Berekening van de reactieomstandigheden bij de oxidatie van p-xyleen tot terephthaalzuur

I

0-'

B:erekening van de reactieomstandigheden bij de oxidatie van p-xyleen tot terephthaalzuur.

Door: G.H. van'Dorth J.J.F.Draaisma

..

• f

o

1

-Berekening van de reactieomstandigheden bij de oxidatie van p-xyleen tot terephthaalzuur.

Bij de oxidatie van p-xyleen tot terephthaalzuur met behulp van salpeterzuur is gebruik gemaakt van het Amerikaanse octrooi

-'

U.S. 2.636j899, 28 april 1953. Volgens dit octrooi wordt bij ·voorkeur een verhouding tussen 10~-HN03 en p-xyleen van 2,4

gebruikt met bijvoorbeeld een zuurconcentratie van 30%.

De oxidatie verloopt onder druk, en wel 28 - 35 atm. De druk ontstaat door de vorming van stikstofoxiden tijdens de reactie en de waterdampspanning bij" deze temperaturen. Als maximum temperatuur wordt 22000 gebruikt. De maximumdruk is 2,5 maal de waterdampspanning bij de reactietemperatuur, daar anders de concentratie aan xyleendamp te hoog wordt naast die van de stikstofoxiden, waardoor er gevaar voor explosie ontstaat. Volgens het octrooi zijn de voornaamste reacties, die optreden: a. 4 p-xyleen + 6 HN0

3 89%. 4 p-tolueencarbonzuur +. 7 H20 + 3N20 b. p-tolueencarbonzuur + 2 HN0

3 99%. terephthaalzuur +.

2 H20 + 2 NO Daarnaast ontstaan er kleine hoeveelheden 002 en N2•

Verder is gegeven, dat terephthaalzuur bij hogere temperatuur met salpeterzuur wordt ontleed.

Volgens reactie a. wordt 89% van het p-xyleen omgezet. De reactiecondities zijn zodanig, dat, de veel lastiger oxidatie volgens b. goed verloopt.

Aangenomen wordt daarom, dat de overig~ 11% aan p-xyleen wordt verbruikt door nevenreacties.

Een mogelijke nevenreactie z.ou z~jn de volledige oxidatie tot 002 en H₂0. Het verbruik aan HN0

3 wordt dan echter te hoog.

tiJ

_,

I

Daarom wordt aangenomen, dat p-xyleen geoxideerd wordt tot ~

W"t

azijnzuur. en dat het azijnzuur stabiel is. tegen verder oxidatie

~. in dit milieu. Verder wordt aangenomen dat de ontleding van terephthaalzuur door salpe~erzuur bestaat uit een oxidatie

tot 002 _{en H20 onder vorming van N20 en N2 als reductieproducten} van het salpeterzuur.

o

o

De optredende reacties worden dan: I 4 p-xyleen + 6 HN0 3

89%

4 p-tolueencarbonzuur + 7 _{H20 + 3} N 20 + 548,7 kcal. 11 4 p-xyleen + 24 HN0 3 11% 8 OH3000H + 16 002 + 16 H20 + 8 N20 + 111 4 p-tolueencarbonzuur

-+

8 HN0 3 IV 2 terephthaalzuur + 14 HN0 3

~

4 N2 + 2349,0 kcal. 4 terephthaalzuur + 8 H20 + 8 NO + 388,5 kcal. 16 CO2 + 13 R 20 + 5 N20 + 2 N₂ + 1341,5 kcal. Voor reactie I wordt in het octrooi nog vermeld, dat de

mol. verhouding tussen p-xyleen en het verbruik aan HN0

3 iets groter is dan 1,0. Volgens de reactievergelijking is dit 1,5 en het is niet 'duidelijk hoe deze veranderd kan wo'rden in minder HN0

3-verbruik, zonder dat het N20. hoofdontledingsproduct blijft van het HN0

3•

Reactie 11 kan gezi~n worden als een oxidatie van de benzeenkern naast de oxidatie van de zijketen. Overigens zijn hier geen

gegevens over gevonden en moet dit beschouwd worden als een aanname zo~der meer. De reactiewarmten gelden voor 2000 en: atmosferische druk en zijn berekend uit de gegevens in het Handbook of Ohemistry and Physics 32nd~ ed.

In d~ navolgende berekeningen zijn deze warmtehoeveelheden z.onder meer toegepast bij de desbetreffende tempera turen en drukken, waarmee de verandering in de reactiewarmten onder

die omstandigheden ten opzichte van die bij 2000 en 1 atmosfeer zijn verwaarloosd.

In grafiek No.l. is het tijdschema van de reactie omstandigheden aangegeven, waarmee het verband tussen de temperatuur en de tijd wordt vastgelegd. Dez.e conditie is dus onafhankelijk van de verdere reactie omstandigheden bepaald en de tijden, die later gebruikt worden voor de diverse omzettingen bij bepaalde temperaturen zijn door deze keuze vooraf vastgesteld.

Uit de gegevens, vermeld in octrooi U.S. 2.636.899j is ver-volgens de grafiek No.2. samengesteld, die het verband geeft

o

o

3

-reacties I en 111. Daarnaast zijn ook de waarden voor reactie 11 aangegeven, maar deze zijn uiteraard aangenomen. Volgens het oc,trooi gelden de w~arden voor de reacties I en 111 voor een reactieduur van 1 uur.

Uit de betrekkelijk schaarse gegevens in het octrooi is de

grafiek No.2. samengesteld en de resultaten hiervan zijn verzameld in de Ie en 2e kolom van tabel No.l, 3 en 5 voor respectievelijk

~reactie I, 11 en 111. Hieruit zijn in.de~ kolom de

omzettings-snelheden in %/:iIïin. berekend en in de3e kolom de veranderingen in de omzettingssnelheid in %/min per °C. In de grafieken No.3,

4

en

5

zijn deze laatste waarden uitgezet tegen de temperatuur.

\\~'NU

is de aanname gemaakt

,JaLde.z.e-waarden..~r_e_c.b.t~lijllig

moeten,

~~·~rIOpel?:.!..

Dat wil zeggen, dat de verandering van de

omzettings-snelheid evenredig is met de temperatuur voor een bepaald tempe-ratuurtraject. Bij bepaalde temperaturen liggen dan omkeerpunten. Uit de zo verkregen grafieken kunnen dan gecorrigeerde waarden voor de verandering van de omzettingssnelheid met de temperatuur worden afgeleid. Nu bleek uit een berekening dat de zo te verkrij-gen waarden voor de omzettingssnelheden bij een bepaalde tempera-tuur te laag zouden worden, waardoor de reacties niet binnen een uur zouden zijn te verwezenlijken. E.en reactieduur van 30 minuten gaf te hoge waarden. Daarom is verder aangenomen, dat de oorspron-kelijke omzettingspercentages in de grafiek No. 2. zouden gelden voor 40 minuten. Dit is plausibel, daar de betrokken gegevens

zullen gelden voor een totale reactieduur van I uur, dus inclusief vullen en opwarmen van het ractiemengsel.

De verkregen waarden in de grafieken No. 3, 4 en 5 zijn derhalve

verme~igvuldigd met de factor ~ en aangeduid met het toevoegsel À.

In de tab:éllen No.l, 3 en 5 zijn in de kolommen 5 t/m 7 de overeenkomstige waarden voor een reactieduur van 40 minutèn vastgelegd.

Uit de waarden voor de verandering van de omzettingssnelheid in %/min/°C in de grafieken No. 3,4 en 5, die vastgelegd zijn in de 2e en 3e kolom van tabel No.2, 4 en 6, zijn de omzettingssnel-heden voor een bepaald temperatuurtraject te berekenen. Daarbij moet echter gelet worden op de omkeerpunten bij de keuze van de

tempe~atuurtrajecten.

De berekende waarden zijn vermeld in de laatste kolom van de tabellen No. 2,

4

en

6.

Voor de reacties I, 11 en 111 zijn dus berekend de omzettingsnel-. heden in %/min., geldend voor een bepaald temperatuurtraject.

o

o

tijd bekend, zodat nu het omzettingspercentage in %/tempera-tuurtraject en de totale omzetting in % vanaf het begin van de reactie kunnen worden berekend.

Deze waarden zijn voor de reacties I, 11 en 111 verzameld in de tabellen

7,

8 en 9.

Nu is voor de reacties I, 11 en 111 alles te berekenen voor ieder moment. Als verder aanname wordt gesteld, dat reactie IV pas bij 22000 verloopt. Grafiek No.6 geeft aan, hoe de ontleding van terephthaalz.uur onder invloed van salpeterzuur verloopt bij diverse temperaturen volgens de gegevens uit het oct·rooi. Hierin is de hoeveelheid salpeterzuur vrij hoog en daarom is gesteld, dat onder de bestaande reactieomstandigheden de reactie pas bij 22000 begint. Verder volgt uit het octrooi, dat slechts 1%, aan terephthaalzuur wordt ontleed, zodat tevens de snelheid van de reactie vastligt. De waarden hiervoor zijn in tabel No. 13 vermeld.

Daarmede is het gehele reactieverloop bepaald.

De tabellen No. 10, 11, 12 en 14 geven de warmteontwikkeling in kcal/min. en de totale warmteontwikkeling weer.

De tabellen No. 15 t/m 20 geven de hoeveelheden van de omzettings-producten voor de reacties I, 11, 111 en IV.

Hierbij zijn van belang het verbruik aan salpeterzuur in kg/min. en de vormingssnelheid van het water in kg/min. voor een mogelijke berekening van de ve rdunningswarmt en , die kunnen optreden.

Verder zijn voor de gassen alleen aangegeven vormingssnelheid

in molen/min., daar deze waarden van belang zijn bij de berekening van de dephlegmator.

De tabellen 21 t/m 30 geven de totaalbalans van alle producten, behalve voor azijnzuur. en NO, daar deze respectievelijk gegeven staan in tabel No. 16 en No. 19.

De tabellen

31

t/m

33

geven tenslotte de totale warmteontwikkeling weer.

o

rO

I

.

'-~ '. ".

o

I '

o

o

o

TabelI

p~To1ueencarbonzuur

Uit grafiek No.2.

