Fabrieksschema: De bereiding van tetrahydrofuraan uit furfural

('

I

I

_I p'!~~-.. I

I

[

hJ-t-

]

i

- ... ïiiiii'iiI:

/

F A B R lEK S S C HEM A k

De bereiding van tetrahydrofuraan uit furfural.

.f

I

·

r,---N-a-a-m-'!-E-.-H-o-e-k~s-t-r-a-.-

-Datum:

".1

1948.

1

De be~'iding van furaan uit furfural.

11 Lite~atuur.

1) Chemical Engineering 1947, 100.

2) Industrial and Engineering Chemistry 1948, 216. 3)

nu

Pont de Nemours, Brit. 575.362 (1946).

4)

nu

Pont de Nemours, U.S. 2.337.027 (1943). 5) I.O.I., Brit. 553.175 (1943) •

.e 6} DuPont de Nemours, U.S. 2.374.149.

I

•

2j Het mechanisme van de reactie is:

-t/{

,

O

h~ - CJ-; IJ It ~H 11 I1 ~ rit:' e - ~:." ' 1)/ -furfural furaa.n

Furfural wor%t, gemengd met stoom, over een katalysater geleid bij ongeveer 400 O.

Volgens (4) is de reactie ook zonder stoom mogelijk, doch het

rende-ment is dan lager.

3/

Uitvoering.

Er

worden voor bovenstaande omzetting verschillende katalysatoren opgegeven. (3) en (6) gebruiken gemengde chromieten van zink e~

mangaan, van zink en ijzer, of chromieten van de ferrometalen

ge-activeerd met het chromiet van cadmium en tin. Hoewel het mogelijk

9

I

is deze actieve stoffen op een poreuze drager aan te brengen,

zo-. als geactiveerde kool, Si~agel of kiezelgoer, worden ze bij

voor-f

keur toegepast in/~ vorm .· korreltjes van 3/l~. De

reactie-f temperatuur bedraagt onge eer 400°C.

~

(4) noemt als katalysator CaO + Ca(OH)2 en als temperatuur 350 -5500_C.

De verhouding stoom : op een mol-verhouding variatie mogelijk is. 40: 1.

furfural is niet essentieel* men geeft i.h.a. van 2:1 tot 6:1, terwijl nog een grotere

nl. vanaf een spoor water tot een verhouding Daar de reacti4 exotherm is behoeft bij werken op grote schaal geen geehitting van de reactor plaats te vinden.

De opbrengst bij gebruik van kalk als katalysator is ongeveer 60%, bij gebruik van een gemengd chromiet van Zn en Fe (verhouding

Zn:Fe

=

90:10), een chromiet van Zn en Mn (verhouding Zn:Mn

=

4:1) 85 - 90%. Als katalysator kiezen we ~en gemengd chromiet.

In (3) worden enige voorschriften gegeven voor de bereiding van de chromiet katalysatoren. De Zn-Mn chromiet katalysator wordt als volgt gemaakt:

766g (NH4)Or04in 2700 mI H20 worden toegevoegd aan 2700 mI van een oplossing, die 2100 g Zn-oplossing (gehalte 55

1

2%

znS04.7~20) en

225 g _{MnS0 4 .4H20} bevat. Men neutraliseera de s urry me~ 3~ mI

./ _{28% NH 3, verdunt tgt het dubbele volume en filtreert. Daarna volgt}

i1

,/,

J

.

het drogen bij 110 0, het verhitten op 400 00 gedurende 4 uur en

.IJIY ' het persen tot pellets van 3/16".

Regeneratie van de katalysator vindt plaats door afbranden in een luchtstroom en vervolgens reduceren met _H2 bij 4000

e.

!'I&",

L ' tI' ~ \' 2

~ (" " " , q'~""

bI',

~

r-,," "1~ I /

cV

J,-I- i , . • , •

\

~~.

~~ ~:actie ~1ndt

bij 'de

voorbe~lden

uit het

bove~staande

patent \/ plaats in een verticale buis, waarin zich lL katalysator bevindt.

Een mengsel van 300 mI furfural en 360 mI HzO (dit is een mol~ver­

houding van 1:5,5) wordt per uur door een verdamper gepompt en gaat via de reactiekamer naar enige condensors.

Er wordt bij voork~ur gewerk1 bij 1 atm.

