Fabrieksschema van de bereiding van 2-amino-anthrachinon

FABRIEKSSCHEMA

. l .

INDUSTRIEELE BEREIDING V AB" 2-AMINOANTHRAOHIN0N.

Het

chemisme van de verschillende toegepaste processen: I: Uitgaande van anthraceen.

Het anthraceen wordt geoxydeerd tot anthraehinon, hetgeen vervolgens wordt gesulfonee~d tot 2 anthrachinonsul~onzuur. Deze stof wordt met een ammoniakoplossing geamineerd tot 2-aminoanthraohinmn.

" 11: Uitgaande van benzeen en !htaalzuur~dride:

Onder invloed van watervrij a uminiumeh1~de adderen deze stoffen tot benzoylbenzoezuur, dat onder invloed van gecon-centreerd zwavelzuur water afsplitst, waardoor ringsluit1ng optreedt en anthrachinon gevormd wordt. Het anthraehihon

kan

dan als .onder

I

beschreven verder worden verwerkt,

111: Uitgaande van monochloorbenzeen en phtaalzuuranbydride: Onder invloed van watervrij iliîïiîiniumehloride condenseren ook deze stoffen, nu echter tot ~fchloorbenzoylbenzoezuur. Onder invloed van geconcentreerd zwavelzuur ondergaat dit· ringsluitingtot 2-c@loobanthrachinon. 'Dit product kan di-rect met een ammoniakoplossing worden geamirieerd tot 2-amino-anthrachinon.

Kort overzicht van de toepassing van de bovengenoemde processen

I,

II

en 111.

I: Koolteer~abrieken leveren ruw anthraoeen als een pasta

van. ca 42

%

zuiverheid· aan de kleurstoffabrieken, welke de onzuiverheden vnl. phenanthreen en earbazol door ex-tractie met oplosmiddelen als pyridine en fur~ural Ver-wijderen, zodat de zuiverheid tot

93

%

wordt opgevoerd e+l de stof voor verdere verwerking geschikt wordt.

Zie

(3),(7)

en (14).

De o:Jy-datie van anthraeeen tot anthraehinon geschiedt meesta1 in de vloeistofphase met geschikte oxydatie-mid~elen zoals chremmzuur met zwavelzuur.

Zie

(3),(8)

.

(9),13)

en (15).

Van recenter datum. is de oxydatie van anthraceen ~ de dampphase met lucht zuurst of en

V

0 als kat.

Zie (4). Voor zover ons bekend ifi,5is dit proces all een

b~ de l.G. Farben toegepast.

De 1sulfonering van anthrachinon tot 2 anthrachinollsulfonzuur ' geschiedt met 20 %-ige oleum. Zie (5).(14) en (16).

De pereiding van 2 aminoanthr~chinon geschiedt door _

aminering van het Na-zout van het corresponderende s",lt'on- 1

~l;lur(z.G.zilverzoui1) met een 25 %-ige ammoni.akoplossinS. !,

Z1e(11),12),(15),16) en (17). . ./,

B~ deze aminering kan NaNH SC gevormd worden,welke stof reducerend schijnt te

werk~n

à

p anthrachinon,. waarbjj di-hydroxy anthrachinon gevormd zou worden. Om dit te voor-komen voegt men steeds oxydatiemiddelen toe .zoals Mn02' arseenauur, enz~ Op de grote verseheidenheid van velè dez~r oxydatiemiddelen berusten vele patentell.

'v

"

..

..

11 en 111:

Groggins (16 p 400) wijst erop dat de kosten van de productie

van chlooranthr~chinon en van anthrachinon. volgens de l'r1'del

en Orafts methode bij benadering dezelfde zijn. ehlooranthra-chinon verdient dan de voorkeur als tussenproduct , omdat dit direct geamineerd kan. worden, terwijl bij anthrachinon

als tussenproduct intermediair gesulfoneerd moet wo~den.

WQ vinden dan ook in de literatuur geen voorbeelden va.n een bereiding uitgaande van benzeell en phtaalzu-uranhydride.

De reactie tussen chloorbenzeen en phtaalzuuranh~dride

vindt daarentegen uitgebreide toepassing. Zie

(1),(3)

en

Motivering van de door ons gedane keuze van werkwijze.

Uit een bestudering van de literatuur kregen w.\j de indruk:

dat de bereiding van 2-aminoanthrachinon zowel volgens de

f-methode I als volgens de methode 111 algemeen gebruikelijk

is .• Wat de zuiverheid van het eindproduct betreft is het

eerst.e proces te verkiezen boven het tweede (16). Deze

bedragen resp.

99

%

en

97-98.5

%.

Volgens (3) is de

zuiver-heid van 2 aminoanthrachinon volgens de werkwijze van. de l.G.

Farben (= methode 111) slechts 88

% •

Men noemt dit geen . '

bezwaar als het aminoanthrachinon gebruikt wordt voor de :--{~ ~

bereiding van indanthrone. Zo nodlig kan men de zuiverheid . )

door vacuumsubI~matie tQt

99

%

opvoeren. De in(3) genoemde

zuiverheid van 88

%

is exceptioneel laag. Alle andere

auteurs geven waarden van

97-98.5

%(Zie.b.v. (l4))zodat

~ ons hierop georienteerd hebben. .

Wat betreft de merites van het gebruik van ohlooranvhraehinon

als tussenproduct kunnen wij geen oordeel vellen in eoonomisch

zowel als technisch opzicht. Indien wij op de literatuur

afgaan schijnt de bereiding met chlooranthrachinon als tussen

product de economisch gunstigste methode te zijm. Zie o.a.

(3),(14) en (16). Hiertegenover staat dat de aainer1ng

~an chlooranthrachinon b~ hogere temp plaats vtn~t dàn· van

zilverzout, zodanig dat Dowtherm verwarming nodig is, te.

r-wijl het prGces onder hogere druk plaats vindt·~

Aan de andere kant vervalt de omslachtige zuivering van

anthraceen en de oxydatie hiervan door chroomzuur • . Deze "

oxydatie heeft als nadeel dat grote hoeveelheden chem1'calien ·

nodig zijn , welke weer geregenereerd moeten worden.

De· luchtoxydatie van anthraceen tot anthrachinon volgens (4)

vereist een dure installatie, continu werkend. Dit bevo.

r-dert zeker niet de flexibiliteit waarop een kleurstof"fabriek

steeds moet zijn ingesteld. '

In verband met het bovenstaande lieten wlj onze keuze vallen

op de bereiding via chlooranthrachinon uit phtaalzuuranhydridre

en monochloorbenzeen als'uitgangsmaterialen.

Een. batch process is hier de oplossing in verband met de .: . ...,.

vereiste flexibiliteit (aanpassen aan productie van andere '··. .

kleurstoffen op korte termijn) minder instrumentatie, en ge- ',

ringe productie in vergelijking met continue bedrijven.

J

Een continu proces is trouwens nog niet mogelijk voor de

hier toegepaste bewerkingen in verband me't kort.SlUi ting

van .de reactoren tengevolge van de laqge reactieduur. '

We stellen ons op het stanàpunt van een productie van 30 ton 2 aminoanthrachinon per maand met een zuiverheid van

99

%.

Bij een maand met 25 werkdagen komt dit meer op een ~~~'

productie van 1200 Kg aminoanthrachinon /24 uur.

Literatuur:

~

(l~

Newton, VGroggins: 2 aminoanthraquinone from chloro- '"

penzene and phtalic-acidanhydride, Ind.Eng.Chem @,369(1929). '

(2)VShreve: "Chemical process industries"(1945)994.

~

- "

(3) FIAT final report 1313: Vol 11 Dyestüff processes and

engineering data.

p.18 zuiveri~g van anthraceen door pyridine extractie.

p.19 bereiding van anthrachinon door oxydatie van anthta-ceen met bichromaat en zwavelzuur.

p.28 aminering van chlooranthraehinon

p.37 bereiding van chloorbenzoylbenzoezuur uit phtaalzuur-anhydride en chloorbenzeen.

p.38 bereiding van chlooranthrachinon uit chlo~rbenzoy1~

benzoezuur.

p.59 zuivering van 2 aminoanthrachinon door sublimeren.

(4) BIOS final report 1184. Anthraquinone manufaeture by

air oxydation of anthracene.

