Toelichting fabrieksschema: Ureum-formaldehyde-hars

r·

I

I

.

i .

...

I

I

j

. I • .

.

, . T E C H NIS C H E H OOG E S C H 0 0 L -Toelichting fabrieksschema. Naam

Iv:

.

P. VOGEL

Onderwerp Ureum-formaldehyde-hars Datwn lvIaart 194$.

1 HET CHEl,~ISCHE PROCES EN GRONDSTOFFEN. 1.1 Grondstoffen:

1.2

Ureum wordt bereid volgens de reactievergelijkingen CO2

+

2NH3~ _{NH 2COONH4}

H2NCOONH4~~ _{H2N gNH 2} ~ _H20 Hiertoe worden _CO2 en NH

3 in een autoclaaf bij 190°C en ' 200 atmospheer circa 2 uur met elkaar in contact gebracht; Vit deze autoclaaf in de ureum-still geleid na koeling {~t {150oCf, waarbij de gassen worden afgescheiden en weer te-. ruggevoerd. Ureum wordt gekristalliseerd.

Formaldehyde. Uit methylalcohol door oxydatie (feitelijk dehydrogenatie met 02 als acceptor).

CH

30H

+

0 ~ H2C - 0

+

H20. Deze reactie verloopt in gas-phase; wordt Cu als katalysator gebruikt, dan een tempe -ratuur van 400 - 600°C; met IvIo als katalysator en Fe .;. Va als promotoren dan een temperatuur van 3000C.

De condensatie.

De condensatie van forr:1alctehyde en ureum is moeilijker te leiden dan die van phenol en forrnaldehyde. De condensatie wordt n.l. zeer sterk beYnvloed door de PH" Ook de tempe-ratuur speelt een trote rol en bepaalt mede de samenstel-linE van ~?t ?indproduct.

De condensatie in I e phase, d.w. z. het product moet nog vloeibaar blijven en dus nog hydrophyl zijn. Deze c onden-satie worat uitgevoerd in een reactor met roerwerk.

l ~---

-t

..

1

JIJ -2.

In basisch milieu ~~rijgt men hydrophile producten van l'fet _-, type dimethylol ureum

Deze st?f kan bij ~oed geleide condensatie zelfs in behoor-lijke opbrenGst worden afgescheiden. Tijdens de condensatie daalt de PH enigszins, waarschijnlijk door de omzetting van formaldehyde in mierenzuur volgens Canni Zarro.

~?

In zuur milieu vormen Zic~ .~_e~E_~ producten, Jls

,

N~2

-

g

N

=

_{CH 2}

en~N

-

g

-

N

=

C

_

~~ ~

laatsteJtf kan niet verder eepolymeriseerd-worde~: dus moet vermeden

~c----

________

_

__

worden.

_-

_L;1/~

Voor perspoeder is Ifcrosslinking" een voorname eis. Hier-voor moeten nog reactieve groepen overblijven, dus een

4'

"

A-stage met vele OH groepen etc.

(T.S.

Hodgins - H.G~Howay). In het eindproduct moeten vrijwel alle OH gebonden zijn,

j/,

daar anders het hars hygroscopisch~rdt en het geperste stuk doet barsten. Tijdens de harding is dus een zure reac-tie wel gewenst.

Naar--;:lang7e eisen wordt de condensatie in de reactor dus basisch, neutraa1 of zuur geleid. De 'PH controle is

van groot belang.

Voor giethars past men alle drie toe, dus van basisch tot zuur. Een te sterk basische reactie maakt het product bruin

Meestal voor basische reactie:NH

3. Volgens U.S.P. 1.482.357 wordt de reactie met NA 2CO) neutraal gehouden. U.S.P.

1.920.451 past borax toe, of CACO) MgC0 3•

Bij zure condensatie kan de PH tot circa 5 dalen.

Neutrale zouten als NaCl, _{CaC1 2} toegevoegd na de

condensa-tI "t{

tie bevorderen de polymerisatie.

'tot

Voor perspoeders ook weer van alkalisch~zuur milieu •

Kalk moet hierbij vermeden worden, anders vorming van

for-mose.

--Als condensatierniddelen hier ook NH

3 ' verder

r

I , ..,.

/

1.3

1

./

3

.

