden.

Wat betreft de pijpdiameter hebben we de keus uit:

, 'vlampijp' diam. diam. wandd,ikte prij s/IOOm naadloos uitw. inw.

1 ti _{33,7 28,5 2,6 !}

380.-li 11 _{48,3 43,1} 2,6 ;,

447.-2 11 ·60,3 _{54,5 2,9}

₁

545.-Uit de globale berekening die we gemaakt hebben we 1" pijp moeten kiezen.

aantal pijpen kunnen we slechts vinden met behulp van berekeningen van 4.

-14-Berekening van de variabelen. luohtovermaat.

mengsels geven. Om het e siegevaar te verminderen werkt wen met een ~vo 1ige zuurstofovermaat, waardoor men althans in de reactor buiten het explosiegebied blijft.

Door deze 'grote zuurstofovermaat mag bij de berekening

Qe zuursto~concentratie constant worden verondersteld,

zodat de verschi~lende reacties pseudo-Ie orde zijn.

r '

Daar het reactiemengsel aldus voor het overgrote deel

' uit lucht bestaat mogen voor het reactiemengsel de

~ysische eigenschappen van lucht worden gebruikt.

Drukval o~er de reactor.

~rgun (Lit. 11) geeft een formule voor de drukval bij

doorstroming van een bed van bolvormige déeltjes:

AP

~2

_{o 0}

= f

Ë.;

_[150v

V

'd '

('-

,

E.)

+

1, 75J

z d _P • o p ,

d

Ergun geen grenzen stelt ,aan de verhouding

r

" t

.is het duidelijk dat de formule boven een bepaalde

.,,,,.,·waarde van

1!

niet meer kan gelden; immers bij

.

~

p 1

kan niet meer van eeD homoge,en bed worden gesproken, de wandeffecten krijgen dan een relatief grote invloed.

W'

In lit. l2A wordt dan, ook een maximale

*

van, 0,05 genoemd. De door.ons gekozen

~

=

0,14 is daar ruimschoots boven, zodat de formule alleen gebrui~t kan worden om de orde

'~Yan grootte van ~ te bepalen, temeer ook daar de indus-triële katalysatoren geen bo1vor.mige deeltjes doch

cylindertjes met afmetingen 4X 4 mm zijn. Berekening voor 1 " pijp , "

d

p = 4 mm

E.

= 0,4

voor

.Af- :

-15-.

boP v_o

-z 1,0

mIs

0,05

.

105 N/m2 1,5 ' 0,10 1,,8 _0,1' 2,0 0,16

de berekening werden gemiddelde waarden voor ~ e~

gebruikt~ t.w. bij 1,25 • 105 N/m2, en 350 oe •

,We zijn niet alleen geïnteresseerd ,in de drukval over de reactor teneinde de reactorvoedingscomp~essor te kunnen dimensioneren. Door de drukval over de reactor n'eemt de partiaalspanning

=

concentratie van het naftaleen sneller af dan uit de conversie-alleen, 'zou volgen, hetgeen uiter-aard inv.loed heeft op de FZA-vorming.

\ J?aàr de formule van Ergun in dit geval nie,t 'meer dan' een

1soha~ting is, kan mendeze invloed (wederom benaderènd, daar, de temperatuur en dus de 'fysische constanten ;van

het reactiemengsel, mitsgaders de plaatselijke gassnelheid. in de reactor variëren) in rekening brengen dool' 'de ~

druk-• l, ,

afname lineair met de reactorlengte te veronderstellen, en ,voorts aan te nemen dat de reaotiegassen 'de ideale-gaswet ,volgen. Dit laatste is niet ~nredelijk ~nde toe-gepaste gebieden 'van temperatuur ,< 300 - 400°C) en

,,,dru~ (1,5 - 1,0 bar). f,: . . . ,) r ,~ .. • .~:t. ,"''>'-t "' " ~;}J;. _ .. , . ,v, Ue warmteoverdracht •

. ,D,e warmteoverdracht van katalysatorbed naar de pijpwànd. Yag1, Knnii en Wakao (li t • . 13) gaven een betrekking voor de wal"mteoverdraeht van ep.n gepakt bed met ey:linder-\

symmetrie naar de wand van de pijp:

<x'

_od p ,.', . Àg

=

~

.

.

À e '{ a 2 . .

"~b

)

1

d " ~ 1 + t f\g

,

" :;'*'t.<~~. " ,:; 1"'"

'~, ~2' ,.~ waarin de tweeterm de wandeffecten weerg.eeft.

'\. 1 .{ ''I; 'r

Berekening leert dat onder de, otn.stapdigheden waarbij de FZA-reactor zal werken (temperatuur- en Reyno1dsgebied)

Àe veel meer

invio~d heeft

da~

de effecten aan de wand. Bij de berekening van.'cx.o werden de fysische eigenschappeD

;,

-16-van lucht bij 1,25 bar en 350 oe (gemiddelden over de reactor) genomen; voor de emissiecoäfficiänt werd zowel voor 'de pijp (staal) als voor de katalysatormassa. 0,8 genomen (lit. 12B). Voor de

warmtegeleidingsooëff1Cië~t

van de kata~ysatormassa (s11ica) werd de waarde van

X

voor kiezelgoer (lit. l2C) ingevuld.

Gevonden werd: V_{o 0<.0} 1,0 77 1,5

_95,5

1,8 107 2,0 113 ~

.

Deze waarden moeten met enige reserve worden bekek~n, . daar lit. 13 gebaseerd i.s op metingen bij gasverhitting,

• <

terwijl volgens lit. 9 de warmteover rachtscoëffic1ënten bij gaskoeling (gedeeltelijk in de FZA-re~ctor het geval)

iets groter zijn dan Qij gasverh1tting. Dit verschil komt de veilighei~ van de reactor ten goede.

