Bereiding synthetische tolueen

, . . . - - -

-,

J

I

,

I

l

Bere1d1!!g Synthej;ieche %olueg. F.A. de Roos

Inl.eJ.d1y:

Voor de 2de ~ereldoorlog bevond zich de tolueenproduet1e geheel in handen der steenkoolverwerkende 1ndustrie ft

en vel

werd de tolueen verkregen uit de steenkool teer teen bUproclun van bet carbonisatie-proces in de COkeSOT8Jl8. In de 2de W ereld-oorlog nam de behoefte aan tolueen ale grondsto~ voor de

epr1ag-sto~~enbereid1ng

zodanig

toe, dat

naar nieuwe

bronnen voor

to-lueen gezocht moest worden. Zo was bljVoorbeel.d de productie in de Verenigde staten voor de oorlog 28.000.000 gallons per jaar. terwJJl. de vraag door de oorlogs01Il8'tand1gheden s"teeg "to" er dan 200.000.000 gallons per Jaar.

Omdat de winning van tolueen verbonden lRUJ aan de ver-werking van steenkool, was het economisch niet moge1JJk de to-lue nproductie uit deze grondstOffen zo snel. op te voereD, dat

aan

de behoefte kon worden voldaan. In de Ver.Digde staten werd toen overgegaan op het ·~drotorm·-proces, dat reeds werd toegepast ter verbetering van het octaangetal van benzine. Hier-door werd het mogelijk bepaalde naphtheenhoudende

petroleum-fracties om te zetten in aromaathouclende met een belangrijk per-centage tolueen.

Ook door therDdsch en katalytisch kraken was het mogelijk uit petroleumtracties aromaten te vormen en daaruit tolueen te wiDnen ,).

In

Duitsland konden deze werkwUzen uiteraard Biet toese-past worden vanwege de grote tekorten aan pe"troleumproducrten; daar werd de tolueen verkregen door alkylering VaD benzeen t

methanol 2).

Door de grote belangstelling voor de tolueenbere1diDC ziJD in de oorlog en de eerste jaren daarna tal.rJJke patenten hierover verschenen, waarvan de meeste zich bezig houdeD met modificaties van de reeds genoemde ber 1d1DgswJJzen uit napb.-theD1sche petroleumfracties ,). Kchter zijn er ook nog enke)~ aparte synthesen beschreven, welke dan uitgaan van acety-met propaan of propyleen

4),

ofwel de cyclieering VaD

betreffen5). Ook de isomerisatie van een mengsel Vp en benzeen tot toJ.ueen sohjJnt mogelijk 'te z1Jn 6),

JO

,.

...

Aangezien de patentl1teratuur slechts zeer globale

gegevens bleek te verstrekken over de diverse

react1e-omstandig-heden en

men

ui tslu1 tend

aan de band van deze 11 teratuur Diet

beoordelen kan, of een proces economisch uitvoerbaar is. heb-ben wij ons voor de keuze van een tolueens.ynthese ~ll.n be-perken tot die processen, waarvan bekend was, dat zij 1nderdaad in de

praktUk

zijn

toegepast

•

Dit

ziJD dan de volgende:

1 e.

rtLe

tbylering

van benzèen

met

methanol. Daar zowel benzeen als methanol betrekkelijk kostbare producten zijn, lljkt het ODe

toe, dat dit proces wel zeer we1n~ economisch 1s, en slechts

de oorlogsomstand1gheden en het tekort aan

petroleumproducten

de Duitsers tot toepassing hiervan hebben

gedwongen

.

2e • Hydro:form1.ng van naphthenische petrolewn:tract1es, geTolgd

door de wimûng van het gevormde tolueen. Van dit proces zijn

twee u1tvoeringsvormen in de

Verenigde

staten

toegepast,

nl.:

A.

Het

proces

van

de Standard Oi1

ot

Cali:tornia

7).

