De fabricage van etheenoxide

• adres: Va1eriusstr. 147 Amsterdam-7 7a~: II~emstrastr.

5

De:ft

2182

datum: Januari 1967

--!

• t:".

,-~ "

.Laboratorium voor Chemische Teohnologie =::;:::=:= ==:

==

==:::::: = = ===::: ==c:==='=========

== .

U.H~C. Bijvoet J. Spaans

.

. " 0;' Fabrieksvoorontwerp Etheenoxide synthese

.

.

.

'\: .. , . , ' , " I" ·.f ..

I N HOU D

Samenvatting processchema~. Inleiding •..•... ... 1 Procesbeschrijving. MassabalanB ... . Warmte balans

.

...

.

.?

.4 6 • ~O reactorgedeelte. gaswarmtewisselaars .. koelcircuit ... .

.

..

. .. 11 .13 Reactiekinetiek overzicht.

.

... .

reactiecondities .

. .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

.

. . .

. .

.

.

.

1 .... Reactorberekening lengte reactor temperatuur en temperatuur en conversie 1.

...

conversie overzicht werkcondities. drukva1 over reactoren.

2.

Absorptie . . . . Constructie reaótoren en warmtewisselaars. Regelschema.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. .

Li teratuur ..

.

. .

.

.

.

.

.

.

. . ...

.

.lpparatenlijst . . . . Tabellen en Piguren . . . . "~" r" .17

.

19

.

23

.28 • ~2

.35

.35

.37

.43

.54

.

55

.57

• 59 "

• -.~~ • • ~~- ; . W' ~, '-. ~ ... . '

..

:<' ~ , .. t:·.

-..

~-', .

.

, ; ' . ' '" " " .. ~~: ~:;;~ ~ :~~ -.,'~' ;: . . 'k. ,.J. " , ' > " ,"

" '.

~t

de massa,balaAs bliJ.kt' d,at

d~tè;".i.

,

..

a$Sa8t-~~

':'.:.:~:

, 4;'f.' 'de , :bwee~e reactor 1~gaat

4,86

1tS7.eo

;,,-

i .

." .

~:.

~--~i."Q!elijk ,1séehter

voor de

,

h • .reken

:

i.,g

v-.

ab~:1'p'~l!,'~~

'-:'1rCl)~..", lfarlfltèba.lans en warate.i$~è,laa~'

4e

va~~,' .. "', ':

,

"

4.68:

,

'kg/sec gebruikt. .··.L,.·','."""

'·",,:,~;1.e h1e.t'Voor resp_ pag' 41. 11,

en

'4.a,4-9-" ;, ,,~. :" f, " ~ .. .. .' ~ .... ~ "', . ' ' .. . ' ... "'.,." .\, .... .. " , -'.' '.~ . i .. " .. ~, . .;;. ... ,":-",":': . :..-..

" .

..

,. .. '

"'.' , "';,:,O~_ ..

e

.

=

",,

.,',

I' " , - - -,

;

;ofoo~il.tw.rp

,

vaneen, fabrt,eksinstallatie, Toor

de

'p,rodtlêt1e ',; 1

(',: ~;' , .,' ,.:., .~ '25'.,099' "'kon Etheenoxide per j_r .op· bae1~ van de. kataly-" .

-.' ~ .. , :".' -,' t~ac~e gtl$fe.se oX'idat1e ~an Ethe'en. ' ' :'; .

I"~"

-..~'

!,,' . " :.' .. ," _ . , .

~

' .

11\1YUo

Iu,..:..

~\kv' ~.t,4

y

, '.

'.'~-:,;

,';:',

UtWo.~rin.g.!

"

"

./:t .• ," '. .. :~

i;)

'~:":''''''~:' 1)001' enk~~tn de_kkinetisehe gegev~lls T4etgestel.Ae·" ~0!1" '.:<' ,;~',,:-':'".:' ~'i(!';tl

. "

.. i '

Jt-olt' 9,-6 r~ac~~-o.rbere. éni~ via een trial and ~rrOl"·'.et·hv".t:, ,-.' .. ,'" ,,:,::,_ '.;: , ,i)~. bä,d·,:v.$'l ~d1e gè~ève~a niet ~~act u1tgevoer<l, W~~~~lt", . . :,.:.': ."-'!lI~~OVJ"

, ' i ' " . 1)e'~é

metl\ue

,

.. iat

..

e-en

praktisoh vo,11edige 'dime.na10Jle·rlllg . .". .

" . , .. " ~ de ' J'e.a.ctolfel.l, 'V-Oorat f welke

acllteraf

:

geoGrri~ee~ ~êi8!l _,~,< ,

: ;:'" " .orden_t g~volgd,

door

een

bet~re bt!Jn&derlng.

.tè

~

.'

"

'

:-"".)',,,

,

" '

.

:'

:pe

'.~'méil voorat werden gedaan aan de hand V$1l1 'Pr.~- 5." • • • .

.

w&á~"~,

In

de' ei~~n gesteld voor· de t-o~pas,baal'ltei.:.~ ,4$: ,.', ,.,;,":

,~' , ld..l1.t1s~~e gegevens. ' . . ' ' . ' :' ",

0Di4.tft

!i'et tû t de rekenresultaten niet mogelijk: was ., 4. aatU'Wi-·' ~.>

iUtn .~

'

cor

,

ri,geren

(fouten

kin.

gegevens ) we~dén 'dé'ze

v-oor

,

d~;" ,i.

X"~aetor . .. aangehouden. : . .

~ s.e-M~p.~ng~a:l'Pa.ratuur, warmtewiseelaars en koelc1rcui l ' !jijl). .

, "~e~ell(l· ,o»~.~-e ui 'tgangs8tromen van de reac'torel1 m.~t d,e, .daar,.~,; :~c'.'· .:'~J'ió,. .• te' ~lell·· gesteld~ OOMi ties( Selectiviteit en 0011Y.er~:1. ','i: ',_~,

.. "'~. ;.

.', "r'

I , ".' '~.a.lén ·deze·tütgangaoond1t1ee). ' . :"~;

.fenalotte ie

nog een

beschriJving van het

1feet-, ge:g·even. r,

!

..

-, I 1_

I

' ·0" , ' " .. ~ ; _ " I # '1 1 • ,,'

. , t.-:: ... ,"' . ....

Eigenschappan

Etheenoxide Ag~egatietoestand: Molecuulgewicht: Dichtheid: Brekingsindex: Kookpunt: Smeltpunt: Toepassine;en: vloeistof beneden 10

°ó

44,05 kg/kmol 0;8909 g/cm3 0,8945 " b~ 4·o

e

.

o

oe .

0,8824

.tt 1,35965 .. 10,7

oe

111,3 101.90 7

oe

Steriliserend en schimmelwerend grondstof voor: . '.~

Ethyleenglycolen, waaruit polyesters, ~pr1ngetu4.~_ weekmakers.

Glyeolethers,

Ethanolamines, wasmiddelen, corrosie1nhib~uv,~'·,;.!-:

Acrylonitri1.

Bereidingsmoge1lik.heden:

') OXidatie van Etheen met · 02 door 1il~eil geltata1Jree~io4;,i'>.

CH2=OH2 . +

~

02 '.

cn;-&r

_a

'. ,.'

V\

Chloorhydrineroute:

CH

_2=CH2

+ 01₂ +

H

₂

0

" CH20H-CH2Cl + Ca(OH)2 . . i

-3-stelt men de twee processen tegenover elkaar dan kan

men concluderen dat: _~--,

, '.~

Voor productie op kleine schaal ( 25 million lbs/ yr.)

de ECR lOjb minder productie kosten en investeringen

vereist.

Voor 50 million lbs/yr. is het oXid.proces 5%

voordeli-ger, omdat de chloorroute meer verwerkingseenheden

beva t. li t (4 ~~)

Uit tabel 2 leest men dat bU productie met een hoge

selectiviteit de oxidatieweg veel voordeliger is, maqr

werkt het proces b'] een lage selecti vi tei t dan [{an ECR concurreren

Uit tabel 1 valt de toenern'2nde belan[;stelling voor het

\NJ<~

oxidatieproces op. ,,-'r_'!t\~_

'"

",4: .'."1:' ','

-4--De katalytische g~sÎase oxidatie van Etheen met Zuurstof kan

uitgevoerd worden met zuivere zuurstof of met lucht, waardoor

direct de ~rootte en opstelling van de installatie bepaald is.

Overzichten geven (4), (5) en (8).

Overzichten geven (9) en (11)

Economie en Kostenberekening (26) en (44)

Zie ook flowsheet Shell-proces (33) (flows~hemafig. 9 )

Het grote voordeel van zuivere zuurstof is uiteraard dat

geen grote hoeveelheden inert mee verNerkt behoeven te worden,

'Nat een grotere en dus duurdere apparatuur vereist; daar staan

de kosten om zuivere zuurstof te betrekken tegenover, wat

ech-ter weer gekompenseerd zou "lorden door een hogere

selectivi-teit en conversie. Overigens wordt hier door de Shell geen

volkomen zuivere zuurstof toagepast, 20 dit mogelijk zou z~n,

m~ar wordt een Argon/Stikstof verhouding voorgesteld van: .

A/A+N van + 0,1 en 0 van 95~ (lit23), en bl:jkt ethaan

aan h~t mengsel toege~oegd nog betere resultaten te geven.

Zie (9), ( '3;:» en CS'3)

I De volgorde der productieeenheden is: Reactor dan absorptie

~ van het gevormde St~eenoxide in water. Een gedeelte wordt

I, direct als recycle terug6estuurd, het tweede deel wordt eerst

( met loog van CO gezuiverd en daarna naar de reactor

terugge-3tuurd. De ~the§noxide wordt tenslotte ge8trip~ met stoom en

daarna gerectificeerd.

