Technische bereiding van oxaalzuur I

,',

""

OXAALZUUR J.

P. Retsme. Delft, November 1951.

-rr-

.

:;:.=;'~

"

-

~

,

I

I

1 ,

~

1I ~J~' .: ~ ." j.. ;1 :

-

:~

r

"'

'.i_' .J~ ,« :' ,

IT?L~

=

~

t

~

'I

I

~_~

.

I: t

~

1 -

--··

t,

'I ~ - __ . I I , ' t lil' 'I' , :1' 'I 1₁

,

! " , 'I' N,ltrl..Jmhvdro'yde -oploHinq N.+ co .. StoOfT' ~li ~;~, 1 :,:1

L#~

,

W

I

'"co

I'

0"'10.,,_ 1 1 , "

+=1

<ç }-11 ' ,--. .\

I,

I ...11'--

-.

~~

:

-

U;;-

n

~

~

\

11

'

~~

,

"

ll

~.

111 _.:..

J

_ ,

' I.i" ' 1 " , , , .

+_

l :11' i 1 \

~

_J

~u

~.;''!-\

I

:

_~

-- -

I

I

1 1 , : , I , _._---:r" , ',II~~d)r,,~p,· ,I: il! li i: 1:1 I

fi

; 1 , i 1 1 1

t

!

I

'

,lil

,I 1,1 .

I

""

,I ,I I

I

-''''11

-

J'~

~

:

m

':U,r

,i,

~

I i I :11 1 , _'L,k,

H

~

;

,

'

,

-:t

~I

-,

J

~::~:~

F

l

i

:

._

,

. .

~ KoeLr.r \ /-~,~ J _" I ' ... 1 '_~~".,.---_.

m

1 I - - -t I

~-l

L I I

,

I

:J

.

r,

r

_{, I} i----;' _, , 1,

I

f

l

I' Rea: ..... ,.':I" :

~

~

.

;"'1

.

I

·

"

:1

~-

\

jl

l

-

~

'

J

i

... - , I " .• ,.",1,,,,1,, .. ,

tr

-

~

("

J

,

i

:

, *. , -,~ ,": , ;:--1' r -~;!

I

I . , , i;'"

I

11;

~

ij i

j~ ~

ti' I

I

·

li

_

l:

\,J~!Jbi

~J/

.

,,

~

..

. ,ijl

!Jh

_

':

Ä I ,

\

<

I

1 "",Ib" I l , _{, /} ' ~

>:

-~

I1

~~

'-

!J

'

c"

...

'~

fT_ I: I

-~

r

t,

iI",

lb;

I

6 -J , .-~ I I , L.. [,(0, I

1.0

-

d _.-Y

f

-.-

L

,

·

t

i

L

_

l

",'wo"J

_---',

---~' I ,--- >-~

,

,,

:::5 [

'

,

:

I

t

' , . Ll:, ! 'Î I

-

~

\,

, I ' 1 ,,---,

1-

r

1-'\ :

j. r _' _

'_

~

ti., ,

,

c

_

-

;

- -

J,

.

,-;

I

i

,

'

" -"

'

TI··"",,,· .

.

,

I . U l - - - . ' , - I

1

'

i

K

-:-~~~

t:1 ,

I'

r

-I ' ; J--- - , ' - ' " r -

'

I

,. [, : v ,

f"

,

j \

/":;

I

"",::::..,

1

j ( \ - ~ -- ,

yJj

....

-; /'-..

',;: --~

N<'i:'-'l.ImtorHl'

aal-OOl('~~tr1q x ,

I

:

{

j 'I

I~

I: 11 11 I, 1 1 .1 I, Ó ..\ L'> !

I

I

,

~

f

1 ' t~ !' -

~LJ

I

I

I ~r~2~,-I'.-..-" --

~

-

~

[ [ , t " -,I !j,.,..,' "Y" -<;, -- . ti

I

-

Tu,"",re'" I, i J -J

~

r

kOfI"""·""'.;2· I

t

~

f f .. __ J

l

:

_

,\~'

OXAALZUUR

NATRtUMF"ORMtAAT

- - -·r

I

C

(!)

~y

--

.

-- --- -TW:;e:l""L ~­ lo,nort:~~tr ---<>-'\" [

*

'-!

-~+-. 11

i~

-j.

.~

~

PHc.I .... mö

"-":

"

J

J

- - - ---.

l i • I I

\

Lit.ratuur:

- 1

-Iftoyolop.di. ot ohemic.l t.ahftoloey

door

R

.

E

.

lirt

.n

D.r.

Othm.r.

Vol

.

i ,

bls

.

811 •• ~.

lalyklopidi. d.r

t.ohniaah

.n

Chemie

L .

door

r.

tnildnn,

I ••

druk

.

~

/;

L..

r-.

J

·

.nd

1. b 11. 330 ...

1

H"

.

!t#~:;?,..--

B.nd

a.

bh. 410 •• T. l ~/ ~ Band 8, blz. 211 •• v.

Rapport

~'~8~296 ~

(

miorofilm)

,

r.I.A.!.

1.1.0.8. 838 C.I.O.S. XXXIII - 31 D.R.P. 229116.

J.chni.oh, b,reiding van

oxa,l~uur'

41""0' Inleiding

.

De

....

rsohi11.nd.

b.reidingsmethoden van oxaalzuur

kan men

indelen

n •• r

d. a.rd d.r koolatof'ba.b

.

We

onderscheid.n onmiddel1

i.:jk

twee hoofdço.pen

,

n

.l.,

1 •• De CO-~.e-baai.

(uiteindelijk eok •• ).

I ••

De or~nl.oh.

C-b.sla

.

De twe.d.

~o.p

ls

onder te T.rd.l.n naar d • •

ard van d. C-b'lis

,

b

.

...

.

•• ooharo.e,

1

ignims

,

stro

,

zetm •• l

,

o.llulos •

•

In

het

el~me.n

berust.n de methoden der t.eede

groep

op oxydatie va.

h.t b.tr.trend. product met

~oonoentr.erd

•• lpeterzuur

;

met of zond.r k.t.

-lys.tor

(b.~.

F,-zouten)

.

Een

groot

bezwaar van deze grondstoffen

,

vooral

I.t

••

1

.n a.cah.roa., le

g.legen

in

d.

at.rk. prijssohomm.lingen

~.n

d.le

stott.n

.

Ook

~.n

de

o~eri~.

g.noemd.

stotten

als

grond.tot

t,

men

.oonomi.oh meer

athank.l

ijk den

met

coke.

ale basis

.

W

ij

hebben

daarom

een bereiding; ~koz.n.

waarbij cokes

en loo~ de

grondstoffen

zijn

.

Proq "

Aller.erat lullen we

twee

bekende Co-loogproeeasen .an .en vergelijk.nd.

b'8ohouwin~

ond.rw.rp.n

om

tot

een

definitieve

keuze

te

ko

me

n.

Proo.e 1)

reaot

iea 1)

Ca

(OH)a + Nea Sa. + 2CO ..-.+ 2WaOH + CaSo. + 100

2NaOH + 2CO ~ 2BCOOlf. + CeSo..

