Fabriek ter bereiding van stijfsel uit aardappelen

FABRIEK TER BEREIDING VAN STIJFSEL UIT AARDAPPELEN. ====================================================

J.J.M.BOGAERS. DELFT. JANUARI 1952.

•

1

Fabriek ter bereiding van stijfsel uit aardappelen. Literatuur: 1) 2)

3)

4) 5) 6) 7) 8)

9)

10) 11) 12) 13) 14) Brautlecht, C. Howerton, W. Mûller,

G.

Reichenberg Parow, E.

Bios fina1 report

Shreve, R. N. Kerr,

R.W.

Kroner, E. Perry, J. Kern, D. Q. Mc Adams, W. H. Brown and Msrco

Inleiding: : Ind.Eng.Chem. 32, 893 (1940) : Ind.Eng.Chem. 402 , 1402 (1948) Chem.Met .Eng. 48, No 3, 78 (1941: Chem.Met.Eng.

22,

120, Juni 1949

..

.t

"Handbuch der Starke t'abrikation Berlin 1928.

No

1005

No 1528 No 1559

"The Chemical Process Industries" New York 1945

"Chemistry and Industry of Starch"

Z.Ver.Deutsche Ing.Verfahrens-technik No 6, 183 (1940)

ttChemical Engineers Handbook" , 30 _{edition, New lork 1950}

: "Process Heat Transfer",ve.vj...llf$"()

"Heat Transmission", 20 edition, New York 1942

"Introduction to Heat Transfer", New York 1942

De opgave was een schema op te stellen voor een moderne stijfselfabriek in Nederland met een capaciteit van

±

10 ton stijfsel per 24 uur .•

Als grondstof wordt in ons land gebruikt aardappelzetmeel. Het beschreven proces is continu-werkend.

In dit verslag wordt de verwerking van aardappels tot on-zuiver zetmeel beschreven.

Plantaardig beschouwd bestaat de aardappel uit verschil-lende lagen. De buitenste laag bestaat uit verknrkte cellen met dikke wand. Deze cellen bevatten verdroogd protoplasma.

De volgende laag bestaat uit cellen met dunnere wand, die rijk zijn aan proteine, maar geen zetmeel bevatten.

De derde laag wordt gevormd door protoplasma-rijke cellen met weinige, kleine zetmeelkorreltjes en proteïne.

Tenslotte komen dan de cellen die de hoofdmassa der zet-meelkorreltjes bevatten. Deze korreltjes liggen in het celsap, dat bestaat uit een oplossing van eiwitstoffen, suiker, orga-nische zouten etc.

De verwerking der aardappelen heeft ~ tot doel: het scheiden van de zetmeelkorrels van de andere stoffen die zich in de aardappelen bevinden. De zuivering en versbjfseling van dit zetmeel met de verwerking van pulp- en proteïne-afval werd behandeld door de Heer E.Janssens.

Verder zal in dit verslag een gedeelte van de zetmeeldro-ger berekend worden.

Beschrijving van het proces:

De aardappelen worden per schip of vrachtauto aangevoerd en gestort in een grote betonnen ruimte, met hellende vloer

(15°).

In deze ruimte kan een voorraad opgeslagen worden, vol-doende voor twee weken.

Per minuut worden er 60.7 Kg onzuivere aardappelen

ver-werkt. Voor veertien dagen is dus nodig 14 x 24 x 60 x 60.7

=

1222 ton aardappelen.

1

.3

ruimte komt overeen met 1.1 ton aardappelen. Benodig-de ruimte: lf~2

=

1110 m3. De gehele stortplaats is 100 m lang, 10 m breed en 2 meter diep.

Aan de aanvoer~jde van de ruimte zijn op afstanden van 13.6

meter, 4 grote betonnen dammen aangebracht (8 x 5 m). Hierdoor is men in staat om de met vrachtauto's aangevoerde aardappelen, zover mogelijk in de ruimte te storten.

Het totale oppervlak der dammen is groot:

8

x

5

x

4

=

160.2

Het gehele oppervlak is groot 1000 m2 • Indien men aanneemt een hoogte van 2 m opslag tot en met de pijlers, en voor de pijleD een gemiddelde hoogte van 1 m, dan is de inhoud;

(500 - 160)

x 2 +

500

x l .

