De Industriële zuivering van Caprolactam

(1)

Technische Universiteit Delft

De Industriële zuivering van

Caprolactam

De destillatieroute: Bijlagen

G-Groep.voo~aar1992

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

(2)

De industriële zuivering van caprolactam

De destillatie route

Delft, mei 1992

Bijlagen G-groep II

(3)

Inhoudsopgave

Bijlage Al Fasediagram heenextractie 1

Bijlage A2 Fasediagram terugextractie 3

Bijlage A3 Chemcad-report heenextractie 5

Bijlage A4 Chemcad-report terugextractie . . . . . . . . . . . . . .. 11

Bijlage A5 Eigenschappen en procescon-dities voor de heenextractie . . . . .. 17

Bijlage A6 Eigenschappen en procescon-dities voor de terugextractie ... 19

Bijlage A 7 Berekening en dimensionering van de PPC . . . . . . . .. 21

Bijlage A8 Berekening Rotating Disc Contactor (RDC) . . . 37

Bijlage A9 Tolueendestillatie . . . 49

Bijlage B I Voorindamping... 67

Bijlage BIb Oppervlakte berekening valfilmverdamper . . . 77

Bijlage B2 K-waarden voor valfilmverdamper . . . . . . . . . . . .. 81

Bijlage B3 Randapperatuur voorindamping: Voorverwarmers van de voeding.. 95

Bijlage B4 Randapparatuur voorindamping: Voedingspompen . . . 109

Bijlage B5 Finisher . . . . . . . . 115

Bijlage B6 Randapperatuur finisher: Voorverwarmer voeding . . . . . . 123

Bijlage B7 Randapparatuur finisher: Flashverwarmer . . . 131

Bijlage B8 Randapparatuur finisher: Voedingspompen . . . . . . 143

Bijlage Cl Schatting van het kookpunt en kritische gegevens van 6-amino-capronzuur met de methode van Joback. . . . 149

Bijlage C2 Resultaten ChemCad simulatie. . . . . . . . . . . . . 153

Bijlage C3 Dimensionering voordestillatiekolom . . . . . . . . . 171

Bijlage C4 Dimensionering hoofddestillatiekolom . . . 173

(4)

Bijlage

C6

Condensor berekening. . . .

187

Bijlage Cl Wanntewisselaarberekening.

...

191

Bijlage

C8

Vacuüminstallatie voordestillatie

...

197

(5)

Bijlage A 1 Fasediagram heenextractie

caprolactam

tolueen _water

(6)

Bijlage A2 Fasediagram terugextractie

caprolactam

-

~ .- '

--

-tolueen

water

(7)

Bijlage A3 Chemcad-report heenextractie

FlIeoame : EXTOL.n..K DaIe: 12-May-92 Time: 11:42 am

FLOWSHEET SUMMARY SIream Numbers 1 EXTR SIremI Equipment FIom To 1 1 2 3 4 COMPONENTS 62 459 41 2 -3 -4 THERMODYNAMICS K-value model :UNIQUAC EnIbalpy model :SRK Wl1I::tmiscible

UNIQUAC Aclivity Coefficienl CoostanlS .()()()()() 653.13 354.66 -617.14 .()()()()() 32.150 1365.0 140.80 .()()()()() ExIraCIor Summary Equipment lWIle Dumber No. of stages lSl feed stage 2nd feed stage Srg 1/Cood. P bars

Towu del P bus

Tray effic. Top Tray effic. Bouom

Malt. iteralions 6 1 6 .99'NI9 .0()()()()() 1.()()()()() 1.()()()()() 100 FLOW SUMMARIES SIremI No. 1 TempC 50.0000

Pres bars .99'NI9 Enth MI tbr -9837.12 Vapor mole fraáion .0()()()()()

Total tgmollhr 386.799 Flowrates in kgmol/br WI1I::t 271.918 Epsilon-Caprolac 114.881 Toluene .0()()()()() 2 50.0000 .999979 -3359.01 .000000 772.088 11.8112 .633259 759.643 3 4 48.1490 50.01&0 .99'NI9 .999979 -7591.35 -5601.52 .000000 .000000 885.599 273.2&5 11.0488 272.679 115.146 .371021 759.405 .235260

De industriële zuivering van caprolactam: De destillatieroute

CHEMCAD 2 VersiOD 2.4

CHEMCAD 2 - VersioD 2.4

(8)

Bijlage A3 ChemCad-report heenextractie VERTROUWEliJK

FLOW SUMMARIES CHEMCAD 2 - Version 24

StreamNo. 1 2 3 4

TempC 50.0000 50.0000 48.1490 50.0180

Pres bars .WNl9 .999979 .999979 .999979

EDIh MI tbr -9837.12 -3359.01 -7591.35 -5601.52

Vapor mass fradioo .000000 .000000 .000000 .000000

Tolal kgIbr 17899.9 70278.0 83200.6 4977.33

FIowraleS in kgIbr

Water 4899.97 212839 199.099 4913.67 Epsiloo-Caprolac 12999.9 71.6595 13029.9 41.9847 ToluaJe .000000 69993.5 69971.5 21.6769

S1REAM PROPERTJES CHEMCAD 2 - Version 24

Stream No. 1 2 3 4

Pbase Liquid Liquid Liquid Liquid

From Eqp 11 Fced Feed 1 1

ToEqpIl Product Product

kgmollbr 386.799 772088 885.599 273.285 TempC 50.0000 50.0000 48.1490 50.0180

Pres bars .999979 .999979 .999979 .999979

EDIh MI tbr -9837.12 -3359.01 -7591.35 -5601.52 Cp Liq J/g-C 236118 1.72720 1.70379 4.17080 Mol FnK:1ioD Vapor .000000 .()()()()()() .000000 .000000

Mol FracIioD WIJN .702996 . 152978E-Ol .12476OE-Ol .997782 ••• Dry basis ••• kg/br 12999.9 70065.2 83001.5 63.6613 Avaage Mol Wt 113.160 921575 94.9076 105.003 Std Liq m3tbr 122684 80.4275 926313 .64S094E-Ol DegAPI 202032 30.9064 26.3966 11.8661 SpGr 1.05976 .871271 .896156 .986984 kgJm3 1058.79 870.473 895.335 986.080 UOPK 9.35577 10.1493 10.0454 9.66396 Reduc:ed Temp .400931 .545875 .516344 .444290 Reduced Pres .209649E-Ol .243298E-Ol .232188E·OI .21136OE-Ol -- Liquid ooly - -kg/br 12999.9 70065.2 83001.5 63.6616 Std Liq m3tbr 122684 80.4275 92.6313 .645094E-Ol ••• Wet basis ••• Avaage Mol Wt 46.2770 91.0234 93.9483 18.2130 -- Liquid ooly -kgIbr 17899.9 70278.0 83200.6 4977.33 Std Liq m3tbr 17.1728 80.6405 928306 4.98268 ACW&I m3tbr 17.7344 83.7627 96.0375 5.15677 kgJm3 1009.25 838.949 866.267 965.128 sr tens dyne/an 49.8319 25.0827 27.3100 67.2166 Th cond W/m-K .246724 .127547 .132563 .633325 Vis<: cp 1.m99 .422521 .744892 .559376

(9)

Bijlage A3 ChemCad-report heenextractie

TRAY COMPOSmONS Uailll 1 EXTR.

Stage 11 1 T = 48.15 deg C

Y x

p= K

1.0000 bars Walet .12.4763&01 .868763 .14361E-Ol EpciJoD-Caprolac .130017 .130017 1.0000 Tolume .8S75(f7 .122044&02 702.62 TOIal kgmolJbr 885.600 314.271

Stage" 2 T = 48.82 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Walet .149523&01 .948457 .1576SE-Ol EpciJoD-Caprolac .5OS770E-Ol .SOS770E-Ol 1.0000 Tolume .934471 .966016&03 967.34 TotaJ kgmolJbr 813.072 288.375

Stage" 3 T = 49.51 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Walet .160595&01 .980244 .16383E-Ol Epsiloo-Caprolac .188616E-Ol .188616E-Ol 1.0000 Tolume .965(f79 .894686E-03 1078.7 TotaJ kgmolJbr 787.176 279.217

Stage 11 4 T = 49.84 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Walet .164929E-Ol .992022 .16626E-Ol Epsi1oo-Caprolac .710615&02 .710616E-02 1.0000 Tolume .976401 .871572&03 1120.3 TotaJ kgmolJbr 778.019 275.973

Stage 11 5 T = 49.97 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Walet .166527E-Ol .996267 . 1671SE-Ol Epsi1oo-Caprolac .286967E-02 .286967&02 1.0000 Tolume .980478 .863652E-03 1135.3 TOIal kgmolJbr 774.774 274.823

Stage 11 6 T = 50.02 deg C P = \.0000 bars

Y x K

Walet .167102E-0l .997781 .16747E-Ol Epsi1oo-Caprolac .135840&02 .135762&02 1.0006 To\ueae .981931 .860864&03 1140.6 TotaJ kgmolJbr 773.62.4 273.2Ir1

VERTROUWEliJK

(10)

Bijlage A4 Chemcad-report terugextractie

Fdeaame : EXTOL2.n.K CHEMCAD 2 Version 2.4

Date: 12-May-92 Time: 10:52 am

FLOWSHEET SUMMARY

Equipment SIream Numbers

1 EXTR deel Stream ComIediOllS Stream Equipmeul From To 1 1 2 3 4 COMPONENTS 62 459 41 2 -3 -4 TIIERMODYNAMICS K-vuue model :UNIQUAC EnlbaJpy model :SRK WaJI!Z miscib\e

UNIQUAC Aclivity Coefficient ConsIanIS .00000 -4800.9 1093.0 -688.05 .00000 -374.78 1010.1 -4141.6 .00000

ExtraclDr Summary

Equipment name deel numba"

No. of Slages 6 lst feed srage 1

2nd reed srage 6 Sig 1/Cood. P bars .99'R79

Tower del P bars .000000 Tray efllc. Top 1.00000 Tray effic. Bouom 1.00000 Max. iteral:i0llS 100 FLOW SUMMARIES Stream No. 1 2 TcmpC 20.0000 30.0000 Pres bars .999979 .999979 EnIhMJ /hr -36634.2 -10112.5 V Ipor mole fraàiOll .000000 .000000 Tolal kgmol/br 1609.31 885.599 Flowrales in kgmollbr WaJI!Z 1609.31 11.0488 Epsi1on-Capro11C .000000 115.146 ToiueDe .000000 759.405 3 4 21.7910 30.0000 .999979 .999979 -6677.62 -40068.7 .000000 .000000 771.904 1723.00 11.8112 1608.54 .731650 114.412 759.361 .487852E-Ol

