Fabrieksschema Vinylacetaat uit acetyleen en azijnzuur

abrieksschema

Vinylacetaat

W

.

Sonneveld

Rodenrijsestraat

Rotterdam

Inhoudsopgave: Algemeen overzicht Gromdstoffen

Grootte en p1eatsing fabriek Beschrijving apparaten Stof- en materiaalbalens Berekening vinylacetaatkolom Literatuuropgave pag 1

"

3

"

"2: ./

"

4 " 11

"

17

Algemeen overzicht

};;r zi~n t~,7:"ee processen. voor de "C'roductie VB.n vinJrlacetaat. a. l~eáctie in- de vloeis toffaze •

(1)

b. Heactie in de gasfaze. (2 t/m

7)

a. Het reactieproces in de vloeistoffaze is verouderd. In dit ~roces wordt acetyleen in azi~nzuur, waarin zich de katal:ysator be'Iinèt, e;eleid. De l-:até'J:v-sator is hier BgSOl~, bereid door precipit[!.tü~ V2,n Eg-acetaFt in azijnzuur met oleum. Het acetyleen met gevor~d vinyl-acetaat '.vorden gekoeld, 'ys8rhij het vinyls,cetaat con-denseert. Het acet'yleen ,~rorc1t de8rna weer neer de re-actor terug geleid'~ "~'es,ctietemperatuur: SCoC.

Oorspronkelijk 'nerd deze reactie rebruil<:t vODrde bereiding van ethylideen-diacetaat. Ben ver~indering van de hoeveelheid katalysotor en een vermindering van de overmaat zwavelzuur e:aven een toename van de vinylacetaet productie tot circa 20':;, ondahks het wer-ken met totale reflux, waardoor het vinyl acetaat naar de reactur werd teruggevoerd.

In

1

9

21

werd vinyl acetaat bereid, door acetyleen door het geproduceerde ethylideen-diacetaat te leiden en het ontstane vin~Tlacetaat door koeline; uit het, de reactor verlatende acetyleen, te verllJ'ijderen.

In 192L~ werden ~leine hopveelheden vin7lacetapt bereid~ door in het zelfde proces di-ect het acetyleen

in een snelle stroom door het azi4nzuur te leiden bij lage temperatuur (7C OC) . Dus met kleine cont2.cttijd. De opbrengst W2-B circa so·~ t .o.v. het ve-'bruü::te

azijn-zuur. Dit laatste proces werd verder ontwilt:lteld. Ue beste omstandighedpn waren: l~ EgO als HgSOL~ t .o.v.

de hoeveelheid azi~nzlmT. lJe katal ~Tseto' ','rerd in azi -i n-zuur bereid uit Hg0 en oleum, met slechts een zeer kleine overmeat zwavelzuur. -;-~en hoge 8cet :vleen-recycle werd gebruikt, mm het vinylacetaat snel te verwi~deren. De opbrengst was maximaal 77-S. Bi -i dit p- oces '~!err'] dus nog ruim 20'~ ethylideen-diacetapt gevo~,'md.

Een dergelij',e fabriek bestond uit I.~ delen. 1. Het ~,;:atéJl~sator-reactor-circulatie s::.rsteem.

Di t omvat de productie van de Tç:atalysator uit aZ1Jnzuur, HgO en oleum, de reactor en het circulatie-systeem

voor het acetyleen.

2. Het vinylaceteat-systeem.

Hier worden de gassen, die de reactor verlaten, ge-keeld. Het condesaat bestaat uit azi~nzuur, vinyl

-acetaat en aceets.ldehyde f die dom" destillatie

ge-~ scheiden worden. Het azi:inzuur wordt t eruggevoerd naar de reactor.

3

.

Het ethylideen-diacetaat systeem.

De reactor inhoud 1"~.'or(lt :r"egelmatig ververst. De

katalysator wordt afgefil tr"eerd, waarna het zwavelzuur wordt neergeslagen met behulp ven Ca-acetaat.

Daarna wordt de vloeistof gedestilleerd.

De

eerste

fractie, bestaande uit vinylacetaat en azijnzuur, gaat naar het vinylaceta.at systeem. Het

ethylideen-diacetaat wordt onder vacuum gedestilleerd.

Wanneer alleen vinylacetaat gewenst is, wordt het eth.diacet. gehydrolyseerd, en het azijnzuur na des-tillatie naar de reactor teruggevoerd.

