De produktie van acrylonitril volgens het sohio-proces

'0

o

o

o

o

o

o

o

o

I . I , I t .0 f . . f : t I

.

0.

1

I j , , Nr: 2573 .< 'I _, 1

Laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

S.E.L. WINTER en A. VAN DER BIE

onderwerp:

DE PRODUKTIE VAN ACRYLONITRIL

VOLGENS HET SOHIO-PROCES

BREDERODE 39 LEIDSCHENDAM ,adres: PROF. EVERTSLAAN 34 _DELFT

1-, .'

.

: , I , 1 opdrachtdatum: SEPt

.

',~.

f

'

8l . . MEI "84 verslagdatum :

; I

.

~

I

I

i

I

·1

,j,

. .; j j' I

}

, , j

..!

,

.

I·

I

, 1 I

I

l

, !

-.l

'.' ~ I . I '. , """. , \ ..

. ':r']

_.... .~' " .. " :'~"' . ... ~ •• 1 ...

o

o

o

o

o

o

o

... ,,-'yt... .. " ... . .... ,:.~,

o

.1 0'

v

I I 10

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

Afdeling der Scheikundige Technologie Laboratorium voor Chemische Technologie Julianalaan 156

2628 BL Delft

De produktie van acrylonitril volgens het Sohio-proces. fabrieksvoorontwerp -Opdrachtdatum Verslagdatum september 1983 mei 1984

A. van der Bie

Prof. Evertslaan 34 2628 XX Delft

S.E.L. Winter Brederode 39

I

1'-' ",' U J, " I I. Inhoudsopgave 2-A Samenvatting 2-B Conclusies en Aanbevelingen 3 Inleiding

4

Uitgangspunten voor het ontwerp 5 Procesbeschrijving

6 Proceskondities

7 Apparaatberekeningen 8 Massa- en Warmtebalans

9 Overzicht specifikatie apparatuur 10 Economische beschouwing 11 Symbolenlijst 12 Literatuurlijst Bijlage 0 Processchema Bijlage I Reaktorberekening Bijlage 11 Quench-berekening

Bijlage 111 Berekening absorptiekolom Bijlage IV Berekening stripperkolom Bijlage V Berekening HCN-kolom

Bijlage VI Berekening extraktie-kolom

Bijlage VII Berekening acetonitril-water scheiding Bijlage VIII: Berekening acrylonitril-xyleen scheiding Bijlage IX Berekening acrylonitril-zuivering

Bijlage X Process Step Scoring tabel

blz. 1 2 3 4r 8 10

17

18

29

35 38 40

41

42

51

52 54 56 58 59 60 61 63

v

IJ

I i -J I 1 -2-A Samenvatting.'

In dit verslag wordt een fabrieksvoorontwerp behandeld

van een acryloni trilfabriek .. die werkt volgens het

Sohio-proceE • Uitgaande van propeen, ammoniak en lucht wordt

40.000

ton acrylonitril per jaar geproduceerd met als

bijprodukten waterstofcyanide en acetonitril.

Het ontwerp is gebaseerd op 8000 draaiuren per jaar.

De gebruikte Bi-Mo-O katalysator geeft bij een conversie

van

85

% in de fluidised bed rea

ktor een

acrylonitril-yield van 51.4

%

.

De selektiviteit voor de vorming van

acrylonitril is dan

60.5

%

.

De yield voor acetonitril en waterstofcyanide is resp.

1.3% en 22.1%.

Economisch wordt het proces gekarakteriseerd door een

ROl van - 8.3

%

en een NCW van -59

r

v

V'

(bij een proj

ekt-loopti~d van 10 jaar)~ De benodigde investering bedraagt

2

-2-B Conclusies en aanbevelingen.

1. Het in dit verslag gepresenteerde

fabrieksvoor-ontwerp is economisch onrendabel.

Dit is voornamelijk te wijten aan de lage

selek-~) tiviteit van de gebruikte katalysator voor de

vorming van acrylonitril.

2. Het is mogelijk gebleken met het

Process-simu-' ____ J latieprogramma scheidingsberekeningen uit- te voeren. aan thermodynamisch sterk niet ideale mengsels.

Vloeistof-vloeistof evenwichten kunnen berekend

worden met de NRTL-vergelijking of met de

UNIFAC-~ methode.

, - ,J

3.

Het verdient aanbeveling een poging te doen om

4.

in het bezit te komen van kinetische gegevens van

een katalysator met een hogere selektiviteit voor de vorming van acrylonitril.

Een proces, gebaseerd op een dergelijke katalysator, zou economisch aantrekkelijker blijken dan het

hier gepresenteerde proces.

Het verdient aanbeveling het ontwerp van de diverse

I

:~J

. ..J

3

-3. Inleiding.

In dit verslag wordt een fabrieksvoorontwerp behan-deld van een ac~lonitrilfabriek die werkt volgens het Sohio-proces. (1), (2 ) , ( 3 )

Bij dit proces wordt propeen met ammoniak en zuurstóf katalytisch omgezet naar acrylonitril. Als voornaamste bij-produkten ontstaan waterstofcyanide en acetonitril. De

gebruikte katalysator is van het bi-funktionele Bismuth-molybdeen-zuurstof (Bi-Mo-O) type. Als reaktor wordt vaak een fluidized bed reaktor gebruikt. De produkten, die zich in het reaktor-effluent bevinden, worden bij het Sohio-proces geabsorbeerd in water. Men krijgt dan te maken met thermodynamisch sterk niet-ideale mengsels, waarin o.a. ontmenging optreedt, een heteroazeotroop acrylonitril-water, en een azeotroop acetonitril-water voorkomen.

Bij dit fabrieksvoorontwerp is getracht de scheidings-berekeningen voor deze mengsels uit te voeren met het

PROCESSsim simulatieprogramma. Bij het ontwerp is uitgegaan van een fabriek met een kapaciteit van 40.000 ton acrylo-nitril per jaar.

De totale produktiekapaciteit voor acrylonitril be-droeg in 1975 106 ton per jaar in West-Europa en 750.000 ton per jaar in de V.S. Van de geproduceerde hoeveelheid wordt in West-Europa 80% en in de V.S. 60% gebruikt voor de fabrikage van acrylvezels. Het bijprodukt

waterstof-cyanide wordt voornamelijk gebruikt voor de bereiding van het monomeer methylmethacrylaat. Voor het geproduceerde

açe-tonitril bestaan slechts beperkte toepassingsmogelijkhe-den, voornamelijk als selektief solvent bij de scheiding van diënen en olefinen. (4)

v v I v v

4

-4. Uitgangspunten voor het ontwerp. 1) Kapaciteit.

Bij het ontwerp is uitgegaan van een produktiekapaciteit

van 40.000 ton acrylonitril per jaar. Tevens i~ er

gere-kend met 8000 draaiuren per jaar. (dus een stroomfaktor van 0.913).

2) Grond- en hulpstoffen.

De volgende grond- en hulpstoffen worden gebruikt: (5) a) 'chemica1 grade ' propeen, met als samenstelling 95%

propeen en 5% propaan.

Er wordt aangenomen dat dit als verzadigde damp bij

_20°C en een druk van 3 bara beschIkbaar"is.

b) 'ferti1izer grade ' ammoniak, met de volgende

samen-stelling: 99.5 wtr~oniak, 5000 ppm water, 5 ppm olie.

o

c) lucht, met een temperatuur van 25 C, een druk van 1 bara, en een luchtvochtigheid van 70%.

d) een 30r~zwave1zuur oplossing in water.

3) Afvalstromen. a) Gasspui.

Jaarlijks gespuide hoeveelheden: kooldioxide: CO 2 4.92 • 10 4 _{ton/jaar" -: ;} zuurstof

·

°2 1.07 10 4 _ton/jaar

·

stikstof

·

N 2 42.7 10 4 _ton/jaar ~

·

propeen

·

C~ _{0.92 10}4 _ton/jaar

·

3 • water

·

_·

H₂0 2.74 _• 104 ton/jaar

In deze spuistroom bevinden zich ook (onbekende maar)

relatief kleine hoevee1heden-NH₃ (ammoniak),

ACRN(acry-lonitril), AC EN (acetonitril) en HCN (waterstofcyanide). Deze spuistroom moet daarom verwerkt worden door een incinerator.

I

, v

u

•

5

-Tabel 4.1. Enkele fysische konstan"ten van glmnd-, tussen-en eindprodu~ten.