H1erb~ wordt in de eerste trap uit een ruwe-petroleum-t.ractie onder toepassing van recirculat1e der niet-omge-zette

voeding een

product

verkregen, dat

na

zuivering

9~

tolueen bevat; in

een

tweede trap

wordt

met behulp van

dezel~de katalysator het gehalte aan tolueen opgevoerd tot 99%, door de nevenproducten te kraken en als gas a:t

te voeren.

!.

Het proces

van de Uman 011 OOmp8J'\y 8) ..

HierbU wordt in ~'n trap, waarbij uitsluitend gae-recircu

-latie p~aats vindt. een omzett11l8 van ongeveer de hel.ft

der aanwezige naphthenen verkregen en

het

reactieproduet

bevat na

stabilisatie

ca. 21

vo1.

%

tolueen, dat eruit

,e-wonnen wordt door azeotropiache destil.lat1e.

B~ vergelijking der proceasen onder A en B genoemd,

zien we dat in het

tweede

geval de

opbrengst

aan

tolueen kleiJler

zal zUn

door de

geringere

omzetting.

Echter

worden

bij

dit

pro-ces be~angrijke hoeveelheden waardevolle bijproducten v rkrecen. terw1Jl. de vorming van kraakgaasen veel geringer 1a dan bij A.

daar bfJ A de

bestanddelen

welke

naast de

tolueen

van 9~

&Ui-verheid aanwezig zUn,

door

kraken

worden

verwijderd.

Bov8Ild181l

bestaat bij het proces der Union 011 Company de mogel~e1d om bet react1eproduct met 21 vol.% tolueen tijdelUk op te slaan en

- - - -- -

-daarna nogmaals door de reactoren

te

zenden, waarbij nagenoeg volledige omzetting der naphthenen wordt verkregen. Dit 1s

niet in ~'n trap te bewerkstelligen door het sterk endotherme karakter der reactie, waardoor het temperatuursverval in de

reactoren reeds bjj de 5o%-1ge omzetting 1 500F bedraagt. In verband met de flexibiliteit van het proces der

Union 011 Company, gepaard gaande met de winningemogelIJkheid van waardevolle bijproducten door de minder ver doorgevoerde

krak1ng, welke slechts gassen oplevert, hebben w1j om:e keus

BeschrUy1ng van het proces.

Daar

bij "bydroforming" tolueen hoofdzakelUk gevormd wordt uJ. t de @nmse::compon~~ methylcyclohexaan (M.O.H.),

aethylcyclopentaan (E.O.P.) en de dimethy1cyclopentanen (D.e.p.);

moet dus uitgegaan worden van een petroleumfractie die deze

componernen

in

zo groot

mogelijke

hoeveelheden

bevat,

dus van

een naphthen1eche petroleumfractie. Hierin

zUn dan

nog

altijd

andere koolwaterstoffen aanwezig zoals n-heptaan en dimetbyl-hexaan, die b~ de reactie nJ.et omgezet worden en dus

uiteinde-lijk

in

het reactieproduct terecht komen.

Us voeding voor de reactoren wordt nu uit de naph-thenische ruwe petroleum door destillatie een fractie afge-zonderd met een kooktraJeot

van

1850 tot 2550p, hetgeen

nood-zakelUk

is ter verkrijging

van

alle synthese-componenten

teza-men met de reeds aanwezige tolueen. Als voorbeeld van de sa-menstelling der voeding willen wij geven een dergelijke fractie uit een Oalifornisohe ruwe petroleum:

tolueen 3,6 vol~.

eynthes8-componenten

(M

.

C.H.,

E

.

C.P.,D.

M

.

C.P.)