Omdat recycle toegepast wordt moet regelmatig gespuid '!Jordem

om ophoping van inert te voorkomen.

Over het alge~een worden reactoren in serie toegepast met

recycle, hoe:'el de laatste ontwikkeling bjj de synthese met

zuivere zuurstof in de richting van ~~n reactor gaat. (Shell)

Overzi~hten geven: (2~;>, (?4) , (?') en (31)

gedetallleerd : (2J ) .

Wanneer lucht ,€;ebrlükt wordt Jient zeker meer gespuid te TN

or-den om de veel grotere h02veelheor-den inert af te voeren.

' )

-Zie fekenin b flowschema met gasgang en oliekoelcircuit; dit laatste

wordt beschreven in hoofdstuk Narmtebalans.

Voor de toepassing van de reactiesnelheidsvergelijking werd

LUCHT als reactant met nog een weinig suppletie van zuivere 02'

waarop later teruggekomen wordt.

Twee reactoren in serie, werkend b" 10 ata en 230 oe qemiddeld,

met recycle op de eerste reactor (Ln felte 2 patä1lel).

Na de eerste reactor volGt de ~theenoxide absorptie; een gedeelte

van het topgas gaat als recycle terug, de rest via CO - absorbers

met omloop naar reactor 11. Het

~theenoxide

hieruit wgrdt in

wa-ter geabsorbeerd en deze oplossing wordt met stoom eestript en

het productgas gerectific~erd. De absorpties vinden ook onder druk

plaats. (10 ata en 20 oe)

Het restgas wordt gespuid op een fakkel.

, , •

-6-Massabalans: fig. 2.

De grootte der installatie werd afGestemd op een jaarproductie van 2:>000 ton.

De massastromen zullen ec~ter eerst op basis van lUC molen ingang

berekend word eh ter vereenvoudifing

Om de rnassastromen der componenten te kunnen berekenen dienen eerst

van de reactoren Conversie en Selectiviteit vastgelegd te worden en

de sanenstellin~ van het ingaande gasffiengsel.

Reactor I

Conversie X

Selectivi

-teit ~

/

45>~ , Omdat alle prod Qcten een re:xnende invloed

hebben op de vormingssnelheid (zie

Reactiekine-tiek) werd het oneconomi8ch ~eacht in één stap

100% conversie te willen behalen. Uit de prakt Uk

en vooral uit 1i t (33) bli,ikt voor de eerste stap

:'"5/;' econo::!li3c~1.

68fo, ~ie:~eactiekinetiek. ".

"-Samenstellin6 ineang:(~n "3. ' '''';-''-"c>""",or) .... ~- I '.

_'."

_..

,,~

lt--20

~'J 2 67

100 kmol

Voor het afleiden van de

reactiesnelheidsverge-l~king werd een luchtmengsel met

4%

Etheen ge

-brui~t. Gm niet al te buitensporige

hoeveelhe-den inert te behoeven ver.lerken is een rijker

meng-sel van 8~ Gekozen, terw~l toch niet de

explosie-grens overschreden wordt. (lit 26). .

~en weinig :C

Z

a~s invoer remt de anders te snel

aanlopende re~ctle. Samen~telling uitganc: dekenvoorbeeld voor C 2H

4

:

x

=

0,45; ~

=

d,68 Omgezet in Ztheenoxide: L,4'j x L,68 x8 = 2,45 kmol Etheen Omgezet in Ko~ldioxide: 0,45x(1-0,68)x8

=

1,15 ti " Totaalomgezet . . .

=

3,60

"

i " Rest ••••••.••• 8,0 - 3,6

=

4,40 11 ti

-7-Samenstelling uitgang dus: kmol 4,40 j ( 1':),32./ ) 7,30, 67,00 ' 2,4) .j 2,30 ./ Etheenoxide-abs~tie 1

Hierin ~ordt het Stheenoxide en Jater uit rleactor I

afgevoerd: C 2H 4 0 2 , 4 5 ' : H 20 2, '30

I

Samenstelling topgas: Recycle: C 2H4 4, 4C .I °2 1),32 j CO₂ 7,30 .; N 2 67,00 I

I

d ,0 l

Het gasmengsel van de recycle moet weer 5 kmol CO

2

bevatten. Uit Reactor I tomen 7,30 kmo1 CO , dus

31,5~

moet door- en

68,5~

teruggestuurd

wo~den

.

Samenstellingen: terug 6d,5i~

3

,

en

:5, L'G 10,50 4',,90 door C 2H4 °2 CO ₂ N 2 31, 5~~ 1,39 4,80 2,3 0 2l,1(}

tf,?

q

J _, Ju 1 ),3 0 1: 30 ~ 7 I Dv

---

, u i) ~ I

Bepalend is wat er als omloop aan CO? meteen naar

Reactor 11 gaat. Gesteld is dat de verhouding

CO : 'C

2H = 5 : 8 moet blljven, dat wil zeggen op

l

,

~9

kroot C0H4 0,37

k~ol

CO₂• Dus 2,30 - 0,87

=

1

,

43

CO 2 moet ge~baorbeerd worden.

-8-Reactor 11:

Samenstelling ingang: 3amenstelling uitgang:

C H 2 4 1, Y~h '-.J2H4 c' ,28:-/ CC" 0 ,87 , " ' ct " L ij"~ 1 , SI " vU 2 U 2 4, ,33 °2 3,07 N 2 21,1 N2 21,1 " 0₂H 4O 0,645 J Conversie: 80,0 H₂C 0,94 J

Selectivi tei t: :-jGio

Etheenoxide-absorptie 2:

Geabsorbeerd wordt het ~theenoxide uit Reactor 11, dus

c,64::> killOl.

Totale producti~ ~theenoxide:

Sa.:nen met :J, t, J kmol t:to ui t Heactor I levert dit totaal:

3,1 kmol ,::to.

~ota~e invoer vóór e8sr~~8r:

liat nu netto 2an ~theen, lucht en z:lur3tof met de recycle

ge-men~;d moet \vorden, ":ordt bspa,:ld door de ei;; dat è.e

ingangs-samenstellins van ueactor I na menging van hoofdstroom en

rec,;rcle Vleer 8:20:5: 67 moet z:,jn. ;jus hooidinvoer:

21,;0 N;." b,If{Ot-{J~ 3,o}

61-

4L9° 1 ht ~ ~-()

= ()

Sr; Ol. ~uc_ ~à. to, i I " H .~ , 99 k'TIol "2 "4 }l _{?1,10 k~:.tol I} '2 0" c-_.'

,

• r. _fJ kme':' \

-°2

3,8') kmoi () ~ SUDpletie zuiver 02:

Omdat door de recycle het mengsel verhoudingsgewijs steeds armer

aan 02 zou <,'lorden, maar de in:~r,angssamenstelling Reactor I toch

const~nt moet zUn is het beslist nodig om zuiver 0" te suppleren.

Voor de ber~kening is het noodzakel~k om van een c6ntinue

pro-cesvoering uit te <T,3.an, j.nplaats van discontinu te spuien.

Aan-nemende dat zuiver O? voorhanden i!l, is deze suppletie ec

•

.

.

-9-O °C4 1 ___ ·t I 1 '-3 1,-2 ' = ' V' ,<.[,..; 0/380.= ,û • 0 l':moJ sec~

Op basis van lee ;'.::001 in~'a!'lC ~{eactor I

4,J9 kmol ~,theen gal' "<:., h: k:mc< r..theenoxide.

Op ba:Jis van (Ie j'3.9.rprotluctie is de vereiste hoeveel~eid

groEdstoî ::::t}-,een <1IJ.S:

,

ol Het is dus duicieL): dat voor Let berekenen van de .iaarproductie

IJ'. alle mo lenstro,~en Ver"":elü,,::vll1di.;.'"d moeten ";orden ne t:

& 2.0 bi tI _ ? , i 2 :;7 • H,'_ ' ::: O/Stl x/o-.... <

,

l ' I ~\.

Via de r.';ole cuulr<;·,:,·'ic h ten: :.:",:{ _{v n~ ~}

=

2d :~gj;':mol, EO ')

=

32 1;:g/kmo1

~ '"r I-.

=

?G kC/1'.:ffiOl TI!! " C~)H4

°

-- 44 kg/kmo 1 > :CO

=

44 kg/kmol 2 is de totale

:ne lénbalan3 '::e er Ofil;er>2 :,'?;l.d in i~ b/ se (; ( :üe lig

"

,

.

)

De massastro::lan abJor~tievlor.:i8tof z~:n berekend in het

hOOId-stll,k absorptie.