Door toevoeging van thio-urewn kan men zelfs tot PH

<:::::::::

5

gaan bij de zure reactie. Over het algemeen zal de tempe

-ratuur hoger gehouden worden bij de bereiding van

perspoe-ders dan bij de bereiding van giethars. Toegepast wordt

600_ 1000C. en soms hoger.

Voor vernissen worden verschillende methoden toegepast,

afhankelijk van het gebruik. Water-oplo~bare vernissen

k ' 0 0 1

't-o/

0 h OIO

worden ver regen OlJ age temperatuur enjbaS1SC ml leu.

Voor in alcohol oplosbaar vernis moet men in alcoholische

oplossing condenseren. IJlet gehalogeneerde aromatische al

-coholen verkrijgt men een onbrandbaar product. (l .G.

Far-ben Brevet Francais 641.420). Vernissen oplosbaar in

koolwaterstoffen worden gemaakt in tegenwoordigheid van

mono esters van poly alcoholen met vetzuren. De lange

vetzuurketen zorgt voor de oplosbaarheid. Dit is ook te

bereiken met alcoholen met lange aliphatische keten.

In het algemeen geeft thio-ureum-toevoeging een minder

hygroscopisch product. Dit wordt dan ook veel als

modi-ficator toegepast.

De molecuul-grootte na condensatie in de reactor hangt

af van de tijd, temperatuur en verdere omstandigheden,

zoals gebruik van een condensatie-middel. Toch zal steeds

als eis blijven gelden, dat het product vloeibaar blijft,

ook bij lage telilperatuur. Het moet n.1. uit de reactor kun-nen afvloeien.

Daar de getekpnde ap~aratuur voornamelijk voor de

berei-ding van perspoeder i s bestemd, vo16en onderstaand nog enkel e ~eievens hi erover.

Katalysatoren voor de harding, (accelerators).

Hiervoor worden vele stoffen gebruikt . Voor het bereiken van een zure reactie vvel NH

4 Cl , NH4N03 E. P. 312.343.

Zouten van organische zuren met anorganische basen b.v.

U.S. P. 1.898.709 geeft a~nonium salicylaat, Mg-zouten enz.

Organische basen, dus basische reactie , b.v. hexamethyleen

-I i

I

I

V1;yL~

I

J.{:~

I

~

I

1.4

I

I

!

,

Soms wordt nog oxaalzuur, phtaalzuur enz. toegevoegd om de PH te ~en( b.v. Brevet Francais 711.267)naast hexamethy leen tetramine. Ook esters:methyloxalaat E.P. 358.470 ,

triphenylphosphaat, phtaalzure esters (Brevet Francais 718.093.), monoester glycerol "" adipinezuur.

In het hieronder besdhreven proces is als katalysator

hexamethyl~en tetramine gedacht. De katalysator moet soms gewijzigd worden bij dikke stukken. Tijdens het persen

----laoet de stof een zekere fluïditeit behouden, dus niet te snel harden.

Plasticizers.

Water is de beste plasticizer. Verder worden ook wel gly-aerine, ketonen en aminen gebruikt. Ureum en thio-ureum geven zelf ook een verhoging van de fluïditeit.

A

.

Schnittrnann Kunststoffe 34.1 (1944) 1.5 Kleurstoffen.

De ureumharsen worden meestal in pasteltinten gekleurd.

De kleurechtheid is van groot belan~. Zowel organische

als anorgani sche vlOrden ge bruikt.

Tenslotte nog een zeer origineel patent, waarvan niet bekend is of het toegepast wordt. Brevet Francais 637.051 (1926) H. Spinder.

Deze gaat uit van een mengsel van NH

3 en CO onder 1000 at-mospheer druk bij 150 - 4000C met Fe, Ni, Co, Cu enz. als

'L

//" katalysator, waarbij polymefisatie producten worden

ge-vormd. De voorwerpen hiervan gemaakt worden gedroogd in een autoclaaf en oppervlakkig gehard door verhitting met formaldehyde gas.

-De mogelijke structuur van de hars na harding in de pers (C-stage) is: NH I C=O N I

?H2

N I

G:O

r

.'

5.

A stag;e C

---=

= 0 NH-CH 2OH _C .---:

₌

°

N=CH 2

---

NH-CH 2OH

_---

N-CH2 dimethylolureurn ~H _{- CH2 - NH} I C ..

