o
o
.
o
o
'
0
o
1
0
o
o
Nr: 2472
laboratorium voor Chemische Technologie
Verslag behorende
bij het fabrieksvoorontwerp
van
onderwerp:
... ui:t
...
P.r!J.p:y:~e.e.nQx.Y_de...
:
... .
"
•
adres:
Eenhoornstraat ), Haarlem
Gomarushof 11,
Hilversum
opdrachtdatum :
maart 1979
verslagdatum :
juni 1979
..
'.
1
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
,
0
l
( ( { ( ( ( (Io
o
Samenvatting
.
In
dit
fabrieksvoorontwerp
wordt
d
e
produktie van
allyl
alko
-hol via de
isomerisati
e
van
propyleenoxyde
met de katalysator
Li
J
P0
4
beschreven.
De
produktie is
50
.000
ton allylalkohol
per jaar in
een
konti-nu proces
.
D
e
konversie bedraagt
67
% bij
een selektiviteit
van
97,J
%
.
De reaktie
wordt uitgevoerd bij
280
0c
en 2,5
bar in
een
vast-bedr
e
aktor, waarvoor een
pijpenbundelreaktor
gekozen
is.
Bij-produkten zijn propionaldehyd
e
en aceton
.
U
i t d
e
eer
s
te
destillatiekolom wordt allylalkohol verkregen
met
de gewensta z
uiv
erheid
(~ 98%);niet omgezet
propyleenoxyde
wordt
in de tweede destillatiekolom
gescheiden
van
de
bijpro-dukten en
g
erecircule
e
rd
.
Door recirculatie van e
e
n kleine
hoeveelheid
propionaldehyde
kan h
e
t aantal schotel
s
van de tw
e
ede
kolom beperkt worden.
D
e
beide destillatiekolommen zijn
met
het
komputerprogramma
W
H
E
N
DI
voor
een multikomponenten destillatie doorgerekend
.
l
( ( ( ( ( (c
o
o
Inhoudsopgave.
Konklusies en aanbevelingen
1. Inleiding
2. Uitgangspunten
voor het ontw
er
p
2.1. De capaciteit van
d
e
fabri
e
k
2.2
.
De katalysator
2.J. Specifikatie van
de
grondstof
2
.4.
Specifi
kat
ie
van het
eindprodukt
2
.5.
Fysische
kon
stante
n
2.6. Korrosieaspekten, explosiegrenzen en giftigheid
J. Beschrijving van het proces
4
.
Reaktie
4.1
.
Evenwicht
5
.
4.2. Bereiding van Li
J
P04
Berekening van de apparatuur
5.1.
De adsorber en desorber Tl
en
TJ
5.2. De pompen
5
.J.
De warmte",isselaars
5.4. De reaktor R5
5.5. De destillatiekolommen T15 en T22
6. De
massa-
en
warmtebalans
7.
Apparatenlijsten
8.
Symbolenlijst
Literatuur
Bijlage
1.
Bijlage 2
.
Bijlage J.
Bijlage
4.
Bijlage 5
.
Bijlage 6
.
Bijlage
7
.
Bijlage
8
.
Grafiek
van
de
konversie tegen de
tijd
Fysische konstanten
Bepaling van de even",ichtskonstanten
Damp-vloeistof verdeling
Berekening van
het damp
-vl
oeistof evenwicht
Komputerberekeningen
van T15 en T22
De Fenske
-
Under",ood
-
Er
bar-Maddox
vergelij-kingen
Berekening
van d
e
de
s
tillatiekolommen
T15 en T22
blz.
12
4
4
4
4
4
5
5
6
8
8
8
9
9
10
10
12
IJ
16
24
J2
JJ
l
(
Konklusies
en
aanbevelingen.
Uit
het voorontwerp zijn de volgende konklusies te trekken
:
1.
Daar
over de reaktie
geen Gegevens
verstrekt zijn
,
is het
niet mogelijk de reaktor uitgaande van de reaktiekinetiek
(
te
bereken
e
n.
( (c
(o
2.
Het WHENDI programma voldoet
goed
voor het berekenen van
niet-ideale
multikomponent
systemen.
Voor ideale
syste-men kan
volstaan worden met de Fenske-Underwood
vergelijkingen.
J.
Het
'aantal
schotels
in de tweede destillatiekolom kan
beperkt worden door'recirculatie van
een
kleine
hoeveelheid propionaldehyde
.
4.
Door
enkele
proceskenmerken (hoge selektiviteit en lange
gebruiksduur
van de katalysator, betrekkelijk eenvoudige
scheidingen
via destillatie),
de
lage marktprijs voor de
g
-roEdstof propyleenoxyde
en de
nauwelijks aanwezige
a-rvalproblemen
(deze bereidi:î.g verloopt zonder chloor),
zou
dj_ t
proc
es
een
11i
ter~;taantrekkelijk alternatief
kunnen vormen voor de produktie van
allylalkohol.
Aanb
eve
lingen
.
1.
Tus
se
n de twe
ede
destillatiek
o
lom en de
reciTc~latievan
propionaldehyde kan
een
kostenoptimalisatie plaatsvinden
.
Door vergroting van de recircuJatiestroom van
propion-aldehyde is het mûgelijk de
reflnx·'.-erhoudinC
en eventueel
het
aantal schotels
van de tweede destillatiekolom te
verla
ge
n. Hi
erdoor
kos /; de t\veede kololll minder energi e
,
terwijl dG recirculatie
en
opwarming van
een grotere
"troom
meer
energie
kost.
