DimEthylTerephtalaat-fabriek volgens het Imhausenproces

·'

Verslag behorende

bij het processchema

van

C

.

I. Smits en G.J

.

M

.

Kamperman

.

onderwerp

:

", ,

DiMethylTerephtalaat-fabriek

volg~.ns

het

Imhausen~roees 1 ,

" \ ", ".ç ~,' ,

..

' <

,'%

" ' I "

.'

t'r " , '

.

(

"

" ',' ,~ _, , / ,

,

" .. ·.1.

,

,

.

" , ) " "

.

,

"

.'

.

• f ,

.

"J',

.

.'

'.,

,

. 1" ~ t" :

.

. .... ,. ',' " ,~ , , " '.

..

. • :'1: -... <1 ... " .... , 1 . ' , j' " " t " , 'Jo., l..:.., ,,~,\ ~ . 1'':1 ~J.a/o. ",

.,

.,,"

.

~

.

.. 4-. , •

'".

','

..

.

.:l ,

,

G • J • : .. ~.

3

4

4.

Procesbeschrijvine 8 14

19

?O

23

0~ c. I 23

- ,

-1-1 nnEID1NG

D.M.T. is de grondstof voor de bereiding van polyestergarens

(Terlenka) en polyesterfilms (Meliriex).

De vraag naar de~e produkten an dus ook naar D.M.T. is de laatste tien jaar zeer sterk toegenomen, zoals blijkt uit onderstaande tabel:

1962

185.10

6

lbs/yr

1963

331

19

64

356

(lit.

I)

19

6

5

545

Omstreeks

1950

werd begonnen met de productie op industri~le schaal. Zowel I.C.I. uls Dupont pasten een proces toe, waarbij p-Xyleen door luchtoxidatie in salpeterzuurmilieu bij verhoogde

temperatuur werd omgezet in t ereftaalzuur; di

t

tereftaal~nul' wordt met methanol veresterd. (lit.I)

Aan dit proces kleven drie grote bezwaren:

I. het react iemenesel in de oxidator is zeer corrosief,

~. het t ereftaalzuur bevat stikstofhoudende verontroinigingen, die erg moeili jk te vervrijderen zijn,

1.

er is GBn salpeterzuurplant nodig om de gevormde lagere stikstofoxiden weer op te werken.

Een nieuwer proces Of..! D.M.T. te produc;cren is het Irnh:.lusenproces,

. \.f.'--

i'

"

_.",\,'

...

t

.

I.

(

1

J

(

-

2-temperatuur' omgez~t Ül p-Toln::o,·,nzulll'f in aan\18zigheid van eel1

Co-~a ta] .'IS?, to,'.

ZO v(:;r1:reeen p-;.retllyl tolnaat \wrtlt v[;T·d.er G;oxide'é'rd tot

mono-Eet Grote vonI'deel van het 'vii :,:;ie-He1'cules-1'I'ocef) _-vi C' , Cl.<,",t ril ldcre

oxida ti e-oms I émd iC;hE:dcl't kllnne!"1 v!orc:r;n t()!i'!.'.·:f~pa;_:l., é-1,;:m[;ez j i~n rle

CE.,·-)

Cro(,P va:1 l'--T'Tethyl ~oJ :laat ceI'lakk,"lijkF:r tE-~ oxicJcr()Yj is dan (l(~

CE

3

-{;"J' 0 sp vaJ: TJ-'I'ol u(>e:'(; ,)lT.

i - -

- - - --

-I

I , (lr ,) ?--; "- '2 ~ ... ~

--

3.rr?

_L-<P

_t?

c

II!

C. \{

l.) ~.~ {/<rrJ

H

e.c,rVl'1 CA/Y""-'\ / ,

//,

,.. . ..r" ... "'- .r'

~

.

,-;/

\"

/ ' , "-. ' ... , . " / '. ( l "

\

\

I

I

/

(

I

_\

I

,

... /

'"

I

"-

)

""

I

_""-/

CVOH

(!.AM ..

C.

o~e C/VV11 CUY\-\A

OI-'1~

M

~-(

ij?J1

8~/)~

r ,t,;

:::>

1

f'\

'

, ; j I i"1

.

,. ,

3':'

1

-y

t":' .. - f J ' t,~ v ( ( ~

-

-2. U1TGlüWSPUNTEN VOOR HET ONTWERP.

a, Externe gegevens

De capaciteit van de fabriek is 50 000 ton D.MoT./jaar bij 8 000 bedrijfsuren. Dit betekent een doorzet van 0,895 mOl/sec.

De zuiverheid van ons eindprodukt moet ongeveer 97% bedragen.

Dit produkt moet nog opgewerkt worden in een

kristallisatie-sectie, die buiten het bestek van ons werk viel. De dan bereikte zuiverheid zou beter zijn dan 99%.

(Voor de betekenis van de gebruikte symbolen: zie syrobolenlijst.)

mol gew

p-x

106 p-TolA 136 p-Merr'o 1 150 1I1MT 180 rr'A

166

DMT

194

H2O:

c p

=7

I

_j,I5

_{J/mol C}

r

=40,66

kJ/mOl r

_{29S =44,r}

kJ/nOl m.p. b. p. 140 180 ₂₇₅ 33,2

217

217 300 141 288 cp(J/mol

c)

r (k.J/mol)2)

176

<jo o,/jI T

37,7

180 + 0,79 T

1)

_79,1

'19,5

88,0 88,0

MeOR: Cp ~8I,6 J/mol

C

298

1'::35,39

kJ/mOl

I)

Voor

MeTol,

enz.

is

de cp-waardo van TolA aangenomen.

2) Berekend volgens

j\LIJ"'B(2,3026.Rr(t+273~2]

(lit.

7)

---~~

-- i-j_

3.

PROCESCONDITI~S

a.

Therrn~dynamica.

Berekening van

óG~

door sommering

va.n

de

groepsbijdragen

volgens

Chermin en Ven Krevelen levert:

c ó.GfM1Wr o GfDM'r v (~Gfp-Tolald

oG;

~\COf-fi~ t~1 v C. 1-\,,-0 ~ GfH20 IJ ó. Gfcrr~₎ OH . ~.J'i~_~~i:b.? s ~

P-X+9/ 2

, ~.

in

°2

I l

p-x

+ _°2 III

'I'o IA

+

3/

2

-86,865

+

9,835.IO- 2T

-92,038

+

11,800. 10- 2

f

-174,31

+

10,756.10-

2

T

-179,485

+

12,145.10-2

T

-183,458

+

16,686.10-

2

T

-17,755

+

7~745.10-2

T

-58,076

+

1,154.10- 2

T

-52,503

+

31713~10-2T

de oxida tor.

_-

_-

_-

_{_}

_{._}

---~ ~'olA + Jl₂₀ )-

p·

·

Tolald

₊ °2 ~ , ',rli.xlfl

TA

+

IV

MeTol

+

3/

2 _{°2 f}

j

\1f,'i

T

+ H20 ')

J

H2

v

H20

V

l\fteTol

_°2 (Gccc~J H20 + 4 _, Ic .... · + t.) Hc..D

(

bG;)I

-145~523

+

1,523.

IO- 2T

(

öG~

)

11 - -76,413 - 0,567.10- 21

nevenprodukt~n.

(

\ \ \

t

!

r i ~\ !

/I'[.(.~·~· . - 5-(DOnlIl

(()Gn

IV

(,

\Gnv

-145,123

+

I,499

.10-

2T

-7G,4I1

,6.G~;: -RT In K v _{e .}

/

2,256.

11

I (

i .

1

Uit de gevonden waarden voor 6Go zien we, dat al deze reacties aflopend zijn in het temperatuurgebied van 130 - 230~C.

Gekozen is een reactietemperatuur van 170~ en oam druk van

10,6

ata (lit.

3).

b. Reacties in het veresteringsvat.

I.