38.0 ...

rest koolwaterstoffen 58,4 ••

De isomerisatie der vijtr1ng naphthenen tot het

me-tbylcycl ohexaan, gepaard gaande met een dehydrogener1ng

hier-van tot tolueen, geschiedt

nu

b~ -bydroforming" onder

de

vol-gende reactie omstand1gheden:

temperatuur in de reactor 1020 - 8800F (temp.val ca.140O:r)

druk: " t i 1 50 psig (10 atm.)

hoeveelheid recirculatie-gas 6000

cuft/bbl

met

ca. 70

vol~ waterstof.

"space velocity" - 0.6

katalysator: 10~ Molybdeendioxyde op AlUDdniumoxyde al

drager.

De katalysator wordt verkregen door de oxyden VaD

Al en Mo tegeljJk neer te s.1aan, te drogen en gemengd met 5~

grafiet te malen. Daarna wordt het mengsel tot pillen geperst. Dese worden op een temperatuur van 1100 - 11500F verhit ..

Van de op deze wlJze verkregen katalysator is geb~eken, dat zjJ uitmuntte door grote activiteit voor de reactie en grote

sta--- - - - -

-bili tei t tot een temperatuur van 1 '5000p. Bij temperaturen boven 14000p gaat de activiteit langzaam achteruit. zodat de tempera-tuurgrena op 1 'OOop te stellen 1s.

BU de omzetting heeft behalve isomerisatie tot

en

de-hydrogenering van m.ethylcyclohexaan, ook krakiDg tot gasvormige

producten en cokesvorming plaats. De cokesvo~ng maakt het noodzakelijk om

na

een bepaalde reactietUd de katalysator te regenereren met behulp van inert gaB,

waaraan

ti

"

zuurstof

'

1s

toegevoegd. BU de regeneratie verbrandt de cokes en

om

te hoge temperatuur van het katalysatorbed te voorkomen, wordt de snel-heid van het inert gas - zuurstof mengsel dusdaD1g opgevoerd. dat slechts een gedeelte der aanwezige zuurstof verbruikt

wordt

b~

"n

passage. Dit maakt een relatief grote installatie Toor inert gas circulatie nOOdzakelijk. De temperatuur van he~ gas

loopt toch nog op tot 11000p en terugwinning der warmte is dus economisch van belang. BU de regeneratie 1s de druk

van

165,s11. zodanig gekozen,

dat

lekkage vanuit de leidingen,die

de

kool-waterstofmengsels bevatten, naar de regeneratie-leidingen niet kan optreden.

In verband met de regeneratie is het -noodzakelijk.. dat

met

meerdere reactoren wordt gewerkt, en het

aantal

is gest-el.cl op zes. waarbU steeds twee reactoren in productie

zijn,

drie reactore~ in regeneratie en de laatste ofwe1 gereed gemaakt wordt voor de productiegang, ofwel word~ leeggeblazen

om tot

regeneratie over te gaan. Bij het gereed maken voor de productie

wordt het inert gas uitgedreven door middel van recirculatie-gas, waarbU dan tevens reductie van het bU regeneratie gevormde molybdeentr1oxyde

tot dioxyde plaate vindt. Aangezien

achter-bljJVende waterdamp de katalysator-activiteit sterk zou Terlagel1, wordt deze stap bij atmosf'eriache druk uitgevoerd om zeker te zUn van een volledige verwudering van deze damp.

Het bedienen der verschillende afsluiters moet nauw-keurig op tijd geschieden, vandaar dat dit volkomen automatisch plaats vindt vanuit een centrale rege1kamer.

Het reactieproduct wordt na afscheiding van het te recirculeren gas, gestabiliseerd in een abeorpt1e-s~abi~lsatar­

eenheid, van waaruit wordt verkregen:

- - -

~---een lichte benzinefractie met

max.

kookpunt

=

170°." bet eigenlijke reactieproduct met de volgende samenstel-ling: to1ueen 21,1 vol%.

naphthenen

24,4

t . reet koolwaterstoffen

54,5 ••

Om nu

de tolueen te scheiden van

de

paraftinen en

naphthenen kunnen ve gebruik maken van twee verschillende methoden. nl. de azeotropische b~ de extractieve desti11at1e. wanneer de voeding 40 procent of meer aromaten bevat. 1s

azeo-tropische destillatie over het algemeen goedkoper dan ex-traet1eve destillatie

8).

net grote verschil tussen de twee processen is. dat bij azeotropische destillatie het merendeel

van het agens samen met de niet-aromaten de kolom 818 top-product verlaat, terwijl bij extractieve destillatie het groot-ste gedeelte van het agens met de aromaten de kolom als bodem-product verlaat.

