Margarine-bereiding uit katoenzaadolie: Deel I: raffinage, hydrogeneren

J

J

~

"1'

I, Deel I: 1. Raffinage Hydrogeneren. J.J.Th.M. Geerards.

---Indeling:

1) Inleiding.

2)' Bespreking schema.

3) Korte berekening apparatuur en materiaalbalans.

4)

Berekening warmtewisselaar.

Margarine,afgeleid van het woord margaritgs

=

parelmoerglanzend, werd het eerst bereid door Mège-Mouriés in 1869,als resultaat van een prijsvraag, uitgeschreven door Napoleon III om te voorzien in het tekort aan natuur-boter.Door dierlijk vet met ondermelk te karnen en uit te gieten in ijswater,verkreeg hij een boterachtige substantie die smeerbaar bleek. Hij veronderstelde,dat de belangrijk-ste zuurcomponent het mar garinezuur,c

17, was.(l)

Als olie werd gebruikt oleomargarine,die verkre-gen werd door gefractionneerde kristallisatie van dierlijke vetten. De plantaardige oliën werden nog niet

gebruikt,om-dat ze niet hard genoeg waren. De eerste fabrieken ( 1870 te Poissy,1873 te Oss,gesticht door de textielhandelaar An-toon Jurgens(2)) werkten danook alleen met deze dierlijke vetten. Spoedig ontstond door de grote vraag naar margarine een tekort aan d~ze vetten,zodat men andere vetten trachtte

te geb.ruik~n. De katalytische harding van oliën,gevonden

door No~mann in 1903,betekende danook een grote stap voor-waarts,temeer omdat plantaardige oliën in grote

hoeveelhe-den in de natuur voorkomen en dus goedkoop zijn. ....

Eerst is cocosnootolie als grondstof gebruikt, omdat déze olie gemakkelijk te ontgeuren en te hydrogeneren

was(3). Nadien z~Jn grondnotenolfue,sojaolie en katoenzaad-olie gebruikt, terwijl men practisch geen dierlijke vetten meer gebruikt. De plantaardige oliën moeten eerst grondig

gezuiverd worden,alvorens ze te gebruiken zijn voor de mar-garine bereiding.

Daarom zal eerst de raffinage en hydrogenering van een veel gebruikte olie,n.l. katoenzaadolie, besproken wor-den, waarna in een ander deel de eigenlijke margarineberei-ding bekeken zal worden.

Katoenzaadolie is gekozen als grondstof om de volgende redenen:

1. HGt komt in zeer grote hoeveelheden in de na-tuur voor en wel als bijproduct van de katoenplantages(V.S. Egypte).

2.Men kan ,na zuiveren, diverse porties hydroge-neren tot een verschillend smeltpunt. Deze porties kan men dan mengen om een goede margarine te verkrijgen. Men gaat dan van één grondstof uit.

De volgorde van de bewerkingen is: 1. Ontzuren. 2. Ontkleuren of bleken. 3. Hydrogeneren.

4.

Ontzuren.

5.

Ontgeuren. Ontzuren.

---Door de in de plant aanwezige lipasen en door oxydatie komen in de olie vrije vetzuren voor. Deze vrije vetzuren dienen verwijderd te worden omdat ze:

tels.

B.

Selectief geadsorbeerd worden aan de hydroge-neringskatalysator en deze vergiftigen(5).

Er staan verschillende wegen open om katoenzaad-olie doelteffend te ontzuren. Genoemd kunnen worden ontzu-ren met verdunde loog, met geconcentreerde loog, met soda, ge~olgd door sterke loog.

Gekozen is de ontzuring met sterke loog en wel

I

om de volgende redenen:

·1. Geconcentreerde loog heeft het voordeel, geen sterke emulsies te vormen;dit in tegenstelling met verdunde loog. 2. Het verwijdert de phosphatiden en slijmstoffen, aanwezig in de olie.

3.

Het werkt blekend.

Men moet echter oppassen,geen overmaat te gebrui-ken,daar anders verzeping optreedt. Dit nadeel hebben verdunde loog en soda ech~èr niet,doch de eerste bewerkstelligt een sterke emulsie,vooral als het zuurgetal hoog is-dit is het geval bij katoenzaadolie-,terwijl de tweede methode ste~ds een na-ontzuring met sterke loog vereist,hetgeen tamelijk omslachtig is(6).

De andere ontzuringsmethoden:destillatie met stoom, extractie met monoaethanolamine en selectieve adsorptie

(7)

zijn niet toepasbaar indien cQntinu met grote quantiteiten gewerkt wordt.

De ontzuring vindt continu plaats met loog van 200Bé= 14.35

%.

Het voordeel van de continue werkwijze is naast opvoeren van de productie vooral deze, dat de "Refining factor",gedefinieerd als het percentage olie, achter gebleven in de zeep, gedeeld door het percentage vrij vetzuur, aanzien-lijk lager is dan werkend in "batch". Bij de laatste methode

, _,

scheidt men de zeep af door bezinken, terwijl men hier cen-trifuges gebruikt.

De olie wordt eerst ontlucht door haar in een dun-ne laag over platen in een toren te voeren bij een vacuum van 9 cm Hg. Het ontluchten dient er voor om schuimvorming

en ox~datie bij verhitting tegen te gaan. De olie wordt daarna opgewarmd tot

27

00 en vermengd met de berekende hoe-veelheid loog. Deze neutraliseert de vrije vetzuren en vormt

een zeep,die een emulsie met de olie vormt. Door nu snel de olie te verwarmen tot 6000,breekt de emulsie en kan.de zeep afgecentrifugeerd worden.

