De produktie van methacrylzuur door oxidatie van t-butanol

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I I

Nr: 2688

laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

... A •.. B.uc.k.er S .. & ..

w. •.

_.van.. del: .. Klooste;!; ... .

onderwerp:

... ~an .. t:: .. Bll.tanal ... .

adres:Adm.

Trompstr. 67 Zwijndrect v. Hasseltlaan 373 Delft

opdrachtdatum : 9- 9-1986 verslagdatum :27-11-1986

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Inhoudsopgave SAMENVATTING CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 1. INLEIDING 2. ONTWERPGEGEVENS

2.1. Uitgangspunten van het ontwerp 2.2. Fysische constanten

2.3. Veiligheid

3. BESCHRIJVING VAN HET PROCES 4. PROCESCONDITIES 4 . 1. Reactoren 4.2. De absorptietorens 4.3. De destillatietorens 4.4. De vloeistof-vloeistof extractor 4.5. Pompen 4.6. Warmtewisselaars 5. MASSA- EN ENTHALPIEBALANS 6. APPARATENLIJST 7. KOSTENBESCHOUWING

Bijlage I I.l. Het reactormodel 1.2. Resultaten

I.3. Katalysatoren

Bijlage II II.l. Methacrylzuurabsorptie II.2. Methacroleineabsorptie Bijlage III De destillatietorens

Bijlage IV De ROC-kolom

Bijlage V E~onomische beschouwingen

blz. 1 3 4 5 5 6 7 9 14 14 16 17 18 19 20 21 36 47 53 63 70 72 75 78 80 82

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Samenvatting

Dit verslag behandeld het fabrieksvoorontwerp voor de

pro-duktie van 20.000 ton/jaar Methacrylzuur uit tertiair-butanol. De oxidatieve synthese vindt plaats in twee stappen: In de eerste stap wordt in de gas fase tertiair-butanol katalytisch in methacroleine omgezet. MethacroleIne,dat in de tweede stap analoog met de eerste verder tot methacrylzuur wordt geoxideerd. Het gas dat de tweede reactor verlaat wordt vervolgens door twee absorptietorens geleid. In de eerste wordt het grootste deer van het methacrylzuur in een waterige vloeistof geabsor-beerd. In de tweede wordt vrijwel al het overgebleven metha-crylzuur en tevens het grootste deel van de methacroleine op-genomen in een eveneens waterige absorptievloeistof.

De vloeistofstroom uit deze laatste toren wordt gedestil-leerd waarna het topprodukt, dat voornamelijk uit methacroleine bestaat naar de tweede reactor teruggevoerd wordt.

De bodemstroom wordt naar de eerste absorber geleid.

Uit de vloeistof die de eerste absorber verlaat wordt met

als extractiemiddel tolueen in een RDC-kolom het methacrylzuur

uit de waterige oplossing geëxtraheerd. Met een destillatie worden vervolgens het extractiemiddel en het produkt van elkaar

gescheiden. Het verkregen methacrylzuur heeft een zuiverheid

van 99,2 %.

Bij de berekening van de reactoren is er van uitgegaan dat

de reacties met een eer~iek kunnen worden benaderd,

en dat de reactoren aan het model van de ideale buisreactor

voldoen. Op basis hiervan

zi~n

met een computerprogramma de

in- en uitgangstemperaturen en de dimensies van de reactoren bepaald. De destillatietorens en de RDC-kolom zijn berekend met de door Zuiderweg [20,21] beschreven methodes.

De gepakte absorptietorens zijn berekend op basis van de

veronderstelling dat de dimensies door de warmteoverdracht

worden bepaald, waarna deze met de door Zuiderweg [21]

aange-geven methode bepauld kunnen worden.

,

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

!

I

_j

.

I

! ~.

~

Op de door de Jong [13] aangegeven wijze zijn de warmtewisse-laars berekend.

Door het kleine prijsverschil tussen methacrylzuur en ter-tiair-butanol blijkt het vrijwel onmogelijk om deze omzetting op rendabele wijze uit te voeren. Met het door ons beschreven proces wordt een geschat verlies van 6,47 miljoen $ per jaar geleden. De voor het proces benodigde investeringen werden op 22,7 miljoen $ geschat.

' )

•

•

•

•

•

•

•

I

_j

.

1 J ~. ~. Conclusies en Aanbevelingen

Het blijkt technisch goed mogelijk te zijn om uit tertiair-butanol methacrylzuur te vervaardigen. Met de op dit moment in de literatuur bekende katalysatoren is het mogelijk om ge-durend lange tijd De oxidaties met hoge conversies uit te voeren. De selectiviteiten zouden voor de beide reacties wellicht nog verbeterd kunnen worden.

In de literatuur ontbreekt het aan voldoende gegevens van de kinetiek om nauwkeurige reactorberekeningen uit te voeren.

De door ons toegepast eerst orde kineitiek is wellicht een

goede benadering maar geeft beslist geen exacte waarden. Tevens strekt het tot aanbeveling om de reactoren met een

a~koelmiddel dan het door ons gebruikte zout door te rekenen.

Dit omdat een gesmolten zout door het hoge smeltpunt problemen kan geven bij het opstarten en bij een "shut down".

Bij de berekening van de absorptietorens werd er van uit-gegaan dat de warmteoverdracht snelheidsbepalend is. Bij de tweede absorber is gebleken dat deze veronderstelling juist is. Het benodigde oppervlak voor de stofoverdracht is veel geringer dat bij de warmteoverdracht. Toch is er onvoldoende bekend over de mechanisme::l die in dergelijk torens optreden.

Door middel van een extractie met tolueen is het vrij een-voudig om het metacrylzuur te isoleren uit de waterstroom. De in het proces gebru.ikte scheidingsstappen voldoen goed, in zoverre dat de gewenste zuiverheid wordt gehaald en de verliezen gering zijn. Ondanks het feit dat het proces goed uitvoerbaar is, is het op ba~is van het kleine prijsverschil tussen het produkt en de grondstof niet op rendabele wijze uit te voeren. Uit de literatuur blijkt echter dat hetzelfde proces vrijwel zonder wijzigingen ook met als grondstof iso-buteen is te gebruiken. Deze grondstof is aanzienlijk goed-koper, waardoor een proces op basis van deze stof wellicht wel winstgevend zou kunnen zijn. Het is daarom zinvol om het gehele proces met isobuteen als uitgangsstof te laten door-rekenen.

•

•

:

.

•

•

•

I

I

·

•

I

_j

.

i !

.

_!

!

_,

,

i ~. ! I: ~ ft ~

i

H

i

•

,I ~ ~

~

.

ti f 1. INLEIDING

De interesse voor methacrylzuur (2-methyl,2-propeenzuur) vloeit voornamelijk voort uit de mogelijkheid tot het omzetten naar methylmethacrylaat , de grondstof voor PMMA. Dit PMMA is vooral onder de merknamen perspex en plexiglas pekend .

Voor de bereiding van metacrylzuur zijn een aanta~

alterna-tieven bekend. De meest toegepaste is die waarbij wordt uitge-gaan van aceton, het ACH proces. Aceton wordt met blauwzuur omgezet naar acetoncyanohydrin, waarna door een reactie met

zwavelzuur methacrylamidesulfaat wordt gevormd. Tenslotte wordt door hydrolyse het zuur verkregen. Dit proces wordt onder andere

door Röhm & Haas toegepast [1]·

Door het teruglopende aanbod van blauwzuur werd gezocht naar andere grondstoffen. Goede mogelijkheden blijken de C4-koolwater-stoffen isobuteen en tertiair-butanol te bieden. De alcohol wordt gevormd als bijprodukt bij de propeenoxide bereiding. Momenteel is er één fabriek operationeel die tertiair-butanol als grondstof gebruikt; Mitsubishi Rayon startte in 1983 een relatief kleine fabriek op met een produktie van 40.000 ton methacrylzuur per jaar [2].

De opdracht van dit fabrieksvoorontwerp was de produktie van ongeveer 20.000 ton methacrylzuur per jaar uit t-butanol.

Evenals Mitsubishi zullen wij gebruik maken van een tweestaps

.

gasfaseoxidatie waarbij als tussenprodukt methacroleïne .

