Bereiding gebleekte lijn- en standolie

I' " f' t

.,

-I

I,

il

iI .

"

I

:1

-

Il~+1-~,e

fà-v:- ,,'

/~~,

'-... . . . . ,

".\'

,i I 1

il

'I

'r!{]

I

I 11

~\

\ , r·" ... ...

"I~L.

~ ... .' ... ···c···.··· ... .

--... -... ... : ... , ... . ... ... . ... ... ~ ... : ....... .. A 6010-5

I~

. ' :.

i

"

l

\

-'t'

t

-INLEIDING

Het hierbij gaande schema met verslag betreffende een fabriek van gebleekte -, geisomeriseerde lijnolie en standolie is het tweede deel van een ontwerp van een lijn-en standolie-fabriek. Het eerste deel - de bereiding en raffinage van lijnolie - , dat reeds eind

1955,

gereed kwam, werd grotendeels door de Heer H.L. Tjan samengesteld, ter-wijl aan dit twe~ae deel, in het bijzonder het ,bleken van lijnolie, tevens door de Heer H.L. Tjan werd gewerkt.

De indeling van dit verslag is als volgt : In de hoofdstukken (I) "Bleken" , (11) IIIsomeriserenll _en

(111) IIPolymeriseren" zal een korte theoretische en prac-tische beschouwing worden gegeven van de drie onderdelen van het proces.

In hoofdstuk (IV) '''Het Ontwerp" zal aan de hand van een paar photocopie~n van het getekende schema de procesgang, speciaal de bereiding van standolie, worden toegelicht. Tevens zullen in dit hoofdstuk de materiaal-balanJen worden gegeven.

In hoofdstuk (V) "Het Opwarmen en het Afkoelen" zullen de tijden, benodigd voor het opwarmen van de lijnolie en het afkoelen van de standolie worden berekend.

In Hoofdstuk (VI) " De Tijd, benodigd voor het Standolie-stoken" zal worden nagegaan in welke tijd een standolie van ,bepaalde viscositeit met een volgens het schema opgezette

fabriek kan worden verkregen. De gevonden tijd zal vervolgens 'worden vergeleken met die; welke met de tot nu toe, op

indus-tri~le

schaal gebruikte bJtch-methoden kunnen worden

gerea-liseerd.

Totslot zijn aan dit verslag, behalve een lijst van de ge-raadpleegde literatuur, een aantal bijlag~n toegevoegd, welke in hoofdzaak betr~~king hebben op de berekeningen van hoofdstuk (V) en (VI).

- 2

-I) BLEKEN

Vette oli~n kunnen verschillende kleurstoffen in oplossing of in colloidale dispersie bevatten. De aan~ wezigheid van dergelijke kleurstoffen kan in bepaalde ge-vallen ongewenst zijn, bij voorbeeld bij de bereiding van lichtgekleurde lakken en vernissen.

De gele en rode kleuren, die karakteristiek' . zijn voor de meeste geraffineerde oli~n, zijn voor het grootste deel afkomstig van carotenoide pigmenten~ Deze

~.toffen kunnen worden verwijderd door adsorptie aan

bleek-aarde'(b.v. fuller's earth), actieve kool, e.d., terwijl de kleur als'zodanig vernietigd kan worden door oxydatie. Een oxydatie-proces is echter meestal niet bruikbaar, daar

de oxydatie-producten van onverzadigde glyceriden gekleur-de verbindingen van chinoigekleur-de structuur kunnen leveren, die de oorspronkelijke carotenoiden in kleur kunnen verdiepen. Bovendien kunnen de nog aanwezige pigmenten door een oxyda-tie van de olie gestabiliseerd wo!den tegen een adsorpoxyda-tie door een adsorptie~middel, zodat men in de olie-technologie tegenwoordig juist tracht tijdens het bleken de aanwezig-heid vin luchtzuurstof te vermijden (vacuum-bleken).

Een groene kleur is doorgaans afkomstig van

chlorophyl (b.v. in olijfolie). Deze groene kleur verdwijnt reeds gedeeltelijk tijdens een alkali-raffinage van de

olie. Een eventueel nableken kan geschieden met behulp van. een, met weinig zuur (HCl) geictiveerde bleekaarde.

Een bruine kleur wordt veroorzaakt door afbraak-producten van proteïnen, koolhydraten, phosphatiden, e.d. ~n komt voor bij oli~n, die gewonnen zijn uit beschadigde zaden. Het gelukt'meèst~al slechts ten dele om deze bruine kleur met behulp van adsorptie-middelen te verwijderen.

Het adsorptie-proces kan weergegeven worden door de bekende formule van Freundlich

x/m waarin:

n

=

k.c of: log x/m

₌

K

+ n.log c x

=

hoeveelheid geadsorbeerde stof m

=

hoeveelheid adsorptiemiddel

_.

,

c

=

concentratie nog niet geadsorbeerde stof k, K~ n

=

constanten, afhankelijk van ,het

3

-Indien log x/m grafisch uitgezet wordt als functie van

K

I

~-

_____

j,_Oj~c-:-

_ _ _ _

fig. 1

log c verkrijgt men rechte lijnen, zoals i~ figuur 1 is aangegeven.

Actieve kool bezit doorgaans een relatief- grote "n", doch kleine

"K"

in vergelijking met de bekende bleekaarden. ~n het algemeen zal actieve kool dan ook beter geschikt zijn om een donkere olie

"voor" te bleken en een bleek· aarde voordeliger zijn om de laatste resten van de gekleur. de stoffen te verwijderen. Volgens het bovenstaande wordt de keuze van het adsorptie-middel bepaald door de mate waarin de olie ontkleurd moet worden. Voorts speelt de prijs van de diverse adsorptie-middelen een rol bij de bepaling van deze keuze - actieve kool is een weinig duurder dan de (b.v. met zuur) geàcti-veerde bleekaarden en deze laatste veel duurder dan de niet geactiveerde aarden - ,

~

de totale bleekkosten meer afhangen van de hoeveelheid olie, die de verschillende a~­ sorptie-middelen na het gebruik vasthouden. Deze olie kan wel worden teruggewonnen (b.v. door extractie), doch blijkt dan doorgaans sterk geoxydeerd en van slechte kwaliteit te zijn. Vele blekerijen danken dan ook de adsorptie-middelen na gebruik zonder meer af.

Actieve kool is ook wat de hoeveelheid geadsorbeerde olie betreft ongunstiger dan de bleekaarden~ hetgeen blijkt uit het volgende staatje (overgenomen uit

A.S.

Richardson c.s., l i t 1) :

minder actieve fuller's earth zuur-geactiveerde aarde

actieve kool

De cijfers gelden voor drogende oli~n.

x/m

25 -

30

%

40 - 45% 50

%

De gebruikte hoeveelheid bleekaarde varieert in de praktijk

va~ 0,25

%

(bij reuzel) tot 5

%

(bij zeer donker gekleurde . niet-consumptieve vetten) van de hoeveelheid te bleken

pro-duc~, terwijl actieve kool in kleinere hoeveelheden wordt

4

-Uit de adsorptie-vergelijking van Freundlich volgt nog, dat een adsorptie-middel met grote "n", gebruikt voor de ontkleuring van een relatief lichtgekleurde olie, nog benut kan worden voor het "voor"-bleken van een donker

. I

gekleurd product. Dit "tegenstroom"-principe wordt wel toe-gepast in grote, conti~u-werkende blekerijen, doch leent zich economisch en technologisch minder gemakkelijk voor toeEassing 'op kleinere schaal bij discontinue installaties.

Men ke~t drie bleek-methoden. De oudste is de z.g. "open-batch"-methode, waarbij olie en adsorptiemiddel in een open ketel onder roeren worden verhit. Om de schade-lijke invloed van de luchtzuurstof (en ook van nog eventu-eel in de olie aanwezig water) tegen te gaan, heeft men

~:t.ens de z.g. nvacuum-ba~ch"-methode ingevoerd (druk;

ca. 50 mm kwik abs.), waarbij de olie in een gesloten ketel onder vacuum eerst wordt verhit om lucht en water te ver-wijderen en pas daarna wordt gemengd met het adsorptie-middel. Tot slot zijn er enkele uitvoeringen bekend, waarby de olie continu verhit, ontlucht, gedroogd, in tegenstroom met adsorptiemiddel gebleekt, gekoeld en gefiltreerd wordt. Deze laatste methode wordt nog alleen toegepast in grote bedrijven met een prbductie van minstens 50 - 100 ton ge-bleekte olie per dag. Er kan echter een niet onaanzienlijke

,

reductie in verbruik aan adsorptiemiddelen (en dus ook een vermindering van het verlies aan olie door adsorptie) per gewichtseenheid olie mee worden bereikt. (mededeling van The Girdler ~ompany, zie l i t 2).

De optimum bleektempera tuur. hangt .évenaits de contacttijd af van het adsorptie-middel. L~E. Stout c.s. (lit 3) geeft op voor zuur-geactiveerde bleekaarde :

100 - 106 oe en voor natuurlijke bleekaarden: 120 - 130 oe. met een contacttijd van 10 - 20 minuten. Om economische redenen wordt in de praktijk doorgaans met lagere dan de optimale bleektemperatuur gewerkt, bij voorbeeld:

"open-batch"-methode: ca. 110 oe ;"vacuum-batchll: ca. 80 oe contacttijd : 20 - 30 minuten.