2) 2RCOOB. ~ KaOOC) +

Ha

l' •• 000

~)

I.OOC, + C. (OH)a

~

C':: ' + I •• OB •• 000 ") Ca .... ooC) +

Ha

80..

~

BOOC) + C. SO • •

'

ooc

BOOO

Proo

••

2)

r ••

ot

ie8

1)

I.OH + CO ~

BCOOW.

2)

ai.

~erd.re

r ••

cti.s ....

n

proc ••

1.

De

,rond.toffen

C.O

.n

--aso.

bij

pro

o

••

1 lijn ~oedkoper

dan

4. V.OB

bij

.roo ••

2.

Daar .t.at teconover dat er bij

pro

ce.

1

grote

hoeveelh.den

è"?1

CI8Qa n •• rah~

in de r •• otoren ontstaan

.

w.lke

op ziohlelf

al

hind.rlijk

\fY~

lijn,

terwijl

bo ....

ndt.ft

... oer r

••

otie

2 .eft

volkom.n

C.-~rij

HCOO'.

~.r.i.t

1.

in

T.~\.nd

met .xploaleg!!.ar

.

Beft

volledl~e

erwijdering

van

het

c.

o.a

.n

C.-ionen

(

met b.hulp

van

1,*003)

i.

dua noodzak.lijk

.

al ... or.n.

ft

het

uit

- - -

' 2 '

-bij ro •• ti • •

,1eOB

~rij

kGBt

.

Ir~

. .

do ••

I.GB

dal ia

~i.

prooe. 1 Ketran.tor.eerd in proces 2

.

Vit de reactievercelijking

vol~,

dat er evenveel laOB vrij ko

t

al. er

.anvankelijk

nodig

is.

In

de

p

ract

ijk

is

dit

natuurlijk niet

heleDlul

waar

.

Er

trede. verlle.en op

tengevol~e

van

onvolledl~

re.otie •

•

We

moetea .ee

r

zeker

X.OR

luppl.~en.

Geheel anders

wordt de kwestie

bij een oxaal.uur fabriek

,

die naast

ox.alz~ur

relatiet

,rote

hoeveelheden .lerenluur produoeert

.

Een

deel

va. het

'.-for~at

wordt

dan

met

behulp

Tan

s . .

velluur in mierenluur

omge~.t,

waarbij

.e dus ,een

'aOB

terugwinnen.

Op grond van bovengenoemde

ov.rwegin~n

en het feit

,

det het in ODle

bedoeUn~ .H~

uitsluitead oX!lshuur te tabrioeren

.

hebben"e

de

voorkeur

- - - r - - - --- - - -- -

-r

..,

.

- 3

-i

Oxaalzuur I :

Inleiding: Alvorens we de productiegang en apparatuur bespreken,TVigt eerst een globale materiaalbalans de hoeveelheden zijn per uu e.e.ne::egeven).

CO

.

.

2130 kg. 626 kg. 142 kg. Autoclaven 2130 k"'. ,.,

1330 kg. lid 0 van deel

524 k~.NaOH(28%) II 645 kg. ~ 0 111 kg. N~ CÜ:5 55 k~. NaCOOH 30 kg. (N~

<fP4

87 kg. ~O 89' kg. NaCOOH (13%) van ( 7% ) de e 1 Ir. (4%) (50%) van çen-trifuge. , - - - ---CaO + weinig -water Voorraadtank 50 m3 • Voorraadtank 00 m3 H,a 0 NaOH (22~) NaCO OH (5%) -~O 800 kg. 102 kg. 142 kg:

_-

.

....al

--...

17 30 ka:. _~O 12 00 ke:. NaCOOH (41%) -_ __ - l._ Expan sieketel. ' - - - - ' - - t - - ---- r -, 400 kg. ~O ~O NaOH (10%) NaGOOH (14%) 1520 ke; • ~O

-'verdamper 1200 kg. NeCOOH (36%) 210 kg. ~O 1200 kg:. NaCOOH - (85%) 123 k~. lid 0 1113 kg.NaGOOH f~o%, Centrifuge. 87 kg.

H.P

87 kl"."l,qCOOH •

.. -r'" . \ . . \ \ \ , \ .. \ --loOT ( ,. \

.

" -'Ç' . ...

.

." i r ,,\

/

- - - -- -

....

- 4

-Sohema:

Voorraadt anks :

Per 24 uur ontvangen we 38 m3 "raterie:e NaOR oplossin~ van scheme. Il.

Dit wordt opgesla~en in een der twee hiervoor beschikbare tanks van 50 m3 ,

welke zo e:econstrueeed zijn, dat men de vloeistof onder stikstofdruk kan

O~l

..

Ol~. ' .

Dit dient om Nea C0:5-vorminf!; in de loog ten~evole:e van ree.ot ie met 00a

uit de lucht te vermijden.

De

tanks worden beurteline:s vol en

leeg

~epmppt.

De ene tank wordt dus in 24 uur e-evu1d, terwijl de andere !!;elijkti,jdig

leeg-gepompt wordt.

(' '~"'Verder ontvangen we van deel 11 de waterilre oplossine: wae.rin N~ 00:5,

Ne.O;O~,N8aCa0.' De hoeveelheid bedreee:t ce. 21,5 ton.{is 21 m3. ) Hij wordt

èp~eslae:en in een der drie tanks a, b en c van 30 m3• Bovendien voe~en we

hier-bij de moederloog afkomstie: van de centriru~et welke per 24 uur 2 ton (50%

NaOOOHi weinig Nea

00:5

en NaOH) oplevert. In totaal verkrije:en we dus ca. 22 m!3

per 24 uur. Terwijl we de e:ezamenl i:ike filtraten in tank A pompen wordt onder

roeren ke.lkbrei (afkomst ie; ven deel II) bi.ie:epompt. De vole:ende reacties treden

op:

Nea C0:5 + Ce. (OH)a ~ CaCa. ~ + 2NiOH

Ne.,a Ca 0 .. + Ca(OH)a

---+

CaCa 0 .. '" + 2NaOB.

Per 24 uur wordt ca. 1,7 ton CaO toegevoegd, hetgeen ongeveer overeenkomt met

de stoechiometrische hoeveelheid.

Nadat de tank gevuld is laten we 24 uur staan om het neerslag (1,2 m3 )

te laten bezinken. Het neerslag wordt afgelaten en de vloeistof, welke nu NaCOOR

en NaOR be~att kan neer de autoc1a~en gepompt worden.

Het werkschema luidt dus: t ank A. tank B tank C

!ste 24 uur 2de 24 uur

vullen bez inken en a flateE __ -.!.~~_.P2~_p~.n_

bezinken leeg pompen vullen

3de 24 uur Plunjerpomp: en aflaten - --- ----. leee: pom-P.~!! vullen bezinken en aflaten.

Met behulp van meetflenzen worden de oplossingen uit de 2 tanks in dezelfde

gewichtsverhouding, wearin ze in de voorraadtanks Ell3nkomen naar de autoc1e.ven

-batterij e:epompt. Dit ~eschiedt door een plunjerpo~p met een capaciteit van

ca. 60 m3 _{per 24 uur. De sarnenstellin~ der oplossin~ bedraa~:}

_8%

_Na-formiaat

en 22% NaOR. Na de plunjerpompen passeert hii een warmtewisselaar, waar warmte

van de uit de autoclaven komende niet-~eabsorbeerde gessen wordt benut (we

komen hier.op terug).