Warmteweerstand over de katalysatorpijpwand.

t

d u ln (du/dt ) Rpijpwand =

À

R _pijpwand= 0,0556.10-3 Mogelijke koelmiddelen. Àstaa:l

=

50

Wim.

oe \IR '. _p~JPwan d

=

18 000 W/m2•oC

à.

Koeling door middel van kokend kwik wordt bij YZA-reactoren industrieel toegepast. Men kan een hoge ~

verwachten doch de reactor zou zeer zwaar worden,

·terwijl het kwik een aanzienlijke investering vergt. Om aan deze bezwaren zo vee,l mogelijk tegemoet te komen worden dan veelal katalysatorpijpen met vier-kante doorsnede toegepast, hetgeen door het wegvallen van de cylindersymmetrie tot berekeningsproblemen leidt. Een additioneel bezwaar is de giftigheid van de kwik-dampen. van deze mogelijkheid afgezien.

b. Uitsluitend uit oogpunt van w,armteoverdracht bekeken is een eutectisch mengsel van natrium en kalium aan-trekkelijk: op grond van de hoge

À

en de lage

1

kan men een hoge « verwachten. Het smeltpunt is slechts 20 oe en door de geringe dichtheid (800 kg/m

3 )

is het vereiste roervermogen geringo De reactiviteit met

water en met zuurstof noodzaakt echter tot een stik-stofatmosfeer.

c. Koeling door middel van gesmolten zouten ('Hitec', een eutectisch mez:tgsel van KN0_{2 ,} KN0

3 en NaN03" smeltpunt 142 °C) is een methode die zijn deugdelijkheid bij de FZA-productie in de practijk heeft bewezen. Een bezwaar is het hoge smeltpunt, waaraan door stoomverdunning bij stoppen en uitdampen bi j starten tegemoet kan worden gekomen.

Zowel in geval b. als c. kan ~e reactor worden gebouwd van constructiestaal.

303.4 .Schatting otpijP-zout

De gebruikelijke methode om 0( te berekenen is gebruik te maken van een vergelijking met de gedaante:

Nu

=

c . e . r Rm p n

Re karakteriseert 'de stromingstoestand en Pr is een

stof-constante van het koelmiddelo c, m en n zijn voor geometrisch gelijke modellen constant, zodat dan Nu en daarmee

oe

.

is vastgelegd.

Zo zijn nauwkeurige gegevens bekend over de warmteoverdracht bij ,stroming loodrecht op en door pijpen en om bollen.

Een pijpenbundel in een geroerd vat kall echte,r velerlei geometrie hebben, zodat er in de litteratuur hierv~or

geen correlatievergelijkingen' te vinden zijn.

~

1

VOlgenS2l!t. 14 bedraagt Uoverall zout-kokend water circa

~ 600 wIm • C. In 3.3.2 berekenden we dat l/Rpijpwand

=

18000. Dit geldt echter voor een schone pijp. Stoomketelpijpen . vervuilen ondanks voorbehandelen van het ketelvoedingswater en ondanks regelmatig spuien toch altijd enigszins, reden

nu voor de stoomkant een ~= 30 000 (lit~ l2D) vinden we

~

zout

=

650 w/m2•oC.

.

3.3.5 Verhouding o(zout

CXNa-K

Teneinde een indruk te kunnen krijgen van de verhouding der warmteoverdrachtscoëfficiënten van gesmolten zout en Na-K worden de respectieve c( 's uitgerekend voor stroming door een buis met diameter 1 en onder stromingscondities

waarbij ReO,8

=

4000 0 De stroming is dan zeker turbulent.

Voor het Na-K geldt:

cX

Na_K • dt

_5.

2

°

8 E

5,80 + 0,015 (ReoPr)' (lit. 12 )

X

Na-K =

Voor gesmolten metalen is Pr zeer klein, zodat Re enige invloed heeft. Berekening geeft ~Na-K

=

100 .,

Voor het zout geldt:

. CXzout·dt

₌

°

8 0 33 0,023 Re ' .Pr ' "zout

(numerieke gegevens: lit.15)

O(Na-K

O<.zout

=

18

Keuze van het koelmiddel.

Bij de'warmteoverdracht van het katalysatorbed naar de koelvloeistof is

ct

_{o (circa 100) de bepalende stap, zowel} bij gebruik van gesmolten-zout als Na-K. Hierop kan dus geen keuze worden gebaseerd.

Dit ligt echter anders bij de warmteoverdracht van de koelvloeistof naar de stoom. Voor 15 bar overdruk en ',

1" stoompijpen is de vereiste wan'ddikte 0,40 u,.m. De s;tOOIl-_.. pijpen behoeven dus geen grotere wanddikte te hebben dan

de katalysatorpijpen. (zie 2.2) zodat

we

in het geval

van koeling met .zout U

=

600 onveranderd kunnen aanhouden. (zie 3.3.4).

.'

!X

_{Na_K}

=

18 Xcx._zout = 11700 , zodat nu

cX

_{Na_X}

de~el~de orde van grootte heeft als de and~re

varmte-weerstanden. Uoverall bedraagt dan 4570, dit is 7,6 maal

zp hoog als bij gebruik van zout, zodat men dus met .7,6 maal zo weinig stoompijpenoppervlak kan volstaan.

Dit lijkt op het eerste. ge~icht heel wat, doch als men

bedenkt dat bij een reactorlengte van 3 meter en 1"

stoom-pijpen in het geval van zoutkoeling slechts circa 100

stoompijpen nodi g zijn terwijl de reactor uit circa 6000

katalysatorpijpen bestaat (zie 4), is de goedkopere

reactorconstructie bij gebruik van Na-K relatief te

gering om op te wegen tegen de hogere prijs van Na-K en

de complicaties die het gebruik van Na-K met zich meebrengt

(stikstofatmosfeer). Bij gebruik van' 2" stoompijpen is de

te bereiken besparing relatief nog geringer.

