Verslag behorende bij het processchema: Etheenoxyde

1

(Li t. 1)

(Li t.

2)

1. Algemene inleiding.

Etheenoxyde is onder normale omstandigheden 20oC, 1: ata, een kleurloos, prettig ruikend gas, met een kookpunt van 10,7°C. Het gas kan gemakkelijk vloeibaar gemaakt worden door afkoelen en samenpersen.

Reeds in sterke verdunning werkt het dodelijk op alle insecten, terwijl de ermee behandelde vruchten e.d. er niet door worden aangetast.

Met lucht gemengd is etheenoxyde zeer explosief, vandaar dat mengsels van 5% oxyde met 95% koolzuur voor desinfectie en desinsectie in de handel worden gebracht.

Het reageert sterk met stoffen die een actief waterstofatoom bevatten. Zo worden met etheenoxyde en hogere alcoholen tal van hulpstoffen voor de textielindustrie bereid.

Ook de reactie met cellulose is belangrijk. Dit wordt eveneens in de textielindustrie toegepast, en wel voor het vervaardigen van sterk opzwellende materialen, of voor het meer transparant maken van verschillende stoffen.

Etheenoxyde vormt met HCN ethyleencyaanhydrine, het monomeer voor de bereiding van vele acrylaten.

Voor de chemische omzetting van het oxyde gebruikt men dikwijls de oplossing ervan in tetra.

De gebruikte hoeveelheden voor de belangrijkste toepassingen in 1954 in Amerika worden opgegeven als: .

Gebruikt voor: ethyleenglycol glycolethers polyethyleenglycol acrylonitril ander ton: 165.000 18.000 15.000 12.000 90.000 300.000

De capaciteit bedroeg in Àmerika in 1955 380.000 ton en werd nog steeds uitgebreid. Dit hangt vooral samen met de vraag naar ethyleenglycol voor antivries en naar het oxyde voor de synthe-tische wasmiddelen, die in 1955 circa 27.000 ton verbruikten. Voor 1960 verwachtte men een productie van ongeveer 2 miljoen ton. Het etheenoxyde wordt industrieel op twee wijzen verkregen:

1) Volgens het chloorhydrineproces.

Bij deze methode stroomt etheen door een oplossing van chloor in water, waardoor een verdunde oplossing van chloorhydrine in water wordt verkregen. De zure oplossing wordt geneutrali-seerd en daarna verzeept met kalk. Hierna wordt het etheen-oxyde afgedestilleerd en gezuiverd.

Hierbij gaat de oplossing van CaCl

2 verloren, omdat deze te verdund is voor terugwinning.

(Li t. 12) _{2) Door directe oxydatie van etheen met lucht.}

~~

De enige bijproducten hierbij zijn 002 en water, terwijl er vrijwel geen aceetaldehyde in het product wordt aange-troffen. Dit komt omdat alle bijproducten onder de reactie-omstandigheden snel geoxydeerd worden tot 002 en water. 2. Keuze van het meest aantrekkelijke proces voor de bereiding

van etheenoxyde.

(Lit. 2) Het primaire verschil tussen de twee genoemde processen ligt in de consumptie van grondstoffen.

Zo vereist het chloorhydrineproces ongeveer 2,0 kg ethyleen-dichloride per kg etheenoxyde.

De netto consumpties bedragen hier 1,8 kg 01_{2 en} 0,74 kg etheen. Het directe oxydatieproces vereist gemiddeld 1,04 kg etheen. Hieruit zien we dat er 1,8 kg 012 wordt gebruikt om 1,04 - 0,74

= 0,30 kg etheen te besparen.

Het chloorhydrineproces is dus slechts economisch als de prijs van etheen

6

maal die van chloor is.

Deze prijzen zijn (1961): voor 012 f 320,-- per ton en voor etheen f 400,-- per ton.

Hieruit blijkt dat het directe oxydatieproces economisch veel aantrekkelijker is.

Tot 1930 werd alleen het eerstgenoemde proces gebruikt.

Deze methode vereiste in Amerika jaarlijks circa 200.000 ton chloor en leverde 250.000 ton oxyde. Vandaar dat men, toen de schaarste aan chloor merkbaar werd, uitzag naar andere methoden. In Frankrijk werd toen het veel goedkopere katalytische oxydatie-proces ontwikkeld.