(5) BIOS final report 1484:Anthraquinone dyestuffs and intermediates.

p.2 bereiding van 2 anthraquinone su1fonzuur uit antbra-chinon.

(6) BIOS final report 789: German dyestu:ffs and intermediates

ind~stry: bereidiDg van 2-aminoanthraquinone uit

chloor-benzeen en phtaalzuuranhydride. p, 8, 11 en 20.

(7) BIOS "final report 939. Purification of anthracene.

(extractie van 40 %-ige anthr. met pyridine. (9) (8) U.S.P. 2395.638 2169.368 (1936 (1946~

~

10~ 1900.001 (1930 11 1910.692 (1933 12 British P. (13) (14) (15) 370.7a4 (1930) 508.526 (1939)

Xirk

&

Othmer, Encyelopedia of Chemieal Technology, Vol

U1lmann, Enzyklopedie der Technischen Chemie, p 490.

(16) Groggins: "Unit processes in organic spntheses" (1947).

(17) J.Soc. Chem. Ind. of Japan, supp1 binding

344-?X929

(18) R.M. Crawford~"Economic comparison of eontinuouä and

batch processing", Chem.& Met. Eng. ~. 106(Mei

1946).

l

V~J.<JI;.~

De bereidlng van 4'chloorbenzoylbenzoëzuur. (P. VQogel. )

~~~ _ _ _ _ _ _ _ .. -_____ ... _ _ _ ..... __ .... . ~ • ____ • _" ... . . or • • _ ... _ .. __ ... , . . . ' .... _ .. ... , _ _ .... .

De hoeveelheden der grondstoffen hebben in onze fabriek dezelfde

ver-houding als die,welke vermeld zDn in het BIOS-Final-Report 987 blz 8.

De grondstoffen droog mono-chloorbenzeen, phtaalzuuranhydryde ~n de ·1.

katalysator aluminiumchloride worden in vrij zuivere toestan~ae fabriek i

afgeleverd,zodat ze direct gebruikt kulm~n worden.

Vanuit een meetvat ,welke een totale inhoud heeft van 60001. en van

plaat~zer is vervaardigd,wordt 5550 kg. droog monochloorbenzeen naar

de eerste reactor eevoerd.Het meetvat is in de fabriek het hoogst

opge-steld,zodat we bij het transport der stoffen naar de verschillende

re-actoren zoveel mogelijk van de zwaflrtekracht gebruik kunnen maken.

De eerste reactor is eenllPfaudler low presure tankll van 2000gallon

=

7570 .1.,welke voorzien is van een roerwerk en koelmantel en van binnen

geheel geëmailleerd is.Na de toevoeging van de monochloorbenzeen wordt

ineens 1956 kg~ aluminiumchloride toegevoegd en daarna gedurende 4 uur

m.b.v. een speciale inrichting 1000

kg

.

phtaalzuuranhydride.Gedurende

deze 4 uren wordt de temp. op 70 ~ 80 C gehouden, dat men kan bereiken

door in meer of mindere mate van de koelmantel gebruik te maken.In de

reactor vinden dan de volgende reacties plaats:

CL

0

+ 0,\

0

(ALCLj \ H'o ~

G

a/ c ..

CL.Q

'1..0

(= 4'C\.lL.BI:T\tZO";lL-BElIIzo~ 1 ;c- ( 1°0;: so"c) z ~vf{) o~ c/

""0"

""Cl AL:r!{. ö

(i)

~" <> 0 «-

Q~:O

+

A

LC

1..3----

Ce

Q;,b (

0 v

~B<

L "'-'OT)

+

L\

CL

/

Na de reactie bevinden zich de volgende ~toffen in de reactor:

49 kg. phtaalzuuranhydride.

1091 kg. aluminiumchloride.

4830 kg. monochloorbenzeen.

2296 kg. dubbelzout,gevormd uit aluminiumchl. en 4'chl.benzoylbenzoëzuur

2)4 kg. HCl-gas is gedurende de reactie ontweken en naar de absorber

gevoerd. twee

Deze absorber bestaat uit ee~ 3! m.lange karbate-buizen met een

binnen-diameter

±

2t cm en een wanddikte

± 0,5 cm.Deze absorber staat

beschre-ven in Chem.Eng.Progress. 45 N08,525 (1949),waarin men omstandigheden

heeft aangegeven om volledige absorptie te verkrijgen met een eindproduét

van 361~ig HCl,dat een temp. heeft van 100oF,welke omstand~eden door

/

J ons zoveel mogel:ijk z:ijn overgenomen. Deze absorber is van het'l

falling-film~type,waarb:ij het absorptie-water langs de binnenwand van de

absor-ptie-buis naar beneden stroomt,terw:ijl het 1001~ige HCl-gas b:ij een druk

van + 1mm Hg. illet grote snelheid ook bovenin de absorber binnentreedt.

Om deze karbate-buizen bevindt zich een koelmantel waardoor het

koel-wa-ter met een redelijke snelheid in tegenstroom de b~ de absorptie

ont-wikkelde warmte afvoert.

]De eindproducten, welke dus in de eerste reactor zjjn achtergebleven

wor-den vervolgens naar een tweede reactor-.' gevoerd, waarin bovendien BOa 1.

water wordt toegevoegd,zodat het dubbelzout en de aluminiumchl.

ont-leedt wordt ,

11 o

"

Ook deze reactor heeft een totaalinhoud van 7570 1. en is voorzien van een roerwerk ,koelmantel en een ge~mailleerde binnenwand.Als de reactie hierin teneinde is ,zijn er in de reactor twee lagen ontstaan nl. een bovenste olie-achtige laag bevattende monochloorbenzeen,waarin het

4'chl.benzoylbenzo~zuur is opgelost en een onderste Waterige laag.

De onderste laag wordt het eerste afgevoerd en daarna gaat de bovenste laag naar de derde reactor welke reactor analoog is aan de tweede • Uit een plaatijzeren tank wordt de geschikte hoeveelheid NaOH-oplossing

toegevoegd(6,42 kgmol.) waardoor het HCI geneutraliseerd wordt en de oplossing zwak alkalisch reageert. Ook nu ontstaan er weer twee lagen

nl. een bovenste laag bestaande uit monochloorbenzeen en een onderste

laag,welke een waterige oplossing is van het N Na-zout van het 4' chl.

benzoylbenzo~zuur. -t- "'o.o\...\ Iv'" _{CJ /1} 0 " " o

De waterige laag wordt het eerst afgescheiden en naar een plaat en raam

filterpers gevoerd ,waarin de in de oplossing aanwezige aaste onzuiver~

heden o.a. Al(OH) worden afgeSCheiden. Het filtraat gaat daarna naar

eenvierde reactor3met geëmailleerde binnenwand waurin het aangezuurd wordt met een 10r~ige zwavelzuuroplossing ~otdat ge juiste Pu bereikt is (congorood).De temp. wordt hierbij op

25

gehouden,waarbij d~ precipi -tatie van het 4'chl.benzoylbenzo~zuurplaats vindt.Het aangezuurde

meng-sel gaat vervolgens weer naar een plaat en raam filteryers ,waarin

het product wordt gescheiden van de vloeistof en daarna gewassen •

De verkregen koek gaat daarna naar een"Proctor tray dryer"

De opbrengst is tenslotte1615 kg.4' chl.benzoylbenzo~zuur.Het rendement is 95% (berekend t.o.v. phtaalzuuranhydride).

