Bereiding van de filmdrager

.

f

ot 'j .~ H. W. d e Wol t .

Vorslag F A B R lEK S S C HEM A • (Beré1d1l1g van de F11md.rager) 11'

" ,.~- .-.~. :--,:"';7;~-=---:! . h,

::4~3.3\.

t

. ,,'': ,; ... ::. 1 i " I .. , -..--.~.

"

.-I .. Inleiding,

In dit schema zal de fabricage van de .filmdra .... ger behandeld worden. Deze fabricage is in feite een vol-komen op zich zelfstaan~ productieproces, hetwelk echter zeer nauw verbonden is met de fabricage van het handelS-klare product, de fotogratische film. De bereiding van het hoofdbestanddeel van de filmbasis n.l .. de cellUlose-ester" kan wel volkomen losgedadgt,worden van de filmfiabricage, zodat op dit prOductieproces niet nader ingegaan zal wor-den. Wel kunnen dienaangaande enige opmerkingen worden ge~

maakt.

Meestal worden tWee soorten cellulose~esters als filmbasis gebruikt) n.l .. de trinitraat~en de trlacetaat~

esters van cellulose.

Eerstgenoemde ester heeft echter op de triace-taatester het nadeel) dat deze ontbrandbaar en ontplof= baar is. In verband met de veiligheid in de fabriek en in verband met de eisen) wat betreft de veiligheid, die aan fotografisChe films worden gesteldl is de keuZe dan ook

gevallen op de triacetaatester.

Wel dient hierbij nog te worden opgemerkt, dat

'J.

veelal triacetaC). t van VerSChillende samens telling wordt ~- ~ 4fgebruiktj n.l~ met een gehalte aan vrij azijnzuur van

rj.. \.

~?t resp. 58

10

en 56

1°,

hetwelk afhankelijk is van de soort

'r

filmdrager" die bereid moet worden. ,Tevens worden giet-vloeistoffen ("dopes") van verSChillende samenstelling be'" reid al naar de aard van de eisen, die aan de filmdrager worden gesteld.

Bovendien wordenj mede om bovenvermelde redenen j \ .) filmdi'agers van verschillende dikten gegoten. Met al deze

factoren zal hier geen rekening worden gehouden. De hier besproken fabriek kan representatief geaCht worden voor een gemiddelde productie van filmdragers.

II. Grootte van de productie.

De totale p,roductie van filmbasismateriaal werd gesteld op 200.000 mi!. per maand. Dit is berekend voor een

productle~ welke een groot deel van de Nederlandse markt

kan voorzien en bovendien nog een deel voor export kan be~

stemmen.

Uiteraard bedraagt de productie van de kleuren .... films maar een klein onderdeel

van

de totale productie aan f 11mmateriaal" zodat sleChts

i

70

van de gefabriceerde film .... drager bestemd is voor de productie.van de kleurenfilm

6X9.

Deze productie van 200.000 m2 -per maarid is de hoeveelheid afgeleverd product. In verbaMd met verliezen

tijdens het fabricageproces zal rekening worden gehouden

~---~---'~

t.

met een verlies van 10

10.

I II.Bereiding van de filmdrager.

'Deze k4n verdeeld gedacht worden in drie hoofd~ bewerkingen :

A. De bereiding van de gietvloeistof ( "dopelI ).

:B.

Het gieten van de "dopelI op de gietbandmachine.

c.

~et opbrengen van de substraat .... en antistatische lagen ..

A.

Allereerst zal een beschrijving van het proces en de gebruikte ~pparatuur worden gegeven en vervolgens de meer gespecificeerde gegevens I wat betreft de

afme-tingen van-de gebruikte apparaten; recepturen en mate~ riaalbalansen.

De bereiding van de gietS'loeistof ..

- ~

Deze geSchiedt in

verti~aal

opgestelde

~

van aluminiumI waarin de cellulose~ester te zamen met

weekmakers wordt opgelost in aceton",

De menging wordt verkregen 'door, een serie horizontale ar""' men, die op een verticale staafi welke draaibaar iS1 be~ vestigd zijn. Om.~eze stoffen volledig in oplossing te brengen zijn Zes a zevén uren benodigd.

De verkregen oplossing wordt via de bodem afgetapt en vef .... volgens gepompt door filterpersen onder een druk van 20 a 30 atm. Deze filters zijn van brons en van b1nnen vertind; het filtrerend medium bestaat uit een laag cellulosewol

tussen twee lagen linnen filterdoek. Nadat de gietvloei .... s tof aldus bevr1jd is van nog onopgeloste bestanddelen) Wordt deze gebracht 1n een grote voorraadtank van

allu-miniumJ . : 6

Daar de gietvloeistof bij 50 C wordt gegoten word t deze ve.rvolgens vanuit de voorraadtank door een warmtewisselaar gepompt, ~aarin de gietvloeistof doormid~

del van heet water tot .50 C wordt opgewarmd .• Hierna wordt de vloe1stof wederom door hogedruk~filters gefiltreerd van waaruit de vloeistof 1n tanks wordt ge~racht, d1e elk een g1etbandmach1ne van gietvloe1stof voorz1et.