De reactietemperatuur moet zo hoog zijn (40000), dat per mol fur-fural voeding, twee molen ongecondenseerd gas ontwijken. DDt on-gecondenseerde uittredende gas bevat ongeveer gelijke volumina H

2 -eB

oe

_Q•

Het p~oduct, dat in de condegsor verzameld wordt, wordt gestript van materiaal, dat beneden 70 C kookt, wat gedestille~d wordt. De

fractie bij 3l-320C is !uraan.

. . I De gang van zaken bij het getekend'e fabrieksschema is nu als volgt:

\.,V

~,Furf1:1"'~l wordt via de rotameter 2 met behulp van pomp 1 in de

ver-/t

\.

'/

damper 3 gebracht, Waar eveneens de gewenste hoeveel~eid stoom \' \i' binnentreedt. Verwarming met Dowtherm is hier mogeliJk. zodat het

l

gasmengsel met een temperatuur van ongeveer 110 00 de warmte-uit-wisselaar 4 binnentreedt. Dg van de reactor komende producten ver-warmen de damp hier tot 300 C. 7 is een blower~ die het gasmengsel naar de voorwarmer 10 bre~gt, waar hat tot 3§0 C verwarmd wordt met verzadigde damp van 750 F (=399 C). Deze Dowtherm-voorwarmer is door mij berekend. Het gas gaat hierin door de ver-ticale pijpen, terwijl de Dowtherm om de pijpen heen geleid wordt. Omloopleidingen maken het mogelijk, dat eventueel niet al het gas

in 4 en 10 verwarmd wordt. De reactoren 15 en 16 kunnen, behalve in serie, ook parallel geschakeld worden. Het ~asmengsel treedt boven in, ~aat eerst naar beneden, daarna door de pijpen heen naar boven, vervolgens om 4epijpen heen, waar zich de katalysator be-vindt, naar beneden. waar het centraal afgevoerd wordt.

De katalysator moet van tijd tot tijd geregenereerd'. worden. De lucht, die nodig is voor het afbranden,wordt in de gasoven 21 voor-verwarmd, evenals de voorde reductie v~n de katalysator gebruikte H2 • Deze reductie vindt plaats bij 400 C. Het uitspoelen der reac-toren geschiedt met _{N2, die} aangevoerd kan worden door de leidingen 12 en 12'. 19 en 20 voeren de gassen bij de regeneratie af.

Beide reactoren zijn voorzien van een isolatiemantel.

In 4 staat het reactieproduct een deel van Zijn warmte af aan het

~fural-water dampmengsel, waarna het in condensor 22 tot ongeveer 35 C wordt af~ekoeld. Onomgezet furfural en waterdamp condenseren • daarbij en kunnen via tank024 weer teruggevoerd worden naar de

ver-damper 3. Furaan is bij 35 C nog in dampvorm, passeert 23, waar aanwezige vloeistofdruppeltjes afgescheiden en naar tank 24 gevoerd - worden, en de blower 25, Waarna het in 26 gecondenseerd wordt~ ,

In 27 vindt de scheiding van het gas, bestaande uit _H2 en CO , en ' het nog aanwezige water plaats. Met water is furaan nIet

men~baar,

zodat 2 lagen ontstaan, die afzonderlijk afgevoerd worden. Furaan heeft de kleinste dichtheid en vormt de bovenste laag.

In kolom 30 wordt het beneden 70°C kokende deel gesKheiden van van het hogerkgkende, dat teruggevoerd wordt naar de verdamper 3. Dit beneden 70 C ~okende product wordt in 35 gefractionneerd. Fu-raan kookt bij 31 C en wordt in 38 nagekoeld.

,

...

D~ bereiding van tetrahydrofunaan uit furaan.

1/ Liters..tuur.

1) N.!.schulkin, W.I.Nikiforow en P.A.Wtoljarowa, Chem.J.Ser.A.J.

allg.Chem.7 (69) 1501, 1937 (C.B. 1938I, 594). 2) Brit. 428.~40 (1933). 3) C .B. 1936 II, 1540. 4) Organic Syntheses 16, 77,193~. 5) J.Am.Chem.Soc. 56.~144. 151). 1595. 6) Chemica1 engineering 1947, 100.

7) N.l.Schulkin, V.I.Bunina, J.GeniChem(U.S.S.R.) ~,669 (C.A.1939,

1316) •

8) Industria1 and Engineering Chemistry 1948,212.

