Enkele beschouwingen over een te bouwen fabriek ter bereiding van diaethylaether

34

Di AETHY"LAETHERatREioiNG n J.J. VERSTAPPEN Jil

I.

ENKELE BESCROU\TIIDEN O./Eb EEN

'm

BOmfEN FAliliIEK TEE BERF:TDTNG vAl! DTAETHYT.A,&;11iJlIi.

J .J .Verstapr:ep Jr. en H.J'.B.Biekart SAlvIENVA'l'TING:

Ha een beknopte weergave van het principe van de voor de aetherbereidhg gekozen werkzijze, volgt een

over-zicht van de reeds bestaande f'abricagemethoden. De gedane keuze wordt gemotiveerd, waarna een meer

uitvcerige beschrijving volgt van de te bouwen fabriek. De gekozen werkzijze. (1)

De grondstof' is aetheen, dat volgens een der bekende methoden gewonnen wordt uit kraakgassen of uit

cokes-ovengassen.

Dit aetheen wordt bij een zodanige druk en tem~I'atuur in zwavelzuur geabsorbeerd, dat een hoog percentage diaethylsulf'aat ontstaat. Het absorptiemengsel wordt daarr~ met de aan het diaethylsulf'aat equivalente hoe-veelheid droge alcohol behandeld:

Et₂S0₄ + EtOR ~ E_{t 20} + EtHS0₄

De reactieproducten worden gescheiden waarna het mo ~'J ae thylsulf'aat ten dele teruggevoerd wordt naar de a ' sorptie toren e~ ten dele gebruikt wordt ter bereiding van de benodigde hoeveelheden alcohol en zwavelzuur.

II. ~eknopt overzicht van de technische bereidingswijzen,

van diaeth~laether. A. Grondstoff~.

Voor de bereiding van diaethylaether gaat men vrijwel steeds uit van: 1) Aetheen of aetheenhoudende gassen,

waaruit hetzij direct, hetzij via aethylalcohol, het genoemde product wordt verkregen.

2) Aethylalcohol.

Het aetheen kan

in

grote hoeveelheden worden verkregen uit de kraakgassen der petroleumindustrie en uit

cokes-ovengassen. Wij gaan hier niet verder op in.

Alcohol bestemd voor de aetherberéiding wordt momenteel op verschillende manieren verkregen. . De oudste methode is de vergisting van koolhydraten. Een modernere methode gaat uit van ~theen, dat

geab-sorbeerd wordt zUl zwavelzuur, waarna de zwavelzure ae-thylesters verzeept worden. Deze bereiding van alcohol was vanwege de benodigde grote hoevee~den zwavelzuur en de hoge kosten aan regeneratie verbonden, vroeger

soms nauwelijks economisch verantwoord.

Door de vele aangebrachte verbeterirgen in het zwavel-zuurproces, is bij een goedgebouwde fabriek tegenwoor-dig echter de kostprijs van de zo verkregen alcohol beduidend lager dan die uit zetmeelproducten.

Ter illustratie: in de U.S.A. in 1946:

Frijs per gallon van alcohol van het zwavelzuurproces:$0, 37 van alcohol uit graan

n

0,87

r

I

De prijs van alcohol uit melasse lag daartussen.

Vooral de bereidingsmethoden uit aetheen nemen de laatste jaren snel in betekenis toe.

(2)

.

Ter illustratie van het zwavelzuurproces noemen wij hier een bereiding van alcohol door hydrolyse van mono-en diaethylsulfaat, gevormd door absorptie van aetheen in zwavelzuur.

Voor de absorptie maaktomen in dit geval gebruik van 96-100% H2S04 van 40-50 C, waarin onder een druk van

27-34 atm. aetheenhoudend kraakgas met 25-5<:% aetheen j> wordt geperst. Er wordt nu meer dan 90% van het aetheen

~

l opgelost. Per molecuul BZS04 is dan gebonden 1,3

mole-"":/ cuul aetheen, waarvan 2/3 in de vorm van dmaethylsulfaat.

TI

De gevormde esters worden daarna met overmaat water ver

-zeept, waardoor alcohol ontstaat,en verdund,

±

_{60% H2S04}

overblijft (5) . In een enkel geval wordt alcohol uit aetheen en waterdamp bereid met behulp van een pyrosul-faat katalysator (3) (4) . 'l'enslotte kan men alcohol ook

nog maken door uit te gaan van acetyleen, waaraan water wordt geaddeerd (kwikzouten als katalysator), waarna het gevormde aceetaldehyde tot alcohol gereduceerd wordt met waterstof in tegenw·oordigheid van een nikkelkatalysator.

B. ~etherbereid!Bg.

...

In onderstaande tabel worden de voornaamste typen der aetherbereidingsprocessen weergegeven •

GRONDSTOF 1. Aetheen +

H

20 damp

WJmKWIJZE

leigt de voeding bij

200 C en 125 at. over de katalysator

KATALYSATCE OFMEEKINGEN LITJ

(6)

2. idem voeding + kat. in

dam~orm bij

350-550 C en 20 at.

org.alif~

zuren water is, krijgt als er te weinig men aethylester. (7)

~. Aetheen + voeding oveE de kat.

stoom 2:1 bij 100-350 C en ca. 25 at. i Alkali pyro -fosfaten,P20S Na~PO A1.l(alimetafos -faat (4)

I GRONDSTO!' ! 4. Aetheen 5. Alcohol Î6. Alcohol 7. Alcohol 8. Alcohol

1

9

.

Alcohol

-..

i aetheen + waterige oplossing d~r kat. bij 130-300 C en 200-400 at. (v8or E2S04 200-230 C)

alc + E2~0 4 bij

130-135 C en aether wordt afge-dest.

Alc.ove~ kat.bij A120~,~~02

200-250 C tot 100 st. Al-sülfaa't AlcOover kat. bij

220 C.

damB over kat.l bij

300 C- aetheen.Di t bij 50-400°C over kat.2 ontwaterde klei of kaolien. 1. _A120') 2. metaalsu1-faten of chlo-rider...

---dan~ over kat. bij 200 eer.!. 1 atm.

Na- olf! K-aluin

---

-

---damp d08r reactor

bij 250 C_J druk 1 at.

OPM.J:.ttKINGEN geen kans op polymerisatie proces aan nauwe temp. grenzen ge-bonden. niet altijd goede rende-(10) (16) . (9) mente~ _____ , ________ __ opbrengst 60-63% (11) (12) (13)

---prod. bevat 7G,% Et.GU.rend.97% (14) (15)

-l<..ans op vorming (8)

~~.;ci6~

en L

Bij de meeste dezer p 'ocessen z~Jn vr~J hoge temperaturen

en drukken nooäza:t,-eli.:;k, waardoor aan de appaI'atuI'en

speci-ale .eisen gesteld worderl. liet l'endemer.t is bovendien lang

niet altijd hoog, daar uitgaw1de V~l aetheenvrij veel

al-cohol gevormd wordt er. uitgaanàe van alcmhol de omzetting

niet volledig is. Het klassieke zwavelzuurproces heeft

daar-door tot op de dag van heden stand gehouden.

Talloze variaties werden in de loop der jaren aangebracht.

Het zwavelzuurPtQQ~.

De grondstoffen zij~ dus alcohol en sterk zwavelzuur. In de

eerste trap wordt monoaethylsulfaat 'gevormd\ en water. ,

CzH5 OH + _{HOS02 ÜH} --. C2H50.t;020H + ~O

Bij verhitting reageert het monoaethylsulfaat met een

twee-de molecuul alcohol:

C

2H5C'S02OH + C2H50H ~ C2HSCC 2HS + H2S04

Van j~lphen meent dat in het geheel geen intermediaire

vor-ming van monoaeth~lsulfaat plaats heeft, omdat bij gebruik

van een zuur als PCl ook aether gevormd wordt, terwijl

aether-r

-•

4.

vormir€ wordt geleverd door diaethylsulfaat, dat met

al-cOhol reageert: (17)

(C 2H50)2 S02 + _{C2 H5OH} ~ _{(C 2H5 )20} + C₂H

5CB020H

~\'Ien werkt bij 125-14(.0 C en atmosferische of iets

ver-hoogde druk (lL') (18).

