/
• '1:
De fabricage van Methylmethacrylaat.
Deel I.
Bereiding van Acetoncyaanhydrine •
I. Inleiding '11. Overzicht III.Apparatuur IV.
v.
~ ;\ , Berekening Literatuur , Il
Inhoud.en keuze van het fabricageproces. van de bereiding en materiaalbalans
van een condensor
J.
Vink - -. . . 11952~
I
blz. 1. blz.5.
blz.9.
blz. 11. blz. 22. \ ,..-;:::--r
·
\ . z 0 I-"' u < ---z u I I i nJ - ---_. {] , " \ \ : 1.. • •••• -.:ti\
.. ~.-... ; ~L -U!!.J I § 1 r f. I1 G·· . ".
j I' , I! .' Co -:::t ""J) ~,
-I. Inleiding en keuze van het Fabricageproces.
De methylester van methacrylzuur is een heldere, kleUrloze vloei-stof, die reageert met vele reagentia en vlot polymeriseert analoog aan vinyl verbindingen.
Daar methylmethacrylaat (I\~.M.) spoedig commercieel belang kreeg, zijn de meeste in de literatuur beSCllreven methoden van industriele bete-kenis.
~en overzicht van de literatuur inzake de fabricagemethoden wordt ge- '
geven door Blout, Hohenstein en Mark.
(1)
1. riet eerste patent, dat een methode voor technische bereiding behandelt is dat van I.C.I. in 1933 (2). rllethyl-
ol
-hydroxyisobuty-.
raat werd gedehydrateerd met IOCI
3, of ook wel met P20
3
(3).
K-acetaat is gebruikt als dehydratatiemiddel voor het/3 -isomeer(4).
lVlethyl-
ol
-hydroxyisobutyraat is met behulp van chloorsulfonzuur in het zuur-sulfaat overgevoerd, dat door verhitten splitst in zwavel-z uur en M.!vi. (5 ) •2.
~
.
M
.
kan geproduceerd worden doorm
ethyl-
~
- acetoxyisobuty-raat (en andere analoge esters van de isoboterzure ester) te verhit-ten tot temperaturen boven het kookpunt (6). Hierbij wordt azijnzuur afgesplitst. Dit geschiedt door passage door op ca. 5000 C. verhitte buizen, gevuld met kwarts of silicagel als katalysator.3. Een gelijksoortige reactie treedt op wanneer men dampen van methyl- ot- hydroxyisobutyraat en azi jnzuuranhydride over een
kataly-sator van puimsteen, verzadigd met fosforzuur leidt bij een tempera-tuur van 6000C.(7)
4. I',~.M. kan verkregen worden ui t acetoncyaanhydrine in een enkele stap (8,9,lC) . Zwavel zuur wordt aan het acetoncyaanhydrine toegevoegd ter verzeping. Vervol gens wordt veresterd met methylalcohol en
ten-slotte gedehydrateerd do'or bijv. gefractionneerd destilleren met een
dehydratatiemiddel zo als Na2S0
•
((I)
5.
Een verbeterde methode dehydrateert eerst door verhitten vm het acetoncyaanhydrine met rokend zwavelzuur; vervolgens komt de ver-zeping en tenslotte de veEStering. Al deze bewerkingen kunnen in hetzelfde reactievat worden uitgevoerd.De opbrengst is te verhogen met ~ehulp van mercuri-ion als katalysa-tor(12). Dit verhoogt de productiekosten echter aanzienlijk.
6. In een meertraps-proces wordt acetoncyaanhydrine tot
ol
w
-droxyisoboterzuur gehydrolyseerd door middel van HCl. Het zuur in de vorm van het Na-zout wordt dan overgevoerd in de meth ylester met'-'
dimethylsulfaat in aceton en de ester gedehydrateerd door P205 (13) •
7. Ook uitisoboterzuur kan M.I,';. verkregen worden (14). Het zuur word t gechloreerd en levert een mengsel van
ex::
-chl oorboterzuur , zuur-chloride en anhydride en(1-chloorboterzuur op. Het mengsel wordt veresterd met methanol en de Gemengde esters gevoerd over silicagel om Hel te verwi jderen. Dit geeft als product ILTL8. Een bereiding van h .N .• door dehalogenering van
ol -
en(1 -chloorisobutyraten is beschreven door Barret(15) .9
.