Nog een voordeel van het directe oxydatieproces boven het chloor-hydrineproces is, dat er veel minder bijproducten ontstaan, wat de zuivering van het product vereenvoudigd.

De opbrengst is echter lager dan bij het oudere proces. Toch wordt tegenwoordig meer en meer gebruik gemaakt van het directe oxydatie-proces, temeer daar de algemene tendens bestaat om directe processen te kiezen boven processen via tussenproducten.

Ter nadere uitwerking werd door mij dan ook het directe oxydatie-proces gekozen.

3.

De grondstof.

De e~ grondstof voor het gekozen proces is etheen. Het etheen moet~ zuiver zijn, omdat verontreinigingen de levensduur van

~ katalysator nadelig kunnen beïnvloeden. Bronnen van etheen zijn:

Cokesovengas.

Hierin is de concentratie slechts zeer laag (ca 1,5%), zodat het niet aantrekkelijk is dit gas te gebruiken.

2) Raffinaderijgas.

Door de ontwikkeling van de kraakprocessen in de aardolie-industrie, in het bijzonder het katalytisch kraken, kan men tegenwoordig beschikken over gasmengsels die hogere ge-halten etheen bevatten: thermisch kraakgas bevat + 4%,

katalytisch kraakgas + 9% etheen. Ook heeft men tegenwoordig kraakprocedé's die speciaal op de productie van etheen zijn gericht en waarbij men als grondstoffen bijvoorbeeld gebruikt: ethaan, propaan, butaan, lichte tops (C5 - C7) of nafta en paraffineuze gasolie. De etheengehalten in het product van deze processen kunnen tot + 31 mol.% bedragen. Het etheen uit al deze processen kan uit het product afgescheiden worden door

b.v. :

a)

b)

Destillatie.

Daar etheen een zeer laag kookpunt heeft (- 103,90C) moet men of bij zeer lage druk of bij redelijk lage temperatuur en verhoogde druk destilleren. .

Rectificerende absorptie (met olie).

"

_{~ .11~}

\}c\~~~

_r

Door de sterke toename van de etheenproductie tengevolge van het grote belang van deze grondstof als bouwsteen voor vele producten, kan men tegenwoordig in ruime mate geconcentreerd etheen kopen (b.v. 98%). Het ligt dus in de huidige situatie voor de hand hiervan uit te gaan.

' , V' \0 ,

~lY

eLi t. 2)

(Lit. 13)

4. De grootte van de te produceren hoeveelheid en de beste plaats voor de te vestigen fabriek.

Van de toenemende productie krijgt men een indruk uit de volgende Amerikaanse productiecijfers:

1948: 143.000 ton, 1950: 206.000 ton, 1962: 558.000 ton.

In Duitsland werd in 1954 29.760 ton geproduceerd en in Engeland in datzelfde jaar 20.000 ton.

In Nederland is de behoefte aan etheenoxyde natuurlijk kleiner, maar toch kan uit deze cijfers een globale indruk worden verkregen. Uit deze cijfers baseerde ik de productiecapaciteit van deze

fabriek op ongeveer 3.000 ton per jaar.

Voor de plaats van de fabriek zijn verschillende mogelijkheden. Allereerst denken wij aan het Botlekgebied, omdat zich daar de grote raffinaderijen bevinden waarvan het 'etheen betrokken kan worden, zodat dit dan geen grote vervoerskosten op zou leveren. Om deze reden zou men zich ook in Limburg bij de Staatsmijnen kunnen vestigen daar deze, in samenwerking met Esso, een grote kraakinstallatie hebben gebouwd.

Daar het proces weinig arbeidsintensief is, behoeft men vrijwel geen rekening te houden met de overweging de fabriek in een arbeids-krachtrijk gebied te plaatsen, waardoor waarschijnlijk de aanvoer-kosten van de grondstof zouden oplopen.

5. Korte beschrijving van het gekozen proces.

De letters en cijfers die in het volgende zullen worden gebruikt, behoren bij de flowsheet op pagina

11.

