De bereiding van 81%-ig waterstofperoxide uit kaluimpersulfaat; Deel D

r

I

r

I

I' , / • DEEL D. DE BEREIDING VAN

al

%-ig 1,.JA'I'1~RSTOFP~1tOXYDE UIT KALIUMPERSUL~AAT.

J.

van der Sijs. 8i hieweg 252 A

-=-(

, I s -- --r-I

Id

{

DJ

-

:

]

..

1

g.

KALlill1PERSTJLFAAT.

In dit gad!'lel te wordt è!9handf1B d~ bsrsidinp van een g""concentr"lArdl9 1

..T!1tF!r-stofneroxydA oplossinp-' uit.gaandA van hf"lt bij de el<:!ctrolyse van~S04verkregen

persulfaat. (zje deal C. ).

Ter v~rduidelijkinf- volgt hier nogmaals het schema van de fabricage;

__

t

"

~

f7

sto

~~

~

#

Het proces is sAmi-continu tot .,ehfH'Jl discont1nu.

Hl'lt pl'lrsulfaat wordt in charges Van 1100 1<g. aangl'woerd en door een !tstoom-destillatie~ ontl~ed in bisulfaat en waterstofperoxyde.

Da samenstel~ing van het aangevoerde product i3:

84

%

_K2S20g -1

a

%

(t,nf4) 282°8

6

%

H?O .

Totaal wordt aangevoerd 69.630 kg. of 63 charges per dag.

Voor de zog. d~5tillatie zijn dus vela eqnheden nodig gezien het ~eit dat de

eigenlijke destil~ atie - dus zonder het vul1An p,n ledigen van d~ retort- re~ds

4*

u'Jr duurt.

Er l.oTerden 16 eenheden gedacht "anweziE! te zijn • De maximaal beschi1<bar9 tijd is

dan voor é~n destillatie 8 uur.

Elke eenheid bestaat uit: reactiq-rAtort, zuurnevelafscheidAr, f'~act:i.onneerkolom

en condensor.

De reactie-retort is van aardewer1.c ~m voorzien van een r6nd aardl9l-lerken deksel,

waarin zich e~n grote opening voor ~e inlaat van het persulfaat, een inlaat voor

de stoom en e'''!n wijde uitlaat vaor de damp bevindt. De inhoud van d"" retort is 1,5

m3 . In de bodem bevindt zich ~en norceleinen uitlaat voor afvoer van de na de

r

De zuurnevelafscheider besta8t uit tWI3'" F"ed'3elten. De eerste af'scheider is van het spiraaltype. DA damp komend uit die reactie-retort passeert eerst de aarde-werken spiraal en gaat vandaaT' lan~gs de 1.rand naar de t1.J'3ede afscheidf3r. De

U-buis die de verbindin~ormt tussen de af'scheider en de reto~t bevat een geperf'oreer-de bllds parallel aan geperf'oreer-de ,,,rand, dil'! /!Fll:rruikt kan Horden om waswater te sPso,",ien.

De tWl'!ede zU'Trnevr_{31afscheider heef't een hi,;na hal f'hol vormige bodeninet '3f3n inlaat}

'an de ene en eon uitlaat aan de andf3re kant. OP A~n geper:'oreerde n18at bFlvindt zich een laag Raschi~ rinpen.

De fract:ionn"lerkolom hestAat uit 4 dell3n elk met een diameter van 115() mmo en een hoopte 1200 mmo In het bovenste deel bevindt zich een dephlegmator hestaande uit een bundel Al-buizen, aan dl3 onderkant af'gesloten en aan de bovf3nkant in Mn plaat bevestigs. In elke Al-buis oevindt zlch 8-=m '3~n glazen buis 1."raardoorhsFln koelwater aangevoerd wordt. De glazen hiizen zijn o0k weer in ~"!n plaat bevestif"d. In totaal zijn 51)" buizen aanwe~ig, 1~nrJmm. lanF", 26 imJ. en 3n mrrt. uitw. diameter. Het koelend opnervlak :is 82,5 m . De kolom is p'3vuld mat Raschig ringen, voor 1/3 gedeelte vanaf de bodem van e~n qroot~e van 25 mmo , de rest 15 mmo

De damp komend uit de dephlegmator komt in een verticale opnervlakte condensor, die, gezien de g'!'otl3 hoeveelh:!Îd oncond"ms~erhar~ ~as8en, een groot oppervla1<: moet bezitten. Gebruikt wo:",dt ~en Al -condensor met 113 buiz'3n ell<: 15'Y'mm.lang, 25mm inw. en 31 mm uitw. diameter.

