De synthetische bereiding van phenylazijnzuur

i

d

~. " ~ ..

Verslag behorende bij het fabrieksschema voor de synthetische bereiding van phenylazijnzuur.

L. Schwarz (}odetiaweg 24 DEN EAAG W.A.Eggers Parklaan

8

ZAANDIJK

.-· - - - " - ---~-__"':.'!c_~ ... ""'""'t'l't:or:l'*"'''''''''n!O''''.PA . .

Verslag behorende bij het fabrieksschema voor de synthetische bereidin&: van phenylazijnzuur.

Inleiding.

Bij het onderzoek naar de geschiktste technische methode ter' be-reiding van phenylazijnzuur bleek ons, dat in de litteratuur slechts één zodanige methode vermeld stond. Deze methode kan als volgt schema-tisch weergegeven worden:

1.

-Daarnaast werden enkele andere methoden in de litteratuur genoemd, waarbij echter niet vermeld was, of deze op technische schaal

uitvoer

-baar zijn. "Genoemde ~ethoden zijn, schematisch weergegeven:

2. PhCH

3 --. PhCHO ~ PhCHOHCN ~ PhCHCICOOH ~ PhCH2COOH

PhCH 2COOH Nadere beschouwing van de genoemde methoden.

1.1. Chlorering Van tolueen met ondermaat chloor, waarbij practisch alleen benzylchloride ontstaat; (rend.

99

,3

%)

.

1.2. Omzetting van benzylchloride, m.b.v. NaCN in benzylcyanide (rend. 81,3%).

1.3. Verzeping van benzylcyanide tot phenylazijnzuur; (rend.

99,9%).

2.1. Oxydatie van tolueen met Hn2(S04)3(NH4)2S04 in zwavelzuur milieu; (rend. 80%), 1).

2.2. Omzetting Van benzaldehyde m.b.v. KCN en HCI in het amandelz~re­

nitril (cyaanhydrinesynthese); (rend. ong.

100%),

2).

2.3. Omzetting van het a~andelzurenitril met HCI in phenylchloorazijn-zuur; (rend. ong. 100%), 2).

2.4. Omzetting van phenylchloorazijnzuur in phenylazijnzuur, m.b.v. zinkstof in ammoniakale oplossing; (r,end. onbekend), 2).

3.1. Chloreren Van tolueen (zie 1.1.) tot benzylchlQride.

3.2.

Omzetting van benzylchloride met magnesium tot benzylmagnesium-chloride; (rend. onbekend), 3).

3.J.

Omzetting Van benzylmagnesiu~chloride met CO₂ tot PhCH

2COOMgCI; (rend. onbekend),

3).

....

l

3

.

4

.

Verzeping van het PhCH2COOMeCI tot phenylazijnzuur; (rend.60%),

3).

Vergelijken wij methode 1., met 2. en

3.,

dan blijkt:

10 dat de bereiding Van phenylazijnzuur volgems methode 1. via twee tussenproducten gaat, volgens 2. en

3.

via drie tussenproducten. 20 dat het totaal rendement van methode 1. 86,5~ is. Nemen wij aan dat

de rendementen in de methoden 2. en

3

.,

die niet in de littera-tuur gegeven zijn, 100% zijn, dan nog vinden wij voor methode 2.

een totaal rendement van 80~6 en voor 3. 60%.

dat bij methode 2. gasvormig BC~ aanwezig is, terwijl het ons wil

voorkomen, dat een toepassin~ van een Grignardreactie op tech-nische schaal, tot bezwaren aanleiding kan geven.

Omdat alleen van methode I.de technische uitvoering is vermeld,

bovendien '~ekening houdende met ie uit het bovenstaande volgende

be-zwaren tegen methoden 2. en

3.,

hebben wij de keus laten vallen op methode 1.

Nadere beschouwing van methode 1.

1.1. Bereiding ~ benzylchloride.

Hiervoor komen twee methoden in aanmerking, en wel :

chloormethyleren van benzeen (1.1.1.) en chloreren van tolueen (1.1.2.). 1.1.1. Voor het chloormethyleren van benzeen zijn twee technisch toe te

passen methoden bekend; de eerste wordt beschreven door Gin s b e r g

c.~

4,

en de tweede staat vermeld in een F I A

T

-rapport

5).