De olie wordt vervolgens bevrijd van de laatste spoortjes zeep door wassen met water van 9000 (10%) in een ketel,die de productie van een uur bevat. Het olie-water meng-sel wordt gedurende 1/2 uur rondgepompt'·en vervolgens door-gepompt naar een centrifuge, die water van olie scheidt. Duur vullen van de ketel is 1 uur, rondpompem 1/2 uur, leeg-pompen 1 uur. Er staan dus drie ketels parallel.

Na het wassen wordt de olie gedroogd in vacuum (9cm Hg) bij 900c. De olie is nu vrij van vrije vetzuren, slijmstoffen en vocht.

Bleken.

Elke plantaardige olie bevat kleurstöffen zoals caroteen, xanthophyll,tocopherolen en allerlei oxydatiepro-ducten. Katoenzaadolie is bovendien nog tamelijk sterk ge-kleurd door de aanwezigheid van gossypol en dient dus gron-dig ontkleurd te worden. Een gedeelte van de kleur is reeds weggenomen door de sterke loog,doch dit is lang niet

voldoen-de. Gebleekt wordt met bleekaarde,dat de eigenschap heeft, kleurstoffen specifiek te adsorberen.

...

Vroeger geschiedde het bleken steeds in batch, doch sinds enige tijd heeft men continue w~rkwijzen ontwik-keld. Gevolgd is de methode van Foster-Wheeler Corporation(8). De olie,die met een temperatuur van 85-9000 uit de droger komt wordt in een kleine ketel vermengd met 1/2 gew.% bleekaarde en vervolgens gepompt naar een geëvacueerde ketel(IOO mm) waarin de olie en bleekaarde goed geroerd worden. De af-metingen van de ketel zijn zodanig, dat de verblijf tijd

30

minuten is •

De suspensie wordt vervolgens doorgepompt naar een Niagarafilter,alwaar ze,na precoating, gefiltree~d wordt.Er

is een Niagarafilter gekozen,omdát deze weinig ruimte inneemt en gemakkelijk hanteerbaar is. In de bleekaarde is het groot-ste gedeelte van de kleurstoffen geadsorbeerd. De hierin achtergebleven olie wordt niet teruggewonnen,omdat deze zo goed als waardeloos is. Hierna wordt de olie voor de tweede maal met bleekaarde behandeld en gefiltree~d. Deze bleekaarde wordt wel teruggewonnen, evenals de geadsorbeerde olie en wel op de volgende manier. De platen worden uit het filter ge-haald en in een ander filter gezet. Hierdoor krijgt men geen oplosmiddel in de o.liel~idingen. . Men p~mpt benzine door het filter,waardoor de ol~e oplost. Het benzine-olie mengsel wordt in een ketel verhit,waardoor de benzine verdampt en de olie achtèrblij-ft,die als tweede soort verkocht wordt. De bleek-aarde wordt van de doeken afgehaald, in een droogkast in vacuum bevrijd van de restjes oplosmiddel en teruggevoerd om als eerste bleekaarde dienst te doen.

Het voordeel van de continue werkwijze is vooral hierin gelegen,dat men minder bleekaarde nodig heeft, terwijl de apparaten veel kleiner kunnen zijn,dan wanneer men in batch werkt •

7·

omdat de verse bleekaarde in contact komt met de meest zui-vere olie en de afgewerkte bleekaarde met de eerste portie. Hierdoor verkrijgt men een constante kwaliteit. De

gebleek-te katoenzaadolie is echgebleek-ter sgebleek-teeds licht-geel gekleurd;deze kleur verdwijnt pas na het hydrogeneren.

De 'olie, die uit de bleekafdeling komt, wordt op-geslagen in tanks, omdat de hydrogenerîng niet continu uit-gevoerd wordt. Er bestaat wel een continue werkwijze, n.l. die van Bolton-Lush(9) ,die de olie stuurt over een vast Ni bed,doch deze methode heeft als bezwaar,dat geen constant product verkregen kan worden.De brekingsindex,als maat die-nend voor de onverzadigdheid,kan dan met ongeveer 0.0030 va-rieren,hetgeen ontoelaatbaar is.Daarom is de Wilbuschewitz methode gevolgd.

De olie wordt aangevoerd uit de opslag,vermengd met O.lgew.% Ni katalysator en in de hydrogeneringsketel

ge-pompt.Nu wordt waterstof toegevoerd,allereerst om de zuurstof te verdrijven,die boven de olie in de .ketel aanwezig is. Vervolgens wordt de watersto!druk opgevoerd tot

3

atm.,waar-na men de olie d.m.v. Dowtherm systeem opwarmt tot 125°C.Men gebruikt Dowtherm- een mengsel van diphenyl en diphenyloxyde in de verhouding 26.5:73.5 (10) en kokend bij 2580C bij 1 atm.-en geatm.-en stoom, omdat dit veel economischer werkt bij hogere temperaturen. De duur van het opwarmen is ongeveer 1 uur.