CHEMCAD 2 - Version 2.4

(11)

Bijlage A4 Chemcad-report terugextractie FLOW SUMMARIES SIreIIm No. 1 TanpC 20.0000 Pn:s bGs .WN19 EnIh MI /hr -36634.2 Vapor mass fraaioa .000000

TOIal kgIbr 28999.8 FIowrates ÎII kgftIr WIJU 28999.8 Epsi1oo-Caprolac .000000 ToIueoe .000000 STREAM PROPERTIES SIreIIm No. Pbase FromEqp • To Eqp. kgmo1lbr TanpC Pn:s bGs EnIh MI /hr Cp Liq J/g-C

Mol Fractioa Vapor Mol Fraction Wal« ••• Dry basis ••• 1 Liquid Feed 1609.31 20.0000 .WN19 -36634.2 4.20477 .000000 1.00000 kgJbr .000000 Average Mol Wt Std Liq m3/hr 2 30.0000 .WN19 -10112.5 .000000 83200.6 199.099 13029.9 69971.5 2 Liquid Feed 885.599 3 21.7910 .WN19 -6677.62 .000000 70263.2 212.839 82.7935 69967.5 3 Liquid 1 Product 771.904 4 30.0000 .WN19 -40068.7 .000000 41937.2 28985.8 12946.9 4.49507 4 Liquid 1 Product 1723.00 30.0000 21.7910 30.0000 .WN19 .WN19 .WN19 -10112.5 -6677.62 -40068.7 1.63m 1.62213 3.40055 .000000 .000000 .000000 . 124760E-Ol .153014E-Ol .933568 83001.5 70050.3 12951.4 94.9076 92.1602 113.151 92.6313 80.4082 12.2235 26.3966 30.9018 2.03035 DegAPI SpGr kg!m3 .896156 .871296 1.05968 UOPK Reduced Tanp Reduced Pn:s --Liquid onIy - -kgJbr Std Liq m3/hr ••• Wet basis ••• Average Mol Wt - - Liquid onIy - -kgJbr Std Liq m3/hr Ac:wal m3/hr kg!m3 sr leIIS dyne/cm Th cond Wjm-K Vis<: cp 895.335 870.498 1058.71 10.0454 10.1492 9.35611 .487178 .498198 .376156

.232188E-Ol .24328SE-Ol .209645&01

83001.5 70050.3 12951.4 92.6313 80.4082 12.2235 18.0200 93.9483 91.0258 24.3397 28999.8 83200.6 70263.2 41937.2 29.0264 92.8306 80.6212 41.2359 29.1554 94.2328 81.1703 41.8251 994.586 882.858 865.559 1002.60 72.9664 29.4628 28.4004 62.8873 .603702 .136885 .134296 .433531 1.01180 .980979 .584623 1.08627

VERTROUWEUJK

(12)

Bijlage A4 Chemcad-report terugextractie

TRAY COMPOSmONS Unit 1/ 1 EX1R deel Stage" 1 T = 21.79 <leg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .153014E-Ol .999032 .15316E-Ol EpsiJoD-CaprollC .947854&03 .947854E-03 1.()()()()

Tolume .983751 .202307E-04 48627.

Total tgmol/br 771.899 1611.08

Stage" 2 T = 23.66 <leg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .155302E-Ol .997059 .15576E-Ol Epsi1oa-Capro1lc .291951E-02 .291951E-02 1.()()()() Tolume .981550 .211608~ 46385.

Total tgmol/br 773.662 1614.45

Stage" 3 T = 2S.S6 <leg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .157016E-Ol .992970 .15813E-Ol

Epsilon-CaprollC .70074SE-02 .70074SE-02 1.()()()()

Tolume .977291 .222468&04 43930.

Total tgmol/br m.036 1621.23

Stage" 4 T = 27.40 <leg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .157316&01 .984549 .15978E-Ol Epsi1on-CaprolIC .15427SE-Ol • 15427SE-Ol 1.()()()()

Tolume .968841 .235859&04 41077.

Total tgmol/br 783.815 1635.09

Stage" 5 T = 28.98 deg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .154568&01 .967434 .15977E-Ol Epsi1on-CaprolIC .32S407E-Ol .32S407E-Ol 1.()()()()

Tolume .952002 .2S4088E-04 37467.

Total kgmol/br 797.681 1663.74

Stage" 6 T = 30.00 <leg C P = 1.()()()() bus

Y x K

War .145890&01 .933568 .1S627E-Ol

Epsiloo-CaprollC .664036E-Ol .664036E-Ol 1.()()()()

Toluene .919007 .283139&04 32458. Toral kgmol/br 826.324 1723.01

De industriële zuivering van caprolactam: De destillatie route

VERTROUWEliJK

(13)

Bijlage A5 Eigenschappen en

procescon-dities voor de heenextractie

11 grensvJak- m=CJc. 1 dispersefase I1 continue fase spaDDing (0)

debiel didlth. visc. (11) debiet dichlh. visc. (11)

(P) (P)

(Nim) (-) (m'/b) (kg/m') (l0·' PLS) (kmolib) (m'/b) (kg/m') (l0·' Pa.s)

17,734 1009,25 4,9466 386,799 96,038 867,82 0,569 1 0.001 0,2825 9,627 994,9 1,8839 314,217 89,2A8 849,60 0,475 2 0,006 0,2128 6,737 980,3 1,0247 288,375 85,708 842,11 0,446 3 0,012 0,1880 5,715 971,3 0,8259 279,217 84,444 839,31 0,436 4 0,018 0,1787 5,352 967,3 0,7791 275,973 84,003 838,29 0,432 5 0,024 0,1753 5,224 965,7 0,7666 274,823 83,849 837,93 0,431 6 0,030 0,1741 5,157 965,1 0,7628 273,285 83,763 837,80 0,431

De industriële zuivering van caprolactam: De deslillatieroute

I (kmol/b) 885,599 813,072 787,176 778,019 774,774 773,62A 772,088 17

(14)

Bijlage A6 Eigenschappen en

procescon-dities voor de terugextractie

11 gJeDSVlak- m=CJc.

I

dispersefase

11

continue fase spanning

(a)

debiet dicblh. visc. (11) debiet dichth. vÏ5C. (11)

(P) (P)

(Nim) (-) (m'/h) (kgIm') (10" Pa.s) (kmol/h) (m'/h) (kg/m') (10" Pa.s)

29,155 994,59 0,760 1609,31 81,170 837,83 0,431 1 0,030 0,1734 29,38 993,1 0,762 1611,08 81,375 838,30 0,432 2 0,024 0,1754 29,78 992,0 0,767 1614,45 81,802 839,28 0,436 3 0,018 0,1791 30,56 991,5 0.779 1621,23 82,668 841,29 0,443 4 0,012 0,1862 32,11 992,4 0,811 1635,09 84,482 845,36 0,458 5 0,006 0,2002 35,28 995,7 0,900 1663,74 88,260 853,29 0,492 6 0,001 0,2273 41,825 1002,6 1,157 1723,00 94,233 967,82 0,569

I

(kmol/h) 771,904 773,662 m,036 783,815 797,681 826,324 885,599 19

(15)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering

van de PPC

Omdat de stof eigenschappen en de volumestromen van de fases over de lengte van de kolom varieren, moet de berekeningsmethode volgens Handbook of Solvent Extraction [lito 3] worden aangepast. De stofeigenschappen waarvan wordt uitgegaan zijn vermeld in bijlage A5 en A6.

Voor de pulsatie geldt een maximale pulsatiesnelheid: ~.f = 0,015 mis (deze is afhankelijk van het dwarsoppervlak gesteld), bij een pulsatiefrequentie: f=1,5 Hz. Bij de kleinste diameter is de pulsatiesnelheid ~.f = 0,015 mis genomen.

A. Keuze van de pakking:

Er is voor roestvrij stalen Rashig ringen gekozen [lito 4], met de volgende afmetingen:

-~ - Sp -0 = = = 25,4 mm 190

m

2

_/m

3 0,86

B. De berekening van de kolomdiameter:

pakkingdiameter contactopperv lak

vrije ruimte

De diameters per theoretische evenwichtstrap worden betrokken op de kleinste diameter: - Bij heenextractie onderin de kolom

- Bij terugextractie bovenin de kolom De diameter is afhankelijk van:

- De druppeldiameter (~)

- De snelheden van de disperse en continue fase (vd resp. vç ) 1.De druppeldiameter

De druppeldiameter zonder pulsatie (do) is gedefinieerd als:

d

=

1,39 (

a )o.s

o /lp.g

(1)

Waarin: - ~p = dichtheidsverschil disperse en continue fase (kg/m3)

- cr = de grensvlakspanning (NIm)

- g

=

zwaartekrachtversnelling = 9,8

(mls

2 )

(16)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering van de PPC VERTROUWEliJK

De druppeldiameter (~) is afhankelijk van de pulsatiesnelheid, ~.f, en volgt uit:

2 2

1 1 1 -0 0,95 2. Pc' Ap'

f

TIc' Sp o,s

a .

Sp (),23

-

- - =

6700 ( - ) ( ) ( ) ( )

d..

do Cl TIc' Sp a·pc ~p.g

Waarin :

- P"

= de dichtheid van continue fase (kg/m3)

- Tl" = de viscositeit van de continue fase (mPa.s) 2.De snelheden van de disperse en continue fase.

De karakteristieke snelheid (v_o)is gedefinieerd als: V

o =

6,32.10-3 _d!,727 _~po.81S_(2A

pf2)-0.2S4 (Sp(1_C»-O.l84

T1

;0,3S

Deze fonnule (3) geldt slechts als de testvariabele R ~ 0,406. R is gedefinieerd als :

R blijkt in alle gevallen hieraan te voldoen.

De flooding- en werkelijke snelheden verhouden zich als de volumestromen van de beide fasen:

Qc = a = Vc =

v

c.'

Qd v_d

v

_{d .,}

Waarin: = volumestromen van continue, disperse fasen (m3js) = werkelijke snelheden continue, disperse fase (mis) = floodingsnelheden continue, disperse fase (mis)

De floodingsnelheden (vc,f,vd,c) zijn als volgt gedefinieerd:

v

_c" = 0 V_o(1-24>,)

(1-4>,i

(2) (3) (4) (5)

(6)

(7)

Door fonnule (6) op (7) te delen en dit gelijk te stellen aan Cl is <l>c te vinden.Hieruit zijn v c,f en v d,C te vinden.