2.
Voordat verdere berek
<=
'ni nG'en plaatsvinden JIlO'2t de
reaktie-kinetiek
in een vastbed
bekend zijn.
J.
De warmte di
e
bij
de
reaktor
vrijkomt, kan gebruikt
worden voor
d,.~reboiler van
een
dnstillatiekolom.
L~.
Verder
is het mogelijk
dl2warrntewi s.:3elaars,
welkt> door
het oliücircui
L
v(~rbondenzijn, te optimaliseren door de
reaktor niet iS
.
l)therm
te
bedr-.i jven. De tempera tuur van
de inlaatdamp kan lager zijn, terwijl over de reaktor
een ternperatuurstijging f:oeg
pst
aan is. Deze berekeningen
zi j n all een mogeli jk w'anneer de reak tiekine
t:
iek bekend is
.
-
J
(
(
(
(
( '(
o
o
r
1.
Inleiding.
Voor de
isom
e
risatie van propyleenoxyde (afkorting PO
)
tot
a
llylalkohol (afkortin
g
AA
) zijn in de literatuur twee
processen bekend.
Bij h
e
t
ene
proces wordt
gasvorming
PO
over de
katalysator in
een
vastbed
geleidl
,
bij het andere
proces wordt gasvorming
PO door
een suspensie
van de
kataly-sa
tor in
een
inert,
hoo
g
kokende vloeistof
geleid
2
.
Bij de
meeste proc
esse
n
wordt LiJP0ti
als katalysator
hoewel ook
Li
J
AS0
4
J en Cr
2
0
J
vermeld worden.
satoren geven echter
minder
goede
resultaten.
gebruikt
,
Deze
kataly-Bij het eerste
proces moet
de
katalysator, indien de
kon-versie te v
ee
l
gedaald
is tengevolge van de hoogkokende
verontreini
gi
ngen welke op
de
katalysator neerslaan,
ge
-regenereerd worden
.
Dit kan zowel m
e
t
een
laag- als
hoog-kokende
vlo
eist
of
g
ebeur
e
n.
Hiervoor
is
het
noodzakelijk
dat
de
fab
ri
e
k
stilgelegd
wordt.
Bij de
m
e
es
te
katalysatoren
in een
vastbed
reaktor neemt d
e
konver
s
i
e
sn
e
l af, zodat
regelmat
i
g gerege
n
e
reerd moet worden wat on
g
unstig is voor
la b
het kontinu
bedrijven van het proc
es
.
Een
aantal patenten
'
maakt
ec
hter melding
van
een
g
rot
ere
stabiliteit van de
kata-lysator.
Het
tw
eede
proces
heeft
als
voordeel bov
e
n het
eerste
proces
dat de
hoo
gk
okend
e
komponenten, welke als bijprodukten bij
de
isom
e
risatie ontstaan, in de vloeistof op
ge
lost blijv
e
n.
Door
circul
at
ie
e
n
regeneratie
van de vloeistof worden deze
stoff
e
n verwijderd. Door de circulatie is
ook
temperatuur-beheersing van h
et
proces mogelijk
en
kan het kontinu
uitge-voerd worden. De levensduur van d
e
katalysator bedraagt 500
tot
1000 uur.
Bij de
keuze tussen de twee proces
se
n zijn de volgende
proces-parameters
onderzocht (tabel 1
konversi
e
,
selektiviteit,
tIjd, waarna de katalysator geregenereerd
moet worden,
produkti
e
aan allylalkohol
per uur
en
per kg katalysator.
-L
( ( ( ( ( (o
o
o
Tabel
1.
Synthese
van
a11y1a1koho1
uit propyleenoxyde met
,
0
a
L1
3
P
4
.
Proces
Omstand
.
Temp.
Konv
.
Selekt
.
Tijd
c
Opbrengst
(oC)
%
(
%
)
(ur
en
)
(kg
AA/uur
,k
g
kat
H "l la
u s
AsaKl
"lb
,
l '
1b
.i-\.sa
Cl'12a
Pro
g
l
'12a
Pro
g
l
.
P
ro
g
l
'
1
2
b
2c
D
.
G
.
S
.
2c
D
.G.
S
.
vastbed
280
11"
"
11285
285
vlo
e
istof 280
ti"
"
"
"
"
"
"
JOO
275'
280
280
b73,9-b9,6
97
,
3
70,1
92
88
,1
94,2
40
93
60
58
42
61,8
91
94
93
91,4
1200
200
100
120
a) Uitsluitend
de
beste
re
s
ultaten
zijn
vermeld.
1,49
0,56
3,04
1
,33
1,95
1
,36
0,26
1,26
b) D
e
konversie
is op
g
egeven
na 10
e
n
50
da
g
en, de selektiviteit
na
50 dagen,
c) Tijd waarna d
e
konv
e
rsie en selektiviteit gemet
e
n i s .
Op
g
rond
van
deze gegevens
is
g
ekozen
voor het vastbed proces
met
de
katalysator
van Htils
la
.
Deze katalysator heeft de
hoog
s
te selektiviteit bij een redelijke
konversie
en
is als
enige
1200
uur getest,
waarbij de konversie weinig
afneemt
en d
e
selektiviteit
konstant b l i j f t .
De
produktie
van allylalkohol
in de USA bedroeg in 1978
60
.
000 ton
s
.
