Bereiding van Anthrachinon uit koolteer

(1)

J

"lEREIDI~G VA~T A~T~H:qAC~II)TON UIT KOOL'I'E-:::R

J.A. "lrenkman, de la Reylaan 11, Gouda.

Door J.A. Brenkman R.V. DuIfer.

(2)

- 1

-FABRICAGE VA:r AN~HRAC31I'TO~T UIT l~OOLTEER I. Overzic~t van ~et productienroces .

. Uit de anthraceenoliefractie, die verkregen wordt bij destil-latie van steenxool teer, wordt door af~-{oelen, ruwe anthraceen ge -wonnen en omgekristalliseerd uit furfural. Door oxydatie met lucht e~ een vanadium ~~atalysator wordt de gereinigde anthraceen omgezet in anthrachinon van hoge zuiverheid.

De keuze van dit schema zal nog punt voorount worden behandeld

II.Grootte van de Droductie.

Om de productiecap8.citeit van de fabriek vast te stellen, moet men r~kening houden met :

1. de omvang V3.n het afzetgebied ; 2. de vraag naar anthrachinon ;

3. het beschi :cba8r zi jn van voldoende kool teer ;

4. het economisch en technisch verantwoord zijn van de afmetin,'!,en van de apparatuur.

',Vij hebben de productie van anthrachinon gesteld op 360 ton per jaar. Nederlandse productiecijfers zijn ~iet bekend. In 1951 werd door Nederland drie ton geimporteerd. In verband met het ge -bruik van anthrachinon voor de bereidinG van khaki kleurstoffen

(lit. 1) nogen wij aannemen, dat de vorming ~"an de Europese Defensie Gemeenschap, de vraag naar anthrachinon zal doen toenemen. ~er ver-gelijking zij vermeld, dat de oorlogsnroductie van de l.G. Farben-industrie in Ludwigshafen omstreeks 1~00 ton bedroeg (lit.2).

Voor de bereiding van 360 ton anthrachino::1, moet 60.000 ton koolteer worden gedestilleerd. Deze hoeveelheid is te gering voor een goed lopend contin~ -productieproces. 'Vi j J1.ebben daarom 180.000 ton ~wol teer verwerkt. De productie van ~cool teer in Nederland

bedraa.gt oneeveer .l 75.000 ton (oPifa-ye Sta2.tsmijnen) . 3ierbi j o:::t-. staat 5400 ton 25~ 19 anthraceen \llt.3), w~arvan 1800 ton nodlg lS voor de anthracDinon bereiding. De resterende 3600 ton is bestemd voor export. Deze hoeveelheid ~cont onseveer overeen met de Neder -landse ex-port van ruwe o.nthraceen n.l. in 1950 : 1828 to~ e~1. in 1951 3933 ton (Gegevens vsn het Centraal bureau voor de statistiek) . III.Plaatsber&li~g.

Daar regel:C1.3.tige 8.snvoer van koolteer verzekerd moet zijn, lijkt ons Zuid-Limburg de aangewezen ~laEts. De fabriek ~oet gele

-S'en zijn a?n een waterweg en/or slloorweg. Dae.r deze fabriek weinig arbeidsintensief is, z8.1 het vraagstuk vsn voldoe:1.de vlerkkrachten, weinignoeilijkheden bieden.

IV. Uitvoeringsmogelijkheden en bescnrijving va-n het proces. A. Koolteer destillatie :

Keuze van het destillatie type.

Er zijn verschillende destillatie methoden mogelijk (lit. 5) 1. discontinue methode , dus cl1.2rge gewijze destillatie (lit.6). Deze methode kan op verscl1il~ende ··nanieren worden uitgevoerd (li t. 7)

a. in een verticale desullatieketel zonder of met kolom ;

o.

in eea horizontale destillatieketel zonder of met kolom ; Het nadeel is, d2t deze methode vrij 13.ng duurt, waarbij de teer gedurende geruime tijd a~n hoge temper3.turen wordt blootgesteld, zo-da t cokes vonling optresdt. Tevens is het energie verbruik zeer hoog

- 2

(3)

-..

- 2

-zijn 2. contmnue methoden, waarvan verscheidene mogelijkheden bekend a. destillatie onder atmospherische druk (Koppers lito 8,11).

b. vacuum destillatie (Raschig li t. 9) .

c. stoomdestillatie (lit.4).

d • destillatie met invoeren van inertge.s (li t. 4. ) .

e • destillatie w8'::;rbij de voeding bij het intreden van de kolom

een ontspanningsventiel passeert z.g. "flash destillatie" (7v'ilton lito 10,14, Foster Wheeler, lito 12,13).

'Si j de continue methode maakt men voor de verhitting VB.n de

koolteer gebruik van een buisoven, (lit. Lo,15) waaraan de volgende

voordelen zijn verbonden

2 .• het br~ndstofverbruik is lager dRn bij de pndere

verhittingsmetho-den ;

b. de olieopbren~st is 3 à 5% hoger ;

c. de vorming van cokes wordt vermeden tijdens de korte verhittings

-duur ;

d. de capaciteit van de installatie is groot : 90.000 - 140.000 gal-lon per dag d.i. 16 - 24 ton per uur (lit. 4) ;

e. het oppervla-k, dat de installatie beslaat, is klein ;

f. de destillatie kan geheel automatisch worden bedreven ;

g. het brandgevaar wordt aanzienlijk beperkt, daar er maar een klein

gedeelte van de totale hoeveelheid ~oolteer op een bepaald

ogen-blik in de installatie aanwezig is ;

h. door het kiezen van geschikt materiael kan het corrosieprobleem bij de verhitting worden opgelost;

Het injecteren van stoom, het recirculeren van inertg8s of het onderhouden van een vacuum, is bij de koolteer destillatie duur in vergelijking met het gering resultaat dat wordt bereikt.

De voordelen verbonden aan de "flash" destillatie zi jn :

a. de lagere destillatie temperatuur ;

b. de kortere verhittingsduur ;

c. de grote capaci tei t van de in.stalla tie.

De Foster ':fheeler destillatie kolon met buisoven is door ons

voor de koolteer destillatie Gekozen, omdat het dehydrateren en

destilleren in een eenvoudige apparatuur continue ka.n eeschieden, de destillatie automatisch lm.n worden geregeld (li t. 13) en de

methode de bovenverrnelde voordelen van buisoven en "flashen'! bezit.

Beschrijving van de destillatie.

1"e natte koolteer wordtv.La een teerpomp door een warmtewisselaar

genomnt ~ LJ in het onderste [i'edeel te van de tuisoven. De te~r!f"Pra tuur van

~~ 0 .-

r-de teer wordt opgevoerd tot 200 C. De koolteer komt vervolgens via een reductieventiel met een druk van ongeveer 3 atm. in de dehydra-tatie icolom. nier verdampt water en lichte olie. ::-ia reductie van de druk tot 1 atm. wordt de damp gecondenseerd, de vloeistof wordt ge

-lcoeld en water en lichte olie 1Norden in een separ2.tor gescheiden. Het allLmoniak houdend w~-::.ter wordt afgevoerd naar de ammonium-sulfaat

fabrie~. De licbte olie wordt in een 09s1agtank verzameld en van

hieruit als reflux in de dehydratatie kolom gepompt.

Het re sidu van de de~lydra ta tie kolom wordt naar de buisoven

terufggevoerd en verhit tot ongeveer 400

oe.

De gedehydrateerde teer

komt via een reduceerventiel in een fractioneer kolom, die onder

atmospherische druk werkt.

Over de kop komt de lichte oli-e, die via een condensor gedee

l-telijk teruggevoerd wordt in de kolom en gedeeltelijk na afkoelen

wordt gezonden naar een opslagtank. .

Het residu van de ~colom wordt af gevoerd door een warmtewlsselaa;r

- waarbij de w3.rmte wordt overe;edrae;en aan de natte teer - en naar èe

pekopsl~gplaats gezonden.

Op verschillende plaatsen in de kolom worden zijstro~en afge -tapt

(4)

-.

-L

- 3

-1. bovenaan de middelolie, deze wordt na een warmtewisselaar

gepas-seerd te zijn, afgevoerd naar het tankpark ;

2. in het midden de zware olie, deze staat warmte af aan de reflux

van de hydratatie xolom en wordt vervolgens in de naphthaleen

fabriek verder verwerkt ;

3. onderaan de anthraceenolie, deze staat warmte af aan de

voedings-stroo~ van de furfural desti~latie .