( 2 -methy 1, 2 -propenal) wordt \gevormd.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

2. ONTWERPGEGEVENS

2.1. Uitgangspunten van het ontwerp

Als uitgangspunt van het ontwerp werd gekozen voor een fa-briek met een jaarproduktie van 20.000 ton methacrylzuur.

Het aantal bedrijfsuren werd op 7200 .uur vastgesteld. Dit is

een voorzichtige schatting zodat in de praktijk de p;oduktie-hoeveelheid wellicht mee zal vallen.

~et aangevoerde t-butanol wordt verondersteld 100 % zuiver

te zijn en in vloeibare vorm bij 2SoC te worden geleverd.

In de door ons gehanteerde prijslijst [

31

komt methacrylzuur

voor met een zuiverheid van 99 %. Aangezien methacrylzuur haast

alleen wordt gebruikt voor de produktie van methylmethacrylaat is de genoemde zuiverheid schijnbaar voldoende voor deze omzet-ting. Het leek ons daarom niet zinvol om een nog zuiverder produkt te fabriceren.

Aangezien verondersteld kan worden dat het gevormde metha-crylzuur op het zelfde fabrieksterrein omgezet zal worden tot methylmethacrylaat wordt het produkt niet gekoeld vcordat het

de fabriek verlaat. maar wordt het op kookpunt afgeleverd.

•

•

•

•

•

i

I

e

I

!

i

I

I

•

•

'l

•

•

•

•

2.2. Fysische constanten

De gebruikte fysische constanten zijn voornamelijk afkomstig uit enkele handboeken [4 • 5.6. 7. 8]. Niet beschikbare gegevens konden worden geschat met behulp van de benaderingsmethoden die Perry [ 4] hiervoor aangeeft. De belangrijkste gegevens staan hieronder in de tabel vermeld.

Tabel 1 Fysische-constanten van de in het proces voorkomende stoffen

component M m.p. b.p. p _~Hf25 ~H T

3 v c

( g) (oC) (oC) (kg/m ) (kJ/mol) (cal/mol) (oC)

CO 28.0 -191.5 -110.5 -139 cO 2 44.0 -78.5 393.5 31 °2 31.99 -183.0 -119 N 2 28.01 -195.8 -147 Ar 18 -122 water 18.02 0.00 100.0 1000 -241:8 10510 374 t.BuOH 74.12 25 83 789 -368.8 10413 235 Meth., 70.09 68.4 837 -111.2.; 10000 337 MAA 86.09 16 162 1015 -355.4 12527 256 tolueen 92.15 -95 110.6 867 9369 219 C 2H4O 44.05 -121 208\ 783 -166.2 7268 188 C 2H402 60.05 -73 140 1373 -104.7 9964 322 hogere aldehyden 100 251 6 Pc (;itm) 35.0 72 .9 49.7 33.5 48.0 219 40.0 41.0 41.9 40.6 57.2

•

•

•

•

•

•

I

•

•

•

:

e

•

n

2.3. veiligheid

Het grootste veiligheidsrisico wordt in dit proces gevormd door de ex;?losiviteit van zowel t-butanol als methacroleine. De explosiegrenzen van deze stoffen in lucht zijn volgens Chemiekaarten [6] en Hommel [7] als volgt:

stof t-butanol methcroleine bovengrens 8 vol. % 31 vol. % ondergrens 2,3 vol. % 6 vol. %

Om buiten beide explosiegrenzen te blijven ontkomt men niet aan het verdunnen van het reactiegas. Het goedkoopste aanwezige

I

gas om mee te verdunnen is stoom. In de literatuur [9 ,10,11,12] komt men dan ook steeds tegen dat men ongeveer 35 vol.% stoom aan het reactiemengsel toevoegt. In figuur 1 is het explosie-gebied voor het mengsel water-lucht-t-butanol weergegeven.

Hierbij is er van uitgegaan dat voor een explosie minimaal 92 %

lucht en 2,3 % t-butanol nodig is. Boven een gehalte van 5,7 %

stoom kan er dan geen explosie meer plaatsvinden. In dit figuur is ook de samenstelling van het reactiegas voor de eerste reactor aangegeven. Het blijkt dat dit punt ver buiten het explosiege-bied valt. De uitgangsconcentratie methacroleine aan het einde van de eerste reactie bedraagt 4,7 vol.%. Dit is beneden de onderste explosiegrens en bovendien is bijna al het zuurstof dan opgebruikt. Voor de tweede reactor is de concentratie slechts 3,3 vol.%. Men bevindt zich ~us steeds buiten het explosiegebied.

Een ander risico wordt gevormd door de kans op snelle poly-merisatie van zowel methacroleine als methacrylzuur met een daarbij optredende sterke warmteontwikkeling. Om dit tegen te gaan dient aan de voeding ongeveer 100 ppm hydrochinon te worden

-~

toegevoegd. In de balansen is hydrochinon echter weggelaten. Van de in het proces voorkomende stoffen is methacroleine de meest giftige. Deze stof veroorzaakt een bijzonder sterke prikkeling van de ogeh

en

de huid. Contact met de vloeistof kan ook brandwonden veroorzaken. Door het inslikken van speek-sel met geringe hoeveelheden methacroleine kunnen ernstige maag-krampen ontstaan. Ook van methacrylzuur is bekend dat het in sterke mate prikkelend op zowel de ogen als de huid werkt.

•

•

•

•

•

,

'

.

•

•

:

.

,

I ·1 " ., 'I

1

_I

.

!

i'

i

j

I,

1

1

-:

'

Dit betekent dat de mogelijkheid moet worden gecreëerd om

\J

\

"-'"'"

op een aantal plaatsen in de fabriek de concentraties

methacro-\ ').11

~~\

leine en methacrylzuur in de . lucht te kunnen meten.

7"

.,.l/. \

~ Het gas uit de tweede absorber is te koud en heeft dus te weinig stijgvermogen om direct gespuid te kunnen worden. Boven-dien zijn de methacrylzuur en methacroleine concentratie wel-licht ook te hoog voor een directe spui. Het gas zal of met een andere warmere afvalstroom van het fabrieksterrein moeten worden opgemengd of moeten worden verbrand.

. Zowel methacroleine als methacrylzuur zijn tamelijk corro-sief. Als constructiemateriaal voor het gehele proces voldoet roestvrij staal uit de 316 serie. Als materiaal voor de warmte-wisselaars is volgens de Jong [13] een koper-nikkel legering geschikt.

werkpunt

explosiegebied

t. BuOH~---~ lucht

Figuur 1: Het explosiegebied voor het t-BuOH, water, lucht mengsel met daarin tevens het werkpunt~ aangegeven.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

3. BESCHRIJVING VAN HET PROCES

De oxidatie van t-butanol tot methacrylzuur vindt plaats in twee stappen die in twee afzonderlijke reactoren worden uitgevoerd. In de eerste reactor wordt t-butanol met zuurstof uit de lucht omgezet in methacroleïne. De conversie bedraagt bij deze reactie honderd procent, de selectiviteit 85,0%. De optimale temperatuur waarbij deze katalytische oxidatie plaatsvindt is 3900C. Deze temperatuur wordt zo goed als mo-gelijk in de gehele reactor gehandhaafd.

In de tweede reactor wordt methacroleine eveneens met zuur-stof uit de lucht omgezet in methacrylzuur. De conversie bij deze reactie bedraagt 94,4% met een selectiviteit van 87,7%. De optimale temperatuur bedraagt nu 3180C. Beide reactoren bestaan uit vele met katalysatordeeltjes gevulde reactiebuizen waar omheen gesmolten zout als koelvloeistof stroomt. Het grootste gedeelte van de bij de reacties vrijkomende warmte wordt aan dit zout overgedragen. Met deze warmte wordt vervol-gens stoom opgewekt.

Bij de reacties worden als bijprodukten koolmonoxide, kool-dioxide, azijnzuur, zware aldehyden en teerachtige produkten gevormd.