De waterstofoeToxvde oplossing

(33,3

gew.% ) loopt d00r een glazen valpijp vanuit de onderkant van de kolom in een aardewerken pot van 500L.

De werkwijze is nu als vo1gt: In de retort wodt 1 1~~ kg. ruw nsrsulfaat gerracht tezamen met 250 L 1~ N z'tlavelzuur (zop-'. zuiver zuur) . Na afsluiting van het deksel wordt vacuum getrok'{'en en de druk in de cond"lnsor op 25 ml"!'! Hg gebracht. In de

retort heeTst dan flen druk V8n

4"-5()

mmo Hf!. Gedurende

4

),.

nur '-'ordt dan stoi)m van

4

atmosferen druk in een hoeveelheid van 3~" kg. jU'lr in de retort geblazen.

Theoretisch ver1_{(1'·i.;gt men uit één charge 132,7 kg. 1nO%-i/2' H':?02' :,J'anneer het}

ren-dement 92% is en men verder stelt dat een 33,3%-ige onlossing ontstaat wordt er

366

kg. oplossing d.i. 327 _{L verkregen. Vanzelfsprekend z81 de concentratie in het} begin van de destillatie veel grot8r zijn dan aan het einde. De oplossing wordt na het be0indigen van de destillatie met behulp uan VAcuum in e~n aardewerken pot van ?I)'ÎO L ov",rgebracht en vanda.ar ov",r een keramisch filter via een andere pot van 20rJ() L naar de concentratieadrdel:ing 1."regg'=momryt.

De materiaalba18ns voor de destil'atje is a1s volgt;

Ilqo Rl

t5~'''(/Oqt.

Voor de bere1ceninpr van de materiaalbalans nem!'!n we aan dat alle kalium- en ammoni-um-persulf'aat wo~dt omgezet in _KHS04 resn. NH4HS04 en H)02.Het verlies aan H202 ontstaat door ontledin~ in O? + H?O. Het condensaat n6ch de aflaat bevat een noe-menswa.-=rdigA hoevMlheid PAróxyde. In de r8tort is dan nr:! d'9 destillatie aan1tlezig:

, 931 kp:. KHS0

4

110 "'<p:. NH4Hó04 nO,5 "'<g. H?S04 30 kg. K2S04 24 k? (NH4hS04 x 1{p:. water.

~

uit het per sulfaat

de toegevoe?de zwavelzuur oplossing.

Berekenikg geeft dat x gelijk is aan 123,5 kg. De waterbalans is dan:

12J,J~,

3.

Bij dA reactie is water opgenomen en w'31 1?q k/<. Aan dl'! andere "'<ant is echter bij de ontleding van H?O? wget' WAter teruggevormd. Jn totaal is dan oPp'enomen : 125 kg.

Het condensaat is-d~n 11?~ l.(g.

De hoeve,,"lheid gevormde zu")rstof is 4,48 kf!. di. lJi

i

':?0 C en ?5 m·~. druk 102 m3. Deze hoeveelheid komt dus in 4~ uur vrij.

Om de inhoud van de reto-rt e!lig:3zins handelbaar te maken wordt 3n0 L 15 N

zwavel-zuur toegevoegd,waarna de massa door een porcelBinen pijp naar tWA"l in serie

ge!:>laatste koeltanks van el"'< 2 m~( in totaal zijn eT" 4 aamTezi/<) vloeit, daar tot 150

C ',.,rordt afge"'<o~ld, wanrhi.i het hisulfaat u:ltl<ristalJiseert, en naar de

centrifu/<e wordt gepompt. De centrifuge is van het horizontale tyPe en heeft ee~ laadvermogen van 11 OOkg. De l;isulfaat'-<:tristar en worden nu met 1 no L f!edestillee!"d

water gewassen, waarbij het WAswater hij het filtraat wordt /<9voe/<d.

De samenstelling van é~n cher/<e bisulfaat c01'r9sponder",nd met één char/<9 persul-faat is:

931 kg. KHS0

₄

110 kg. NH4HS04 66 Ic/<. ~~

1107 ~g. totaal.

