Verslag bij fabrieksschema maleïnezuur-anhydride: 2e deel

20 deel

àoor: M.G.L.Bouts (10 deel: J.W.M.Steemen)

I

VERSLAG ')ehore'YJde bij

Fabrieksschema yoor bereiding van 1lrALE!l\-rzZUUR-A l-TH"'TIR IDE

20 deel

door: l.K .G. L. ~oUt9 (10 deel J.~.M.8t€eman)

INHOUD pg. Hoofdstuk I Grondstoffen voor de bereiding van

maleinezuur-anhydride 2

Hoofdstuk II Keuze \fan het te volgen proces 3 !-roofd stuk III De kats.J_ytische oxidatie van "1enzeen

tot maleinezuur-anhydride 4 ~ 1 • § _2.

§ 3.

§ 4. § _5. §

_6.

Inlei1ing Over de katalysator Over de reactie-temperatuur

Over de verhouding ~enzeen:Zuurs~of

Over de reactie-tijd Over het rendement

4 4 4 5 5

5

Hoofdstuk IV ~eBchriping van apparatuur en w~ze van uitvoering 5

§ 1. Reactor en koeling

5

§ 2. ~fscheià.ing van m8leinezllur-anhydr. uit het reactie-mengsel 7

§ 3. ~uivering van het product 10 § 4. Me.terüüen voor de apparatuur 11

Hoofdstuk V SchemR van het proceF 12

Hoofdstuk VI ~erekeningen 1'3

§ 1. Capaciteit VRn de fa~riek 13 § ? Materiae.l-be.lans Yen de reactor 13 §

3.

Warmte-balans van reactor en koelers 14 § 4. Matsl'iaal-en warmte-balans van:

Condensor-kriste.llisator-centrifuge

en deh~rdrator17

§

5.

Aanvullende 0erekeningen 22 a.Kristallisator

b~Centrifuge

c.Zwavelzuur-soda-b6hanèeli~g

d .Destil19.tie ven maleinezuur-anh. Hoofdstuk VII ~~zonder Onderwerp

~erekening van een warmte-wisselaar

25

§ 1. "1ens0.erre ber€kening van de e,

f-metingen 25 § 2. Bet ?e-get,.,l voor de gaszijde 26

§ 3.

Het Re-getal voor de vloeistofz~de 27 § 4. "1ere1r:ening ~T8n de "Overall-coëff." 28

§ 5. Controle 33

Li tteratuurl"cjst

-

2:-Hoofdstuk Ir Grol'lOstoffen voor de bereid.ing van mele!nezuur-anhydride.

De Industriële hereiding van malelnezuur-anhydride ( in het ver-volg af te korten a.ls m.a.) of ve.n maleIne-zuur ( af te korten

als m.z. " vindt pre.ctisch uitsluitend ple.atd door oxidátie van deartoe geschikte verbindingen. Een uitzondering hiero·p vormt de bereining door dehydratAtie van melkzuur volgens':,

H ,OH ~ ,UH H 0-

C -

c.

-= 0

c. -

c.. = '"' , - H 2.()~ II H-C-C.=6 C,.-c=û I "~H . H v H 'OH

Deze methoc1e vindt echter voor'l1..snog in de techniek geen toe-pe.8sing.

In oe wijze van oxioeren zou men drie hoofd-groepen kunnen onöersr.heiöen, t.w.: ~ Oxiöatie in vloeistoffase b.v. met

chloorzuur.

2e. Electrolytische oxide.tie.

3e. KatJ:!.lytische oxioAtie in danrpphase, met zuurstof ( lucht).

LRatstgenoemne methode is ongetwijfeln de bel~ngrijkste.

Als uitgRngsproducten voor de m.9.-bereiding kunnen worden ge-noemd:

Ie Naphtaleen. Door ke.talytische oxidatie wint men hieruit phtaalzuur-anhydride, waarbij echter m.a. als bijproduct kan wO'rden afgescheiden ( li tt.1 f. "3 )

2e.Butenen en Butadiëen. Door Kat. oxidatie van butenen (zowel -1 els -2)'en van but~diëen met vanadium-kat. en lucht kan m.a. worden verkregen met een rendement VAn 25% ( litt. 2) 3e Furfural. Dit kRn Rls grondstof voor kRtR.lytische zowel elS'

electrolvtische oxin~tie oienen ( litt.4.) De OyiöAtie vinnt plAAts volgens: o~

H-C -C-H H·C.-C/:ü

1\ \(

+

.Lj ü ~ (I

+

C ()2.

c.,

C,-c.-::.() H-C-C=-()

0/ 'H '"OH

4e.CrotonFl.1ne'llyde. VerschilJenne pAtenten zijn gewijd aen de oxinQ+'1e van croton~lnehY0e tot m.a. ( litt. 13-14-43)

~ Barnsteenzuur. Door ka.t. oxidatie met lucht ontstaat h:ie ruit

m.~ .• ( litt. 8)

6e. Tolueen ( litt.9)

7e. Biphenyl ( litt. 10)

Se Halogeen-aliphaten ( li tt. 11)

geOlie-zuur ( litt. 12)

Uit al deze

grondstof--fen o'ntstaat door kata-lytische oxidatie met lucht het m.a.

ICeVetzuren in het algemeen (litt.13)

'IeBenzeen.Dit is op het ogenblik voor de m.e.-bereiding de meest gebruikte gronnstof'. De oxida.tie tot m. ~ .• verloopt

(:) 11 H-c. -

c.,

+

.liJ?

_{Ó 2 ---+} \I U

+

2.

H

2. Ó 1-

C

°

2 -H-C-'-/

"

volgens

u

Hoofdstuk

II.

-

3

-De eer ste 'OUbl icptie over de kRtAl"tische oxidatie werd ge-geven door Walter ( litt.14). Ook~de electrolyt~che oxidatie VA,n ben?een worC't in ~~ literAtuur beschreven ( litt .15).

Hoewel ne pub1icAtie VAn Wplter al VRn ]8q~ de,teert kwam de noor hem ~A,ngegeven werkwijze "!"AS tot technische ontwikkeling

noor het werk VAn Weiss en Downs ( litt.

16 tlm

24). Sinds-nien komt men nog slechts pAtent-literatuur tegen die voor-namelijk betrekking heeft op verbeteringen in de uitvoering van het proéédé.

Hoofd ~tu"

TI

Keuze van het te volgen proces; in het bijzonder de gronlstof. De uiteindelijke fActor die öe keuze bepaalt is een

economi-sche. Het zou dus voor een reëele beoordeling nodig zijn te kennen ~ De kostprijs van de diverse grondstoffen.

2e.

De

benoëligële investering voor het verwerken VAn die grondstof. Ten ~Anzien VAn de wij ze "'an verwerking is de keuz-e niet

moeilijk, aangezien:a) een electrolytische werkwijze in ons lanf' met zijn betrekkelijk nure electriciteit niet in

eanmer-king komt en b) ne kp.t~lytische oxidatie in gas-fase zeer 0uineJ i jke voordelen heeft bOVEn het werken in vloeistof-fe-se. Als nanelen VAn de l~Atste kunnen worden genoemd, dat we moeten werken met zeer A~ressieve vloeistoffen, dat het pr oces thermisch moeilijker in de hAnd te houden is, dat we duurdere

chemicaliën noèig hebben en tenslotte, dat het moeilijker is het proces continu uit te voeren.

Aangezien voor kat.oxidatie de benodigde apparatuur practisch onafha,nkelijk is van de grondstof, wordt dus onze keuze voor-nameli jk bepaald door de kostprijs van het uitgangsproduct. UitgAande vt,ln de lijst van grondstoffen die wij in het

voor-gaande opstelnen kAn nu het volgende worden opgemerkt. ad I.De winning VAn m.z. als bijnro~uct van de

phtaelzuur-fA,br:i cRge k~n een lJelangrijke bron zijn, d ie ook econo-misch iB te exnloiteren. AAngezien wij echter de opdracht

hRn~en m.z. te berei~en en niet nhtaAlzuur heb~en wij ven deze metho~e qfgezien.

An 2.Hoewel ae opbreng8t bij de butsen-oxidAtie betrekkelijk

gerin~ is en een ëuur opwerksvst€em dAarVRn het gevolg is, k~n nit nroces wellicht worden toege~Ast wanneer de netroleum-industrie een overschot aan butenen zeer goed-koop zou leveren. Voore.lsnog is dat echter da,nk zij de fabricage V8,n kunstrubber, iso-octaa,n e.d. nog niet het geval.

ad 3 t/m 11 kB.n men vaststellen, de.t deze producten te duur zijn in vergelijking met Benzeen. Bovendien heeft ben-zeen het voordeel, dat het in voldoende quantiteit door de Nederlandse industrie kAn worden gel~erd, zodat wij niet e.fhRnkelijk behoeven te zijn VRn imnort. Wij kozen dan ook Benzeen als grondstof voor àe bereiding van het malelne-zu.ur-anhydride.

Hoofdstuk 111.

-4-HOOtcl~tuK 111

De katalytische oxidatie van Benzeen tot Malelnezuur-anhydride

~ 1. Inleiding.

Naar men veronoerstelt verloont de reactie volgens:

Cl Û 11 H 1\ OH / " -

/,

_{Y2 ö~}

/".

_"302

_c-c:.,

l I

+

02. ~ _{\ \} ---.>

_\

_I

> 11 () , / _{' /}

,/

( T lit." J C -

c:./

(+ H2 Ó +- 2. C01 ) OH 11 H 11 0

"

Uit (Ie ',eTschi1.1en~e tus~ennro(lucten kA.n oan ook door oxidatie m.~. wor~en verkregen.

De bij deze reactie ontwP-keJ.oe warmte per g.mol. is zeer groot.