Na de reactoren volgen twee absorptiesecties. Het gas dat de tweede reactor verlaat wordt in de eerste absorptietoren

g:eabsorbeerd in '-=, een wat~rrijke vloeistof. Het grootste

gedeelte van het methacrylzuur, het azijnzuur en het in de gasstroom aanwezige water cohdenseert en wordt door de vloei-stof geabsorbeerd. Methacroleïne wordt niet of nauwelijks geabsorbeerd. Het grootste gedeelte van de uitgaande vloeistof van de absorptietoren wordt gekoeld en gerecirculeerd als absorptievloeistof. Dit wordt gedaan om de

methacrylzuurcon-

---cent~houden.

De uitkomende gasstroom wordt in een tweede absorptietoren o

in tegenstroom gebracht·met een tot 10 .C gekoelde vloeistof-stroom uit de eerste absorber.

n

\-S ... ~ ',{>-.~'l

h~

•

•

•

t

.

t

,,) _, Uit de literatuur [1.4] blijkt namelijk dat de Henry coëfficiënt van methacroleine sterk daalt naarmate de vloeistofstroom meer methacrylzuur bevat. De uitgaande gasstroom van de tweede

ab-sorptietoren bevat nog zeer kleine hoeveelheden methacroleine en methacrylzuui en wordt gespuid. Ook hier wordt het groot-ste gedeelte van de vloeistof stroom gerecirculeerd. ,I.

Na"deze absorptie volgt een destillatie, waarbij over de top een mengsel van methacroleine en water met een samenstel-ling dicht bij die van de azeotroop naar de tweede reactor wordt teruggevoerd. Het bodemprodukt van deze destillatietoren gaat als absorptievloeistof terug naar de eerste absorber.

De uit de eerste absorptietoren komende vloeistofstroom bevat ook de bij de reactie gevormde hogere aldehyden en teer-achtige piodukten. In de balans komen deze voor als koolwater-stoffen met de formule C

6H120. Deze stoffen veroorzaken in de hierop volgende stappen ernstige vervuilingen en moeten daarom worden verwijderd.

Hiervoor worden in de literatuur [15,16] een aantal mogelijk-heden genoemd, zoals het filtreren van de vloeistofstroom en het toevoegen van een 30% natriumbisulfiet oplossing in water aan de vloeistfstroom. Door een reactie met het bisulfiet worden de vervuilinde componenten goed oplosbaar in water, waardoor ze in de RDC kolom met de waterstroom worden gespuid.

Dit onderdeel wordt verder echter als black box beschouwd

i

en komt dan ook niet in de tekening voor. Tussen de uitgang van de eerste absorptietoren en de ingang van de RDC kolom

verdwijnen hierdoor echter wel de zware aldehyden uit de balans. Vanwege het feit dat het mengsel methacrylzuur-water een azeotroop vertoont is het noodzakelijk het methacrylzuur met behulp van een extractiemiddel uit het water te verwijderen. Dit wordt uitgevoerd in de RDC kolom en voor het extractie-middel is voor tolueen gekozen.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

"'

Dit laatste vanwege het feit dat tolueen goedkoop is, de ex-tractie factoren voor zowel methacrylzuur als azijnzuur bekend waren en gunstig lagen en omdat water en tolueen nauwelijks

in elkaar oplossen. /Het verkregen tolueen-methacrylzuur

meng-sel wordt naar een destillatietoren gevoerd, de met kleine hoeveelheden azijnzuur en methacrylzuur verontreinigde water-stroom wordt gespuid.

Het tolueen-methacrylzuur mengsel wordt gedeeltelijk ver-dampt en vervolgens in een destillatietoren gebracht. Over de top van deze toren komt vrijwel zuiver tolueen, dat naar de ROC kolom wordt teruggevoerd. Als bodemprodukt wordt metha-crylzuur met een zuiverheid van 99,2 gew.% verkregen.

) Het voorverdampen van de destillatievoeding wordt gedaan om

een meer evenwichtige belasting van de top en de bodem van deze destillatiekolom te verkrijgen.

Het proces kan worden opgestart door gedurende enkele tijd stoom met een hoge temperatuur door het proces te leiden.

Hierdoor kan het gehele systeem op de juiste temperatuur worden

gebracht. Gedurende deze periode dient tolueen te worden rond-gepompt door de ROC zonder door de destillatietoren te gaan. Vervolgens kan de toevoer van lucht en t-butanol worden gestart.

•

I-' N

•

•

reaetie-g as

-

-U

Reactor I lucht

...

-r

Reactor 11 1

-•

"

-•

•

•

•

spui

~

_...

'r

~l

.~

koeler

I

+

Absorptie-

-toren

..

--I

J,

H

....

koeler

.4.

Queneh--

~

-

,...

toren , j

FigU1JI a: Vereenvoudigd processchena

. ~-'"-_ .. ~ ... - ----_ ... -

--

--•

. - - -

•

-•

• 1

•

~~

) Methaeroleine destillatie-toren

I

, ~r

-

--_

. ~

...

H

~

_I TolueEm- I ,Rde-kolom

....

destillatie toren 1~

"

spui rnethaerylzuur ...

_

-

_._

.