Izard ~16) condenseerde methyl-chloroformiaat met propyleen,dit geeft methyl-(1-chlo~roisobutyraat, dat dehydrohalogeneert en
M.NI. geeft.
10. Een verwante condensatie van propyleen en phosgeen geeft
(l
-chloroiso butyrylchloride, dat hi.M. vormt ~nA.les terificatie en ver-wijdering van Hel (17) .
11. 11oodhouse (18) beschrijft tenslotte een dehydrogenering van isobutyraldehyde door reactie in gasfase bij 200-5000 C. over een metaalkatalysator. Dit levert methacrylaldehyde op, dat geoxydeerd
en ver~e~erd kan worden.
tiij kozen voor onze fabriek de onder no. 5 genoemde bereidingsmethode, die dus in één reactievat uit acetoncyaanhydrine kan geschieden.
3.
Hiervoor kunnen wij de volgende redenen opgeven:
1. De methode geeft met betrekkelijk eenvoudige apparatuur en
goed toegankelijke grondstoffen een behoorlijk rendement
(75 à 807'0).
2. De methode is nog steeds de meest algemeen gebruikelijke.
3
.
Over deze methode staan de meeste gegevens ter beschikking.REACTlhSCHEII'tA
De bereiding van acetoncyaanhydrine (= A.C.H.) kan betrekkelijk een-voudig geschieden uit aceton en HCN in tegenwoordigheid van alkalische katalysatoren.
Het A.C.H. wordt daarop via dehydratering, verzening en veres-tering omgezet in M.M.
Dit laatste deel der fabriek werd behandeld door de Heer Peters.
Het belangrijkste probleem bij de bereiding van A.C.H. is de
regeling van de temperatuur. De reactie tussen HCN en aceton is sterk exotherm. Rij onvoldoende temperatuurregeling treden met deze laag-kokende uitgangsmaterialen grote drukvariaties op.
---Een complicatie hierbij is het optreden van een zekere inductie-periode, indien we aceton, waarin vooraf de katalysator is opgelost, in contact
~n
met vloeibaar of gasvormig blauwzuur.Is de reactie eenmaal op gang gekomen dan is de inmiddels toegevoeg-de hoeveelheid HCN veelal te groot om een heftig verloop der reactie nog te kunnen verhinderen.
Eén der middelen om de temperatuur in de hand te houden is het lang-zaam toevoegen van HCN aan de alkalische acetonoplossing (19 en 20). Daarbij wordt gewerkt bij de kooktemperatuur van aceton
(56,5
0 C). Het gevaar, dat de inductieperiode kan opleveren, wordt daarmedeechter niet bezworen, terwijl ook de opbrengsten klein zijn (65%). Als katalysatoren blijken bruikbaue te zijn:
natriumhydroxyde, ammoniak, pyridine, piperidine, chinoline, primaire, secundaire of tertiaire aminen, KCN en NaCN.
Veel analogie met deze werkwijze vertonen enkele andere octrooien l21, 22, 23), die soortgelijke katalysatoren gebruiken. Het meest
kenmerkende verschi~iS de reactietemperatuur, welke met behulp van koelconstructies beneden de kooktemperatuur van aceton nl. tussen 300 en 400
e
wordt gehouden. Na aanzuren met zwavelzuur en zuive-ring door d~illatie wordt een bevredigende opbrengst (85%) aan A.C.H. verkregen.Terwijl deze octrooischriften het gebruik van Ca(CN)2 als katalysa-tor uitdrukkelijk uitsluiten, wordt in een paar andere (24 en 25) deze stof bij voorkeur geschikt geacht om de opbrengst te vergroten. Verder wordt het gebruik van zo min mogelijk water (bijv. voor op-lossen van de katalysator) aanbevolen.
Een voordeel van het Ca(CN)2 is ongetwijfeld, dat het eenvoudig$t~ 1 te verwijderen is. Na aanzuren met zwavelzuur is het ontstane CaS0
4 immers gemakkelijk af te filtreren.