(17)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering van de PPC VERTROUWELIJK

Aangezien:

wordt voor de bepalende, kleinste kolomdiameter in eerste instantie gesteld: v_e = 0,75 .

v

_e.!

3.Dwarsoppervlak en kolomdiameter. Het dwarsoppervlak (A) is gedefmieerd als:

A = Qd + Qe v_d + v_e

De kolomdiameter (0) volgt dan uit: 4 0,5 D = ( - . A ) 1t

(8)

(9) (10) (11) (12)

De overige diameters zijn zo gesteld dat voor alle theoretische trappen aan de volgende voorwaarden wordt voldaan:

(13)

(14)

Bij de verhouding vJvc.r wordt vooral op de bovengrens (flooding!) gelet.

(18)

c.

Berekening van de kolomhoogte:

1.De berekening van het specifieke grensoppervlak De volumefractie disperse fase (<!>d) volgt uit:

Met behulp hiervan kan het specifieke grensvlak worden berekend. Het specifieke grensvlak (a) is gedefinieerd als:

6 Cl

cl>d

a =

-2.De berekening van de (HDU)o (hoogte overall diffusie-eenheid)

(15)

(16)

De (HDU)o is een functie van de Péclet getallen per lengte eenheid van de continue en disperse fase.

(17)

(18)

Waarin: - Pec,Ped

=

Pécletgetallen van continue, disperse fase (l/m)

- ~ax,c,Öax.d

=

axiale diffusiecoëfficiënt continue, disperse fase (m2/s)

V oor ~ax.c en ~ax.d zijn waarden van 1.10 -3

m

2

/s

aangenomen.

De (HDU)o volgt nu uit:

1 1 ₍₁₉₎

= - +

-3.De berekening van de overall-stofoverdrachtscoëfficiënt (~.c)

Voor het verkrijgen van ~.c worden de volgende formules gebruikt:

(19)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering van de PPC VERTROUWEUJK kd

=

10 . Dd d .. kc dm d 1,33

e

0,33 P 0,62 _"c 0,36

=

2 + 0,42 . ( .. c ) ( ) De _"c De Pc

Waarin: - ~,~ = stofoverdrachtscoëfficiënt continue, disperse fase (mis)

- m

=

CjC_d

=

evenwichtsconstante (-)

- Cç,Cd = concentratie in continue, disperse fase (moVm3)

- Dç,Dd = diffusiecoëfficiënt continue, disperse fase (m2js) - E = toegevoerd vermogen

Voor Dç,Dd zijn waarden van respectievelijk 2.10-9 en 1.10-9

m2js aangenomen. Voor E is een waarde van 0,1 W /kg aangehouden.

(20)

(21)

(22)

In formule (21) is de waarde 10 een door Zuiderweg [lito 2] aanbevolen gemiddelde waarde tussen 6,6 (druppels als starre bollen) en 17,9 (circulerende druppels).

Hierbij moet worden aangetekend dat formule (22) is overgenomen van de RDC-bereke-ning (zie bijlage A8). Het benodigde vermogen is van dezelfde orde grootte als van andere mechanisch geagiteerde extractoren en de gemaakte fout zal daarom waarschijn-lijk klein zijn.

4.De berekening van de theoretische hoogte van een overdrachtseenheid

De berekening van de theoretische hoogte (HTU)o,ç is gebaseerd op de continue fase.

5.De berekening van de effectieve hoogte van een overdrachtseenhheid De effectieve hoogte

«HTUf

o.J

volgt uit:

(HTU);,c

=

(HTU)o,c + (HDU)o

De industriële zuivering van caprolactam: De destillatieroute

(23)

(24)

(20)

6.De hoogte berekening voor elke theoretische trap

De benodigde hoogte voor elke theoretische trap kan nu als volgt berekend worden:

HETS

=

In

E ₁ . (HTU). _D,e ₍₂₅₎

1

-E

Hierin is HETS de Height Equivalent Theoretical Stages. 7. De lengte van de totale kolom

De pakkinghoogte is gelijk aan de som van de hoogtes van elke evenwichtstrap (HETS).

Voor de pulsator is een hoogte van 3 meter aangehouden.

Voor de scheiding van de fasen en een zogenaamde 'wavebreaker' is nog een hoogte van 6 meter ingebouwd.

LrtJIt1Dl

=

LptJIdcing + Lpul3tzlor + 6 (26)

De berekeningen van (HDU)o' (HTU)o,c en (HTU)·o,c zijn gedaan met behulp van literatuur 11, de berekeningen van ~, kd en HETS met behulp van literatuur 2. De overige berekeningen zijn gedaan met behulp van literatuur 3.

De resultaten van deze bovenstaande berekeningen zijn gegeven in tabel bijlage A 7.1 en A7.2.

(21)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering van de PPC VERTROUWEUJK

Tabel bijlage A 7.1 : Resultaten heen extractie

,

D _A.*C A _cl. cl,. R v. v~, v .. , H (m) (mis) (m~ (mm) (mm) (mmJs) (mm/s) (mm/s) 1 1,85 0,0070 2.69 1,172 0,750 0,09 39,18 12.41 2,292 2 1.43 0,0116 1.61 2.887 1.192 0,12 49.84 19,34 2.087 3 1,43 0,0116 1,61 4,183 1,537 0,15 58,53 25,16 1,978 4 1,26 0,015 1,25 5,212 1,492 0,14 52.51 23,59 1,597 5 1,26 0,015 1,25 6,068 1,642 0,15 55,66 25,45 1,621 6 1,26 0,015 1,25 6.806 1,768 0,15 58,45 26,87 1,679

Tabel bijlage A7.1 : Vervolg resultaten heenextractie

,

v. v,/V .. ,

••

a HOU HW HETS E _d.Jd.,S (-) (mmJs) (-) (-) (m2tm') (m) (m) (m) (-) (-) 1 1,833 0.800 0,3813 2622,45 0,646 0,022 0,821 1,530 0,030 2 1,665 0,798 0,3401 1471,81 0.665 0.040 0,972 1,973 0,048 3 1.165 0,589 0,4297 1442.87 0,926 0,032 1,435 2,392 0,061 4 1,273 0,797 0,3070 1061,82 0,839 0,044 1,379 2,640 0,060 5 1.192 0,735 0,3367 1057.91 0.892 0.044 1,488 2,751 0,066 6 1.167 0,695 0,3570 1042.17 0.910 0,046 1,528 2.786 0,071

Maximale Ap*f=O,015rn/s; onderin bevindt zich de kleinste diameter: -de overige pulsatiesnelheden worden hierop betrokken.

v. (mmJs) 9,924 15,44 14,82 18,81 18,71 18,68 C(àp) 0,114 0,115 0,118 0,120 0,121 0,121

33

(22)

Bijlage A7 Berekening en dimensionering van de PPC VERTROUWEUJK

Tabel bijlage A 7.2 : Resultaten terugextractie

•

0 A.·C A _"- _cl. R v. v., v .. , (0) (m) (mis) (m~ (mm) (mm) (mm/S) (mm/s) (mm/S) 1 1,64 0,015 2,11 6,159 1,778 0,16 69,05 16,04 5,791 2 1,64 0.015 2,11 5,545 1,648 0,15 64,53 14,93 5,434 3 1,64 0,015 2,11 4,838 1,494 0,14 59,09 13,56 5,013 4 1,87 0,0115 2,75 3,988 1,538 0,15 62,97 14,24 5,414 5 1,87 0,0115 2,75 2,857 1,196 0,12 SO,38 11,10 4,437 6 2,33 0,0074 4,26 1,192 0,738 0,09 36,82 7,671 3,405

Tabel bijlage A7.2 : Vervolg resultaten terugextractie

•

V. _VJv" t. a HOU HTU HErS E d./d.,S

(0) (mm/s) (0) (0) (m2/m~ (m) (m) . (m) (0) (0) 1 3,863 0,667 0,5064 1469,6 0,352 0,295 0,913 2,082 0,071 2 3,916 0,721 0,4802 lS03,1 0,348 0,276 0,880 2,076 0,066 3 4,019 0,802 0,4389 1515,3 0,341 0,262 0,847 2,064 0,060 4 3,248 0,600 0,5438 1824,9 0,425 0,181 0,848 2,041 0,062 5 3,568 0,804 0,4439 1915,9 0,392 0,159 0,763 1,997 0,048 6 2,725 0,800 0,4552 3183,9 0,530 0,052 0,799 1,953 0,Q30

Maximale Ap*f=O,015m/s; bovenin bevindt zich de kleinste diameter: -de overige pulsatiesnelheden worden hierop betrokken.

v. (mm/s) 10,70 10,76 10,87 8,545 8,927 6,139 C(6p) 0,110 0,110 0,111 0,112 0,114 0,116

35

(23)

Bijlage

AB

Berekening Rotating Disc

Con-tactor (ROe)

Er wordt een gemiddelde druppeldiameter (d) gekozen die ligt tussen de 0 en 3 mmo Deze wordt bepaald door het toegevoerde vermogen (E).

Voor een gegeven extractie probleem zal de verhouding tussen de snelheid van de disperse fase en de snelheid van de continue fase vastliggen. Er geldt:

U_d Qd

4 = =

-U_{c Qc}

waarin:

=

snelheid disperse fase (mis)

=

snelheid continue fase (mis)

= debiet disperse fase (m3js) = debiet continue fase (m3js)

(1)

De bepaling van de maximale holdup (h.) gaat als volgt. Bij gegeven ( l volgt H· uit de

volgende relatie:

(2)

Neem voor de operationele holdup (h):

h=O,7S.h· (3)

De slip snelheid (Us) is de relatieve snelheid van de twee fasen ten opzichte van elkaar. Bij een holdup, h = 0, is Us = Uo.

Uo, Ud en Ue zijn uit te rekenen met de volgende formules:

U_c e-h

U

_o

~+_1_

h l-h

(4)

(5)

(24)

Bijlage A8 Berekening RDC VERTROUWEliJK

(6)

Waarin: = dichtheid disperse fase (kglm3)

= dichtheid continue fase (kglm3 )

= dichtheidsverschil (kglm3)

= zwaartekrachtversnelling (m/S2)

= viscositeit continue fase (Pa.s)

-Berekening van de kolomdiameter

Tabel bijlage A8.1leven bij een diameter (D) groter dan 1 meter de volgende waarden:

S/D

=

0,7

= As/AD

=

0,49

RIO

=

0,5

HID =

0,1

Tabel bijlage A8.1 : Verhouding van de afmetingen.