. - ' vJ

i

\

•

•

LUCHT .1~~UlCMll LIICNfWNI" ... 1O'I UICMfW _ _ • DlMXI..Dt'~ ~ \1'1[-' 000. TIIJILtCIIOII a:lUTlIOII.DI S~ ~

•

~~~-••• OKDt.T~ C1' c::oo..'l011 H.' IIXLDt~ T. 4 ~1[1'OIIOt ( N[TM<\CJIOU:N) T'~ ~11[1OIIIN ( N[UCII'fLZWII) ~. POM'

•

•

•

•

..

~~ F'. L----~c··) •

"r~'-

~~-". I'OMI' "ze IlEn~

... ~LEII Hl7 1IE8OI~[1I

"2 I'ONII' Hl. IIXL.J:II

Hl' ~w:_-. Ylil 00\, \/I.00I10''10<1:10<<11

Hl2 ~w:--. ,., I'ONII'

Hl KOI:l[II T 3' !IOC ICOL.C)M

T 2 4 Ot:S To~ATI[I(()I.()M Hl2

w: __

•

( J« THOCIIOI.[N) H3)~

••

_•

_•

•

'

.

~tI~'

TlG ' -cc METHACRYLZVLR

~ru'

METHACA'YLZIJUAPAOOUKTIE Hl OONDt:HSOft

Yl IOf'IOCC\M.Il.A 10'1 _{OMV OXIOATIE VAN T .BUTYLAlCOHOL} '" IID"lV)(I'ONII' _{• euc. ...}

Hl M80ILLII r.vD.

-Tl Ot:STIlLATI[ICOt.OM w. VOf' . . . tC~tet"

--CTOlVUN)

•

•

•

.~

•

•

•

•

•

•

•

- - - -- - - --- -4. PROCESCONDITIES 4.1.Reactoren

De omzetting van t. butylalcohol naar methacrylzuur vindt plaats door een tweestaps gasfaseoxidatie, waarbij metha-crolelne als tussenprodukt wordt gevormd:

c-c-c ~+ _c-c-c ~+ _c-c-c

I _{I I}

C-QH kat. C-O kat. C-O

I

OU

t. BuOH Methacroleine Methacrylzuur

Voor de te gebruiken katalysatoren is gezocht naar die, die een grote selectiviteit koppelen aan een hoge conversie en lange levensduur. De beste combinatie van deze eigenschap-pen werd voor de eerste gevonden in een complex metaaloxide-katalysator: Mo(12)Bi(1.0)Co(8)Fe(1.0)Cs(0.05)V(0.1)O(x). Een katalysator die volgens de literatuur [17] een conversie van 100% bereikt met een selectiviteit van 85.2% naar

methacro-leine. De reactor dient te worden bedreven bij een

tempera-tuur van 390

°c

en 1 bar, met de volgende samenstelling van

het reactiegas: lucht water t. BuOH 59 % 35 % 6 %

De overige eigenschappen van deze katalysator Z1Jn in

bij-lage vermeld. Evenals die die van de voor de tweede

oxida-tie te gebruiken heteropolyzuur-katalysator met de volgende samenstelling: Mo(12)W(0.9)P(1.09)Sb(1.0)As(0.1)Cu(0.12)O(x). Deze katalysator heeft volgens de literatuur [181 een yield

naar methacr.yl-'!:uur van 85.4%. En dient bij een temperatuur

van 318 0 C en een druk van 1 bar te worden gebruikt, metc;de

volgende samenstelling van het reactiegas:

methacrolelne 3.3 %

zuurstof 9.1 %

water 29.5 %

\

stikstof 58.1 %

Als reactoren worden gepakte kolommen gebruikt, die gezien

de grote warmteproduktie g'ekoeld di~n te worden. Om een

goe-de koeling mogelijk te maken worgoe-den multi-buisreactoren ge-bruikt waarin de buizen een kleine diameter hebben. Als koe-ling stroomt door de mantel, in meestroom met het gas, een koelmedium. Deze dient nog bruikbaar te zijn bij de optimale

werktemperatuur van de kat. Volgens Kirk & Othmer [ 1] is

Hitec een voor dit geval geschikte vloeistof. Wat overeen komt met de aanbeveling in de literatuur [17] en [18] om een ge-smolten zout te gebruiken.

14

I'î

I

•

•

•

•

I

.

•

'

.

i

.

•

•

Bij het doorrekenen van de reactoren werd gezocht naar dus-danige omstandigheden dat de genoemde conversies werden ge-haald waarbij tevens de-temperatuur in de reactoren in de buurt van de optimale blijft.

Voor het doorrekenen van de beide reactoren is het noodka-kelijk dat er iets over de kinetiek van de beide reacties be-kend is. Voor de genoemde optimale katalysatoren zijn slechts

1

contacttijden, optimale temperaturen, conversies, selectivi- ~

teit en samenstellingen van de gasmengesels bekend. Er zijn nu {

twee manieren om toch een indruk te krijgen van hoe de in het proces te gebruiken reactoren zich gedragen:

a. Het doorrekenen door gebruik te maken van een wel bekende kinetiek voor een andere katalysator van een vergelijkbaar proces. Waarbij een groot nadeel zal zijn dat de samenstel-lingen van de diverse gasstromen sterk zullen verschillen met die uit het werkelijke proces. Met als gevolg dat de rest van de te ontwerpen produktielijn er 'geheel anders zal komen uit te zien dan in het werkelijke proces.

b. Het bereken van de reactoren met een "geschatte" kinetiek. Doordat bij bekende contactijden voor beide katalysatoren, de conversies bekend zijn is het mogelijk onder aanname van een overall-reactieorde een overall-reactiesnelheidsconstante te berekenen. Voor heterogene gasfaseoxidatie is de eerste orde een redelijke benadering voor het werkelijke proces. Aan de hand van activeringsenergieën voor vergelijkbare oxi-daties valt ook hiervoor een ruwe schatting te maken. De

al-. dus verkregen kinetiek zal beslist niet de werkelijke re-sultaten opleveren, maar zal wel voldoende juist zijn om een indruk van het gedr,ag van de reactie te krijgen. Zoals bij-voorbeeld de invloed van de temperatuur op de reactiesnel-heid. Het grote voordeel van de nu verkregen kinetiek is dat de rest van de fabriek kan worden gebaseerd op de bij de katalysatoren behorende temperaturen en gassamenstelling-en.

Beide methodes hebben hetzelfde nadeel: de kinetiek komt niet overeen met de werkelijke. De tweede heeft echter duidelijk gro-tere voordelen dan de eerste, ,waarbij als extra voordeel geldt zijn simpliciteit, waardoor deze boven de eerste wordt verko-zen.

De in bijlage I uitgevoerde berekeningen, waarbij de reacto-ren als ideale buisreactoreacto-ren werden beschouwd, moeten meer als een indicatie voor het werkelijke proces gezien worden dan als absoluut en vaststaand voor het proces. In deze berekeningen kwam onder andere naar voren dat het proces zeer gevoelig is voor kleine variëringen van de gas- en vloeistof temperaturen evenals de vloeistofflow. Bij te lage temperatuur van het koel-medium zal een te lage conversie worden bereikt, bij een iets te hoge zal het gas een zeer hoge temperatuur bereiken, ver boven de ideale.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

4. 2. De absorptietorens

Voor de isolatie van methacrylzuur en methacroleïne uit de gasstroom kan gebruik worden gemaakt van twee absorptietorens. Door een zeer snelle afkoeling van het produktgas in de eerste

absorptietoren voorkomt men verstoppingen in het systeem

n9 ] .

Het gas ~ient hiertoe met een temperatuur van minimaal 2500e