Op grond hiervan kiezen we voor koeling d.m.v. 'Hitec'.

Bij Bij zoutkoeling is ~= 2 % --atoom. Na-K-koeling zou 1 ~stoom van

è

.

A T = 0,02 X 159

= ,

overall . 1

=

16

%

van U ; overall

Dit ter contro1e of soms ~T - T _{- binnenwand - Tstoom}

.

>

_{7 5 ,} 0

pijp

daar de pijpwand dan bedekt raakt met een stoomlaag,

waar-door cXstoom sterk afneemt (11 t. l2t) zodat de voorgaande

berekeningen over Uoverall niet meer geldig zouden zijn.

3.3.7 Bepaling van Uoverall.van het '~ata1ysatorbed naar het zout.

Met de cijfers van 3.3.1, 3.3.2 en 3.3.4 vinden

V_{o 0(0} U _overali

1,0

_.

77 68

1,5 95,5 82

" 1,8 107 (lil) -91 ~/(

4. Reaetorberekening met behulp van de TR4. ·

4.1

Het opstellen der vergelijkingen.

•

We zijn in feite geïnteresseerd in n , terwijl de kinetiek gebaseerd is op concentraties. Alleen onder

isotherme en isoba~e reactieomstandigheden geldt:

n

dC

-_V =

dt

In1ien de ideale gaswet mag worden toegepast geldt:

Cwerkelijk

'f p

=

~

.

- • Cisotherm T

T Po isobaar Po 0

Voor T_o en Po moeten bij voorkeur de condities aan

begin van de reactor (z

=

0) worden genomen, daar anders

de berekening door de TR4 alleen kan geschieden door

iteratie, hetgeen' een i~gewikkeld programma en veel

rekentijd vergt. Volgens de kinetiekbespreking in vinden we aldus: • p = p _ z ÄP o L (zi e 3.2) (2) en V_o T Po '!' P . ...2. _ T P _o _ ._ -- := v' = t' T o p

Combinatie van (1) , (2) ~n (3) levert:

dCNisotherm isobaar

dz

Op analoge wijze kunpen de overige vergeli~kingen worden

opgesteld:

vo

=

1,5 ,'m/sec 91

=

0,28 voor 82 :: 0,50 voor 93

=

1,00 voor (Zie graf'iek 1 reactor) •

z < 1,00 meter. Eerste 'hot spot': ~ = oe •

1,00< z

<

1,50 m. Tweede 'hot spot': T = 400 0

z ) 1,50 m. Derde 'hot spot': T = 403 • "

voor het axiale temperatuurverloop in de

6

₁ blijkt zeer kritisch te zijn: onder de gekozen reactie-omstandigheden e~lodeert de reactor bij

e

l::

0,32 •

Bij

9

₂

=

0,625 explodeert de reactor weliswaar nog niet, maar door d.e hogere 'hot spot'-temperatuur (427 oe) is de FZA-vorming dan 5

%

lager door MZA- en G-vormende reacties. Bij het bepalen van de lengte van de reactor dienen we ons het volgende voor ogen te houden:

De reactor wordt ontworpen voor 5000 ton FZA per jaar en

blijft gedurende 10 jaar (levensduur katalysator en a:fschrij-vtngstijd) in bedrijf. 1

%

van de 10-jaarlijkse productie is 500 ton à ! 750.-

=

! 375 000.-"

De reactor gaat uit ~atalysatorPijpen en stoom-pijpen bestaan; het pijpmateriaal (1 " 'vlampijp") kost

1 38f).- per 100 mete.r. Per meter lengte kost de reactor dus aan pijpmat eriaal .f 23

000.-Het laatste stuk van de reactor

(

8

3 , 1,00) bevat per meter

'1r .

6000 • _4'dt 2 • (1 -

E

)

.

r

kat kg katalysator; bij f kat

=

2100 (de dichtheid van de poreuze korrel) en een katalysatorprjjs van ! 17 000 per ton (verslag excursie Synres) is dit

1 84 000.- aan katalysatorkosten per meter extra-reactorlengte. Vermeerderd met 10 jaar rente à 8

%

zijn deze twee bedragen de kosteninvloed (ll92 000.- per meter) van de e~ra-lengte

van de reactor, daar de laskosten voor een lange en een korte reactor gelijk zijn. Het is dus nog ruimschoots

verantwoord oa de reactor 1i meter langer te m~ken als daar-mee de FZA-productie met 1

%

verhoogd kan worden.

~

h

hA"..,

~~

~1t~/~~~

~67 ilf-17~

~ , ( ,J '''I;

.

' , , v • ! ! ;. ,

..

",. ; ~ .. <l' _ir.

.

t,f")

.

~, , ....

.'

T

-23-Wanneer we dit toepassen op de uitkomsten van de TR4 vinden we 3,50 m als optimale reactorlengte; de

co ncentratiesxlO

,

4 in het reactiemengsel zijn dan:

FZA Q MZA G

0,012 2,183 0,082 0,252 0,370

Op grond van~ze FZA-concent!atie kunnen we nu het vereiste ka~ysatorpijpen vaststel~en:

5000 ton/jaar = èY;-173 kg/sec { /

definitief

f6

_m per pijp :: concentrat.ie FZA .• Molgew FZA •

6 .'. .

~m per pijp = 31,1 x 10- kg! ec •

Het vereiste aantal pijpen is

°

=

5600 •

Bij

_~w

:: 3,2 )( 106 VI (zie 2.1), T

zout - T stoom

=

150 en U :: 6 VI/m 2 • oC· (zie 3.504) is het vereiste

2

:: 36,4 m • Bij een reactorlengte van 3,50 en bruik van 1" 'vlampijp' is het vereiste aantal s oompijpen :: 98 •

°c

m

Het vereiste oppervlak der pijpenplaten voor 5700 pijpen met d

u :: 33,7 mm en steek 1,4d~ in "regelmatige pakking" is volgens DIN-tabellen 11,7 m • Bij 0,40 m diameter van het roerderhuis bedraagt deszelfs doorsnede-oppervlak 0,126 Daar de regelmaat van de pakking der pijpen ter plaatse van de keerschotten verstoord moet worden stellen we het vereiste oppervlak der ·pijpenplaten op 12,50 m2 •

De reactordiameter wordt dan 3,95 m.