Allylalkohol,
bereid door
isomerisatie
van PO
een
met Li
3
P0
4
gesuspendeerd in een
hoo
g
kokende vloeistof, is
tussenprodukt
bij de
synthese
van
glycerine
uit propeen
6
.
Deze synthese
wordt uitgevoerd door FMC
Corp
USA en door
Daicel Japan
.
(In
1975
respektievelijk 18.000
ton en
16.000
ton glycerine
.)
Er
zijn
geen aanwijzingen gevonden
dat
er
een
aparte fabriek
voor de synthese van allylalkohol via de
iso-merisatie van
PO
bestaat.
Na
a
st
de
sy
n
t
hes
e
voor
g
L
y
cerine, wordt op he
t
ogenblik onder
-zocht of
allylalkohol
ook
toe
G
epast
kan worden voor de synthese
van 1,4-butaandiol via
een
hydroformyleringsreaktie.
1,4-butaan-diol staat sterk in de
belangstelling als
grondstof
voor één
-l
.
(
(
(
(
(
(
o
o
o
o
van d
e
nieuwere thermoplasten
nl. polybutyleen tereftalaat 7 •
Daar
1,4-butaandtol
op het
ogenblik voornamelijk uit acetyleen
verkregen wordt
,
is de prijs
hoo
g
.
(~0,
55/1b
,
1977).
Moge
lijk
dat de
synt
he
se
van
1,4-blltaandiol uit propeen via de
isomeri-satie
van PO hierin verandering
br
eng
t.
2
.
Uitgan
gs
punten voor het
ontwerp.
2
.1.
De capaciteit van de fabriek
.
Ge
koz
en
is
voor een
pr~duktievan al
l
ylalkohol
van
50
.000
ton
per jaar in een
kontinu
proces
.
Uitgaande
van
8000
b
edr
i j f s
-uren
betekent dit een
produktie
v
an
6,
25 ton/uur
allylalkohol.
2
.2.
De katalysator
.
De
kat
a
ly
sat
or w
el
ke
gebruikt
wordt is Li
J
P0
4
op kiesel
g
uhr
la
Aangenomen is dat de
ka
ta
ly
sat
or
~~nkeer
per
jaar
ge
re
gene
-reerd
mo
et
worden.
Dit
ge
beurt door de katalysator
te
wa
ssen
m
et
vloeibare propyleenoxyde
.
De
g
emiddelde
konversie
is
be-rekend door extrapolatie
van de
gege
vens van het patent van
HUls over
~~nja
ar
(bijlage 1)
en
bedraa
gt
67%
bij
ee
n
selekti-viteit van 97
,
J
%
.
2
.
J
.
Specif
ika
tie
van de
gro
ndsto
f
8
PO
welk
e
co
mm
erciee
l verkrijgbaar is
voldo
et aan
de volgende
specifikaties
:
aldehyde
<0,01
%
,
Cl
<
0,008
%
en
H
2
0
<
0,05
%
(
ge
w.
%
). Omdat
aldehyde en Cl
in
ger
in
ge
mate voorkomen
e
n
/of
in
het
proces
ni
et
storen
wordt de aanwezi
g
heid van deze
stof-fen
verwa
a
rloosd. Wat
er
reageert
bij hog
e
tem
pe
ratuur
(l60o
c
)
met
PO
ond
e
r vo
rming
van propyleen
g
lycol
en
moet v
er
wijderd
worden.
2
.
4.
Spec
ifikati
e
van
het
eindprodukt 9 .
Allylalkohol w
e
lke
commerciee
l
verkrijgbaar is, heeft een
zuiverheid groter äan
98
%
;
het watergehalte bedraagt
mind
er
dan 0,3
gew
.
%
en eventueel
andere verontreinigin
ge
n zijn ni
et
-( ( ( ( (
C
l
(1o
c·
gespecificeerd
.
Deze eis
voor de zuiverheid van allylalkohol
hebben wij
ook aangehouden;
bijprodukten zijn nu
PO
,
propion-aldehyde
(
afkorting PA) en aceton
(
afkorting AC)!)
2
.5.
Fysische konstanten
.
In
bijlage
2
z~Jnde fysische
kon
sta
nten van
PO
,
PA
,
AC
,
en AA
8 9
10
sa
men
gevat
"
.
2
.6.
Korrosieaspekten,
explosiegren
zen
en giftigheid
.
PO en AA zijn ook bij verhoogde temperatuur niet
korrosi
ef
.
De reaktor en andere apparaten
kunnen
in konstruktiestaal
uit-gevoerd
worden
.
o
Allylalkohol reageert boven 100
C
met O
2
onder vorming van
viskeuze polymeren, polyallylalkoholen
.
Deze nevenreaktie wordt
verm
e
den door ond
er
N
2
te
w
er
ken.
Zowel PO als
AA vormen
met
lucht
explosieve
mengsels
(PO:
2,9
-30,5
vol
%
en AA
:
2
,5-1
8
vol(~
)
8
,9.
Het is daarom noodzakelijk
de vloeistoffen onder
N
2
op
te
slaan
e
n
de apparatuur
met
N
2
te
spoelen
.
Om binnendringen van lucht via eventuele
l
ekkages
te vermijden, wordt een overdruk in
de
apparatuur
gehandhaa
fd.
Verder is
explosievrije
elektrische apparatuur
noodzakelijk
en
mo
eten
reaktoren en opslagtanks goed geaard
zijn om
statische
ontladingen te voorkomen
.
PO en allylalkohol zijn
giftig
en hiervoor moeten voorzieningen
getroffen
word
en
zoals gasmaskers en gasmeetapparatuur
.