T'emp.e- Opbrengst Omzettings- Verandering Opbrengst Omzettings- Verandering ratg.ur in % per snelheid in van de· om- in % per snelheid van de om-in C uur %/min. zettings- 40 min. in %/miru.

zettings-snelhe~d in %!min! C snelhe~a: in %/miny C 80

°

°

°

°

°

°

85

°

°

0,010

°

°

Q,015

o

95 90 3 6,5 0,050 0,108 0,012 0,014 3 6,5 0,075 0,163 0,.020 0,018 96 11'7,3 0,122 0,011 "1',3, 0,183 0,017 100 10,0 0,166 0,012 10,0 0,250 0,018 105 13,5 0,225 0,010 13,5 0,338 0,015 110 16,5 0,275 0,0084 16,5 0,413 ' 0,012 115 . 19,0 0,317 0,0082 19,0 0,475 0,013 119

-

-

-

-

-

-120 21,5 0,358 0,0068 21·,5 0,538 0,010 125 23,5 0,392 0,0082 23,5 0,588 0,012 130 26,0 '0,433 0,010 26,0 0,650 0,015 135 29,0 0,483 0,012 29,0 0,729 0,018 140 32,5 0,542 0,015 32,5 0,813 0,022 145 37,0 0,617 0,015 3'7,0 0,925 0,023 150 41,5 0,692 0,017 41,5 1,04 0,024 151

-

-

-

-

-

-155 46,5 0,775 0,013 46,5 1,16 0,020 160 50,5 0,842 0,013 50,5 1,26 0,020 165 54,5 0,908 0,012 54,5 1,36 0,018 170 58,0 0,967 0,012 58,0 1,45 0,Q18 175 61,5 1,025 0,010 61,5 1,54 0,015 177 1t62,7 1,045 0,008 "62,7 1,57 0,013 180 64,2 1,07 .0,006 64,2 1,61 0,008 185 66,0 1,10 0,005 66,0 1,65 0,008 190 67,5 1,125 0,003 67,5 1,69 0,004 195 68,5 -1,14 0,016 68,5 1,71 0,024 200 13,0 1,22 0,041 73,,0 1,83 0,062 201

-

-

-

-

-

-o

205 85,5 1,425 0,O09 85,5 2,14 0,012' 210 88,0 1,47 0,002 88,0 2,20 0,006 213

-

-

-

-

-

-215 89,0 1,48 0,00 89,0 2,23 0,000 22.0 "89,0 1,48 ,0,00 1t89,0 2,23 0,000

p-Tolueencarbonzuur

, ,

Uit grafiek No. 3.

Tempera- Verandering van Verandering van Omzettings--tsuur in. de omz,ettings- de omzettings- snelheid in

C snelhe~d in snelhe~d in %/min voor

%/min/ C voor %/min/ C voor 40 min. 1 uur 40 min. I 80 0 _{° °} 85 °t0046 0,0069 _°

o

90 0,0092 0,01.38 0,0345 95 0,0140 0,02'10 0,1035 96 0,0136 0,0204 0,1245 100 0,0123 0,0185 0,2961 105 ,0,0106 0,0159 0,2986 110 0,0089 0,0134 0,3781 115 0,0072 0,0108 0,4451 119 0,006Q O,{)O90 0,4883 12,0 0,0065 0,0098 0,4973 125 0,0083 0,0125 0,5463 130 0,0100 0,0150 0,6088 +35: 0,0118 0,0177 0,6838 140 0,0135 0,0198 0,7723 145 0,0152 0,0228 0,8713 150 0,0169 0,0254 0,9853 151 0,0172 0,0258 1,0107 155 0,0157 0,0236 1,1139 160 0,0139 0,0209 1,2319 165 0,0120 0,0180 1,3364 170 0,0103 0,0155 1,4264 175 0,0085 0,0128 1,5039

o

177 0,0078 0,0117 1,5295 180 0,0067 0,0101 1,5646 185 0,0049 0,0074 1,6151 190 0,0030 0,0045 1,6521 195 0,0160 0,0240 1,6746 200 0,0277 0,0416 1,7946 201 0,0300 0,0450 1,8362 205 0,0196 0,0294 2,0162 210 0,0074 0,0111 2,1632 213 0,0 0,0 2,1965: 215 0,0

_o

,

°

2,1965 220 0,0 0,0 2,19 6

5

0

0

Tabel 3

Azijnzuur

Uit grafiek No.2.

Tempe- Opbrengst Omzettings- Verandering ,Opbrengst

rat~ur in

%

per snelheid in van de om- in

%

per in C uur %/min. zettings- 40 min.

sne1he~d in fa/mini C 82:

°

°

°

_°

85 0.

°

0,00066

°

90 0,2 0,0033 0,00066

°

2

,

95 0,4 0,0066 0,00068 0,4 96 100 0,6 0,010 0,0014 0,6 105 1,0 0,017 0,0032 1,0 110 _2'

,

°

0,033 0,0050 2,0 115 3,5 0,058 0,0084 3,5 119 120 6,0 0,10 0,010 6,0 125 9,,0 0,15 0,004 9,0 130 10,2 0,170 0,0014 10,2 135 10 6

.,

0,177 0,0012' 10,6 140 Ir 0

,

0,183 0,000 11,0 145 11,0 0,183· 0,000 11,0 150 11,0 0,183 0,000 11,0 160 11,0 0,183 0,000 11,0 200 11,0 0,183 0,000 11,0 220 ₁₁

,

°

0,183 0,000 11,0 Omzettings- Verandering snelheid van de om-in %/mom-in.

zettings-°

_°

0,005 0,010 0,015 0,025 0,050 0,088 0,15 0,23 0,255 0,265 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 0,275 sne1he~d in fa/min! C

°

0,0010 0,0010 ~,0010

-0,0020 0,0050 0,0076: 0,012 0,016 O,005; 0,002 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000' 0,000

0

0

Azijnzuur Tempera-~uur in C 82 85 90 95 96 100 105 110 115 119 120 125 128 130 135 140 l45 150 160 200 220

Uit grafiek

No.

4.

Verandering van de omzettings-snelhe~d in %/min/ C voor 1 uur

°

0,0002 0,0008 0,0012 0,0017 0,0022 0,0054 0,0084 0,0112 O,0100 0,0040 0,00 0,00 0,00

o

,

00 0,00 0,00 0,00

°

,

00 0,00 Verandering van de omzettings-snelhe~d in %/min/ C voor 40 min.

°

0,0003 0,0012 0,0018 0,0026 0,0033' 0,0081 0,0126 0,0168 0,0150 0,0060 0,00

°

,

00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Omzettings-snelheid in %/min voor 40 min.

°

°

0,0015 0,0075 0,0165 0,0295 0,0460 0,0865) 0,1369' 0,1537 0,2287 0,2467 0,2467 0,2467' 0,2467 0,2467 0,2467

°

,

,

24671 , 0,2467 0,2467

Tabel 5

Terephthaalzuur

Ui t grafiek No. 2'.

Tempe-- _{Opbrengst Omzettings- Verandering Opb.rengst Omzettings- Verandering}

r~t8ur in % per snelheid in van de om- in % per. snelheid van de

om-inC . uur %/min. zettings- 40 min. in %/min.

zettings-snelhe~d in

%/min/ C %/min/ C snelhe~d in

, 85

°

°

°

°

°

°

0

90

°

°

.0

°

0

°

95

°

°

0

°

0 0 96

°

0

°

0'

°

°

100

°

_°

_°

°

°

°

105 "0'

°

0,00084 "0

°

0,0013 110 0,25 0,0042 0,00082 0,25 0,0063 0,0013 115 0,50 0,0083 0,00084 0,50 0,013 0,0012. 120 0,75 0,0125 0,0012 0,75 0,019 0,0018 125 t;ll,l 0,0183· 0,0063 lIl,l 0,028 0,0094 130 3,0 0,0500 0,020 3,0 0,075 0,030 135 9,0 0,150 0,021 9,0 0,225 0,032 140 "15,4 0,257 0,022 1115,4 0,385 0,033 145 22,0 0,367 0,022' 22,0 0,550 0,033 150 28,5 0,475 0,023 28,5 0,713 0,033 155 "35,5 Ot592 0,017 "35,5 0,888' 0,024 160 40,5 0,675 0,018 40,5 1,01 0,028 165 "45,8 0,763 0,012 "'45,8 1,15 0,018 I 170 49,5 0,825 0,013 4-9,5 1,24 0,020

!O

175 53,5 0,892 0,014 53,5 1,34 0,020 177 u55·,2 0,920 0,010 1t55,2 1,38 0,017 l80 57,0 '0,950 0,0066, 57,0 1,43 0,010 185 59,0 0,983 Q,007 59,0 1,48 0,010 186

-

-

-

-

-

-190 61,0 1,02 0,008 . 61,0 _1,53 0,012 195 63,5 1,06 0,020 63,5 1,59 0,030 200 69,5 1,16 0,046 69,5

1,74

0,070 201

-

-

-

-

-

-205 83,5 1,3-9 0,012 8:3,5 2,09 0,018' 210 87,0 1,45 0,004 87,0 2,18 0,004 213

-

-

-

-

-

-215 88,1 1,47 0,000 88,1 2,20 0,002 220 "88,2 1,47 0,000 u88 2'

.

,

2,21 0,000 . '

0

0

Terephthaalzulm

tJi

t graf'iek No.

I

Temp.era- Verandering van

~uur in de omzettings-C snelhe~d in %/min/ C voor 1 uur 85

°

90

°

95

°

96

°

100

°

105 0,0004 110 Q,0007 115 0,0011 120 0,0014 125 0,0070 1.30 0,0134 135 0,0194 140 0,0260 145, 0,0238 150 0,0216 155 0,0192 160 0,0170 165 0,0147 170 0,012'4 175 0,0102 177 0,0093 180 0,0078 185 0,0057 186 0,0052 190 0,0116 195 0,0206 200 0,0296 201 0,032.0 205 0,0214 210 0,0086 213 0,0 215 220 5. Verandering van de omzettings-snelhe~d in %/min/ C voor 40 min.