In een Zwitsers octrooi (26) wordt de temperatuurregeling
ver-kregen door boven in een kolom met Raschig ringen aceton te sproeien
en onderin HCN in te leiden, terwijl de niet omgezette aceton en HCN
gerecycled worden.
Tenslotte geeft een Amerikaans octrooi (27) aan op'welke wijze
de vorming van een inductieperiode kan worden voorkomen. Men lost
dan vooraf de benodigde hoeveelheid katalysator op in reeds eerder
bereid ruw of gezuiverd A.C.H. dat vervolgens gemengd wordt met de
om te zetten hoeveelheid aceton. De reactie begint dan onmiddellijk
na toevoeging van HCN te verlopen.
Voor de bereiding zullen we een combinatie van bovengenoemde
octrooien kiezen:
1. De katalysator (NamI) lossen we vooraf op in ruw A.C.H.
2. Na menging met aceton, wordt bet mengsel via een koeltank
gepompt op een reactietoren gevuld met Raschig ringen.
In de toren vindt de omzetting plaats met HCN, dat als
gas onderin de toren wordt gevoerd.
3
.
Het naar beneden stromende mengsel wordt opgevangen in dekoeltank, waarin koelbuizen voor afkoeling op de gewenste
temperatuur (230 C) zorg dragen.
4. Om een zo volledig mogeli jke omzetting te\bewerkstelligen
wordt b.et reactiemengsel uit deze tank telkens weer op de
kolom gepompt.
11. Overzicht van de bereiding en materiaalbaans.
5.
De fabriek is opgezet voor een productie van 1000 kg N.M. per dag
gedurende 5 werkdagen van 8 uur per week.
Jaarproductie dus 250 ton.
I"
Deel I.
Bereiding van ji.C .R. ui t aceton en HCN.
A. Uitgangsproducten
Aceton, be schouwd als lOOle; zuiver.
Blauwzu.ur, beschouwd als 100/~ z1.üver.
Katriumhydroxyde, beschouwd als 10010 zuiver, poeder.
Zwavelzuur, 96;,,-ig, zuiver.
Aceton en RCN worden telkens voor een week (5 dagen) ingekocht,
de eerste maal voor zes dagen.
Voor de bereiding van 1000 kg ~ .~. per dag is 1100 kg zuiver
a.C.R. vereist, waarvoor nodig is:
885 kg aceton (= 1118 L)
425 kg BCN (= 6181)
0 ,50 kg NaOR-poeder opgelost in ca.
20 kg ruw A.C.H., afkomstig van de vorige lJrod'lctie.
1,28 kg H2S0 4 , 96~ (= 0,7 L).
B. }roductieproces.
In een klein mengvat wordt 500 g NaOR opgelost in 20 kg
ruw .lt.C
.
E.,
afkomstig van de vorige productie. Daarna vindtmenging plaats met aceton in een mengketel voorzien van een
roerwerk en een koelmantel voor waterkoeling
(23
0C).
De oplossing wordt dan gepompt in een van koelbuizen voor
-ziene koeltank, die onder de reactor is geplaatst. In de reactiekolom, welke gevuld is met Raschig ringen vindt de eigenlijke reactie met gasvormig HCN plaats. De alkalische reeds A.C.R.-bevattende aceton wordt daartoe uit de koeltmk naar de top van de nBctor gepompt en stroomt over de Raschig
ringen naar beneden. De kolom is constant gevuld met HCN-dannp
Dit wordt bewerkstelligd door de benodigde hoeveelheid vloei
-bare
HeN
in een ketel, voorzien van een bundel verwarmings7.
Onderin de reactiekolom wordt de gedeeltelijk omgezette aceton
weer naar de koeltank afgevoerd via een vloeistofslot en een
vlotterregulateur. Innig contact tussen aceton en HCN-damp
is op deze wijze verzekerd.
Koelbuizen in de tank brengen het reactie-mengsel weer op
230C, waarna de cyclus zich herhaald. De snelheid van
rond-pompen wordt geregeld met behulp van een afsluiter met
tempe-ratuur-regulateur.