1180

m

3.

In verband met gevaar voor rotting der aardappelen, mag de opslaghoogte zeker niet groter ~jn dan 2 meter.

De aardappelen worden met behulp van waterkanonnen, die aan de rand der opslagruimte of op de dammen staan opgesteld, wegge-·

3

spoten naar een goot. De voeding van de waterkanonnen bestaat uit rivierwater, aangevuld met afvalwater van de slemptafels en het filtraat van gezuiverd zetmeel.

Via de goot worden de aardappelen met water

getranspor-teerd naar een elevator (Linkbelt), die aardappelen + water

omhoogvoert met behulp van een aantal bakjes, die elk 3 Kg

aardappelen kunnen bevatten + 15 1. water. Afmetingen van één

bakje 40 x 20 x 20 cm. Per minuut worden er 20 bakjes gevuld

en leeggestort op een rooster. Het vuile water wordt afgevoerd

naar bezinkbakken. Het rooster is hellend opgesteld, zodat de nu gedeeltelijk gereinigde aardappelen gemakkelijk in een rote-rende cylindervormige zeef kunnen rollen.

De zeef is bespannen met koperbronsgaas. De zeef wordt voortdurend bespoten met rivierwater, waardoor de aardappelen verder gereinigd worden.

Vanuit de zeef rollen de aardappelen in een betonnen was-machine (systeem Jahn). Deze bestaat uit vier wascompartimenten. Het waswater (rivierwater) wordt boven de wasmachine toegevoerd.

Het vuile waswater verlaat via steenvanger~en uitlaatklep de

machine en stroomt naar bezinkputten. Tussen twee compartimen-ten bevindt zich telkens een droge ruimte, waar de aardappelen

kunnen afdruipen. Hier wordt dus niet gewassen. De voortstuwing

van de aardappelen van het ene compartiment naar het andere

ge-schiedt met roterende houten schoepen, die kruisge~jze staan

op-gesteld. Alle schoepen worden via één as aangedreven.

Na het wassen wordt het gereinigde materiaal met een eleva-tor in een hopper gevoerd. Tussen elevaeleva-tor en hopper staat nog een kaar en een automatisch weegapparaat. De schuif van de kaar wordt automatisch door het weegapparaat bediend. Het wegen

ge-schiedt in charges van 50

Kg.

De hopper heeft een inhoud, die groot genoeg is om een voorraad voor één uur te bevatten en kan dus als buffer werken bij eventuele stoornissen, die in het bedrijf kunnen optreden.

Onder aan de hopper bevindt zich een transportschroef,

waardoor de aardappelen gevoerd worden naar een rasp

Cl).

Hier-door worden de aardappelen f~n gemalen en de zetmeel-deeltjes

van elkaar gescheiden.

;0

7

Schmidt. Deze rasp heeft een dubbele werking. De te raspen aard-appelen worden eerst door de buitenste rasp fijn gewreven. Deze

rasp wordt ingesteld met een houten klos. Het raspen vindt

plaats tussen klos en trommel. Vervolgens valt het materiaal op een tweede rasp. Tussen de onderkant van de rasptrommel en

de afvoer bevindt zich n.l. een stalen plaat die op een

bepaal-de manier zodanig bewerkt is, dat er aan boven- en onbepaal-derkant van de plaat tandvormige uitsteeksels ontstaan. De naar binnen gerichte tanden wrijven het materiaal nog fijner, terwijl de naar buiten gerichte tanden er voor zorgen dat er genoeg fijn

materi-aal afgevoerd wordt. In plaats van een rasp wordt ook dikwijls

een slagmolen gebruikt.

Na het raspen valt_het fijne materiaal in een betonnen

put I, met een inhoud van

5

m

3 .

De put kan een buffer-voorraad

bevatten van een uur. De wanden van de put ujn met cement glad gepleisterd. De put is voorzien van een houten deksel en een roerwerk. De roerder bestaat uit een as, waaraan een houten lat bevestigd is, voorzien van gaten. In de put wordt het aardappel-meel gemengd met water, zodat de inhoud vloeibaar wordt.

