Verslag fabrieks-schema polyvinylchloride polymerisatiefabriek te Hengelo

r:1

'~ ,

.

,

.

, ;

t

, 'I ~ ,

.

, VERSLAG FABRIEKS-SCHEMA POLYVINYLCHLORIDE POLYMERISATIEFABRIEK te HENGELO

N.VAN LOOKEREN CAMPAGNE = OCTOBER 1955.

POLYMINYLCHLORIDE.

POLYMERISATIEFABRIEK te HENGELO. OC,TOBER 1955.

N.VAN LOOKEREN CAMPAGNE.

I N'H 0 U D.

I Aansluiting op de vinyl-chloride fabriek, ontworpen door H.H.Lewy.

1. Grondstoffen en Plaats van de fabriek. 2. Capaciteit van de fabriek.

11 Polymerisatie van vinylchloride i.h.a.

111 IV V VI VII 1. Algemene Beschouwing. 2. ttIfulk"-polymerisatie en polymerisatie in oplossing.

3.

Suspensie en emulsie polymerisatie. Katalysatoren, Emulgdtoren, Activatoren.

Licht- en warmte besJendigheid van het polymeer. Keuze van het polymeJisatie proces.

'I.

Intermitterend op Icontinue proces. 2. Overzicht proces schema. ,

Polymerisatie recept jen materiaal balansen. Beschrijving en berek1ening van de apparatuur.

I

1. Vinylchloride opslag. 2. Vinylchloride tradsport.

3.

Water.

I

4.

Opslag en transporf van de hulpstoffen.

5.

Polymerisatie reactoren.

6. Ketels en warmtewi1sselaars voor verwijdering van overmaat monom6er en voor coagulatie.

7.

Oliver-tafel

filte~.

8.

Roterende droger.

9.

Luchtverhitter.

10. Raymond Hamer molen. Literatuur opgave.

1 Aansluiting op de vinylchloridefabriek van H.H.Lewy. 1-1 Grondstoffen en plaats van de fabriek.

In overleg met H.H.Lewy werd bepaald, dat de fàbriek in Nederland zou komen te staan.

Als grondstof ter bereiding van het monomeer (vinyl-chloride) werd acetyleen gekozen. Dit zou worden bereid uit aardgas, door dit gas thermisch te kraken volgens het Wulff-procédé. Na verwijdering van C2H2 blijft een gas over met een calorische waarde van 4000 kcal/m3.

De andere grondstof voor de bereiding van het monomeer is C12.

Om de volgende redenen werd het fabriek-terrein in de omgeving van Hengelo gekozen:

a) In de nabijheid van aardgas.

b) In de nabijheid van chloor (Kon.Ned.Zout Industrie) c) Afnemers van het restgas gegarandeerd. (Kon. Ned. Zout

Industrie één van de grootste gebruikers van aardgas in West Europa).

d) Ande"re factoren, die de plaats van een fabriek, bepa-len, als:

Aan- en afvoerwegen voor grondstoffen en producten. Arbeidsmarkt.

Water en energie enz.,

zijn met deze keu~e niet in strijd. 1-2 Capaciteit van de fabriek.

De capaciteit van de fabriek werd bepaald op 5000 kg PVC per dag, ongeveer 1500 ton/jaar.

Ter vergelijking:

Pernis (1950) 2.000 ton PVC/jaar.

Bitterfeld (1945) 18.000 ton _PVC/jaar.

J

Behorende tot Schkopan (1945) 4.200 ton PVC/jaar •. de grootste _{fabrieken in} Burghausen (1945) 3.600 ton PVC/jaar. Duitsland. Naugatuck (1950 ) 12.000 ton PVC/jaar.

J

Eén van de

grootste in de Vereen. Staten. Hoeveelheden grondstoffen die benodigd zijn:

25.000 m

3

aardgas per dag. 5.000 kg C12 per~dag.

11 Polymerisatie van vinylchloride i.h.a. 11-1 Algemene beschouwingen.

In het kort zullen de factoren aangestipt worden, die van belang zijn voor de 2 aspecten van het proces:

a) Technische uitvoering van de polymerisatie reactie. b) De eigenschappen van het polymeer.