Na verloop van enige uren iS,de omzetting zo volledig moge-lijk (85~) en wordt het reactiemengsel gestabiliseerd met ge
-concentreerd zwavelzuur.
Dan volgt een zuivering van het ruwe product door destillatie onder verminderde druk.
Allereerst worden de niet omgezette hoeveelheden HCN en ace~n
een
(enVzeer kleine hoeveelheid water) afgedestilleerd bij een druk van 132 mm (kpt A.C.H.
132
=
1000
cl.
De gecondenseerde aceton en HCN worden gepompt naar een
water-gekoeld tankje, dat boven de reactiekolom is geplaatst. Bij
een volgende :prodllctiegang wordt dit "recycle-mengsel" geleide-lijk in de reactor terllggevoerd en omgezet in A.C.H.
Na afdestilleren van de niet omgezette aceton en HCN wordt
de druk verminderd tot 23 mmo (kpt. A.C.H.23
=
820 C) en deA.C.H. afgedestilleerd. De voorlopp (ca. 20 kg) spoelt de con-densor en keeler schoon en wordt als ruw A.C.H. naar het meng-vaatje ter bereiding der katalysatoroplossing gepompt.
Tenslotte wordt de afgedestilleerde zuivere A.C.H. in een
voor-raadtank opgeslagen.
C. Materiaalbalans.
Deze is berekend op een omzetting van 84,8
%
(LiteratuuropgaveUitgangsproducten Aceton 885 kg HCN 425 kg NaOH 0,50 kg A.C.H.(ruw) 20 kg H2SO 4 (96;0) 1,28 kg ~ussenproducten Eindproducten. Invoer reactor
--
aceton 885 kg - - - ' » HCN 425 kg ----> NaOH 0,50 kg ---.. ACH (ruw) 20 kg Afvoerreactor A.C.H. 1120 kg aceton 134 kg HCN 76 kg NaOH 0,50 kg ~H SO 2 4 1,28 kgInvoer destillatietank Ie desti1latiefrooctie Aceton HCN A.G.H. NafISO 4 (water) 134 kg ~ Aceton 134 kg 76 kg ~ HCN 76 kg 1120 kg ___ 2e destillatiefrac~ LfA.C.H.(ruw) 20 kg 1,5 k g tlA.C.H. (zuiver)1100kg 0,28kg) R eSl u °d NaHS0
4
1,5 kgHet is duidelijk, dat de benodigde uitgangshoeveelheden aceton en HCN bij een volgende cyclus met de recycle hoeveelheden dezer stoffen
...,... "I
~.
D. Tijdschema.
8.00 uur
Bereiding van de oplossing van NaOR, aceton en'ruw
A.C.H.
9.00 uur
Koeltank vullen.
9.30 uur
Froductie van ruw A.C.H.
12.30 uur
Áanzuren H2S04 en destillatieketel vullen.
13.30 uur
Afdestilleren van
HeN
en aceton.14.30 uur
Afdestilleren van acetoncyaanhydrine.
16.30 uur
111. Apparatuur.
Benodigde apparatuur (zie flow-sheet) 1. Acetontank
Max. capaciteit 5500 kg aceton.
Keuze: horizontale cylindervormige tank, 7000 ~, roestvrij
staal ~18/8 staal)
2, Katalysatortankje.
Max. capaciteit:
2e
kg alkalisch A.C.H.Keuze: 35 L -keteltje met roerder, 18/8 staal.
3
.
Meng.K:etel.I.iax. capaci tei t: 1200 L mengsel van aceton en alkalisch A.C.H.
Keuze: 1500 L mengketel met roerwerk en waterkoelmantel
,
10
.
4. Pomp.Max. capaciteit: 2400 L alkalisch aceton per uur.
Keuze: tandradpomp, Si-gietijzer.
5
.
Koel tank.Max. capaciteit: 1200 L reactie~engsel.
Keuze: 1500 L horizontale tank met bundel watergekoelde pi jpen,
18/t; staal.
6
.
Reactor.Keuze: met H.aschig ringen gevulde kiom, 2 m hoog en 2E# cm ~,
18j S staal.
7
.