De gedeeltelijk afgekoelde anthraceenolie laat men verder in

bakken - waarin langzaaI'l geroerd kan worden - ui t;:ristalliseren. De hoofdmass-a van de olie wordt afgeheveld en afgevoerd naar

de tanks. De rest wordt eecentrifugeerd, de olie. gaat weer naar de

opslagplaats, terwijl 2/3 van de hoeveelheid 25~ ige antthraceen

na'3.r het magazijn 1Nordt vervoerd en 1/3 in een opslagtank wordt

ver-7.ameld. Met een transportband wordt de ruwe anthraceen naar de kris

-tallisatie afdeling gebracht.

B. Omkristallisatie van ruwe anthraceen

Xeuze van het proces.

~aast anthraceen komen als verontreinigingen voornamelijk

phenan-threen en carbazool voor. Er zijn verschillende methoden voor de

zui vering van antllraceen :

1. katalytische oxydatie van de verontreiniginzen onder

omstan-digheden, was,rbi j anthraceen niet geoxydeerd wordt (li t .l6)

2. condensatie van de anthraceen met maleine anhydride,

over-voeren in een 09losbac,r K- zout, scheiden van phenanthreen

-carbazool neerslag, neutraliseren Wl.n het fil tra3.t en na af

-scheiden, pyrolyseren van het verkregen product (lit.17)

. (...H - c ... <.>

CCD -'-

c; H - c.. ~ 0

0-:)"

-:)

,,~K()'" -" . " ;"0 - -- -> ... / 0 -- -- -... H.,. () t C H - (. _{, .... ()} - - C ... _~ '- _-.... ₀ 'c... <f-L~'-< ~ C. 1--' - C. ." V ~ _{. 0}

rfTJ

... ~~"'-e'

v~j

~HU. _--_~ _-+II'~ "> ()

"

,

. / eH -C:" C.H_c~lr( _c,_._'-' _-- _'-.::: /I

3.

toepassen V3.n een selectief o~losmiddel :

aetha3.n a. dichloor/ lo st phen:'l.nthreen selectief op (li t. 18)

b. in een suspensie in benzeen (lit. 20) lossen carbazool

en anthraceen op.

c. o!üossen in sol verit naphtha (li t. 21) werkt selectief op

phenant~1reen.

d. oplossen in 4-hydroxy 4-methyl-2- pentanon (lit.19).

4. omkristalliseren, wasrbij beide verontreinizingen worden

verwijderd : _

a. met cyclo-hexylamine (lit. 22) ;

b. met furfural (lit. 23 en 24) ; c. met pyridine (lit. 25);

d. verder met talloze andere onlosmiddelen, waarvan nog

genoemd kunnen 'vorden : dimêthylaniline (li t. 26)

cyclo-hexaonon (lit. 27), zware gasolie onder toevoegin~ van

R2 S04 (lit. 28) en tetra-hydro-furfuryl-alcohol (lit.29)

3eeft men een mengsel van ~nthraceen en carbazool dan kan men

de volgende methoden toe~Gssen :

1. sulfoneren in benzenische o~lossing geeft een ono~losbaar

carbazoolsulfaat (lit. 30) .

2. vorming van kalium-carbs.zolaat : door smelten met KOR

ontstaan twee lagen, die worden Bescheiden (lit. 31)

ot r< 0 H

---~

O~

N I

K

(5)

· I

I

(6)

4

-3. vorming van methyl carbazool, door behandeling met aethyl-alcohol, formaline en natrium sulfiet. Door koken ~et water

is de verbi~din~ te~litsen, zodat tevens zuiver carbazool

wordt gewonnen ,lito 32).

-t C

H~

C) - .

U--x:)

N

I

C .., .. 0 t'I

Dit al dez-e met~oden is door ons de omkristallisatie gekozen. De beste oplosmiddelen zijn cyclohexyla~ine, ~ur~ural en pyridine, waarvan de ondersta3.nde tabel enige vergelijkende cijf'ers geeft.

::rijs :Der leg.

k.g. oplosmiddel per 1CO

k.g. ruwé anthraceen

prijs x hoeveel~eid

kookpunt

soortelijke warmte verda,rrpi~1gs\Nc',;rmte

totale proceswa rmte

rendement

anthraceen~::-ehal te

carbazooleehalte

cyclohexylamine furfural pyridine

+ of' 7. 50 ( ge s c '~ia t ) >' 465 f' 3,130 660 35~8.- f 2510,-134°e 161°C J: G , 44

Cse

scha t ) 0 , 4 1 6

c:'.]/

p; ~6,5 (~erekend 107,5 Kcal/k. g.) (KcA.l/~(g) f 7700,-114 oe 0,42cal/g 104,0 75.800 91ï~ C') 6 .;, Kcal 126.000Kcal (Kcal/kg) 53.700Kcal 917~

o -

,

67~ 94/ 0 310

~en ziet, dat het zowel chemisch als eco~omisch ~et voordeligst

is, om furfural 3.1s o~'los:.üdo el te se lJrui ken. voor pyridi ne i s de totale proceswarDlte 'vel vee1 mind~r, rna2.:r dit voorclee1 weegt niet

op tegen het }c~'pi ta-=:. 1 , dat 1Jelegd 'r_oet '.vorden in het oplosr'liddel.

Cyclohexylamine is o0k Goed bruikba~r, vooral indien het carbazool t:?;ehal te zeer laag '1oet zi jn 1). v. bi j natte oxydatie van anthraceen

tot anthrachinon. TIaar er niet voldoende ~eGelTens bekend zijn over cyclohexyl::.:mine, is de keus 'ran het oplosmiddel eevallen op

fur-fural. Ter voor~{Qming van lJolymerisa tie 'T.oet echter een inhi bi tor

"vorden toegevoegd. ~en bijkorlend voordeel is de tamelijk a'3.ngename

geur van furfural.

'3eschrijving van :1.et omkristallisatieproces.

Onder roeren wordt c1e ruwe anthraceen in de OiJlostank verwarmd sa'11en met :urfural tot ongeveer 80°C. De warrüe oplossing laat men

in een ~ristallisatietank, die ~et w~ter wordt gekoeld, uit kristal

-liseren. Het oplosDiddel wordt zo ver mogelijk afgeheveld en de

brij vervolgens gecentrifugeerd. De 85~ ig. anthraceen wordt met een tra::1sportband naar de tweede oplostG.nk vervoerd. T'i1et een verse

hoeveelheid furfural wordt opnieuw bij 800

e

een oplossing .:.;emaakt, die in de kristallisatiebak weer wordt af[e~oeld. Na afhevelen en

centrifugeren verkrijgt men een product, dat geheel droog 94~ zou

zijn. Daar er ongeveer 4~ oplosmiddel (lit. 33) in blijft, is ~e

anthraceen, die aan de anthrachinon fabriek wordt geleverd, 90~ ig. Ui t de 8"1el tketel wordt de furfuraldar.J.p teruggevoerq naar de fur -fura-lopslagtank. De gesmolten anthraceen is dan 94% ig.

Uit de oysb.gtank van ruwe ~urfural wordt het oylosmiddel via een warnte'Nisselaar met de anthraceenolie, in een desti.llatiekolom

geDoIDDt.

~ ~ Het residu van deze destillatie wo~dt in de phenanthreenfabriek verwerkt op carbazool en phenanthreen. De furfuraldamp, die over

de kop ~omt, wordt na condensatie gesplitst i n een reflux en een

hoeveelheid oplosmiddel, dat in een tank kan worden opgesla~en. =~en kan als oplosmid-del voor de eerste kristallisatie ook

Gebruiken, de moederloog van de t1,l\Teede kristallisatie. Hierdoor wordt het rendement verhoogd (lit.22). Daar voor furfural Qier

-voor voldoende gegevens ontbraken, is als oplosmiddel steeds zuiver furfural :::;ebruikt.

(7)

--'

- 5

-c

.