De hoev<3<31heid was'..,rater is zó gekozen dat dl'! samenstel' in/< van het filtraat + was-water gelijk is aan het ZOF!. 15 N zuur. Tn totaal wordt hiervan VArkregen 660 L d.i. 950 kg.

De verhoudin~ vast- vloeibaar bij het c3ntrif'Uf!eren is: 1 : 0,77.

Het bisulfaat uit de centrifugl'! wordt in Al-wal?",nt';88 F!estort en wegggebracht naar de reactie vaten voor h8t ngerslaan van K2S20~. (zie dl. C ).

,

ft

Het filtraat van de centri~ug~ gaat naar twe~ in serie genlaatste met rubher ge

-voe!"de ijz('!r~m tanks. De samenstel1inl7 van het filtraAt is: H?SO : 15 N

(NH

4)?s64:

~~am/

L

K-;S04 : 1n() gram/I..

Per charge wordt nu 36n L weg-fspomnt naar de voorraadtank.ies boven de

destillatie-genheden en de rest (

3n

n L ) naar de zuivertan~s.

Op den duur zal in de el Actro1_'rtoplossinr- zich Fe""" g-aan ophopen. Om dit ion, dat ~atalytisch werkt OP èf3 ontl!'\ding- van H"O? bij de destH1Atie van het per-sult"aat te ver1.rijderen, wordt hl'lt als Berlijns blAUW neergeslapen en af l7et';J trt'l"''''d. In d~ oplossinl7 bevindt zich verder nog coll01dAal Pt dat aan de anode tijdens de

electrolyse is ontstaan. Door egrst hl'lt f:iltral't van hl'lt b:isulfaat te verdunnen, wat extra fe"'r;sult"aat en daarna kal;umt"('!r~oryanide toP. te voeg-en , slaat het Pt tezamen met h~t Berlijns bJau1,., neer.

Het 4"iJ traat van de centrifugp. l.fordt r!'ldeeHeJj i~ opgepompt naar grot", met

rur:-her gevoerde i;zeren tanks van 15 m'1. Hi'!t onzuivere zuur bevat (),1 gram 1"eo··/L. Het ne<lrsl al7vat ,.ro'!"dt met ?/1 van zijn vo1..umen mAt zuur g'3vuld, waarna g-9d'3stil+ leerd water wordt toeg-evoePd tot Aen dichthejd van 3~ · Bé is bereikt. Voor een charge van 1'3nn I. wordt 3 kg. fer"'isult"aat toepAv09l7d, met lucht 9'eroerd en op

vrije zuurstof geanalyseerd. D00r S02 rJor.rhlazen wordt dit verwi,jderd( bijv. 45 min.) Dan wordt 3,3 1-{g. K4H'~(CN)6 toeP'9voepii f'ln laat mt"ln h~t neerslag bezinken. Na con-trole OP h~t Fe'·· en

eN'

p-Ahal t"" l{omt de vloeisto~ via filtertanks , waarin zich ~en

porcel.,in~n rilt er bevindt , in aF..,.r3ew~r'<en tan1<s van 2 m'3.

Eet zo verkreren zuivere zuur wordt dan tot ",en ho~veelhejd van ?~.350 L/dAf! g~concentrAerd tot 15. '750 L/ 51"': BÁ.

De concentratie wordt in charpets ui t~evoerd onder vacuum , wsarbij in 4 u',r 5m)

wordt infedampt. Gebruikt wordt sto0m ven 4 atm. druk. In de pT'ootste

waterstof-pe:roxyde-~abriek ter wereld in Bad Laut~rbar~ in de Harz werd een stoomspiraal

van 75% Au en ~5% AI7 i!ebruikt. In orÏ-nctp9 :is echter ook een Pb-spil'Aa1_ te gebruiken mi ts de tAmPlllratuur nlet te hOrig' ~,.,ordt en mAn ne d» concf'lntratie het zuur fil tr"'lsrt

om PbS04 te verwijderen. Het is ov~ripens erhter waRrschijnljik dat het rebdement van de electrolyse verlaagd wordt. E~n katalytische ontledinp- van het H202 tijdl'lns de destillatie VAn hAt persulfl'lAt is niet te v~rwachten.