Wanneer de gehele oxidetie verliep volgens bovenstAande reac-tie-vergelijking, de.n zou de ontwikkel de warmte zijn:

10.500 B.t.u./lb~ • In feite wordt ook nog een deel volledig verbre.nd tot 002 en H20f.zodat de gemiddelde verbrandingàwarm-te ongeveer 13.000 B.t.u./lb~. bedraagt. ( Dit is 3 à. 4 maal zoveel als bij de S02-oxidatie.'

Een bel~ngrijk deel van de moeilijkheden die men in de lite-ratuur besproken vindt is d~.n ook gelegen in het probleem van de warmte-Afvoer. ( Bij het bespreken van de reactor zullen wij de gelf):senheid hebben hieron terug te komen).

Verder vindt men veel n~tent-liter8tuur gewijd a.en senenstel-ling en bereiring ven de katalysator. Tenslotte worden ve-lerlei details;,zoals d,hydratering VAn m.z. tot m.a. en zui -verin~ VAn het ruwe m.A. besnroken.

~ 2. Over oe kAtplvsator.

Practisch Alle vermeJde kAtelys~toren beVAtten V₂0

5 als be-lAngrijk bestanddeel. Een volgens pa.tentschriften

U.S.P. 2.2~4.l30 en U.S.P. 2.415.531 zeer succesrijke kat. bevat

"

205

en Mo0

3 in de verhouding 3: 1, waaraan eventueel nog wat P205 als promotor wordt toegevoegd ( 0,03 dl).

DAarnA.A.st worden vele andere elementen uit het periodiek systeem genoemd als promotoren. De metAal-oxiden worden veelal neerges'.8gen OT-> een inerte drager zoals kwarts,

korundum, puimsteen etc •• Zelfs Al. krullen worden als dra-ger A-anbevolen ( litt.5) hoewel men zich kan afvragen wat er vqn Al overl)J.ijft in een zuurstof-stroom bij hoge tempe-rAtuur.

YoO'r ons fAbrieksschemA. kozen wij een kat. VB.n bovengenoemde sAmenstelling, ous V20lj : MoO~ _{:- P205} -= '3 :- 1 : 0,03.

§

~. Over de reactie-temupratuur.

Over de temuerAtuur waarbij de kAt. het meest actief zou zijn lopen ook de PRtenten noga.l ui teen, maRl' samenvetten(! kan men wel conc'_-g0eren tot wat ook Groggins opgeeft (litt.27) dat bij circa 300 C de kat. zijn activiteit aegint, om er-!Bns tussen 4000 en 50000 zijn maximele

b~uikbaBrheid

te bezitten. Voor ons ontwerp heb ben wij een reacto:r-temp. van

475

0 0 aangenomen.

-

.,-

-~ 4. Over de verhouàing Benzeen/ Z~r8tof.

Als zuurstof-bron wor~t steens lucht ge~ruikt. Het heeft geen zin het zU1.lrstof-nercentAge kunstmp_tig te \e:'hogen, B. a.n-gezien juist het nanwezige inert-gA.s meewerkt ~.18 warmte-buffer. Verlaging van het parc. O? daarentegen wordt wèl

toe~epAst, men voegt dan stoom toe, om daardoor dus de warm-te-'lcepaciteit van het gAs-mffgsel te verhogen ( Litt. 5 en

18.) Om dezelfde reden kiest men ook de molecule.ire ver-houding Benzeen/Lucht zeer klein. Als gemiddelde van de in de natenten genoemne wAfI_rden hebben wij gekozen 1 gmol. "-3en-zeen op 100 g.mol. Lucht. Ten Aanzien van ~e toevoeging van stoom kAn worden ongemerkt, dAt uerce~p,es vab

°

tot 6~

worden genoemr. Wij wensten geen stoo~oeging te ~bruiken

\

om de volgende reöenen: Ie. AanwelJ'igheid VA.n stoom maakt het

reAc~ie-mengs€1 corrosiever, voorel in ne gAs-koelers.

2e. Het is nan onmogelijk direct m.e_.

te l)ereiàen dAAr nit bij Rfkoeling onmindellijk reageert met het AAnwezige WAter, w~Ardoor me n dus genoodzBB_kt is, het ontstane m.z. AchterAf te g~an dehydrateren.

11:

rec.u~er.ot\E} •

~e. De warmte-8A~A9*t&*t 1S veel

geringer~

§

5.

Over de reactie-tijd.

Over de te kiezen reactie-tijd lopen de patenten niet ~r

uiteen, al wordt deze natuurlijk bepaald door aard en toest a.ni van

Als

§

ne gekozen kA_taJysAtor; de temperetuur van de reactor een gemid~elne w8~rde hebben w~ 0,5 sec. gekozen.

n.

Het rendement.

De in de pp.tenten vermelde renrementen lopen uiteen van 55

,) .y tot 75%. Wij nAmen voor onze kAtalYSAtor een rem ement aan etc.

~

t

VAn

70%.

~

\l\~" , .\ / 7~ VAn het benzeen worrt nan dus tot mFllelne r )eolitideerd.

~

\t~'V"

'3~

wordt volledig

verhu~nd

tot 002 en H

20. Hoofdstuk IV

Hoofdstuk IV. Beschrijving VAn de ap-oR_ratuur • •

We kunnen het hele proces gescheiden denken in drie

hoofd-bewerkingen.

Ie. De reactor en koeling.

2e. Het afscheiden van m.B .• ( eventueel m.z.).

3e. De zuivering van het product. § 1. De Reactor en ~g€ling.

WP. noemden reeds het grote probleem VAn de WArmte-8fv~r in de reactor. Als conAequentie hierVAn wordt dan ook steeds de

reactor Als buizen-reActor uitgevoerd. In de buizen bevindt zich d-=!n

ne

kFltAl:ttsA_tor er omheen het koelmedium.

De uitwenllige koeling kAn steeds het beste ge schie den door een kokende vleeistof, omdAt nAn nAuwkeurige temueratwlr-regeling mogelijk i~. De kooptemu.~vAn de koelvloeistof kAn bovendien

~--- i _ _

-6-bepaBld en geregeld worden door de druk w~arbij men

werkt. Voor de bereiding VA.n phtealzuuranhydride komt men ook in de litt. JY kokend kwik'" tegen. Ook Lood (

gesmol-ten) wordt ge~ruikt ( litt.29) o~ kokend water ( litt.30-31).

-'

Het nadeel van weter is, dAt we zeer hoge druk moeten ~brui­ ken. Verzadigde waterdamp va 4000 heeft een druk va.n bijna.

300 Atm. Looè heeft het nadeel dat we het niet in kokende toestAnd kunnen ge0ru1ken, terwijl het bovendien zeer zw~ar

is.

Het lqat~t€ nadeel heeft Kwik ook, trwijl bovendien de gif-tighein VR Kwi'l.(:':dAmp erg onAengena'bt is, terneer WAar lekkages

zeer gern~~kelijk ontTenen. Wij lozen dAArom kokende Dowtherm als koelminnel. ~ij 7000 F ( ~7loC) is de verzadigde

damp-•

:a:J.-druk 7, '3 etm.

De d~mpen vqn ae kokende Dowtherm worden nqar een stoomketel gevoerd die stoom produceert VAn 400 p.s.~. ( 27 atm) temp. 450° F ( 232°0). Hierin wordt de Dowtherm afgekoeld tot 500°F

·16 . .

en vervolgens weer nAar de reactor teruggevoe rd.

l

l

PD

te:.

•

Oostelling van de katalysator, In de lite re. tuur komen we .~

drie types tegen

Ie. ufluid bed" U.S.P. 2.485.3421 2489 .. 346;2489.347; 2443.832 ( litt. ?8-30-31-32)

2e ... Moving bed" U.S.P. 2.491.500 ( litt. 33)

3e • ..fixed bed: Alle overtge pAtenten veronnerstellen meestal een kat .-onste'_ling ~üs fixed bed, hoewel Aat niet aI tijd

uitdruk~elijk wordt vermeld.

Als voornplen VAn de "fluid cAtalyst" kAn men stellen : Ie. Een ~oe~e temnerAtuursverr.eling noor de gehele

reactie-ruimte.

2e. De mo~e 1i ikhe in tot inwenrHge koe ling via. circulat ie van de kat~' .rs~tor-mAsse .

Als nadelen stA~n dAAr tegenover:

Ie. Voor goede werveling VA.n de k~ta_lysator-massa is een zeer ryepAAlde gassnelheid gewenst; men heeft daardoor groter moe ilijkheden mf't het J'lAnpaSSen van conttacttijd en gas-snelheid BRn lkear.

2e. Grotere slijta ~ va het ma.te rÜ:j8.l.

3e. Men heeft cycloon en eventueel Cottrell-installatie no-dig voor het scheiden van kAtAlys~tor en gas.

Het enige patent dAt een "moving bed" toe~ast,werkt met stoom Als trAnsnortmi~del. Het bezwaAr tgen stoom heb~en wij reeds eerder geformuleerd .

Genoemde nAnelen VAn de "fluid cA.tal!tst" zijn even zovele

v~or~elen vonr de"fixed ben" en omgekeern.

On ~ronn VAn here~ening kWAMen wij tot dè conclusie,

rAt 0f' omst~n~jghenen in ne reactor WAt hetreft nijp-diAmeter,

toe-plilssen VAn een "f1uid i%ed bed ft. Aangezien echte r rege-ner~tie van de kAtalysa,tor in ons geve.l niet nod ig is en ne kAtR.lysator dus ook niet continu uit de reac-tor behoeft te worden Afgevoerd werd slechts een enkele

cycloon eAngebre,cht in de afvoer-leiding van de reac-tor om eventueel toch meegesleurde stofdeeltjes af te scheinen.

Voor het starten van de reactor stelden wij ons voor gasbranders te gebruiken.

De benodigde lucht wordt door middel van een turbo-compresso'r, d ie wordt gedreven door uit de re8C-tor gewonnen energie, sam€ngeperst tot op 1 ato, waAr-door de gasstroom in staat is, de weerstqnden in de A.chtereenvolgende apparà~en te overwinnen. In de

pers-leiding van de compressor wordt door middel van een doseringspompje ne benodig0e hoevelheid benzeen toe-gevoerd.