Tol

A

+

C

H

₃

0H

.~ _{MeTol +}

_H20

11

M}j'r ₊

_CE,

_OU

---'/'

DlrT

~

_{1I 20}

IIT._"-le 'TA +

C

H

3

0

H

~

MET

+

H20

~G

f)I

=

-10,74

6

- 0,

594

. 10- 2

T

1-({\ G

n

-

9

t

546

+ I t 982 •

10-

2

'

r

.•

~/ ~

11

,

.

t'

I.

f-.,!

( _I',J;-r:~' _{) = -.LU,} T~ r

_rif

~ '8

_-

_.L- _~.l.'I, . ., _C.I\ -_{. . .} r)-?'I' _, III

Aangezien het gevormde H20 bij de heersende omstandigheden (270

t

'

c,

, ! - , '

3

ata) niet als vloeistof in de veresteringskolom aanwezig is,

f • , ..

,f\!Y'-Y _{i (}./ _{zullen deze drie reacties vrijwel aflopend zijn.}

\.

/0.r Bij eeen verblijf tijd van t,vee 11ur i s aangerlornen:

'. I

1

IJl

'I

"'

99

%

verestorine

11

97,5

%

verestering (lit.4)

•

o

-

{.

c. Reactiekinetiek.

Gegevens over de reactiekinetiek voor de oxidatie zijn niet in

de litteratuur te vinden.

Uit Herculespatent: (lit.

3)

Twee ideaal gemengde reactoren :i.n serie , dit om een acceptabele

verblijf tijd te krijgen,

SaJT'enS teIl ing:

3

'1'

p-Xyleen

3

0 of

ia p-Eethyl tollu"at

(2

uuur per reactor) levert een

produkt-~O

%

monomethyl te:reftalD,nt

Hl

%

I FP ,,Ao; • .-_.,~

V00r de VGT9st~rineG8ectie is slechts ~án enkele tankrector

nodig. Het gevormde water wor-dt in dampyorm afgevoer-c1. De benodigde

verblijf tijd is twee uur

(li

t . •

).

Ie trap:. p-Xyleen ._.~ p-Tolald ----7 p- 'l'olil.

Het is niet mogelijk verd.sr te oxideren met luchtzuurstof.

Bij meerdere CfI

3

-groepen aan een ring j s er slechts één in staat

02 op te nemen(vermoedelijk door de polariteit van het molecuul)

- -7-(;11 3 [ 4!. (43-

1\

_{( A)}

0

0 ..

0

~

@J

-+

H10

'>

_~/c.~o

~

ct1~ _{cr ~l} 4-C.~OOr-\

~

H I 11 4-

,

0

[ ~) e-H / OH

De Co-katalysator moet ervoor zorgen, dat alleen reactie A

verloopt.De fenolen verhinderen het ontstaan van radicalen en

peroxiden (zelfvergtfttging van de kat.).

Het reactiemechanisme van de oxidatie van p-MeTol is waarschijnlijk

hetzelfde als van de eerste methylgroep. De reacti esnelheid

van ueze oxidatie is evenwel veel kleine:r, dan de oxidat:ie:3.1elheid

-

[J-4.

PROCESBESCHRIJVING.

De flowsheet en de uiteindelijke mBssa- en warmtebalans zijn opgenomen

!~

als resp. apperldix 2 en

3.

11

lA

tJ-~\

'

•

1

v~~wv-

M

~l.

a. Oxidatiesectie.

,.

,.). ;yt, .~:.. . r~' .~ I ~,. '< c..

De o:Z.idatiesec tie bestan t ui t

t~~

.

~!

,-

~~

~

gemengde

'-

reac

toren (RI, R6) ,

een gaskoeler (H2), een separator

(M

₃₎

en drie koelers (H₄

_1H

5,H7).

De oxidatie van p-Xyleen en p-MeTol wordt uitgevoerd in twee reactoren

in serie. Deze tankreactoren kunnen als ideale mengers beschouwd

worden door de aanwezigheid van de opstijgende (lucht)bellenstroom.

De temperatuur van het reactiemengsel bedraaet 170°C; de druk, waarbij

word t gewerkt bedraagt 10 - 12 a ta.

De voeding bestaat uit 40 mol'}~ p-Xyleen en Go moJ.% p-MeTol.

<7>

Hierin is 180 ppm Co-naftanaat opgelost, .4'fat als katalysator

fun{!,eert.

Onder deze omst.a.ndigheden is een product

te

verv/achten, waarvan

de samenstelling de volgende is:

4

%

p-Xyleen

35

%

p-Me'l'ol

30

%

p-TolA

4

%

NP

'~ y,'

,

!,j '- _" l \ \ ' ...

N.B.

Het is wenselijk een hoog percentage p-MeTol te hebben,

o

Bij Gen temperatuur van 170 C hebben zowel p-Xyleen als p-MeTol

een vrij hoge dampspanning, met als gevolg, dat het afgas, dat de

reactoren verlaat, te grote hoeveelheden van deze stoffen in de

atmosfeer zal brengen(giftig). Bovendien lijken de verlie7.en

economisch ontoelaatbaar. Om dit te voorkomen wordt het afgas

gekoeld in eem gaskoeler (H2) tot een temperatuur van 40~.

Alle meegevoerde p-MeTol en een groot deel van het p-Y,yleen en de

waterdamp(bij de reactie ontstaan) wordt gecondenseerd. (zie de

berekening in appendix

4)

Om het restant p-Xyleen uit het afga.s te verwijderen ste.an ons

twee mogelijkheden ter beschikking:

a. diep koelen met freon(tot

.±.

5

't

,

iev.mo de waterdamp)

b. het afeas door een bed van actieve kool leidcn~ waarin p-Xyleen

geabsorbeerd wordt.

Economische motieven moeten bepalen aun welke van de~e twee

me-thoden de voorkeur moet worden gegeven. Er zal echter al een

freon-plant aanwezig zijn i.v.m. de omkristallisatie van DMT uit koude

methanol.

Het condensaat, bestaande uit p-MeTol, p-Xyleen en water wordt in

een separator (M

₃

)

gescheiden. p-MeTol en p-Xyleen \'lorden

terllg-gevoerd in de reactor RI; het water worJt gespuid.

Bij de oxidatie ontstaat erg veel warmte. Deze warmte wordt

Jt-'.-'- ___ _ _ _ _

afgevoerd in twee uitwendige koelers (H

met koelwater en in een verdamper, waarin de methanol, nodig bij de verestoring, wordt verdampt en op temperatuur gebracht.

2. De p-X,yleen-afschej.ding.

De p-Xyleen- afscheidingssectie bestaat uit een destillatiekolom

(TB)' een topcondensor(R

9)

en een reboiler (R

ro ).

Uit het reactiemengsel, dat de oxidatiesectie verlaat (T= 170~), moet bet p-Xyleen, dat niet i s omgezet, verwijderd worden, Dit geschiedt in een schotelkolom.

Deze kolom is berekend op twee sleutelcomponenten, t.w. p-Xyleen

en p-MeTol, volgens een McGab0-Thiele diagram (zie hoofdstuk

7

en

appendix

6).

Het p-Xyleen komt over de top en Vlordt teruggevoerd

naar de oxidatiesectie.

Het bodemproduct, voornamelijk bevattende p-MeTol, p-TolA, 1~1T en

hoogkokende nevenproducten heeft een te~peratuur van 290~ en wordt

, naar de veresteringo8octie geleid •

.No.",-. ~~~- De destillatie geschiedt bij een druk vQn

3

ata.

, ; ' \ "

''\'\

~

De veresteringssectie bestaat uit een ideaal geroerde tanRreactor

(RIl)' daar bovenop een schotelkolom _{(T l 2 ),} een parti~le condensor

(H

_{I3 ),}

een reboiler (_HI

4

)'

een spuikamer (111

15

)

en een

verwarr.'1ings-spiraal (H

-

/,

-De verestering van p-TolA en monomethyltereftalaat met 2,5 x

over-maat methanol wordt uitgevoerd in een ideaal geroerde tankreactor.

