Fabriekschema: Bereiding neohexaan

r-, Fabriekschema. I

/

1

1JQ.A

.

,'

Î 1

'k:,

" ...-.,.._-".

~-) '---.. ... __ .,. , . ' /~ tf... ~ t .... _, j}vW "p" .. ( -/ \

?

i , >- 1"'\ Materiaalbalahs.

~'1

f

! i -or _________ L_______ -, I -j - -'> "

Deze werd gebaseerd op een productie van + 300 barrel

C"-"_""_,~.". mhhexaan per dag, hetgeen overeenkomt met het dagverbruik van Schiphol aan "blending".

In het gehele schema hebben we slechts op twee plaatsen

met "chemical process" te maken, te weten de kraakoven en de alkyleringsoven. De rest is alles "chemical operation"

De gegevens voor de kraakoven werden gehaald uit Schutt

H.C., Chem.Eng.Progress 43, 103, 1947, ter~jl de gegevens

voor de alkyleringsoven ontleend werd aan U.S.Patent

Ng

2 .. 209.450.

De materiaalbalans is overal opgegeven in lb/hr. Productie van~hexaan 268? lb/hr.

I

I :

~-4J/

~

-

~

, i

I?S~OTÄA

N - ( I

I

~ ~EkNl

~,~pomo

1

,

+"-

.

.,...-

J

ISOBUTAA Irl~-(H, I H, <

·

'--I

·~J~I"::"'"

_ rOflClf"OSOr

J

---.4

):

-

--~

:::r:

lS06UMN

~--

-

__

~I

':

--

-==a

/ ---. I

~

=.11 1.38.·( ( ~ • 0 _ - I . _ -c-, L _ _ 5 L... ~ ~~ comp~~~{'r ~ "wilSotpboilpr I -alllytfrinoso,.n. P :'30& alm I ·SOO"( ___ kOtIer _ l ~~I P·56a1m ,/ I 7~~ .c __ ~.~ .>1,,--, R ·5 ! 1

~[(YCL[J

P -22.7 I t. SO{

l

r-~

,

(

~

j.-,~R

'

"

- •

r~

-

~~

p.7aln\ P .1.4 t'42"C [ -. i 0 n

3J--~~

~-~

~b

I~,{~~

MA

-NEOHEXAAN J.J .BRAMMEYER ~ ..... /

I

_._----

:I-I

I Kraakoven i / Input: // /'

Vers Recycle Totaal

aetheen 61 2472 2533 aethaan 79

32"(

1006 propeen 951 ~- 2400

I

~

propaan 3752 488 4240 / / ) °3 604 604 5447 5336 10783 lb/hr Output: waterstof 65 lb/hr methaan 1592

_"

aethaan

y7

_"

aetheen 4558

_"

propaan ~88 _" propeen lf!41 " ) °3 1704

"

10783 lb/br

I

& Wastorens I I Input 10783 lb/br

,

\

-

_>

_C 3. Wordt er uit I _I gewassen 1704 1704 lb/hI

I

OutI2ut 9079 lb/br Absorptietoren InI2ut 9079 1b/br

niet geabsorbeerd 65 1b/hI

worden CH4 + ~ 1657 " 1592

_"

Geabsorbeerd door

Isobutaan 7422 lb/hr

Input Isobutaan 7422

_"

7422 lb/hI

.~---:--- - -

- -

- -I I ' I ~ AlkYleringsoven Input: aetheen 4558 Isobutaan 7422 aethaan 927 propaan 1449 propeen 488 14844 lbjhr

Voor de reactie in de alkyleringsoven moet de verhouding

aetheen:isobutaan, 12.1 tot 87.9 ujn (zie patent). Aanwezig moet dus z~n:

~~:i

X 4558 = 33.111 lbjhr isobutaan.

Er wàs aanwezig in het mengsel 7422 lb, dus vers moet worden toegevoerd:

33111 - 7422

=

25689 lb.

Totale input in de alkyleringsoven is 14844 + 25689

=

40533 lb.