De gegevens, verwerkt in dit hoofdstuk, werden in hoofdzaak ontleend aan A.E. Bailey (lit 4) en M.R. MilIa (lit.

5).

5

-II) ISOMERISEREN :

tJ-.;;2"O

Men schrijft

d~elijke

eigenschappen van Chinese Houtolie (Eng. ,lITung Oil") en enkele andere olie-soorten (zoals "Oi3;icica-olie)

:toa ...

aan de aanwezigheid van een systeem van drie geconjugeerde dubbele binding~n in de glyceriden van deze oli~n. Deze eigenschappen zijn o.a. de zeer snelle polymerisatie (standolie-bereiding), het snelle drogen en de goede water- en alkali-bestendigheid van de lakfilms. De prijs van houtolie fluctueert echter sterk, terwijl de overige oliesoorten, die min of meer de genoemde eigenschappen van nature bezitten, zeer incourant zijn.

Gedurende ~e laatste 25 jaar heeft men danook naar middelen gezocht om uit beter toegankelijke grondstof-fen drogende, in eigenschappen op ho~tolie gelijkende oli~n

te bereiden. Als resultaat van dit streven kan o.a. worden genoemd: de dehydratatie van ricinus-olie, de alkali- en de katalytische isomerisatie van drogende oli~n. (Zie o.a. J.C~ Cowan, l i t .

6,

en J.D. von Mikusch, l i t .

7).

De dehydratatie van ricinus-olie levert een olie. waarvan de vetzuurketens

ca.~enkelVOUdige

conjugatie bevatten (Priest

&

von Mikusch, l i t .

a).

De alkali-isomerisatie brengt geen extra dubbele bindingen in de vetzuurketens aan; men moet hierbij uitgaan van oli~n, die reeds van nature voor een groot gedeelte bestaan uit sterk onverza~igde glyceridén (lijnolie, visolr~n). Men kan met deze methode tot ongeveer

50

%

conjugatie (dieen +

trieen) komen (lit. 6 en l i t .

7).

Tijdens het isomeriseren wordt door de aanwezigheid van de loog de olie verzeept. Na afloop van het isomerisatie-proces zal men de. verkregen vetzuren moeten veresteren aan glycerol of een andere poly-alcohol, hetgeen deze methode omslachtig maakt.

Deze complicatie wordt vermeden door een kata-lytische isomerisatie van de glyceriden als zodanig. Tot voor kort is het echter niet gelukt met deze katalytische methode eenzelfde mate van conjugatie te verk~ijgen als met de alkali-isomerisatie mogelijk gebleken is.

6

-Vele stoffen, die een versnelling van de ther-mische polymerisatie van drogende oliijn teweegbrengen, blijken eveneens als isomerisatie-katalysatoren te kunnen fungeren. Enkele van deze stoffen 'zijn :

Nikkel met actieve kool als dfager (Radlove c.s., lito 9); voor de laktechnische eigensèhappen van de verkregen pro-_t ducten zie: Falkenburg c.s., l i t 10); S02 (Waterman c.s., lito 11, 12); een aantal chinonen (Fa1kenburg c.s., l i t 13); enkele organische jodium-verbindingen (Cowan, lito 6) en ook stoffen als fuller's earth, kiezelgoer en silicagel

(

(Mitchell

&

Kraybill, lito 14; Turk

&

Feldman, lito 15). Men neemt aan, dat tijdens het thermische stand-oliestoken de niet-geconjugeerde dubbele bindingen van dé glyceriden eerst overgaan in een geconjugeerde stand, en dat pas daarna de glyceriden polymeriseren, zonder dat an-dere (monomere) producten worden gevormd. De reactie, die de snelheid van de standolie-vorming bepaalt, zou volgens deze voorstelling niet de polymerisatie, doch de isomerisa-tie zijn (o.a. Bradley

&

Tess, lito 16, pag. 318) •

Wanneer het alleen om het isomeriseren van de glyceriden te doen is, past men een lagere temperatuur dan bij het standolie-stoken toe, zodat weinig of geen polymeri-satie kan optreden. Er ~u~nen zich dan echter wel neven-reacties voordoen, waardoor producten kunnen ontstaan, die in sommige opzichten laktechnisch nadelig zijn.

Zo wijt Blekkingh (lit. 17) het z.g. "na-kleven" (after-tack) van de lak- en vernisfilm~n, waarin een groot percentage geisomeriseerde olie is verwerkt, aan dé aanwe-zigheid van monomere ringverbindingen; die een p1astizeren-de invloed uitoefenen, en die tijp1astizeren-dens ee~bij de. tot voor kort gebruikelijke temperaturen (200 - 250 °C) uitgevoerde isomerisatie ontstaan. Blekkingh deelde tevens mede, dat er een nieuwe katalysator was gevonden, waarmede het moge-lijk was drogende oliijn bij lagere temperaturen te isomeri-seren, zodanig, dat het hinderlijke nakleven van de lakfil-men niet meer zou voorkolakfil-men.

Volgens von Mikusch (lit. 18) en von Mikusch

&

Mebes (lit. 19) zou eenjmet deze katalysator geisomeriseer-de lijnolie (afk. "I.L.O." = Isomerisiertes Lein-Oel) in eigenschappen meer gelijken op houtolie, in tegenstelling tot gedehydrateerde ricinus-olie, dia dichter bij lijnolie zou staan.

7

-Zo zou "I.L.O." veel sneller drogen (waarbij, evenals bij houtolie-filmen, ijsbloem-figuren ontstaan) en polymerise-ren da"n li jnolie, terwij look de "I. L. 0 ."-standolie betere laktechnische eigenschappen zou bezitten dan een standolie, die uit lijnolie is bereid.

Er is betrekkelijk weinig gepubliceerd over de bereiding van "I.L.O." • Het

Ned.~

'no 69.519 (lit. 20) spreekt van een Ni-NiS katalysator, met kiezelgoer als dra-ger (60

%

Ni, 31

%

goer, 3

%

S). Na het gedurende 2 uur verhitten van lijnolie met 6

%

Ni-NiS-katalysator (t.o.v. de gewichtshoeveelheid lijnolie) op 180 oe zou het dieen-getal van 2 tot 26 zijn toegenomen. Het nieuwere Britse Patent no. 103.826 (lit. 21) maakt melding van een verbeter· de katalysator~ waardoor het mogelijk is met siechts 4

%

katalysator de isomerisatie uit te voeren bij 140 oe. Er is dan ~chter 4 uur nodig voor het bereiken van een totaal conjugatie van ca. 50

%.

Deze nieuwe katalysator bevat eveneens Ni op kiezelgoer; in plaats van NiS is Se toege-voegd in percentages (t.o.v. het Ni) van 2 - 20

%

(het

juiste gehaltea~n ~~ wordt niet opgege~en).

Onder invloed van de "I.L.Olt-katalysatoren vindt ook ci"n sterke mate een cis-trans-isomerisatie plaats (ver-gelijk de elatdinering van vette oliän onder invloed van S02). Het gevölg hiervan is, dat tussen 10 en 20 oe. glyce-riden van onverzadigde, trans-isomere vetzuren uit "I.L.Olt kunnen neerslaan. Bij verwarming van de "I.L.O." lossen

deze vaste producten weer op. Zij mogen niet worden afgefi~ treerd.

Voorts "is "I.L.O." licht gee:lJ gekleurd. Deze kleur verdwijnt bij verhitting boven 200 oe. De I~L.O.­ standoliän zouden zich juist door hun lichte kleur en hel-derheid van andere standoliän onderscheiden.

Met de ontworpen installatie (zie hoofdstuk IV) zal het waarschijnlijk mogelijk zijn om naast gebleekte lijnolie ook I.L.O. te produceren, waardoor bij de stand-oliebereiding eventueel zal kunnen worden geprofiteerd van de veel snellere polymerisatie van deze geisomeriseerde olie (Hoofdstuk VI).

- 8

-lIl) POLYMERISEREN

Drogende oli~n kunnen op verschillende wijzen "polymeriseren", bijvoorbeeld door hen gedurende enige tijd op een temperatuur, gelegen tussen ca, 250

°c

(houtolie) en can 300

°c

(lijnolie) te houden. Men krijgt dan de z.g.

"Standoli~n" (heat bodied oils), die viscosit;iten van

enige tientallen tot enige honderden poises kunnen bezitten, Een andere wijze om "ingedikte" oli~n te verkrijgen wordt

o

gevormd door het inblazen van lucht in op 80 tot 150

c.

verwarmde, drogende oli~n (geblazen oli~n, blown oils).

In de olietechnolog~e wordt echter voor de be-schrijving van deze processen het woordt "polymeriseren" wat vrij gebruikt. Bij deze processen heeft-men waarschijn-~ijk slechts te maken met een dimerisatie, naast een aantal mogelij~e intra-moleculaire omzettingen. Op de theorie van dit indikken en het drogen zal niet nader worden ingegaan; zie hi~rvoor o.a. Waterman (lit. 22, i~), Boelhouwer (lit •.