De tweede plaat en raamfilterpers moet van zuurbestendig materiaal ver-vaardigd zijn dus of van een zuurbestendig Cr.Ni.staal verver-vaardigd zijn ~f voor een gedeelte uit hout bestaan,hetgeen ~tuurlijk veel goedkoper is. De bovenste laag van de derde reactor welke in hoofdzaak mmnochloorben -zeen bevat wordt geregenereerd tot zuiver en droog monochloorbenzeen.

Behalve deze hoeveelheid komt er ook nog wat onzuiver monochloorbenzeen

ter beschikking uit het karbatevat,waarin de gec-HCl oplossing na de I

absorptie wordt opgeslagen.ln dit vat komt nl. het monochl.benzeen boven-op te liggen en kan daardoor met een speciale inrichting gemakkelijk van

de rest gescneiden worden en naar de regeneratie gevoerd worden.

De ruwe monochloorbenzeen wordt eerst over NaOH-blokken geleid waardoor

het water en de HCI gebonden worden. Vervolgens wordt het naar de

kookke-tel gevoerd waarin het

8

_P kooktemp.gebracht wordt in ongeveer 1 uur en

daarna bij die temp .132 C ( 1 atm.) gedestilleerd in 2 uur. Nadat een eventuele voorloop eerst wordt afgescheiden wordt de monochl.benzeendamp

in een condensor gecondenseerd en daarna in een warmteuitwisselaar van de kooktemp. op lagere temp. Gebracht,zodat het m.b.v. een centrifugaal-pomp naar het oorspronkelijke meetvat teruggevoerd kan worden.

.

.1

\,' .. :

H~J.

,

VERWERKING VAN CHLOORBENZOYLBENZOEZUuR TOT CHLOORANTHRACHINOI'

,

(

!

ElI

l1ï1NERING

HIE@AN

~; 7

J

-r~~TlIRACHtNON.

1675 Kg

eh100rbenZOY1benzoezuUr~rden

_{met behulp}

_van

n

hopperfeeder~toegevoerd _{aan een 1000 gallon Pfaudler}

hglass-linedlt reactievat, voorzien van rogrwerk en stOOJJl- ' .

mantel(124 sq ft). De inhoud wordt op 145 C gebracht ,en ,Co: ~

twee uur op deze temperatuur gehouden door middel ran een ~

automatische regeling van de stoomtoevoer. Na verloop> van

2 uur wordt de inhoud uitgestort in water dat zich bevindt

in twee zich eronder bevindende tanks van het zelfde 'type.

Hier wordt verdund tot een zwavelzuurconcentratie van ~,O%,.

1

_{Berekend is dat hiervoor ca 30 000 L water nodig is, zodat}

I

_{de reactie massa niet ineens verdund kan worden doch in}

. 5'

keer. Tijdens de vël*aunning" scJiè':ta.t chlooranthrachinon zich

af. De ontstane suspensie wordt vervo~gens _{met perslueht}

naar een houten plaat-em raam-filterpérs gedrukt. De koeken,

worden n_{a uitwassing in twee porties van ieder 750 Kg ve~­}

deelde 750 Kg _{chlooranthrachinon worden vervolgens in een}

'_{Pfaudler roestvrij stalen tank met roerder, van 2000 gallon}

.'

opgeslibd met 5600 Kg 28 _{%-ige NH oplosSing. Tevens worden}

. _{hier toegevoegd 20 KG} KCIO~ _{en 16; Kg NH4NO~t welke reagentia}

dienen tot beperking van de vorming van nevenproducten in

de hierop volgende amine ring • Het invullen van de koeken , : ~

in _{de tank kan door een arbeider met een schop gescheiden}

\,'4

in· _{ca 3/4 uur. De in de opslihtank aangemaakte suspensie}

I, ,

~ dient voor de vulling van één der drie aanwezige autoclaven

waar de aminering van chlooranthrq_{chinon tot aminoanthrachiuon}

zal plaats vinden,_{. In totaal zijn drie autoclaven aanwezig}

met het oog op het feit dat de tijd voor het vullen, op-warmen, reageren, en afblazen naar schatting ca 36 uur

vereist, zodat wanneer éeus in de 36 uur een autoclaaf

.

"

,

,

.

met een productie van 600 Kg aminoanthr~chinon _{gereed komt}

de vastgestelde productie van 1200 Kg/24 uur bereikt kan

worden. Alle andere bewerkingen kunnen binnen 24 uur plaat's'

vinden.

De inhoud van de autoclavenks 8.5 M3• Zij _{zijn niet van st,}

an-daard uitvoering _{, doch dez~ grote autoclaven worden slechts}

op bestelling vervaardigd. De vulling bedraagt 75

%

van

de totaal beschikbare ruimte, zoals in _{de literatuur in}

h_{et algemeen wordt aangegeven(Kirk}

_&

_{Othmer, Groggin s,}

, ,~áI;' BIO~ _{Report 987). Wegens het ogtbreken van gegevens van het}

'?Jf4J~ . . / . _{systeem water-ammoniak bij 200 C was het niet mogelijk uit}

I~,. .• ,,<~' ':( I,~ te maken d0Ner erekening hoeveel vrij ruimte vereiS

, t is

:1!1.,~

••

~

, ".,

/ '

vcbor het be en van ,_{een bepaalde druk. Daarom heb ik mij'}

t .._{~ gehouden aan e universeel opgeg}

even waarde v~ 25

%

vrije

,,' " , " . ' ruimte. '_{De amine ring wordt uitgevoerd bij 200 G, waarbij}

,~ f _{de 8pgegeven drukken uiteenlopen van 45 tot 60 atm.}

200 C is de algemeen gebruikelijke rwactie temperatuur ,

ter-wijl de reactieduur steeds als 24 uur wordt opgegeven,

. t ;'. : J' .' ,L .... ·~ .. , I;. :! i) V' ":i:';' -' t$.V f.l.. t)(, , , ;j'.b.::.i.v~,'~ ri!:.l~,: :'t,." ,.7:~! .... ....,tp :~~ f:..,.f A..Jl l.t "l j ':,,'J ,'Z. n..~ fiOt)~.I'" l ... ,;' j .... \.- ~ ,~ ~'{...,.:i~ l~·.;..t J. t· t-/~~l;}·".!U y j ~ .. t~ . t.· "·t ~ ;. 'it." ",. ~ &,1 .. i ~.i ...

.

_ ;:.. "-,';1 ;:'-1:;. • .)(.! __ <tj.J"*\' (.nc,..l. "J , , h

Il",::" I:ll. ·t. _ GY"

...,Ó!'!.%.J<' uG'}, L.I..": t " "nqf"1("'l~ [~P:~~,t..i'I' ,:1 ,<.l ,n~":i ... :r-<i;~l·~ _1 1.;: J f ; f , •. . ! Li .t:j"t..~ .. ~ :.1l: Lt;- ,,! ,"'-\;. j: 81 "'C~lt·(~:~~.I"'. rH):' I i'V,:i ,r

_..

... 1). : .. ç~ ~-!: I) ~: . ~:r;o.ç. 1(: ~ !.l .... ~E..: ...::J ... , "iun~t.d~.6·J rr!: .. J. f .. ~fl,.:;: .. '"

'.,

.l~ ,.. •. J", ~, t , .... r. ~ '2~ {' ·r·~:c ! ,-''',-.. \,,- "'; r 1) :'" - t ' ... ' :1' .. )-~ j" •• ' )

'.

, ~l_~{,~! fl;.. J ~. J~', ~ t. '.' '7'! ~o fiOn! G " ,\ < r ~ .. • J , , ,,, < , ., ~ , ' · ... L4J (~~ :.t.~\.J~.v.i.-C .... 1.:,.1 ·.~)~I ~.l.f,a' ~(.1.. ."'_ ;; j . rJ

;r

-t, .:..1 ~1 dO:. !:' ol ·\1 ... 1_L~\t ... V ; lfi! ~'\: .. , ~2d l~::"

.'

-. ~ ~'. \ j l . ... .' . (, .' , ...

,.

' , , I . . . ; ' f{ '. : t" . ... " , " ~ , 'l, d ' ... "t. ,L J r .l ~;l ~ ~~,:); :1.'

.

-

.

~

.

c, :... . ; ',,; t • i .... :1..

