Laboratorium voor Chemische Technologie

Transcriptie

1 Nr: 2630 Laboratorium voor Chemische Technologie Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp van onderwerp: Voorstudie voor het ontwerpen van een scheidingssectie na de gasfase-methylering van phenol met methanol adres: Pieter de Hooghstraat 4 Spykenisse Zaagmolenkade 148 Rotterdam opdrachtdatum : 18 maart 1985 verslagdatum : 28 juni 1985

2 '(.l." "". :, > Voorstudie voor het ontwe rpen van een scheidingssectie na de gasfase-methylering van phenol met methanol C van Ho uwelingen Pi eter de Hooghstraat TX Sp~kenisse Ll- J van der steen Zaagmolenkade KD Rotterdam Opdrachtdatum: 18 maart 1985 Verslagdatum : 28 juni 1985

3 Inhoud blz. Hl InleidinG H2 De reactorsectie 2. 1 Gasfase - methylering van phenol met methanol 2. 2 Reactor en react0rcondities 2. 3 Thermodynamische en kinetische beschruving van de reactorsectie. H3 Ontwerp van ae scheidingssectie Samenstelling van de te scheiden stromen Producteisen Vuistregels b~ het ontwerpen van een scheidingssectie Thermodynamische en fysische gegevens 9 H4 Verschillende moge l ~kheden de scheidingssectie 4.1 MeOH- afscheiding 4.2 water- afscheiding ~.3 Recycle-afscheiding 4.~ o-cresol-afscheiding , m- en p - c resol-afscheiding voor de uitvoering van 4.6 Afscheiding van 2, 6 - xylenol en m- en p-cresol L:. 7 Afscheiaing van m- 1:. 8 Scheiding van 1YI - en p-cresol en p- cresol van 2,6-xylenol 4. 9 Scheiding van 2, 4 - en 2, 5 - xylenol van mesitol 4.10 Scheiding van 2,6-xylenol van de zwaardere componenten H5 He t uitgewerkte scheidingsproces Inleiding Gebruikte berekeningsmethode voor de berekening 17 van de destillaties 5.3 He t af3~heiden van methanol uit de productstroom Afscheiden van tijdens de methylering gevormd water het afscheiden van de recycle stromen Het afscheiden van o-cresol a ls product Het.::.t fscheiden van 2,6-xylenol van de zwaardere 24 componenten Het afscheiden van mesitol als product Het afscheiden van meta- en paracresol van 25 2, 6 - xylenol

4 H6 Indeling en belangr~ke punten voor de vervolgstudie Algemene indeling Het afscheiden van methanol, geproduceerd water, 27 2,6- xylenol van de zwaardere c umponenten en mesitol van 2,4- en 2,5-xylenol 6. 3 Het afscheiden van de recycle stroom en o-cresol Het afscheiden van meta- enparacresol van 2,6-xylenol 28 H7 Literatuur 30 B~ lage 1 : De door General Electric Plastics verstrekte 32 gegevens met betrekking tot de samenstelling van de productstroom, de aanwezige utilities en de specifica~ies van de gewenste producten B~ l ag e 2 : Met Unifac geschatte activiteitsco~fficienten, 43 b~ oneindige verdunning, van alle voorkomende binaire mengsels B~lage 3 : Ve r gel~king van in de literatuur gevonden 44 B~lage ~ B ~l age 5 : B~ la g e 6 : azeotroop samenstellingen en, met behulp van met de Unifac - methode bepaalde activiteitsco~fficien ten, berekende azeotroop samenstellingen. Berekening van de afw~king van de ideale gaswet 45 Antoine-constanten van in de product stroom 46 voorkomende componenten De resultaten van de berekening van ae evenwichts- 47 c onstanten K voor een gr oot deel van de in de p reactie sectie optredende reacties B~la ge 7: Massa- en warmtebalans van het uitgewerkte proces 48 B ~la ge 8 : stroom/componenten staat 51 B~la g e 9 : Specificatie van de in- en uitgaande stromen 57 voor de verschillende secties. Processchema 58 Aanvulling 59

5 -1- Hl INLEIDING In h e t k ader van het fab rieksvoorontworp voor studenten Chemi s che TechnoloGie aan de T e chnische Hoges c hool t e DeJft,,,erd g'edur f_'nde een pe:;:'iode van ca. 10,,,ok en g-eu0rlc t aqe 0.~ n voorsb:,die voor het o n t'<lerpen van () e n sc ~ J.0 i ding _ s ectie voo r het P2-'U- p ro jel:t van GeneraJ. Electric i.1 lastics te Bergen op Zoom. 1;:1 het 1-:C' O-p roj 8kt zijn de einclproclu~ctel-: ij oltp,è enyleenoxic1r..-;s. De a 8.J:lr.1Qo..k Val} h st monomeer 2, 6 -clinothylphe:lol (2, 6 - :;~ylenol) ~~ ::;of:r e :i1. is ::.-:i s t \lo11ecii~ 8 n e~'" Olî.. -CS-CP.. 8.t G8:îl r e el :s biji) r Qc~ul;: ten xylenole n, tri - ~L1 0 o :~.i. ZCtl:c: 1 j_ jl-::. i-i e t volcloe:1. él..a:.~. d:l e eisgtl is I:10e i lij lc oi-:ldat (ie ~ : :; ol~j!t:t l'~ cs\rorcchillen vaa:: erc };:l.eir.. zijn G:l 00;;: a :;;; e otroop v oti:1iil[;'... : ['..:J. op- C10 01" llet ~.-;. o s{) lij!: Ol)-GT' c \.L e::l1 --: [2. 1-:'. :':' Ilt G l cng~ il1.g. b esch r~vin g van de reactorsectle ( procescondities, kinetiek en thermodynamica) parameters nodig voor het ontwerp van de scheidingssectie verschillende alternatieven om de scheiding mee te realiseren uitwerking van het basisprocesschema indeling en belangr~ke punlen voor de vervolgstuaie

6 - 2- van een sche:lclillgssectie, i s het zinvol eorst even 5,; i1 te staan bij de roactor:.iectie ~-Ta ;.'c r de -Co sc!.leiclcll pro du:~ct e Yls t l~coi~ l is onts ta <~n Qasfa~3 e- i'1ethy:leri n ;>: van p h e n ol met,ne tllanol : ûorspr onkelijk,,,erelen cros"tjlcn:. en.:::ylenole::-l ui t5l.::l t erèd ", 0''''011,10. uit stoenl~ole~teor e~ afvalstrome ~ uit do a ~ rdoli Qraffi. ago. ~ ~ ve:..:'band rnet do s ti jg'endo vraag naar vooral O-(; ::.:'osol en 2, 6 - ]~yl o - nol voncl i n toeneu ende rnato o o k synt ~. 'l. ese V3Jl dozo stc):cfen r1s.ats. De ste e els stij;'ende vra ~:.:.g, c E t staan door t i) epa.s:::;i ~",. C; V8.;:1 o - c 1:'es01 in d.e ins e c ticicleproc1u:':tie en van 2, 6 - xyloeo l in I'0lyPhoj.:.y::. oen- Oxide hars.:; n, he e ft de ont-;"ïi1:::1:eling van t a lrij:~: e syntheses cestimuleord. De bekend3te proces s en zijn: '* alkalische chloortoluecn/ chlcorx'; leen hycl"olyse,~ GULli' - oxychlo l~eriylg * 'kernj.l.ydro;(yj.erin.g van tolueen/xyleen GasfaS8""-U1G-chyleril1.@,' -vétd 1)lJ :net r:let}lanol o,rel~ een 8 es c lli~ _te katalysator i s hot meost toecepast, o rnuat daarbij u o o ~b rcn ~st a a n o - cresol en 2, 6 - ~ylell ol hot grootst is. In de vlooi5toff~ s c o n t st a ;c~.t meor 2, l!. - :xylenol. Van de p h eno2.i;~ethyloring Hordt al in 1 92(' melclillb' ~'e C:~;:-.\:. t door Ipa tiev. ilo rea ctie von d toen plaa ts bij p ~ atw en T=44o c in aan\ïez i c;heid VQn. ~_ l (OU) J ' In eers te i H3 tant ie ricl',t te het onderzoek zich vooral op het verla~e n v an de r e actie con dities. In 1 9lt-5 slaar.s den Cullinane en C lla l~cl erin o - cresol te synth,.:;tj,- seren uit p henol en t ~eth anol ovor e en v-al?o~ k atalysator b~j o....j p ~= 1 a tm ee T:::.JOO- 350 C. Daarna heeft hot onderzoex zich voor8.l Gerich t op de ont"likl-<::ej.ing van,>etere katalysatoren ( hogere 0- sel e c ti vi tei t, heden e. d. ). lanc<h'e l even sduur, 1,)ote1'e :, e"eneré'. t ieiilogeli j l;: 2.2 Heactor en reactiecondities : De reactie vindt plaats i n een buizenre actor van roes t vrij staal.