2/

~l.e~~.

De grote betekenis van tetrahydrofuraan berust op het feit, dat het een tussenproduct is bij de fabricage van Nylon.

Tot voor korte tijd was de enige technische bereidingswijze van tetrahydrofuraan die volgens Reppe, waarbij l-4-butyleenglycol met

water onder druk verhit wordt met dehydroge~ingskata1ysatoren op

een temperatuur boven 2000C.

Na de oorlog is in Amerika de bereiding uit furfural z6er belang-rijk geworden. Furfural. dat op grote schaal te maken is uit goed-kope grondstoffen, wordt o.a. gebruikt voor de synthese van

kunst-harsen en de raffina~e van smeerolie.

Er zijn twee methoden om uit furfura1 tetrahydrofuraan te maken. De eerste gaat via de tetrahydrofurfuryla1coho1. Furfural wordt

daarbij met H2 onder een druk van 200 atm bij 1700 over een

Ni-Cu-Mn katalysator geleid waarbij tetrahydrofurfury1alcohol ontstaat (F.P. 829.113, 1938). De opbrengst is hier 88%. Verhit men de

te-trahydrofurfurylalcohol in de damppha~e met een nikkelkatalysator

op een temperatuur tussen 2000 _{en 300 C en bij een druk van}

onge-veer 1 atm dan ontstaat tetrahydrofuraan. Al deze publicaties

had-den echter betrekking op proeven op laboratoriumschaal.

3

• Bij de tweede bereidingswijze wordt furfural omgezet in furaan,

waaruit door hydrogenering tetrahydnofuraan ontstaat.

In (3) wordt de hydrogenering van onverzadigde verbindingen van het furaantype beschreven. De omzetting vond plaats in een

oplos-middel, zoals verzadigde alcoholen ( EtOH, PrOH of BuOH ) of

norma-le verzadigde koolwaterstoffen~bij een temperatuur van 100-2000_C

en een druk van 50-250 atm. Als katalysator werd gebruikt Ni.

Op grond van het feit, dat de nieuwe techniscae bereidingsmethode van tetrahydrofuraan dié is via furaan, werdeen fabrieksschema

ge-tekend, waarin furfural omgezet wordt infuraan en furaan daarna

in tetrahydrofuraan.

3/ BeSChrijvin~ van het schema.

In een art1 el van de Chemical Engineering van April 1947 (pag.lOO),

waarin enkele regels gewijd zijn aan tetrahydrofuraan wordt ~ez~~d,

dat furaan vlot gehydrogeneerd wordt bij gebruik van Ni of een

an-dere geschikte katalysator en dat rendement hoog is.

..

4

worden als react1eomstand1~eden genoemd: " temper~tu~: 1250C

druk: -_ ",:~'-,:::<' lC'Oatm

katalysator: Raney nikkel

opbrengst: 95

%

Met behulp van deze ge~evens werd het volgende schema getekend:

Fura~n wordt in verdamper 40 gepompt, in compressor 41 samengeserst,

en~gemengd met in 42 gecomprimeerde ft_{2 • in 45 verwarmd tot 125 C.}

Daar de hydrogenering exotherm is, is koeling met water van de reac~or

noodzakelijk. De daarbij ontstane stoom wordt gebruikt voor verdam-ping van furaan in 40. In condensor 50 wordt het reactieproduct ge-koeld, waarna het naar tank 51 geleid wordt. De H2 wordt teruggevoerd naar compressor 42. In kolom 54 wordt het reactieproduct gedestil-leerd ~n gesdeid'n-: van !uraan, wat gerecycled wordt. Het kookpunt van tetr~ydrofuraan bedraagt 660C.

- - - -- - -

-..

Fabrieksschema: De bereiding van tetrahydrofuraan uit furfural. 1, 29, 53, 2,34,37,57, 3 4 7,25 5,9_l 10,11,17,18,19,46,47, 8,~~,44 15,16, 21 22,26,50 23,52 24, 51 27 28 30,35,54 31,55 33,36,38,56, 39 40 41, 42 45 48,49 58 59 pompen rotameters verdamper warmteuitwisselaar blowers afsluiters gasmeters

reactoren (furfural ~ furaan) buizenoven, verhit met gas

condensors

vloeistofafscheiders tanks

de scheiding van furaan, water en gas gasmeter destilleerkolommen reboilers koelers Dowthermverdamper verdamper compressoren

voorwarmer, verhit met stoom reactoren

recycle furaan

afvoerleiding voor tetrahydrofuraan

5

---•

Berekening van een voorwarmer.