4. Het Hg-terugwinningss;ysteem.

Dit systeem bestaat uit een eenvoudige

destillatie-ketel, die op een hoge temperatuur verhit kan worden zodat alle aanwezige niet vluchtige organische

ver-bindingen ontleden.

b. Reactie in de gasfaze. In dit proces worden

acety-leen en azijnzuur- eerst gemgngd en op

reactietempera-tuur gebr€J.cht. Het acetyleen is in grote overmaat O. an-wezig. Eerst daarna komt het gasmengsel in aanraking

met de katalysator. Het grote voordeel van dit proces

is, dat de gevormde vinylacetaat hoofdzakelijk omge-ven 'Hordt door acetyleen, en niet door azi~nzuur,

zo-als bij de reactie in de vloeistoffaze. Het proces in de gasfaze geeft dus zeer weinig eth.diacetaat, en

wel minder dan ~% t .o.v. vinylacetaat. De ka.talysator

is hier '7,n- of Cd-ecetaat.

Een dergelijke fabI'iek bestaat uit

5

delen.

1. Het meng en verwarmingssysteem.

Hier worden acetyleen en azi~nzuur gemengd, enop

de reactietemperatuur van 1800_-2000_{C gebracht.}

2. Reactor en koelingssysteem

.-De omzettingsgraad wordt op 50 à 60 ; gehouden,

daar bij een grotere omzetting de temperatuur

moet stijgen. De activiteit van de katalysator

neemt bij hogere temperatuur echter zeer snel af.

Daarom is er ook een zeer goed warmteafvoersysteem

nodig.

3

.

Het condensatiesysteem.

Hier worden vinylacetaat, azijnzuur en bijproducten

gecondenseerd, ter..vijl hetgekoelde acetyleen na verwarming weer naar de menger wordt teruggevoerd. 4. De zuivering door destillatie.

Hier worden eerst de vluchtige bestanddelen, n.l .

opgelost acetyleen en aceetaldehyde verwi~derd.

Vervolgens wordt het vinylacetaat door

destilla-tie zuiver verkregen, waarna het azi:inzuuI van bijproducten wordt gezuiverd, en naar de menger

teruggevoerd wordt.

-

.

5.Het katalysator systeem.

De katalysator wordt vervaardigd, door korrels ~Jv-" 1"<' actieve kool van 2 à

3

mm grootte, te impregne- Vl"Q- , '. ren met een 50% Zn-acetaat oplossing, waarma di!t' I \1 rJ, 11("

wordt gedroogd. Wanneer de katalysator niet meer ::,' 1

\v{fC ( j'l actief genoeg is, wordt deze met bphulp van een

sterke luchtstroom uit de reactor geblazen en door verse katalysator vervangen. Op 1 kg

actie-ve kool bevindt zich 0,5 kg Zn-acetaat.

Grondstoffen ( ' ...

\, _'.\d'" _{, t'} \'l Aan de grondstoffen worden zeer hoge eisen gesteld. \\\\\' 1. Acetyleen. Dit gas wordt --geproduceerd uit CaC2. J\

Het wordt eerst gewassen met een oplossing van

bichromaat in 25"0ig zWEt'/elzuur ter verwijdering

van PH3 en H2S. Daarna wordt het gedroogd door koeling tot _12 oC. ~~r zijn twee koelers, die om

de beurt in bedrijf zijn. De laatste resten water

worden verwijderd met bebulp van va.st NaOH.

De maximale hoeveelheid onzuiverheid~ PH3 0,001 vol%

1'9

0,001 vol';; als _H2S I

n~ 0

-2. Azijnzuur. Hierin mag geen water aanwezig zlJn, daer anders het vinylacetaa.t ontleedt. Het

water kan eventueel vlorden gebonden met behillp van het geproduce erde a zi -inzuureJ1hydride.

3. Katalysetor. Hier in mag geen koper voorkomen, de.ar er 2.nders cupreen vorming optreedt. Er

moet dus zeer zuiver '7n worden gerHuikt.

Grootte der fabriek en plaatsing.

Acetyleen wordt in Nederland alleen geproduceerd door de N. V. Electro Zuur- en '.'laterstof fabrieR. te Amsterdam, waar tevens azijnzuur wordt verva;p:

r-digd. De hierbeschreven vinylacetaatfabriek zal dus

het beste in Amsterdam geplaatst kUlmen worden. De

N

.V.

Electro Zuur- en Waterstoffabriek produceert

echter zelf reeds vinylacetaat, zodat het fabrielts-schema het beste voor uitbreiding van deze bestaande

fabriek zal dienen. De grootte van de huidige pro-ductie wordt echter geheim gehouden, zodat de grootte

van de hier beschreven fabriek niet bepe.ald kon worden aan de hand van gegevens over de reeds bestaande fa-briek. De productie ,ran circa 50 ton per dag is dus vvillekeurig gekozen, als zijnde de gewenste hoeveel-heid.

..

- - -

-Beschrijving aPDaraten.Stof- en materiaalbalans.

Azi~nzuurverdamp~r

De verdamper bestaat uit een VB.t met een verwarmings-spiraaI, waarmeè. het azi;inzuur op

55°0

'.'Jordt gehouden.