7 - 3- ljijc 1::." ts t e houd':'; v erband met de corrgs i eve el i..:; e ", sch'cp:~,en V,'\.D. phcno:'. \ en L:.' (~s \, lb~; ti t',_lc.y,-'de plienolen)..00 bui zen zi:ie t:;'cvnld met d e ::.ataly:3 a tor. Vo oral }~a talys G,to l'ej:, LP basic; van 1,1:::;0 (of eeo) en A1 2 0 J 'dorden veel toe[;era::; t. Da~~,rlln.ast \,ro:cclcd, voel rnen G} ~ atalysatot erl l)es:;~llre,t ell. I-~ i ei'i ~1 ~,tol-'è.. el:' \T, ~ oi ' 8..1 (.. ~(; OVCI'G["!'!l(: S - elementen vor\ferl-:.: t. N. B. s c i:ill c T!d.e : i. ::atal:.l~::i~ ::~ torerl \.rorclt 'O (;)~: jo :.. ij_ijl:t G.:.. :O :"L-'Ct[t t de b ~l ln.alà o-selectiviteit v :~ de d- A120J L2.talysator. Di j h ogere te;;1pernturen neen: t de :r:':lenolco:;::ve r :::ie toe. Doordat o ok ie.; omerisa ~; ie s en t ra :;:1.s i'l : t hy J.e:c'ilJ.è~'en v 2~~e r o p treden, ga2. t d it e c~t er n ~ et gepaard me t een ho~ere op ~ relgs ~ aan ne~ g e - o ppe: :: 'vl a l~ De reactie vindt," 'teestal p::la;' t s o::'''lder nor,;;al e üri.u:. S o ms \'.'Grc', t g ewerk t bij licht v~rh o o Gde d ruk o m de opb r el l~s t a a n 2, G- xylenol te verhogen. Een and ere fa c tor die d e ij r oc1ulcts::.,en::,;-t:;el1.ini:)' k an b eïn vj.o <::den is do samenstelliu& va~ het r e~ctiemgd~s0 l. In de pr~: tij k wordt veelal gewerkt met een molverhouding phenol:methanol van 1:4à 10 Bij o en verl1. ouclinc 1 : 1 i s de opbrengst a an 2, 6 -xyl e:nol g rot,=' r ~ ~ d an bi j e e n v e r hou ding 1 : 4. Vaak wordt o ok wator aan he t ren c tioh 2.ndh~Jv en Zoals g ezegd v indt d e r e a ctie plaats in doorstro omde appar~ t ~ur. Om de vorming van tri- en polymethylphenolen en op de meta- en

8 -4- pa ra-pl aats gemethyl eer dephenolen t e voorkomen wo r dt een een kon t ak t t~d van ongeveer 10 seconde n a a ngehoude n. Gener".l Electric ]'Ü'cstics te Bergen op _ Zoom werkt met een do rcactorse~~io : 2 - IJ~l~lel'"'rnod )rj..;:l-:~. S C~l e:.: ~.:il-::' et is cl'2.c ij C S Cl) r'i,-} ~.f j- ~- _.t-~:~ ".i. 0 Om de sar.1c1"ts-eglli:-l;; VLl.n. de \.. 1:i. t~;8..ai1.de rc,' ctorstrooiil te 1;:1..1 ~(lg n lcgj].:!.1.an. I.n. clc J:."ea ctoj~ \ ~,; e1 rg:rlste j, braak op. In Voor de temp e:t:'éttuuraf'h::-cnl-elijkhei d Geldt : *: d.di o l elt ó-co IJ * d ç' l "m Llco/T t6,.) Ol. -- P ::Je, vaarden vo or en ö S 0 lct~llilen bereken-:::l 1'vo j:,den uit de vor.il i ngsvr ije ont:' l~.lpiën 6G;, vormi n.:::;-sen Llï.;llpi ën DH; en standaard entropiën So van d,;:) b i j,.~e r0élctie botrok ; '~en 5 t o f i',"' n en de e le;.l e n - ten,.,raaruit ZG z _L jn opg,::bou..,cl. In de l iteratuur "Tarden d e ze 1Ve.. ard,m ;;lcestal <.,;'etabcllec:rd voor 1 abn O:i1. 2S;[3. 15 K..?- 6 C~ is de soorteli Jl::8 Har'i,: t e van e e n stof vermi nderd me t die VUD. de elewe:::lt en\\'aaruit hij i s 0pc.;'eb olx,;d. Voor ph.ano l, de cresolen en de ~~yle l: olen kunnen de ",aarc:en bi j K c irec 'c uit eü ~l tabel HOI'd en b etrol::.l::en. Voor,,,,a tol' en

9 ~ rt1gthallol " aren slec:!lts \va al'c>n b ij S I: te v :i nden. lje l,;p,').rden bij S L ",orden llieruit ijcre.:um.d '-looi' (~ o k d.e tcl:ipero_tu:..:.r aîhankelijl;:.heid v an t. Ca in r,,:;~~ ellülg te nr en ~en. Voor de a~isolcn p en tri' lethylphenoj. (:11esi tol ) ","onlon de., 11 ltwaara an v an b Of en bij S ljen f).d e~~d!-,1.d.v. de s I'oevsbijd r c ornet:wcle van Be~t:. son. tiet'8actie~~ zij:} d a n die v an d,e ovoreen:';:omstige l:1ctllyj_phenolan. De iso:.1crisao-cresol~ 1'-c ::'0501 o~-::. ;2, i~ - xyle!l.ol - r'l. /.. (-:., ll-- :In de rral.::jcijk (:;;;ie bjjlage 1) bljjken de gehaltes aan ffi- en p-cresol en o ok aan 2,!~ - en 2, j - xylenol bijzonder laag te z ijn ten o?z~chte Voor do... l) e s C.:. ~ :C J _,J "- ll~.~;' ~ c:'_na tic:::. Op te stelle~'l. :';ee v c' orbccl:~ V2.1i. zo'n wedal 'ttordt ~; e s- eve ~: in (27 ). phcnol + me t hanol k l ---'-_. o - cres ol + ;la ter anis o J. -{- Hate r k) 2, G- xylel'loj.. lne t cio T' G s -~~l t2..,~ e1 2. -',.ra.;.:. (tg c \i(~::}.-~,.r i c fl';'; s~ûej:-'8. :. Gl.1:LrtC i.:.::n.. ~ :.e t l"eac -~: ~LG s }7"s- o-cres o J.. 2, G- xylono l kc., + ~.10 tllanol ---'-" 2, J, 6 - t r i :,tethylpiienol -1-,r2.tEn~ anisol ks o - c resol o - cresol k& -----'-. p -cr esol > et l'lgdel besdlrijt't cl!...,s alleen de b el;'_ng l"ijl~s te r eacties. Voor de 'v erschil1e:;:lde :ccac ti e s nelllc dc:;,: Geldt nu : dc I Idt 1_ ) ("' 1/ - (::::1/D )... 2 "" 1 C 6 /u * 't- dc')/clt,- (k 1 C 1 k J C 2 ) C 6 / D 2 + ( k SC J - k S C 2 )/D '<- dcj/dt ( k 2 C C k SCJ) / D 2 lf dc 4 /dt (k C J 2 - klj.c 4 ) C 6 /D

10 - 6- ~ ct'"' / '.<- IJS a u r ) -- k 4 C 4 C 6 /D"-- ~ dc 6 /dt - -(k / D + lf: dc 7 /dt = - dcc /clt 'J dcn/clt = k *' 6 C 2 /D 0 Hierin ie- '". j - 1 C '" / ~) 1 ' 2) 1'-' 6.l ~ C. - conced.'cratie V,:Ul C O I.l}J OHE:l! t i l 1 =pllenol, 2=o- ct'esol, ~;=a.1j.isol, 4~ ;.~, 6 - ;c"yl Cl1. 0 1, 1 r = T'eD..C ti e S:I.O 1118 i els c Ol~.~~ t <. tj.1. t 0 * " î D = diffusiecoäfficiänt; D = 1,- ( ' -:- L b. J. :L l macro - k ille t i el<::. De versc."l-lille!:lcle: pa:c2j: 1 8t (:" l"' ~~ V ElTl 11.et ~ io":lel \\'8:t:"cl en e :;;.;:r"o T' :.Lu1811."t oel bepaald -..,-oor ee:'} ~-ih J :bi.taly5ator..,e llicht ] ~al :, ij.et,:lodo l :,1& een e:;:peri:nsd ~ toet. :ti! C ookö:r ' ;, i:~ cl)3. ". r zi j:.-:t vo o r de l:j2 5 c '.. J.' :~ ':; v~,s