I

Verhouding van de afmetingen

D (m)

0,06 - 0,3

0,3 - 1,0

S/D

0,7

RIO

0,5

HID

0,3

0,2

I

>

1,0

0,7

0,5

0,1

Hieruit volgen stator diameter S,kolom diameter D, compartimentshoogte H en rotor diameter R.

-Toerental schijven, vermogenstoevoer

De vermogenstoevoer per massa-eenheid vloeistof is te berekenen met onderstaande formule:

3 2

d=O,25.(~)s.e-s

Pc

(7)

(8)

(25)

Bijlage A8 Berekening RDC

waarin: E

Cf

= vermogens toe voer (W !kg)

= grensvlakspanning (Nim)

Het toerental volgt uit:

~.D2.H.e N3=_4 _ _ _ e.R' waarin: -Kolomhoogte c N = 0,013 bij RE >

Hf

= toerental schijven (omwentelingen per seconde)

De eigenlijke stofoverdrachtshoogte komt tot uiting in de HTU oe:

HTU HTU =HTU + d oe C

E

Y_C HTU=-C a.k C waarin: Hierin zijn: h a=6.-d

= concentratie in de continue fase

= concentratie in de disperse fase

a = het grensvlak van de dispersie (m2/m3)

VERTROUWEliJK (9) (10) (11) (12)

(13)

(14)

(15)

41

(26)

Bijlage AB Berekening RDC VERTROUWEUJK

(16)

(17)

waarin: _{Vd, Vc}= superficiele snelheden in de kolom (mis)

K_d,

Kc

= stofoverdrachtscoefficient (mis), en volgt uit onderstaan formule en grafiek

waarin: Shd

=

getal van Sherwood

Dd

=

diffusiecoëfficiënt disperse fase (aangenomen is 1 . 10-9 _m2_/s)

A

.D

2 .!

k

c=O,3( p.g c)3

11

(19)

waarin:

=

diffusie-coëfficiënt continue fase (aangenomen is 2,0 . 10-9

m2/s)

De overall hoogte van een mengeenheid komt tot uiting in de HDUoc- De volgende

formule geldt wanneer sprake is van weinig axiale menging (HDUc

+

HOUd <HTUOC>:

HDU =HDU + HDUd

oe c

E

Hierin zijn: (l-h).De,c HDU ---'-c

V

c

De.c en De.d zijn diffusiecoëfficiënten en volgen uit:

O,S.Vc·H S 2

D.,c - +O,012.R.N.H( - )

l-h

D

(20)

(21)

(22)

(23)

(27)

YtrB

S

2

D.",=--+O,024.R.N.B.( - )

h D

(24)

Wanneer sprake is van veel axiale menging _{(HDUc+HDUd>HTUoc)}geldt:

BDU_c

BDU = +HDU_tl

oe

E

(25)

De uiteindelijke hoogte van een effectieve overall stofoverdrachtstrap in de RDC volgt uit:

(26)

Deze is met behulp van de extractiefactor om te rekenen tot een HETS (height equiva-lent to one theoretical stage). Er volgt:

HETS= lnE .HTU oe· 1

1--E

Verder wordt er voor de top- en bodemsectie nog wat ruimte toegevoegd:

waarin: T _~.d = ruimte voor top- en bodemsectie (m)

De totale hoogte volgt uit: L=Lo+Lb,l

waarin: = som van de HETS per trap (m)

De berekening is uitgevoerd met behulp van literatuur 2 en literatuur 15. De uiteindelijke resultaten per trap zijn uiteengezet in de volgende tabellen. De heenextractie in tabel bijlage A8.2 en de terugextractie in tabel bijlage A8.3.

(27)

(28)

(29)

(28)

Tabel bijlage A8.2 : Resultaten per trap, RDC heenextractie.

trapar. E D S R H HTUex: HDUex: HETS

(W/kg) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 o.cm 1.98 1.39 0.99 0,20 0.13 1,54 0.95 2 O.cm 2,36 1.65 1.18 0,24 0,43 2,80 1,84 3 O.cm 2,49 1.74 1,25 0,25 0,74 3,52 2,43 4 O.cm 2,58 1,81 1,29 0,26 1,02 4,02 2,87 5 O.cm 2,65 1.86 1.33 0,27 1,30 4,42 3.26 6 O.cm 2,72 1,90 1.36 0,27 1,58 4,77 3,61

Tabel bijlage A8.3 :Resultaten per trap, RDC terugextractie.

uapor. E D S R H HTUex: HDUex: HETS

(W/kg) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 1 o.cm 3,63 2,S4 1.82 0,36 0,26 3,31 5,04 2 O.cm 3,54 2,48 1,77 0,35 0,22 3,04 4,61 3 o,cm 3,43 2,40 1,72 0.34 0,18 2,74 4,11 4 O.cm 3,29 2,31 1.65 0.33 0,13 2,36 3,52 5 O.cm 3,08 2,16 1,54 0.31 0.08 1,85 2.73 6 O.cm 2,58 1.81 1,29 0.26 0,03 1,05 1,52

(29)

Bijlage Ag Tolueendestillatie

De benodigde waarden voor de volgende berekening zijn verkregen met Chemcad en de berekening is in tabel bijlage A9.1 gezet:

Tabel bijlage A9.1 : Berekening destillatiekolom

I

Gegevens en grootheden

I

Top

I

Bodem

I

Temperatuur, T (OC) 109,4 120,1 Druk, P (bar) 1,0 1,022 Massadebiet vloeistoffase, M_L(kg/s) 4,87 8,22 Massadebiet dampfase, Mo (kg/s) 6,39 8,14 Dichtheid vloeistoffase, PL (kg/m~ 779,8 754,9 Dichtheid dampfase, Po (kg/m~ 2,954 3,023 Viscositeit vloeistoffase, TIL (lQ"3Pa.s) 0,251 0,243 Oppervlaktespanning, 0" (Nim) 18,31 17,22

Relatieve vluchtigheid, (X (-) 1 1,22

Flow factor, FLG (-) 0,0468 0,0639

Schotelafstand,T. (m) 0,61 0,61

Capaciteitsconstante, Cg (mis) 0,10 0,10

Floodingsnelheid, Uo.-. (mis) 1,622 1,577

Kolomdiameter, D (m) 1,46 1,65

Column efficiency, Ecot (-) 0,60 0,60

Werkelijk aantal trappen, Ncot (-) 22 22 Totale hoogte schotels, 11. (m) 12,81 12,81 Totale kolomhoogte, ~ (m) 18,81 18,81

De gevolgde berekening komt uit literatuur 12; de waarden zijn berekend met de volgende formules:

(30)

Bijlage A9 De lolueendestillatie De flowfactor: De floodingsnelheid: De kolomdiameter: De kolom efficiency: Cl -0,23 E 001

=

0,5 ( ~ ) 1'IL

Het werkelijk aantal trappen:

De hoogte tussen de bovenste en onderste schotel:

h_r

=

(Hooi -1). T$ De totale kolomhoogte: VERTROUWEUJK (1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

De Chemcad-simulatie (zie volgende bladzijden) geeft als diameters veiliger (grotere) waarden, deze zijn als uiteindelijke afmetingen aangehouden.

(31)

Bijlage A9 De tolueendestillatie

Flleoame : EXDIS.1l..K

Dale: 12·May-92 Time: 10:55 am FLOWSHEET SUMMARY SIre&m Numbc:rs 1 sens 1 -2 -3 S _ EquipmeDl From To 1 1 2 3 COMPONENTS 459 62 41 7!7 TIlERMODYNAMICS K·value model :UNIFAC EDtha1py model :!.alenI Heat Waw miscible CoIIDDD SIIDlIIW}' EquipmeDl name Dumber 1 No. or stages 22 lS1 reed stage 18 Stg 1/Cood. P bars .999979 Cood. del P bars .199996E-02 Tower del P bars .199996E-Ol

Coodenser type tota\

Coodenser mode

RIO Condenser spec I.SOOOO Reboiler mode

V/B Reboiler spec. 100.000 Tray effic. Top .600000 Tray effic. Bouom .600000 Max. ÏlenlÏoos 30 Calcullled Duties Condenser MJ /br -10702.9 Reboiler MJ /br 10914.8 FLOW SUMMARIES S _ N o. TempC 2 3 60.0830 120.120 Pres bus EDthMJ Ibr I 50.0000 .999979 .999979 1.02198 953.690

Vapor moJe fraction .000000

Tota\ kgmolJbr F10wrales in kgmolJbr 104.329 1096.55 69.7494 .284OO2E-03 .000000 101.201 3.12839

Epsilon-Caprolac .98285OE-Ol .360611E-07 .98285OE-OI

Waw 1.58390 1.58390 .453588E-08 Toluene

Hexylamine

101.760 99.6108 2.14900

.8!7236 .612991E-02 .881109

VERTROUWEliJK

CHEMCAD 2 Version 2.4

CHEMCAD 2 -Vers ion 2.4

(32)

Bijlage A9 De tolueendestiUatie FLOW SUMMARIES SIlUmNo. 1 2 3 Temp C 50.0000 60.0830 120.120 Pre& bars .999979 .999979 1.02198 Enth MI /br 9S3.690 1096.SS 69.7494

Vapor mISS fradioo .000000 .000000 .000000 Tocal ltgJbr 95OS.58 9207.30 298.290 Flowraaes in ltgJbr Epsi1on-CaprolIÇ Water TolueDe HexylamiDe 11.1219 28.5418 9376.14 89.7794 .408067E-OS 11.1219 28.5418 .81736SE-07 9178.14 198.009 .620286 89.IS94 STREAM PROPERTJES SIlUmNo. Pbase FromEqpll ToEqpll kgmollbr TempC Pre& bars EnthMI /br Cp VapJ/8-C Cp LiqJ/g-C Mol Fraction Vapor

Mol Fnction WaJII:r

••• Dry basis ••• kg!br Average Mol Wl Sid Liq m3/br DegAPI SpGr kg/m3 UOPK Reduced Temp Reduced Pres -- Liquid only - -Liquid Feed 104.329 50.0000 .999979 9S3.690 2 Mixed 1 Product 101.201 60.0830 .999979 1096.SS .000000 3 Liquid 1 Product 3.12839 120.120 1.02198 69.7494 1.79873 1.82684 2.20481 .000000 .284002E-03 .000000 .ISI818&01 .IS6S10E-Ol .000000 9477.04 9178.76 298.290 92.2383 92.1406 9S.3493 10.8924 10.S383 .354109 31.1111 30.9374 36.4571 _870174 .8711 OS .842477 869.377 870.307 841.705 10.1628 10.1501 10.5674 .545932 .563094 .659887