Bij ongeveer 125°C begint de hydrogeneringsreactie, waardoor de temperatuur geleidelijk oploopt tot 1900C.Gedurende

de hydrogenering wordt het olie-katalysator mengsel rondge-pompt en verstoven boven in de ketel in de waterstofatmosfeer.

intensief contact tot stand tussen gas, 'vloeistof en vaste stof. Na vier tot vijf uur is het juiste joodgetal bereikt

(controle door meting van de brekingsindex;joodgetal en bre-kingsindex zijn nTl. evenredig met elkaar) en laat men de waterstof ontsnappen. De verticale koeler wordt aangezet en de olie een zestal keren rondgepompt,totdat de temperatuur van de olie c.a. 800

e

geworden is. De katalysator wordt in een Niagarafilter verwijderd en teruggevoerd naar de regeneratie, terwijl de olie naar een opslag gepompt wordt. Duur filtratie 1 uur. De totale duur van vullen,hydrogeneren en filtreren is c.a. 8 uur.

Opm. Als katalysator gebruikt men een suspensie van nikkel in olie. De meest actieve katalysator kan als volgt verkregen worden(12) :

Aan:..-. een hete' nikkelsulfaatoplossing voegt men natriumformiaat toe, waardoor men een neerslag van Ni formi-aat krijgt :NiS0

4

+2HOOONa + 2H20 ~ Na2

so

₄

+ (HOOO)2Ni 2aq Het neerslag wordt afgefiltreerd en gedroogd in vacuum~ Men mengt het daarna met olie,verhit snel tot 190oc,waardoor H₂0

en 00

2 ontwijken,en vervolgens langzaam tot 250

0

0 onder H 2 doorvoeren. Hierdoor wordt de olie volledig afgehard. Na afkoe-len tot 10000 wordt het nikkel afgefiltreerd en. de koek ge-suspendeerd in katoenzaadolie. Er wordt zoveel olie toege-voegd,totdat het mengsel 7.5 gew.% Nikkel bevat. De kataly,-sator bereiding geschiedt echter in een andere fabriek. Ontzuren.

Daar bij de hydrogenering steeds spoortjes vrij vetzuur ontstaan, moet deze bewerking steeds gevolgd worden door ontzuren. Dit gesc~iedt op dezelfde wijze,als boven ver-meld.De toegevoerde hoeveelheid loog is hier veel minder en er behoeft geen warmtewisselaar ingeschakeld te worden,daar de olie reeds de vereiste temperatuur heeft. Om nu toch een

9.

voldoend lange contacttijd tussen olie en loog te verkrijgen,

(5 sec )wordt het mengsel door een lange buis g"evoerd. Na cen-trifugeren,wassen met warm water en opnieuw centrifugeren wordt de olie gedroogd en opgeslagen. Ook deze opslag dient weer als buffer voor de volgende bewerking,die niet volledig

continu is.

Elke olie heeft bepaalde reukstoffen,lange keten-aldehyden of ketonen,afbraa~roducten etc.die verwijderd moeten worden. Bovendien ontstaat er na hydrogeneren steeds een ty-pische "hardingsgeur". De verwijdering van de reukstoffen

ge-schiedt in vacuum met oververhitte,ontluchte stoom.Sinds korte tijd voert men dit proces se~i-continu uit(13).

De olie wordt gepompt naar een meettank, die de productie van een 1/2 uur bevatten kan. De olie komt vervol-gens in de eerste van een vijftal boven elkaar geplaatste bak-ken,alwaar ze op l600

c

gebracht wordt. lIter wordt de olie ont-lucht,omdat de bakken in een toren staan,die een vacuum van 6 mm Hg hee.ft.Teneinde de convectie te bevorderen,wordt een. weinig oververhitte stoom t~egevoeg~

Na een half uur komt de olie in de volgende bak,

. " 0

waar een Dowtherm systeem de olie opwarmt tot 230 C.Ook hier wordt een weinig stoom toegevoerd~ Na een half uur wordt de

olie in ~e volgende bak gestort,waar de eigenlijke ontgeuring met "stripping" stoom plaats -vindt". Zoook in de vierde hak.

In de laatste bak tenslo~te wordt de olie gekèeilid tot c.a. 600

c

en komt via een storttank in een laatste filter,waarna de .olie opgeslagen wordt.

De vijf bakken zijn gemaakt van nikkel,zodat geen "staallucht" in de olie kan komen.

Het grote voordeel van deze werkwijze is gele-gen in een grote besparing van de hoeveelheid stoom.. Bij hoge temperatuur en hoog vacuum zijn de vluchtige ~estanddelen ge-makkelijker te verwijderen. Er is nu slechts 4-5 gew. percent

stoom nodig,in vergelijking met 8 percent bij het batch pro-cddé ~ Rekent men de stoom voor de drietrapsstoomejecteur er bij ,dan komt men tot ongeveer 17-18%.

De gehele duur is slechts 2 1/2 uur, terwijl men vroeger 6-8 uur nodig had.

De meegesleurde olie komt in een olievanger,ter-wijl reukproductenjdie tegen de ,stalen wand condenseren, on-der afgevoerd worden.

De olie is nu gereed voor de margarinebereiding.

Er is een schema opgesteld.voor een fabriek, die alleen katoenzaadolie als grondstof gebruikt voor de margarine. De vetten bestaan dan voor 85% uit vet met een smeltpunt van

28

0

0

en voor 15% uit vet met een smeltpunt v~n

42

0

0.(4)

De chemische samenstelling van katoenzaadolfe is ongeveer 25% oliezuur, 25% palmitinezuur en 50% linolzuur. ,,(,14) De olie kan dus gerangschikt worden onder de z.g. halfdrogende. Ontzuren.