°

C =

°

I I NH - _{CH 2 - N - CH20H enz.}

B stage ligt hier tussen in en wordt bereikt tijdens het drogen en malen van het product.

Fillers.

Hiervan is de keus meer beperkt als bij phenolhars, omdat

de kleur niet bedorven mag worden. Meestal worden zeer

licht-gekleurde fillers aangewend.

Het meest wordt bebruikt zuiver 0( -cellulose, wat ook goed

geïmpregneerd wordt.

Is de slagweerstand van belang, dan vvordenook wel stukjes weefsel van ca. 1 cm2 oppervlak als fillers gebruikt.

Asbest wordt toegevoegd als de stof warmte-bestendig moet zijn. Mica voor electrische doeleinden, verder nog caseïne,

gelatine, enz.

2 HET TECHNISCHE PROCES EN DE APPARATUUR. 2.0 De capaciteit.

Uit R.Houwink Technology of Synthetic Polymers page

4

,

blijkt, dat de totale jaarproductie van ureumhars en an

-dere condensatie producten uit ureum en formaldehyde circa 25000 ton per jaar oedrae.gt,in de U.S.A.

De ureUQharsen worden voor luxe voorwerpen en

namaaksiera-den gebruikt. Hiernaast ook nog toepassing bij bereiding

van "plywood" enz. De doorzichtige hars komt wat optische

eigenschappen aangaet ongeveer overeen met kwarts, dus i hier zou nog een toepassing liggen.

Neemt men deze dingen in aanmerkin~, dan zal een geschatte productie van 1000 ton per jaar voor een Nederlandse fa-briek wel de markt dekken.

6.

2.1 Het proces.

I

I

! I I

.

I

/ ,

1

j~V.

I

I

I

In de reactor vindt de condensatie plaats, die bij een

temperatuur van 2150F. on~eveer 2-2l uur zal duren. Tijdens

het condenseren werkt de koeler als reflux-koeler. In de koeler worden dus gecondenseerd water, formaldehyde damp enz. Naar gelang het proces vordert, zal deVformaldehyde afnemen. Het opwarmen geschiedt met de stoorlllTlantel tot het begin van condensatie. Verder moet warmte worden afgevoerd,

wat hier met de koeler gebeurt. Tijdens de reactie worden de PH en temperatuur gecontroleerd, waarbij de eerste, dus

de PH ' bijgerebeld kan worden door toevoeging van NH 3• De temperatuur kan desnoods ook verlaagd worden door toe-laten van koelwater in de stoornrnantel.

Na het bereiken van de vereiste samenstelling, dus bepaalde viscositeit, moet snel worden afgekoeld tot circa 950F.

Dit wordt bereikt door het aanbrengen van vacuum op de reac,

tor, die door nflashine" zijn warmte verliest. De koeler kan dan dienst doen als condensor. De snelheid van de ver-dampin8 wordt hier beheerst door het schuimen van de

vloei-~~

stof. Deze periode neemt ongeveer 1 uur in beslag. ~moet

4U 'U.d(

een groot.dt.edee 1

tJ

van het water verdampt worden. Dit wordt bereikt door weer stoom toe te laten in de mantel en het

water onder vacuurn te verwijderen, waarbij de temperatuur niet boven 950F. mag komen.

Deze periode duurt circa 2-2~ uur.

Hierna wordt de inhoud afgelaten in de menger, waarin de

vloeistof i,eInenè.,d wordt.met 0<:: -cellulose. Dit mengen duurt ongeveer 1 uur. De stof i s dan kruimig ~eworden en wordt

in platte bakken van aluminium geschept; op een wagentje geladen en in de drOGer gereden. Na droging, die circa

6 ~ 7 uur duurt , wordt ~ekoeld met lucht en daarna wordt

het product Gemalen in een kogelmolen.

Hierbij ~orden de accelerator, kleurstof, plasticizer enz.

toeGevoet,d. Het muIen gebeurt continue. De duur is hier

afhankelij~ van de 0ewen~te fijnheid, die door de

---r---

_I

•

I

I

1

pi~.

I

7.

heid voeding 6ere~eld kan worden.

Hierna kan het i!la:.;.l...,oed in (.e t,-,bletten-pers sebracht

wor-den, waarn& de t~oletten n2~r de vormpers gaan.