Voor de duidelT<::heid zullen hier nOG de massastrornen (op

jaar-productie) , aan incanc van ~eactor

I

en

TI

geGeven worden oI2dat naar deze \-}[:;arden b\; de react"rbere;'.:enin[~ Gerefereerd

~ordt. Reactor I Reactor 11

kmol/sec kg/dec kmol/sec kg/sec

_? _? 1 -::;? C ,.,S2 .10 ,-0,23 C 2H4 4,72 .1U ,-

=

,

=

-- ') _C,'51.10-2 0,23 CO₂ ?,J).lC ~ = 1,~u = °2 11,8 .10-2 ~,78 ') .::'~- 10-2 ₌ 0,91 = c.::.. , .J). '"'

'"'

N 3S,J .10-'- = 11,0) 12, -1 ') • lü-L = 3,4~ 2

~!Ol=

- ' ) 0't: ~t f -2 ~t 4,86 ?8,~7.10 c- 17, .1·5 1=16, -.:3. 10

=

:n mo m

---, - - - -~---- - - - , - - - . . , . - - - : c : : - - - - ; ; : " " " ' " " = ,"l'.!":-:-'~

-10-De,!armte b'J.l iJ.Yl::>

l~eac t ievJaI'nten l\3..n : -;.) \ ;:;,n .'e vol-;·"m....;,o \':8ar,.en voor (te reactie

-wa~'::!v.'n V3'1 de c::h0t::'1 o1T.::"ett~:jr:; onL; !(~end

- V,_: or de _e i ~le"fl())'l,j E:- ','on: .L: J l> , , ₌ 2Y,2 ,:caJ /':01

1 ~Vl;"

de' tot:)l oz":',la t; ., 7'1 " ~:cal /!.!o 1

VOOI" e e _c. 'J pst, . ~ ~~l l ~j f Z -L c ~. i () 0 f· ; ::: -c û. -, ;, e :~ " 1 e c t i 'f i t "":;. t "'I.. J jV en " r' = ' < . t. . " ( , _ "I() &> F ... 't i ' 1. '\ r r ':~ C tie :... r-et i e ~': rr) d 3 t in r 'uctor-? 5~ ~ is. VO CI' re: 'c.lC 1.., r i 6

:1

L v 0 n r r r;.~ J. ct 0 II in reactor 121-,? kcal/mol " , 1. 10:-.1 J / l'"mol := 1 '~9, '~~ ~:caJ./mo] (' ,3. 108 J/kmol

De totale war!"~ten::·oducti~ \,To-l·~·..J nu Ul1~

')(G 08 '{.I •• := mo! ~'. 1 ~ . I Joor reactor 1 0~0~ := .'~, !;:: -X =O, 'l~) \Toor reacto::-'

,-:--.

/ ' ) : 0-'- kmol/~,ec x := de c on v' rsL E>:';~::,a'.ld

de :i:o Len."j ;,;,oom etLeen

0t "() ',; , (),l J.;/:.-,ec • . '/11 =. J - , '-,. L - ~ 0' 'i-; _ '7 ' )

,

Vi (,. 10'-:' J/sec

'~en der:;l van d,:, ont',:i elje w'J.r::'te ',;or{~t 3.f ~evc,er, mee llet

in tern )eratu~r =~ste~en reacLie.~a3, de rest ~cet worden afge-voerd Jlet let om ele 'J',;,j ?,en ei "-~cn 1 el'r:;nue koe l.medi urn.

:-eac00r 1 'cl(\ , .. ~ " 0 , van :-! -'- (, rectC tor ' ) varl - 71 _!..l. '.::lr '1 ,_-" Or-,- .- I -;

iie soor0ellj~=e H':rmte Vi.> .. n :-:et.';&sm('n':~)e I, is door :'erekenin;; vastc;es ~eld ((~' _ :et ':a:·,,;;cn ':sc 1 J:';,n vc),)~~· de o2I'ekenin,C; van de

!' :s.isc:~e cons ~antcn 'e-I.:,' .~cé'tel,: v:Oc'lC:1 GCUl lucht , "evens mag

'Nor,Jen 3,3.n";cnomen :,3.t 'iet i .l~a'll l~).

Je tcmperatu;_l.:-' .. ~aIllan~\eL.J:, c,ï..:l van (113 .. ,OCH' cJ;,'ke W,lI':lltc is in

l.!eT: bc~-~CrlOU\~J(lC' t?mpCI"é1L ~l).t.~ .. 'e8iec: t·8 vC~··l.T':"l:JrJ O;jen.

-11-Je door d~ reactie~asse:l OD~enomen _- warmte a _Y',v vol~)t _' uiG

Voor reactor 1

Voor reactor ~ .

Balans voor re'!ctor 1

ontwikkelde W3rmte

door gas op!;enowen ';i: ~rrnte

door ~We1-meJl u:n

o

r

te nemeL

'v'l'~l-::-mte

Balans voor reactor 2

ontwikkelde warmte

door koelmediurn op te nemen

':l3.S ~;as troom ~as

O

= 0 ,'7b. 1C() J/sec w '

o

-:,0,20. 'OG J/sec 'd ç~ 10,04. JO- J/sec, ~~, . , 0" ) . ). "0'''' l ,"/sec 11 7,,7,.JOC) J/sec

De in:--an~~st:emfleraturen van ::le re;"1.ctorcn L er; , :,:~r.

l<:JU en 2'50 °C. De voedin:rcn va~} oeideï:'eactor"-'n'J)cten a:l.rom

van 20 oe naar deze t mpe ,'3, turen wor;~en 0'; ~;ewa~'·:'. ,!.)i L kan

gebeuren door warmtel,..,is.'e~in'; liet "c r ;;J.ctie~as,:erl.

Omdat de mas'~astromen, .L11- 81) UI C""1.3.r:d, en de soa ',eJ.i.:[~"" \1 Tmte constant z','n, i s he~; ln :~'rin('ipe ::Io'-:el ijk om (~e v',)eJin,'; vo.n 2C)

tot 190 oe cp te '!'-).rmen met Je rC'JcLief!;2,-;,~en die c_ !:J.rb~: in

t:empe.r'atuur van 230 n3.ar 60 oe ci.3.1 en. \, voor rCGC tor J)

~en riobale berexening nlervoor ~c !'t een ~ns,all~tie v~n t~eo

buis-warr.1tewi sse ,l ê,ar s l,~ serie ("sin:jJe tube-pas,~ ") met de

al metin2;en : 1 enGte C) m, dl.ar.,e t.er 4 m en 21 ')0 pi,;nen met jO r:J.nl

0.

~ Een dergelijl-::e install8.tie o.Ledt ecrlter ,_~een mO,9.:eL, [{heid àe

lnJ1

<Vvv<J <1 ingangstemperCltuur van ~ ___ ~~~A=!:_ll3_te __ ,r_~~:~J.en. Hiervoor Eloct een

~

,I-n

Th" req:elbare verwarrlnn';;:eenneld t;oe~e'.)ast worden.

\MM h,.--' ')~f)l , l") , , ..I

~I

Het hierboven

;-::;es

c

t~etste S~','Lc::,r"

is ,_,:::'1,rom ve.L" aten en vervan:::;en door een met !<.:leinere wissel aa.:::'s, ee~l fOI'~lU~S voor ~le t; O,)\V:i.rmen

van de voeclin,C; en _{,--- ,-} een na', e J er voor .Je r'2:lCtlC~~a~'~en. - ,

-Het syst eem is hieronder ~cllematiscn wcer~e~even, meL D~behorende

~emperaturen, die van ~eactor 2 ~usscn h';aKje~.

{

~,.A,.,~ ~

'\"V-<. 0/.-..

~

, VI' {

.~ ')0 0,-, voeding . - ~-, ~ -12

-i -,-,

, "

I g::"SW:1L'!11:,e -,230

°e

.--

_

reaC"Cle;::;assen (270 oe) , --_._~ -1 , (2U uC'J

i,

_

__

.

',Jls~;e ,a~_r

I

.

p

__ '_,

110

°

C (130°C)

I

140 oei (loC: °C) voor voor na-kO'c:ler LtO n'JU r' warmt,.:; : '/., .:'e ~ eter 1 .G rp == 'JO reactor ;:.

"

rr

, I ~ :co !..

::-

I"~ m 0-, l, oe

.

'--" I ' 0too'~w.lrml;en in de "."or:'lD.zen --_._---~---_ ... _-- _.

--Toe te voeren warmt e

'[ooJ~ reactor _{D rr'"'~"} ",'0 8 , _C vo) __ ~ reactor -, Af te voeren warmte voor reactor voor reactor ," 1 r'I(\ I - , ' oe; 0., _,-, fornuis 19U n ,,8 r reac Loren • bil' 0, I

,

'7 J

.

'()" '- J / ~) e c .\: 0,:0, 0,'> .1U" J/sec ,... (~ ",' 5" LOI"J J/sec )' ','1 L, ,_ . JX\,oO,Sl.LO J/sec .v • L '11

o

=l ,qO. ~O'·) J/sec w

O

_., =')r ,':::> -1 . 1U ,6 J/' sec w

De reactiega ;sen verlaten ie n~~,e1ers bU 40°C. Je abs

orptie-"Gorens werL.~en 0",', 2u0_{2. Aan,'enomen is dal di t temperatu',rsverschi1}

wordt overbruzt d002 wQrmte-ve~i ies na3r Je om~evin~', via

p~pleidin :en e.d.

.'-J;-{

- 13

-Dit wlrmtever~ie3 n~ar de om~evln~ ~~ vo"r :

reactor 1

reactor 2

_O

_=: ° _u,." l0 _{u .} " 1 , ' _{. '.} , ,

W J/sec

Balans voor ~as~en van roactor 1

---_.~-_ .. - --_._--... -.--- _.---

_.--in reac.:tor op:enoli1en . ;:lrmte

toe,\evoer;le stooJ('v3.rmte

afssevoerde WL~':nte in 'éoe1er verlies na2r omgev~n~

Balans voor .w. _ _ _ _~assen van __ . ___ • _________ reactor ~ _ _ ~ _

in reactor o';'i;enome:l ·,J8.!v:te

toe(,;evOerde stool':.:armte

af'sevoer : e \Vnrmte:i oe le n verlies n3.Jr om"evin~

Eet koelcircuit voor ~e reactoren

(u1t (1, \ y'J, , ,\ " O , "( , ' J. L, O'.J I -

,

. 10" ., 'I ,r) ~

,

. .. .. ' - -1:~ 1, '10 . . 0 ('. 7 I!"):': ... .'