Naa:'f.1ate aether oVE;rkori1~t voegt men meer alcohol toe.

Echte.r wordt niet 811e zwavelzuur, te~gevormd, omdat we-gens ~ele nevenreacties S02 ~mtst~at. Door concurr~rende

react16S worder. onoer meer aldehyaen, ketoneJl en

vlnylalco-hol geÏllormd. liet zuur wOJ:'dt bovendien veraund.

Om deze v6rdQ~ing tegen te gaan vond men een methode waar-bij men aan het mengsel van alcohol en zwavelzuur benzine, . of benzeen. toevoegt, dat met water een meI"..gsel met

minimum-kookpunt vormt. Men verhit zodat het azeotropisch mengsel ontsnapt en dus get water gedurende de aetherproctuctie

verwijderd wordt (16). Lt.en gaat b.v.uit van 100 delen

al-cohol en 150-170 delen zwavelzuur en voegt zoveel benzeen toe, dat op 170 delen zuur ~ 70 delen water aanwezig zijn. Als het zuur minder water bevat, zal de aetherproductie

veel gr8ter worden, maar de tem:ç.eratuur stijgt dan tot 140-145 C., waardoor ook veeb aetheen wordt gevormd. Als

de temperatuur lager dan 125 C wordt, zal de alcohol niet meer ontleed worden en zal het zuur meer dan 4 moleculen water bevatten, waardOOI' de aether weer lar.,gzaarner gepro-duceerd zal wori!e!:. Het proce s is dus aan nauwe grenzen gebonden. (16).

VamJege de hoge kosten aar:. de reconcentratie van het zuur verbonden, heeft rner_ dH:wijls getracht, zowel bij de "al- "

cohol uit aetheen" bereidirg als bij de "aether uit él.lcohol bere iding, gebruik te maken van verdunder zuur. !Jen koos hiertoe eer ... ste/ie van ca. 7C% (juist het concentreren van

70- tot 95% is het dure). het bleek nu echter noodzakelijk bij hoge drukken en temperaturen te gaan werken (lg) (20).

Zo verkr:eeg men ,ui t aetheen met 6CJ-75% zuur bij 90 C en 50-100 at. hmofdzakelijk alcmhol. Terwijl een mengsel

al-cohol : aether

in

de verhoudi~ 1 : 1 verkregen werd bij

een teillp:lratuur hoger dan 100 C en eer. druk van ca. 50

at.

Soms voegt men de niet gewenste component opzettelijk aan het reactiemengsel toe, tBReinde haar vorming te

verminde-ren (21).

Gebruikt men zuur van 10-7~~, daB zijn voor de

aetherbe-reidiI".g temperaturen van 200-830 C, vereist (10) (22).

Men gebruikte ook wel de zwavelz~e sludge, afkomstig van de petroleumraffinaderijen (3).

Bij een andere werh~ijze wordt monoaethylsulfaat met water

verhit en de aether die daarbij gevormd wordt, afgedesti1-leerde ~ Het achterbliJver.de mer.gse1, bestaande uit

mono-aethylsulfaat, zwavelzuur, alcohol en water, wordt

gefrac-tionneerd, waarbij de daaruit terugge~o~~en alcohol weer

met verse monoaethylsulfaat boven 100 C wordt verhit,

..

111. Zuivering van de aether voor narcose-doelein~B.

Wenst men aether voor narcose doeleinden, dan zal het

ver-kregen technische product aanzienlijk gezuiverd moeten

wor-den, om pathologische effecten te vermijden.

Wij geven een beknopte opsomming van ~ele voor de zuivering

toegepaste methoden en zullen ons in den vervolge slechts

be zig houden met 11 Technische aether".

1. 2. 3. 4.

5

.

6. 7. 8.

Was met water en bewaar gedurende v1Ïl.j f dagen boven 5CY;f,

NaOR of KOR, waarna destillatie volgt (25) .

Zuivering van alcoholen en water: behandel de aether met

overmaat sterk zwavelzuur en destilleer direct (26).

Verwijdering van aldehyden: behandel de aether met e'en

oplossing van een arylhydroxyde (b.v. resorcinol) in een

oplosmiddel als b.v. aethyleenglycol (27) .

Verwijdering van peroxyden: behandel de aether met

Cacl , NaHSO , NaOH + KMnO , Ag. 0 enz. (28).

Idem~maak g~uik

van FeSt> en2daarna KliiinO + KOH (29).

Idem: men percoleert aether4door een

cupro-~erbinding

,

zoals Cu

°

(30).

Idem: me~ gaat uit van een zuustofVrije alcohol, waaruit

met behulp van zwavebzuur peroxyde-vrije aether wordt

bereid (31) .

:Roer de aether achtereenvolgens me t oplossingen van

NaHS0

3, Na2C03 en water, fractioneer, en droog over vast

NaOR (14) .

IV. Motivering der keuze.

De keuze van de door ons te volgen werkwi jze (zie I en VI) ,

wordt gemotiveerd onder meer aan de hand van de volgende

op-somming van de voor- en nadelen van het proces.

Voordelen.

1. Het is een continue-proces.

2. Er zijn geen extreem hoge temperaturen en drukken nodig.

3. Het rendement is goed.

4. Het bedrijf is volkomen flexitiel; desgewenst is a~leen

aether te maken, of alleen alcohol, of beide tegelijk.

5. Er is geen meeilijke scheiding van alcohol en aether

nodig.

6. De katalysator is goedkoop en overal makkelijk te ver

-krijgen. Nadelen.

1.

2 • 3. 4.

Verlies aan zwavelzuur door 502 vorming.

Dure reconcentratie van het zw~velzuur.

Caarosie door het ~avelzuur.

:..

v.

..

Ue onder 2, 3 en 4 gehoeme nadelen kunnen door van moderne

constructiematerialen, respectievelijk nieuwe econbmisch

voordelige werkwijzen gebruik te maken, voor een groot deel

ondervangen worden.

Beschouwen we de processen, die opgesomd zijn in de tabel

op blz. 2 en 3, aan de hand van bovenstaande criteria, dan

zien we namelijk, dat alle processen, die uitgaan van

ae-theen en daaruit direct aether maken, zeer hoge

temperatu-ren en drukken en dikwijls dure katalysatoren nodig hebben,

terwijl de rendementen vaak laag zijn.

De processen die uitgaan van alcohol hebben eveneens het

nadeel van de dikwijls lage remdementen, terwijl ze

boven-dien de nadelen van het gekozen proces dragen als de

alco-»01 uit aetheen en zwavelzuur gemaakt· wordt, hetgeen

meest-al het gevmeest-al zmeest-al zijn.

De gedane keuze ligt voor de hand na vergelijking van de

genoemde voor- en nadelen met die der andere fabricage

-methoden.

Bovendien behoort het proces tot de modernste (1947), het-geen verlangd werd.

Vaststelling van de grootte der J[odectie.

Gezien de balhgrijkste toepassingsgebieden van technische

aether, n.l. als oplosmiddel voor organische synthese en bij

de bereiding van explosiva kan aangenomen worden, dat er

een toenemende vraag naar aether zal zijn. Ook voor Neder

-land geldt dit. In dit verband kan genoemd worden de weder

in gebruikneming van. de munitiefabrieken aan de Hembrug.

In de eerste maanden van 1950 werd door de ötaatsmijnen

reeds beduidend meer aether geproduceerd dan de

overeen-komstige maanden in 1949. .