11 Samen ste 11ill{,,' van ~ ~iè tg s c lleiden strooil1~ VO OT h e t ont.rerp van d e scheidill{i;ss octie I;:oet alleree r,; t c~e te te Bergen op Zoom. ) op 1 8 a~)t' i:l 1 ~Jl5. De t ert.i ' dil :ethyl;::l:;-: i ol G ' C 0 L1".. "' G 11 ~:: :;1. _._'-,--, t L10tJ.-l cli1ol pllenol o - c,:'88 01 m- /p-cresol 2, G- xylcl'l01 2, 3, G /2,4, 6 - tri~cthylp ena l 8.Ili :-J ol 0 - ;-:1 (; t 11 ~{~î._ 2. :r: _ i sol 2,!.!- - di r -1 0-èl1.}'lL-LTlisol 2, 6- {i i ~J etj. l)11aniso l t r'i ~-;le t:~ly ltl li.i S 0 >. rn e t l1a~ - )_rl l~o:)1c~. i oxyd e 1~ 0 0 l In OT10 )~~rc18 st:l1cstof \'raterstof 2,4-/2,5-xy1enol TOTA.L L~ L~ ? ' t 25 lt "H' (1 -:-'0' /"" -~) ~ \ ~-, " ~, '-l ',d. I ') : î ;5. ()31 (). Q.~ :~ j 3 Lr T 1 'l LJ 7 l! ü ':) ;; 3L~ !2.3.n + Bij zijn i ntrede i n de scheidi ngssec t ie heeft de strooln o en, 0 'Lemperatuur van 250 C en een dr, J\: van 1. 5 bar (~'. 3.2 Produkteiserr: Eveneens belangrijk bij het ont ~, e rp en Véln een scheidingssectj.e is het karal-::teri f.i ergn van d e produktstro::len d ie d e scheidül&; s - sectie v erlaten.

12 - 8- aan de boooede produ~ ten: o- ctes 01 ('9 2 n(' ~,J( 1\.J - ';I';).J>a H'C) pjlen,ol on 1ich tere c Olil~). "- O. J >~ 2, 6 - xylenol en zwa ~ rder < 0. 5)'; O. l~; 2, 6 - x: ~/~L en.ol > c' 9 Cl ') "I (.j.) ;J ' O.J ïo \ d v p - cresol ~ 0. 05;;; alpha colour r ating.( O. 05~~ 100 De eise "~ zestel d 8.:~n a - creso,,- Oll ~2, 6 - :;:y1eno1 zijn zeer stre~lg phenol en p-crosol Gelden ~inder strenge eisen: 2, 6 -xyl eno l < O. 5~ p-cr,';,::; 01 Dij het ontwerpen v an co mmer ci~l e i nstallaties moet altijd 1{orden getracht o w ct e totale l:o s ten te minill1aliseren. l~osten kunnen z ijn Gelegen in do onb'ril ckeling VC-1,n een nieu1{ procedé, de a a nschaf van de installatie, energie en o!,j er,~o ud, hulpstoffen benodi[;'d in J.1.et proces, en bijvoor beeld ook in onthei':i'ü}i::;;on voor het l o z e n van verontreinig-de stromen. Uit de minililaliserinc; van d e totale!;:osten vol ~t een aantal vuistreg els voor het ontwerpen van de scheidingssectie. Zo zal, om de ontwi kkeli ngskosten t e d r ukken, meestal gebr uik gemaal~t -.; [orden van technieken,vaa rmee a l ervaring is opged2.,an. I.v. m. inv e ster~n g s k osten word t i n e on scheiding_p r oblee m alt ijd g ezoch t naut de oplossing met het k leinste aantal apparaten.

13 -9- Hulpfasen z~n te v erkie zen boven hulpstoffen die doorgaans een extra Le,1!orking i;let zi c h mcü '~I ri:c{s> en. L ovendio.ii i,;oet, i. v. m. cle g rot o r e.> trc.. 18', o o l.:: de arjpar a tuur vlorden verg root. Alleen kostbare produlcten kunner~ de introcluktie van Q'., n GJ:t:ca schei- Om het ener ~ igver b r u i k teru ~ te drinc en wordt c Ollse ~uent warmvoert te ver voor een voor st udie a l e der; o \ TJ]' -C' e~oi~p l' ec,ve ;", TP P 1 ". ' en ~~:;. :..J~. J \ _v.l.!.'''' 0._ ~....-:~.~ ~... ' 1. _ concentraties het eerst to v e r wijderen. Bij c;estillat i es d i e nt de ho ofds t r o o,:j de bo d emstr oor:l Jce zijn. Het v erdient de voorkeur om produkton, d i e oen specifica tie hotjbgn, als destillaat to verv!i,~; d8i'en. Als vllis t;l"cl,;el bij è;es - t i l laties wordt wol zes~ eld dat de opti8ale r 8f l~xverhoud ing geli jjc is o.an 1. 2 x de iîlinimale ref'luxve:chol.lding. (Bij Liloeilij::e.,., J 1 fl."., ti " ) scn8j..cl :J.. ll.g8il moe t.:: c.e re Lt:X~VG:lnOllO.ln (~ CCD. -er 'de 011l.iïOO;S'. Bij het oncuorpeu van et;l'l S cleidi ng s seccie is het zaak om hoge: 0 f lage vrijwel alleen toegepas t als daarmeo ontleding v an kostb~.. e p r o- v a n de appar atuur. Hoe c o mp l exer de apparatu ur, hoe hoger de onderhoudsk osten zullen u i t vallen. 3.!..j, Thermodynamische en fys i sci:le p;e(;'evens : Voor de keuze van r:lo[;'c, l:i.,.;ke deelstappetl in het Dcheidi; ;.gsproces en ook het late:;:'e on'h ;erp is kellnis v an the rmodynamische e n fysische ~r o ntheden en constanten een eerste vere i s te. Deze gegevens moeten zohe l v o o r de ~,:, u i v ore s toîf'(~n als voor de I!lengs GIs beschi kbaar z i jn. In de l i tera t U1.1l~ of' i n ciatabanken van f'10"\1shee t coupu t er p r c.[;ta::~ - [;10. ' s z i jn v ee l z u ivere stof' g e Gevens beschikba r. Zo bev;::.[; ; -'.i.{cces;3 een dcl tabank met i::;e l~ evens 'lau o. a. o - (;1'(,s o1, 2,G- xylenol en mcsit ol. Zi jn d i e gegevens niet bes c i l;;'baar da,:', v/o r c.i. e n vuist.;'ece1s t oeg'epas t v o or een benadering of moet e n de ë;ee;evens e :q::;eril.. ellteel worden b epa, ld. ljit zou nodig l>.ulluen z.i. j n v " or bijvoorbeeld de v erschillende anisoj.en HaarVCl.n 1;;Toiui,:.: l i t er~ l tuur b c,-, cvens bcschi}': ~ baar zijn.

14 -10- " mengsels. ]' in8_ir(: systemen ;~18t,letter, zoals ~l:/) - l-ieull en H 0 - Fi.l(Li, 2 en syste:len :.iet vcel,--:e'h'uj_]'~.t e l~:;.t:cgl.ct i eli1i cl ljele:n als tolueen w'orden ui tvoer:i. zijn 5YS te;,]81! :net cres olen en xy1enolen, ~;e.i" ij J. Véln sys tel,en,. Al met al kor,)t het er op neer d.at ve_n d8,iieeste.:bi;lr"i.re sy:3teue: is. het menc;sel. is van alle binaire syste~,;en ::12'1:; de UNIFAC [;TOepSbijdr8.G"e laetllocle eer! sc) L 8.. t ti j.-:.~ "I./éL:. ' de acti"\titgitscoöff'iciëi!.tel: De me t 'L'1EU'AC bepaalde activiteilscoëfficieilteil,.. 'erden cs'eeoetst cl0 O:i.~ tli tgaand e -v~3. Il cl C: :~) G l... cl~:8rlc~ e [tc t i,,ri t 0 i t s c 0 è~ f'fi c i f~r ll: ün ;:1 f:~'c o.g van Laar- "\... e r'g'o l ijl ~ il l._..: de az eo t ro Ol? S,U118Ils 'e G 11iYl ;~",rajl. b el~8nd. e az C 0- tropen t e voorspu llee en te vere_,;e J. )-:.:eil lilet li tera tuur [Segevells v an bekende azeotropen. Op gro~d V ~l deze resultaten (zie bijlage 3 ) mogen 1,re c cne 1 U C1G l~e l1. ds. t de "betl'"' u1j "h r bc18.r'118id. varl cic UI~IJ=f\i\.C -rn e t~lo~~!.e v rij goed i s. ARn de hand v~n een vuistregel, ln :t X ln 'r' -;:. II \{ord a ~.< b- lüerui t bleek cla t e r of door te i' lperatuurve:rljo g' i~ lg. :Uit 12latsto i','e:cd niet,,. ocves-c::tc/_" door de CNr:J'AC- bei'e1..;:enin.c f.:'!l1.: wa t or-pheno l ontnongi n. ~ - von '. >;/':.;11 t J. b ij hoc ere tclnperatl.1:t' en IJlaar UNIFAC vool'spel t het tegenovergestelu e. S ystei~le n zonde r Hater en l;l:: tlanol Ce'- '.<. ag-en zich vr:ijhel i c:caal. (ac tiv itg i tscoäffici8nt8n~ 1) De g'asfase kan reeï.e Ljk b8sc:l~rcven '(-.Torclen inet de i deale gas\ ret. Uit berekeninc van de co mp r~. ssibiliteitsfrctor bl~kt dat de aî- 1l~ikin Ge n niet,,;'roter :~jj n dr"n 'j O>" (zie b, J lai~'e 4 ), De"-beschrijvin.:;- van de vloei stoîcl ~ m pov8n1,:ichten kan GGs chieden met behulp van d o Antoine-ver ge l ~kin~ : In p* =-A'I-B/ (C+T)