Dikwijls zijn de factoren"die één van beide aspecten gunstig ,beïnvloeden, ongunstig voor het' andere aspect. Zoals b.v. een hoge tempe~a~uur, die gunstig is voor de reactie-snelheid,' maar soms ongunstig is voor de eigenschappen van

~ ~ A.-t

het,pr.Q4uct•

_ .vooral.,in de literatuur van na 1950 wordt steeds meer aandacht bestee~ àan de warmte-, licht- en weerbestendigheid van het polymeer en worden vaak eenvoudige (continue) pro-cessen uit de 2~ wereldoorlog gewijzigd, om plaats te maken voor uitvoeringen die minde:r- eenvoudig zijn en vaak in "batch" geschieden, terwi~le van een bestendiger product.

11-2 Polymerisatie van "Bulk" en in oplossing.

Onderzoekingen over polymerisatie in "Bulk" van V.C. werden o.a. beschreven in litt.

7.

De grote aantrekkelijk-heid van" deze wijze van polymerise!en, ligt in het zeer zui-vere product dat men kan krijgen.

De vrijkomende reactiewarmte is echter groot en de tem-peratuurcontrêle in technische processen is daarom zeer moeiÏijk of orimog~lijk.

Bij de polymerisatie van styreen is een "Bulk" polymeri-satie tèchnisch gerealiseerd (litt. 3).

Polymerisatie in oplossing: Voor verdunde oplossingen, waar de temperatuur dus eventueel te controleren zou zijn,

is de reactiesnelheid meestal te

~

Ook voor de gekataly-seerde reacties geldt dit.

II-3 Emulsie- en Suspensie-polymerisatie.

~ Bij de po~ymerisatie van vinylchloride is hiertussen

geen scherpe scheiding meer te trekken.

Alle processen van de in Hoofdstuk

1-2

genoemde fabrie-ken passen deze wijze van polymerisatie toe. De processen

kunnen beschreven worden als "Bulk"-polymerisaties in zeer kleine druppeltjes. (litt.

4).

Aan',het vloeibare monomeer (onder druk) worden de vol-gende stoffen toegevoegd:'

~) een gelijk deel of meer aan water. b) een emulgator.

c) een katalysator.

d) een activator van de katalysat.or.

e) soms.worden in dit stadium ook al de stoffen toege-voegd ter stabilisering van het product.

Eén van de continue en eenvoudige proce~sen (litt.

3)

uit de 2e wereldoorlog in ~uitsland maakt gebruik van lange

slanke reactoren, wqarin de reactie zich in ge-emulgeerde toestand voltrekt. Het polymeer wordt hierna in een verstui-vingsdroger gedroogd. De ,chemicaliën die de reactie in ge-emulgeerde toestand mogelijk maken blijven in het P.V.C.-poeder .z;itten. Dikwijls hebben deze verontreinigingen een slechte invloed op de stabilïteit van het P.V.C. Daarom, wordt in moderne processen dikwijls weer coagulatie van de emulsie toegepast of een suspensie polymerisatie gebruikt (litt.

4).

Het polymeer'wordt dan door wassen van de bijmengsels ontdaan' (litt.

6).

111 Katalysatoren, Emulgatoren, Activatoren, Licht- en warmtebestendigheid van het polymeer.

Schematisch zullen de invloeden van dez'e reagentia op de polymerisatiè',reactie en het polymeer, weergegeven worden: a) Polymerisatiegraad en polymerisatiereactie:

De temperatuur is van grote invloed op de reactiesnel-heid en de polyrnerisatiegraad. Een hoge tempe'ratuur geeft een laag Mol.Gewicht van het P.V.C. De reactiesnelheid bij 60°C' is ongeveer 2 maal zo groot als bij 50oC,.

De polymerisatiegraad ondervindt niet veel invloed van de emulgator concentratie of de katalysator concentratie.

De concentratie van de katalysator heeft grote invloed op de reaetie-snel~eid.

b) Eigenschappen van!het polymeer.

licht-bestendigheid van het P.V.C. engunstig.

Een heeg cenve~siepercentage beïnvleedt de bestendig-heid van het pelymeer ten engunste. Een grete katalysater cencentratie eveneens.

Suspensie pelymerisatie geeft i.h.a. een warmtebesten-diger product dan emulsiepelymerisatie. Waarschijnlijk deer-dat de hulpstef'fen gemakkelijker verwijderd kunnen werden.