Bezien wij echter de cijfers van in- en export van de

laats-te jaren, dan blijkt ons land echaar voor de afzet van de

te produceren aether op het buitenland aangewezen te zijn,

omdat in Nederland ruimschoots voldoende voor eigen gebruik

geproduceerd wordt. (zie tabel).

'1' ~ BEL.

Jaarproductie Import Export

~geschat~ ~gegevens van t; .B.::>.

2

van Nederland in tonnen:

1948 400 1 135

1949 400 D,l 88

Wil concurrentie met goedkoop producere~de landen mogeliQk

zijn, dan zal de kostprijs zo mogelijk bèneder. die van deze landen moeten liggen (het is zeer de vraag of dit momenteel

I I

r

Be schouwen we de .Lr.:::; • .A. :

1946 kostfI'ic)s alcohol . 0,37 :çeI' gallon;

de kostprijs var- de aether wOI'dt ca. 145-180%

daarvan, dus

t

O,54-0,67 per gallon.

Gezien de bestaande Nedtjrlandse exportverhoudingen, wordt

gedacht aa;-: de bouw van een fabriek voor teclmische aether,

met een pr-oductie van 0,5 ton fel' dag. Op de

kost~ijsbere-kening wordt niet nader ingegaan. .

VI. Uitvoeriger beSChrijving var .. de te bouwen aetherfabriek.

Deel I. rH.J.B.Biekart;J

Het benodigde aetheen wordt verkregen uit de lichtste fractie

kraakgassen of uit cokes-ovengas met behulp van het

Hyper-sorber p'océdé (32) (33).

Dit is een rrocédé waarbij door continue geffractionneerde

kooladsorptie uit een 2-6% aetheenbevattend mengsel van

waterstof, methaan, koolmonoxyde, aethaan, aetheen en kleine

hoeveelheden hogere koolwaterstoffen een aetheenfractie kan

worden verkregen met een zuiverheid van meer

dan

90%.

De Hypersorber installati6 bestaat uit de adsorbtiekolom 1.,

een liftpijp, een kool-reactivator en een voorraadtoren 2.

De adsorptie kolom bevat eer koelsectie aan het boveneinde en

een strippingsectie aan het ondereinde. De adsorptiesectie

ligt daartussen. Verder is aanwezig een brander 4. om de

reactivator 2. te verhitten, eer: blower die het gas levert

dat de kool door de liftpijp naar boveL blaast, een aantal

cycloons 5. om het stof te verwijderen van de uittredende

gassen, een condensor 6. voor het condenseren van de stoom,

die met het p'oduct afgevoórd wordt en een gasdroger 7.

De voedigsgassel":" die onder 661: druk van 5 at. van b.v. een

demethaanzer komen, treden ongbveer in het midden van de .

adsorptietoren in. Ze bewegen zich naar boven in

tegens:trDom-contact wet actieve kool, die bEmdenwaar~s door de toren

stroomt.Bij de tempEiratuul' van circa 140 F., waarmee de

voeding intreedt adsorbeert de kool selectief he~ aetheen

en hogere koolwaterstoffen.

De niet geadsorbeerde lichtere componenten bestaan

voorname-lijk uit waterstof, methaan, en koolmonoxyde; zij gaan door

naar boven en worden afgevoerd als restgas, dat gebruikt

wordt als brander gas in de zwavelzuur concentratie afdeling.

(zi e pag. 11 ) .

Het aetheen gaat met de kool naar beneden, r~arde

stripping-sec~ie, hier wordt de temperatuur van de kool opgevoerd tot

510 F. door een Dowthel'n verhittingsinstallatie • Bij de ze .

temperatuur desorberen de gassen van de kool. Ze gaan terug

de toren in en worden daar afgetapt, juist boven de strlhpping-sectie., terwijl een kleine hoeveelheid dient als reflux.

Sassen die nog niet direct desorberen worden nog met stoom

van 10 at. verwijderd. De kool verlaat de toren aan het

be-nedeneinde en wordt met behulp van circulatiegas weet naar

boven getransporteerd, waar ze wordt gekeeld tot 120 F.

Om een opeer.hopir~ van te fijn peeder in de kolom te

voor-komen, gaat een deel van het niet geadsorbeerde gas door de

kool naar boven en spoelt zo-alle deeltjes van een bepaalde

..

D~aetheenfractie die de adsorptie~olom verlaat, wordt om de stoom te condenseren, die gebruikt werd voor de laatste ad-sorptie, via een cycloon gevoerd naar een sproeicondensor, die bestaat uiteen met Eashigringen gevulde cylinder en een druppelvanger. Op de vu~li.ng wordt water gesproeid, terwijl het gas van onderen af door de vulling stroomt en dus sterk afkoelt. Na-de dr~ppelvanger heeft men dus koud gas, dat nog verzadigd is met waterdamp. Alle tot nu toe beschreven

toe-stellen stonden onder 5 at. druk, die constant gehouden wordt door reductieventielen in de afVoergasleidingen. In de aetheen-afvoer zit dus ook een reductieventiel en wel na de genoemde sproeicondensor. Het volgende deel van de apparatuur, dat be-staat uit 'de silicageldroger 7. en het buf'fervat 8. be-staat on-der een druk, die kan variëren tussen 2 en 5 at. Het buf'fer-vat is tussengeschakeld om bij eventuele storing van de hyper-sorber of de ~therfabriek deze beide delen niet direct ge-koppeld te hebben en ook om zeker te zijn van een constante druk in de hypersorber en een constante aetheenaanvoer naar de aetherfabriek. In de leidipg tussen het buffervat 8. en .Ill9mbraanpomp 9. ïs n.l. weer een reductieventiel geschakeld, dat een constante aanvoerdruk waarborgt naar de pomp, dti.s een constante aethee~oeding. Pomp 9. voert het aetheen naar de adsorptie toren 11. Door deze bubble-cap toren wordt het gas met behulp ilan membraanpomp 10. rondgepompt, in tegenstroom met het van boven, door 2 duplex-pompen ingevoerde mengsel van zwavelzuur en monoaethylsulfaat. In deze toren heerst een druk van 20 at. en een_{o teml:€ratuur die van beneden naar boven}

toeneemt van 50 tot 70 C (34). Onder deze omstandigheden treedt eeL vlotte reactie op waarbij in hoofdzaak diaethyl-sulfaat ontstaat:

C~. +

Y

04 -'> C~5 HS04 C~5HS04 + C~4 ~ (C~5)2 504

Eet rondpompen v~ het gas geschiedt om een levendiger con-tact in de kolom te verkrijgen. De gewenste temp:lraturen in het apparaat worden geregeld door watermantels waarin naar keuze koud of warm water kan worden gevoerd. Wordt de druk in de toren verhoogd, dan laat een reductieventiel de over-tollige gashoeveelheid ontsnappen naar de restgasleiding. Het gevormde diaethylsulfaat dat nog cirva 20% monoaethylsulfaat bevat wordt via een door een vlotter bediende afsluiter afge-laten naar buffervat 12. Van hier wordt het mengsel door een centrifugaalpomp en een rotameter gevoerd naar een mengkamer-tje 13. waar het wordt gemengd met de aan het kwantum diae-thylsulfaat equivalente hoeveelheid droge alcohol. Deze alco-hol wordt in deel 11 der fabriek bereid en gedroogd (zie p.IO )

en wordt via een duplexpomp ea een rotameter eveneens in het me ngkamer t je toegevoerd. Vanuit de mengkam3r gaat de vloei- .

stof na~ de reactor 14. waar zij gedurende ongeveer 1 minuut op +140 C wordt gehouden, met behulp van een stoonmantel (35). In de reactor vindt de volgende reactie plaats: .

De druk in het apparaat was nog steeds 20 at., doch wordt nu door een reductieventiel afgelaten tot circa 6 at.