.243804E-Ol .243382E-Ol .264476E-OI

kg!br 9477.04 9178.76 298.290 Sid Liq m3/br 10.8924 10.S383 .354109 - Vapor only -••• Wel basis"· Average Mol Wl -- Liquid only - -kg!br Sid Liq m3/hr Actual m31br kg/m3 Sf leDs dyne/an Th c:ond Wtm-K Visc cp - - Vapor only -91.1115 90.9547 95.3493 9S05.58 9204.69 298.290 10.9209 10.5668 .354109 11.3438 11.1028 .400698 837.888 829.211 744.368 25.0638 23.9067 17.2212 .127764 .125117 .120196 .424263 .380454 .254597

VERTROUWEliJK

CHEMCAD 2 - Vers ion 2.4

(33)

Bijlage A9 De tolueendestillatie VERTROUWEliJK

TRAY PROPERTIES CHEMCAD 2 - Vers ion 2.4

Unit type: SCDS Unit name: Eqp# 1

UQUID AclUal Actual Thermal Surface Average vol rale deosity Viscosity conducL tension

SIg kg/br molwt m3/br kg!m3 cp W/m-K dyne/cm 1 .1381E-H>5 90.98 16.65 829.2 .3805 .1251 23.91 2 .1752E-H>5 92.14 22.47 779.8 .2513 .1129 18.31 3 .1758E-H>5 92.14 22.56 779.1 .2501 .1127 18.25 4 .1758E-H>5 92.14 22.56 779.1 .2501 .1127 18.25 5 .1758E-H>5 92.14 22.56 779.1 .2501 .1127 18.24 6 .1758E-H>5 92.15 22.S6 779.1 .2501 .1128 18.24 7 .1758E-H>5 92.15 22.56 779.0 .2501 .1128 18.24 8 .1758E-H>5 92.15 22.56 778.9 .2501 .1128 18.24 9 .17S7E-H)5 92.16 22.S6 778.8 .2501 .1128 18.24 10 .17S7E-H>5 92.17 22.S6 778.6 .2501 .1128 18.23 11 .17S7E-H>5 92.19 22.S7 778.4 .2500 .1129 18.23 12 .17S6E-H>5 92.21 22.S7 778.1 .2500 .1129 18.22 13 .175SE-H>5 92.24 22.S6 m.6 .2499 .1130 18.20 14 .1753E-H>5 92.28 22.S7 776.8 .2496 .1131 18.17 15 .1752E-H>5 92.34 22.58 775.8 .2492 .1132 18.14 16 .17SOE-H>5 92.42 22.60 774.4 .2488 .1134 18.09 17 .1752E+05 92.53 22.67 772.6 .2483 .1137 18.03 18 .3OO6E-H>5 92.57 38.93 772.1 .2484 .1139 18.02 19 .3OO"7E-H>5 92.81 39.15 767.9 .2468 .1144 17.87 20 .3000E-H>5 93.16 39.35 762.4 .2451 .1153 17.69 21 .2959E-H>5 93.64 39.19 754.9 .2427 .1166 17.46 22 298.3 95.35 .4007 744.4 .2546 .1202 17.22

VAPOR Actual AClUaI Thermal

Average vol rale deosity Viscosity condUCL Compr. SIg kg/br molwt m3/hr kg!m3 cp W/m-K factor

2 .2302E-H>5 90.98 7793. 2.954 .9150E-02 . 1889E-01 .96865 3 .2673E-H>5 91.73 8987. 2.974 .914SE·02 . 189SE-01 .96845 4 .2679E+05 91.74 9007. 2.974 .914SE-02 .189SE-01 .96845 5 .2679E-H>5 91.74 9007. 2.974 .914SE·02 .189SE·01 .96845 6 .2679E-H>5 91.74 9007. 2.974 .914SE-02 .189SE·01 .96845 7 .2679E-H>5 91.74 9007. 2.974 .914SE-02 . 189SE-01 .96845 8 .2678E+05 91.74 9007. 2.974 .914SE-02 .1896E-01 .96845 9 .2678E-H>5 91.75 9006. 2.974 .914SE-02 . 1896E-01 .96846 10 .2678E-H>5 91.75 9006. 2.974 .914SE-02 . 1896E-01 .96846 11 .2678E-H>5 91.76 9005. 2.974 .914SE-02 . 1897E·01 .96846 12 .2677E-H>5 91.77 9005. 2.973 .9144&02 .1897E-01 .96846 13 .2677E-H>5 91.78 9003. 2.973 .9144&02 .1898&01 .96846 14 .267SE-H>5 91.80 8978. 2.980 .914SE-02 . 1901E-01 .96841 15 .2674E-H>5 91.83 8956. 2.986 .9146E-02 . 1903E·01 .96835 16 .2673E+05 91.87 8932. 2.992 .9146E-02 . 1907E-0 I .96830 17 .2671E+05 91.92 8908. 2.998 .9146E-02 .1912E-01 .96825 18 .2673E-H>5 91.99 8886. 3.008 .913SE·02 .1914E-01 .96811 19 .2976E+0592.55 9839. 3.025 .9123E-02 . 1927E-01 .96792 20 .2977E+05 92.79 9820. 3.031 .9107E·02 .1943E-01 .96782 21 .2970E+05 93.14 9m. 3.038 .9081E-02 . 1964E-OI .96768 22 .2929E-H>5 93.62 9689. 3.023 .9103E-02 .2017E·01 .96816

(34)

Bijlage A9 De tolueendestillatie VERTROUWEliJK

TRAY S1ZlNG/RATING CHEMCAD 2 - Version 2.4

Unit type: SCDS Unit name: Eqp# 1

SIg N pass SpaciDg Diametez ~ F100d Ocw 1 Ocw3 Dcw5 Ocw7 Cm M Side ar OffClr Offside Cm 2 61.0 1.52 75.6 15.9 .0 .0 .0 3 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 4 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 5 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 6 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 7 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 8 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 9 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 10 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 11 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 12 61.0 1.52 75.8 15.9 .0 .0 .0 13 1 61.0 1.52 75.7 15.9 .0 .0 .0 14 1 61.0 1.52 75.7 15.9 .0 .0 .0 15 61.0 1.52 75.6 15.9 .0 .0 .0 16 61.0 1.52 75.5 15.9 .0 .0 .0 17 61.0 1.52 75.6 15.9 .0 .0 .0 18 61.0 1.68 720 23.5 .0 .0 .0 19 61.0 1.68 72.2 23.5 .0 .0 .0 20 61.0 1.68 72.2 23.5 .0 .0 .0 21 61.0 1.68 71.8 23.5 .0 .0 .0

SIg Act Area FPL Weir Lgth oe baclcup Ploss

M2 Cm Cm Cm bus 2 1.62 120.65 93.11 15.64 .006 3 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 4 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 5 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 6 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 7 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 8 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 9 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 10 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 11 1.62 120.65 93.11 15.66 .006 12 1.62 120.65 93.11 15.67 .006 13 1.62 120.65 93.11 15.67 .006 14 1.62 120.65 93.11 15.67 .006 15 1.62 120.65 93.11 15.67 .006 16 1.62 120.65 93.11 15.68 .006 17 1.62 120.65 93.11 15.70 .006 18 1.83 120.65 116.39 16.74 .007 19 1.83 120.65 116.39 16.79 .007 20 1.83 120.65 116.39 16.84 .007 21 1.83 120.65 116.39 16.85 .007 System factor = 1.00

(35)

Bijlage A9 De tolueendestillatie VERTROUWEUJK

TRAY COMPOSmONS Unit. 1 SCDS

Stage. 1 T = 60.08 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsilon-Caprolaç .356329E-09 .104023E-07 .342SSE-Ol

W~ .156510&01 .156510E-Ol 1.0000 Tolueue .984288 .984288 1.0000 Hexylunine .6OS71SE-04 .60571SE-04 1.0000

Total kgmol/hr 101.201 151.801

<

~

Stage. 2 T = 109.36 <leg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsilon-Caprolac .329939E-I0 .831879E-08 .39662E-02 W~ .156510&01 .729757&04 214.47 TolueDe .984288 .999810 .98448 Hexylunine .6OS71SE-04 .117441E-03 .51576 Total kgmol/hr 253.002 190.151

Y x K

Epsilon-Caprolaç .380677E-I0 .830837E-08 .45819E-02

W~ .548399&02 .177024E-04 309.79 Tolueue .994418 .999783 .99463

Hexylunine .976871E-04 .199066E·03 .49073 Total kgmol/hr 291.352 190.788

--Stage. 4 T = 109.99 <leg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsilon-Caprolaç .493116E-10 .835111E-08 .59048E-02

W~ .543608&02 .174886E·04 310.83 Toluene .994413 .999664 .99475

Hexylunine . 15106SE-03 .318014E-03 .47503 Total kgmol/hr 291.989 190.786

y x K

Epsilon-Caprolaç .771716E-1O .845713E-08 .912S0E-02 W~ .543598E-02 .175511E-04 309.72 Toluene .994335 .999491 .99484 Hexylamine .228786E-03 .491171E-03 .46580 Total kgmol/hr 291.987 190.778

Stage. 6 T = 110.00 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsilon-Caprolac .146227E-09 .871962E-08 .16770E-01

w~ .543617E-02 .176440E-04 308.10 Toluene .994222 .999239 .99498 Hexylamine .341924E-03 .74312SE·03 .46012

Total kgmol/hr 291.979 190.766

y x K

Epsilon-Caprolac .317399E-09 .936977E-08 .3387SE-01

W~ .543644E-02 .lm92E-04 305.78 Toluene .994057 .998873 .99518 Hexylamine .506S40E-03 .110948E-02 .45655 Total kgmol/hr 291.967 190.750

Y x K

Epsilon-Caprolac .741713E-09 .109808E·07 .67S46E-01 W~ .543684E-02 .179761E·04 302.45 Toluene .993817 .998340 .99547 Hexylamine .745892E-03 .164168E-02 .45435 Total kgmol/hr 291.951 190.726

(36)

Bijlage A9 De tolueendestillatie VERTROUWEUJK

Stage _ 9 T = 110.04 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsiloo-Caprolac .17935SE-08 .149737E-07 .11978 Wat« .543741E-02 .182627E-04 297.73 Toluale .993469 .997568 .99589 HexylamiDe .109356E-02 .2A1369E-02 .45307 Total kgmol/br 291.927 190.691

Stage _ 10 T

=

110.07 deg C P

=

1.0000 ban

y x K

Epsilon-Caprolac .440098E-08 .248712E-07 .17695 Wat« .543825E-02 .186799E-04 291.13 Tolueoe .992964 .996450 .99650 Hexylamine .159785E-02 .353129E-02 .45248 Total kgmol/br 291.892 190.640