4

Het aceymeengas bo~: relt via een ringleiding door het

Bzi.-in-zuur. Om een goede menging te verkrLigen \vorden acetyleen

en azi,jnzuur vis. een e~! ecteu: in de verdamper gebracht. Cm

t

e

voorkomen dat druppels azijnzuur ',"orde'!) meegesleurd,

is er boven in de verdamper een leag raschig-ringen van

';-m hogte aBn gebracht. Diameter ::ingen: 35. MM. De verdaw?"'er ;' I '

is geheel van V4A-stael vervaardlgd. l,~ l" '(,I ,. \. (, i ft ".' , \( ( '. 'l " ..

. , . , , .{ . I ' l ( •... _ Fateriaalbalans: Invoer Gas Acetyleen Vinylaceté'at Vlstof Azi;in~uur Uitvoer Gas Acet:rleen V lÏLl'ly i ac

et

aée _t AzlD.ànzuur 4520 kg/h 7 7 8 5 " ./ .

,

251 1000 785 !I !I 11 recycle vers recycle recycle vers 4858,5 ltg/h 251 !I 1785 !I (. ' of ' ) ! / ( • J \

-

11

Voor vervJBrming: 1+L~2 kg/h stoom ven 2COoO, 15) at? TIierb i~ komt 205.000 kcalH vrij.

De voeding wordt hier opgewermd tot 121°0, door het

stofmengsel dat de reactor ver188.t . Dit mengsel komt de

wermtewisselaar binnen IDöt een temperatuur van 2000_{C- 180°C}

en wordt gekoeld tot 120 C. Volgens Bios 1291 en Fiat 860

wordt de voeding slechts tot 90 C opgewarmd. Voor de

bere-kening is de tempenanuur van de reactor op 200°0 gesteld.

Het apparaat is van zacht stél2.1 vervBBrdigd.

Opgenomen warmte: Acetyleen 485A,~ Vinyl acetaat 251 Azijnzuur 1785 '.'1 2.r'M te: Afgestane Acetyleen Vinylacet8.pt Azijnzuur Bi jp-;-oduct L~520

lY51

1000 l.i 7, C, ' j , . / If'em13eratl.lUr sti-igine;: kg/h •... l:::5.CCO kcal/h 11 5.0CC" ti • • • • 177.(;('0 " 317.0CO !I TeM~eratuurdaling: 80°C. kg/ho ••• 162 .OOC l.çcrü/h " •••• 34.00C 11 TI 11 •••• 1?O.

or

,

C'

• • • • 1.701' :::17.7('(\ TI I!

Indien de tempeT e.tuur in de reactor slechts 180°,; is, dan is

de te~p. daling 60° en de tem~. sti~ging 50°. De voedinf

..

•

.:-;tommverhi tter

De voeding wordt hier tot reectie-temDeratuur verwarmd.

AênvanJ~e1i~k va.n 105°2 tot 18C\00. Bij het teruglopen van

de activiteit van de j\<atalysator van 121°0 tot 200°0. t\' ((

In het laatste geval is een grotere temperatuurstijging

X

ij

nodig. De stoomverhitter is dus voor dit geval berekend. 1

Het a.pparaat is van zacht staa.l vervaardigd. De

verwar-ming geschiedt met stoom van 230°0, 28,5 ata.

Opgenomen warmte: Acetyleen 48~8,5 Vinyl acetaat 251 Azijnzuur 1785 kg/h •••• 172.SCC: I! • • • • 6. 4.\)C " •.•• 212.COO 391.000

Hiervoor is nodig: 900 kg stoom/ho

.i.~eactor

kcel/h

"

11

"

Er zijn twee reê.ctoren B.8.n~·tezig, die om de beurt 6"à

,

lC v/eken in bedrijf zijn.Een ree.ctor beste.at uiteen ';

doos, waa-flli--zlcn 't))0 buizen voor goede WaTJ':'1.te afvoer ",'

r ('

uit de l~atG.lys ator rrl8.SS e bevj,nden. J~oodrecht op deze '.

buizen zijn nog 2CO rIsten voor goed war!nte t ::·'2.nsport

aangebracht. Im de buizen bevindt zich w2ter op

koo'r-tepperatuur. '.'fEnner de activiteit ven de cate.lysator af~

neemt en de reactie-te~neratuur T.oet sti1gen, moet de

druk in het koelcircuit toenpm.e.n. Voor een Teactietempe- (':,:. "

'}

re.tuur van 20000 is de stommdru'--:: 15,8 2.ta. De reactQr .. r

is vervaardigd ven ~-:;-t:!'"

1

·

1

,./.

:.,

,,~,

l?(

te

{

,.,1 Invoer:

Acetyleen

Vinylacetaat

Azijnzuur Bijproduct /+858~ lce:/h 251 11 1785 11 Fitvoer~ -'1',72C '-g/h 1:---:)1 11 lITO I! h:S _-'

,

5

_"

ff I

r

, (..