Door vier keerschotten (zie tekening op blz ~) wordt de

reactor in vijf gelijke compartimenten verdeeld, zodat elK compartiment evenveel pijpen bevat en het zout in elk

compartiment e-ven snel stroomt.

De stralen der schotten zijn: ro = 0,20 m (roerderhuis) r l :: 0,91 r 2 :: 1,27 .r 3

-

1,55 r 4 = 1,79 r 5 = 1,97 (buitenwand reactor) 2

..

l

~,

4.2 De stoomproduetie.

T

Wanneer het suppletiewater op keteltemperatuur in ~e

ketel wordt gepompt, en de reactiewarmte dus ui ts'luj, tend wordt gebruikt om water te verdampen, ontstaat 1,69 kg/sec verzadigde stoom (verdampingswarmte water bij 200 oe

=

1,94X 106 J/kg).

Normaal bi j een waterpijpketel is, dat van het dat in de pijpen wordt gepompt 40

%

verdampt.

Onder in de pijpen is dan ~m vloeistof:: 2i.l,69

=

4,21 kg/sec

~m,v1oei~tof

per pijp is dus' 42,9 " 10-3 kg/sec.

Bij 200 e is

f

water = 863 kg/m3 , zodat onder in de

stoompijpen de stroomsnelheid van het water 0,078 m/sec is. Dit is geenszins excessief, zodat we ind,erdaad 1" 'vlampijp· kunnen gebruiken.

Met de.productgassen, die de reactor verlaten met een

temperatuur van 350 0, willen we de stoom 20° oververhitteD

en het suppletie'Nater van 100 - 200 oe verwarmen. Productgassen: ~m

=

5,87 kg/sec

cp

=

1,016kJ/kg.oC .

De productgas-massastroom heeft 5,96 .kW/oC warmte-inhoud. c van stoom bij 200 - 220 oe

=

2,5 kj/kg.oC , dus het

o~erverhi

tten vergt 8,45 Je 104 W

De product gas sen koelen hierdoor a~ van 350 tot 336 oe • Het suppletiewater heeft na het ontgassen' met stoom een temperatuur van 100 oe , voor verwarmen tot 200 0 is

7,1

x

105 'ti nodig, zodat de temperatuur van de product-gassen d.aa1t van 336 tot 217 oe •

r

?

o-Xyleen als grondstof.

dient de ~ctiviteit van de katalysator voor N ongeveer even groot te zijn als voor o-X. Kleine verschillen in de katalysatoractiviteit kunnen dan worden opgevangen door de procesvariabelen (T_{o '} T_{koel ,.} eX _{, vo ) aan te passen.}

Het doel van dit hoofdstuk is, aan °te geven hoe dit· dient te geSChieden.

5.1

Kinetiek.

Er bestaan tegenwoordig industriële katalysatoren die geschikt zijn voor zowel naftaleen als voor o-xyleen (zie Hierover zijn in de literatuur tot dusverre geen kinet.ische gegevens verschenen.

Om toch een reken·voorbeeld te kunnen geven nemen we aan

dat ·we een katalysator hebben die voor naftaleen de kinetiek volgens Peterson heeft en voor o-xyleen de kinetiek volgens

U

Froment (Irt. 16). Hij g~at uit van

2

het volgende vereenvoudigde reactieschema:

<

FZA . G 1 , o-X 3 G

De in he.t a.rtikel vermelde k' -waarden zijn vastgelegd de volgende definitievergelijkingen:

.

dx

dz =

r

Hieruit blijkt dat k' de dimensie kMol/kg.sechee~t. Ook hier wordt wegens de grote lucht overmaat No constant veronder~teld.

.:::

<~~; ,~

'.

~~·A ,:' ~~~~4+.~~~~~~~~~~~~~~~~~~,~~ J. ';~,;' ,

·

'l

'·'

l.z

"

.

· ..

·

io

S

..

,: '

a.. . ' .. '~ . " .' .\ .. -,.; .f<; " . '

,

z

·

.:

,

·~·~:ifl.·~~io'·

,.

:lJt.~':::·.' ;'," ..

~>,',

_, .',,: .. <"',

~,

.

,'

4~Êrf~w4

.

.

it~~~~

\'

::':;;-'

:".' "'-

';

.'- . ;'. ".

.' '.

.

". ,

", .

.'.

. '.

"

".

.;'

"".'.;

,,~:, :~·:;)·;,\~·;;

~i

~\

,. '~ " , ',:.

" ; ,

1~

.:··

~~

.~;

~

·

~'i~~

.

;

1~~o

••

~

':

~s

,.:

(

~

s

'~~

~~'~1rtl"~

:

~~

c:

~

L~'

·'.·a~~Yï' ;'i'et.·tlOiló~'&.·. ··Ui~;'4{~::·è. .. )' ilW'~,'· .. :~;: ~.':~.

'.:',

~~;~

,:

,

~

~~

'.":. '

~

'

~l-

"'

~;lt

'

t.~~~

~

~

:·

Pti

.~~

~,~.:.~,,

~:.

~~

,';

~

.

~

/ ~':,~o.