Deze tanks zijn van ijzer hetWelk van b1nnen geemailleeltd is.Van buiten zijn deze tanks van een compensatiever-warming voorzien om de'vloeistof op de juiste temperatuur te houden. De gietvloeistof wordt vanuit deze tanks zoo

snel mogelijk op de gietbandmach1ne gebracht om zooveel mogelijk het opstijgen van bellen door de warme vloe1~

stof te voorkomen.

c.

.3.

Via de tank wordt de gietvloeistof doormiddel van een spe~

ciale gietinrichting, waarmede de dikte van de op te bren-g en laabren-g met een micrometer nauwkeuribren-g bren-gerebren-geld kan war .... denj' op een koperen band~ zonder eind~gebracht.

Deze koperen band is 30 m lang~ lj~O breed enq900 mm dik. De band loopt over twee spantrommels. Om een goed gietop~ pervla~_~~'yrkrijgen wordt de band eerst behandeld met '

e nige ~J.ngs: .

a. eerste laag; 10 ~ colodlum in methanol methanol .

aZijIlZuur

b. tweede laag: cellulos~-acetaat aceton

benzeen~aethanol

c.

derde laag;' gehydr.cellulose~acetaat

aceton

water~ ropanol

waarna het geheel gewassen wordt met een oplossing van potas in 10 ~ methan?l en tenslotte met methanol.

Nadat de vloeistof op de band is gegoten wordt hieraan direct hgt oplosmiddel onttrokken doormiddel van warm.e lucht (,!:)Q C ) ~ die door de gietbandmachine circu-.;.

leert .. De opgebrachte gie'tVloeistof zal door de

verdam-p ing van het oplosmiddel een film vormen. _De aldus

ge-vormde filmlaag doorloopt de gehele lengte van de band en verlaat via een waterslot, om electrische ladingen op

te heffen, de gietmachinej waarna de film nog een gehalte aan aceton heeft van ongeveer 25 ~.

De film leomt vervolgens in een aparte droogruimte I waarin

deze met warme lucht (500 0) aan beide zijden regelmatig gedroogd wordt. Nadat de fl1!n het gehele d'roogcabinet heeft doorlopen" ls deze geheel bevrijd van aceton en al""'

dus geschikt voor het opbrengen van de benodigde coatings.

Bereiding en opbrenging van de substraat~ en antistatl-sche lagen.

Om de filmdrager geschikt te maken voor het op-brengen van emulsies moet deze eerst worden voorzien van een z.g. su'bstraatlaag.Dlt ls een laag,» die zowel goed hecht op de fllmdrager alsook een goed hechtend opper~ vlak heeft voor de op te brengen emulslelagen~ Om krul~

'len van de film. te voorkomen wordt deze substraatlaag aan beide zijden van de film aangebracht. Om bovendien eventu=

~i~!t~~~;~I:::;~:~!~:!îi~~~~zl:n:r~;:~~~W~;~~;~!:::~

~ lossingen geschiedt ln ~ van he~zelfde type als onder

".

Á vermeld. Vanuit 'de mixers worden de oplossingen via fil ...

terpersen~ van h~tzelfde type als onder A~ in aluminium " tanks gepompt~ die elk een coating~inrichtlr~ van oplOS-sing voorzien. De coatings worden bij kamertemperatuur op ... gebracht door.middel van een rol~ die door capilaire opstij~ ging de vloeistof uit een bak meesleept en deze op de film~ drager brengt die over een rol wordt geleid. De filmdrager wordt als het ware tus~en beide roll«n doorgetrokken en Wel zodanig dat de coating plaats heeft onder een hoek van ~~ • De drie p~atings~ n.l. aan beide zijden een sub~

s traa tlaag en aan een Zij de een ant-istatiRche laag geschie-_{\ , \}

,

den in een machine.Allereerst wordt aan een zi~de een sub~ straatlaag aangebracht~ waarna de film bij

50

Co

een drogende zone doorloop~; vervolgens wordt de film zodanig over rollen geleid, dat deze aan de andere zijde wordt ge-supstrateerd. Hierna wordt de film wederom door een drogen ...

" zone gevoerd" om tenslot e van de antistati~che laag e worden voorÖien~ waa de tilm eerst bij

50

en ten-slotte bij

no

de fi "'droging ondergaat. .

De filmd ger is nu geSChikt voor verdere bewer-kingenl zoals het opbrengen van de gewenste emulsielagen.