de toren binnen te stromen waar het met een koude vloeistof-stroom, in een gepakt bed, in contact wordt gebracht. Er wordt een zo groot deel van de uitstromende vloeistof gerecirculeerd dat deze stroom 10 gew.% methacrylzuur bevat. Een hoge

metha-crylzuurconcentratie biedt ecorromische. vodrdelen bij de verdere

scheidingsstappen.

De temperaturen van de eerste absorptietoren worden zo ge-kozen dat vrijwel alle methacroleine over de top gaat en dus niet in de produktstroom terechtkomt. Over de top van deze kolom komt eveneens nog wat methacrylzuur. De temperaturen in de kolom zijn als volgt:

T l ' _{v , ln} T l_{v ,Ult} ' T . g,ln T . g,Ult o 30,0 e 93,50

e

o 250,0 e 45,00e

Voor de tweede absorptie kan eveneens een gepakte kolom worden gebruikt waardoor in tegenstroom met het gas een koude vloeistorstroom loopt. Aangezien naast een temperatuursverlaging ook een verhoging van de metpacrylzuurconcentratie in de

vloei-\

stof een sterke daling van de Henrycoëfficiënt ten gevolge heeft

wordt door de literatuur [14] aangeraden om .hier eveneens een

10 gew.% methacrylzuurconcentratie in de vloeistof te handhaven. De temperaturen in deze kolom zijn als volgt:

T l ' _{v , ln} T l_{v ,Ult} ' T . g,ln T . g,Ult 10,00e o 37,0

e

o 45,0 e o 15,0

e

In bijlage 11 zijn de voor beide absorp~ietorens gebruikte

berekeningsmethoden beschreven.

•

!

.

!

•

•

•

I I

I

.

I

I

.

•

•

•

•

•

4.3. De destillatietorens

In het proces komen twee destillaties voor. In de eerste destillatietoren wordt methacroleine dat naar de _tweede reactor

wordt teruggevoerd gescheiden van water. Aangezien het geen problemen geeft wanneer' de methacroleine stroom 20 tot 30 mol% water zou bevatten veroorzaakt het feit dat het mengsel bij 82 mol% methacroleine een azeotroop heeft geen màeilijkheden. Over de top wordt een mengsel van 75 mol% en 25 mol% water ge-voerd.

De tweede destillatie zorgt voor e.en scheiding van methacryl-zuur en het extractiemiddel tolueen.

Voor de berekening van de beide destillatietorens is gebruik gemaakt van de dictaten van zuiderweg[fo,21].Beide gas-vloei-stofevenwichten waren niet in de literatuur bekend. Voor het methacroleïne-water mengsel werden de wel bekende gegevens voor een methyl-vinylketon-water mengsel licht aangepast. Aangezien uit één van de gebruikte patenten [16] bleek dat tolueen zonder pro-blemen van methacrylzuur is te scheiden heeft dit systeem blijk-baar geen azeotroop. Uit enkele wel bekende evenwichten tussen

tolueen en organische zuren bleek verder dat allen een min of meer ideaal gedrag vertoonden. Het is hierom dat we voor het mengsel methacrylzuur-tolueen hebben aangenomen dat dit een ideaal gedrag vertoont.

De aan de methacroleine~ater destillatie gekoppe~de

gas-vloeistofscheider is ontworpen volgens een grafische

bereke-\.

ningswijze van Scheiman [22].

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

.. _--... - - - _ .•... _ ... - - - -- - -- - -- - - -- - - - -- - -4.4. De vloeistof-vloeistof extractor

Gezien het feit dat het mengsel methacrylzuur-water een azeotroop vertoont is het noodzakelijk het methacrylzuur met een oplosmiddel uit het water te extraheren. Hiervoor is ge-bruik gemaakt van een RDC kolom. Bij de berekening van deze kolom is gebruik gemaakt van de methode die Zuiderweg [21]

hiervoor aangeeft.

Als oplosmiddel werd tolueen gebruikt. Dit omdat hiermee in de literatuur [16] goede resultaten werden bereikt en omdat de evenwichtsconstanten voor de verdeling van zowel methacryl-zuur als azijnmethacryl-zuur voor dit geval bekend waren. De stroom to-lueen is zo gekozen dat de hoeveelheid azijnzuur in,·:de produkt-stroom beperkt bleef, de concentratie methacrylzuur hierin zo groot mogelijk was en het benodigde aantal evenwichtstrappen zo gering mogelijk was.

Het aantal evenwichtstrappen werd op vier vastgesteld. Met een.voedingsstroom van 8,22 kg/s en een extractiemiddel~

stroom van.3,SS kg/s wordt 99,6% van het methacrylzuur en 14,4% van het azijnzuur geextraheerd. De extractie wordt uit-gevoerd bij 2SoC.

•

•

•

•

•

•

1.

-•

•

•

4 ·5. Pompen

Het motervermogen voor de pompen, ventilatoren en compres-soren is berekend met de formule:

waarin: P P

o

_-v .H . .. 3

n .n

.10 p e

moto rve rmogen debiet pomprendement motorrendement manometrische opvoerhoogte ( 1) (kW) (m3/s) (-) (-) (Pa)

Op basis van gegevens uit het polytechnisch zakboekje [23] zijn de volgende rendementen gekozen:

0,6

0,9

De manometrische opvoerhoogte kan een te overwinnen druk-verschil dan wel een te overwinnen hoogtedruk-verschil vermenig-vuldigd met de zwaarte~krachtsversnelling en de dichtheid van het fluïdum zijn. De vermogens die de pompen aan de vloeistof afstaan zijn dermate klein dat de invloed op de temperatuur van de vloeistoffen die verpompt worden te verwaarlozen zijn. Ook bij de ventilatoren en cle compressoren is de isentropische

temperatuurstijging steeds zo gering dat deze kan worden ver-waarloosd.

In het processchema is het centrale regelsysteem dat de FC's in de stromen 23, 25 en 42 op elkaar afstemt niet opge-nomen.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- - - -- - - -- - -- - - -4 .6 • Warmtewisselaars

Voor het verkrijgen van een zo laag mogelijk energieverbruik voor het proces is voor het opwarmen van processtromen zoveel mogelijk gebruik gemaakt van elders in het proces voorkomende

stromen die afgekoeld dienden te worden.

Daar waar koelwater werd gebruikt, werd voor de ingaande

o

koelwaterstroom een temperatuur van 20 C aangehouden. De

uit-gaande koelwatertemperatuur werd bepaald door het minimale tem-peratuurverschil in de warmtewisselaar, door de benodigde stroom-snelheid voor een goede warmteoverdracht en door het feit dat

deze temperatuur niet boven de 400C mag komen in verband met

ketelsteenvorming.

Wanneer stoom gebruikt diende te worden werd indien mogelijk lage druk stoom toegepast en anders midden druk stoom.

De afmetingen van de warmtewisselaars werden bepaald met

behulp van het diktaat apparaten voor warmteoverdracht ~3].

Hierin staan eerste schattingen voor warmteoverdrachtscoëfficiënten en berekeningswijzen voor het bepalen van deze coëfficiënten.

Voor een tweetal warmtewisselaars ~s de overdrachts.coëfficiënt