Organische pereXy.den, als katalysater gebruikt, geven dikwijls betere warmte- en lichtbestendige preducten, dan persulfa,ten. Laureylperexyde blijkt zeer geed te veldeen in dit epzicht (litt.

4).

I

alcehel als Uitgebreide preeven wezen uit (litt. 4), dat pelyvinyl-e~ulgater ee~ geede uitwerking ep het pelymeer heeft.

. ,

De warmtebestendigheid is beter bij een

rea~tietempera-tuur van 50e C dan bij 60°C.

Be~angrijk i.v.m. de stabiliteit van het pelymeer is verder het gebruik van zuiver water, dat van alle vreemde ienen (veeral Fe-ienen) entdaan is in katienen- en anienen-wisselaars (litt. 6).

IV Keuze van het pelymerisatieproces. IV-l Intermitterend

ok

centinue bedrijf.

Beide wijzen van werken kernen veer in de fabrieken die pelymeren maken en in ef ná de wereldeerleg z~jn gebeuwd •

. Enkele veerbeelden van beide wij~en van werken in V.C.-pelymerisatie:

Geedrich cent.preces in lange buisreacteren (litt. 13 ) .• I.G.Farben cent.preces in terens in serie (litt. 15).

Shell cent.pelymerisatie in emulsie (litt. 14) •

I.G.Farben, "batch"-pelymerisatie in reterende

Bitterfeld, auteclaven (litt. 3) .•

I.G.Farben, "batch"-semi-suspensie prec'd' (li tt. 3) • Burghausen,

Naugatuck,V.S.:"batchtt-preces in mederne fabriek (litt. 6). In het algemeen zijn de veerdelen van de centinue/bedrij-ven vaak gelegen in de ecenemische aspecten van efficienter gebruik maken van de apparatuur en de autematische regelbaar-heid van het preces. De veerdelen van de "Batch"-precessen zijn de gretere pleeibaarheid bij het fabriceren van het

pre-i

\

\ \

L

duct en ,soms een beter aanpassen van de apparatuur aan de eisen van het proces.

In litt. 8 en

9

wordt o.a. een schema geg~ven van een fabriek, die zowel continue· als "Batch" bedreven kan worden.

IV-2 Keuze van het proces, overzicht processchema.

Na voorgaande beschrijving van de mogelijkheden om het proces te realiseren (met voor- en nadelen), zal nu tot een keuze worden overgegaan:

Het fabrieksschema geeft een continue semi-emulsie-poly-Ïnerisatie weer, waarbij met de mogelijkheid. rekening' is 'ge-houden de polymerisatie-~etels Ubatch"-gewijs te gebruiken.

In verband met de hoge eisen van warmte-, licht- en weer-bestendigheid van het polymeer zal' de emulsie-achtige oplos-sing niet in een verstuivingsdroger gedroogd worden. De hulp-stoffen zullen daarentegen door wassen aan het polymeer ont-. trokken worden en reagentia kunnen worden toegevoegd, die de

stabiliteit verhogen. De overmaat monómeer zal aan de emulsie-achtige vloeistof onttrokken worden (onder 400 rnm Hg-~acuum) en hierna zal de oplossing gecoaguleerd worden met een weinig E12(S04)3-oplossing.

Door wassen, drogen en malen kan men zodoende een product verkrijgen, dat aan hoge eisen voldoet. Deze laatste handelin-gen zullen steeds continue geschieden, respectievelijk door een Oliver Tafel filter, een roterende droger (droogmiddel warme lucht van 800C in tegenstroom) en een hamermolen met

zeef.

V Polymerisatie-recept en materiaal balansen.

Na beschouwing van alle factoren die invloed uitoefenen op de polymerisatiereactie en de e.igenschappen van het poly-meer, werd het volgende proces gekozen:

Yinylchloride 100 gewichtsdelen. H20 :. 250 gewichtsdelen. po1Yllinylalcohol 0,06 gewichtsdelen. lauroylperoxyde NaHS0 3 Temperatuur Tijd Conversie 1,50. gewichtsdelen. 0,3 gewichtsdelen. 50oC.

1.5

uur. ca. 95

%.