2~) en von Mikusch (lit. 1).

Het principe van de standolie-bereiding is zeer eenvoudig. De technische uitvoering er van· kan echter va-ri~ren van b.v. op open vuur gestookte ketels tot installa-ties, bestaande uit grote, gesloten ketels, verwarmd en eventueel ook gekoeld met Dowtherm en voorzien van een va-cuum-aanslu.i ting, een inrichting voor het door- of opleiden van gassen, 'een roer-inrichting e.d •• Zie voor een over-zicht van de, in de praktijk toegepaste apparatuur o.a. MattieIlo (lit. 24), Mills (lit. 5, pag. 41-11), Scheiber

(lit. 25), Bidlack

&

Fasig (lit. 26, pag 48-64) •

Katalysatoren worden bij de bereiding van stand-olie wel gebruikt (zie onder IIIso~eriseren", voorts MilIs, li t. 5, pag 88-89, en Boelhouwer , 'li t. 2~1), doch hun toe-passing heeft ~~ niet geleid tot het uitvoeren van èen continu-procédé op industri~le schaal. In Delft is onder leiding van Waterman veel research verricht naar de werking en mogelijkheden van he~ S02- gas als katalysator voor het "a"cti veren" (isomeriseren) en polymeriseren van lijnolie. Deze onderzoekingen hebben o.a. geleid tot het· in bedrijf stellen van een kleine, semi-technische installatie, waar-mede standolie van goede kwaliteit op continue wijze kon worden verkregen. (Boel~ouwer, lito 2~).

.'

9

-Het principe van deze continue, katalytische werkwijze (het leiden van op de gewenste temperatuur voorverwarmde en met S02 gemengde lijnolie door een lange, gevulde kOlom) zou zich volgens de onderzoekers goed lenen voor toepassing in het groot (Boelhouwer, lit.27,28). In de U.S.A. zijn buis-reactoreri reeds toegepast voor dd bereiding van heat bodied oils (MattieIlo, l i t . 24).

Hoewel bij de door Boelhouwer c.s. voorgestelde werkwijze in principe de temperatuur, de oliesnel~eid en de hoeveelheid katalysator binnen wijde grenzen kunnen wor-den gevarieerd, is het echter de vraag of de omstandighewor-den ook tijdens de productie-gang snel genoeg zullen kunnen worden veranderd, zodat de insteltijd van de installatie

(en daarmede het veriiea aan olie ten gevolge hiervan)' klein gehouden zal kunnen worden.

In het algemeen is een discontinue werkwijze minder star dan een continue; men zal in een continu bedrijf tijdens de productie-gang minder gemakkelijk wijzigingen in de omstandigheden kunnen aanbrengen, terwijl een en an-der b.v. tussen twee vullingen van een batch-ketel in wèl het geval zal kunnen zijn. Dit laatste is vooral van belang, indien men een groot aantal, kleine eenheden, die telkens een andere instelling van het productie-apparaat vereisen, moet kunnen fabriceren. Voor een opsomming en een vergelij-king van de en nadelen van- in de olie-industrie voor-komende continu- en discontinu-geleide processen zie Bar-nebey (lit. 29).

De in Nederland meest gevraagde standolie is de z.g. "Zinkwit-standolie", die volgens het Nederlands Nor-maalblad N-598 o.a. een viscositeit van 20 tot 60 poises bij 20 oe en een zuurgetal van maximaal 16 moet bezitten~

Wat de viscosit~it betreft, zal een standolie-fabrikant zich kunnen beperken tot het fabriceren van een klein aantal Zinkwit-standoli~n van verschillende dikte

(binnen de grenzen, aangegeven door het Normaalblad). Door onderlinge menging van deze "standaard" Zinkwi t-standolHin zal dan aa~ een eventuele vraag naar bijzondere viscositei-ten kunnen worden voldaan.

Voor sommige lak-techriische toepassingen is het nodig, dat een standolie een niet te l~ag zuurgetal bezit, terwijl voor andere toepassingen het zuurgetal juist zo laag mogelijk moet zijn.

L

worden

10

-Standoli~n met ver~chillend zuurgetal, doch met practisch

gelijke overige eigenschappen, kunnen worden verkregen door het toepassen van vacuum (laag Z.G.) of van inerte gassen in combinatie met een hoge temperatuur (hoog Z.G.) tijdens het stoken.

/

Ter bereiding van de dikkere vari~teiten stand-ol ie (tot enige honde.rden poises), de z. g. "1i thografische vernissen", kan men uitgaan van een zinkwit-standolie met laag zuurgetal, die dan in een kleine batch-ketel voorzich-tig moet worden ingedikt, ·zodanig, dat eventueel snel kan worden gekoeld om het z. g •. " gela tineren" van de olie te voorkomen.

Voor sommige donker gekleurde olielakken is de kleur van de te gebruiken standolie niet belangrijk; daar-entegen zal men in lichtgekleurde olielakken en -vernissen een bleke standolie moeten verwerkem. Technisch bezien zou dus wat de kleur.van het product betreft kunnenLvolstaan met het bereiden van alleen lichtgekleurde standoli~n~.

Tot slot zijn lak-technische eigenschappen als b.v. uitstrijkbaarheid, drogende eigenschappen en kwaliteit

=

-van de gedroogde film, ~t Uitsluite~ fhankelijk van de eigenschappen van de in de lak verwerkte standolie.

Uit de bovenstaande, vluchtige beschouwing zal kunnen worden geconcludeerd, dat in het algemeen de produc-tie tot een zeer beperkt aantal, verschillende standoli~n beperkt zal kunnen worden, zodat het eventueel toepassen van een continu proces op deze gronden niet behoeft te wor-den verworpen. In een advertentie van Spencer Kellogg Inc. (lit. 30) worden daarentegen maar liefst 16 verschillende standoli~n uit voorraad aangebo~en.

I

Hoewel aanvankelijk,de standolie-fabriek in het ontwerp als een continu bedrijf werd opgezet (in aansluiting op het continu produceren, raffineren en bleken van lijn-olie), werd uiteindelijk toch overgestapt op het ontwerpen van een discontinu-werkende· fabriek, omdat (a) 'het niet

, .

zeker is, dat de gunstige resultaten, verkregen met de op kleine schaal werkende installatie van Boelhouwer c.s., ook bij toepassing in het groot zullen kunnen worden gerea-lizeerd (zie o.a. lito

27,

discu~sie van 1o~'en (b) het

-c:::

.

waarschijnlijk mogelijk is met moderne middelen de oude batch-gewijze bereiding zodanig te verbeteren, dat een in-stallatie ontstaat, die in productie-capaciteit kan concur-reren met, en in flexibiliteit wellicht superieur is aan de voorgestelde continue ~erkwijze.

- 11

-IV HET ONTWERP A) ~ Bleken

Ongeveer 1500 kg. geraffineerde lijnolie wordt met behulp .van de ~~S5~~ pomp onder de voorraadtank (op het schema links onder) in de meest linkse batch-ketel (inhoud ca. 2000 liter) gepom~t. Vervolgens wordt stoom toegelaten tot de verwarmingsspir~al in de batch-ketel en tot de beide, in serie geschakelde vacuum-ejecteurs. De olie wordt verwarmd tot

89

à 90 oe; het vacuum bedraagt ca. 50 mm kwikdruk absoluut.

Tijd.ns het opwarmen kan de olie doormiddel van een centrifugaal-pomp worden rondgepompt. Doordat de olie hierbij een sproeier boven

@

de bleekketel moet passeren, zal een grondige droging en ontluchting kunnen worden verkregen.

Even voor het moment, dat de bleektemperatuur wordt bereikt, wordt een klein gedeelte van de lijnolie naar het' (bovem de batchketel getekende) mengtankje ge-voerd. Hierin wordt (zuur-geactiveerde) bleekaarde met de lijnolie gemengd en vervolgens afgelaten in de bleek-ketel, alwaar de inmiddels aangezette centrifugaalroerder voor verdere menging zorg draagt.

Na het bleken worden de gebleekte lijnolie en de bleekaarde van elkaar ges6heiden door middel van een

kamerfilterper~ (plaat-oppervlak ca. 750 x 750 mm; 25 à 30 platen). In een apart tankje kan een eventueel troebel filtraat worden opgevangen en van ~ier worden terugge-voerd in de batchketel.

,

.

De tijden benodigd voor het bleken kunnen per ~atch ongeveer gesteld worden op ~

vullen, opwarmen en rondpompen (ontluchten) bleken filtreren Totaal ca.

.

..

(ig)

~inuten

20

,

,

20

, ,

70 minuten Per dag van 8 à 9 werkuren zullen ongeveer 7 batches, of ca. 10 ton gebleekte lijnolie kunnen worden geproduceerd. Daarvoor is rond 100 kg. bleekaarde nodig, die na gebruik ca. 40 à 50 kg. lijnolie geadsorbeerd houden.