IV' , • 1 ( "l/\?{U 1),\(.{\·C.(~I,t

Bij de reactie komt 400. 000 '~c81/h v?'ij, het§;een een

stoomoroductie van

f,395

kg/h geeft. Deze stoom gaa.t via een

stoom.drum na.er een condensor, die gekoeld wordt met

gedes-tileerd water V8~n 1 ata. De gccondenseer _{de stoom gaat}

terg naar de stoomdrum, W2.8rna dit water ,dat op Y::ooktePT1' .

is, weer nA8.r de reactor gaa.t . De temrere.tuur in dit

circui t en daardoor tevens de tSI;nJeretuur in de reactor

vwrdt 'geregeld door de hoogte van" het koelwater in de

condensor. De stoom, die in deze condensor wordt gepro -duceerd, wordt gecondenseerd in ren trreede condensor met

behul~ V8n rivierwater. Het condenseat van het tweede circuit vloeit naar een reservoir,van waeruit het via een

regelafsluiter naer de eerste condensor stroomt. Het

reservoir staat in ve:r'binding met de buitenlucht , zodat de temperatuurin het twp.ede circuit niet bOVBll 100°0 stijgt. ;'.'et behulp van ditregelmechanisme is de tewpera-tuur in de reactor zeer goed te regelen en constant te houden.

- - - -

-

-r

6

De warmte, 400.000 kcal/h, die in de eerste condeRsor

wordt afgestaan, producee:r.'t 740 l,:g stoorn/h van 1 ata. In de tweede condensor wordt deze warmte overgedragen

aan rivierwater, Stel de tem~eratuurstijging van dit

water op 49°0, dan is er 10.000 !cg water/h nodig.

Het reactieproduct wordt nu gekoeld in de

warmtewisse-laar,waarin de voeding wordt voorverwarmd.

Koelers

Volgens de Bios-rapperten worden

1. koeling met rivierweter drie koelers gebruikt_{tot 25°0} . tot 100₀

2.

s

winters koeling et webr.lBter

in de zomer met pekel

3. Koeling met pekel tot -5

0

C tot-14°C In dit schema wordt gebrui';;-t:

1. Koeling met riviervvater tot 25°0 2. koeling met freon 12 tot-1400

De koelers zijn vervaardigd van V8A-sta21.

\ '. ' ! ,I -) ,; 'v .~ ' , , I ;

, ' ' , . ' I i '

t ',' J (

<,Tussende twee koelers wordt 20 '{g acetyleen,

afkom-stig van de wastoren na de ontgassings1_{,olom ingevoerd.}

iDit acetyleen wordt niet naar de voeding teruggevoerd, omdat

Jhet enig water bevat, Het water verlaat de ontgassings-\kolom aan de top en wordt uit het refluxvat afgetapt.

Eerste .weler:

In. Uit

Acetyleen L~720 kg/h als gas 4520 kg/h als gas

Vinylacet .1331 ti " 1331 IT "

Bijpnoduct 43,5" " it')

-

,

5"

11

Azijnzuur 1000" 11 210 11

"

790

11 als vloeistof.

Overgedragen warmte ~ 1+42.000 lccal/h.

Temperatuurstijging koelwater 25°. Dus 17700 kg koe11Jl2,ter/h Tweede koeler~

In Uit

Acetyleen L~540 kg/h als gas 4520 kg/h als gas

20

_"

_"

vloeistof Vinylacet 1331 11 TI 11 251 TI !I _gas 1080

_"

11 vloeistof Azi~nzuur 210 11

"

11 210 11

"

TI B:iiproduct 43,5 TI

"

"

!.~ -.z C:,II

"

11 --',-'

Overgedrê~gen warmte : 22P.OOO l'C81/h.

, l I r " '

Het gas dat de tweede koele' ~rec-la8.t, viTordt door een

drup~'elvanger geleid, om de laatste resten condens;:oat

te v;crwijderen, Daarna wordt het gas opgewBr!"'1d met

behulp van stoom van 2000C, 15 Bta, en samen met vers

acetyleen in de azijnzuurveT'demper geleid.

Voor het opwarmen is 136.CC'0 l<cal/h nodig. Dit l~OT!lt

overeen met 300 kg stoom/ho

Het condensaat wordt naar de ont~assingskolom gevoeTd.