Boven-dien wordt S02 toegevoerd

ct

lb, per ton

a~pelen).

Het

zwa-veldioxyde heeft een drievoudige werking: 1) het werkt blekend;

2) het voorkomt de inwerking van bacteriën en

3)

vergemakkelijkt

de onderlinge scheiding der deeltjes.

De gasstroom wordt gemeten met een rotameter.

Het zeven vormt het volgende stadium van het proces. Vier zeven zijn boven elkaar opgesteld, in volgorde van

boven naar beneden: borstelzeef I, schudzeef I, borstelzeef 11,

schudzeef II.

Voor de borstelzeven wordt gebruikt een combinatie-zeef-systeem van de Fa.Aston. Hier wordt tegelijkertijd uitgewassen en geraffineerd.

- ---". ~.-.. _. ---.

--De zeef ter uitwassing bestaat uit de eigenlijke

borstel-zeef in de vorm van een halve cylinder, die zich bevindt in een

tweede zeef, die de vorm heeft van een hele cylinder Craffineer-zeef). De borstelzeef staat vast opgesteld en bestaat uit een

aantal komvormige ijzeren zeeframen, die bedekt ~jn met

, Q

5

verstelbaar. De raffineerzeef bestaat uit houten segmenten, bespannen met fosforbronsgaas. De werking van het systeem is als volgt: Het geraspte materiaal met water wordt met een

cen-trifugaalpomp via een leiding in de borstelzeef gepompt. Extra water wordt toegevoerd en met behulp van de borstels wordt het materiaal uitgewassen. De zetmeelmelk en fijne vezels gaan door deze zeef ~een en komen terecht in de raffineerzeef. De vezel-tjes worden hier tegengehouden en de zetmeelmelk wordt doorge-laten. ~j het roteren van de raffineerzeef worden de vezels

on-der spoeling met water teruggevoerd in de borstelzeef en worden

opnieuw gewassen. Vervolgens komen ze weer in de raffineerzeef

terecht. Dit proces herhaalt zich totdat de vezels aan het einde der zeef gekomen ~jn, waar ze afgevoerd worden.

De schudzeven zijn afkomstig van de Fa.Rotex. De ramen zijn

voorzien van een filter, gemaakt van IDjdegaas. Onder het gaas bevindt zich een onderdekJdoor driekantige latjes verdeeld in compartimenten, waarin ballen van hard rubber, die hlj het schudden tegen het ujdegaas springen.

Met behulp van een centrifugaalpomp (cap. 90.1 Kg

zetmeel-melk/minf) wordt de zetmeelmelk gevoerd naar de borstelzeef I I

(de raffineerzeef hiervan is 20 mesh, ope~02~?o5 mm). De pulp die van deze zeef komt wordt gemengd met water en wordt via een rasp 11 (zelfde type als rasp I) naar een put 11 ge-voerd. De zetmeelmelk en de allerfijnste vezeltjes vallen op

schudzeef 11 (80 mesh, openipg 0.157 mm). De zetmeelmelk loopt

~' .1.'o(.~D

door het filter heen en wordt afgevoerd naar een continu-werken~

de centrifuge, ter scheiding van het proteine water.

De pulp die niet door de zeef van schudzeef 11 gaat, wordt afgevoerd naar put 11. Deze put is voorzien van een roerwerk, inhoud ± 5 m3 .

In deze put wordt aan het pulpmengsel (ten dele nageraspt) water toegevoegd. Deze zetmeelmelk uit de put wordt nu met een centrifugaalpomp (cap. 78.3 Kg/min.) opgevoerd naar borstelzeef I (de raffineerzeef hiervan is 25 mesh, opening 0.508 mm). Extra

~. 2S;.fI" .

water wordt hier aangevoerd ter wassing. De fijne pulp~n zetmeel-melk gaan door deze zeef heen, naar schudzeef I (100 mesh,

ope-ning 0.127 mm). De zetmeelmelk gaat vanuit schudzeef I door naar ~ .z~,,~

;

schudzeef 11, via borstelzeef 11 en wordt tenslotte afge-voerd naar de centrifuge. Deze centrifuge is van de Fa.Jahn. De hoofdmassa van de in water oplosbare stoffen (protefne) wordt verwijderd en de zetmeelmelk ingedikt. De pulp afkomstig van bor-stelzeef I en schud zeef I wordt afgevoerd ter verdere verwerking tot veekoeken.