•

12

-B)!!!i Isomeriseren

(11

I.L.O.

11)

,De ontworpen installatie voor de bereiding van geïsomeriseerde lijnolie (I.L.O.) met behulp van een

Ni-Se-kieze1goer katalysator' (lit. 21) is geheel identiek aan de bleekinstallatie, daar de werkwijze zeer veel op de procedure van het bleken lijkt. Deze installatie zou dus eventueel voor het bleken ,van lijnolie kunnen worden gebruikt, terwijl de bleek-apparatuur omgekeerd ook voor het isomeriseren kan worden ingeschakeld.

De omstandigheden tijdens het isomeriseren verschillen echter met die tijdens het bleken van 1ijno1i~ :

a) Er is een grotere gewichtshoevee~heid katalysator no-dig (4

A

5 gewichtsprocenten, d.w.z. 60 tot 70 kg. per batch van 1500 kg.) dan bleekaarde voor het bleken. b) De temperatuur, waarbij wordt geïsomeriseerd, bedraagt

130 à 140 °C., i.p.v. 80 à 90 oe. tijdens het bleken. c) De contacttijd is veel langer dan bij het bleken, nl.

3 A 4 uur (bleken ca. 20 minuten).

,',1..

~

Ju -:; • <A" Indien het opwarmen van de 1ijn01ie~minuten

t

'J>

t ~ "':JO' en het warm-filtreren van de geïsomeriseerde lijnolie

I> \

,k,}..'l,.

~

20 minuten duurt, zal Pt?r batch A 1500 kg. in totaal on-t\~I-~ '~:r.geveer 5 uur benodigd zijn. In dit geval zal dus per

,

~ ~~

werkdag (8 à 9 werkuren) slechts één batch lrunnen worden

~W'"

,

geproduceerd. Door gebruik te, maken van een grote

,:yota-i:J'I" tor" van het standolie-bedrijf (zie hieronder, photocopie

~l)

II, en Hfdst. V) kan een batch in 30 minuten worden ge-vuld met lijnolie 'van 130 oe. Per batch is dan ca. 50 minuten minder tijd nodig, waardoor juist twee batches per dag kunnen worden bereid. (ca., 3000 kg., I.L.O. per dag) •

De opslagtank voor geïsomeriseerde lijnolie is voorzien van een kleine stoomspiraal. Hiermede kan de

, 0

temperatuur van de I.L.O. boven 20 A 25 C. worden ge-houden , z'oda t géén onverzadigde "trans" -glyceriden zullen kunnen precipiteren.

13

-c) ~ Polymeriseren:

In het schema zijn een viertal "Votator" warmte, wisselaars aangebracht. In de twee grote Votators kan lijnolie (of I.L.O.) met stoom worden "voorgewarmd" en kan de·gepro~uceerde standolie met water worden ge~oeld • De twee kleine Votators (op het schema rechts boven) die-nen uitsluitend voor het op temperatuur (285 - 315 oe) brengen van de lijnolie, waarbij zij voor batchbedrijf parallel geschakeld zijn. De verwarming geschiedt met condenserende Dowtherm-A-damp.

,---De mantels van de twee batchketels worden allee! voor de bij-verwarming en het op temperatuur houden van de lijnolie gebruikt, en dus niet voor koeldoe1einde~,

hetgeen de (niet getekende) Dowtherm-installatie eenvou-' dig van constructie kan doen zijn. Deze batch-ketels zijn nog voorzien van een dubbele centrifugaal-roerder, een schuim-klopper, een inleidbuis voor gassen, zoals S02 (katalysator) en CO₂' en een aansluiting op een vacuum-ejecteur.

Het gebruik van stoom èn Dowtherm voor de ver-warming van de lijnolie is gebas~erd op de volgende over-wegingen :

a) Om een batch snel te kunnen koelen is een groot koe-lend oppervlak en/of een grote

warmte-overdracht-co~ffici~nt ,''U'' nodig'. Een grote "U" kan worden verkre,

gen, vooral indien het gaat om visceuse vloeistoffen zoals standolie, met een uit de margarine-industrie bekende Votator-war.mtewisselaar. Een dergelijke Votatol

~ou echter niet alleen voor de koeling dienst behoeven te doen, doch zou ook voor de verwarming ,van lijnolie kunnen worden ingeschakeld. Voor een dergelijke ver-warming komt alleen stoom in aanmerking, en geen Dow-.. therm', daar het Dowtherm-circui t~ wa tervrij moet blijven, b) Indien lijnolie met stoom wordt voorgewarmd, kan met'

een

~nder ;r~

capaciteit van de Dowtherm-installatiE worden volstaan, dan wanneer in, dezelfde tijd een ge- .

• ~. ~ .... .,Jo-~

lijke hoevéelheid lijnolie vanaf kamertemperatuur met Dowtherm all"n opgestookt moet worden. Nu zal de be-lasting van'de Dowtherm-installatie bij batch-bedrijf altijd onregelmatig zijn, hetgeen echter voor een kleinere apparatuur economisch minder bezwaarlijk is dan voor een grote.

!--:L

I I ' I

~)

I

L-{ I '

15

-Om de te volgen weg van de olie door het buize~ systeem sedurende de .opwarm- en afkoelperioden te verdui-delijken, zijn een drietal fotocopi~n van het fabrieks-schema aan dit verslag toegevoegd (N.B. Tijde~s het maken van deze fotocopi~n werd helaas het papier van het schema enigszins beschadigd).

In fotocopie I is met ".!:Q..Q.!" aangegeven de "route" die de lijnolie moet volgen om de linker batch-ketel te vul~en (gebleekte lijnolie) en. met donker blauw het circuit voor het afkoelen van ee~ batch met standolie

(rechter batchketel) door middel van rondpompen. ln dit geval wordt de linker.grote Votator verwarmd met stoom, de rechter gekoeld me~ water. Voor de in de fotocopie

bijgeschreven temperaturen en oliesnelheden zie de

bere-kening van Hfdst. V. ' \ Fotocopie . I

"

.

\

_,

,

:r

,

I

!

!'

'" ~1 , ,

1

- , i I

~/

I

Y

!n fotocopie 11 is met ~ aangegeven hoe de in fotoc6pie I gevulde batch op de eindtemperatuur wordt gebracht door rondpompen en met donker blauw hoe de stand. olie uit de rechter batchketel wordt a~gevoerd. Daar de linker grote Votator "vrij" is, kan deze nu worden ge-bruikt voor het verwarmen van een batch ten behoeve van het bleken of isomeriseren, hetgeen is aangegeven met

groen • , \

-.:i

_tJ o 'J • o , • ~.

(

-T,:IO·C , L_;Q+-, ~= 5'000 ~/4ti.2. ~

JL

L~,-_ -~:~

_________________________

----: __

--'7'j----l Fotocopie II

/

/

! ï

I

~l

: I

I~

11

-De ontworpen in~tallatie leent zich tot het continu prodeceren van standolie, hetgeen in fotocopie 111 is weergegeven. In twee circuits, een ~ en een blauwe, wordt de olie voortdurend rondgepompt. Volgens de blauwe stippellijn wordt standolie continu afgetapt en met de rechter grote Votator gekoeld. yerse lijnolie wordt aan het rode circuit toegevoeg-d via de rode stip-peltlijn. Hierbij wordt dus deze suppletie-lijnolie met de linker grote Votator voorgewarmd. De overgang van het rode naar het blauwe circuit vindt plaats volgens de groene stippellijn • \ ___ ' J :=:;;;:i;~ ~

U~ ~

Fotocopie 111

18

-Daar het fabrieksschema in de eerste plaats voor batch-bedrijf werd opgezet, werden de omstandigheden voor continu-bedrijf niet berekend, zodat ook niet kan worden opgegeven hoeveel standolie per uur of per dag met deze laatste werkwijze kan worden verkregen.

Er zijn slechts twee circuits aanwezig; er zal een zekere mate van "kortsluiting" kunnen voorkomen, zodat de conti-nu-geproduceerde standolie enige spreiding in polymerisa-tiegraad zal bezitten. Voor de berekening van deze sprei-ding zij verwezen naar o.a. A.P. Weber (lit.

31)

en voor een beschrijving van ee·n semi-technische, continu-werken-de standolie-fabriek, waarbij voor het opwarmen en afkoe-len gebruik wordt gemaakt van Votator-warmtewisselaars naar M. Sutton en A. Bond Jr. (lit. 32). Het

fabrieks-sch~ma is enigszins gebaseerd op gegevens van deze~laat­

ste auteurs.

De productie van standolie in:~batch-bedrijf

kan evenmin exact worden opgegeven, daar deze afhankelijk is van de viscositeit,van het uitgangs-product (lijnolie of I.L.O.), van de temperatuur waarbij wordt gestookt, al of niet onder vacuum. Wat dit laatste betreft, indien onder vacuum bij een hoge temperatuur wordt gewerkt kun-nen vrij grote verliezen ontstaan door het afdestilleren van vrije vetzuren en andere ontledingsprod~cten. Men krijgt dan weliswaar snel een standolie met laag zuur-getal, doch dit gaat ten koste van het rendement.