Door deze drukvermindering verdampt de aether, zodat een flash

-kamer 15. nodig is. De aetherd~np en het monoaethylsulfaat worden nu gescheiden in kolom 16. Dit is een met Rashigringen

gevulde toren waarin de aether de gelegenheid krijgt volledig te verdampen. Om opgeloste resten aether te verwijderen is aan het benedeneinde der kolom een reboiler 20. aangebracht. De aetherdampen verlaten de top van de toren en worden geconden

-seerd in condensor 17. en de vloeistof wordt gekoeld tot ca.

20"C. in koeler 18. Daarna kan veilig de restdruk van 6 at.

door een reductieventiel worden afgelaten. De aether komt nu in het voorraadvat 19. voorzien van een terugvloeikoeler om verliezen door het ademen der tank te voorkomen. In dit vat wordt de aether onder stikstof bewaard; aan de stikstof toe

-vo~r is tevens de peilschaal verbonden, die de druk aangeeft die de stikstof moet hebben om de druk van de aetherlaag te overwinnen. Het monoaethylsulfaat tenslotte dat de scheidings

-toren via een vlotterkraan verlaat, komt in vat 21. Vanw1lar

het ten dele retourneert via een duplexpomp naar de absorptie

-kolom en ten dele naar deel II van de fabriek gevoerd wordt.

Er wordt daar door hydrolyse de benodigde alcohol uit vervaar

-digd, terwijl het daarvan overblijvende zuur gereconcentreerd wordt en daarna teruggevoerd naar de absorptie kolom.

VI. Uitvoeri er beschri ·vi van de te bouwen aetherfabriek.

Deel 11 J .J .Verstappen Jr.

Een ander deel van het monoaethylsulfaat uit vat 21. wordt via een duplexpomp gevoerd naar buffertank 22. Deze buffer

-tank is tussengeschakeld om bij eventuele storing in deel I van de fabriek over voldoende voorraad monoaethylsulfaat te beschikken, teneinde in staat te zijn deel II van de fabriek enige tijd in bedrijf te houden, onafhankelijk van deel I. A~t behulp van een proportiepomp wordt het monoaethylsulfaat met een grote overmaat stoom verstoven in de hydrolfsator (23) waar de volgende reactie plaats vindt:

C2H5HS04 + ~O ~ _C2H50H + ~S04

Hierbij kan diaethylaether gevormd worden als nevenproduct ,

tengevolge van de reactie:

2 C_2H5HS04 + ~O -=. _{C2H5CC 2H5} + 2 ~S04

, ,Door gebruik te maken van stoom voor de hydrolyse verdampt

~ de gevormde alcohol sneller, waardoor het percentage aether

dat gevormd wordt, gereduceerd kan worden van 3,9 tot 2, 0

(36) •

Het reactiemengsel wordt vervolgens gevoerd in de separator 24. Het zwavelzuur wat zich hier afscheidt, wordt onderaan afgetapt en gevoerd naar het later te beschrijven cencentra

-tie apparaat 35.

Boven in de separator bevinden zich enige bubble-caps, ten

-einde de daar ontwijkende alcoholdamp te bevrijden van even

-tueel meegevoerde zuurspatjes. De ontwijkende ,aleoholdamp wordt ondersteld 65 gew.% alc.ohol ~ te bevatten.

De hydrolisator en separator zijn beide goed geisoleerd (37). In kolom 26 wordt de geringe hoeveelheid aether die zich in de alcohol bevindt, verwijderd. hierbij gaat enig water mee,

aangezien aether met water~en ~zeotropisch mengsel vormt met

een minimum kookpunt van 34,15 C bij een wate rge hal te van 1,25 gew.% (38) . Na condensatie en koeling verkrijgt men dus in tank 27. natte aether. Gezien de geringe hoeveelheid waar

-van hier sprake is (~O,5 kg per dag) , wordt deze aether in ons bedrijf niet verder verwerkt. Zij kan o.m. gebruikt worden als suppletievloeistof in de kolom 30 voor ternaire

destilla-tie, of bijvoorbeeld voor de bereiding van narcoseaether.

De van aether bevrijde alcohol, welke onderuit kolom 26 wordt verkregen, voert men via een tandradpompje naar rectificeer-kolom 28, welke voorzien is van borrelplaten en waar concen -' tratie plaats vindt van ca. 65 gew.% tot 9S" gew.% (=95. vol.%).

Na condensatie in een horizontale condensor (dit type werd ge

-kozen omdat de vloeistoffilm daar dunner is~ dan in een verti

-cale condensor), wordt de alcohol in een tussentank 29 gevoerd.

Deze tussentank dient .. om een constante aanvoer voor de hierna volgende proportiepomp te waarborgen. Deze proportiepomp perst de alcohol in de kolom 30, waar een druk heerst van ca 7 at.

(100 lbs/ sg in.).

In kolom 30 vervaardigt men absolute alcohol uit de 9g%-ige alcohol, welke ingevoerd wordt.

Gewoonlijk maakt men absolute alcohol door azeotropische des-tillatie met ' en in water onoplosbare verbinding, zoals ben

-zeen (41). Grote nadelen hiervan zijn de hoge verhittingskos-ten en de complicaties en prijzen van de benodigde apparatu- .

ren. De nieuwe methode, welke door ons wordt toegepast, maakt gebruik van diaethylaether. De belangrijkste voordelen hier

-van zijn het veel geringere stoomverbruik en de aanzienlijk eenvoudiger apparatuur, welk laatste voorleel vooral te dan-ken is aan het feit, dat er geen ~ernair azeotropisch mengsel van aether, water en alcohol bestaat, zodat geen alcohol met het aether-water mengsel meedestilleert, die later weer

afge-scheiden zou moeten worden met andere kolommen.

Boven uit de kolom ontwijkt het azeotropische mengsel aether

-water, dat zich na conden~ie in twee lagen scheidt , in de af

-scheider

82

,

~~n dient hierbij zo goed mogelijk te koelen,

tot ca 15 C. Na aflaten van de vaterlaag, hetwelk continue

plaats vindt via een reductieventiel, wordt de aetherlaag weer in de kolom teruggevoerd na te zijn voorverwarmd, in voor- .

warmer 33. 0

Helaas blijkt,bij gewone druk en 20 C,water zoveel in aether op te lossen, dat op de se wijze slechts heel weinig water af -gescheiden zou kunnen worden. Er zou dan wel 1000 kg aether

gedestilleerd moeten worden om I kg water te verwijderen. Bij hogere druk liggen de oplosbaarheidsverhoudingen veel gunsti

-ger (39).

In ons geval wordt gewerkt bij een druk van 7 at. Er moet nu 40 kg aether gedestilleerd worden om 1 kg water te verwijderen.

Dat lijkt veel, maar vanwege de zee

_b

lage latente warmte van aether (121 B.t .u. per Ibs. bij 102 C), is deze werkwijze

ti

toch beduidend goedkoper dan het procédé waarbij gebruik ge- ·

maakt wordt van benzeen als vloeistof om het water uit de al-cohol t.e verwijderen (zg. ttehtrainer'l of "withdrawing agent). Onder de gebezigge druk van 7 at. is de tem~ratuur van de top van de kolom 102 C (= kpt.van het azeotropische me~sel bij

deze druk) en de te~peratuur be~n aan de kolom 142 C. De hoeveelheid afgescheiden water is zo gering, dat de oplos-baarheid van aether daarin verwaarloosd kan worden (40).

Onder uit de kolom wordt 10~h-ige alcohol verkregen. Zij

be-vat niet meer dan enkele delen aether per millioen delen al-cohol. Di~ is niet zo belangrijk als onze fabriek alléén"

aether vervaardig~, maar des te belangrijker als men

uitslui-tend alcohol wenst te ~abriceren.