,Autocleven batterij:

r-'~

React ie: NaOR + CO ~ _{~cooy 0}

p • 16 - 18 atá i t .. 160 - 180 C.

reactieomstandie:heden:

Contacttijd: 6 uur.

De batterij bestaat 1) i t 4 boven elkaar e:eplaatste, in seriestaande autoclaven

met elk een inhoud van ce. 4 m3• Ze zijn voorzien van een roerder, die om een

horizontale as draait (snelheid: 40 rpm.). In de bovenste autoclaaf wordt de

oplossing in~evoerd, terwijl in de onderste autoclaaf generatorgas

(samenstel-Hng: ca. ao% CO, minçler dan 1% CGa + Ga, rest

Na)

ingeperst. wordt. Elke

auto-ele.af bey6.t ce. 3, 7 m~ oploss~ng. Hete tee;enstroomprincipe is dus toegepast.

De vereiste temperatuur van 100 - 180 C.wordt bereikt t./!.v. de optredende

reactiewarmte en door directE! st.oominvoer in de onderste en bovenste autoclaaf.

De st·oomdruk moet dus hoger zijn dan 16 - 18 at ... De stoomtemperatuur (verzadigd)

bedraee:t dan minimaal 2000 C.

Om een :l.ndruk t,e kri,ie:en van het reactiewarmte-effect e:evenwe de volgende

globale berekening: H. vormingswarmte bij 180 _{O. en 1 ata.}

- HNaOH (in water) - HCO - - HNaCOOB + .A H

- 112,04 - 26,428 • - 156,49 + cl H

5

-Uit de autoclal3.f stfoomt een oploss lng van ca. 36% Na-formiaat; we hadden reeds 5% Na-formiaat in de binnens~lomende oplossing, zoda.t er 31% !revormd

is;

dus 31 g. per 100 g. oplossing of

68

gmol per 100 g. oplossing.

Gevormde warmte per 100 g. oplossing: ~~ x 18

=

8 kcal.

/ ;--.... s.w.

oplossin~

0,8. Dus de tempera.tuursverhoe:inl! t.!r.v. de

reactie-. warmt~;) 80 .. 1000

c.

.'

0,8 .... "'==='"

,~i~''''''Dit is natuurli,jk niet. helemaal juist voor t 10: 160 - 180

0

C. en p = 16 - 18 ah .•

\.iJ

'

Dat we stoom direct invoeren heeft nog een tweede reden: Bij het aflaten van het niet-reagerende I!:e.s via de overloop gaat er stoOrT' verloren. Willen we dezelfde concentratie handhaven, den moet er dus stoom gesuppleerd worden.

Uit de onderste autoclaaf laat men per uur ca. 3300 kg. oplossing per 24 uur (86% Na-formiaat) in een expensieket.el af. De reaet ie is nae:enoee: voilledie: ver-lopen, zodat het NaOR gehalte zeer klein is. De oplossin~ wordt in de waehttanks gecontroleerd op Oa"-ionen. Mocht nog Calcium aflnvlezh: lijn, dan wordt een .juiste hoeveelheid van de oplossin~ uit de toevoerleiding der drie 30 m3 tanks ~edoseerd.

Deze bevet inuners naest NaCOOR Na.,a C~, 7.odat CaC~ neerslaat. Dit speelt zich af in één der acht 8 m3 wa.chttanks, waerin de oplossi.ng: gepompt wordt. De bns, dat nog 8alcium-ionen ae.nwezi!,: zijn is echter z~er ~ering: Le.At de in de auto-clavenbatteri.; binnenkomende oplossing nOl! een gering calciume:ehalte hebben. Het generatorgas bevet C~ ( (1%) en er zal dus CaC0₀ ontstaan. Is er meer COa aanwezig dan nodig is voor de bindine: vsn calciumionen, dan vormt zich N~ CO:!,.

Dat w-e de oplossing vollediQ: calciumvrij willen maken heert de volg:ende reden: Bij de in deel 11 uitgevoerde verhitting van NaCOOR kunnen explosies op-treden indien calciumzouten aa nwez ie: zijn.

Koolmonoxydgenerator. gaszuivering en compressor:

Per uur komt 626 k~. N13.0H de batterij binnenstromen, dus benodie:d CO: 626 a : ., 435 kg. CO per uur. Van de ina de autoclaven geperste CO rea~eert echter ongeveer 2/3 deel. We moeten dus

I.x

435 • 650 kg CO per uur produceren. Voor de berei~ing hiervan kunnen we e:ebru1k maken van een generator, welke of

met zuurstof of met lucht wordt e:estookt. Zouden we de beschikkine: hebben over zuurstof b.v. van de luchtscheiding bij een stikstofbindin~sbedrijf, diB ver-dient het gebruik hiervan aanbeveling. We missen dan immers de stikstofballast, die gecomprimeerd moet worden. Om een kostbare Linde-appa.ratuur aan te schaffen alleen om zuurstof te produceren is hier z.eker niet verantwoord en we hebben dan ook lucht gebruikt.

Het Co-e:ehalte bedra<.' e:t ca. ~O%. Onder verwaarloz ine: der C~ en ~ moet de compressor dus l~ x 650 .. 2200 kg. ~~O~ +

Na)

per uur comprimer~n van 1 ata tot 16 - 18 ata, d.w.z. er wordt 2200 x ~ • 1730 m~ per uur (20 C., 1 ata). gas aangezog:en. Na compressie bedraa~t de gassnelheid ca. 100 m3 per uur en dit is dus de snelheid waarmee het gas de onderste autoclaaf binnenkomt.

De compressor brengt het gas in twee tralIlEen ( 4 ata ~ 16 ata) op de gewenste druk, terwijl een tussenkoeler, zorgt dat de temperatuur van het in de tweede trap binnenkomende gas ~el ijk is aan die van het in de eer~te trap binnenkomende gas. De temperatuur na de tweede trap bedraagt ca. 160 C.,

het-~een maar weinifr la!!:er is dsn de reactietemperetuur, zodet een gasvoorwsrmer overbodig is.

De brandstof bestaat uit zwavelarme ~ascokes. Een practijkgegeven leert,

d~t we uit 1 kg:. cokes ca. 5 m3 e:enerator~as (200 C., 1 ata) kunnen produceren.

Ret, cokesverbr~ik bedraagt dus 1?30/S-

=

350 kg.uhr. Om ent~ idee t,e verkrijgen

van de sfmeting:en der te gebruiken generator het vol~ende:

De

verbrendin~ssnel­

heid van kolen bij kunstme.ti~e trek bedraa~t ca. 200 kg per

ma

roosteroppervlak per uur. Voor onze ce.paciteit is dus een roosteroppervlak van 2

ma

voldoende.