PO
:
LDSO
LDSO
AA
:
LDSO
(oraal) :
(
enke
le
(oraal,
0,63 mI/kg
.
huiddosis)
:
1,50 mI/k
g
.
ratten)
:
64
-
100
m
g/
kg.
x). Bij het proces wordt tevens
ee
n men
gse
l
van
aceton en
pr
opion
aldehyde gepro
duc
eerd
.
Omdat de verwerking
van deze
stoffen
te veel
ko
st
,
wordt dit
mengsel
gebruikt
als
brandstof.
-( ( ( ( (
c
o
o
~)J
.
Beschrijving vall het proces
.
lIet proces wordt beschreven
aan
de hand van het processchema
in figuur 1.
Voor het opstarten van het proces wordt
de
hele apparatuur met
N
2
gespoeld.
Vloeibaar PO wordt gedroogd in de adsorber/desor
-bel'
Tl
ell TJ
met Linde molsieves JA
l l
• Tl
en
TJ zijn parallel
geschakeld; als
de één
als
adsorber dienst doet, wordt de ander
geregenereerd.
PO
wordt
daarna verdampt in de verdamper H7
x
onder
een druk
van
J,O
bar
en
via de warmtewisseJaar
H6
opgewarmd tot
280°C.
In
de
~astbedreaktor
R5
vindt de
reaktie
plaats bij
gemiddeld
280
0c
ell een
druk van
2,5
bar
.
De reaktie is exotherm en als
reaktor
wordt
een
pijpenbundelreaktor
genomen. De
koeling vindt
plaats
door h
et
verdampen van Dowtherm
A onder
druk bij 280
0c.
Daar
uit de
patenten blijkt
dat de konversie temperatuurafhanke
-l i j k
is,
is
h~tbelangrijk dQ
temperatuur van de reaktor te kun
-nen regelp-n.
Geko~enis voor
een
onh,-,erp waarbij de temperatuur
over de reaktor
konstant is.
Bij
de reaktie ontstaat allylalko
-hol (65,19
5{
)
en de
bijprodukten propionaldehyde (1,21
%
)
en
aceton
(0,6
;b
).
De damp van
280
0C
wordt
afgekoeld
tot vloeistof van
86°C
bij 2
bar
via de warmtewisselaars
E9,
H7
en
E12.
De Ivarmtewisselaars H6
en
E9 zijn met elkaar
gekoppeld
via
een
oliecjrcutt,waarvan de temperatuur met
stoom
via een warmte
-wisselaar geregeld wordt.
Allylalkohol
en
propyleenoxyde worden gescheiden m
.
b
.
v
.
de des
-tillatiekolom TlS
,
waarbij allylalkohol met de
gewenste
zuiver-heid verkregen wordt
.
Propyleenoxyde wordt daarna gezuiverd van
propionaldehyde en aceton in dedestillatiekolomT22 e
n
gerecir
-culeerd.
De
destillatiekolommen werken bij
een
druk van
2
bar
.
x
D
e
koppeling van de
stromen
in de warmtewisselaar H7 maakt
een aparte verdamper voor propyleenoxyde
,
waarb
i
j stoom ge
-bruikt wordt
,
VGor het opstarten van het proces noodzakelij
k.
-'J
,')o
o
stlk!.tof
( regeneratiegas)
'""1 f-J.
~
~~~
, " C ... / . ...""--
. ' '1 ' " i-' rTl DROOGTOREN H 8 . P 2 VOEDI NGSPOMP H 9 T 3 DROOGTOREN VlO I V 4 BUFFERVAT Pll -..J R 5 GEPAKTE BUISREAKTOR H12 H 6 VERHITTER V13 H 7 VERDAMPER/KONDENSOR P14o
~rî
.-,
I~F--
-----1
r.
c~
~=~
,----,...
~
L
OlIEVERHITTER T15 DES T ILLA TIE KOLOM T22 DESTILLATIEKOLOM
PRODUK TGASKOELER HlS PRODUKTKOELER H23 TOPKONDENSOR
HOï·OIL EXPANSIEVAT H17 TOPKONDENSOR V24 TOPACCUMULATOR
HOT-OIL CIRCULATIEPOMP V18 TOPACCUMULATOR H25 NAKOELER
NAKONDENSOR H19 REBOILER P26 RECYCLEPOMP
BUFFERVAT P20 REFLUXPOMP VOEDINGSPOMP H21 REBOILER
...
---, I1
pJ~
"..., ("'-.. naar slob --ALL YLALKOHOLPROCESSCHEMA VOOR DE PRODUKTIE VAN ALL YLALKOHOL UIT PROPYLEENOXYDE
H HlttenhalJsen Th Relnts Bok
OStroomnr Dremp. In ·C
Juni 11179
Ob'.
druk In barc
( ( (c
c
r ' 1- '4.
Reaktie.
propyleenoxyde
H...,C=CH-Cl-L,OH
t:- ."-a11ylalkohol
{jH
R
= -38, 6 3
(kJ/mol)
De
r
ea
ktie 1.s licllt
exotherm
.
De b
e
reknning van
bI-IRis
in
bij-la
ge
1
verm
e
ld.
Welke
bijprodukten
er
on
ts
taan wordt in het
.
t
'Ll"l
la
.
t
ld
d jpaten
van
JU Sn10
verme
,
maar op
gron
van ce gegevens
van de
'a
nd
ere
pat
e
nten i
s
aangenomen
dat deze bijprodukten in
de aangegeven
percenta
ges
ontstaan. Produktsamenstelling:
65,19% ally.