(methanolstroom). De temperatuutvan het reactiemengsel bedraagt

270~; de druk in de verestoringskolom bedraagt

3

ata.

Bij deze temperatuur en druk is het niet noodzakelijk een

veresterings-katalysator toe te voegen. (lit.

2)

De verblijf tijd in het reactievat is 2 uur.

Onder deze omstandigheden wordt

99

%

p-TolA veresterd tot p-MeTol,

'. {.";;.,,-!

,:;~,..

99

%

TA tot MM'.lJ en

97,

5

'J~ M]vl T tot DMT.

r h'

-::~\ ~_w

De reactieproducten worden in dampvorm, via een" schotelkolom (T

_{I2 ),}

afgevoerd, aangezien IIM'l' ele verestorinc;sreactor nü:~t mag verlaten.

De overmaat methanol vAElaat de reactiesectie ook via T

_{I2 .}

De

toptemperatuur van deze kolom bedraagt 260~.

De reflux van deze sc:hotell:olom worel t opgebouwd in topoondensor

11

13, waarin p-MeTol en DJ.T'.i.' \70l'den gecondenseerd

' \ 0'

e

part:i.ëel) ()"'~v'·' Om de hoogkokende nevenproelukten~ die niet veresterd kunnen

worden, af te voeren, wordt een constante stroom uit de reactor

naar de spuikamer geleid.

Hierin wordt I mol MeOH/sec doorgeblazen, om de vluchlige

bestaneldelen, zoals DMT en p-MeTol uit de te spuien stoffen te

verwijderen. De hoogkokenue nevenprodukten, een weinig M1vj'r en een

weinig p-TolA worden gespuid.

-

11.-De voorscheidingssectie bestaat uit een schotelkolom (T

9

),

een

topcondensor

(Hle)

on een reboiler

(HI9).

Uit de damp, die afkomstig is uit de veresterj.ngskolom en waarin

naast DMT ,en p-Me'rol grote hoeveelheden I'IIeOII (m water aanwezig

zijn, worden deze laatste twee componenten verwi.jderd m.b.v.

een schotelkolom _{(T I7 ).}

Deze kolom is berekend op twee sleutelco~ponenten, t.w. water en

p-MeTol,volgens een McGabc-Thiole-diagram (appendix

B)

.

Moth3nol en water verlaten de kolos ever ~e top (T= I04~), DMT en p-MeTol verlaten dekolom als bodemproJukt

(

'1'

""

275°C).

De DMT-kolom bostaat uit eon sehotelkolom (T

_{20 ),}

een topcondensor

(

H 21)

en een reboiler

_{(H 22 ).}

In de DMT-koloJ!l worden

ml'e

en p-MeTol gescheiden. De kolom word t ))erekend m. b. v. e8n Me Gabe-1'hiele-diagral~. (appendix.

9

)

•

p-MeTol verlaat de kolom over de top (T

=

215°C)

en wordt terug-gevoerd naar de oxidatieseetie. DJ\'I'r verlaat de kolom aIs

bobeI1.-produkt

_('I'

=

290

D

C).

Dit bodemprodukt wordt verder opgewerkt in een

kristallisatie-sectie, waar DMT wordt omgekristalliseerd u~t MeOH.

- j

1-DMT wordt afgefiltreerd uit koude

MeOH

(T

=

IO~)

De sa~en3tellin~ van het bodemprodukt

(=

ons eindprodukt) is:

97

%

DMT

2 ot. /0 p-MeTol

I

tlt-

TOlA mol-~~

-' '!\.f

~AT

De methanol-water scheidingssectie bestaat uit een schotelkolom

(T23), een topcondensor

(H24),

_{een reboiler (H 25 ) en} een sparator

De schotelkolom is berekend volgens de methode van Soral en l,ewis.

(appendix 10).

Methanol verlaat de kolom over de top (T =

95

D

e)

en wordt, samen

met de I1 sullyll-:nethanol (25

(j

e)

verèlampt in de verd amper H

4

en

vervo]gens naar de veresteringskolom geleid.

Het~water verlaat de kolom als bodemprodukt (T _I34::'C).

Hierin

(~;1

_{('óÁ, ..}

_'

_f.'

~ !, .. ~! L.

zi t (Jok nog v!at 1)-X;y1'Jen. Dit wordt gescheiden lÎm een separator J'IJv'V ....

t;

....

~

(_M2

6).

Het water wordt gespuid. ~A. ) (

l\-''''

(}'-"'" I

Het p-Xyleen word.t teruggevoerd naar de oxidB.tjesectie.

~

Er is gekozen voor eon sc}!otelkolom, omdat ~e mogelijkheid niet

\"

\î~,l ,. .. 1 uitgei:;loten mag worden, dat verontreinigti.ngen optreden. In de

.-\"'. ,-'/'

,

,.

\ , -'

:,'

I..,r/

1 litt(;lTatuur worden veela.l gepakte kolommen gebruikt.

~ L

I _,,-, _,,-,t.f

-

11.1-I. Destill~tie-app~ratuur. _{(lit. 5)}

Als voorbeeld is genomen:de xyleen-afscheider.

Het reactiemengsel, dat de oxidatieGectie verlaat, bevat naast

p-Me'rol, p-TQIA, lVlMT en NP ook nog wat onomgezet p-Xyleen. Dit wordt uit het reactiemengsel verwijderd door destillatie.

De destillatiekolom wordt berekend op twee sleutelcnmponenten.

In dit geval zijn dat p-Xyleen en p-!.ieTol. Component.en, die

vluchtiger zijn dan ptXyleen verlaten Ge kolom in zijn geheel

over de top; componenten, die minder vluchtig zijn dan p-MeTol~ verlaten de toren in zijn geheel als bodemprodukt.

De berekening wordt uitgevoerd volgens de methode, zoals door McGabe

en Thiele is aange~even (zie appendix

6).

Aancenomon wordt , dat de gaé; sen en vloei stoffen i deaal zijn, De

wet van Raoult mag dnn toegepast worden en mogen we voor de

evenwichtsl i jn schrijven;

i j ~~ --­

I f

(

.x

-

I)x

waarin de relatievenvluchtigheid is van

p-Xyleen t.o.v. p-MeTol

Hierbij wordt ook aangenomen dat de regel van Trouton geldt, d.w.z. de verdampingswarmten gelijk zijn.

~ = 4 05 De dampspanningen van de verscillende componenten

Gem. S '

zijn opgcnO!llCn in appendix

]ll"

.

(li

t

.

9)

11

-/5"

-Met deze gegevens vinden we voor de evünwichtslijn:

x

ij

x

ij

---

---0,1 0,31 0,01 _0,039 0,2 0,50 0,02 0,076 0,4 0,73 0,04 0,145 0,6 0,86 0,06 0,205 Os8 0,94 1,0 1,0

De voeding heeft een temperatuurvan

1

70°C

en eon druk van

3

ata en ia beneden kooktemperatuut. Door extrapolatie vinden we voor de kooktemperatuur _Tbp

=

238DC. De voedigssamenstelling is: p-Xyleen p-_Me'I.'01 1,381 molfsGc 11,172 mo].! sec

Voor dt> constructie van boide werklijnen • -'l

l S ,,-e q-lijn van belang.

De vergelijkin; van de q-lijn js:

ij

=

q x

--_

I

.