Tenslotte nog iets over de terugwinning van de oplosmiddelen. Deze geschiedt door warme lucht zoveel mogelijk met oplos-middelen te verzadigen. Hiertoe circuleert warme lucht, die door papieren filters van stofdeeltjes is be&rijd, door de verschillende drooginrichtingen;via deze drooginrichtingen wordt de lUCht" die nu gedeeltelijk met oplosmiddelen is

verzadigd~ door warmtewisselaars geleg.d" waarin de lUCht met behulp van pekel vloeistof van ,;..21

e

gekoeld wordt) om deze van condenseerbare gassen te bevrijden.

Er zijn drie aparte circulatie~systemen:

~ voor de terugwinning van aceton uit de gietvloeistof. Het lucht-acetonmengsel wordt gekoeld met pekel. In deze warmtewisselaar wordt a8)

10

van de geb ruikte aceton terug-gewonnen. De gecondenseerde aceton Wordt verzameld in een aluminium voorraadtank. De afgekoelde lucht~ die nog aceton bevat wordt door een toren geleid) die gevuld is met sili-cagel als absorbens voor aceton. De geabsorbeerde aceton wordt hieruit met stoom verdreven en tenslotte weer voor gebruik geschikt gemaakt.

~ voor de terugwinning van de oplosmiddelen, die voor de substrateervloeistof worden gebruikt. Hiertoe wordt

evenee~~ warme lucht gebruikt, die zoveel mogelijk verza~'

dicht wordt met de gebezigde oplosmiddelen. D~ze worden eveneens in een war.mtew~sselaar) die met pekel gekoeld wordt, tot condensatie gebraCht. Het gecondenseerde meng~

sel wordt in een voorraadtank gebracht~ waarna het weder .... om als oplosmiddel wordt gebruikt nadat deze e.v. in de gewenste verhouding is gebraCht. "

~ voor de terugwinning van de oplosmiddelen~ die bij de bereiding Voor de antistatischë coating worden gebruikt. Deze is als onder ~ vermeld.

N.B. De circulerende lucht mag in verband met explosiege-vaar niet meer dan 10 ~ zuurstof bevatten. ~ordt dit per~

IV.

-,

overschreden dan wordt doormiddel van stikstofsuppIetie dit percentage verminderd.

Nu volgen mee~ gedetailleerde gegevens wat betreft de ge~ b mikte apperaturenJ~ recepturen .. enz.

Deze zullen in vier onderscheiden hoofdbewerkingen worden

onderverdeeld~ n.l.

1..

het gieten en gietklaarmaken van de dope;

&..

1..

de bereiding en aa:ribrengi:ng van de sUbstrateerVloeistof; de bereiding en aa:ribrenging van de antistatische oplos~ sing;

!!i.

de terugwinning van de gebruikte oplosmiddelen.

ad. 1 .. _{de totale maandelijkSe productie bedraagt} 200.000 m2 •. De dikte van de fiimbasis is 0,,18 mIn ..

3 Wanneer het s.g. van cellulose--triacetaat op 1".5) k.gJ Pm

en die van de andere vaste st~ffen op 1 kg/dm

3

ggesteld

worden~ dan is per maan~ benodigd :

, -.3 .J .J

2.00.000 x 0,18 x 10 ::;3:6 rri/nrnd d.i.. 1630 drri!dag.

Hiervoor is benodigd I met inbegrip van'lO ~ verlies: cellUlose~triacetaat

triphenyl=fosfaat aceton '

p-tolueen sulphanilide dimetbyl glycol phtalaat

t/--,

Lr

r~

s!f L

r~4

t

.5 1870 kg = 12.50 dm .3 192.,5 kg _,

=

192,5} dm 8800 1 = 8800 dm.5 289 kg = 289 dm.5 8~.5;kg=8~.5 dmd ~ ... ,. .. ' ... ,~

...

-':";.

-( a) (~) ( d)

3

1 n totaal. dus per dag: 17~8~.5: dm vaste stof op 8800 1.

aceton. Op deze dagproductie werd de grootte van de apparatuur gebaseerd ..

.3

Opgesteld zijn: twee m1xers~ inhoud elk 6 m ~ waarin de menging plaats vindt (a). Hieruit wordt de vloeistof met

.!

behulp vànt twee tandradpompen~ capaci te1 t elk 2 rri./uur~ .3

door 6 hogedrukfilters,) capaciteit elk 6 m7dag) onder

20 atm. in een voorraadtank (b) gepompt. Hierul.t wordt de

o .

o~lossing in een heater (c) met stoom tot 50 0 opgewarmd en"via 6 filters in 10 tanks (d) gepompt. Vanuit elke

tank wordt de oplossing met behulp van een zuigerpomp als doseerpomp in een giettrechtergebracht~ die de gietvloeistof op d,e gietbandrnachine brengt.

Nu volgt een opgave van de afmetingen van de apparatuur;: de getallen tussen haakjes zijn een verwij zing naar de hier boven vermelde apparaturen.

hoogte. diam. inhoud. materiaal. aantal .. 2.80m 1.)90 m 6 m~ aluminium 2

1.J.I-,i00 2,00 12 ti ₁

1 )2.5" 1~00 0)9 ti ₁₀

(c) Roestvrij stalen warmtewisselaar; bestaat uit 3·5: pijpen inwendige diameter 1 cm~ lengte 1 m. Verwarmend medium stoom van 120°0 ; benodigde hoeveelheid stoom 5~ kg/uur. (e) In totaal zijn hiervan 10 in gebruik. Lengte van de

J-Diameter van beide spantrommels 0)9·~m •.