Van deze hoeveelheid ontstaat door de reactie 16.1% koolwaterstoffen hoger dan 05'

î~Öl

X 40533

=

6065 lb. Hiervan is: 39.5%

>

lJt)hexaan = 2396 lbjhr 44.3% ~hexaan = 2687

"

16.2% andere hexanen = 982

"

100.0% 6065 lbjhr

De rest 34468 lb is enerz~ds niet gereageerd propeen en propaan (Refiner Vol 18 blz. 487), anderz~ds overgebleven

isobutaan en aetheen.

llij de alkyleringsreactie heeft het isobutaan en aetheen

niet uitsluitend gereageerd tot ~hexaan.

Wanneer we aannemen dat de ontstane 06 (60%) ontstaan is uit: 1 mol isobutaan en 1 mol aetheen,

en de hogere K.W. (40%) uit:

1 mol isobutaan en 1.3 mol aetheen, dan kunnen we hèt verbruik van beide berekenen.

- - - -

- - - - _ . -

~

60% van de vloeibare fractie

>

C 5 Isobutaan verbruik g~ x 3639

=

2453 Aetheen verbruik

~~

X 3639

=

1186

3639

40% van de vlo ei bare fractie ') 05 Isobutaan verbruik

~

'J<. 2426 = 1526

Aetheen verbruik

2i

x

2426 = 900 92

2426

Totaal Isobutaan verbruik: 2453 + 1526 = 3979 lb/hr.

3639 lb/br

2426 lb/hr

6065 lb/hr

In

de output alkyleringsoven is nog over aan isobutaan 33.111 - 3.979

=

29.132

Totaal Aetheen verbruik:

1186 + 900

=

2086 lb/hr.

In de output a1kyleringsoven is nog over aan aetheen 4.558 - 2.086

=

2.472 Output alkyleringsoven: Isobutaan 29.132 lb/hr. aetheen 2.472 mohexaan 2.687 mohexaan 2.396 andere hexanen 982 aethaan 927 propaan 1.449 propeen 488 40.533 lb/hr. Destillatiekolom I Input · 40.533 lb/hr. 2472 Recycle

C

_{2 + °3} 5.336

_"

1449 488 IIBottom" 35.197 lb/hr. Destillatiekolom II Input 35.197 lb/hr. Isobutaan recycle 29.132

_"

6.065 lb/hr.

I

..

- - -

._--Van deze Recycle gaat 7.422 naar de absorptietoren. De rest:

29.132 - 7.422

=

21.710 1b/hr

gaat naar de alkyleringsoven.

Vers isobutaan moet toegevoerd worden:

25.689 - 21.710

=

3.979 1b/hr. Destillatiekolom 111 Input 6.065 1b/hr nBottom" 2.396 ( ;> ~hexaan) Outp-ut 3.669 .lb/hr. Destillatiekolom IV Input 3.669 1b/hr andere hexanen 982 lb/hr tlft>hexaan 2.687 1b/hr

I' I I • •

/

t.

Beschrijving van de propaan koelinstallatie.

Per

uur moet 33,f40 kg. isobutaan afgekoeld worden van kamertemperatuur (150 c) tot _400 C. Dit betekent dat een hoeveelheid van

per uur moeten worden afgevoerd, als de soortelijke warmte van isobutaan 0.55 kg cal/kg.oC bedraagt. (Handbook of Chemistry and Pllysics) •

Rekenen we met een warmteverlies van 20%, (Verlies bij een ~-installatie), dan zal de propaan koelinstallatie be-rekend moeten worden op een afvoer :van 111.138 kg cal per uur.

Dit is per etmaal uitgedrukt in B.T.U.:

111.138 X 24 X 3.968 B.T.U./etmaal.

De Amerikaanse eenheid van koeling wordt uitgedrukt in

"standard commercial tons of refrigeration", hetgeen betekend een koeling van 200 B.T.U. per minuut of 12.000 B.T.U. per uur en 288.000 B.T.U. per etmaal.