Materiaalbalans. Hoeveelheden per minuut.

IN UIT

Opslagruimte aardappelen:

60.7

Kg. Verhouding

water:

300

Kg.

water: aard-_app.

=

5:1

Totaal:

360.7

Kg. (zie Parow _blz.

₃₂₂₎

Elevator 1 aard'appelen:

60.7

Kg. aardappe len :

60.7

Kg.

water:

300

Kg. water:

300

Kg.

Totaal:

360.7

Kg. Totaal:

360.7

Kg.

Wasmachine aardappelen:

60.7

Kg. vochtige aard-_appelen:

_{57.2 Kg.}

Vuilgehalte

+

6%

(zie water:

138.7

Kg. vuil water:

142.2

Kg. I>arow blz. _{541) Berekend} Totaal:

199.4

Kg. Totaal:

199.4

Kg. _aardappelen. op luchtdroge Elevator TI aardappelen:

57.2

Kg. aardappelen:

57.2 Kg.

Totaal:

57.2

Kg. Totaal:

57.2

Kg.

Hopper aardappelen:

57.2

Kg. aardappelen:

57.2 Kg.

Totaal:

57.2

Kg. Totaal:

57.2

Kg.

De inhoud van de hopper is voldoende voor één uur.

P'

,

.

, "

-bllrl:')8 'XS,S.o • i:!.tA ... _ '-' \

.;gX O.lOS

:I ~8N

.aX

!.

8tS

:!ss;toT

_-3X

!.8~S :.Lss;toT

-ee

v

-

qluq 2lleaIlee.m1 N : I 1:!!aéurl~

-81: ~.~1

:"'.[ beov

-IeïtafJod tll1

XLeLlÛeemj"e~

.a}l

O.LOS

zt lee~

- .Ie j"s"'.[oÓ -LS.s.a

-3X

~.~81

: n

'l:S61\

-aJl

O.lOS : l.s.s\toT -811 O.lOS :.Ls.stoT

Put 11: pulp uit

schudzeef II: 29.4 Kg.

pulp uit

rasp 11: 21.3 Kg. water voor

men-ging met pulp ui t

borstel-zeef II: 14.9 Kg. extra water: 12.7 Kg.

Totaal 78.3 Kg.

Balans voor gehele zeefinrichting:

Rasp II: Vermogen :!:. 2.2 ton/hr. voeding uit put I: 90.1 Kg. water: 159.8 Kg. water: 14.9 Kg. water: 12.7 Kg. Totaal: 277.5 Kg. lN pulp uit borstelzeef

TI

:

21.3 Kg. water: 14.9 Kg. Totaal:

36.2

Kg. Proteine-water afscheider: Nabeschouwing: Zetmeelmelk : 223.1 Kg. water: 21.8 Kg. Totaal: 244.9 Kg. zetmeelmelk naar borstel-zeef I: 78.3 Kg. Totaal: 78.3 Kg. pulp: 37.1 Kg. pulp: 17.3 Kg. zetmee lme lk : 223. 1 Kg. Totaal: 277.5 Kg. UIT

-pulp naar put TI: water naar put 11: Totaal: 21.3 Kg. 14.9 Kg.

36.2

Kg. proterne-water~ _. 208.2 Kg. . " melk: . -

36.7

"-Kg. Totaal: 244.9 Kg. 8

a) Over het algemeefl vertonen de continu-werkende fabr~ektm

weinig verschillen. Grote versehillenbestaan er tussen bet discontinu (batch) en continu systeem. Bij het nbatch"-systeem wordt met een zeer groot aantal bezinkpakken ~werkt. Uit een suspensie van de zetmeel, zetten zich na enige tijd de fijne veze-ls, gemengd met fijne- kOITels zetmeel, af boven het goede zetmeel. De bovenste laag noemt men bruin zetneel.