Aanvoer ruw product is 3.7 T/hr. Het bevat 0.5% vr1J vetzuur=0.018T/hr. Hiervoor nodig 18/282 kmol 100g=0.064 kmol/hr

(282 is gemiddeld molgewicht,'van het vrije vetzuur).

Benodigde hoeveelheid loog = 0~064X40 = 2.5kg NaOH. Dit is gelijk aa~ 17.5 kg/hr loog van 200Be (= 14.35%)

Toegevoegde hoeveelheid loog is dus 0.0175 T/hr.

Na passeren van de centrifuge wordt dus 0.064 kmol/hr zeep afgevoerd ofwel 0.019 T/hr. -Bovendien verdwijnt er een

hoeveelheid olie,worden de slijmstoffen en~phosphatiden wegge-nomen. Totaal verdwijnt er 0.181 T/hr,bestaande uit 0.164 T

11.

olie, slijmstoffen etc em 0.019 T vetzuurzeep.

Aan olie verdwijnt er 0.037 ~ ofwel 1% van het totaal. Percentage vrij vetzuur was i%,dus "Refining factor is 1/i=2 •

. Over

2~22§~~/hr

olie.

!EE~!~~~~!~~~g2!~g~~_~~J_~~_2g~~~t~gg~

Warmtewisselaar.I.

Olie opwarmen van 20°C tot 27°e,teneinde de vis-cositeit te verminderen en dus een goede menging met loog te verkrijgen. o

Tl

=

20 _{Tstoom= 110} o o T2

=

27· T _condensaat= 110_/ 0

u

=

p=

~= Q,=U x ( T) lm x A

=f

x 100 kcal/hr m2 oe 0.54 kcal/kg 3700 kg/hr A = 0.54

x

7

x

3700 100 x. 85

=

1.65 m 2 2

=

17.8 ft • De aanname dat U=lOO kcal, is gebaseerd op het feit,dat de stroming laminair is' (zie berekening warmtewisselaar aan het einde) ..

Genomen is een W.W. met 4 pijpen en 4 passes; diameter pijpen =

i

n.Buitenoppervlak = 0.22 ft2/ft.

De lengte is dan 17.8 _{= 5 ft ofwel 1.52 m.} 0.22 x

4

x

4

Warmtewisselaar 11.

Zie globale en nauwkeurige berekening op pagina 17 •

B

bundels van 3 meter, elk 4 passes van 4 pijpeh. Lineaire snelheid = 2.26 m/sec. Verblijf tijd van de olie in

-de warmtewisselaar= contacttijd van -de olie met -de loog

=

4

x

3

x

3

=

15 sec. De verblijf tijd dient zo kort te zijn,

2.20

daaf.~nders de sterke loog te veel ~erzeping zou veroorzaken.

We kunnen als contacttijd bij ongeveer 600 de helft van dit be-drag nemen,omdat de olie in de W.W. van 250 tot 600 opgewarmd

wordt. Wastank.

Duur wassen! hr. De tank bevat de productie van 1 hr, d.i. 3700 kg of 4000 1. Hoeveelheid toegevoegd water = 10% of 400 1. Totaal volume 4400 1.

Doorsnede tank= 1 m. Opp is dan

t

i

2rr= 78.5 dm2• Hoogte tank is dus 4400/ 78.5 = 2.8 m.

Gekozen is 3 m, immers de olie moet nog boven in de ketel versproeid worden.

Duur van het vullen is 1 hr, van het wassen

i

hr, van het leegpompen 1 hr. Totale duur dus 2!'hr; er staan dus

drie wastanks parallel. Blekell..

-Aanvoer 3.5365 T/hr •. Na wassen is er verdwenen 0.0215 T

xaxàwRHRN

,zodat de stofstroom 3.515 T/hr bedraagt. Eerste maal

i.

gew.% bleekaarde toegevoegd= 0.018 T/hr. Bij filtratie verdwijnt er 0.005 T olie + verontreinigingen. Dit wordt niet .. teruggewonnen, omdat dit niet rendabel is.

Tweede maal eveneens

i

gew. % bleekaarde toegevoegd'~: Hierbij verdwijnt 0.004 T olie,die ·in het regeneratie-systeem wordt

teruggewonnen.

To~ale verliezen dus 0.009 T/hr

Over 3.506' T/hr. De.ze wordt opgeslagen in tanks.

!EE~~~~~~~_~!~_~~_~!~~~!~~~~!!~~!~~

Bleekketel.

Duur bleken is 30 minuten. De dimensies moeten dus zodanig zijn,dat· in elk van de ketels de verblijf tijd 15 min is ,immers

Doorsnede te van de

er staan er twee achter elkaar. Stofstroom is 4000 I/hr. Per

t

hr is 1 m. Oppervlak doorsnede is dan ketel bedraagt ·dan 1000/78.5 = 1.,3

dus 1000 1.

2

78.5 dm • De hoog-m. Gekozen is 1.5 m Er wordt intensief geroerd om kortsluiting te voorkomen.

I .

Filter. Niagara 72

Volume per uur te filtreren olie is 3700/0.9 is 3900 liter ofwel 66 I/min. Diameter tank is 0.45 m.

Volume koekruimte is 68 1. Aantal platen is 7.