Gemiddeld zal echter met deze installatie ca. 4 ton standolie per dag van 8 à 9 werkuren kunnen worden geproduceerd (zie Hfdst. VI), hetgeen ongeveer 14 _.

%

is .

.

van de productie van geraffineerde lijnolie

(30

ton/dag). Dit percentage komt goed overeen met het percentage dat het verbruik van standolie in Nederland weergeeft in ver-houding tot het verbruik aan lijnolie, en dat kan worden ontleend aan de gegevens van het.Centraal Bureau voor de Statistiek (lit.

33).

Totslot zijn in de hierna volgende Tabellen I, II en III enkele gegevens betreffende de Votators en de batch-ketels genoteerd • .

- 19 _.

TABEL I ~ Batch-ketel

"

Binnendiameter ketel D.

48

1219

mm ~ ₁₁ Wanddikte ketel

t

12,7

mm

"

Buiten-diameter ketel

49

1245

mm

"

Hoogte zijwand ketel

62

1575

mm

"

Hoogte ketel volgems hartlijn

78

1981

mm

"

Pijl bodem en deksel

8

203

mm

(V.O.)

"

Hoogte verwarmend oppervlak

36

914

mm

V.O. ketel (betrokken op D.) _Ak

51,6

sq.ft =

4,86

m

2

l.

Inhoud ketel totaal

550

(I!!l)gallon ₌

2080

l i tel Max. vul inhoud voor standolie (koud) (+ )

317

(1A.i.)gallon =

1200

litaI

( + ) Een charge van

1000

kg lijnolie heeft bij kamertemperatuur een volume van ca.

1075

liter en bij

300

oe. een volume van ca.

1330

liter, zodat in dit geval rond

700

liter aan ruimte in de

ketel" overblijft (schuimvorming) •

TABEL II ~ kleine Votator

Lengte geschraapt oppervlak Lengte V.O. mantel

Diameter geschraapt oppervlak Wanddikte

piameter V.O. mantel

Binnen-diameter buitenwand mantel Diameter roterende as

V.O. geschraapt oppervlak V.O. mantel L v L. J D v d D. 1 J, D. _J,

2

D as A v A. J

60"

"

60

11

9

'\13/8"

.l "

'\/9 4

11 N

11

"

rv

₇

11,78

tV

12,7

5

ft

1524

5

ft

1524

0,75

ft

228,6

9,5

0,81

ft

247,6

0,92

ft

279,4

0,58

ft

178

sq.ft

1,094

sq.ft

1,18

mm mm mm mm mm mm mm 2 m

2

m

2

Doorsnede ruimte Votator

~

as Lijnolie-inhoud geschraapt gedeelte stroomsnelheid lijnolie door Votator

Tangenti~le snelheid lijnolie

S N

0,17

sq.ft

158

cm n,v 1\/

_0,85

_cu.ft

₂₄

_liter (+)

₁₈₇₀

_ft/hr

_0,16

_m/sec v t

5.10 4

ft/hr

4,23

m/sec

Toerental as voor v_t

=

4,23

m/sec

354

omw/min.

Bij W _o

=

15.400

_. lb/hr

=

7000

kg/hr

(~

9000

liter/hD, indien

- 20

-TABEL 111 ~ grote Votator

Lengte geschraapt oppervlak Lengte V.O. mantel

Diameter geschraapt oppervlak Wanddikte

Diameter

V.O.

mantel

Binnen-diameter buitenwand mantel Equivalente Diameter mantel

Diameter roterende as

V.o. geschraapt oppervlak

V.O.

mantel

Doorsnede ruimte Votator

1-

hartlijn Doorsnede ruimte mantel

--L

hartlijn Lijnolie-inhoud geschraapt gedeelte Water-inhoud mantel L v L. J D v d D. 1 J, D. 2 _J, De D as A v A. J S n,v S . n, J ( + )

Stroomsnelheid lijnolie door'Votator

,Stroomsnelheid koelwater door mantel (++) Tangenti~le snelheid lijnolie

Toerental as bij v t

=

4,23 m/see n 84 84 24 IV

25

1\126 1\1 2 '1122 11 11 11 11 It 11 11

7

7

2 ft ft ft 43,96 sq.ft f\J45,8 sq.ft 0,502 sq.ft tV 0,278 sq.ft 3,51 cu.ft f\J 1, 95 cu. ft 543 ft/hr 1\15080 ft/hr 5.1,0 4 ft/hr 2134 mm 2134 mm 609,6 mm 12,7 mm 635 mm 660 mm 51 mm 559 mm 4,084 4,25 466,5 258,3 2 m 2 m 2 cm 2 cm 99,5 liter 55,2 liter 0,046 m/see 0,43 m/see 4,23 m/see 133 omw/min.

(+)

Bij W

=

15.400 1b/hr

=

7000 kg/hr ( - 7800 1iter/ht, indien

o

Jo

=

0,897 kg/liter, d.w.z. bij T

=

65 oe 150 oF.)

(++) Bij W

=

88.000 lb/hr

=

40.000 kg/hr

=

40.00Q liter/hr.

- 21

-v) HET OPWARMEN EN HET AFKOELEN

De bereiding van standolie zal in de volgende trappen geschieden :

Het !~!!~~ !~~_~~ ~~~~~-~~~~!; !~E!~E~!~~ van Tl tot T2 met ~!~~~ in de ~~~~~ y~~~!~~

.

Het !~!!~~ !~~ ~~ ~~~~~-~~~~!; !~E!~E~!~~ _{van T2} tot T, met ~~!~~~!~ ln twee ~~!~!!~!-~~!~~~~~!~~,

~!~!.~~ y:~~~~~!~.

y~!~!~~ ~!!~~-!~~~! 8, - el minuten (zie pag. 15, fotocopie I , rode lijn)

~~~~~~~~~~ !~~ ~~ !!~~~!!~; !~!!~!~!~~ van T,

T

₄

met ~~!~~~E~ in twee E~E~!!~!-~~!~~~~~!~~' Votators ~n in de mantel van de batch-ketel Het rondpompen duurt:

e

4 - 9, minuten (zie pag. 16, fotocopie II, rode lijn)

Het eigenlijke Standolie-stoken; temperatuur

--- ---

---

---tot kleine

T

4 = T5 ; tijd hiervoor benodigd: 85 - 84 minuten (zie Hfdst. VI)

!~~~E~~E~! !~~ ~~ ~~~!~~!!~; !!~~~!!~~ van T

_S

tot T

₆

met ~~~!!~~~! in de ~!~~~ !~~~~~! •

Tijd hiervoor benodigd: 9

₆

-

9

5

minuten

(zie pag. 15, fotocopie I, blauwe lijn)

!!!~~! !~~ ~~ ~~~!~~!!~; !!!~~!!~~ ~an T

₆

tot T

₇

met ~~~!!~~~!.in de ~!~~~ y~~~~~! •

leeg-tijd batch-ketel': 9

7 -

e

6 minuten

(zie ·pag.

16,

fotocopie II, blauwe lijn)

Rondpompen van de standolie vanuit voorraad-tanks

_---

--- ---

---

---

---Afkoeling door koelwater in grote Votator of anderszins.

Deze laatste trap is niet bepalend voor de tijd, gedurende welke een batch-ketel in gebruik is. De tijd, benodigd voor Tr;ap VII, zal niet worden berekend.

- 22

-

,--De hieronder volgende berekeningen zullen in hoofdzaak in het Angelsaksische eenheden-stelsel worden uitgevoerd, daar de benodigde gegevens voor het merendeel uit de literatuur in deze eenheden werden ,verkregen (zie de Bijvoegsels). De antwoorden zullen echter ook in het in Nederland gebruikte eenheden-stelsel worden uitgedrukt,

Een alphabetische lijst van de gebruikte letter· aanduidingen en afkortingen is aan het einde van dit ver-slag opgenomen (pag. 58) •

Het vullen ~ de batch-ketel; verwarming van T

1 tot T2 met stoom in de'grote Votator :

Gege~ens (veronderstellingen) I' Hoeveelheid _!!j~~!!~ : _Mo

=

---

1000 kg

=

2200 lb Ma.ssa-snelheid !!~~~!!=.

.

.

w

=

)000 kg/uur

₌

6600 lb/hr . ~ 0 ---

---derhalve _!~!:~!~~ ketel: 9 3

-

G1

=

20 minuten

---,\' {

!!='~!~-!~~E='~~~~~~ ~!!~:

Tt

=

10

oe

= 50 oF )VJ--' 0 0 .' ~ ~ .. ~~ ~ Stoom-temperatuur: T t ~-~.3

_e

=

380 F

~ ~~ ~--- (pSt 12,1~ to

=

195,5

lb/sqin \I) f-}V" I .}.l s 2 ~ ~.~

.!!2!