NUMBER

or

DEFINEO COMPS

=

co~p ~o 1 COMP NO COMP

rvr

t,1E~ NO 'H"iE: 1'10L 'tIT ~8P, DEG C srD CO'llD.LIO SP CR Df.~ API Kr.S/"l3 UOP K TC, OF.>:; C PC, KP1\ VC, CC/G-"lOLt:

ze

ACE ~H R I e r AC r., 0 L ~ R V () L , CC H F' ~ R ~H. T I 0 ~{ G F' !) R '1 f\ T I t) ~I C')M? rYp LIB NO N .1\ '·1 E; MOL ..Ir N8P, Df.G C S T D C 0 ~lD • L I n SP GR QEG API KGS/'O UOP K TC, DEG C PC, KP.\ VC,CC/G-MOLE ZC ACE ~ 'r R l e F 1\ C MOL A RVO ti CC fJ fOR"IATIóN G FOR\lATIO~1 PROPENE LII'RARY 110H~150 PROPF:NE: 42.081 -47.7(}~ 9 9 11 OEfINED COMPO~ENTS 2 3 4 ACRN ~CEN HCN LIBRAR~ 14010'~2 . 14(JIBRAI\Y /H0010 1520110 L~ BRAR 'i ACRr-1 _{ACE'" HCN} 53.i7'64 41.053 27.2126 77.300 Bl.6{j0 25.7':1<' o S113 ().7866 0.699~ 4L921 4fl,387 7i}.9:~2 B09~5a7 784 987 6q7

6

563 10. 716 ~'1.9473 11,. ~49 267. '·HhJ 74.700 18l,;}Oö 4134.059 4833.22'3 4954.793 210i0~0 173.~30 139

I

~)~,

a

0

0

.264 933 0.1836 0.321 o ~.4J.;' 814 66.241 52,837 39,685 184.219 87.5fj4 135.234 ;~. @ 0.0 3.0 6 7 B ~1113 02 H2:>

rJrBRAR~ ~I~RARY LltjRARY 1602002' 15;.)2017'0 1502020;:1 :H~3 02 !i20 17.031 31.99~ 16,O15 -33.400 -18?'.C)t:(:i 1 :~ () • ~H'I () °,61 89 1.127~ 0~999ó 9 .142 -6.0:.>~ 1,.1.063 617 M\i~ 1125.173 997.497 12

2t

07 4.8380 9 7615 132. 4~H' -11 EI .4;10 374.2(1~' 112~7.714 5J76.3B3 22119.246 72~470 76.4;'.I~ 55 4'~0 f\ 428 0.32114 fl. ~ 277 ~.252 0.319 t).348 28. Uq Î. El. 4:} 0 18.137 -46.222 ~\. ;) ... 241.997 0.0 0 •. 1 ~. v.l _ . - --

-v

I

6 -b) Waterspui.

Jaarlijks gespuide hoeveelheden:

3

HiO : 6.05 • 10 ton/jaar

ACEN : 0.083 ton/jaar

(concentratie is ca. 14 ppm (wt). 4) Utilities.

Naast de utilities zoals vermeld in de handleiding F.V.O.

(6) is gebruik gemaakt van

a) een 'koud-watert-systeem met b) verzadigde stoom: p = 3 bara p =10 bara

als ontwerptemperatuur 7°C en T = 150°C

T = 181°C

51

Fysische konstanten.

In tabel 4.1. zijn de fysische konstantén voor enkele

grond-, tussen- en eindprodukten weergegeven.

.

.

Voor de twee azeotropen zijn de kookpunten en samenstel-lingen in tabel 4.2. vermeld.

Tabel 4.2. Kookpunten en samenstellineen van de azeotropen

ACEN/water en ACRNjwater. 7)

~~

;

/ ' samenstelling in %

compóneÏlten kooktemperatuur in bovenste onderste

(oc) _{azeotroop laag laag}

Acetonitril 76.5 83.7

water 16.3

Acrylonitril 70.6 85.7 96 .. 8 7.3

I

IV

I

I

7 -6) Explosiegrenzen, giftigheid.

a) Enige gegevens betreffende grondstoffen en produkten zijn in onderstaande tabel weergegeven.

Tabel 4.3. TLV -, MAK - en reukgrenswaarden,

explosie-grenzen en flashpoints voor ammoniak, propeen, acetonitril, acrylonitril en waterstofcyanide.(8)

1 ( À.t- '>v J -"'-.'1"" ..

TLV MAK reukgrens explosie- flashpoint

[component (ppm) (ppm) (ppm) grenzen (%) (oC)

NH 3 5 25 5 15-29 C= 3 2-11.1 -72 ACEN 40 40 3-16 2 ACRN 20 4 20 2.8-28 HCN 10 10 2 5.4-46.6 -20,'

De nitrilen z1Jn zeer giftig. Blootstelling aan deze stof-heeft zwaar lichamelijk letsel of de dood tot gevolg.

Bij het werken met deze stoffen (bijvoorbeeld bij onder-houdswerkzaamheden, of het opruimen van kleine lekkages)

( moet dan ook speciale beschermende kleding (geen leder,

V ... j-

I

want dit wordt aangetast door acryloni tril) en

adem-t;.

:

""

.~.;!j() i halingsapparatuur (persluchtmaskers) gebruikt worden.

,0-., .. ;./'" Dit vereist speciale training van operators, brandweer eta.

De hierboven genoemde stoffen geven ook zeer explosieve mengsels met lucht. Hierdoor moet speciaal aandacht besteed worden aan het samenvoegen van de grondstoffen en aan het opstarten van de reaktor.

b) De nitrilen hebben de neiging tot polymeriseren bij verhit-ting. Er moet daarom een polymerisatie-inhibitor toege-voegd worden. Desondanks zal er waarschijnlijk toch

vervui-ling optreden in warmtewisselaars en reboilers. Deze

moeten daarom zo geconstrueerd worden dat ze goed te reini-gen zijn.

~J

,--I

- 8 -5. Procesbeschrijving.

Het proces wordt aan de hand van het processchema (Bijlage 0 ) beschreven.

Lucht, met een druk van I bar, wordt door kompressor C4 gekomprimeerd tot een druk van 3 bar en wordt gemengd met ammoniak uit verdamper Hl. Dit gasmengsel wordt in het fluid-bed geleid. Bij de verdeelplaat wordt propeen aan het mengsel

toegevoegd. Het dan ontstane gasmengsel is explosief (zie f ig. 5.1.).

-.Io\.~

N\-\:.

'-1~ Fig.5.1. Explosiegrenzen van het

ingaande reaktor-gas~engsel(

93=:6.67

vol% NH_{3 .8.33} vol%, lucht: 85 vol% )

o

~ ab. .

_.-

_

___

.

_

_

_

> -.ho..

-J~

c

"-I'" ·l..o ~ ",",0 3

Bij het opstarten van de reaktor moet het bed eerst opgewarmd worden door hulpbranders, terwijl het bed wordt gefluidiseerd met lucht. Als de temperatuur van het bed boven de zelfont-brandingstemperatuur van propeen is gekomen, kan propeen in de reaktor worden geleid. De branders kunnen dan uit omdat de verbranding van propeen het bed op temperatuur houdt. Vervolgens kan ammoniak worden toegevoegd en met het

koel-o

systeem kan de bed temperatuur op 460 C worden afgeregeld. In de reaktor vindt de ammoxidatiereaktie plaats. De reaktie-warmte wordt afgevoerd door middel van een vertikale reaktie- warmte-wisselaar waarin h.d. stoom wordt geproduceerd. De verti-kale pijpen van de warmtewisselaar fungeren tevens als bellenbrekers.

Het gas dat het fluidbed verlaat, wordt gequenched met een 30% zwavelzuur oplossing. Het gas stroomt dan in een absorp-tie kolom T5. In deze kolom wordt een ammoniumsulfaat/

zwavelzuur-oplossing rondgepompt. Het niet omgezette ammoniak reageert hier tot ammoniumsulfaat en de reaktieprodukten

ACRN, ACEN en HCN worden door de oplossing geabsorbeerd. De inerte gassen, zoals N

2, CO2 en propeen, worden naar een incinerator.geleid waarna ze gespuid worden.

I

1\./

I '--' I

9

-Een deel van de absorptievloeistof wordt naar de

stripper-kolom T8 gevoerd. In deze kolom worden onder verlaagde druk

ACRN, ACEN en HCN uit de ammoniumsulfaat oplossing gestript met behulp van stoom. De ammoniumsulfaat-oplossing wordt naar een kristallisator geleid. Het topprodukt komt na

kon-densatie in de HCN-kolom T12. Omdat HCN in dit mengsel de

grootste vluchtigheid heeft wordt het eerst van ACRN, ACEN en water gescheiden in deze destillatiekolom. Het

bodem-produkt bevat het acrylonitril en acetonitril. Aangezien r~

de relatieve vluchtigheden van deze komponenten vrijwel

f

-gelijk zijn, ~n scheiding niet met een gewone destillatie

plaatsvinden. De oplossing wordt daarom verder verdund met

---

_

"

.

~

_

..

water en naar kolom Tl9 geleid waar extraktie met p-xy .fe·en·---~,ut- M

plaatsvindt. De waterige bodemstroom wordt naar

destillatie-kolom T27 gevoerd. Als topprodukt wordt hier een acetonitrill

water mengsel verkregen. Het bOdemprodukt is water dat voor het grootste gedeelte naar de extraktie wordt teruggevoerd. De xyleenstroom komt als topstroom uit de extraktiekolom

en gaat naar destillatiekolom T21. In deze kolom wordt de

teruggewonnen xyleen bodemstroom naar de extraktie terug-gevoerd. Het topprodukt acrylonitril met nog ca. 2.5 mol%

water wordt verder opgewerkt in kolom T26. De

hetero-azeotroop acrylonitril-water is hier het topprodukt. De acrylonitril-rijke fase wordt gebruikt als reflux, de water-rijke fase kan teruggevoerd worden naar de extraktie.