,.; ,,':

··T~r.t"l.~~~t.~, .~~t f ' ' " ., .... :"":; ' .. '. , t · ;",>~~,~' •• ' . " " . : ' : , , ' ~"' .. - -~,"" ;: ~ . . . ', ... . .' ~ ". " ~. ~ _{... .'} :~ ; " ".' ,',,! . \ '. "' .. : "

' .. . ,~ . " - -.. t · '. . .-tI' :~ "'., .~ . • ., , ,'I.. ... '.; ,'; } ... ','" .. ;i._~ ... ,:~

.,

~ .. ;-' ',' .' ,~'. "",,= \. ' .. '.~: ~ ~r' ' .. ,. \., I . i: ~~..:-"'"

,,,,~

.t~~~

";

".

~~:

~

..

:

_~~

~;

}~~~

:,

~:

,~";"

'

_/. ',l"

.

-

,

,

O

".

5~

·.

" ,

(zie grafiek 2 voor het axiale temperatuurverloop in

de

reactor). Het is zonder meer duidelijk dat de kata1ysato~­

verdunning, die geheel op naftaleen is gebaseerd, te groot is voor o-xyleen.

5.3 Overall-balansen. 5.3.1 Massabalans.

Bij de gekozen Po en To is ~ lucht

=

0,925 .

V_o

=

1,5 m/sec - . .

~~

=

1,5 >< 0,925 = 1,39 kg/m2.sec •

Voor 1 pijp is Sd = i1T d 2

=

6,38.10-4 m2 0

~m

is dûs 5600 X6,38.l0-

4

X 1,39 = 4,95 kg/sec.

Voor omzetiing van 1 mol X in FZA zijn 31 mol 02 nodig; , ,daar _NX

=

0,010 werken we met een bijna zesvoudige

o

overmaat aan zuurstof.

NX = O;010= Q,0394 kg per kg reactiemengsel; we voeden

o

dus met 0,195 kg/sec.X .

Volgens ·5.2 wordt dit voor 54,4

%

omgezet in F~; de op-brengst aan FZA is dus 0,544 x 0,195 x

i6~

= 0,148 kg/sec

=

4~60 ton FZA per jaar •

5.3.2 Warmtebalans.

X ~---I"

54,4

%

FZA

9,6

%

G

36,1

%

niet omgezet

Per kMol X doorgevoerd i.s de totaal ontwikkelde warmte:

9 9 9 /

0,544 x 1,28.10 + 0,096 )( 4,56.10 = 1,133.10 J kMo1 X • Bij een voeding van 0,195 kg/sec X is de 'warmteontwikkeling

°i~g5

x 1,133.109

=

2,08.106 W .

Voor de opwarming van het reactiemengsel (van 350 tot 359 oe) is nodig 4,95 x 1,016.l03X 9 = 0,0452.106 W •

Het verschil moet door de stoompijpen worden afgevoerd; er geldt ~w

=

U·Á T·_nst· _Sl

6

.v

2,04.10 = 600 X150 x _{n st} x 3,5·0,0337 • nst

=

61 •

6. Slotbeschouwing. 6.1 Technisch résumé.

De ontworpen reactor bestaat uit 5600 pijpen in een geroerd zoutbad. Het zoutbad wordt gekoeld door 98

stoompijpen. Voor stoom- en reactorpijpen wordt 'vlampijp' gebruikt; de pijpen zijn 3,50-m lang en hebben een

diameter van 0,0285 m. De reactorpijpen zijn gevuld met katalysatorkorrels van 4. mm (V~05 op silicagel). De eerste 1.00 m is de katalysator verdund tot

9

=

0,.28;

de volgende 0,50 m tot B =0,50. Verder is de katalysator onverdund.

Wannèer we naftaleen als grondstof gebruiken d-an kunnen we rekenen op een productie van 5000 tij. Gebruiken we

o-xyleen d.an loopt de productie terug tot 4260 ton. per jaar.

Door optimalisatie zou dit nog enigszins verbeterd kunnen

worden.

6.2 Optimalisatie.

De reactor is ontworpen om naftaleen te verwerken. DaA.rna zijn de procesomstandigheden geschikt gemaakt voor o-xyleen als grondstof.

We beschouwen de reactor eerst alleen als naftaleen-'ver-bruiker'. Bij het ontwerp zijn een aantal uit~angspunten

aangenomen:

-a- geen recycle

-b- geb.ruik maken van katalysatorverdunning

-c- grote mate van veiligheid

Hierdoo~ worden de optimalisatiemogelijkheden beknot.

Men kan nog kleine wi,i zigingen aanbrengen in tempe.ratuur, druk, snelheid en concentratie, en dan afwegen wat de meest economische gang van zaken is.

Snelheidsve~groting bijvoorbeeld levert een betere

overdracht; de drukval neemt daarentegen toe, terwijl de verblijf tijd korter wordt: de reactor moet lh.nger worden. Verhogen we de temperatuur dan neemt de reactiesnelheid toe: de reactor kan korter worden. Echter hiermee introdt1eere~

-3Ó-.

we tevens groter G-productie, terwijl het gevaar sinteren van de katalysator toeneemt.

Optimal~satie van deze omstandigheden is mogelijk, dooh'

zou in dit kader te ver voeren. Een mogelijkheid eehter om de reactor te bekorten en de 9pbrengst te vergroten is ,

de warmteafvoer te verbeteren. Immers, verdunnen van de

katalysator zou niet nodig zijn indien de warmteafvoer ter plaatse beter was.

Voor deze problemen is de volgende oplossing te geven:

ver1un de katalysator niet met de drager van het V₂0

5

(silicagel), maar met beter geleidend materiaal: bijvoo~­

beeld metaalkrullen. Uit de berekening van de 0(0 volgens

lit. 13 blijkt dat de warmtegeleidingscoëfficiënt van

het bed van grote invloed is. Deze aanbeveling is hier I niet gevolgd daar lit.

13

dan niet meer ongewijzigd ,

mag worden toegepast.

Voo~ het ontwerp zijn in principe drie mogelijkheden: -a- Basis naftaleen. Gevolg: geringere p,roductie bij

gebruik van o-xyleen.