Inhoud:

1/

Inleiding.

2/ Benaderde berekening van het oppervlak.

3/ Bepaling van het Reynolds getal • • / Aanname van het temperatuurverval.

5/ De berekening van h i , de filmcoërficiënt aan de binnenzijde _{van de pijp.} 6/ De berekening van h ,

7/ De thermische gelei8baarheid van het materiaal der pijpen.

8/De berekenin~ van de over-all coëfficiënt Ui.

9/

Controle em herhalinp: dt'J" berekëzlirig. 101 Literatu-ul'.

1/

Inleiding .•

~de voorwarmer, waarvan de afmetingen berekend zullen ~orden,

wordt een mengsel vsn furfural en stoom verwarmd van 300 0 (572~)

tot 380-00 (716 F) meb behulp van "Dowtherm Aft-damp, die een

tempe-ratuur heeft van 750

F.

Het furfural-stoom mengsel bevindt zich in

de verticale bUize~i· de Dowtherm-damp condenseert op de buitenkant.

Patent: U.8.2.374. 49 geeft als hoeveelheden op: 300 mI furfural

(=345g) en 360ml H20 (=360g).Wij nemen:

1197 kg furfural (met een watergehalte van 5%) en 1132 kg stoom.per dag, dus totaal 2329 kg gas per dag.

Per uur is dit: 97,0 kg = 2l3.9lb.

Indien aangenomen wordt, datde opbrengst 90% is,*erdt per dag 750 kg !uraan geproduceerd.

2/ De benaderde berekening van het oppervlak.

Di

hoêveelheid warmte q, die opgenomen moet worden door het

furfu-ral-water mengsel bedraagl:

o q= w.C.(t2-t l), waarin:

t2 = 716₀ F

tI = 572 F

w = hoeveelheid damp = 213,9 lb/hr.

c

=

soortelijke warmte bij constante druk.

De soortelijke warmte van furfural is niet bekend bij 7500 F of

~ 5720 _{F. Evenmin was de soortelijke warmte van een andere. op}

furfu-~~\ ral gelijkende, verbinding bij deze temperaturen te vinden, zodat

bij de berekening gedaan is, alsof het hele mengsel uit waterdamp

\ bestond. 0 . 0

Voor waterdamp van 716₀

F

is

c

= 0,495

Btul

lb

I

F

572 F _{is co}= 0,415

Nemen we voor c: 0,49 Btu/lb/ F, dan vinden we:

q = 213,9 .0,49 • (716 - 572)

=

15093 Btu/hr.

Ket totale oppervlak der pijpen berekenen we uit de formule:

hieriJl is: q = U.A .Llt m (MaAdams pag. 141

q = warmtestroom

=

15093 Btu/hr.

U = over-all colff1cient

A

=

buiten oppervlak van de buizen.

Brown 84 )

~tm= het logarithmisch gemiddelde temperatuurv~rschil tussen het

gas en de Dowthermdamp.

De temperatuur van de Dowthermdamp blijft constant, zodat we voor

L.l t vinden: m _{(750-572) - (750-716)} 0 t - --________ -+~ __ --~

=

87,1 F m - 2.3Olog «750-572) (750-716 ) 6

'I'

-

-~ ... ,"

.

"'-(Zie MCAdams 251) ., •• t. I ' \ A

=

----=--- -

43,4 sq ft. bUitenoppervlak. 4 • 87,1

De waarde van de overall-coëfficient U kan niet bepaald worden tenzij de snelheid ( lb/hr=

V.

)van het gas in de buizen bekend is, en deze is weer afhankelijk van de afmetingen van de buis en het aantal bui-zen. We kiezen daarom een buislengte en -diameter, waaruit we het aan-tal buizen kunnen berekenen.

Met een aanname van het temperatuurverval in de filmlagen kan daarna een berekening van U uitgevoerd worden~met behulp van de vergelijking:

/J

! ,)

"

d .. --.

Ó

, "

UIl""'

r

'~

"'"

' /

U=.Th

'+ do +

.:".9

/ /

ni)

°.

Kü

f>,

hiDi..