, '-I i ,.J 10 -6. Proceskondities. a) reaktor.

Als reaktor is een fluidised bed reaktor gekozen met een vertikale warmtewisselaar. Dit type reaktoren beschikt over een goede warmteoverdracht zodat een uitstekende

temperatuurregeling mogelijk is. Door de goede warmte-overdracht is ook de kans op een thermische explosie in de reaktor klein.

De vertikale warmtewisselaar dient tevens om de grootte

van de gasbellen in het bed te beperken.

De omzetting in de reaktor is berekjnd met het 'bubbling

bed'-model van Kunii en

1evenspie±~

Dit model is gekozen

omdat alle modelparameters gecorreleerd zijn aan de

diameter van de gasbellen in het fluidised bed. In dit

geval wordt de beldiameter bepaald door de pijpsteek van de warmtewisselaar.

Voor de berekening van de omzetting zijn gegevens nodig

over de reaktiekinetiek van de ammoxidatie van propeen.

Gegevens over de reaktiekinetiek, die ook inzicht geven

in de vorming van bijprodukten, zijn schaars.

Cathala en Germain~qgeven het volgende reaktieschema:

~" /acryloni tril", \'.

7.

T~~

~?

, ~. y ~b ~ C) '\';. acrolelne --:,. co, cO 2

~, t

'

i..~.t"l

Ä7

~ .... ace 0111 rl •

fig.

6.1

reaktieschema van de ammoxidatie van

propeen volgens Cathala en Germain.

In dit schema komt de vorming van HCN niet voor. Omdat

HCN bij de meeste industriele katalysatoren wel een

bij produkt is, wordt de reaktiesnelheidskonstante

van de HCN-vorming

geschat~L!!:~

dit F. V.O. i s verder de

.-/

1 Á.!~. I" t~·· ,', . I '\ .... ~ ..

I ,,'\" (: 'J .'\/ .... ~,J'/ .... A

--.J

i

'- J

-

11-vorming van acroleÏlle verwaarloosd, omdat de snelheids-konstante van deze reaktie klein is t.o.v. van de snel-heidskonstante van de vorming van acrylonitril.

Het voor de berekening van de reaktor gebruikte reaktie-schema ziet er nu als volgt uit:

~. ~acrylonitril~5

C= ~ ~~ i>~CO

)~~2. ~7 2

>acetoni tril

~1-~9 ~HCl'if

fig. 6.2 Het gebruikte reaktieschema.

De bij dit reaktieschema behorende (pseudo-)eerste o~de

reaktiesnelheidskonstanten zijn gegeven in tabel

6.1.

Deze kOl1stanten gelden voor een Bi-Mo-O katalysator met

een Bi/Mo-verhouding 1. De katalysator wordt verdund met silica.

tabel

6.1

reaktiesnelheidskonstanten

reaktie sne1heids~konstante 1/ gkat h

4.8

0.16 0.1

0.9

1.77

0.48

î

I !

(

(

! ,,/ ,j'./ D.,I.;/' , ~/,

De reaktorvoeding bestaat uit propeen, ammoniak, stoom

en lucht. De samenstelling van de voeding is volgens (12)

meestal als volgt:

03

5-8

%

NB)

5-10%

stoom 10-)0%

J • I ( 1-- ;"-'.' - 12 -'" .' ./.;--~ (,,(- / • .c -J1.,l.A"') /,).J A..yJ

stoom verbetert de werking van sommige katalysatoren door de reoxidatie te versnellen, of door de

verbrand--,

ing van armnoniak te versnellen. Aangezien in het ge-_, bruikte kinetische model deze invloed niet is terug te vinden, wordt in dit F.V.O. geen stoom aan de reaktor-voeding toegevoegd. De samenstelling van de reaktor-voeding

is dan als volgt:

cj

6.7

%

NH

3

8.3

%

lucht 85

%

De reaktorberekeningen en de resultaten daarvan zijn

weergegeven in bijlage

I.

b) luchtcompressor en arnmoniakverdamper.

Uit de reaktorberekening volgt dat voor de gewenste

acrylonitrilproduktie de volgende hoeveelheden voeding

Dan de reaktor toegevoerd moeten vlorden : 2.15 kg/s

1.09 kg/s 4.16 kg/s 14.68 kg/s Lucht is beschikbaar bij t=25 oe en p=1

I' ).,

i / '-='»

I.,.

bB.ra. De lucht

wordt met co~pressor C4 op een druk van 3 bara gebracht.

Bij isentropische compressie is hiervoor een vermogen benodigd van 2081.5 kW. De eindtemperatuur Vlli1 de lucht is dan 134 oe (berekend met Process).

ÀIi1moniak is beschikbaar als vloeistof onder een druk van 3 bara bij een temperatl.,ur van -10 oe. In verdamper H1

wordt het ammoniak in dampvorm gebracht. De

warmtebe-lasting van de verdamper bedraagt 1462.2 kW (berekend

met Process).

Het ammoniak wordt samengevoegd met de lucht en naar de

, C .I

~)

'.J

... .'

13

-het mengsel is 118 °C. Het mengsel is niet explosief.

Het propeen, beschikbaar als damp bij p=3 bara en t=

-20 °C, Vlordt apart naar de verdeelplaat van de reaktor

geleid, zodat pas daar een explosief mengsel kan ontstaan. c) quench.

Na de reaktor wordt het gasmengsel snel afgekoeld om

homogene gasfasereakties te stoppen. Het afkoelen

vindt plaats door het in de leiding spui ten van een (-:

zwavelzuuroplossing. Het zwavelzuur zal later in het

..

---

" , - - _ .

proces het ammoniak omzetten in a~,JIloniumsulfaat.

De berekening van de benodigde hoeveelheid

zwavelzuur-oplossing en van het koelend effect zijn weergegeven in

biJlage 11.

d) absorptiekolom.

In de absorpiekolom worden produkten en afval gescheiden.

. Acryloni tril, acetoni tril, HCH en ammoniak worden ge~

absorbeerd in een ammoniumsulfaat oplossing. De overige

gassen ( _{N2, 02'} C

3,

_{en CO 2 )} worden gespuid via een

incinerator.

//.1

....

"",J1\.A

rlJf""l;"

Om de oplosbaarheid van de inerte gassen zo gering moge- ~ ~/ ~

'l(f /J

lijk te houden wordt de absorber onder atmosferische

"~".;",

f"""

·

li·~\··

druk bedreven. De maximale temperatuur

vloeistof is op 45 °c gesteld.

van de absorptie- .

De berekening van de absorptiekolom is weergegeven in

bijlage 111.

e) stripkolom

De produkten acrylonitril, acetonitril en HCN kunnen

van de ammoniumsulfaatoplossing worden gescl~eiden door

strippen. In dit geval is gekozen voor strippen met

stoom omdat reboiled strippen problemen zou geven met aankorsting in de reboiler. Om te voorkomen dat

l u

14

-ongewenste polymerisatiereakties optreden wordt de kolom onder verlaagde druk bedreven, zodat de temperaturen niet

te hoog worden.

De berekening van de massa- en warmte balans over de kolom is weergebeven in bijlage

IV.

Het bodemprodukt van de stripkolom, de ammoniumsulfaat-oplossing, wordt naar een kristallisator geleid. Aan het ontwerp van deze kristallisator is in dit

F.V.O.

g~en aandacht besteed.

f) HCN -kolom.

Gezien de órote relatieve vluchtigheid van HCN wordt deze stof het eerst gescheiden van de acrylonitril/ acetonitril-oplossing d.m.v. atmosferische destillatie. De berekening van deze destillatie kolom is weergegeven in bijlage V.

g ) extractiekolom.

lTa de HCH-kolom bestaat de produktstroom uit een

water-iCe acrylonitril/acetonitril_oplossing.

Aangezien acrylonitril en acetonitril in deze oplossing

geli~ke relatieve vluchtigheden hebben kan scheiding

niet dLor middel van een eenvoudige destillatie

plaats-villden. In (41-) worden als mogelijkheden voor scheiding extractieve destillatie met water en extraktie met

:·:yleen genoemd.

lTa berekeningen met Process is gebleken dat het niet

',--,

/'~~"',,,

mOgelij

k was om in dit geval de scheiding uitte

voer-'\') "I \ ~",J

\\(: ) {' ren d·;"m.v. extraktieve destillatie. Daarom is gekozen

~ I,' i, 1'1.."

\

J

I'\! <,)voor extraktie met xyleen.

\~ ,} /,

'.1. \.