Keuze van het oxydatieDrooes (lit.3?):

A~thrachinon (lit. 36) kan gemaakt worden :

a. uit naphthaleen, via phthaalzuuranhydride (lit. 1)

b. uit anthraceen \lit. 1 en 2) ;

c. uit benzoëzuur, de 3.uf'ico~densatie(lit 35) ;

.na a . De Droc1uctie van anthrachinon, door condensatie van phthaalzuuranhydride en benzeen, in a20nwezigheid van a

huniniu.'1lchlo-ride en de omzetting van het tussenproduct, het benzoylbenzoëzuur,

in anthracllinon door geconcentreerd zwavelzuur, is goed bekend. De

opbrengsten zijn practisch kwantitatief, het verkreeen anthrachinon,

omdat het door zwavelzuur in de la~tste trap wordt gereinigd, is

V2~n hoge zuiverheid.

o "

O

-~

-...0

0 ~3 ("'y~Y)

•

O:~

..

X')

_ c.

~o(.)

-t

~ V'tQO~

...

In geconcentreerd rt_{2S04 is anihrachi,!l0n} o!üosba::tr door vorming van

een oxonium ion: [

tXi:9

J

Op de beschreven manier wordt de Verenigde Staten van Amerika

alle anthrachinon gemaakt. Dat onze keus toch niet op dit proces

viel, berust op de kosten van de verschillende grondstoffen, die

ons werden verstrekt door de Economische Voorlichtingsdienst. Deze

zijn :Anthrachinon f 4000,-/ton ;

anthraceen f 250,-/ton ;

phthaalzuuranhydride f 2238,-/ton ;

benzeen f 550,-/ton;

alminiu~oride f 1800,-/ton ;

Op één ton phthaalzuuranhydride is twee ton aluminiumchloride

nodig, Dit moet volledig worden geimporteerd en daar dit een moei

-lijk op te slaan en onhandelbare stof is, worden de kosten hiervan

hoog. Verder wordt benzeen in overmaat gebruikt en is moeilijk

teruG te 'Ninnen om opnieuw te ee1Jruixen. Ook hiervan zijn de kosten

hoog, ook al omdat dit een belangrijke grondstof voor de

oorlogsin-dustrie is.

Ad b. Tot de eerste wereldoorlog werd anthrachinon gemaakt door

oxj"datre""van anthraceen met n5.trium bichromaat. Eigenlijk werd hier

anthraceen als 7oedkooD reductiemiddel voor de lJroductie van

chroom-looistoffen seb:;ui kt. in Duitsland, dat een grote chroom

lederindus-trie had , werd dit proces ui t gebreiè, toegepast. Beide yroducten, die

verkre§;en werden, konden verl;:ocht worden. Het nac1-eel was , dat de

markt beide ~roducten in de vaste verhouding, waarin ze geproduceerd werden, moes~ afne!aen. Het anthraceen voor dit ~roces moest zeer

zuiver zijn en in fijn verdeelde vorm. Het anthrachinon ~oest ge

-zuiverd 'Narden door oplossen in geconcentreerd zwavelzuur, gevolgd door rekristallisatie, om een product te krijGen, dat zuiver genoeg

was voor de kleurstoffenindustrie. Ook andere oxydatiemiddelen dan

bichroma-s t zijn mogelijk. Deze z-ijn evenwel nooit in het groot

toe-gepast.

lij oxydatioois lucht, omdat het zo goedkoop is, de kosten

hangen af va-n de mate, waarin het gecomprimeerd wordt, altijd te

prefereren. Het toepassingsgebied is evenwel sterk begrensd, omdat

het alleen bij hoge tem!leratuur of in tegenwoordigheid van actieve

katalysatoren eebruikt kan ·'Norden. Het ';/alter-patent (lit. 39) , g

e-b2seerd op werk ;;edaan in 1895 (li t. 40), geeft aan, dat a-nt hraceen

in de dampfase met lucht, in a:'lnwezigheid van vanadium-oxyde, geoxy

-cleerd kan worden tot anthrachinon. Di:t proces werd herondekt geduren

-de de eerste wereldoorlog.

(8)

-...

.. ' .

• . I· . '

.

..

-.'.

(9)

- 6

-3:et gebruik van katalysa-tor en verhoogde temperatuur voor

oxydatie met lucht in de da~pfas-e veroorzaakt enige bijzondere

proble:nen (lit. 33), wa8,rdoor deze oxydatie !J.a2.r in een beperkt

aantal gevéülen 'Hordt toegepast.

:Zen nadeel zijn de hoge ontwik'{:elingskosten, die gemaakt moeten

worden vanaf het r'lOment , dat een veelbelovende ka talysa.tor is gevon

-den, totdat het proces in conrnercieel gebruik kan worden genomen. Verder de hoge aanschaffingskosten, om.dat meestal speciaal ontworpen en daardoor dure constructies worden gebruikt. Niet alleen de uitga

-ven aan methode en materiaal, ~aar de fabriek, nodig voor een zekere

produutie, is in vergelijking met andere, vrij groot. Een van de oor

-zaken is, dat de te reageren stoffen in dampfas-e verdund worden met een overmaat lucht, die dien,it om de concentr2.tie van de te oxyderen stof in het gas-mengsel, in contact met de katalysator, te verminderen

en als intern warnte absorberen- d medium. Vele m3 lucht, dertig en

meer, zij:cl nodi g voor de vervaardiging van één }::.g. product. De kosten van afscheiding uit het verdunde mengsel zijn da2rdoor ook hoog.

Tenslotte spelen een rol de kosten voor de katalysator, die voorname

-li jk a-fhangm van om de hoeveel~:i;:d: ti j d de ka talysa tor vernieuwd

moet worden en de onderhoudskosten.

Als voordeel vI/as al 1<enoe:rnd het .goedl:oDe oxydatiemiddel. Verder val t nog te noemen de cem~k~~elijke ,3,utomatische of semi-automatische

regeling, omdat het Jîroces continue is,wasrdoor het bedrijf weinig

arbeidsintensief is.

~d c. De Buficondensatie (lit. 35) van benzoëzuur wordt alleen als laboratoriummethode uitgevoerd - men voegt als wateronttrekkend

middel toe seconcentreerd zwavelzuur, P2 05, of ZnCL,. :::oeyé:s:üng in

de industrie heeft deze ll..1ethode echter niet gevonden. c..

Onze keuze is geval:::"en op d-e oxydatie van anthraceen in de dampfas-e, ondat dit voor ons land het meest economisch is, daar de

grondstoffen voor het proces via phthaalzuuranhydriàe hoog zijn,

het anthr2.ceen gehalte van de koolteer, die hier ',rvordt Geproduceerd,

a8.n de hoge kant liet, 1::001 teer in steeds mindere ma te gebruikt wordt

voor wegenteer, waarin een zeker percentage a2:1thraceen moet voorkomen

de andere componenten van de koolteerfractie, in het bijzonder de

carbazool eebruikt kun~1en 1,vorden als ui tga~1gsstof voor andere pro

-ducten en de ontwikkelingskosten en moeilij~heden met patenten er

niet zijn.

Be schri jving va-n de 1\:8. talyti sche ant hraceenoxyda tie tot

anthracilinon.

~-Iet :proces ')esta2, t uit het overleiden van een voorgewarmd meng

-sel van lucht, stoom en anthraceenda~p over een vanadiQmijzerkataly -sator. Het doel van de stoom in het ~engsel is, om de vergaande oxydatie te voorkomen en de reactie gelijkmatig te laten verlopen. ?er vergelijking worden enige gegevens vermeld va~ de anthraceen en van de naphthaleen-oxyda tie. De reactiewar:ïtte bi j de anthraceen

oxyda-tie tot a~thrachinon is 150 Kcal /mol, bij de nauhthaleenoxydatie

tot phth3.s.1zuuranhydride 450 Kcal/mol, (li t. 41"), bi j volledige

verbranding zijn deze respectievelijkjICcal/mol en 1230 Kcal /mol. De

reactietemperatuur is bij anthraceen ongeveer 350Q

C, bij naphthaleen -oxydatie

425

c

C.

Hieruit blijkt, dat het in de hand houden van de temperatuur in de reactor bij de anthraceenoxydatie, minder n oeilijk-heden oplevert dan bij de naphthaleenoxydatie. De verdamping van de

ant hraceen wordt zo gereGeld, dat d e conce~tratie in de mengka~er

niet hoger wordt dan 17.5 gr. anthraceen per 1000 m3 lucht.