Stage _ 11 T = 110.11 des C P = 1.0000 ban

y x K

Epsi1on-Caprolac .108646E-07 .494074E-07 .21990 Wat« .543946E-02 .192867E-04 282.03 Toluale .992233 .994836 .99738 Hexylamine .23m6E-02 .514440E-02 .45248 T otal kgmol/br 291.841 190.568

Stage _ 12 T = 110.17 deg C P = 1.0000 ban

y x K

Epsilon-Caprolac .268868E-07 .110237E-06 .24390 Wat« .544120E-02 .201670E-04 269.81 Toluene .991178 .992517 .99865 Hexylamine .338106E-02 .746285E-02 .45305 Total kgmol/br 291.769 190.465

Stage _ 13 T = 110.25 deg C P = 1.0000 bars

Y x K

Epsiloo-Caprolac .66602SE-07 .26110SE-06 .25508 Wat« .544368E-02 .214410E-04 253.89 Tolueue .989662 .989202 1.0005 Hexylamine .489444E-02 .107759E-OI .45420 Total kgmol/br 291.666 190.227

Stage _ 14 T = 110.46 deg C P = 1.0024 ban

y x K

Epsilon-Caprolac .165044E-06 .635130E-06 .25986 Wat« .544894E-02 .233017E-04 233.84 Toluene .987496 .984513 1.0030 Hexylamine .705493E-02 .1S4627E-Ol .45625 Total kgmol/br 291.428 190.019

Stage _ 15 T

=

110.71 deg C P = 1.0049 bars

Y x K

Epsilon-Caprolac .40902SE-06 .156258E-05 .26176 Wat« .545404E-02 .2595OSE-04 210.17 Toluene .984435 .977958 1.0066 Hexylamine .101104E-Ol .220143E-Ol .45926 Totai kgmol/br 291.220 189.732

Stage _ 16 T

=

111.03 deg C P = 1.0073 bars

Y x K

Epsiloo-Caprolac .101364E-05 .386240E-05 .26244 Wat« .546113E-02 .297096E-04 183.82 Toluene .980160 .968947 1.0116 Hexylamine .l43777E-01 .310195E-OI .46351 Total kgmol/br 290.932 189.356

(37)

Bijlage A9 De tolueendestillatie

Srage' 17 T = 111.43 deg C P = 1.0098 bars

Y x K

EpsiJoo..Caprolac .251172&05 .955748&05 .26280 WI1I!Z .547061E-02 .349891&04 156.35 Toluale .974290 .956853 1.0182 HexylamiDe .202366E-Ol .431026E-Ol .46950 Total kpIol/br 290.557 189.326

Y x K

EpsiJoo..Caprolac; .622287E-05 .316219&03 .19679E-Ol WI1I!Z .547461&02 .616317&04 88.828 TolueDe .966410 .952052 1.0151 HexylamiDe .281095E-Ol .47570ZE-Ol .59091 Total kpIol/br 29O.5Z7 324.738

Srage' 19 T = 112.63 deg C P = 1.0146 bals

Y x K

EpsiJoo..Caprolac .136860&04 .335214&03 .40828E-01 WI1I!Z .622312E-04 .918130E-06 67.780 TolueDe .954631 .925990 1.0309 Hexy1amine .45293ZE-01 .736739E-01 .61478

TOIal kpIol/br 321.609 323.942

Y x K

Epsilon-Caprolac .321164E-04 .382189E-03 .84033E-Ol WI1I!Z .927068E-06 .189285E-07 48.977 Toluale .928321 .887604 1.0459 Hexylamine .716459E-Ol .112014 .63962 TOIal kpIol/br 320.814 322.053

srage' 21 T = 115.35 deg C P = 1.0195 bars

y x K

EpsiJoo..Caprolac .m566E-04 .499985E-03 .15552 WI1I!Z .191316&07 .550090E-09 34.779 Tolueue .889572 .834832 1.0656 HexylamiDe .110350

Total kgmol/br 318.924

.164668 .67014 315.963

y x K

EpsilOD-Caprolac .190804&03 .314180E·01 .60731E·02

WI1I!Z .553820E-09 .144994E-08 .38196 Toluene .836311 .686929 1.2175 Hexylamine .163498 .281653 .58049 TOIal kgJDol/br 312.835 3.12835

--v-VjB

$ JOO

De industriële zuivering van caprolactam: De deslillalieroute

VERTROUWEliJK

(38)

Bijlage B1 Voorindamping

Dl := 698J D2:= 6370 D3 := 5660 D4 := 5820 x := 0.1 y := 0.1 Xf :: 0.30781 Xc:: 0.76 r :: 41737 Th :: 160 + 273.15 _{Tin :: 45}₊_273.15 Tl :: 150.8 + 273.15 T2 :: 128.4 + 273.15 T3:: 101.7 + 273.15 _{T4 :: 69.6}₊_273.15 Tvoeding :: T2 dTl2 :: 6 _{dT23 :: 8} _{dT34 :: 10} Vh := 6000 Vl := 1000 V2:= 1000 hll := 300 hfl:= 300 Xf Xvatl := r· -F - Dl Xf Xvat2 := r . -F - Dl - D2 Xf Xvat3 := r · -F - Dl - D2 - D3 Xf V3 := 1000 hf2 := 300 Xvat4 :=

r ·

-r - Dl - D2 - D3 - D4 V4 := 1000 hf3 := 300

Xvatl = 0.36965719 Xvat2 = 0.45261647Xvat3 = 0.56535~t4 = 0.76000154

-3 -6 2 8.712 + 1.25·10 ·T - 0.18·10 ·T cpwat(T) := 8.314' 18.1 64384 + 514.57·T cpcap(T) .- -ll3200

cap(X,T) := X·cpcap(T) + (1 - X) ·cpwat(T) ch := cpwat(Th)

(39)

Bijlage Bi voorindamping

cl := cap (Xvatl, Tl) c2:= cap(Xvat2,T2) c3 := cap(Xvat3,T3) c4:= cap{Xvat4,T4)

cfl := cap(Xf,T3) cf2 := cap{Xf,T4) cf3 := cap{Xf,Tin) c12 := cpwat(T2 + dT12) c23 := cpwat{T3 + dT23) c34 := cpwat{T4 + dT34) cf := cap{Xf,Tvoeding) c4 = 2.6216776 cl

=

3.58916901 c2 = 3.39299415 ch = 4.23493392 c3 = 3.11272843 T 1 -647.1 enth(T,c) := C' (T - 273.15) + 2256.9' -373.15 1 -647.1 enthf(T,C) := C' (T - 273.15) hf3 := enthf(Tin,cf3) hf2 := enthf{T4,cf2) hfl := enthf{T3,cfl) hf := enthf(Tvoeding,cf) hh := enth{Th,ch) hll := cl' (Tl - 273.15) h12 : = c2' (T2 - 273.15) h13 := c3' (T3 - 273.15) hH := c4' (T4 - 273,15) hdl := enth(Tl, c'.) hd2 := enth{T2,c2) hd3 := enth{T3,c3) hd4 := enth(T4,c4) hd23 := enth(T3 + dT23,c23) hd34 := enth(T4 + dT34,c34) hll = 541.24668719 hl2 = 435.66044834 h13 = 316.5644817 h14 = 182.46876099 0.38

VERTROUWEliJK

(40)

Bijlage BI voorindomping ~è3 = 2.55513223' 10 ~f = ~69.59C96603 Ghren Dl + D2 + D3 + D4

=

F' [1 -

::l

hf - hfl 3 :.::2 = 2. 6CC623C'~' 10 3 hd~

=

2.531~~7~5·10 Vl

=

F · -hdl - c12' (T2 + dT12 - 273.15) F' (hfl - hf2) - (1 - x) 'D2' (hè.2 - c23' (T3 + èT23 - 273.15»

V2=---bd23 - c23' (T3 + dT23 - 273.15) F' (hf2 - !'lf3) - (1 - y) 'D3' (hd3 - c34' (T4 + dT34 - 273.15» V3

=

-hd34 - e34' (T4 + àT34 - 273.15) 1 Dl

=

"

.

(Vb' (hh - eh' (Th - 273.15» + F' (hf - cl· (Tl - 273.15))) hd1 - cl' (Tl - 273.15) 1 VERTROUWEUJK D2

=

.

((Dl - Vl)· (hdl - c12' (T2 + dT12 - 273.15» + (F - Dl)' (cl' (Tl - 273.15) hè.2 - e2' (T2 - 273.15) - c2' (T2 - 273.15») 1 D3 = . (x 'D2' (h:i2 - c23' (T3 + dT23 - 273.15» + (F - Dl - D2) . (c2' (T2 - 273.15) hd3 - e3' (T3 - 273.15) - c3' (T3 -, 273.15» ) 1 D4 = . (Y'D3' (hd3 - c34' (T4 + dT34 - 273.15» + (F - Dl - D2 - D3)' (e 3' (T3 - 273.15) hd4 - e4' (T4 - 273.15) '- c4' (T4 - 273.:~)

(41)

Bijlage BI WJOrindamping VERTROUWEUJK 1 V2 '= '(D1'(c12'(T2 + dTl2 - 273.15) - c23'(T3 + dT23 - 273.15») hd23 - c23' (T3 + dT23 - 273.15) I ' V3 '= ' ((Dl + D2) , (c23' (T3 + dT23 - 273.15) - c34' (T4 + dT34 - 273.15») hd34 - c34' (T4 + dT34 - 273.15) Dl D2 D3 D4 Vh V1 := find(Dl,D2,D3,D4,Vh,Vl,V2,V3,x,y) V2 V3 x y 3 Dl = 6.98347849'10 3 D3 = 5.65947751,10 3 Vh = 8.55175108'10 Vh ' Eff := -Dl + D2 + D3 + D4 Eff = 0.34437091 x = 0.68713005 y = 0.84009732 Condensaat := Dl + D2 + D3 3 D2

=

6.3704165'10 3 D4

=

5.81959332'10 4 Condensaat = 1.90133725'10 hf = 469.59096603 hfl = 367.18445796 hf2 = 247.36625445 hf3 = 157.98807018

(42)

Bijlage BI voorindamping 3 V1 = 2.07332737' 10 V2damp := (1 - x) 'D2 + V2 3 V2damp = 2.32457071' 10 V3damp := (1 - y) 'D3 + V3 3 V3damp

=

1.64156179' 10 V2

=

331.45881831

De industriële zuivering van caprolactam: De desti//atieroute

VERTROUWEliJK

V3

=

736.59616031

(43)

Bijlage B1 b Oppervlakte berekening

valm-filmverdamper

Kl ;: 2.184 K2 ;: l.894 KJ ;: l.107 K4:: 0.701 hd - C' (T - 273.15) warmte(Voeding,hd,c,T) := V o e d i n g · -Q1 := warmte(Vh,hh,ch,Th) Q2 := warmte(D1 - Vl,hd1,c12,T2 + dT12) Q3 := warmte(D2,hd2,c23,T3 + dT23) Q4 := warmte{D3,hd3,c34,T4 + dT34) Q opp{K,Tvoor,Tna,Q) := -K' (Tvoor - Tna) Al := opp(Kl,Th,T1,Q1) A2 := opp(K2,T1,T2,Q2) A3 := opp{KJ,T2,T3,Q3) A4 := opp{K4,T3,T4,Q4) 3 Q1

=

4.88054635'10 3 Q2

=

2.81172773'10 3 Q3 = 3.78481794'10 3 Q4 = 3.51247649'10 Al = 242.90026032 A2 = 66.27431856 A3

=

128.05192478 A4

=

156.09549717 di ;: 0.04 do ;: 0.044 H ;: 8 aantal pijpen:

opp{U, Tvoor, Tna,Q) R{U,Tvoor,Tna,Q) .