Deze berekende U wordt vergeleken met de bij de berekening van het oppervlak aangenomene. Zijn deze twee overall-coëfficienten verschil-lend, dan wordt het oppervlak met behulp van de gevonden U opnieuw uitgerekend, en de berekening zonodig herhaald.

De lengte der pijpen werd gekozen: 1,5 m"= 1,5

x

3,28 ft = 4,92 ft, terwijl de afmetingen van de gebruikte I-in. 14

B

w

n

Admiralty buis zijn:

buitendiameter 1 in. = 0,0833 ft. 8innendiameter 0,834 in. = 0,0695 ft.

oppervlak dwarsdoorsnede ( binnen)

=

0.00379 sq ft. buitenoppervlak per ft lengte = 0.2618 sq ft.

43,4

--

---- =

165,8 ft.

totale lengte van de pijpen samen =

<J,26l8 het aantal pij pen

= -

-

.

= 34

4,92

3/ De berekening van het Reynolds getal.

D.V.

/J

Re

=

---waarin: D

=

diameter in ft. V = snelheid in ft / hr. ~ = dichtheid .:.

_th/I/

J .~ = v i s cos i te i t in '1 b / (hr)( ft ) •

De viscositeit van furfural-damp is bij 3000 of 4000 C niet bekend.

WI"II is bekend: 0

viscositeit van H_20-damp (1 atm )= 0,0240 Centipoises bij 400 C

= 0.0196 300° C

viscisiteit van aethylalcohol (1 atm)

=

0.0189 Centip. bij 400~c

=

0.0162 300 C De viscositeit in Centepoises x 2,42

=

de viscositeit in lb/(hr)(ft) Als gemiddelde waarde w d

er voor~ ingevuld: 0,048 lb/(hr)(ft)

• Re -0,0695

x

- ,.t ... . 213,9 ;0 " x

/'J

-~---0,00379 x 34 x 0.048 = 2400

4/ De aanname van het temperatuurveryal.

De

~em1ddelde t'emperatuur van het gas in de buizen wordt verkregen door logarithmisch gemiddelde temperatuurversc~ll af te trekken van de Dowtherm temperatuur. De temperatuur van het gas binnen in de

5/

buis is dan: 0 ' 0 0 750 - 87,1

=

h62,9 F.

Neemt men aan, dat de weerstand in de gasfilm aan de binnenkant van de buis ongeveer 4x zo groot is als de weerstand in de filmlaag aan de buitenzijde,dan zal de temperatuur van de buiswand ongeveer ~e­

lijk zijn aan de temperatuur van de Dowtherm, verminderd met 1/5 van het totale temperatuurverval. De temperatuur van de wand wordt:

87,1 0

750 _____

=

750 - 17,4

=

732,6 F

5

De gemiddelde temperatuur van de film aan de binnenkant, die het gemiddelde is van de wandtemperatuur ne de temperatuur van het gas (McAdams pag 169 ) is gelijk aan:

"

732,6 + 662,9 ~

____________ =

697,8-~

2

De gemiddëlde temperatuur van de film aan de buitenzijde is:

750 + 732.6 0

__________ =

741,4 F

2

Grafisch kan men dit aldus voorstellen:

De berekening van h

i , de filmcoëfficient aan de binnenzijde van de pijp. De algemenen formule voor turbulente stroming zonder phaseovergang is: b d Nu = 0,0225 (Re) (Pr) UV/' waarin: R~ = __ _ '~hD Nu =

,

T

Pr=

_-r

cp~

Voor ~as in verticale pijpen is de vergelijking van Nusselt:

.

•

" .

Deze vergelijking ~eldt voor ~assen met een Re-~etal ~roter dan 2100

Ck

Voor K2C-damp is het Prandt1-geta1 ~ = 0,75. Voor ~assen, die meer

I r c /--_

dan 3 atomen per molecuul bevatten, zoals furfura1, is p~ =/'0,98)

""""K .

9

/

Het ~-getal is vrijwel onafhankelöj~ van de temperatuur. We mogen

voor het furfural-water mengsel Fr' wel gelijk aan 1 nemen •

. '

---k

=

de thermische ~eleidbaarheis van het gas

k_H 0 = 0,0248 "3tu/( hr){ sq .ft.)( F). bij 5~e~ •

6/

2 =0 ,0315 bij 'Z50~.

Bij de gemiddelde filmtemperatuur (697.8~) is ~ 0

=

0,0294 Btu/(hr!