Het is ook ~eWdnst behalve perspoeder met filler, een

product te ;rw.ken z0nder filler, zodat dan de bevverkinc

iets eenvoudit'er l\:en ~eschieden. Eier·1~oe is een

Krause-inst?-~la~.Ü: ;.etel~encl, die zowel de dr0[er als de

kogel-molen vervangt . .:3ij een behoorlijke fluïditeit na het

verlaten van de menger zou zelfs 00l( hars .t filler in

de Krause-instu.ll<.'tie verwer~(t kunnen \\orden, wat de be-werkinGen meer continue en minder arbeidsintensief

zou-den rna.Ken.

De reactor.

Deze werd eekazen naar een ontwer~) van Brothmer en \'Jeber

(Chem.

&

~~t. Eng. Dec.

1941

p~.

73)

voor een

500

gallon

ureum hars-fabriek. Deze namen een "20:;& nickelclad" staal voor de reactor zelf; voor de koeler, àie als

reflux-koe-Ier en condensor dienst moet doen, zuiver nikkel. Als

roerdereen "horseshoe"-roerder met

41

toeren/min. , wat

overeenkomt met een snelheid van het uiterste punt van

circa

500

feet/min.

Dit type roerder is in deze reactors gebruikelijk, met het oog op de hoge viscositeit teeen het einde van de reactie. Een propeller zou

~

voldoende roering geven.

Speciale aandacht besteedden zij aan de pakkings bus

en taats. Als pakking werd geimpregneerd asbest gebruikt.

De reactor is ongeveer 2 m. hoog van bodem tot topdeksel en tot

3/4

van de hoogte omgeven door een stoommantel.

De reactiewarmte wordt afgevoerd in de reflux-koeler, die in afwijkin6 van de normale constructie , tevens als con-densor dienst moet doen tijdens het afdampen van het wa-ter onder vacuum.

2

.

3

De menger of kneder.

Deze bestaat uit een trog, waarin 2 ongeveer Z-vormi ge messen draaien. De trog kan in zijn geheel gekipt worden om geleegd te worden.

..

•

8.

In dit geval is de trog geheel 6asdicht gedacht en kan er stoom in de mantel worden ~oegelaten. Als de cellulose namelijk al goed geimpregneerd is, zou de kneder ook als

i droger dienst kunnen doen. Hiertoe wordt hij onder vacuum

gezet en kan stoom in de mantel toegelaten worden.

Hiermede wordt bereikt, dat de tijd in de droogruimte bekort kan worden. Door het voortdurend kneden zal de warmte-overdracht goed zijn. Vermoedelijk zal dit niet

kunnen worden doorgezet, totdat een geheel droog product

is verkre~en. Inhoud van de kneder 100 gallon.

Capaci-teit 1000 lbs/hr. l\ Af' me lngen t '

3

0 dn bl'J'

32"

en hoogte 28". 2.4 De drooginrichtin6.

De drooginrichting is een "compartrnent tray drier". De

lucht hierin wordt niet in eens op.::sewarmd en daarna door

het ~ehele appuraat ~evoerd , maar wordt in verschillende

etappes verhalmd. Het voordeel hiervan is, dat de

begin-temperatuur niet hoog behoeft te zijn. Na iedere passage koelt b.v. de lucht af tot iets boven zijn dauwpunt en

wordt dan weer opgewarmó, zodat de relatieve vochtigheid

weer afneemt en kan de lucht verder g.@d=ld='vwrden. vVil

men hetzelfde bereiken met ~~runaal verhitten, dan moet

tz

I men becinnen mot lucht van veel hogere temperatuur. Zoals

uit onderstaande fiLuur blijkt (Bauger en Mc Cabe, page

283, 1936)

r---T

vochtigheid lucht ----} KgH₂0/kg l ucht .. -~. i . . A na eerste passage, B na tweede, enz •

Door om te schakelen kan men bereiken, dat de droogste

lucht nu eens Ljet de bovenste plaat beLint , dan met de onderste en~. Jaar el' ieen Le~evens bekend zijn van de stof, is het lTJ0eiliJ!' 0lf! enige herekening op te zetten.

I . 'J

..

9

.

De temperatuur v;;n de l'û.cht mag echter niet boven 500C.