Onmiöoelli.jk nA d~ reactor woröt het reactie-mengsel in een eerste gAs-koeler gekoeld vanA.f 4500C

tot 22000. Deze koeler is uitgevoerd als stoomketel met pijpenbundel.

~ 2. De afscheiding van maleinezuur(anhydride)

Aangezien het de uiteindelijke bedoeling is m.~.

te bereiden, heeft het voordeel te \~rachten om dan ook zoveel mogelijk m'.a. direct aIR zodanig af te scheiden, door koeling allèèn. Een zeer a~ntrek~elijke werkwijze leek hierbij te zijn beschreven in U.S.P.2,302.888 ( litt. 34).

De o~zet is, het gAsmengsel te koelen tot beneden het dauw'Punt v~n m.A., dAArbij zorgèragenn dat men ~

een veilig einn blijft boven het dauwpunt van het wa. -ter, nat imrner~ ook altij~ in het v~randingsga8' aan-wezig i~. Dit pAtent schrijft nu voor~het gas te~oel€n

noor het te le iden in een toren, waarin vloei bPAr m. B .•

van 550 - 60° 0 wordt gsproeid.

Volgens het pa,tent nu zou men liefst 120° - 150°0

bo bo

-ven het de,uwpunt van het water moeten blijven om te voorkomen, dat m.A. zou rea.geren met water onder vor-ming van m.z •• Bij een gunstige omzet van 7~ en aan-nemende dat de ingevoerde lucht volkomen droog WaS wordt de waterdampspanning in het reactie-mengsel on-geveeT 20 mm Hg. Het hierbij behorende dauwpunt is 720F af 22°C ( perry p~ .1082) •

We,Rr het -patent een ui tgAngs-temp. va.n het gas van 60°0 veronderstelt wordt dus aan de door h~Rrzelf gestelde'

voorwAerde niet voldnen.

- - -

-..

-8-de wateràamnsPA.nning van mR.l. zuur zeer ~ ring is

( bij 500

<

5 mm. li tt 16), zoda.t ~us in ieder geval

het ~Anwezige wat€r met m.A. zAl reageren. In hetzelf-de natent werd het uit hetzelf-de anhydrihetzelf-de-connensor

ontwij-kenne ~Asmengse.l met wa.ter gewA.8sen om de V'Iatste

res-ten m.A. uit te WAssen. Het aldus afgescheiden m.z.,

werd n~ uitkristalliseren en ~rogen in een zgn.

" dehO'drAtóp" gespl:itst door het in direct contact te

brengen met de hete gassen VAn de 10 gaSKoeler ( temp.

2000C). HierdooT werd het gesplitst en in dampvorm

bracht en als zodanig in de anhydride-condensor

ge-voerd. Gezien echter' de hiervoor beschreven onzekerheid

in de werking van de anhydride-co'ndensor hebben wij vn

va.n dit schema. afgezien en er de voorkeur aattkegeven,

alle m.a .. met behulp van water, als m.z. te condenseren

en nAt vervolgens 9.pArt te dehydrateren.

DAartoe w€rd het gas vqnuit de eerste gaskoeler gebracht

o

in een tweede koeler, waarin het tot 80 C werd

afge-koeld, met wA.ter Als koelmiddel, gevol~d door de

conden-sor. De tweede gAskoeler WRS onnerwerp voor een nadere

~er€kening ( zie pg. 2~ ,. De condensor was uitgevoerd

als een met RA.shig ringen gevUlde toren, we.erover een

mAlelnezuur-onlosRing werd gesproeid terwijl onderin het gas werd binnengeleid.

( Het pToces voorzover het tot nu toe werd

be-sproken, werd door een van ons ~ in tekeing gebracht.

De schets van de verdere verwerking, dus van maleine-zuur-oplossing tot zuiver maleïnezuur-anhydride kwam

voor rekening van de andere partij) .

Om uit de verkregen mAleinezuur-oplossing het

ma-lelnezuur af te scheiden, kunnen wij of de oplossing

indampen onder verlAAgde druk of de oplossing afkoelen, tot een temp. WAArbij een redelijke hoevpelheid m.z.

uitkristAlliseert. Wij kozen lRAtstgenoemde methode om

de volgende redenen.

la. M~nder last VAn corrosie, doordat wij bij lagere temn. werken en met minder geconèentreerde zuur-oploo singen.

20 Minder lA.st VAn conversie tot fumaarzuur ook omdat

wij bij lAger temp. werken.

3° Tenslotte worden ook andere ongewenste omzettingen

zoals polymerisatie door lA.ger temperatuur

groten-deels voorkomen

Als uitvoeringsvorm van de kristallisator kozen wij de mwerkspoor" continu kristalliset~~, waarbij de

koel-~}

\VIOeistof zich in tegenst room beweegt t.o. v. de te

koe-)\4J,J / : ;

1 en oplossing ( 13eschrijving zie litt.35)

I ~ .. \ \~ De mAleinezuur-kristal1en worden vervolgens door

I

~;~

mià~el

VAn een centrifuge

v~n d~

moederloog gescheiden. De moederloog wordt teruggevoerd n,:)~r de absorbtie-toren. De m.z.-krist~llen worden n~ar de dehydratie gelein WPFlr de split.fsing in m.R .• en H

20 plaatsvindt. Vrij veel litt4=3retuur is nog gewijd 8.an de ui tvoe-ring van een dehydrator. Men kan onderscheiden:

a) destil18.tie bij lRge druk

b) destillatie bij normale druk, dus dat wil zeggen: verhitten tot de ontledingstemp.(130,50C).

De lage-druk-destillatie heeft het nadeel een moeilijk

regelb~ar proces te zijn, terwijl bovendien vrij veel

\

fumaar-zuur vorming plaats heeft, doordat de ontleding bet re kke lijk langza.am verloopt.

Om de kristallen op ontledingstemp. te br engen kan men

deze:-8:) In contact brengen met heet inert gas. (litt.34) Dit werd toegepast in het eerder beproken patent, we.a.r

man het vaste m.z. in contAct bracht met de hete gassen van oe reactor. Wij heohen daar reeds gewezen o~ de moeilijkheden die het aanwezige we.ter da.n veroorza~.kt

i n de c'"'ndensor.

b).Ook kan men de kristallen of een geconc. oplossing ervan OP een verhitte plaat brengen om splitsing te

verkrijgen. ( litt.36) Het na~deel van deze methode is, dat de verwarmingsplqat zeer snel vervuilt door teervorming. Deze teer dient ogenblikkelijk verwijderd te worden, omdat anders de goede warmte-overdracht womt gestoord.

c) Door m.z. te brengen in kokend xyleen kunnen we splitsing bewerken, terwijl het gevormde water als

azeotroop met xyleen k~n worden afgedestilleerd ( litt.

~7). Nadeel vnn de methode is, dat wij een opwerkings-systpem nodig heb')en voor het terugwinnen VAn xyleen uit xvleen-weter-mengsel èn voor het winnen van m.a. uit een oT)lossing VAn m.A. in xylpf'n.

Door teervorming he~~en bij deze bewerkingen bovendien vrij be lAngrijke verliezen nlAAts.

Inplaats VAn xyleen kan volgens hetzelfde systeem ook gebruik worden gemaakt VA.n een ge schikte

petroleum-fractie ( litt.38).

e) Een werkwijze die veel overEenstemming vertoont met de vorige ,best~~t hierin, dat een oplossing van m. z. in een indifferent oplosmiddel onder d.ruk wordt

--lC-·

verh&t. Door Itflashinglt _{wordt daarna het water verdampt}

( litt.39)

f) De me€st charmante oplossing is ongetwijfeld die, waarbij m. z •. gelcid wordt in de dampen van kokend m.a •. , waarbij het m.z. ontleedt ( litt.40). Eigenlijk valt deze methode dus onder a. Het gevormde wster wordt afgedestilleerd, terwijl lD.A.. oontin1! als vloeibare fase kan worden Afgetapt .. Deze methode heeft het grote

voordeel, dat geen vreemde bestA.nddelen worden toege-voegd.

De voordelen van deze werkwijze gesteld tegenover de nadelen van de overige, oeden ons ertoe besluiten de onner f) genoemde methode te volgen. Het patent U.S.P. 2.340.4g0 ( litt. 40) waarin deze methode wordt

beschreven geeft meerdere uit vo€ringsvormen a.an voor

de dehydr~tor. Wij kozen diè, waarbij het m.z. geleid wordt op de bovenste plaat Van een korte fractioneer-kolom, waar het door opstijgende dampen van een

m.a.-o "

bad van 180 C wordt ontleen. Voor het verlaten ~an de destillatie-kolom wordt de damp gekoeld tot 110°0 1\)

waa.rbij dus het grootste deel van mO's .• condenseert terwijl H

20-damp ontwijkt. Deze wordt tesamen met de aanwezige m.~ .• -damp verder afgekoeld tot condensatie

en de alèus verkregen m.z.-oplossing teruggevoerd

n~er de kristallisator.

Bij de besnreking van mateil=lRl-en warmte-ba.lans zullen wij de gel€genhein hebben, na.der terug te komen op de werking VAn deze annaraten.

i

3. Zuiv€ ring van het product.

Het verkregen m.a~ bevat nog vluchtige vEbindingen,

die op den duur donlferkleuring van het 'Jprduct veroor-zF!ken. Dit is een groot na.deel als b.v. het anhydride moet dienen voor de bereiding van blanke alkyd-harsen. Aal'! de uiteindelijke zuivering zijn dan ook vele

pa-tenten gewijd. De meeste zijn erop gericht, de

onge-wenste producten te polymeriseren tot niet-vluchtige verbindingen door te verhitten al of niet met kataly-sator en vervolgens het m.a. ef te destilleren.