Eij bovengenoemde propaan installatie zal de apparatuur

berekend moeten z~n op een capaciteit van:

111.13~8;.~6o ~3·968

= 3

6,75 st.comm.tons of refrigeration.

De propaan koelinstallatie is in principe gelijk aan die van een NH

3

-kringloop • Een compressor zuigt de dampen aan,

-""

die zich boven ~het vloeibaar koelmiddel in de verdamper

j' bevinden.

Het ~oelmiddel staat in de verdamper bij een temperatuur tof waarmede een verzadigingsspanning Po overeenkomt. Wanneer tengevolge van de beweging van de zuiger de druk in de pressor voldoende laag gedaald is, dringen de dampen in com-pressor langs een automatische inlaatklep. Gedurende de gehele

slaglengte, inlaat genoemd, dringen-de dampen de cylinder bin-nen.

Gedurende de terugkerende slag worden de dampen eerst samengedrukt en wanneer voldoende hoge druk is bereikt, worden

,--- - - - -- - - -- - -

-•

1·

De condensor wordt afgekoeld door water; de temperatuur en de circulatiesnelheid van het koelwater bepalen de tem~e­ ratuur, die in de condensor kan worden bereikt.

llij de adiabatische compressie is oververhitte damp ont-staan, waarvan de temperatuur berekend kan worden met de for-mule van Poisson:

k-l

-r

T = T_{o n} n

c l

Po (compressieverhouding) aannemende dat we te maken hebben met ideale gassen.

In de condensor zal deze oververhitte damp eerst moeten afkoelen tot het condensatiepunt, waarna de condensatie kan beginnen bij een constante temperatuur behorende bij de druk,

tot waar is gecomprimeerd. Na de condensatie kan eventueel de vloeistof nog worden onderkoeld, hetgeen het koelingsrende-ment gunstig beïnvloed.

De vloeistof, die onder hoge druk staat, wordt vervolgens via een smoorklep in de verdamper toegelaten. llij deze verdam-ping worden de nodige caloriën aan het te koelen medium ont-trokken.

Bij de adiabatische compressie blijft de entropie constant, terwijl bij het smoren de enthalpie ongewijzigd blijft. De kring-loop is dan ook het duidelijkst te vervolgen in een entropie en enthalpie diagram, waarvan hier voor propaan exemplaren

~jn toegevoegd. De gegevens werden ontleend aan Ferry, en zijn allen gebaseerd op 1 lb. pro~aan.

Deze diagrammen werden de bases van alle verdere bereke-ningen.

Tabel I en Tabel 11 zie volgende pagina.

In verband met de lage temperatuur, waarbij moet worden gekoeld, werd in de verdamper een temperatuur van

-50

0

C

aan-genomen

(-58

0 F

=

223°Ac).

Hierbij hoort een verzadigingsdruk

van

10.5

psi (c

0.73

kg/cm

2).

Het is onder deze condities dat de compressor de net ver-zadigde dampen adiabatisch comprimeert tot een druk van

1- -

-i'.

Tabel I.

Temperatuur Entropie in B.T.U.j1b oF z kgca11kg0

c

oF oe . ok _{Vloeistof' Gas} -70 -56.7 216.3 -0.086 0.400 -60 -51.1 221.9 -0.074 0.393 -50 -45.6 227.4 -0.061 0.389 -40 -40.0 233.0 -0.049 0.384 -30 -34.4 238.6 -0.036 0.380 I • -20 -28.9 244.1 -0.024 0.377 -10 -23.3 249.7 -0.012 0.374 0 -17.8 255.2 0 0.371 +10 -12.2 260.8 +0.012 0.370 +20 - 6.7 266.3 +0.024 0.368 +30 - 1.1 272.9 +0.035 0.366 +40 + 4.4 277.4 +0.047 0.366 +50 +10.0 283.0 +0.059 0.365 +60 +15.6 288.6 +0.070 0.364 +70 +21.1 294.1 +0.082 0.364 +80 +26.7 299.7 +0.093 0.364 +90 +32.2 305.2 +0.100 0.364

I

I I

De temperatuur, die hier vo~gens de dampspanningscurve bijhoort, komt overeen met

17.9° C

(64.3

0

F ... 291

0

k).