Bij deze concentratie vindt geen s~ontane ontbranding plaats (lit.2).

/ 1695

(10)

7

-In de reactor ligt de katalysator op geperforeerde ijzeren

platen. Inde katalysatormassa liggen hoge druk spiralen van het

1Narmwa ter-systeem. Eet Gebruik van hoge druk W2~ ter (250 atm.)

in de reactor wordt verkozen, omdat :

1. de temperatuur te hoog is voor stoomverw2rming ;

2. daar er kans is op explosies, is olieverwarming ongewenst :, 3. temper2~ tuurcontrole , bi j vI/erken met hoge druk wa ter, is

gemak-kelijk.

Het Gebruik van Dowtherm voor het verws.rm;1en van het

stoom-lucht::nengsel, maatvat en verdamper is economischer dan hoge druk-w::~ter, dat hier niet noodzakelijk is, omdat de temperatuur lager is

Het anthraceen luchtmengsel 1comt uit de mengkamer met een temperatuur van 272· C en vvordt door de warmWEtterspiraal in het

cen-trum van de rEactor Ol' 318°C ~:ehrs.cht. ~ij deze temperatuur be-reikt het gas de eerste lag.g ka talysa tormasss. Deze bestaat uit puimsteen als drager voor vanadiuL1pentoxyde en ferrioxyde met een

spoor kalium sulfaat, dat van belang is voor de activiiteit.

De gasstroom, die de reactor verlast en nu anthr2.chinon

be-vat wordt in drie ·Harntewissela:?rs ge1welcl tot ₂₃₀_· _Cen gaat dan

naar de afscheidin~sinstallatie .

In het navol~ende deel worden eni~e gegevens verstrekt over de stofbóllans, de reactieoi'lstandie;heden en de apparatuur V9.n de

koolteerdestillatie en de anthraceen zuiveri~g. De anthraceen

(11)

- 8 -A. S~EENI(OOL~EERDES~ILLAmI:E I. Stof'balans en reactieomstandieheden. Per jaar 1,'30.000 _ 21 360 x 24

-wordt 180.000 ton steenkoolteer gedestilleerd d.i.

ton natte teer per uur. ·,'lij veronderstellen, dat de

na tte teer 5:;b W?~ ter bevat. :De natte teer komt ui teen opslagpla:? ts,

wa3.r de te8r op zodanige temparatuur wordt sehouden, dat deze kan

ivorden verpompt • Door een war'!Jtewisselasr, wordt de teer voorgewarmd

en in het -pijpfornuis tens10tte verhit tot 200·C, waarbij de druk

tot ongeveer 7 a tnl. sti j gt. (li t . 7). Door "flasheCl" wordt de druk

gereduceerd tot 2-3 atm.

In de hydratatie ko1om moet één ton water worden gescheiden van

20 ton teer. Stel de terugvloeiverhouding is 3, dan zal er over de

kop gaan aan water en 1ichte 01ie (3-1- 1) x 1000

=

4000 k.g./per uur.

Het destillaat heeft na het pas0,eren van een reductieventiel een

temperatuur van 180"0 en een druk van 1 atm. De da~p wordt in een

condensor gecondenseerd en da,? rna in een koeler af gekoeld tot

kamer-temperatuur.

Vervolgens wordt het ]"'lengsel in de separator geschieiden in

1000 k.g. water en 3000 k.g. lichte olie. Dit laatste wordt naar

een buffertank toeGezonden en van hieruit als reflux, na opwarnen

tot kooktempera tU.ur, in de dehydra ta tie kolom ,qe;"')omnt.

Het residu van de dehydra ta tie kolol'!1 (20 ton pèr uur) ''lordt

in de buisoven verhit tot 400D_{C en ongeveer} ₅_atm_. _Door _"fl_ashen_"

'Nordt de druk in de fractioneerkolom 2:ereduceerd tot 1 3.tm.

De samenstelling van deze voeding ts als vol[;t' veranderàteld:

In de tweede kolom staat het kooktraject, in de laatste de

hoeveel-heid product per uur verkregen (lit. 3,33).

lichte olie < 200~C 4~ 800 k.g. per uur

middel olie 200~250· C fh6 1600 k. g. per uur

zware olie 250~300·C 12% 2400 k.g. peil uur

anthraceen olie 300~375° C 22'7~ 4400 k.g. per uur

pek

>

375·C 54?~ 10800 k.e. per uur

100'j~ 20.000 k. g. per uur

Stel de terugvloeiverhouding is 3. Er gaat dan (3 -I- 1) x 800

=

3200 k.g. per uur over de kop. Xa condensatie wordt hiervan 2400 kg.

als reflux teru~gevoerd, terwijl 800 k.g., na af~oeling, wordt a

fge-voerd.

De verschillende fracties worden in de koelers afgekoeld tot

een temperatuur, waarbij zij nog voldoende vloeibaar zijn t.w.

lichte olie tot 25°C, middel olie tot 50D_{C, zware olie tot}0

60 C en

anthraceenolie tot

139 °

C

(lit.3á ).

I I. Apparatuur.

1. ~eerpomp : Gebruikt kan worden een ~/rarsh-pomp, codenummer

Pimuh

281-3.

di:lmeter stoomcylinder 150 "'IlYTl ;

diameter vloeistofcylinder 150 Eln ;

slag 300 mm.~ 60 slaGen per ~i~uut ;

cs,ps.ci tei t 13K gallon, per minuut d. i. 23 ton per uur ;

stoomdruk 10 atm. De stoomtoevoer wordt eerep,eld op het niveau

van het residu van de dehydratatie kolom.

2. 'Varmtewisselaar : natte teer - pek.

diaI'leter 250 ID-"Yl. , lengte 3000 mmo ;

met het "two passes" systeem bevat het huis 2 x 50

=

100 pijpen

van

i"

diameter. Deze pijpen zijn vervaq,rdigd van roestvrij staal.

(12)

--

9

-3. '1uisoven : ~:Iierin bevinden zich een aantal buizen buizen

vervaardlgd van een speciaal soort staal (lit.7).De volgende ele

-menten komen ~r in voor (lit.7) 3,2% C, 1,3 - 1,5~ 3i, 0,5 - 0,6%

I',~n, 0,2 - 0,5'10 P en 0,05 - 0,08;16 3. Het aantal huizen moet ex

-perimenteel worden vastgesteld. De oven i:an vvorden gestookt met gas.

De gastoevoer wordt geregeld op de temperatuur van de voeding van de dehydratatie kolom.

4. Dehydratatie kolom : diE~meter 750

mm

.

,

hoogte 2000 ID-'TI. Boven de voedingspla~ts bevinden zich een drietal zeefschotels (lit.12) .

De schotelafstand is 450 mr'l. De kolom vvordt verva8.rdigd van roest-vrij staal.

5. Condensor: diameter 250 mm., lengte 1100 mm, aantal pij~en

154 van

-

i

ll _diameter_. _{Koelwaterverbruik} ₃₃_,_{2 ton}_per_uur_.

6. Koeler : voor water en lichte olie. Diameter 150 mm, lengte

2000 mmo Áantal pij"nen 42 van

i"

die.meter. Koelw2vterverbruik 9 ton

per uur.

7. Separator: Per uur wordt hier 4000 k.g. destillaat geschei

-den in 1000 k.g. ammoniak-houdend-w8ter en 4000 k.g. lic~te olie.

De afvoer van water wordt gere~eld op het scheidingsvlak der beide

producten. De a f'meting is afhankeli jk v?',n de snelheid waarmee de

producten gescheiden kunnen worden. ;'1en ke.n zonodig 'l."ebruik maken

v<:"n de centrifugaal-kracht.

8.

Opslagtank lichte olie : Deze tank wordt als buffertank

inGesch~keld . De lengte is 3000 mm. , diameter 1200 mmo Inhoud 3000

k.g. (= 3,35 m3) lic~te olie. ~a~k ~nhoud 3,4 m3.

9. Centrifue;aalpornp : Deze wordt ,p'ebruikt om de ref'lux na een

war!1tewi sselaar ln de del1ydra ta tie kolorl) te ~ompen. De capaci tei t

bedraagt 3000 k.g. per uur d.i. 15 gallon per minuut.