V.C. H20 laur.per P.V.alc. NaHS03 A12 (S04)3 P.V.C. Totaal

Het polyvinylchloride wordt gevormd als zeer kleine deeltjes. Warmte- en lichtbestendigheid zijn goed. Stabili-satoren kunnen vóór het polymeriseren of ná het drogen wor-· den toegevoegd.

Bij een conversiepercentage van 90

%

en een productie van 5000 kg P.V.C. per dag, zal de aanvoer van vinylchloride

19~ ~

i4

~

5000 = 230 kg/u moeten bedragen.

MATERIAALBALANSEN.

naar polymerisatie- naar coagu- naar

water-reactor 'latieketel straalpomp

continue "Batch" continue continue

kg/u' m3/u kg/15 u kg/u kg/u

230 0,250 3450 23 23 575 0,575 8620 575 nihil 3,50

°

,

₀₀₄ 52,5 3,50

--0,14 nihil 2,1 0,14

--0,70 nihil 10,5 0,70

----

---

--

0,10

----

---

--

20?

--809,34 0,829 12.135,1. 809,44 23

.

naar roterende droger

continue kg/u V.C.

--H20 42 laur.per.

--P.V.alc.

--

;. NaHS03

--A12(S04)3

--P.V.C. 207 Totaal 249

VI Beschrijving en Berekening van de apparatuur. VI-l Vinylchloride opslag.

naar Oliver tafelfilter continue kg/u

--575 3,5 0,14 0,70 0,10 207 786,44

·1 .

door H:I1.Lewy ontworpen vinylchloridefabriek wordt in sta-len tanks zonder inhibitor onder 5,6 atm druk in de vloei-stof-phase bewaard. (litt. 3, 6). De grondstof kan dus zon-der meer voor polymerisatie gebruikt worden.

VI-2 Vinylchloride transport.

Het transport geschiedt met behulp van stalen leidin-gen en stalen pompen. Voor het continue pro:ces.wordt ge-bruik gemaakt van een ca. 250 kg/u proportie-pomp, die de vloeistof van de opslagtanks (5,6 ata) naar de l~ reactor

(5,6 pompt. Het debiet wordt door een Bristolmeter geregis-treerd.

Bij het discontinue proces moet een reactor in ca. 20 minuten worden voiligepompt. Gebruik kan worden gemaakt van

een parallel geschakelde (centrifUgaal.- OfJ tandradpomp met capaciteit van ca. 12 m3/u (niet getekend). Het vinylchlo-ride-net moet op deze hoeveelheden berekend z~n. Gekozen wordt een 2t"leiding, vloeistofsnelheid 1,3 m/sec.

VI-3 Water.

Het gedesioniseerde water wordt door een' centrifugaal-of tandradpomp (niet getekend) op een druk van 5,6 ata ge-bracht en naar de proportiepomp gevoerd voor het continue proces. (Analoog als getekend voor de "hulpstoffen;...leiding").

Het "Batch"-proces bepaalt weer de diameter van de wa-üerleidingen: 8620 kg H20 moet in een reactor gepompt wor-den in 20 minuten. De centrifugaal- of tandradpomp moet een capaciteit van 26 m3/u hebben. Diameter leiding 3" b~ een vloeistofsnelheid van 2.m/sec.

VI-4

Opslag en Transport van de hulpstoffen.

In stalen vaten (Pfandler serie no HW-503, hoogte 1,60 m, diameter 1,06 m) bekleed met ongeplasticeerde P.V.C. wor-den de verschillende chemicaliën in water opgelost of ge-emulgeerde

Aluminium leidingen worden gebruikt voor het vervoer van de vloeistof naar de reactoren, nadat eerst m.b.v. een centrifugaalpompje de druk op 5,6 ata is gebracht. Een pro-portiepompje regelt de hoeveelheid bij continue of "Batch" proces.

VI-5 Polymerisatie-reactoren.

De reactoren zijn slanke geëmailleerde stalen vaten, uitgerust met roerders (regelbare snelheid) en automatisch te regelen temperatuur van het water in de mantel om de ke-tel •.

T~dens het continue proces worden alle 4 reactoren in serie geschakeld en wordt in elke reactor de temperatuur op een bepaalde constante waarde gehouden met behulp van het water + stoom-mengsel, dat automatisch geregeld in de ketel-mantel stroomt •

. Door I;tl,iddel van de zwaartekracht zakt het P. V.O. naar beneden. Transport van de 2e naar de 3e ketel geschiedt

door de druk in de laatste ketel iets te verminderen; De vloeistofstromen worden automatisch, via vloeistofniveaux-indicatoren in ieder vat, geregeld.