,

-) ~.;. - ' J/sec 11 J/,;ec J/sec " C',71.LOU J/soc O '." , :.1 t • 1_ \. (): J /::;ec tI /'" 0, ? 1 • ! 0") J /;, e c

Geide reactoren woeden -:;e:.H'=dd :~oor l:Jrcu.L'ltie V:";'~1 een koe] 0 I ie. Hiervoor is ;:;e;-:ozen een 3:ecLa~e olle van l'Îobil :~:iL A. ~ ., nmL

lfr-1obi.Lt herm Lip;ht lf • J/sisc)~e constanten van d8ze olie voor eÇn

i:;roo"t temperatuLJTsgcbi0cJ woe.Len i~e;;even i. ri (li.+) .

Ui t '~egaan is van een 'es ' 0 ten:oelclrcui t . je!") te: d is voor

de in- en ui t !;anóstemperat;uren van d8 ol ie van reactor 1 en 2

res~) . L70 en 190°C en JYO en ~"?!o cC. :Iet s'ysteem i:; zo ont

-worpen dat de r :;elin:-: van zO'dt~l de L1voertemT\eral.;uur als de circulatiesnelneid van ue olie V80r beiJe reactoren af~;onlerlUk

mo ~e lijk i3.

Voor een :-ocl1emat:Lsch oV':;~'zic:,t van ~L1et oJ ioc i. rcui t zie bet achter in dit versia~ toe~~voe=de Droc(s~chemu.

; :. ';'J.

• : '. iii{

-14-13enoJ-Lccie oliestror.:en Tn i,., ~'(~éJ.ctcn~en :

---~'"'I\' VOC;(' re.lctor 1 : (' 'I ,'\ .... ") , • r ' . . / . I vO.r reactor 2 -c . ;,~_ ':Jr' oe : ... L - l_ . ' , ) 0 0 ₌ 7' _ö,,'j ~ _ks/sec [;1') . . L

Vanui t de reacto:ren \':0 eden ~8 0 J iC~3tro-nen c;evoer,l naar een

;\uffcl'tan1(. De terT"8.ra te J r .] ie t:et 0 l i emen ~se 1 .Ja ~rin ~rijgt

is a: s vo:' ·~t be.n:"l~.~ 1 d :

Jarmtc-balans over }e tank

00 -::; ( I" ":l) 00 -co ('Tl _ ;n )

.-_, • G _P • - - , 1 =, • • "

A ."1 - ' - • (>

! "1 - i ' - . , . ') '- '.

nei)'TI a:',n j:J. t Te::; I (;'7 , !)

-c ₌ 0 _{.... ,} c;,~', _{/ ,:-,)} "ca''-Ir _{J ' . .} _or~ _"-.' Pl C - _{P2 -,.} = (! r)'7.~ "C'" L/l .... ·,·o;'" , u .~ ~ . 1 ~ de temperatuur e in de ta.nk de ui t2~anC:~3-tC';l ',era turen

Een betere W.:1~.u:, ... e Lan:c-Jon,ler. VJO~--: ,8::1 :loor ei,) :1.eze tcmper:J.tuur

we(:r (.~~ ,,::e"ll~~'lel,ie 300.rteL,'ke W~J...1· :.ten te n(~;nen en een nieu'..:e

tanktem~~ero..tu:lr ui t:; te -::,c·.C:1en. iJ'l, ~ is hi\'r :l::"et :;edo..aIl.

Vantd t 1'3 bur~'e~'t .. nk wordt de: o,L.i.;:; ';e,}ompt n3.:),r J.e r,)actoren.

De olie moct'e~·:oe i'Á '.lor.:.:.:n ë.ot

0:'

is i[l::all,~.::::t0:~I~)eratuur. V,)or

.iC olie ~ troom 'Ioor .:..~eac tor 1 i:3 ,;;:' te:~pe!'atuursva 1 het 2ToûtS t.

Cm de vJa!'ffite zo nu~ti" :-:-o·".:?~c:>. te :ei.iruikcn wordt in een

ver-J3.ffiner J.. eerst :;voor.'j V'1.l1 l~(\ oe e:: :?, ',.C) ... ata o:y::ewekt, ~ .I de

olie-Lem~Jeréltè:~lr C:3. "-1.t !uerb':,; van ! 'j') tot j'):-, oe.

Ver,.~amper : afr:c:elro.3 en o -9' _w =0 _m. e .~ T 1 .~) O ~r= l . : ! , ,-,0 . 1 , n"> J /,.1 / ,. e c ,~

:.;: n Pc e n n ell"oe :Le.r,~G-:ç!it de..z 8. •. .0.1 ie.. .. _·.e.-ko~Üd -.'van.j 2.~).,

..

9.D, .);..,7Q.n 0

v

.

De a:~ te dragen .\,3.rmte 0, .. is

o 0=0 _{w m} • 1 -c _;)

-,

7 ") ,. 0') -.c., ';,L. 1

O

= _. ') -

,

Ll-g

.

10 w _

-.. ~' I '. \

-15-Deze nakoe1er is (la~rom ~oesepast omdat voor de regeling van de

lngangstemperatuur een andere Grootheid dan de oliestroom

zelf, nm!. de noeveelneid koelrncdlum dour aeze koeler, seregeld

moet kunnen wOr'clen. Zie r:iervoor verder het noofdstuk I!;.{e,~~elinb 11.

Het koelmedium voo~ de7e nakoeler en oo~ v or de olieKoeler

van reactor 2 is condens-water van 50 °C. Van deze waterstroom

die opgewarmt wordt tot 130

°c

wordt cen dec! ceDruiKt als

voedin:; voor ds v;rdamper, .:.e rest ·':aat naar het i1eet-·,'I3.ter

systeem van de fabrie~~

uliekoeler voor reactor 2 :

De oliestroom moet gekoeld worden van lY5 op 190 °C.

Af te voeren warmtestrocm 0 : W

In een apart hoofr'lcstul: zal ·.1.andacht \J'lrden ~eschonKen :3.3.n

enige aspecten van de constructie van de reactoren en de

warmtewisselaars.

Balans over het oliecircuit

In reactoren opsenomen warmte

reactor 1

reactor ::2

Afgevoerde wàrmte

reactor 1 : verdamper oliekoeler reactor 2 oliekoeler 10,04.106 ~,72 . 106

---13,82.10 6 -10,10.10 b 2,49.106 0,94. 106 ---~ 13,52.10° r J/sec 11 J/sec J/sec 11 11 J/sec

In deze w~rmteba1ans zit een verschil van 0,29.10° J/sec.

De oorzaak hiervan moet gezocht worden in de temoeratuur van

de buffertank.

Ter controle is deze uitgerekend op een iets andere wUze

Het mengproces wordt a ls volgt opgevat, de w~rme oliestroom

uit reactor 2 koelt af tot 190 °C, worJt ~emengd met de

olie-stroom uit reactor 1 , eveneens van 190 °C, en de bU de afkoe1in3

vr~ gekomen warmte warmt het ~engsel op tot de eindtemperatuur.

BU de koe~ing Komt vr0 :

o - - ':)

o

_w

= 0 _m• cp .Á T = 3,78.JO J/sec

-16

-~)e eindtemperatUJlr volgt dan uit.,

0_w= (0~+0~) .

c

T)

.

~T 1 2 nS8m 23r1 dat r1' = J 95 e o C dan is AT = T _e - 190 Verdamper AT wor'it

CliekoeJ er ti. '1' wordt

- . ~ 0

c _p = 2, 3t3 • 10 _, J /kg

e

zou deze waarde nu als tanktem~eratuur

worden 3an~ehouden, ian worden' af~evoerde

warmten in de verdaITpe~ en de olie~oeler

van reactor 2 :

."0 , /~ ',Je en

₀

_..

= ' J ' r .... ) , 3 ( ) ] • _ n'~ ... _J/sec

w

,-:::, !+

-'

,

Cc

en 0 .. _'1 = 1 , Ol • .l.C") J/sec

Tl _{~. - a'} f _r;:evoerde ' _warm' t; _{c wore.:.} , , _{L nu 1..0} • _{lJa3. I.} 0t _{w =} 1 _1.' 7. _,U, ".'() _{• .L} , OCi J/ _sec

het ve~3ch~1 in de warmtebalanG is n~ welliswaar vele malen

Kleiner: een ,;ehecl slui t ende balans zai zeer r:lOeilijk te

ver/rij.jen z',n Oiadat de tem) erat'û.dr van de bûf " ;l'tank door een "trial al1d error" methode noet vJOrden verl:re,~en en zeer ~~ leine

fouten in ~eze tem~eratu ,r '~ote f outen in de warm;estromen ~eeft.

Een verscrü 1 van 0,4 oe, 0, :)0) i'~' geeft een vcr schi :L van

93

::j

in het ba Lanste~.::oi""ê," ofwel ;1et t ekort 'iJorJt erdoo::' t erui?;;?;ebracht

van 2,1 naar 0,14) '% van de totaLe warmtestro~m.

OPGemerkt :"::an nog worden da·t.:; de tweede Llethode een veran,ierin_ö

heeft ~e7even ten soede heeft ~e~even, maar omdat de waa~den van

de ?;-emidde Leie soo.;.'t eli).:::e w:lrmt e bi.'" temperat 'ursvcrschillen

van ± 0,4

o

e

slechts af':<!·:in· ;en vertonen in de clerJe ~tecimaal r;n

dus een vJaa.rde vOJr de tank- tem!)eratuuT c;evonden vol.",;ens een

bepaalde methoje ~een corr ectie lUk~ t e behoeven, moet lIet louter

toeval genoémd worden, dat de toepassin~ van een twe~de

methode v3rbeterin" bren:~t .

De afmetingen van de verd~mper en de oliekoeler voor reactor 2

zijn oere :<enQ met al s basis de tan1( c'mpe::.'3. tuur van :. rj 0) oe. ]:,'

deze berekenin~en is ectter o~% al een aa~name gedaan over

;i.e to tale \varmt;e-overdracbtscoËi j' ' j ciënt :T, de bere\:enin,e:1 zuLlen ia3.rom niet worden :ec0 [',''':'' ,eerd v.Jor de juistere tan!·:

-tem~eratuur van 1~5 ,4 0C.