15 -11- rd,erin is p~ de dampspanning' van de ;~p i vere stof (,,-;:: Il,3' ) T de te:"poratuur ( K) A, D, C Z ijll c Or.l t? t FLI1ten ( r',; r> /...J_,.v :Oe An toing - con ~.;; tanten z:i.j n voor alle colnpononten di e ~i_n d e productstr oorn voorkomen aan de hand v an l i t eratuurg'eg-evens bepaald. Om de relatieve vluc:".-tieheicl 0< v an de Clausius- Clapoyron ver ge l ~k in c : te k u nnen berek enen is ui t geg-aan ln p?i :-:.:l;. - ó llv/ (HxT?~) h ier i n is p;";: de dn'''j.'spanl1in L V~Ln (~e ZlÜVCrG s tof (!'lill Hg ) -.. ' ( ',' I 1 \ c.. tly_ de v-crci.2j:1ij l11t' S1-t2.l'-'IH t c \ u I rno J a ~e Gasconstant o (Jjmol ~) '.c' :::: het k o ol<:punt v an de zni vere: s tof (K) h i eri n Z".;11. "\l[ld. c o ~nr: o rle rl t eil (l( ) Water H 2 0 Methanol Phenol CH 3 0H C 6 H50H Tolueen C 6 H 5 CH 3 o-cresol CH 3 C 6 H 4 OH m-cresol CH 3 C 6 H 4 OH p-cresol CH 3 C 6 H 4 OH Anisol C 6 H 5 OCH 3 2,4 Xylenol CH 3 CH 3 C 6 H 3 OH 2,5 Xylenol CH 3 CH 3 C 6 H 3 OH 2,6 Xylenol CH CH C H OH Mesitol (2,4,6-Trimethylphenol) CH3CH3CH3C6H20H 'Fysische ' gegevens o ~!:~!.~~~~E!::~!.l_g o

16 -12- scheidingssectio : Nu He de sql1lenstcllin;; v an de te s chei den stroom l;:eylnen,,,,r8,,,reten,,,rat de z u iverhe i dsei sen Zij:!"l en He k ennis hebl!eü van thermodyn<:;mis c h e en fys i sche g rootiied0 TI en c o;-;,stanten, kullaen mo geli jke uitvoeri llesvornen van d e scheidi ~ g sse ct ie. I n ondersta,~ nde Î)lo:kscJtc,,,a I s zi j n drie, ons i nzi e:rls goede a l- t e rna tievoll weer~ oge ven v o or d e sc~eid i ngsvolgorde van de v ersclli lleilde cor.lponenten: ~ m- CRESOL MeOH -- ~ ~~p- CRE SOL 0-CRESOL 10 '> ~ -' -... ~-.. 2, 6- XYLENOL ~ : ~ = XYLENOL GÇ) 2, 3 b - ~ fl ; SI '; u' I 2 h 6_ 1' l~ J " ' -,,, ' I I I O - CR ' ~SOL~ m-cbesol, T 0 p-cresol ' u IJ 2, 60-- ' - X Y LEN~OL ~ : ~ = XYLENOL CID "'-----I K H 2, 3, 6- t-iesi TOL 2, 4, 6-

17 -13- Voor de i n v u l lin,s van. de blo.:.l~en bestaan vaak versc:tj.ilj.cnc1e al te:i:na tieven t 4.1 HeOH- afs chei d i ng : Gezien de grote moli'ractie, de rela tiel ~l o Ge dahjpspanning t. o. v. de overi ge c omponenten en g ezien he t feit ~at me t h anul goen azeotropen v oru t raet de a ndere c or:1})onenten, lir,:;t h et vo o r do hand om e erst door een eenvoudig e destill atie NeOD al s destillaat te ve:-nvijde:cen. oell c.:e~3ti._la.tie LI.2 "Jat e r-afscheiding: Ook water vormt e en grote molfractie van de strood. Het is óan voordelig om H é:~ ter al vroeg L l de sch e i.d i ngssectie te ve i~,,-i,jdei'ed Om water-oph o p i ng in het systeem te voorkomen, is he t voldoende om alleen het water te verwi j deren dat tijdens de reactie gevormd is. Doordat w~ter verschillendo azeo t rop en vo~nt met oen la ~ er ~ook - punt dan z-t:i.ve:l~ 'Ha ';~e r, zal bij ee:!.1. ge\'tone destillatie ook b:ljv. o- cre sol over de top verdwijnen. Dat is zonder me e r nadeli~. Gok stof:fen als m- en p - cresol en v e rscn:lllci::(, C aniso:len z" l lol".:' ~~o echter v erchjijnen, he t ;;;eel1. de zui vetheid v an L:e'c nail18 2, 6 - xylerrol tell. g oecle l:ayl 1:0LleIl. Voor he t cèf's c I1.e i den v an alleen,,ra ter besta~d 4.3 verscl'.i ::. J.endc moceli jk.l1.ec1en. I n n a Emerkinc l~1t;:;nen J~O'. lee : * ext racti eve destillatie * azeotr oy ische d estill atie ( b i j voorbeeld met tolueen) ~ extractie me t een selectief absorlens * adso):-,ptie (b i,.,;-~ o c' r b :o' {-Jlcl [":.all. eer~ zeoliet;) Recycle-afscheiding : De r e cycle-stroom bevat alle componenten d i e rl-, licht~ dan o-cresol plus e011 deel v a n het o-cresol. Een deel v an d ie s troom is het water dat n i e t i n do v orige soctie verwijderd is en dus bev at de strooiil door azeotroopvormid.{:; ook nog e en <'.antal z\ raa rd,;:.,.' k ok ende comp onenten. In de r eactor kunnen deze co,,1ponc:nten in d~ g ewenste rea ctieprod ukten worden omgeze t. De recycle-stroom kan des t illatief veruijderd \Torden.

18 -14- i 1~-G- ~ Een alt:1ru3.-cieî i[; 0 ; : do rc.:yclebtroo"q l'let ~ 1. llc JaGl-J 1' ai' te destilleren OE1 vervolg-cns, als Oll.der@, het; g-cproë,:_lcecrrle water ~a~ruit te v8r~ijd c ren. 't. o. v. ~.r~ci j \"l81 alle J:.... s,stererldc CO~~JpOrlcr l tcr J. is o... c:ccsol élajlsclle idi Tlg~ s lne t ~1 0Ûe...:Je5till2..tieÎ is o-cl"esol o cl1.tej:' lliet to destillatie o-creso l op specificatie Goleverd kan worden. Door oen onvo1 3~.o ;.i0ehciè. ie de reac:torsectie ::8.l'- hgt p8rcentace kan worden v ol~aan , r~."t - en p-cresol - c f5cheidin ~ : o-cresol tievg destillatie met clycolen r,.. \ Ol. J'.ï. wordt d an o8zeild. en p-crcs0~ andcr~ijds on ",- ee ~ voudi ge "'" p - cr B SO~ I destillatie Ui t uc resterende st:;:--oo'.,j J.~o. :n. ;2, 6 - xyj.en ol met m- en p-cresol De i s omere xylenolen (2,4- en ') - \ ",-,)-} (,):1 de triuet ~i.yl:)he nolcn ~ i, j:; l ;:tanzienlij J;: uillder VlUc~l tig. 1j.7 Ascllei 0 ini; van m- en p-cresol~an 2,6-XYIOnolfr Eon moeiliji;: te realiseren s c heiding is die va:;:l Ill- en j)- cresol van de o -.r<:')rmaat 2, 6 - :;:yle:nol. I Geluk. i s' I w ordt door de 8..zcotroop - vorming- ragt ' later e 2 ~1 ü.eej van d cc. toch a l k leine lti- en p -cresol f stroom VerHij dcrd,.- r-b ~, en is in het 11:uidiC8 geval de scheiding niet nodig 01!1 het ~.!., 6 - xylenol op specificatie te leveren. Wanneer niet aan de 2, 6 - xylenol - sp ecif i~~tie voldaan kan Horden doordat me e r w- en p -cresol geproduceerd Horden, moet de scheiding zek er uitg evoe rd \vorden. In de li t c rat~x,_! r Horüen üicrvoor e er,