~h~C'"

We hebben een moderne generatorvvoorzien van een vulsluis en draairooster, welke dus continu gebruikt kan worden. De ovenwand bestaat uit. vuurvaste steen

en wordt ~ met water gekoeld. De zich e.en de wand bevindende slak bI ijft daardoor ~loeibaar en kan zich niet vasthechten. Bovendien heeft men het voordeel niet afhankelijk te zijn van de toevoer van koelwater. Het mechanisme van het draairooster is zodanig geconstrueerd, dat beurteli!lgs een linksomdraaiende en een rechtsomdraaiende beweging kan worden bewerkstelligd. Dit heeft het

voor-- - --- - -

-- 6

-deelt dat 1Ïe zonder veel verlies een asarm cokessoort kunnen stoken, hetgeen

met een steeds in dezelfde zin drae.iend rooster niet. het !!=eval i.s. De lucht

komt centraal, door openingen in het rooster binnen. Er zijn twee watersloten áenwezig: lee tussen draeirooster en ovenwe.nd

2e. tussen dreairooster en luchttoevoer. o

Het uit de ~enerstor aangezogen ~as (t: 800 - 900 C.) passeert een

scrubber, waarin !rekoeld wordt lT'et water, terwijl tevens vliegas en teer worden

af~escheiden, en met het water afgevoerd worden. Vervolgens vindt een intensieve

waterwe.ssing plaats in de disintee;r9tor. De invoer ven gas en water vindt hierin centraal Pl~ats. Een ronddra.s.iend metalen netwerk, waaromheen een niet bewegend

metalen netwerk, zorgt, dat een zeer innige menging tussen het zich centrifu~eal

verplaatsende e;eswater-mene;sel optreedt. Zeer fijne vaste en vloeibere veront-reinigingen worden 9.ldus uit het gs.s verwijderd. Tenslotte vindt nog een na-koeling plaats in een waterscrubber, waar tevens de gasweternevel in zijn phesen

wordt gescheiden. De laatstg~noemde scrubber is gedeeltelijk e:evuld met cokes.

De temperatuur, waarmeg het e:es uiteindel ijk de reeds besproken compressor be-reikt, bedraart ca. 30 C.

Expeneieketel en wachttenks:

In de expansieketel vindt stoomontwikkel ine: plaats, tene;evolge van't boven zijn kookpunt binnenspuitende reactiemengsel uit de autoclaven. Slobde bere-kening omtrent de hoeveelheid stoom 1

Neem aan, dat: 1e. s.w. NaCOOH-oplossing

=

0,8 kg.cal per kg. 2e. inlaettempAretuur 1800 C.

3e. De oplossin~ staat ~een waterdamp meer af, als de tempe-ratuur ~edaald is tot 1000

c.

Voor het verdampen van 1 ke:. water hehben we 540 Kcal nodig.

Per k!r. oplossing komen er (180 - 100) x 0,8 • 64 Kcal. vrij, dus verd8·l1pt er per kg: ~ • 0,12 k~. water.

54.0

'-Per uur dus: 0,12 x 3300 kg. • 400 kp.:. of 400 lit.er. Er komt binnen 2760 liter, zodat er 2360 1 per uur naer de 8 m0-wachttanks ~etransporteerd moet worden met behult: vS.n een centrifugaalpomp. De stoom wordt gecondenseerd in een water

-ejecteur, w9.9rven de watersnelheid zo klein is, dat na!renoeg !!;gen onderdruk

wordt bewerkstell hd. Is het koelwater e:eschikt voor ketelvoeding, dan is dus de èondenserende stoom een stof- en warmtebron voor de ketelvoedine:.

In de wachtte.nk laat mEm de reeds eanwezige- of e:evormde CaC0₃ be-zinken

(z ie onder autoclaven-batterij), ""aarna het neersla

e:

atgelaten wordt via de sohuifkranen.

De

beschikbare tijd hiervoor bedraagt 24 uur. Vervo1e:ens wordt

de oploss ing in de vacuum-verdamper getrokken. Vacuumverdamper:

Daar de oplosbaarheid van NaCOOH in water groot is en weinig

temperatuur-afhankelijk kunnen we niet omkristelliseren.

Om

het NaCOOH tè isoleren is dus indampen tot gerlne; watergehalte en daarna afcentrifugeren der moederlooe: noodzakelijk. We dampen de binnenkomende 41%-il1:e NaCOOH-oplossine: in tot 85%. Een globa 1e berekening voor de grootte vl3.n het verwarmende oppervlak der

ver-damper:

De druk bedree.g't ce. 72 cm.

lls

0, terwijl het kookpunt hierbi,j c~. 650 C. is. Passen we lae:e drukstoom (2 ata) toe met een temperatuur va.n 120 C. en nemen wa een overall-coëfficient van ca. 200 Btu (hr)(tt2 XOF)

dan verkrijgen we het oppervlak A uit:

Q . UA At

of ~ • (1730 - 210) x 540 Kcal • (2360 210) x 540 x 4 • 2280000 Btulhr.

(Er komt 1730 kg.

Ba

0 binnen, terwijl e~ 210 kg. uittreedt.)

t • (120 - 6Rf C. • 131 F.

Dus 3280000 • 200 x 131 x

A

,

waaruit:

A.

126 ft2.

Het vacuum wordt verkregen met behulp V9.n een st.oomejecteur , t.erwijl de

waterdamp afgevoerd wordt via een barometrische condensor, welke laatste even-eens van een stoomejecteur is voorzien.

Onder de vacuumverdamper bevindt zich een wachtbak, welke eveneens vacuum kan worden e:etrokksB. Hierdoor is het moe:eli5k da ine:edampte kristalbrei uit de verdamper in de wQchtbak te laten stromen zonder het vacuum in de verdamper op

I

I

.

1_ 7 1_ -Centrifuge:

Een trsnsportschroef brenrl per uur 1410 kg. NaCOOI~-brei (ger..e1te 85%)

naar de oentrifuge. Globele berekening voor de afmetingen dflr centrifuge:

Aanname: 1e. laa~dikte • 1 dm.

2e. benodie:de tijd voor elke char!!:e (VUllen, draaien en lel!en) ~

I : :3 minuten.

Per uur wordt 1410 dm3 _{aangevoerd. Dit is 1410 x L . 32 dm}3 _per char~e.

2,2 2,2 60

Nemen we de diameter 8 dm, dan moet de minimum hoo~e h der brei in de cent

ri-fU/1;e bedr~gen:

- ."... (82 - 62 ) x h '" 32.

4

h - 1,5 dm.

========

Door centrifugeren wordt het watergehalte tot 10% terue;e:ebracht.

Per uur voeren we l7m kg. moederloog, welke 50% Ne.COOR (oplosbgarheid

bij kamertemperatuur .. ca. 50%), een weinig

Nes

C~ en t1aOH bevet, na.ar de

30 m3 tanks terug. We verkrijgen tenslotte 1235

kg~c~tè60H

, waerin 1112 kg.

1

I

I

- - -

.~ 8 .~

-Berekenin~ van de compressortussenkoeler. Litsretuur: lee D. :~. Kern, "Process heet transfer"

New York, ~c Graw-Hil1 Cy. 1950.

2e. Bert.hold Koch, "Grundla!!:en des Ws.rme.aust.ausches (Stoff'wert.e)" Disse~ T.W. Verlag: H. Beucke 1950.

3e. J .M. Homs "Compressoren"

Amsterdam, H. 6tam. 1940.

a} Warmtebelans.

1 )

De hoeveelheid ~eneratore:as (- 70%

Na

en :: 30% CO), welke per uur de eerste trap van de compressor bereikt, bedraagt 2l7~ ke:. (zie verslae:, behorende bij het schema).