'tl~ zullen hier gebruik maken van de azeotropische destillatie

en

wel met methyl-aet~l-keton-water (MEK-water). MEK heeft een kookpunt van 1750,. du aanz1enlJjk beneden dat van tolueen en de paraf:tinen die aanwezig zijn. Het mengsel van 9~ MEK en 10% water kookt bij 164 OF en heeft de eigenschap zich te aesoeieren met de paraffine en naphthenen en hierv811

het kookpunt te verlagen, terwUl de aromaten ongemoeid

ge-laten worden.

Ha de azeotropisehe dest111at1e moet de 'o~ueen nog gezuiverd vorden, o.a. door behandeling met zwavelzuur en her-destillatie. Ten slotte wordt tolueen verkregen met een

zuiver-heid groter dan 99%.

Beschrijving Y.e!! het schema Tolueen I.

A. Voorbehandeling der reactorvoeding.

JL J Zoals wij voor reeds aangaven, wordt uitgegaan van een

tL.l(~ ~.naPhthenische petroleumfractie met kooktraject van 1850 _{- 255}0_F.

I~

r

~ Verwerkt wordt 463'ton (= 642 m3 ) per dag, die eerst nog wordt

V,P'~'

gedestilleerd (onder de reactiedruk) ter verwijdering van nog

r

t(,J

aanwezige kleine hoeveelheden zwaardere producten, die

overma-tige vervuiling, vooral in de buisoven, zouden veroorzaken.

v

Deze zwaardere producten worden dan vanuit de venvarmingsketel bij de destillatiekolom afgevoerd en kunnen als stookolie, bv. in de oven worden verbruikt.

De gedestilleerde voeding wordt op een temperatuur van 10700_{F gebracht, door eerst de warmte der uit de reactor}

treden-de gasvormige reactieproducten

ie

gebruiken voor de verdamping, gevolgd door verhitting in een buisoven. In dezelfde oven wordt ook het omloopgas op 10500F gebracht, waarna de beide gasmeng-sels tezamen naar de reactoren worden gevoerd, waar de inlaat-temperatuur ca. 10250_{F bedraagt.}

B. De reactoren

Van het totaal aantal van 6 reactoren zijn er steeds slechts 2 gedurende een tijd van 2 uur in productie. Na deze 2 uur wordt de reactor uitgeschakeld en het reactiemengsel uitgedreven met omloopgas, gevolgd door een totale verwijdering van alle kool-waterstoffen met behulp van inert gas. Vervolgens wordt de kata-lysator geregenereerd door een inert gas-lucht mengsel met een zuurstofgehalte van 1i% door de reactor te voeren, waarbij ver-branding der cokesafzetting plaats vindt. Na de regeneratie wordt de temperatuur der reactor weer op peil gebracht door heet inert gas uit een pas in regeneratie geschakelde reactor door te leiden. Hierna wordt de druk afgelaten, gevolgd door

uitdr~Nen van inert gas met omloopgas, waarbij tevens het tot molybdeen-trioxyde geoxydeerde deel der katalysator weer tot het dioxyde wordt gereduceerd. Na tenslotte met omloopgas op de reactiedruk van 150 psig te zijn geperst, is de reactor weer voor de volgende cyclus gereed. Als voorbeeld van de tijdsindeling

,.