.
lalkohol,
1,21~bpropionaldehyde, 0,6
%
ac
e
ton
en
33
')b
po.
L~
.1.
t:.:ve
mvicht.
Al
l
e
drie de
reakties
zijn
bij 280
0C aflopende reakties
en
er
treedt gee
n
evenwic
htin
ste
lling op (bijla
g
e 3).
Allylalko
hol
K
-
7,5
x 10
4
Propionaldehyde:
K
=
2,4
x 10
10
Aceton
K
=
1,
8
x 10
12
4700
g
waterige, 50%
i
ge
NaOR en
1080
g
100
%
ig
e
orthofosforzuur
worden opgelost in 16 1 wat
er
en
400
g
kieselguhr toegevoegd.
Na
afkoe1ell
tot
40
0C wordt onder
goe
d
roeren
ee
n oplossing van
1270
g
LiCl in 7 1 water
to(~gevoegd.Met warm ",
'
ater wordt het
neerslag
chloridevrij
gewassen
.
Daarna wordt m
e
t methanol
gewas
-sen tot al het water verdwenen is. De
filterkoek
wordt
gedroogd
en
verpulverd,
gegranuleerd
met methanol
en geextrudeerd
tot
staafjes
.
De staafjes
worden
gedroogd en
gecalcineerd bij
280°C
.
De
kataly
s
ator
samenstelling
is 75,3
%
Li
J
P0
4
en
21,7% Si0
2
.
-c
( ( ( ( ( (îo
o
5
.
Berek
e
ning van de apparatuur
.
5
.
1
.
De
adsorber en
desorber Tl
en
TJ
.
PO
b
e
vat maximaal 0, 05
gc~w~b,va t
er
wat
teruggebracht
word t to
t0,001
gcw
%
m
.
b.v
.
Linde molsiev
es
JA
bij
20
o
C
l l
.
Deze ho
e
v
ee
l
-h
e
id water wordt
verder
bij de berekenin
ge
n verwaarloosd
.
Levensduur.
De
l
eve
n
s
duur
van
de mol
s
i
e
ves bedraagt meer dan
2000
cycli
.
D
i t komt bij een b
e
drijf
sv
oerin
g
van 8000 uur per jaar en met
een gestel
de
cyclusduu~van 48 uur neer
op een
levensduur van
12 jaar
.
Regeneratie
.
Bij
d
e
regeneratie worden
de mol
s
i
e
ves bij
temperaturen
van 200
o
tot
100
C
gespoe
ld met dro
ge
N
2
en
daarna
weer
af
ge
koeld voor de
o
adsorptie
. Bij
ee
n
temperatuur
van
.'2JO
C e
n
een
dauwp
u
nt van
~2van
-40
o
c
bevatten
de mol
sie
ves na
afloop
van de
regenoratie
nog
1
ge
lv
%
wa
te
r
.
Adsorptiocapaciteit
.
De
max
ima
le
watercapaciteit
va
n
Linde
JA
i
s
20
gew%
;
voor
een
dynamische
uitvo
er
in
g
wordt d
e
helft genomen
,
10
ge
w
%
.
De capaci
-teit n
eemt
gedurende
d
e
eerste 200
cycli
af
en is daarna stabiel
op 70
%
van
d
e
oor
spr
onk
e
lijke waarde
;
de
ge
middeld
e
capaciteit
l Q
b
e
draa
gt
75';0
.
De eff'ektieve
capac i te i t word
t
:
1
0
0x7
5-] =~5g
ew
%
.
Kolom
.
Voor een organisch
e
vlo
e
istof is de superficiêle
snelheid
max
i--4
maal 5xlO
mis
,
Massastroom PO: 6J75 kg/unr
=
1,771 kg/s
.
'/
8
-
J
J/
,
Volume
s
troom
PO
:
1,77~,2J
=
2,15xlO
m
s
.
' )
De
kolomdiamete
r
wordt
dus
:
*\TD~=
VD
=
2, JI-/m
.
v
Hoeveelh
ei
d mol
sie
ves
.
-
J
=
2
,
15xlO
5xlO
-
4
=
4
,
JO .
In
48
uur moet
e
r 0
,
049xlO
-
2
x48xJ600xl
,
77l
1
50 kg water gead
-s
o
rbcerd worden
.
-I
( ( ( ( ( ( (o
o
c'
Hiervoor is l50x(100-6,5)
=
2157 kg molsieves nodig.
6
,
5
Lengte
van
de
kolom.
De bulkdichtheid van
n
e
molsiev
es
Volume
:
2
157/750
=
2,88
m
3
.
is
750 kg/m
3
•
Lengte
kolom: 0,67 m
+
0,25
+
0,
.2
5
=1,17
m.
De kolom kan
in
konstruktiestaal uitgevoerd worden.
Adsorptie,.armte.
De adsorptiewarmte van water bedraagt
3366
kJ/kg.
Als deze warmte
uitslu~tendten goede
komt aan
PO,
bedraagt de
temperatuurstijging:
l
50/48x3366
=
0,52x4,18x6375xaT
°
0 ,c.T
==,75
c.
5.2. De pompen.
Bij de berekening van de
pomp
e
n
is gebruik gemaakt
van de
vol
-1
2
gende for.
m
u
le
s
1. P
f f
=
~
(P
2
- P
l
+
g
(z2- z l ) ) '
e.