LAngdurige verhitting ( uren) op hogere temp.( 18000) heeft het gewenste effect, mear is erg kostbaar,

Als katJilysetoren stelt men 0.8. voor: O.-bevattende zuren ( litt,,4I) Z'opls boo'rzuur; oxiden en/o! hydro'

-niden van Na, KJ! Li, C8., Zn'. Mg en de chloriden van

Zn, Fe, Al, ( litt.42); Ph~s]Jhorpentoxide ( litt.43) Geconc. H₃S0₄ ( litt. 44 en 45)

..0 De koeliV\~ wordt bewerK$~elli<tcl "looI" een toVaC"mie'Lli~Wi~"e.IQar)

WAArli\ Onder clrlAl( KolI..e .. cl wCLl'el" c.1~ leoe/Middei wo,'clt to~C!epAS~ . .noor req-e1inli' VAn oIL ctrl.ll<. ICAW'I c.le te,.,.pel"4lll.o&.lr" ~rVAV\ wOl"'elell'l bepAAl

Ook kan men juist omgekeerd te werk gaftq,door het m.a. tijde lijk om te zetten in een minder vluchtige ve rbin-ding. Zo kRn men b.v. het prod~ct behandelen met ureum

( litt. 46) af met anthraceen of furaan, waFirbij addi-tie-producten met het m.a .. worden gevormd .. De ongwenste vluchtige he standdelen destilleert men dRn af, waarna door verhit~ingvRn het additie-product tenslotte zuiver re.a. wordt ~fgesch€iàen.

Het was onmogelijk uit 0e ~Rtenten te beoordelen welke VRn bovengenoemne middelen het meest succesvol

zou zijn. Wij heb~en daarom beh~ndeling met gec. H 2S04 gekozen, als zijnde een goedkoop chemicalie, almwerd in sommige patenten vermeld, dat de met H₂S0

4 behan-delde producten slechts tijdelijk een betere kleur

be-zitten.

Het voorschrift voor de behandeling luidt ( litt.44): M. e .• verwarmen tot op 150°0" ~ 660_{Bé H2}SO 4 toev"~ae n en I uur roeren; daarna ~

NB

₂C0

3 toevoegen en weer

rCl3 ren. Tenslotte wordt na aflaten van Na

2SO 4-op1., ~ t product gedestilleerd. Deze destillatie kan al dan niet in vacuüm geschi' den ..

g

4. Materialen VOQr de ~ r schillende a.pparaturen. Ten Aanzien van de te gebruiken materialen moet woien vastge f:lteld, dR.t speciale corros ie- bestenige materialen moeten woràen gebruikt, d ie voor zover het mctor en gas-koelers betreft tevens tegen hoge temp. bestand moeten zijn. Voor de gaskoelers o.v. zou men 18-8-sts81 kunnen gebruiken. Voor de apparaten die in aanraking komen met een meleïne-zuur-oplossing, zoals de condensor zou men Cr-Nf.Mo-stA.sl ( 18:8:-8) kunnen toepassen. Wa.ar geen hoge temperaturen voorkomen, zoals b.v. in de kris-ta.lliester kan mei succes een bekleding met een

geschik-7iC'

soort, b. v.

="lon,

worden gebruikt •

/

-12-Hoofdstuk V.

Schema van het proces.

Nadat wij in het voorgaande de litteratuur betreffem e de m. a,. bere iding in het algemeen en die ui tgande

van benzeen in het bijzonder hebben bespIJken sn aan de hand daarvan onze keTle hebben bepaald, geven wij hier-onder een overzicht van het proces, zoals dit doo'r ons in het fabrieksschema werd gevolgd. De hierin

vemelde temperaturen zijn diè, welke in de litteratuur als zodanig w.erden opgegeven of door ons als zodanig werden 8Angenomen, zonder dat berekening tot een der-gelijke keuze dwong.

BenZe911-injectie

t~~~~e~compressor

~

reactor

__

10gaSkOeler~OgaSkoeler

15°C 60°C 475°0 220°0 80°C 59°F 140°F 887°F 4280F 176°, ~ ____________________________ maleine-zuur koeler < oplossing

1

200C

1

680F

con0ensar

---+-

kristA.llisRtor--~. centrifuge

.

1

ii~~

~§~~

~g~;

1

8fgR~S VRSt

1

, h d t H?O - m.B. oe

Y

1

ra ar--. cand.enaar Na 2CO, H2S04

1

1'500C ~--- ruw mal.anh. ~ 3020p

zuu.r-SO~A ---+)desti1.1A,tie _ _ _ ----.... zuiyer mal.anh.

~ehAndeling

1

!

residu

l'l82S0:l(

Hoofdstuk VI. Berekeningen.

I 1. De Cape.citeit van de fabriek.

Om tot een schatting te komen van de

productie-capaci-teit veronderstelden wij een Nederlandse productie van

1/10 meaI die van de U.S.A .. Volgens mededelingen in

Ind.Eng.Chem .. Juni 1950 werd in Amerika in het ~r

1949:- 150 .. 106

.Mlb~is

75.000 ton phteBlzuuranh.

geprodu-ceerd. Verder werd gegeven dat A.an P.z.a.elkyd-harsen

werd geproducE'erd 50.000 ton, terwijl overige B.

lkyd-hArsen een quantum van 5.000 ton besloegen. Nemen wij

8~n. dat al d ie "overige" alkyd-ha.rsen m .. B. -harsen

zijn en nemen wij verder A~n, dat tussen

m.a.-alkyd-har-sen en rn.R.-p~ducten dezelfde verhouding bestaat als

tussen p.z.p..alkyd-hArsen en p.z.e.-nroductie, dan

ko-men wij tot een gecAAtte productie van m.A .• in de

U.S.A.

gelijk ~An~

~6:ggg

x 5.000 is 7.·500 ton/jr ..

Voor Nederland zouden dus moeten rekenen op een

pro-d.uct ie VB 750 to-n/jr.

Deze productie kan gemakkelijk door één fabriek worden

bereikt. We hebben dan ook dit quantum gekozen 8.1s

productie-capaciteit voor onze febiek.

~

13erekeningen OP basis V8.n matefal-en stofbe.1ansen.

Als basis voor berekening kozen wij steeds 1 m3N₂ ( ge- I

meten bij normale temp. en druk). Dit heeft het voordeel dRt dan de bE' rekening niet wordt asngéRst doo-r een

even-\\ tuele wj jziging VB ne proèuctie, omdat

N~

geheel

on-vera.noerd het systeem doorloopt.

§ 2. Materiaal bA 19ns VAn de reactor:

. ~ 1000

~as1s: 1 m·_{N2 •} Dat komt overeen met ~ x 1000 1 droge

lucht is 1265 1. De lucht wordt van te voren niet

ge-droogd en b~At dus enig vocht. Stellen wij deze

hoe-veelheid gelijk _{aan 10 1 H20 per m3 oroge lucht, dan}

is dat 12,65 1 H?o/M3_{N2 ( Dit komt} overEen met een

re1.vochtigheid(150_{C) van~ 6~,}

Toegevoegd: 1 mol% Benzeen ( berekend op droge lucht)

is

12~65

1 is

~~;~5

x

78

is 44,1

g~Am

•

(Het litergewicht v.e.gas is bij 0 C en 76 cm Hg:

t'

I

-14-Hiervpn worot 7ot, tot m",.l.~nh. geoxydeerd is

12,6~ x 0,7 is 8,86 1.

3Q1l, wordt volledig tot CO? en H?O verbrand

=

3,79 1. respectievelijk volgens de reactie-vergelijkingen:

1) CfiH6 + 4,5 02 -~ C₄H₂₀₃ + 2 H20 +2 002 en 2' C6H6 + 7,5 02 --,.. 6 CO₂ 1- 3 H20

Uit de reactie-vergelijkingen volgt, dat bij: Goede verbranding 8,86 1 C6H6 +39,87 1 02 -~ 8,86 1 m.a. + 17,72 1 _H20 +17,72 1 002 Volledige verbranding: 3,79 1 C6H6

+

28,43 1 02 --. 11,37 1 H₂0 +22,74 1 _cO2 8,86 1 ll'!. a. + 29,10 1 H20 + 40, 5 1, C02

---Dientengevolge is de totA.le gassB.menstelling: Vóór verbranding 1000 _{1 N2} 265 1 02 12,,615 1 H20 12,65 1 C6H6 Ná ve rrr n.no ing 1000 1 N₂ 197 _{1 O2} 41,8 1 H 20 40,5 1 cO₂ 8,86 1 M.a. ~ 3. Warmte-balans van reactor en koelers.

Voor de warmte-balans heoQen we als basis OOC gekozen. Voor de s.w. maakten we ~ bruik ven een ge.fiek, waarin de gemiddelde waerde VAn Cp tU8sen 0° en tOe W8S

uit-gezet els functie VAn de temperatuur. Ingangstmp. van de lucht nEmen we gelijk aan 150e.

Aannemenn dat ne compressor adüloatisch werkt kunnen we ne uitga~gstemneratuur na samenpersing tot 2 ata. berp-kenen volgens

ne

3° wet VAn Poisson:pK-l= CTK• K-::

Cn/Cv

:::

1,405 (Rutgers pg.141 Physische Scheikunde

jr.1949) p] =1 Atm. P2

= 2 atm. Tl

;:. 288· K. _T2;:: ?

Invulling in bovenstA.Ande vergelijking VA.n Poisson levert voor T? : 351oK ~780e.

De uitgangstemp. van het g~s zou dus bij adiabatische compressie ( en idea~l gas) 78°C be~ragen.

Verdamning van Benzeen:

De verdempingswe.rmte van nenzeen bedrFlagt: 95,5 g.cal~i 12,65 1 benzeen

=

~~: ~5 x 78 gr = 44,1 gr. ~ - _ . -.----.