-q - 1 Xp , w8.arin q - 1 q ):

li_:-

_

_

~ = het quo~Jiënt

H

.J

_

HJ

van de hoeveelheid warmte, die aan 1 mol voed.ing moet worden

toegevoegd., on deze over te voeTen in verzadigde damp en dG molaire _!

verdampingswarmte. H' :: 0,11 H~_X + 0,89 HpI -Bel'o 1 T05,9 kJ/ sec

r'l

j =' 0,11 HII +

p-X

0,89 H " p-EieTol 154,1 kJ/sec

HF=

0,11 R F +

_p-x

0,89 _{" Fp-MeTo}tI _l-- 67,8 kJ/ sec Hieruit: q = 1,79·

_ I

t

·

-De helling van de q-lijn is dus: __

<L._

== 2,26.

q - I

De vergelijking van de eerste werklijn van de rectificerende sectie van de kolom is als volgt:

t

De eerste werklijn kan geconsrueord worden, wanneer xD en R bekend ij=> _ _ R_--y-+ ~_

'

R

+ I R + I

zijn. X

D is de eis, die gesteJd wordt voor de zuiverheid van het

topprodukt en R is de terut:.,rvloeiverhouding, die gekozen word

t.

Economische motieven zijn de leidraad voor deze keuze. In dit geval is gekozen: xJ) 0,90

R

₄

X

D

=

0,90, omdat de zuiverheid van het topprodukt niet zo groot

behoeft te zijn, daar dit toch wordt terug~evoerd naar de \

oxida.tiesec ti e.

De vergelijking voor de tweede werklijn, voor de stri~pende

sectie van de kolom, luidt als volgt:

" J" RD + qF J: •. 1

=

---

-

---x -

- - --·- - A ] (

RD +qF-K

RD

+ qF-K

])e tweede werklijn kan geconstrueürd~'Horden, wanneer x_K bekend is. Ook deze samenstelli~g kan zelf gekozen worden.

De tweede werklijn loopt door het punt (xK,ijK) en door het

snijpunt van de eerste werklijn met de q-lijn.

In dit geval is gekozen voor

Xx

= 0,01. Hier is namelijk wel een

hoge zuiverhei d van belang, daar het bodemprodukt verder gaat naar de veresteringskolom.

In het McGabe-Thiele-diagram wordt d.m.v. een trapjesconructie

het aantal benodigde theoretische schotels gevonden (N =

7).

Het rendement van de kolom wordt gesteld op 50

%

.

Het aantal

benodigde practische schotels wordt dan

14.

SpeCificatie van het topprodukt in mOl/sec ( T=

185DC):

1,269 p-Xyleen

0,141

p-Me'l'o 1

Specificatie van het bodemprodukt in mOl/sec

C

T

DMT 0,207 p-X 0,112 p-MeTol 11,031 p-ToIA 9,,710 MM'r 8,408 '1'1. 0~82) NP 1,444

Berekening van de warmte-doorzet van de topcondensor:

doorzet ).1,269

5.0,141

6,345

p-x

0,705 p-I'.Ie'l'ol

De condonsatiewél.rlfitc

Q :::

273,5 kJ/sec

Ui t de vlarmte-halans o~reI' de/kolom volgt nu het vermogen van de

reboiler:

Q

=

2550

,

5

kJ/sec.

Alle overige destillatie-apparatuur is volgens dezelfde methode

berekend. De resultaten zijn vermeld in onderstaande tahel.

-/:t-T

8

T

I2

T

rr

T20

t:--- _._ .. T F

I70

:no

260

275

104

Ttop

183

260

104

2

15

I

95

!

T _bodem

292

275

290

134

R

4

1,5

4

1,2

1,3

Nth

7

2

4

7

15

tg q

2,26

0

0,4

3

-0,79

I

p

₃

₃

₃

₃

_I Qcond.

273,5 1098

9065

2258

2413

Qreb.

2550

54J8

1615

2440

append. 6

₇

8

₉

10

I~Berekond

volgens de methode van Soral en &ewis, daar hier do

H-wanrden bekend waren (lit .

6).

Voor alle kolomrnmen is een efficiäcy van

50

%

aangenomen.

De berekening van de oxidatiesectie is op~enomen als appendix

4.

fr."

6.

DRUKREGELING VAN HET SYSTEEM

De oxidatiesectie wordt op druk gehouden m.b.v. een regelventiel

in de afgasleiding. Dit ventiel zorgt er voor, dat de druk in RI

op 10,6 ata gehouden wordt (boven de vloeistof). Dit regelventiel

is gekoppeld aan een drul~eter in de top van de reactor.

De reactor wordt op druk gebracht door de lucht onder hoge druk

toe te voeren, via een compressor.

De vloeibere voeding wordt in de reactor gepompt.

In de leiding van R6 naar de xyleenafscheider Te word teen

reduceer-ventiel geplaatst, die de druk van de vloeistof terugbrengt tot

3

ata.

De methanol voor de veresteringskolom RIl wordt , alvorens te

verdampen, met een pomp op druk gebra(ht.

Deze druk word t gecon tro leerd met een Cl rukcontrole op T 23'

daar ook ~117 en T

23 bij een druk van

3

ata moeten \'lerken.

De voedinG van de DMT-kolom _{T 2}0 wordt, via een reduceerventiel

ontspannen tot I ata (atmosferisch).

Opm.: De recycle _{via hl 2}

6

wordt ook op I ata gebracht. (niet

getekend in flowsheet)

De recycle-stromen worden dan, samen met de verse voeding, weer op dnlk gebracht en in de oxidator RI gebracht.

--2.

0-1. Berekening van de ideaa~ e:eroerde ta~kreacto_:r __ ~1

De verblijf tijd van het reactiemengsel in deze reacto~ bedraagt

twee uur. De doorzet bedraagt 5,060 kg/sec.Dit komt overeen met

een volumedebiet =

.2 ...

J2.

60 m3/ sec.

e,=

1200 kg/m3

1200

In twee uur tijd wordt dit:4,210.10 3 .2.3600 30,4 m3

Aangezien de reactie bij verhoogde druk wordt uitgevoerd (p

is het gunstig een smalle kolom te gebruiken.

Bij een diameter-hoogte-verhouding van D:H =1:10: volume =

_"4

I 'fT D2

_•

11 = l1iD2.1GD

4

30,4 m

3

=

30,4 D 1,6 m

H

16 m 10-12 ata)

Er moet ook nog ruimte overblijven voor de overlooprand en een leeg gedeelte boven voor de vermindering van het entrainmcnt: samen I m.

De kolom wordt dus:

H 17 m

D 1,6 ffi.

Als voorbeeld wordt gekozen:de xyleenafscheider.