-
m
f
2. P
=P
~•
as
eff
Itotaal
3.
:
"]
totaal
=
-1)
hydraulisch
x~volumetrisch x~mechanisch
'
4.
ë,T
=
P
eff
x
( 1 -
-
rl
hydr.
x
tn Ivol.
)(fl
xc
X r1, X l1Y
m
p"bydr.
Ivol.
Bij de;:)erekeningen
zijn alle"/
0,8 gesteld
.
De overige gegevens
van de
berekening
van de pompen zijn op
de
apparatenlijst vermeld.
5.3.
De warmtewisselaars
.
Warmtewisselaar
H7.
Voor
een ekonomische
uitvoering wordt de kondensatiewarmte van
de produktdamp
ge
bruikt om
PO
te
verdampen. Hierbij is de
onder-linge ligging van de
temperatuursniveau
'
s
van beide
faseover-gangen
van belang
en
om
het
temperatlJursverschil zo groot mo
-gelijk te
houd
e
n wordt het verdampen en kondenseren in
één
warmtewisselaar uitgevoerd.
Het verdampen van
~Ovindt plaats bij 3 bar bij een temperatuur
-(
c
(c
c
o
o
o
o
van 68°e plaats
.
Het kondenseren van de produktdamp vindt plaats
ov(~r
een
temperatuurstrajekt van lOSoe tot 98 oe bi
j
een
gemid
-delde druk van 2,1 bar (zie bijlage
4
,
waar het percentage damp
grafisch
is uitgezet tegen de temperatuur
).
Warmtewisselaars li6 en H9.
Deze warmtewisselaars zijn met elkaar gekoppeld via een olie
-(
e
)
circuit
.
Voor de olie is Mobiltherm 600
Perry
,
4
ed
.
9
-
51
ge-nomen. Het kookpunt van deze olie ligt boven de J15°e, zodat
een
druk van
4
bar voldoende is voor een maximale temperatuur
van 340
0e.
PO
damp wordt in li6 van 68°e tot
280
0e
opgewarmd (uiterste
grenzen 260°C en 310
0e) en
de produktdamp wordt in H9 afge
-koeld van 280
0e tot 166°e
.
~et
behulp van ho
ge
druk
stoom
wordt de olie op temperatuur ge
-bracht
voor de warmtewisselaar H6
.
Warmtewisselaar
H12
.
Deze
wordt
gebruikt
om het damp-vloeistof mengsel uit de
warm-tewisselaar
H7 verder aftekoelen tot vloeistof op kookpunt (86°e)
bij 2 bar.
Drukval.
De
ujtvoering is zodanig
gekozen
dat vloeistof op kookpunt bij
2
bar naar de destillatiekolom T15 wordt
gevoerd
.
Dit houdt in
dat de vloeistof welke uit de warmtewisselaar H12 komt ook
een
temperatuur hHeft van 86°c en dat de dampdruk in H12 minimaal
2 bar moet zijn
.
Gezien
het drukverlies welke
i
n de warmtewis
-selaars H6 en H9 (0,30 bar toelaatbaar)
en
in de reaktor R5 (0
,
2
bar toelaatbaar) optreedt, moet de druk in de verdamper 3 bar
bedragen
.
Hierbij is aangenomen dat het drukverlies bij verdam
-pen en kondenseren gering is en 0,1 bar bedraagt
.
De
gegevens voor
de berekening van de warmtewisselaars zijn
op de apparatenlijst vermeld
.
-l
l
c
( ( ( ( (>o
o
o
5.4. De reaktor R5.
Dij
de
reaktor
b
ere
kening ",
·
orclt ui tgegaan van het patent van
""1 la
I " ·dt
ld d t 1600
1 1 . b l OHu
s
.
1-J.er1..n wor
verrne
a
m
.
v oel
aar
)
per uur
°
e
n per l i t e r k
a
talysator
bij een
reaktort
c
mperatUllr van 280 C
omgez
et
\Vordt. De
konv
e
r
s
i
e
bedraagt na 10 dag
e
n 73,9
%
en
na
50
dag
e
n 69,
6%
bij
een
konstante
selektiviteit
van 97,J
%
.
Over
de
r
ea
ktie word
en ge
en
gege
vens verstrekt, waardoor berekening
van de reaktor
uitgaande van de r
ea
ktiekinetiek niet mogelijk
i s .
Gezien
het f e i t d
at
de re
a
ktie e
x
otherm is, wordt gekozen voor
een vastbed
in
een
pljpcnbundelr
ea
ktor. D
e
reaktor wordt op een
temperatuur van
28
0°C
ge
houden
door
ver\Varming
van
de
inlaat-damp
tot
280
0c
e
n door v
erd
amping van Dowtherm A.
Deze
olie
dient
als
koelm
e
dium voor de bij de reaktie vrijkomende
warmte.
Dit heeft
h
et
voordeel dat
de
temperatuur
over
de reaktor
kon-s
tan
tis
.
Ui
tyo
ering
.
De
k
onversie
Hordt
op
67~~ge
houd
(-)
n
door
variatie v
a
n de t
e
mpe-2
ratuur van de reaktor. Uit
d
e
pat
e
nten
m
e
t
Li
J
P0
4
als
slurry
in een hoogkokende
vlo
e
i
sto
f, blijkt dat de reakii
e
snelh
e
ids-b
e
pal
end
i s ; bij
te
mp
erat
uursstij
gi
ng wordt de konversie
groter
(zie t
abe
l 1).