De moei djkheden van le bepalin·s varl de juiste vanl:tem!:eratu:_tr

zouden kunnen worden ,::mdervan, en d.oor de 0 liecircui ts van

reactor ] en 2 0;escheiJen t e !Jou,len en dus van twee bU.L er

-tan K.s (;e brUlK t;e :,1al'.:en.

-17-De Reactiekinetiek

De eerste onderzoekin;en naar de kinetiek van de katalytische

oxidatie z~jn ver,:,,-'icrh :-loor 'r\V:i.~.;:· (15).

A( onderzocht het mechanisme ann ~et zilver bedekte glasvezels,

zUn voornaamste conclusie is dat de reacties verlopen via

adsorptie a~:n het met ~U\~rstof bedekte ~:atalysatoröppervlak.

Etheen bv. wordt Geadsorbeerd en ~eageer~ dan of wel tot

etheenoxide of wel tot ·ooJdioxide en water.

Dit principe is door al le verdere onjerzoekers l2nvalrd,

een andere reactie n1nl. de dooroxidatie van etheenoxide tot

ko~ldioxide en w~ter is e~n no~ st'eds niet ~eheel oogehelderd

punt.

Twigg vindt b~ ~l:n proeven een iS8neris~tie van het oxide tot

ac':)eta~.dehyd.e en ne"rnt aan dat de oxidatie via deze weg l oopt,

ztn conclusie wordt ~edeel~ door o.a. McCormack en Orzechowski

(13) en Murray l16) , Ro~inskii en Mar~olis (ld) echter hebben

vastGesteld dat al ::le':':..:r:~en

:.e

vormin -, van etheeno:;ö de

bevor-deren en -Ie dooroxi la ti e af ~e:-:11en, z;,' conc 1 udoren dat ace -:=t

-al :':'eh ide ?cen interme:':'ia~.r :-ro. u ,:t kan 7, ;,·n.

Deze conclusie wordt onder~teund door die van Kurilenko

(17).

Door een _anta 1 auteurs z i,~n ~il1e J heids-ver .~e L'kin';en o_G_ses te ld

voor de omze ttin-o, van etheen, d.e vo.r::ün; v:J..n eth 'enoxide eG

de omzet~in~ van he~ oxide.

'~;;~Wan (1) -::;eeft uit,\aande van etl}een/ 7,u:.,r!:)to.t' r:en~sels de

volgende ver;~e] i,"ki ni'~ voor .je v~ rmi '1 van het oxide

D = DartiaaJs;J2,n:lin . v m '-e,o Cd-~le:>n en " . 1 ('<;+01' ... u l~ ~ 1 . J ... .. , \.J >:, G, b == cons tan ~~(;n resp. r· =. i n i tie 1 e re 3. c tie Cl n 8 1 h (: i ,1 o

Verder ;e0f. Je a~teilr een overzicht van de .:nvloed van de

diverse procesvetriabe l.en, zoals temperatu ur, ~ui:;;te L,'ke

~assnelheid en voedin~ss3menste~ ' in~ 00 de se'ectiviteit ~n

.1.e conversie.

De invloed van de procesvariabelen is ook 0nlerzoc,lt joo~

tlJcBee Bass en Wisem3.D (2), zi.: ~~;:;ven echter c;ec-m snelhei2s

-vergelijking.

Door nc(;ormack en Orzechow:3ki zijn ecn t\\leetal verjeli<:kin. en

opgesteld, voor de etheen omzettins en voor Je ethesnoxide

vorminc:, beide zijn initiele srJ('!lheitisver~el<··,:inGen.

K

----A---~

1 + . ____ + _ . P_eto Po

D = -;Jartiaalspannl.ng van etheenoxi:e

- eto

-18-Deze uit de exnerirnenten af:zeleiie form:~le.3 komen oua vorm

;ehee1 ov~;reenc met door :e :~ut;eurs ~j.fgeleide tüeoretisc'le

formu'es . ~

De waarden van de r e0J berekend volgens boven se~even Iormule

uit de concent~atie 0 waar:en van Wan worden d~O~ de auteurs

verse 1 eken met de waarden als 0Tj";e :;even dvor Wan. Bij een

bepaal de temperatu'lr is deze ver~lOudiw~ constant. Hier ,i t

word.t :.'.'econcludeerd dat cle vorm van de af,;eleide formules

ju_~st is.

Al deze onderzoekin~en b~en~en alleen de invloed tot uiting

'lap de reactanten en et reactienroduct ~theenoxide.

Di t is 001: het ",;eva 1 voor ~~e r<~ 1 a li es van Fognani en fVlonterne 1

(27)

.

~U geven de vol~e~de relaties:

de om'?,et . in;~ vo.n e ,heen tot het oxide

o 1

9 ,5)

P

r _l c k_{1 eXD(-} RT • 0

de omzettin~ Vo.D etho2n tot koolJioxide en w~ter

b 2J ' 0

T-;-b

2 Po

de oLlzet Lin'" van etheeno~:ide tot koo Lclioxid é; en ::~lter

Deze relaties ~even allen de initiele re3ctiesnelheden, en

z i.~n dus voor een reac tor '!')(;re kenin·-- niet brui '~baar. Van de

constanten in ,je ver;-:;e l::, in 'en vJorden bi:] verschi llenclo

tempe-raturen waar en ~e?even.

Snecia::l.l de invloed van de reactieJro-lucten is on,lerzocilt

d~or Ha:,'8s (28) , die o.a. ,~ebruik rÏ!cl,1.kt van ?'uurstof l.'~' zi,~n

conclusies stem~en ~rotendeels overeen met die van McCormack

en Orzechows1ii.

Een snelheidsver~eli.::kin:~ waarin de invloed van alle reactie

-producten is inbe~reDen is die van Kurilenko e .a . (17)

(nb. het oo~sproke]j~ke artikel van deze a~teurs is n~et vert ,aId)

Het voor:estolde mechanisme is dat van McCormac~ en

Orzec:lOws\:i Q:,m.':;8VU ld met e:-li '~e st:1DTlen orr :e i r:v ~ oeè. van je

re,'lctieprod.ukten te honoreren. ' ) L. (lad ~ C_{2 H4} ~)cd + _{C2 H4} C2HL~ 0a:1 CH~,=CHOH ,1 .. au ,J

" ~ , ":.- ~ .. -19 -5 0ad + C_;::>HJ,O ~ C.,HL,O':) .... c.. .. '-ad 5 5 d _a + H')O ~ 2 OH "'1 c.. a~~ 11 +

K6

~H

2

0~

+

K7~C02~

B~ de afwezigheid van react ieproducten krijgt deze vergelijking

de vorm van die van McCormack en Orzechowski.

Een overzicht van de kinetica van de oxidatie is te vinden in

Emmett : Catalysis VII (30)

Een zeer recent onderzoek w~arin ook de invl oed van de

totaal-druk is betrokken is dat van Hirasa en Hirayama

(3

6

).

Omdat bestaande industriele instal laties allen werken met

oxidatie onder druk, zUn de kinetische gegevens uit dit artikel

gebruikt als basis voor een reactor berekeninó.

De gebruikte katalysator bestaat uit actief zilver op een

drager van inert el ectrolytisch zilver.

De experiment en zi,~n zo ui t r;evoerd dat t\jdens l e Dr c.even de

temperatuur van het !cat alysator',)ed constant was.

Drie series experimenten z~n uit; evoerd :

a. zuurstof 20,05 vol% etheen ~ vol%

totaaldruk 2, 10 en 20 at a bedtemperatuur 205 , 2?0 en 235

°c

"spac;e velocity" (SV) 900, 1800, 2700 en 1+')00 hr-1 b. zuurstof 10,25 vol% et neen 4 vol~ verdere 'conditi es als in a. c. zuurstof ~,48 vol~ etheen 4 vol~

verdere condities als in a.

In tabel 3' is een overzi eDt Gegeven van enige result aten

bij SV = 1800 /hr.

De door de auteurs afgeleide snel heidsvergelijking is van de

volgende vorm :

R i s ul~gedrukt ln cal/moloK

,.

---,,---=---_._ - - - -- -- .- -'---~.;,

-20-Op de toepasbQarheid van deze relatie zal ln het hoofdstuk

"reactorberekenins " nad er wor'~i en inr:r,egaan.

Werkcondities :

Als ';emoti veerd in het hoo !"J ,j tuk llpI'ocesbesc ~ri.\vin,::; 11 word ::,n

twee reactoren in ::.~eI'ie "eb::-ui ':t, i'e3.ctor ]. bij 1 ac;e temperatuur

(190-2:S0 °C) en 1a'-';e conv(;r.;ie ~-'+5~) mn.;r een ho;;;e selectiviteit

(68)&) en re'" ctor .) b;~ hor;c,"re tern.o2ratuur (,'2"îO-:nO 0C), hogere

conversie \.::;O~;) m"Aar la~'ere 3eiectiviteit(')3 .. ~) .

De tota A 1druk : ZoaJ s ·bli).;:t ui t ~abe 1 5 n -;emt de conver-,:üe toe

met de totaal,dru':. De ~erkdrukken van indus

-trië le in::-;ta 'L 1 aties, ';e::;even in de ;)a Lentî i ter=. tuur (31,32:' ,

variëren van 1 tot "SO ata. :';en nLl:.lWerC begr·.-:nzing ';8-s-ft (33)

met dru>::ken van ,) tot ',:0 D. La voor reae tor 1 en van .:I tot 11,5

ata voor re.·etor 2.