19 - 15- '*' V 2 cutil'idos cillatie (ei. ;,'. ',C.:' p== 50 1,;::lig- ) * adsorptie aan zeuj..iet;(::u; X - J.jicl~c:lform en Y-I':at riui!1/: ~ al:_ur:,, ~eo lieten worden ~en0 6~d met resp. butyronitril e n n - butylalcohol als t) c sorptic.'liddcl. azeotropische da~t ill atie ext r &ctievo destillati e horhéi.8.lcio Lrista1Li.,::.;ati e (op -' "'1 b --..J r C J. '1 Cl...c:.. ~ ~ 1 ) in een u i tvoeri ns'svorm als liio van llot Sorbex- proc8s. Als r:1 0 ë;e lij l~e 1 entra inc r s 1 vo o r oon azoot:copische. destilja t ie,,,o x'den gen oemd hogere a l kanen en ar:enen (C - C ). 'I/ate r a l s S 1 2 entraine r viordt niet geno elnd maa r biedt o. i. Hellicht mogelijj:- h eden. Voor d e extractieve destil, ati e J::an HOST gob rui l-;: g Ot:iac~l,;:t worden van glycolen. De v e r,lach tingen van ::':ri stallisatie als s c lleicli ncsl1ethodo op grotere s e L a Gl zi j n i n dit t..;'ev;:;;.l niet zo ho og. :'et zal moeil i J~:: zijn o m aan de 2, G - ~:y lenol sil8cl Cicatie te 4. 8 S ch e idin ~ van lyl - on D- cre sol: In de hui d i Ge s i tua t i e met ui t e r,,:3. te :: : le:ll~,3 hoev0el heden lii - en p - z i nvol \'ian~leel" voldooilc1e p -cl."osol Guproduceerd \Iordt. I',e t n8.;~e de l aatste tien jaé.1. r s chei cj.i ngsmethoden. ':!ordt vrij voo1 oncl er;:;oel: gedaan naar mogelijke In de li'ceratuur heb:.en ',,"e o.. a... gevonden: &efractioneerde k rista llisatie * vo~nin c v an c resoladducten met b i ~ voorbe ~ l~ dioxaan of ureum :,: coltip l exvorlning met NaAc. Do or NaAc als l;:ol o i~l vl.llli ng te gebr uiken ku1ulet:, door adsorptie v an ln - cresol!"(! - en p - creg o l v an elkaai" c;ec; c hei ci.en,-jol',,en. plaatsvinden met b i j v. hcptaan. Desorptio v an 1;:- c1'esol kan :le adsorpti e aan zeolieten : ads o rpti e aan e " n Y-l\'.aliU:ll zeoliet gevolgd door desorptie me t bijvoorbeeld diethylk eton geeft hoge z uiv er~ed c n van beide componenten. Zeoliet-adsorptie i n de vorm v a n het S orbex- p ro c es lijkt de bo s te mogelijkheden t e bieden.

20 Scheidin,:;- vetn 2, 11 - e:n 2,.:?:.~~ylenol V~~TL :.105i -Col: L:. 10 scheidi ng wein ig probleuen ~ eved. Een GowoDe destillatio zal tnesitol op do G"c".lcn:::. te specif:lca.t i o kun.den o re ~_l.:>e ll. Scheiding van 2, 6- xylenol va n B~ deze scheiding kan evenals een gewone destillatie. de?,l.'iéi.ardere componenten: ~ i' b.u ~} volstaan worden met 1 r

21 -17- H5 Het uitgewerkte scheidingsproces 5. 1 Inlei ding Om o - cresol, 2, 6-xylenol e n mesitol uit de productstroom af te scheiden is ge kozen voor het volgende scheidingsproces: methano l wo r dt als eerste uit ae productstroom verwuderd door gewone destil latie, daa rna vol g t een azeotropische destillatie met tolueen om het tudens de methylering gevormde water af te scheiden, de volgen de scheidingen zun gewone destillaties name l Uk het afscheiden van -de onomgezètte reactanten en enkele tussenproduct en, het afscheiden va n o- cresol, het a fscheiden van 2, 6-xylenol tesamen met m-cresol en p - cresol en het afscheiden van mesitol van 2,4-xylenol en 2, j - xylenol. Uitgaande van de gegeven product samenstelling e n de specificaties is het niet nodig om meta- en para-cresol van 2, 6-xylenol af te scheiden, aan deze scheiding i s echter wel gewerkt omaat het e r g moeiluk is de concentratie s me ta- en para-cresol in de productstroom z o laag te houden. 5.2 Gebruikte berekeningsmethode voor de b erekening van de destillaties BU de berekening is uitge gaan van een binaire destillatie op twee sleutelcomp onenten. De aanname hierbu is dat alle componenten met een lager kookpunt dan de laagstkokende sleutelcomponent in de top komen en dat alle andere componenten in de bodemstroom terecht komen. BU azeotropen is aangenomen dat deze zich als een hypothetische zuivere stof gedragen met als kookpunt h e t kookpunt van de a zeotroop. Om het benodigde aantal theoretische schotels te berekenen is gebruik gemaakt van de methode die beschreven staat in'separation Processes on your po cketcomputer ' (lit. 15). De relatieve vluchtigheid ~i d van de lichte sleutel component ten opzichte van de zware sleutel component is berekend me t de volgende f or mu l e : O<..i d = exp CA hv/r x C l/ta-l/tb) )

22 -18- ( u T / I ;:10 ] _ 11'.... \) n = d o U~5 c o llstante '1' ~, ::.; het kookpunt van de i'nee:3t Cc vluclj.ti ~ e sleutolcomp onent... "\ Lb"" het kookpun'l; vatl de.! ~i ir.l.s t vlucn ti{l. o sleut e lcomponent Alle destilla tie-ber()l~eningon. Z ijl1. ui t ~ evoerd V OOl' de volg end e standaard situatie s ~ = b~r ~(./ H i11 = 1, :2 ei ::.: 1 I \. q :..c,-ra rrn i:; e E r is een Ll a ;:;~ l afg e, mken van de stéll1.daard si tuéd;ie l~ a l.h::;}. U: bij het afscheiden van metl'lanol; hierb i.~ is c:;e'\ierkt L;e-c q:.~ O. 5.3 ' ~ let afscheiden van met l l"u.~ol uit de procluctstrooih Deze scheidin~ kan destillatief eenvoudi ~ ~erealiscerd ~ lorden vanwece de grote relatieve vluchtigheid Vélh met ~ anol. De sle:.... tclcol1po~:lcl'lt0n b ij de :;~e sc_ eidinc' z,:jn netjj3.nol en de water- anisol azeotroop. De productstroon d ie afgedestilleerd Hordt bovl'l.t MéOH, C I'I l~,co, C C; 2, li;~, l'j2 ' d it i s bi.iellca ~u~ 21 1, 59 ~:~:lol/h l' " t b td ' t'. 3"""" ~ - ' - I 1 '1 1-,.JO OOClC!':1S roo;!! ev;? - e ovetls'e C oml)onen -en en ls.f), ~:.) I ~(m O_/:1 groot. Uitgaande v an e Rl'l - -~, ~ ïoo' Cl i -n,cr "'''', V C,,-..L _ -,' 1:.;ü4, l=' ~r.!.i7 _)_J.~ '.. ' 01/'-,... _ die op zijrt dau'\-.rpuni:; i s (q:::o) en een topstrüor,l die: v oor 99 ~ ; uit lichte COE1~)OD.GnteE 8GSt<:Fl.t en een bodcf.lstrool:1 d ie v oor. 99', 9/~ uit zw'are componenten bgsta ~ t ~ -l,;..;:om,~ " r ne'(; tb.80rgtiscj.le aantal schotels ~ op: ~s 23,7 schotels waarvan er 6,5 in de stripsectie van de kolom zitten. :De gro otten V2_Yl de stro:.lcll in ele ~ ':0 10 E' ; zj..;n: 1., ~,.,.J... I- " 561, '7 1 :.,, '-.J : // 1-". v oel5~ois~room lil ae S~rlp3GC~le - ~ " _. dar:l~)stroom in de strijjsectie 230,5 J:niO l /11 vloeisto~stroorn in de re cti ficatiesec ~ e = 561,7 ~ ~ ol/h dampstroom in de; l' e c t ii'icatiesectic 775, 3 kuol!h DG toi)s-croom.ij bevat ::18 1::1;:\ 1)01 en ~'él s s en ei.:, J _ :':; 2 1 3, ~ k mol/ü groot De bodems-crooii! jj bevat de ov(~ri b'e compongnten en is 331,4klflOl/h groot.de hoe veelheden warmte die in d 0 r eboiler en c ond ~ nsor ;1lOeten Horden toe- en 2t:f ~~- evoerd z :'..;n respectieveljjk : 2, 6 U-i; on 7, ti E l i De gassen CH4,CO, C02 en H 2 kunnen na condens atie van de methanol van het,ilen;s"5el ge~.:; cl1 e i ci e l1 Horden. De nie-)t ideali teit v a n d e vloeisto:fstroom i s be s chreven met de van Laar-verg' e l ijk ing en.