Aa
nnem
e
l i j k is dat dit ook voor he
t
vastbed geldt.
De
ternp
erat
uur
sg
l
~e
nzen
van
de r
ea
ktor zijn 270°C (reaktie te
langza
a
m)
en JIOoC
(sel
e
ktiviteit te laag). De reaktie Hordt
uitg
ev
o
erd
bij
280
0c
(
gemi
ddeld)
e
n
~,5
bar.
Heaktor
af
m
e
tin
ge
n.
Door
ge
bruik
te
m
a
k
e
n
van
do
gegevens van
het patent wordt
be-rekend dat
7,1 m
3
kataly
s
ator
nodig
is (voeding
PO
:
2
,647
k
g/s
j.
Hiervoor zijn 1
1,pijp
e
n nodig m
et ee
n diarh
e
ter van 0,4
111e
n een
l
e
ngt
e
van
4
m.
De
reakto
r
wordt 4,5
m
lan
g
.
Aangenomen is dat
d
e
wa
r
mt
eg
eleiding van 11
e
t katalysatorbecl
en
de
damp in de
buizen
zodan:
i g
i s , dat
bij
deze diameter een
ge
-ring t
e
mperatuur
s
profi
e
l in de buis
optr
eedt
.
Drukval.
De drukval
in
de buis 1vordt
ber
eke
nd m.
b.v. de
Ergunvergelij-king:
ópfx
Lx
v2
x
°
d p1-
e-~c
1
...
-170
1)7
f
Y d oP
(1- [ )
+
1,75).
-
12
-<.
( ( (c
( (o
o
o
L\p
=
het drukverschil.
d
=
de diameter van het katalysatordeeltje, 5xl0- J m
genolTlen
.
p
l
=
de porositeit, op 0,40 gesteld.
v
-
de
snolheid
op de lege door
s
nede betrokken.
0L
=
de
l
e
ngte van het bed, 4
m.f
=
de dich thci
.
d van de
damp bij
280
0c
en
0,162xlo
-
4
N
s
!m
2
It)
=
de
viskositeit:
.
D
=
dediameter
van de buis.
Berekening
van v •
o
Volumestroom
PO
:
2.647 k
g
/s
=
0,827 mJ/s.
v
=
0,8
2
7
ol4xO,126
=
0,47
m
is
.
2
,5
bar: J,20
Ingevuld in de
formule geeft
di
t:
~
p
=0, llxl0
5
~Om2
.
Bij kl
e
inere
deeltjes n
e
emt
de
druk toe
.
D
e
v
e
r b l i j f
tijd bedraa
g
t 8,6 s.
FU~p =
v
o
x
dp
x
f
=463.
r~kg/m
B
i j d
e
ze reaktorbuis
afm
e
tingen is volda
a
n aan Lid>
100
en
p
J
D/ct
>
20
.
Verder
stroomt
de damp redelijk
turbulent
:
bij
Pe~2p
is Bo
P
L
=
20
13
•
e
-D
5
.
5
De destillatiekololTllTlcn
T15
en
T22.
Bij
de berekeningen van de dcstil1atiekololTlmen is
gebruik ge
-Inaakt van het
programma
WHENDI.
Dit
programma berekent
m.b.v.
de Ivang-Henke
method(~samenstellingen en temperaturen
in
een
kolom
met ideale
schotels
.
Als invoergegevGns
zijn nodig:
-
de
K
waarden als
funktie van
de temperatuur
,
-
de
dampenthalpie~nals
funktie
van de
temperatuur
,
-
de
vloeistofenthalpie~nals funktie van de temperatuur;
deze waarden bij de h
e
ersende
druk in de kolom. Verder
.
- de vo(~di llgs 5
a
m
en:::
b-> lling
, ho
evee
1 h(~id,t
e
mp
e
r
a tu
ur
e
n
s
chot
e
l
waarop
de
voeding
wordt ingevoerd
,
-
ho
eveelheid topprodukt
die afgetapt wordt,
-
refluxverhouding
en
het
aantal schotels
.
-( ( ( ( ( (
c
Cl
0
()o
('De
K
waarden worden berekend uit de
dampdrukk
en
,
welke
gekorri-geerd
zijn voor niet-idealiteit, en
kritisch
e
konstanten
van
de
komponent
en
(bijlage
5)
en
m
et een
)e_graads polynoom gefit
(b
ijlage
6).De
enthalpie~nzijn berekend uit de vormingswarmte
en
de soortelijke warmte bij verschillende temperaturen van de
komponenten. Deze gegevens zijn met een 2
e
-graads polynoom gefit.
De
enthalpieën
zijn weinig van de druk afhankelijk en er heeft
geen
drukkorrektie plaatsgevonden. Met deze gegevens
zijn de
twee
kolommen doorgerekend
(bijl
age
6).
Kolom TlS.
Het
de
Fenske
-
Underwood
-
Erbar
-
JV
laddox ver
ge
lijkingen (FUEl'1) zijn
het aantal
theoretische schotels
en
de
minimale refluxverhouding
berekend. Voor propionaldehyde
en
aceton als
sleutelkomponente
n
(bijla
ge
7)
.
Deze waarden
zijn verder aangepast aan een PO
gehalte
van maximaal 0,01
%
in het bodemprodukt en
een allylal
kohol
gehalte
var' maximaal
0,001;;)
in het topprodukt. Daarnaast is een vereiste
dat het bodemprodukt minstens
98%
allylalkohol bevat.