Om zuiver zetmeel te kr~gen is een t~d nodig van drie da-gen, ter~jl deze t~d b~ het continu-werkend systeem gereduceerd

is tot .:t. 5 uur.

&j het discontinu proces wordt 8 uur per dag gewerkt, b~

het continu proces 24 uur per dag. In streken met werkeloos-heid is het continu proces dus gunstiger.

Andere voordelen van het continu proces z~n: betere wit-heid, lager

N-

en asgehalte, geringenhoeveelheid oplosbaar materiaal, beter constant product. Dit alles is voorname~k te danken aan het beter wassen bij het continu proces.

b) De kwaliteit van het water is voor een st~fselfabriek zeer

belangr~k. Aardappelen bevatten tyrosine, een aminozuur, dat ~

onoplosbare neerslagea vormt met ~zer, dat in water aanwezig is. ~ neerslagen verstop~ de filters. Rivierwater wordt daarom alleen b~ het begin van het proces gebruikt bij de reini-ging van de aardappelen. Verder in het proces gebruiit men

~

leiding-water of putwater.

c) Bevriezen van aardappelen geeft omzetting van zetmeel in suiker, hetgeen een verlies betekent aan zetmeel. Tijdens opslag moet men vorst voorkomen.

Berekening van luchtverhitting met behulp van verzadigde stoom. Zoals in deel 11 van dit fabricageproces beschreven werd,

wordt het natte~eel gedroogd op een lopende band. De droger

werkt met luchtcirculatie (through circulation dryer). De lucht

FR.. 7'~2.~

wordt verwarmd door stoombuizen en er heeft een recirculatie plaats van

90.5%.

De droger is verdeeld in

5

eenheden, ieder voorzien van een ventilator. Door een exhauster, verbonden met alle

5

eenhe-den, worden de overige

9.5%

lucht afgezogen. In de eer.te twee eenheden van de droger, wordt de lucht van onder naar boven door het bed gezogen, in de laatste drie eenheden in omgekeerde richting. Dit geschiedt om een onge~kmatige droging te voorko-men.

deel berekend wordt.

(

10

Gegevens:

Lengte van één eenheid: 6.3Jft. Breedte van de band:

2.45 ft. Luchttemp • bij ingang van het bed: 2500 _F. Luchttemp. bij verlaten van het bed: .1770 F. Luchtsnelheid: 185 ft/min. Recirculatie (90.5%):

7340 Ibs droge lucht/hr. met een temp. van 1770 _F.

en een vochtigheid H

=

0.2049 (Ibs water/

lb droge lucht) Suppletie (9.5%): 770 Ibs droge lucht/hr met een temp. van 700 _{F. en een} H

=

0.0062.

7340 Ibs droge lucht (t = 1770 F ; H = 0.2049) moeten gemengd worden met 770 Ibs droge lucht (t

=

700 F ; H

=

0.0062). Om de temperatuur van het mengsel te berekenen maken we gebruik van de nhumid heat" (~S).

S is het aantal B.t.u.'s dat nodig is om de temp. van 1 lb droge lucht (met de waterdamp die deze lucht bevat) 10 F te ver-hogen (Badger-Mc.Cabe blz.759)

Indien we aannemen dat de soortelijke warmte van droge lucht en water over een groot temperatuurgebied constant en gelijk zijn aan resp. 0.238 en 0.48 dan is S m 0.238 + 0.48 H •

.iA-t4 Srecirc.lucht

=

0.238 + 0.48 x. 0.2049 == 0.336 J!>tv?,c;~ "'7~

41,8 lil

suppl.lucht 0.238 + 0.48 x 0.0062 &: 0.241 8. t·J/~ a ~ ~J

Uit de volgende vergelijking is nu de temp. van het mengsel te berekenen:

7340 X (177 - tm) x 0.336 == 770 X (tm - 70) X 0.241 o

tm &: 169 F.

We hebben dus een

h

oeveelhei

~

chtvan

8110 lbs/hr met een temp. van 1690 F. In deze lucht bevinden zich:

7340)( 0.2049 + 770)( 0.0062 = 1508.5 Ibs water.