.

' " ,

.'

, l " , " 'w '~'. , .

,:' - •. I,j'':;:,. (J J ri~;

tsliÇ'"

t!

... 1 ';;J! .. l.,! ":".t~h...;.e;t·!S~",,· .. i(·t. I :. ':.~n:.~"-:la,,~."'J~ t" ~ 1.\.. "',' J . ""'" • I .. " tV.... .t c r ... Á ; ... " ti- ~), t· r' J ~~ .... v.t: ;,f0 "'.;nf t· ,i. 'I :s:'i, ' ... J ,Su~/' j' ';t1 ,i : .. ) ... \' .. ,uW 'liJ

..

4 • .I .... • 'i,' ~"!W '7.', ,.l. .bn9~h;;, j. !~ ~ j'f) l ~ii,"I J ~~ . r"; 4-. -d ~r' Vf' "':'fJt •• : ,... .... f ol J;;... .. -L.~.". ~ .. j .. j "e(. "rf]. " t \ l · .. nee 'lA.} ;-,f i . _,I .E.~.il n\HJ r..} : H ... ' ~. \ : '\ .1.1 '1 v-j ;:.1' '. 'f J:~ <.J.;';; '1 ~

,',,«

J'oj"" bÓj:,:8:.:öqv

.

' , t.o ... ; b~s'Soveè3~o.,t ',Hü,~ _ •. ,:;.b'~;:i~,J ::10,;t A~fl"?,U, ~.-d"(i.·~, L{, V ';0' .. ~l;,i. ~)..b _ -,::,1 :",si'. }t"..J::'~ .~q al. :.1 " j .' . \ • "iJ.... ~ \~ i!. ') r'ü _~, v ~ t ~l :~votv ,11'[ ,3.j:i~ 'lHiLiL sb ':I",..6\tl !: \; • .f.),:!~ v r!"J~,I..~l~ (, Jcd ;e.. ~ ~.i: '1 ... ~ i..'; :;#... t jT(.~~.: f40' }~~. ':",:1',( '-" t-,~<! ~/:.-:'.\I ~J.J ~ t'r: /J)... J ~;ft ~ j ati ! , _{. :j}

z. ...

"'è:.jbl i <,.. j; .t ~"~~ • 4~b 11.':. • f.i'j> f f,): ;, Wil .. .>;.~'r "".' .. ~ t6Jb't\J' -' ~~tf>.r t ~:: ~)r..,~, ,; .. ~ .~~ .. IltJt ~;if.54.f;r" ;~" .. ~ . ... \ -J:~ J'J ';"l'ftU '3:-:Cf ... :4!!b-~it'}" r~' .m(,,,.~ rt \.I~~ • . . " I ,';': " :::'~(J:;: fi~.~.ijJ!! :--~ t V :rtl:..,e,:.·'i~)J i.e:$l <, "CV' w·, ·z, b 1,' tf,$ .'1.sf t: 'ft .l', ~!.t.lt::..!thit:~ ga .. '"'~~t .. l"Jj ".: !Î. 13 ~~tf:~·';l~'l.{ ~ ~ ~... .1 ~ \L~.r j-J

9."

(.~ lt ~1" ~}.i'.; '"

.

_.

, r "', " 'f, t I f

I, ,

•

,

1

V\1

-~

.

~

1(0'

De autoclaven zijn vervaardigd van roestvrij staal~

voorzien van turbine roerder (op recommandatie ~err,y)

en voorzien van 8 PK motor(dit vermogen is niet me r dan een schatting. Tot op heden is het voorspellen van bet

vereiste vermogen voor een roerproces vrijwel onmogelijk) • ~

Het op~ervlak van de aangebrachte verwarmingsmantel bedraagt , .•

l6.á m • Als richtlijn zullen we de temperatuur van de mantel

00 C nemen, hetgeen bereikt kan worden met condenserende ~

Dowtherm, uit een fornuis met een capaciteit van 4000 000 : •. ,,,'

BTU/uur. Aannemende een filmcoefficient van 175 BW/sq ft OF :',~,

aan de Dowthermzijde en 50 aan de vlemstofzijdeois ruw berekend de tijd benodigd voor opwarmen tot 200 C 1.7 uur.

Deze eoefficienten zijn .. lechts schattingen. De cQefficient

aan de vloeistofzijde wordt door agitatie beinvloed en hie~an

is zonder meer niets te zeggen,

~

Eventue I kunnen meerder..t;turbineroerders op deze~f e as "

worden geplaatst. Achteraf bezien was het missch voor- >,'

I

de1iger geweest horizontale autoclaven te gebru' en met '

,het oog op het gevaar van bezinken van de vasbe stof in ,.

een lange autocl8af, welke verticaal geplaatst is.

Na 24 uur op 200 C gehouden te zij~ wordt de autoclaaf

afgeblazen naar een absorber, voor terugwinning van de 1ffi •..

De Dowtherm verwarming wordt geregeld met een

pneumat1seh~

regelklep, gestuurd door middel van een thermokoppel in de autoclaaf.

(

De absorber is in de tekening niet weergegeven omdat ik niet tot een beslissing heb kunnen komen ten aanzien van

het vereiste ,type. In Groggins: "Unit proeesses" is

een absorptie installatie weergegeven, van het 'Ibubble ft

type, evenwel kan ik geen oordeel vormen t.a.v. de meritres

hiervan t.o.v~ andere mogelijkheden.

Het bij het afblazen verdwenen water wordt aangevuld uit de getekende leiding en de brei van 2 aminoanthrachinon wordt met een breipomp gepompt naar een filterpers, van het plaat en raamtype, uitgewassen en gedroogd in een Proetorfttray dryer" en daarna gesublimeerd in het

~ geschetste apparaat. Gegeihs omtrent sublimatie van dit

/' product waren niet verkriigbaar,De tripelpuntsdruk is

eveneens onbekend. Deze werkwijze wordt evenwel toegepast

door de I.G.Farben(BIOS 789) en wel onder vsauum. -t,

Men krijgt de indruk dat de sublimatie~e.~pawuapparatuur . - <

~

~. nog niet gestandaardiseerd is en in de regel "home made ti.

Het getekende apparaat pretendeert niets meer te zijn dan een mogelijkheid, welke nog op zijn merites zal moeten worden onderzocht.

Op de in het voorgaande beschreven wijze wordt uit

1675 'Kg ehloorbenzoylbenzoezuur 1500 Kg chlooranthraehinon

verkregen, en hieruit 1200 KG 2-aminoanthrachinon.

Alle hoeveelheden werden bepaald per 24 uur.

Voor de ringsluiting van chloorbenzoylbenzoezuur werd gebruik gemaakt van de gegevens van BIOS final report

98?(zeer summier) en voor de amine ring 'werd gebruik

gemaakt van de gegevens van Kirk & Othmer: "Encyelopedia . J.' ,;~ :', '\

of c-hemieal teehnology: en Groggins: "Unit processee ~

I,.v.

" .\ ''(, -

,

in organic syntheses"(1947).

J

,

~~. ~~

I _ ()"fT Il9~Ufê:V

.... ,.a "" 3'" !.tiV IIp'!cV ~ á{f ... ·,;.1 j~ .. :: +

. '~"-i e: ~ ;. .1. v ~.l ~) ~'l ;~ r: ~~~ ••• ln f..t..!j. I .. ' ')' !1< .• ,.H rj t (!BWt~ O' !}\\~

';. I.L , td r:t ':; f; '" Ir:\" ,. i/;~li)-i1 : ~-ol ' .' ··r .ISL"l$.ur!.~,;;' .,'l1!JJ\ \J~~.'1

,,,; •.. r,,,1l.lJS!'I.:rWC":: ~~L !IE1-3

( .. J 1-:' . ' • '.' ~S O~- ·.J~!C..j{, ód

iJ cr,{; .. Qi.~ _ :' J F· v -I • J J . ~ : . ' " .. [;.. 1)1 /:1.etl: ~)J .. ~'~:t-lO\J ~~ '!rC. t .. t .... : t· .c.;- t ' - '

1 V'.rJ.;';....I .. ;)>."J j_~ J • • ; . . . . ij. J I. J, ~"':.~Jj .. ~ (~S':<;O.t""l ~" ~.t4:

•• t ) i.n ·tSI~HIl 't~i:Ulö~ f~ J .

" ".' ".'.~J'!:. ':'~11 !l ~rlr:üS: [, ,è--lJ.r ... 19'\}:11 . v::": .'J~;J Ji~s.tq~f.'·->' !:H!ib"Io'W

"" .. h: .1~ .;,I ó~'!!~tlä ':te8~ Ü,,,

~:).- G',,: 1:~.l';d2·'-:·! CF'\! '!.Bt3\"'·f· j'eJ. 10

aot

bef,

! .. ":f.~ t 'ia (- ...1 .... J.,. t.-.... J ~ - - ",' r . I ~ i ., \- (tI' ~ ~ 1"\.;1"'\* 6. Ö~h'(;::. (" r."t i '