Daar in het proces geen corrosieve stoffen aanwezig zijn, kunnen de apparaten van normaal constructiestaal gemaakt worden.

',"

Etheen en lucht worden samen met recyclegas in een mengvat (M) gemengd waarna de gasstroom in een warmtewisselaar (w. w. -1:) door het uit de reactor (R-1) stromende gas wordt opgewar~d

Î1

tIJtr1)

11

De reactor' is een buizenreactor, waarin de temperatuur op 2800C tot ca 2500C, waarna het in de reactor treedt. .

~

gehouden wordt met behulp van verdampende dowtherm, welke stof

'r

.

_{de reactiewarmte van de sterk exotherme reactie afvoert.}

A De buizen zijn gevuldmet

"éen

zilverkatalysator, welke dient om

~ de reactie te versnellen.

/).' . C) lAIS nevenreactie treedt hoofdzakelijk de verbranding tot

kool-~ zuur en water op (35%).

~ ~ De reactiegassen worden vervolgens gekoeld (k-1), gecomprimeerd \\ ,} P tot. 20 ata en weer gekoeld (k-3), waarna zij in een met

Raschig-~

~ ringen gepakte absorptietoren (A-1) treden.

~

.7;0

t

of

t

. ; ~

-~

\

~

Boven in deze kolom wordt water gepompt, waarin het gevormde

etheenoxyde en koolzuur worden opgelost. Het uittredende gas. bevat nog onomgezet etheen (50%) en gaat gedeeltelijk terug naar de

, eerste reactor en deels naar een tweede reactor (R-2) en absorptie-sectie. In deze laatste reactor wordt het etheen volledig omgezet. Het etheenoxyde, opgelost in water komt nu na in een warmtewisselaar

(w.w.-3) te zijn opgewarmd boven in desorptiekolom (D), welke bij een kleine onderdruk werkt (0,5 ata).

Ook dez~m ~s een gepakte kolom.

De temperatuur wordt boven in de kolom op circa 750C gehouden waarbij hoofdzakelijk C02 en etheenoxyde als gas overkomen. Meegekomen waterdamp wordt in een condensor (c-1) afgescheiden

en teruggevoerd in de kolom.

De gassen worden vervolgens gecomprimeerd tot

5

ata, waarbij het etheenoxyde vloeibaar is geworden en in een stri.pper (S) gevoerd. Dit is een gepakte kolom die werkt bij circa 60oC. In een condensor

(c-2) wordt het oxyde afgescheiden en teruggevoerd. Het C02 wordt

'I :{ afgelaten. De vloeistof welke uit de ketel stroomt enui t

vriJ'-. _ /lvriJ'-.M-_" ~V~ 1 " •. we~ zu~ver ~ etheenoxyde bestaat wordt in een laatste kolom (p)

.. iP

gebracht waarin het van hoger kokende onzuiverheden, waaronder ~' wat water, wordt gescheiden.

6.

Deze kolom welke eveneens met Raschigringen is gevuld, werkt bij 5 ata en ongeveer 60o

c.

Het product dat uit de condensor (c-3) stroomt wordt gedeeltelijk als reflux teruggevoerd en deels naar opslagtanks gevoerd.

De graad van zuiverheid kan de 99,5% te boven gaan. De reactor.

N.B. Er staan vier reactoren (R-t) parallel. In de reactor hebben de volgende reacties plaats. (1) 2 C

2H

₄

+ O2---+ 2 C2H

₄

0 + 32 kcal/mol. (2) _C2H

₄

+ _{3 ,02} - - - i ' 2 CO

2 + 2 H20 + 316 kcal/mol. Beide reacties zijn sterk exotherm.

Om te voorkomen dat reactie (2) in te sterke mate optreedt moet de reactietemperatuur goed in de hand worden gehouden.

,- \-'1

,

(Li t.

4)

maat voor geprod.

Dit geschiedt door de ontwikkelde warmte door middel van dowtherm af te voeren.

Te lage temperatuur kan ook niet worden toegestaan, daar anders --;::: ~ctiesnelheid te laag wordt.

1

De temperatuur wordt lager gehouden door 0E1imale selectiviteit. , Bij dit recycle-proces is namelijk selectiviteit belangrijker dan

conversie.