!'

komen. Het op~ervlakte water zal reeds uit de stof verdwe -nen ~ijn voor' het inbren~en in de droogruimte, dus is er

Kans op hardin~ v~n di~ o)p8rvla~. In verband hiermede is

het wel noodzakeli~k dro~e lucht in te voeren.(teu,ile~r)

Hiertoe zijn 3 silicagel droGers t;etel~end, ~,a2.rvan er

steeds 2 in serie in ~ebruik zijn, terwijl de derde wordt

geregea€erd, door middel van de daaromgewonden stoomspiraal.

Dit _{waarbor0t een efficient gebruik} van de slicagel. Met

tNee droè,ers in serie kan immers de eerste tot zijn

maxi-mum capaciteit water opnemen. De droge lucht kan eerst de koelkamer passèên en daarna in de droogkamer worden toege-laten. Eindvochtigheid van het poeder is circa

4%

.

De drooginstallatie kan b.v. uit

3

compartimenten bestaan,

waarbij de oroge lucht inGevoerd kan worden in het compar-timent met de droogste stof, dus een soort countercurrent

toepassen. Een tunneldroger zou voor dit doel

waarschijn-lijk te broot worden. Een vacuumdroger kan ook worden

toe-gepast, maar biedt m.i. niet zulke grote voordelen. Hier-bij moeten ook de pl&.ten worden verwarmd, dus zou op het einde van de droging toch oververhitting ontstaan, die bovendien niet oi slecht te controleren is.

2

.

5

De koelkamer kan dezelfde vorm hebben als de

drooginrich-2

.

6

ting. De droge lucht uit de silicageldrogers kan hier

worden ingeleid en dan naar het Ie compartiment van de droger

worden gevoerd.

De kogelmolen is voor een capaciteit van ca. 1000 lbs/hr gedacht. De bekleding is van hard~porcelein evenals de kogels. Dit is vooral gedaan met het oog op het bederven van de kleur door slijpsel van kogels en wand.

2

.

7

De tablettenpers is niet afgebeeld. Deze dient om het fijne poeder in tabletvorm te brengen. Dit heeft het voordeel,

I'

10.

kan worden door de afnrune van het schijnbare s.g. van de stof.

2.8 De vormpers.

Deze moet uit roestvrij staal bestaan, daar gewoon staal wordt aangetast. Hierin gaat de hars in C-stage over. 2.9 Het Krause-apparaat is klein uitgevoerd

(3

bij

4

meter)

3

3.l.

3. 2

3.3

in overeenstemming met de kleine productie. De verwarming van de lucht geschiedt met afgewerkte stoom o.a. van de turbine. Bij kleine hoogte van de Krause-apparatuur moet men de verdeling van de stof fijner maken. De contacttijd wordt geringer. Dit kan bereikt worden door het opvoeren van het toerental van de verstuiver. De stof is gemakkelijk af te scheiden. Dus is een cycloon voldoende. De gedroogde hars op de grond wordt met koude droge lucht gekoeld en

---_.

afgedekt om de hars in B-stage te houden.

---.

__ .

Bij grotere installatie is het waarschijnlijk voordeliger om de lucht met rookgassen te verwarmen, b.v. door middel van oliebranders. Dit kan tevens dienen (na zuivering) voor

de regeneratie van de silicagel •

. Temperatuur van de lucht ten hoogste 600C. en voorgedroogd. Zie Chem.

&

Met. Eng., Febr. 1944, pg. 152.

BEREKENING KOELER VMJ DE REACTOR.

Zoals boven reeds i s uiteengezet heeft de koeler 3 functies, Ie. Reflux-koeler voor afvoer van de ractiewarmte.

~

-2e. Tijdens het vacuum-trekl.cn moet koeler de

,

~p

conden-seren _~/c _. .. ", ./vre.-..--/ _{J! .}

3e. Het condenseren van de damp tijdens het drogen onder vacuum.

3.1 Ie. Reflux-koeling.

In de koeler komt een mengsel van formaldehyde en water-dru!lp en v\'el bij een temperatuur van 2150F. De hoeveelhe id formaldehyde neernt af. Daar voorui t reeds te zeggen valt ,

dat voor functie 3 een veel

~'iL-voor 1

.

,

~11AA";A we l1;j.{5r

._---

... 1A1AJ

_-2150F. wordt gecondenseerd.