°

_°

°

°

°

0,000,6 0,0011 0,0017 0,0021 0,0105· 0,0201 0,0291 0,03·90 0,0357 0,0324 0,0288 0,0255 0,0221 0,0186 0,0153 0,0140 0,0117 0,0086 0,0078 0,0174 0,0309 0,0444 0,0480 0,0321 . 0,0129 0,0 Omzettings-snelheid in %/min voor 40 min.

°

_°

°

_°

°

0 0,0030 0,0085 0,0170 0,0275 0,0800 0,1805" 0,3260 0,5210 0,6995 0,8615 1,0055 1,1330 1,2435' 1,3365 1,3671 1,4091 1,4676 1,4762 1,5074-1,5944 1,7489 1,7933 1,9853 2,1458 2,1845 2,1845 2',1845'

0

0

Tabel 7:'

Berekende reactiewaarden~ Omzettingspercentages van p-xyleen in , p-to1ueencarbonzuur in afhankelijkheid

van de temperatuur en de tijd'. p-Tolueencarbonzuur,volgens reactie I

Tempe- Tijdstip Omzettings- Omzetting in

%

Totale omzet-ratg.ur vanaf be- snelheid in per temperatuur- ting in

%

van-in C gin in min. %/min. traject af het begin

20 5

°

°

°

80 7,143

°

°

°

85 7,321

°

°

°

90 7,500 0,0;345 0,00618 0,00618 95 7~678 0,1035 0,0;[89:2 0,02510 100 7,857 0,2061 0,03693 0,06203 105 8,035 0,2986 0,'0532 0,1152 110 8,214 0,3781 0,0677 0,1829 115 8,392 0,4451 0,0793 0,2622 119 8,535 Oi,4883 0,0699 0,3321 120 8,571 0,4973 0,0179 0,35ÖO 125 8,749 0,5463 0,0973 0,4473 1,30 8,928 0,6088 0,1090 0,5563 135 9,106 0,6838 0,1217 0,6780 140 9,285 0,7723 0,1.382 0,8162' 145 9,463 0,8713 0,1551 0,9713 150 9,642 0,9853 0,1763 1,1476 151 9,678 1,0107 0,0364 1,1840 155 9,821 1,1139 0,1592 1,3432 160 10,000 1,2319 0,2205 1,5637 165 11,666 1,3364 2,22'6 3,790 170 13,334 1,4264 2,376 6,166 175 15,000 1,5039 2,507 8,673 180 16,666 1,5646 2,609 11;282 185 18,334 1,6151 2,692 13,974 190 20,000 1,6521 2,756 16,730 195 21,666 1,6746 2,792 19,522 200 23,334 1,7946 2,993 22,515 201 23,667 1;8362 0,606 23,121 205 25,O00 2,0162, 2,689 25,810 210 26,668 21,632 3,608 29,418' 213 27,668 2,1965 2,1965 31,6145 2'15 28,332 2,1965 1,459 33,0735 220 30 2,1965 3,660 36,7335 220 35 2,1965 10,982'5 47,7160 220 40 2,1965 lO,9825 58,6985 220 45 2,1965 10,9825 69,6810 220 50 2,1965 10,9825 80,6635 220 53,8 2,1965 8,337 89,00 220 55 0

°

89,00 220 60

°

°

89,00

0

0

Bereke1nde reactiewaarden; Omzettingspercentages van p-~yleen in azijnzuur in afhankelijkheid van de temperatuur en de tijd.

Azijnzuur volgens reactie I I

Tempe- . rat&ur in C 20 80 82 85 90 9·5 100 105 110 115 119 120 125 128 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 220 220 220 220 220 220 220 Tijdstip vanaf be-gin in min. 5 7,143 7,214 7,321 7',500 .7,678 7:,857 8,035 8,214 8,392 8,535 8,571 8,749 8,856 8,928 9,106 9,285 9,463 9.,642 "~r,821 10,000 11,666 13,334 15,000 16,666 18,334 20,000 21,666 23,334 25,000 2'6,668 28,332 30 35 40 45 . 50 52,9 55 60 Omzettings-snelheid in

%/min.

°

°

°

°

0,0015 0,0075 0,0165 0,0295 0,0460 0,0865 0,1369 0,1537 0,2287 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2497 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2497 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0,2467 0

°

Omzetting in ofo per temperatuur-traject

°

°

°

_°

0,00027 0,00134 0,00295 0,00526 0,00824 0,01540 0,01957 0',00553 0,04075 0,02621 0,01778 0,04395 0,04420 0,04398 0,04420 0,04420 0,04420 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 0,4115 1,2335 1,2335 1,2335 1,2335 0,72

°

°

Totale omzet-ting in

%

van-af het begin .

°

0·

°

_°

0,00027 0,00161 0,0045/6-0,00982 0,01806 0,03346 0,05303 0,05856 0,09931 0,12552 0,14330 0,18725 0,23145 0,27543 ' 0,3196 0,3638' 0,4080 0,8195 1,2310 1,6425 2,0540 2,4655 2,8770 3,2885 3,7000 4,1115 4,5230 4,9345 5,3460 6;5795 7,8130 9,0465 10,2800 11,00 11,00 11,00

0

0

Tabel 9

Berekende reactiewaarden: Omzettingspercentages van p-tolueencarbonzuur in terephthaa1zuur berekend op p-xylee'!l in afhankelijkheid van de temperatuur en de tijd. T,erephthaalzuur volgens reactie III

Tempe- Tijdstip rat&ur vanaf be-in C gin in min. 20 5 80 7,143 85 7,321 90 7,500 95 7,678 100 7,857 105 8,035 110 8,2,14 115 8,392 120 8,571 125 8,749 130 8,928 135 9,106 140 9,285 145 9,463 150 9,642 155 9,821 160 10,000 165 11,666 170 13,334 175 15,000 180 16,666 185 18,334 186 18,667 190 20,000 195 21,666 200 23,334 201 23,667 205 25,000 210 26,668 213 27,668 215 28,332 220 30 220 35 220 40 220 45 220 50 220 54,9 220 55 220 60 Omzettings-snelheid in %/min. '

°

_°

°

°

°

°

°

0,0030 0,0085 0,0170 0,0275 0,0800 0,1805 0,3260 0,5210 0,6995 0,8615 1,0055 1,1330 1,2435 1,3365 1,4091 1,4676 1,4762 1,5074 1,.5944 1,7489 1,7933: 1,9853 2,1458 2,1845 2,1845 2,1845 2,1845 2,1845 2,1845 2,1845 2,1845 0 0 Omzetting in % per temperatuur-traject

°

°

°

°

°

0

°

0,00054 0,00151 0,00322 0,00490 0,01432 0,03215 0,0584 0,0928 0,1252 0,1542 0,1800 1,889 2,073 2,227 2,348 2,447 0,487 2,008 2,658 2',918 0,597 2,645 3,580 2,1845 1,451 3,645 10,9225 10,9225 10,9225 10,9225 10,71 0 O· Totale omzet-ting in

%

van-af het begin

°

°

_°

₀

°

°

°

0,00054 0,00205; 0,00327 0,008l'7 0,02249' 0,05464 0,1130 0,2058 0,3310 0,4852 0,6652 2,554 4,627 6,854 9,202 11,649 ' 12,136 14,144 16,802 19,720 20,317 22,962: 26,542 28,727 30,178 33,823 44,7455 55,6680 66,5905, 77,5130 88,22' 88,22 88,20

0

0

Warmteontwikkeling voor p-to1ueencarbonzuur volgens reactie I.

1.00% == 122,8 x: 103 kcal.

Tempe- Tijdstip van- Warmteont- Warmiteo,ntwikke1ing Totale warmteo,nt-ratg.ur af het begin w.1.kke1i~ in kcal. per tem- wikkeling in kcaL in C in min.··· _{in Kcal/min. peratuurtraject vanaf het begin}

20 ₅ 0 0 0 80 7,143 0 0 0 85 7,321 Q 0 0 90 7,500 42·,35 7,59 7,59 95 7,678 127',0 23,22 30,81 100 7,857 253,2 45,3 7Q,1 JL05 8,035 366,8 65,3 141,4 110 8,,214 464,3 83,0 224,4 115 8,392 546 97,4 321,8 119 8,535 593 8'5,8 407,6 120 8,571 610 21,95 429,6, JL25 8,749) 670 119,4 549,0 130 8,928 747 133,8 682,8 135 9,106 839 149,2 832,0 140 9:,285 948 169,7 1001,7 145 9,463 1070 190,5 1192,2 150 9,642 1210 216,5 1408,71 151 9,678 1241 44,6 1453,3 155 9,821 1367 195,5 1648;8 160 10,000 1512 270,5 19]L9,3 165 11,666 1639 2734 4653 170 13,334 1750 2915 7568 175 15,000 1849 .3075 10643 180 16,666 1921 3202 13845 185 18,334 1L983 3305 17150 190 20,000 2030 3380 20539 195 21,666 2055 3430 23960 .200 23,,334 2203 3675 27635· 201 23,667 2254 745 28380 205 25,000 2474 3302 31682 210 26,668 2660 4430 36112 213 27,668 2694 2695 388071 215 28,332 2694 1790 40597' 220 30 2694 4495 45092 220 35 2694 13470 58562 220 40 2694 13470 72032 2·20 45 2694 13470 85502 220 50 2694 13470 989:7/2 220 53,8 .2694 10230 109202 220 55 0 0 109202 220 60 0 0 109202

0

0

Tabel 11

Warmteontwikkeling voor azijnzuur volgens reactie 11 • . 10~

=

525 x 103 kcal.