Gietsnelheid:l m / min. verblijf tijd in de gietbandmachim 30 minuten ..

Vanuit de gietbandmachine wordt de film in een droog~imte geleid. Hierin wordt de film met een loopsnelheid van

1 m/min over rollen geleid en licht gespannen. De film doorloopt deze ruimte in 30 minuten •.

_.3

ad 2 .. Op te brengen laagdikte is : 10 DUn.

~

Het 6.g_ van gelatine wordt gesteld op : l,~ kg/dm~

_6

J,

Dus aan vaste stof per maand benodigd : 200 .. 000 ~. 10 m,mr:d i s : 9 wi/dag. Hiervoor is benodigd : gelatine water 10

1

Q phtaalzuur methanol aceton

..

In totaal dus per dag

9 ,;j ... ~. I I kg,::7 \,I."IIL 19 1,:- 19

dm:

..3 .3

27 1 = 27 dJ.ri. ,e 2'1 7 dm vaste stof)

1J.:60 1

=

ij.60

dm!

.3

920 1 == 920 dm.

~ ~

9~8 dm vaste stof op 1,38 Dl

oplos-middel. Van deze hoeveelheden wordt het dubele genomen, daar twee dergelijke lagen worden aangebracht~

Voor het klaarmaken van deze oplossing wordt de vaste stof opgelost in een mixer Ca); van hieruit wordt deze op1os~

.J

sing met een tandradpornpj capaciteit o)~m./uur) in tanks Cb) gepompt. Uit deze tanks wordt de oplossing met be~

..3

hulp van tandradpompeni capaciteit elk 0,1 m7uur) via 10 fl1terpersenj capaciteit elk 20 l/uur) in tanks (c)

gepompt. van waaruit de oplossing in de coatinginrichting wordt gevoerd.

Nu volgt een opgave van de afmetingen van de ge~ b mikte apparatuur; de getallen tussen haakj es zijn een v~r­

Wijzi~ naar de hierboven vermelde apparaten.

hoogte .. diam. inhoud. materiaal , a) ₂₎₀₀

_m.

_l,lf.O

_m.

_3;.m .3 _aluminium

eb) 1)00 O,)~ 0~5)

_"

Cc)

1~00 0)6 O;;} ti

Coatingsnelheid.: 3) m !min.

Tij d van droging

..

'

4 .minu. ten ..

.

ad ..

2.

Op te brengen laagdikte is : 10 -3

mmo

Het s.g. van de vaste stoffen wordt gesteld op

-I

Dus aan vaste stof benodigd : 200.000 x 10:: 200

.J

Per dag dus benodigd : .9 dm.

De samenstelling van de oplossing is alsvolgt : methanol' '2600 1=-2600 dm ~

meniv1skol 270 1:: 270 dm..3

De samenstelling van meniviskol is alsvolgt : methanol aantal .. 1 6 10 .J : 1 kg/dm. ~ d:m.;mnd6. water l .... N XOl! in methanol 4,0 1. 6J67 1. me tbylpolymethacr,ylaat _{0,.532; kg~} pOIyaCrYIOnitr11! 0)798 kg. ~ J

I n totaal dus : 9 ~8 d1n vaste stof op 2870' dm oplosm1ddeJ..

De gebruikte apparatuur is hier dezelfde als onder ad 2 . vermeld.

'

..

• 1 •

"

..

I n totaal zijn 10 coating .... inrichtingen in g~bruik.

.

Elke inricht.ing heet't verschillende droogkabinetten~ wa.~ ...

o

de opgebrachte laag bij 50 C wordt gedroogd d.m.v. een warme luchtstroom~ welke door de kabinetten c1rcUlee.rt •.

D~ verblijttijden van de film in de drie onderscheiden

kabinetten bedrage"~ elk 1f. minuten. Nadat de drie lagen zijn opgebracht, ondergaat de film nog sen conditionering in e en aparte ruimte ~ waarin lucht van een bepaalde relatie-ve vochtigheid circuleert/t'e;&·IIOc)o/.

ad ... ~. In totaal zijn ~rie condensors opgesteldj waarin

lucht~

4io verzadigd is aan condenseerbare gassen met Ipe-kel Wordt gekoeld.

a .. De condensor~ waarin de aceton van de gietvloeistot'1 wordt teruggewonnen. Deze condensor bestaat uit 100 pi~­

pen~

inwendige

diameter2~5 cm~

uitwendige diameter 3: lcm:; le:ngte 4- m .. De totale diameter van de condensor bedralgt

50 cm ; materiaal van de condensor is roestvrij staal~

b. De twee condcnsors~ waarin de oplosmiddelen worden teruggewonnen~ die voor de coatings worden gebrUikt. Deze zijn van hetzelfde type als onder

aó!l

De teruggewonnen oplosmiddelen worden opgeslagen in tankS~

, .3

I

inhoud 10 m ~ van waaruit deze opnieuw als grondstoffen voor het fabricageproces worden gebruikt.