In het
WHENDI
programma zijn de volgende
gegevens
ingevoerd:
een
refluxverhouding van
I , )
en 29
theoretische schotels. De voeding
wordt als vloeistof op kookpunt bij 2 bar
(86°
C
)
ingevoerd op
schotel
15.
Dit geeft
de vol
ge
nde resultaten
(bijlage 6):
Komponent
Voeding
Bodemprodukt
Topprodukt
PO
0,32960
0,00011
0,961)8
PA
0,01)40
0,00040
0,0)834
AC
0,00600
0,00745
0,00322
AA
0,65100
0,99053
0,00000
Op
g
rond
van deze gegevens is de kolom berekend
(bijlage
8),
waarbij een
topse
ktie (
s c h o t e l l t o t
en
met
schotel
14)
en
een
bodemsektie (schotel 15 tot
en
met schotel 29) onderscheiden
kunnen worden.
Dit
resulteert in een kolom van )2 schotels,
m
et
een diameter van 0,85m en
een
lengte van
19m.
De voeding wordt op
schotel 18 ingevoerd.
Het ov
erallrendement
bedraagt
0,87
voor de
topsekti
e
en 1,00 voor
de
bodemsektie.
-(
(
(
c
(
(
o
o
(lKolom
T22
Met de
FU
EM
v
erge
lijkin
ge
n zijn het aantal
theoretische schote
ls
en
d
e
min
imale refluxverhouding
b
e
r
e
k
e
nd voor PO en
PA
als
sla
u
te
lkompon
e
nt
e
n (b
i j
l
age
7).
In
h
et
WHE
N
DI
proGramma zijn
d
e
vol
ge
nd
e
gegevens
in
g
evo
e
rd;
ee
n
ref
lu
xverho
ud
ing
van
2
,3
e
n 4
9
theoretische schotels
.
D
e
vo
ed
in
g
wordt als
vlo
eistof
op kookpun
t
bij
2
bar (55,2
o
C)
ingevoerd
op
s
chot
e
l 17.
Dit
gee
ft d
e
volg
e
nde resultaten
(b
ijlage
6)
:
Komponent
PO
PA
AC
Voeding
x)
0,9
5
730
0,03940
0,00330
Bodemprodukt
Topprodukt
0,00002
0
,9
9 4 64
0,95065
0,00416
0,08816
0
,
00000
In
het
pr
og
r
a
mma
zi
jn
i
.
p
.
v
.
het
b
ere
k
e
nde
aantal schotels
(69)
49 the
ore
t
i
sche schotels ingevoe
rd.
Dit
heeft
tot
r
es
ul
taat
dat
naast PO ook
PA
(0,4
%
)
overgedestileerd
wordt
e
n
dat
de
recircu
-latiestroom
PA
bevat. Bij de
b
ere
k
e
nin
g
van de
voedingssamen-stelling
van
T
l5
is reeds rekening
ge
houd
e
n met de
recirculatie
van
ee
n klein
e
ho
evee
lheid
PA
e
n voor
dit
sc
hot
e
laantal van kolom
T22
is
de recirculatiestroom door iteratie
over de
twee
de
s
t i l
-lati
eko
lommen bep
aa
ld. Verd
e
r
e
optimali
sa
t i
e
van d
e
kolom T2
2
,
wat betreft de
r
efl
u
xver
houdin
g
en
het
aantal
sc
hot
e
ls, is
moge-lijk
door vergroting
van
de
r
ecirc
ulati
est
room
van
PA
.
Dit h
ee
f t
in
dit vooron
t
werp ni
et
pl
aa
t
sge
vonden.
Op grond van deze
gege
v
e
n
s
is
de
kolom ber
e
kend (bijlag
e
8),
waarbij
ee
n
topsektie
(schotel
1 tot en
met schotel 16)
en
ee
n
bodemsektie
(
sc
hot
e
l 17 tot
en
met
s
chotel 49) onderscheiden
kunnen worden. Dit
r
es
ul
teert
in
ee
n kolom van 66
schotels
,
met
ee
n
diameter van
lm
en een
l
e
n
g
te
van 36m
.
De
voedin
g
wordt op
sc
hot
e
l
21 ingevoerd
.
Het overall rendement
bedraa
gt
0,82 voor
de topsektie
e
n
0
,71
voor
de
bodems
e
kti
e
.
x
) D
e
voedingspercentages zijn
ge
normaliseerd.
-l
.- '-( (c
r'-IN
Voor-waarts
M
Q
M
,Q
---
--
--
i
1,
7
71
-
3
71
8
,0
- _.0
,
4
_..Lil1 __
_
_
17
1
7 6
--l-L
TfO
_
__
-
3
7
0
0,7
3,84
0
,
0
Massa -en
Warmtebalans
T
1
voeding ..
'
1
\
,..
P 2
\::.)-
-
---0
I ~_
T
3
~,
t.
-C3)
\_-V
4
~,I
.... I
Do
w
the
r
m
~2
,647
-
4225
,4
I
R5
- -
'
-
-(2)
1 / 770
:.:.
3
7
ö
O
-;-7-]
1 - - - f6Retour
UIT
-M
M
Q
Q
I l,
-
--
-I
-
--L
._.I-.
0
,
00
1
-1
6
,
:
- !---_ !---__ _ _ _ w.
3
,
84
111
8
,4
2
,
6
47
-
1
6
--
'3
1
07
,
.
0
....
( (