De ketels z~n zó gedimensionneerd, dat de totale

ver-bl~ft.jjd 15 u is. Vloeistofstroom = 0,829 m3 ju.

Effectief volume van 4 ketels

=

15 x 0,829

=

12,4 m3 • Stel dat iedere ketel voor 80

%

gevuld bl~ft, dan is de inhoud per reactor 3,9 m3•

Dimensies: totale hoogte 3,2 m., diameter 1,3 m. B~ de dis~ontinue wijze van werken worden de ketels parallel geschakeld. Programma regeling wordt toegepast voor de temperatuur.

VI-6 Ketels en warmtewisselaars voor ver~dering van over-maat monomeer en voor coagulatie.

Het P.V.C. mag niet verontreinigd worden door overmaat

m~nomeer. Daarom wordt de inhoud van de reactoren, na vol-eindiging van de polymerisatie (na 15 uur), "geflashed" in één van de twee grote· tanks, die op 400 mm Hg~druk gehouden worden.

Niet gepolymeriseerd V. C. ·ontwijkt en wordt met behulp van NH3-koeling gecondenseerd b~ -2800. (litt. Beilstein, serie Ng. 11). Tevens wordt een ~einig _{A1 2(S"04)3 oplossing} aan de emulsie toegevoegd, om deze te coaguleren. Een roer-werk zorgt voor menging.

Dimensies coagulatietank:

Inhoud gelijk aan 2 reactoren: 2 )( 3,9

=

7;8 m3 •

Gekozen wordt een Pfandler geëmailleerde tank, serie Ng J.C. 409.

Afmetmgen: hoogte

=

2,84 m, diameter = 1.,98 m. Dimensies van de vinylchloride condensor:

Neem een minimum polymerisatiegraad aan van 80

%,

te con-denseren

=

44 kg/u V.C.

Verdampingsw~rmte V.O. 88 kcal/kg (-28°0, 400 mm Hg druk). Soortelijke warmte V. 0 .1-0,194 kcal/kg ( 0°0 ).

. 0,205 kcal/kg (25°0).

Warmte-afvoer om 44 kg gas te koelen van 50°0 tot -28°0: flll

=

44 x L::. T x spec. warmte

=

44 )C 78 ')(

~

=

620 kcal/uur. Warmte-afvoer om 44 kg gas te condenseren bij -28°0:

fll2

=

44 x verd.warmte

=

44 x 88

=

3870 kcal/uur. flll + _fll2 = 4490 kcal/u = 5210 J/sec.

Koeling geschiedt met vloeibare NH

3 van -34°0 en 1 atm. druk in een buizenwarmtewisselaar.

Totale warmte-overdrachtscoëfficient UI

=

150 J/m2. °0 .-sec. flll + fll2

=

opp. loC U )( AT.

5210

=

A x 150 )C 6°. A

=

5,8 m2

=

58 sq.ft.

Gekozen wordt een warmte-wisselaar met

t"

buizen van 4'

lengte, koelend oppervlak 0,163 sq.ft/ft. Benodigd 89 buizen, Afmetingen warmtewisselaar:

Lengte buizensectie

=

diam. buizensectie

=

1,30 m. 0,23 m.

Onder de condensor wordt via een afscheider het vloei-bare V.O. gepompt (stalen tandradpomp) naar de

vinylchlori-. /

de destillatietorens • "

De druk van 400

mm

Hg wordt via een waterstraalpompje onderhouden.

Leidingen tussen reactoren en coagulatietanken: _,

Bij "Batch" proces moet de inhoud van 1 reactor (12.135 kg) in 20 minuten geledigd kunnen worden. Leidingdiameter = 3" bij een vloeistofsnelheid van 3 m/sec.

..

VI-7 Oliver Tafel-filter.

Aanname, dat een koek gevormd gehalte, berekend op droge basis.

210 kg P.V.C./u + 40 kg H20/u geeft b~

van 2000 kgjm3 een koek van 0,13 m3ju.

til

gesteld.

e ~ gemiddeld s.g.

Ko~dikte wordt op

Hieruit volgt voor het filtrerend opp.