Er wordt 18 kg bleekaarde per uur afgefiltreerd, ofwel 18/0.6 = 30 1 per uur of

i

1. per min. Duur filtratie -capaciteit van het filter is dus 68/i= 136 min. Na twee uur is dus het filter vol. Dan wordt de andere ketel ingeschakeldQ

Verlilles aan olie is 0.005 T/hr • Afvoer 3.506 Tthr.

f!l~r~~~~~!~~!._

De olie wordt opgeslagen in een tank,van waaruit de olie opgepompt wordt naa~ de hydrogeneringsketels.

Totale duur van het harden is 8 uur,n.l. 1 uur voor het vullen, 4-5 uur voor het harden,l uur koelen en 1 uur weg-pompen. In 8 uur i~ in de opslag 28.048 T gekomen. 24 Ton hiervan worden 'gehydrogeneerd tot een m.p. van 280-0 en 4.048T

. 0

tot' een m.p. van 42 C. Deze twee soorten olie worden later ver-mengd v~or de eigenlijke margarinebereiding.

24 Ton olie worden gehydrogeneerd in porties van 6 Ton. Er staan dus vier grote ketels parallel.

6 Ton olie worden vermengd met 0.006 T katalysator in 0.080 T olie. Na filtreren blijft achter 0.008 T,bestaande uit 0.006 T ~atalysator en 0.002 T olie.Door de

waterstof-opname neemt het gewicht toe.Dit is als volgt te bereke~en.(15) Begin Joodgetal is 108. Joodgetal van katoenzaadolie met m.p. van 2806 is 68. Daling dus 40 eenhedén. Voor daling van 1 een-heid is per 1000 lb olie nodig 15 cf H2 ,ofwel 15' 10-.3x5 • 2 lb H2• Voor 40 eenheden is derhalve nodig 40 x 15 10-.3X5 • 2 =.3.1 lb H₂ - per 1000 lb olie. Dit is 0.3 gew.

%

(16). Winnacker-Weingaertner

(12) geven voor het H₂ verbruik op 29m

3

!T olie,hetgeenook overeenkomt met 0 • .3 gew.% waterstof. Voor 6 Ton olie is dus

0.018 Ton waterstof nodig. Stel een geringe overmaat,omdat de waterstof nooit geheel zuiver is. We nemen 0.020 Ton H

2• Afvoer olie: 6.000 + 0.080 + 0.018 - 0.002 =

6.096 Ton.

Zo zijn er vier porties,tesamen opbrengend 24.384 T. Na opslag in tanks kan dus 24.384/8 = 3.048 Ton/hr verwerkt

wordelJ.. Hydrogeneringsketel.

o

Tl l' = _{o 1.e} b5

c

₀ T2 olie= 125 C ,Gemiddeld temperatuursverschil

Opwarmingstijd 1 hr. Opgenomen hoeveelheid warmte is gelijk aan 6000 x 0.54 x (125 - 65) = 195.000 kcal.

U = 200 kcal/ hr m2 °c ( turbulente stroming aangenomen), 195.000 b' 2

A = 1~5 x 200 = ·3 m •

De benodigde hoeveelheid Dowtherm is 195.000/ 100 x 0.5 =

3900 kg/hr ofwel 1.08 kg/sec. Soort. warmte bedraagt 0.5 k~al/kg.

Als doorsnede van de ketel nemen wij 1.5 m • Opp. i's dan 177 dm2 • Daar de inhoud 6000/0.9 = 6700' 1 minstens moet zijn; wordt de hoogte dus 6700/177= 37.5 dm= 3.75 m.

De olie wordt boven in de ketel versproeid,waarvoor een hoog-te van 1.25 m is genomen. Totale hooghoog-te van de kehoog-tel is 5 m.

Verwarmend

oppe~Vlak

moet zijn 6.3 m2 (zie boven). Er wordt een over de helft doorgesneden 2~" pijp om de ketel gewikkeld. Daar de doorsnede hiervan 5 10-2 m is, wordt de lengte' van deze pijp dus 6.3/:;' 10-2=126 m. Aant,al wikkelingen bedraagt 126/3.14 x 1.5 = 27. Deze rè~ken tot 27 x 0.05= 1.3 m hoog.

Door het exotherme karakter van de reactie stijgt de olietemparatuur en wel 1.boC per daling van 1 eenheid in

het J.G.(17). De totale stijging wordt dus 40 x 1.6=64°C,waarbij

' 0

-de olie temp. dus zal zijn 190

e,

hetgeen de vereiste hydro-generingstemperatuur is.

15.

Na ~ydrogeneren wordt

o de olie d.m.v. de verticale

koeler gekoeld tot 80 C. T =1900 T = 200 1 1 water o 6' 0 T2 = 80 T2 _{wa er} t = 0 . 2 u= 200 kcal/hr m

°C.

A Tl =600 A T2 =1.300

Af tOe voeren warmte is 110

x

.0.54

x

6000= A

x

200

x

7.3

2 2

A= 25 m = 270 ft •

Dimensie pijp in koeler

5/811/.f1i".

Buitenopp= 0.163 ft2/ ;Ct. Bij snelheid van I ft/Ba~ gaat er 400 1 door deze pijp.per hr. We geven de olie een snelheid van 1 m/sec,zodat er ongeveer

1200/hr doorheengaan en pompen dan 6 keer rond in een uur ,zodat we minstens 5 pijpen nodig hebben(elke pijp heeft een

capa-citeit van 1200 l/hr).