•

willen wij het volgende schema geven: reactie

leegblazen met omloop gas en inert gas regeneratie

opwarmen drukaflaat

inert gas verwijdering met katalysatorreductie druk op 150 psig brengen

Totaal

c.

Afscheiding der reactieproducten.

120 min 9

_"

160

_"

50

_"

3

_"

12 11 6

_"

360 min.

Het reactiemengsel, dat met een temperatuur van 8800 _tot 9000F uit de reactoren komt moet eerst afgekoeld worden. De vrijkomende warmte wordt verbruikt om:

1) de vloeibare voeding te verdampen (zie voor) 2) het teruggevoerde omloopgas voor te warmen.

~a tenslotte een condensor gepasseerd te zijn, heeft afscheiding der vloeistof plaats in de zg. "lage-druk afscheider" (75 psig). Vervolgens wordt het gas in een 2-tal compressoren op 200 psig druk gebracht, gevolgd door koeling, waarna de zich nu afschei-dende vloeistof in de "hoge-druk afscheider" wordt opgevangen. tiet grootste deel van het gas wordt terugeleid naar de reactoren terwijl het tijdens de reactie gevormde gas naar een absorptie-kolom wordt afgevoerd.

Het vloeibare product uit de beide afscheiders wordt eerst in een verzamelvat gebracht, waarin de druk nog slechts 60 psig bedraagt. Door de expansie zal weer gas vrij komen, dat eveneens naar. de absorptiekolom wordt afgevoerd. De vloeistof gaat, ter verwijdering van de .lagere koolwaterstoffen, naar een stabilisa-tiekolom.

D. De inert

-gaS

circulatie.

Het inert gas, dat uit de in regeneratie zijnde reactoren

komt, bezit een temperatuur van ca. 11000_{F, waarvan gebruik}

gemaakt wordt in 2 stoomketels ter productie van stoom van 450 psig druk. Met deze stoom wordt één der beide turbine-compressoren aangedreven, die de druk van het inert gas van 160 tot 180 psig opvoeren~ De andere turbine-compressor wordt aangedreven met inert gas, op deze wijze het gevormde inert gas

- - - -- - - -- - -

-1

I

[ "

steeds uit de circulatie wegnemende. Een 4-tal compressoren zorgt voor de aanvulling van inert gas, dat door verbranding van natuurlijk gas is te verkrijgen. Het zuurstof gehalte wordt op peil gehouden door een 2-tal compressoren, die lucht van ca 180 psig aan het circulatiesysteem toevoegen.

E. De nabehandeling der reactieprod"l.wten.

De terugwinning der pentanen en eventuele hogere

kool-\

waterstoffen, welke door het gas worden meegevoerd, heeft

plaats door absorptie in een hoger kokend koolwaterstofmengsel, waarvoor het gestabiliseeräe reactieproduct wordt gebruikt. De zg. "magere olie" komt boven in de absorptiekolbm, neemt bij " het naar beneden stromen de genoemde stoffen uit het opstijgende gas op en verlaat de kolom als zg. "vette olie". Hieruit worden dan in een "stripper" de opgenomen stoffen weer afgezonderd en de ze weer verkregen "magere olie" gaat terug naar de absorptie-kolom. Waterstof en de koolwaterstoffen C1 tot en met C4 worden boven uit de kolommen afgevoerd; dit gas kan elders of in de fabriek zelf als stookgas gebruikt worden.

rlet vloeibare reactieproduct gaat naar een stabilisatie-kolom, van waaruit 404 ton per dag als bodemproduct wordt ge-wonnen. Dit bevat dan ca. 91 ton tolueen en wordt afgevoerd naar de aeotropische tolueenwinning. Behalve nog wat gas, wordt boven uit de kolom ca. 9 ton per dag aan een lichte benzine-fractie verkregen.

Berekening ~ de tussentrapse koeler ~ lucht compressoren.