217:3 kg. generat.orgas = 2173 x 2,205 lb '" ·1781 lb. gensratore:as.

De

druk bedraee;t 14,'10 psi, terwijl we de temperatuur aannemen op 90 F. Het volQ~a is dan: 5~236 ft3/hr.

Het gas is echter verzaàiltd met waterdamp afkomsti~ van de scrubber, zode.t. het. totae.lvolume (CO

+1%

+ H..a0) groter is en wel:

{3236 x 14.70 .. 55900 rt3/hr.

14.00 )

De partiaalspanning V9.n

~O

bij 900 F is n.l. 0,70 psi, (tabel 7 1 ),

terwijl het soortelijk volume: 468.0 ft'llb bedraagt. De bi.nnenkomende hoeveel-heid waterdamp is derhalve:

55900 _ 119,4 lb/hr.

4680

Na compressie in de tweede t r!p moet de dr'.lk 16 - 18 ata bedrae:en. In verband met de aanwezige waterdamp en het drukverlies in de koeler zullen ?Te in

d+ereke-nin~ 18 ata aanhouden. Aangenomen, dat we na elke trap terue:keelen tot de

oor-spronkelijke temperatuur is de tussendruk:

Vï8'

..

4,243 ata of 62,36 ps!,

opdat de compressie-verho1Jding in beide trappen dezelfde is. Vol~ens Foisson ~e1dt:

TA' •

Ti' , waarin:

Ti' en Pi tlemperetuur resp. druk voor compressie

Ta' en P.a " " " n a "

We veronderstellen een goede cy1inderkoeline:, zodat

Dus:

t

R 1,25 ~esteld ma~ worden.

Ta ' 0.25

460 + 90 • (4.243)

r.m;

o 0

waaruit Ta' ~ 783 R., 323 F.

Na koeling in de tussenkoeler tot 900 F. is hl'!t gasvalume: 14,'7

=

55900 x .:.::..:1_""---

=

13175 ft3/hr.

62,36 Het uittredende generatorgas bevat

13

₁

75 468,0

dan:

= 28,2 lb/hr water.

Er is dus gecondenseerd: 119,4 - 28,2

=

91,2 lb/hr.

Thans kunnen we de hoeveelheid warmte, die IZan het !tas onttrokken moet worden, bepalen:

Koelen van het generet.orgas ven ~23° F. -+ gOOF: Q!!.!lS • 4781 x 0.25(323-90) •

"

"

~e waterdamp Condensatie van de waterdamp:

278500 BtuJhr. " ~2'3° F • ...., gOOF: ~ater.1l9.4 x 0.45(323-90) • Qhtent • 91,2 x 1042,9 • Q toteal 12520 Bt)l/hr. 95113 Btulhr. 386133 Bt, /hr.

I

I

I

.

L

9

-I

Opm. :

lee We hebben de c waterdamp in het temperatuur gebied tussen 3230 F. en 900 F. constant

veron~ers~eld,

hetgeen bij deze lage

partiaalspannin~en

geoorloofd

is vol~ens litt. 2 ". (fif!:. 9).

2e. Er is bij de berekenin~ van Q water + Q latent aen~enomen, dat de waterdamp

onderkoeld.wordt tot 900 F. en bi.; deze temperatuur plotselin~ condense~rt.

In werkeliikheid ~ebeurt hat vol~ende: 2

De

partiaa1druk van de waterdamp na compressie is: 0,70 x

~~'~g

.

2,97 psi. Volgens tabel 7 komt deze druk overeen met een verzadigings~~m eratuur: 1410 F.

A13 het gasmengsel dus afgekoeld is tot 1410 _{F. be~int de waterdamp te}

con-o - ..

denseren en bij 90

F.

is er 91,2 lb/hr g~condenseerd.

De

door ons toegepaste vereenvoudiging veroorzaakt echter een verwa'3rloosbe.re fout bij de berekenine: van

~ater + Qlatent. Kiezen we de begintemperatuur van het koelwater 600 F. en de eindtemperetuur 750 F., den bedra8gt de hoeveelheid toe te voeren koelwater w:

w x 1 x (75 - 60) • 386133

w z 25700 lb/hr.

"

,

Resume: (waterdamp is veMla'3rloosd)

0 W - 4781 lblhr. Ti- 32~ F.

r::

~

J

~ ~ _ 750 w • 25700 lb/ht'. o 0

F

• .0 •

Volgens K.~h(blz. 198) mogen we bij de berekenin~ de invloed van de con-denserende waterdamp (o.a. diffusie in waterlilm) op de warmteoverdracht ver-waarlozen, indien het binnenkomende ~as verzadigd is met waterdamp bij

atmos-ferische druk en bi.j een temperatuur .. llger (lan 1000 F.

Ons probleem voldoet hier aan en we zullen in het vol~ends alleen de ~an

de waterdamp af te voeren warmte in rekenin~ bren~en. Deze hoeveelheid is n.l.

aa nz ien1 ijk. ("e~~t:

Zo;

~S"u -:at. ... / h. voo"'l.s e I\. 10

.t"

J3 :bt .. -j 'h,.

".0"

W Ah ... )

b) Berekening van A t:

1)1.

L.M.T~

CT, - ti ) - (T2 - t,) - 218 0

1 /

~

1n (Ti - ta )

2,

,

~

lOl!; 248 - 103 F.

/ ' Tg - ti 30

Deer een kleine Uc verwacht ma!!: wordenenduseen~rootoppervlakt .• oo.v.

de hoeveelheid koelweter nodie: zal zijn, moet.en we rekenen op meerdere

door-gan~en van het water. We hebben dan e:een zuivere tegenstroom meer, zodat er een correctiefAC,tot_{FT op L.} M. T. D. toe/!:epast. moet worden.

We laten het weter ~ de buizen en het e:&S 2a de buizen st.romen. Het

uit het gas condensgrende water is heter af te voeren, terwiil een gasdruk

van 62,36 pst nog geen bezwaren ' op-l~vert voor de constructie ven een cylinder met rede1iike diameter. Kiezen we het eantel waterdoorgane:en l\. :z 8 en êên j1::asdoor-gang, dan volgt FT uit:

FT •

VrIta--t

--'1' 1n (1 - S) (I - RS)

( R - l ) l

2-S(R+I-V~+i)

n ir - S (R + 1 t

rÏ#

ti)

waarin: R - (Ti - Ta) (ta t i ) . 32~ - 75 • 16.6

75 - 80

s.

(t..a ti) (Ta - ti) ., 75 - _{60. 0 • 057 •}

~23 - 60

Voor FT vinden we dan: 0,85 (interpolatie 1n diae:ram 18).

Dus At . 0.85 x 103

=

&17.60 F. •

10 -c) Bepaling van

A.

We nemen U

_{o •}

7 aan (tabel 8)

'" • Uo A ~ t

386133

=

7 x 87,6 x A A .. 630 f't2,

d) Keuze der koeler.

el

;3""

We kiezen de vol~ende buizen:

4

1~ B.W.G. Uit tabel 10 vol~en hiervoor de afmetingen:

OD • ~ -in. ID • 0.584 in.