Ontgassingskolom

In deze kolom worden opgelost acetyleen en aceetaldehyde

verwijderd. De topsectie van de kolom is een gepa~te kolom

met 25 mm reschig-ringen. De bodemsectie bevat 14

schotels . De toptemper2tuur is 70 tot 72°C. De ter.r'

era-tuur van de reflux is L~60C. De gassen, die de ltolom

aen de top veraten, 'Norden in t\vee condensors

gecon-denseerd. De eerste condensor koelt met behulp ve.n

riviervrater , de tvreede net freon 12.( Volgens Bi

os-rapporten met pekel) . Het condensaat vloeit napt het

refih.uxvat, ':78.2i: VJPter '.'ford t afgetBpt. Verder gP at 21.1e

cmidensaat, vinylacetpat, 02.1s reflux terug n2_ê,r de kolom

De bodemtemperatuur is

95

c

.

T' ateriaalbelans : Voeding ---i~-~ 1080 }:g/h 1000 ti 20 " 10,5" ")7 11

--Vin.acet . azLinzuur acet~Titeen aceetald. bijprod. 1400 lçf,/h 2C rr ] 0 r::, fI -

,

/

Viny1.acet. acetyleen pceeteld.

t

lY+C kg/h Vin. a.cet. I Water

t

f

60 kg/h Vin. Bcet. I ]_08C >T/h Vinvlacetp"'t lCeO !! 2zi~n7uur 37 !! bi~pr0duct - - -

-

---8

W2rmtebalens

~erste condensor: Vri~~omcnde ~2r~te voor koel~ng 14.5CO l>::cBl/h

I!

11 condenserint:tl,?LJ .• 5CC 139.0CO

Bij een temperatuursti~ging van het koelwater ven 25°0

is er 5.560 kg koelvvster/h nodig.

I! I!

Tweede condensor: Vrij'~omende war~te voor koeling 2.800 kCB1/h

I! " condensering 6.000 TI

8.000 TI

Deze warmte wo]'dt dOD dç reboilerogeleverd, alsmede de

warrr~te om het bodemproduct VéJn 20 C te vervJRrmen tot 950C

Dit la8tste is 78.000 kcal/ho

Totaal door de reboiler e;eleverde Wé'ri'1te is 225.rr

_o

_l-cpl/h.

Hiervoor is 490 lq:; stoom/h ~TFn ?00oC, 15 ata, nodig.

De kolom, condensors, r eboiler en ~2schig-rinfen zi~n

van V4A-staal . Wasto:ben

.,

Het acetyleen, délt de refluxcondensors verlaet, bevat

circa

35%

aceetaldehyde. Dit wo: dt in een cietijzeren

we.storen gevuld met porceleine raschig-ringen-rr..-e-t \N<3.ter

uitgewassen. Het acetyleen wordt dan naétr de tV.'eede

condensor na de reactor gevoerd.

',,"\ I:- I r I ~: .- I. -' r,:r-8teriaalba.lans: 500 kgv!ater/h .

..

20 kg acetyleen/h

t

_I

_I

I ' ! 20 kg acetyleen/h 10,5 kg aceeteld/h

I

,

-

1~51

0

~g 2~ig aceetaldehyde f " r ·'.l ~.~ . l ,( _I ". \~' 1. '

Het bodemproo'uct ven de ont[2s:'in.e;sl':"olom 1.'!orr1t ge:roeld tot 200C. Dit is nodic om (de inhibitor toe te voegen. De af te voeren Wé3rmte is 77 .500 ~\.c81/h. Bij een tem pe-ratuurstijging van het koelwater V8n 250 _{is er 3.1C'O lq:::}

koelwater/h nodig. Het gekoelde product voert men ne,ar een t ank, waar à e inhibi tOT viordt toeGevoegd. Een

schroef-pompje zorgt voor een E;oede menging. Er zijn t,:" ee tenks,

die om de beurt worden gevuld met ~,roduct en C',

5

·

kg

thiodiphenylamine per ton product . Vinylacete.atkolom

r·

.':.,

t"1 ( .

/ "!

Volgens de Bios-rap':~orten heeft deze kolon: 60 schotels. De voedingsschotel is van onderaf geteld de 22ste. Er

worden verschillende rS3:f'luX\[erhouding.en opgegeven, n.l .

1,5 , 2,5 en 4. In de nauvTkeur ige berekening Vé3n deze kolom

1Yerd R==l, 5 gebrui~{t. Vinylaceteat en inhibitor verlaten

de kolom aan de top.

Toptemperatuur is 720_{C Vinylaceto.at topproduct is 99,91,}

Bodem 11 1250C ti Bodem ti 0,2''%

Kolom, condensor en reboiler zi,4n V8.n. V4A-staal.,

Verdere beschri~ving volgt bi~ de nau\lTkeurige berekpning.