~~~~=. !~!~~~~: Av

=

43,96

sq.ft

=

4,084

m

~~r (zie Tabel lIl, pag. 20)

gauge;

Berekend wordt: De temperatuur T

2, waarop de lijnolie

met stoom wordt verwarmd;

Berekening :

De stoom-belasting ~st in k.cal/uur en

in B'.t.u~/hr

Voor de hoeveelheid warmte per tijdseenheid, die over een stukje ter lengte dL van' de Votator (warmte-wisselaar) aan de lijnolie wordt overgedragen, kan worden genoteerd :

d~o = _{Wo·c o • dT} = _{Ust,o·(T st - T).Sn. dL} (1)

als Co = de (gemiddelde) soortelijke warmte van lijnolie, U _st,o

=

totale warmte-overdracht-co~ffici~nt in de

Votator van stoom naar lijnolie

T

=

temperatuur van de lijnolie ter plaatse van dl Sn

=

doorsnede v.h. verwarmend oppervlak

Hieruit volgt :

f

dT

1

S .dL

U

t

.(T

t-

T)

=

W.c T s , o s 0 0 0 t . =

380

- 23

-In Bijlage VII (pag. 54) is met behulp van de

film-cQ~ffici~nten hv,o (Bijlage I, pag. 39 - 43) en hj,st

(Bijlage IV, pag. 48) de U t voor een aantal

temperatu-s ,0

ren berekend, waaruit blijkt, dat

'u

t voldoet aan: s ,0

1..

U _st,o

=

6,40.

(T)2

(N.B.

"T"

in Met

den

behulp hiervan kan het eerste lid geintegreerd (verg.(3); de factor

van verg.

(2)

wor-6,40 is naar het derde lid van verg. (2) overgebracht)

2,3

=

_~'

f

log

V;....T-=s:..=.~_+-=-V_T..::.2i

- log

11

Ts

~

...

~

1

l

~~Yi;

_q.

VÇ'-~

Indien Co = 0,50 (gemiddelde waarde tussen 50 en 300 oF; zie ~ijlage VI, pag.52, verg (31) en Tabel X, pag. 53) kan met behulp van de vergn• (2) en (3) en de gegevens van pag. 22 de temperatuur T

2 worden berekend :

(lOg

Y3äö'

+

l,rT;' _

log

V3ä0' ...

"'\1501

= 6,40 x 43,96

r

V3aë'.-

VT;

VTao

-tra')

0,50 x 6600

of: log 19,49 +\[T:;

=

0,1218 + log 19,49

-V"T';

1 9,49 + 1,01 1 9,49 1,01

=

0,1218 + 0,3300 - 1,0~.i8 130 oe waaruit volgt:

=

=

=

N.B. Dit is juist de temperatuur nodig voor de bereidiug - van I.L.O., zodat met W

=

3000 kg/uur een batch

o '

A

1500 kg in 30 minuten met lijnolie van 130 oe kan wor-den gevuld (zie Hfdst. IV, pag. 12).

Indien Wo wordt opgevoerd tot 5000. kg/uur ( = 11.000 1 b/hl kan op overeenkomstige wijze worden berekend, dat ten behoeve van het bleken een b~tch à 1500 kg kan worden gevuld met lijnolie van

T

2

=

189 oF

~

87 oe. in 20 minuten (zie pag. 16, fot'ocopie 11, groene

lijn)-De benodigde ~oeveelheid warmte per tijdseen-heid ~st (stoom-belasting) kan worden berekend uit :

f6

_st

=

_{Wo· (°0,2 .. T 2} of numeriek met c

=

0,528 0,2 C O,1 • T 1 ) en c 1

=

0,455 ': 0,

f6

_st

=

6600 (0,5 2 8 • 266 - 0,455 • 50)

=

777.000 Btu/hr

~

196.000 kca1/hr

24

-Trap II ~ vullen ~ de batch-ketel; verwarming van T

2 tot T₃ met condenserende Dowtherm-damp in twee

parallel-géschakelde, kleine Votators Gegevens (veronderstellingen) Hoeveelheid lijnolie: M - - - 0 = 1000 kg = 2200 lb Massa-snelheid olie:

W

- - - 0 = 3000 kg/uur = 6600 lb/hr

!!~!~-!!!E!!!~~~! ~!!!

_{: T2 = 266 oF = 130 °c (pag.}

!!!E.

2~~~!~!· ~~!t~!!!-~!!E:

_{Td = 6aO} oF = 360 oe

\Pd = 5 ato = 73,0 lb/sq.in gauge)

v.o.

~!!!~! !~~!~~!! :

A

= 2 x ~1~78 = 23,56 sq. ft =v 2 ,188 m ~Tabel II, pag 19) Berekend wordt De temperatuur T

3, waarop de lijnolie

wordt verwarmd; .

De belasting van de Dowtherm-installatie

~d in k.cal/uur en in B.t.u./hr •

Voor verg. (1) (pag.

worden: .

b(c

.T)

-d = W d(c .T) =

w.

i .

dT

o o O T

22) kan ook geschreven

= U_d .(Td-T).S .dL (4) , o n of na integratie van T = T 2, L = 0 naar T = T₃, L = L Td - T2 Av _Ud 2,3 • log = - - . ,0 (5) Ta T 3 Wo b(Co·T)/ST

Uit

Bi'

'lage VI (pag.53 ) blijkt, dat de waarde van

U

_d S(c

.T)/~T

in het temperatuur-interval van

,0 0 0 .

240 tot 440 F practisch conàtant is en gemiddeld :

152 lb/sq.ft • hr bedraagt • Met dit gegeven en de boven~

staande, kan verg. (5) numeriek uitgewerkt worden t o t : log 680 266 680 - T 3

=

23,56 x 152 6600 x 2,3 = 0,2357 waaruit volgt =

₌

De benodigde hQeveelheid warmte per tijdseenheid -d (belasti~g Dowther~-installatie) kan worden gevonden

uit : ( -d = Wo c o

,3·

T

3

of numeriek met c 3 = 0,581 0, verg. (37) en Tabel X ) : en c 2 0, = 0,528 (Bijlage VI ~d = 6600 (0,581 • 439 - 0,528 • 266) = 756.400 Btu/hr = 190.600 k.cal/hr

25

-Trap

lli:,

Rondpompen ~ ~e lijnolie; verwarming van T

3

tot T

4

met

met condenserende Dowtherm-damp in twee parallel-gescha:kel

de, kleine Votators ~n in de mantel van de batch-ketel:

Gegevens (veronderstellingen) Hoeveelheid lijnolie .:, M

=

1000 kg

=

6600 lb - - - 0 ~~~~~-~~~!~~!~ _~!!~: Wo

=

7000 ~g/uur

=

15.400 lb/hr

~~~!~-!~~E~~~~~~! ~!!~

:

T

₃

= 439 F = 226 oe 2

v.o.

Votators A

=

23,56 sq.ft

=

2,188 m --- v

v.o.

~!~~~-~~!~!

Ak

=

51,6 sq.ft

=

4,86 m2 (Tabel

r)

Berekend wordt _: De tijd

e - e ,

benodigd om de olie

te brengeA op

~en

temperatuur van :

a) T

4

=

315 oe

=

599 oF en

b) T

4

=

300 oe

=

572 oF

De hierbij optredende maximale

belas-ting ~d van de Dowtherm-installatie

Berekening :

Voor de hoeveelheid warmte, die per tijds-eenheid aan de lijnolie wordt· ov.ergedragen kan worden genoteerd : a) inde Votators dT d o ' - V - (1 ) ~d _,v

=

M.c ---

=

W.c. T - T 0 0 de 0 0 (6)

,

als T

=

(variabele) temperatuur van de lijnolie aan de

ingang, 'en T

=(

variabele) temperatuur van de lijnolie

aan de uitgang van de Votators (of aan de ingang van de batch-ketel)

b) in de batch-ketel; als warmte-wisselaar opgevat

fd_d k

-dT k

-

(.t.

fl ' T)

(7)

=

M .c

₌

W .c. T.J·_

,

o 0 de o 0

,

,.

als T

=

(variabele) temperatuur van de lijnolie in de

~~voerbuis van de batch-ketel.

Sommatie van vergn.

(6)

en

(7)

geeft t

iIO-... \

-

.L (

. )

-

dT< - 11 )

~d

,

v + ~ d, k

=

~ d'

=

M 0 co· de Tv + T k

=

M 0 co·,

dG'

=

Wo c 0 (T - T (a)

als dT/d9

=

de temperatuur~toename per tijdseenheid aan

de afvoerbuis van de batch-ketel • Uit de bekende vergelijking

I

In (T d - T) / (T d - T)

=

Ud,o· Av / wo.c o

26 '

,

T

=

(9)

=

Evenzo geldt voor ~e batch-ketel

' I T d - T , T

=

_Td -Kk (10)

=

I Eliminatie van T exp.(Ük·Ak

I

wo·ë o )

uit (10) met behulp van (9) geeft : , I T_d

-

T T

=

T d

-

(11) K

-U .A + _Uk·Ak

met K

₌

_Kv·Kk

=

exp.( d,o v ) (12)

Wo

.

c ₀

11

(11) (

8)

Wordt T uit verg. gesubstitueerd in verg. dan wordt verkregen

!i5_d

=

-dT W

.e ·

,(T_d - T) K - 1 (13) M .c

.

de

=

.

K' 0 0 o 0 waaruit de tijd 6

4 e

3

kan worden gevonden door

inte-gratie van T

3

naar T4 M K T d - T

e

4 -

,~3

=

--.Q. • 2,3 log 3 (14) Wo K - 1 T d - T4 Uit Bijlage VI, Tabel X, blijkt, dat U

d in het

tempe-o ,0

ratuur-interval van 440 -600 F gemiddeld op :

100 Btu l{sq.ft).(hr).(OF) gesteld kan worden, en dat voorts

ë

(gemiddeld)

=

0,610 (in hetzelfde

temperatuur-o '

traject ). Wat bet,reft Uk ' de gemiddelde warmteover-dracht-co~ffici~nt van Dowtherm nàar lijnolie in de batch-ketel, uit gegevens van Chilton c.s. (lit. 34) kan glo-baal worden afgeleid, dat in dit geval de filmcolffici~nt van lijnolie t.o.v. de ketelwand ongeveer 30 B.t.u. per sq.ft • hr • oF bedraagt, zódat Uk ongéveer op

20 Btu/(sq.ft)(hr)(OF) gesteld kan wcirden ,(N.B. indien b.v. Uk'

=

25 Btu/( sq. ft )(hr)( oF) zou zijn,. dan zou zulks slechts in een geringe vermindering van de romdpomp-tijd

e

4 -

e

3 resulteren).

Met de bovenstaande gegevens (zie ook pag. 25) kan de factor K uit verg. (12) worden berekend:

K

=

exp.)lOO x 23,56 + 20 x 5l ,6}

=

l

15.400 x 0,610

0,3 6,07

- 27

-Uit verg. (14);volgt dan:

2200 x 1,4343 x 2,' 680 - 439 (uur)

=

15.400 x 0,4343 log 680 - T 4 a)' met

=

=

=

241

65,18 :Je log

8 ï

=

31 minuten·

en de gemiddelde temperatuur-stijging per tijdseenheid (dT/d9) _{. gem} b) met. T 4 9 4

-

93

=

en _{z4_3}

₌

599 - 439 31

=

=

572 OF

=

300 °c 65,18 x 1 og

ïö8

241

=

21

2

-

4~~ _5,8 23

=

=

2,9 °C/min

.

.

23 minuten OF/min

₌

~,2 °C/min

De hoeveelheid warmte, die per tijdse~nheid aan de lijnolie wordt toegevoerd, is volgens verg. (13) het grootst als T m~nimaal is, d.w.z. bij T

=

T

3

=

439 OF. Bij deze temperatuur zijn volgens Bijlage

VI,

Tabel

X

U

_d 0

=

106 Btu/(sq.ft)(hr)(OF) en .c

o

=

0,58 Btu/lb. OF

,

Indien nu voor Uk bij de genoemde temperatuur de waar-schijnlijk hoge waarde van 30 Btu/(sq.ft)(hr)(oF) wordt genomen, dan wordt volgens verg. (12) voor K gevonden:

0,453

K

=

e

=

1,573

en hiermede volgens verg.(l,) v~or -d

( d) _~d = 15.400 x 0,58 x 0,5729 x (680 - 439)

max 1,5729

=

784.000 Btu/hr

=

198.000 k.cal/uur Uit deze uitkomsten blijkt, dat een batch met 1000 kg lijnolie gevuld (vultijd 20 minuten) en tot

315 °C. (geval a)~ resp. 300 oe (geval b) opgestookt kan worden in resp. :

51 minuten en ~J minuten

zonder dat extreem hoge belastingen van de verwarmings-installaties worden gevorderd.

In bedrij,ven, uitgerust met op olie of gas gestookte batch-ketels, kan men voor het opwarmen van 1000 kg lijn-olie rekenen op een gemiddelde temperatuur-stijging per tijdseenheid van ongeveer 2 oe/min, dwz ~ dat men voor het bereiken van '00 o. C ca~ 140 minuten nodig heeft

- 28

-Rondpompen . .:!ä!! ~ standolie; afkoeling van T

5

tot T

6

met

koelwater in de grote Votator Gegevens (veronderstellingen)

Hoeveelheid standolie : Ms = 1000 kg = 2200 lb (= Mo(+) )

W_s

=

1000 kg/uur

=

15.400 lb/hr Massa-snelheid olie :

Massa-snelheiq water: W = 40.000 kg/uur

=

88.000 lb/hr

w

---

---~

---Be~n-temperatuur olie : a)

T

5 = 315' oe = 599 oF

----

---

----b)

T

5

.-

300 oe

₌

₅₇₂ oF ~~~!~-~~~~~!~~~~! !~~~!: !~!~-~~~~!!~!~~E ~!!!

:

t 1 T

₆

=

=

70

oF 220 oe = 21,1 oe

=

428 OF 2

Y~2· ~E~!~ Y2!~!~E: Av = 43,96 sq.ft = 4,084 m

( + ) de eventuele verliezen, tijdens het standolie-stoken ontstaan, zijn niet in rekening gebracht

Berekend wordt ~. De tijd e~

-

e~, benodigd om de tempe-ratuur van de standolie van T

5

op T

6

te doen verminderen ;

De hierbij optredende maximale tempera-tuur t

2 van het .koelwater

Berekening :.

De afkoeling van de standolie geschiedt in ~­

lijkstroom met de verwarming van het .koelwater • Op een bepaald moment

e

geldt dan voor de gehele Vota tor :

- dT' - ( ' 11 - 11 )

~w

= - Ms·Cs·(dë) =

Ws·c~.

T - T ) = Ww·cw·(t - _{t 1} (15) I

als: T

=

(variabele). inlaat-temperatuur van de standolie

Voorts

_,

T In

"

T I T - ' t

"

T - t als R

"

T

=

(var~abele~uitlaat-temperatuur van de standolie t

1

=

inlaat-temperatuur v.h. koelwate~ (constant) t"

=

(variabele) ui tlaa t:-tempera tuur v.h. koelwater

kan voor dit moment

e

worden afgeleid

- t U _{x Av} 1 S2 W _{(R 1) of}

.

"

= +

.

t W s x C S

expot

U

Sow

•

1>]

A 1 v (R + K₁ (16)

"

=

_Ws

.

C = S

"

W _{s •} C _s t - _{t 1} (11) =

₌

W _• w T'

-

Til W w

Met behulp van vergn. (16) en (11) kan worden gevonden

(RK₁ + 1) I (~-l)

11

.

T + • t ₁

T ₌ (18)

=

~

- 29

-Substitutie van verg.(18) in verg. (15) en integratie van

I

d; herleide verg.(15) van 9" - 9

5, î

=

T5 naar 9

=

96 T

=

T 6 geeft 2,3 Ms (R + 1) ~ K₁ W_{s •} (K₁ - 1) log _T...:.5 _ _ t..:.1 " T_{6 -} t ₁

Uit Bijlage VIII, Tabel Xn";blijkt, dat in het temperatuuI interval 600 - 426 oF :

rr

=

62 Btu/{sq.ft)(hr)(O F)

" s, w

en uit Bijlage VI, Tabel X ,dat in hetzelfde interval

C

= 0,60 Btu/lb.oF , indien de soortelijke warmte van

s

standolie gelijk gesteld wordt aan die van lijnolie.

-

/ °

( )

Als voorts C

w = 1 Btu lb. F, dan volgt uit verg. 17 :

R

=

15.400 x 0,60 / 88.000

=

0,105 en uit verg. {16) : " K 1

=

expo

{~6~2~~~~-=~~~

x 43,96 x 1,105} _ 0,326 15.400 x 0,60 - e = 1,385 zodat : (verg. (19) ) :

- e

= 2200 x 1,105 x 1,385 x 2,3 TB: 70 15.400 x 0,385 10g428_ 70

e

₆ 5 _{T - 70}

(uur) = 78,45 x log (min)

(t 2 )max

=

358 a) met T

2

=

599 OF = 315 °c

.

.

e

₆

- e

₅

₌

78,45 x _{log 358} ~

₌

14 minuten 599 - 428 _{12,2 oF/min 6,8 °C/min.} en _{z6-5 ="}

=

=

14 h) met T

2

=

572 OF

=

300 °c

e

₆ 9

5

=

78,45 x log 358

ill

=

12 minuten 572 - 428 _{12,0 OF/min 6,7 °C/min "}

en _z6-5

=

=

=

12

Uit (T

5- t 1)/(T6- t2)

=

K1 en (t -2 t 1)/(T5- T

6 )

=

R kan door eliminatie van T

6 de water-uitlaat-temperatuur t 2 worden gevonden " (R + Kt ).tt +" _{R.(K t - 1). T} 5 t₂

=

Hieruit blijkt, dat t ₂ maximaal is, als ook T

5 dit is, dus bij T

5

=

600 OF. Bij deze temperatuur is Cs

=

0,63

en

U

= 71 Btu/(sq.ft)(hr)(O F), zodat s,w R

₌

0,11 en K 1 = 1,41" en 1,52 x 70 + 0,11 x 0,41 x 600 _{86 OF}

3

0 °c =

=

1,11 x 1,41

...

f

30

-Af~óer van de standolie; afkoeling van T

6

tot T

₇

met

koelwater in de grote VGtator :

Gegevens '(veronderste~lingen)