2 (sq.ft)(~)

Als gemiddelde waarde voor de viscositeit bij 697,8~ werd genomen:

0,048 lb/(hr)(ft)

Vullen we deze waarden in in de vergelijking, dan vinden we voor h_i :

213,9 . 0,0294 0,0695;ax 0 00379 x_34 xtJ. )0,8 = h i = 0,0225 •• " ( ... ' _ _ .-.; ___ -..;. .. z..;...;.. ... -'~_....;... ___ _ 0,0695 0,048 = 4,48 Btu/(hr)( sq.ft.)( ~) • De berekenin~ van h •

Nusselt geef voor Ode filmco~fficient bij condensatie van zuivere

damp op de buitenzijde van verticale buizen de volgende vergelijking:

ho = 0,943 k __

3;o_~~r_

l

o.

25

L/

IJ .

kc thermische geleidbaarheid

~= dichtheid van het condensaat

g = versnelling van de zwaartekracht.

r = latente verdampingswarmte

8 = temperatuurverschil tussen damp en wand.

/ ' = viscositeit.

De waarde~ van deze constanten zijn bij condenserende Dowthermdamp:

bij 741.4"F ( = gemiddelde ~ilmt"mp~rat.ll"~ ):

k = 0'_{-,071 Btu/} 3( h'Y1)( sq .ft.)( F /( ft) ) ,J

=

45.5 1b~ft 2 g

=

4.17.10 ft/(hr) • r

=

91,8 Btu/1b. /~ = 0',744 lb/(ft}(hr). L

=

4,92 ft.

IJ

= 750 - 732. 6

=

17,4

"F

Dit invullen: 3 2 8 0~071 x 45,5 x 4,17.10 x 91,8 0,25 h _o

=

6,943 ( . ) = 4,92 x 0,744 x 17.4

=

243,7 = 244 Btu/(hr)(sq.ft,)(oF),

•

7/

8/

_ _ , ___ ,. ' - 'ft 11 N • ,', . _ .'., ... , _' • . _ ... f"· ... .,. • • , (.I-~ • " . ' - _ •• ~- I , .. •

...

-

... ...

.

.

' - ~

-,

... ', ,,~ Be.~h&~mls8hè geleiàbairheid van het mat~riaal der pijpen. _

.kIs ma:€'erlae:l werd gekozen Admiralty ('70% Cu, l%sn, 2'7% Zn) ,waarvan

de thermische geleidbaarheid is:

68 0F: k = 65 Btu/(hr)(sq.ft.)(~ per ft).

5720: k = 66

750 0 : k:: 67

De wandtemperatuur bedraagt 732,6~, waarbij k

=

67

10

De berek~ning van de overa11-coëfficient

Ui-De

waarde van 0i. ~ebaseera op fiet blnnenoppèaklak der pijpen (Brown

peg 147): 1 waarin: a) Do"""= 0,0833 ft

=

,binnendiameter Di

=

0,0695 ft

=

~uiten(liameter 1

=

1

=

0,22321

Iii

4,4S

b) 1,15~ 10gDo = 1,151 x 0~0695 log 0,0833

=

0.00009 - l{"

i5i

67 0.0695 cj Di

= ___

2!2~~2

___

=

0.OA342 ~ 0.0833

x

244

Vullen W~ deze getallen in in bovenstaande vergelijking, dan vinden

we: 1 1 - - :: 4.41 Btu/(hr)(sg ft) 0.22672 (~) --- = "I

9/ De berekende waarde van Ui is dus iets hoger,dan degene, die oorspronk~

lijk aangenomen was (U

=

4,00). Het is dus nRodzakelijk, het

opper-vlak opnieuw te berekenen~met als overall-coefficient 4,41 •

q 15093

A

= -

=

=

39,3 sq. ft •

U. tgem 4,41

x

87,1

Dit kleinere oppervlak kan verkregen worden door het aantal buizen

kleiner te nemen, of ze korter te kiezen. Houdt men het aantal pijpen

constant, dan moet hun 1e8gte worden: 39,3

4,92 x ----

=

4,41 ft. in plaats van 4,92 ft.

43,3

De waarde van ho, die we berekenden, moet vermenigvuldigd worden met

de factor:

4,92 0,25

( - ) = 1,02

4,41

h zal dus 2% groter worden. Dez~ iets grotere waarde van hoheeft

i

•

11

" "

ppact~sch .geen invloed op de grootte van Ui.