-b- Basis o-xyleen. Gevolg: geringere productie bij gel/l"Uik van naftaleen.

-c- Middenweg, waarbij o-xyleen en naftaleen beide een geringere opbrengst geven dan de op~male, maar

niet zo weinig als respectievelijk bij de punten a en b. De grondstoffenmarkt leert ons welke mogelijkheid we

moeten kiezen. In verband met de kinetische gegevens' is bij het onderhavige verslag punt a gekozen.

Er blijkt nu dat bij o-xyleen een recycle-installatie '

nodig is. Indien we voor de,scheiding van de reactie-producten bij naftaleen en o-xyleen als grondstof de zelfde scheidingsapparatuur kunnen gebruiken, is het de moeite waard te overl,,,egen de reactor korter te maken en bij naftaleen' als grondstof ook te recirculeren. Ook kan overwogen wor~en om inplaats van recirculatie een extra reactor te bouwen, die bij gebruik van o-xyleen als grondstof achter de 'moedert-reactor geschakeld kan worden.

-31-6.3 Conclusie.

Uit het voorgaande blijkt jat het ontwerp niet ideaal zijn, temeer daar de kinetiekcombinatie op een aanname

berust (zie 5. I) •

Van belang was echter aan te tonen dat met behulp van

het gebruikte wiskundige model een reactor ontworpe~ en

aangepast kan lNor1en, als maakte men gebruik van een

'life'-reactor.

Beschikt men dver goede kinetische gegevens dan is het mogelijk de reactor net zo nauwkeurig uit te rekenen als men wil.

~, , .< ,- , " ... , ,>,~[

.

,~~';:J:~ ~ > • . '. '.", ,'"_' t" . ,': . , -~'. ' ;"'\.. ' ... ' ... ,.. ... ! . : . : " • ~r"" _;

'

" - ' . . . ' 'J'-:- ' , : , " • :~ '.~~ . ~;~. ,~ :: ... ~, .. ' .' !:,:::".::.' ::.' .... ~. , . ' i ~; '-'.' • , . ' ~ t,. ). ... '"~ . ~ . -. " ' - . '

lt

.

.lI.fi.lê~la

.

.

JZl '·"',ft~+.~~Jiy41"1 de' ' ~. ' , ' ·fta.:~ta~l1ijto" . '''. , ; G' "" HA .' -,

.

" ~ . " h " , 'Pr' ",lè ' ',l. " . . ' ' . ~ &: • . "'~ 1. 'd 'e ' p.

'

.

"

4,

'. ~-t

.

..

..

-& ..

ft

~

\ti

'l, I '

.

.

' 11-: . ... ~ lfl:

..

..

.

·~t

.

'P' It

·ji',

_r

"

. ,

Sd

":

~i

'··

,

t .. - . l'-, .' , ' ,

.'

.... ,: '.~'-1·

·

e

:

o

+

.Ö(}'i +~20

.

,c,

H

,

at.ü,e

·

ftu

'

ra

hy4.r1de Qriho.X1l~$D

· keagtt,a1 Ql,I 1\Jue seit. ' ke~g.'tàlTa. :PraBatl.

.

·kél.lget.al '-:$. Re11l~,lcll5 . , . .' ',fr:&<rc1eittie:tao-t,or . e<ilJleeJÄ1"at+e " · s&.~eltj'k·é.· warmte

· 4i:a..etfl!' kat$ll"satoxokCtrrela '

.' 4i_et.,r· pi;tp t."~!Jut:tg

..

f ... , -1 .'"~ ,

1tMeilkg.sEio

. · 3 .

.

tJ.lo

:

l/.

·

'J/kg,.G~ m

•

•

~:[~e~ tlrp:ij 'P uit.·e-Ad,~S

aétiveringaftDergie

·e.lja1,~e

.

l!tea.ct·i~sna·l:bei.dsooj:tfici.ë.t

11 . .

kc1/1dIQ~'

kJl~1. . " .:.

ti ,,:,,1 .'. . ~ >

re,a-etie·sDélhei~s~:oë~fiCi.ëDt

'·l,en.~ e· ~ae'l or

:gem;iide'li ·1lo1gev.· rea'$ti~ièn'gsèl

. 1a:óltl'"act'1e zu~st()~ .ol:t.r~ctl&0 ... ~y1eèft

e.ai1~e.l kJito

1

.

aa.tal kátalysat.or,pij-peh .. '

, ~ , dèlJkg "",.~:

.

kg!ldIèl

'

;100 "

.

.

-. a~n.'e:l .. > stO()Dlpi~pen ànzlt ·

'

lii51f/~'i

. ··ltJ!kMöl.

oe

-I/t.It '. .'.'

2

"

•

.

Q~

. . I:.U. " '.

, :'iftt.m4l:_ $l'l1"-utl$:eoë -1';;.1, ~ , Pi~pw ~J!ld vr~'

:- ,

' fa:.e~tf.8,ae:lbè·i': .... · ~'el/kg.~c

, .. ~~p'p~n~ak P:tlp.()órsnè~~f ':hlW~lldig . .2

.

"

o?l'~"la"ij

,)~

u:1:tw.e ' - d 1 g . 2 .' .

·.talRp-&.ratti'QI;, (t:~nl'Zij '_dè~s vel'll:~14) .. 'K .. ·

tijd '.' ~ ... <~~ .'~ .".' ~', .. ". ~ , , . . ~.:, _{J ••} . ,. f ... ,~.,," . .~ , .• 1 r' ", . . . .L", / , ~y'.,.' .~ ~~ ~ .... -' ,.

,~' ,

..

"

.

. ';':-f ;' i. ,

.

, ! " >, .. , , ' , ' , · 1 ' . '. ". - ; ," J ' : " -:' ' 0 ', " " " ,:,' -, '. , '" ,. '" - 'l

.