" ? " Qegeye!!s_d~r_c.Q.ml2.r~s.ê.0!:e!!: '\

~

Hoeveelheid lucht per compressor: 37.065 8CUtft(/hrl Begindruk: 1 ata = 14,7 psia.

l!:inddruk: 1 2,9" = 190 "

Aangenomen drukverval in de koeler: ca. 1 psi.

Be!:e~e!!i!!g_d~r_oEt~e~eQd~ ~~~e!! ~n_t~mEe~a!u~e~.

De compressieverhouding in de beide trappen is gelijk, Pl P2 - AP hierin is: ~p = 1

=

P2 _P3 Substitutie geeft: 2.. P2 - P2 - 2793 = 0 P2 = 53,35 psia. De compressieverhoudmng is dus: Pl = 14,7 P2 = 190 53_,35 _ 190 ~ - 53,35 = 3,63. dus geldt:

Voor de eindtemperatuur na de compressie wordt als maximum toe-laatbaar opgegeven: 375°F; wij willen haar stellen op: 350°F. Nu geldt voor adiabatische compressie:

~ T en T'= temp. resp. voor en na T' = T VXG + 1 , waarin: compressie in oF abs.

n ~ aantal trappen

!l.::.1 . h

xli- = r >"l - 1 waarlon r = compr. ver •

Toegepast op de 2de compressistrap met T' = 810 oF abs"xG = 0,44 T

=

810/1,44

=

563 0F. abs.

=

103 0F.

Toegepast op de l ste compressietrap, met een begintemperatuur der lucht

=

600F:

T'

=

520 x 1,44 = 7490F abs. = 289°F.

Wij zien dus, dat in de koeler de lucht moet worden afgekoeld van 289 0F tot 103 0F en dit willen wij doen plaats vinden met koelwater, dat van een begintemperatuur van 60°F stijgt tot 800F.

=

Llta. - ~t.

InAt_At. 1

= (289 - 80) - (103 - 60) 2,3 log(209/43)

=

Q

Voor een koeler met meer dan één passage van bet koelwater door

~

tfJ\

de buizen meet op dit temperatuursverschil een correctieterm

J-v1/

I ,

\toegepas:. worden, welke uit een grafiek werd afgelezen =

~.

\ ,.'},

~\

,"

l\

~~J~ fv1 ' ! '

V

\fV»" '" >.

k

..

vV' /

-+-'

-

<) \ --L J v

\

.

...> VI -' ~ '---']\ !" <:) 3 C. _J • - " ... ~~ • u ~

..

_• ....:. ti , - ,.~ .-

..

_{• :::} ~~

/

.

• / ' c.-.. / " c: • • ~ -r:: 'V VI

,

.

• • / ' / •

,

-Voor het temperatuursverschil wordt dus gevonden:

At

=

0,92 x 105

=

97°F.

Globale berekening der koelerafmetingen.

De dichtheid van lucht bij ooe en 1 atm.

=

0,0808 lbs/cu.ft. Gecomprimeerd wordt 37.065 st. cU.ft./hr.

Gewicht der lucht

=

37.065 x 0,0808

=

2995 Ibs. (per hr.) In het temperatuurgebied van 1000 _{tot 300°F geldt:}

soortelijke warmte van lucht: cp

=

0,24 Btu/(lb)(OF). Door het koelwater moet afgevoerd worden:

2995.(289 - 103). 0,24

₌

133.697 Btu/hr. De hoeveelheid koelwater bedraagt dus:

133.697 _{6685 Ibs/hr.}

20

=

(temp. stijging

=

20°F)

Voor het verwarmend oppervlak A geldt:

A

₌

Voor U willen wij nemen U = 12 Btul (sq.ft. HOF)

dan is A

₌

=

114,7 sq.ft.

~emen wij buizen van 3/4 in. buitendiameter en 0,532 in. binnen-diameter, geplaatst op 13~ in. driehoekige steek en wel een totaal aantal van 126 bij een "6-passll _{koeler, geschetst in de}

bijgevoegde figuur, dan is per ft. lengte der buizen het buitenoppervlak: 126 x 0,1963

=

24,734 sq.ft.