Gewoonlijk wordt de reactie uitgevoerd bij atmosferische druk. De conversie van etheen bedraagt dan per doorgang

40-50%,

terwijl de uiteindelijke opbrengst

50-65%

is.

Roest katalyseert de ontleding van het oxyde en de totale ver-branding van etheen, zodat roestvrij stalen buizen gebruikt dienen te worden.

Er moet tevens op worden gelet dat het gasmengsel buiten het zo-genaamde explosiegebied gehouden wordt. De explosiegrenzen voor etheen en etheenoxyde in lucht zijn:

etheen in lucht

3 - 29

vol

%

etheenoxyde in lucht: 3 - 80 vol

%.

N.B. Door een gedeelte van het gas weer terug te voeren worden

de omstandigheden ten aanzien van het explosiegevaar gunstiger, omdat er

02

uit de lucht is verbruikt en er zich dus procentueel meer N2 in het gas bevindt.

De, contactti,id en de temperatuur.

Er zijn proeven gedaan waarin temperatuur en contacttijd werden gevarieerd. De uitkomsten van deze metingen zijn opgenomen in de volgende grafiek. Hieruit blijkt dat voor optimale conversie de temperatuur genomen moet worden tussen

270

0C en

290

0C, terwijl

de contaçttijd 0n-geveer t seconde bedraagt.

0 ₌ cont.tijd

1,14 - 1,25

sec.

Ä cont.tijd

0,56 - 0,60

sec.

/:J conto tijd

2,34 - 2,50

sec.

0 cont.tijd

4,73 - 5,10

sec.

oxyde t

I

I

\

De katalysator en het reactiemechánisme.

Als katalysator dient zilver dat hiertoe op aluminiumoxyde als drager werd aangebracht.

Hiertoe werd het aluminiumoxyde geïmpregneerd met een zilvernitraat-oplossing, waarna aan de lucht werd gedroogd.

Vervolgens werd verhit in een stikstof-waterstof atmosfeer, totdat nagenoeg al het op de drager aanwezige zilvernitraat was gereduceerd

tot metallisch zilver.

Op deze katalysator wordt van het gasmengsel alleen de zuurstof (als atomen) geadsorbeerd.

Voor het mechanisme van beide genoemde reacties werd het volgende beeld aangenomen:

reactie (2): C

2H

₄

+

3

02~ 2 CO2 + 2 H20.

De snelheid van directe oxydatie bleek evenredig te z~Jn kwadraat van concentratie van de geadsorbeerde 02-atomen. molecuul C2H

₄

is hier dus een paar van 02-atomen nodig.

;"

éH~2~~c'f

====:r

ëH~

\ \ I \

\ °

I ,.,9 I

/-\

/

'\.

Ag Ag Ag Àg > Ag-Ag-Ag-Ag met het Per

waarbij twee HCHO-moleculen gevormd worden, welke dan snel geoxydeerd worden. CO + geads. 2 H + geads. CH 20

°

geads.

°

geads. ~co geads. ~C02 ~H20 + 2 H geads. De productie van C

2H

4

0 vereist slechts één 02-atoom.

)

Ag - Ag Dus wanneer een C

2H

4

-molecuul één geads. 02-atoom ontmoet,

ontstaat C

2H

₄

0; als het een paar ontmoet ontstaat CO2 en H20.

Om de kans, dat er twee 02-atomen naast elkaar geadsorbeerd worden te verkleinen, werd getracht op de katalysator eveneens C1

2 te adsor-beren, en wel zodanig tussen de 02-atomen, dat er geen 02-atomen naast elkaar voorkwamen.

Deze onderzoekingen zijn echter nog niet op bevredigende wijze voltooid.

Na een jaar moet de katalysator worden geregenereerd, waartoe men beurtelings sterk verhit en de reactiegassen over de katalysator leidt.

..

7·

(Lit.

7)

(Li t. 10)

l,

De abs orb ers •

In de absorbers worden uit het gas het etheenoxyde en het kool-zuur door water geabsorbeerd.

De oplosbaarheidsgegevens voor beide gassen in water zijn de volgende (uitgedrukt in cm3 gas opgelost in 1 cm3 water geredu-ceerd tot oOe en 76 cm lig).