Lengte koeler = 270/0.1b.3= lb50 ft. We nemen een drie pass

W.W.

met 10 pijpen, zodat de lengte wordt 1650/.30= 55 ft of16.5 m. Daar we zes keer rondpompen,kan de koeler zes maal zo klein zijn. Lengte koeler is derhalve 2.8 m.

Filterpers. Niagara type

In een uur wordt de katalysator gefiltreerd. Dan is er 6700 1 mengsel door de filter heengegaan, 60 1 kataiysator bevattend.

Dimensie filter: diameter= 0.6 m hoogte 1.45 m aantal platen 8 koekruimte 165 1

Na 165/60= 2i hr is het filter verstopt. Elke portie wordt in een uur gefiltreerd,zodat na twee porties van 6 Ton de filter schoon gemaakt dient te worden.

Ontzuren.

Gaat op precies dezelfde wijze,als eerder beschre-ven. Invoer is .3.048 T/hr.

I • I

Door hydrogeneren 'is 0.2% vrij vetzuur ontstaan. Hiervoor nodig 0.007 T/hr loog van 200Bé. In de soapstock verdwijnt met de zeep tevens 0.004 T olie. Totale

verlie-zen zijn dus 0.010 T jhr. Refining factor =4/6 = 0.7 Afvoer 3.038 T/hr.

!EE~~~!~~~~È~g~~~~~_È!á_~~_~~~~~~!~6~

Deze is precies dezelfde als boven beschreven. Daar nu echter geen warmtewisselaar ingeschakeld wordt om de olie op te warmen-de olie heeft reeds de vereiste

temparatuur-stuurt men de olie door een leiding om toch dezelfde contact-tijd tussen olie en loog te verkrijgen •.

Stel lineaire snelheid= 2 m/sec. Daar de verblijf-tijd

5

sec moet bedragen en de verblijf tijd in de menger al 1 sec is,maakt men de leiding 8 m lang.

~~ê2~~~~ê~~~~_~f_~~~~~~~~~~-Invoer 3.038 T/hr.

Verlies aan vluchtige bestanddelen is 0.008T/hr Over 3.030 T/hr gezuiverde olie

!EE~~~!~~~~è~g2~~g~~_è!1_~~_2~~~~~!~6ê!gê!~~~~~!~~ Meettank bevat toevoer van

i

hr= 2000 1 Diameter= 1.11 m Hoogte = 2000 - 2.10 m

!

3.14 1.112 -Desodorisator.

Bevat vijf boven elkaar geplaatste nikkelen bakken, die elk de productie van een half uur ,bevatten,dus 2000 1 ' Diameter bakje is 1.6 m .Hoogte bakje is 2000 2 = 1 m.

~ 3.14 1.6 De,totale afmetingen van de desodorisator wDrden dan

5

x 1

=

1 = 6 m hoog,

2.0 m is de diameter.

I·

17.

Het filterpersje,dat na het ontgeuren gebruikt wordt om eventuele verontreinigingen af te filtreren,wordt

gedurende de gehele productie-week gebruikt. Type Seitz-filter.

Hoogte

q.'l5m

DiameterO.5 m

!~~~l:~_!2~!~!!~.:.

Invoer 120 werkuren à 3.700m = 444 Ton

Opbrengst gezuiverde olie met m.p. van 280 : 120 x 3.030 = 363.6 Ton

Opbrengst olie met m.p. van 420 = 54.9 Ton Totale opbrengst is 418.5 ~on

Vèrlies is 444-418.5=25.5 Ton = 5.75%. ~~!~~~~!~~_!~!~~~!!êê~±~~!_!!~ 0 6 0 Gegevens: T l = 25 ; T2= 0 Tstoom= Twater= ~10 o ~condensatie= 532 kcal/kg Diameter pijp* D.= i"= 1.27

J. Du=5/8 "=1.59 S.W. olie= 0.4~ kcal/kg oe S.W. 100g= 0.8 kcal/kg oe ( T)lm= 6 _{Tl -6T2} Ln .6. Tl 6T₂

Gemidd. Temp olie is 25 + 60 = 42 oe / 0 2 cp 42= 0.48 kcal kg e

=

85 - 50 ~ In 50 o

I

"0

("1"001'1) "

J?

42=.0.9 0 kg/liter= 900 kg/m3

~

42= 25 cp= 25 10-3 kg/m sec

~116=

4-7 cp= 4.7 10-3 kg/m sec . / 0 / /0

Aolie= ~.08 B.T.U. hr.sqft. F ft = 0.0335 cal e sec m. Stel. stroming laminair.

De U

i~

'dan 10-30 B.T.U./hr.sqft.oF. Neem aan 20 B.T.U/hr,sqft oF Dit is 20 x 4.88= 100 kca1/hr oe

m2~181.

~!~~~!~_~~~~!~~!~~l

Hoeveelheid toe te voeren warmte= 3700 x 35 x 0.48

+

-17.5 x 0.8 x .35 = 62.700 kcal/hr = A x U x (ÁT)l x Y. (19) .

. 2 ' 2 m

A= 62700 = 9.5 m = 102 ft • 66 x 100

Y

is de correctieterm voor het omdraaien van de stroomrichting. Deze is hier steeds l,omdat stoom en water dezelfde temperatuur hebben.