Dus is voor vernamping nodig: 44,1 x 95,5= 4220 g.esl. Cp lucht bij 70°C =: 0, 313 k.ca.1/m~/ oe

Per ti3

/N

_{2 en per}

°c

wordt dus opgenomen ( resp.afgest~n) 0,313 x 1,265=-0,397. k.cs1.

-15-Daling van temp. als gevolg ve~n "'3enzeen-verda.mping bedraagt dus 4,220 °C : IO,6oC zodat de eindtemp.van het gAsmengsef'6gkeveer wordt~ 18-11 ~100.

De dampspanning VAn ~Enzeen bij dezetemp. bedraagt~500

mm Hg.

De feitelijke dampspanning wordt slechts

~~~~X1520

mm 10,5mm Hieruit volgt nus dRt het benzeen door ~envoudige

injectie in de persleiding gemakkelijk is te

verdam-nen. Rekening houdend met warmte-verliezen stellen we ne inlRRt-temnerAtuur voor

ne

re~ctor op 60°0.

ne

physisiche constantes welke wij in hè volgende zullen gebruiken zijn gIDtendeels ontllnd aan:

Perry's Chemical Engineers Hannbook 20 druk ( 1941) en het Chemisch JA.Arl:Joekje II 160druk ( 1938).

De verbra.nding van benzeen.

De bovenste ver~randingswAarde van vloeibare benzeen bedrA.Agt 183,8 k.ca.l/mol.

Verdampingswarmte van benzeen ( bij 1 atm.) bedraagt 94 cal/gr !::.7,33 k.cel/mol.

verdqm'9ingsw~3Tmte VRn water ( 1 Rtm) 'oedrAA.gt 539 cal/gr

Co 9,70 k. cal/mol.

Uit nez€ gegevens volgt, dat oe oeneden-verbra.

ndings-wA~rne van~vorming benzeen bedrAagt:

783J8 +1,~3 - ~ x 9,10-=-76~,0 k.cal/mol.

Ile "Jovens!~. v€rbra.noingswa.rmte vqn vloeibR.Ar

mAleine-zuur-Rnh~r<'1ri(le is ~~g, l k. CAI/mol.

De verdAmningswArmte VAn m.A. bedrAAgt (litt.47)

1 3 ,Ik. cal /rn 0 1 •

Dus is de verhrRndingswarmte van gasv.m.a. tot gasv. H20 en 0° 2 , gelijk aan: 3~9, 1

+

13,1 - lx9, 70 ~ 342i5

.. - k .ca. /mol

Door aftrekking van beide uitkomsten vinden we de verbrandingswarmte van benzeen indien dit verbrandt tot m.a. ( + H₂0 +C0₂)

~ Deze bedra~gt 'lus: 762,

°

-

342,5 ::. 419 J 5 k. cal/mOl. Voor de in onze re8ctor ontredende rectie is dus de

reac+'ie-wArmte gelijk Aan

0,7 x 41g,5+ 0,3x 762,0 =522,3 k.cal/mol.benzeen. De gF.ge'VE'n berekeningen gelden voor 1 R.tm. en herleid

tot OoC. In feite hens we Een hogere druk en zouden

we 0.US een p.v. correctie moten ~Anbrengen voor

l1F.nzf'€n + ~uurstof _{enerzijds en m."'. CO2 en H;?O} ander-zij~s. Deze correctie is echter t.o.v. de totale

ver-brAndingsw8r~te te verwaarlozen.

DAAr we onze warmte-')R.IAnS opstellen op een bASis van

-16-°

o

0 kunnen we hierin de genoemde verbrandingswarmte zonder me er invu'.' en. I Warmt8-b~1~ns v~n oe R€~ctor Stof ~// (H is (V is I N

-v

warmte-inhoud in K.c~l. )

gAsvolume in

L.

gemeten bij norm91w tem~.en dr~

U I T.

v ..

H.

Y

'1

)I

/

N 2 O 2 H₂0 10OO ..

-

~

0,313 265

f

23,8 1000.-) 197.- 0,322 183.0 Stof ' N2

°2

H20 C02 m" .. 9. .. Uit de C 6H6( p.m .. 00 2 m .. A.(n.m. ' 12,,65 0,,373 12,.65 0,,40 Totale H.v.h.binnenko-mende g~s 0~3 0,3 ;?4,4 41.8 40.5 8 •. 86 Totale af.gas Verbrant1ingsw~Hmte 294,6 K.cR.l. Dus uit de reactor af te voeren:

::>.1.,4 + 2<M,6 - ::>01,8 =117,2 K.cal. 0,379 7,5

O.

481

l

i 1'1. 11,3 H. v.h. ;?01,8

De soorte1 _{ijke w~.rmte VAn m.A. damp we.'" niet bekend. Wij}

heh'1en oeze gelijk gesteln Aan die VAn CO

2• Door deze e~n­ name kan nooit een groê fout in oe berekening worden ver-oorza~kt, gezien het geringe percentage m.a. in het gas-mengsel.

Uit de balpns vinden we dus, dat in de rector door mid-del van Dow,.therm.circu1atie moet worden afgevoerd:

111,2

K.ca1!M'N~.

c 3 8 86

De productue ~an m.A. per m N;:> is 2~,4 x 98 gr: 38,8 gr. De productie-capaciteit bedrA~gt 750 t./jr is =23,8 grlsec.

~

Om ous uit onze hoevEelheden per m"N::>, de hoeveelheid per seconde te berekenen, moeten we vermenigvuldigen met een f t 23,8 -0 612

AC or

38 8

-

,

j

.

,

-:n:.13~lA.ns van eerste en tweede ga.s-koe1er (zie schemA

12) pg.

-Hoev.L. H 475°

o

gem H C ge~. H _ClpfSem H

P220

a

C 2?00C. p 80°0 (zie h~l. I) 80 0

_25°0

_25°0 1000

t

197 183 0,316 83,3 0,313 29,8 0,,313 9.30 41,8 _7,5 0,374 3,4 0,.373 1,3 0,373 0,34 40,5: _{11,.3 0,.432 4,7 0,410 1,6}

0

,41

_, 0,42 8,86

--

--

-

-201,8 91,4 23,7 10,06

eerste ga.skoe1er R.f tevoe ren:- 201,8 - 91,4:::; 110,4 K

3

cal.

m·N

2 Uit de tweeoe gaskoeler ~ f te voeren: 91,4 - 32,7= 58,7 K.eal.

m

3

N

2

~ 4. Condensor. KristBllisator-centrifuge-dehydratm. Het s~rstepm v~n anhvoride-condensor teSalDeD met kristAllisAtor, centrifuge en dehydrator vormt een kringloo'O VAn mA.lëinezuur-oplossing, wAArin enerzijds gAA-vormig m.A. wordt togevoerd, anderzijds vloeibaar

m.q. V~1'18t.hd ,yd~em v~rIClClt.

~ei~e hoeve€lh~nAn moeten uiterA~rd Aan elkaar gelijk zijn.

Verder komt de m.z.-oplossing in cont~ct met de in-erte gR.RSen. Het v~n de koeler komer}€ ges bevat een zeke-re hoeveelheid waterdl3mp, bij het ver1.aten van de anhy-dride-condensor oevAt het gas eveneens waterdamp, doch beide hoevrelhe~en ~ehoevEn niet Ran elkaar gelijk te zijn, zodat mogelijk wat~suppletie of afvoer uit de kringloop noodzakelijk is. Wij zullen dit Aan de hand van een materi~l-bq]Rns berekenen.

A. De Condensor.

De functie VAn de p.nhyàride-condensor is tweeërlei: Ie. Het koelen VAn oe gqssen om daardoor de dRmspanning

VAn m.A. zover mogelijk te verlAgen.

? ~Ft o~1oS8en van m.a. tot m.z.

Voor het p.€rste is een gmter cjrculatie-snelheid no-di~ 0an voor het tweede; wij zu11en dus bij het bere-kenen VAn de circulA.tie-pnelheid ons baseren op de gewenste koeling.

We

nemen hierbij het volgende ARn:

Ie. Temp. van ht afgas : 25°C.

2e. Temp. van de binnenkomende m.z. oplossing 20°C. 3e. Temp. van de uitgAande m.z.-oplos8ing 350C.

4e. Concentratie van de inkomende opllhssing is gelijk aan 650 grpm~z.per 1000 gr. water.

Dit l~atste hebben wij a1'lngenomen, omdat de

oplosb~A'r-heid va m.z. in WAter bij 20°C gelijk is aan: 698 gr. er 1000 gr. H,O. ( ti tt. 48) (Volgens t~nge en Sinks ( litt.48) is n~melijk de oplosbPRrheid vqn m.z. uitge-drukt in gr. zuur per 100 gr. oplossing ggeven door:

~ rC ;.0,645t+28,2 voor t 5° tot 4eoC en

W»

7

\..tC

~ 0,41)2tt-~4,5 VOf)r temperAturen boven 40°C)

~ 'Om nu kTistpllis~tie in de koeler VAn de condensor te voorkomen he~ben we de concentratie dusdanig eekozen, d~t deze zelfs bij de lAgste temp. van de koeler nog een veilig stuk beneden hit ver'!:adigingspunt ligt. Om dezel~de

reden passen we in deze koeler liefst g€lijkstroo~ toe en géÉn tegenstroom.

Om het wate r-gehal te te berekenen VRn het A,f-gas, zouden we de waterdampspAnning VAn maleîne-zuur-oplosflingen moe-ten kannen. Deze zijn echter uit de litteratuur niet bekem.

- - - - -

- - - -

- - -

/ . . _ - - -

- .

- - - - -

-

-18-Wel ZlJn echter enkele wA.Arden voor oplosingen van barn-steenzuur gegeven. ( Landolt-3örnstein) . Van deze oplos singen werd namelijk 1Jij 100°C de reletieve-dJUllpdruk verla.ging per grool. opgeloste stof bepaald.

Deze bedroeg bij een conc.van

4,7

g.mol!L

(550

grIL)

A 0/1' .. '" 1,5 6 2~ ~ I,·

"

"

"

~ 8,0 g.mol/L ( 943 grIL)

AP/PQ=1,546~

Nemen wij Als gemi~~elde WAArde 1,554~ en veronderstellen wij verner nat voor m~l.z.oplossingen bij 25°C dezelfde

nAmur.ruk-verlAging ontr€edt, dAr! is dus de

rel.waterdamp-~uRn~inp,sveT1pging ~eT g.mo1/L gelijk aan 1,55. Nu, is

Po bij 2500 ,::. ~~, 76 mm Hg.

?~ 76 r. I

Dus ie Ar:> =1,554 x 106 mm/g.mol L.

De concent rat ie ven onze onlossing is 650 gr. /L = 5,6 gmol!L Dus À p' = 1, 554 x

~

x 23, 76 :=. 2, 07 mm.

Dus W~terdampspRnning van de oplosing bij 250C is gelijk aan: 21,7 mrn Hg.

Nemen we bovenin de condensor een tot~l-druk aan van

760

mmo

dan

i8 het

_H20

-

geh.v.h. gas

per

m3 N

2

gelijk

aan~

760_2i:77 x 1238 1

~

~!~_~:_

Er kwAm binnen 41,75 1 H₂0 per m3_{N2 ,} waaruit we dus zien,

de.t in de A.OO. conèensor ook water zal cond enseren en wel

6 / ~ 5 4

41,8 - 3 ,4 =-- 5,4 1 H₂₀ m _U2

2t!i

x 18 gr. 4,05 gr. Dit is !Je een zo geringe hoeveelheid, dat het geen zin heeft hjermE"p' in de meteri8Al-en warmte-oalA.nsen rekening te hounen, voorA.l omdAt er in on'7,€ ~erekening aannA.men zijn gemEfkt, ".v. WAt de vochtighein van c1e binnenko'!1ende lucht ~etreft, di~ neze hoeveelheid sterk bein~loeden.

Zo heef~r b.v. o0k verlies v.qn waterdamp plAats in de

kristAllisator. Een eventueel ontstHAn overschot aA.n wa-ter ( bovenstaAnde berekening geeft per dag 230 1 over-schot) zou men kunnen verwijderen door de temp. VAn het afgas iets hoger te nemen, waardoor direct het

water-gehalte A~nzienlijk worat vermeerderd of door en zekere hoe-veelheid ma.leine-zuur-oplossing in te dampen en w~.terdamp

te laten ~ntwijken. Dit zou b.v. ook ~lnnen gebeuren door àf

het condenSPAt VAn de dehydrato!=condensor gh€€l of gedeel-te' ijk Af te voeren.

Voor de wArmte-bn1Ans van de comensO'r,. die hieronder vol gt, nemf"n we AAn, dat het wA.tergehA.l te van

binnE.ko-mendi en uitg"pnd gas gelijk ip. Hierbij merKen wij op,

nAt wnneer rit niet het geVAl is, rekening mo.t wo~n

ge-hou~en met vernAmpingswprmte reAP. condensatie-warmte van WAter.

!

We stellen ons voor de he re'kE ning het ve rloop VA.n de reAct"ies in de conoensor !=lls volgtvoor:

M.q.G- --~ M.R.°_L + 13,1 kocA.l. ( litt.47)

M.R.

L _. (H20L) -~ M.z.L+- IO.O k.ca.l.(verschil der ver-_{nrandingswar~n}

M. z • L -~ M. z • S + 4 ,6 k. cl.

van m.A. en

m.z.,

die beide gilden voor de vloeistof

-&f-toestmd)

M.z· S - -.I) U.z. 1 . -- 5,5 k.ca1.

op osslng

---M. a._G --~ M. z. o-pgelost

+

2::>,,2 ok. cal/mol.

Voor ne ?{Rrmte-bRlpTIs stellen we (Ie water-circulatie gelijk nnn lOOO :x. gr. per m3N

2• 'T3ij inkomst is hierin

ongelos~ : 6~0 ~ gr. m.7.. Er wordt gerosorherd 8,86 1 m.z.

J1it ver':>ruikt ~~8 x 18 gr =7,12 gr. w"tert onder

vor-ming VAn