De gedroogde alcohol wordt, na gekoeld te zijn, via een re-ductieventiel in de voorraadtank 84 gevoerd, van waaruit ze

naar d~eactor in deel I van de fabriek kan worden gepompt. Tank 34 is voorzien van een standpijp om verliezen door het

"ademen" van de tank tot een minimum te beperken.

Het onder uit de separ~or 24, via een 11 zwanehalsll, afgevoerde

zwavelzuur, dat geacht wordt een concentratie van 77 gew.% te hebben, leidt men in de concentratieinrichting 35. Gezieü het feit dat de zwavelzuurconcen.tratie steeds een der duurste bewe

r-kir.gen in aeth~rfabrieken is geweest, werd ook hier, evenals bij de alcoholdroging geschiedde, eenozeer economische werk

-wijze gekozen. Hete lucht van ca 1100 F, verkregen door ve r-brtläding van gassen, waaruit met oe hypersorberinstallatie in

deel I van de fabriek het aetnéen is verwijderd, wordt gebla

-zen door er~ele zuurbaden. het heetste gas komt

in

aanraking met het meest geconcentreerde zuur, dat zich in de l inker ka

-mer bevindt. De hete gassen v~rlaten deze kamer en worden dan in een ruimte met ver6under zwavelzuur gevoerd, dat op deze wijze voor-gewarmd en aan vóór-concentratie onderworpen wordt.

In ons geval is daarna nóg een voorv6rwarmir..gskamer gerekend.

(geheel rechts) .

Het grote eco nomische voordeel var. deze installatie is gele

-gen in het volledig gebruik van directe hitte. De werkwijze is continue en levert 96-97% Zt:u:r~. Na c oncer..tratie kan men zo nodig supfleren met gec.zwav~lzuur of oleum uit tar~ 25, waar

-na het ZUUl" gekoeld wordt er:: feleid in voorraadtank 36.

Vanuit deze voorraad betrekt deel I van de fabriek het voor de

/

" aetheenabsor:r:-tie benodigà3 zuur.

Bij de aetheen. absorlltie ontstaat o?k :er; gerif'.ge hoevee~:t:-eid

polymeren (.;. gew. %)

r

zodat het nodJ.g J..S na een zekere~t1.Jd de

in circulatie zijnde hoeveelheid zwavelzuur te verversen. "

In somrnige fabrieken hydroliseert men ook wel eens met ammonia waardoor (NH~)?S04 als bijproduct wordt verkregen en men dus "

" de zuurconcentratlê vermijdt.

Wenst men alleen alc ... ·hol tI;; l....r·oduceren, dan wordt al het diaethylsulfaat uit deêl I van de fabriek, direct naar de h

12.

Materiaalbalans Pêr dag. (deel I - H.J.B.Biekart) Absorptiekolom. Input: 475 kg 680 kg 280 kg Output: 82 kg 1353 kg Reactor.

gas lJla t 92% ae thee n

z~lavelzuur 1()0f6

mengsc.l, be staande uit: ·267 kg. monoaethylsulfaat

9 kg. diaethylsulfaat

3 kg. alcohol

restgas met 53,$ aetheen. mengsel, bestaande uit: 1083 kg diaethylsylfaat 267 kg monoaethylsulfaat 3 kg alcohol.

Input' 1353 kg mengsel, bestaande uit: 1083 kg diaethylsulfaat

267 kg monoaethy~ulfaat

3 kg alcohol

321 kg alcohol 100%

Output: 1674 kg mengsel, bestaande uit: 500 kg aether

Scheidingskolom.

1118 kg monoaethylsulfaat

43 kg diaethylsulfaat 13 kg alc ohol

Input

=

Output reactor Output: 500 kg aether

1174 kg mengsel, bestaande uit:

1118 kg monoaethylsulfaat) hiervan gaat 23,8$ 43 kg diaethylsulfaat ) terug naar de ab-13 kg alcohol ) sorptiekolom.

Materiaalbalans per~. (deel 11 - J.J.verstappen ~r.) Hydrolisator. (23) Input: 851 kg monoaethylsulfaat 33 ~ diaethylsulfaat '10 kg alcohol 500 kg

H20

Output: 4,5 kg monoaethy1sulfaat 2 kg polymeer

325

kg alcohol

(100%)

679 kg zwavelzuur (100%) 373 kg R 0 1.0,5 kg a~ther Kolom 26: Input: 10,5 kg aether 500 kg alcohol (65 gew.%) Output: idem. ~lom 2§: Input: 500 kg alcohol (65 gew.%)

Output: 342 kg alcohol (85 gew.%)

158 l<.g water.

Kolom 30l

Input: 342 kg alcohol (95 gew.%) Output: 325 kg alcohol (100 gew.%)

17 'kg water. Zwavelzuurconcentrator (35) Input: 4,5 kg monoaethylsulfaat 2 kg polymeer 679 kg zwavelzuur (100%) 198 kg Y{ater Output: 197 kg water 2 kg polymeer 1,6 kg alcohol 680 kg zwavelzuur

..

..

•

Berek~ing van.-f!e alcoholdestillatie

_{- - - -}

in rectificeerkolom

-

28.

(42)(43)(44)'(45)

~~ .

v..JV-,

I

De twee meest toegepas .. methoden ter'; berekening van een

destil-\; /' latiekolom zijn die van Thiele-Thb .Cabe en die van Ponchon

-Savarit.

Bij de eerstgenoemde methode past men ter vereenvoudiging van

de berekening enkele benaderingen toe. Men verwaarloost n.l.

de mengwarmten der componenten, waardoor dus zowel de

damp-als de vloeistoflijn in de W-x figuur als rechte lijnen

gete-kend worden, terwijl men verder onderst~lt dat de moleculaire

verdampingswarmten voor beide componenten gelijk zijn. In

vele technische berekeningen maakt men gebruik van .eze

werk-~ wijze volgens Thiele-~b.Cabe. Tengevolge van de toegepaste

benaderingen kan men in sommi~e gevallen soms echter

afwij-~/(kingen tot 30% krijgen.

/ ' JI V Voor het algemene geval is daarom de methode Fonchon, waar

1 bovengenoemde onderstellingen niet gedaan worden, de enig

fip/'

bruikbare 1

v,

Ter illustratie van beide methoden, zal door ons de kolom

berekend worden, zowel volgens Thiele-l~:C .Cabe, als volgens

Ponchon, welke laatste werkwijze in dit geval vereist is.

Er wordt berekend:

I.

Volgens Thiele-1~.Cabe.

a. Het theoretische aantal schotels en de voedir~sschotel •

• b. Be benodigde hoeveelheid stoom om 500 kg alcohol per dag

te de stilleren.

c. De minimale reflux.

d. Het minimum aantal schotels.

11. Volgens Fonchon.

d"

t!(. Het minimum aantal schotels •

(.' Ir. De minimale reflux.

4: ~ Het theoretische aantal schotels en de voedingsschotela •

.t . ..... De benodigde hoeveelheid stoom om 500 kg alcohol per dag

te destilleren. Nomenclatuur.

De hoeveelheid alcohol in de vloeistof wordt steeds aangegeven

door x.

De hoeveelheid alcohol in de damp wordt steeds aangegeven door

y.

De letter F heeft betrekking op de voeding, R duidt de reflux

aan,

D

het verkregen product en

W

het residu.

De voeding •

Per 24 uur wordt gedestilleerd 500 kg alcohol van 65 gewichts-"

procent. 0

Aangenomen wordt dat de temperatuur van de voeding 60 C

Het verkregen product.

Er wordt een product verlangs dat 95,0 gewichtsprocent al-cohol bevat (het azeotropisch mengsel bevat 95,57 gew.%. al-cohol (44) en een residu dat maximaal 0,2 gew.% alcohol be-vat. Alcoholbalans. 500

=

D + W •••••••••••••••••••• ( 1) 500. 0,65 !! 0,95 D + 0,002

w..