Voor de extraktie moet de produktstroom verder verdund

v/orden met water. Dit water wordt later teruggewonnen

bij de scheiding van acetonitril en water, en weer teruggevoerd naar de extrEctiekolom. Een deel V<:U1 de waterstroom wordt gepurced omdat ook de voeding van de

15

-De berekening van de extraktie kolom is weergegeven in

bijlage VI. r.iet het oog op de mengbaarheid van water en

xyleen is de kolom temperatuur op 25 oe gesteld. h) acetonitril-waterscheiding.

De waterige bodemstroom van de extractiekolóm bev&t het acetonitril. Het acetonitril wordt van het water

gescheiden d.m.v. destillatie. Het bodemprodukt van

deze kolom is het water, dat teruggevoerd moet worden

naar de extraktiekolom. Deze waterstroom, die van de

bodemtemperatuur van de destillatiekolom gekoeld moet

worden tot 25 oe, v!Ordt cebruikt om de voeding van de

destillatiekolom voor te verwarmen.

De berekeninG van deze destillatiekolom is weergegeven

in bijlage VII.

i) acrylonitril-xyleenscheiding.

De topstroom van de extraktiekolom bestaat uit xyleen

en acrylonitril. De scheiding tussen deze twee ko~ponen­

ten vindt plaats door destillatie onder atmosferische

druk. De xyleenstroom 'wordt teruggevoerd nE,ar de

ex-trEctiekolom. Aangezien deze stroom gekoeld moet worden

tot 25 oe wordt warmte uitgewisseld Ii"let de voeding van

de destillatiekolom.

De b(rekening van deze kolom is weergegeven in bijlage

VIII.

j) acrylonitril-zuivering.

Het topprodukt van de xyleen/acry

lonitril-scheidings-kolom bestaat uit acrylonitril met als verontreiniging

ongeveer 1~ water. Dit water wordt van het acrylonitril

gescheiden door destillatie.

Aangezien acrylonitril en water een heteroazeotroop

vormen is het topprodukt van deze kolom de

16

-heteroazeotroop gescheiden in een acrylonitril-rijke en

een water-rijke laag. De acrylonitril-rijke laag wordt

als reflux voor de destillatiekolom gebruikt.

De water-rijke stroom kan in het proces teruggevoerd worden ( naar de extractie). Aan deze recycle zijn in dit F.V.O. geen berekeningen uitgevoerd.

-De berekening van deze destillatiekolom is weergegeven

I .

17

-7.

Apparaatberekeningen.

Tijdens dit fabrieksvoorontwerp zijn geen gedetailleerde apparaatberekeningen uitgevoerd.

Van de verschillende kolommen zijn de diameter en de hoogte bepaald. Hiervoor wordt verwezen naar de bijlagen IIIt/m IX. In deze bijlagen is tevens een schatting gemaakt van het benodigde V.O. van de condensors en reboilers van de koloIT~en.

I I

Voor-v

.

IN

waarts

M

Q

M

. J

Q

I , I , '....J I I ....) 1&. S4.f lf9

6.

~ '--' locS" S I I I V '8.8lt ! 2.511·9 I 1.05

-

_9'3'5 v c. 'l'i ~c.Sl·c:l I

IV

I 1.1$ lbt..:s J nsl.?».o 2~.cS - sa'S)-c.1 vi ~l·lS ~~l'" .2. v 11.cS 2''3$6 .•

-

18

-8.

Massa -en

bal ans

Warmte

. l'-4C:HT

I@

étt

~...,

..

®

t

A1-\MC~~AI'<. ~ ~®' \-ia ~,. C»c:> 1:1 ₎ .~ Pf\c?ae~

..

"'~0 R2. ~TA"'<:>AA~:t! .. ~E«>\",~.ol ... M'I'f:

-~- - -

-

- -

..

H~ \<e.,.eL ... ~ @ - - - -~r - . .

_-Retour

UIT

M

M

Q

Q

I

I

I

C.1-'1 S'5S"" ·)_I.,.S" ~P"l

- -

-.

4

-

19

-' . ..} : _2.2..08 j~) -- • 2. 196b .• """''''''lil 0 ~. ~'l. _l1·a.~ 2.-....l\-~ ei:>

.

,

-GA':) • '5t"'-o. " 0 @ .a.lj 2.<jS

,.&

...

2."'l.~O

.®- --

\5'

-2. ~ I I:. ... 4.t -_A. '-.~ ~J "i _?I't

-

-

-

-

-

-'

-I ~S<->~.I ~I.,.

J® ___

J

I _~ '1''52.

- -

-

~

,

I r---,-i

\-\,.

!

2'1 ..

0

,Q

"l.~Q.c ~e\."",. _I~

--

\oIor:::,,!S L'oI. ~

'2.'1.

0 ~bs

q

'

'1

--6.10

_~

----I .9s~, t 'J

-,..

-.l

--... ~.IO

_-

®

-

_-

_{_}

_..

- ,

Ta

~ I : ~:''3S·1 ~r

I

~oaT's I I. I I @

.... Toc.'"

I r '--.

_•

.3: S. I I I

b-:.a.,

AM..,c>~. -:.--.Lt' ;r .1 / VJA .... EÇo,. • \-\~ ~6·~t ~lo'T.1 ~~c:.e

L....,.

}. \0',0 e l w. ~ ....J

.

lb·2.T

L1Lof ''1.1 , I

@

,-i 2 . 1 0

--

-

-I 1':.2..1 VAC,4"-4t-\ ~ VlO -''"-' ; ~~ .~.,-'-:" .. ,,~ .. '2.. 10

-@--I Ij 'lol

I

_.

_~ •

-

- 20 -'--' I _: . '1.10

i

~ I c:!. .2 • I

I

'12 ~ ~)

t

~ ~ ~-Hls .. O.'t4..t 2. c:: .. ~ Lot • '2. ,--,' _.. ~"TQc:.t-\ ~ "C.""~h

I

I

J

O.,L.! L\'t'i. ~ ....

'--1 S"LI.l2. '-I S"S~.a

I

CS 'i.l1 5"~~I.:' .J •• T';i ~b'S.a ~

I

-,; _, ~ : VI,.

,

.. ~

-

_{O.~I ~ l. S'} 10..

.

~ \;I~ b. c.e. -.) 'SG~.O

"'0.

el"". ~ 1 ... ~6 L-.,J. _b.C3~ t~b.c '·19

...

1""1. bLf

- -

- -I ' ~.a ___ J .b."'4'?:> .. '-JA'T e1\ _{, ,} ... ''S 2.'3. 0 ":>~'"I.e

-

- - -

-

- I-;-ll~ I..j.~b \...-I "i c9.~ .... )C'il.ee~ ---,,--; .. __ . ~ lOS .ol..

_{- --}

I

_-

.

2.'9'5' 15" 'tb. 2. I'lLf.,. ~

21 -'.J 2,. --. _e.\\ -;:: O.l.' ~c.. 'l i , , -~" . - -• -I " : '!. ...:.~~~

'4t.QS' '2.Lf,.~ i> \'-\.&'S ll&:!I.o

I'S.Ol. ~ ~ I~.i>lS

-

""-l-Slb.l. 1 . .'·"~'t.Q ~' IS.0l. "bl. ~ 1'1. sS'

-SS'1a.<;l _b'-lsl·a c. '.2,,-\ bs~·t \~ 0.'2.'1 \-S~.~ §SJ.. "l.'S.S '7. '-\. ':\-.I.j.~b ~.

-'':ia .... ' S.C4 ~ bo~"3' "1 i ".'t

b

b""ibo.~·- "" 2.'-ib l~lS.' I . ~I

I---.r---

l

-sL~o ~ ,. 7.'3.'2. 'Sb.~~ '3 ':l :S"S. ~ z ,...) . .

-~ t

1

®

I

I~' 1 \ . 1 I ·I .. • ... :.-.... ~~ -~.2.C ·1.10 ,.°L ~c:, I <!SI 't. S ... 30s~.J.. -.S-:p.'2

-'-t. "!:. b

kB

'':ia .'1 4.;. ~ b @ bs.~.a - 22 A,.<:.a'TQ ... \.,.~; ~ I -...,ATEt\. I

I

@

~·5S I . I2.Lt·1

.

." ... ; , 0.'1 '!. "'!.. 'i :. bc:s ; I ~. "l..e:. ', .. 2.~S ,,!>Q":l'~ ~.~S SoS.a i ; i 1.10 8~S'9 2. '1. ~ö :')'16.'1 ~ . "

.

.

~ <

C>.\~ u

2.,.

'l.. '-i S'i ·43 I.'-tO ~-'l.'l.S.O ~ 23 -V2.S

r

t

T~,.

,

1I i

.-JL

\-\2.~

.,.

..

~ I

.-.

~ ~\c:.c::.M ~ c..c::.."''''"e. ... ~ .... \ :'5₁,'1 Cl. \ ~ T ~

I

p I.:, .g AC.<;a.'1 LcN I\~'l. H~\

I

2.2.fl.S I .... -=>-E L V-.I • }:. \~=IS l '-IJ. ~ 2::p.