,

Tempe- Tijdstip van- Warmteont- Warmteontwikkeling ratg.ur af' het begin wikkeling in kcal. per tem~ in C in min. in kcal/min. peratuurtraject

20. 5 0 0 80' _7,143 0 0 82 .7,214 0 0 85 7,32+ 0 0 90 7,500 7,88 1,418 95 7,678 39,40 7,03 100 7,857 '86 6

,

15,50 105 8,035 155,0 27,62 110 8,214 241,5. 43,15 115 8,392 454,0 80,9 119 8,535 718 102,8 120 8,571 807 29,02 125 8,749 1201 213,8 128 8,856 1295 137,7 130 8,928 1295 93,4 135 9,106 1295 230,8 140 9,285 1295 232,0 145 9,463 1295 230,9 . 150 9,642 1295 232,0 155 9,821 1295 232,0 160 10,000 1.295 232,0 165 11,666 1295 2160 170 13,334 1295 2160 175 15,000 1295 2160 180 16,666 1295 2160 185 18,334 1295 2160 190 20,000 1295 2160 195 21,666 1295 2160 200 23,334 1295 2160 205 25,000 1295 2160 210 26,668 1295 2160 215 2Ç3,332. 1295 2160 220 30 1295 2160 220 3,5 1295 6475 220 40 1295 6475 220 45 1295 6475 220 50 JL295 6475 220 52,9 1295 3780 220 55 0 0 22.0 60 0 0 220 60

°

0 Totale warmteont-wikkeling in kcal. vanaf' het begin

o _.

o

~ 0 0 1,418" 8,45 23,95 51,57 94,72 175,6 278,4 307,4 521,2 658,9 752,3 983,1 1215,1 1446,0 1678,0 19:1:0,0 2142,0 4302' 6462 ,8622 '10782' 12942 15102 17262 19422 21582 23742 25902 28062 34537 41012 47487 53962' 57742 57742 57'742 5q742

10

I

0

Warmteontwikkeling voor terephthaalzuur volgens reactie lIl. 100% = 86,9 x 103 kcal.

Tempe- Tijdstip van- Warmteont- Warmteontwikkeling Totale warmteont-rata-ur af het begin wikkeling in kcal. per tem- wikkeling in kcal. in C in min. in kcal/min. peratuurtraject vanaf het begin

20 5 0 0 0 80 7,143 0 0 0 85 7,321 0 0 0 90 7,500 0 0 0 95 7,678

_°

_°

0 100 7,857 0

_°

0 105 8,035 0 0 0 110 8,2]L4 2,61 0,469 0,469 115 8,392 7,38 1,312 1,781 120 8,571 14,77 2,798 4,579 125 8,749 23,90 4,255 8,834 130 8,928 69,50 12,43 21,26 135 9,106 156,8 28,95 50,21 140 9,285 283,3 50,7 100,9 145 9,463 453,0 80,6 181,5 150 9;642 607,5 108,8 290,3 155 9,821 749 134,0 424,3 160 10,000 873 156,4 580,7 165 11,666 984 1641 2222 170 13,334 1081 1803 4025 175 15,000 1161 1935 5960 180 16,666 1223 2020 7980 185 18,334 1274 2128 10108 186 18,667 1282 423,5 10531 190 20,000 1309 180'(' 12338 195 21,666 1386 2308 14646 200 23,334 1519 2'534 17180 201 23,~67 1559 518 17698 205 25,000 1725 2298 19996 210 26,668 1865 3112 23108 213 27,668 1898 1901 25009 215 28,332 1898 1261 26270 220, 3,0 1898 3166 29436 220 35 1898 9490 38926 220 40 1898 9490 4.8416 220 45 1898 9490 57906 220 50 1898 9490 67396 220 54,9 1898 9300 76696 220 55 0 0 76696 220 60

_°

0 76696

0

0

Tabel 13

Ontleding van terephthaalzuur volgens reactie IV.

Tempe- Tijdstip Omzettings- Omzetting in % Totale omzet-ratg.ur va.naf be- snelheid in per temperatuur-: ting in % van-in C gin in min. %/min. traject I af' het begin

220 30 0,03!33 0

°

220 35 0,0333 0,166'7 0,1667 220 40 0,0333 0,1667 0,3333 220 45 0,0333 0,1667 0,5000 220 50 ., 0,0333 0,1667 0,6667 220 55 0,0333 0,1667 0,8883 220 60 0,0333 0,1667 1,0000 Tabel 14

Warmteontwikkeling voor terephthaalzuur volgens reactie IV. 100%

=

600 x 103 kcal.

Tempe- Tijdstip van- Warmteont- Warmteontwikkeling Totale warmteont-ratg.ur af' het begin wikkeling in kcal. per tem- wikkeling in kcal. in C in min. in kcal/min. peratuurtraject vanaf het begin

220 30 200 0 0 220 35 200 1000 1000 220 40 200 1000 2000 220 45 200 1000 3000 220 50 2.00 1000 4000 220 55 200 1000 5000 220 60 2.00 1000 6000

0

0

Omzettingsproducten bij de vorming van p-tolueencarbonzuur volgens reactie I .

Tempe- Verbruik Totaal ver- Totale ho,e- Vormings- Totale hoe- Vo-rmings-rataur aan 100%- bruik aan veelheid ge- snelheid veelheid ge- snelheid

10Q% ... HN03 in C HN0

3 in, vo·rmd p-t 0 - van water vormd water van, N20

kg~:in. _{in ~} 1ueen?arbon- in ~/~i'n.in ~ in molen!

(10 0=84,6) (10 0=84,6) zuur ln kg (10 = (10 0=28,5) min.(10~ (100%=121,9) 28,5)

-

672) ,20

°

°

°

°

°

°

80 0 0 0 0 0 0 85

°

p,

°

°

°

0 9;0 0,0292 0,00523 0,00754 0,.00984. 0,00176 ,0,232 95 0,0876 0,02124 0,0306 0,0295 0,00716 0,696 100 0,1747 0,0525 0,0756 0,0588 ,0,01769 1,385' 105 0,2526 0,0975 ' 0,1405 0,0851 0,03280 2,007' 110 0,3200 0,1548 0,2228 0,1078 0,0522 2,540 115 0,3765 0,2220 0,3200 0,1268 0,0747 2,992 120 0,420T 0,2960 0,42'67 0,1418 0,0997 3,344 125 0,4620 0,3785 0,545 0, ]555 0,1276 _3,67° 130 0,515 0,4706 0,678 0,1735 0,1584 4,09i 135 0,578 0,5;'740 0,826 0,1948 .0,1930 4,59 1.40 0,654 0,691 0,995 0,2201 0,2325: 5,19 145 0,738 0,822 1,183 0,2482 0,2768 5,86 150 0,834 0,970 1,397 0,2808 0,3268 6,63 155 0,944 1,137' 1,638 0,3174 0,3830 7,49 160 1,043 1,324 1,908 0,3510 0,4460 8,275 1651 1,130 3,208 4,620 0,3800 1,080 8,97

.

170 1,208 5,22 7,52 0,4060 1,757 9,56 175 1,274 7,33 10,57 0,4285 2,474 10,11. 180 1,324 9,54 13,74 0,44 6

9

3,215 10,52-185 1,367 11,82 17,02 0,4602 3,984 10,86: J:90 1,399 14,16; 20,40 0,4708 4,77 11,10 195 1,418 16,53 23,80 0,477 5,57 11,27' 200 1,519 19,03 27,45 0,511 6,42 12,07 205 1,70"5 21,85 31,47 0,574 7,36 13,54 210 1,832 24,92 35,88 0,617 8,38 14,53 215 1.,859 28,00 40,30 0,625 9',43 14,76, 220 1,859 31,08 44,80 0,625 10,48 14,76 220 1,859 40,4 58,2 0,625 13,60 14,76: 220 1,859 49,6 71,5 0,625 16,73 14,76 2'20 _{1,859 59,0} 85,0 0,625 19,85 14,76i 220 1,859 68,3 98,3 0,625 23,00 14,76 220

°

75,3 108,4

°

25,35

°

220 0 7'5,3 108,4 0 2'5,35 0 220 0 75,3 108,4 0 25,35 0

Tabel 16

Omzettingsproducten bij de vorming van aZ,ijnzuur volgens reactie 11.

Tempe- Verbruik aan Totaal verbruik Vormingssnelheid Totale hoeveel-rat8ur 100%-HN03 aan 100%-HN03 van azijnzuur heid gevormd in ·0 in ~/min in ~ in ~/milll azijnzuur in kg

(10 . = 338,4~ (10

=

338,4) (10

=

107,5,) (100%

=

107,5) 20

°

°

0

°

80

°

°

°

°

85

°

°

0

°

90 0,00508 0,0009'14 0,001613 .

°

,

0002902 95 0,0254 0,00545 0,00806 . 0,00173T

0

100 105 0,0559 0,1QOO 0,01543 0,03324 0,03173 0,01774 0,00490 0,01056 110 0,1557 0,0611 0,04945 0,01940. 115 0,2928 0,1135 0,0930 0,0360 120 0,520 0,1982 0,1652 0,0630 125 0,775 0,336 0,2460 0,1068 130 0,835 0,485 0,2650 0,1540 l35 0,835 0,634 0,2650 0,2014 140 0,835, 0,784 0,2650 0,.2490 145 0,83-5 0,933 0,2650 0,2960 1.50 0,835 1,082 0,2650 0,3438 155 0,835 1,232 0,2650 0,3'910 160 0,835 1,382 0,2650 0,4385.' 165 0,835 2,774 0,2650 0,831 170 0,835 4,17 0,2650 1,323 175 0,835 5,56 0,2650 1,767 180 0,835 6,95 0,2650 2,210 185 0,835 8,35 0,2650 2,660 190 0,835· 9,74 0,2650 3,090

O·

195 ₂₀₀ 0,835, _0,835 11,13 _12,53 0,2650 _0,2650 :3 ,·540 _3,980 205 0,835 13,92 0,2650 4,420 210 0,835 15,32 0,2650 4,865 215 0,835· 16,69 0,2650 5,30 220 0,835 18,10 0,2650 5,145 220 0,835 22,25 0,2650 7;07 . 220 _{0,835 26,43 0,2650 8,39} 220 0,835 3:0,30 0,2650 9,72 220 0,835 35,14 0,2650. 11,05: 220 0,835 37,22 0,2650 11,82 220

°

37,22

°

11,82 220

°

37,22

°

11,82

Omzettingsproducten bi':j de vorming van azijnzuur volgens reactie II.