, ", ,~

-34-LITTERATUUROPGAVEN

1. l.I. Ioffe

&

Y.G. Sherman, J. Phys. Chem. USSR 29 (1955) 692.

- r

2. T.T. Peterson, Chem. Eng. Science 17 (1962) 203-219. 3.A Verslag , . .,erkcollege M32, "De oxydatie van naftaleen

tot ftaalzuuranhydride", Delft (1963), blz. 13. B Idem, blz. 26-33 en fig. 5-19.

4. D.W. van Krevelen, ·Chem. Weekblad

!I

(1951) 47. 5. M.C. Hofman & A.N. de Moet, Intern rapport over

benuttingsgraad, werkcollege M32, (1966).

6. J.M. Valstar

&

J. Berendse, De Ingenieur 19 (1967) Ch39. 7. W. Giloi & R. Lauber, Analogrechnen, Springer Verlag

Berlijn (1963) 255-257.

8. A. Saffer,Catalysis in Practice, Londen (1963) 55-58, (congresverslag).

9. M. Leva e.a., Ind. Eng. Chem., 40 (1948) ·748-752. 'tft

10. R. Lan1au

&

H. Harper, Chemistry & Industry (1961) 1143. 11. S. Ergun, Chem. Eng. progress, 48 (1952) 227.

12.A H. Kramers, Fysische Transportverschijnselen, (oollege-dictaat), Delft (1961), blz. 78.

B Idem, blz. 1~4.

C Idem, blz.lOl.

D I~em, blz. 124. E Idem, blz. 145.

13. S. Yagi, D. Kunii & N. Wakao, Int" De~. in Heat

Transfer, part IV (1961) 742-759.

14. J.H. Perry, Cemical Engineer's Handbook, 3rd ed., New York (1950), blz. 461 •

_.

15. F.C.A.A. van Berkel, Chemische Werktuigen T,

(college-dictaat ), Delft {1965), blz. 116.

16. G.F. Froment; Ind. Eng. Chem.,

22

(1967) 18-22.

I

Tenzij anders vermeld, werden de numerieke waarden ontleend aan:

R.C. Weast (editor), Handbook of Cleveland (Ohio) 1967, 47thed.

Chemistry

&

Physics,

, .,

11 E.W. Washburn (editor), International Critical Tables, New York (1926), 1 st e10

.;:",

·'

.'

.

ringlel'in

,-

..

---~---~

,

voeding

,'

'

STROMING

_{t .! .~~ . . . , . "}

'

tN

·

REACTOR

" "~:'.~' .. !".1 .' " .',; . , " , ,"

stoomketel

F'IA

,'.

·,.,

-1

Het axiale t(lt1lp,r$tulll-8-'

ve,rloop van dè. reactie:

N ... FZA

~.-r---r---+---~---+_---w~~--o

.

-:1.' r~.~, " . , ' ( , . _, '-~" I \ , I: , ' i·' I f ·· _.. .'

I':

•

f

~' ' .. > . I , !-.

·

·

;, I ,. j ' ; ... .. '. .~. ,. " ':

. Het axialet emperatuursver'loop

Y~n de reactie: O .. X ...;...-.... _- FZA C)

i

0

t-

...

0\

.

r.

C"'), .~- "!'. ·0 <:) 0 ~ en (!I!t . -..t"

C"')-8

'f'If N o Ul. ('lol

8

N

.

8 ..

-0 ... Ït_o

GRAFIEK 3

Het axiale concentratie-verloop in de reaotor bij de reacties

naftaleen ---..-ftaalzuuranhydride ll"l ('Jo o ----~---r---~r---~---~CS -...:t o 7 ₄ ... ~.---­ N Lt.. U N

,I

J

_,

.

! 1 I l , i .i i

I.

! . i· i I ol i :' l .

Algol demonstratieprogramma voor de reactie:

==az. naftaleen ~ :ftaalzuuranhydride

I be~in' .1proc eaure' HUs; Icode';

'int~yer" n.j; l·reaLltkoeL,u.cp,rho.v.i.th~ta.

" tnu 1.,. pnu 1., ijrad, ptt~rm; I array,' k, til 1.:.6. J, nul. w[ 0:6

J ;

• proct:dur'e' snel.l.er(9, t) i , arrö.v I (1 t · · . . . . , .ti .:.11 I Ibegin' k[.lJ:=0.8vtlleta.5.'I~~'''~Xp(-71300/(8.3104ot[6])); k L z j : = 1) • 8 0 t t1 et a • 1 • llo 1 " • e x IJ ( ~ 1 8 1) 'a 0 0 / ( 8. 3 1 ". t [ (0 ] ) - ) ; kl3J:=~.8otheta.1~4c5Q~XV(-5"5~~f{8~31<4"'~[.6J»; .

k

L "

J : ="0 • S'" t t Ie ~ é.i. u1 • 6 10 <I u e X p ( - 5 ij 3'u 'u / ( 8 • 3 1 <4 ... t [. 6 j ) ) ;

. . • endl ; eerste: tweede: der d~: vier Cie: l.aats-ce: lena' ;

kL 5 j : =1) • s ot il etaf14,. 3.1~ 3. eXil (-3 '36 'Û 'IJ / ( 8. 31 <4 ut

L

6 J) ) ;

k[6j:=~.8otheta.7.iI050exp(-71Z~1)/(a.314 ... t[6j)) ;

lJ"(t~rrll': =tnu l./t[ 6

d ...

(IJ nu I. -tl Il

d'"

iJl'ad) /p nu ~ i .

ij [.1 j : ;;-(k L 1 j +k[ :3 J +k[ (0 J) ot[ 1 j v 1).4 /voptterrtl.ptteriil ;

iJL zj: =(k [ 1 j -tl I J+l<L 5 j ... ~[ 3 J-k [ 'Z jutl- z j) Ct o. 4 /voptt~rÎ,ICtptterm;

DL3J:=(k[:3J.t[lJ-k[5j ... ~L3J-kL4J ... t[3j)01).4/~.ptterwoptterm;

1J[o4J:=(kllj ... tLzJ)--0.4/vQP~tef'I,\optterr.l;'- -- .