10. Fractioneerkolom : diameter 700 ~~, lenete 10.000 mm •. Het

aantal schotels varieert volgens de literatuur tussen 12 en 28 (lit.

12,14) . Hier is a:-,n[';enoP1en 20 schotels. Schotel-afstRnd 450 mmo De

kolom wordt verva~rdigd van roestvrij staal.

11 . Condensor: Diameter 150 l!l1'1, lengte 1000:rnr.1. Aantal buizen

53 van

-&"

diameter. T~oelw2. terverbrui k 11,5 ton per uur.

12. Centrifue;aalpomp : Voor het terugporrlpen van de reflux.

Cé'~paciteit 3200 k.g. per uur d.i. 16 gallon per minuut.

13. Koeler voor lichte olie: diarrleter 125 mm. , lengte 2000 mmo

18 buizen van

ik"

diameter. Koe1wa tervrbrui k 2,25 ton per uur.

14. Koeler voor middelolie : diameter 125 mi, lengte 1400 mmo

18 buizen van

i

"

dlameter. Koelweterverbruik 4 ton per uur. 15.

diaY'leter

- reflux de~ dratatiekolom

16. 'Var~:1tewisselaar anthraceen olie - ruwe furfural

diameter 150 mm, lengte 1280 mmo "Two passes" I.1et 2 x 21

=

42 buizen

van ~" diameter.

::1egela naratuur van de fractioneerkolom :

n de tOD van de fractloneerko om bevlndt Zlcn een

Foxboro-St3.bilog-controleur. Deze lJestast uit een thermometer, die in staat

is om een afsluiter te bedienen. Al naar gel8.ng die pemperatuur stijgt

of daalt, wordt er meer of minder reflux in de kolom gevoerd.

(13)

-1

- 10

-::üerdoor wordt een constant kooktraject verkregen. De zijstromen

worden gecontroleerd door Foxboro-stabilog-controleurs, die worden

Gestuurd dooranoeveelheidresidu, die uit de dehydratatie kolom ko~t.

Een verkrijgt op deze ~anier een constante verhouding tussen elk van

de zi j stromen en de voeding. De nU.merieke waarde van deze verhouding

hangt af van de grootte van de orifices.

3 •. ANT:-IRACE::::I~ 3ETIEI1nnG E:~ ZUT\G2ING

I . Stofbalans en reactieomstandi g:.'1eden.

Per uur loopt 4400 k. g. anthraceenolie d. i . 4 m3 in de '\:

ristal-lisatiebak. Stel, dat de a~1weling 22 uur vereist (lit. 33), terwijl

de scheiding van anthraceenolie en anthr3.ceen')ri j , vervolf,ens nog

één uur vraagt , zodat de :~ri st2.11isatieb2.k voor 1 uur productie 24

uur in bedrijf is. ::Sr zijn dus m.instens 24 van deze bakken nodig.

Daar d- e :<:001 teer...3.if ant hraceen bevat (li t. 3) kri stalli seent

ui t 44öö k. g. 2.nthraceenolie 600 k . fT. ruv.,re anthraceen uit. Van de

oli e (3800 k.g. ) wordt 2800 k: g. v~~wijderd door afhevelen, de rest

1000 k.g. 'l.,rordt van de kristalbrij gescheiden door een centrifuge

Van de dagproductie van 24 x 600

=

14.400 k.g. 25/~ ig. anthra

-ceeu kan 9600 k.g. worden afgevoerd naar een onslagplaats en de

resterende 4800 k . g. kan worden omge~{ristalliseerd.

Da -; rjoe brengt men 4800 x 4,5

=

21 .600 k. g. furfural in de

eerste oplostank. Men voe~t toe 4800 k.g. ruwe anthraceen en ver

-warmt met stOOT!l tot 80°C ~lit .23). Stel 'TIen vult de ket el in twee

uur en voor de verwarming is vier uur nodig. De inhoud van de tank

wordt nu verdeeld over drie :{ri stallisa tors , vvaarin af gekoeld wordt

tot 15uà 20°C in 15 uur. Elke kristallisator bevat 1/3 x 4800

=

1600

k.g. rmve anthraceen en 1/3 x 21.600 = 7200 k.g. furfural. Uen ver

-krijgt door uitkristalliseren een anthraceen nroduct van 85jó. Daar

het rende"1ent 92:.~ bedra3.gt (lit. 23) verkrijgt men 423 k.g. anthra

-ceen en 8368 k.g. oplossing. A3..ne;eno:!len wordt, dat 6000 k.g. dan

~3~=kTgT ;~th~ae~~~ als vloeistof kan worden afgeheveld. Door centri

fugeren moet dan 432 k.g. anthraceen worden gescheiden van 2368 k.g.

ruwe furfural . Er is a~ngenomen, dat deze hoeveelheid in één uur kan

worden gecentrifugeerd. Deze kristallisatie eenheid is 2 +.4 + 15 ~

3 x 1

=

24 uur in bedrijf en levert 3 x 432

=

1296 k.g. 85% ig.

8nthraceen in 24 uur.

In één uur 'Hordt een tweede o;llostank gevuld met 4800 k . g. Tur

-fural en 1296 k.g. 85% i g anthraceen. Stel in 3 uur wordt de massa

~ebracht op 80°C. In de tweede ~ristallisator wordt af gekoeld tot l~

è. 20·C in 17 uur. T'~et een rende'Tlent van 98% ontstaat hierbij 1152

kg 94'l~ ige anthraceen en 4944 kg ruwe furfural. Er wordt 3000 kg

oplosmiddel afgeheveld, zodat de resterende 1944 kg ruwe furfural

en 1152 kg 3.nthraceen in drie uur gecentrifugeerd moet w-orden.

Daar deze eenheid 24 uur in bedrijf is, zal er een dubbele

kristallisator a2nwezi g noeten zijn.

In 24 uur verkri j éSt '"Tl.en dan het volgende overzicht van de pro

-ducten :

le krist~llisatie :

Ingevoerd

4800 kg rW'le .;" s3.':enstelling 251~ A,

21600 kg fur7'ural 30~,~ C, 451~ F , Opbrengst 1296 kg

A,

sa~enstelling 85~

A

,

6~ C, 9% P. 25104~n'uwe furfural :86,0 1~ F, 0,4j~ A, 5,4~ C, anthr~ceenrende,ent 92%. 2e kristallisatie : Ingevoerd Opbrencst ~~

..

"'(

.

_.ti..,

=

F

₌

1296 kg

A,

samenstelling 85~ A, 6~ C, 9~ P. 4800 kg fur~ural 1152 kg A samenstelling 94~ A, 2~ C, 4% P.

(berekend on droog product) .

4944 kg ruwe fur-fural sar:1e:'"lstelling 97, O~~ F,

l.l!b C en 1, 5 :;~ .P.

anthraceenrende~ent 98!~.

anthraceen ; P

=

~)henanthreen C

=

carbazool +'urf'ural

3,250 P.

0, 47~ A

(14)

(15)

- 11

-Da~.r door centri:ugeren anthraceen niet geheel van furfural te scheiden is, wordt bij een pehalte van 4':0 f'urfural (lit. 33) de

sa-menstelline van het product : 90/~ A, 2Î~ C, 416 P, 4"i6 F. In de s!"'lelt-ketel van de anthrachino·'1f'?.b:riek wordt de furf'ural daY'1",) af gevoerd naar de tank voor ruw op1os~iddel, zodat in de smeltke~el cie samen-stelling wordt 94~

A,

2~~ en 4~

P

(lit.

19).

Er wordt aon de anthrachinonf'~hriek "eleve~d per uur

1152 x 94 _.

qn

x 24 = 50 kg anthraceen g0~ d.i. 45 kg 100% ig anthraceen. ~er uur wordt er

4

x 50

1(')0

=

2 kg f'urf'uraldEunp terug,gevoerd.

11. Apparatuur.

Dit gedeelte van de fabriek moet vervaardigd worden van een me-taal, dat bestendig is teeen furf'ur~l. Volgens Perry (p 1554, lito 43) is monel geschikt materiaal.

17. Kristallisatiebak : voorzien van ~oe1mantel , roerwerk en hevel, met flexibele arm. ~iame+'er 2000 ~m, hoogte cylindrisch ge-deel te 1200 8'11, hoogte coni sch gedeelte 6no :mm. ';otale inhoud 4,4 m3.