namvkeurig bepaald. Het blijkt dat deze buitengewoon goed overeen komen met de schattingen die in het diktaat worden gegeven.

Voor de overige warmtewissélaars ~s daarom steeds van deze

schattingen gebruik gemaakt.

Uit de warmtebalans volgt de over te dragen warmte en uit de bekende temperaturen van de. in- en uitgaande stromen volgt het logaritmisch temperatuurverschil. Het warmtewisselend oppervlak

..

kan dan worden berekend met de vergelijking

V.O. waarin: . 3 k .!!.T l · .10 u n ,

Q

= over te dragen hoev~elheid warmte

kW = overdrachtscoëfficiënt

L'I~ln= logaritmisch temperatuurverschil

( 2) (kH) 2

(l.J/m !K)

(K)

Voor het compenseren voor uitstroomeffecten dient volgens hetzelfde diktaat bij een gewone warmtewisselaars 10% en bij

condensors en verdampèrs 15% extra oppervlak te worden toegevoegd.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

5. MASSA- EN ENTHALPIEBALANS

De massabalans is eenvoudig van voor naar achteren per stap uit te rekenen. Voor de enthalpi~balans is voor het nulpunt de enthalpie van alle stoffen bij 250C en 1 atm. in de gasvorm genomen. Voor de in de reactor naar de omgeving af te voeren warmte, q, geldt dan dat:

react prod react prod

q = L~Hf25 - L~Hf25 + LCp (T-25) - LCp (T-25) (3)

waarin:

cp

T

vormingswa~te bij 250C, 1 atm. in de gasfase

de gemiddelde soortelijke warmte tussen

o

25 C en de temperatuur T

o de temperatuur waarbij de reactie plaatsvindt ( C) Gezien de overige aannamen die bij de berekening zijn gemaakt

leek het ons voldoende om uit te gaan van een constante soorte-lijke warmte van de gassen, namelijk die bij de optimale reactie-temperatuur gemiddeld voor de in- en uitgangssamenstelling.

De cp waarden voor N

2, CO, CO2' 02 en Ar werden gevonden

in een nomogram in Perry [4

J.

Voor de overige componenten werd een in hetzelfde handboek gegeven benaderingsmethode ge-bruikt. Hierbij wordt cp uitgerekend met de vergelijking:

2

cp

=

a + bT + cT ( cal/moliK) (4 )

In tabel 3 staan de op deze manier berekende waarden voor de soortelijke warmten bij 25,~18 en 3900C vermeld. In tabel 2 staan de hiervoor gebruikte waarden voor a, b en c.

•

•

•

I

,

I

.

I I

•

•

!

.

•

•

•

•

-- - - -- - - -

-Tabel 2 De voor de berekening van de C waarden benodigde

p

constanten.

stof a ~_ _{b*E3 c*E6}

t-BuOH 0.701 92.91 -31.73 ~ water 6.970 3.464 -0.48 _ Meth. 2. 159 66.55 -23.30 MAA 3.956 52.8 -17.70 C 2H40 . 4.593 34.81 -11.60 C 2H402 4.872 34.71 -11.40 hogere aldehyden -0.589 132.2 -46.63

Tabel 3 De C waarden voor de gassen bij de verschillende p

gassen bij enkele temperaturen:

. stof 25°C 318°C 390°C CO 1050 1068 1089 °2 921.9 1006 1047 CO 2 1050 1132 1138 N₂ 1050 1068 1039 Ar 520 520 520 t-BuOH 1446 2518' 2734 water 1850 2057 2104 Meth. 1.191 1993 2154 MAA 881.5 1410 1517 C₂H 4O 1325 2008 2146 C 2H402 991 1494 1598 hogere aldehyden 1450 2567 2784 22 ,

"

•

•

I

•

•

•

•

l

I

.

I

!

i

i

i

.

I

I

I

i

.

I

I

I

•

•

'

.

IN

M

0,951 0,290 3 721 1,388

Yoor-waarts

Q

M

Q

-500,60

.

°

445 -786 10 0,9508 -384 8 duty= 626,60 -19 93

°

764 -1349,63 3,721 J19 07_ 420,56 5 109 599,63 0,951 241,80 6,060 841_,43 23

Massa -en

_Retour

_UIT

Warmtebal ans

M

M

Q

Q

;;

,

_, H 29 \.. 28, 0,445 / 4

,.,

_-901,9

19

-..1/

STOOt>'I

,

H

,

; ' _{/ 0,290} 6 '. \ / I 2

"

/ P 2 )1

,

/ 32 '\ 0,764 H . / 3 / -1548,63 .. \

-5

'/

1 _'\. / H

-

_._-I

x

È

----R

--,

._--_.-'11

--M

--,

10 ; ' I X f---E R

_{--_._--}

--- --- --- --- --- --- f--\ /11 _.-"

-•

24

79 08 7 '- 8 , 79 08

/

•

H

4

1,537 KF.1'EL'vlJ\. TER

,

/' STOOf![ ,: ", 1,537 duty= _3097,13

- - - ' 5204,14 t:.Hr

•

6,060 Tl ,1/ .841.43 79 08 8 "- R

7 ,

79.08 X ' ./ _x+3097.13 7 6 OnO

_1-13

. _2948,44 4 2,896 -15,51

,

I

•

,

7 M I

•

X 8,956 E

-

-2932,93

,

R I

...

-'

-

-

-

--0.048

60

" "\/ /

•

2 59 M I X 9 .004 _{- - -1 E} 2935,52 _I

.

_R

•

I

...

~ i '. 15 - - _ \ _ -

.

-~~

0,889 69

,

68, 0,389 -312,53 ", ./ 229,04

-

C

•

9 / 9,004 H 10 2395,95

~

7

,

I

•

177,93 12 "- ,I,- _{14. ""} 177 93 x / x+3417 22

•

4410,00 ûlr "- R I 11 -,...-9,004 ₁₈ 3386.73

•

"\ V

•

25 ~ 177,930 14

"

J? " 177.93

.

/ /

•

H STOON, dut~r ·F.~l·F~L;'j A 'rF;R

,

1,696 / " u / 1,696 341 ,22

•

2

004

t18

,

3386,73 / 0,300 ₇₇

,

_c

_{'].h , 0 800} -281,25 ,I ₁₂ . / 206,72

•

_/ H 9,004 _- 3 - ' " 2898,76 I ₂₂

-

- -

-

--•

28.085 ""3 -58412 16 ~

L

"

,

/ 30,6015

_/24

T',,' -55375,97 ' 6,488 15

•

-

--'137,43 f I L _ _

-

-

- 21 1 1,392 ₂₅

_''''

-25358,87

_'"

•

T 12,257 ₁₄ 20 , -25158,24 I , / 6, 1235 -63,19 I

I

_I

.

₁ 26 : '1 L- ,-l±...8877 / 34

,

V -10032,55'

,..-.--I

_i 7,369 _30,1/

,

-15125,69 7 M

•

-4,523

37

,

1 -8968.98 / X 11,892 E

---

R -24094,67 I I 1....-,...1

•

1

_-

_{- -}

_-

_{- -36a}

,

~ ~

.

IC Iv' •

,

_H

,

duty= 12,200 7 / _12,200 460,75

:

.

-19 " 11 892 ₃₆ r-24555 43

_"

1/ _"

•

•

26 -I I

..--

_I

11.892

136

"

.

-1-24555-,-43 / FREX)lf: _~ H

,

_duty· 5,290 - ₁₇ ~ _{5,290 797,03} 11 ,892 ~25

/

-25352 ____ 45 I'

Lk

'

.

•

.

~ - ' 4,888 i'S.d.

"

P .;;.1 00 32·~-S5 20

•

.?,360 kt4

,

/

.d. 'S , 5,360

-"

H _/ -19470,38 -9468,5ü

_{_}

_.

_-

₂₁

....

, -4,888 45

•

•

-9030,75 _~

_...

duty= _{STOOM ~}

,

0,160 0,160 _286,60 / H 22 i I

•

-

...-4,888 -46 -8744, IS '-~

....

_I , t

'

.

0,7427

₁₅₈

_{~ T} 51 ] ,66 / 5,582 l/

52

24 -8749,33 I' 0,697 ₅₆ -476,64 J

~

.

I

-Q~145

_-

_-

_{- - -}

_-

₅₁ 39.95

~""-'

.

-H J(.W. ~

"

duty-8.,19

,

25 ,- . a,19 514,00

....

~ 01,145 : 55

•

-414;05 r ,....1.... 'Ij , 0.048'S , .... 60 29 2-,59 I'

I

,

/

P

•

/ ₂₆ ~ ..

•

- - - _ . - ._._- - - -

-•

27 -I

o

c7J.û ILS8 - , I I '\ 1 1 F.F. I'

'1

i

.

_.

•

H 4~900

_11

,

83\

4,900 721..191 J 27 / -954,34 0,743 _'59

,

-lló4,59 ~ ~

.

5.582

52

,

-8749,33 I _{- ~} , ~ 4.839

,

M _,

53

--7584,-7Ir I _I 22,377

,

X -40493,05

54

E _R - I I

•

30,602

₂₄

_~ i a.-I --55375..1 9-, 27,216

₅₀

.

•

-48077,79 8,225 .

k'57

-14882,9~ I' S 3,004

_l.41

p L -5306,65 i' I 18,852

49

~

T -33302,56

_-,...

•

5,360

44

-9468,58 ... ~

~

IJ I1

•

_H I _,

I

4,888 _{42 "- 21} 45 , 4~888 1 -10032,55 1