Ligl<<t1\lder buizen: vierkante steek van 1 in.

Deze keuze is gedaan, omdat we een ~ering: g;asdrukverval wensen (e:assnelheid.L pijpen) Bovendien is het reini~en ~eme.kkel ijker dan bi'; een driehoekige steek. Er staat

eohter teEenover, dat de w8rmteoverd~achtsooëfricient kleiner zel zijn.

L(m~e der buizen kiezen we: 7.0 ft; cu..nia.L d.OOI"~~/I.~"1'\. "ah hd: watt.!' : 8.

Het-aantal buizen Nt is thans te berekenen uit: 7.0 x 0.1963 x Nt - 630

waerin 0.1963 ft2 het oppervlak aan de buitenkant van de buis per ft· lenrle voor -stel t .

Derhal va: Nt ..

~s6

.

.

In een handelste.bel (tabel 9) vinden we voor de bi4hehorende binnAndiemeter van de cylinder 10: 29 in. voor een vieJ'tk6.,t\.i:. steek ven 1 in. en 8 doore:ene:en. Verder brene:en we 6 èwarsschotten aan, waarvan de ondetlin!!:e afstand 12 in. be

-draagt.

De

openin~ van de dwarsschotten is bepaeld door

X

in:

.

CV

\iJvoor )( kiezen we )( .. 0.75 x 1D cylinder. cylinderdoorsnede dwarsschot

We krijgen ru de vole:ende tussenkoeler: I /I.

l' '"

~

L

I

. --- - ---.

,

-

.... ..--... ,

~

j

t~~1 =====7'~===~'r====:"~========~'~'===='~=====~-~===-~===~~I=====~~

2

,"".

I

(y\

T

I

~

/;

I "

I)

v. Thans

~I

I

, , ' 7 - - r '

"

/

I \. / I

\.

J

t ~ ___

.-"-

1

. _ _

1

l

~ ·/~~. ·-,/ (dus ~ de buizen) beschcu~en: gaan we het ieneratore:as

Controle van

Re

:

Ras DeGs a _ _ ~

t

Gs: We komen hier voor de moeiliikheid te sta~n een juiste interpretatie v~n de massasnelheid te vinden.

De

gassnelheid verandert immers steeds, wanneer het zich in verticale richtin~s lane:s de ~arsschotten verplaatst. Kern neemt voor het oppervlak waardoor het ~as stroomt loodrecht op de stromin~srichtin~: Het maximum oppervlak, het~een zich dus in het centrum ve.n de cyl1nder bevindt,. Voor de bepaling " hierven plaatsen we in het centrum het maximum aantal Pi~Ben. De

vrije doorlaat tussen elke pijp badra!'lcrt C' in. , terwijl er in tots.al

1f

vri.je doorlaten zijn.

De

len~e van de totale vrije doorlaat bedr8a~ dus ~ x C, in. Het oppervlak der vrije doorlaat bij een dwarsschottenafstand Bin. bedrae. rl dus:

a

•

ID x Q 'B

ft2

•

S

Fr

x 144

- 11

-De:

Ook de bepaling van de aequiva1ente diameter, welke normael ~1i.;k is aan:

4 x stromingsdoorsnede totaal bevochti~d oppervlak

"'''dt hier moeil tjkheden. Niet. alleen met met de ple.e.ts variëren hiervan, doch nog meer het. feit, dat de stroomricht i.n~ niet steeds loodrecht. op de buiten is

{bij de dwarsschottenopenin~en zelfs eve"'Wi.idi~ aan de buizen} maakt het ~evd gecompliceerd.

Kern heeft voor de bepaling ven de buizen en verkrijgt. dan dus:

!<- .1Irr ~

De het ~as beschouwd als stromende

2 De • . 1, x (PT -

Tr

d,2/

4 )

do

x 144 ft • langs

..

ri

~

'

~

c

.

~

~:~\

\

+

.

+:

- >/,;'" -. -',

.

..

~ : + ', -JL

Hij heeft hierbij dus niet de c;,1

inder-en/of dwwrsschottenwand els bevochti~d oppervlak in rekenin~ gebrecht.

De methode ven Kern top.passende,

a • ID x C 'B S

flr

x 144 4781 ' " ' -0.967 berekenen we: 29 x 0.25 x 12 • 0.967 ft2. 10 x 144 ..:,4...:x::.-l,{

.:;..PrJ...a_--...:.:.1T...:do:l.L

2

~

·

Y....;4:.L,) De • - 4 ( 1. 0 2 - 3. 14 x 0, 7

sa

/4:

)

- 3.14 x 0.75 x 144 71"

do

x 144

..

• 0.0792 ft.

We ~aen thens de "input" (warT..) en de "output" (koud) afzonderlijk beschouwen. "Input" rOut put"

T '" Ti .. 3230 F. T • Ta • 900 F.

Uit diagram 15 vo1~, dat de viscositett -uan

Na

ong:eveer I!el ijk is ae.n de viscositeit van CO, zodat we voor het ~esmen~e1 de~ v~n ë~n der componenten

nemen. Verder volgt uit litt. 2e. dat een druk van 62,36 psi niet van wezenlijke invloed is. We vinden:

~. 0.0236 x 2.42 ... 0.0570 1b/{hr){ft2) .. 0.0182 x 2.42 '" 0.0441 1b!(hr)( ft3 )

Re

s "" DeGs _,...A4 .. 0.0792 _0.0570 x 4930 • 6840. _-

Re

_s

::

_~ D,Gs _ 9.07₀92 _.0441 x 49~0 _ _{- -}8850

DuB

voldoende voor turbulentie. Dus v. ldoende voor turbulentie.

ti.

Filmcoëft'icient hO:

Voor het berekenen van de filmcoëfficient maken we ~ehruik ven de ver~elijking:

G 0.55

1

°

14

ho D~ _ 0.3ö (~) {~)3 (.4-) •

k ~ ~- ~~

waarin De _{en Gs gedefinieerd zijn als hiervoor} is verm.eld. In die.!!:re.m 28 is de

wermte-overdrachtsf&ctor jH'1uit~ezet tegan

Re.

jH -

(~)(Ct)~ ~

)-0.14.

We lezen hieruit af:

De waarden van k worden door extre.- en interpoht ie .e:evonden door bij bepaalde

temperaturen bekende weerden ven k (tahel 5) in grafiek te bren~en. Voor k geldt hetzelfde els b i V is M.ng:e!r.even.

We vinden:

Ic - 0.0206 Bto/(hr)( ft2 )( oF/ft)

1 1

(

~}3 • (0.25 x 0~570 )3 .. 0 89

k

0.02

~

ho - = ~ 45 x 0.0206 x 0.88 a 10.35 0.0792 Af (A..)-0.14

rol·

~w •

Hierin i8~ de visoositeit van het

gas bij de gastemperatuur en~..,

12

-lliL ..

51 X 0.0153 X 0.89

~ 0.0792 • 8.80

de viscositeit. van het !1;!lS bij de

wand-temperatuur. Alhoewel de wandt.amperatuur

Teal la!?;ar is dan de !!;astemperatuur

mogen we de faotor

p .

1 stellen in

verband met de niet belangrijke~­

verschipen bij de twee temperaturen.