Ui t tabe 1 Lt- b '1 i,'~ L dat een ,:ru veri1o":in '; van 2 na'lr 10 a ta

verhoudin(;s·~e:i!ljs een groter e ['fect ':e8ft dan een verllo~!~inc: van

10 na:::r "O ata.

-1'

De werkjru:-~ ,Ls d;11rom 'e, "Leid 0':-) JO 3.ta .

.ue voedinr~s" a',enste L1 Ln:" : ~Jet 'e':ozen sys teem LlOUU t in een

recycle o~ reactor J. loals uit

de klne Li~c{}e :-:::e" evens blijk". :iee Ct kool Lioxi.J.e een 'erL',ende

invloed op de reacvie. iJit lS d'~:.;'s eer; 'voor,~ee} Oiitdo.t net

~e felle start van de exotherme reactie a;remt , :eels een

,., n3.dee l om lat het de conversie d:::'~lkt . Aan de lland van'en;evens

~"rP' a.Ls verme~cl in \31) , waar neL; :Jercp-ntaRe ,<ehm,Len .:o~'.:,'t··· vus. ~:;en

\ij lJ}..J 0 ,1 en lU:6~ lS de conce;'vI'atle v.ln l;o,cüÜO:':ile :estel<l op I;~t.

Q/Y-1

V .. '~ Uit to.be1 7;. valt ar t,,2 JC1, ... en .Jat een Tote over[;)a~-c Zdl).rc~L;Or

IJ!,.J 1een ho,~e omzett1ngsgraad eeett, eer. ',roeû1ns van 20: ': L·.u~irs0011

~lJ' ~, ) etheen e ... L L; ",-us een ilO,c7cre cOl1versie Jan een 20: ö voedin, • V-rl'" .r, e ','linsL; van de rlOr:'ere conversie vJord'v ecnter cenleteda __ lD

)

_lfJ'l-

\"~

(:001' .:.e nO··dZ,~:lK om voo'!:' r;·;n:e, tde . ";i~ec;no~:ide oporen,':st een

een b(na L;wec ~aal zo "rote .'oevecl~e.d inert mee t e ve~werken.

Ui tc;eC';aan is cL,:.;,rom een voe _:,ln[ 20: 8 ~',U;lrs'to L/ etheen.

De selectiviGeJ.t : In 1.1e-:.. :2·:0..!..cLSvul\: " re ."cL;or üerekenin.,;1f zal

worJ.en uiï . .:cen i'ezeL; Qat Llet voor een bere

-:-:ening noo~; znke l~jk l S vooraJ.' e1:i "~e aannamen L;8 ,2 oen over de

reactie temperaturen. 'Je ~e aanamen ;;ijn ~~;ebas0e.:.>d 0 iJ f,;e'evens

Ult (32,::::'-;).

jje reectie 1S exotl1erm ,~estc Ld '\'lord t ':él.lrom clat~ie . ~erniddelde

reaC-Cl.e1Jempera:"uur ·:icln; bi,: df' uit "an:::;:-:1.emiJerat:Jur, 11 t 1S

voor reactor 1 2300C en voer reactor 2 270 0C.

Uit de waarnemln;en V:ln Hirasa en Hlrayama lS af 'te lei(en dat

de selec 1..1 vi tel't de '.emperatu:,r vaf: de eerste reactor rond de

60% lig-c, deze w.arde wor t voor Je oereKenln7 van re~ctor 1

a::mgehouJen. De ex;\e':'imenten 'l3.n McCormack en Crzecho':lsi.a

i~even lnl'orma'Gle over ,et. v('!'; 00:) vaD de ::electlvJ..1,el-C :-:~et

de -cem;,ie.:.'a'GL;.ur, b(! een S"C;,:'sln; v3.n '?~+ na;l..!..' 27~:·

°c

loont de

sel,';ctlvlt;elt mel. 10~j t;e:ru~', de?e è.alin-::; is OOK __ ',an"e.10uden

, " . "'\ < 5_l " ! ' ' t

-21-~e conversiegraad : De graad van conversie voor beide reactoren

1S onLleend aan ge;'evens over bestaande

installaties . Voor relctor 1 is ~eze-45% en voor reactor 2 80%.

(3"3)

r·1et deze ~egevens zal in het h':·'oLi.stèlk "reac"Cor berel\:enins"

een berekeninG wor~en op. e:~et om te kom~n "Cot Je afmet ingen

-22

-Reac tor bere keni l":,:'

---

-

---.

Inleid.ing:

Opstelling: De bere:-::erüngen ~c'.':~ 0:" "'?:;.:::.t voor 2 re':.lctoren

... • .. ... • oL ".." . . . , ~ ... " ... _L r 1. '-'..::> '-' ... _ l I~' ..L ..

in "Jerie ("'cacTP"Y' I op TI -'·1' " O"·~· T''''''oc'''''be '''';1 ... :;Yi _:lg)

'.vaartoe het niet van belar_i:' j:~ c::" dez,; t:i' 2 reJ.ctoren elk nog

:_:esl,li t .-ot '.voT'len in pa'i'ulleJ ':..:.rl:en,1E:: E~el1n,.::.jer..

Heac tort"pe :

COnClL1.':ie:

De -=i:-en 'v:l'.:!'dc)(~r h8t r03ctort:nJE; l,eJ)r;:;ld i3,

~:'n :

1. :Frod.,.~ctf~!·~ er; ~c:'::~ 1:8.rlte~~_ .;'·l8VQr~nit;;;

0 . ~cntinuo productie

.." . :;o~d;:; .,"3.r:n.tE: L:2heer:.in;-7

l-Iet -~~?ctort-r~';e d:.:l·~ :~;, ..3.ii <'~Yë.l·,:~n de eiJen

volcto~t i3 een buiJreact~, o~t:

"f:~,'7r_~_~""' '-"" _ _ ... _ _ i ;;0 """'··'f't",·"t~--_ -' ~.;1., • ',J \...ot..t. _ J , J ~ , Y'C,_' •. ' , _ . Y"H'/,C _ ' . J . . .... _ -PYl J ... J. _ , oó6r " de

b'i con " oe lme" i llffi 0," ct

'i:~'~t~k~

\,'It.tL4

tMt.o-.

, lwtJ.'t'

~.".)

o-~

t .

Ue drie ~~rooth'2(lec., "l.J. l'.Jnor J,..; u,:','tinc;"~!: V:J..1 e8:"1 T~actor

beparJld ':'.'ordeE, 2':n: ,1J..;cl::1et',r, lcr:-:te en o.:3x,t,aL ~)·:pell.

(Onder de .<~plcn,_;tc ;,.:al i::: :'ct v2.~vol~-:- de 12n?ti~ var. liet

ka tal vsa to r Lsd YC.~~:3 t~l.'in'iOl'U e ~., )

Diameter der ~;jpen: l'md3.t ~üer ,':)I':11:e is V8Y-~ er;l'~ .:tC'I'k exo-l:;lle:cme

--- J'cactie e::l ol-!;;eccntrêleerde

te;r.;;el~s.tuurs-v(;rh.o(':in,:::er.. eer.. n.J.tls":'ige invloed :1<::0[;(:[: :)P r.,~t rer~(12ment van

:-let proce3 is ee:;. ?,oed ;"·erp.:"elcLo '.,vu.r,.:t?a::voer zeer belaugr;.ik.

Omdat de ','.1:ir:::tea:;.ve<~:::, be:,)d:lld ·::o:rd.t '1c-or een !:o~.:l:':1ediLu;'l 0:;1 de

~~ .. ;pe~1 zal de:e zo e., .• .Lciër:.t el~ dir':.:ct ";0(el;ik '::'in ':/armeer:

J. . Je di8.l-:1et.:')r àf.;,]~ bui~::;en. zr ;-1,<" tn. :Je.' '?~. :~',: i3. en

2. ] e bu.is"'Jar..d. ze dlUl ~:lOi:: i..:.:;-:..

Ke uze di A.me tel': Beh3.1 ve de te la:C'1&;r';::e vn.r~[lt e be ~l 8;3 :'~0in.r;, ':i8 ~ :.~

een zo :"lc.1: ,11O[~81;q{e di3r:cter vereist, ~3;'elen

lüer r:og 3.~ld ere (0. a. e COrlO;,Ü ~)che en con,; truc tieve) tac toren

een ro 1. Zen. in'.'lend

i::

:e

diame ter vs.n b~ 'voor b<.?<' ld 2~ mm (reactor laborat()rit~.r:lOpstellir~:-" van Eir2.38, en èIira':a:i:a ('3(;). ) ':.'ord t be

-paald ongun.:-otig VOOl' de Vf:I' ,erkin:! van ,."rot~ hOeVf)(~Jrleàen ,.",2.8 .

Gekozen :erd:

~

.(wy

~ ~,

\

Din':';. =

;]\~T~

- 'D . t =

----rr

:n:!l

- Ul •

Bi,; gekozen diameter er. aarito..l p:~pen zal de lengte ervav alleen

nog bepaald worden door d~ Dini2ale contacttijd.

1-4 seconden, laborato:!:'imnopstelling Hiras9. en Hirayama (36) ,

I

I

I

,

,

, ;

-23-12 seconden, B.P.K. patent (34) " .... ('. ..-, , ' ,

8 seconden, S~el1 patent (33), hi~~sekozen.

--..