De eerste methode voert de chloormethylering Van benzeen uit op semi-technische schaal, de tweede maakt eerst de dichloordiaethylaether en laat deze met benzeen reageren o.i.v. ZnCI₂•

Beide processen zijn dus uitvoerbaar, maar het grote bezwaar is, da·t ze volgens dE' litteratuur 6) in vergelijking met de chlorering van

tolueen een veel duurd~r eindproduct geven •

1.1.2. De chlorering van tolueen kan ook op twee manieren worden uitge-voerd:

1.1.2.1. Volgens een BlO S - rapport ) 6 wordt tolueen gedurende 24 h in batch gechloreerd, waarbij naast benzylchloride, benzal-chloride, benzotrichloride en chloortoluenen ontstaan. Het benzylchlo-ride kan slechts moeilijk door destillatie Van de andere

ch+orerings-producten gescheiden worden en bovendien bedraagt de opbrengst aan ben-zylchloride slechts

44%

.

·

-3

Door R a I l c.s. 7) wordt een methode beschreven, die op het-zelfde neerkomt, maar waarbij het gebruik van lJ.V. licht wordt genoemd. 1.1.2.2. In de praktijk is gebleken, dat bij de bereiding van

benzyl-chloride zonder bijproducten, men het proces het beste continu kan uitvoeren met 50% overmaat aan tolueen, waardoor hoofdzakelijk de eerste trap van de chloreringsreactie optreedt.

Wanneer men een afzetmogelijkheid heeft voor de di- of trihaloto_;8 en-substitutieproducten of derivaten ervan, zal men gebruik maken Van de

-eerste methode. In ons geval, waar het doel is de bereiding van

benzyl-chloride, komt de tweede methode meer in aanmerking.

1.2. Bereiding ~ benzylcyanide uit benzylchloride.

Hiervoor komt slechts ~én methode in aanmerking en wel de reactie met NaCN of KCN in waterig

8)

of wqterig-alcoholisch milieu

9),

met

rendementen van resp.

60

-70

%

en meer dan 76~. De bereiding in waterig-alcoholisch milieu komt dus het m~est in aanmerking.

1.3.

Verzeping ~ benzylcyanide.

De verzeping van benzylcyanide kan uitgevoerd worden in zuur 10)

en alkalisch milieu 11) en 12). Volgens A dam s & T h a l 13)

verloopt de zure hydrolyse veel beter dan de alkalische, zodat wij de eerste hebben toegepast; (rend. bijna

100%)

.

De zuiverheid van het op deze wijze verkregen eindproduct is

98%

•

..

Grootte van.de productie en fabricageschema.

Bij de bepaling van de grootte van de productie werd uitgegaan van

de jaarlijkse Nederlandse behoefte , die omstreeks 60 ton

98%

phenyl-azijnzuur be~ràagt. Ongeveer 59,5 ton hiervan worden gebruikt bij de bereiding van penicilline.

Bij een werkweek van

5

dagen, rekening houdende met ongeveer

6

feestdagen, komen wij op 255 werkdagen per jaar, hetgeen neerkomt op

een dagproductie van 237 kg 98ib phenylazijnzuur.

Gezien de kleine dagproductie is het economisch niet verantwoord

om de productie continu uit te voeren, aangezien in dit geval de loon-factor de fabricagekosten te sterk zou beïnvloeden.

Bij de o~zet van de fabriek is er zoveel mogelijk naar gestreefd, .

om de verschillende productiephasen tn een tijdsbestek van

8

uur uit te

voeren.

Eén en ander is in onderstaande figuur schematisch weergegeven.

I

Ghloor 146

I

1_

=~---I. _ _ _ _

L-

CHLORERING tolueen 1 water 75 ale. 150 water benzeen 256 zw.zuur 260 water

98

NH3 I~'--L----~~~~~---}-~--i zw. zuur water 1> enylazijnzuur benzeen benzenische 0 residu BeGl 2

l

I

- -- - --- ---~

----5

Werkwijze.

Aan de hand Van het bijgaande fabrieksschema, zullen wij de

fabricage van het phenylazijnzu~.lr behandelen.

Chlorering va~ tolueen.