~~~~

X

1.16

gr. -= 45,8 gr. mele1ne-zuur.

Dus is ~ij het verlaten van de condensor de samenste1-ling v~n de oulossing~ 1000 X ~ 7,12 gr.H~O en

c

650X.+4'5,8 gr. m.z •.

De 800rtelijke warmte van de oplossing wordt beschouw(l els een additieve grootheid van de s.w. van water (L)

en vqn vast m.z. De soortelijke wArmten van vast m.z. werden ontleend Fl}ln gegevens van PA.rks en Huffm~n ( litt.

49)

Warmte-b~lans VAn de core ensor.

IN

Gas VAn 80o

e.

zie t~hel VloeiRtof van 20°0. 1000 x gr. H;>O 650 x. gr ~.tr.z.

o

gem! 1,00 0,266 ReActie-warmte ~186 x 2?,2

=

2 ,4 UIT

Gas van 25°C. (zie tabelJI.

Vloeistof

v.

3500 Pg •

'

ê

ge4r.

K.cal. 32,7 20,00. "-3,46 x. 8,8 23,46

x..

+

41,5 10,06 1000 X _{- 7,12 gr. H20} 1,00 35,00

x. -

0,25 6,19 x. + 0,44 650 ~ + 45,8 gr .Mz. 0,.272 41,19 X + 10,.25 ~Al~ns:- 23.46 'k. +-41,5

=

41, 19 ~+ iO, 25 --~ ~_~!~7ê

Uit oe bAl~ns volgt dus, dat we per m3W? 1780 gr wA.ter moetel'! cir~uleren. Ren o~È'l VB de te circulren oplossing

'PA.f!SF'~rt kti:stAllisAtor, ceilrifuge en dehynrator, ter Aff'!che ià ing VFI n de gewenste anhydride-1')rodutie.

-20

n~a.r

ne

kristAl.1isAtor moet wornen gevoerd, mee ten

'vij de werking vqn èe iieh;rèrator m\ner g=;Rn

oeschou-wen, om nA te gqRn w~lk deel VAn het m.z. dat erin

wornt g€voero .l.eint tot m.a.-'.:)ronuctie.

Uit dE mAteriA~l-bAl~ns VAn OE conèensor blijkt,

dat ne concentrRtie onderp8n de toren gelijk is RBn:

650 x 1~78 +4~,8 gr. M.z. p~r leOO x 1,78 - 7,12 gr H?O.

Is: 677 gr.

m.z./ 1000

gr. H

20.

De oplosb~:p:uh€id bij 10°C is 533 gr. m.z./1000 gr. H 20.

Dus wordt per 1000 gr. H;?O in oe kristallisator

afge-scheiden 144 gr.M.z.

Veronderstellen wij, 08t nA

re

centrifge nog circa

5%

water Aanwezig is ( berekend op het afgescheiden U.z.)

=

5 x 1,44 - 7,? n?O.

Ouge1_{ast in nit WAter bevindt ZiChi666 x 7,2}

=

_{3,8 M.z.}

Nemen wij Als Afgeron~e getAllen resp.

7

en 4, dBn komt

nus uit de centrifuge:

Ie. 528 gr. ~!f.z. opgelost in 993 gr. H 20.

Dpze hoevelhAiii gqAt terug ne9r de condensor. ?e. 144 p,r. VA.st M.z. tesamen met) dit mengsel wordt

4 gr: M.z. en 7 gr.

H~O

~

near de nehyiiretie getrpnsnorteerd.

B. Materi~al en wArmte-balans van de dehydra.tor.

Op pg. 10 heschreven wij reens in het kort de werking van de dehydrator. Om tot een meteriAal-bala.ns te komen, moeten wij de dampspanning kennen van m.R. bij de uitlAat-temp. van de dAmp, zijnde 11000. Wij bere-kenen deZE met behulp VAn de vergelijking "an

Cl~peyron en gebruikmakend van metingen ven Winst rom

en K1',üp ( litt . 47) Uit oeze v"!n m. 8 .•

Tl -

3830

K.

T?

=

3500

K

? P2

=

9,04 mm Hg

=

1 ,100 CA I/mOl In - 2,3026 log.\R _ 1,986 call o Cnro 1 gegEvins vinrien wij voor de dampspa.nning

bij 11000 : 45,.8 mm Hg. De totale druk in de

ëlehydr'3tor zij 760 mmo DAn is dus

oe

W8.ter-damp-druk

714 mmo Hg.

Per 1000 gr. H20 die naRr de kristallisator gAat wordt blijkens het voorgaa.nde 148 gr. M. z. + 7 gr .. H₂0 na~u de dehYèrA.tor gevoerd . Dit komt overE'en met:

Invoer:- 125 gr. M.4 . + 30 gr .. H 20

ViR de connensor moet dus ook worden afgevoerd 30 gr.H 20. Deze hoev~elheid wordt vergezeld door:

30 x 4 ~ ,8 x 98 g "IJ 10 5

""~ 14 . r. l' .13. I r , gr.

DerhAl.ve is de prorlu.ctie aan M. ~_. ( per 1000 gr H?O ne.ltr

kristR'~isator) 125 - 10r5

=

114~5 gr.

M.R.

Per m3N~ is Qe proèuctie ~~n M.R.

=

39,6 gram •.

~

Dus moet pèr m "N

2 naar de kristal1isator worden gevoerd

396 ' ~3

111,5 x leoo gr. _H20

=

346 gr. H_20., In totaal per m

N2 - 1780 gr.H₂0 de condensor. Dus is de ~reflux-verhou­

d ing~ o'nge vJSr 5 :-1.

Door de voorgaande berekeningen is nu ook de gehele

ma-teriA81~ba1t:)ns vanef condensor tlm dehydratie vastge-1gd.

!let resultAAt heben wij in het bijgAande "flow-diagram" weergegeven.