De dampen die echter bjj 114.3 psl de compressor verl ten ~jn iets hoger in temperatuur berekend volsens de formule van Poisson: k-l

T

T ... 223 114.3 )( 10.5

0.13

1.13

kpropaan

=

cP/cv

=

1.13.

llij NH

3

zou b~ een dergelijke compressie-verhouding

ei

11)

\

een veel hogere oververhitting het gevolg ~jn. Uit entropie diagram blijkt dat dit het koelingsrendement niet ten goede komt.

,-1

o

In de kringloop compres-sor-condensor-verdamper is de 40eveelheid calo-riën opgenomen in de verdamper plus de hoe-veelheid arbeid in calo-riën uitgedrult, die de compressor aan het sys-teem toevoegt gelijk aan het aantal caloriën, dat in de conden-sor weer moet worden afgevoerd. In bovenstaand schema stelt het oppervlak G E A H voor de hoeveelheid caloriën die in de verdamper wordt opgenomen (altijd nog van 1 lb propaan). Het

oppervlak ABC ~ F G E is de arbeid van de compressor. Ther-modynamisch is te be~jzen, dat dit oppervlak altijd gelijk is aan oppervlak ABC D K.

Beide oppervlakken samen geven de hoeveelheid caloriën aan, die in de condensor dienen te worden afgevoerd.

Uit onderstaand schetsje blijkt duidelijk dat onderkoeling langs de vloeistoflijn geen verhoging geeft in compressor-ar-beid, maar wel een verhoging van het aantal frigorieën.

Aangezien we de beschikking hebben over een bepaalde hoeveelheid methaan-waterstofgas van zeer lage temperatuur

r

I •

I

•

(-300 C) werd dit gebruikt om het vloeibare propaan in een 2de condensor verder te koelen tot 00

C

(320

F).

Grafisch bepaalde hoeveelheid frigorieën die 1 kg propaan

opnemen onder bovengenoemde condities.

223 X (0.392 - 0.050) • 76.3 kg cal/kg.

De totale hoeveelheden kg cal. die in de condensor worden afgevoerd:

273 X (0.392 - 0.036) + 18 x (0.392 - 0.076) +

t

x 18x(O.076

-0.036) +

t

x 3 ~ (0.392 - 0.364) - 103.3 kg cal/kg.

Arbe1.d van eeQllpNSBOr is . dus:

103.3 - 76.3 = 27.0 kg cal/kg (= 48.6 B.T.U·/lb) •

=

27.0 x 427 _ 11.529 kg m/kg.

De

arbeid van de compressor kan ook theoretisch berekend worden volgens de formule:

k-l

k

-r

A

= k-l

Po Vo (n - 1) kg m

waarin V_{o het soortelijke volume} voorstelt bij een temperatuur to, wanneer I kg koelmiddel wordt samengeperst.

V_o

=

0.5787 m3/kg propaan bij -500 C •

. Po = 0.73 kgf cm2 = 7300 kg/m2 •

A ...

à:i~

X

7300

x 0.5787

x

(1.32

-

1)

...

11.748 kg m/kg .

Aangezien deze formule alleen opgaat voor ideale gassen, werd voor de berekeningen bovengenoemde waarde van 11.529

kg m/kg als juist aangenomen, hoewel tussen theoretische en grafische methode grote overeenstemming bestaat.

l'

1

J)

$.

k

0-. F Ó

~~!

~/,.

~:

_~:

• ~I ~ I{

,

5

·

\,. • • 1 L.

llij het smoren van de pro-paan vloeistof zal de

enthalpie constant blijven, de entropie iets verandere~

hetgeen gepaard gaat met . een verlies aan productie. Immers het aantal frigoriën verminderd hiermee met het oppervlak F H

G

M.

wezen en hoe meer de productie coëfficiënt die van een carnot kringloop zal benaderen.