~,",

~~~~

,

..

....r

Gekozen schotelafstancl: 30 cm. _ _ ~" '

De hoogte wordt dan: 14. 0,30 =

4,2

m.

Gassnelheid: 30 cm/sec (lit. 5)

Het gasdebiet beuraagt 7,050 mal/sec.

1 7 0 0

4

117,7. / 4 -3 62,6.10-

3

m

3

/sec

Vo urne: ,

5 •

..::!..:1.L....I, 3.22, .10

=

273

v. 1/

4

;TT. D 2 ::

6

2 ,

6 •

I ö -

3

Hieruit volgt: D= 0,51 ill.

Hoogte kolom:

5,

00 m

'

t1;>--I

,

I

- '2.

1-Diameter kolom:

0,55

m

Door de geringe schotelafstand van deze kolom , kan hij niet op de gebruikelijke wijze worden schoongpmaakt. Daarom wordt hij uitgevoerd als een "lege" kolom, waarin de schotel s als pakketjes

kunnen worden geplaatst. Deze pakketjes kunnen ook weer gemakkelijk

verwijderd worden(staan er los in) om ze te kunnen reinigen.

Bij de overige apparatuur is een schotelafstand van

60

cm gekozen.

Dit i.v.m. het reini gen van de kolommen.

Als bekleding kan cpikotE7'",,;{orden gebruikt, wanneer de temperatuur

niet boven

250°C

stijgt. Anders moet een Al-bekledine aangebracht worderl.

De vlanddikte bedraagt voer de oxidatonm 12 rnlll( uit _{cl -}

)

en voor de overiGe appara tèmr 8 mmo

Oxidatievat:

Rr/R

6

Prijs per kg (ongemon toerp;) f L

3,50

(1 i

t.

ro)

Prijs bekleding per m2 11

_25,00

?

staal =

'(800

kgf

I:i3

prijs ko10:21:

n

·

D• H•d

.7

800

.3,5 0

f l .

27

800

,-

-prijs bek:ledàng f} .D.n.2

5

,O 11

2

r40,

--Tot. f l .

3

0

000

,--De overige kolommen zijn op dezelfde wijze berekend en de

- 12-2. -kolom H ]) materiaal N th prijs RI I7 1,6 constr.st + epikote _{30 0} 00,--R6 17

:J:

,6

id. 30000f -RIl

13

2 ccnstr.st + 11.1 I7 500, --. T_S

5

0,55 constr.st. + epikote

₇

₄ 000.--()

\

t

\,~: T I2

5

I,SO 11 _{+ Al}

₄

_{11 000, .~} -,I. - , \; ~'tU" '

"

.. X'

T ₅ 2,00 id. _{4 I2 500,}- -) ' _.. ) , j V 17 T 20

9

0,90 id. 7 10 50 0,--T 23 IS 1,25 11

.

' + epikote 15 28

000$--- 000$---

-

-Tot. f l . 143

500,--- 500,--- 500,--- 500,---

-

-Al deze prijzen zijn onGsmonteerd.

4.1~3,500,-- = rl.

5

74

0JG,-- (1 . ' " .: .. L l...

1e)

I

8. OV!!~RrGE KOSrrEN

A.

Kosten van warmte 1. Ko eling

De condensors en koelers worden gekoeld met koelwater.

De totale hoeveelheid uit te wisselen warmte bedraagt 26 387,3 kJ/spc.

De benodigde hoeveelheid koelwater wordt dan:

~~h2

= I,

25

m/sec

5.

4200

Dit wordt per jaar: 8000.3600.1,25

=

36.r0

6

m3/a. De prijs van het koelvrater is

fl.

O,lc/m3

1

De koelvrat erko sten worden clán

FI.

I ~.

,CJ

la.

e

2. Venlarming

Aile benodieie warmte in de heate:t"s en roboilers wordt geleverd

door condenserende Dovrtherm A. Er v/ordt Dowt.he:crr; A gebruikt,

.1daar, indien met condenserende stoom gewerkt zou worden , hier -~ ,

~.,t •

~"",~,. voor een druk van 100 ata nodig 7.0U zijn in de stoomleicHngon,

indien verwarmd moet worden tot 290cC.

C'

Voor

het

Dowtherm

A

is een temperatuur van 320

C

gekozen. (goede warmte-overdracht door groot temperatuurverschil)

Bij 320~C geldt voor Dowtherm A:

p

=

3~55 bara; r

=

290 kJ/kg; cp 2,2 kJ/kgCC

- 2. 1·1

-De totale hoeveelheid benodigde warmte bedraagt 31 644,1 kJ/s8c.

----

.

Aan condenserende Dowtherm

A

is dan nodig:

13 644,1 = 47kg/sec.

290 .

De gecond.enseerde Dowtl'o"''1j A wcrdt weer verdampt in een ketel

gestookt met aardgas. Stel, dat het rendeffient van de ketel

80

%

is. De verbrand ingswarmte van aard gas is 8800 kcal/m3

-~ .. ---,.~-_._---...

_-_._-De benodigde hoeveelheid gas wordt dan:

100.13 644,1

=0.L16

_{m3/ sec •}

~

1329.106 _m3/a.

r!:;J.,J

. , ..

<!(

J/

jl.,{l.,,"

80.8800.4,2

De kostprijs VB.rl het aardgas bedraagt fl. 0,05

/m

3•

(grootverbruik)

De warmtekosten v,"orclE::n dan fl. 664 500, .. -/a.

Hierbij is geen rekening gehouden met de behodi gde hoeveelheid

Dowtherm A, ~aar de dimensies van de waT~tewisseluars niet

berül~end zijn en dus de globale hoeveelhei d Dowtlw J:m A niet

bekend is. Bij deze temperatuur wordt + I

%

per jaar afgebroken

en moet dus vervangen wOl'den, hetgeen nog oxtra kosten met ~ich

meebrengt.

B. Kosten van de _- [~:ror.:.dstoffen

... ~.- - - -I" ." , . 0° ~ .. -': ~ i; • I / 1 r _{() .} "7 _"). 1 r_\) 'O/ _a. ,

-? i'leF annl

De prijs bedra~~t f] . o,2~/ke.

3

C ft J ( /, ' ,.., \ . ' o-na ·on?? G \ ':',' 1,.,0/ !'·Yodig': re; ./ J , r:: (., . 1 W 7, -~ -... '

ip

l

c

'.

' . Prijs:

rl

.

0,184 Ik~. 7. K 0 s

t

}:n' j j s: fl. 1 0 ,

3 5

•

1 0 ~

I

a .

.-

'1...6" .

.

1 r c' / , .,.,. • ' k t .

'J-, ,",,' '<11 P"'fl P"Ol",l' ' l P

, c../ • u ' ~. v '" ~.. ' . . t "- J ..... van

50

.1

0

6

kg/a, C02ft dit

e~n

opbrengst van

fI

.

62

,

5

.1

0

6

/a.

/'

De kosten aa.n 'warmte, apparatuur en e;rondsiofi'en zijn

tl0,..0

.•

10o/a.

Dit zou bc~ eekenen, dat er e,n voof'l1eIir; 8a1'Jo van fl . 21,7.10 /a isI) .

Hiervan Doet dan nog (le VCI"!ere o;'gan.i.sa t j e vP,n he~, berh·j jf

beta::ürl Horden.

Dit o'ield is echter v,~eJ te optimisti sch, cla?r dt.· k08"en van d.e

\.,re.rrn'e'."is.solaars en de hr:r~~TistalIis0.tjf?sectie niet in deze bOl'f?k:eninc

koelw~t~r via 80n ~oeItorBn, clan is ~e kostprijs van het koelwater

f1.

0

,

01~i/:l!3

.

D

e

Lostpr'ijs zou rlélJlfl. 2.10'

"

)/a Horden.

/'

Dit Ci-,·ft "'en bc-st,2,dnC in ,::, bcdci:lfs:·;oSt;'~!li. van fl. 16.10"'/;'...

2. E, Katschmann, Chcm. InG' Techn., 18, 196(" }i. 1.

3.

D.P. 1041945 (1961)

6. J. Tj r:n:.:,rmans, Physico Chc,rn.-Lcal Con.',ta,nts of nin3-T'y Sys tem8,

In ~er:'scir::;ncc Publ. , New Yor~!

1

95:7

,

7.

R.R. Dreisbnch, P.V.T.~Relationships of Or~anic ConJpnunds_s

Handbook PUll}., 3andusj,,~Y 1 O>~o, 19'j?

8. D.P. 1212063 (1966)

'.

.

p ..:..-

.

D?î'I'

ct

jme tllyl t(~r?ft2,laa l

p-X p-XyleAD

p-TolA p-Toluylzuur

}U~T tereft~alzuurmonomethyle8ter

TA terefbt<:üz,uur

HP nevenp:coJu1:t.8n

p- TolaJ

a

p-ToJ uyJ 8,Jd(~1':yde

B b . Tl. koa " l j l ) [ j t D destillaat K I'i r , I, T t.

x mol. f~actie c0~p0n0nt. A in 00 vlooiutoffase

r ~ 0 ~ .~

.9

> '"Ó Ö cr ,..i 0

t-I

e.-.

O.

a.

CO

'i

I-n i4

9

~ .

t

-r-I

0-U

<I 0..., 0 '<l

1

D ü 1'''' 0 ()

""

o

o

~

~

---~---+---t---+---t---_t---~---_to~---~o~~

~

8

...g

~

~

() ...0 ~)

<I

< c·~ ·;(

',s.,.

C

::

::~I

f"""~ c.~;ç;;:. .

t

Ll

c:.: · ~.!c..,1't"

t"""',

1k )''''1 ~j . .

-.. t:;! ~ C]::..>t::". "

.u

t'j

v' . _ _ ... , !t h " , . ?~~ ( ... ~ ~ 1 ~

..

~

.

\

\

~

.

-~

f

o

o

o

10

o

o

~

--~r---+---~---+---~r---+---4---~---l.0

{6

v

-I.~'? ~! ~l~tÁ:"" ~ ~':'4;!: \ ...-f' ,,::, 'J ~/!.. t.tr.:'~-.n. ~L

...

' ..

-

..

B c

Ik<-.

"

0,6? s 0: l 0 5 o J ~ .. Q v.o 4 Cl 0,0 J l. I. 6 5 3 1,"3 1 I 1,5 I l 0, I 3

7

0, I 2 'l o 0 Q Z 4. '1 0 H 0 , 0 0 S-J 1.5 bg b Ifc. T I 9,0

k"

1,5 ] 4

Ir

9.0 I 2 A 4,q 8 1> o.

°

1 1 C 3, 'l 1 4 D 0, 0 I !> E. OIO 0 ~ f ~r~c< H 0.3 ~ {, .I

o.}

4 I

IM

9. 22 Ic 0,0 O l A 0, l I 7 C. 0,0 b 9 .D 0, Q 0 I ë. 0.0 1 a F 0 , 0 0 I G 0,2 1 '3 0, () 55 A

_',7

_n

e

o. 0 0 I C 3,0 go D 0, 0 ,.3 L lJ,O 0 8 F hou H 0.00 2 [0, 4,~ I 3 5 bs.b ; , ,4

44gnr----} 4 5 0,0 I 3.1 4 5.60.0 I 'J. 5 9·'l 9 I,

°

I .3 7,

°

!5 h,'" 1 2. I _9.0 0,1 2. (, _g:j'O I

.7

6,3 0,3 -2. 3 3 ~

35",,1

5 ... I 7.9~ - --- -- - -.:. u - -- : . . - . A D. 088 D 0, 0 0 f C 6, 150 .D trad-11 0, 0 0 4 /'-1 6 811 B 0,0 I I C 0,0 14 H 0,34'3 1 0 , 0 0 4

7

4 ,1 0.2. 6538.0 ~ b 3.8 4,'3

-6

'16.0 -3,] .b'll,o~ -24 4 o.6f.... - - - -M,in xg);ec Q in kW ~ 0. S 4

°

C 0 , 0 <'J 4 _ .. _jJöl n,b 2 • 1 111

t

tt

t

'2. 6 3.6 4 A, 0 ;3 0 1 61 - - - - -

_

.

_---A 0,2 I

7

C 0,0

69

D 0,00 I r 0 , 0 3 '1

--

uW

0,3 I q 2 0 4.(,

7

J'

I 1,5 ).0 'J... 9

",2.1

IJ 1,6 7 '3 I 8 .3 g 0 c 0,6' I 0 7 '3 .,.0 1> 0,

°

4 4 I 0,8 c 0,0 56 J 2,4 H 14 I

b

- j 008,0 ... 1._3.>..·..:.]-'b2.:4,,_~-3~1-,' b _0 ---1T; 5: 2. B

°

-6 1 ~

11 I

'---=:...!..~::..j

.

,. '--.,- . ~ K 0, 0 0 2 ? 0 , 0 L 0 1...

-ll

AO'040 B 0 , 0 0 , C 3. 0 6 5 D I(~.

r_n~ 5:~;

J

19·9 0, I 196 0.0 o. 2.

-2,;

I 977.

I

2. 3/l 0,' 2 :5 58,0 0,2 .~'2. 2 '3 7 9.0\ A I,

7

s

9 I 2-0.025 --- ---'-~~~~ f - ' - - - -B 0,0 I I 3,8 c~ 4- 4.9

.ffd.

0 , 0 '2. 5 SOli A D, .... U'lLl ... rla.\...o.l. 8 p _ X~L«n CF' M<lh~Ltou.c..L

o

p _ T OWLtA ? p u l E :-\onom"":lLlueÇ~ F Tw-Ç taal 'W.M{ Nt.~~oçl...u.\,(tUl Wo..\.u YI<l'.,.""L I<D ~<>~>"I.<

lJot.",

., -.-

...

I N VOORWAARTS UIT 0, 2. ,3 ...,..----' ... '--"' ... _ _ _ -"--'oLJ b ~ ,g 5 0 4" '1. '2.. '1. C ~ ... 2,.01'5g9~,t

H\';O

"

,S'

;

O

II /6,500 8 .. ~ 0,1 f. I 8.9 /

°

7"J

8 0 .8 F I

,7

0 0

7

'1. 8 .3 ç; '2.100 117°,0 K 0, 0 " I 1\ ,1 1>+1<

IJ

..

8 4,6 6 J 3 8 5 '2 ?,'it---n p, 0, ? 2. 0 3 o. 5 C 0,'1. 76 : ",4-~----1 H Q,"3 G b - 8 .~ 4 0

I

uIT~!_· ~I~,3~6~2 _ _ -~8_2.~&~I~,t---~ 13 C D M3 H4 0.040 10,9 0,63(1 2. I 7,0 1,1

9

8

7 1

6.0 H,O l,oS8 413.0

I

~:~ ~~

3

~ ~:~-1~1=----,

0,/1"3 60,4 0.0 62. ',0 HS RETOUR IN UIT

a

Q A. 0, '5 8 I <4

q,

ç t - - - , b ~,"3 / 1 3 I 6 +.1 C31.,052. 1 0 6 0 0 . 0 D , S, 4 4 1 5 1 , 0," f 1,5 9 1 5 0

7

.6 b 1. s 2. 1 88 7.0

t

EI7,699 (;/'0,1 IC 0,0 '1. ~ 4.3

I

ïfi

419 ' 1 39 '1 6 6 H

.01

è

;':-..:1.L.~,-::..

__

--;':-c":?'~S

-III -III

IIIII~~'I;~

---~ 0. q ~ b

11111