Totale massa per uur die verplaatst moet worden

=

9618.7 Ibs

Hmengsel = 0.186 .a.. ~.~ -u dA~

Smengsel = 0.238 + 0.48

x.

0.186

=

0.327.iJ t. V/~r: et dA ~

Om de lucht te verwarmen van 1690 F tot 2500 F hebben we nodig:

8110 )( 0.327 x (250 - 69)

=

214810 B.t.u./hr.

Deze warmte moet geleverd worden door condenserende stoom, die door pijpen geleid wordt, welke zich onder het bed bevinden.

o

0

OC7-~

Algemeen geldt: ( , C' (:;

Q

=

U x A J< ~ T

=

214810.)3 t.l/jM.

U

=

overall-overdrachts coëfficient ~ ..B c. V/ M, r,.,fr, OF.

A

=

opp. van pijpen,.,; ~jf.

ÁT = log. gemiddelde van het temperatuurverschil van stoom

en lucht bij begin en einde der verwarming~ OF.

In _{ons geval hebben we nodig de Uo ' d.w.z. de overall}

coëfficient t.o.v. de buitenkant van de pijpen, omdat de warmte-overdrachtscoëfficient van het luchtlaagje aan de buitenkant

der pijpen veel kleiner zal ~jn dan de

warmte-overdrachtscoëffi-cient van het geconde~de stoomlaagje aan de binnenkant.

U_o wordt berekend uit de volgende formule:

u =

_{o Do 1,151} 1 _{Do Do 1}

D.h. + k log D. + ~

1 1 1 0

Do

=

uitwendige diameter der pijpen (in ft).

D.

=

inwendige diameter der pijpen (in ft).

].

(1)

h.

].

=

warmte overdrachtscoëfficient van het condenslaagje

(in B. t. u./hr) sq.ft_J OF)

ho = Warmte overdrachtscoëfficient van het luchtlaagje aan

bui-tenkant der pijpen (in B.t.u~/hrJsq.ftJoF)

k

=

thermische geleidbaarheid van het materiaal;

Voor ~ T wordt bij tegenstroom en gelijkstroom het log.

ge-middelde temperatuur-verschil gebruikt:

12

In

dit geval hebben we te maken met kruisstroom en moet

er in het algemeen een correctie aangebracht worden op A T

(McAdams pag. /7'6 ) .

Omdat echter de temperatuur van de condenserende stoom aan

het begin en einde der pijpen constant blijft, is deze

correctie-factor gelijk aan 1.

Indien we verzadigde stoom gebruiken van 3100 F is

I\T

=

(310 - 169) - (310 - 250)

°

u ~

310 _ 169

=

95

F.

2.3

log

310 - 250

Om de U_{o te kunnen berekenen moeten we de waarden kennen}

voor ho en hl' Berekening van ho:

Voor verwarming en afkoeling van gassen rondom buizen geldt de volgende formule:

ho D C 14

113

D G_max

0

.

6

0.33

( p, f) X ( )

(2)

!Cf

=

_kt

_,ft-l-f

of Nu

=

0.33

(Pr)~

(Re)

0.6

Deze formule geldt voor 10

rijen pijpen, verspringend boven elkaar opgesteld.

D

=

uitwendige diameter der buis (in ft).

k_f • thermische geleidbaarheid van lucht in B.t.u. ft!hrJsq.ft,

0,.

Cp

=

specifieke warmte van lucht bij constante druk in

B.t.u./lb_J OF.

~

=

hoeveelheid lucht in Ibs per hr, die door het vrije oppe~

-max.

vlak der doorsnede stroomt in lbs!hr,sq.f*.

"f

=

absolute viscositeit in lb/hr.ft.

Indien we een ander aantal rijen pijpen hebben dan

10,

moet

0.33 in formule (2) vermenigvuldigd worden met een bepaalde fac-tor.

D G

Formule (2) geldt niet indien max < 2000.

~f

Bij stroming door een niet cirkelvormige doorsnede, maken

we gebruik van de equivalent diameter (De) in plaats van D.