De lengte der buizen moet dan zijn: _{24,734 -}' 114;7 _ _4, 6 _ft. ContrOle van het Reynoldsgetal van het water.

Het water door'stroomt 6x 21 buizen met inwendige doorsnede van 0,223 sq.in. zodat het totaal doorstroomd oppervlak is:

21 x 0,223

=

144

0,0325 sq.ft.

6685

De massa-stroomsnelheid G ~ 0,0325

=

205.700 lbs/(sg.ft. )(hr.)

De inwendige diameter der buizen is: D

=

O.53~/12 ft.

Voor de viscositeit~ nemen wij de hoogste waarde, dus die van het water van 60°F.: jL = 2, '(1 lbs/ (ft. )(hr. )

Re = TI. G = 0 , 532 x 205.' (OO

=

3367 .

f"

12 x 2,'71

Aangezien voor turbulente stroming Re ) 3200 moet zijn, bevinden

• ContrOle van het Reynoldsgetal van de lucht.

W~j berekenen eerst de zg. "hydrauli sche diameter" van de door de dwarsschotten in de koeler vrij gelaten doorstromingsopening. Voor deze diameter De geldt :

De

=

4 x vrij doorstroomd _{der opening}

=

4 x 1 - --4 x Ozb'(1

=

10 2995 / ) ( De massa-stroomsnelheid G

=

0,671

=

4463 Ibs (sq.ft. hr.) De hoogste waarde voor de viscositeit der lucht is die b~ de

hoogste temperatuur (=2890F), nl.

JL

= 2,42 x 0,025 lbs/(ft.O(hr) Re - De.G _ 0,268 x 4463 - 19737

- /"- - 0,025 x 2,42

-~

Ook hier bevinden w~j ons ~in het turblllente gebied. Berekening der filmcoëfficient van het water.

Aangezien het water in 6 passages slechts 200_{F in temperatuur}

stijgt, terwijl bovendien de lucht steeds de bundels met verschil-lende temperaturen van het koelwater passeert, willen wjj werken met een gemiddelde filmcoëfficient van het water b~ 70oF.

Toegepaste formule:

hkD

=

0,0225 (D,;.G)o,a (ci#-t,,,

hierin is: k

=

0,344 Btu/(hr.)(sq.ft.)(OF!ft.)

fo = 2,36lbslt'ft.)(hr.) c

=

1,0 Btu/(lb.) (OF) D = 0,532/12 ft.

G = 205.700lbs/(sq.ft.)(hr.)

Substi tutie .irL de gegeven formule levert voor de filmcoëfficient: h

=

281 Btu/(hr.)(sq.ft.)(OF)

Berekening der filmcoëfficient van de lucht. Toegepaste formule:

hkDe

=

0,33 (Dp.G)O,6

(~t

~~

Hierin is: D~

=

O,26d ft.

G - - 4463 lbs/(sq.ft. )(hr.) ct' = 0,24 Btu/{lb. )(OF)

• - - -

---Verder is ~ 2890F: k

=

0,0201 Btu/(hr.)(sq.ft.)(OF/ft.) ~

=

2,42 x 0,025 lbs/(ft.)(hr.) en

.21i

103°F: k

=

6,0157 Btu/(hr.)(sq.ft.)(OF/ft.) ~

=

2,42 x 0,019 lbs/(ft.)(hr.)

Substitutie van deze waarden in de formule geeft de filmcoëffi-cient h bij de in- en u.i tlaattemperatuur der lucht:

bij 289°F: hL

=

8,4

b~i 103°F: h",

=

7,7

Met behulp van de gevonden filmcoëfficienten kunnen wij de totale warmtedoorgangscoëfficient aan de beide koeleruiteinden berekenen

gebaseerd op het buitenoppervlak der buizen: In formule:

waarin: AI

=

1

U

=

_hif..

