Hydrogenering van vetzuren tot verzadigde alcoholen

/'J.

"

/

I

Wijzigingen op het processchema.

Uit het rekenvoorbeeld voor de tankreactor in

de

concept-dissertatie werd

)

afgeleid, dat de concentraties van alcohol en ester in gewichtsfracties wbrden .

uitgedrukt.

Hieruit werd de conolusie getrokken, dat de K

1- en K2-vaarden van de snelheids-vergelijking van de hydrogenatie, betrokken waren op deze gewiohtsfracties.

Men vond op deze manier voor de heersende conditiesl

K₁ - 7.13.10- 5 1 2 hr atm

1 hr

(de katalysatorooncentratie was in deze waarden ~erdisco~eerd).

Uit de dissertatie bleek echter, dat bij het uitdrukken van de alcohol- en esterconcentratiein gewichtsfrac~ies, de

K

₂-waarde 100 maal zo groot werd.

(

Gevolg:

De berekening van het minimum volume van de tankreaotor (bld. 25) is niet correct. De berekening van dit volume (conversie x) was gebaseerd op het f~it

dat door de waarde K₂-, 15.8.10-4-L de tweede · term in de snelheidsvergeiijking

~= K1P~

E -

K2A2~

/verwaarlooRa

kon worden.

dt 2

Bovendien zijn de twee laatste termen in de toegepaste vergelijking voor C (blz. 27(6)) niet meer t.Et verwaarlozen.

Onderstaande tabel geeft de oude- en gecorriseerde waarden voor

C

en dereao-torvolumina. K2 "" 15.8 • 10-4

_L

_{K2 - 15.8 •} 10~2.J. hr hr C za 5,95

c -

6,19 m3 m3 -, VL(buis) - 0,805 VL(buis) - 0.757 VL(tank) - 1,326 m3 VL(tank) - ,1.380 . ' Met de gecorrigeerde K

2-waarde werd opnieuw eenbérekening uitgevoerd, om die conversie (-x) te vinden, waarbij het gehele reaotorvolume (tank + bUis) mini-maal was.

blz.7&8

De berekening v.h. minimum volume v.h. reactorsysteem.

" -2

(K

2 ~ 15,8 x

1Q

-!-,

_hr de fysische limitering wordt verwaarloosd)

De hoeveelheid zuur, die wordt berekend in (14) is onafhankelijk van de

oon-versie in de tank en buis, evenzo de katalysatorstroom ~k en de

recycle-alcohol ~ (p~ 5,456).

ao "

Bij verwaarlozing van opgelost H

20 en H2 geldt voor de totale

vloeistof-stroom: ~t • ~k + ~a1 + ~ei':'

~ _a

1 •

~ _ao +

FM (2x-1)

_a en ~

e1

•

PM (1-x)

_e (blz.8)

~t - rlao + ~k + Pl4_{a (2x-1)} + !'Me

(1-x).

(blz. 8. ~~o + ~k· 0,25

PM.z.)

~Yn

-

x

(2M _a -

M )

_e +

0,25 M - M

_{" z a} +

M' - 4x

_e +

244,5

p ~tA1 • _{rla1 -} K_a(2x-1) + 0,1875 Kz - ~9,4 + 196 (2x-1) P P

~tE1

_

~e1

• K. (1-x) - 388 (1-x) P P Conversie in de buis. y - 5.102 - P~2X-1) (; blz -,: (a)) . 2P (1-x - 0,467 1-x - 2x-1

2(1-x)

"

Voor het vloeistofgewicht van ~e buis geldt vlgs. blz. 27 (8).

/ /

0.919

0,919-1

Voor het vloeistofgewicht van de tank geldt:

Gegevens. Y -_e

0,919,

(1 ) (2)

(8)

\ .

x

Y: (4)

~t/p:(1}

E

_j

:(3)/(1)

.

_{A1 : (2}

t(

1 )

C:(5)

(6)

M tank(7)

_r M buis _r (~) Mrtotaal.

I

0,6

0,918

246,9

0,628

0,318

6,191

3,752

339

1480

1819

D,65

0,906 5

247,1

0,550

0,397

6,205

3,275

420

930

1350

0,70

0,891

247,3

0,472

0,477

6,219

2,796

53.1

754

1285

0,75

0,868

247,5

.

0,392

0,555

6,227

2,3035 687

618

1305

0,80

0,834

247.7

0,314

0,635

6,246

1,820

932

532

1464

0,707

0,885

2~1,3

0,461

0,488

6,220

2,728

547

712

1259

.. ,

•

(4)

. . 1 .

-3-Ui t deze trial- and error berekening is dus te. ooncluderen, dat Ulssen .

x- 0,70 en x- 0,75 een minimumvolume bestaatl Berekening:

in

0,919

0,919-1 differentiatie van de tank levertl

(2117)(9,38)

-

---&,42(1-X)-k2A~}

2

-

2111 • 9,38 ·r 2 (9,42(1-X) - 0,04) 2

De term ~t/p _{wordt gelijk gesteld aan 241,4 en K2A1 wordt als constant} beschouwd I .0,04.

I ·

Differentiatie van de buis vergelijking~na&r x,levertl

j (p - 5,456 dM r_b - 211

L

dx 1 _e -y ya

°

_{1224 - (2x-1}} 2(1-x)

.ti ..