23 ~. Afscheiden vnn t ;~ de n:::; de!;lcthyjerine: GG v o r md \ \T2.. t e r uit de p roductstroom verw ~d erd ~ ; or d e n d o or een azeotropische destillatie met tol:18cn. Een 2'cuonc C.' destillatie is hier niet mogel ijk Var11"ege hot optr ec~en V<".1.11 d e p~ lenol-ha tot azgotroop. Tolu een vorelt een 2.zeo t ro o 1 ) i,le:d~ "\.'a t or. De IIater - tolu... E-Hl a z e otroop i s de fileest vluch tige co ~,; pongn i; V8.11 de product :.. troom. Do sleutelcomponenten voor de scheiding z~ n de water- anisol azeo t r oop en de water- tolue en azeotroop.de relatieve v luchti g heid o<id== 1, 5. De I-lOeveelll eicl toluo'::ld d i,~ geproduc eer de water af te s che i d en kan ber ek en~ noè i g i s om a l het s amen stelling v an de water- tolueen a z eotro op en ~e worden uit óe af t e scheid e n h o evee l hei d water. De water- tolueen azeotroop bevat 20, l,vê.t e r. De hoev e(::ule i d ~ rater d i e aff.;esclleid.elj. 1,lOet Horden 2 j ~vt b edr a a gt 1362 kg/ h o E i eruit v olg t dat de benodigde hoeveelheid ' r' -~... t olueen ge l ijk is aan , 6 ks/ll (::-,:. 5 8., :.}0 ] _/'. ) L l De hoeveelheid l ichte c omponent i n het :!1Cnc;sel \.-lordt dan 1 34, 3 L;";:Cl / ll, en do totale voedi:c.gs s troonl voor de destillati e i s 389, 9 kr.w1/h. Ui tgaande va;:l een r:wlfrac tie 1ic11 te CO: 'lp od.cnt en in de tops troo""l van 99, 9% en een molfractie zware componenten in de bodems troom v an 99, ~~ i s het benoóigd e aantal theoretis che s c~ o te1s ti : ].7_ ",:'Ii -~ 67, 4 waarvan e r 36 in de str ipsec tie zitten. De grootten v a n de stroqen in de kolom zijn: v l oei stofstreom in de stripsectie 1322,9 ki;lo l / h dampstroom _;. n de stri~)sectie 1067, 2 v l oeisofstroom in d e r e c t ificatieèectie = 933,0 dampstroom in de r e ctificatiesectie == 1067, 2 De t ops troem D i s 134, 1 1:::mo1,!:h groot en de boc1e:lis troom kl101/h }..:'J:lo l /h kmol/ h is 255,4 kmol/h f;tcot. De :h o evee lhei d "!armte die in de r eboiler en condensor moet worden toe- en a fgev o erd i s 12, OMW. B~ de berekeni ng van het b enodigde aantal geen rekeni nc gehouden ~et theoretische s c h otels i s de ontmenging d i e in dit syste em o p kan t reelen. De volgende sticèp in het ven-.'jderen V C::-tYl is he t het,later s cheiden van het wa ter to1u Bbil mongsel, dit is een eenv oudi ge scheiding a a ll,::;o zie"l. tol uee n - i'later L1 on[;;sels ontmeng<::n. De sainens telli ng van beide fa::: on is ~ -1 t olueenfas e 0, 05» water waterfase 99, 94% water. Aang ezie n de waterfase heel weinig tolueen bevat kan deze wat erstroom g'e l oosd worden. De scl1 E:id in... :; v a n 11.0;; uater- toj.u een l;lent,s 81 kan Gebeuren in o on o e z i r::::.ïx:.l.

24 -20- Het benodigde settl e roppervlak i s berekend v o l gens de methode De c '-'::.lc5 c 8n tit:: t :;~(1 c v olg"c uit ":.-.0 "\T. 1 G'e.l!.~je IU:t"i; i1.1j.8 : J., '. /.. 1 ') ~ j. l ''j lj 1 I.j Q ) o c= "l 1 x l 0 ]~ou,, :'-, 7) ' Dof-) " '-"'- (P, ' - ' ' " cj,., '0./ "\.. cd,\ /'. L> ""j, 2 ] -.3 ~ '" I 'vo or \V2.. tgr-t o l'l!ceil. systemen ge "dl; : opperv.la].::te spa::.ning 0'" :;; b, i ü.yne / C ~; l d i c.d. thei c1s v e rs ch i l C:.p = 132 k c / m.3 v orr.. er is g =9, 8 1 Eli s 2, h ier u i t volgt :, 1, :; ('. Cl"') ') J, ~.. (' 5 oe ' ') I,.! f I De clyne...,ü,,; chg viscosi teit v 8.n:to J.u een O ~~ Ö l S ~, >,o~;: u -...,::.C / Ll / S, ")':) :..J...) '')7'''... :... 1 Oj - J.!.:...s ' ~ ' -" ' I 1!1 " /' oj C' llierl:. 1:3: f) c de coalescel'tiet.,:d (s) Qd v o l t:!::sdc b i e t V<:Ul de die;j,)(3rs e fase (mj I s ) c d:lsr:e:c's e i'ac e " 1 " l, (' l.", ' n o ~d- u l-' \.fl::: CLc ' / '~ c) j. 'I' ' -,, - I \ 20 0 C ~ J v a n d e c o a lcscen ~ le.l a a g ~QJ,, \f? /'r::"t cons t a hte c=0, '1 ),:'l/sj \ - -1; Voor d e v erdere ber e~eni ~g wordt cl-: _,, 2" _ = l ',lill '1Cl= 0, JJ ~~ 7 ;~ Hr, I I' ":'k,:.:',/ ' l!s h i e r uit v olg t dat h=0, 2 2 e n c = 10, 3 6 s voo r h et settle r opper - vlak A volgt hiorui t : A ~ 0, 047 m 2 In het geval dat to l ue ~ ll de d i e p e r se fase i s g eldt : 1[ d = 2, 98 x ~cg / m l s h i eruit v o l c t : h=4, 5 5 ; c = 0, 925 zodat he t o ppervlak 4, 621 x 10-3 m~ " i s. b e n odi gde s e t t l er- De h o ois'te van de settl er 'dor d t vas t (':;'e l e,;d op 10 x ~ H. c Dot als mi nimu m h oog t e van d e sg t tlor 0, 5 m, zodat de benodi g de hoogt e v a n d e sttl er 1, 5 m i s. Ui t deze bergkening vol gt dat d e fas ens cheü::i ng snel v erloopt z odat De t een k l e i ne b e zinkb ak k an "l or d e n vols taa n.

25 -21- De hoqteelhe~d tolueen d~e aan het systee m wordt onttro!~c en l;::an op ge spl~ tst,,[o r den in een llo eveel b.eid di.e met h et '\-"ater ~espuid wordt e n een hoev eolhei d d ie de dcstillati ekolom via de bode;,l stroom verlaat. ljeze laatste stroofa :i.s ""eljk aan 10, 27 l::.c'lh Dc hoeveelheici. t olu een, clie r.18 t l-h", t uater G0spui d,{orut is 0, 82 l::g/h. Hi eruit volgt dat de tolueen-supp l etie 11, 09 kc/ h bedra ~~ t. 5 5' ltj et J.. LÁ ",f r'c :'C>,...).....:.'-' J u "Ol l _,\::,_ ",, '-"- ~r'.l,:l" \...L\,,~ -~"'C-y-C1C.L IC; -'- _.:.J c'i-'~o' V..L 11 le'l ~ ' J... In de products t ro om l-;:ol;len onoii1g-cz("t phe:no l en e11.1-.:.81e tus:3cn - p roducten v oor :;:;oa~i_e; ad.isol, 2, 6- er. 2, il - d i llle t.i.rylanisol, o-cresol en o-methyl anisol. ~e3e p~oducten kuluen terugc?voerd worden naa r de reactor door ze af te scheiden van de overige p roducten. Deze schei ding ~ati ook l estillatief ui t gevoerd worden. De sleutelcomp onentcil v oor dezc s che i d i ng z ~n 2, 6 - d i mcthylani s ol en o-cresol. Aangezien a- c resol ~e~ eeltelj k een gewenst p roduct en gede e ltelijk een tussenproduct i s moet de to p stro o~ nog veel a-cresol bevatten. B~ hot on~warp wordt ae~lge nomen dat de helft v an alle o-cresol wordt g erecirculeerd. De topstroom azeotropen z \::"1. 1 {{l te~t - IJ:;-.:..::;rlc 1, '.} a.-c 8 1"- o-c:ccs ol, vrat Gr- arlis ol. v o l gt uit de swnenstelling van deze azeotropon,en de hoeveelhe~d water die moet "lorden é,.i'c;(;~s cheiden. ve a 2.nname D.:J de,:;e berel::.eninc is d;:-jt d(~, ei2c ti e v e v l1.1.chtii!,"ileid v on d e drie azeot ~C' o pe n g elijk is. ~; r z\;n nu t wee mogel'.jl,;:hoclen O ':ï de hoeveel hei d af ges c heic:~en o-cresol te sc;)atten r:'3.111e1jjk : 1 De hoeveelheid o - croso1 d i a afges chei den wordt als azeotroop k omt ov,')reen met de s a,,;ens ~ elli ng van de azeotroop, er moet J5L~J,.:: k ~: 1fater per uur aît!;esc;leidcn Horden. :;)8 azc otroop bevat 2~ o-crasol z odat er d us 7 2, J kg o-cresol per uur als azeotroop word~ a fgescheiden. 2 De a zeotropen HordE-Hl ~ c fc es c ;leider2. v olgen::? de mol -v e rho udin ~~' phenol : o - cres ol:anisol=1: 6, 29 : 0, J04J De hoeveel hei d water die als uzeotroop wordt meegonomen is :