,

-9030--,-75

'

.

-,...-5,360

_~~3

-10470,38

1

...

--M I - , 18.852

_"-

I / X -33302,56 _E

•

R

I

I

24,212

48

-43772,94

•

P-~ H 81,78 K.1J.

,

23 '\ duty= ~ / 81,78 15303,86

•

-. 24,212

'\V

47

-i,~76, 8C

•

L -- - --

-•

28

1004

₄₁

_-

I =-5306 65 ; - 0,764

.

-1349,63 S p

•

L 1 1,800 T -3179,75 ~~ 0,445

_-

_{- -}

--

-

--

29

~786,to

•

•

_~~ 0.951

₁₃

_-

\ H

,

0.951 "I ;

.

.

_{-"';5'O0;~ -384,80} 5

•

_-

_-

-...:..-

-

_

.

_

-___

1"28

~.5 ~-

_-

_-

---

901,9

----•

•

'1,800

39

,

-3179,75 / H , 4,373

65

,

64

\, 4,373 ! -2014,07 -)

,

-1543,97 33

•

-1,800

_-

_-

_{- - - -}

T38

I

-3649,85 ....

-•

0,764

33

,

-1349,63

,

H 3,721 h

'"

3 I:j

-

,

3.721 -19,93 ; ) 179,07

.

.

•

~r-- f ! 0,764

₃₂

1 -1548,63 _~~ I -

-!

M

.

I ,

•

_X / \, E R ~- "-~,004 "--r--_~l ; I

•

~6 100.38 I ~~ ~4,212 -Á.7

,

M 49076,80 / _X I

•

E R -- .. 27,216 ₄₀ 55177,18

"-

l/

•

I - , -, _{22 693 ~"i} 29

•

/ --46208,20 I' -27,216 40

,

-""

~

î

-55177 .18 I

•

PI8 : _4S23 ~7 ,1/

_I

-·

_-8968.98 I' _M ~. ,-

'WATER

,

I :: 5,392 -12244,05 _X E ~ _~ /

""

2~

_'v

I _28~035 ~. _I' -,t _{-58452 .. 25} ; ~ i _{8.225 1:)7}

"

I -14882:g2: / H

I

- 28 "

I

p

r

37,550

K.W.

"

/ 30 /

,

37,550 duty= _2356,83

"'--r-'v

,

</

_0,037

_,

_-76,51

1 .... ,t

63

1

-

-8,188

I

~"-•

-

-

--17163.24

,

T

62 ,

_7,365

_-16661;6€

,I' F. 31 3,550

66

'\ ; .I -1512,51 !~

...

I - -4,373

₆₅

_..

-...

1-2014.07 _~~

•

H 1~800 39

"

3.& '\ 1.800 -3179 75 I 33 / -3649,85

'

.

4.373

₆₇

-1543-'.97 ~~ 11,110 duty=

_STOOM

"

H '\. _0,110 1247,05 - ~ / 32 ~,...

J

_4.373 -296,92

_~~

1 353 78

"

-377.24 ;; _T

1. ..

824 7Q,

,

•

470 56 I 12.650 ./8.4 39

"

" -922,99 '--,--4.900

₈₃

721,91

"

V

•

'

e

4,900 30 721,91 ₈₃ "

"'::::L

I 2,743 Sq

,

H "i8,

°

743

~

511,66 / -116459 27 ~r--~. _{'4,900 71} -954,34 _,lt H

K

.

H

,

35

,

duty-la

6 ,560 I

/

I 6,560 411,87 V

-1 4,900

_Ti

₃₆ -1366 21 I 3,547

,

_/ 74 -938,97

_

.

;

,

1,353

_v7B

_.'"

_{IL ~~} -377,24 I M i

I

I X 70 ,~ E .0,003 -1,24 _R

-

,...

3,547 75 -990,21 _~~ 11' 8,320

K

.

i,.j.

,

'.

,

8,320 duty= / ;- 522,30 H 3,550 ..,66 -1512,51 ~, 34 2,650 ₈₄ 0 -922,99

.

' -, / 85 ,

,

/ _{0,826 -281,75} 1,824 ₈₂ -641,24 I

4.

0,135 _{'/ 81} S -47,46 i' P L 0,800 'v 77 ' ₁ , -281,25

_I"

T 1--.,...

"

4.

₆₉ Fj 0,839 -312,53

,

_,...::~ H

0

9,004 16 "- _{17 "} 9 004 I 2935,52 / 10 / I 2393,95

1

ri Ij Ij

_...

_~ 0,889 I. 229,04 68

,

V --

-I i I

I

.

e

•

•

:

e

•

I

I

e

I

I I

I

e

.

0,041 178,08: ;: , - I 0.800

P.7

-281.25 -9,004 tI.

9

3386.73 0.800 206.72 0.889 ~A - 229.04 -0,135

_BI

-47.46 1 ~?L. 388,30 duty= _STOOM 82,26 -0,1824 1/7A _ 470,56 I' -504,12 ~

M

-

ássa in kg/s

Warmte in kW

L.

_ _

_

31

~

,

H _{7.2 ,} 9.004

,

2898,76 I 13 i i.-~ i I

76

! i --"~

!

!

,

M i

,

7 I i X ! ,

,

_E I / R !

!

80

~~

, H

"

,

0,041

,

₇ 38

T

~ r

-Totaal

~ 178,0~: -202,14

Fabrieksvoorontwerp

N

o:

2688

•

•

l

A

pparaotsTroom

.

,Compo

'

nenten

t-BuOH water 02 N2 Ar

Tot

00

l :

--.

A

p

parootstroom

, Componenten

t-BuOH water 02 N2 Ar !V[ethacrylzuur Methaorole!ne Acetaldeh,yde CO C02 C6H120

Totaal:

M in kg/s

0. in

kW

•

•

1

M

Q

1,288 420,5_6 1.388 420.56 10

M

a.

0~9t)1 241.80 0.9.51 241,80

•

•

•

•

2 3

I

M

0.

M

0.

M

0.9t)1 - 500.60,

!

__ 0,86·3 0,672 2.807, 2,184 0,051 O~OAO , , 3,721

-

19,23 0,95,1 - 500,60 2,896 11 12

M

a.

M

a.

I

M

0.9'51 241.80 1.~AA ??8.87 1.911 1317.95 1,911. 0,863 0,284 ·9 .• $9 0,956 2.807 370.76 2,807 1098,63 4,991

o

0'11 0.0'51 9.89 0,091 0,025 8,22 0,025 0,7:64 339,18 0,809

o

017 6.27 0,017 0.062 24.27 0,062 0.125 42,96 0,125 0.012 4.47 0.012 6,060 841,43 6,060 2948,44 9,004

Stroom/Componenten staat

P'--' ... ::.,~.J '. ':S'" - ····--f~ __ -" . .. 'Y... . .... "r w - • --•. , .... _.~_._-ç., .. , - -_. . .•

,

e

,

•

4

0.

M

1,388

-

_0,863 2,807 0.051 ,

-

1551 5,109 15 Q

_M

952,37 1,911 237.44 0.956 1411,11 4,991 12.75 0.091 5.94 0.025 259,56 0,809 4.'5~ 0.017 17,54 0.062 31,05 0,125 ~.2~ _0.012 2935,52 9,004 -~

5

_. 17 ..

.

-

... -~.

Q

.228,87

J

370 •. 76 I \ 599.63

Cl

776.67 193.64 1150,78 10 AD 4.8.4 211.67 ~.6q 14.30 24.32 ~.jÇ~ 2393,95 ---~

-.

,

W IV

•

•

•

A~araatsT'room

, Compo

'

nenten

_M

Me thacry1 zuur

_0,823

Meth

a

cro1eme

_0,045

.

water

1,977

°2

0,643

N2

_4,991

Ar

0,091

CO

_0,124

CO2

0.250

Azijnzuur

0,017

C6H120

0,-031

Totaal:

_9,004

Apparaatstoom

, Cam ponenten

M

Methaorylzuur

3

,

,060

Methaorol~ne ,

wat

e

r

~7,320

Aziinzuur

0.085

C6H120

0,137.

Totaal:

30,602

Min kg/s

("\ : . ,. UI

•

' "

.

•

•

•

•

·i'7.\~-"

18

20

21

22

Q

M

0.

M

Cl.

M

Cl.

M

229,07

0,0003

0

0.

,

002

0

o

823

19_6

1

06 2.240

16,16

0,0009

0

0,047

1.12 0,045

14,48 0,001

1154,17

0,023

-

0,43

0,339

12

1

54

1.9~7

987.67 25.682

187,08

0,643

-

5,93

0,643

11,86 0,643

160,13

165-4,49

4,991

-

52,07

.

4,991

103.

1

75 4,991

'

141'5.47

14.9,=3

O,O~

-

0.47

° 091

0.95 0,091

12,78

41,09

0,124

-

1.~0

_{° 12A}

_.

2,60 0.124

35.17

72.74

0.250

-

2.31

° 250

4.61 0,250

62,26

5,31

0,0001

°

0.0002

°

~

0,017

4,55

0,063

11,68

0,037

9,99

°

1

100

338

§J7!)

6-,-:1.11 ___

- -

63,19

6,488

137

,

43 9,004

2898,76

~8,085 i

24

25

26

27

U

M

U

M

Q

M

0.

M

-

994,26

1,122

-

707

,

,26 1,125

-

629.12

0.676

-0,086

-

5

,

3,20

0,1l:6

-

63.51

0.070

.

-54339,25. 10,602

.

-24557,49 10,935

_-

_.

_-

_{r - ' - .}

... 24430

,??

5,392

-12244,05 6,574

-

32,72

0,032

-

22,09 0.032

-

19.82

0.019

-

9,74

0.050

-

18.83 0.050

-

1'5.27

o.o~o

-55375,91 11,892

-25358,8

)

7 12,2567

_{-25158,24 5.392}

-12244.0'5

_1..369

_____ ._.. __

~tr

oom ( Co m p

~

D e

_

n

_

te n

5

t a at

____ ."_

~

____

"'"--

__ .

•

23

Q

- 1295.70

-

1,02

-56710.69

-

39,89

-

32.42

~58412t16

28

0.

- ~7A.?A I- ~8.18

1-14688,17

I- 11.92

...

Q.1A ... 11\1 ?" __

69 __

•

w w