Uit een roestvrij stalen voorraadtank, die op een hoog niveau is

opgesteld, stroomt per uur

47,2

kg tolueen, via een rotameter en een

voorverwarmer, die het tolueen op 95°C verhit, naar de

chlorerings-reactor. Deze bestaat uit eon verticale glazen buis, waardoor het tolueen .

van onder naar boven doorgevoerd wordt. De reactor is opgesteld in een

metalen beschermingsmantel, waarin warme lucht opstijgt en waardoor de

o

temperatuur van de reactor op 95-100 C gehouden wordt. De lucht wordt

verwarmd door een electrische spiraal die onderin de metalen mantel is

opgesteld. Aan weerszijden van de reactor zijn U.v. lampen aangebracht,

die door watèr wor1en gekoeld.

Het chlooreas worntvia e8'1 rota'Tleter in de reactorbuis geleid,

waarin het in fijnverdeelde toestand in aanraking komt met het tolueen.

Per uur stroomt

18,5

kg chloor in de reactor, terwijl er zorg voor wordt

o

gedragen dat de temperatuur 95-100 C blijft.

De chlorerin5 wordt eed1uende 8 uur per dag continu ui tgevoerd,

waardoor

524

kg reactieproduct verkregen wordt, te weten

76

kg zoutzuur

en

448

kg benzylchloride en tolueen en een kleine hoeveelheid verdere

chloreringsproducten; het chloor'gas wordt volledig omgezet.

Het gehele reactiemengsel wordt in een vloeistof-gasscheider

ge-leid. Deze bestaat uit een aantal verticale glazen buizen, waarlangs de

vloeistof naar beneden stroomt, terwijl het gas, bevrijd Van vloeistof,

de afscheider tegenover de plaats van invoer weer verlaat. Het gas

be-weegt zich in horizontale richtine, de vloeistof loodrecht hierop; op

deze wijze wordt de beste scheiding verkregen.

P.'et zoutzuèlrgas wordt nu in een absorptiebuis Van Karbate gecon

-centreerd tot een 30jb oplossinp;. Bet apparaat berust op het opnemen van

BCl door water, in tegenstroom.

Bet van zoutzuur bevrijde reactiemene;sel wordt in een stalen wacht

-bak opgevangen, die inwendig met permanite-cement is bekleed.

Bet reactiemengsel wordt d.m.v. een

t

radpompje uit de wachtbak

naar een destillatiekolom overgepompt, vanwaaruit het mengsel van

benzyl-chloride en tolueen, door lestillatie onder verminderde druk (500 mm) in

de componenten Hordt gescheiden. ~evens wordt een kleine tussenfractie

afgezonderd en teruegevoerd. na:;~r de wachttank voor de destillatiekolom.

bedraagt

1

85

,7

kg, terwijl

247,5

k~ benzylchloride en

15,7

kg

nevenpro-ducten als residu achterblijven.

Het Vacuum wordt verkregen door een enkelvoudige stoomstraalejec

-teur.

Bereiding van benzylcyanide.

De o"'1zettino: van het 1)e'1zylchloride E l het benzylcyanide wordt

11itgevoerd in een roestvrijstalen reactievat van 1000 1, voorzien van

roerder, doseertétnk, ontluchtin,'i en terugvloeikoeler. De verwarming

geschiedt d.m.v. een stoommantel, terwijl voor eventuele koeling dezelfde

mantel gehruikt kan worr'len.

In ele ketel wordt s-ehrach t 75 kg wa ter en 150 kg 96% aethanol. Deze

hoeveelheden kunnen d.m.v. de doseertank afze>neten worden. Vervolgens

o

wordt in de ketel ,jc'Jracht 135 kg ~TaC~J en het Geheel verwarmd tot 60

c.

Nu wordt d.m.v. Ben tandradpompje

30

kg benzylchloride ingeleid

en tot koken verhit.. In de volsencle twee uur wordt nog 217,5 kg

benzyl-chloride ingeleid., V'!aarbij ela reactie o]'treedt en men zo nu en dan met

water moet koelen om te sterk opkoken van de ketelinhoud te voorkomen.

~Tadat al het benzylchloride is toeGevoegd, wordt nog 1·~ uur nagekookt; nu wordt ie alcohol en een groot deel Van het water afgedestillerd. Men

destill~rtdoor tot de inhoud der ketel 1000C is geworden. Het

afgedes-tilleerde menGsel Van water en alcohol wordt in een voorraadtank

opge-vangen en kan weer voor een volgende omzettin~ gebruikt worden.