Bu1tenoppervlak van de pijpen is 0.22ft2/ft. De lengte van de pijpen bedraagt dus 102/0.22= 464 ft = 141 m

We nemen 4 pijpen en ·-.4 passes. De lengte van de W.W. wordt dan 141/16= 8.9 m. Neem .3

W.W.

achter elkaar van elk .3 m.

ê~~!g~!~_Y~_~~~~~~~~~~~~_~~_E~~2!~~~~È~!~

-4

Oppervlak doorsnede van 1 pijp is ix 3.14 x Di2=

'Ï

x 3.14 xl.272!!0 Er staan 4 pijpen naast elkaar,dus opp=.3.l4 x 1.272x 10-4m2•

Doorgestroomd volume is .3700/0.9 + 17.5= 4120 1/hr=4120 10-.3m.3/hr • De lineaire snelheid van het olie-loog mengsel wordt derhalve

4120 10-3

~.14Xl.272xlO-4x3600=

2.26 m/sec.

Re = v

DiP

= 2.26 x 1.27 10-2 x 900 = 10.3'0. De aanname,dat

r1t, . 25 19-.3

de stroming laminair is, is dus gerechtvaardigd.

We kunnen du~ aannemen,dat U= 100 kcal/hr oe m (18).

~~B2~!6~~_g2~~~~!~~!~_~~22~~_

Toe te voeren warmte is 62700 kcal/hr Condensatie warmte stoom is 532 kcal/kg Er is nodig 62700/5.32 = 118 kg stoom/hr.

~~~!~~~~!~~_~~~~~~~~g6_~~g_~~_~~~~!~_~Y~~~E~2g~~2~~!!!2!~g~~

Voor laminaire stroming g~ldt:

TI.i 1/3 L ~~ 0.14

Nu= 1.86 (pé L~

·

t lÏl,. , (20)

, .W

Allè grootheden gelden bij de gemiddelde olie temperatuur.

~

=m I'

v~

de wandtemperatuur = 1100C(Warmteval over staal

"'I' '(..0 1.e

19. Nu = Di 0( _{Pe = v Di = Di v ep}

f

_{L= 35 m.}

-?\

a Î\

-~r/3

0.14 [ 2

[~J

Nu = 1.s6 2.26 x 1.27 xo:tS x 900 x 10 .35 x .3.3.5 10 • 4.7: = 12.0.3

_1 = .31.7 10-.3 kcal/m2 secoe = 114 kcal/hr m2 oe

'QOlie-wand 20

De warmteweerstand is de reciproke waarde hiervan dus

1/11~ ~~1

e Voor staal is de warmtegeleidbaarheid (\= 26. BTU/hr.sqft.oFtft

. .3S.7 kcal/hr ~- oe We corrigeren voor het uitwendig oppervlak door I\met Di/Du te vermenigvuldigen.

A

= ~ x .3S.7 = .31.0 kcal/m hr oe.

Warmteweerstand = d/À

~ ~/S

x 2.54 10-2 = 1.02 10-4 m2 hr oe

.31.0 kcal

Tenslotte de warmteoverdrachtsco~fficient stoom-wand:

_I [ 2

rol

1/.3

'"\ = 1.lS

p.

g:~ .3

W

14 Du

"J

{,20,21)

Alle eenheden moe'ten uitgedrukt worden in Engelse eenheden. Du= 5/S"= 5/Sx12 ft= 0.052 ft.

g =4.1S lOS ft/ hr2

W = lIS kg stoom per uur = 260 lb/hr

;0

= 1000 kg/m.3= 1000/16.02= 62.5 lb/cft \lÖ 0·.394 BTU/hr ft oF ~11Ö 0.256 cp = 0.62 lb/ft hr ~

0(

= 1.lS [62.52X4.lS 10Sx.3.l4 x 5.2 10-2x .39.4.3 10-6 1/.3 . 0.62 x 260

~

= 547 BTU/oF hr ft2= 26S9 kcal/hr m2 oe . De totale warmteweerstand is de

der afzonderlijke weerstanden: 1 '= 1 + 1. + d

U 0(1 0\2

À

som van de reciproke waarden

= .3.7: 10-4:1: 1.02 10-

4

+ S7. 7 10-4

=

9

2 .• 4,10-

4

m2 hr oe kcal

i

Met behulp van deze waarden berekenen we de lengte van de warmtewisselaar opnie~w,want deze is met de iets grotere waarde van de overdrachtsco~fficient iets kleiner.

A= 62700/108 x 66= 8.8 m2• "

Totale lengte is derhalve 8.8~ 8 9 8 25 9.5"'" • m = • m Dus drie stuks achter elkaar van elk g~12~.

Tenslotte gaan we na,of de overdrachtscoëfficient af~ankelijk

is van de temperatuur,want de olie stijgt 35°C in temperatuur. We bepalen de U bij" 25°C en bij 60°C.

Bij 25°C

A

=

33.b

10-6 kcal/m hr oe

f

= 9 10 kg/m'3

'\ = 37 cp = 37 10-3 kg/m sec Toepassen van de formule geeft

0(

~~

= 1,86 [2.26 x 1.272xl0-4x 0.48 x 91Qll/121J 0.14 1\

10-~~"

35 x 33.6 10-

6

J

~.~

~

="33.7 kcal/Oe m2 sec =

_!g!_~~~!Lg!_~:_~c

Bij 60°C

f'

= 890 kg/m3

~

= '3'3.4

lO~

kcal/m hr oe

~

= 15 cp = 15 10-3 kgf m sec

O(~i

=

1.86

[2.26

x

i.21

2

1.0-4

X

0:~8

x

89011./

3

[~J

0.14 . '35 x '33.4 10

"J

4.7

~

= 29.4 10-3 kcal/sec m2 oe

=

106 kcal/hr m2 oe

Met de gemiddeldé temperatuur vonden we

een"~van

114 kcal/hr m2 oe Het gemiddelde van deze waarden is 121 + 106 113.5

. 2

Daar de andere warmteweerstanden dezelfde blijven, zal de U ook niet veel afhangen van de temperatuur,zodat de de formule

=~T2Ul _-AT1U2

ln A T2 UI AT_{I U2}

•

21.

, ,

We hebben de lengten ,van elk der drie W.W.uitge-rekend door de totale lengte te delen door drie en vonden voor elk een lengte van 2.75 m. Nu zullen we trachten elk afzon-derlijk uit te rekenen. We nemen hierbij aan,dat de temp line-air stijgt met de lengte van de W.W.

Tl = 250

~Tl

= 8 5 ° U ï r ) l m = 78.50 T2= ,360

6.

T 2= 740 W.W.I T₂= ,360 ~ T 2= 740 T,3= 480

~

T,3= 620

T~=

480 b,T,3= 620 T₄= 600 ~T4= 500 W.W.II W.W.III

De hoeveelheid toegevoerde warmte per W.W. is drie maal zo klein, dus 62700/,3

=

20900 kcallhr

De hoeveelheid stoom is derhalve eveneens het derde gedeelte; n.l. 87 lblhr

Q( stoom-wand =

"'\J';

zo 'groot (zie formule, waarin de hoeveelheid gecondenseerde stoom W in de noemer voorkomt), dus 1.44 xzo groot.

Per W.W. is dus 1.44 x 2680= ,3860 kcall'hr m2 °c 0{ stoom-wand

De weerstand wordt dus 1/,3860= 2.6 10-4 hr m2

oei

kcal De weerstand van de pijp is 1.0210-4 hr

m~

°C; kcal 3.6 10-4 hr m

oei

kcal.

Nu de weerstand van de olie-wand uit rekenen voor elk van de drie gevallen. Neem aan,dat de ~ lineair verloopt tussen de waarden 106 en 121 kcal/hr m2 °C. I

Ir

0( 1/0( 1'_ /U A' 108 92.7 96.,310-4 ' 20900 10,3x78·5

u

10,3 L 2.62 m2 2.44 m 114 91.,3 10-4 2.81 m2 110 2.62 m III 119 87.7 10-4 ,3.28 m2 114 ,3.06 m Totale lengte 8.12 m

l