Een grotere invloed kunnen de verhoudingen van de filmweerstanden

hebben, die aangenomen waren bij het berekenen van de wandtemperaturen.

Het temperatuurverval in de filmlaag

=

weerstand in de filmlaag

totale log. gem. temp.verschil x ( . t )

totale weerstand

PaSS8n we dit toe, dan vinden we voor het temperatuurverval in de verschillende lagen:

1) Temperatuurverval door de film aan de buitenzijde:

0,00342 0

87,1( .) = 1.3 F

0,226'72

2} Temperatuurverval door de wand van de pijp: o

87,1

x

(g,g0009) = 0,04 F

, '26'12

3) Temperatuurverval door de film aan de binnenzijde van de pijp: 0.22:121

87.1

x (---)

= 85.8~

0.22672

o

De temperatuur van de buitenwand 1s dus: '750-1,3 = 748,7 F en de

ge-middelde temperatuur van de film aan de buitenkant (Dowtherm) zal

zijn: 0

750

+

748,7 = 749,3 F. i.p.v. 741,4~ zoals was aangenomen.

~

D~ temperatuur aan de binnenzijde van de pijp is:

748,'7 - 0,04 = 748,'7°F

De ~emidde1de temperatuur van de film aan de binnenzijde is:

662,9 + '748,'7

--- =

705,8~ i.p.v. 697,8~.

2

Bij de 8~ hogere temperatuur van de film aan de binnenzijde zijn

zowel de thermische geleidbaarheid k van de damp, als de viscositeit

~ iets hoger. In de vergelijking voor hi komt k in de teller en~

in de noemer voor. Deze invloed op hiis zo klein, dat Uier niet door verandert.

I I

~~

d

I

/

,"

-1

.

~

12

De invloed van de berekende filmtemperatuur op ho (gem. temp •• 749,3'1t'): k = 0,071 BtU/~hr)(sq.ft.)(~/(ft» voor de Dowthermfi1m bij 749,3~

J

=

45,1 lb/ft' Ir = 90,5 Btuj1b. " u - 0,739 19/( ft

H

hr) • g

=

41.7.10 ft/(br). L = 4,41 ft (nieuwe 19n9te) /i = 750 - 748,7 = 1, 3 F 3 2 8 0,071 x 45,1 x 90,5 x 4,17. 10 0.25 ho

=

0,943 ( - )

=

4,41 x 0,739 x 1,3

=

267,7

=

268 BtU/(hr)(sq.ft.)(oF).

Daar de invloed van hiop Ui overheerst, zal een wijziging van hoslechts geringe invloed hebben op Ui zoals ook blijkt uit het volgende:

Ui be~ekenen met ho

=

268 i.p.v. 244.

1 Ui

=

~ + 1,1~1 Dl X log~ +

rl:fi

Ui i 0 0 a} 1

=

0',22321 lii b) 1,151 Di loSQo

=

0,66869 k

n:-0,Oè95 c)

2L

= - = O,OOa12 DoDo 0,0833 x 267,7

Vullen we deze getallen in in bovenstaande vergelijking, dan vinden we:

1 1

Ui ,= -- =

0,22321 + 0,00009 + 0,00312 0,22642

=

4.41 BtU/(hr)(s~.ft) (~)

De waarde van Uiis dus niet veranderd.

Uit deze berekening volgt, dat we een Dowtherm-voorwarmer nodig hebben, die 34 I-in. 14 BWG Admira1ty buizen, ieder 4,41 ft lang, bevat. De rompdiameter bedraagt 25 cm

=

0,25 x 3,28 = 0,82 ft.

Als Dowtherm verdamper kan gebruikt worden een electrisch, \verwarmde Dowtherm verdamper van Foeter Whee1er met een verbruik van 15 kw en

een capaciteit van 50.000 Btu. per uur. Zie Bulletin 1.D-46-3,

\\

Dowtherm Heating systems-=a=-de Foster Wheeler Corporation.

I -'Jo,

10/ Literatuur.

W.H.McAdams, Heat Transmission (1942).

A.I.Brown and S .M.Marco, Introduction to Hea.t Transfer (1942).

"Dowth~rm for hi~h ~emperature heat transfer systemsn. uitgave van

"The Dow Chemica1 C ompany!f

Perry~~~ineers' Handbook.

Inter~ationa1 Critica1 Tables.