----

.

groter oppervlak nodig is dan

1~'U/

aannemen, räIIeem stoom van De hoeveelheid warmte ontwikkeld tijdens de reactie kan ongeveer op 100 Btujhr per lb. reac-tie-mengsel worden aangenomen. Als dus totaal ongeveer

- - -

-formule 3.1a

..

11.

4000 Ibs aanwezig zijn, zal per uur 400.000 B.t.u.

afge-voerd kunnen worden. Hiervoor is nodig bij een toe te

la-ten stijging van de temperatuur van' het koelwater van 10°F.

een hoeveelheid koelwater van 40.000 Ibs/hr. Het koelwater

l~~'

s~oomt door de pijpen; de stoom condenseert l~en~ In de

koeler zullen pijpjes met een buiten fJ van

5/8"

en een

binnen;5 van 1/2" worden gebruikt. De,filmcoëfficiënt van

de afzetting aan binnen-en buitenzijde op circa 2000 B.t.u./

o

hr. sq.ft F. aannemende, komen we tot de volgende

verge-lijking van de overallcoëfficiënt~

1

=

U

waarin hd

=

filmcoëfficiënt afzetting

=

2000

k

=

warrrmgeleidingscoëfficiënt van Nikkel.

Ol

=

buitenoppervlak van een pijp pe~strekkende ft.

Om

=

gem. oppervlak pijpwand

02

=

binnenoppervlak van een pijp per strekkende ft •

0l

=

1.96 sq. inch per 1" pijplengte.

02

=

1.57 sq. inch per 1" pijplengte.

Dus Drn

=

1.75 sq. inch per 1" pijp. K voor N.

1 210

0

F.

=

34 B. t. u./hr. sq.ftOF. per ft.

tJ.t koeler begin is

215-75

0 • 1400 F • (temperatuur

koelwa-215-$50 1300 ter

=

75

0_F.)

eind

-

_-

F.

De waterzijde zal wel de meeste weerstand geven, waarbij

de weerstand aan de stoomzijde , geen grote invloed zal

hebben, daarom heeft het weinig zin een correctie aan te

brengen in hstoom-wand. voor Llt verandering. Hiervoor

kan dan ook genomen worden

fj,t

_gem

=

~ tI -

D.

t ₂

2.3 log

ti

tI

Kt2

=

_--.;1;;;;..0~ _ _ _ _

=

2.3 log 140/130

Om tot een schatting van de wandtemperatuur te komen wordt

hstoom-wand aangenomen op 1600 B.t.u./hr.sq.ftOF. en

• formule 3.lb Zie dus 1

ffi

12. formule 3.1~ 1 = 1

+

1

t

1/16 x 1/12

+

U

IOöö

2öö5

.

175/₁₉₆ x 34 Dus

De wandternperatuur aan de oppervlakte van de afzetting aan de buitenzijde zal dus zijn î(temperatuur stoom - U x

~ hstoomwand 215 -

l~~g

x 136

=

190°F.

De filmtemperatuur van het condensaat dus tf = tstoom

-0.75

(~tl)m

= 215 - 0. 75 x 25° =

1

97

5'F.~(~

t

l

m)=

tempera-tuurverschil van stoom naar

wand

~.

h ' 3 2 , ~

Nu is volgens Nussel t m

=

0. 725 I kf Sf g r ~ At

(N DO

ff!1

t )

(N - aantal pijpen onder elkaar, dit zal hier ca. 7 zijn) h

=

0. 725 (Oo4053x60ol82x 979. 4 x 4.18 x

lo~)i=

1930 B.t.uj

m 7x 5/$ x 12 x 0.750 x 25 h _r.sq. f _{t .} OF

De buizen lopen iets schuin (ongeveer 75° , met de verticaal:

*.----dus feitelijk zou nog met

\f

sin 75° vermenigvuldigd moeten worden, d. i. echter circa 1.

De watersnelheid stellende op 3 ft/sec. , dan geldt voor de

waterzijde :

~

=

0.0225

(~

s

)O.$ (~)

0.4

D =

~"

=

-d

ft. k

=

0.348 V = 3 x 3600

=

10.800 ft/hr. S

=

62.2

IJ

=

2.08

Hieruit: h

=

770 B.t.u/hr.sq.ft.oF.

Een nieuw opzetten van de oereKening OrG betere wa

ndtempe-ratuur ~e vinden is dus overbodig.