26 - 22- hierin is: 0 r l-f':'::: ;;lo. S s as t r o om phenol (J ~:J '/ }'} ) ~ m c= I11assastroom creeol (kg/ h) ~ma== massastroom anisol (kg/ h) uit b ovenstaande verge l ijking en molvcrhou dil ) ~ van dc phenolen volgt dat als azeotroop wordt afg escheiden: 3543, 2 kg water /11. 1 Î, 13 k G' phenol/h 70, 0 kg o- cresol/h 3, 39 kg an1. s01 /11 Uit deze twee berekenin ~ en bl ~k t dat de ho eveelheid o - cresol die als o- creeol - water azeotroop wordt afgesc~eiden 70 kg/h bedraagt. Voor wat betreft o- cresol verschillen de beide methoden n i et Da a r de hoeveelheden fenol eu anisol die worden afgescheiden zijn volsens de tweede methode veel k leiner dan volgens de eerste methode, waar alle phenol en anisol als azeotroop wordt afgescheiden. Hetzelfde verschil treedt op b~ de m- cresol- water en p - cresol-water azeotropen die dezelfde relatieve vluchtigheid. hebben als de pl1.enol- 'i8. ter a z cotroop. Indien in \ le:c].~eljkhe i (;_ plaats vindt, liordt bijna alle meta- de scdeiding volg ens d e e erste rnethode en para- cresol als azeotroop afgescheiden en is er geen meta-,para- cresol- 2, 6 - xylenol scheiding meer nodig. T erwijl volgens d e tweede methode er prac t i s ch geen meta- en para-cresol zal worden afg escheiden en de s cheiding tussen meta-, para- cresol en 2, 6 - xylenol nodig kan zijn. De strojm die die met de lichte sleutelcomponent over de top gaat is 202,1 kmol/h g root, de bodemstroom bevat 5 3, 4 2 ' kmo1/ h De relatieve vluchtigheid van de sleutelcor.1ponenten ti- = 1, 28. De helft van alle O-creGal en 2, 4 - dimethylani sol moet in de topstroom komen; dit i s 8,09 ~no l/h. Dit levert voor de molfractie lichte componenten in de topstroom xd : xd= 0, 962 Uitgaande vad ecn ii101fractie lichte component in de bodem van 0, 00 1 vo l gt hieruit voor het benodigde aantal theoretische s chotels N: N= 67,1 waarvan er 48,1 in de stripsectie zitten.

27 - 23- De grootten van de stromen in de kolor.l zun : vj.oeistofstruorn in d e s~:cil- sectie 1140 kmol/.ll. d;:-'tl,:):-:;troom i n de stripsectie b:wl/h vloe i stoîstroom in de rectifi cat iesectiesi;: 885 lcmol/ll darnpstroom in de rec-cificatiesectie :;1101/11 De top- en bodcn15tro08 z ;" n respecti(;vel ijk 209, 8 1~~10 1/h en 45,48 kdol/h,-,;root. De hoevec l ll.eic1 1.'a:~E lt c en condensor moet 1T0rde;. toe- e n afr::evoerd is 1 'I hii. d ie Ü'l de J.~ GlJo ile r 5.6 h et afscheiden va :::~ o - cresol als proc1uct. De s cheidin& van o - crcsol als ~rodu ct kan ~ cr8alisccrd wor dell e en desti:llatie. De sleutelcol<1j) onentel1 b.. : deze des'cillatic Z :" Il o-cresol el1 2, 6 - xylcnol. De t op:3tr oo,,, 00vat 8,14 };::::01 o - c1'e:::;ol/11 anisol (2, 4- DlciA) z :,jn door gehong cte5t i11<:::. t :Lc: nif:':t V '.'.11 ejj-:3.0.r De hoeveelheid 2, L:._Dt'if'.. in 110 [; o -- cre501 i :-:: O,3 ~} 5&i!t. De s roo :'; i.;e van. de bodemstroom is 37, 2 ~ :r:~0 1/ ~1. 'jitc8..i).llcle va:n eeil-:.oev8eele id o-cresol in de bode'.'1 V ::LU 0 ~ 1 Eo1, ;; O -Cl-'G501 voor het b~no6i&dg aa~,-tal theoretische schotels N: N= 106 waarvan er 61, ) in de s tripsectie zitten. De groott e~j. van de stromen in de kolom z:jn: vloe istofstroom in de strips ec t ie dampstroom in de stripsectie. 226, 3 ~~ ; _101/ h 189,0 kmol/h vloeistofst r oo ~ in de rectifica~icsectie~ 180, 9 ~no l/ h d a mpstroom in d.e recti:f'i cé'.tiese c t ie 189,0 k mol/h 8,09 i:mol/h en. De top- en b odemstroorn z jjn. r e s pe ctiev eljj.~ 37,3 bnol/h Groot. Het p rob l ee.,' b :j de::.;e GC)leiö.ing- j. s dat de hoeveelheid 2, ~j. - Db_k. i n de p roductstrooi:l zo s :coot lcan Ivorden dat niet Eieer aan de speci:ficaties \fordt -\loldaan. De h oeveelheid warmte die in de reboiler ell de condensor moet 'dorden toe- e n afgevoerd i s 2, l!. h 1'i.

28 Het afsc;:leiden V F.'è. 2, 6 - xyl e nol V 2ci1. d ~ zuaardere componenten het 2, 6 - ;~ylenol nal:1elij k 99, 8J%\Vt. D,:;; schoi d ing Hordt ui t c,evüer d Idet een destillatie; de sleutel coinponenten lj~j deze cljstill atie z.ijn 2, 6 - xylcnol en 2, ll.- xyl enol. De relatie ve vluch tigi1eid v a n 2, 6 - xylenol t 8 n opzichte V<t. ~.! 2, li.-xylenol i~3 ; f:j( ::: 1, 2 8 De tops troom be'ca t meta-, püra- Cl"eS ol e n 2, 6 -~~yle no l met een t o ta::'. l van 34,4.9kmol/h. De b o clemstroqf;' is 2, 78 kr.lol/ h Groot. De t opstroof:1 [:loet 99, 3J ~.;....,.t 2, 6-xylenol bevé.'ctten dus x,== 0, 9995 Q De b o demstroom hoeft minder zuive r te ztn z odat hiervoor x b =O,l g enomen word t. Dit levert voor het benodi gde aantal theore t ische s chotels lf : N oc; waarvan er 28,2 in de stri psectie z itten. De grootten v an de stromen in de 1: o 1 0m z ijn: vloeistofstroom in de stri psectio dampstroorn in de stripsectie = 194, 3 kmol/h = 191,2 kraol/h vloei stof'strooill in de rectificati esectie::.: 157,0 bllol/ h drunpstroom in de rectificatiesecti e :.:: 191, 2 1,:mol/h De t op- en boderdstroom z jj n r espectij velijl: 3 4,17. l::mol/h en 3,06 kmol/h g roe t. De h o e v eelhe i d,{ar~te clie i n de reboiler GIl. irl d.c colldej."lsor 1110et 110T"c.i8 11. toe- en 8.IS e\ro el'"'û is 2, 5 l ~tr. 5. ~ d et afsch eiden van Qesitel als produc t. I\Iesitol dat als product \lg:i.~d t afggs chei den moet mi n der dan 2 5~1{t 2, 4 - xylenol bevatten. Di t is te reali seren door destillatie. De sleute lcomponen t en voor d eze destillat ie zijn 2, 4 - xylenol en mesi t ol. De re l ati e v e vluchtigheid v an 2, l~ - x yl enol ten opzicht e van mes i tol is 1, 263. Om a a n de s p e cificatie te vo l doen moet d e bodemstroom minder d a n 2 ~~{t 2, 4 - x y lenol bevatten, x =O, 02. b Aan d e zuiverheid van de t o pstroom w o r den geen e i sen g e stel d, h i erv oor Hor dt genomen x d = 0, 95. De grootten van de b odem- t opstro om zijn r espec t i evelljk 2,11 kmol/h e n 0,960 kmol/h. Di t l e v e rt voor he t benod i g de a a n tal t heor etische scho t els N: N=61, 3 waarvan e r 32,9 i n de stripsectie zitten. De g r oo t ten v an de str o men i n de kolom zijn: vloei stofs t room i n de s tripsectie dampstr oom i n de s t ripse c t i e = 16,08 kmo1/h = 13,97 kmol!h vloeistofstr oom i n de rectif'ica tiesec t i e= 13,00.kmo1/h dampstroom in do rectif ica tj. ese c tie = 13, 9 7 kmo1/h en