SJ[ 5

J :

=(k L 6· j Ct"t[l j +t~[ 4 jot[ 3 J) u ol. ti/V. p-ct~rrJ.f.Jtterr" i

Y[4]:=-4 ou/(rno-cp ... a.OZ504u_{V)It(t.[t.]-tkoel.)-0.o4/(v}o_rhoo_cp)

- -(k[~Johl1j.t[1J+k[zj$n[zJ~tlzJ+k[3~oh[3Jot[1J. +1<

l

4 j -il[ 4 j

-tL

3 j +k [ 5

J

-hl 5 Jo-c[ 3 }+k [, ] -h[,

J

--t( 1

J)

.ptterm; ruad(h,v,u,rno~cp.tkoeL.tnul..pnul..grad.nul.w) ; 1:=0.01; theta:=Q.z8; , n:='O;'

.

.

-- .

.

.

nu 8 (nu I. w, 6, i. snel.l.er); n:=n+1;

'if' nul.w[oJ 'greater" 4.0 ··tl1en· .. ·go tol l.aatste; fit' nul.v/L'OJ 'greater' 1.'5. ,'tllenl

. 'go to' derde;

'it' nul.v/['OJ liweater l 1.1) 'then' 190 tol tr/eedEn

' i f ' n ·_{'l.ess ' 5 'then' 'go tol eer'ste lel.se' 'SJo ,to}.' vierde j'

ttleta:=O.5; 'if' n 'l.ess.' 5 ,'tilen' " yo to I eerste

tel. se ' "yo ·to'-vierde; · . .

-. ti1eta:=1. 1); I if, n 'l.ess.' s· .Ithenl ,',go toa eer~ste I eLse' _{19 0} ·to' ~ vierde; ..

_.

Véisko(l,3,nul.w[0])j ·tor' j:J:l 'step' 1'urri:il.' 5 'do'

v ask.o ( 1 , 3, nu L wL:J j -10 4) ; v aSK 0 (4 • 1. nu l. VI[ 6

J

- '2 7 3) ;

vasko~1.3.tn~td);· nLcr(l);'n:;:::Q; 'yo to.' e,erstei

. ~...

.

print(I'KLaar");

'.

f

-== i:l z. Algol demonstratieprogramma voor de reactie:

o_xyleen---~ _{__ ftaalzuuranhydride}

'oeuin'. 'proceduret

nU8i 'coue';

, inte;,;l;;r I n, j ; I·real.· n<.H1ul.. tkoel., u. cp, rho. v, i, th eta;

I' dt'r ay' k, hl 1: 3 _{j .} nu _I.

wC

_{0: ..}

J ;

'. 'procedure' snel.l.cr'(.9. t); . • a,...r ay' i j , ti · 'bey~n' k[1J:=theta.l.13QS$exp(-11300o/(a.314~t[ _..

_J»;

k[zJ:=thetd-3.170soexp(-131~~~/(8.314vtl4j»r

k [ 3 j : =t h et i:1 V" • 8 'JIJ" .... exp ( -11 96 '0 \I I ( 8. 3 1 4 et [ .. j») ,

g Ll j ; =- ( k [ 1

J

+k [ 3

J ) ....

8 0 0 0 .. "( [1 j I { V tï r Cl 0) ; • end' ; eerste: -cweeae: derde: vierde: l.aatste: I end' ; !JL zJ:=(k[lJ-t[lJ-kl z-Jo,\:[ Zj)>löOoo/(v-rho); g

l

3 j : = ( k

L

Z

J

~ t

l

z j

+k'L ;

}oi: [ 1 j ) .. 8 'u 1) '0 I ( V ~ r hO) ;

iJL 4

J

:=-4.U -( tL ~ j-tl< oeI.) I( v.r'll0.Cp~,O.0 z S .. }-13 0 o .... nanu 1,*0. zo _8.'

. _{(h[iJ.k[1j.t[1]+l'lLzJ.k[zJ .... tl,z]+-' . -,',}

- ,-

-'-h[3j.k[lJo_t[1j)/(vo_rhOQcp)

;

-r'ead(h. v.u.rho.cp. tkoel.. nanul.. nul. w);

i:=O.Ol; theta:=o.zl;

-n: ='0 ;-' t.

nu 8(nul.w, ... i.si1el.l.er); H:=11+1;

lift nul.w[oJ 1!:weo.terl'.4.o 'tilen' 'go 'co' l.éié:A.tste; .

'ir' nul.i'lL'OJ Igreatert 1.-s'ttlen' 'go tol dei"uei

'it' nul.wL'OJ ·i)reaü;~r· _{1.0 'ti/en' 'go tol t \icledei}

'iT' _{n 'l.ess· , '-rilen' ailo tol eers-ce lel.se· ·~o}

-tol

vierde;'

tl1eta:=o.s; lif' n 'l.ess' s _{'toen' 'go tol eerste}

lel.se· ~DO ,toa~vier'ae;"

tlie-ca:=l.o; 'if' 11 tl. ess • .s _{'"tlien' 'go 'Co' eerste}

'el..se· 'go'Co'~vierae;"

..

vasKo(l, 3, nul.w[ oJ); 'tori j:=l _{'step' 1 'ulitil.· 1 'do'}

vasko(1 .. _{3.nul.wl~J); vasko(4~l,nul.\"L4J-173);}

vasko(l,3.theta}; nl.cr(l); n:=o;··go·to! eerste;

"

.

. print(' ·kl.aar"); J " f i \. ,_ .. ___ . _ .... , ___ , .. ,=_.= ___ =. __ ~_.,~ •. ~. ~~~ _{_ _ _ _ _ _ _ . . . L . - - , - - -}