De nevenproducten die met het benzylchloride zijn meegekomen wor

-den tij-dens de reactie omgezet in benzaldehyde en benzoä~lur.

"Ha het afdestilleren van de alcohol wordt 500 ke; water aan het

reactiemengsel toegevoeei, oPseWarffid tot

90

0C en dan 0edurende

15

min.

bij deze tempera tuur geroerd. 1ITa"la t :1::: lagen door stilstaan ~escheiden

zijn, laat ~en de waterige onderlaag af. Eierbij dient men voorzichtig

te werk te gaan, daar de laGen donker gekleurd zijn.

De bovenlaaG' die dus het ruvle cyanidE; beVat, wordt d.m.v. een

centrifugaalpomp naar een ijzeren destillatieketel overeepompt. Het water

dat nog aanwezig is wordt onder laagvacuum afgedestillerd, dan schakelt

men over op hoogvacuum en destilleert de chloorhoudende voorloop af. De

voorloop wordt opgeVangen in een voorraadtank en afzonderlijk gedesti

l-leerd wanneer er voldoende van verkre,:s-en is.

Het cyanide destilleert over bij

85-90

oC bij

7

mmo

r-

_,

- --~---

---7

Bereiding ~ phenylazijnzuur.

Het benzylcyanide v/ord t vervole;ens verzeept in een verlode roer-ketel, die op dezelfde wijze is uitgevoerd als de reactor voor de be-reiding van het benzylcyanide; de inhoud van de ketel is 1000 1.

In de ketel wordt via een doseertank 98 kg water en vervolgens onder roeren 260 kg technisch zwavelzuur gebracht. Men brengt de

temp&-o

ratuur op 130-140 C en leidt gedurende 1 uur 200 kg benzylcyanide in, o

waarbij de temperatuur op 130-135 C gehouden wordt. Na het inleiden van het benzylcyanide wordt nog 1-~ uur nageroerd bij 1300C. Vervolgens koelt

o

men a~, voegt

34,5

kg water toe, brengt de temperatuur op

75

C, voegt

256

kg technisch benzeen toe en roert gedurende

t

uur bij

75°C.

Nu laat men de lagen scheiden (~uur), waarna men de onderlaag laat weglopen,

o

terwijl er zorg voor wordt gedragen dat de tem~eratuur niet onder

75

C komt.

VeryÇllgens wordt de benzenische oplossing van phenylazijnzuur ~A..

weemaal gewasse~, telkens met

175

kg water en

27,5

kg Na₂S0

4 Oaq. Het wassen geschiedt bij een temperatuur van 30°C, gedurende

i

uur, waarna men de lagen gedurende ~ uur laat scheiden.

Tenslotte destille~t men het benzeen uit de ketel af, totdat de . temperatuur Van de ketel op 1600C is gekomen.

Het achtergebleven phenylazijnzuur wo~dt als vloeisto~ uit de ketel verwijderd en in grote ondie0e bakken overgebracht. In deze bakken kristalliseert het phenylazijnzuur uit. Na minstens 8 uur wordt de in-houd in stukken gebroken, gemalen en het gemalen product gedurende een dag op horren gelucht om de laatste resten benzeen te verwijderen.

De opbrengst is 237 kg phenylazijnzuur me~ ee~ zuiverheid van

98%.

..

\

e

-Litteratuur.

Groggins, Unit Processes in Organic synthesis; p.445 (1947).

Spiegel, Ber.

1!,

239 (1881).

) Zelinsky, Ber.

]2,

2694 (1902).

4) Ginsberg, Ind.Eng.Chem. 38, 478 (1946).

~)

FIAT-rapport 845 •

• 6) BIOS/DOCS/2905/ 2583.

~) RaIl & Stevens, Ind.Eng.Chem.

±l,

1813 (1947).

8) Gomberg, J .Am.Chem.Soc. 42, 2069

('19~O).

9) Leonard, J.Am.Chem.Soc. 47, 1775 (194J).

10~ Staedel, 'Ber .

.12.,

1951 (1886). 11~ _{I Can~zzarro, Ann. 96, 247} (8 ) _{1 72 •} 12) HoffméJl, Ber.I, 519 (1874).

I

Berekening van een warmtewisselaar.