1

De luCht~ die do condensor verlaat) bevat nog condense

r-I

baa.r gas en wordt door torens geleid~ die gevuld Zijn let silicagel als absorbens. Hierdoor wordt de lucht bevryd

I

-I

/0,

van de laatste resten aan condenseerbaarrgas. Van tijd tot tijd wordt doormiddel van stoom de geabsorbeerde gas-sen uit het silicagol verdrevcn~ waarna in destillatie-kolommen het verkregen mengsel wordt gefractioneerd.

/1.

v.

Berekeningen aan enige warmtewisselaars.

1. Berekening van de warmtewisselaar~ die gèbruikt werdt

o

om de gietvloeistof tot

50

0 op te warmen.

J

Per uur moet opge,vamb worden : 1,25) m ~ dit is

0,35

l/sec.

Hiertoe werd een warmtewisselaar gekozen die bestaat uit

35

pijpen met een inwendige diameter van 1 cm.

Door elke pijp stroomt dus 10 cc/sec vloeistof met een

snelheid van: 12 cm /sec. \

De temperatuur~ waarmede de vloeistof de warmtewisselaar

o D

b innen treedt, is : ,20 C ; de ui ttreetemperatuur : 500.

Om enige berekeningen uit te kunnen voeren moeten eerst de eigenschappen van deZe vloeistáf bekend zijn.

De benodigde physische'grootheden~ zoals de viscositeit) geleidbaarheidl enz.) zijn echter in de litteratuur niet

te vinden. Om nu toch een)uiteraard benaderende,bereke-ning te kunnen uitvoeren) werd de gietvloeistot beschouwd als zijnde glycerine. Hiervan werden de gemiddelde

waar-o 0

den over het temperatuurtraject van 20 tot 50 C genomen. Allereerst wordt nu het Reynolds-getal van de vloeistof

berekend. PJ(vxJ)

Re =- ---~---; waarin:

V

c12 cm/sec.

Deze waarden ingevuld geeft !

0)~2

x

0~01 X 1260 Re .. ---~--- ~ 1).5~ .. 1 D = 1 cm.

f=l

N.sec/m

f=

1260 kg/m3 Dit is dus een laminat~re s~roming. Om hieruit de

11.,

warmteoverdrachts ... coeft'icient te berekenen~ kan defvolgen-de formule wordefvolgen-den gebruikt

.!1

J1 I

pi

6, /7' Nu

=

lj86x (p~) x (Di/L) x

W...,).

Hierin is : , V x<:D Pe = ---; a À

a

= .,..----. Cp?

De gemiddelde waarde voor .À..:: 0,27 J /moo. sec. De gemiddelde waarde' voor

7&=

2'+'+'0 J /kgOO.

~I 0 ~/9 ~/f'

,(f!w) bij 20 0 is : (ljOJOOfjfi; ) .: (180) =2,,07{.

pI 0 6,11' ~IJ'

(fI?Af) bij 50 Cis: (0,2/0J0055)

=

(3.,6)

=

1)62_

De gemiddelde waarde hiervan is dus : 1.,85.

Door het invullen van deze waarden i:r.j. de vergelijking) di e voor het Nusselt-getal geldt~ wordt een eenvoudige betrek~ king gevonden tussen de lengte (L) van de pijp en de

war.mteoverdrac~ts-coefticient van de vloeistof.

dxD ~ , ~

Nu ...

-,r

= 1~86

x

(O,Ol/L) X(OJ12

x

0JOl

x

2'+1fO/ 0)27x1260)

.

x

lJ8!h

o

Daar het verwarmend medium. stoom is~ van 120 C, en de pijpen van roestvrij. staal Zijn,) is· slechts de warmte .... overdrachts~coefficient (c() van de Vloeistof bepalend voor de overall-coefficient. ~en tweede vergelijking tus~

sen~ en L wordt gevonden uiteen war.mtebalans.

Hoeveelheid op te nemen warmte per pijp is :

o

~0126

x

30

x

2'+1fO

=

922 J /sec~

Nu ls : cr~hoeveelheld opgenomen 'warmte /oPP. je dT.

ct.

= 922/(lro .... 35.-'1 x 0,01 x 3!)1LH-x LOl.

. '

/.3.

L~

922/85.;

~

JJl4i- x 0)01 X 1f70= 0) 724': ~

L: (0)721J.i-)= 86 ém. _

De hoeveelheid benodigde stoom om de vloeistof tot 50"0 te verwarmen is: 15) g/sec ::5* kg/uur.