Etheenoxyde: temperatuur in oe 5 10 20 temperatuur in oe 20 25 30 35 40 50 60 150 200 45 60 33 46 20 29 opgelost 0,878 0,759 0,665 0,592 0,530 0,436 0,359 druk in mm lig 300 400 500 600 700 760 105 162 240 76 120 178 294 49 74 101 134 170 195

Bij gebrek aan meer gegevens, werd de oplosbaarheid van de gassen evenredig met de druk genomen.

Een werkdruk werd aangenomen van 20 ata. Bij deze druk is nodig 4,85 kg/sec water voor beide absorbers. Genomen werd 8 kg/sec, waarvan 5 kg/sec voor de eerste en 3 kg/sec voor de tweede absorber werd gebruikt. Bij deze overmaat kan men er zeker van zijn dat al het etheenoxyde en het koolzuur worden opgelost.

8. Berekeningsvoorbeelden.

Hiervoor zullen behandeld worden: een reactor, een warmtewisselaar, een destillatiekolom en een stoomspiraal.

1) Reactor-1.

Berekening van het aantal buizen.

De contacttijd i~ ~tor De buisdiameter 25 mm lengte buizen =

m,

porositeit

=

0,4 volumestroom

=

1 m3/sec aantal buizen

=

P.

bedraagt circa 1 seconde.

Totaal doorgestroomde volume van de buizen is:

P 1 ~{( - 3) 2 -6 3 • 4", ( . 25· 10 • 3 . 0,4 = 593 . 10 . P m volume volumestroom

-6

593 . 10 . P 1 contacttijd

=

1 sec.

1 Dit geeft voor P:

Dus 1683 pijpen per reactor.

De diameter van de pijpen werd volgens de trial and error methode gevonden.

Er moet namelijk ook voldoende pijpoppervlak aanwezig zijn om de ontwikkelde warmte af te voeren.

De hoeveelheid af te voeren warmte bedraagt 445 kW.

Het warmte. afvoerend IDedium®do~erm van 270 oC. . 2 C

Voor U, de totale warmte-overdrachtscoëfficiënt, werd 80 W/m 0 aangenomen. Het lo~ch t~eratuurverschil bedra'agt 14 oe. Het warmte-uitwisselend oppervlak werd berekend met de formule

rI. = U • A • (L\ T) I

"fJw • ID.

A = 445.000 80 x 14

397 m. 2

Het inwendig oppervlak der pijpen 397

Dus nodig 0,0785

=

5050 m pijp.

De lengte per pijp bedraagt 3 m, dus er zijn

5~50 =

1683 pijpen nodig.

De plaatsing van de buizen is volgens. het profiel van een gelijkzijdige driehoek.

De diameter van de reactor wordt berekend met de formule: D

t hartafstand van de plJpen (steek) t 1,4 x d (diameter pijp)

t =

1,4

x

32

= 45 mm.

De factor m wordt bepaald door het aantal pijpen en bedraagt hier 43,25.

D1

=

m x t

=

1950 mmo

Hierbij komt nog tweemaal de steek, omdat de plJpen niet tegen de reactorwand aanzitten; en nog tweemaal de halve diameter van een pijp, omdat D1 over het hart is gemeten.

Hierdoor wordt D = 1950 + 90 + 32 2072 mmo De diameter van de reactor werd 2 m genomen. Hoeveelheid dowtherm. Gegevens: temperatuur verzadigingsdruk dichtheid vloeistof dichtheid damp verdampingswarmte 2700

e

= 1,42 ata 3 =

P

1 = 851 kg/ m 3 =

P

d 5, 52 kgf m = 280 kJ/kg.

De af te voeren hoeveelheid warmte wordt opgenomen door de verdampingswarmte van dowtherm.

Er is dus nodig:

~

= 1,59 kg/sec

Dit is: 10 3 1,87 l/sec vloeistof en

103

=

288 l/sec damp.

Toe- en afvoerleidingen.