Het geconcentreerde zuur wor~t oog-~vang~n in rub~er g-9voetrde ijzeren tanks en vandaar verpompt naAr de voorra~:dtan\:jes voor het 1 R ~T ZUllr boven de dastillatiA-eenheden.

Tot slot wilJen we hier nol'.' Mn A.lfemen~ matl3riaalbüans fleven voor 1 charg~;

11(

'("..tt

,f tOD",. _ _ _ _ _ _ 11 AI Zut(1" ~/

JI

'I'J·Ir..HP

r

---

~---=-~~

'

---.

lid 1'/#I{,j.(1; /i~ J{~ !/~I-JU(fz4t) / -

-~'

l

~'(1110"'~

h 1-1 Cl.

/k-'l'

IlVÁj';{O fil

Ál

,(

,sr .fPr 110

-lt'

If'/lvH'Jty ~~rl/ ttJt1y Jp~' A; fty .tI(

Ir

Ä'Nt:{.fo(t. J/~I .,'

1I..t7

f j I ...tf ,til f(J.; //() ~' k'/i.,,flffl{

'1194

~ fly

It

l'

,t;Jt?y

r ~

Iq

~;y. f.9'v. ~ L .--.

-

-• /1,9'''

,I/ti

( /tlJ ~) /1.2<> ,(j' ~t;.ru· (<co ndr 'I .rO'1-t;/ ,üf'4'

1

~

}

Jt)~ t,(2

1'

""'"~

t6~i-"t, kft/;

.uf

1#:/4'

i<r( {tl_v j t

ÁI

-r.

fo</ / tf1

tf

b".{j /{ t< ~.r-1 AJo/

tI(

-1

(/Y#,{ .ft/I(

JP~ /(f.:1V /lJtI~ /{tI. JO 1'/{ó' I "';',J",,, I ~n/ tl1r ~ h{ f~1/ -W

-4

Û~ftV JI)

4-

t;ft'V ti}

.r

-y

~ (J,

_.

Het concentreren van d~ 3'3, '3 gew,%-ip.re H20/ r:mlossinp.r vindt plaats door depphleg-matie.

Het vArkrijgen van hoo~ ~econcAbtreerd" oplossinv"n is technisch voor het eerst gelukt "in ;:Juitsland in de tweede :!ereldoorlog W"tir een 3()-35 %-ige oplossing tot een Sn-85%ige w~rd geconcentreerd. 00 techn5sche schaal is een hogere concentratie vooralsnog niAt mogelijk gAbl~leen. ::':1' kunnen Alh~n zéér zuiv"3re oplossing"n worden

gebru1'.,ct, die vrij moeten zijn van de meeste organische bestanddelen. Vóór de

d"s-tn 1 atiR word~n nOf phosphorzuur, natduIDD:,TOphosDheat of' ander" stabil1 satoren

toegevoegd.

De dephlegmatie moet onder verminderd~ druk plaats vinden, daar

waterstof'peroxy-dill bij

90

0 . C begint te ontleden.

De gegevens ovar de 1cookpunten, soorteljj1<:e wa-rmte~d. van H'20/H')O..., mengsels zijn

niet tot onvol'edig bekend in de literatU'.~r. Het is dan onk niAt mogAljj1<: om de hoogte van de kolom~en t~ bp.rekenen,

De concentratie wordt in tw~e trappen uit~~vop.rd, nam. eerst tot 651 en dan tot

8()-~5 %. Practisch steeds wordt een R1 %-iV nroduct vervaard i@.'drn alleen bij uit-zond"ring wordt een hogere concentratie ber"ikt. Bij ann c0ncent-ratie hoger dan

0,5

%

tVdèn er blauwe vla~~en in de kolom op, waardoor de kans on exolosie- die

normaal zeer gerin~ is- st~r'{ tOAne"lmt.

De

13,3

%-ip-e oDlossin/? WOT'dt door "1-"n Al-buis na8r een Al-tRnle VAn 12 m

3

g~pompt.

De oplos=ingo, die door m~"'!gesleu-rd zwavl"Jlzuur nOf! ZI.JRl{ zuur js, wordt nu door

in-leiden van NH3 geneutraliseerd waarna als stabil i.satoren 6,1? prAm Na4P?07/L "n

(),3 gram oxine/L wo-rden toepevoflgd. . .