Een nauwkeurige bereking wordt uitgevoerd van een warmtewisselaar en wel van de condensor, die geplaatst is op de reactor waarin benzyl-cyanide bereid wordt en waaruit tevens het oplosmiddel (aethanol-w~~er) wordt afgedestilleerd.

Met behulp van de formule Q.

=

U. A. ~t ( 1 )

waarin U willekeuri~ aangenomen wordt, berekenen we globaal het beno-digde pijpopnervlak.

In deze formule is:

Q

=

de uitgewisselde warmte (in B.t.u.)

U

=

de "over-all" warmteoverdrachtscoëfficient ( in B.t.u. / h.

ft~

oF ) het totale (pijp)oppervlak van de warmtewisselaar (in

t't~

)

A

6t = t 1 t2 waarin: t1

=

temp.verschil tussen instromend

I t1 koelwater en condensaat

n ~ t

2

=

temp. verschil tussen koelwater dat de condensor verlaat en condensaat

Indien een warmtewisselaar uitgevoerd wordt in meerdere passes, moet een correctie aangebracht worden oPÄt, omdat het stromingsbeeld in dat geval telYens verandert. In het geval van een condensor is deze ' \/ c o r r e c t i e echter niet noodzakelijk.

1 .~ De temperatuur van het in- en uitstromende water wordt aangenomen,

1\451

zodat nu ook Llt berekend kan worden.

Voor de berekening van A (form.1) moet tenslotte Q nog bekend zijn. De waarde van Q volgt, zoals later zal blijken, direct uit de eisen die

men aan de reactor stelt.

~a A in _{eerste benaderin0} berekend te hebben, volgt na aanname van een bepaalde pijpdiameter direct de totale lengte der pijpen.' Nu kan

mèn het aantal pijpen per bundel (resp. de lengte per buis),kiezen, waar-bij men echter afhankelijk is van de aard van de stroming ( Re ~ 3200) en van practische overwegingen; men zal de totale lengte van de conden-sor liefst klein houden, daarentesen zal een grotere snelheid van het

koelmiddel (in een langere condensor) de warmteoverdracht ten goede komen.

De hoeveelheid water, nodig voor de condensatie, kan berekend

wor-den en hieruit kan direct de aard van de stroming berekend worden.

Wij nern8'1 .hierbij aan, dat het koelwater in de pijpen stroomt (met het oog op het reinigen) en het condRnsaat eromheen.

'!\Ta op deze vlijze de lencte per pijp, het aantal pijpen per bundel en de passes bepaalrl te hebben, kunnen de verschillende individu~le warmteoverdrachtscoëf~icienten, waaruit U is opgebouwd, berekend worden.

l~et behulp van de formule:

=

...

(

2

),

waarin: warmteoverdrachtscoëfficient van het koelwater

(

B

.

t

.

u

.!

ft~h

.

oF

)

,

,

, , , ,

condensaat

,

,

, ,

, ,

9-~ vuillaag , ,

warmte~eleiiingsv8rTIOBen

van de wand ( in

B

.

t

.

u.

/

h

.

ft~

oF/ft.)

d wanddikte (in ~t.)

is het nu mogelijk een nauwkeuriGer waarrl.e voor TT te berekenen.

Door de bovenstaand.c pro.cedure (indien nodig) enige malen te her-halen, kan men tenslotte een U uit formule 2 vinden, die in overeenstem

-ming is met de laatst uit formule 1 gevonden waarde van U.

~Ju zal de condensor aan de ..j8stelde eisen voldoen.

Berekening.

o

In één uur worêt t de inhoud. van de reactor op 100 C gebracht.

Wij ne'1len ter vereenvoudigin!'; aan, dat hierdoor alle alcohol (150 kg) en al het water verdampt; (75 kg water).

Voor deze verdamp in,"; is een hoeveelheid warmte nodig, gelijk aan 150 x 204 rcal.

+

75 x 539 Kcal.

=

30.600

+

40.400 = 71.000 Kcal.

Deze warmte komt in 1 uur in de condensor en moet aldaar , afgevoerd worden.

(Aan de reactor moet meer warmte toegevo~gd worden, nl. de warmte nodig om de temperatuur van het mengsel te verhogen en de warmte nodig om de stralingsverliezen te compenseren.)

In het begin van de destillatie destilleert een mengsel over,

grotendeels uit alcohol bestaande; naarmate de destillatie verder verloopt wordt een mengsel verkregen dat steeds armer aan alcohol en rijker aan water wordt.