'.

r--:-V~l. <@ ("c.c.'tc.~ o.c, 1"!:1."t'1..~

i

~

Totaal

~ '1S~·?3

Massa

in kg/s

Warmte in kW

Fabri eks vooront werp

No:

2S,~

I

I I I

I

I

I ! a~.~

lob

1.. I L.jS"t.c

:..,.

I~S3:L~,~

24 -0

-d -..(I fI d

-lil

-

0

1/1 01 0 0

·

:L

-

-

:L ti! d al rl- d

-, I '-...)

:r

en

-0 ....0 _f'I ~ --4 _ri .; ₀

·

~ ri ~ :r -D d q1 :r d iO ~ -0 QI :r - ...!I

.

Q1

·

~ :t' :r al _L

-

-U1 d (11 01 d

•

M

r+-'"

01 0 0 L

-

.

.! ~ 01 -...Q d --4 _r+- d

-

-...0 IJl IJ)

-

-

_·

, 0 L ~ ~ :L E c IS. IJl 0 0 Q) ~ IJ.

~

-fJ ~ ~ 0 t .J

"

,.. ,.. ~ c: .J _..

..

, (I

,

IJl t ~ Q) _t .J _(} l- r)

..

c ~ _f- ~ _t 1 ₍₀ . ' 1 _J

..

IJ. 1

--~

r

_~

1 .

-

-I 0 0

..

_{t ~} I 11 ~ d IJ) ₀ 0.: l ₀

.-

r

.

-

..

_{el ~ ~} .J

E

0 .J _t

a

'.11 ~ r, z ~ e. 'lJ lil ') 0

~

f- a 0 J ₀

..

_{~ 4:} 0 _{~ ~ ! I}

1

"

~ ~ ( ₎ J-o ' t} IJ 17 z 1

_J

_} (

«

( cl ..J

e-

N <l:

-.

\

1

I

IV

,

E c-0 _Q)

11

-4-' C Cl) C 0 a. E 0

~

U 0 <l: ~ al ,..,

~

0 ~ ~

-

ó

til

~

t'I

~

~

:r 0 ~ IZ

0

.; _{0 0} T

--0 ~

-

~

·

:r 1

-at "'I

-

--0 co 0

·

..; 1 :r

-j4 (7"\ til

-

_',!;" l' 0 til rl rf' 0

·

.

()

-

.

(J .; 0 T

-~

l:, _IJ a _rJ 'j. t' l-.J .J .J lIJ

,

(I

--

1 0 ~ t ft:

"

.

-

r ~

,.

~ _I x ₁

--t-

.-~ 0 ~ ,. t 1 r:

t

_{0 1.}

.-

_t

,

₀

-

, 0 .J 0 0 ..J

"

I- 7' i !IJ e- t ;:

~

J IJ ~ I t 1 cl

«

j ..J

«

<! !Tl

-:r til ,.ti ₀ ('I r -0 til :' ti -..!l 0 r

á

0

"

,ti

~

-

11 \1 ri (J \11 0

.

_1.

-i

IJ ~

'"

1 1 0 1 ~ .1),1

..

lil é ft .J til (l 111 er ') 0

_~

,.

4 t! IC J

J

}

e-

N t+-V1 ;r lT1 0

--..d l ' :r -0

-'"

rl 0 ril :r f'I 111 ~ ~ (i ;r CD Q1

-<r

~ (T1 A 11 01 U1

-~ 0 cT'

-~ (]] 0

.

Ii ri

..

---

0 0 -4J 0 J-+-'

ro

ro

+-' lfl

c

<IJ +-'

c

<IJ

c

o

0.

E

o

U

"'-E

o

o

L +-' lf) c ,

d IV Ijl

..

L d

:r

.. I ...J L d til

-

.. _r4- :r _c-I IJl ,l- r" (IJ til a1 L

-

0 r (J 0

-d ~

-

_..

.. L .. V 0

--

_{/I !r} ~ _at

..

~ 1 til 0 r" L 0

-

0 ~ 0 E c ,... lil 0 0 Q) ~ IJ. IJ. "i

~

~ ~ _{J 3} ..J I> _{I- I-} ( C _..J .. ..J '!l _{I (J T _I! Q) .

-

(: J _{0 t! 1} Ij 1 C l I- ~ (I

.

-

1

.

-

u _J l- _{r ~} t ~ ~ _~ ;

~

rI 0

,-

J !i 0 .

-

.-

..J a. r _t .. " tl é ..J t 0 _I), ~ 'Il

E

0 ij Cl ~ 'j) 'il 7 0 _r T .J 0 I- ~

g

0 IJl ti t t

~

ij _t! c{ ~ _J U tl J r r 1 _{Co J} ") ,.., ct: ct: ~ :! ..J

«

...

<{

25

-.

0

'"

it1 d

rI

-,!,'l 0 0

r+

-f4

'"

til ~ 0 L

-,ti 0 d !tl ~

-

_«1 0 11 q ~ f'I 0 L (/) 0 (11 d ('I aJ cTI 11 _~ ClJ _{.. L} 0 Vl rt-ClJ 0 d ,ti

rJ

--

11 .. ₀ .. _{L: 6}

- r+-~ (T1 d G) -!l _.. 0

-~ L:

..

-

0 0 +-0 J-E _c: 0

~

...

Q) C ..J cv . ~ c

,

0 ,-a t ₀ 0 E ~ 0

~

11 U _~

«

-.

%

~ ~ _(J ~ ~ ~ 0 (/1 ~ ra

..

0 (/'l ~ 11

..

0

m

11 ClJ

"

0 r J.-_~ " 1.. ...J _..J I~ .~ J (I l- _r t 1 0 _t rÇ ..J 0 I!J

:

t- I-t { IJ <! 4: j

..

til 0 .. r" 6

-til 0

-,IJ 0 w 0 -z ~ IJ ~

~

~ 'J) I-« J

-ti (f1 ()

-..

-"

Ul 0

-ti

-ti (f1

-0 ('{

-()1 ()1 til ~ 0

-~

-()J r" ~

_..

-Vl

..

-

0 0 4J 0 ~ +-' CU CU +-' lil

I

c

l

QJ +-'

c

dJ , e i 0 ;

0...

:

E

I

o

l

U i

'

I

E

I

O l O l L +-' (f)

q

cl" d rt ~

-Ifl N ~ r -...{) i :r ~

-(J) d VI

-J I V r4 ti- _Lf1 ",

~

Q IJ r+-L 0

-

v ~ al lfI d ~ _cfl til N ",

~

tJ1 Q

~

r+-~

a

-

0 ..: N Vl d --.0 ~

-,..J ~ I.') '-) J :L

-rl 0 0 11

-('l

-

-f'I _f'I 0 _Q :L E C 'AI 0 Q) 0

~

~ ..J ï c ..J

..

.-

e( ft T Q) It t- _V

.

.

r

-

,~

-c _{.' l}

~

0 0 _t

j

0 Q: Û It IJ) rf

...

E

;

_1;

T r 'J) ₀ 0 0 It ( ~

..-~

0 : _~ IJ

_«

11

₃

_J

«

~ 26 -d 0 11 ~ d a1 rI ~ d co N :L d ,t-ri ", % O. ~ 0

-d -!J rI ~ E _c 0 _Q)

~

...

J c ..J _<t Q)

.

-

..

IC

.-c _{r 1} 0

.-D 0.. I 0 ..J E / 0 I- _~

~

0 0 lil IJ IJ ~ {

«

~

-",

0

-0. ~

'"

(0 ~

-

₀ '-Il

-'u f) '1 { G IJ. 0 rI ~ 'iJ rf r 111 { r _4:

J

J Vl

-('l

-",

6

G? :r (11 :r ( i Vl ~ :r

-~ 0 111 VI J ...; ~ :r J -0

-rfI :r -...!J

-til rr t+-J

-..;

..

-

IJ IJ ~ 0

..-+-'

cu

cu

+-' lf)

c

Q) +-' C Q) C

o

0..

E

o

U ...

E

o

o

L +-' lf)

I

.

e

(

A pparaa tsT'r oom

, Compo

'

nenten

Ac:..eTe:.N \ ~~; \. I~<-.. .... Lo. .... ""'c-.;\.. .t=> - ><'1 \..e ~"'I ,,",A""e~

Totaal:

...

Apparaatstroom

, Componenten

Ac:::.e'T<:.>_\T"; L ( ... c:..~" L...:. ... 'T"i \.. ~-)( ... L~€"" 'v..J I:"~ t. ~ .

Totaal:

M

in

kg/s Q

in

kW

( ( ~,

M

Q 0.=' I. ~5. '1.."\.S 0 .=1 Lot. ~ /:, I':lSl.~ ~b

M

a.

~. "'\S" 2.'3 5 Q<:!>S.6l

c

l._

c

( :''.2../:''1.<=1 ~~ _:''1

M

Q

_M

_Cl

_M

0.<:>2. / 0.0 1 o .e:. ,

,--

'. ~~ !L c;$ 'l..",,-S 's.~/ ,S.c.c-. <:"~

=

,

1'5.02./ ':5.0'2. 1'S'l-6.% _S::5'tO.'l <;.~b '=-"3.,-.a ~.~:S _ L . . . - . - --~

L..----:'1-

~Q _~5

M

a.