Invoer dowtherm (L): 1,87 l/sec; snelheid 3 m/sec

doorsnee leiding

13~7

= 0,0623

dm2; dus diameter

=

32 mmo

Afvoer dowtherm (G) 288 l/sec; snelheid 11 m/sec

doorsnee leiding

=

2,62 dm2 ; diameter

=

1,83 dm. Neem 18 cm. Toevoer gassen: 914 l/sec; snelheid 11 m/sec

doorsnee leiding 8,3 dm2 ; diameter 3,25 dm. Neem 32 cm.

Evenzo: diameter afvoerleiding

= 34 cm.

2) Warmtewisselaar-2. Gebruikte formule: Çpw = U . A . (.ó T) 1. m. Gegevens: A. Y--'w A 146.000 - 120 = 20 x 61 -2 146 kW

= 20 W/m

2 oe (gas-gas warmtewisselaar) 61 .oe = : 640

-'ai

sec m.

3)

(Li t. 14) (Lit.

9)

260·C. ( -

-

-

-

.

-L

';0 I " I D'

"

-

-

I I I j

/ go

0

C.

Doorsnede van de plJpen per pass bij een gassnelheid van

5

m/sec

. d . . 6 A

°

1 2 8 dm2

ln e P1Jpen

=

~

= ,

.

Doorsnede van 1 pijp (25 x 32)

Dus aantal pijpen per pass Neem lengte pijpen =

3

m.

0,0492 dm2. 12,8 260 0,0492

=

.

Inwendig oppervlak per meter

=

0,0785 m2/m. Dus t t o aa no 19: 1 d · _{0,07 85 x 3} 120 510' . P1Jpen. Het aantal passes bedraagt dus

~Jg ~

2.

De diameter van de warmtewisselaar wordt weer berekend met de formule D

1

= m x t en D

=

D1 + tweemaal steek + tweemaal halve

pijpen + 10 mm per pass.

t

=

1,4 x 32

=

45 m

=

16 . D₁ 710 mm 2 x steek 90 mm 2 x halve pijp 32 mm 2 passes 20 mm D = 852 mm Neem D = 85 cm. De reffner.

Er werd verondersteld dat in deze destillatiekolom h. et .etheen-

~

oxyde uitsluitend van water diende te worden gescheiden. ~~~

De kolom werkt bij een druk van

5

a ta en eent::reffipë:rà'tuuf"'van .

600

_c,

_{het kookpunt van het etheenoxyde bij deze druk.} Deze kooktemperatuur werd berekend met de formule:

A

In p

= -

T + B

Uit het verband tussen dampspanning en temperatuur bij drukken lager dan 1 ata werd de constante A berekend; gevonden werd

(Lit. 8)

Nu werd uit: In

t

= A

(2~4

-

~

)

5

de kooktemperatuur (T5) bij 5 ata berekend.

Vervolgens werd een schotelberekening uitgevoerd met behulp van een Mc Cabe-Thiele diagram.

Van dit diagram bestaan ook alleen gegevens bij atmosferische

druk~

Getracht werd ~ , de relatieve vluchtigheid, bij 5 ata te berekenen. Hiertoe werd weer gebruik gemaakt van de formule:

A

In p = - T + B voor water. Hierin is k ongeveer 5000.

Berekend werd de dampdruk van water bij 600C; deze bedroeg 0,2 ata. Voor 0< vindt men nu 0<.

=

L

=

25.

0,2

Veronderstellend, dat over de gehele kolom constant blijft werd het verband tussen x en y berekend met de formule:

Q( • x

y= 1 - x + o ( . X

Met de zo gevonden evenwichtslijn werd het y - x diagram gecon-strueerd (zie grafiek pagina 12).

Uit de grafiek werd R . , I bepaald. De helling van de eerste

m~n~maa

werklijn bij R.

=

0,03. Hieruit volgt voor R. : 0,43.

m~n. m~n.

Bij een verhouding van R t. 1 en R. van 2, vindt men voor

op ~maa m~n.

R t _{op •} de waarde 0,8b. Genomen werd R = 1. De beide werklijnen zijn nu te construeren.

(x_D

=

0,995; x_k

=

0,990; x_F

=

0,832 en q

=

1).

Het aantal theoretische schotels zo gevonden bedraagt 4.