Per '11'lg' moet ?1î.6n1 L '31, '3 %-ip8 onlos-oinf 1.Jorrlen veconcAntre9rd, waarbij volgens de literatuur in totaal 1

%

H202 v~rlorAn fa8t. De nroductie aan P,1-% H202 is dan 7040 L

=

Q400 leg. pl"Jr dag. Per maRnd van 25 dap-en hAdraa/?t dit : 235 ton.

De concentratiA tot 65

%

vindt plaats in Poen a3rdAwerkAn kolom p'evuld met

Raschip'-ring'9n. Er zijn twee eenheden aanwp.zitl, di" '!Jest8Rn uit p.en aarriewer1<:9n retort,

zuurnevelaf'schoider, f"ract~neerkol~m '3n condensor.

De retort hMft een inhoud van 1 m- met een ver"mrmingsspi.raal van hooV Vepol i.j st

roestvrij staRl( V14A ). Hat 8Rrdewer~en de~sal is voorzien van een in- en uitlaat voor de st~om, een inlaat voor de voedinv en ~An onAn~np- V00r de thermometer.

De zuurne1TA1 a~scheider is gl"Jlj j1<: aAn d9 hlA"de afscheider in ~ehrui1<: hij de

destil-latie van het psrsulfaat.

De kolom is van 8arnEH.Jerk met een .H-buis dA])l:J ~f"metor en b9staat uitvier s9cties elle 1150 mm diameter en 150n m':'. I/mp. De vuPing 1s met Raschjg dnfen, de onderstfl!

hAlft ')5 mmo , de 'bovAnste 15 ffi""1. Het l{QAlimd oppervlak ·Jbn ii~ denhl e~ator is

RI')

m:

De werkwlJ Z3 is al s vo1Q't. In de retort wordt ~,~n hoeveüheid oni ossinf p'ebracht, waarnR dl) dru1< tot

4

1 mlO'; IIg' wordt 2'eredUcsiird. lIet starter! vah de d8stilJ atie

gebeurt nu '1o,')r de inholld ZÓV"3~ tG V~T'd.'HnTJan tot de na:rrrQoh8se gen concemt.retia

van "3,3 p'8W,% II2C;? he"l~t bAr~:i1{t. Bjj dA nu volgoendf':! continue vArdamninwGan

650 I Der uur hli,if't d9 t"lmD"l-ratU'l!' jn dA retort dns onp'''lV''lp.-r geli.11<: 9n h-H3~t g'39n oD"'lsnhopinf" van H-:JO of H202 plaats. U-it de gra~:ie1<:en 1 cm2 is af tA lp.zf3n

dat de temperatullr van de reto-rt dan ongev-~e-r 5~ 0 C bedraaft. Deze destil l:'1tie

wordt voortfezet totdat hl"lt vastf't stof' fAhAJte van d':l -reto-rt inhoud 50 p'ram/r. is,

d.i. na 5 tot 6 dagen.

AanremendA dat bii df'l dephleF'ffiaUe n,5 % van het totaeJ tl3 1.est:il'eT'sn H';20?

-L-_

6.

verloren gaat, is ult de P-Taf'i~"k:'3n 1 ",n 2 af' t~ lezen dat de damT) uit d~ d~T)hl"l~­

mator b' j '3~n temneratuur van 3~ 0 C i n de conoensor "k:omt.

Het residu dat in de retort achterhJijft vloeit in q~n 8ardew~r1{9n pot van ~onn

L en wo~dt neri,ie'{ ;n gen 1{olom zoals f~b~ui1{t h5i de destiJlatie van h~t ner -sulpaat d"or stoom inleid~n l?'edesti1eerd.

ma teriaa 1 ba 1 a '18 V()l")r ':le ze r.on('~rïtrÁ-Ü';:>is:

,,-._---~ .. Ir. # ( ' /Jt J.# p 4'/,) -91( l //f'.!i JL( I{ I r -t.!J~

(IJ.

_~ ~-;J ~/ //.4. dq" ~ .11; t/'.