1-9. Centri fUfe : Gs.paci tei t 600 kg anthraceen per uur. ='e

ce:ltri f'ugerinr,:sti

Jd

is 8terk a6:'1;~~'1~-:eli jk V2.n het T',roduct. Volgens een

med-edeling van de

N.V.

"'i.eineveld, is het zeer :noeilijk om zonder experiment asn te !7even, wel'ke centrifuge geschikt is Or1 te 'kunnen

'vord eil r.;e br~ü kt.

19. Oplosta:lk T : voorzie~1 van een verwar'1ingsme.ntel en

roer-'N~ r1{. :Jia'Tlete!'

?750

:r.1.-r:l, hoogte 4000 I'lJ!i, inhoud 24 m3.

20. Kristallisator

I. :

vonrzien van 1.{()elTYJantel, roerwerk en hevel. :Dia-:neter 2000 ~.1'"'1, hongte cylindrisch gedesl te 2250 mm, ?loogte conisch gedeelte 1000 m~. Inhoud R 1"13.

21. Centri f'uge I. : De ca p3.ci tei t r1eflraqgt 432 kg !'Jer uur

22. O~lostank 11. : voorzien van ver~Narr'1in~8rnaY1.tel en roerwerk

Diéimeter 150 ~:J.r;1, h00ete 2400 '-1"1, inhoud 5,75 rn3.

23. Kristalli sa tor I I : voorzien va"1 '(r;elTTJantel, roer'Nerk en

~1evel. ~iameter 1600 mr:J., hooste cylindrisch deel 2500 mm, noogte conisch deel 800 I:l:Tl. Inhoud 5,5

m

3.

24 . Centrifuge 11 : de capaciteit bedraagt 3,0,4 kg per uur. 25. Centri fur;a2.1pomp : voor het a:':nvoeren van Turfural in de

beide oplostanks • De ca~)aci tei t :)ed-raa{';t 21.600 kg f'urf'ural in t'Nee uur d. i. 41 :-::allO;1 per minuut.

I. Stof'l)alans.

De ge::;rui~~te furf'ural vvordt in een tank o:9!3eslagen en ~can van

:':î.ierui t door eeY1. centri +'lJ.ga2..lpomp in een warmtewisselaar worden ver-w2.r"ld tot 162°C en vervols:;ens in de destillatie kolom worden gespoten.

Het daézeli jks ve:!:"bruik a3n f'urf'ural bedra? gt : 21.600

+

4800

=

26.400 kg. Afgevoerd wordt er uit de beide kristallisatoren en cen-trifuges : 25104

+

4944 = 3004~ kg met de voleende samenstelling:

P7,9%

F,

O,4~

A,

4,7%

C

en 7,O~

P.

:Deze hoeveelheid 'Nordt in 24 uur gedestilleerd, zodat de

voe-ding bedraagt : 30048

=

1250 k~ per uur. Hiervan is 1100 l-::g furfural 24

en 150 kg residu. Stel d-e terugv10eiverhouding is

i,

dan gaat er over de kop (1 4-

i)

x

1100

=

1650 kg per uur. na condensatie wordt hiervan als reflux 550 kg per uur teruggepompt, de rest wordt na

af~oelen tot 25°C opgeslagen in de tank voor zuiver furfural. 12

(16)

-,.

12

-Het residu kan worden verwerkt op phenanthreen en carbazool,

terwijl het nu nog resterende deel opnieuw aan de koolteer kan

worden toegevoegd.

I I! Apparatuur.

Deze is weer e:eheel Vé'.Yl '"1onel

!!lm,

26. Opsl2.~tank rUII've -C'urfural : l)iameter 2800 mm, lengte 4250

inhoud 26,_ m3.

d.i. 27. CentrifugaalEomp 4, 8 f:,~llon rer 'll:::1Uut. : 1-:Jet ee:). capaciteit V3.n 1250 kg per uur.

28. "lar1!ltewisselaar : ?Ylthraceenolie ruwe f'urC'ural (zi e. 16)

29. Destillatiekolom : met een diameter van 520 mm.

30. Condensor: hierin zlJn buizen opgesteld, die voorzien zijn

va:::1 een groot aantal vinYlen. Zie hiervoor de pespecif'iceerde bere

-keni::1.g onder VI .

31 . Koeler: di2.meter 150 r.lr:l, le::1.gte 2500 nrn, aantal buizen

49 van -~ •• diameter. Yoe1w3. terv:erbruik 10, 6 to~ per uur.

32. Opslagtank gec:.-estilleerde f'urf'ural : diameter 2800 rnn,

lengte 425~ mrn, lnhoud

20,2

n

3.

VI. "'3erekening van een condensor met "finned tubes".

Per uur moet 1650 kg fur~ural damp worden gecondenseerd. De

condensatie temperatuur bedraagt 161,RoC (lit. 42) .

',Varr:ltebalans :

TIe verdeT!lflin,c:swarmte Véln furflt3.1 bedraagt 107,5 Kcal per kg

(lit. 43 p. 216) . Er moet dus worden afgevoerd 1650 x 107,5 =177000

Kcal

=

177.000 x 4

=

708.000 "S.T.U./hr. Stel, dat het koelwater

met een temper3,tuur van 15 or; in de condensor kOT'lt en deze verlaat

met een tempera tuur van 40°C. ?Tu is het koelwaterverbruik

1650 x 107,15

40 - 15 = 7100 kg vV2. ter per uur.

Aantal buizen :

stel de hoeveelheid Jwelw? ter gaat door één buis. Uitgedrukt

in Sngelse maten ga~t er dan 710254 1000 = 15.600 lb/hr door heen.

De gemiddelde temperatuur van het }::o e 1 'Na ter is 40

+

15 = 27,5·C_•

2

Dichtheid water bij 27,5°C : 0.9964 (lit.4-3, p. 175)

=

0,9964 x 62,3

lb/ cu ft (lit. 43 p. ~8). 15600 . _ 3

De doorvoersnelheld bec~r2.3gt dan 0.9964 x 62,3

=

2)1 ft jhr.

Stel de diameter van de buis is 025284 inch. Het opnervlak van de

dwarsdoorsnede I,'vordt --rï x 0.52R₄ _- ₃ _q

4 12

2

=

1,52 x 10 f tl

700r de bere'-~ening v.s;n het -qeynolds ""etal :qe

=

heeft men dus nog nodig de viscositeit V[~n water.

vD p

'7

'

x 2,42 lb/fthr ~ 27,5 = 0,84525 cpoise (lit. 43 p. 374) d.i . 0,845 (llt. 43 p. 369) . Nu is 3e = 165 x 10 3 x 0,5284 x 0,9964 x 62,3 5 8 = 2,2 x 10 . 12 x 0, 45 x 2,42

/ -r;e strooffis:1elheir1 'vordt ~u 251/1,52

=

165 x 103 ft/hr.

x 1000 =

(17)

-- 13

-Stel het Re-getal voor één buis is 6500. 3et aantal buizen be-drae,gt nu 2,2 x 105

6,5 x 103 = 34. De warmtewisselaar wordt dus

voor-zien van 34 koperen buizen, W8,:lrV2!1 de volgende gegevens zijn ontleend 23,n de literatuur (lit. 44.) :

buisnuffiY11er

aantal vinnen per inch

diameter van de buis, gemeten over de vinnen: 21svoren, gemeten op de basis van de vinnen

alsvoren, bin~en-diameter

buitenop"!'"1erv1ak binnenoDervlak

hoogte van de vinnen vindikte bij de basis vindikte aan de top vin ef7'iciency aeQ~ivalent diameter Deq"4; Af/Aa At/Ao 1 15,44 0,740 inch 0,625 inch 0,5284 inch 0,4812 ft2 0,1384 ft2 0,058 inch 0,023 inch 0,013 inch 1 0,1123 inçh 0,3110 ft-4 0,6600 0,3400 De stroomsnelheid in elke buis bedraagt: 165x 10

3

34

=

4,86 x 10 3ft/hr, OT 4,86 x 103

=

3,6 x 103

1,35 ft/sec.

1erekening van de filmcoefficient aan de binnenzijde.