Het aantal practische schotels is-auB ~Voor de hoogte per schotel

~

_~

voor de (gepakte) kolom werd een eff~ie~ aangenomen van 50%,

v*

werd 75 cm De verwarmingsspiraal is 0,5 m hoog en er werd nog een halve meter g~en, zodat dus

6

m pakking nodig is. boven in de kolom a s druppelvanger genomen, waardoor de hoogte van de kolom op 7 m kwam.

De berekening van de diameter van de kolom is als volgt:

~

Met

behulp van R en de gegeven hoeveelheid destillaat (0,12 kg/sec)·

~ vinden we voor de refluxstroom 0,12 kg/sec en voor de dampstroom,

V;

/

die de kolom verlaat 0,24 kg/sec (Gt)· De grootte van de

vloeistof-r

stroom is 0,25 kg/sec (L_t)·

De berekening wordt uitgevoerd in Engelse eenheden.

(Lit. 9)

Gt

=

1900 lb/hr Lt

=

1980 lb!hr.

We voeren nu in de grootheden G en L, voorstellende de stromen per oppervlak van de kolomdoorsnede.

Er geldt dus Gt G. Er is dus nu een empirische relatie tussen Lt L

G A. G

LX~ en~met

rh "\

r

{'gas

'r =

V

0,075·

O,~

I

..

0,3

7

In ons geval vinden wij zo, bij gebruik

Va~ringen

voor G: 450. Hieruit volgt de waarde van G en uit

~

= F volgt de grootte van het oppervlak van de kolomdoorsnede (in sq. ft). Hieruit volgt voor de diameter van de kolom 45 cm.

De verwarmingsspiraal van de refiner.

Uit de warmtebalans voor de kolom volgt de hoeveelheid toe te voeren warmte (Q) in kW.

Hvoeding + Q

=

Hdestillaat + Hketelproduct + Qcondensor

60,3 + Q = 41,0 + 14,2 + 69,5 (kW).

Hieruit volgt voor Q: 64,4 kW.

Het benodigd oppervlak (A) werd berekend met de formule:

CPw=

U • A • .óT.

Er werd stoom

~ebruikt.

De waarde van de totale warmte-overdrachtscoëfficiént (U) werd 2000 Wjm2 oe gesteld.

64.400 2

Nu volgt voor A: A

=

2000 x 60

=

0,536 m

Voor de spiraal werd (25 x 32) pijp gebruikt. Het oppervlak hiervan per meter is 0,0785 m2/m. Er is dus nodig:

0,536 6 84 ..

0,0785 = , m P~Jp·

De diameter van de kolom is 0,45 m. Er werden spiralen genomen met een diameter van 0,35 m.

De omtrek per $.piraal bedraagt dan TE x 0,35

= 1,1 m.

~ ~

Het aantal-~cn is dus 1,1 =

6.

N.B. Het vloeibare etheenoxyde wordt in opslagtanks onder stikstof opgeslagen. De stikstofatmosfeer is noodzakelijk in verband met het explosiegevaar.

•

9. Gegevens over de apparaten.

Naam lengte diameter

0

w in apparaat (in m) (in m) (in kW)

menger 1,80 0,90 reactor-1 6,00 2,00 445 reactor-2 6,00 2,00 590 absorber-1 7,00 0,90 absorber-2 4,00 0,55 desorber 7,00 1,00 stripper 7,00 0,50 refiner 7,00 0,45 w.w. -1 6,00 1,20 183 w.w.-2 3,00 0,85 146 w.w.-3 3,00 1,60 1530 koeler-1 6,00 1,10 147 koeler-2 6,00 0,85 83,2 koeler-3 6,00 1,20 354 koeler-4 6,00 0,75 109 koeler-5 3,00 0,55 26 condensor-1 4,00 0,65 92,5 condensor-2 4,00 0,70 59 condensor-3 1,85 0,65 69,5 reboiler 1,00 0,65 607 tank-A 1,60 4,80 tank-B 1,45 0,75

..

~J

-.

_" Naam menger reactor-1 reactor-2 absorber-1 absorber-2 desorber spiraal (s) spiraal (p) w.w.-1 w.w.-2 w.w.-3 koeler-1 koeler-2 koeler-3 koeler-4 koeler-5 condensor-1 condensor-2 condensor-3 reboiler TI Wjm2 80 80 2000 2000 20 20 600 35 35 35 35 35 100 100 200 2000

".