Azijnzutikolom

Het bodemproduct van de Vinylacetaatkolom is de voeding van de azijnzuurkolom. In deze loijo.:rg wwrdt 90'~ van het

aanwezige azijnzuur als zuiver ~opproduct verkregen, terwijl de resterende 10% en het bijproduct de kolom aan

de bodem verlaten. De voeding komt de kolom bij ~·~ook­

temperatuur binnen (12~OC) De toptempetatuur is 1180C De bodemtemperatuur is 128

0

C. Het apparaat is een gepakte kolom met 25 mm r aschig-ringen, De voeding komt halver-1pege de kolom binnen. Er worden verschillende refluxver-houdingen gegeven, n.l. 1,5 en 3. Hier werd ~==3 genomen daar dit, evenals de refluxvrrhouding vlhmr de vinylace-taatkolom, de opgegeven R is v~n_he! minfs~ oude bio~ rapport ( No 1412). De kolom, condensor en reboiler zi.4n van V4A-staal.

Warmtebalans

Af te voeren warmte in de condensor is 350,000 kcal/ho

Bij een temperatuurstijging van het koelwater VB.n 250 is er 14.000 kg koelwater/h nodig.

Toe t e voeren warmte in de reboiler is eveneens 350.000 kcal/ho Hi' rvoor is 750 kg stoom/h ve.n 2000C, 15 at e

MateriaalbalElTIs 1000 kg/h aZlJnzuur 33 kg/h bijproduct ~ IC 3600 kg/h azijnzuur

r-

.

_

-,-r---_-_-_2~7-_0

-0

_

·

...

:f_g-;-h~---l1L---

__ ... 9O_O_k_g_/_h_ i 1 1 I

I

I

I

J J , _{L--. __ .....} 1

Llr

,o

33 kg/h 8.Z i jnzuur kg/h bijproduct

Het bodemproduct wordt gekoeld tot 200C. De af te voeren

warmte is 7.200 kcal/ho Bij een tempe:!'atuurstijging van

200 van het koelwater is er 360 kg/h nodig.

Discontinue destillatie van het bodemproduct

Het bodemproduct van de azijnzuurkolom wordt opgeslagen

in een destillatieketel. Er zijn twee ketels, van ieder

6 m

3

inhoud, die om de beurt 8.ls :reservoir en als des

til-latieketel Vlorden gebruikt. De kolom is een gepakte kolom,

met 25 mm r 8schig-ringen. Ketel, kolom, raschig-ringen en

condensor zijn van V411.-stlàl.

Ha 36 uur vullen, bevnt een 1zetel 4.800 kg bodemproduct.

Hi~Tvan is 3.600 kg azijnzuur. Dit '::ordt eerst afg

edes-tilleerd, b.v. in 24 uur. Dit is dus 150 kg/ho Stel de

refluxverhouding op

.3,

den is de af te voeren 'warmte in

de condensor 56.000 kcal/ho Bij en temrer2tuursti~ging

VGn het koell'.'2,ter Vtm 250 , is er 2.2'.l.0 leg koelwe.ter/h

nodig. De toe te voeren war~te ti~dens de destilletie

is 56.660 kC8.1/h. Hiervoor is 120 ke: stoom/h nodig.

Het rest8nt is 1.2CO '--:-g per lading, bestaande uit

azi;nzuuranhydride, en een teere.chtig product. Daar

er volgens het Bios-rapport No 12?1, 2 à

3

ton

teer-achtig residu per maand wordt geproduceerd, is circa.

90Gb van het restandI azijnzuuranhydride. Dit '..'Jordt

ge-durende 12 uur onder verminderde ar1..L1z gedestilleerd. De

drukverlaging verkrijgt men met behulp van een

stoomejec-t eur.

Er moet 1080 kg anhydride in 12 uur worden fedestillerd

Dit is 90 kg/ho Bij een refluxverhouning van

3

,

is de

af te voe:--'en v.rarmte 24.000 kcal/ho De hoeveelheid

brnodig-de koelwater, bij een sti~ging van 250_{, is 1000 kg/ho}

De benodigde vvermte ,-':ordt g81everêl door 52 kg stoo'!Tl/h.

Er blijft 120 kg per lading van 36 uur achter als teer.

Berekenigg Vinylacetaatkolom Voeding"; 1080 kg/h vinylacetao.t lOCO 11 ezi:inzuur 33 11 \5ijpl'Qstuct -',

\.'

( . l. \ " l~ "~\ thiodiphenylamine Temperatuur: I~OO~

Bij de berekenlng zijn bij?roduct en inhibitor veI'1Naarloosd.

Topproduct : 1080 kg/h vinylacetapt,

99

,9

's

Toptemperatuur: 72,70_C.

I J I "

Bodemproduct : lOCO kg/h azijnzuur 99,8% 7 \

Bodemtemperatuur: 118°C. _ ~)~: ) ,. '. ~'~ i I ~ •. Eerste werklijn: \ R 1 , / / Yn+l= R7I xn + ~ xd yG 0, 6x 4, 0,3996

_

.. q-lijn:

xf= 0,52. Het kookpunt ve.n dit mengsel is .000_C.