Onder productie coëfficiënt (E) verstaat men de verhouding van het aantal frigoriën t.o.v. arbeid van de compressor.

De term

Ecarnot - Ekringloop Ecarnot

is dan een maat voor het rendementsverlies ten gevolge van het smoren.

Zonder onderkoeling zou dit verlies zijn:

3.273~2~·48

= 24.15% (grafisch bepaald)

en nu met onderkoeling tot 0° C (273° k)

3.323:3~·82

=

15.1% (grafisch bepaald).

Rendementsverhoging tengevolge van een onderkoeling

is

dus vrij aanzienlijk.

Behalve de entropie kringloop is tevens een enthalpie

kringloop toegevoegd, waaruit ten dele dezelfde, tendele andere gegevens te halen zijn.

Verzadigde damp t

=

_580 F p - 10.5 psi H

=

155.9 B.T.U./1b S

=

0.392 B.T.U./lboF Verdamper t = -580 F p - 10.5 psi Htotaal = 18.2 BTU/lb ~1

=

-30.8 BTU/lb smoren comprimeren .).. Oververhitte damp t - 69.80 F (210 C) p - 114.3 psi H

=

204.5 B.T.U./1b S - 0.392 B.T.U./1bo~

conde~or

I met Nort~n water Vloei~ar propaan t - 64.30 F p :c 114.3 psi H

=

37.6 B.T.U./1b S

=

0.075 B.T.U./1boF

Warmte

ultwisselaar methaan

i

H₂ gas Onderkoeld propaan t

=

32.00 F P = 114.3 psi H

=

18.2 B.T.U./l~ S

=

0.037 B.T.U./lboF

r

i

I • I . / / ,

I

c

i

IL.

~

Arbeid van de compressor

per lb propaan HD-Hc

=

204.5 - 155.9

=

48.6 BTa/lb. "Coëff. of performance" (productie coëfficiënt). Onttrokken warmte Verrichte arbeid D

L _

_

_

_155.9-18.2

_~

_2.83

48.6 BW/1b

Aantal pk nodig per "st.comm.ton of refrigeration":

12 • 000 ~2J3 1 665 k

~46 X

2.83

=

2.83

=.

1>.

1 hp.

=

2546 BTU/1b

1 st.comm.ton of refrigeration

=

12.000 BTU/hr.

Theoretisch is dus een compressor van 1.665 pk nodig om 1 st.

comm.ton of refrigeration te produceren. In de praktijk wordt gewerkt met de

z.g.

"brake horse power", die

10%

er boven ligt, dus in dit geval:

1.832 pk per st.comm.ton of refrigeration.

Aantal 1b propaan, dat moet circuleren per minuut per "ton of refrigeration":

155.~0~

18.2

=

1.4524 lb/min.

Totale hoeveelheid "tons of refrigeration": 36.75, dus capaciteit compressor:

36.75 X 1.832 = 67.32 pk.

Totale propaan circulatie:

1.4524 X 36.75

=

53.37 1b propaan/min.

In de methaan-waterstof warmte-uitwisselaar moeten dus

C1l:t8

0

c

-Ho°

_{C) ')( 53.37 X 60 = 62 .. 12}

3

_BTU/hr

.

...

19.4

We hebben tot onze beschikking per uur: 1592 lb methaan en 65 lb

H2

worden onttrok-ken.

met een temperatuur van

_22

0 F en een druk van 823.2 psi. Cp Cp methaan

~

Als we 1 atm. en -340 C - 0.500 BTU/lboF 1 atm. en -340 C I : 3.4 BTU/lboF

warmte-I

I

I .

uitwisselaar verlaat, waarbij dan volgens het

tegenstroomprin-400 F~, ! o

'

32 F

cipe moet worden gewerkt, dan zal de totale hoeveelheid warmte door het gas opgenomen.