," ~.. .o::~". "~".o.::;; ,,::7':. Á~"'>~ , . • \ . ; ! . . . . t .oOp 'V'VIJ~';Q QQ"""7'.l. J8.:'1 J

... '. ~~" ,'lsnfl.~o;tlJ$ f'f:. J , ' l-~ J., ~.~ , ' · ; . ' , . l I 0c.~ 'J' (H)S '[0 'LJfJ $S iJ;'l

I •• ' ,iill-tA ", • .-r·. ·n"~.'.. ;., (" ' . . . . ' < " • ) L ' " _ •• ~.' X,.'"

• "~'U'04 "!,v ... J:>v ....I .. ~-1i,.U.'t.,. L~., •. ·./{· r" .t'·'\ . , . , H 'l: .... SU =~Su1.\;! ~Ol.e t· ftn~a..MtBemà:n:\t iJ, •. <j ~t~) ': ~. . .... ": 't , . '~. ~l.~':.s~.l&'t.r .l.l':t~4·J~·o(~ ft<-;'

ui

]scucr~ç;r-i"!:t. .. Jl .. !'.. 1 , Ü V ' ....•. ! b·r. H.nl~b ol ~\le.:t:.2f~~.?'~'l .. l·Ge J;:~Q"Üfr 136 ~. J ~:~.b Joe{ af 'l$6'lO;~<f.s :sC

lft

·~.h3hf$Ó J.!~V~'··.'~':.'lf_Co:\~-\ .::::..ll) ",' t.t~~. 4f 9.l à n~i$ Jj.~' ,. t! tt:'->. lir ~~: ;..

ei

,'Ttt-G~:;' '::. ' •. ..,.. , .~. ' I . . lt:~;LtdÓJJ..tf"· Û' ~.1"f ;j. fl" -J' ....}~tt.t"lstU 'ra ~ • V ~ S • ,; 1:: 1 ' Y l rl1 _{. . . . r -}b fIJvS ... _{_.f:)} lli3-' F.· ... • c, _·~ ( .f.10rr1.dob'lJiJfllZ::OfLl.I' i; ~) n. v d i " • f ~":tsq:t.t~;r I j ' , ~',., J. Xe>" .) ~!J •

,

.t)(?;'~.o~n:! (t~ t", • . r ... ·tf1; J . I . . . .J sr, !:u: lil "l: b . J tl'. lii.:V' f)l;:J ,_ ,J..:~ ;jt,. J .. : " ~4i ~Át';(b;!;ifl\\' 1.' ... ". ~ ~ ,.. ." L -<1. ~.;, ,., .... ~'1 :'; • ) -4' {' o.~, " , ~, h~, 0( r " ~ • " .• \) , .... ~,Ji.""To~ \. ,-/, ..L~J .... ~" ~, ~,\. .. ~"'~ 'ot • .. tri :J.~J:,; fly • t '..~ 1. ,

.;:·t~rr·-_~..)~~d ...,..,. a.(.<' .... J::'I. ." U''''l ~\ "=- ... • ,;;z".'''*'''-w-. . .... ?n'";:t"Ir.r.;r ~ ~ •.• ~. ...-ö~ ••.. , ... ..;. \

• II"tH.l:O: 1 ~:n.,.:uj" 1· r: , .. )

. 5{, u, sj' ~'l:;lv' ,;.'1 ! .... .;.)

Lle;f~o4 .i..)~ agj [': . (

.

, .-..J> .. ',. 1'-" .. ':'

.-

: .. ~ J ~," !., ,rl,. ~lt~~, ... ,r " \ ."j :.1 '.I ' J \ l. • \!1

- - - ---_._--

-- - - ---~

----

~Ái

~

"'----"-,.- >--'"')

P.Voogel. De berekening van de condensor.

Te condenseren: 4830 = 2415 ~

=

2415.2,205

=

5320 lb

=

1,48 lb

~ 0 uur hr. sec.

bij een temp. 132°C = 269,6 F en een druk van 1 atm. De condensatiewarmte :

De af te voeren \varmte

75,5 kcal.

=

75,5.1,8

=

136,0 B.t.u,

kg.

lb.

(lit. : Kirk and Othmer,Enc. of mhem. Techn. : 5320 • 136,0 = 723 000 B.t.u.

hr. Aanname van de koelwatertem~eraturen:

73,0 F (= 22,8oC) - 1400F (= 60,OoC) (At)m= 196,6 - 12gt6 _ 160 80_F

2,3 logJ96, 6 - , •

~

De benodigde hoeveelheid koelwater: 723 000

=

10800 lb

=

3,0 lb.

67

hr sec

vol. ]

Indien we twee of meer ti :'tube-passestlgebruiken moeten,is het

de (~t)m welke hierboven berekend is te corrigeren. nodig om

~A=a=nnam==~e~v~an~~d=e~k=o~e~l~b~u=i~z=en=: (lit. : Perry (2e dr.) blz.898.)

Koperen buizen met k = 218 ~B~.~t~.~u~.~ __ ~~~

O.D. ::;: 1,250 in.=OJIOLI.2.J~ hr. sq ft. e

F/ft

~ 7 I.D. = 0,890 in. = 0,890 = 0,0742 ft.

\

'f'Y

'

tlinside sectional arJ~rl= 0,00432 ft~

We zullen trachten deze buizen te gebruiken bij "one tube pass" en wel 19 buizen totaal, welke als volgt gerangschikt kunnen werden in een"shelI" met I.D.= 8 in.:

De afstanden van de middelpunten van de buisdoorsnéden is 1t in.

L /1 S C l-I t\ A . J = I C Yn

---

,

,

I I \

,

\ \

/0/

/

--

-

/00

/ , / .,.. .,.. / _{/ \} , / / _\ /

,

/ \ /

,

\

Het Reynoldsgetal Re

=

D.G }l (0 oe; , Jl230C

=

0,9358 centipoise

=

0,9358

=

0,000 629 lb 1488 ft. sec (I. ) D.

=

0,0742 ft. G = 3,0 = 36,58 ;.;lb;;..;;. • ..",.,.-_ 19 • 0,00.432 sq ft. sec. Re = 0,0742 • 36,58 0,000 629 = 4320.

Schatting van de lengte van de condensor. (lit. Perry ,2 dr. blz.1000)

----e

Stel U_o = 100 _B~.t~.u~.~~ __ ~o

sq ft • hr . F. Daar nu q= Ua. A. (~t)m. is:

A -_{- 100} 723 ooo~

.

_{1 0} 19

,

_{8 = 2,37 sq ft. sq ft.}

1 ft p:ijplengte heeft een opp. van 0,3271 Coutside) Dus de le~te van de condensor is ongeveer:

_, 2,37

=

7,25 ft. (~ 2,21 m) 0,3271

De gegevens voor de verdere berekening waren de volgende:

l

Monochloorbenzeen: _~ Zie Perry blz. 795. ( 2e dr~

k 11 I1 I, 956. ( grafiek 'UI)

(l

·

_·

J. Chem. Soc.

_22-

505 ( 1689)

( zie grafiek 1.)

Water: _p Zie Perry blz 797 ( 2e dr. )

? 432 - 433

k 95é'. ( grafiek IL. ) hscale

·

·

500 B.t.u. _OF. (zie perry blz 981)

hr.sq ft.

hwand 218

₌

_{14520 B.t.u.}

0,015 0

hr.sq ft. F. Voor de berekening van hwater gebruiken we de dimensieloze D

vergel:ijking van Colburn:

;L.

(C

t

_L

)Y'3..:::

0, 0<'3

(

D~)

-

IZ

cr~ ~I

Voor de berekening van h hl b de dimensieloze

4"monoc oor enzeen

vergelijking van Nussel t:

~

~

TI ,

O

}

t

{

Tl

'

F

t'

liJ

'ij

u

De formule van Nusselt voor de monochloorbenzeenÎilm kunnen we nu als

volgt formuleren door de verschillende constante waarden in te vullen:

~ ~

0,7&

(1):

('jf..

'-/,61/.

loB)

13

1/

." D ~'J z.ó'o F ..2.L' ( <LI

13

;: 0,

zt_'lLJ

<Y

1;

~I

)

:; J I') Î ~ waarin:

L'

=

de lengte van de buis in ft.

t!

=

269,9 - 0, 75 (L\ t )m LOF)

Pi

=

viscositeit in lb (perry blz.

795)

I ft.hr

k

=

thermal cond. in B.t.u. 0 (grafiek~)

hr.sq ft. F/ft

= density

=

62,43.hoev.~ in lb (grafiek I)

cc cu ft.

De formule van Colburn voor de waterfilm wordt

waarin:

1

'0,0 2.'7:. 2.s:oo.oo:J

lIJ 3.2

=

thermal eond. in B. t. u. (grafiek 11 _)

hr. sq ft. oF/ft. visco

=

èeRsity in lb fr.hr.

=

hoev.centipoise X

2,42.

~ {+lw

(

oF.).

.2.. (perry blz.797)

\ /', .' / I -~ ., ' 'I - I ' . . i· . ! , i R~l.jf~;.;.;.;.;;;:.Jtt.;..I.C+-~R++:R.:.,.t--'-+";":; 1+ .. _L~~ >_ ... ~ ____ ; __ : YA>.lV~· .. _ I < f r

H+-i-h-r-f-iJ.,.I-'--'-I-~-~~";-1.;Jc'-"+UJ""U."II'-lf'1. ONQ d:J..j Loo 1~.}3 J;'I\! 4' gt;: .

. '1 . I --: "--:--.. ~+--:-. _.-____ L ... -1-'- -t---- t-~-..J .. I _. ·· ... --.:.i-··4I • - --+

...

~

~ji~ttttt

_

..