N.B. Omdat bij deze berekeningen een z.g. Trial and Error-methode

toegepast moest worden is het niet gezegd dat alle getalwaarden,

die hier vooraf op grond van practtkgegevens gesteld zijn, achteraf

ongewijzigd kunnen blijven. Dit zal wel het geval 'zijn wanneer na

doorrekening met deze waarden de uitkomsten b~ lange na niet in

een reëel gebied liggen en deze gegevens de enige basis bl~ven.

~~~g~~: Reactor I

Gegevens: aantal p~pen n

=

3000, Shell patent (33)

---~~ contactt~d ~ 8 sec dichtheid gasmengsel

p

t ::t 6,9 kg/m3 ;

b~

230

°c

en 10 ata, totale massastroom ~m po~ositeit kat-bed €

~ 17,45 kg/sec, zie massabalans

=' 0,4 li t. (36)

Opmerking: De dichtheid

r'

van .het gasmengsel is berekend uit de

dichtheid van lucht bjj 0 °Cen 1 ata :: 1,28 kg/m

3

(41), omdat het biina gel ~jk is aan de l~chtsamenstel11ng.

dan is: waarb~, t

~:t

__

~m

17,4.5 }/ . 'P

vF

'

:::

6,9

= 2,52 m sec

2...t.2g

4 3 ~vlbuis

=

~

=

8,~

x

10-

m

/sec 8 seconden, dan !6y!buis V 1

8

=

840 ~m3/sec l' C' • Cl. -1 sec (1)

v

=

leeg VOlume/buis dus uit (1) en (2) ReactorlengteL::: 13,4 m.

,

(2)

Of dit bij een imlJendige diameter van 40 mm en een gekozen

aan-tal van 3000 de werkelijk benodigde (resp. overbodige) lengte

is, zal moeten blljken uit een berekening die de conversie als

functie van de buislengte geeft.

Hiertoe dienen een massa- en warmte balans in

differentiaal-vorm over de buis opge8teld te worden en opgelost. Zie de volgende pagina's.

j ~

".,

~

...

" ",~----~~----~---~~~---~~---~~~

' . F .••

-24-~~!~~~~!~~_~~~~~~_~Y~!~E~~~!~~~~!!~~~~~~_~_!~~~~~!~E~~~~~E~

.

In de warmte balans over de buisreactor komt een term voor die

de afvoer naar de 'omgeving (koelmedium) beschrijft. In die term speelt de D, totale warmteoverdrachtscoëfficiënt, een grote rol, en zal dus eerst bepaald worden.

Deze totale warmteoverdracht8coëfficiënt kan in drieën gesplitst worden:

1. Overdracht katalysatorbed---wand,

2. Geleiding door de buiswand,

3.

Overdracht buiswand---koelmedillLl.

I.Warmteoverdracht: katalysatorb8d---buiswand.

Berekening van eX: gas . Gegevens:

Voor het fasmengsel zUn weer de fysische constanten

. van lucht gebruikt.

dichtheid gasnH~ngsel

p

=

viscoaiteit

re

= diameter katdeeltje soortel~~e war~te warmtegeleiàinlBc. I / gassnelheid

Deze gassnelheid volgt uit:

v = 6,9 kg/rn) 07.10- 6 N / 2 _ .sec hl 5.10-3 m 1,U9.l03J/kg.oC .-? / 0 3,7.lU -W m. C

o,6fi

m/sec (43) (36) inw.opp.buis

De waarde van

oc

voor warmteoverdracht

uit een dimensieloze relatie:

.Nu -_ 1 _,t-A' _{) . ü} ~e C' ") ' _• Lr' C ~7 /.,)

L

Nu tie =

in

Invullen der gegeven' constanten levert:

Nu

=

9,68 Hieruit:

---een

(42)

gepalet bed is bepaald

Ju:

~,S-~ b o)!:. _S7,,f.t " O'S' Fr

=

fl,. __ 0,7 S-

9

S' L/ 0, dj " ,

o

:~S'qSY ~ 0/1/'''''' IV~: /)~S-X 57,S'1. )(0191.3;, :

lb,t

J

0( ja.. :

.r63~

.

q

Iv'

/~

,-I

-)" ..

-25-, Warmteoverdracht: Buiswand---o1ie.

'I

Berekening ~ olieziide

---~--Gegevens: (Mobi1therm-~ight oi1) , gemiddelde olietemp. 180 oe

~

=

b,093 kcal/m.h.oe (14) cp

=

0,47 kcal/kg.oC (14)

p

=

0,B81 g/cm3 (14) " y = 0,8.10 -6 m 2/ sec ( 14 ) Pr

=

14,8 (14) - ?

Du

=

4,7.10 '-m (uitwendige diameter buis)

In (43) pag.147 wordt voor de warmteoverdrachtsrelatie b~ stro-ming 10o.drecht op p~penbu.ndels aanbevolen:

hier is

l

=

1 1

I

i

_I

'1

'1---Voor Revno1ds moet de oliesuelheid va (betrokken op de lege reac-

~

tordoor;uede berekend worden:

Aangenomen is dat het

easffie~gsel

over de reactor 400 in temperatuur

·1

mag toenemen; dan is uit de totale hoeveelheid geproduceerde j

warmte minus de benodigde warmte voor 40 0 temp.3t~ging de af te

voeren warmte bepaald.

j

Re~ctor I : 15% conversie en 68~ delectiviteit

Omgezet aan Etheen:

-'/

0

,45

x 4,27 .10 ~ kmol/sec (zie massabalans) Reactiewarmte ~ H :

121,3 kcal/mol = 5,1.108 J/kmol

(

~ie

pag.lb) Dan is de totaal geproduceerde war:'lte:

ri. {\ 1-' /. ~2 ln- 2 l- 1 10 8

'Pw

= ....

.

, +) X 4 , r • u X

J

, .

=

Opgenomen door reactie~aG: (A T

=

400 )

~t 7 "5 1 01 3 40

'Pm.cp.OT

=

1 ,4 X ,07 • . 0 x =

Dan opeenomen door koelolie:

(1) - (2)

Voor de olie is een 6 T van 20° genomen:

~m

.

cp

.A

T

=

10,04.103 kW Hieruit: 3 10,8.10 3 0 ,76.10 kW (1) kW (2)

I ,. · 1 -I ' I I I . ~. :. -26-~ril(olie)

=

215 kg/sec dan:

0

_{v (olie)}

=

0,244 m3/sec en

~v

°2244 6 -2 / vo = Öpp.pijpenplaat

=

1"3,)8

=

1,7 .10 m sec

(bij 3000 pi,ipen van 47 I],Ill" ui twendige diameter 'Nord t de totale

reactordoorsnede 4,2

ro,

met een doorsnede-oppervlak van 13,85 m2)

Nu is Heynolds te berekenen uit:

Re

=

Vo·Du

=

1,76.10-2x 4,7.10-2

=

~

Ó,S.lO-6

Verder was: Fr = 14,8 Dan is: Nu = 28,2 v En hieruit: 0( _{o lez}l ' _'."d _{) e}

=

64,8 W/m2•oC

---r---J!k//W/h,\tJC.

Kombinatie van U uit OCgaszUde en oc olicz~de

gas zijde oliezijde

I f/J w =2JTrUAT ::: 2 11 rio( ga s A Ti = 21'1' ruo(olie ~ 'ru =21\

J.

.AT - w Dus:

~_~_1i... l:a·Tw• .6 Til A T t---~. --" . . -- " ,- ~- ... _~- ... --... --_.--- f 1 r.U = Hierui t: ln!:U ri .À staal \\ ' i 16-0, I) r.= l. r _u

=

/L=

2.10- 2m 2, '35 .lO-2m 15 ';l/m.

oe

-27-Onrner~in" en:

-~---~--De op de vorige pagina's berekende waarde van U is onder deze omstandigheden veel te laag.

1. Via de katalysatorbolletjes van cedegen zilver zal een

goede warmteoverdracht plaatsvinden.

2. Gnder deze omstandi~heden is de stro~ing goed turbulent.

Het grootste bezwaar geldt echter de mathematische betrekkingen

waarmee de warmteoverdracht be3chreven is:

en

(1)

(2) (zie:Warmteoverdracht: kat-bed---buiswand) 'l C, 44 rt,~ (zie:Warmteoverdracht:

Bui m'l3.nd ---ko e lme d i urn)

1. De reactie vindt plaats qan het oppervlak van de

kataly-satordeeltjes, wa3r formule (1) geen rekening mee houdt.

2. De zeer goede geleidbaarheid van de Ag-deeltjes komt in

(1) nie~ eot uitdrukking.

?

Relatie (2) zal ook niet voldoen omdat de betrekking

geldig is voor standaard-type warmtewisselaars, waar hier

geen spra~e van i s .

Gekozen waarde van U:

---~---Omdat voor (die echter

een gepakt

de U geven

dit speciale geval de tot dusver bekende relaties

wel een goede benadering geven voor overdracht in

bed zonder reactie) een veel te lage waarde van

w~rd voorgesteld:

ij

ook

I

~

lJf.t-t

'

-en met deze waarde

u

=

20C W/m2.oc ,

=======!===========

de verd re berekeningen uitgevoerd.

I

~Al

. N'~~ , ,, '

\

~

.

t~

fit" . / \ \ ' IJ zjjn I

~

I

. d 1 , 1 .ti . "

\

I

·

Gegevens: -28-Druk porositeit kat-bed gemiddelde buisdiameter aantal buizen inwendige buisdiameter gemiddelde s.w. gas totale warmteoverdrachtscDäff. , reactiewarmte

conversie x = molen omgezet temperatuur koelmedium Tk Pt

=

10 ata ê.

=

0,4_2 D =4,35.10 m n

=

_{3000_2} Di

=

4.10 3 m 0 cp =1,09.10 J/kg. C U

=

200 8 W/m 2. oC ~ H

=

5,1.10 J/kmol

Etheen/molen ingaand Etheen

Uit massabalans: molenstroom

"

ft 11 massastroom volumestroom Etheen •... ~Etl _mo . .1

02···~021