1592 X 0.500 x (40 + 22) •

49.352 BTU/hr

65 )( 3.4

X 62

=

13.702 BW /hr

63.054 BTU

/hr

Hierhlj is nog geen rekening gehouden dat de soortelijke warmte bij hogere drukken nog iets toeneemt, hetgeen de uitwis-seling

van

warmte alleen maar gunstiger maakt.

Berekening van de propaan condensor.

Voor de berekening van de propaan condensor werden voor-namelijk gegevens geraadpleegd uit:

Badger - McCabe - Elements of Chemical Engineering. L.Clark - Manual for Process Engineering Calculations KcAdam - Heat Transfer

Perry

-Catalogus "The Pfandler Co. Rochester U.S.A. New York Catalogus "Standards of tubular exchangers manufacturers

Association"

De afmetingen van de condensor moeten er op berekend zijn,

dat de hoeveelheid oververhitte propaandamp (53.37 lb/m1n.~ bij het verlaten van de condensor geheel in vloeibaar propaan is omgezet.

De hoeveelheid afgestane warmte hiervoor is:

53.37

x

(204.5 - 37.6)

=

8907 BTU/min.

Als koelmiddel wordt gebruikt Norton water met een tempe-ratuur van 100 C (500 F).

Het verbruik aan Norton water werd op

30

m

3

/hr

=

1101.8 lb/min. genomen. (Normale capaciteit van een Nortonput is

60

m

3

/hr.).

Hoeveelheid opgenomen warmte door het water 1101.8

x

S'W'H20

x

(x - 500) • 8907

BPU/min.

S.W.H20 - 1 BTU/lboF

(x -

50)

=

8.1

x

₌

o

Het water verlaat de condensor bij

58.1

F.

Voor de verdere berekening wordt de condensor in twee helften verdeeld, n.l. het deel waarin de oververhitte pro-paandamp afgekoeld wordt tot z'n condensatiepunt (van

69.8

0 F

tot

64.3

0 F), en het tweede deel, waar deze damp gaat conden-seren tot vloeistof (temperatuur blijft constant 64.30 F).

Voor de berekening van de warmte-overdrachtscoëfficiënt is dit ook beter omdat op beide delen andere formules van toe-passing zjjn.

Ie Deel:

Afgestane war.mte = opgenomen warmte

53.37

x

(204.5 - 189.0)

=

1101.8

X

1

X

(58.1

-

x).

o x

= 57.35

F. 2e Deel:

53.37

x (189.0 - 37.6)

=

1101.8

x

1

x

(57.35 - x).

...

-'-.

~:b_-_'_;'l>

""

. .

!

ïl""-···---) i~'H. > ~_i - - _/'/ > _, ! " I, "

I!

o x =

50.02

F.

Nevenstaande schets verdui-delijkt het temperatuurver-loop van het propaan, zowel

• 50.D2 als van het Norton water.

Als materiaal werd genomen een sta-len pijp van 1 inch

,,18

gage wal 1 " voor het propaan,

en een daaromheen liggende pijp van

2 inch

,,10

gage walI" voor het water •

d =

0.902

inch (Badger McCabe) D

= 1.732

inch (Badger McCabe)

I •

I

Berekening van het lste deel van de condensor.

o 0

Propaan-gas moet gekoeld worden van 69.8 F tot 64.3 F.

hoeveelheid per uur propaan-gas:

60 ~ 53.37

=

3202.20 lb/hr.

Spec.volume bij 64.30 F

=

0.950 ft3/1b (Perry).

Totale volume per uur:

0.950 X 3202.20 = 3042 ft3/hr.

De condensor wordt zo gebouwd, dat 10 pijpen parallel

komen te liggen, dus dat elk 304 ft3/hr moet verwerken.

Oppervlakte van de binnenste pijp

=

d2 _ 0.9022 a 0.638 in2

=

0.00443 ft2

als x de snelheid voorstelt in ft/sec. van propaandamp dan is

deze uit de volgende vergelijking te berekenen:

0.00443

X

3600

x

x

=

304 ft

3 .

x

=

19

ft/sec.

-Op dezelfde manier kan de snelheid voor het water worden berekend.