Tempe- V9rmingssne1~ Totale

hoeveel-Vormingssnel-Vormingssnel-Vormingssnel-rat~ur heid van wa~ 4eid gevormd heid van C02 heid van N!20 heid van N!2

in C, ter in kg/min water in kg in molen/min in molen/min in molen/min (100%

=

64,5) (100%

=

64,5) (100%=3580) (100%=1790) (100% = 895) 20 0

°

°

°

_°

80 0

°

°

°

_°

85

°

°

°

0

°

90 0,000968'. 0,0001742 0,0537 0,02685 0,01341 95 0,00484 0,001038 0,2685' 0,1342 0,0671 100 0,01049 0,003440 0,591 0,296 0,148 105 0,01902 0,00634 1,057 0,529 0,264

0

110 115 0,02968 0,0558 0,01165: 0,02160 1,648 3,095, 1,548 0,824 0,412 0,774 120. 0,0991 0,.03780 5,50 2,75 1,38 125' 0,1477 0,0640 8,22 4,11 2,06 130 0,159 0,0924 8,84 4,42 2,21 135 0,159 0,1209 8,84 4,42 2,21 140 0,159 0,1492 8,84 4,42 2,21 145 0,159 0,1777 8,84 4,42 2,21 150 0,159 0,2064 8,84 4,42 2,21 155 0,159 0,2345 8,84 4,42 2,21 160 0,159 0,2630 8,84 4,42 2,21 165 0,159 0,5285 8,84 .4,42 2,21 170 0,159 0,794 8,84 4,42 2,21 175 0,159 1,060 8,84 4,42 2,21 180 0,159 1,325 8,84 4,42 2,21 185 0,159 1,594 8,84 4,42 2,21 190 0,159 1,855 8,84 4,42 2,21 195 0,159 2,122 8,84 4,42 2,21 200 0,159 2,385 8,84 4,42 2,21

0

205 210 0,159> 0,159 2,655 2,920 8,84 8,84 4,42 4,42 2,21 2,21 215 0,159 3,182 8,84 4,42 2,21 220 0,159 3,448 8,84 4,42 2,21 220 0,159 4,245 8,84 4,42 2,21 220 0,159 5,04 8,84 4,42 2,2'1 220 0,159 5,83 8,84 4,42 2,21 220 0,159 6,63 8,84 4,42 2,21 220 0,159 7,10 8:,84 4,42 2,21 220

°

7,10 0

°

°

220

°

7,10

°

°

°

0

0

Tabel 18

Omzettingsproducten bij de vorming van terephthaa1zuur volgel;ls reactie 111.

Tempe- Totaal verbruik Verbruik aan Totaal verbruik Totale hoeveelheid ratgur aan p-to1ueen- _100%-HN03 aan 100%-HN03 gevormd terephthaal-in C carbonzuur terephthaal-in in ~/miDl in ~ zuur in kg

kg (100%=121,9) (10 0=112,8) (10 0:::112,8) (100%=l4Ç3~75) 20 0 _{° °} 0 80 _{° ° °} ° 85 _{° ° ° °} 90 _{° ° ° °} 95 _{° ° ° °} 100 0

°

°

° 105

°

° ° ° 110 0,000658 0,003384 0,000609 0,000803 115 0,002498 0,0°959 0,002315 0,003050 120 0,003984 0,01918 0,00369 0.004865 125 0,00995 0,03103 0,00922' 0~01215 130 0,02740 0,09025, 0,02538 0,0334.7' 135 0,0666 0,2036 0,0616 0,0813 .. J!.40 0,1375 0,3680 0,1275 0,1681 145 0,2500 0,588 0,2320 0,3062 150 0,403 , . 0,789 0,3735 0,4920 155 0,591 0,972 0,547 0,721 160 0,810 1,134 0,750 0,990 165 3,106 1,279 2,875 3,80 '170 5,63 1,403 5,22' 6,88 175 8,35 1,507 7,73 10,19 180 11,21 1,590 10,38 13,68 185 14,18 1,655 13,13 17,31 190 17,23 1,700 15,96 21,04 195 20,47 1,800 18,95 25,00 200 24,04 1,973 22,14 29,35 205 27,95 2,240 25,90 34,16 210 32,3 2,422 29,95 39,45 215 36,7 2,465 34,00 44,80 220 41,25 2,465 38,+5 50,4 220 54,5 2,465 50,5 66,6 220 67,75 2,465 62,75 82,8 22'0 8'1,1 2,465' 75,1 99,0 220 94.,4 2,465 87,4 115,3 220 107 ;:4 2,465 99,5 J..31,2, 220 107,4 _° 99,5 131,2 220 107,4 0 99,5 131,2

0

0

Omz.ettingsproducten bij de vorming van terephthaalzuur volgens reactie III.

Tempe- Vormingssnelheid Totale hoeveelheid Vormingssnelheid! ratg.ur van water in .gevormd water van NO in

in C kg/min _{in ~} molen/min. . (100%

=

32,24) (10 0

=

32,24) (100%

=

1790) 20

°

°

°

80 0

°

0 85

°

0 0 90 0 0 0 95 0 0

°

100

°

°

°

105

°

°

°

110 0,000967 0,000174 0,0537 115 0,00274 0,000661 0,1522 120 0,00548 0,901055 '. 0,3044 125 0,00887 0,002634 0,4925 130 0,02580 0,00725 1,432 135 0,0582 0,01761 3,232 140 0,1052 0,03645 5,84 145 0, 1713~ 0,0664 9-,34 150 0,2255 0,1067 12,52 155 0,2775 0,1564 15,43 160 0,3240 0,2145 18,00 165 0,3654 0,824 20,28 170 0,4010 1,492 22,26 175 0,4308 2,212 23,90 180 0,4542 2,966 25-22 .

,

185, 0,4730 3,158 26,27 190 0,508 4,56 27,00 195 0,514 5,42 28,56 200 0,564 6,36 31,30 205 0,640 7,40 35,56 210 0,693 8,56 38,44 215 0,705 9,73 39,15 220 0,705. '10,91 3;9,15 220 0,705 14,43 ~9,15 220 0,705 17,94 39,15 220 0,705 21,48 39,15 220 0,.7.05 25,00 39,15 220 0,705 28,44 39,15 220

o "

28,44 0 220 0 28,44 0

0

o

Tabel 20

Omz.ettingsproducten bij de ontleding van terephthaalz':1ur volgens reactie

IV.

Tijdstip Totale hoeveel- Verbruik aan Totaal verbruik Vormingssnelheid vanaf het heid ontleed 1000f0-HN03 a~n 1000f0--HN03 van water in begin in terephthaalzuur in kg/min in kg kg/min

minuten in ~g (100% = 148,75) (100%=395) (100% = 395) (100% = 104,9) 30 35 40 45 50 55 60 Tijdstip vanaf het begin in minuten 30 35 40 45 50 55 60

°

0,1317

°

0,0·350 0,2480 0,1317 0,658 0,03:50 0,495 0,1317 1,317 0,0350 '0,744 0,1317 1,975 0,03·50 0,992 0,1317 2,633 0,0350 '1,240 0,13l7 3,290 0,0350 1,488 0,1317 3,95 0,0350

Totale hoevee1- Vormingssne1- Vormingssnel-heid gevormd heid van :092 heid van Ni20 heid van W? water in kg in molen/min in mOlen/min in molen(mJ.Dl

(100% = 104,9) (1.00%=7160) (100%'-2237) (100'%=::895)

°

2,387 0,746 0,298 0,175 2,387 0,746 '0,2:98 0,349 2,387 0,746 0,298 0,525' 2,387 0,746 0,298 0,698 2,387 0,746 0,298 0,873 2,387 0,746 0,298 1,049 2.',387 0,746 0,298

Tabel 21

Totaal verbruik aan p-xy1een.

,.

Tempe- Totaal verbruik in

%

Totaal verbruik Totaal verbruik

ratg.ur Voor Voor in

%

_{in ~}

in C reactie I reactie 11 (lO 0 = 95)

20

°

0

°

0· 80

°

°

°

°

85 0

°

°

°

90 0,00618 0,00027 0,00645 0,00q13 95 0,02510 0,00161 0,02671 0,02538' 100 0,06203 0,00456 0,06659 0,0633 105 0,1152 0,00982 0,1250 0,1188

0

110 115 0,1829 0,2622 0,01806 0,03346 0,2010 0,2957 0,1910 0,2810 120 0,3500 0,05856 0,4086 0,3880 125 0,4473 0,09931 0,5466 0,519 130 0;5563 0,14330 0,6996 0,664 135 0,6780 0,18725 0,8653 0,823 140 0,8162 0,23145 1,0477 0,995 145 0,9713· 0,27543 1,2467 1,183 150 1,1476. 0,3196 1,4672 1,393 155 ~,3432 0,3638 +,707,:0 1,620 160 1,563;7 0,4080 1,9717 1,874 165 3,790 0,8195 4,610 4,380 170 6,166 1,2310 7,397 7,03 175 8,673 1,6425 10,316 9,80 ISO 11,282 2,0540 13,336 12,68 185 13,9.74 2,4655 16,440 15,61 190 16,730 2,8770 19,607 18,63 195 19,522 3,2885 22,811 21,68 200 22,515 3,7000 26,215 24,90

0

·205: 25,810 4,1115 29,922 28,43 210 29,418 4,5230 33,941 32,16 /:.j 215 331,0135 4,9345 38,008 36,13 ., .. 220 36,7335 5,3460 42,0795 40,0

.

~>.;; 220 47,7160 6,5795 54,2955 51,6 ... • ~ 1 220 58,6985 7,8130 66,5115 63,2 "·i 220 69,6810 9,0465 78,7275 74,7 ~~ 1 220 80,6635 10,2800 90,9435 86,4 220 89;00 11,00 100,00 95,0 220 89,00 11,00 100,00 95,0 220 89,00 11,00 100,00 95,0

Tabel 22.

Totale snelheid van verpruik aan _100%-HN03 in kg/min.