1 ₊ ~.& _{k A ....} +

1.&

_{h A}

'J-totaal buitenopp. der buizen

=

114,7 sq.ft.

A)..

₌

11 binnenopp. (A, - A'J-)/ln(AI/A,/.J

"

, , =

126 x 4,6 x 0,1393 = Am

₌

=

97, 2 sq. ft • ~ 1 ,4 sq. f h

₌

ho;

=

"lu...

filmcoëff. van het koelwater

IJ van de lucht

k

=

warmtegeleidingsverm. van het buismateriaal

=

26,0 Btu./(hr.)(sq.ft.)(OF/ft.)

d

=

dikte der buizen

=

1/12 x 0,109 ft.

Substitutie in de formule levert voor de koelerinlaat (289°F):

1

..L

+ U· _I

=

8,4 0,109 1 2 ; x 26 x 1, 18 +

28T

1 x 1,409

=

0,124 UI = ~ Btu/(hr. )(OF)(sq.ft.)

Terw~jl voor de koeleruitlaat wordt verkregen ( 103°F) :

1 1 01109 _{x 1,18} 1 _1,409

U%.

=

7;7

+ 12 x

26

+ 281 x

=

0,135

Ul. = 7,4 Btu/(hr.)(OF)(sq.ft.)

De gemiddelde waarde van U is te berekenen uit:

U.At = U,a. .At. ~ UI .At),. met .:lt,

=

289 - 70 = 2190F

In ÜJ.. .At, at,.

=

103 - 70

₌

33°F

UI .At!.

At

=

79°F

-..

•

- - - ---'--

-Wij vinden hieruit voor de gemiddelde waarde van U:

U

=

7,8 ~tu/(hr.)(OF)(sg.ft.)

Deze waarde geldt dus voor een niet-vervuilde koeler; brengen wij

voor het water een vervuilingsfactor: R

=

0,002 in rekening,

dan vinden wij de warmtedoorgang;uit:

1/Uv

=

1/V + 0,005

hetgeen voor Uv oplevert:

Uv

=

7 , 5 Btu/ (hr. )( oF )( sq. ft • )

De bij de globale berekening der koelerafmetingen gekozen waarde

U

=

12,

bl~jkt dus te groot te zijn geweest. Om het verwarmend oppervlak de juiste grootte te geven moeten wij de lengte der

buizen vergroten met de factor:

12/7,5

De buislengte wordt dan:

12/7,5

x 4,6

=

7,4

ft.

Verder is dus de inwendige diameter gelijk aan de gekozen waarde (zie schets) en wel: 2 ft.

ol

..

Literatuur: 1) 0.S.2,444,855.

2) C

.

I

.

O

.

S

.

XXVII

-

6

.

,) U.8.2,408,724. U.S.2,409,695. U.3.2,420.883.

U

.

8

.

2

,

392

,

3'30

.

U.S.2,392,398. U.S.2,392,749. 4) Japan P.155,432.

5)

Br1t.F.613,463. U.S.2,396,761. U.S.2,545,1 53 .. Br1t.P.565,225. Br1t.P.570,651. Brit.P.585.578.

U

.

8

.

2

,

337

,1

90

en

2

,

337

,1

9

1.

J.G1vaudon. E.Nage1ste1n, R.Leygonie. J.Chim.Pbys.!Z-304(1950).

6) U.S.2,480,939.

7

)

A.A.Burton, c .. a. Chem.Eng.Progres8 .!i-195(1948).

E

.

•

O.Se.egebarth, Petroleum Engr •

.11.-

95-(

1

946)

8) .F.L.Hartley. Petrol.eum Ref. ll-519- (1945).

C.Berg, c.s. Chem.Eng.Progress .!l-719- (1947).

G.R.Lake. Trane.Am.lnst.Chem.Engrs.

11-

'327

-

(

1

945

) •