De

=

4

x

hydraulische straal = 4 m

=

totale opp. der doorsnede-opp, dat door pijpen wordt in-genomen

;;

Aanzicht onderkant

t

van pijpen-rij. De pijpen moeten opgesteld worden over _{een oppervlak van 6.38 x 2.45}

₌

_15.63 sq.ft. Dit is het oppervlak van de band der droger in de eerste eenheid van het apparaat.

I I ! t;tl'

t .

! , j j' ;. I ~.

De lengte der pijpen is bepaald: 6.38 ft.

!

We gebruiken pijpen van het type

B.W.G. 12 met een buitendiameter van

2", steek 2t".

Over een afstand van 2.45 ft kunnen dan 13 pijpen geplaatst worden

;,

6.38 x 2.45 - 13 x 2,Llg X 6.3§ _

m

=

14 x (2 x 6.38 + 2 x

rx

1/12) -

0.0104-Totale

hoeveel-heid lucht + vocht

die per uur door-stroomt bedraagt: De

=

4 ~ 0.0104

=

0.0416 ft. 9618.5 DeGmax 0.0416

x

15.63 - 13

x

~112

x

6.38

-R

=

~-== == -- _ ... , - - - - ... 9618.5 Ibs. _{e ~f Cf-t7~6 3985.5} Eindtemp.lucht 2500

-

_

, t

/0

i

_____

_

12:

Z?l1l11.Z1JJ.1.

etlll

verz.l1j(oom van

3 1 0 ° 7

fi

rDï.trT!Jll172ZZ?JZ

Aangenomen wordt een wandtemperatuur van 3000 F. Het grootste temperatuur-verval zal aan de luchtkant ~jn:

t fi == tverz.stoom - tCtverz.stoom

-t _{wand )}

=

302.50 F.

rBegi~

tem .1:Cht

r

Gemiddelde temp. van de lucht:

169~

tAf

=

t

(250 + 169)

=

2050 F.

tf_o

=

_tCtwand + tlucht)

=

253.50 F.

Kro voor lucht bij 253.50 F

=

0.0191 voor waterdamp is K - 0.0147

~ voor lucht b~ 253.50 F == 0.056 voor waterdamp is

~ = 0.028

In

de literatuur worden voor K en u voor vochtige lucht geen waarden opgegeven.

We gebruiken de waarden van~cht. We keren nu terug naar formule (2)

Cp ,f<- f

(Pr)lucht

=

0.74 ho X 0.0416 1/3 = 0.33

x

(0.74) )( 0.0191 0.6

(3985.5)

14

Zoals we reeds gezegd hebben geldt 0.33 alleen voor tien

rijen pijpen.

Om een schatting te kunnen maken voor het aantal rijen,

nemen we een overallcoëfficient _Uo

=

7.

Q :: U X A x L1 Tm

.214810 =

7

x A x

95.

Hieruit volgt: A :: 323 sq.ft.

Voor de gekozen pijpen geldt: per ft lengte heeft de ~jp

een uitwendig oppervlak van

0.5236

sq.ft.

We hebben dus nodig

0.~~6

=

616 ft

~jplengte.

De lengte van de pijpen bedraagt 6.38 ft. Dus nodig:

6~~8

=

95

pijpen.

We nemen nu

7

rijen pijpen van 13 stuks, verspringend boven

elkaar geplaatst.

In

(2) vermenigvuldigen we 0.33 nu met de factor 0.96.

ho is nu te berekenen. ho

=

~ B.t.u./hrJsq.ft~oF.

Berekening van hi :

Door Nusselt is een formule afgeleid voor de

overdrachts-coëfficient van condenserende stoom aan de buitenkant van

hori-zontaal opgestelde 2 h

(~~~f

_) 1/3 k3

e

2 g f f pijpen. 4 G -1/3 :: 1.51 ( - ) u f

=

warmte overdrachtscoëfficient van condenserende stoom~ IJ.(;",

=

viscositeit in lb/hr.1 ft . /4teft,0F,

=

thermische geleidbaarheid in B.t.u./hr.ft.oF.

:: specifieke volume in lb/cub.ft.