_{mo .1} .

C02···~C02l

_{mo .1} . totaal .•....

~t

_roo 1 totaal ... ~t _m totaal ...

~;

i.= ingaand, t= totaal.

=

4,72.10- 2 krool/sec

=

11,8.10-2 lGIlo1/sec = 2,95.10-2 kmo1/sec ' ) ' kmol/sec :: )9 ,0.10-<-= 17,45 kg/sec :: ? , ~)2 m3/sec Bepaling van _dd x = f ( x , T) e n .~ T = f ( x , T , z ) z z

---x

=

conversie z

=

lp,n~te katalysatorbed

T ~ Temperatuur Gasmengsel in oK

Om een temperatuurs- en conversieprofiel over de buislengte z te bepalen, zijn een massa- en warmte balans over een lengte dz opgesteld:

(1)

dus: '1 warmteb3.1ans: n.U.n.D. (T-Tk ) .dz De door de reactie geproduceerde warmte

=

de warmte

aan gasmengsel afgegeven + warmte via buiswand door

-29-massabalans:

3600

• (2) I t

~mol

~t v .dz 1 I I dus: i

','lat aan Etheen omge zet wordt, ui tgedrukt in conversie x _ ' .. I

=

wat er over een lengte dz met een snelheid

R

reageert.

~

I

De dimensies van R zijn: kmol/kmol. uur,

.'

De term

n.s.trrD~.dZ

stelt het lege buisvolume

vermenigvuldigen we

R

dus met

voor over een lengte dZ!

1

3600

~!Ol

~t

v dan komen links en

rechts de dimensies overeen.

De Reactiesnelheid R

Uit (36) en Hoofdstuk: Heactiekinetiek:

R

=

E

=

Activeringsenergie •. 20.000 cal/mol

R

=

Gasconstante ....•... 1,:3:3 cal/mol.oK

Om de reactiesnelheid Ralleen

verkr~gen z~n,de concentraties

als functie van de conversie

x

te als volgt hierop herleid:

(5) (6) n(Et

{

₁

"'mol. i ( C2H4

=

~----

_.0

.

I-x) mol ~Et mol.i x. t

.0

_mol 3. ( ~Et 1 _- o( ) _{• x.} molt .i

.0

_mol

or

= Selectiviteit

(68%

voor Reactor

I)

+ 2 ( l-a:).x.

Et

~mol.i

t

~mol

(4), (5)

en (6) zijn uit de stoechiometrie a~geleid •

• '! " ; " ! h I , I "I ;, ! 'I

I ' I

i

I

I

I I ---~---~~ ' - 7 - - - , -,.~ . . . ... ~.:\~ ,1';" .. -30":' noem verder:

(7)

a =

~gl.i

_Et

~mol.i

en (8) substitueer (7) in (5) en (8) in (6), dan: ~Et [0

~

:

t

O 1 . i . (a + (2, 5 ei" -3 ) • x )

~mol

(9) (10) , ~Et. [C' O 2) -_ mt 0 1 _{• 1 ( b 2 ( 1 »} • + -C(.x

~mol

Na

invullen van de numerieke waarden voor a,b,oc,Pt,ó,R en

molen-stromen ,geven de formules

(4), (9)

en (10) gesubstitueerd in

(3):

3 2,26 0,22

(11) R : 19,4.10 3 .exp(-

10,~.lO

).

(I-x)

.(

2

1

5

-

1

'6·

~6

(3,02+2,05.x) ,

verder volgt uit (2):

(12) dx

Uz:

n.&.trrDl.

_{n(Et n(t} R. ₆

~!Ol

"'mol. i ·

"'v·

3 00

(11) en (12) en de numerieke waarden uit de gegevens leveren

(13) 3 2,26 0,22 ~z : 40,3 exp (- 10, T4 • 10 ). _~( l;;;..-..;;;x~) _ _ ..:.. •. ~{ 2=-tL..::5:...-..;;;l;..l.I",3~. x~) ~ _ _ uz (3,02 + 2,05.x)O,50 ",

_..

" I . "J

-

,

-31-Ter bepaling vaL

~

het volgende:

Om in formule (1) de temperatuur van de koelolie Tk ook als functie van de buislengte z te kunnen noteren werd als eerste benadering aangenomen dat deze lineair

20

0 _{toeneemt over de}

lengte der reactor (13,4 M) van 170 naar 190 °C.

dan is:

(14)

_Tk

=

443

+

1,45.z

Ten tweede is ui t (1 ) en (2) _dz dT expliciet te schri,jven als

~t 2

n.&.R. mol.t~Di.~H _U.nrrD.(T-T

k) ~t

_36CO

dT

.

(15)

_dz

₌

v ~t

.

_cp m

Kombinatie van (11) met

(14)

en

(15)

en invullen der gegevens

levert: 3 2,26 0,22 (

₁₆

) dT _dz

₌

5; 1.10

4

exp

( 10,4.10) (l-x)

-

T ·

(2,S-1,3x2

0

50

(3,02

+

2,05.x)

,

+ ,...~ ~ -":T~J --, ~ ~ -, ,,"

.

,-> " +

4,36(443

+

1,54.z -

!)

. . . ) 0 . ' f _" ....

'.

. ,

-32

-Inleiding:

Hoewel deze reactor op een hoger temperatuursniveau van 2}0 - 270 oe

werkt (om een hogere conversie te bereiken, aangezien uit deze

reac-tor

naar

behoeven gespuid moet kunnen worden) werd aangenomen dat:

1. De

betrekking voor de reactiesnelheid

R

ook hier opgaat.

2. De selectiviteit van 68% voor de eerste reactor daalt naar 58%

(zie hoofdstuk Reactiekinetiek)

3.

De waarde van U 200

w/m

2

.Oc

bl~ft.

4.

De waarde van cp niet verandert. (zie pag. 10)

De temperatuur van het koelmedium werd van 190 - 210°C gekozen. Hier

gelden ook weer dezelfde argumenten als voor reactor I : De

ingangs-temperatuur mag niet te laag liggen wegens remming der reactie aan

het begin der reactor en effectief koelen moet mogelijk bl~ven.

~enBte: Op dezelfde wijze als vooraf voor Reactor

I

de lengte benaderd . 1

1s, werd hier berekend: I

L

=

7,4 M

---Bela~~k: De juiste lengte moet volgen uit de te behalen conversie

van

0%

die de integratiegrens is voor de nog af te leiden

diffe-rentiaalvergelUking ~

=

...

,

en de juiste temperatuur

con-ditiesvoor het koelmedium volgen uit

~;

=

... ,

maar voor het

opstellen van deze vergel~kingen is het nodig vooraÎ de 'condities

zo re~el mogel~k vast te leggen.

Buizen: aantal 1500 gekozen. Uit de massabalans (pag. 9 ) volgt. dat

deze reactor ongeveer 1/3 xlde hoeveelheid van reactor I behoeft te

verwerken. Dus 1000 pij~en zou reëel zijn, maar om de eenvoud van fa

-bricage te bevorderen

t

Reactor I (i.e. 2 reactoren parallel) bevat

2 x 1500 pijpen) werd ook een aantal van 1500 gekozen.

Dia.me.ter: D.: 40 mm (als bij reactor I)

D~:: 47 mm

Conversie: Gesteld werd een conversie van 80% te behalen. (zie ook

prooesbeschrijving.)

. dx dT

Berekenlng

UZ

en

dZ

voor Reactor 11

---~---Gegevens: P t ::: 10 ata

(; = 0,4

D

=

4,35.10-2 M

n

=

1500

3 /

0 cp :: 1,09.10 J kg. C U :: 200 W/m2•

°c

~

H

=

6,3.108

J/kmol uit massabalans:

f3t =

(Á~

I : l'-'mol ~t

₌

tf~t _ l"mol:i a

=

b :..

oe

=

0,7 m

3

/sec 16,6.10-2 kmol/sec 4,86 kg/sec O,82.10-2kmOl/sec 3,47 0,62 0,58 analoog berekend

als voor Reactor nol

I

..

-33-analoog als voor Reactor I is met de hiervoor gegeven waarden bere-kend:

(17)

en

(18)

dx Uz 3

=

36,3exp(- l02~.10 ) dT

~

54 104 (10,4.103)

uz

=

)

,

.

.exp - -T 2,26 0,22 (I-x) •

(3,47-1,55.x)

(2,24 +

1,6

S

.x)Ö,50

2,26 0,22 (I-x) • (3t47-1,55.X~

(2,24

+

1,68.x)Ö'

0 +

8,4

( 463

+ 2,7.z -

T )

Uit de resultaten van de TR-4 ComDuter bleek dat er over een tiental meters bedlengte, zowel voor Reac~or I als voor Reactor 11, totaal geen conversie had plaats gevonden!!!

Foutenbronnen:

In literatuur (36), waarin de betrekking voor de Reactiesnelheid

R

gegeven wordt (formule (3) pag.2g) zUn enkele opmerkel~ke

tegen-strijdig- en onduidelljkheden op te merken:

1. De dimensies van R worden niet vermeld~

Hoewel door ons afgeleid . kon worden uit de beschr~ving

van

de methode waarop de R bepaald is dat de diemensies

kmolomgezet Etheen zlJ"n behoeven deze per se niet dezelfde kmol totaal x uur '

te zijn als door de schrijvers bedoeld in de betrekking voor R, maar door hen wordt geen uitsluitsel daarover gegeven.

2. De grootte van de reactiesnelheidsconstante k blijkt voor het temperatuursgebied waarin de reactoren werken ongeveer

10

5

à 10 6 te

z~n

.

Zie hiervoor grafiek

5,

overgenomen uit literatuur ('36)

+

Bovendien kan de k-waarde ook berekend worden uit tabel 5 (lit36) In tabel

5

worden de meetwaarden van

R

O (de beginreactiesnel-heid) opgegeven b~: 10 atm.

~el van:

4%

C H 20% 0 2 4

2

230 oe en met een ingaand