Concentratie tot °1

%

HqO?: V6~~ het v'3rder conC'3ntrer~n van ds H?O? oplossing tot Q1 'f, '..T"Irdt "l",rst nop zl'Î"lr zuiver H3P04 als stahil isator tO'-'!l?'eVO"lf-l. De onlossinp-"k:omend uit de "k:ol()m hij de concentratie tot 65 ~ wordt daa~toe jn e~n AI- tam"k: van 1? m3 ongevangen , waar ~-1n mlo "4-%- ;12' H3P04 ner 1nnl) L 1..Tordt toepevoep-d.

Hieruit '.Jordt nu een onlossinp mAt 8~n sn~lheid van 61)n L Der uur continu naar de concentratie-eenheid vernomnt, die ~~h~el eenrier js als dis voor de concentratie tot 65%~behaJve d8n het f'~it dat de onlos:ing hier uit de bodem van de 1{olom in de retort wordt -t*uggevoAr'd. Het !?'econc9nt.~~e""d"l '-Jaterstof'nerOXyd9 '<omt uit de bl"ldem van de retort viaeqn water"k:oeler in Al-tRn~s van 12m3 •

Het voordee1 van r1'3ze methoeelA is dat nu rl"! destillat:le p-eh'3"11 _{continu "k:an '..1orden}

ui tgev!berd en d!'! reto,..tteIDneratuur veel J Ag~r 1(an J ignm dan volgens ela andAre

methode. VolgAns de ljteratuur bedraagt d9zA nu OnpAV"let' 6'"

o

e

.

Niet beKend is echtel" hos'Teel damn in d'3 "k:olom "k:omt, zodat "lsn dool"re'"f3nen hiA~ yol1{oml'ln onmog"llij1{ is.

Aan hat p-ecr:mcentreerdl3 nroduct '''orel9n v3a"k: nop' stAhil isatoren "Jgev08p-1.en wAl 1n

voJgord~: n,r)'7 g"'am H3P04/L, n,1-:l /!ram Na4P20r;fL , 0,30 /!ram oxine L. De dichtheid

van het zo ver1(r"lgF'ln uroduct bedraa/!t: 1,3'51).

• I '!' -- -"f.--+"'-i "r

.+

)".

"

" _J

.l.

.

1 ! I -I ~~~~~~~~ __ ~~. ___ ~ ____ ~ .. _~."J. __ " Jo ·- -i---I " -- or .• _,

... ! . ,I f / / /

1

/

, -/ -'--~ .-1-j .

-y"

In het volgend? zal de totale warmteov~r~rachtcoe~~ici~nt van de condensor

gebrui~t bij de concentratie van het 33,3 %-ive H')O? tot 65 t worden bere~end.

Uit de mat~riaalhalans hebben '",e reeds p'Azien iat per uur in d", condensor komt:

356,5 ~g. 1"),3 f!A"'. ,'; H?02 bij de t..,mpe-rat~ur van 3~

o

e

en 98n druk van 40 mmo

Hf!. Ter ver"nnvoudi.Q'inl'! nemen t.Je nu aan dat het menf!sel H'JO-H202 "beschouwd "kan

worden a~_s zuivA-re st00m biJ zijn verzadii!invstemperatuur. o

Het ko~]water komt bij e"!n temp. van 10 C in dp, verticale condensor en verlaat

deze bij t"ien tArnDeratuur van ?5 •

c.

D'3 cond"lnsor l{oel t het condensaat niet af.

i,)

°c

,--_--L_-.

J ti'" ( + , . , . . , . 1

-Het logarithmi8~h gemjddelde tAmp. verschil is:

A T

=

(1 8 - 13) / In 1 ~/13

=

1 5,/+ • C

=

27,7 • F.

jp O(

Bere"kp,ning ~n de voor'ooig~ erootte Yän de ~densQr.

Uit de f'ormule : Q = U.A. AT l{an hij aanBa'1lA van aAn beORalde U het h"lnodigde

condenserendq opuervlak A berekend worden.

Vo ll!~ms Perry ( ,th

En

.

hl z. 481 ) l1.l!t U "in tuss9n 151") en ~()I"). l.Je nemr!tn aan :

U

=

501').

Per uur komt in de coni~nsor: 356,1) l{g. =

is: 7~4,1 x 1037_{,3 = q1310() B.T.U./hr.}

-7'34,1 lb. stoom. De af'te voeren \.Jarmte Dan is dus : A = Ge"kozen w~rd nu uit,,,,. diam. o ,6~5' I ~13.1~1")/501") x 2ry,7 = 28,~ sg.f't. de volgende PijD:

inw.diam. dikte in','. uitw.

wand. dwarsopo. opn. 0,405~ n,065~ 1"),1q_{24 n,16,6} Ooeratioms : 4?n) i.nw. opo.