=

10 m2/u.

=

1,6 sq.ft.jmin.

Voor deze kleine hoeveelheden is een tafelfilter het meest geschikt. Gekozen werd een Oliver Vacuum-Tafelfilter,

t

r.p.m., diameter 3', filtrerend opp. 3,5 sq.ft.,

omtrek-1

snelheid aan de randl"jsec.

De koek wordt gewassen met water en onder vacuum wordt de vloeistof weer grotendeels weggezogen.

"

______ Een tran'sport sChr,oef schraa;pt de 'koek van het filter. Een stalen centrifugaalpomp zorgt voor een geregelde toevoer van het gecoaguleerde polymeer.

VI-8 Roterende droger.

De toepassing van deze eenvoudige droger wordt in be-staande fabrieken vermeld (litt. 6, 3).

_.

Litt. 11 geeft een deels theoretisch, deels experimen-tele behandeling van de onafhankel~ke variabelen die het drogen bepalen: a) betrekking hebbend 1. voedingstoevoer op de voeding: F cu.ft/hr.x.sq.ft.cross sec-tion. 2. afmeting deeltje, be-

1

trokken op gem.gewichtJ 3. soort.gewicht

micron lb/cu.ft. b) betrekking hebbend op de drogende luchtstroom:

c)

4. luchttoevoer G lbjhr.x.sq.ft.cross section.

5. luchtsnelheid in } V Ft/sec. droger betrekking hebbend op de 6. diameter droger 7. lengte droger 8. aantal omwentelin-} gen p.m. droger: D; L N ft ft r.p.m.

9. helling waaronder dro-

J

Sp ft/ft lengte. ger is opgesteld 10. aamt al strippen in de

_}

nf droger

11. holdup aan product X

12. meevoeren van product) _y door gastoevoer

Door het P.V.C. poeder worden 2

~

gesteld:

I. Het P.V.C. zal, afhankel~k van de een vrij fijn poeder zijn. In litt. mentele gegevens vermeld van het stoffen: Wagner zand AGS-l zand ~ 110 215 Synthetisch zand 420 Ottawa zand 510

Fline plastic deeltjes 920

Grove plastic deeltjes 6400

%

vol. droger.

%

voed;ing.

eisen aan de droger ~ze van polymeriseren, 11 worden o.a. experi-drogen. van de volgende

~"". \~u ~ )r,v

~o~

@l

81 164 0,316 105 164 0,285 107 164 0,346 47 69 0,196 48 79 0,079

De gegevens van de 2 f~nste zandsoorten werden ge-bruikt b~ de berekening van de roterende droger, reke-ning houdend met het kleinere s.g. van het polymeer t.o.v. het zand (o.a. van belang b~ het berekenen van de toegelaten luchtsnelheid in de droger).

II. De temperatuur van de verwarmde lucht mag niet groter zijn dan ~ (iitt. 3, 4, 6). Een hogere temperatuur kan de eigenschappen van het polymeer schaden.

Rekening houdend met deze 2 eisen werd de volgende berekeningsmethode gevolgd:

A. Voeding:

~ een conversie van 95

%

in de reactor:

218 kg P.V.C./u

=

480 lb/hr •. Aangenomen 20

%

H20 CD.Basis): 44 kg H20/u

=

97 lb/hr. Verdampingswarmte H20, l400F

=

1013 BTU/lb.

Benodigde warmte om P~V.C.

Van

wate~ ~e 0nLuuen: 97 x 1013

=

98.000 BTU/hr.

-."

B. Drooglucht.

Aangezogen lucht 60oF, 70

%

rel.vochtgeh.

=

0,011 lb H20/1b lucht.

Verhitte lucht (begin van de droger) 176oF, 4

%

rel. vocht geh. Verhitte "lucht (eind van de droger)

xOF,~rel.

"

vochtigh.geh.

Indien aangenomen wordt, dat de vochtopname adiabatisch geschiedt, dan is x

=

100oF, 0,029 lb H20/1b lucht.

Dus wordt per lb lucht opgenomen: 0,018 lb H20. Benodigd per uur: 97/0,018

=

5400 lb lucht.

c.