. .

.

.

.

. ..

(2) Hierui t volgt D

=

342 kg W

=

158 kg

I. B.!!rekening volgens l'b.;jele-Ilib .Cabe.

Alle concentraties worden hier in mol. fracties uitgedrukt. Zodat dus: Voeding: Product: Residu: 65 46

=

35

ï8

=

JY

=

95

46

= 5 18

=

Xn

=

0..s.2_ 46 -99,8_ 18

-=

1,413 grmol.alc. 1,944 grmol.J:i20 3,357 grmol.in totaal 1:.413

=

0,421 3,357 2,005 grmol.alc. 0,277 grmol.~O

2,342

grmol.i totaal. ,g,065 _0,882 2,342

=

0,004 grmol.alc. 5,544 grmol.~O 5,548 grmol.in totaal 0, OOtM_ 0 00.'" 5,548 -

,:.a.

Berekening van het theoretische.1àantal schotels.

Ia In grafiek I (Zie bijlage), ontleend aan gegevens uit (44) welke omgerekend werden op mol. fracties, ziet men het

even-wichtsdi~am voor het systeem alcohol - water geschetst. De diagonaal snijdt de kromme bij de x-waarde 0,895 (azeotr. mengsel). Men geeft nu de ltÎlgging van

XV,

:x;.. en ~l in de figuur aan. Vervolgens wordt de zg. ~ q-l"1jn geschetst.

Deze lijn voldoet aan de vergelijking:

y

=

9 x _

--!F--

(zie (42) p.350)

I~ I~

..

,.

..

16.

waarin ~ voorstelt de totale hoeveelheid warmte nodig om

1 grmol. voedir~ om te zetten in verzagigde damp, gedeeld

door de molaire verdampingswarmte.

Berekening van g.

Bij benadering is de moleculaire verdampingswarmte van

wa-ter en van alcohol 94~B Cal/grmol. (zie Hodgman: tlandb.of

Chem. and Physics, 31 cd. P 1846. li

2 0

=

18 ,1( 520

=

9360

aIc •

=

46 -)( 204

=

9384)

Uit de omrekening van de concentratie van de voeding in "_

mol.fracties ziet men dat 100 g voeding 3,357 grmol. in

totaal bevatten. "

Het "moleculairgewicht" van de voeding is dus ~~57

=

29,8

De warmte ~oud van 65 gew.%alcohol bij 600 C

=

45 cal/g

en bij 80,1 C (het kookpunt van de voeding, zie rlodgman p.

1827),

=

64 cal~g (zie 44.pag.130).

De waarde van q wordt nu dus berekend uit:

9400 + (64 - 45). 29,8

9400

=

1,060

en de helling van de ~-lijn is:

1,060

=

17 7

1,060-1 '

De q-lijn wordt nu geschetst vanuit het snijpunt van de

ver-ticaal door

XF

me t de diagonaal van het diagram.

Voor de bereker;ing Van de Ie werklijn (voor het rectificeren

-de -deel van -de kolom; moeten we een bepaalde waarde van de " "

reflux aannemen. Onder de reflux verstaan we de verhouding

tussen de hoeveelheid vloeistof die omlaag gaat door de

rectific~kolom, tot de hoeveelheid vloeistof die afgetapt

wordt als product.

~ We kiezen voor R de waarde 9.

Verder was

xn

=

0,882

De vergelijking van de eerste werklijn (zie (42) p.351)

R

Xn

Yn+l

=

B-+

1

x

n + R + 1

Woràt nu: _Yn+

l

=

0,9

Xn

+ 0,088

Nadat deze lijn geschetst is, kan de tweede werklijn worden

getrokken door het snijpunt van de eerstWwerklijn met de

q-lijn en door het punt:

xw

=

Yw

=

0,001 '

M9n past nu de bekende "trapconstructieU _{toe, en leest op}

eenvoudige wijze af, dat het aantal theoretische schotels

33 bedraagt, terwijl de voeding ingevoerd moet worden op de

31e plaat van de top van de kolom.

(Voor ,een nauwkeuriger constructie bleek het nood

-zakelijk één der uiteinden van de figuur vergroot

17.

r

b Berekening van de benodigde hoeveelheid stoom.

100 gram voeding bevatten 3,357 grmol. f'er dag wordt er toe-gevoerd 500 kg voeding, dat is dus 5000 x 3,357

=

16785 ~mo1.=

F. •

De hoeveelheid product per dag bedraagt 342 kg, dat is 3420 x 2,342 = 8010 grmol.

De totale hoeveelheid damp, die in het rectificerenEle deel van de kolom omhoog gaat, bedraagt 9 + 1

=

10 grmol per grmol. product (de reflux was nl.9), dat is dus 10xS010

=

80100

grmol.

=

V.!.,

Nu geld~: V

=

F(q - 1) + V (zie 42. p.349)

Waarin V voorstelt de totale hoeveelheid damp, die een plaat

verlaat in het deel van de kolom benElden de voedingsplaat,

.terwijl

V

de overeenkomstige grootheid is, in het rectifice-rende deel van de kolom.

Dus

V

= 16785 (1,060 - 1) + 80100 = 81107 grmo1/24 uur

=

3379 grmol/uur

De moleculaire verdampingswarmte van ~O en van alcohol was ongeveer 9400 aal/grmol.

Er is dus nodig:

V"", 9,400 x 2379 = 31763 kgea1 per uur.

1 kg stoom veeF ca. 2 at. (15~6,6 mm H~) geeft bij condenseren

524,9 Cal/kg (zie Hodgman - Handbook of 6hem.and Physics, 31Sb • ad •. p.1908). . ~763

Er 1S dus nod1g per uur: 5 4,9= 60,5 kg stoom.

=============

r

C _{~epa1ing van de minimum reflux.}

Beneden een bepaalde minimum waarde van de reflux E, is het theoretisch onmogelijk dat een kolom nog kan werken. Dus moet men bij elke kolom een reflux gebruiken groter dan de minimum waarde, (maar uiteraard kl~iner dan oneindig).

Wij bepalen deze waarde door vanuit het punt

Xv

= YD de raak-lijn aan de evenwichtsraak-lijn te trekken.

Dit geschiedde in grafiek 2, waar wederom een deel van de

evenwichtslijn op vergrote schaal is weergegeven. Het vervolg

van deze raaklijn werd weer in grafiek 1 geschetst ( rode

stippellijn), zij snijdt de Y-as bij de waarde Om

=

0,170. Met behulp van de vergelijking 0

=

xn

(zie (4~) blz.l09 en

133), berekent men hieruit voor m

i"+I

d~ mini,mum waardë van de reflux: ' m

0,882

o

,

170 - 1

=

4,2

Met een reflux iets groter dan-het minmmum, zal de diameter

van de kolom gering zijn, maar het aantal platen zeer groot.

Naarmate R toeneemt stijgt de vereiste diameter langzaam,

maar daalt het aantal platen.

In de praktijk bepaalt men daarom die waarde van R, waarvoor de bouwkosten van. de kolom zo gering-mogelijk zijn. Hier moet echter o.m. ook rekenir~ gehouden worden met de stijging van het stoom- en koelwaterverbruik, als men R vergroot.

Voor alcohol - water destillatie bedraagt de gekozen waarde voor R gewoonlijk ca. twee maal de minimum waarde (44,p.134). Voor ons geval zou dit dus worden 2 x 4,2

=

8,4, waaruit

..

•

•

raat de goor ogs aangenomen waarde van f( in de berekeningen

onder I en I (nl. R =,,9) redelijk is.

Ow;emerkt dient t e worden, dat deze bepali~ van de minimum

reflux ~eitelijk geplaatst dient te worden voór de onder-delen

Ia en ID.