Dus ho -10.35 Btu/(hr)(rt2 _)(OF)

I

_{ho" 8.80 Btu/(hr)(ft}2 _)(oF)

Koelwater tin de buizen):

e..a.

Controle va n

Ra:

Het stromingsoppervlak at:

Voor êênbuis: at' -0.268 in2.

Er zijn 456 buizen met 8 door~n~en, dus

at • 0.268 x 4 • 0.106 ft2.

8 x 144

De massasnelheid Gt" IIt 25700 _ 242000 1b/(hr) (f't2 )

0.106

De lineaire snelheid Vt bedre9~t:

V

t

=

_{3600 XI} ot, '" --=2~42:;:::.:::,:OO~0~_ ₃₆₀₀

_x

_62,5 • ~.08 fps.

(hag.)

De

binnendiameter der buis is:

(pes.g.) D = 0.584 0 0"87 IJOJ,. 12 • • "J: ~ l, • "Output" t

=

ta

..

750 F. ~ • 0.96 x 2.42 - 2.32 lb (hr) (ft,2 )

Rat •

OOt •

0.0487 x 242000 z 5080 ...- 2.32 "Input" t

=

ti • 600 F. ~. 1.12 x 2.42 z 2,40 1b (hr)(r.t2 )

R

_et= 0.0487 x 242000 • 4770 • 2.47

Dus voldoende voor turbulentie.

f₂ • Berekening; van de filmcoëfficient h i van het water:

Voor turbulente stroming; van vloeiS'roffen

1!l

de buizen geldt in het algemeen:

hiD to: 0.027 (00)0.8

(~/

0

(~)0.14

k ~ ~- ~w

Voor water is deze formule echter minder betrouwbeer en bovendien vert..oont hi.1 in

het· algemeen bi.j Re

>

10.000 belang:rijke e.f'wijking-en. We passen dan ook de

-waarden van Eagle en Ferguson toe. Deze zijn uit g-rafiek 25, waarin Vt u~t~ezet

is tegen hwater bij versohillende temperaturen en bepaalde diameter, verkrij~

baer:

(Er is een correotie tabel voor andere da89in äe

~rariek ~ebruikte

diameter

bij gevoe gd)T

"Output, "

hi ., 1.01 x 302 1& 305 Btu/(hr) (ft2 )(oF) h

i .. 1,01

We moeten hl op hetzelfde oppervlak beseren els de

~earlozin~ ven de warmteweerstand der metaelwend:

hio

=

305 x 0.584 • 288

0.75

"Input"

x 283 • 286 Btu/(hr)(

rt2

)(oF)

hO (e:e.s) en verkrijg:en bij

ver-hio c 286 x 0.584

=

223

I

'

- 13

-g. Berekenin~ van de overal1-co~fricient Uc:

We _{zullen thans Uc voor zowel het ko}ude als het. warme uiteinde der koeler

bere-kenen, we.e.rna uit de gevonden U_e'5 de !!:emiddelde U_{e wordt}. bepae.ld.

koude uiteinde warme uiteinde

U e .. hio ho 1 hio'+ ho Gemiddeld: U_e

=

223 x 8,80 _ 8,47 U e f t 238 x 10,35 22~ + 8,80 2 238 + 10,35 ( .ti

ta -

A t1 ) • Uet ~ t 2 - Uc..a 4

ti

1nilt2/.dt1 lnUc1AyU~4t1 waar in LI ti :: T_{2 -} ti en LI ta '" Tt - ta. U_{e x} 103

=

8.47 x 248 - 9.92 ~ 2.3 log

(8.47

x

2

48)

9.92 x 30 of U_o a 9.0 Btu/(hr)(ft2 )(oF), • 9,92

In tabel 12 zijn vervuilingscoëffieienten opgegeven, gebaseerd op een ~ebruik van

êên tot anderhalf jaar.

Industriegassen:

I D •

0.01

weter RD .. 0.002

Dus R_D toteal 0.01 (hr)(ft2 )(oF)/Btu.

Hiermee rekening houdende wordt utteinde1ijk de Overall-coëfficient UD:

1 1 - .. - + RO Uo U_e 1 1 1 1 _ a _ _ + __ a _ _ • U_D 9.0 100 8.2 Dus U D .. 8.2 Btu/(hr)(ft 2 _)(oF)

De aat'-g:enomen U

_o

is 7.0, zodat. we het opp~rvlak van de koeler kunnen verkleinen

door of het aantal buizen te verminderen of de koeler korter te m.aken.

Een veel groter bezweer is echter de betrekkeli.ik gerine::e watersnelheid (1 fps.).

Dit heeft snelle vervuiling tot e::evolg. Verder zijn

Re

_{s en} RE:'~: pok laag, hetgoeen

een lage UD keeftveroorzaakt. Economisch is de ontworpen koeler zeker niet .•

Daarom zullen we een nieuw ont.werp meken met noe: meer wnterdoore:anp-:en en een

driehoekh:e en kleinere steek. De drukvervsllen va.n zowel e:as en water tijn in

de boven ontworpen koeler zeer zeker onbeduidend wn we zullen

ze

dan ook niet

controleren.

Tweede ontwerp:

We nemen e.9n U_D :a 10.0 Btu/(hr)(ft2 HOF).

a. Keuze der koeler:

buis1engt"e L • 6 ft à OD buis .. 3/4 inj 12 BWGiASteek • 1&/'16 in.

10 cylinder: 27 in.

Aantal doorgangen van het w8ter ... 16.

b. Bepaling van het aantal buizen

Nt:

Bij I.O. cyli.nder • 27 in. worden 524 buizen toegepast voor n .. 8 (tabel 9).

Gegeven is, dat voor n a 16 het aantel buizen voor n

=

8 gereduceerd moet

worden met 10% bij dezelfde 10 cylinder. Dus moeten we: 524 x 0.90 • 472 buizen

gebruiken.

o. Correctie op de aan~enomen UO:

Q • UA .:1 t

386l~3 ... U x 620 x 88

UD a 7~8 ti" J

t

=-

J)t

.A '" 524 x 0.1963 x 6 a 620 ft2.

Deze is besl ist te 1ae (1:, zodat we de ID cy1 inder en de lenrle L der buizen

cor-rigeren. We stellen: ID ... 25 in. en L

=

.Q. ft. Ret nieuwe ae.nta1 buizen Nt

• - 14 -Nt - 434 x 0.90

=

390 buizen. zodat À - 390 x 0.1963 x 5 z 383 386133 .. U x 383 x 88.

UD ..

12,3.

Deze waarde van U

_n

houden we aan en bij aanname van 4 dwarsschotten op een onder-linge afstand B .. 12 in. verkrij~en we:

d. Berekening Up: ~ Water El ., '1D x C 'B '"' ::.2.:::.5....::x.:...l.~(....:.:~~~-"1:.;;:;..2 -0,48 ft2 . S 144

FT

at' .. 0.223 G_{s ..}

J!.. ..

4781 la 9950 lb/(hr) (ft3 ) as 0.48 -"Input" !"output" D • _e 0.55 _{1 2 . .} 0 0458

Ft

_. De G ..