0.934 -1 dx 2(1_x)2 / /

c -

6,234. rit - 241,4) ~ dx • 1,934 -2x 2(1-x) dM_rb _ 211.(0,934-1 ) _ 1 dx 2(1_x)2 v + 2x-(1_t934) "e 2(1-x) - 217 (-0,066) . 11-x)-i(2-1,838) x -

(1,838-1,934)~

Bij verwaarlozing van de term (0,04)2 wordtl dMr tot _ (2111). 9.38

dx (9,42)2(1_x)2 - 2(9,42)(O,04)(1-x)

+ (211) (-0.066)

---'-

-4-•

dM_{r tot •} .-1....[(2117)(9.38)(o,162X+O,096) +

(217)(-O,~6)(9.422"1-x)

-2 (9.42)(0,04)(217)( -0,066) (

dx 1-x gemeenschappelijke noemer

5

Voor een minimum vloestofgewicht moet dM_r tot

(teller gelijkt aan nul)

Uitwerking levert, -10.78 + 1272 + 1900 x- • 3200 + 1272 3161,32 4472 dx

gelijk zijn Aan null

ii l

Voor x- 0,707 heeft het reactorsysteem een 'minimaal volumel

(tank + bUiS)

/

,/'

Wijzigingen op het processchema.

Uit het rekenvoorbeeld voor de tankreactor in äe oonoept-disserta1ie werd afgeleid, dat de concentraties van alcohol en ester in gewichtsfracties worden uitgedrukt.

Hieruit werd de conolusie getrokken, dat de K

1- en K2-waarden van de

snelheida-vergelijking van de hydrogenatie, betrokken waren op deze gewiohtsfraoties. Men vond op deze manier voor de heersende oonditiesl

1 2

hr atm 1 hr

(de katalysatorconcentratie was in deze waarden v,erdis~eerd).

Uit de dissertatie bleek echter, dat bij het uitdrukken van de alcohol- en

esterconcentratie' ln gewichtsfracties, de K₂-waarde 100 maal zo groot werd.

( Gevolg:

De berekening van het minimum volume van de tankreactor (bld. 25) is niet

correct. De dat door de

2

M....=

_K1PH

dt 2

berekening van dit volume (conversie x) was gebaseerd op het feit

waarde K

2-, 15.8.10-

4

-1-

de tweede , term in de snelheidsvergeiijking

2 / hr

E - K

2A , verwaarloosd kon worden.

Bovendien zijn de twee laatste termen in de toegepaste vergelijking voor C

(blz. 27(6» niet meer t,é verwaarlozen.

Onderstaande tabel geeft de oude- en gecorriseerde waarden voor C en dereao-torvolumina. K 2 .. 15.8 • 10-4

_Er

1 K2 - 15.8 • 10;':2...1 _hr C .. 5,95 C • 6,19 VL(buiS) - 0,805 m} VL(buis) • 0,757 m} VL(tank) - 1,326 m3 VL(tank) • . 1,}80. :5

Met de gecorrigeerde K₂-waarde werd opnieuw een berekening uitgevoerd, om

S12

conversie (-x) te vinden, waarbij het gehele reaotorvolume (tank + buis)

De berekening v.h. minimum volume v.h. reactorsysteem.

. -2 )

(K

2 • 15,8 x

1Q

-!-,

_hr de fysische limitering wordt verwaarloosd

blz.7&8 De hoeveelheid zuur, die wordt berekend in (14) is onafhankelijk van de

oon-versie in de tank en buis, evenzo de katalysatorstroom r;lk en de

recyole-alcohol ~ _ao (p- 5,456). _.

Bij verwaarlozing van opgelost H

20 en H2 geldt voor de totale

vloeistof-stroom: ~t - ~k + ~a1 + ~e(

rI

_a 1 -

f3

_ao + FM (2x-1) en _a

f3

_e 1 - PM _e (1-x) (blz.8)

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k _ 0,25 PM-.)

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--z

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_Yn

M ) _e + 0,25 M -_z M _a +

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'

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-

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P P

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_

~e1

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388

(1-x)

P P Conversie in de buis, y - 5.102 - P~2X-1) (blz

7:

(a)) . 2P (1-x - 0,461 - 2x-1 1-x' ~(1-X)

Voor het vloeistofgewicht van 4e buis geldt vlgs.bl~. 21 (8).

(8r-1

/

/

Voor het vloeistofgewicht van de tank geldt:

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•

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M buis (~) M_r totaal.

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0,918

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0,628

0,318

6,191

3,752

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1819

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0,906 5

247.1

0,550

0,397

6,205

3.275

420

930

1350

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6,219

2.796

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0,392

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6.227

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0,635

6.246

1,820

932

532

1464

0.707

0,885

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0,461

0,488

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2,728

547

712

1259

"---.

_

_

...

Uit deze trial- and error berekening is dus te ooncluderen, dat tussen

x- 0,70 en x- 0,75 een minimumvolume bestaat'

Berekening:

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0,919

0,919-1

differentiatie van de tank levertz

-

(2117)(9,38)

---

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1-X)-k2A~!

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De term

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tip .... ord t gelijk gesteld aan 247,4 en K₂A_{1 wo,:d t}i' als constant

beschou .... d:.0,04.

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Differentiatie van de buis vergelijking~naar x.levert,

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c -

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Bij ver .... aarlozing van de term (0,04)2 .... ordt' dMr tot _ (2117). 9,38 dx (9,42)2(1_x)2 - 2(9,42)(O,04)(1-x) li I . \ + (217) (-0,066) (1-x) (0,162x + 0,096)

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l

dx 1-x gemeenschappelijke noemer

5

Voor een minimum vloestofgewicht moet dM_{r tot}

(teller gelijk. aan nul)

Uitwerking levert' -10,78 + 1272 + 1900 x- -3200 + 1212 3161.32 4412 dx

gelijk zijn aan null

Voor x- 0,101 heeft het reactorsysteem een 'minimaal volumel

(tank + bUiS)

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L...----=E-+(~G~).~45~--HYDROGENERING VAN VETZUREN TOT VERZADIGDE ALCOHOLEN

SCHEMA + MASSABALANS L. J. GILDE APRIL 1966

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