~~~~L_ _ _ ~~ t---'- - - -- - - '---=-:'---"---"'--'~ t---'-- - - -- --'----'-''---'--'-'-Ll

...

>

.- i .•

APPENDIX

LL

---~

Eerekening vande oxidatiesectie.

---~---

_._-~~~2~~I~ll~=È~!~~~~~3E·

De overallbalans over

de oxidatiesectie

geeft

de volgende reactie

vergelijk

SNingen.

I

8,408

p ....

Me Tol

+

8.408.

3/2

°

₂

.---4-

8,408

MIvIT

+

8,4-08

H2

0

11

III

IV

V I 11

[II

IV

V

1,030

p-Me Tol

+

1,030 02

-

1,030

N.P.

+

1,030

H

₂₀

9,708

P-X

+

9,708. 3/2

02

~

9,708

p-Tol A

+

9,708

H

₂

0

0,823

P-x

+

0,823

_°2

~

0,823

T.A.

+2. 0,823

H

2

0

0,414

P-x

+

_{0,414 °2}

)

0,414

N.P.

+

0,414

H

20

De hierbij behorende warmte-effecten

zijn

dan:

i\.H

R

=

-

145,523

8,408

=

12

25,0

kC8.1/sec

(~

H

_R

₌

76,411

1,030

=

78,

1

_"

N.P.=tereftaal

aldehyde

)

DHR

₌

_-

1

45,523

9,708=

1

412,0

kcal/sec

iJHR

291,044

0,823

242,1

ft

=

.--bHR

_76,413

_0,414

_{31 ,6}

11

=

0

-(

_N.P.=toluyl

aldehyde)

Totale warmte -ontwikkeling

2988,8

kcal/sec=

12 445

kJ/sec.

Het temperatuureffect (H

_T

- H

₂₉₈

)

=

290

kJ/sec.

Het

totale

warmteeffect

bij de oxidatie wordt dan

12

735

kJ/sec.