Warmte en stofoverdracht per lengte dL van de' droger. Overgedragen hoeveelheid warmte --- is gel~k --- door lucht afgestane warmte --- is gel~k --- warmte overgedragen aan vallende deeltjes in de droger,

+ warmte overgedragen aan bed van deeltjes op de bodem,

+ warmte van de wand van de droger naar de buitenlucht,

+ warmte van de wand naar de deeltjes.

(term 1) (term 2) (term 3)

d~G

=

hlAl(T-t) dL + _{h2A2 (T-t) dL} + hL.lr.D.(ts-to) dL +

+ h3A3 ',(ts-t) dL (term 4).

h enA z~ resp. de warmte-overdrachtscoëfficient en de oppervlakken b~ de genoemde warmte-overdrachten.

T

=

temperatuur gas t

=

,temperatuur

P.v.c.

t s

=

temperatuur van wand van de droger. to

=

temperatuur buitenlucht.

stel term 4 klein t.o.v. term 1 en 2.

TT D2

d ~G

=

U .a. 4 (T-t) dL + _{hL "" D (ts-t o) dL}

",

waarb~: a

=

contact opp. alle deeltjes met luchtstroom in sq.ft. per cu.ft. volume van de droger.

U

=

warmte-overdrachtscoëfficient (BTU/br.sq.ft.oF). Venwaarloos ook term 4 en integreer:

7TD2

~

=

U. a. - X L X (L1 t)

I

l~

waarbij: .6 t = temp. verschil gas en deeltjes.

Verwaarloos ook nog warmte benodigd voor het opwarmen van de P.V.C.-deeltjes, dan is: ~G

=

98-.000 BTU/hr.

D. Aannemen op expo _{grondslag van N, Sd en n f en} bereke-nen van de waarèe D. (grafieken litt. 11).

Gekozen: nf

=

10, N

=

10 r.p.m., Sd

=

0,03 ft/ft. Bij een Y = 8

%

P.V.C. is een gasstroom G = 500 lb lucht/ 'hr.sq.ft. toegelaten.

Hieruit volgt voor de dwarsdoorsnede van de droger: 5400/500

=

10,8 sq.ft.

De diameter: DJ

=

3,7

ft. E'. Berekenen van de waarde X.

In grafieken (litt. 11) is X uitgezet tegen 0,9

F/SD> ~ N X D voor verschillende materialen en omstan-digheden. 480 lb lucht/hr. F

=

10,8 sq.ft. X _{47 cu.ft.lucht/lb lucht} Sn

=

0,03 ft/ft. N

=

10 r.p.m. D

=

3,7

ft. 0,9 Hierui t volgt: F/Sn .. N • D:

=

1,1

F. Berekenen van de waarde U)( a.

=

1 cu.ft.lucht hr.sq.ft.

enG)

Litt. 11 geeft de volgende grafieken: Verband tussen Ua en X. (versch. stoffen) verband tussen Ua en G • • • • • • Ua

=

15 à 20 . Ua = 18. t Ua . D, G

verband ussen GO,16 en F~B(H.;0. F) voor de gevallen: a) algehele droging.

b) adiabatische droging. c) opwarming.

en samengesteld uit metingen aan vele stoffen. F

=

l cu.ft./hr.sq.ft. G

=

500 lb/hr.sq.ft.

Hieruit vindt men F.;PB (1 +

~

;)

=

4700 en voor de Ua D factor GO,16

=

30. D

=

3,7 ft. GO,16

=

2,7 Hierui t volgt U a = 22.

G. Berekening van (A t) ln. gem.

Naar analogie van de in ~itt. 11 vermelde voorbeelden, wordt de temperatuur van de gedroogde PTV.C. deeltjes op 1600F geschat. H. • •• (A t) ln. gem. = 260F en (b t) gem. = 2SoF. Berekening lengte L. 2 q

=

U.a. )( L

x.q.:

x (A:t)ln.gem. q

=

9S.000 BTUjhr. o Ua

=

lS BTUjhr.cu.ft. F. L

=

lengte ft. 71 D? ~

₌

10,S sq. ft. . 0 (A t)ln.gem.

=

26 F. Hieruit volgt: L

=

19,5 ft.

I. Correctie voor warmte-afgifte aan omgeving en aan opwarmen van P.V.C.

Een extra hoeveelheid verwarmde lucht zal berekend worden om de warmte-afgifte aan de omgeving van de droger en om de warmte-afgifte voor het opwarmen van het P.V.C., goed te maken.