Aangezien alcohol een kleinere warmtegeleidingscoëfficient heeft dan water, zullen wij de condensor berekenen ~ alcohol. Wij nemen aan, dat in het meest ongunstige geval (nl. het begin van de destillatie)

100~ alcoholoverdestilleert.

De alcohol verdamt in een hoeveelheid van(71 .OOO!30.600)x150kg!h

=

348

kg

/

h

=

768

lb

/

h.

Wij nemen nu aan dat het koelwater in de condensor komt met een

o 0

temperatuur van 15 C en deze met een temperatuur van 30 C weer verlaat.

De temperatuur van het condensaat is 79,5°C. Wij vinden nu voor .ot:

6 _{4,5 - 49}n _.,5

₌

₅ 6

_,7

0 0

C

=

102 F. In

64,5

/

49

,

5

•

..

•

;,,-- - - -- - - ' - - - -3

Voor U nemen wij 120 B.t.u./h.ft.2 oF. aan.

Voor het pijpoppervlak kunnen wij nu m.b.v. formule 1 berekenen: 4 :x: 11.000

B.t.u~jh

=120

B

.t.u./h.

ft

~

oF. :x: 102oF:x: A

waaruit volgt:

A

=

23,8

ft~

Nemen wij pijpen met een diameter van

5

/

8

"

(buitendiam.) en een

wanddikte van 0,058", dan vinden wij voor het binnenoppervlak 0,133

f't~/ft.

In totaal is dus nodig 23,8 /0,133

=

173,6 ft. buis.

~ij een horizontale condensor met 12 pijpen in 4 passes vinden. we voor de lengte per pijp: 173,6 / 48 3,62 ft •

Wij zullen thans de aar:l van de stroming van het koelwater in de buizen berekenen. Hiertoe bepalen wij het Reynoldsgetal:

Re :: D x G

P.

(3)

waarin D

=

diameter v.d. buis(in ft.)

)l

=

abs. viscositeit (lb./h.ft.)

G. hoeveelheid water (in lb.) die per uur, per ft~ (dwarsdoorsnede) passeert.

De benodigde hoeveelheid water bedraagt 71.000/15

=

4733 kg

=

10,420

lb.

Deze hoeveelheid water verdeelt zich over een bundel van 12 pijpen, zodat 10.420 /12 872 lb. per buis per uur passeert.

Het oppervlak van een dwarsdoorsnede van de genoemde 5/8" pijpen bedraagt 2

0,00141 ft., zodat we voor G kunnen berekenen: 872

G

=

0.00141 619.000

lb./h.ft~

(dwarsdoorsnede).

De abs. visc. van water bij de gemiddelde temperatuur (22,5°C) bedraagt 0,947 c.poises

=

0,947 :x: 2,42 lb./ft.h.

=

2,29 lb./ft.h •

De diameter van de pijpen is (5/8 0,058):x: 1/12 ft.

=

0,0424 ft. Wij vinden nu: Re

=

De stroming is dus turbulent.

GaarUwij thans over tot de berekening van de warmteoverdrachts-coëfficient van het water. Dit doen wij met behulp van de formule:

Nu 0,023 In deze formule is:

Nu (getal van ( Re )0,8. Nusselt) (Pr )0,4 h.D k warmteoverdrachtscoëf'f. tussen water en wand (B.t.u./h.sq.ft.oF) k

=

warmtegeleidingsvermogen

van de vloeistof

..

Pr (getal van Prantl)

=

cp • P k

cp

=

spec. warmte bij constante druk (B.t.u./lb.oF)

Vooc water van 22,5 oe geldt: k

=

0,355 B.t.u.

/h.rt~

o~/rt.

en tevens: cp ~ 1 B.t.u./lb.oF.

Wij kunnen nu h₁ berekenen m.b.v. formule 4:

h.D 23

k

= 0,0 ( Re ) 0,8 h. 0,0424 · 0,023 • ( 11.450 ) 0,8 • (

~!~§5

) 0,4 0,355 = h = h 1 = 717 B.t.u. /

ft~

h.OF Voor de berekening Van h

2 maken wij gebruik van de formule:

h • • • • • • • . . • . • • • • • .• (5) = -1/3 hierin is: g

=

r

=

abs. visc. van het condensaat bij troF. ,(in lb./h.ft.)

warmtegeleidingsvermogen van het condensaat bij tfoF.