2._ Berekening van een condensor~ die gebruikt wordt voor het terugwinnen van de aceton~ die als oplosmiddel voor de gmetvloeistot wordt gebruikt.

Zoals reeds. gezegd, wordt de aceton door.middel van lucht verdampt,; de~ bij een bepaalde temperatuur) aan aceton verzadigde lucht wordt in een condensor gekoeld) waardoor aceton condenseert. Men heeft hier dus te maken met een condensatie van een condenseerbaar gas in aarmezigheid van een nlet-condenseerbaar gas. Alvorens tot de elgenlij~ ke berekening over te gaan~ volgt eerst een korte theo~

retische beschouwing, die de grondslag vormt van de toe~

gepaste r~ke:nrn.ethode.

In feite heeft men hier te maken met een warmte-en stofoverdrachtssysteem. Voor de stofoverdracht geldt devolgende betreKking :

N ; kP (Yo-~}f R x ~/s. • ••••••••• ti).

waarin -:- N.= condensatiesnell'leid in mOJ.enjm sec.

Yo co fractie van Ooe comenseeroare componen"t in de

damp.

)t.::

frac tie V~itn de co'ndenseerbare component in

de vloeistoftaae. Door he't koelend médlum moet de condensa.tiewar.m.teword.en afgevoerd en "tevens zal de connensaatfiJ.m voelbare

..

/4',

warmte aan het gas onttrekken~ zodat men voor bel~e

warm-testromen en de s~orOverdracht gecombineerd devoigende ver-gelijking kr1jgt :

(dWlXkx~(~-~)/RxT+~(TD1)~U(1-T~

•••.••••

(2) •

w,aarin: (dW),t = debcondensatiewarmte per mol van de

b . seer'bare component •.

conden-T/=temperatuur van de condensaatf1lm

Tf=temperatuur van het gas.

Ü : overall-coeft'ic1ent van koelmed1umJ wand van

de buis, condensaól:Cf1lm,. T_{k ::} tempera-cuur R:oelmedlum.

Als men nu aanneemt, dat de analog1e vaniLeWls geldt en

dat bij benader1ng de condensa~1ewarmte van een mol g.s-mengsel gel1jk 1s aan.

"fT

+

yD, dan gaat vergelijk1ng (2)

over in:

Zf

(w ....

v~)

= Ü

(~-Tk)

•• • • • • • • • • • • ('.'-).

d.w.z. de dr1jvende Kra,cnt voo'r de ove'rctracnt Vfj).n voeloare

en latente warmte i6 net enth~:üpie veI'sc.t1il 1jussen het

ver-zadigde gas met temperatuur T en dat aan de wand met tem-peratuur T.

Wanneer een gasstroom (Gmol per tijdseenheid) met molfrac-tie y aan condenseerbare component en verzadigingstempe-ràtuur T door een bu1s met inwend1ge diameter D stroomt ra.akt deze over een stukj e dz aan enthalpie kWij t :

.

-

~

d (W Gmol) ~ Gmol dW=a- (W"',)X35,lll+ x DL X dz~ ••••••• (!#-~) ..

. 1-'

Door integratie van deze wergelijking, Waarbij de en-thalpie grafiSCh moet worden geintegreerd) de benodigde

:z. - _ ~

lengte van de

pijpen~ ~d~= ~~~~~

lof

w ,

/lK~' X cYd / 1v-1Y,t

eJ M #

()

Per dag moet door lucht van 50 C 8800 I aceton worden ve~

~

dampt. Per uur wordt hiertoe gebruikt 1000 m lucht, dit 1s

()

278 1 per sec. De lucht 1s bij ~O C verzadigd aan aceton. ;

" '

r , i

"

Ió.

Per sec. wordt door de 278 1 lucht 2~~' _{g aceton opgenemen.}

Het lucht-acetonmengsel wordt in tegenstroom gekoeld met

°

pekel,die een intree~temperatuur _{heeft van ~2l O~ en een}

uittreétemperatuur van - 19°0. De intreetemperatuur van

o _D

het gas is 50 c~ _{de uittreetemperatuur - 12 C.}

De condensor is verticaal opgesteld en best~at _{uit 100}

pijpen met een inwendige diéUn.eter van 2i5 cm, ui

twelldl-ge d1QlD.eter ~)~Q CUlt. De afstand tussen tWee pijpen van hart

tot hart bedraagt 3~75 cm~ _{De hydraulische straal is lJ22}

cm. ~iameter _{van de warmtewisselaar is 50 cm.}

NU,wordt eerst het gewicht van de lucht en de aceton bij

begin en eind yan de condensatie berekend :

in het begin van de condensor is het gewicht van de lucht:

GL.'::

_{278 x 21""5)323 x 1;3 x 350/760}

₌

_1~2g/sec"

G.u= _{278 x 273:/323' x 2~61 x ~10 /760 :::: 2,+,+gjsec.}

aan het eind van de condensor zijn de gewichten: '

van de lucht 1'+2 g/sec. en van de aceton) berekend uit het

volume : 1'+2:: V x 3!i0 /760 x 2Ti!/ 260 x lJ3:' geeft een vo"" lume van 226 l/sec) zodat he~ _{gewicht van aceton is :}

Ga.c=226 x 273/~60 x 2~61 _{x· 35/760 =28.,5 g/sec.} De terugwinning aan aceton is dus 88~.