M

Q

M

2."3,$ .2. ~$' ~~':l.~ '2..~ Lt,.'1.·o 1.53 - - -- -

-Stroom/Componenten staat

c

l. "l.$" Q

_M

I '1. Lot. 1- 2. ':!,:!. ---~ '1<::) Q

_M

t~.QS .. :2.<;1'(:) , ",.SS' Q '-~'1S.1

a.

b'tSl·Q I -( N -.]

( (

A pparaa tstroom

, Componenten

Ac:.€'T-= ... ,.,'r~; \.. Ac..~'-I LQ, .... ·.~ 1'.; \.. " " A T E. ~

Totaal:

Apparaatstoom

, Componenten

Ac:. '"" ..,. c::.,... ~ '"' i L I~ c.. ~.... l.c. ... ~ .... ~; L 'V-J A'T t: ~

Totaal:

M

in

kg/s

0.

in

kW

( "-i \

M

Q I. '!.";i 0..0 ' '.'10 l.'lS .0

4b

M

Cl I.~, ~,.'-t.'-j ( ( ( LIl. ~~

M

0.

M

Cl

c::...= 4 , OS. O e . 15.=2. 1:.0 ~'3.' '-I o.~o "S=S. 2-Lt'T 4~

M

Cl M Q o."!>o _:t"Tb.S <:>. '45- ~1'l.·<9

Stroom/Componenten staat

Lp ..

M

n

I.~.s I.~~ '.2..6'?.1 L.t'S,

M

Cl

"

.

C!>.= I _~. 1-( ~:)

M

2.08 Sc::::>

M

'l.eo.cS Q S'~~l·<::)

Cl

Lt°l·@ ( N (Xl .Jl

I

c

(

Apparaatstroom

, Componenten

A~,,"\c> t-\\ .... " ,', \.. I:>, Co " " \..0 "',; ~ ~; \.. "'-''''''"'':'C't. •

Totaal:

Apparaatstroom

, Componenten

'

Totaal:

M in kg/s Q in

kW

( ( os ,

M

Q O'''''~ c:. IS' C..IT "!:. :.. "I M

0.

-( ( \.

c

(

M

Cl.

M Cl M M Q M Q _M

Stroom /Componenten staat

c

Cl.

M

Q M "

.

~---( ( I Q I Q \ I

I

N (Xl lti

29

-9. Overzicht specificatie apparatuur. ~EE~~~~~~~~~~~_~~~~_~~~~~~~~~~_~~~~~~~~~_~~!~~

Apparaat No: _R'l. "\ '5 Ta T \-1. _{T I~}

Benaming, \-=L_:~,~ëC A..~~~e.ë'" -::,,,,,,,,"Ç>?èV\ \-IC.N- \"'C>\...c~ 2: ><"t'".,...<:"T~e

type \-\. €/" .... Tc:,~ \.-...:::.>\.c:, 1"\

'J _{ç.:>c-~ f>c::,}

"""

Abs.of eff. 'JE ~:'..:., c-, , "", C"1

o.t:. \ ' '1. I :>;. I druk in bar temp. in

°c

_~LC';,. ':15 S.9 '?,Q, '2 ~::;-Inhoud in m3 Diam. in _{m e,ËC\:>,AI1 ; ·s, SJ} l.~ I

1...1:.

1 of h in m ~e~ .... 'l. T ~ . S" 8."5

,

,

Vulling: iK 1- I'~:; Ic::. schotels-aant. "'" è "'-1->' M ' ";::.<-.... ê vaste pakking RA~\;;C. _~'Nc..l<'-t katalysator-type I?'... -t"\c, -(~ ~~~ \"""""""/""-:""

,

:

... ~'

-

, ,

-

vorm

...

?,Dc:::... . \....,p~ .c;;.?~--.;. ~ . . .

. .

.. .. . . .. .. ..

.

.. ..

.

Speciaal te ge-bruiken ma t. aantal serie/parallel

- 30

Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

---Apparaat No: T ':1\ 'T

:Ll-

T'l.~ '''; :-.. 'Jo

Benaming, >< ... , L I!~ N Ac:..ço.) \...:,. ... , ~ \'\; l . ..., I·"'~' ~ t'\ ~~.~..."ç

-type Te: Ç\"c.a-~\N~~""'c..z. -2. ... \...J ~~\...--.~ \'" € Q\'--\<.. .. '-J.\~ .... \~<..t

... ~c3 ,~~~\~

'"",c..;.\"'c..::.""1, _\~\s~""', \.-..,:::,.\..='"' . -.:;.c-'C""\~ ~ ,'"':::a.~ " .

3( _{Pc::, Pc.--.} \" ?G

Abs.of eff. <",

druk I. 'L I.~ I.;l.

,

in bar -temp. in oe 'tb 't~ Ci~

·

t'2..

Inhoud in m3 Diam. in m è .. ~ .. ;- C":>.s- \ .G' I of h in m _':i ''1 't Vulling:

*

schotels-aant. Ib <J..b l';l vaste pakking katalysator-type

-

, ,

_-

vorm

·

...

·

...

·

...

Speciaal te ge-bruiken mat. aantal serie/parallel

*

aangeven wat bedoeld wordt

31

-Apparaat No: Hl \-\~ _HT t-I~ \-\ ,~

"e~~ .... ,..LB _?~,.. .... "" ... ~~e." ~ .... ~€ ... ~~ \--.co'" L~ ~

Benaming, A"''''C>~;A''\ - f>~~e. _'W;.,.~eL,.. ... '-IA~t-\,.," _{.... ~} ""i ... ~e\.A""~ \... \ : , .'J. 1:..'-'.'"

1:. ... ". ~T~~ ?~t.t'>c..A~ tl.ca~e. fo\ ~,.~~..,

type v e ~t:>AMpEA.. \.. \:, .v. Ae""""l'\p ... ti - \-1c.. ... - \ ... ..,.~..,

Qt.~...,.t!. \..; ... Q- _{"\.e. .. \ .ca"ca '"}

Medium

pijpen-/ ST Cl<:> M / \of,e""TI5"I...,,,,. f!.""/ "" A""T e '" / '\WA'" t t\ / ..., .... "Te.,,/

.... Mt1cn"'~A"" "'~~I'\ç:>" ~ e:"lc:oe..> - c.- .... ~ ... ~ ... ,.~'.~e.

...

mantelzijde 'St'"Qo~

Capaci:t~it,

uitgewisselde

_-

_1<;

_be::..

_{a 36S":5}4-i. "2} I _{. l ~ 'J....S):i. ":l}

-

"l.'4<=>1. I "l. S' ~

warmte in kW. ---_.- .-.

Warmtewisselend pt!~ 'W."" :

2

_1-

':;S'$ "'1~4.j. :t I~<:::> \'l.

oppevl. in m I

...

Aantal pa~äft~{ s \->A~ A I.LeL

,1 Abs. of eff.

*

_\->q

~

~

~

r

druk in bar () ' -(

-

,. ~: pijpen-

_/

:, /~

8

/

;4

"5

)

j mantelzijde ...

_-=

temp. in

_/

uit in

oe

pijpzijde 1$<:::>/ ,Sc::. _{2Sc> /2sB·} "l.= I .... e:. _{'l.C!> / '"1}

=

~c.> /"$.Q - -- - -

-

_

.

_

-mantelzijde -'<=>/-'5. L ; S / :tS S S.40 / ~s.oS ,.. '!1 I 'l. l!> Speciaal te ge-bruiken mat. oç.:>M '. 'i-SI -...J."".

32

-Apparaat No: HI4..j \-\ ,"S ~\ • b \-\\8 \-ot ~o

t-I. A ~

""'0_

Le: t\ ('I, e. ~c:.:. LE ~ c.-=- .... ~'" .... S""<\ f>~Ç>t!. .... ow. v.J. ps.~e .... v.J.-..J Benaming, l. '--. ". _{\-I Co.... . ,...,. \.c:. '"} b. \:.. v. \:..\;..". VQIl~",c.. l. ~'.".