Door

de on.bekendheid Iaet de reactiekinetiek is de volgende aanname

gedaan:

80

_%

van de oxidatie vindt plaats

in

R

₁

20

_%

van de

oxid

atie

vindt plaats

in

_R6

-

1.-Uit de reatievergelijkeningen volgt,dat er

31,087

~

02

/

sec nodig

is.

Bij

een

02-

verbruik van

98

%

van

de

toe

g

evoerde lucht

betekent dit,

dat

172,9

=

173

mol

lucht / sec toegevoerd

moet

worden.

B. Berekeóing afgas

R6

•

De samenstelling van

de massastroorn

naar T

8

vol

gt

uit de

overail-balans en daarmee

ligt

oo

k

de

samenstelling

van de vloeistof in

R6 vast.

(i

deaal gevoerde

tankreactor).

Voor de

berekening van

de af

g

assarnenstelling van

R6 is de

vloei

stof

samenstelling

van

belang

en

wel.

x

=

1

• 3

e

1

=

0,042

p-x

-jj~145

--x

v

p-

M

e Tol

=

_ _ _ _

11

.1. _

172

___ _

33,1

45

=

0,336

De

andere mindbr

vluc

h

tige

co

m

ponenten kunnen voor

de

afgas-samenstelling verw

aa

rloosd

w

orden.

Voor het

afgas geldt

nu

bij een temperatuur

van

170 C:

P

=

27-10

.

8,042

::::

114

mm Hg

=

1

,

41

%

=

2,

1

p-x

P

_p-l\~e

_Tol

228

0,336

74

Hg

0,91

%

1

,6

=

=

mrn

₌

₌

P-H

₂

°

=

_1~6~7---

4 3

7868

=

204,0

mm Hg

=

2,52

%

=

4,3

Plucht

=

7764

mm

Hg

::::

95,16

%

--

162,3

---8056

mm

Hg

1)

uit

20

_%

reatie.

mol/sec

mol/sec

mol/sec

mal/sec

1 )

1)

"I"' -r

- ' - -

---

-r-- r--

'3-:

Warmte

-

inhoud

H

- H298

van

deze

stroom

is:

T

X =

178

kJ/sec

M

e Tol =

193

"

2°

=

21 ,5

11 r _

'2-

137x3

=

415,2

11

)2= 29,7x3

=

88, 1

11

895,8

kJ

/sec.

Deze stroo

m gaat

na

ar

R

₁

.

c.

Berekenin

g

van

afgas

van

R

---....

---""---1

Uit het

feit, dat in

R

1

80

%

van

de

reactie plaats

vindt

en dat

de

in

gaande stromen

bekend zijn,

is

de samenstelling

van de

vloei

-stof

in

R1

te

berekenen.Deze

is gelijk

aan de uitgaande

stroom

.

Hiervoor

ge

ldt:

x

_p-X

=

0,

162

xp-

M

eTol

=

0,39

4

.

De reactie

vindt plaats

bij

170~C

en 10,6 ata.

De

parti~eldrukken

in het afgas

zijn dan

P

_{p -}

X

Pp-

MeT

ol

PH

6

2

Plucht

=

333,0

mm

Hg

=

86,6

:=6630,0

-m5"5b~b-mrn

Hg

Via om

rek

enen in

%

wordt

dit in

IX<!t1

mol/sec:

I I I

!

f-t

t

_t

_,

~ [-p'

(

t

[

f

[

r

I:

f ~,

I

f

I

_{I I}

[

'

I

I

I, I

,

~

I

jI

ti

1

',' j' J

"

• "

.'

t-,

f. ;" , Y' i

~

i

.

_,

7,14

p-X

1,84

·

p-MeTol

21,3

_H20

- - _._-- -- lj-..;<:,.1.' ;\

1

9'

.)'~

142,

°

lucht

)

~t'

J

De

warmte-inhoud

hiervan

(uit reactiever

geli

jkingen)

is:

"

_p-X

₆₀₅

_kJ/sec

p-

MeTol

222,2

kJ/sec

H

₂₀

106,5

lucht

426,4

---Totaal

1360,

1

kJ/sec

Dit

wordt in H

₂

afgekoeld

tot

40

C.

Via de

berekening van de pa:tiaaldrukken levert dit de afga.s-,

samenstelJ.ing:

p-

MeTol

°

70

=

°

mOl/sec

₌

0

kg/sec

p-X

0,24

%

=

0,34-4-

_"

_

.

0,037

kg/sec

H

2

0

0,72

%

I =

1 ,03

"

=

0,018

"

lucht

99,04

%

=

142

"

=

1 ,

196

11

---1 ,25

1

_kg/sec

Warmte-inhoud:

p-X

14,5

kJ/sec

H

₂

0

0,46

_"

lucht

42,58

_"

5

'=r-;

54

kJ/sec

De

gecondenseerde stoffen worden naar de

separator M

3

gevoerd.

p-x

6,796.4,5

=

30,5 kJ/sec

H

₂

0

20,3.-42,98

=

-8'4,0

p-MeTol 1,84.8,4

=

15,4

-

s---=B2B~1-'kJ'

/

sec

p-Xyleen en p-Mefol worden teruggevoerd naar

R1'

terwijl het

water gespuid wordt.

Het

vermogen, dat de condensor H

2

moet kunnen leveren, is

dan:

1360,1

-

57,54 -(-821,1)

=

2130,7 kJ/sec.

Uit een

berekening van dehoev8elheid

warmte

,

nodig om de

methanol stroom

(vloeistof)

op te warmen tot

170°C (damp),

volgt,

dat

hiervoor nogig is 2039,9 kJ/sec. Dit wordt geleverd

in

verdamper

HL~.

Om nu de koeler H5 te

kunnen

berekenén,

is

het nodig om de

warmtestroom,

die uitgaat naar R6 te

kennen.

Deze stroom

koelen we

tot

140~.

Bij

deze temperatuur is de

warmte-inh~ud:

DMT

°

_t

_04·0

kg/sec

- - 4

10,9 kJ/sec

p-X

0,638

11 _---7

_217,0

11

p-MeTol 2,189

11 _{- - 1 -}

_726,0

11

TolA

1

,085

_"

)

_413,0

11

MMT

1

,21

'1

_"

")

357,0

"

'l'A

0,109

ti

.,

34,8

11 NP

0,173

11 _)-

_{61 ,4}

11

---

---5,427

kg/sec

1820, 1

KJ/sec

, I

-

t-Nu

g

eldt

voor de

warmtebalans

over R

₁

:

45,9

+

2063,1

+

10

.

195

+

895,8

=

1360,1

-I-

1820,1 +

2039,9

+

H5

H5

=

7979,1

kJ/sêc.

Uit

de

warmtebalans over

RB

volgt dan:

1820,1

+

2540,0

=

2295,3

+

895,8

+H7

H7

=

1169,0

kJ/sec.

~.!._~~!:~~~g1:3fL~§:!?:_~~_E~~;y~l:~-~~~!:_~,t-~!?:_B5

De totale

warmte-overdracht in

deze

twee koelers

is:

7979,7 + 2039,9

=

10

019,6 kJ/sec

De temperatuur

van

de ingaande

str

oom

in

H

₄

is

170~.

De

warmte-inhoud van een stroom, zo

gro

ot

als naar

R6

gaat

is:

(170

"C

)

DMT

14,5

kJ'jsec

p-X

282,0

_"

p-MeTol

1025,0

kJ/sec

TA NP

544,0

46,0

80,9

11 ti 11

2463,4 kJ/sec

H170 - H140

=

2463,4

-

18

20,1

=

643,3 kJ/sec.

De

recycle moet dus

zijn:

.19

_

9.12.l.S2_

-

1

=

'

15,

6

-

1

=

14,6

m

aa

l

643,3

de voedin

gsst

roo

m

naar

R6"

(Voor

de

massa:

zie massabalans).

")

.J

c-

J.

,,:";. "'!.. ....

I

"

r

-J

n •

I

Deze

berekening

verloopt

geheel

analoog

aan

die in

E"en

we

vinden:

H170 - H140

=

2295,3 - 1734,3

=

56î,0

kJ/sec.