Binnendoorsnede 2 inch pijp 2.350 in2 Buitendoorsnede 1 inch pijp _0.785 ~n . 2

Opp. tussen de pijpen 1.565 in2

₌

~

_ft2

We hebben 10 pijpen, dus totaal oppervlak:

15.65 ft2

144 . s.g. water bij 57° F

=

62.42 lb/ft

3.

lf~5

x :

~60~

x 62.42

=

60 X 1101.8 lb/hr.

ft 2 ft/hr lb/ft

3

x

=

2.7 ft/sec.

Voor de berekening van het eerste deel van de condensor

werd als temperatuur van propaan aangenomen het gemiddelde

tussen temperatuur in. en uitvoer en dito voor het water. temperatuur propaan: 62. 80 +

64'2

0 0

2 = 67.0

F.

temperatuur water: 58.10 + 57.35

₌

57.7 0

F.

2

Berekening van de gas-coëfficiënt:

Propaan heeft een temperatuur van 670 F (200 C) en 8 atm.

I I • D

₌

u

₌

r

=

t

- - - _- -0.902 inch

=

0.0722 ft. 3600 X 19

=

68400 ft/hr. 0.939 lb/f't3 P2 Tl

f

=

Jo

_PI

_T2

f

= 0.1252 x

~

)(

§~~ =

0.939 lb/ft3 •

j:=

0.1252 lb/ft3 (0° C en 1 atm.)

Temperatuur is uitgedrukt in graden "R4-~. 00 C

=

32° F

=

460 + 32

=

4920 R. 20°

C

=

67°

F

=

460 + 67

=

527°

R.

=

0.0082 x 1.6

=

0.0131 centipQises

=

0.0131 x 2.42 : 0.032 lb/ft hr.

16.

-De factor 1.6 is een druk correctie zoals deze gevonden werd in McAdams blz. 410.

k

=

0.0100 BTU/hr ft 2 oF/ft

x

1.6

=

0.016 BTU/br ft 2 oF/ft. Ook hier werd een druk correctie van 1.6 aangenomen, geba seerd op het practisch onafhankelijk van de druk ujn van de term.

Cppjk

~ (McAdams blz. 391)

Hierbij Cp onafhankelijk van de druk verondersteld. Cp

=

0.400 BTU/lb OF.

Het Reynoldsgetal is nu:

R4. = ~ ~

=

0.0722 X 68400 x 0.939 - 144914 0.032

-We hebben dus met een turbulente stroom te maken. Gas-coëfficiënt propaan is:

k

h = 0.0225 D

(~)0.8

f;F)0.3

,r

exponent

=

0.3 omdat we hier te maken hebben met koelen. (Badger McCabe).

0.016 h

=

0.0225 0.0722 X 144914 0 •8 u (0.4 x 0.032 )0. 3 ,. 0.016

=

0.0225 X 0.22 x 13455 X 0.935

=

62.27 BTU/ft2 hr OF. Op dezelfde manier kan de watercoëfficiënt worden

Binnendoorsnede 2" pijp Bui tendoorsnede 1 tf pijp

2.350 in2 0.785 in2

Opp. tussen de pijpen 1.565 in2

--

~---Shape factor

=

~

inch

=

3:i~~512

ft

=

0.0415 ft. De "Shape factor" is gedefiniëerd als oppervlak : omtrek verwarmend vlak.

In dit geval dus d

=

1"

D D 4 X Shape factor = 4 x 0.0415

=

0.1660 ft. u

=

3600 x 2.7

=

9720 ft/hr.

f

57.7°F - 62.35 lb/ft3 ~ • 1.150

X

2.42

=

2.783 lb/ft hr. k

=

0.338 BTU/ft2hr oF/ft. C = 1.00 BTU/lb oF. R .. = 0.1660 X 2~~§~ x 62.35 = 36149 De stroming is turbulent. 0.8 0.4 h

=

0.0225 )( 2.0 )( 36149 )( 8.2

exponent is 0.4 omdat we hier te maken hebben met verwarming.

h - 462.5

BTU/ft~hr

oF

Berekening

van

de "overall-coëfficiënt" Ug

L

= 0.049"

=

0.004 ft.

kstaal

=

26 BTU/ft2hr oF/ft. Vervuilingsfactor propa~jde f₁

=

0.0005 BTU/hr oF Vervuilingsfactor water~jde f 2 c 0.001 BTU/hr oF dl

=

0.902 inch

=

0.0722 ft. d₂

=

1.000 inch

=

0.0800 ft.