C~ulatiepomp.Max. capaciteit: 1200 L reactiemengsel per uur.
Keuze: tandradpompje, Si -gietijzer.
8. HCN-opsl agtank.
Mac. capaciteit : 2600 kg vloeibaar HCN.
Keuze: 4000 L- tank met koe~mantel, 18/8 st aal.
x)
lO.Zwavel zuurtankje.
Il'iax. capaci tei t: 50 kg H
2SO 4' 96;(; Keuze:
35
L-tankje, gietijzer.II.Pomp.
I,iax. capaciteit: 1200 L ruw ...'l.C.H. per uur. Keuze: tandradpompje, Si-gietijzer.
12.Destillatieketel met opzet.
ka.«. capaci tei t: 1200 L r uw A. C.H.
Keuze: 1500 L t ank met kolom van 2 m hoog, 2' cm~, gevuld met Raschi g ringen, 18/8 staal.
13.Condensor.
Zie berekening hierna. x)
9
)
HCN-verdamptank.~ax. cap. : 425kg. HeN
:'.
14. Condensaatkoeler.
Max. capaciteit: 600 L A.C.H. per uur afkoelen van 820 op
150 C.
Keuze: horizontale pijpenkoeler met pekelkoeling, 18/8 st~l. 15. lomp.
Ifax. capaciteit: 600 L A.C.H. per uur.
Keuze: tandradpompje. 16. Opslagtank.
Max. capaciteit: 225 kg mengsel van aceton en HCN.
Keuze: .300 L tank met waterkoeling. 17. Opslagtank.
~ax. capaciteit: 1100 kg zuiver A.C.H.
Keuze: 1500 L tank, 18/8 staal.
Het vacuum wordt onderhouden met een dubbeltraps-stoomejector.
Berekening van een condensor.
Vereiste capaci tei t: 1120 kg l1..C.H. per uur condenseren.
We voeren eerste een globale berekening uit, waarbij we een overall
coefficient aannemen van bijv.
135 B.t.u. / (kr) (sq.ft.)(o F.)
(Opmerking: Voorzover gegevens betreffende A.C.H.
ont-breken, werden hiervoor waarden van aceton genomen, of,
wel, zoals bij de verdampingswarmte een schatting gemaakt).
Verdampingswarmte van A.C.H.
=
De af te voeren warmte is dan
=
444416 B.t.u./hr.8,5 kcal/mol
1120000
x
8,585
=
112.000 k cal/hrGekoeld wordt met rekel (25/0), welke wordt ingevoerd met een
tempera-tuur van 00 F en afgevoerd op 350 F. Opzettelijk wordt een dergelijke
koude koelvloeistof gebezigd om de condensor ook te kunnen gebruiken voor de condensatie van de (veel kleinere ) hoeveelheden niet
Schematisch kunnen we de situatie aldus weergeven: ,11 , 179,6oF À.e.H.damp "
e°i!
l
pekel _ _ _ _ _ _ _ _ .0 • • -.'---- --- --- - - -1 .. '. , " . - " --... _._ .•.. - ----
U
179,6° F,
A.C.H.vloeist ofHet vereiste koelend oppervlak vinden we uit:
"'" = U. A. At, waarin ~= af te voeren hoeveelheid warmte in B.t.u./hr. a= pppervlak in sq.ft. 12. Or t= log. gemiddelde temperatuurverschil r
=
161,20 ]1 •.
~=
444416 B. t. u./hr. 444.416 _ 2=
20,43 ft A=
135 .x
161,2IJe nemen 0,5" stalen pijpen, inwendige)Zf
=
0,622"Bij een vloeistofsnelheid van 1 ft/sec en een soortgelijk gewicht
van de pekel
=
1,1804 krijgen we voor het Reynoldsgetal:Re
=
D.v.
(:'-u
=
0,622 x 2,54x30,48xl,18040,052 = 1093
Voor een turbulente stromi rlg, dus voor Re) 3200 is de vereiste
vloeistofsnelheid dus 3 ft/sec.
De per uur doorgevoerde snelheid hoeveelheid pekel bedraagt dan:
472,5 x 1,1804 x 3 = 1673 lbs/hr
~
capaciteit voor water
I~e hebben in het totaal aan pekel nodig:
11200
= 6957 kg/hr = 15339 IbS/hr.