-1t

--(di + do) -H 2

3600

(44)

Bijlage BIb oppervlakJe berekening valfilmverdamper Rl := R(K1,Th,T1,Q1) R2 := R(K2,T1,T2,Q2) Rl = 230.1117685 R2

=

62.78503214 R3 := R(K3,T2,T3,Q3) R4 := R(K4,T3,T4,Q4) R3

=

121.31010001 R4

=

147.87720219

VERTROUWEliJK

(45)

Bijlage 82 K-waarden voor valfilmverdamper

Àc1 := 1 Àw1 := 1 Àc2 := 1 Àc3 := 1 Àw2 := 1 À,w3 := 1 -1 -4 Àc(T) := 2.351·10 - 2.0955·10 ·T Àc4 := 1 À,w4 := 1 -1 -3 -6 2 -9 3 Àw(T) := -4.267·10 + 5.6903·10 . (T) - 8.0065·10 . (T) + 1.815·10 . (T) Àmeng(T,X) := X·Àc(T) + (1 - X) ·À,w(T)

nu met gevonden waardes van T en X: Tl ;: 150.8 + 273.15 T2 ;: 128.4 + 273.15 T3 ;: 101. 7 + 273.15 T4 ;: 69.6 + 273.15 Tc1 ;: 134.4075 + 273.15 Tc2 ;: 109.6541 + 273.15 Tc3

=

79.6041 + 273.15 Tc4 ;: 40 + 273.15 Àk1 := Àw(Tc1) Àk2 := À,w (Te2) Àk3 := Àw(Te3) Àk4 := Àw(Te4) Àl := Àmeng(T1,Xvat1) 1..2 := Àmeng(T2,Xvat2) 1..3 := Àmeng(T3,Xvat3) 1..4 := Àmeng(T4,Xvat4) Àk1 = 0.68538912 À,k2

=

0.68011957 Àk3 = 0.66395382 Xvat1 ;: 0.369 Xvat2 ;: 0.453 Xvat3 ;: 0.565 Xvat4 ;: 0.760 cl ;: 3589 cl: ;: 3393 c3 ;: 3113 c4 ~ 2622

heil ;: 2629 dT1

=

6 hd2 ;: 2601 dT2

=

8 hd3 ;: 2568 dT3

=

10 hd4 ;: 2531 dT4;: 12

(46)

Bijlage B2 K-waarden voor de valfilmverdamper Àk4 = 0.62581241 À1 = 0.48618337 À2

=

0.44295095 À3 = 0.38289954 À4 = 0.28156584 viscositeit 'Tlc1 := 1 'Tlc2 := 1 'Tlc3 := 1 'Tlc4 := 1 'Tlw1 := 1 'Tlw2 := 1 'Tlw3 := 1 'Tlw4 := 1 3 1 7.2571·10 1 -8.5082·10 + +1.0218·10 ·ln(T) T 'Tlc (T) : = e 3 1 1 3.6706·10 -29 1·10 -5.1964·10 + -5.3495·10 ·T +5.7331·1n(T) T 'Tlw(T) := e 'Tlmeng(T,X) := 'Tlc(T) ·X + (1 - X) ·'Tlw(T) ~1 := 'Tlmeng(T1,Xvat1) 'Tl2 := 'Tlmeng(T2,Xvat2) 'Tl3 := 'Tlmeng(T3,Xvat3) 'Tl4 := 'Tlmeng(T4,Xvat4) -4 'Tlk1 = 2.01957583·10 -4 ~k2

=

2.53245294·10 -4 'Tl1

=

9.00290914·10 'Tl3

=

0.00334848 'Tlk1 :

=

'Tlw(Tc1) 'Tlk2 :

=

'Tlw (Tc2) 'Tlk3 :

=

'Tlw (Tc3) 'Tlk4 := ~w(Tc4) -4 'Tlk3 = 3.59428868·10 -4 'Tlk4

=

6.77811344·10 'Tl2 = 0.00155947 'Tl4

=

0.01076402

VERTROUWEliJK

(47)

Bijlage B2 K-waarden voor de valfilmverdamper Dichtheid (kmol/m3) pc1 := 1 pc2:= 1 pw1 := 1 pw2:= 1 pc3 := 1 pw3 := 1 pc4 := 1 pw4 := 1 -1 7.118-10 PC(T) .- -113.2 1+[1- T ]2.857-10 8.06-10 2 [2.54-10-1] 4.9669 -1 pw(T) .- -18.1 1+[1- T ]1.874-10 6.4713-10 2 [2.7788-10 -1] 4.391 -1. pw1(T) _- -18.1 1+[1- T ]2.534-10 6.4713-102 [2.487-10-1] pmeng(T,X) := X-pc(T) + (1 - X) -pw(T) pmeng1(T,X) := X-pc(T) + (1 - X) -pw1(T) -1

VERTROUWEUJK

(48)

Bijlage B2 K-waarden voor de va/filmverdamper p1 := pmeng1(T1,Xvat1) pk1 := pw(Tc1) p2 := pmeng(T2,Xvat2) _{pk2 := pw(Tc2)} p3 := pmeng(T3,Xvat3) pk3 := pw(Tc3) p4 := pmeng(T4,Xvat4) pk4 := pw (Tc4) p1 = 937.69037752 p2

=

957.66644065 p3 = 981.93020028 3 p4

=

1.0127204'10 aan stoomzijde: K: 0.943 g : 9.81 H: 8 pk1 = 936.60568332 pk2

=

955.30534463 pk3 = 976.6233662 3 pk4 = 1.00279516'10 di : 0.04 do: 0.044

JJ

p

t'u

3g fk(Àk,pk,~k):= ~k fk1 := fk(Àk1,pk1/~k1) fk2 := fk(Àk2,pk2,~k2) fk3 := fk(Àk3,pk3,~k3) fk4 := fk(Àk4,pk4,~k4) fk1

=

342.24216163 fk2

=

324.74461893 fk4

=

244.38766702

"(fk,hd,d')

,=

K

'

fk

.

JJ hd

dT'H av1 := av(fk1,hd1,dT1) av2 := av(fk2,hd2,dT2) av3 := av(fk3,hd3,dT3) av4 := av(fk4,hd4,dT4) av1 = 877.97578941 av3

=

663.16092023 av2 = 773.20339231 av4 = 522.2112292 fk3 = 295.44794575

De industriële 7'dvering van caprolactam: De destillatieroute

VERTROUWEliJK

(49)

Bijlage B2 K-waarden voor de valfumverdamper

meestal wordt er een vloeistof belasting tussen

m=0.5 tot 1.5 kg/sm gebruikt bij vallende film verdampers neem hier aan

m

=

0.75 m Re(11) :=-11 Rel := Re(111) Re3 := Re(113) Rel = 833.06405569 Re3

=

223.98194219 Re2 : = Re (112) Re4 := Re(114) Re2 = 480.93257462 Re4 = 69.67653933

Re < 400 en dus is de filmstroming laminair voor 3, 4

filmzijde:

1,2 is turbulent dus geldt

& (Tl,P)

':O.27~:]

&1 := Ö (111,p1) -4 &1

=

3.54292723'10 1 3 Pr (11, c, À) 1 2 'Re (Tl) &2 := & (Tl2,p2) -4 &2 = 3.82846539'10 0.25 0.5 0.023·Re{Tl) 'Pr{Tl,c,À) al (11, c, À, P) . - . À 1

VERTROUWEUJK

(50)

Bijlage B2 K-waarden voor de valfilmverdamper VERTROUWEUJK

all := 01(~1,c1,Àl,pl) 3 011

=

3.40656265' 10

2,3 en 4 zijn laminair dus geldt:

1 3 1 !Ml ,:

0.91 ~:2J

...

(m~

012 := 01(~2,c2,À2,p2) 3 012

=

2.55028256'10 03 := 0(~3,p3) Ö4 := 0(~4,p4) -4 -4 03

=

5.84881411'10 04

=

8.45611089'10 01(1.,0) 3 all = 3.40656265' 10 3 0.12

=

2.55028256' 10 do - di Sw:= -2 Às :; 50 1 al3 := 01(1.3,03) al3 = 654.66183279 0.001

f =

-854 150 k(av,01) .- - - · 3 . 6 1 1 Sw - + - + - + f av al Às k1 := k(avl,all) k2 :

=

k (av2, 012) 014 := al(À4,Ö4) 014

=

332.97320762

(51)

Bijlage B2 K-waarden voor de valfilmverdamper 3 k1 = 2.18422926'10 k3 := k(o.v3,o.13) 3 k3

=

1.10732439'10 3 k2 = 1.89366224' 10 k4 := k (o.v4, 0.14) k4

=

701.23186677

VERTROUWEUJK

(52)

Bijlage B3 Randapperatuur voorindamping:

Voorverwarmers van de voeding

Warmte geleiding Àe1 := 1 Àw1 := 1 Àe2 := 1 Àw2 := 1 Àc3 := 1 Àw3 := 1 -1 -4 Àe(T) := 2.351"10 - 2.0955"10 ·T Àc4 := 1 Àw4 := 1 -1 -3 -6 2 -9 3 Àw(T) := -4.267"10 + 5.6903·10 "(T) - 8.0065"10 ·(T) + 1.815"10 "(T) Àmeng(T,X) := X"Àe(T) + (1 - X) "Àw(T)

nu met gevonden waardes van T en X:

Tf1

=

47.731 + 273.15 X

=

0.30781 Tel

=

134.4075 + 273.15 Tf2

=

46.917 + 273.15 Tf3

=

45.869 + 273.15 À1 := Àmeng(Tf1,X) À2 := Àmeng(Tf2,X) À3 := Àmeng(Tf3,X) viscositeit Tje1 := 1 Tjw1 Tjc2 := 1 Tjw2 Tjc3 := 1 Tjw3 Tjc4 := 1 Tjw4

-

1 := 1 := 1 := 1 Tc2

=

109.6541 + 273.15 Te3

=

79.6041 + 273.15 Àc1 :

=

Àw (Tel) Àe2 : = Àw (Tc2) Àc3 :

=

Àw (Tc3) 3 1 7.2571"10 1 -8.5082"10 + +1.0218"10 "ln(T) T Tje(T) := e

(53)

Bijlage B3 Randapparatuur voorindamping: Voorverwarmers van de voeding 3 1 1 3.6706'10 -29 1'10 -5.1964'10 +----5.3495'10 'T +5.7331'ln(T) T Tlw(T) := e Tlmeng(T,X) := Tlc(T) 'x + (1 - X) 'Tlw(T) TIl := Tlmeng(Tf1,X) Tl2 := Tlmeng(Tf2,X) Tl3 := Tlmeng(Tf3,X) Dichtheid (kmol/m3) Tlc1 : = Tlw (Tc1) Tlc2 := Tlw(Tc2) Tlo3 := Tlw(Tc3) pc1 := 1 pc2:= 1 pw1 := 1 pw2:= 1 pc3 := 1 pw3 := 1 pc4 := 1 pw4 := 1 -1 7.118'10 pc(T) .- '113.2 -1 1+[1- T ]2,857'10 8.06'10 2 [2.54 '10 -1 ] 4.9669 pw(T) ,- '18.1 -1 1+[1- T ]1.874'10 , 6.4713'10 2 [2.7788'10 -1] pmeng(T,X) := x'pc (T) + (1 - X) 'pw (T) p1 : = pmeng (Ttl, X) pc1 := pw(Tc1) p2 := pmeng(Tf2,X) pc2 := pw(Tc2) p3 := pmeng(Tf3,X) pc3 := pw(Tc3)

VERTROUWEliJK

(54)

Bijlage B3 Randapparatuur voorindamping: Voorverwarmers van de voeding voor mantelzijde: hd1 == 2629 hd2 == 2601 hd3 == 2568 g == 9.81 H == 7 av(hdlpcIÀcl~c,ev) pc1 = 936.60568332 pc2

=

955.30534463 pc3

=

976.6233662 -4 ~c1

=

2.01957583·10 -4 ~c1

=

2.01957583·10-4 ~c2

=

2.53245294·10 -4 ~c3

=

3.59428868·10 av1 := av(hd1Ipc1IÀc11~c1,ev1) av2 := av(hd2lpc2IÀc21~c2,ev2) av3 := av(hd3lpc3IÀc3,~c3/6v3) Àc1

=

0.68538912 Àc2

=

0.68011957 Àc3

=

0.66395382 6v1 == 6 9v2 == 8 9v3 == 10 av1 = 907.7798259 av2 = 799.45079275 nv3 = 685.67278502 pijpzijde: di == 0.0254 do == 0.0296 Rl == 94 F == 41737 R2 == 164 R3 == 232 -3 -6 2 8.712 + 1.25·10 ·Tf - 0.18·10 ·Tf cpwat(Tf) := 8.314· 18.1 64384 + 514.57·Tf cpcap(Tf) 113200 3 c(Tf) .- (X·cpcap(Tf) + (1 - X) ·cpwat(Tf)) ·10

VERTROUWEUJK

(55)

Bijlage B3 Randapparatuur voorindamping: Voorverwarmers van de voeding cl := c(Tf1) c2:= c(Tf2) c3 := c(Tf3) 3 3 3 cl = 3.51565275·10 c2 = 3.51422014·10 c3 = 3.51237559·10 F u(p,R) := -1t 2 3600·_·di ·p·R 4

u1 := u(P1,Rl) u2:= u(p2,R2) uJ:= u(p3,RJ)

u1 = 0.24095258 u2

=

0.1380325 uJ

=

0.09750711 u'di 5 Re (u, 11) := - -'1'10 11 Rel := Re(u1,111) Re2 := Re(u2,112) Re3 := Re(u3,113) 4 Rel = 6.29037108'10 4 Pr1

=

7.03653978'10 Pr(11,c,p,À) : = -À Pr1 := Pr(111,c1,p1,À1) Pr2 := Pr(112,c2,p2,À.2) Pr3 := Pr(113,c3,p3,À3) 4 , 4 Re2 = 3.49401183' 10 Re3 = 2.37123891'10 4 4' Pr2 = 7.26656056' 10 Pr3 = 7.57655726'10 Nu(Re,Pr) -0.054 0.8 0.37

rH]

:= 0.032·Re 'Pr . ldi Nul := Nu(Re1,Pr1) À al (Nu, À) := Nu'--di

Nu2 := Nu(Re2,Pr2) NuJ := Nu(Re3,Pr3)

all := al(Nu1,À1) a12 := al (Nu2, À.2) al3 := al(NuJ,À3) ,

5 all = 1.95949302'10 sw == 0.0025 Àw == 58 1 k (al, av) := -1 sw 1 5 a12 = 1.23742862'10 4 al3 = 9.20211633' 10

VERTROUWEUJK

(56)

Bijlage B3 Randapparatuur voorindamping: Voorverwarmers van de voeding k1 := k(al1,av1) k1 = 869.71986794 do - di dm := di + -2 k2 := k(al2,av2) k2

=

768.02352582 2 di ·u z(u,em,p,h,k) .- ·p·h 4·k·dm·em·H 6ml

=

94.632 hl

=

469.59 - 367.18 9m2

=

71.673 h2

=

367.18 - 247.367 0m3

=

43.856 h3

=

247.367 - 157.99 zl := z(u1,6ml,p1,h1,k1) z2 := z(u2,9m2,p2,h2,k2) z3 := z(u3,0m3,p3,h3,k3) -4 zl = 2.53767046·10 -4 z2 = 2.54429878·10 -4 z3 = 2.5468965·10 k3 := k(al3,av3) k3 = 661.20418849

VERTROUWEliJK

(57)

Bijlage B3 RandapparaluUT voorindamping: Voorverwarmers van de voeding

warmtewisselaar berekening aannames:l) countercurrent flow

2) feed door de buizen,

stoom om de buizen hf

=

469.59 3)horizontale bundel pijpen

di

=

0.0254 hfl

=

367.18 do

=

0.0296 hf2

=

247.367 H

=

7 hf3

=

157.99 feedzijde stoomzijde F

=

41737 kl

=

869.7 Vl

=

2073 TiO

=

45 k2

=

768.0 V2

=

2325 kJ

=

661.2 V3

=

1642 r "Tfn + v" (T - Tc) Tf(Tfn,V,T,TC) . -Tf3 := Tf(TfO,V3,T3,Tc3) Tf2 := Tf(Tf3,V2,T2,Tc2) Tfl := Tf(Tf2,Vl,T1,Tcl) TiJ = 45.869 Tf2

=

46.917 Tfl = 47.731 Ba (T,Tf) := T - Tf Bal := Ba (T1,Tfl) Ba2 := Ba (T2,Tf2) Ba3 := Sa (T3,Tf3) ge(Tc,Tf) := Tc - Tf Bel := ge(Tcl,Tfl) Be2 := Be (Tc2,Tf2) Se3 := Be (Tc3,Tf3) Be - Sa

~(ge,aa)

,:

ln[::]

F Tl

=

150.8 T2

=

128.4 T3

=

101.7 Tel

=

134.4 Tc2

=

109.6 Tc3

=

79.6

OTl

=

6 ot2

=

8 OT3

=

10

VERTROUWEliJK

(58)

Bijlage B4 Randapparatuur voorindamping: Voedingspompen Oml := Om(gel,9al) 9m2 := Om(ge2,9a2) 6m3 := Om(ge3,9a3) Oml

=

94.632 9m2 = 71.673 Om3 = 43.856 Öh3 := hf2 - hf3 öh2:= hfl - hf2 Q(Öh) .- (F"Öh) Ql := Q(Öhl) Q2 := Q(Öh2) Q3 := Q(Öh3) A(Q,Om,k)

._-

.-

Q Al := A(Ql,Oml,kl) Al = 51. 935 aantal pijpen: A Nt (A) : = -H"n"di A2 := A(Q2,9m2,k2) A2 = 90.847 Öhl := hf - hfl A3 := A(Q3,0m3,k3) A3 = 128.642

Ntl := Nt(Al) Nt2 := Nt(A2) Nt3 := Nt (A3) Ntl = 92.977 Nt2 = 162.64 Nt3 = 230.303 Ntl=94, Nt2=164, Nt3=234

De industriële tuivering van caprolactam: De destillatieroute

VERTROUWEUJK

(59)

Bijlage 84 Randapparatuur voorindamping:

Voedingspompen

feed pompen di == 0.1 pO == 1011 LO == 41737 p1 == 952.26 L1 == 41737 - 6983 p2 == 962.68 L2 == 41737 - 6983 - 6370 p3 == 979.50 L3 == 41737 - 6983 - 6370 - 5659 p4 == 1005 L4 == 41737 - 6983 - 6370 - 5659 - 5819 L u(L,P) .- -1t 2 3600·_·di .p 4 u1 := u(L1,p1) u1 = l.291 u2 := u(L2,p2) u2 = 1.043 u3 := u(L3,p3) u3

=

0.821 uO := u(LO,pO) uO = l.46 Re (p, u, TI) p·u·di

._--

.-TI ReO := Re(pO,uO,TlO) 4 ReO = 1.38·10 Rel := Re(p1,u1,Tl1) 5 Rel

=

1.078·10 Re3 := Re(p3,u3,T\3) 4 Re3 = 2.593·10 Re2 := Re(p2,u2,Tl2) 4 Re2

=

5.577·10 Re4 := Re(p4,u4,T\4) 3 Re4

=

7.867·10 dus de kwadratische weerstand wet is van kracht neem aan een k-waarde voor stalen buis licht geroest: k == 0.15 en een ruwe buiswand

1 f := 10 [di] 2 ·ln - + l. 74 2·k -7 f = 7.926·10 2 TlO == 0.0107 TIl == 0.00114 Tl2 == 0.0018 Tl3 == 0.0031 Tl4 == 0.0076 u4 := u(L4,p4) u4 = 0.595