=

0.0761 ft. 1 Ug =

dm

dm

L

dm

'd1l

+ ër-fl +

k

+ ~2 1 1 1 2

dm

20 + d2~

=

48.60 BTU/hr ft F

Hoeveelheid per uur af te voeren warmte:

53.37

X 60 x (204.5 - 189.0) = 49634 BTU/hr.

Logarithmisch temperatuur gemiddelde tm Propaan gas water 69.80 58.10 -~) 64.30 -~~ 57.35 '" tI

=

11.70 .4 t ₂

=

6.95

Oppervlak A voor het eerste deel van de condensor

q = Ug x A x A

tm.

49634 = 48.60 x A x 10.0

A

=

102 ft2

IJ.

-Voor het tweede deel van de condensor werd aangenomen een gemiddelde temperatuur voor water van

57.35 ~ 50.02

=

53.680 F

en voor het propaan de condensatie-temperatuur van

o

64.3 F.

Berekening van de water-coëfficiënt:

D u

S

/

k :: 0.1660 ft. ... 9720 ft/hr. 53 • 68 • 61. 97 1 b /ft3 •

=

1.20 X 2.42

=

2.904 lb/ft.hr.

=

0.335 BTU/ft2hr OF/ft. C

=

1.00 BTU/lb OF.

h

=

0.0225"~"309810.8x

e@:§n)O.4

= 417.7 BTU/ft2hr OF.

-De overdrachtscoëfficiënt aan de condenserende ~jde wordt althans voor een horizontale condensor weergegeven door de for mule van Nusselt:

h

=

0.725

~

.

2 f5 "

D~ At

waarin de grootheden betrekking hebben op de vloeistof, terwijl

Ä t 'voorstelt het verschil tussen temperatuur condenserende vloeistof en temperatuur van de wand.

D

=

0.08 BTU/hr.ft2 oF/ft. = 0.585 lb/tt3 c 4.18 108 ft/hr2 0;: 151.4 BW/lb ... 0.0722 ft a 0.13 2.42 = 0.315 lb/ft.hr - 64.30 - 58.99 =5.31° F h ... 0.725 0.083 x. 0.5852 X 4.18 X 10 8 _{)( 151.4} 0.0722 X 0.315 X

5.31

..

..

'" Overall coefficient: propaanzij de waterzjjde L kstaal f_l f 2 dl

~

dm

= 0.004 ft

=

26 BTU/ft2hr oF/ft = 0.002 BTU/hr oF = 0.001 BTU/br oF

=

0.0722 ft

=

0.0800 ft = 0.0761 ft 1 Ug

=

--~~~~----~~~---~~~~~-===~---... .",..."..;;..:;..;::;...t...=.;;;..",....,...,." + 0.0761 0 002 0.004 0.0261 0 001 0.0722·· + 26 + 0.0800·· +

=

49.33 0.0761

0.0800

x

417.7

Hoeveelheid af te voeren warmte is:

53.37

x

60

x

(189.0 - 37.6)= 484813 BTU/hr. Logarithmisch temperatuurgemidde1de: ~ tI ... 6.95 l\ t₂ = 14.28 ~ tm'" 14.28 - 6

_i4

5 28 = 10.27 2.30 log. 6.95

Benodigd oppervlak voor het tweede deel van de condensor:

q = Ug

x

A X LI

tm

484813 = 49.33 X A X 10.27

A = 957 ft2

In totaal is dus voor de condensor nodig een verwarmend

oppervlak van