I
l
Het aantal buizen bedraagt dus:
15339 1673
=
9 buizen.
Het inwendig oppervlak hiervan per ft lengte = 9 x 0,163= 1,467 ft2
Benodigd oppervlak
=
20,43 ft220,43
~engte der buizen:
=
13,92 ft=
424 cm.1,467
Ben condensor met 4 "passes" met een diameter van 17,5 cm en een
lengte van 106 cm zou dus aan de gestelde eisen voldoen.
ive dienen nu de waarde der overall coefficient Ui te beJ!kenen, waarvoor geldt: Hierin is: h.
=
1. ho=
D. 1=
Do=
Ui = 1 h . 1+
1 1,151 :0. log k Ol filmcoefficient voor de filmcoefficient voor deinwendige buisdiameter
uitwencli ge buis diameter
D.
1
pekelfilm
A.C.H.-fim
k
=
thermische geleidèaarheid metaalwandKi is te be~ekenen uit: 0 8
\
,
h.D 1. Hierin is:/
D
.v·
f
f \=
0.023 ! uf / D=
inwendige pijpdiameter " 0,333)
Mc Adams Heat transmissionbIJ
167k
=
thermische 6eläQ1dbaarheid van de vloeistof bij defilm-:-temperatuur.
v
=
snelheid van de vloeistofff
=
dichtheid van de vloeistof bij de filmtemperatuuruf
=
viscositeit van de vleeistof bij de filmtemperatuurt;
\
\ \.\
\
14.
In ons geval is de film dus de pekelfilm. HO wordt gevonden uit de vergelijking:
=
0,725 l'üc Adams bI z. 268wa8.rin:
kf
=
thermisc.i:1e éSeleidbaarheid van de gecondenseerdevloeistof-film (in ons geval
A
.
C
.
H
.;
t
= dichtheid van de vloeistoffilmg ~= versnelling van de zwaartekracht
À
=
condensatiewarmteN
=
aru1tal buizenDo
=
uitwendige pijpdi~erAt = temperatuur van de verzadigde damp- temyeratuur van de
wand
=
t v.d. - twOok hier dienen weer de waarden bij de filmtemperatuur genomen te
worden.
riu geldt voor de filmtemperatuur: tf
=
t v.d.o
- i- At
=
~ v.d.-
T
- (t v.d. - t ) wDe grootte van tw is echter onbekend. De oplossing van dit probleem wordt gevonden door de volgende aanname:
=
t _ IOp.gemiddelde temp. verschilv. d. 5
Door een controle achteraf is na te gaan welke fout er gemaakt is.
Door de berekening daarna weer opnieuw uit te voeren, nu met de
ge-corrigeerde temperaturen zijn de juiste waarden der fi1mcoefficien~ n
te bepalen.
Hetzelfde geldt voor de temperatuur der pekelfilm
I
I/
..
Tenslotte merken we nog op, dat in de formule ~
=
U.Á. Atd.
welke we op blz. 12 verme~den van een constante overall coe'fficient
U wordt uitgegaan.
Voor een kort toestel wordt dan voor (J gewoonlijk de gemiddelde
waar-ciA.
de van U!s aan de uiteinden genomen. Voor langere toestelJ.en voeren we echter het log. gemiddelde in:
_.t_
=
A
Berekening.
~. In1aatzijde der pekel: log. l2;ern. tpmn.ver.schil t -+ t f .
=
1 = 0 -+ tw=
2 179,6 2 ~ l.g.t.v.= 10 161,2 = 73,70 F. 10 tf=
t A -3 l .g.t.v. = 179,6 o v.u.2
0
31161,2 0=
155,4F
.
20=
.0,023r'
V : :f:B
ef~:f
r·
m
0,eel14lxo,023 0,622 x 2,54/
0
622x2 54x3x30 \- 0.0220 0,8 >(J.
(---J
0=,333 0,810 x 0,6220 0.001141=
0,05359 g ca1/(sec)(cm2)(0 c)= 395,5 B.t.u./(hr)(sq.ft.) (oF)b.