"7 ., I t..W.;~J.J.f'-~.;.;..;...~_'_+.'~ ___ _ _ _ _ - : - - _ : , -_ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ "":"_"",:,+-:,,,,!,,,"""""""':.l.!.:;..lJ.U;.;..;J.it.I;W Jo 20 ""~ft ... _~ • .-.r. W"tftOl Jo

''0

{/Jo /00 Ilo /jo /fo

" . i , ,. , I I , . , ; /.: \

\ ' (' Plo: 13fJ .. , . , (, .. .;- .~ .. ~ , !. ': .\1 .,,\ I ,\.' '" .! .' ,,~ , " . " •.... 1 I Jo ~:: , _, . ,' \ , , J /'.,,"

..

.... /" . , .' . "-, \

•

..

•

...

We nemen nu de volgende geheel willekeurig genomen temperaturen

aan naast de bekende temperaturen van het koelwater bij het binnenkomen

en het verlaten vande condensor en de temperatuur van de condenserende

damp' 9/ &0 0<0 .J~g goó VE"Rso-I\'L

41 ~ < ~ _ _ 4 ,IlO< SCALE WA T ER 230/0

....

....

~..

--7~ b , '0.0 4"0.,0 6'0,00 Ei IVD corvDE.l\!So~

Met behulp van deze temperaturen kunnen we de h's berekenen met de

formules van de vorige blz.

Als h en ~ berekend zijn voor resp.de koelwaterfilm en de

monochloor-benzeenfil~ kunnen we _{de Uo} bepalen voor het begin en ook voor het

einde van een koelbuis door gebruik te maken van de formule:

1 1 1 1

= + +

500 11 (begin)

De factor O.D 1,250

l.D

=

0,890 = 1,405 wordt gebruikt omdat we alles

in het vervolg gaan berekenen op het binnenoppervlak van de buis.

Berekening van _hm voor de monochloorbenzeenfilm:

tf

=

269,6 - 0,75.43,1

=

237,4 0 F. k f

=

0,077 L'

₌

7,25

P

f

=

62,43/ 0,996

₌

62,70

,;U

f

=

0,290.2,42

₌

0,701 .

Deze waarden worden vervolgens in de formule ingevuld, zodat we het volgende resultaat verkrijgen:

1

2

J13

~

=

109,5 0,077 62,70 .7,25

=

8,43.74,13

=

62,.

I

-i

-Berekening van de h van de waterfilm b~ het begin en bij het einde van

de buis

einde begin van de buis

tf :;: 1850 _{= 113}0 kf

=

0,400

₌

0,360 ?-f

=

0,3355.2,42 = 0,810

₌

0,6000.2,42

₌

1,425. In de formule ingevuld: h = 5080 (0,400)2/3 ._'--- --(0,810)7/15

=

3030.

=

5080 (0,360)2/3 (1,425)7/15

=

2110. =====

De berekening van de U b:~i het begin en bij het einde van de buis.

o 1/Uo

=

1/625.1,405 + Hieruit is te berekenen: 1/500 uo(einde)

=

288 U ( _{o begin)}

=

278 + 1/h

De berekening van de uovoor get gehele buisoppervlak •

(Lit. Ferry (2e dr ) blz.970.

-

----

--

---

- -

-L\

t o2U1 •

=

20400

=

45500 2,3-.0,-19?9-·

-

--13

l

Met de hierboven berekende gegevens zijn we nu in staat om de aangenomen

temperaturen gedeeltelijk te corrigeren,en ook een correctie aan te brengen

voor de lengte van de condensor ,welke lengte eerder al op zeer grove

wijze bepaald werd.

Lengte van de condensor ( voortaan ook op het binnenopp. berekend)

723000 A( binnenopp. )

=

45500.19

=

~

=

3,60

I

ft

~

L' , .19 ===~==== = 15,90 (sq ft.) (van één buis) 19

- - - - -~~---

...

Daar bij het begin van de buis Do toA

=

q gelijk is aan:

278.196,6

=

q en deze warmtestroom in alle lagen dezelfde is ,

kunnen we de temperaturen vorrigeren: Voor het begin van de buis:

/4

287.196,6 = 500.~t Llt (=temp.versvhil in de scale)

11

=

2110.At

21

t

=

(= temp. verschil in waterfilm)

Voorhet einde van de buis:

288.129,6

"

Met deze = 500.L1 t = 3030.L1_t Ll t = Ll t=

(=temp.verschil in de scale)

(= t .verschil van de waterfilm)

gecorrigeerde waarden krijgen we nu het volgende beeld:

J 3..,..1 ,;;~ ~ dl J.1, 3 ~ . . . . - . . .e

3

'-

3

16?3

~4-j

~

,

~

<~ ~

_

~ 2oo

,

~ ~

9r~

'b

~

73,0 b 'TI) : ; / / / .< ( 8

Deze toestand kunnen we nu ook We(3r op dezelfde wijze gaan berekenen

en uit de resultaten weer de nodige correcties aanbrengen. Het uit

-eindelijk resultaat bij herhaald toepassing van deze rekenmethode zal

zijn dat de correcties nul worden en blijven ,zodat we dan pas van

de juiste toestand in de condensor kunnen spreken en ook de goede

lengte van de condensor weten.

Wegeven de resultaten van de

6

maal uitgevoerde berekening aan de

hand van de onderstaande figdur in een tabel weer :

. Jf~ {) 4!io-- E.' \\1 P G

""

"-LJf:.

~

""

.6&

.6t,

3 _{~~ ~}

t

t

~"

_"

"

"

"-J.

"

U

_et

<'4

/

t ~

"-""'''

~ .., ....

I::._L

t-t

7~o 4 - BI:C;"ry

• IS" e..

3

_L

Co' 230 149,1 149)6 149,8 150,0 -~---T-~~-r--~~~--~--~---t ₂ 153 99,3 91,9 92,2 93,3 93,3 --~---~----~---~3 260 236,3 196,3 198,1 199,2 200,3 .6 t 1 'I 80 26,3 18,9 19,2 20,3 20,3 ~_...L..--t-\----+---I--- - --- - __ ._ ,6t 2 }Bl;cilV 40 11,1,0 69,5 70,1 73,1 74,0

-~~~--~----~---!\t

3 76,6 60,3 108,5 107,3 103,2 102,3 /:;. t ₁

Î

90 12,3 9,1 9,6 9,8 10,0 Á t 2 )EiNDV·D. P->Vi< . 30 74,5 47,2 48,5 49,4 50,3 À t 3 9,6 33,3 73,3 71,5 70,5 69,3 U ₀₂ Lr 3030 2590 211Ö 1840 625 228 288 182 278 177 3,60 4,80 2510 2510 1800 1800 241 253 187 191 181 186 5,55 5,56 2510 2510 1800 1800 258 258 194 194 188 188 5,54 5,54

~

i OEI'f.

De laatste waarden,dus de waarden in de laatste verticale kolom nemen we nu als de waarden voor onze condensor ,welke dus een lengte heeft van 5,54 ft.

Duidelijkheidshalve hebben we op de volgende blz. nog de berekening van de laatste kolom weergegeven.

Dus het uiteindelijk resultaat is: Lr

=

5,54 ft.

19 pijpen met O.D.

=

1,250 in.

1.D. = 0,890 in. "shell" l.D.

=

8,000 in. "one shellpass and one tubepass" koelwater : 3,0 lb/sec. 0-, temp. : van 73,0 ~ tot

---

-

---o 140,0 F. 1 .,

De laatste berekening was

,

hV

t f

=

269,6 -0,75.85,8

=

204,6 L' _{= 5,54.} / u, f

=

2,42.0,35 k_f

₌

0,078 Pf = 62143 0,975

;J

t f = 83,2

t

k_f= 0,344 =

=

0,847 65,2 ~f = 2,42.0,8360 =2,020

=

5080( O,344} 2/3 7 15 = 2,020 1800 1/Uo2

=

1/500 + 1/258.1,405 + = 11 ₊ rt +

q/A =.6 t _{o1 Uo2 -} t:\t_o2Uo1 = 30600.

In .(\ t 0 1 U 02

L\t_o2U_o1

Lr

=

723000 =~!~~

19.0,233.30600 Eind van de buis:

= 50,3

--

-

-= 10,0

----..

f3 Ë çifl, 1;1.0 O/..J/S 1/3

~

= 0,078 ) 65,22.5.54 \ t 0,847

=

258.

=

145,0 = 0,371 = 2,42.0,4550 = 1,100 h₂