=

4.17

x

108 ft/hr2

hoeveelheid condensaat per uur in Ibs

W

=

lengte ~jp x aantal pijpen :: L x

N

Wanneer nu stoom door een horizontale buis gevoerd wordt,

zal er een grotere weerstand ontstaan door een dikkere

conden-saatlaag op de bodem der buis, dan voor het door Nusselt

Theoretisch is er slechts zeer weinig bekend over

conden-satie in horizontale pijpen.

Volgens Kearn (blz.269) kan men bovenstaande formule van

van Nusselt gebruiken indien men G vervangt door 0.5W

t

N.

De

nieuwe formule zou voor practijk-gevallen een zeer bevredigende uitkomst geven. We gebruiken dus: ft 2 f 1/3 h_i ( 3 2 )

kief

g 1 51 ( 4 W ) " " . u f xO.5 L N ,,'ui

=

0.434 1b/hr. kfi

=

0.459 B.t.u./hr~ft~OF 6 Cf = 4.17 x 108 ft/hr 2 . _1/3 Ife ~

'7;-'"

, 6, ~ '7'#.1 0

We gebru~ken verz.stoom van 310 C. Uit gegevens in Perry

volgt,dat: 1 lb condenserende stoom 905 B.t.u. zal leveren.

We hebben nodig 214810 B.t.u./hr.

Totale hoeveelheid condensaat per uur: 21~§0

=

238 Ibs.

We hadden 91 pijpen, dus

+

= 2.61

lb/pijp~hr.

h_i is nu te berekenen.

h i "" 1105.Ju·."/~,, ~j1/ OF

L

=

6.38 ft.

Berekening van warmte overdrachtscoëfficient van de wand.

D h 1

=

_1.15141og ~ wand k Di ~jzer

=

26.6 B.t.U./hr,ftJoF. D. _~

=

1.782" ~1~ _ 1,151 x 2/12 log h_wand 26,6 2/12 1,782 x 1/12

=

0.000355

ho t hi en Dwand zijn nu bekend.

1 U "" ---~--o

f;;

+

1:15i

D9

log

~

+

D:b:

1 1 U a ~1~---=---2~~~1~2~---

=

18.7 $l V~ . o _{19.1 + .} 0 000355 _{+ "I"'11:;-;Ö"'""5=--x-1;;-:,=+or;8~2~X. '""!:1~/:-1-2}

===--

/"",Jt~'r

I

,

-,

\

'

\/

16 214810 = 18.7 x A x

95.

A

=

121 sq.ft.

1 ft pijplengte heeft een opp.: 0.5236 sq.ft. We bebben dus nodig

0.~\6

=

231 ft pijplengte.

De lengte van 1 pijp = 6.38 ft. Hieruit volgt het

beno-digde aantal pijpen: ~

~

=

36.2 pijpen.

We nemen nu 39 p~pen, veIdee1d in 3 r~en van 13.

Uitgaande van het nieuwe aantal p~pen gaan we na, in hoe-verre de waarde van Uo zal veIanderen.

In de formule voor ho verandert alleen de factor waarmee 0,33 vermenigvuldigd moet worden. Voor drie ri~n p~pen is deze:

Dus: ho Dë = 0.82

x

0.33 x (0.74) 0.33

x

( - - )

De G 0.6

~ P f

Na invullen der bekend e waarden volgt bierui t: ho

=

16.3 8t"l~JJft I,....

In de formule voor ~ verandert ~ = hoeveelh.condensaat/pijp,hr. Nu is -;-

=

~98

=

6.1

lb/p~p,hr.

Na invullen volgt bie rui t: ~

=

833 lJ.t,u/k, J'1-fi 0,.... 1 U_o

=

1 2~12

=

_{... _} 16.1 .JJ. é. t//L,. _,'1-,,-.M _, DF 16 3 + 0.000355 + 833 ~ 1~82 ~ 1/ , ' 1 2 Q=UxAX'.óT 221480

=

16.1 K A x 95 A

=

140.4 sq.ft. > 231 ft.pijplengte -~) 41 p~pen.

Hieruit vo~gt dat het aantal van 3 ri~n pijpen van 13 stuks gehandhaafd kan blijven.