Voor vloeistoffen in tur~ente stroming binnen ronde ~ijpen

;

., -_-_ viscositeit van de vloeistof in lb/hr ft ;

é:P

soortelijke w,~r::nte VEln de vloeistof in 'J.T.U./lboF 27 r Ort

r:;er:1iddelde koelwater te'1'J.peY'é'1 tUll.r i s ,) 'J.

De

In dit ~eval is Re = 6500 c_P27,5

=

0,99 8 75 ~.~.U./lboF (lit. 43 p. 225 ) ~ 27,5 = 0, ~ 4 5 c po is e

374 ) k

=

0, 35 '3.? :_~ • / ft 2 hr 0 F

zie vervolg Dag. 138

=

0,845 x 2,42 l b/hr ~t (lit. 43 p.

(lit. 46) D

0~~284

ft (lit. 44) . r----=- weerstana---v"an Ge wand ; x = dikte van de wand ;

w

ro = weerst2nd van de cO:'ldensar~tfilm

IC = therBische geleidbaarheid v[:.n de wand

=

'S.T.U./ft hr"F ;

3tel voor d-e glooale 'Jerekenine; h = U 0'- = 150 3. T. U ./ft2 hroF en A het buitenoD~ervlak, indien de buis ~lR~ Z0U zijn.

A = - r î x 0,625

=

0,1636 ft 2/ft. 1 2

A

=

gemiddelde oppervlak van de buiswand :

m 3. 14

-12 (°,5 28 4

+

0.625 )

=

0.1510 ft 2/ft 2 - 14

(18)

-- 13a

-:Iet getal van Prandl 11Vordt : (';.99875 x 0.845 x 2,42

0,35

~ieruit volgt: h.

=

/ ft2 hr o F.

"'3ereke::ling thermisch geleidingsvermoge::l van Turfural.

Voor de berekening van de ~ilmcoe~~icie::lt van de buitenzijde

!:loet se~ het geleidin.:::svermo~en van de condensaqtfilm kennen.

Daar dez-e ~iet in de literatuur beke~d is, wordt deze berekend

lJlet de f'ormule van t.T.F.D. Smith (lit.46).

k

=

0,000011

+fp

-

0,45)3

+

~

~/

~

155 00 -+ -7'6-;;:0"7';

v

i

0

:-";0-Deze formule wordt 5?;ebr1ükt met als eenheden : c:n, sec,

o

Line~a

tische vi scosi tei t

i~

cm2/sec, bere'(end uit

:;-~ = dyna:nische viscositeit in g/cm sec.

Toor een drietal te"lpera turen is k van f'urf'ural met ondersta:::mde

gegevens berekend. 25

o

e

1 00 or; ₁₆₀ 0 ("1 lito 'J ~

~

1,1544 0,076 1,00255 gjcm~ 47 0,41 6 0,416 0,41 6 c3.1j g C 43 '!I~p 96 96 96 " 'Y) 1,49 2 0,68 -2 0,15 cno~se 48 y 1,29x10- 0,63x10 O,15xlO- cm2/sec

trierui t volgt voor het ther"1isch ,,!eleidingsvermo[Sen van

furfural bij de genoemde temperaturen :

p.226

k 4, 004x1 0- 4 .3, 85x1 0- 4 3, 65x1 0- 4 c3.1/ sec. cm

o

e

of oDlgere':end in 3.~.U./hr ft F vermenigvuldigen meG

-~

4 x 10 ~~,~600 x 30,5 = 242

k 0,097 0,093 0,089 "l.T.U. /hr f'tOF

Het bli jktrtl dat d-e k slechts weinig teT'1IJera tuur 2,fhsnkeli jk is.

=

teT'l!ler2. tUl),r versclül tussen binnenw2.nd (t~i ) en bui

-tenwand'ftf' _{_0} ) ;

roa

=

totale weerstand ;

r·

=

weerstand over de %oelwaterfilm

l

(19)

- 14 -Nu is ... \ t wf r . _l 1/hi A _i toa

=

r-

=

1/h (lit. 44) ö. _o~ ~~ c~ L\ twf

=

hA 150 x 0.1636 0 toa

=

(161 ,8 27,5) 57,6

c

h.A. _l _l ~ 414 X

0 .

1384

x

-

=

Nu is tfi

=

27,5 .;. 57, 6 = <35,1 C o Ook is A t w rw x/Y,Am t

=

1/hA A _o_a _r oa A

\v

=

h A. x At _o_a K A El x

Voor 0 0 en lOOtJe bedraagt IC respectievelijk 224 en 218 "S.T.U. /fthrOF

136,6 C)F.

~oTet "behulp van onderstaande fornule (lit.

44)

is ho te

bere

~

{enenR

·/

~{

3 p 2 :;.

>-

)i

(vf

.

1 )

i

(De1 n

~ ~

(11

.

r)

i

ho

~

0.6,9 \_-1"_.

-~-

:

-

.

-"""'

~

-

~v

~

) \ "

(

I

)

Hierin geeft index f aan, dat deze groothedén Boeten worden inge

-vuld voor de gemiddelde condensaatfil~ temperatuur.

Deze wordt bere~end met ondersta2nde ~ornllle (lit. 45) .

=

_{t sv} - ~ _{( t sv - t fo )} (111)

Dus tf

=

161 ,

P

,

-

.;,:

x (161,8 - 85 ,9)

=

161 ,,0, - 56,9

De aeQui valent dia-meter wordt bere1_{-;:end vol}_g_ens

=

0

₀

.

_.

943

₇₂₅ 1 -1

r

4" t\

+

A_,t 1 ~ _e-F' _.l.

Hierin stelt

p

de eff'iciency v:~n een vin voor.

Af

=

het op~ervlak van een vin

A _ef

=

A _f voor ~

=

1

'P

C)

= 104,9

c

.

r

_v_.raarin _{het o}_p_{perv12Jc is yan één zijde} _U₃_{n een vin}_,

Do

en Do de buitendiameter van een vin.

At

=

horizontale oppervlak van een vin.

D

=

diclIr..eter van de !Juis, gemeten aan de voet V8.n de vinnen.

(20)

n

-,

1 ~. "': Co, 2~ ' 'IT l~ 3 T I • • • • 1\1" -4°.L ·,T '4 .L "T .L 4 .L

-~ 1 . . 2 .• 3 . . (lit.45)

-\~ is 11et a,::intal lJuizen in ee~ iJerticale rij ; di t ~:3.ntal varieert

R~~ binnen naar buiten. De onderschri~ten 1,2,3 enz. seven aa~ het

aa~tal pijpen in 1 rij .

In ons c;evo.l is voor 34 ni-inen ~ v ~ het volp:ende SC~1em2. opcesteld .

0 0 0 o 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 0 6

₊

:J ,..

₊

4

+

3

+

2 34 3 :" ., :"

=

1 • 22

160,5 32.1 74 x = 1,0025g/cm3 36002 ft/ hr2. f!

=

ü 32,174 ft/sec 2 (lit.43 p. 45)

=

/\

=

condens2.tiewar:'1te, deze kan worde~ è)ere'.,~end met de

~routon co~sta~te Lv/~

=

99, 6 (lit. 49).

:1i erin is L o.-e verch·~lT.'ins::swarTTlte i n ~T oule (!!'.ol bi j

v - ~ ~

te 'Yj!l. ~. "I T oor 10.(, 9

"

r;

'v 0 r d t I v

=

99, 6 (273 .;. 1

°

4 , 9 I

tToule/"l,ol. \ 9",6 x 37°'

=

Cl3 R 1:r " l h r _ 93,P, x 4 x 454

=

/ q 6 x 41, f3 - , ' • ca ; k - 1 (' 00 lJ.i t. Y) ,.. 4 I )

-h = 0,6R9 x(1/136,6)~ x 1/1,22 x 1/0,3110 x o een absol'..l.te "'0 r X 37Q = 'j" ' 0 , I 172 ~'='U/lb. = 1,09 cp e:1 1 ( 9,33 x 10-6x 1,072 x 62,321( 32,1 74 x 36002 x 172) 4 0,63 x 2,':2 = -0 6q () - , ~

=

1, ~ 1

3,

4·2

('\ ":ill \. , J IC 100

~

1

-3

,

'Lr

2

-1677 = n v , '::;;3 .." x _ h0 .~~~~ F.

=

= 369 - 16

(21)

-..