16.
hO = 0,725 ( O,0943X58,132X4,17XI08X1800~
t=
9x
0,070x
0,392x
32,2 = 550,9 B.t.u./(hr) (sq.ft)(o F)Uitlaatzijde der pekel.
tf. = 35 4-2 179z6 161,2= 10 91,2° F l
3 0
tf = 179,6 - • 161,2
=
155,4F
0 20
Berekening van hi en ho bij deze temperaturen levert dan
hi
=
433,1 B.t.u./(hr)(sq.ft.)(o F)ho = 550,9 B.t.u./(hr)(sq.ft.)(o F)
c. Controle.
Noe~en we de temperatuur vervallen door de A.C.B.-film, de
wand en de pek~film resp. At o ' .tw en ~ti en het log.
ge-middelde temperatuurverschil
4
ll.'r(
lis
~l ht
1 ÁT hi~
. J l waarln Z-h=
7
=·At°
1
= A ti 1 h T dan geld t:•
J.
Inlaatzijde. 161,2 x 0,001815- - - =
61, gO .E'. 0,004726 ó. ti = Uitlaatzijde • A,t o = A tw = 161 22 x ° 2°02528 0,004726 161 22 x ° 2°°1815 0,004507 16112 x °1000383 0,004507 161,2 x 0,009309 0,004507A.C.H.-zijde van de wand.
= 86,2° P
= 64,90 F
= 13,7° F
=
82,6° ]'.Aan de in1aataijde is de wandtemp. 179,6° - 61,9 = 117,7° F 1
Aan de uitlaatzijde is de wandtemp. 179,6° - 64,g= 114,7~~
Voor de wandtemp. aan de pekelkant vinden we:
° ° 6°
inlaatzijde 117,7 F - 13,1 F
=
104, Fuitlaatzijde 114,70F - 13,70F = 101° F
Berekenen we hiermede tf en tf. dan k ..
° 1 rlJgen we: tf. = __ t_~+ __ ~tTWN __ 1 2 Inlaatzijde tf
=
179,6 -i
(179,6 -117,7)=
133,2° F°
e
+
104,6 = 52,3° F 2 oorstlronke1ijk aangênomen 155,4° F 73,7° F•
18. Uitlaatzijde. OorspronkeJ.:.tk aangenomen=
179,6-
i
(179,6 -114,7) 35+ 101=
680 F 2=
130,9° F 155,4° FVoor de gemiddelde wandtemperatuur aan de A.e.H.-zijde vinden we
117,7
+
114,7 o=
116,2 F terwijl we aangenomen hadden:2
t
=
t - l.g. t.v.=
179,6 - 32,2=
147,4° fw v.d. 5
d. Gecorrigeerde berekening.
De berekende en aangenomen waarden voor tf. en tfaan de
1
°
inlaatzijde en aan de uitlaatzijde en tw aan de A.C.H.-zijdi
~yN dus niet met elkaar in overeenstemming.
vVe nemen nu de volgende nieuwe waarden:
Inlaat Uitlaat
tf
=
132° F tf=
1320 F° °
tf.
=
530 P tf.=
6S°!IJI~ 1
Ket deze nieuwe temperatut~vinden we voor ho en hi :
Inlaatzijde Uitlaatzijde
ho 512,0 512,0
h. 356,3 389,6
•
e. 2e controle. Inlaatzijde. At=
°
At. 1=
Ui tlaa tzi ,jde .