-..JA~ .. t\ ... C->t~

-...JA~" t\ -t\t!<..'jc.l..e

x.,L~Il", "T."' __ ~

type "'~<:::''"''''''c..A:' "'" "", •• :. """ Go I e H~""",c.,.~1Ii

.... T"~~. ,",c:..", - \ ... \.~M

><-/ Uie~\· l>I.ec.'t ... L~ "'.,..,.~

...

~~~....,..;

Medium ~""~M~I'Ic>.,. ... TI e KT 1'1"-'''-.... i 13

pijpen-/ \-<'<:'15 L ~u ... l! \, / L.c.~~ ... / \~_~,..~ ~t\ / ""'a.t! ~\ """,c:..",, VA .... ~Qi.\M~~c..~ ... \ I Ç>.Sc:..."c..LII ' - I A ' t.1\ \-\c..N - ~""~ ><,;L':6 ... TI:.I'I....c..,- ...,,... ... f? QO,.Ç>.~c..';c..L,

mantelzijde ""'-J; ... ·,~Ca ~~t1 _{"' .... ,,~""'''1}

Capaciteit,

uitgewisselde ':i~s. b 'S6c::. - \~ b/;. .. S ~'S,'-I. '-i :,~b"'l·l

. warmte in kW. Warmtewisselend 2 ISll. I ',:\.1- ''l.. b

5,.

:, '1. 'i oppevl. in m Aantal pa~ärf~{ Abs. of eff.

*

druk in bar pijpen-

/

~ I mantelzijde temp. in

_/

uit in oe

pijpzijde '1.= / ~ S IS'l. j.s"J.. _T I I~ _{I L.j ' i I 'S '-I 'l.s/~~}

(

.

mantelzijde "-Ie>/'l.S' '-:'·1 / '~.1- 7..'::!..~ I ,-b.I 'l.S 1 oS> ~ 10,-// ... , 0 .' Speciaal te ge-

.

-bruiken mat. _{1; ...} , ~, I 1""" ~ op,"", .• _{").-'-1 "-J \.oJ} ,

, I v ~) IJ I I , 33

-Apparatenlijst voor warmtewisselaars, fornuizen

---Apparaat No: ~ 2.2.. H~~ H2.'1 ~\'l.. 6

~A - , ... oe L-13 <\ <\\! '!oe..; L~ ~ c..c. .... '"""~"'~Ç\. ~"T"~c::.t-\

~~-Benaming, ~.\:"." . ... ...,lee."'1 "'~Lee ... Te",,-.c. " ' I L.,,; "' .... ...e. COI.'-4er "ECOI.""'ACOI. ... e.~ type ~~c...,c.LG "' .. i'Nt-.4·\ .... '~ "'""" ... : .. ~c.. l.\. .... , """'eo· ....

c.-.,.,""~ ~L ... "1 ,,,,,\"0."'" """'A ... fH~ "T"Q" ... c:. ~ ",,', ... ;, ... c.. ~~

Medium

pijpen-/ 1~..,.~L __ "" ... e" / '" r.::.. ~T<:>c>", / \ ... <:»~L'-'''''~E~I L.t::.. ~~~I

><~, L ~ " .... ""e.c. ... c..ls r->~~ .... "~A

...

vc:.ê c·, N c.. mantelzijde Capaci~eit, uitgewisselde _{- .~ ... b} 2..2.,~ _- ,S'"t~'4 'Sc:.:S .~ warmte in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2 '-i~.'1 " ' \ 0 ~j,. .~ .... ·l Aantal pa~äff~{ Abs. of eff. i { druk in bar pijpen-

_/

mantelzijde temp. in

_/

uit in oe pijpzijde 'l.=I<;c:.

'SI'

'l.c" / .... <:!. 1'S2../ I_S'l.

- _

..

_-mantelzijde s<-,I '2.$ ... 'l, _{tb ... I l-'1 S6:>/":!,6} Speciaal te ge-bruiken mat. iE

aangeven wat bedoeld wordt

~\~~ ~e.~o\Ll5~ Ac;...~'1\.~ ... "'"~; L z.. ... ~ -..I_CI\.'" ... Qt "'--=-'--=-"'I L ç::.. ....~oc:.l'f / '2. 1- '-, . I 'l.Q l'S 2. / ''S'l.. S t·,,!>

.0 I I -..) ! I

I~

v I Apparaat No: Benaming, type Medium pijpen-/ mantelzijde Capaciteit, uitgewisselde -warmte in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2 Aantal pa~äriê{ Abs. of eff. iE druk in bar pijpen-

_/

mantelzijde temp. in

_/

uit in oe pijpzijde mantelzijde Speciaal te ge-bruiken mat. - 34 H~c H~I _{\-\ ~~}

~-e~c.'. Le~ <..c;:a.~~e.""'~CI\ ~_<"::.1ë. .... ~~

"-JA Te ~ Tetll.""'" • Acc.. .... '1I..C. .... ·.T""~\. ... T>! (11,. ... ~"'"c:...

~~""' ... ~,,",c.s 'a.--.~ "e, ,,\~C2 '.IIJ.,~~\""",<:..

"""""Le.Yj ~~"1 \~\.<:.>,,-\

L. C). ~T.:;"a,", I \"'~fi L-.JA~Q" / \"'1=>& I.. --..,.. ... e"-I

~~~"o"-=a.,"",,,,, '" "TQ~<=\~rQ"""" ç' I~"'-~ '1 \.0 ... \ ... ",\ \. ,"-,"''Ta" 'T1i!.",~.

\...,.\.c;.~ "-J;"" .. " .... C2, ",c:.\of"'\ ~,cS>'.:s - ".l.".l.&.S"

-

'-t T".l.~·'2. -~S.Q ~ob ~t IS !l. _{".l.c. / '"10 '2.<:> /'"10} 1c..~oQ 1-I.S / b';lo ~ ~.s. ~ / .... ~. T-.

•

iE

,--,'

•

35

-la.Economische beschouwing.

Omdat in dit fabrieksvoorontwerp niet op allerlei details is ingegaan zijn bij de berekening van de investe-ring en de produktiekosten vrij grove methoden gebruikt. De investering Ib is berekend met de 'Process step Scoring-methode' van Taylor (13): ,terwijl voor de berekening van de produktiekosten de relatie van Clarke (14) als uitgangspunt is genomen.

a) investeringsberekening.

Het flowsheet is omgewerkt tot een voor de Process step Scoring-methode bruikbaar processchema (zie fig. ICl. I ) .

Aan de hand van dit schema is een zgn. scoring tabel op-gezet (zie bijlage X ). Vanwege te verwachten

corrosie-en milieuproblemen zijn extra scores gegeven in de rubrieken

'materials of construction' en 'others'.

De totale score voor de ontworpen acrylonitrilfabriek be-draagt 55.3 .•

Hieruit vo1₀t voor de investering:

Ib = 45 * 55.3 * 40 .39 = 10.500 kt (1978). met 1~=f 4.36 (1978) en een lokatiefaktor 1.1 wordt dit

I_b= 50

Mf

(1978). Dit bedrag kan met de NAP::index omgere-kend worden naar 1982 : Ib = (213/184)*50 = 60 Mj (1982) • Volg_{ens Taylor geldt I h= 0.3} ] f Ib' zodat volgt dat I h= 18 VIJ.

1

1 v:ordt geamortiseerd en komt tot uiting in de

produktie-kosten.

Volgens (\) geldt Iw= 0.15 * If j dus Iw= .15*( 60+ 18) =

12 TiJi.

'I j )

J1

.~ j 'i ~. U ₀ " t

2

IJ .~ J: ~ ( ÇJ 1 _.J ~ 0...) .l) f. 1'-" ~ .Jl ;ol l< (J tf;

&

0

..

~ _, .j)

-"

~ ;:

-~ '1 :

.

9.

, I

I~

I I I I

lVi:

I. , J .. Z ii ~

,

J , ( ~

r

-

:

:l

; t: _

i

i

,

... __ ._-- -1 _, ,

.

'1 _I. /)'

r.,

₎

~1' I r" .)

:1

,1 ₀ ,... - -.-I ; -, ' .

I

t

?

~ , -11

J

;" -..)1 {l_. ! ,....

1

_C "

_-

_r Il'-~ ..J) ..4l ]1"0 ~ _{r+: -}rt"

-

. a

.,

~ 'I~ r

j

v C --

,..

..u' ~ O'! {

B

Q J ~ r ~ '< (, ... (-,

.

(" ..IJ r (

,

!' j r )(

~

..IJ

n-~

r •

.

( =' i; , J> ' ti ~ J r 'i - --J) ~t1 O' 1 r", ) D ,1 , 0 .s ~ J.,. • . ' ... Z Ij) IJ '(

FIG. 16.1 Het processchema Toor de Process Step Scorin,-aethode.

' J

b) produktiekosten.

Bij het berekenen van de produktiekosten is het model van Clarke (14) gébruikt:

1) Voor Kp met Vi qi Kt

=

Kp

+

2.3~

+

0.1~I geldt K = v.q. P ~ ~

de prijs per ton grond- of hulpstof en de benodigde hoeveelheid per jaar.

Bij het bepalen van Kp zijn de kosten van de utilities verwe.arloosd, omdat wordt aangenomen dat de kosten daarvan ongeveer gelijk. zijn aan de opbrengst van de exportstoom uit de reaktor.

In de volgende tabel zijn de voor het proces rele-Ll van te waarden van v en q vermeld:

Vi (f/ton) 970 150 50 qi (kg/kg prod) 1.56 0.79 1.61

Met deze gegevens volgt K_p

=

f 1700/ ton acrylonitril.

2) De arbeidskosten worden berekend met de

Wessel-relatie (14}

.

_•

manuren = 10 aantal stappen

ton produkt ( _{capaciteit dag} / ) . 7 6

Bij een capaciteit van 120 ton acrylonitril/dag is 0.263 manuur/(ton stap) nodig.