()

Samenvattend dus ; condensor in bij 50

o

1 1#-2 g lucht

+

+ g~~ _{g aceton; condensor uit b1.1 ... 12() C 142 g lucht+}

28.) 5g

aceton.

Nu wordt het Re-getal bepaald voor het gasmengsel~ _De

snelheid v van de gasstroom wordt berekend uit de hoeveel-heid doorstromend gas door een pijp. Daar 100 pijpen

278 1 gas per sec. moeten verwerken is de snelheid v :

Oj278 X O,01/3,ll+'X 0~0000156=5,7

mt

sec •

De gemiddelde viscosi tei t van het gas;: 0,,00002 poise • .3 De gemiddelde dichtheid van het gas = O,OOOlLJI· g/cm. Het Re .... getal wordt dus: i,l+x

lÖ~

X 2.,5 X 570/2 x lÖ;

= 10.000.

lb.

'Vervolgens wordt de hoeveelheid benodigde pekel berekend ui t de hoeveelheid af te voeren warmte ..

() <I

à. lucht moet wor~en afgekoeld van 50 C tot -12 C.

b.· aceton moet worden gecondenseerd en de gecondenseerde

o

aceton moet worden afgekoeld tot - 12 C alsmede niet ge-éondenseerde aceton.

a. soortelijke warmte van lucht= 0)21+0Lj. cal/gOc. aan warmte wordt dus afgevoerd : lH-2 x 0,21+0Lj. X 62=

=212 cal/sec.

b. soortelijke warmte van ~.ceton-da.mp= 0,,518 cal/gOc. condens a ti ewarmt e van ace t on 12Lj.".5 cal/ g -=El ..

aan warmte moet dus worden afgevoerd: 2Lj.Lj. x 0J518 x 50 - 28)5 x 0~518 x 12 + 2Lj.Lj. x 12Lj.,5 - 28~5 x 12Lj.,5

+ 1+0 x 21+1+ x O,5l8=Lj..JO x 10 cal/sec

,

Deze hoeveelheid warmte moet door de pekel worden

afge-d

voerde Het s.g. van de pekel'" 1;,178 kg/dm; soortelijke

()

warmte

=

0)Lf. cal per g C. Het benodigd gewiCht aan pekel i s dus bij de temperatuurstijging van 2°C ':

. ~

0,4 x 2 xG = Lj.xlO ; G. = 50 kg/sec,- Het volume aan pekel is dus : 50/1,18 = 42.3 l/sec~

De snelheid van de pekel is de doorgestroomde hoeveelheid pekel gedeeld door het doorstroomde· oppervlak. Het door-stroomde oppervl~~ 1s het oppervlak va~ de hele con-ciensor minus het oppervlak van de pijpen:

•

•

/1-J .3 ..J

1870 cm .... ~73" cm :: 1397 cm. Dus de snelheid van de pekel is : LJ.2j 3 x 1010~0001~r= 0.3 m/sec.

Vervolgens wordt het Re-getal van tde pekel bepaald. Viscositeit:: 0,03poise ; dichtheid

=

lJ18 kg/din.~;· voor de dikte van de buis wordt viermaal de hydraulische

straal genomen : LJ.~88 cm. Het Re"ge~al van de pekel wordt dus : 1~J.8

x

14-,88

x

3.9/0~O~:: 5800~.

Voor de berekening van de warmteoverdrachtscoefticient van de pekelstroom wordt gebruik gemaakt van de verge-lij king van Nussel t, die geldt voor turbulente stroming. viscositei t ;: 0~03 poise; soortelijke warm.te is O,LJ. cal/ gOC warftltegeleidbaameid

=

0~00111.J.1 cal/cm sec"c.

In deze formule is : Re = 5800 ; Pr: 0,03 x OJLJ:/O)OOlll14-:.

o.R /6

=

10;,.5 •

cr'

pekel=- 0,027 x (.5800) x (10).5) x 0 )0011LJ.l/LJ.,88=

I

/

Zo

=- 0) 02LJ. càl cm sec 0 == 1000 J; m Ct sec •

De tweede factor, welke de waarde voor U> in vergelijklng (31») bepaeü t n.l. de warmtegeleidbaél,rheid van de conden-.saatfilm wordt alsvolgt berekend : allereerst wordt de dikte van de condensaatfilm berekend •• Deze wordt bere-kend uit de vergelijking, die geldt voor een Vloeistof-laagje I dat laminair langs de wand van een pijp naar

be-neden str'oomt. Hiervoor bestaat de volgende betrekking : _{..3,.--_ _ _}

d ;:

V3f

X

!V /

xfg.