(B.t.u./h.ft~OF/ft

dichtheid van het condensaat bij tf (in Ib./ft. 3). 4,17 x 10

8

ft./h.h.

de hoeveelheid condensaat (in lb.) die per uur en per ft. buis van het laagste pUnt van het condenserend oppervlak stroomt.

Verder geldt: tf

=

tsv 3/4 (t _sv - t ), _s waarin: t sv t s

=

dauv~unt Van de damp

=

temp. Van het condenserend opp.

Wij moeten nu t _sv , t _s en tf berekenen. Dit doen w~J, door uitgaande

van de gemiddelde temperatuur Van het koelwater (22,5°e

=

72,5°F),

achter-eenvolgens het temperatuursverval te berekenen in het water, de vuillaag en de wand. Op deze wijze YlOrdt t_s gevonden, waarna tf direct te bereke-nen is.

Het temperatuursverval berekenen we m.b.v. de formule:

I

I Q

=

h. A. Át. of(voor de wand1: Q = kid • A. ~t.

•

5

Voor het temp.verval in het \,è). ter vinden we:

At

₁

₌

:.t

₌

284.000

16,6

oF.

A.h

₁

23,8

x

717

Voor het temp.verval in de vuillaag vinden wij, aannemende dat hd = 330

4t

₂

_A.hQ.

284.000

36,2

oF

d

23,8

:x:

330

=

Wanneer wij voor het warmtegeleidingsvermogen van de wand (brons)

58

Btu./h.ft.2 °F./ft.

aanne~en,

vinden wij voor het temp.verval in de wand:

d Q. d

=T·r-

_gemiddeld hierin is: A.

gem.

=

Ä... gem. -oinnen· iL oinnen Voor t s

0,058/12

58

284

.

000

23,8

A = het gemiddelde opp. v.h. cortd.opp.

gem.

~ binnen opp. van de pijpen oinnen d gemiddelde diameter,v.d.pijpen gem.

n_

-

binnen-diameter v.d. pijpen oinnen -~

ü,567

o wordt nu gevonden:

72,5

+

16,6

+

36,2

+

0,9

=

126,2

F.

175,1

-

3/4 ( 175,1 - 126,2 )

=

138,2

oF. ( ~

59

oe.)

De waarden van Y.f' wi j vinden resp.: Pf

~f en ~ f kunnen nu in tabellen worden opgezocht;

2,42

•

0

,60

lb./h.ft.

0,083

B.t.u./h.ft~ (OF/ft.)

47,1

lb./ft.) k f

ef

=

Bij de berekening van (1 moeten wij rekening houden met het feit

•

dat het naar beneden stromende condensaat mogelijk via meerdere pijpen de condensor verlaat. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat verschil-lende pijpen boven elkaar geplaatst zijn. Bij toepassing van een drie-hoekige steek en aannemende dat de afstand tussen de hartlijnen van

twee naast elkaar liggende pijpen 3x hun diameter is, liggen gemiddeld

4,4

buizen boven elkaar.

In het voorga!.nde hebben Vle reeds gezien dat per uur 768 lb. al-cohol gecondenseer~ moet (kunnen) worden.

I

.

Bij substitutie va~ de gevonden waarden in formule 5 vinden wij:

1/3

h 2 •

~~~~~---~~~~~---~---~

3 2 8 2 • (47,1 lb./ft. ) • 4,17 x 10 ft./h. 1,51 -1/3

~

x 19,3 lb./ft.h.

J

~,42 x 0,60 lb./ft.h. / 2 0

waaruit volgt: h₂ : 253 B.t.u. ft. h. F

Tenslotte berekenen we U m.b.v. formule 2:

1/U 1/717 -I- 1/253 -I- 0,05P/12. 58 -I- 1/330

u

₌

118 B • • t u. / _ ft2. h. oF

Rekening houdende met de verschillende aannamen en benaderingen,

in de bovenstaande U berekende waarde stemming is met de W.A.Eggers Parklaan 8 ZAA.NDIJK

•

berekening toegepast, concluderen wij dat de voor

van 118 B.t.u. /

ft~

h. oF , voldoende in

overeen-aangenomen waarde van 120 B.t.u. / ft.2 h. oF.

Z~NDIJK, Dec. 1952 •

.

'