~~~!~-~~~~~~~~~~~ ~~~~~~!!~

:

T

₆

=

220 oe

=

428 oF

~~~~-!!J.~ ~~!~~-~~!~!:.

e

₇ -

e

₆

=

9 minuten

Voor de overige gevens, zie onder Trap V, pag. 28

Berekend wordt De temperatuur T

7

Berekening

.

.

. Aangetoond kan worden, dat voor een warmte-wisselaar (gelijkstroom) gel·dt

T

6

-

t U

.

A

2,3

x

log 1

₌

S,W v

(R

+ 1)

C

20)

CR

+ 1) .T

7

-

R.T

6

-

t 1

W

s • c 's als R ₌

W

.e

/W

.e

=

(t 2

-

t1)

/

(T6 - T

7

)

s s w w

Uit Bijlage VIII,- Tabel XII blijkt, dat in het temperatuUl

~nterval

430 - 340

oF ,

i

~

52

B.t.u/(sq.ft)(hr)(oF )

s,w 0

en uit Bijlage VI, Tabel X , dat c = 0,565 Btu/lb. F,

s

zodat R 15.400 E 0,565

= 88.000

=

0,1

waar.door verg.

(26),

numeriek uitgew~rkt, wordt

1 428 - 70 og 1,lxT

7

-

42,8 70 -waaruit volgt

=

347

OF .' 52 x 43,96 x l,~ __ 0,1272 15.400 x 0,565 x 2,3

=

31

-I I

~:

I

_,-11 6-. I I I I I I _i I ' I

,

I I

T,

I r _i.

_ti

_et

,.

9,

$3

61{ e~

et

Be

'I~~~

,.

~ ... M '''-''jo , .:m= _M 11\. .. ('ë>J:.\L _~4::lt. lIL ... '" _M:::rrr:. ~

I

I

_j j -t.J i I ' ...

!

~ ~ , . ) of! 0 c) 011 • ..> "7

j

I j

_I

i

1j.

'7).

i:.:\

el _.,.. ~,

_~

Bt{

_Br

'é,

9,

\

;2

-VI) -DE TIJD, BENODIGD VOOR HET STANDOLIE - STOKEN A) De Polymerisatie-snelheid ~ lijnolie tijdens ~

Standolie-stoken

Volgens vonMikusch (lit. 8) en Oannegieter (lit. 35) zou llj)jç1;ens het standolie-stoken de toename van de v~scositeit als functie van de verstreken tijd voorgesteld kunnen worden door

log,,? 5

=

(21)

De factor "k", volgens verg.

(21)

een maat voor de snel-heid van het indikken van de lijnolie (polymerisatie-snelheid), blijkt zeer sterk afhankelijk ~e zijn van de temperatuur, waarop de lijnolie wordt verhit. Uit gege-vens van Ohatfield (lit. ;6) kunnen de volgende k-factoreI worden afgeleid :

(1

in poises,

e

in minuten)

10 3 T k x 250 00 0,6 290 00 3,6 300

°c

5,3 310 00 8,1

(N.B.: deze k-factoren verschillen een weinig van die, welke door Cannegieter (lit.35) werden opgegeven, omdat andere (lagere) waarden voor / 5 uit de gegevens van Ohatfield werden gebruikt).

Het verband tussen de factor "k" en de (abso-lute I) temperatuur T b zou volgens Oannegieter (loc.

a s

cit.) met de volgende, empyrische vergelijking (22) kun-nen worden weergegeven

log k

-1

= -

~

(T) + B (22)

als

"Q"

de polymerisatie-warmte en

"R"

en

"B"

constanten voorstellen.

Volgens de bovenstaande gegevens van Ohatfield wordt verg.

(22)

numeriek

log' k

= -

5810/T terwijl Oannegieter voor de factor Q/R 5200 vond.

+ 1,91

(23)

33

-Totslot hee~t Cannegieter (loc. cit.) nog kun-nen aantokun-nen, dat wanneer bij lijnolie, houtolie en oiti-cica-olie log k uitgezet wordt tegen l/T, er ~iet alleen

I

,)

rechte lijnen worden verkregen, doch dat deze rechte lij-nen bovendien ten naaste bij evenwijdig aan elkaar zijn. Dit laatste wijst op het ongeveer gelijk zijn van de poly. merisatie-warmten

"Q"

van de drie genoemde oli~n.

Volgens Anderson en Porter (lit.

37)

zou de gra· fiek van 10g'7 als functie van de verstreken tijd uit 3 delen bestaan, nl. een rechte lijn, zich van kleine vis-cositeiten uitstrekkend tot ongeveer

5 A

16 poises, ge-volgd door een tweede rechte tot ongeveer 30 à 80 poises en tot slot een kromme. De tweede rechte lijn bezit een kleinere rièhtingsco~ffici~nt "k" dan de eerste, terwijl het kromme gedeelte van de grafiek zodanig verl~opt~ dat bij t~enemende

e

de "k" groter wordt.(Dit laatste be-tekent een gevaar bij de bereiding van hoog-visceuse

standol~~n, vooral bij hoge temperatuur, daar de olie dan in zeer korte tijd kan gaan" gelatineren). Beneden

100

poises maakt men echt~r g"n grote fout, indien het indik-proces door

Iln

rechte lijn (verg. (21) ) wordt voorge-steld.

Verg.

(23)

geldt alléén voor de door Chatfield gebruikte lijnolie. Volgens Anderson en Po~ter (lit. 37)

is de factor "k" nog afhankelijk van de samenstelling van de lijnolie, waarbij o.a. de onverzadigdheid (Jood-getal) een belangrijke rol speelt. Zij vonden bij

307

°c

(585

OF)

voor de k-factor van een lijnolie met J.G.

=

195 :

8,5 x

10-

3 en voor de k-factor van een lijnolie met een J.G. van Blechts

175: 5,5

x

10-3•

Ook Cannegieter vond uit literatuur-gegevens en uit eigen werk een grote sprei-ding in de waarden van de k-factoren bij eenzelfde tempe-ratuur, en daardoor ook verschillende waarden voor Q/R en B (zie verg. (22) ). X~ ~«x ~« ~~m«xi«k« ~«x«.

txxx

De op laboratorium-proeven gebaseerde, numerieke verg.

(231

zal voor de praktijk gemiddeld waarschijnlijk wat te hoge waarden van de k-factoren opleveren. Ten behoeve van de nog uit te voeren berekeningen zal danook bij

niet-katalytische fabricage van standolie uit lijnolie de vol-gende IIwerk"-vergelijking worden toegepast :

34

-Indien S02 als katalysator bij de standolie-bereiding wordt toegepast, zal kSO

=

2 à 3 x k d SO' zijn.

2 zon er 2

De in Zaandam volgens het "W.I.S." procédé in deprOoktijk gevonden k-factoren (Cannegieter, lito 35) bleken echter veel kleiner te zijn, dan die, welke Waterman c.s. op laboratorium-schaal vonden. Waarschijnlijk is in de laboratorium-kolf de menging van 502 en olie veel beter dan in de batch-ketel, die niet speciaal voor dit doe~ is ingericht.

, De door Waterman c.s. (zie o.a. lito 38) gerea-liseerde hoge en zeer hoge waarden van de k-factoren zul-len waarschijnlijk slechts benut kunnen worden bij gebruik van een continu-werkende apparatuur (zoals die van Boel-... / houwer, l i t. 23 en 27),· daar de olie onder deze omstandig·

~ ~heden

tegen het

e~nde

van de stmoktijd zeer snel indikt

~

(met k

=

100 x 10 3, zou het slechts 3, minuten duren om

~

f

F ;,

heden in batch-bedrijf het zeer lastig zal zijn om een

~

J

standolie met voorgeschreven viscositeit te bereiden

-j

~f"'l1

keroel.l" eSnnaUWelijkS de tijd om een monster te. nemen, af te ~~ en op viscositeit te analyseren I) •

In het ontwerp is rekening gehouden met het

..:r~ eventueel gebruik van S02 als katalysator. De menging S02 - olie is echter niet ideaal. Het verdient waarschijn. lijk niet de extra moeite en kosten om een

speciaal-geconstrueerde olie-gas-menger bij te plaatsen,,'daar in de batch-ketel toch weer ontmenging zal plaats vinden.

z.al

Bij de hier,onder ~og te geven berekeningen wO,rden aangenomen, dat k

S02

=

2 x k ,zonder 502 zodat, indien de

voor verg. (22)

polymerisatie-warmte "Q" niet verandert, kan worden genoteerd

log k~O

= -

5200 / T + 7,~~ 2

---Volgens von Mikusch (lit. 18) polymeriseert I.L.O veel sneller dan een niet voorbehandelde lijnolie. Uit zijn gegevens kunnen de volgende k-factoren worden afgeleid

k

k

=

3,7

x 10-

3

=

10,0 x 10-3

terwijl volgens Boekenoogen (lit. 39) bij 300

°c

voor de k-factor een waarde van ca. 35 x 10-3 kan worden verwacht.