₌

5080 (0,3713/3 7/15 1 ,100 1 1/2510

₌

_l~~ 1/1800

₌

1 l~§

Begin van de buis :

,~t1

=

196,6.18~

=

~~h~ 500

LJt

2

=

12~s8ûI8§ = ~~~3

=

2510.

----4

•

... '

H, J, Wervers".

Ber.akening aan condensaatkoeler behorende bij chloorbenzeen

condensor.

Het" condönsaat verlaat de condenspot bij de kookpunt te_mp.

d.i. 132C, en moet door middel van een

centrifugaal-pomp naar het hoger gelegen voorraadvat worden

terugge-voerd. De verpomping kan niet bij deze hoge temperatuu~

geschieden, omdat de centrifugaalpomp tengevolge van de

hoge d~pspanning zou afslaan.

Cl arke : "Manual for process engineering calculations It ,-'

p.340(1947) geeft een grafiek van het verband tussen

zuighoogte en dampspanning van de te transporteren stof

voor een aantal pomptypen. Het blijkt dat de zu,ighoogte

vooral bij centrifugaalpompen aanzienlijk b~neden de theo- ~

retische waarde van 14.7 lb/sqlt-dampspanning blijft.

Voor centrifugaalpompen wordt vermeld dat bij een dampspanning

v~ 4 lb/sq" de zuighoogte

=

O. Chloorbenzeen bereikt bij

90

C

deze dampspanning. Het is dus nsodzakelijk een nakoeler

aan te brengen. Besloten werd tot 60 Cte koelen

Om

aan de

v'eilige kant te blijven. Vermoedelijk zal de door Clark

gegeven waarde van 4 lb/sq" wel niet onafhankelijk zijn

I

van het type centrifugaalpomp. '

Voor koeling staat ter beschikking welwater va~. ·

Per uur moet verwerkt worden 2415 KG chloorbenze~ ,

Aanvallkelijk werd gedacht aan ee.n I1tube and Shell"

warmte-wisselaar.

om

een goede overdracht te krijgen moeten in

verband met de geringe hoeveelheid te koelen stof meerdere

recirculatiesC"passes") worden gebruikt, vooral aan de .

chloorbenz~enkant, omdat de hoeveelheid hiervan niet '

opgevoerd kan worden. ,

Besloten werd een concentrische pijp warmtewisselaar te

.-gebruiken.

Geg~vens

Te koelen 2415 kg/hr

=

5320 lbs/hr chloorbenzeen

van

269.60F tot 1400F.

Hiervoor staat ter beschikking 8000 lbs/hr welwater

van

o

71.6 B. ,

Soortelijke warmte chloorbenzeen 0.37 BTU/lb.PF

Af

te voeren warmte berekend op 255 000 BPU/hr.

De uitgangstemperatuur van het koelwater'wordt dan l03.6oF

De ontstane situatie is ter verduidelijking in de schets

weergegeven.

Het logarithmiseh temperatuur gemiddelde tm bedraagt

---~~

/113.6'r·

,..---r

2,t

₁

l

o

f

, I

"

gemiddelde temperatuur c~loorbenzeen 205°F

It tI water 87. 60F

Voor desehatting van de'filmtemperaturen is gebruik $~maakt

van de door Clarke"Manual for process engineering ealculations" (1947) aanbevolen formule: t

i

=

t

±

tm/4 , waar,in tf = de f~'

filmtemperatuur, t= gemiddelde temperatuur van de massa. Het - teken, resp. + teken wordt gebruikt voor

gekoeld, rsp. verwarmd worden

Aldus schatten we een filmtemperatuur van resp 177.50~ 115.0oF voor chloorbenzeen resp, water.

Als uitgangspunt van een ontwerp nemen we een totale warmte doorgangseoefficient van 100 BTU/hr.sq ft. OF, waardoor het:",

.;:

in dit geval benodigde oppervlak 23.1 sq ft, blijkt te worden Kiezen we nu een Pfaudler roestvrij stalen, buis van lt" nominaa

(Pfaudler heat exchanger and condenser manual no 837), wa~an

de gegevens de volgende zijn: f{1.= _~ 1.370 "

~oc ~.434 ft •

Uitwendig oppervlak 0.3927 sq ft/ft

Overall coefficient van de wand 1620 BTU/hr.sq ft.oF De hiervan benodigde lengt bedraagt nu 59.0 ft.

We laten het monochloorhenzeen door de binnenbuis BiwPJ

stromen, en het koelwater in tegenstroom in de ringvormige ruimte tussen buiten-en binnenbuis.

De snelheid van het chloorbenzeen bedraagt 2.09 ft/sèc.

Het berekende Reynolds getal bedraagt 60 000.

Vervolgens passen we de dimensionele uitvoering van de "

formule van Colburn toe(zoals die door Clarke wordt gegeven <i.

p.252) ter berekening van de filmeoefficient van chloorbenz;een • • '~

De~e formule lUidt~0.6cO.4GO.8

h

=

18.6

0 4

0 2

BTU/hr,sqft.oF

u· D·

welke geldt voor vloeistoffen met een viscositeit van

lager dan 3 á 2 centipoise en in het turhulente gebied.

, .

'k= thermische geleidbaarheid BW/hr. sq f't. oF/ft

'Ca soortelijke warmte BTU/lb.oF G= mass-asne1heid in 1b/sec. sq ft.

'U = viscositeit in centipoise. . D

=

diameter buis in inches.

We vullen voor ehloorbenzeen de volgende waarden in uitgedrukt in de bovenstaande eenheden, bij de

filmtewperatuur:

0- 0.36 . (Ferry, 2 nd Edition p 528) u= 0.41 idem, ,p 795

k= 0.083 idem 956

HierdqQ,r wordt de formule van Colburn gereduceerd tot": ha 3.98'G0,8/DO.2 G=145 lb/sec.sq ft. d= 1.37"

Aldus berekenen we voor hchlbenz.

=

201 BTU!hr.sq ft.

op

.

We zijh nu nog· vrij in de keuze van de diameter van de bui·tenpjjp. .

Nemen we een 2 " nominaal stalen pijp volgens Perry, 874, met een inwendige diameter van 2.067", dan kunnen we met de de snelheid van 8000 1b/hr water,waarvan we zijn uit~

gegaan met behulp van de formule van Colburn de filmcoef- ~ ~.~

.'" .,

ficient van de waterzijde bepalen.

è passen weer een gereduceerde formule toe, nl

h- 5.6(1 + 0.011 t) GO.8/Deo.2 (Clarke p253)

waarin h= filmcoefficient aan de waterzijde BTU/hr.sq

t= gemiddelde filmtemp in OF

G= massaanelheid in lb/sec .sq ft.

De: hydraulische diameter, in inches, welke voor ons geval van een ringvçrmige opening= inwendige diameter buitenpijp- uitwendige diameter binnenpijp. Hier is D_e '= 0.632" en G

=

183 lb/sec.sq ft.

Aldus vinden we voor de filmcoefficient aan de waterzijde h=890 BTU/hr.sq ft.oF

~'.' .

'.

\

.

IJ"

Xn

verband met de weerstand van de pijpwand van 0.00062 (opgegeven door Ffaudler catalogus)

hebben we 'nU:

+ 1/201 + 0.00062 + I/ha .

l/~OO

=

~90

waarin hs de coefficient van de vuillaag voorstelt .' . , " ':/l

e kunnen de vuillaag aan de chloorbenzeenzijde ver~a~]ozen