- 16

-~~et bermlp van de ~u ze70nden wa::.rde van h 'vordt U oenêlderd. ·

n oa

1/_Uo

=

1/hO

+

x/ 1'= x Do/Dnl 4- 1/hi x Do/Di (11)

=

1/369

~

0 .

0966 x 0

.

740

12 x

219

0.634

~ 1 /41 4 x ()

0

.

.528

7 4 c~

4 =

(2,71

+

0,04

+

3,3S ) x 10- 3

=

6,13 . x 10 -. J ~

De '.werstand terren de 1Jl8rnter:nr_{er("'3.:·1P:} i:l de cOrldensa?-.tfill'l is

volr:-ens de ij, die is--bere'·:e-'1d.~î.st 2,7f/6;13 deel VB.n_ de totale 'vee

r-st3.nd. :D8.n is ile-::: te1Ylper2. tuurv8!'sclül over de conde:ls3,~:, tfilr:"l ook

2 ,71/

6 ,

13

gedeelte van de tot81e te"~17er2.tu'J.rdé'.;,ling, 01),8 :

o a t v~ = 2, 71/6 , 1 3 x A t oa = 2, 71/6 , 1 3 x 1 34 , 3 = 59 , 40 ':; ~u is t f o

=

151 ,3 - 5~,4

=

102,4 Q S.

=

107 F. ~ieruit volvt t~ =

151,n

-

~

(1

6 1,R

- 102,4)

=

117,2

°

C

. 0 k 117. 2

=

0,092 "l'i:'J/::-t hr F.

f 117.2 = 1,056 x 62,3 lO/ft3 _IÀ

₌

<;1 q

₉₆

• 6 _xx

_4.18

39 Ox 4 _x

_1nOO

x 450

₌

176'l~U/lb

'?

117,2

=

(l,5

X

2 ,4

2

lo/ft hr

"

\Yi

9 ,2

3 _x ₁₀6

_x

_1.0562

x

62 ,3

2 x32

.174

x360

6x176

~

=

1,81 x(1/1 07)~ - ,

o 0,5 x 2,42

3iernee wordt U berekend uit _o for~ule 11.

1

x

1

0 S

=

1,?1/3,25

x

6

73

= 375l~U/fthr a

wordt ry weer here\0nd

o uit for,-ule 11 : 1/U O

=

(2,66 4- 0,04

+

3,38) x 10-3

₌

₆_,₀₈ _x _10-3 TT = 1

64

-ST~/ft1 hr ~ F. o OF. - 17

(22)

-l

. /

...

- 17

-De terlperatuurverschillen over de beide filmen en de wClnd ?lorden nu

2.66/6 .08 0 43,8_ ó tvf

=

x 134,3

=

5~,~ ('I J of ~ tw

₌

70P.000 3TU/hr.

=

243 F log 121 ,8 A

=

708.000 164 x 24·3

= 17,75 sqft. 3et or~ervlak van 1 ft huis bedraagt 0,1636 sqft.

De totale lenste wordt dus : 17.75/0.1636

=

108.3ft.

De lenete per buis wordt dan : 108.3/34

=

3.2 ft.

Drukverval in de condensor : _,

Het <jlruk

2

erval wordt berekend met de

F"nninl'~;Cy

-

~gelijking

:

AP

=

4

r

=

4.72 x 4.5 x 10-4 2tm, voor 34 buizen is

=

34 x 4.72 x 4.5 x 10-4

=

E,07 atrl. cmJC:SUSIE

3en condensor van 3,2 ft l~ng Yrlet 34 buizen van 1wper, voorzien

v:ö:.n vin~1.en en Det een binnendiaqeter van 0,5284" en een bui tendia

-!1eter van 0,740" , genla:-; tst in driehoeiöge V steek V8·n 15/1 6" in een

huis V3.Yl ·8" (lit. 50) , condenseert per uur 1650 k3 -f'urfural, was

r-bi j 70R. 000 lr:::1J/hr '.vorden onttrolc':en. Ih t geschiedt door 7100 kg

koel'.\T8ter, dat 25·C 'No~~dt opgewarmd en net een snelheid van 1.35ft

per seconde stroomt. 3et tot8.1e drukverlies bedraagt 0, 07 atm.

De constructiematen V8n de condensor zijn dus n.iaPleter 200 mm en

(23)

- - -

-.

--- 18

-\.

LITERATUUR

" 1 • R.E. Kirk and D.F. Othmer, Encyclopedia of chemical technology

I 944 (1947).

•

2. ~ios Final Report no 1148 item no. 22.

3. Bi os Fin:?_l '\euort no 450 i tem no. 30.

4. E. ~braham, Asphalt and a11ied suostances I 388-401 (1944).

5.

3 .

rr

.

Shatwe11, J. Soc. chem. Ind. 56 155 (1937).

6 •. J."T. -nreisz, J. Soc. Chem. Ind. 51 219, 241S (1932).

7. Fiat Final ~eport no 729.

--8. G.A. Phil1ip-son, J. Soc. Chem. Ind. 56 193 (1937).

;ios Final ~eport no. 615 item no. 30

-.-D.~. Kernon, :he .Gas 'Yorld 109 lR4 (1938).

A. Grounds, The Gas 'Vorla., Coking Section 109 77 (1938).

9. 10.

11.

12. Ph. J. "filson , and <.T .:1-3: • -Yells, 0,oal Coke and Coal Chemicals 381

(1950) • 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. Brit. Patent 461. 405 18/3 1937.

D

.

E

.

Cun~ingworth, B.J. ~arrit Coke and ~as 11 157 (1949).

R

.

3cott, The Gas ~or1d 127 367 (1947).

A.O. Jaeger, Ind. Ene. Chem. 20 1330 (192R).

U.S. Patent 2.347.228 28/5 1941.

~uss. Patent 58.326 30/11 194~.

ry.S. Patent 1.879.090 27/9 1932.

nrit. Fatent 548.877 25/ 4 1941 .

J.M. 01ark, Ind. Eng. Chem 11 204 (1919).

~rit Patent 611.554 1/11 1~A .

U.S. Patent 1.693.712 4/12 1928.

u

.

s

.

Patent 1.879.626 27/9 1932.

3ios Final Report no 939 ite~ no. 30.

P. Friedländer, ?ortschritte der ~eerfarben Fabrikation 14 829

-- (1926)

27.r. Friedländer, idem 14 830 (1926) .

28.~r.A. ~;ïkolski, N.V. i\eumand, Chimie et Inà'J.stri e 29 1379 (1933).

29.TJ.S. Patent 1.764 .031 17/61CJ30.

--30 .~rit . Fatent 548.877 25/4 1941.

31.D.R. Patent 11359 16/5 1900.

32.Syozo Yura, Ryo1ei Oda, .. T. Soc. CileTT'. Ind. of' J3.pan 43 392 (1940)

33.~ios Jurveys Re~ort no 25.

34 .~io8 Final ~erort no 940.

35.J. 30uben, ~~2 ~nthracen und die Anthracbinone 228 e.v. (1929).

36.3eilsteins H5.nd1mch der Organi schen Chemie , 4e ed. VII 781 (1925).

37.C.R. Downs, Ind. Eng. Chem 32 1294 (1940).

3a.C. Conover Ind. Eng. Chem 3~-1 298 (1 940).

39. D.R.P. 168.291 (1906).

40.J. ~a1ter, J. prakt. chem 51 107 (1895).

41.International Critical ~ables 'I 134,167.(1929)

42. C.D. HOdg' man, 35.nc1boek of Chemistry and I'hysics, 33eed.1977 (1951:

43. J.H. Perry, Che~ical Engineer's Handbook 3eed. (11950).

44. K.O. "(eatty end D.L. Katz, Chemical Engineering Progress

. 44, 55 (1948) .

45. G-.G. "'1rown c.s., Unit Operations 139, 440,449 (1951).

46. !.~. Jakob, ~Ieat ~ransfer I 78 (1950).

47. (ei1steins Handouch der orsanischen Chemie 17, 273 (1933)

48. ~.E. ICirk and D.F. Othmer, Encyclopedie:. of Chemica1 Tec:'mo1ogy

6, 996 (1951).

49. International Critical ~ab1es 5, 137. (192?)~

50. -:-;rochure Hea t ~r8.nsfer Equipment, Dowingtown Iron ',Vorks. , ~

~