Warmte-afgifte omgeving (vrije convectie). Opp.droger

=

226 sq.ft.

t s

=

100oF. to

=

60oF.

. 0

U

=

2 BTUjsq.ft.hr. F. (Perry,

Kramers)-~2_

=

U ~ A • .6 T

=

27.000 BTUjhr.

Deze waarde is tamelijk hoog vergeleken met de waarde: q

=

~S.OOO BTUjhr. Daarom zal de droger gedeeltelijk geiso-leerd worden.

•

Stel ~et isolatie ~2 isol. = 12.000 BTU/hr. Warmte-afgifte om P.V.C. te verwarmen: F

=

480 lb P.V.C~/hr • .6 T= 100oF. o Spec.warm~e P.V.C. = 0,4 BTU/ F.lb. ~3 = 100 x 0,4 x 480

=

19.000 BTU/hr. Extra hoeveelheid warme lucht is:

9J'), .

_c '1 +

9J

₃

=

31.000 BTU/hr.

~so •

. 0

Ll. T = 176 - 100 = 76 F.

Soort.warmte lucht = 0,245 BTU/lb.oF.

Hieruit volgt een extra hoeveelheid van 1670 lb lucht~

Totaal toe te voeren hoeveelheid lucht:

5400 lb lucht/u, eind vocht geh. 0,029 lb H20/1b lucht.

~670 lb lucht/u, eind vocht geh. 0,011 lb H29/1b lucht.

7070 lb lucht/u, gem. vocht geh. 0,025 lb H20/1b lucht. rel.vochtigheid 60

%.

Een grotere luchtsnelheid in de droger is niet gewenst, daarom zal de diameter van de droger voor deze extra hoe-veelheid lucht gecorrigeerd worden:

Gecorrigeerd opp. = 14,1 sg.ft. Gëcorrigeerde diam.= 4,4 ft. VI-9 Berekening luchtverwarmer.

7070 lb lucht/hr verwarmen van 320F tot 176oF.

~4 = 7070 x (176-32) x 0,0245 = 250.000BTU/hr.

~l + ~2 = 98.000 +.19.000 = 117.000 BTU/hr. De nuttig bestede warmte is ongeveer 50

%.

Uit de catalogus luchtverwarmers, fabrikaat Mc Quay, werd de benodigde verhitter berekend:

Lage druk stoom verwarming van 25 psig stoom.

Type 8-2 verhitter met nominale dwarsdoorsnede van de ver-hitter = 24" )( 30" (2 rijen pijpen door geribde platen met elkaar verbonden) voldoet aan de gestelde voorwaarden.

Snelheid van de lucht door de verhitter 5 ft/sec. Stoomverbruik 250.000/934 = 250 lb stoom/hr.

C)

~'

VI-10 Raymond molen.

Uit de catalogus van Raymond Impact Pu1v.Company werd de kamermolen Ng 0000 gekozen.

Capaciteit 500-1000 1b/hr.

---Literatuur opgave.

1. v Schildknecht , Vinyl and Re1ated polymers, 21, 198, 396 e.v.

2. v Kaye, _{Production and properties of}

plas-tics. 3· 4. 5. 6. 7· 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

~De Be11, German Plastic Practise 1946, 63 e.v.

Ind.Eng.Chem., 1953,

12,

pag. 270 e.v. JInd.Eng.Chem., 1948, pag. 654 e.v.

Chem.Eng. 1950,

22,

pag. 102 e.v. Journ.Pol.Sc., 1952, 9, pag. 581. Chem.Eng.News, 1943, 21" pag. 664.

Chem. and Met.Eng. 1943,

22,

pag. 98, 108. Ind.Eng.Chem. 1938, 30, pag. 993.

Chem.Eng.Progress, 1949,

12,

pag. 482 e.v. en 573 e.v. Ind • Eng • Chem • .2.Q, pag. 993.

V

U.S.patent 2.259.180 (Goodrich).

U.S.patent 2.475.016 (Shel1).

1

Fiat-rapport 862, OTS-PB 403 (I.G.Farben). ? ~~

'I Vilbrandt , Chem.Eng.Plant Design. \~ ~ ,,\.r~ I ~\:::.-.

---~~~~~~~---~---! .

,

. I

I