Tempe- . Verbruikssnelheid aan _100%-HN03 voor: Totale

ver-t;atuur J.n . bruikssnelheid

eh

reactie I reactie 11 reactie 111 reactie IV in kg/mimt I+II+III+IV 20

°

°

°

°

80

°

°

°

°

85

°

°

°

°

90 0,092' 0,00508

°

Q,034 28 .95 0,0876 0,0254

°

0,1130 100' _0,1747 0,0559

°

0,2306 105 0,2526 0,1000

°

0,3526

0

110 0,3200 0,1557 0,003384 0,479084 115 0,3765 0,2938 0,00959 0,67889 120 0,4207 0,5:ID 0,01918 0,95988 125 0,4620 0,775 0,03103 1,26803 130 0,5l5 0,835 0,09025 1,4402

5:

135 0,578 0,835 0,203,6 1,6166 140 0,654 0,835 0,3680 1,857 145 0,738 0,835 0,588 2,161 150 0;834 0,835 0,789 2,458 155 0,944 0,835 0,972, 2,751 160 1,043 0,835 1,134; 3,012 165 1,130 0,835 1,279 3,244 170 1,208 0,835 1,403 3,446 175 1,274 0,835 1,507 3,616 180 1,324 0,835 1,590 3,749 185 1,367 0,835 1,655 3,851 190 1,399 0,835 1,700 3,934 195 1,418 0,835 1,800 4,053

0

200 205 1,519 1,703 0,835 0,835 ' 2,240 1,973 4,327 4,778 210 1,832 0,835 2,422 5,089 215 1,859 0,835 2,465 5,159 220 1,859 0,835 2,465 0,1317 5,2901 220 1,85,9 0,835 2,465 0,1317 5,2907 220 1,859 0,835 2,465 0,1317 5,2907 220 1,859 0,835 2,465 0,1317 5,2907 220 1,859 0,835 2,465 0,1317 5,2907' 220

°

_°

°

0,1317 0,1317 220

°

_°

0 0,1317' 0,1317' 220 0

°

°

0,1311' 0,1317

Totaal verbruik aan 100%-NH03 in kg.

Tempe- Tota,le verbrui~ aan _100%-HN03 voor: Totaal

ver-ratg-ur i bruik in kg

in C reactie I reactie II reactie III reactie IV I+II+lII+IV 2'0

°

°

°

°

80 0 0

°

°

85

°

°

°

°

90 0,00523 0,000914

°

0,006144 95 0,02124 O,00545

°

0,02669 100 0,0525 0,01543

°

0,06793 105 0,0975 0,03324

°

0.,13074

O·

110 0,1548 0,0611 0,000609 0,216509 115 0,2220 0,1135 0,002315 0,33.7815 120 0,2960 0,1982 0,00369 0,49789 125 0,3785 0,336 0,00922 0,72372 130 0,4706 0,485 0,02538 0,98098 135 0,5740 0,634 0,0616 1,2696 140 0,691 0,784 0,1275 1,6025 145 0,822 0,933 0,2320 1,9870 150 0,970 1,082 0,3735 2,4255 155 1,137 1,832 0,547 2,916 160 1,324 1,382 0,750 3,456 165 3,208 2,774 2,875 8,851 170 5,22 4,17 5,22 14,61 175 7,33 5,56 7,73 20,62 180 9,54 6,95 10,38 26,87 185 11,82 8,35 13,13 33,30 190 14,16 9,74 15,96 39;86 195 16,53 11,13 18,95 46,61 200 19,03 12,53 22,14 53,70

0

205 21,85 13,92 25,90 61,67 210 24,92 15,32 29,95 70,19 215 28,00 16,69 34,00 78,69 220 31,08 18,10 38,15 87,33 220 40,4 22,25 50,5 0,658 113,808 220 49,6 26,43 62,75 1,317 140,097 220 59,0 30,30 75,1 1,975 166,375 220 68,3 35,14 87,4 2,633 193,473 2.20 75,3 37,22 99,5 220 75,3 37,22 99,5 3,290 215,310 220 75,3 37,22 99,5 3,95 215,97 . I "

Tabel 24

. Totale vormingssnelheid van water in kg/min.

Tempe- Vormingssnelheid van water in kg/min bij Totale

vormings-ratgur snelheid van

in C reactie I reactie II reactie III reactie IV water in kg/miEl. I+II+III+IV 20 0

°

°

°

80

°

°

°

°

85

°

°

°

0 90 0,00904 0,000968

°

0,010808 95 0,0295 0,00484

°

0,03434 100 0,0588 0,01049

°

0,06929

0

₁₁₀ 105 0,0851 _0,1078 0,01902 _0,02968

_°

_0,000967 0;10412 _0,138447 115 0,1.268 0,0558 0,00274 0,18534 120. 0,1418 0,0991 0,00548 0,24638 125 0,1555 0,1477 0,00887 0,31207 130 0,1735 0,159 0,02580 0,3583 135 0,1948 0,159 0,0582 0,4120 140 0,2201 0,159 0,1052 0,4843 145 0,2.482 0,159 0,1713 0,5785 150 0,2808 0,159 0,2255 0,6653 155 0,3174 0,159 0,2775 0,7539 160 0,3510 0,159 0,3240 0,8340 165 0,3800 0,159 0,3654 0,9044 170 0,4060 0,159 0,4010 0,9660 175 0,4285 0,159 0,4308 1,0183 180 0,4460 0,159 0,4542 1,0592 185 0,4q02 0,159 0,4730 1,0922 190 0,4708 0,159 0,508 1,1378 195 0,477 0,159 0,514 1,150

0

200 0,511 0,159 0,564 1,234 205 0,574 0,159 0,640 1,373 210 0,617 0,159 0,693 1,469 215 0,625 0,159 0,705 1,489 220 0,625 0,15·9 0,705 0,0350 1,524 220 0,625 0,159 0,705 0,0350 1,524 220 0,625 0,159 0,705 0,0350 1,524 220 0,625 0,159 0,705 0,0350 1,524 220 0,625 0,159 0,705 0,0350 1,524 220 0

°

0 0,0350 0,0350 22Ó

°

°

°

0,0350 0,0350

4

20

°

°

°

0,0350 0,0350

Totale hoeveelheid gevormd water in kg.

Tempe- Totale hoeveelheid water in kg gevormd bij T~tale hoeveelheid ratg.ur

I !I III

IV

gevormd water in kg in C reEj,ctie re;3.ctie reactie reactie I+II+III+.IV

20

°

°

°

,0 80

°

,0 0 0 .85 0

o ,

0

°

90 0,00176 O;-P001742

°

0,0019342 95 0,00716 0,0'01038

°

0,008198 100 0,01769 0,003440 0 0,02113 105 0,03280 0,00634

°

0,03914

0

110 11.5 0,0522 0,0747. 0,02160 0,01165 0,000174 0,000661 0,09696j1 0,064024 120 0,0997 0,03780 0,001055 0,138555 125 0,1276 0,0640 0,002634 0,194234 130 0,1584, 0,0924 0,00725 0,25805; 135 0,1930 0,1209 0,01761 , 0,33151 140 0,2325 0,1492 0,03645 0,41815 145 0,2768 0,1777 0,0664 0,5209' 150 0,3268 0,2064 9,1067 0,6399 155 0,3830 0'2345

,

. 0,1564 0,7739 160 0,4460 0,2630 0,2145 0,92:35 165 1,080 0,5285 0,824 2,4325 170 1,757 0,794 1,492 4,043 175 2,474 1,060. 2,212 5,746 180 3,215 1,325 2,966 7,506 185 3,984 1,594 3,758 9,336 ,190 4,77 1,855 4,56 11,185 195 5,57 2,122 5,42 13,112' 200 6,42 2.385 6,36 15,165

0

205 210 7,36 8,38 2,655 2,920 7,40 8,56 17,415 19,860 215 9,43 3,182 9,73 22,342 220 10,48 3,448 10,91 24,838 220 13,60 4,245 14,43 0,175 32,450 22:0 16,73 5,04 17,94 0,349 40,059 220 19,85 5,83 21,48 0,525 47,685 220 23,00 6,63 25,00 0,698 55,328 220 25,35 7,10 28,44 220 25,35 7,10 28,44 0,873 61,763 220 25,35 7,10 28,44 1,049 61,939

Tabel 26

Netto overblijvend aan p-tolueencarbonzuur in kg.

Tempe- Vorming van Verbruik aan Netto overblijvend rats-ur p-tolueencarbonzuur p-tolueencarbonz.uur in kg .

in' C in kg totaal in kg totaal

volgens reactie I volgens reactie III 1 - III 20

°

°

0 80

°

°

°

85 0 0 0 90 0,00754

°

0,00754 95 . 0,0306

°

0,0306

0

100 _l.05 0,0756 _9,1405

°

0,0756

°

0,1405 110 0,2228 0,000658 0,222142 115 0,3200 0,002498 0,317502 120

Q,4267

O,003984 0,422716 125 0,545 0,00995 0,53505 130 0,.678 0,02740 0,65060 135 0,826 0,0666 ,0,7594 140 0,995 0,1375 0.,8575 145 1,183 0,2500 0,9330 150 1,397 0,403 0,994 155 1,638 0,591 1,047-160 1,908 0,810 1,098 165 4,620 3,106 1,514 170 7,52 5,63 1,89 175 10,57 8,35 2 22

,

180 13,74 11,21 2,53 185 17,02 14,18 2,84 190 20,40 17,23 3,17

0

195 23,80 20,47 3,33 200 27,45 24,04 3,41 205 31,47 27,95 3,52 210 35,88 32,3 3,58 215 40,3O 36,7 3,60 220 44,80 41,25 3,55 220 58,2 54,5 3,70 220 71,5 67,75 3,75 220 85,0 81,1 3,90 220 98,3 94,4 3,90 220 108,4 107,4 1,0 220 108,4 107,4- 1,0 220 108,4 107,4 1,0

Netto overblijvend aan terephthaalzuur.

Tempe- Vorming van Ontleding van Netto overblijvend ratg.ur terephthaalzuur terephthaalzuur in kg

in C in kg totaal in kg totaal

volgens reactie III volgens reactie IV III - IV

220 50,4

°

50,4 220 66,6 0,2480 66,352 220 82,8 0,495 82,305 220 99,0 0,744 98,256 220 115,3 0,992 114,308 220 131,2 1,240 129,960

0

220 131,2 1,488 129,712

o

Tabel 28

Totale vormingssnelheid van N20 in mOlen/min.