~~~~~~~!~~_~~E_~~~E~~f~~_~l~~~!~g~

T

=

Temperatuur in °c

A

=

Verwarmend of afkoelend oppervlak in m2

U

=

Totale warmte overdrachtscoëfficient in kcal/hr m2 06 ~.

=

Partieele warmteoverdrachtsco~fficient.

f

=

Dichtheid in kgf m3

~

=

Warmtegeleidbaarheid in kcal/hr m °C' Di = Inwendige diameter p'ij p in m

Du

=

Uitwendige diameter pijp in m L

=

Lengte pijp in m

~

=

Viscositeit in kg/m sec

Cp

=

Soortelijke warmte in kcal/kg °c

g

=

Versnelling van' de zwaartekracht in m/sec2 v

=

Lineaire snelheid in m/sec

d = Dikte van de pijp in m

W

=

Hoeveelheid gecondenseerde stoom in kg/hr

~

=

stof transport ,uitgedrukt in l/hr

Q.

=

Hoeveelheid warmte in kca1/hr Litteratuur.

I:-li:Ä:-Ëöëkenoogen, De scheikunde der oliën en vetten(1948) 305. 2. Margarine Reclameboekje van de Unilever Ltd.

3.

R.E. Kirk D.F.Othmer Encyclopedia of Chemical Technology Deel 8 800.

4. A.J.C. Andersen Margarine (1954) 56.

5. H.I.Waterman Hydrogenation of fat~y oils (1950) 66 ev.

6.

A.J.C. Andersen Refining of oils and'fats for edible

pur-pos~s (1953) 37 ev.

7.

H.P.Kaufmann Fette und Seifen

4I

294 (1940). 8. A.J.C. Andersen Refining etc. (1953) 90 ev.

9. R,E,.Bolton E.J.Lush Journal ~oc. Chem Ind. ~ 219T (1923). 10.A.E.Bailey Industrial oil and fat products (1945) 540.

11. O.S. Wurster Ind. Eng.Chem.

2S

1193 (1940).

12. Winnacker-Weingaertner Chemische Technologie (1954) Organische Technologie Ir 913. 13. A.J.C. Andersen Refining etc. 159 ev.

14. E.W. Eckey Vegetable oils and fats (1954) 650. 15. A.Arneil Chemistry and Industry t1950) 3. 16. Barmag Oil Hardening Plant.

17. J.P. Hughes J.A.O.C.S.2.Q. 506

t·1953).

18. J.H. Perry . Chemica1 Engeneers Handbook. 19. G.G. Brown Unit Operations (1950) 435. 20. ibid 449.

21. W.H.McAdams Heat Transmission (1942) 269.