De vermelde cijfers zijn hoeveelheden in kg. per uur. Voor het ontleoen vqn m.z. in de dehydrator i8 eeD zekere hoeveelheid warmte nodi~, die wij in het volgende zàlen

berekenen.

De temp. VAn het binnenkomenoe m.z. etellen wij op 100e. Temp. v.h. bao van de dehydrA.tor is 180°0. We nemen deze temp. ook ean op de bovenste plARt van de dehydrator, WAar het m. 2,. wolÏit ingevoerd .. Wij zullen de berekelÎll1g

baseren op de hoeveelheid die per~ur wordt verwerkt ( zie diagra.m). Verder is~be nadering gemRakt, dat de ontledingswarmte van M.z. ( die eigenlijk geldt voor

'~ol\e. producten in vloei bare toestand ol herle id tot OOC)

bij 1300 C dezelfde waarde heeft.

10. 20.

'0.

40.

50.

Smeltwarmte m.z.

=

111 x 40 k.cal. 11' Ontleden m.z.

lIt

x 10,0 V6rdemuingswarmte

îît

k.mo1.m.~.

"

îîi

k mol H 20

Yerwarmen van de dAmpen tot 180°0

Per 111 kg. m.z. is 5 kg.H?O a~nwezig

3

=

4,44.10 K.cal 3

::-

9,57.10 K.cel

3 =1~,53.10 n 2'8 10"5

-

.."

.

=

0,88.103 o . C

Om deze vAnaf 10 C te verdampen tot 1800 3

is nooig

=

1,79.10

Per WIr is dus nodig 39,49.10 3 K.cs1

...

---Deze warmte moet verkregen worden uit condenserend m.a. dat in hpt bA.o wordt verdampt.

L

-22-=

13,1 k.cel., d8n is dus voor ontleding en verdamping

vqn binnenkomend m.z. nodig:

3§ _13~1 t 49 _x 103 _g.mo 1 _{.m.A. {lamp} ~ _- ~ k 1

J .mo .m.a.

Dit komt, overeen met 67

~2

m3 m.8 .• -damp/I.r.