Berekent men U met de gevonden waarden uit 3.la met dus hstoomwand

=

1930 en hwater-wand = 770 dan U

=

overall-coëfficiënt

=~.t.u/hr.sq

.

ftOF

.

3.2 Ha de reflux-})eriode moet de temperatuur in minder dan

1 uur teruc;.:;e bröcht ',vorden op 95°F. Dit ge beurt hier door

er vacuum op te zetten. ~et een hoeveelheid van

4000 Ibs. reactierrien~sel met s.\varrnte = 0.6 , is de hoe-veelheid warmte, die af~evoerd ffioet ~orden 4000 x 0.6 x

•

..

-13.

Het condensor-oppervlak hiervoor nodig zal ook minder zijn,

dan die onder 3.3. Deze berekening is daarom niet uitge-voerd (gem. ~ t is hi er groter dan onder 3.3).

3.3 Condenseren van de damp tijdens het drogen onder vacuUIn • Het vacuum wordt t,ebracht op 28. 5 inch Hg - 0.814 lb./sq.

inch d.i . n.l . de druk van waterdamp bij 950F.

De hoeveelheid warmte af te voeren per uur hangt af van de toed;evoerde hoeveelheid stoom in de stoomrnantel en deze han.:;;t ,,'leer sar.1en D.et het V. O. in de overall coëfficiënt van stoom naar reactie-menGsel.

De overall-coêfficiênt is niet te berekenen, maar blijkt uit de practijk (Brothrner en Weber) circa 34 B.t.u./sq.ft.

Hr.oF. te zijn. Het V.O. is bij deze reactor circa 72 aq.ft.

De Lebruikte verwarmin...;sstoom aannenende op 60 Ibs/sq. inch.

°

=

292.9 F., dc..n i s de 1o.'armte toegevoer0 ~Jer uur : (292.9 - 95) x

72

x 34 = 4S3.000 B.~.u./hr.

11

tm stoom-water is nu

11

tI -

Ll

t ₂

=

2.3 log

Li

tI

Kt;

(immers watertemperatuur

=

750 wordt opgewarmd tot 85°,

stoom blijft 950 dus ~ tI

=

95 - 75

=

20 ,

6

_{t 2 =95} - 85,10) Aannemende, dat cl'~ temperatuurverdeling is als onder 3.1

dan vinden we een wandtemperatuur van 92.4°F.

De filmtemperatuur is dan tf

=

tverd.stoom - 0.75 Llt

=

95 - 0.75 x

2

.

6

=

930F. Dus ingevuld in Nusselt formule

(formule 3.1b ) geeft :

r---~

\

4

/

~3 2 $

h - 0.725

V

0.3)5 x62.0$ xl040x4.18xlO

m - 7 x 1.$0 x 0.052 x 2.6

=

1815 Btu/sq.hroFft. .

Voor deze berekening Eeldt hetgeen opgemerkt is onder 3.1 ,

L

in verband met üe afhankelijkheid _{van hm van}

6

t

J,

nog~meer

,

ç/.Ue, ~ daar

6.

t klein is. Toch heeft het m. i . hier ook geen zin

om een correctie aan te brengen of de h over de lengte van de buis te integreren.

Aan de waterzijde kan weer de formule 3.1c worden toege-past, d.i . de Dittus-Boelter formule. Deze is in deze ge-daante onafhankelijk van ~t.

r-~' --~-

-'-

~---"1

•

14.

Dus hiervoor hetzelfde als onder

3.1

dus

770

B.t.u/hr.sq. ftOF. De overallcoëfficiënt wordt nu weer berekend volgens

3.1

a, waarbij voor KNi de waarde

36

B.t.u/hr.sq.ftOF. per ft moet worden aangenomen •

De overallcoëfficiënt is nu

300

B.t.u./hr.sq.ftOF. berekend op het buitenoppervlak van de pijpen.