_{Hierin is}

:p:::0,OO?l3~7

_{poise ..}

rv

=- volume

vl~eistof,

dat per tijdseenheid en per een-heid van breedte naar beneden stroomt ~ 200 ';f~O' 789 ;

g. == 981 • :Oeze waarden ingeVuld, geven:

~~---d =(0,00337

x

~

x

200 10

~

789

x

9

~81::

13" rnm.

•

•

•

..

•

1

I z.

(J

o

)001J.13' 0 )13'= 1300 J {m sec O •

De overall .... coefficient in verg. (3) is dus :

1

jU:. 1jC(

aceton+1joC pekel = 1,76 x

lÓj~

waaru1 t voor

Ü wordt gevonden:

'ii :::

570 J

Imi,

sec

(Jo.

I

T en slotte moet nog de warmteoverdrachts-coefficient van het gas worden berekend. Deze geschiedt uit de vergelij-king van Nusselt.

Hierin is : Re :: 10.000.; PI' ::: .1.; de geloidbaarneid) waarvoor een gemiddelde waarde wordt genomen

1

= 0,0000.5)

gJ

cal se c crrf/-b cm. .

- ' y~B

-!J

ct d

=

0~027 x (10) x .500 x 1072~.5:; =- 32a1 J,Im sec C.

Resumerende kunnen we dus zeggen) dat in verg .. (3;) de volgende waardón bekend zijn:

Ü : 570 J

/m

2JOo sec.

c;:{d :: 38:

_a

7 J /m2 sec

oe.

o

Tk = .;.20 O •

Nu moeten nog de enthalpie-waarden worden berekend. Dit geschiedt door de moltracties van aceton te vermenig

vuldig~n met de condensatiewarmte van aceton bij

verSChil-lende temperaturen en hierbij op te tellen het procuct van de gekozen temperatuur en de gemidd:clde soortelijke warmte van het luchtacetonmengsel. Dus :

W -=

cl' x

T+ y

x

D ..

cp. lucht

=

29)01 J/molDC ; cp aceton = 90:;92 ;

D

=

2.50,39 J

Imol.

Uit de berekende W~aarden wordt doormiddel van een gra-fische constructie~ die volgt uit verg(3), de W .... waarden

JIi U} ru :,~'''''1

"

~,:l IJ ~i ~;tr ~ _{~~ ft·} ;,~ .. _{ri ft} l1 i / Z, ~. > ~. /1 \i iI~

,

't iJ +Hit

I

11 ';t ' tj.

7

:J+ "

,

,~ _V' ,It :j:: q~ l! (;~ ~ , I .J

I

~' I ' t:J: I ~. -Ir' ~/D -s t> "'S" /0

,r

1'1 IJ 11

"

I y . . . AI .,

..

•

Ir

bepaaldl waarna door grafische integratie de waarde van de integraal in verg. (~) berekend wordt (zie hiertoe de twee begeleidende gratieken).

In de nu volgende tabel zijn de benodigdo gegevens opge~ nomen: 41 t in C 50 ~o 30 20 10 5 -5; -6 -7 --8 -9 --10 -11 .... 12 J W x 10 W). x 10 ~ IJ 9~113 .. 8~992 3~000 2~~00 2~3~0 2,000 1~800 1~790 lJ780 1~760 1~730 1~710 1~680 1,650 Ho lollY / _3 1 W-Wj.X/IJ . r 0

De Wétarde van de integraal

j

tV-M :::

2~

5.

~.

'1

In vergelijking (~) zijn nu bekend alle waarden; behalee delengte z van de pijpen~ zodat deze nu berekend kan wor~

d_en. - l.. 0

J

mol= 9 ; c_p=35)7 ; Dl=0~025 m ; ç(d =-35,,7 J/m sec C ;

Dus z ::: 35~l x 2)5 x· 9/35) 7 x 3~1q. x 0,025 = ~O m.

Dit is de lengto~ wanneer slechts ~~n pijp werd gebruikt. Daa.r in totaal 100 pijpen worden gebruikt) is de benodig-de lengte va.n benodig-de pi.1pen ; 200/10'0

=

2 mlO

..

...

..

L i 'C'Cc ra:tuur

{

.

1. Eder, l\ustuhr11ches Handbuch der l'hot. (1930) Band III~ ~e1l I.

2, :Bios Fihal Report 658.

?i. :Bios Final Report 1353.

lf.~. :B10s F1nal Report 262. 55. Cios Report 30-15; ..

6. Report on C10s Trip Nr .. 31~ ..

7.

Dr. R. Merckx. Govaert Antwerpen,

Monde11ng~ Med~delingen.

8. Prat .. H. Kramers. Collegedictaat Phys1sche WerkWijze.n .. 9 .. Idem .. Colleged1ctaat Phys1schC

Technolog1e :B.O. ~