Verdampingswermte voeding: 0,52. 93 L~8,3 kcal

0,L~8.9E,8 = L~6,5 "

94,8 keal/kg.

Opwarmen ven 20° tot 90°C : 0,52 .0,L~6.70 = 16,75 kcal

0,48. C ,52.70 = 17,1+5 "

3h

,

20

kcal/kg

q

=

94 , 8 + / ~4 t 2 ~ 1 361

9

4,8 .". , •

De gecorrigeerde voedingssamenstelling:

----Xcorr = (q-l)Xd + (R~l)xf = 0, 361.0,999 + 2,5.0,52

RLq 1,5~1,361 0,581

Snijpunt eerste werklijn en q-lijn:

y= 0,6.0,581 + 0,3996 = 0,748•

Tvveede werklijn:

Deze lijn gaHt door de punten x= 0,002, y= 0,002 en

x= 0,581, y= 0,748.

y= 1,290x - 0,0008

De moleculaire verd2.mpingS1.varmten V811 viny1a.cetaat en

aziûnzuur verschillen sterk. Ze zijn resp. 800 en 576 kcal W-w resp. 2,32 en 1,48. Dit is 1,90 ~ 22%.

T

De verdam'jmgswarmten per kg komen beteJ.' overeen, n.l. 93

en 96,8 kcal/kg.

Vi-w is resp. 0,269 voor viny1acetaet en 0,248 voor az~:ijnzuur

~ Dit is 0,259 ~ 4%.

DaHrom worden L en G in de tops ectie en I,' en G' in de bo

dem-sectie in gewichtseenheden constant verondersteld.

12 Materiaalbalans J i

G

_J

G I..J L RD + D ~

=

1,5

I

r L G D I..J 2,5D 2,5.1080 = 2700 kg/h 1620 kg/h

--

---t

_l

I

_G'

_{J..J t} - K

=

G L

₌

_{IJ + qF - K} ~F G' l, '

=

lh20 + 2080.1,361 - lOCO ~

~

3451 kg/h

I

L'

=

M51 kg/h Warmtebalans

Af te voeren VJ8Tlilte in de refluxcondensor:

(R+l)D • verdam:pmgsvrarmte = 2700.93

=

251.000 kcal/h.

Bij een temperatuurstijging van het koelwater van 250

is er 10.000 kg koelVJater/h nodig. Toe te voeren warmte in reboiler:

G' (W-w)

=

3

J

_+5l

_.

₉₆

_,

₈

_{= 331+.000 kcsl/h.}

Hiervoor is 7.200 kg stoom/h van 2000

_C

_nodig. Berekening kolomdiameter

Volgens E .. Kirchbaum in "Desti1lier- und

Rektifizier-technik" isde maximale dp.m1-"'snelheid: "IN = 1,74 ~ rd

Volgens de Bios-rapporten is de schotelafstand H

=

230 mmo

'~,-:l::_c---i~>eid van het gas wordt op

3

verschillende

91aat-sen berekend volgens formule: ~ = ~ 273

2?, J+ T 1. Top

f

=

86 273 3,032 221f

3457

2. il'idden

r

=~.szL 2,520 22, L~

363

3 .. Bodem ) =~

n l

= 1,870 22,1+ 391

Maximale snelheid top w _{= 1,74} ~O,230 _{= 0,479 m/sec.}

3 032

midden \.~.'f 1,74

~2:~~g

0,526 m/sec

bodem lAT 1,74

V+~-230

_{= 0,609} m/sec.

1,870

Het volume gas/sec, dat door de kolom op verschillende

plaats en stroomt, is gevJicht/h

3600.

Y

Hoeveelheid gas/sec aan top = 2~00

3::00.3,052

Boven voedingsschotel = 2700 3600.2,520 Onder voedingsschotel 2~~21 3600.2,520 Bodem 3'~.21

3600.

1 , e'70

Oppervak kolmmdoorsnede = volume/sec

snelheid/sec Oprervlak ton

_°

₁

247 0,5170 m. 2 0,479 m2 Boven voeding =

°

1

298

°

,

r::,Ç7 / -' 0,526 m2 Onder voeding =

_°

₁₂

80 = 0,741 0,526

I

m2 Bodem = 0.513 0 ,8/+2 0,609 = 0,247 m3 /sec. = 0,298 m./ sec. ~/ 0,380 m3 /sec . = C,513 rn./)/sec. "Z Diameter = 0,810 11 0,8 /+9 11 =,0,970

"

= 1,035 m. m. m. m.

K010mdiameter: 1 meter. Ook de Bios-re,pporten geven deze maat.