29 - 25- De grootten van de top- en bodemstroom zijn respectievelijk 0, 9 65 kmol/h en 2, 11 kmol/h. De hoeveelheid warmte d i e in do reboiler en de condensor moet word en toe- 6f afgevoe~ d is 183! ~ :. De t opstroom bevat voornamelijk 2, 4 - en ;2, 5 - xylenol. ]Jeze stroou zou eventueel Gerecirculeerd l;.:;..mnen Horden naar de reactor zodat uit deze xylenolen nog extra 2, 3, 6 - en 2, l~, 6 - trimethylphcnol 110rdt ver}-;:regen. Ee.n _tndere moge l ijkheid i s het dealkyleren of i so ~ meriseren van deze xylenolen to t res pect ieve~ijk phenol en 2, 6-xylenol Het scheiden van meta- en para- cresol v an 2, 6 - xylenol. h et afscheiden van meta- en para-cresol van 2, 6-xylenol is een moeilijke scheidinc. Deze s cheiding kan niet met een gewone destil ~ latie gerealiseerd worden vanwege het kleine v e r schil i n r elatieve vluchti gheid. v e sch eidi ng wordt uitgevoerd met een azeotropis c he destillatie met 1-ëeceen. 1-Deceen vor;-,it een azeotroop filct meta.- met para-creso l. Deze azeotroop bevat 88 mol% 1-deceen en k o okt -D:'; "69 Or< " 1'.'- de~e "'a""'r.;,--s.j..ell 1 ' n~' J.J I v, ~... ~ t., ~ #~ ~ ;::, - i! J,-,.ll L - b en de hoeveelheid meta- en para- cresol volgt de hoeveel h eid 1-deceen d i e nodig is: de cresolstroom is 0, 062 kmol/h g root zodat er 0,454 1;::;;;01 1.-cteceen/h r::.ocli.;- is. De sleutcj,com~onenten voor de a ZGotropische destillatie z t n 2, 6-xylenol en de cresol- 1-de cee n azeotroop. De xylenolstroom i s é; r oot, dit is de bode~s tr oom b ~ de élz8otropiscllc destillatie. De relatieve vluchtigheid v an de 1-c1e c eon- cr8so1 azeotroop ten opzich te v ad 2, 6 - xylenol i s 2, 255. De boclemstroom moet voldoen a an de specif'icél tie van 99, 8J5~,,[t hieruit volgt dat de molfractie lichte component in de bodemstro om ge l jjk is aan 0, De topstroo:a moet Hoini c; 2, 6 - xyleno l bevatten hiervoor wordt aancenomen xci= 0, 99. Uit deze gegevens volgt voor l:et ')enocligcle aantal theoretisc;l,e scj.l otels r:: J:-T= waarvan er 1~ stromen in de ko l om z ijn: 26,5 schotels 2in de stripsectie zitten. De Grootten v an de vloeistofstroom'in de stripsectie == 65,05 kmo1/h dampstroom in.: e stri psectie ;::: 3 0, 9 2 kmo1/h vloeistoistroom in de rectif'i c a tiesectie:.:::, 30,43 kmo1/h dampstrool.1 in de rectif'icatiesectie -. 30,92 kmo1/h De grootten van de top- 0,48 lcmol/h en.34,13 kmol/h. en bode!lled:;roolil zjjn respectievelijlc en

30 -:- 26- De h oeveelhe i d warmt e d i e in de reboiler en de c ondensor :noet worden toe- o f af~'evoerd is 382 Ui. De topstroo;;; moet nog opgojor',i.:t "TOl~,-,erl zodat het 1-deceen opl'lieu'f gebruij.;;:t l~&n vlordon. Deze ",e:;a-, l_ ;~',:C~'-L -cr v:...;o l scheid ing' :kan LiGt een extractie ui t g evoerd worde n. Een brl' i kbaar solvent is bijvoorbe e l d water. Voor de extractie van meta- en para- creeol uit octaan zun IJ.. ' t e ratu"lr ~ l":e"r_',-e~renp, ~ 'opl,'~ e'-l(' A Á \( J_l',1- V.2,,-;') J. ','I,'J.l'J' _ ae, - oerokenlng, - warel, 1-'- aancenomen dat de ve:cdelirlt;scoë:ci'ici f::llt L voor octaan en l - deceen hetzeli'(~ e z jjn, ae verdclings eoöj'ïieien ti:.:' 1/3=, x/x..,-,i o.(~ cresol i n water, x, =cone entratie cresol in, l-deceen.) ae Voor de extra ctie wordt u i tgegaan v ~n een schoidingsfaetor S van 1, 5. De h oeveelheid 1-deceen die over de t op gaat, is 57,9 l:c/h, de hceveelheid e r eeol die over de toij c-,'aat is 6 1 ï-:"/h F-;er-l~+ voor de cres o lconccntratie i ~ Ui t de 1- de ce en - s t r oo ~:1 VOI--t..., ""-Cl..'-- \,.....L... - b. l - daceen : x de = 0,105 kg ero501/kg de ceen en de scheidin::;:;sfac tor vol[;t de hoeveel heid ben odigd water : ~_ = 260 kg/h o Uit de massabalans over e en vi e venwichtstrap (zie figuur 5:.1) volgt: V X (Yl/(l-Yl)-YO/(l-YO))~Lx ( xl/(l-xl)-xo/(l-x O )) hierin is: V X de waterstroom x L de l-deceenstro om YO.~ de cresol concentratie in de waterstroom x O, xl de cresolconcentratie in de l-de cee nstroom AJs evenwichtsvergel~king Yl= K xo/(l (K- l) xo) wordt aangenomen: De hoeveelhe id o-cre sol die teruggaat naar de kol om woet m~n d er z~n da n 1%. Dit l evert voor het benodigde aantal evenwichtstrappen N: N= 9. De hoeveelheid cresol die teruggaat naar de destijlatiekolom is dan 0,036 k g/h o De verdeling van 2, 6- xylenol over de water- e n l - deceenstroom is ook op bovenstaande manier berekend, hierb~ is uitgegaan van de verdelingscoëfficient K: K=0, 0574 Over de v e r deling van 2, 4 - dimethylanisol over de twee stromen is niets beke nd. f.igullr 5.1 stromen in een sche idingstrap b ~ de extractie.

31 -27- H6 Indeling en be langrdke punten voor de vervol gstudie. 6.1 Algemene inde ling Het gehele productieproces kan in vier secties opgesplitst worden met elk hun eigen in- en uitgangsspecificaties ( zie bijlage 9 1 '2 Z "\...., I.> 2 I., '-- 3 ). Deze vier secties z t n: het afscheiden van methanol, geproduceerd water, 2,6-xylenol van de zwaardere componenten en mesitol van 2,4- en 2,5-xylenol. f.) 0) F H ~ (eji]"" het afscheiden van het afscheiden van nol. t ~ l+ de reactor. Ç-"l de recycle stroom en o-cresol ~r) meta- en paracresol van 2,6-xyle Het afscheiden van methanol, geproduceerd water, 2,6-xylenol van de zwaardere componenten en mesitol van 2,4- en 2,5-xylenol. Een moeildkheid bd het beschrdven van de destillaties is het grote aantal componenten. Zoals in hoofdstuk 3 beschreven is, is bd de scheiding van 2,6-xylenol van de zwaardere componenten en de scheiding van mesitol van 2,4- en 2,5-xylenol uitgegaan van ideale vloeistofmodellen. BD het afscheiden van methanol moet er echter rekening worden gehouden met de niet-idealiteit van de vloeistoffase. De berekening van de scheiding van geproduceerd water door azeotrope destillatie met toluee n wordt bemoeildkt döordat er ontmenging in de vloeistoffase op kan treden. De moeildkheid bd de berekening van de scheiding van het tolueen-water mengsel ligt bd het bepalen van de druppeldiameters 'in de settler en het bepalen van de coalescentiesnel heid. Het doel van de eerste twee scheidingen is het verwdderen van al het geproduceerde water en onomgezette methanol. Het afgescheiden water moet aan eisen voldoen zodat het geloosd kan worden of kan worden gebruikt op andere plaatsen in de fabriek.