Tempe- Vorming~snelheid van N₂₀ in Totale vormingssnelheid

ratg.qr in molen/min

in C reactie I reactie I1 reactie IV I+II+1V

20

°

°

°

80

°

°

°

85 0 0

°

90 0,232 0,02685 0,25885 95 0,696 0,1342 0,8302 100 1,385 0,296 1,681 105 2,007 0,529 2,536

0

110 2,540 0,824 3,364 115 2,992 1,548 4,540 120 3,344 2,75 6,094 125 3,670 4,11 7,780 130 4,09 4,42 8,51 135 4,59 4,42 9,01 140 5,19 4,42 9,61 145 5,86 4,42 10,28 150 6,63 4,42 11,05 155 7,49 4,42 11,91 160 8,275 4,42 12,695 165 8,97 4,42 13,39 170 9,56 4,42 13,98 175 10,11 4,42 14,5:3 180 10,52 4,42 14,94 185 10,86 4,42 15,28 190 11,10 4,42 15,52 195 11,27 4,42 15,69 200 12,07 4,42 16,49

0

205 Jl.3 , 54 4,42 17,96 210 14,53 4,42 18,95 215 14,76 4,42 19,18 220 14,76 4,42 0,746 19,926 220 14,76 4,42 0,746 19,926 220 14,76 4,42 0,746 19,926 220 14,76 4,42 0,746 19,9~6 22.0 14,76 4,42 0,746 19,926 220 0 0 220 0

°

0,746 0,746 220 '0

°

0,746 ,·9;746

Totale vormingssnelheid van e0 2 in molen/min.

Tempe- _{Vormingssnelheid van e02 in} Totale

vormings-ratuur snelheid in molen/min

in oe reactie 11 Reactie IV 11 + IV 20 0 0 80 0 0 85 0 0 90 0,0537 0,0537 95 0,2685 0,2685 100 0,591 0,591 105 1,057 1,057

0

110 1,648 1,648 115 3,095 3,095 120 5,50 5,50 125 8,22 8,22 130 8,84 8,'84 135 8,84 8,84 140 8,84 8,84 145 8,84 8,84 150 8,84 8,84 155 8,84 8,84 160 8,84 8,84 165 8,84 8,84 170 8,84 8,84 175 8,84 8,84 180 8,84 8,84 185 8,84 8,84 190 8,84 8,84 195 8,84 8,84 200 8,84 8,84

0

205 8,84 8,84 210 8,84 8,84 215 8,84 8,84 220 8,84 2,387 11,23 , 220 _{8,84 2,387 11,23} 220 8,84 2,387 11,23 220 8,84 2,387 11,23 220 8,84 2,387 11,23 220 0 2,387 '?,387 22'0 0 2,387 2,387' 220 0 2,387 2,387

Tabel 30

Totale vormingssnelheid van N2 in mOlen/min.

Tempe- _{Vormingssnelheid van N2 in} Totale vormingssnelheid

ratg.ur in mOlen/min in C reactie II reactie IV 11 + IV 20

°

°

80

°

°

85

°

°

90 0,01341 0,01341 95 0,0671 0,0671 100 0,148 0,148 105 0,264 0,264

0

IlO .0,412 0,412 115 0,774 0,774 120 1,38 1,38 125 2,06 2,06 l30 2,21 2,21 135 2,21 2,21 140 2,21 2,21 145 2,21 2,21 150 2,21 2,21 155 2,21 2,2'1 160 2,21 2,21 165 2,21 2,21 170 2,21 2,21 175 2,21 2,2'l-180 2,21 2,21 185 2,21 2,2'1 190. 2,21 2,2'1 195 2,21 2,21 200 2',21 2,21

0

205 2,21 2,21 210 2,21 2;21 215 2,2'l- 2,21 220 2,21 0,298 2,51 220 2,21 0,298 2',51 220. 2,21 0,298 2,51 220 2,21 0,298 2,51 220 2,21 0,298 2,51 220

°

0,298 0,298 220

°

0,298 0,298 220

°

0,298 0,298

WaI'IILteontwik~eling voor reacties I, 11, 111 en IV., totaal. in, kcal/min.

Tempe- Tijdstip van- Warmteontwikkeling in kcal/min. Totale

warm-rata-ur af het begin

teointwikke-in C in min. Reactie :r

II

III

IV

ling i n ' kcal/min. 20 5 0 0 0 0 80 7,143 0 0 0 0 85 7,321 0 0 0 0 90 7,500 42,35 1,88 0 50,23 95 7,67~ 127,0 39,40 0 166,40 100 7:,857: 25,3,2 86,6: 0 339,8 1.05 8,035 366,8 155,0 0 521,8

0

₁₁₅ 110 _8,392 8,214 464,3 546. ", _454,0 241,5 2,61 _{7,38 1007,38} 708,41 120 8,571 610 807 14,77 1431,77 125 8,749 670 1201 23,9.0 1894,90 130 8,928 7/47 1295 69,50 2111,50 1.35 9,106 839 1295 156,8 2290,8 140 9;285 948 1295 283,3 2526,3 145 9,463 1070 1295 453,0 2818,0 150 9,642 1210 1295 607,5 3112,5 155 9,821 1367 JL295 749 3411 160 10,000 15J.2 1295 873 3680 165 11,666 1639 1295 984 3918 170 13,334 1750 1295 1081 4126 175. 15 000 ,

,

1849 1295 1161 4305 180 16,666 1921 1295 1223 4439 185 18;.334- 1983 1295 1274 4552 190 20,000 2030 1295 1309 4634 195 2'1,666 2055 1295 1386 4736 200 23,334 2203 1295 15JL9 5017

0

205 25,000 2414 1295 1725 5494 210 2'6,668 2,660 1295 1865 5820 215 28,332 2694 1295 1898 5887 220 30 2694 1295 1898 200 6087 220 35 2694 1295 1898 200 6087' 2'20 . _{40 2694} 1295 1898 200 6087 220 45 2694 1295 1898 200 6087 220 50 2694 1295 1898 200 6087 220 55 0 0 0 200 200 220 60 0 0 0 200 200

0

0

Tabel 32

Warmteontwikkeling voo~ reacties I, 11, 111 en

IV,

totaal per temperatuurtraject in. kcal.

Tempe- Tijdstip van- Warmteontw. in kcal/temperatuUirtraject ratg.ur af het begin

in C in min. Reactie I 11 111

IV

20 5

_°

_°

_°

80 7,143

°

°

°

85 7,321 0 0 0 90 7,500 7(,59 1,418 0 95 7,678 23,22 7',03

°

lOO 7,857. _ 45,3 15,50

_°

l.05- 8,035 65,3 27,62 0 110 8,214 83,0 43,15 0,469 115 8,392 97,4 80,9 1,312 120 8,571 107,75 131,82 .2,798 125' 8,749 119,4 213,8 4,255 130 8,928 133,8 231,1 12,43 135 9,106 -149,2 230,8 28,95 140 9,285 169,7 232,0 50,7 145 9,463 190,5 230,9 80,6 150 9,642 216,5 232,0 108,8 155 9,821 240,1 232,0 134,0 160 10,000 270,5 232,0 156,4 165 11,666 2734 2160 1641 170 13,334 2915 2160 1803 175 15,000 3:075 2160 19;55 180 16,666 3202 2160 2020 185 18,334 3305 2160 2128 190 20,000 3380 2160· ,2230,5 195 2.1,666 3430 2160 2308 200 23,334 3675 2160 2534 205 25,000 4047 2160 2816 210 26,668 4430 2160 3112 215 28,332 4485 2160 3162 22.0 3·0 4495i 2160 3166 220 35 13470 6475 .9490 1000 220 40 13470 6475 9490 1000 220 45 1347q 6475 9490 1000 220 50 13470 6475 9490 1000 220 55

_°

0

°

1000 220 60 0 0 0 1000

Tota1~

warm:-I teontwikke-1ing in kcal. _ 9,008 30,~5 60,53 9'2,65 126,619 178,442 242,368 337,455 377,33 408,95 452,4 502,0 557,3 606,1 658,9 6535 6878 7170 . 7382 7593 7770,5 7898 8369 9023 9702 980?, 9821 3.0435 30435; 30435· 30435 1000 1000

'I

Totale warmteontwikkeling voor reactie I, 11, 111 en IV '[§fJ:

fh

k:cal vanaf het begin •

Z?

.... " ..

/

,

Tempe- Tijdstip van- _{Warmteontw. in kcal vanaf het begin &otale}

warm!te-ratsur af het begin ontwikkeling

in C in min. Reactie I 11 111

IV

. in kcal

20 5 0 0 0 0 80 7,143 0 0 0 0 85 7,321 0 0 0 0 90 7,500 7,59 1,418 0 9,008 95. 7,67H 30,81 8,45 0 39,26

0

lOO 105 7,857 8,035 141,4 76,1 23,95 51,57 0 0 100,05, 192,97' IlO! 8,214 224,4 94,72 0,469 319,589 115 8,392 321,8 175,6 1,781 499,181 120 8,571 429,6 307,4 4,570 741,570 125 8,749 549,0 521,2 8,834 107:9,034 130 8,928 682,8 7~52, 3 21,26 1456,36 135 9,106 832,0 983,1 50,21 1865,31 140 9,285 1001,7 1215,1 100,9 2317,7 145 9,463 1192,2 1446,0 181,5 2819,'7 150 9,642 1408,7' 1678,0 290,3 3377,0 155 9,821 1648,8 1910 424,3 3983,1 160 10,000 1919,3 2142 580,7 4642 165 l'J.,666 4653 4302 2222 11177 170 13,334 7568 6462 4025 18055 175 15,000 10643 8622 5960 25225 180 19,666 13845 10782 7980 32607 185 18,334 17150 12942 10108: 40200 190 20,000 20530 15102 12338 47970

0

195 200 21,666 23,334 27635 23960 11262 19422' 14646 17180 55868 65237' 205 25,000 31682 21582 19996 73260 210 ,26,668 36112 23742 23108 .82962 215 28,332 40597 25902 26270 92769 220 30 45092 28062 29436 102590 220 35, 5856~· 34537 38926 1000 133025 220 40 'ë2P32 41012 48416 2000 163460 220 45 85502 47487 57906 3000 193895 220 5,0 98912 53962 67396 4000 224330 220 55 109202 57742 76696 5000 248640 220 60 109202, 57742 76696 6000 249640

ti

\rJ

~I/v-.~

Q

o

voor de oxydatie van p-xyleen tot terephthaalz.uur. Door: G.H. van Dorth.

o

r ,.

o

o

0

'voor de oxydatie van p-xyleen tot terephthaalzuur.