À t o
=
At.: 1 161,2 x C,001953= 61,20 F 0,005142 161,2 x 0,000383 = 12,0° F C,00~5142 161,2 x 0,002806 88,0° F = 0,005142 161,2 x (',001953 0 F = 64·,2 0,004902 161~ x 0,OC383=
12,60 F 0,004902 161,2 x O,OOg5e~ 84 4° F 0,00490 2 'Hiermede vinden we voor de wandtemperatuur aan de A.C.H.kant:
c
wandtemp. inlaat: 179,6 - 61,2
=
118,41wandtemp. uit1aat:179,6 - 64,2 : 115,4 )
iVandtemperatuur aan de pekelkant:
Inlaatzijde 118,4 - 12
=
1~6,4° FUitlaatzijde 113,4 - 12,6 : 102,8° F
Berekenen we hieruit ~f en ti. dan wordt:
°
1 Inlaatzijde ti = 179,6 -i
(179,6 -118,4) = 133,7° F oo
+ 106,4 ° 2=
53,2 F Uitlaatzijde tf=
179,6°
.; - 4" (179,6 -115,4)=
131,4° F gemidd. 116,9° F gemiddeld°
132,5 F.35 + 102,8 2
°
tw gemiddeld was 116,9 F ~t= t v. • d -t = 17w 9,6 - 116,9 = 62,7° F 20 •.Vergelijking van de zo berekende en de aangenomen waarden levert de volgende tabel: Berekend Aangenomen tf inlaat en 132,5° F 132 ° F ° uitlaat tf. inlaat 53,2° i 53°F 1 tf. uitlaat 62" gO }' 680p l. tw 116,goF 116° F b.,t 62,7° F 63,6° F
Zoals hieruit blijkt zijn de verschillen tussen de berekende en de
aan-genomen waarden steeds minder dan 1° F, zodat de filmtemperatun~n en
daarmede de h's voldoende nauwkeurig zijn bepaald.
~e berekenen de Ui bij inlaat en uitlaat uit:
1 u. = 1 Inlaat Ul : Uitlaat U2 :
=
D log °"-
D-l. 1 O,002806 + 0,002988+ 0,001632 1 0,002566+ 0,002988 + 0,001632 = 134,7B.t.u./(ht (sn.ft.)°
F=
139,2 "r
, • U2~tl - UI A t 2 ~--~--~-=~~---=
2 , 3 log U 2 ~ tI "",IA=
UI At 2 444.416 x O,2493 A=
5520 139,2 x 1793
6-134,7 x144,6 2,3 l og 1 9,2 x 179,6 134,7 x 144,6=
20,07 ft2Voor 9 buizen is het oppervlak per ft: 1,467 ft2
Benodigde lengte der buizen: 20,07
=
13,68 ft=
417 cm.1,467
We nemen dus een condensor met
4
"passes" van 104 cm lang.Hiermede correspondeEEnde condensordiameter: 7"
=
17,5 CID •0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-5f 20 0,2493
/
".
V. Literatuur.
1. Blout, Hohenstein en I~lark, I!~onomers, New York 1949.
2. I.C.I. Fr. p. 745.B85 (1933).
3. Crawford en I .C.I. Br.p.410.4208 (1933)
zie ook U.S.p's 2.041.820 en 2.042.458 (1936) 4. Beer a.Halbig U.S.p.2.305.662 (1943).
5. I.C.I. a. Cooker; Davies a.Hill Br.p.395.687 (1933) 6. Ritchie, Jones, Burns a.I.C.I. Br.p.424.885 (1935)
U.S.p.2.183.357 (1940) 7. Kirk a. Mc.Clellan U.S.p.2.356.247 (1944) 8. Crawford a.I.C.I.
9
.
Crawford 10.Cr'awford Br.p.419.457 (1934) U.3.p.2.041.820 U.S.p.2.042.458 11.C~awford , U.S.p.2.101.821 (1937) 12.worne, U.S.p.2.352.582 (1944) 13.Aaine a.~ilson, Br.p.466.504(1937)14.Dupont de ~emours a Loder, Br.p.428.233(1935) 15.Barret, U.S.p.2.020.685 (1935)
l~.Reid, U.S.p.2.028.012 (1936)
le.doodhouse, N.S.p.2.101.820(1937)
19.TheTriplex Safety Glass Cy.Ltd.~ Br.p.416.~~7
20.The Triplex Safety Glass Cy Ltd. Br.p.452.285 21.ücheide anstalt, Fr.p.812.366 22.Scheide anstalt, D.R.p.744877 23.ûcheide anstalt,Br.p.417.952 24.I.G. Farben, U.J.p.2.090.942 25.I.G. Farben, Fr.p.804.124 26.3Chmocker, Zw.I.250.899
27.Du Pont de Nemours, U.S.p.2101.823
-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-