omdat deze stof door destillatie gezuiverd is. , 1':' an de waterzijde mogen we deze echter niet verwaarlozen.

Het

_{blijkt dat met een hscale van 300}

BTU/hr

sat.oF bovenstaande vergelijking klopt.

Volgens een tabel in Perry, p. 981 is een waarde voor h_scale '~

van 300-500 te verwachten voor welwater, zodat ~it~ ontyerp

j • p. ~.,.,'"

". ,. ' T , '

, el aan de eisen voldoet.

Overigens zal men dezescale wel niet verwijderen 'omd~t bij,

een installatie zoals deze welke slechts ca 2 uUr per24~ur

in bedrijf is het nuttig effect van het koelwater geen rol speelt.

We moeten ter controle nog nagaan og de op grond van ,de gevonden filmcoefficienten gevonden

sprongen in overeenstemming zijn met zijn uitgegaan. '

individuele tempevatuur ~

de

Temp. verval over de waterfilm: 25500

_--

₌

_{12.4 F} 0 23.1x890

Idem over de chloorbenzeenfilm:255 000

=

5?~50F

. 20IX~.23.1

Idem over de vul.I1aag: 25500? _36oF 23.1x300

.

.,. ,

Ide~ over wanddikte van binnenpijp: 255 000 1: 6_.90F .

Hieruit volgt een totaal

temperatuu~ê~S!h±ï2~sse

,kern

~

,

• 0 , - '

van water en chloorbenzeenstroom van gemiddeld 112.8 F" _{o : :;L~} ~ .... "

,

terwijl ui tge.saan werd van 110 F. ' , :-: ~,

A;

'.

•

,/

te worden hoe groot" het druk-

-omdat slechts 1 atm~ ter be-schikking staat, daar het chloorbenzeen door de

eentrifu-gaa~pomp onder 1 atm abs. wordt aangezogen.

Het Reynoldsgetal bij de gemiddelde filmtemperatuur berekend op 60 000.

Uit de grafiek van de Fanning frictiefactor als func~ie van Re op pag 811 Perry, volgt in dit geval eeD waarde

van

de

, J\

frictiefactor f van 0.006. (aannemende met ruwe buis te werken om" aan de veilige kant te blijven).

Voor de totale pijp ter lengte van

59.0

ft een drukverval' van 3.1 lb/sq".

In verband met de beschikbare plaatsruimte wensen we de "'

warmtewisselaar maximaal een lengte van 2 m te geve ••

Daartoe m9.et deze"opgevouwen"worden in

9

stukken van 2.0 Dl,' ~;r

waardoor 8 'bochten van 1800 nodig zijn. ,," _.,

Perry, pag 825 geeft hiervoor aan dat het drukverlieS vOOr ~"t

iedere bocht ca met

50

pijpdiameters buislengte overeen-komt.

Brown : "Unit Operations" p.142 geeft voor bochten met korte ~traal een aequiv~ente pijplengte van 16.8 pijp-diameters op.

We zUllen ons aan de door Ferry gegeven waarde houden en vinden dan dat de drukval door deze appendages

ver-oorzaakt overeekomt met

50

x ~ x 8 ft pijp

=

45~6 ft ~.~

p,ijp. Hierdoor neemt de

berek~fIde

druk toe met een bedrag

"'~~

van2.4 lb/sq ", waardoor het totale drtlkve~leis wordt: .'

5.5

lb/sq".

Het is dus mogelijk de vloeistof door <i.e. warmtewissr~aár aan te zuigen.

Opmerk1pgen bij berekeningen aan condensaatkoeler. De in het voorgaande gegeven berekening van de ~onden­ saat-koeler is gebaseerd op het gebruik van de gemiddelde filmtemperatullI'.· De ph~sische constanten van water en chloorbenzeen zijn bij deze temperatuur genomen en "ge. bruikt voor de berekening van de individuele f'ilmcoëfi'i-cienten.

Ret is van belang na te gaan in hoeverre de filmcoeffi-cienten afwijken van de waarden bij de temperatuur van de uiteinden.

Voor een schatting van de f'ilmtemperaturen aan de uit-einden wordt weer gebruik gemaakt van t

i::'

t +.

At/4

(zie

p.lo )

en krijgt dan: filmtemp. , chloorbenz. : water • _• zijde 1 zijde 11

terwijl de hierbij behorende waarden vanG, u en k van chl.benz. worden:

228°F 12;oF

C 0.;8 0.;4- BTU/lb/'F

)l 0.30 0.65 centipoise

k 0.077 0.081 BTU/sq. ft.hr. oF/ft Sub.titutie in de formule van Colburn levert nu de

film-cO,eff'icienten, waarbij gevonden wordt: filmcoeffieienten zijde I I chloorbenzeen 220 water ₁₀₃₀ zijde I I 160 790 . ·0 BTU/hr-sq.ft. F

"

"

"

. ) Hierbij werd verondersteld dat de totale warmte-door-gangscoefficient over de gehelepijplengte cona~ant

,

.

De waarden van de filmcoeffieienten, berekend

van .. de gemiddelde filmtemperatuur, bedroegen. resp. 201 en 890 BTU/hr.sq.ft.oF voor chloorbenzeen en wa~er.

Voor de totale warmte-doorgangscoeff'ieienten. aannemende f .

dezelfde waarden van de vuillaag~coeffieient en de pijp-warmteweerstand als in het voorgaande, n.l. 300 en 1600 BTU!hr.sq.ft.oF, wordt berekend:

zijde I zijde II

106 87 BTU/hr.sq.ft.oF.

De totale warmte-doorgangsooefficient varieert dus veel met de temperatuur. De gegeven berekening draagt daarom het ka~akter van een voorbereidende benadering. Het is daarom gewenst om, na met behulp van de gevolgde methode .de afmetingen van de koeler ten naaste bij te hebben b~paald, voor een nauwkeuriger berekening de vo~­

gende procedure toe te passen:

1) Men maakt op de reeds genoemde w1Jze, een schatting van de filmtemperaturen aan de uiteinden r en

Ir

&n berekent, met de bij deze temperaturen geldende'waarden van de

physisehe constanten, door middel van dé formule van Colburn de individuele filmcoeffieienten, waarna men door rekening te houden met de coefficie~ten vaa de te verwachten vuillaag en de doorgangscoefficient van , ,

de pijp de totale warmte-doorgangscoeffieient U aan de uiteinden kan bepalen.

2) Bet vereiste uitwisselingsoppervlak kan berekend wor-den met behulp van:

- .

Q - A (U~t)log~ waarin Q= te verwerken warmtestroom, A= oppervlak en (U4t)log het log. gemiddeldè van de producten.Url tI'en U!t't_II•

3) Met de onder 1) berekende wáarden van de individuele filmcoefficienten en de vuil- alsmede pijp-doorgangs-.

coefficienten, kan men nu, rekening houdende met het

feit dat de warmtestroom door iedere laag dezelfde is, en wel gelijk aan UA_{t tott het temperatuurverval over}

iedere laag uitrekenen en hiermee een gecorrigeerde waarde van de filmtemperaturen vinden, waarna men de

berekeningen 1) en 3) herhaalt totdat opvolgende berekeningen

. .."

dezelfde waarden-leveren.