Evenwichtsli~n~

Gegevens over het systeem vinylacetaet-azijnzuur, volgens

Trens. Electr.chem. Soc • .§l. !+L~5 (1933).

rookpunt 73°C 75 80

90

100 110 115 118 Gewichts% vinylecetaat in vloeistof 100 91,4 70 40,8 21,5 5,6 1,7

o

in damp 100 97,5

90

,

3

73 50 17,7 6,0

o

'-,\elatieve vllichtig'h. 3,67

3

,

99

3,92 3,65 3,62 3,69

Berekening nrEtctische evenwichtslijn ' f ',I 'r _, , , , 14 schotelrendement

ct

~

"

6

0

Jjl

6f

/

Volgens T<.obinson en f!illiland is het

m"

=

+

0,0050<

NI

d

K

=

helling evenwichtslijn

o

=

hoeveelheid vloeistof/h

V = hoeveelheid damr/h

h

=

afst8nd centrum slothoogte

eX

relatieve vluchtigheid

M moleculàirgewicht

d

=

dichtheid vloeistof t.o.v.

O "Z"Z

W t ;J;J

V

o/V = helling >,'rerklijn

tot vloeistofniveau in inch.

-

-1)

=

tv

=

viscositeit in c.poise

slo~vijdte ~ inch (1 1 C ,,\', ,,' -::: )

Slothoogte is geste1~ op

1,5

inch

Vloeistofhoggte op (3 . in~h\

h

=

3

-

O,7~ = 2,2~

Slotwijdte is gesteld op 1/8 inch.

O/V K

K

.v

/e

Tv1 d mil o En_{h_} 'i Ton 0,60

0

,2

9

0, L~83

3

,

6

7

86

0, (?3

0,

2

7

1,

38

0,82 '30ven voeding

0

,

60

0

,

C:

3

1,05

"Z Cl2

./.'

,

. /'

-7

5

Il

O

0

,

38

1,11

0

,7

8

~' .~ ': (, ,;

\,

;' Cinder Bodem voeding

1,

29

1,2

9

0

,

6

3

-

fj

,

5

0

CI,!~S3

₂

_,71

3

,

92

3,F,9

75

6C_'

1,

0

1,

0

5

0

,

3

8 C, J+C 1,11 1,~9

0

,72

0

,

995

EB

wordt als lineeir in x beschouwd. Voor topsectie: x=l x=O,9 0,32 0,81 Voor bodemsectie: x=0,58 x=0,5 ~ 0,72 0,76 x=0,8 0,80 X=O,lt 0,81 x=O,7 0,~9 x=0,3 0,85 x=0,58 0,78 x=0,2 0,90 x=O0,95 ,l x=O,O 0,995

Met deze gegevens en de theoretische evenwichtslijn wordt de praktische evenwichtalijn geconstrueerd. Het

aantal schotels volgens het x-y-diagram is 20, waarvan 11 boven en 8 onder de voedinginlaat , en een op de plaats van de inlaat. Dus beter: 12 schotels voor de topsectie en 9 voor de bodemsectie. Dus _{.. _---}21 schotels

_{._._----}

•

Vergelij~ing met literatuur

V~lgens de Bios-rap;-,orten heeft de kolom 60 )schotels.

Dit grote verschil kan niet veroorzapkt ziJn door ver-waarlozing van de kleine hoeveelheid bijproduct.

Volgens de Bios-rapporten is

oe

bodemtempe'"atuur 1250

-1280_{C,in plaats van 118}0

_e

_.

_{Dit wordt veroorzaakt door}

de hogere druk beneden in de kolom. Volgens Bios-rap-port No 1291 is deze drQ~ zelfs 1,6ata. De kooktemp. van azijnzuur zou dan echter 1350_{C zi~n}

De schotelafstend is uit de Bios-rapporten overgenomen.

De daaruit berekende kolomdiameter is evenals de afm e-ting volgens de rapporten lm.

E E

o

o

o

o

i"

.1

I I Desti11atiel~N:i!B:ylacetaat"':azijnzuur

- - - -

Th~oret.ische evenwichtslijn ~..,--- Fráktisch.e evenwichtslijn

I

I

11

16

-11

Literatuur _,

1. ~.lorrison, Sh8.W. Trans. Electr. Chem. Soc • .§2 L~25 (1933)

2. Ushakov, Feinstein. Ind. Eng. Chem. 26 561 (1934)

3

.

Bios-rapport 7l~5.

4. I! 1291.

5. I! 1412.

6. Fiat-rapport 860.

7.Greene. Chem. Eng.

2.:±

No7

98

(19l_{t7) .}

B9

3

tiro 7 beschrijven een vinylacetaetfabriek te Hochst a/Ha in , Duitsland.

·1

r-I I

I!I

. I

~=================i!I~~====~~==-~----==================

IAl'JNZWRK6LJij i ;

I

~--,

I

f--:---

II

YfMACETAAT UW ACElVlEEN EN

lL""7.AZ!=UN=ZU\P.~.11

AZ'JHZUUR·

1"II't

---0---. _{~~LD SCHAAL1:SO}

I

-'