Eerst worden de warmtehoeveelheden die in de verschillende

perioden (aangegeven op blz.l) toe- o~ a~gevoerd moeten worden; berekend. Dan wordt door vergelijken van deze uitkomsteEl.

he-slist in welke periode de warmtewisselaar zijn maximale capaci-teit moet hebben. Daarna wordt de grootte van de warmtewisselaar berekend voor die maximale capaciteit.

A., Berekening van de warmtehoeveelheden, die in de verschillende perioden toe- o~ a~gevoerd moeten worden.

Ie periode:

Vullen van de reactor met 95 kg p:-xyleen en 95 kg HN03-:-30% 'in 5 minuten.

Hierbij wordt geen warmte toe- o~ a~gevoerd. 2e periode:

Opwarmen van 95 kg p-xyleen en 95 kg HN03-30% van 2000

tot 16000 in 5 minuten met behulp van een verwarmingsspiraal, waarin stoom van 17000 (8 ata) condenseert.

De condensatiewarmte van deze stoom is 488,7 kcal/kg. Soortelijke warmte van p-xyleen: 0,392 cal/gram 00 bij 20°0 en 1 atm.

Soortelijke warmte van HN0

3-3ü%: 0,730 cal/gram

0_{0 bij}

20°0 en 1 atm.

-: ~/~

:

S.oortelijk gewicht van p-xyleen: 0,8611. Soortelijk gewicht va~ HN0

3-30%: 1,1800.

Bij de berekeningen wordt aangenomen, dat voor de soortelijke warmten en voor de soortelijke gewichten de additiviteit geldt. B'erekening van de benodigde hoeveelheid

Voor 95kg p-xyleen: 95 x 140 x 0,392

=

Voor 95kg HN0 3-3ü%: 95 x. 140 x 0,730 = warmte: 5200 kcal. 9700 kcal.

-14900 kcal.

o

o

3

-Deze hoeveelheid warmte moet in 5 minuten toegevoerd worden; per uur zou dit zijn: 12 x 14900

=

178800 kcal.

In deze periode begint reeds de oxydatie van p-xyleen, waarbij aan reactiewarmte vrijkomt 4642 kcal. Voor het bepalen van de maximale capaciteit van de warmtewisselaar is het beter om deze reactiewarmte niet in rekening te brengen.

Berekening van de benodigde hoeveelheid stoom. De toe te voeren hoeveelheid warmte is:

a. wanneer ge'en rekening gehouden wordt met de vrijkomende reactiewarmte 14900 kcal;

b. wanneer wel rekening gehouden wordt met de vrijkomende reactiewarmte: 14900 - 4642

=

10258 kcal.

P.er kg condenserende stoom komt vrij 488,7> kcal, zodat ~an

stoom nodig is:'

voor geval a. 14900 : 488,7 = 30,5 kg voor geval b. 10258 : 488,7

=

21,0 kg.

Berekening van de inhoud van het reactiemengsel. 95 kg p-xyleen = 95 : 0,8611 = 110,3 liter 95 kg HN0 3-3Wo

=

95 : 1,1800

=

80,5 liter 190,8 liter 3e periode: Toevoe(Sen van 665 kg HN0 3-30% in 2.0 minuten, terwijl de temperatuur stijgt van 160°0 tot 220°9. .

Berekening van de benodigde hoeveelheid warmte.

I

95 kg p-xyleen en 95 kg HN0₃-30% worden verder opgewarmd van 160°0 ,tot 220°0.

De toegevoegde 665 kg HN0₃-30% wordt, opgewarmd van 20°0 tot 2200C~ Dus~ voor 95 kg p-xyleen : voor 95 kg HN0 3-3ü% : voor 665 kg HN03-3~: 95

x

60

x

0,392

=

95 x 60 x 0,730 = 665 x 200 x 0,730 -2230 kcal 4160 kcal 97100 kcal 103490 kcal. In deze periode komt aan reactiewarmte vrij 97950 kcal.

o

o

Er zou dus volgens deze berekening nog 103490 - 97950

=

2540 kcal moeten worden toegevoerd in 20 minuten. Het is echter

waar-schijnlijker, dat de reactie zich zelf op gang houdt in deze periode, want er komt behalve de reactiewarmte ook nog

verdunningswarmte van het salpeterzuur vrij. Berekening'van de inhoud van het reactiemengsel. Berekend op p-xyleen en HN0 3-30%. 95 kg p-xyleen

=

95 0,8611 = 110,3 liter 760 kg HN0 3

-3.0% =

760 : 1,1800 = 640,1 liter 750,4 liter

De inhoud van het reactiemengsel in de tweede en in de derde (en volgende) perioden is dus resp. 190,8 liter en 750,4 lit~r~ Dit brengt met zich mee, dat de warmtewisselaar in de tweede periode slechts voor 1/4 deel effeqtief is; indien de spiraal eDkelvoudig is.

4e periode:

Uitwerken van de reactie bij constante temperatuur, 220°0, in 30 minuten.

Berekening van de af te voeren hoeveelheid warmte.

In de 4e periode moet de vrijkomende reactiewarmte afgevoerd worden; deze bedraagt 6087 kcal/min.

Dus per uur moet 60 x 6087

=

365200 kcal afgevoerd worden. Berekening van de benodigde hoeveelheid koelwater.

Er wordt gekoeld met water onder een druk van 10 ata, dit kookt bij 180°0.

~tel dat de begintemperatuur van

de eindtemperatuur 180°0 dan is dus 160°0.

het koelwater 20°0 is en de verandering in· temperatuur

De soo~telijke warmte van water is 1 kcal/kg °0.

Er moet in 30 minuten afgevoerd worden l82600 kcal, z.odat aan koelwater nodig 182600 :: 160 = 1140 kg.

5e periode :.

Afkoelen van het reactiemengsel van 220°0 tot 40°0 in 45 minuten.

o

o

-

5-Rerekeningvan de af te voeren hoeveelheid warmte.

Berekend op 620 kg verdund zuur en 130 kg terephthaalzuur. De soortelijke warmte van het verdunde zuur (salpeterzuur,

p-tolueencarbonzuur en azijnzuur) wordt gesteld op 1 kcal/kg oe. Voor de soortelijke warmte .van terephthaalzuur wordt die van phthaalzuur genomen,0,232 kcal/kg oe bij 200e en 1 atm.

De hoeveelheid warmte die· afgevoerd moet worden is dus

voor 620 kg verdund zuur : 620 X 180 X 1 = 111900 kcal voor 130 kg terephthaalzuur: 130 x 180 x. 0,232 =5400 kcal 117000 kcal. Deze hoeveelheid warmte moet in 45 minuten worden afgevoerd. Dus per uur moet afgevoerd worden 4/3 x 117000. = 156000 kcal. Berekening van de benodigde hoeveelheid koelwater.

Er wordt gekoeld met water onder.druk~. ... '.

Stel dat de begintemperatuur van het koelwater 2000 is en de eindtemperatuur 4000 dan is de verandering in temperatuur dus 20°C.

Er moet.in 45 minuten afgevoerd worden 117000 kcal zodat aan koelwater nodig is 117000 : 20 = 5850 kg.

B. De maximale capaciteit van de warmtewisselaar.

Door vergelijking van de toe- en af te voeren warmtehoeveelheden in de vier perioden zien we dat de 2e periode bepalend is voor de maximale capaciteit van de spiraal, dat wil zeggen voor het aantal windingen per lengte-eenheid want we hebben al vastgesteld, dat we i:"buis gebruiken in windingen met een diameter van 500 mm. Immers in de 2e periode moet per uur toegevoerd worden 178800 kcal, terwijl de spiraal dan slechts voor 1/4 deel effectief is door

de gedeeltelijke vul~ing van de reactor.

In de 4e periode moet per uur afgevoerd worden 365000 kcal, maar dan is de spiraal ten volle effectief.

c.

Berekening van de grootte van de warmtewisselaar voor de maximale capaciteit.

De warmte, die in de 2e periode toegevoerd moet worden, wordt gesteld op 180000 kcal/Uur.

o

0

Bij de berekening wordt gebruik gemaakt van een formule, afgeleid

in~boek ~n ~rnJ

blz. 626, voor een

verwar~ingsspiraal

met condenserende stoom, in een vat, waarin geroerd wordt.

=-U • .A1.G·

M.c.

waarbij: Tl = de temperatuur van de stoom

tI = de begintemperatuur van het reactiemengsel

~2

=

de eindtemperatuur van het reactiemengsel

Ui - de totale warmteoverdrachtscoefficient in kcal/m2oe uur A

=

het oppervlak van de

verw~rmingsspiraa1

in m2

o

= de tijd in uren

M . - de hoeveelheid stof in de reactor in kg

c

=

de s.w. van de stof in de reactor in kcal/kg oe.

U moet afzonderlijk berekend worden om A te kunnen vinden. Voor de~e berekening wordt gebruik gemaakt van de volgende vergelijking, uit de VDI-Wärmeatlas blz. Ma,

m n (:2-)P Nu = c .Re, .Pr •. '''''

Voor het geval van warmte overgang van een spiraal naar een vat waarin geroerd wordt is dit

Nu = 0,87.;,ReO,62. prO,33. (;w)0,14

Nu = fA·..D

_A

Re = V. _v ,.1:)

~

Pr

=7

voor water van 200e en 1 ata is'

À = 0,514 kcal/m oe uur

voor water van 200 en 1 ata is

~

=

1,004 x 10-6 m2/sec

d' R 1 x

us e

=

1,004

X

°

10-6

5 = 5 x 105

voor water van 200C en 1 ata is

D = 0,5 m D

=

0,5 m v

=

l.m/sec (aangenomen . wa~rde)

v

= 1,004 x 10-6 m2/sec = 3614,4 x 10-6 m2juuF. a

=

0,515 X 10-3 m2/uur Pr = 7' '1J

_'?VII

= 1 (aangenomen waarde)

Volgens nomogram op blz. Ma3 van de VDI-Wärmeatlas is voor dit geval Nu = 6000~