De recycle

wordt

dan

=

2,16

maal

de stroom naar T

₈

-Dit levert!

massa

_H170

_H140

DMT

0,086

31 ,5

23,5

p-X

0,318

142,8

107,3

p-MeTol

3~615

1669,0

1280,0

TolA

2,858

1475,0

1110,2

MJYIT

3,266

1282,0

965,0

TA

0,296

122,2

94,0

NP

0,4

·

94

217,8

165,0

Kat

0

1

004

2,2

1 ,5

---

---

---t

otaal

10,9

3

7

kg/Bec

4·942,5

3746,5

kJ/sec

N.B.

Dit

sta

at

verkeerd vermeld in de massa-

en

warmtebalans_

~ - - - -~ ~~ - - ~

1

-APPENDIX

5

Berekening van de

verest~ringskolom.

A. Reactiewarmte.

De voeding

van de

veresteringskolom komt

van

de p-Xyleenafscheider

Ta binnen

met

een t

em

peratuur van

292

Cc

en een druk van

3

ata.

Dit wordt vereste

rd

met

2,5

x

overmaat

Cll30H.

Als keuze is

aangenomen

voor

de

verestering:

270PC

en een

verblijf

tijd

van

2 uur.

Daaru

i

t

vol

gt

voor

een

co

nversi

e

van

MMT

:

97,5

%

(lit.

4)

~erder

i

s

aangenomen

,w

egens ge

br

ek aan gegevens:

Tol.A

99

%

en

T.A .

. &tl>

-

j

.

:l1)c1v.>

'.

·""'.99

%

(zull

en

iet

s gemakke

lij

ker

verest

eren dan

MJ/T

.

waarb

ij

sterische

I

~/)l~

A1

~

, i

~

f.

.

f

tt

I

(

-~---_.

hinderin

_-

_----

g

_{-_.}

op

tre

edt.

)

M.b.v.

de methode van Van

Kreve

len

xt~nxw~

voor

de

berekening van

de

re

actiewarmte zi

jn d

e

vol

gende

waarden gev

o

nden

.

I

p-Tol

A + CH2 OH .~

J p-

rije To

l

H20

c-HR

==

10,746

11

EM'l' +

CH3

OH -~ DMrf ₊

H20

_"HR

c ,

9,546

111

~_-')_te ~A _{• + CH}

3

on

.- - 7

Ml

/t

T

+

H20

diR

==

10,748

TJ:i. t

de voeding

volGt

nu

voor

de

tot

a

l

e

react:tiev:armte:

I

0,99

.

9,7I •

10;14

6

103,30

Kcal/sec

11

Of

9

75 .6,40

8

.

9,546

73,30

kcal/sec

111 0,99

.

0,823. 10,748

8

,

75

kc

a

l/nec

IV

0,975- 0

,

99 .

0,823.9,546= 7,57

kcal/sec

Totaal

192,92

kcal/ sec

kCa

J

./m

~

.

kcal,Lmc

I

i

kcal/SE!

.

.

--

1-(IV volgt uit 'I'.A.--+

99

'ï~ MMT + I 'l~ T.A. en dit M11'1'·-+9:

'7,5

%

DMT.)

De reactievrarmte bedraagt clus 192,92 kcal/sec"" 803 kJ/sec.

Dit moet nog gecorrigeerd worden voor het temperatuureffect,omdat

al1es berekend is t.o.v. 25°C. Dit effect is - 84 kJ/sec.

De reactiewarmte wordt nu: 719 kJ/sec.

B. Vloeistofsamenstelling in het veresteringsvat.

Uit de reactievergelijkingen en de samenstelling van de voeding volgt,

via de massabalans, de samenstelling van het produkt.

Bij deze veresteringssectie speelt de zg. spuikamer een belangrijke rol. Hierin wordt een bepaalde hoeveelheid vloeistof toegelaten,waarna

met methanol de vluchtige produkt en afgedampt worden. (een soort

stoomdest{IJ.atie) • ( l i t . ! )

Als spui wo:::-den dan afgevoerd de hoog kokende nevenprodukten en een

gedeelte niet veresterde zuren en wel in een hoeveelheid als uit de

massabalans volgt.

De rest van de proclukten wordt dan over de top afgevuerd. Op de

reactor is nog een destillatiekolom geplaats om de nog niet

ver-esterde stoffen in de reactor te houden,

Uit de hoeveelheid spui en de voeding volgt nu de produktsamenstelling.

Dit produkt is in dampfase en met behulp van de relatieve vluchtig-heden,is nu de vloeistofsamenstelling in de verseteringskolom te

berekenen.

-(0(

i j

CJ.-x)

x

--rr=-ij)

)

De zo eevonden samenstelling is vermeld in de massabalans ( stroom

Deze berekening wijkt in zoverre af van de berekening van de overige

condensors, dat het hier een partiäle condensor betreft.

De toptemperatuur is 260°C.

Als reflux is genomen R

=

1,5.

Bij een produkt van

9

,272

mOl/sec

DMT

betekent dit, dat er 13,8 mol/sec DMT

als reflux gebruikt moet worden.

Nu is m. b.v. de relatieve vhlchtigheden en 0(. = i<l~. 1 -

xl

de

1 .. ) , x - J.J ,

hoeveelheid p-MeTol, die gerefluxd word~, uitgerekend. Dit blijkt

5,4

mOl/sec te zijn. De rest blijft in de dampfa~;e.

De benodigde hoeveelheid warmte voor deze condensor is:

DM '1' 13,8.60,5 831 kJ/sec p-MeTol

5,4.49,5

_{----_.}

267

_"

1098 1:~.J/ sec

Uit de warmtebalansen over de kolom en de spuikamer kunnen nu de

vermogens van de heaters H

c.o

•

a.

a.

rd

--

,

o

...0

o

0"

~ c ~

c::s-~ ~ c::r- 0-6" ct:)

<:r-e

0 c:r- o-0 ö ~

t

1-~

f

f

-i .

,. , I , , , .~ ! - - -

-app.8

I.o

.----===========~~~

0.0 0.4

o,b

I,O

VOOR SCHEI 0 I NG

"

app·

9

I,O----~---,~~ '\.

0,4

, I

-app.10

H

.1 I

/

I I 1.0 I

I

I

Y

1

1

t

0,

8

,

1

O,Ó

0,4

0,2

I

I

o,b

1,0 )(

SCHEIDING

lffiJ

HlS

\r\JJJ'~

\l T17 T20 j Hl9 H22 . 0 -;."

~

koelwater • ~ ~ -H 24 T23 H 25

~

Q

_...

, ,

cillJ

O.M.T. ~

SER ElOING van O.M. T.

volgens het Imhausenproces

C I. SMITS G . J .M.KArYFERMAN

• " ._ . .... "1*' ., "." •. : ••..•• ~: ":-.., ••• ,:~' • ., ... ~.,.~ .... ,-.;..,<'~ .:, ... ~, ... ",";' .. ". ~ • ~.. . 'l, :' .; .• " -.. , ,, .' ," . ~ I' ~ \. " ... ~~ . .. .. . :. '; . ;.,. .. ... ;':.~~.:!ó. ··.~";· ... ~ei,;;";;"~.).;"'··":-:~':a., '''-.~,.-!~''' .... ~.'.,:; •

.'!J.;":;'t ..

~.)

...

··"~;~;

:.,

..

,

~,.,fII.. P'~" ." . ,~ ", ""-4, . • ' '. ,, - • ~' "-I('" ,l;' ,_ .• ~

water p.xyleen lucht koelwater

..

,10.6 ~

~8

ffi:J

(1,0) ,J methanoi

cm

'

om

€V

Rl H4 - T8- --HS

@

~

i

'

{

~

~

=

'c::::f

,

f i ·

·

H9 H 10 T 12 R 11 oxidator 1 afga>koe\er separator me1hanolverda~r koeler oxidator 2