•

•

•

•

•

•

•

•

A ppar

'

aa tsTr oom

_{;4 '))a '\7}

, Compo

'

nenten

_M

a

_M

_0.

_M

_Cl.

_M

Methacry1zuur 0.449

-

2'50.88 1.122

-

6.,6 92 0.446 - 2'18 74 0,449 Methacro1e!ne 0,046

-

25,33 0,070

-

38,91 0,0002 0 0,046 water 4,361 - 9742,35 10,618 -23383,07 41044 - 8695--,-39 4,361 Azi---inzuur 0,013

-

7,90 0,032

-

20,08 0,013

-

8,32 0,013 C6H120 0,020

-

6,09 0,0'50

-

1'5,69 . 0.020

-

6 5'3 0,020

Totaal:

_{4.888 -10032.5'5 11.892 -24094.67 4.523 - 8968.98 4,888}

APparaatstoom

51 53 54

, Componenten

M

a.

M

0.

M

Q

_M

Methacrylzuur 0.449 - 1:S2.74 2,2.,8 - 727.06 0.822 Methacrole!ne _{0.685 3'5.08, 0.002}

-

_0.'57 water 0.059 4.87 4,351 - 1441.65 19.917 -3973'5.86 7,342 Azi.inzuur

O.m

-

4.62 0.062

-

2'),9:S 0,023 C6H120 0.020 0,84 0.100

-

7.12 0.037 I

Totaal:

_{~14l ..}

_{_. _ ---.3.9....95_}

_{.4 .. 839 __ _~_1584, 74 22,377 -40493,97 8,225} '--. <

Minkg/s

1"\ !._ , . , . , _____

.

_ _ _

--=

S

...::.

t

.:....

r

Q

_

QJJl

/~.9

m pon ent en sta at

.

-,6

0.

-

189.10

-

.

18,83 - 8526,61

-

6.26

-

3,35 ~ 8144,15 51 Q. >- 267. 22 .. 14604,29

..

8.79 I- 2.62 I I 1-14882,92

•

•

•

•

•

•

M

2 687 0,002 24,334 0.07'5 0,120 21,216

M

0.044 0,004 0.048 ~-~

--.~ ... tA:"\>;r.::.:..:J.~ .. ":~~

e

50

Q

- 8110,'17

-

0.61 -47190.84

-

28,24

-

7.5=5 -48011,19 60 Q. 2 21) 0,34 I ~59 w ~

•

•

Apparaatstroom

f

Compo

'

nenten

Methacrv1zuur Azijnzuur water 'ro1ueen

Totaal:

APparaatstoom

, Componenten

Mp.thacrvlzuur Azijnzuur water Tolueen

Totaal:

M in kg/s

a

in

kW

,

•

•

62

M

Q 0.001

-

1.81 0.020

-

13,39 1.:S42 -16646.46 7.16'1 - -16661,68 14

M

a.

3,541

-

988,91 I 3,541

-

988,91]

•

•

•

•

•

•

.

-

.,

•

- - - _.

-I

1;1:\ 66 67 ₇₀

M

0.

M

0-

M

Cl

M

Q

0.811 - 494 2'1 0,811

-

58,13 0,003

-

2,01 0,003

-

_0.29 3.550 - 1511.81 1.'5'50 - 1'112.'11 3.'5'50

-

218.~O o.oo~

-

_1.24

i

• !

I

!

4,313 - 2014.01

3122Q ____

- 1512.51 14. ~7~ ~ 296.92 0.00'"

-

1.U ~ 85

M

a.

M

Q

M

a.

_M

a.

0.819_

-

278J.3 0,003

-

1,86 <U,003

-

1,26 , I ; I I 0,826 - 281,15

Stroom IComponenten staat

_{.. _IO._ .....}

•

6. APPARATENLIJST

•

Overzicht van de in het pro~esschema voorkomende apparaten.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

36

•

•

Apparaat No: _H3 .-Benaming, _{luchtverwarme} type

•

Medi UIT: wtteri~ef/ -pijpen-/

..

v oe1S 0

•

mantelzijde lucht -Capaci tei t, uitgewisselde 199 'Warmte in kW.

•

_{Warmtewisselend} oppevl. in m 2 78,7

•

A Abs. anta paral el 1 ~fx* s~.,..tel 1 druk in bar 1,2/1,0 pijpen-

_/

•

mantelzijde temp. in / uit in or, _94,7/32,4

---pijpzijde _20,0/70,0

•

mantelzijde

Speciaal te ge- koper/nikkel

bruiken mat. _legering

•

-•

•

•

H4 H5 H6

zoutkoeler/ voorverwarmer verdamper stoomvormer

-gesmolten zout waterige stoomt

vloeistof/ t-BuOH ketelwater t-BuOH 3097 116 627 35,0 129,4 43,5 1 1 1 -1,0/10,0 1,2/1,0 3,0/1,0 348,7/323,7 94,7/32,4 133,5/133,5

---

---

---1 79 ,9/ ---1 79 ,9 28,0/86,0 86,0/118,0 koper/nikke koper/nikkel legering legering ~

aanBeven 'Wat bedoeld wordt

37 ~ H8 lZoutkoeler/ ~toomvormer ~esmolten 'z ,-<-etelwater 3417 60,2 1 '- 1,0/10,0 286,1/273

---179,9/179 out

,7

,9

I

•

I

•

1

Apparaat No: HI0 H13 H17 H19 H21

Benaming, gaskoeler/ gaskoeler/ koeler voorkoeler voorverwarme

f-•

type verdamper ve r 4amper ~

11

•

Medium ,,,.aterige

, .

reacdegas/ reactiegas/ waterige koelwater/ vloeistof/

pijpen-I waterige

methacrylzuu methacrylzuur vloeistof/ waterige _vloeistof

mantel~ijde freon vloeistof

Capaciteit, uitgewisselde 542 488 "79f, 461 1002

•

warmte in kW. , " . "

I

Warmtewisselend

I

I oppevl. in m 2 28,9 14,9 74,5 60,1 73,3

_I

•

Aantal

pa~iri~{

_{1 1 1 1 1} I ; ~i( j Abs. - I , druk in bar - t , 1,0/1,0 1,0/1,0 1,0/1,7 3,0/1,0 1,2/1,0 I pijpen-

_I

•

mantelzijde temp. in

I

uit 0 in C _{252,3/209,3 289,4/250,0 26,0/10,0 20,0/29,0 94,7/50,0}

•

---

---

---

---

---pijpzijde 162,5/162,5 162,5/162,5 0,0/0,0 35,3/26,0 37,0/86,0 mantelzijde

Speciaa.l te ge- koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel

bruiken mat~· _{legering I.legering legering legering legering}

•

-i

\

•

I

:

•

~ aangeven wat bedoeld wordt

•

•

- Apparaat No: H22 H23 H25 H27 H28

Benaming,

voorverwarmer koeler condensor reboiler koeler

type

•

\1

Medium

pijpen-I' -waterige waterige koe!liater/ tolueen/ koelwater/

vloeistof/ vloeistof/ methacroleine- waterige waterige

rnantelzijde _{stoom koelwater water vloeistof vloeistof}

Capaciteit, " ui tgewi'eselde 287 5132 514 1676 ,493 warmte

•

in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2 2,5 151,3 18,~8 273,4 84,8

•

Aantal

pa~!rt~{

1 1 1 1 1 Abs.

<YJt~

-druk in bar -1,0/3,0 1,2/3,0 3,0/1,0 1,0/1,0 " 3,0/1,0 pijpen-

_I

•

mantelz1jde temp. in

I

uit 0 in r, _{86,0/100,0 83,3/32,4 20,0/35,0 110,6/110,6 20,0/35,0}

•

pijpzijde

---

---

---

--

---133,5/133,5 20,0/35,0 68,4/63,4 100,0/100,0 93,5/25,0 mantelzijde

Speciaal te ge- koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel koper/nik

bruiken mat. _{legering legering legering legering legering} k

•

-•

•

i( ,

aangeven wat bedoeld wordt 39

I :

.

•

:

.

~.

•

•

•

j

J

.

! J 1

I

·

•

•

'

.

., Apparaat No: Benaming, type Mediult pijpen-/ mantelzijde Capacitei t, uitgewisselde .... armte 'in kW • Warmte .... isselend oppevl. in m 2

J.. _{anta par} 1

sr"fe

1 e1 l

i( Abs. ~KxX druk in bar pijpen-

_/

mante1.zijde temp. in / uit in or, pijpzijde mantelzijde Speciaal te ge-bruiken mat. H32 verdamper tolgeen-~t acrylzuur/ stoo~ 1247 81,7 I 1,0/3,0 86,0/117,1

---133,5/133,5 koper/nikkel legering H33 H34 H35 1138

voorverwarer koeler condensor reboiler

tolueen- koelwater/ koelwater/ ~thacrylzu

methacrylzuur/ tolueen tolueen jstOOI!l

waterige url vloeistof 470 522 412 82 46,3 34,2 5,8 8,3 I I I I , 1,2/1,0 3,0/1,0 3,0/ 1,0 1,0/10,0 94,7/32,4 20,0/35,0 20,0/35,0 162,5/162 ,5

---

---

---

---25,0/86,0 110 ,6/25,0 110,6/110,6 179,9/179 ,9

koper/nikkel koper/nikkel koper/nikkel koper/nik keI

legering legering legering legering

~

aangeven .... at bedoeld .... ordt 40