Het proces wordt beschouwd als bestaande uit de

volgende

5

sta pen: reaktie, quench/absorptie/strippen, HCN-destillatie, extractie en terugwinning solvents, acrylonitrildestillatie.

,Per dag is er dan 160 manuur werk, hetgeen overeenkomt

'\ M~~\ met 20 arbeidsplaatsen, d.w.z. 7 arbeidsplaatsen per

i I t

l)1V

ploeg.

I IU . ) I ' , ' J - 37

-Voor de totale produktiekosten Kt geldt nu:

Kt = 1700 * p + 9.9

~

106 (p in ton/jaar) c) opbrengsten.(15),(16)

Van de produkten acrylonitril en

HCN

zlJn de volgende prijzen bekend: acrylonitril f1800/ton

HCN f 1200/ton

Met het gegeven dat per ton acrylonitril 0.22 ton HCN _, wordt geproduceerd volgt: 0

=

2064 * p.

d) R.O.I. / N.C.W.

Als If lineair wordt afgeschreven in 10 jaar bedraagt de afschrijving I.'Sf. 7.8 per jaar. Bij een rentepercentage van 8% is het jaarlijkse rentebedrag dan Iv'!f .3.4

Het resultaat (opbrengst verkopen min kosten) bedraagt

IJIf 4.7 • Na aftrek van afschrijving en rente is het

ver-lies "11'!f' .:-:. Hi<-:ruit volgt ROI= -6.5/78 * 100 = - 8 • .3 %.

Bij de berekening va.:.L de NCW van ht;t projekt wordt ui

t-geg~"1,é.:n van een levensd'J.ur van 10 jaar, waarbij gedurende het 1e jaar 20.000 ton acrylontril en gedurende de 9

volgende jaren 40.000 ton acrylonitril geproduceerd wordt.

Verder wordt in de cashflow niet de rente en afschrijving

opgenomen.

Bij een rentepercentage van 8% volgt nu:

u

mv=

-90+ .961*-2.6+.887*~.7+ ••• +.468*4.7 +.468* 12=

-59 Mf.

Zowel ROl als NCW geven aan dat het zeer onaantrekkelijk is het projekt in deze vorm uit te voeren. De oorzaak

hiervan is het feit dat een vrij oude katalysator gebruikt moest worden die een lage yield heeft. Met moden1e ka ta-lysatoren kan het pl'oëes wel aantrekkelijk worden.

I

IJ

,~ I~ I I I 1° - 38 -11. SymbolenQijst. Sym-bool: a A cp Ca Csb db di d p d_r d t d u D Omschrijving: doorstroomd oppervlak warmtewisselend oppervlak

spec. warmtecapaciteit bij constante druk concentratie van a

belastingfaktor bij flooding beldiameter

inwendige diameter deeltjesdiameter reaktordiameter

afstand tussen middelpunten pijpen w.w.

uitwendige diameter diffusiecoëfficiënt flowparameter

versnelling van de zwaartekracht dampstroom

enthalpie

latente warmte (fasenovergang)

6H

f reaktie enthalpie bij vorming uit de

elemen-ten c.H r Ih,M MW p Q s reaktie enthalpie reaktiesnelheidskonstante

bel-cloud stofoverdr.coëff. in fluidbed cloud-emulsie stofoverdr.coëff. in fluidbed vloeistofstroom

massastroom

molekulaire massa druk

warmtestroom

reaktiesnelheid per volume-eenheid steek Eenheid: KJ/mol.K mOl/m3 mis m m m m m m/s2 kmol/s KJ/mOl KJ/mOl KJ/mol KJ/mOl m3/kg s·S I/sec I/sec kmol/s kg/s kg/kmol bar KW mOl/m 3 .s m

T

z

39 -temperatuur

belstijgstijgsnelheid

stijgsnelheid van één enkele bel in fluidbed gassnelheid

snelheid bij min. fluidizatie kondities superficiële gassnelheid

totale warmteoverdrachtscoëfficiënt dampstroom

lengte parameter hoogte fluidbed

Grieks Omschrijving:

sym-bool:

~ wake-bel volume verhouding in fluidbed

0<'

.

(l

inw. partiële warmte overdr.coëff • inw.'fouling' warmte overdr.coëff. uitw. partiële warmte overdr.coëff. fraktie vaste stof in fluidbed

verschil

porositeit in fluidbed bij min. fluidizatie kondities dyne viskositeit warmtegeleidingscoëfficiënt dichtheid massastroom Indices: Omschrijving: b bellenfase in fluidbed c cloudfase in fluidbed e emulsiefase in fluidbed g,v gas I vloeistof s vaste stof/katalysator mis mis mis mis mis W/(m 2 .K) kmol/s m Eenheid:

W/(m 2 .K)

W/(m 2 .K)

W/(m2 .K)

Ns/m2 W/m.K kg/m 3 kg/s

I ... )

I

Q

40

-12.

Literatuurlijst.

(1). Petrochemical Handbook Hydrocarbon Process,

11, (1971), 121.

(2)

F. Veatch , Chem. Eng. Prog.,

56 (10), (1960), 65

(3)

F. Veatch , Hydrocarbon Process.,

41 (11),

(1962), 187.

(4) D.J. Hadley, E.C. Hancock eds., Propylene and its industrial derivates, Ernest Benn Limited, London,

(1973), 416.

(5)

M. Sittig, Acry1onitrile, (1965), 1245 - 2511.

(6) A.G. Montfoort, F.A. Meijer, A. v.d. Ham,

Handleiding voor het maken van een fabrieksvoor-ontwerp, THD,

(1981).

(7) R.C. Weast ed., Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc , Florida ,

59, (1978).

(8) G. Hommel, Handbuch der gefährlichen Güter, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg,

(1980).

(9) D. Kunii,

o.

Levenspiel, Fluidization Engineering, Wiley

&

Sons, New York,

(1969), 459.

(10)

M. Cathala, J.E. Germain, Bull. Soc. Chim. Fr.,

,g"

(1971),2172.

_

()/k},;/ .:,./ ":~, C i" .::..J,:.

(11)

K. v.d. WieIe, P.J. v.d. Berg, Comprehensive

Chemical Kinetics, C.H. Bamford,C.F.H. Tipper eds., Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam,

20, (1978), 164-174.

(12)

D.J. Hucknall, Selective oxidation of hydrocarbons, Academic Press, London,

(1974), 55-69.

(13)

J.H. Taylor, Engineering and Process Economics,~,

Elsevier Scientific Publ. Comp.,Amsterdam,

-....) --...J v

I

' - ) b 40

-(14) A.G. Montfoort, Collegedictaat De Chemische Fa~iek 11, TEn? (1981).

(15) ECN, sept. 26 1983, 8 ; ECN, july 11 1983, 8. (16) Persoonlijk onderhoud met DSM verkoopkantoor

Geleen.

(17) R.H. Perry, C.H. Chilton eds., Chemical Engineers' Handbook, 5th ed., McGraw HilI, (1974).

(18) J.M. Coulson, J.F. Richardson, Chemical Engineering, 6, Pergamon Press, Oxford, (1983), 511.

(19) J. Gmehling, U. Onken, Vapor-liquid Equilibrium Data Collection in Chemistry Data Series, Dechema,

Frankfurt/Main, (1980).

(20) F.J. Zuiderweg, collegedictaat Fysische Scheidings-methoden II,THD, 134.

1

c.

l . - - - - { 4 )

c==>

Slroomnummer \... ( SPUI , - J12761~ .9) 13 25

[

~

' . I 15 E I

i

I

1--_I ~ ~-( ( ( , /" H31 C· Kw.

l~

I

!

c.:::-=-;5r

~t~~

i

~~7~

,...:::_

I

. i i I I

•

9-~

~

46

t

[=o~ ' .J I celo-[ - I rltrll/ : -1 ~woter ;-_., 51 :--~ _ S~oom KRISTALLISATIE

t

AMMONIUMSULFAAT WATERSPUI

~

I:::-l 50 ) ... 1 ( ' I __ - - J ) . . . -

-~40

) . .

_

J

H30

BEREIDING VAN ACRYLONITRIL VOLGENS HET SOHIO PROCES

c==J

Temperaluur In °C

o

Ab",o I ut. druk I n bar _A. S.E.L. _{van d .. ,.. Bi ..} Win~er Fobrlek",voorontwerp No, 2573

nov .. mb .. r 1983 ( \.. R 2 FLUIDBEDREAKTOR ACRYLONITRILVOR-MING T 5 ABSORBER T 8 STRIPPER AMMONIUMSULFAAT-VERWIJDERING T 12 HCN-KOLOM T 19 EXTRAKTIEKOLOM ACRYLONITRIL/ ACETONITRIL-SCHEIDING T 21 XYLEEN-RECOVERY T 27 ACRYLONITRIL-ZUIVERING T 28 WATER-RECOVERY V 32 VLOEISTOF/VLOEI-STOFSCHEIDER

c