-Id Bepaling van he t minimum aantal platen.

Het minimum aantal plaàen (waarbij de capaciteit van de kolom echter tot nul gedaald is), wordt bepaald in grafiek 2 en grafiek 3. In grafiek 3 is het vervolg van de in grafiek 2

op vergrote schaal uitgevoerde Ilotrapconstructietf

geschetst.iB..

In dit grensgeval valt dus de Werk~ij 'samen met de diagonaal (= oneindig grote reflux).

Men leest voor het minimum aantal ten af:

lfi.

11. Berekening volgens Ponchon-Savarit. (431(44)(45) .

Er wordt hier gebruik gemaakt van een

W

-

x figuur, welke ge-schetst is in grafiek 4 en die ontleend werd aan (45).

Isothermen worden in deze tekening steeds aangegeven door ge-kleurde stippellijnen: Zij worden geconstrueerd met gebruik

-making van de hulplijn. De concentraties worden hier in

ge-Î wichtsprocepten aangegeven, omdat de ve:damp~~~mte~

-Deide

componenten niet dezelfde is. ' ::b~

'- _{Voor xF}'

~'l

_{en xD worden dus} nu

respectievelij~aarden

0,650,

0,002 en 0,950 in grafiek 4 getekend. .

Het punt F dat de voeding aangee ft, wordt ge tekend op de vertieéi

caal door ~. De warmte inhoud van de voeding (65,0 gew.% alcohol van 600 C) , bedraagt 45 kg Cal/kg, zodat de ligging van punt F bepaald is. Deze warrnteinhoud werd afgelezen uit

een grafiek in (44) op blz. 130 •

a. làepalipg van het minimum aantal schotels.

In dit geval is er sprake van een oneindig grote reflux en dus

een oneindig grote waarde voor ~ (dat is de hoeveelheid warmte die men in de terugvloeicondensor moet afvoeren,

uit-gedrukt in kgcal/kg) .

De z.g. "pOOl" ligt nu in het oneindige en de constructie

-hulplijnen moeten dus steeds verticaal getrokken worden.

Na uitvoering van de constructie (zie groene lijnen), wordt

uit de f~uur afgelezen, dat het mir~mum aantal schotels ~

bedraagt. Bij de constructie blee~ het noodzakelijk een deel

van de figuur 10 x vergroot weer te geven. b. Bepaling van de minimum reflux •

In dit geval is er sprake van een oneindig aantal platen, en vallen de hulpconstructielijnen, samen met de isothermen.

In het algemeS1lff geval trekt men dus de isotherm door het

"voedingspunt" F en leest uit het snijpunt daarvan met de

ver-tivaal door

Xn

de waarde van de minimaal af te voeren

I

..

reflux is te berekenen. :-:ie f'ig . 11.

In het geval dat de ever:WichtsliJn van het te sCheiden

stoffen-mer..gsel een buigpunt vertoont (zoals in ons alco.hol-~ater

meng-sel), dient I,len die isoi:.Herm te beI,alen, w~lkt;; rechts van het.

punt F gelegen is en ~ höt hoogste snijpunt levert met de

verticaal dcol' ~. " ... ' I ' " . . . I · . 1--" : :!.: r'::;::: ... _~. ,', ,'. ". i. :H--

J--.'.:: .. ,.+' ....

T·~+.

:' •.

T4 ..

:~_ ·1'';'·~F.(i .1. :'1;:.' ••. :: .. :' I i i _ . "I· .". f.. .,.

p.

::_~j:J::·I'i.~

"l" ....

:"'

-x:

ll.

.-1 . : ! I .. ~9~: % " i ,--, j - t • . ! ( "-~'~:'I:!:T'::· i'·:·:-:I:::: .... : : I •. !. ! " 'I'" ," I " . • :1 . . . -.L..:-_--+ .. c=k'==

i~~~dii

illt

E

:il:

iihtiiP:E

~~

:f

:;~

:,:: ::::

~

::