Re

s ..::::::--,~ .. • O. 0458x99 50 .. 0.0570 • 8160. I I Res .. '" 0.0458x9950 '" 0.0441 .. 10550. jH =-= ~

:

T

1 / 3

(

)

=

!

fI

.49xO.0206xO.88 .. 0.0458 =-=19.4 Btu - '""( h~r~)~(""IIf't~2M)~(~9=-F) Berekening U c: .(O.25xO.0441)~ 0.0153 56xO.0153xO.89 • 0.0458 =16.7 Btu - (hr) (ft2 _{)( oF)} Koude uiteinde Ue .. hio ho c 602 x 16.7 .. 16 2 t hio + ho 16.7 + 602 ~ at: Nt8_{t ' .. 390 x 0.223 02 G} 144 n 144 x 16 .. 0. ' 8 f't •

W

2~OO 2 G_t

=

q-

0.028 .. 917000 1b (hr) (f't ) V t f t 917000 '"' 917000 4 07 f .. ~ ps. 3600 x/ 3600 x 62.5 tInput " "output" • 0.532 • 0.0444 f't. 12

~

lJt .. ~ • '" 0.0444x917000 '" 2.47 = 16500 h i =820xl.03=846 Warme uiteinde Ret • 0,0444;917000 • 2.32 ,., 17500.

Uc..a ..

652 x 19.4 .. 18.5. 652 + 19.4 Gemiddeld: U_c ] I 103 .. 248 x 16.2 - 30 x 18.5 2 ~ 1 248 x 16.2 o"J og 30 x 18.5 U_e ot 17.0 Btty'(hr)(f't2 HOF). R D was: 0.01 (hr)(rt,2 )(oF)jBtu •

..J..

...

,t-

+ _RD• UD C of 1 1 0 Ol U D - 17.0 + • • Dus UD

-1.L..Q.

Bt,.v(hr)(ft2 HOF).

•

I

•

•

15

-Aanvankelijk hadden w_{e,aangenomen UD -} 12.3i bij een derda,benadering kunnen we dus A verkleinen door of het aantal buizen te vermlnderen of de buizen in te korten.

e. Controle van het drukverval

.a

P:

Volgens Sieder en Tate geldt voor een vloeistof of gas, stromende door een buis met een lengte R

t

ft., terwijl verwarmd of afgekoeld wordt:

•

_psL

Deze formule kunne-n we eveneens toepassen voor het gas 8.ls we aan De dezelfde betekenis toekennen als bij de wermteoverdrachtsberekenin11:.

r

is een ~unctie van Re'

Daar voor het ~as Re a~n het warme uiteinde niet aanzienlijk verschilt met Re aan het koude uiteinde passen we de Re toe, welke het rekenkundig ~emiddelde

is Van Re-warm en Re-koud i dit I!:eldt eveneens voor het water. Gas.

t

z (ID)s (N + 1) -

ï2

25 x 10.4 ft. Ji! =: 10550 + 8160 -e z 9355. s 2

Voor deze Res is

r.

0.00215 ft7lrf. (diagram 29)

g • 4.17 x leF ft/hr2

-~ - 0.230 lb;lft3

bij

P

a 62,36 psi en T= ~23+90

2

A-

•

1 stellende levert op: 0.00215x995cf x10.4 • 0,25 psi. Dit is toela~tbaar.

•

Water

f

=: L x n • 5 x 16 • 80 ft.

R

16500 + 17500 et • 2 - 17000.

r

.

0.000235 fta~i~ (diae:ram 26). S .. 1.0

~t - 1 stellend~ levert op: . fr:f. t 1

-Ft a '5.22 X 101.0, Ds '

0.OOO235x9l700ctx80

=

5.22xlot0_{xO.0444xl.0 •}

~

_psi.

Voor iedere bocht van 1800 bedraegt het extra-drukverva1:

4

-.f

- x - - _{• 4: x 0.113 psi.}

(diagram 27)

bedraagt het extra-drukverval: x 0.113 .. 7.2 psL Dus in totaal Pr • 16 x 4 s 2g' totaal drukverval:

.t ·

6, ~ + 7,2 • 14.. 1 ps i •

Dit

is aan de hoge kant.

•

--- - -- ---~~~I·

- 16

-Nomenclatuur;

Q e warmteoverdracht, Btu/hr.

o

..

soortelijke warmte van het gas, Btu/(lb){oF)

W z gewiohtshoeveelheid ~as, welke per uur doorstroomt,

w .. " 11 wa.ter, fI " " 11

Ti ,Tg :or 1n- en uUlaattemperatuur van het e:a~.

n/hr.

lb/hr.

ti,

ta ..

11- " " " " " water. 0

At .. werkelijk temperatuurverschil in de formule: Q • U_cA6t,_ F.

A • oppervlak, waardoor de warmteoverdre.cht plaats vindt,

rt2.

U .. overall ooëfficient, Btu!(hr)(rt2 _)(oF).

U

n

•

aenvankelijk aan~enomen overall coëfficient, Btu/(hr)(rt2 }(oF).

LMTO • lo!!:. e:emiddelde van het temperatu'.1rsverschil, OF.

FT .. oorrectiefactor: At .. FT x LMTD, dimensieloos.

R .. (Tt - Ta) (t:a - t1.), duo.nsieloos.

S - ( t a - t d ( T : a - t d , "

OD ..

dia~eter buitenken~,in.

10.. " binnenkant, in

L • buil~Jlenp:te, ft.

Nt • aantal buizen. B .. schottenafstand,i~.

a .. stromingsoppervlak , ft2 _•

0' .. vrije opening tussen debuizen,L~.

FT •

onderlin~e afstand der buismiddelpunten~ in.

G • mass9.lnelheid, lb/(hr) (ft2 )

V !Ol snelheid, fr.s.

~ .. dichtheid lb/ft,~

./R ..

viscositeit, lb/rhr)( ft·a.l .

De .. aequivalend diam~ter. . x hydreull.sche straal

,ft.

bevochtie:d oppervlak

(Aan de cylinderz ijde voor viel"l<à.nte

Stee

k

~ ~

D . '" die.meter binnenkanthuis.

1

jH .. ho De (~)-3 (~)-O.14

k k ~w di1'l1ensieloos.

• filmcoëffioient buitenkant huL '

Btu/(hr)~rta

)(oF) • thermische ~eleidbeerheidt Btu/(hr) (rt2 ) (

'F/hr

)

ra soortelijke warmte stromende stof, Btu

nbHOf)

I '

=

visoositeit bij de buiswandtemperatuur t lb/( ft) (hr i

.. (/~w)O.14.

:: filmcoëfficient birmenkl,nt buis, Btu/(hr)(ftl)(oF)

10

= hi x

öD

Ui • overall coëfficient koude kant, Btu/(hr)( ft2 )(oF).

02

e "

ft we rme ft " / f t " "

R_D •

venuilin~sfector,

{hr)(rt2 )(oF)/Btu.

n • aantal ~o~.~,.n.

f .. friotie factor, ft2/in2.

g' - ver$nelling zwaartekracht, rt/sec.2

A P .. drukverval, psi.

AP~ .. drukverval, tengevol!re -van bochten ve.n 180o,~.i.. s = soortelijk ~awicht

g • versnell ing zwaartekracht, ft/hra •

Indices:

s Cl buitenkant buis. (tylil\d.t."&~d..)