Het benodigde oppervlak is dus aantal B.t.u.af te voeren~uw

Etm

x U

=

~~~=-=

_300x14.3

483.000

113

sq. ft.

Het buitenoppervlak van de pijpjes -

0.1336

sq.ft. per ft.

1

_{eng e, us} t d t t 0 aa no

1

d · ~g

0.1636

113

=

690

f t. P1Jp. . .

De snelheid is vastgelegd op

3

ft./sec. ~n de hoeveelheid op

v

ld.

(;"'00

lbs/hr van het water. Dus per seconde

40.000 •

3.600

11.1

lbs/sec.

Benodigd oppervlak

~1~162.2

=

0.0595

sq.ft

=

8.55

sq. inch. De doorsnede van de pijp is

0.1925

sq. inch., dus voor een snelheid van

3

ft/sec. zijn nodig

0~i§~5

=

45

pijpen. De lengte van de pijpjes zou moeten zijn

6~~

=

15.3

ft. Dit is te lang. Het is dus beter het water heen en terug door de koeler te voeren, waardoor de lengte

15.3

_

7.65

ft.

2

wordt. Op L}tm heeft dit geen invloed (de temperatuur van de stoom blijft hetzelfde dus t

l

=

constant).

Daarom een doorsnede met

90

pijpjes.

Onder elkaar

V

90

_II x

4

_C1rca

.

11'"

_{p1JpJes 1n et m1} ' h 'dd _en.

Aan de kant ten hoogste 2 onder elkaar, dus gemiddeld 7 pijpjes onder elkaar.

De koeler kan dus 8 ft. lang worden genomen. De diameter van de tube plaat

12".

Hoeveelheden: In reactor Totaal

1140

lbs urewn

2810

lbs formaldehyde

3a

fo

50

Ibs NH 3 s.g.

0.9

4000

lbs. met water

1970

lbs.

38

lbs.

100

lbs. reactie

2100

lbs. water

..

• In mixer

1050

lbs. cellulose In kogelmolen 5 lbs. Zn. stearaat

15

lbs. hexamethyleen tetramine 1 lb. Zn. O •

Hieruit wordt gevormd

2700

lbs perspoeder.

Dus productie per dag circa

8100

lbs.

15.

Bij 280 werkdagen per jaar is dit een jaarproductie van

1040

ton.

Litteratuur.

.

....

_{. .}

_.

•

Talet. Les aminos plastes.

R. Houwink. Technology of Synthetic polymers

1947.

R. Houwink. Chemie & Technologie der Kunststoffe

1942

•

Norrnan Shreve. Process industries.

1945.

Groggins. Unit Processes.

1947.

s.

Leon Kaye. The production & properties of Plastics.

Brothmer

&

Weber. Chem

&

Met. Eng. Dec.

1941

pg.

73.

T.S. Hodgins

&

H.G.Howay - Ind.Eng. Chem.

31.573

(1939)

Chem.& Met.Eng. Febr.

1944

pg

152.

Verder: lVlac Adarus Heat Transmission

1942.

Perry Chem. Eng. Handbook

1941

Badger & I-Ic. Cabe Elements of Chem.Engineering.

• • •

.

. .

• •

...

1ó~'tj4

~~

/3.7"

=

{J.O)2-.!jh

=/ay

~.h-.~.

I'

J ><.62.1.. "

k

~

#tJ.--

~

/tI

~.

O. /;2..)

a;

ho

~

~

~

~

~d

//a-./

J-jI/dve-

~ ~'c;

/

~ . 'I =

.5Y

j~ ~ . I

I

0'/7 v.r /-/

L

L;;k-

~

)j)4v

~

Zf':

~

=

Il

.

t>/t'.

j;/~ 4.~ .

/,4/~~~LJ~~

~

hJÁ--z

~

C14-~

i

r~,

w~~~

/~

.

.{J

~ t.'/;k~

/l4

-v-r

rél...

J>,.~.

L

~

~

~~

--./ //"

"-7,,1<-./

.

~~~;.

~/21j~~-L/~ddL..J

I

....

;

·

I

I

_I

~~

.

tn-v

1l4-

~~

A.;d

,.;

.

P>v~

</J?!D

~

~

~l

~/ ~1'

Á~

~~

4-

szm0

"7~

~~~~M~

l

··

~

4 ~

= /Ij Zo-v

~J

.

~2

(

J.

gb~.W~CÛ-~~~~

~/hUÁ~1~c< h-vd~ /~ h.,'~ I / '

~

~'

h

~/

/

~

/

ldjiÎ~

h..d .1uÁ~ ~ ' ~vd~ . 2.

~.

,

<J~~

1-- ;j h.--I

~

/

~'J- t.II~~'

~

~1

t<4~

~i

q

h.

~

/

I~

'

~

~/~~

t:V~

~

'T

h

~'

i

f,6

~

~

.