L!'lfltl11'jË1 ;::t:::':'t;.:g ji' ~R:': : .. : .;;: :: E-;: :":f311i

IE~~ ~L:~~·~Gf~

:

~~~ rt!~t i~,; ~~ ~X ~;;=~ :::

§llElF~~j #: ~t:r:m~~:J:; :i~~;~:l >;~:. ;:::~

i!;j.!~.t.i.i:l!:~:lt::::.II;.:.:I{:;·P:i~ :(~,,;.;::jlo:.:.. .:;: :_~ .. '.:: 1; : .. ~I-4" -::: '--17::' :::.::... . 'i': i,:. ~ --1', . h ... ,_ r~ ~~E~ 0~?f :j:J~~ ~:?~:~j :~ :::~~'

(

,

FNo

:

:~:

::i:

.~

:lIHIfm 1ll~ flIl.<;,;I.. ::7~ c!I~:: t. :l~:!J::1=-' .~ :'O:: :':: :; ;..;.:..::r.±t~ .!;:I1"~iI~:';,: ';(:"::~' :'.i ',: .I· rl:· . :,;~h: ~~

~..::!~ ,,"","""04-: : : : t.\.:.:.:~: ... _ . " . ''; .. , ~_ ... _-'-+-. . •

~~,3!§Ërg-

2S

Ji~

:!l:

~;~ifr:: ::::. ,~: ::< ~:~;::: :~

\idTiLi:;J.:HH.:IT~_{::-:-.: ~t!-:~~;:-:} FF·:: ::!. L.::: :;:' ::7: :.:.:~ ,'e :." : • "':.ii

!:.:-:-:- .;~ :: .. .. . . _ . . . _, . . . . . . ' q

I?:

:;:~ TIr' ~~~~~~ ~:;~ !~ :!!~ :!~ :;!!

:

:!:

::?~~::

,.::

~~: :~

''I' "I·mpll,', '!: .. ''': ... ;o~·I~ ..

+ ...

ti

l:i;~:;

~;; ~;

L

~~Z~i:.~ ;;~j

.::: :

>r :, ::,:

i~

rIT

In het Lt;v~l alcoho:i. - watE:;l' levert de füethodè ter bepali.Qg

van de waa:r:db van

'1f:rü'

zoals in fig.B aangegeven werd, ~éér

onnauvJKburigE; r'E;sultatbn', als .I.[-,en zt::en

bijzondere.r.constructie-ve kunstgrêpbn t_ii.~::t, ~iW,<Yiie isothermen voor temperatuBren

dit~ zeer dicht bij die ~. het bedoelde punt liggen, snijden

1

de vE:;I'ticaal door

Xn

onder eE;n uiterst geringe hoek.

\

Wij maken daarom gebruik van in d" literatuur aa.ngetro~fen

waar-~ den voor '1p..m (44, blz.178) (Men vergelijke 45,blz.1G8)

Als

Xn

95 gew.% is, vindt lllen voor q.Rm 610 kgCal/kg.

Geeft men de ligging van de pool l- voor minimum reflux op de

verticaal door ~ aan met lm en verbindt men dit punt met het

"voedingspunt F" (zie rode streep-punt lijn), dan leest men

voor de minimum re~ verhouding af:

~--

~1t-

Bm

=

PmO = 28,4

=

1,8 /

b~

J,..J FO 15,8

~

C.~ing

va~heoretische

aantal

sch~.(zie

de rode lijnen

in de grafi6k).

Bij de alcohol - water destillatie neemt men de werkelijke

reflux gewoonlijk 1,6 maal de minimum waarde (44, blz .177).

Voor ClR wordt daa!'om door ons genomen de waarde 1,6 2 610

=

_

=

976 kgcal/ kg, (dUl3 R

=

2,9).

De pool P wordt nu getekend, waarna de lijn PFZ getrokken wordt.

Het punt Z valt buité'll. de tekel:ing, doch haar ligging op de verticaal door x,./T kan berekt:.Ld wo~"den, zie onderstaande figuur.

1226 31,2

=

. ' l ;: .00 2 qw - .i ' 63,6 v • F o U qw -. i '

=

2501 q'lJl = 2601 kgcal/kg

I

I

1

·-schikt. De plaats van de eerste platen in de

constructieteke-ning werd daarom tijdens de constructie als volgt berekend.

Zie onderstaande figuw:'. (waar ctefverhoudingen onjuist moe sten

worden aangegeven) .

._- -·· .. .J)c

'IM

-Men construeert in de constructietekening de §lfotherm door A

en v~ndt zodoende punt Dl- 1~n leest de afstanden m en 1 uit

de f~guur af. 2600

Nu is ...!L bij btJnadering gf:ilijk aan 2600+L

m

Hieruit wor'dt n berekend enlan punt F getekend worden.

Vanuit Fl wordt weer de äsotherm geco~strueerd. ~n meet de

bij D2 behorende waarden van m en I en beikent zodoende

j

-..

•

In onderstaandE':l tabel vindt men de waardE':ll1 van m, 1 en n voor de opeenvolgende lijnen a, b enz.

lijn m (in c.ql) 1 (in kcal/kg) " n(in cm)

a 1,0 530 0,85

b 11,0 454 9,4

c 32,9 286 29,6

De 4e schotel is dus de voçdingsschotel. Eu kan de bovenste

pool ingeschakeldwordE':ln voor de constructie. Ha de ge schotel

vlordt overgegaan op de vergrote grafiek, terwijl de ligging der schotels wordt bereLend, waarbij gebruik wOJ'G.t ;;emaakt van

een analoge wijze van ber(:jkenen als bij de eerste vier schotels

werd to\;genast. h~en zie onderstaande figuur •

De liGging van A is (in de vergrotb grafiek) bekend. B is het

snijpunt van het verlengde van l-:A met de kooklijn, <felke .

hiE:;l"' als een I'6chte benaderd is). De lijnen BC en CA zijn

dus biets ande:r"s, dan de hulplijnen welke steeds g~bruikt

wer-den( maal'

r,1öt

stEJEJds getekend.), voor de bel-aling van de

isotherm ~ door punt B.

Het punt A stelt dus de ligging van de volgende sehotel

vmor, en van daaruit wordt de bewerking herhaald.

Wij berekenen steeds de ligging van de punten elen geven in

de vergrote gTafiek zowel C als A enz. aan.

')

I "

1 ()

Deze wordt berekend uit n

₌

r _{r + s}

₌

_{1172 kcal/kg}

lijn door A= 9 10 11 12 12 14 n(cm) 15,5 11,6 8,9 6,8 5,0 3,4 m I' + S I' (kcal:kg) m(crn) 943 18,2 946 14,4 948 11,0 950 8,4 951 6,2 952 4,2 15 2,0 954 2,45 / 16 G,7 955 0,86

/ 1 " n vindt zo 17 theoX'btische schot61s.

~

d. De benodigde hoevt;e1heid stOOI!" wordt bereKend mbt behulp van de onder c. bepaalde waarde van "l\1

=

2601 kcal/kg.

Dit stelt dus de hoeveelheid warmte voor, die men l--'6r kg

re-sidu mOb t tot:voerGn.

Fer dag wordt er 158 kg re E'idu verkr'egen (

=

W) en dus moet er per dag 2601 x 158

=

41Ce58 kcal toegevoerd worden, dat is 17123 kcal/uur.

Gebruikt men stoom van 2 at. (die bij condenseren 524,9 Cal/kg

levert) , dan hee ft men per uur nodig

17123

524,9

=

32,6 kg stoom.

IvÉn dient fl.iet te vergeten, dat de~e waarde nié t rechtstreeks '

vergelijkbaar is, met de bij de I~.Cabe - Thile gevonden beno-digde hoeveelheid warmte, aangezien daar onder een andere re

-flux verhouding werd gewerkt!.

.

Cverzich~ van de met beide methodeL verkr'egeL resultaten.

Min.aantal schotels

r~iin.re flux

Gekozen re flux-waarde

l1antal theor. schotels

Voed:igsschotel

(geteld van beneden af) S'toorutoevoer in kg/h

1b .Cabe-'l'hiele pdthon-Savarit

18 4,2 9 33 3 60,5 12 1,8 2,9 17 4 32,6

, ~ ... : • I ~) 1-' • LITERATUURLIJST. 1. U.S. pat 2.428.119

2. R .N.Shreve-th~ Ch~mical lrocess Industries l st ed.1945

New York. p. 648.

3. Brit.pat. 394.375

4. Brit.pat. 349.674 en 349.389

5. U.S. pat. 2.474.568

6. Brit.pat. 368.868

7. Brit.pat. 389.133 lT. pat. 741.068 Fr.pat. 746.463

8. U_S.~at. 1.873.537

9. Brit.pat. 332.756

10.

u.s

.

pat. 2.179.092 Fr.pat. 721.159.Brooks-Ind.Eng.Chem.

,&1, 283 (1935).

11. ~furai Yokoyama - Waseda Applied Chem. Soc.Bull (zie Chem.

Abstr. 36 322 (1942).

12. Hori Oike Hukusima - JAp.Chem.Soc.Janan 15.483 (1939) .

(zie Chem.Abstr. 34.4725 (1940).

--13. Bri t .pat. 445.963Fr"~ pat. 782.760

14. Bios.rapp. 766 blz. 69

15. n Ir 740

16.

u.s.

pat. 1.868.067 d

17. P.Karrer - Grganic Chemistry

-JI'

Eng.Ed. p.113

18. U.S.S.R. pat. 65.044 (zie Chem.Abstr. iQ.7229 (1946)

19.

U.S.

pat. 2.178.186 20.

U.S.

pat. 1.960.6~3 21. U.S. pat. 1.951.740 22. Brit.pat. 360.492 23. Germ.pat. 679.970 24.

U

.

s

.

pat. 1.961.927

25. Fia1kov Hiprianov - Formatsiya 6 Nr.1 14 (1943)

(zie C hem.Abecstr. 38 .4009 (1944)

26. Lightman - Org.CheID:lnd. U.S.S.R. 4.294. (1937)

(zie Chem.A.bstr. 32.2083 (1938)

27~

u

.

s

.

pat. 2.121.019

28. Harmse - Fharrn.Vlllekb1ad 78.1085 (1941)

29. Sansdah1 - Norges Apothekër foren.Tide ~.173 (1941)

(zie Chem.Abstr. 38.1846 (1944)

30. U.S. pat. 1.813.664

31. U.S. pat. 1.855.255

32. Petroleum processing April 1947 blz. 300

33. 11 It Juli 1948 blz. 635

34. C.Fi1:ümeri - Atti Congr.Naz.Chem.lnd. 296 (1924)

(zie Chem.abstr. 19.1402 (1925)

35. R.Kremann - MonatShef'te der Chemie 1906 blz. 1265

36. U.S. pat. 2.038.512 (1936)

37. Chem.and l,~t.Eng • .§g. Nr.11.136 (1945)

38. Int.Crit.Tables Vo1.3. p. 318

39. othlrer, Wentworth - Ind:Eng.Chem. 32.1588-1593 fd940)

40. Selidel-So1ubilities of org.compounas. Vol 11. 3 .ed. (1941)

New York P. 129.

41. Keyes - Ind.Eng.Chem. ~.898 (1929)

42. Badger,r,'b.Cabe-elements of' chemical enginering 192-6, New

York p.323.

43. Die:çen, n~ijer - Chem.\I. ~ (1948) 57

44.' Kirschbaum - Destillier und rektifiziertechnik. 2.Aufl.

Ber1in 1950.

45. Bosnjakovié - Technische Thermodynamik 1937. Dresden.

Tabellen (nr.VI).