'A aantal passes (4;)l.m. oe _m2 ( e) 397 14 238 31 0,61 7 windingen 55 0,54 '6 11 ₆₀ 213 2 43 120 2 61 170 10 15 155,5 10 27 88 10 27 198 5 51 61 ₅ 51 11 8 68 21 10 44 34,2 8 17 13 6 27 10 30

g " I 1

. IJ.

, T

©~i

!

~i ~! i~! ~i

F * !

~;;;;f:

k-x

0 . , N ! I I L_~

•

I

I

3.t 1 ~ 1

I

I,

I I I , L :TI lE

W'-

J~

:

N

C

~'!f<m

L~~:~

Iq

t

t30

I

~ t!~

..

·3B

~BI.

~

e lal

l

r----E-TH-E-EN-O-"-VO-E---I

~

W.H.IMMINK

'-I

DATUM OEC:63 SCHA AL':

3b , " " , '

o IM 2M lM

i . .

10.

Gegevens over de processtromen (zie flowsheet pag.

11).

Nr. kg/sec bara kW oe

1

0,1200

1 ,5

55,5

20

2

0,8667

1,5

257,3

20

3

2,4975

1 ,5

777,3

20

4

2,4975

1,5

1510,0

250

5

2,4975

1 ,1:

1633,2

280

6

2,4975

1, t-+20

976,9

30

7

2,2662

1 ,5

715,0

30

8

1,5108

1 ,5.

479,6

30

9

0,7554

1",5

235,4

30

10

0,7554

1 , 5

393,6

200

11:

0,7554

i!,

1

479,2'

280

12

0,7554

1 ,1

310,9

80

13

0,7554

t,1 _20

249,7

30

14

0,6783

1

214,0

30

15

3,0771

i:

3860

30

16

5,2313

1:

6570

30

17

8,0000

20

10400

30

18

5,0000

20

6280

30

19

3,0000

20

3770

30

20

8,3084

1

t0420

30

21

8,3084

0,5

11738

75

22

8,0000

20

12150

90

23

0,3000

0,5

1.80,5

75

24

0,0400

0,5

58,3

75

25

0,2600

0,5

1.02,5

75

26

0,2600

5

88,7

50

27

0,2500

5

81,5

60

28

0,1200

₅

36,4

60

29

0,13 00

1: .

45,1

60

30

0,13 00

5

60,0

65

31

0,1300

5

60,0

60

32

0,1300

5

60,3

60

33

0,2400

5

92,6

60

34

1

60

35

0,2400

5

82,0

60

36

0,1200

5

41,0

60

37

0,1200

5

41,0

60

38

0,0100

t

14,2

60

2. Petr. Ref~ sept. 1953, p. 146 - 158.

3.

Winnacker - Küchler, Chemische Technologie III, 2e druk Carl Hanser Verslag, München, 1959, p. 752.

4. Mc Bee, E.T., Hass, H.B., Wiseman, P.A. Ind. Eng. Chem.

21,

432-38 (1945). 5. Octrooi nr. 91491.

6. Twigg, G.H., Trans. Faraday Soc.

n.,

284-91 (1946). 7. Seidell, A., Solubili ties of Orgahic Compounds" 3e druk

D. van Nostrand Company Inc., New York, 1941, p. 1100.

8. ~ogan, W.B., Fridman, W.M., Handbuch der Dampf-Flüssigkeits Üleichgewichte, 2e druk, E. Krell, Berlijn, 1961, p. 46. 9. Perry, J.H., Chemical Engineers' Handbook, 3e druk,

Mc Graw Hill Publishing Company Ltd., New York, 1953.

10. Hodgman, C.D. c.s., Handbook of Chemistry and Physics, 37e druk, Chemical Rubber Publishing Co., Cleveland 1955-1956.

11. Twigg, G.H., Proc. Roy. Soc., London, A 188, 92-104 (1946). 12. Goldstein, R.F., The Petr. Chem. Ind., 2e druk, (1954), p. 145. 13. u.S .• Pat. 2.125-333.

14. Landolt - Börnstein, 11, 6e druk, Julius Springer, Berlin, 1960, p. 161.