=

~~~6 x 1000 _{2'8, ~ 2 cu·} ft /. I se c •

Een gebruikelijke dampsnelheid in destillatie-kolommen is

Ot l? f t l sec. ,

lrernen we öit hiPT AAn, dan vinden wij voor het opnermk

de

vAn~doorsnp.e over de nehydrator-kolom

=

4,4 sq.ft. Dit kom~ overeen met een niameter van 1,54 ft • 47 cm.

---

...

-Cp deze wijze zijn wij dus gekomen tot een schatting van de diameter der dehydrator-kolom.

Op analoge wijz·e verrichtten wij nog enkele berekeningen die ons een idee moesten geven over de grootte van de apparaten zoals die in onze tekening voorkwamen.

§ 6. A~nvulJenàe ~erekeningen.

~ De KristeJlisator.

Wij baseren ons weer op hoev€plheden per uur.

lo.Koeling v~n ne m.z.oplossing VRn

~5°e tot 10oe.

H?O :

748 y

1

x 25

m.z.: ~07 x 0,276 x 25

20 .Krist~üläs8.tie-warmte ~~ x 5.540 Per uur af te voeren

Af te voer~n K.cal.l0 18,7

3,5

5.2 27,4.103KCB.l

-

...

---De koeling wordt bewerkstelligd door water, dat in

te-genstroom t.a.v. de te koeJen oplossing loopt e·n daar-bij zichzelf opwarmt van 2°0 tot 100e. We nemen water en geen ~ekel, omdat anders bij eventuele lekkage, vgr-ontreiniging VAn het m.z. optreedt. 27 4

~ m3 koelwater, Per uur moet dus worden to€eevoeg~: ö

w~t ongeveer overe€~komt met 1

1

/

sec., wat een prac-tisch realiseerbAre hoevrelheid is.

Vervolgens wil}€n wij het benodigd aantal platen van de

krist~11isator berekenen. ( zie ook tekeniHg). 7.oals

uit de tekening blijkt is in de kristalJ.isator-platen telkens een segment van 600 vrijgelaten.

De "vrije" segmenten staan in twee opeenvolgende platen

•

Het gAS dAt slechts een zeer g,ling percentAge m.R. bevat

be-schouwen wij Als ~luchtft .. De gewenste gegevens wat betreft yiscositeit en Elortelijke warmte heb'hen wij ontleend a~m

Brown en MArco ( litt.50)

Het Re-getel wordt gegven door: Re

=

De x V x p

V

:

1iniaire gassnelheid. ~

p

=

soortelijke massa

Het product Vp is dus een massa-stro'om/per eenheid van opp.

der doorsnee en per tijdseenheid ( Ib~/hr.~q~t. )

"

D~ar het bèrijf continu werkt, heeft ilit product een constnte

w~arèe en is onafhankelijk van temp. en druk in de warmte-uitwis?elaer" wa.nneer wij 81echts V en \p onder dezelfde

om8t~mdigheèen VAn temp. en druk bepa]en. l1ewiht VAn de "lucht" ( 00 en 16 cm.) lOODIN, ---- 1000 x 1,250 :or 1250 gr .. 197 1 02 ---- 197 x 1,429

₌

~5' gr. 42 _{1 H2}.. _{0 - 22,4} 42 _x 18 ₌ 34 gr. 40,5 1 002

_

.

_-

41 x 1,911 ~ 80 gr. 8,9 1 M.a.--- _22, 8t~ ₄ x 98

-

_-

41 gr.

=

1,657 kg. I

G,:,tsstroom in

Ib~lrw

is: 1,651 x 0,613 x 3600

xo~

=

8070

lb%\"

1

,PI&OO~

- 0,051

I'b

Vnr .ft •

De - 0,110 ft.

~

V

=

8010/ 1, 86

\b~"li

r.

sq. ft. Dus Re:8070

_O,051x

x

°i

llO

_,A5

=

9310.

-(Vrije opn.~r donEnede is 1,86 sq.ft.)

Voor een g"t')eiie tur)">ulentie is een Re-getal van tenminste 3.200

no~ig. Wij zien uit de berekening, dRt hierAan ruimschoots

wor~t voldAAn, zodat in de warmte-wisAe18Br aan de gRszijde geen dwa~sschotten behoeven te worden geplaatst.

§ ~.Het Reynoldse getRl voor de vlo€istof-zijde.

Door hEt wa.ter moet per uur worden afgevoerd 512.000 B.t.U.l:&rJ

De soortelijke warmte van water tllssen

1~g~~ ágg~

:O,99920B

·5

_F

Y

I

Dus moet per'1"uur een hoevelheid koelwa.ter worden verwerkt, I

gegeven door ~

'x

0,99920

x (

86-72) : 512.000

, ::: 3.6600 16YLr.

Veronf.erste11en wij voorlopig enkelvoudige dooga.ng, dan is het totAle on~ervlRk VB de waterstroom gelijk aan het totale op-penrlFlk van de inwenn ige doorsnede der pijpen.

~34 x O,OO~34 sq.ft.

=

0,782 sq.ft.

• 1:) = 0,06,3

rt.

-28-JA

0

=

2,37 70 F (b~A: ft 'm

=

Ot 0653 x 46.800

=

/ .or • • ra<-e 2 , 37 1290

Voor een vloeistof Rls water is voor goede turbulentie

een limiet gesteld ven Re = 4.000. Om deze te bereiken

~t€11pn wij o~s voor mpervouàige 00~rgAng te ge~rui~en en

wel zo~ ~qt het ko€lw~ter ? x heen en weer door de

werm-te-wi1'!Bel<"'~lr g"P"'t.

HEt Re.-getpl worot dan 4 x 1,gO

=

5160.

i

4.

~erekening

vpn

~e "ov€ra11-coëf~icient"

U_o

On f!ronr VAn oe Aldus AAngenomen en 'berekende afm tingen

VAn ne wArmte-wi"'~elq!?r zU]~.€n wij in hf!t v~g€'noe

trach-ten de totAle wRrmte-overàrAchts-coëfficient ( die wij

in het YCorgAAnCle o-p ? .!3.Ann8men) te berekenen.

'. i , .... " " 1 1

Reeds eerder ( pg. 2~ )

bereken-den wij het log.-gemidde1de temp

verschil in de wRrmte-wisselaar, veronderstellend dat oeze

zui-ver in tpgenstrcom werkte.

Om-dRt wijrnu "multi-pA.ss"

toe-ras-~en zouoen wij hiervoor

correc-tie moeten AAnbrengen. Deze cor-reetie is echter

verwa8rloos-bB~r klein, ~oorri8t de

tempe-n~tU11rsstijgin~ VAn het WAter

zo gering is t.o.v.

het tE'mne rAtuur~pT€ Tchil met cl e lucht.

",r··h.:l.:l Vll J .. 0UIlen .. us yonr h t e J gEm. t emu.-versr h'l 1 AAn

O 0 A t =;? 1 F.

gem.

De gemindel~e tmp. VFln ne h0ofdstroom VRn het water is:

72+ 86

=

790 _F.

2 ---- •

IJe ~ middelde temp. VAn de hoofdstroom van de lucht wordt

den:-79 1-201

=

;?80o F

---Voor oe ~)Erekening VAn 1varmte-overèrachts-coefficienten

tu~~en twpe f1uiae uhAsen gescheioen nonr een VAstp

wAn~, etFlt men zich

ae

tot~'e WArmte-weprstpn~ ~eR"'hFirËn ~TOf'lr in c1rie els1 en.

I

I

I

I

I

I

V

loei

Slor

l

t'i I 10. W€eTS~nn(l in (lf! gAs-Pilm C 0 5 20. WeerstAnd in oe V/I=mr

~o. W€eTstpn~ in

re

"loEi-stof-film.

'---,,---..-I wo,,,, cl

~ ~

De totqle wRrmte-ovE:rrrR.chts-coëfficient U

o is nu zo '

gede~ineerd , dRt de per tijaseenhei~ overgedragen warm

-te Q _o

=

U ₀ x ( t~ ₁ - t ₄' x Ao

Op RnAloge wijze is oe gAsfilm-coefficient ho en de vloeistof-film - coefficient h_{i gedefinieer?}, zodat

~o

=

ho x ( t ₁ - t~) x Al en Qo

=

h_i x ( t _{3 - t 4 ) x A2}·

Hiertn zijn Ao' A

1 en A,? <'ie overppnkomstige oppervlakken

WAArQOOr WArrnte-overnrqcht plAAts vindt .

13p.seren wij ons nu op een €enneiël v~n oppervlak Ran de hui~en~ij0e VRn de pijn.

Dl'w iscthiermeoe oVflTPp.nkomende oPT)ervlA.kte ( voor een

cirkelron

r

e nijp) AAn <'le

ryinn~nzijne

gelijk ean 1

x

Di

~

VOOT het wann-mAteriAAl wornt

oe WArmte-we~rst~n~ gegeven

(loor

oe

"wArmtegeleiàbA~r­

heid" k, welte gegeven is

als oe marmte-stroom per eenheid ven tijd ,

per eenheid van o~nervI8k,

en per ee~~eid van tempe-rAtuurvervA.I. \ \ \

~Q

, , I. I ---~o---~

Voor een cirkel-ronr.e pijp is echter WAnneer wij eEn henqq1~e wArmte-etroom bekijken, het ~oorstroomde op-nf?rv1 Ak in het wAniimAte riAql ~fh8nke lijk VAn de AfstFmd tot de kern. Wij moeten OAQrOm een ~gemiddeld€ff

opper--d -f'fl

v1 AT.te invoeren. In aet hAnd ~oe k- voor w8.rmte-ove rd recht,

( ~.v. ~~ A~amA pg. IJ) wordt A.fgeleid dat hiervoor het

log~rithmisch gemirloeJde

A';J - Al d.OOT Am -

7:

T

~21

2,,} log r,

moet worden gebruikt gegeven

In deze formule wordt ous A₂

=

A

m

Bij de berekeningen wordt

ne

dikte ven gas-en vloeistof

-film verwA~rlooRn , zO<'lRt, WRnneer we U_o baseren op de eenhein van buit.en-onnervlak der pijp, geldt:

Qo

=

U_{o x} ( t ₁ - t 4)

--

~

t 1 - t ₄ =

~

Q

t ) ? ~ t - 0 ::? - ho

Q o

D - D. - k _X 0 1 '

fj

? , ;O::>D olog

Ir7

1 x k t _{2 _} ~3

=

D 1, 151D _o lo~ '-'1). 1

Uit deze vergelijking volgt àirect:

'(t ₁ - t.,)_{= ( tI - t 2})+ ( t 2 - t 3)+ ( t3 - t 4)

of

u

~

______________

____

~1L-__ 0 ' -h"t

+

1,151 Do Do 1 o k log rr:;-+h' l l

In oeze formule is gé.Én rekening gehounen met vervuiling der pijpen.

De "scale"-vorming spreekt echter dikwijls een zeer relangrij-ke rol bij wArmte-overdr~cht. Vanwege de grote gassnelheden is het niet waarschijnlijk, dat zich op de buitenzijde der pijpen een l~gje vuil zou afzetten. AR.n de binnenzijde der pijpen kan echter door I';"I,fzettingen uit het water op den duur een schaBl worden gevormd welker invloed niet te verwA8rlozen is. 13ij de berE'k€ningen worot de (1 ikte van neze scha.

al"'ver-wAarloosd en voert men in bov~nstAande formule een aptJrte weerstp.nds-coëfficient

D

s

in voor de schaal, zodat de uitein-delijke formull3 wOl'dt

1

D

t

I

f

D

Do log

rf:

+

h. T h )

Tl

i l s 1

De in deze fd>rmule vookoIDende weerstands-coëfficienten ho en h_i zu1 _{1en wij nu g~~n berekenen, terwijl wij ons voor k en hs}

baseren op litteratuur-gegevens.

Berekening van de vloeistof-film-coefficient h i

De fi~coëfficient is afhAnkelijk van de temperatuur. In de vleeistof-film heb1en wij een temperAtuur-verval zowèl in de richting vn ne stroom els loodrecht erop.

Uit ervEring kpn men voorspellen (l~t 9.8 verweg de grootste

weerstAn0 tegen warmte-overdr~cht in de gas-film is gelegen.

31

-gering.

Wij zAgen reeè1s OAt 06 gemidr.elde temp. VAn de

hoofd-stl'om gelijk is AAn 79°F. Wij zullen hu h

i 00 reKenen

on~er Aennp::)me c1A.t (le gemiddelàe temperatuur ven de

w~tr-film ook ~eze wAArde heeft.

Voor (le warmte-over~recht~-coifficient zijn in de

lO:Jp cler tijflen vele formules opgesteld. Wij zullen

d ie van ~ Adpms gF.br1.liken, die is opgeste 1 d els een gemifdelde VA.n een zÉÉr groot aantal waarnemingen en die geldt voor verwarming, zowel Als voor koeling

(:nVP

)0

8

(C.

v

Ll

)O/l

h = 0,0 2. lW ~ \

f l '

~_. Hier.in is: k ::. warmtegeleinbarheiii VA.n de waterfilm

=

0,354 B.t.u/Lr.sq.ft. OF/ft. D

=

diAméer vpn

oe

pijp - 0,0653 ft.

vp

=

roasoa-stroom-dichtheid 4 x 46800

=

187.200 /])r.eq. Ibs j!

.AA : viscositeit = 2,11 Ib~/nr.ft.

c

=

so"rtelijke WArmte _ 0,Qg8 B.t.U/h;)').oF

Hiel/ool ( !,aog. 2:8 ) bf!l'f!hf!Rafn~: Kij 1'81"18 ast

R _e

_{- 7}

- IJ v p -

_-

5180

_.

p - ~

=

5 ')0\ R 0,8 _ 93' 1 (p ,0,4_ 2 03

r K ' € - I r - ,

ft

zodat hi :: 0,0225

g:6~~3

x 93t x 2,03 ::. 231

B.t.U/llr.sg:~

t

Berekening van de gas-film-coefficient ho

Wij vermeldden rlds, dat het tempert.uur-verval voorna-melijk in de g83-film zA.l liggen. De gJfiddelde

tempera-tuur a.R.n èe buitenwand Vil de pijp zel èus slechts

weinig hoger li~g€n dan ABn de binnenzijde. Wij stellen

h~ voorlopig op 80°F.

De gemiddelde temperAtuur van de hoofd stoom bedraagt 280°F, zodat de gemicloelde temperatuur G&rer de ~he1e gasfilm gelijk is aRn 28Ct 80 I : 180° F.

:v:

1-: He~ el"

temDerRtuur-ver~l in de 1RminAire gasfilm is ~~èr~iijk

lineair, zodRt wij het rekenkundig gmiddelde mogen nemen.

Voor deze gemiènel<'ie temneretuur zullen wij de

gA.S-fi~coëffici€nt berekenen. ~ovendien berekenen wij hR8r echter voor 2800 F om de invloed van de

tempe-ratuur nA. te gFlA.n. Voor 2800 F.

Ook hier mogen wij de formule van Mc.Adams toepassen.

'k.=

-- -- -- -- -- 1

-32-C' _- n

k ~ ~,-o~~6~-.B. t.

U/Lr.

sq. ft

F/ft.

p

v=

~o~~

_,

IbYIlr.sq.ft. (zie pg. 2.? ) De

=

De

=

0~110 ft.

)U

=

0,057

Ibs~r.ft.

De wAA.rde van C.M wordt in 1rwwn en Marco direct gegeven e,ls

functie VRn

dè~ém~erntuur

en wel is:

C-o)A=. 0,.76 k

Wij hebben hierbij geEn rekening gehouden met de druk. De

invloeo erVAn op de geno€moe constRntes is èlter in het

door ons beschouwde geoied verw8RrloosbAa~ klein.

Re -

D.V.P :.

°9110 x 8070

=

838W

__

~ (Re)0,8

=

1376

-

~

0,057

x 1,86 Pr ; ~

=

0,76 --- (Pr)e~4:. 0,896, Ilo

=-

0,.0225 x

g;~~66

x 1376 xOJ896G :; 4,42 B.t .. U/Lr.sq.ftOF. Voor 1800

F.

k - 0,0162 V _{.. !:'"Sb} 8070

_,

~~t.U /Lr.dq.ft~O F/ft. \ bYLr • sq. ft • De ~ 0,110 ft. IbYLr.ft. l3.t.U;br.sq. ft.oF

Een verschil VAn 1000F geeft dus slechtfl een verschil va,n

1% in oe uitkomst van de w8rmte-overdrachts-coëfficient.

Weerstand in het wand-materiaal.

De weerstand in het wand-materiaal wordt bepaald door Do en

Di. en de warmte-geleiding8co~fficient k.

Nemen wij aan dRt voor deze warmte-uitwisselaar 18-8 staal

werd gebruikt, dan is k ongeveer gelijk A.en 15

~~:;~.oF/ft.

Weerstand in de schaRI hs.

Uiter~Rrd is deze Afhanke1ijk va.n de a~rd vP',n het koelwater

de tij0 nRt de warmte-wisselAar in gebruik is etc ••

Dat wij hs in onze formule voor de overall-coëfficient

op-nemen, is oan ook voorna,mel. ijk prn-memorie. In feite zal

men d€ w~~rde erVRn steeds onder pr~ctijk omstandgheden

moeten bemüen. Wij Ul?m€n voor de wB.prde hs : 1000 ae,n,

welke ',"Iij ontleenden RAn perry pg. 981 tabel 13.

Hierme€ z1Jn alle benonigde gegevens voor de rye~kening