U

.:J./1.D.

f"),12Q5sq f't ( Brown: Uni t

De caoaciteit van eenderf!elij~e ~uis is voor 1 f't/ sec.: ,nn,0 Jb/hr.

Nodis- is dus een len2'te v~-'n 453,3 f't. NAmen -.J"l "len lAnf"t~ van 5 f't. per buis dan nodig: 21 nijpen.

Snelheid van het koeh18t",r.

Voor <Bn ~ff'p,ctief WAr-G~n Van riq c0ndensor is het nON _{1ZA1(el ijk dat dA stroming}

van het koelwater in rl~ oijoän turhul~nt is. Daarvoor mOl3t f2'AlriAn dat het f!eta l

van Revnolds :Re = dVf~ g!-oter is dan 2')n0.

De hOBveAlheid koelwate~ is: Q13.1~n / q/5 x 15 =3n.1n0 lb/hr. Per nijo dus :

3,n lb./hr. De snAlheid is _{dus: 1,1 '}''1 f't.lSAC.

Omf2':r..,~ena in C.g.s. PAnheden vinden WA variAr:

d = 1,25'7 cm. v

=

33, 53 cm/sec.

1"'= n,'J1I")R " Re 391'1; De strominr is dus turhulent.

,- - -

-~.

Stoomsnelh8id.

Om d~ , voor d~ hi~rna volgen0~ bArA~~ning van d9 overall-coqf~icient, benodigde formules to~ te m~gqn Dass~n, is h~t no,j~ dat d~ sto~msn~lh~id de grens van 10~/

Sq('. niAt of maar wein~(! overschrijdt. Tn ons ;:re'lal jf'J do:-'-[' d'3 g"rjnge

st0l")m-drtitl{ (4rJ mmo Hg.) ~An vrij R'rotq njamet'''lr 'lbn de conrlp.nsor vAreist. ~tJ" ldezen

deze nu 6rJ cm. , waardoor juist dA grqns hereikt wordt. Het volumën van d", sto0m is DAr UlJD:

126.s

nrJ X

"6

n_x

211

~2

4

= o. M3.'10() L/hr.

1? 4n ?73 '

Het gedeelte van h"3t d1.rarsoPDervlal{ van dfll condensor ingRnomen dool' de oi,jDAn

i s :

t

7T ( 1, 5S5 ):2.01 = 17g, 5

cm?

Het totale oonervla~ is : ?~~6 cm~.

!-Iet vrije oD'îervlak is dus ?646 cm? De stQomsnelhejd js: 10,1 m/ sec.

Schema van d!'! tA volgen herAken.ine.

He+> ,schema van d~ wal'mteovqrdracht is als volgt:

L

l,.t. _, D9 weArstand teven de ',farmtAoverdracht vindt voornameI i.ik

~1r'f, olaats in de laminai1stromAnd9 laagjes langs de buiswand. De w~erstand van de metalen wand i.c. Al is hierbij te

Ti

verwaerlozem. Er is hjerb~.i dus A.angenomen dat de

oon-~ d~nsatiA ",en ~ilmcondensatie is. Zou er eventugel Aen

'J~1';: drUDPr:llcondensatiA ootreden, dan wordt dAJ3rdoor de

oVl'lr-J~qA~ I gangscoeffidient sterk v'3rho~gd.

v_", Iva,t-,.;.

De overdrachtscoe~ficient aan d~

( BrOl,fn: blz. 4/+ g)

te rer~k~nen uit de formuJe:

wat een aan d~ oracti Jk aangenaste oorsoronkc.l ijic theor~tjsch a6'w'!leide formule is.

Hierin stellen de symbolen voor:

l{f overdrachtscoe!,'icient van water bjj de p-''3m. filmtemp. in "3TU/ hr. sq ft.

~f = dichthejd van watAr in ]b/ cu ft. bij de w'!m~ f'ilmtemo. g

=

versMFingvand~ z1Jaartelcracht: 4,1~ . 1") · ~t./(hr.)2 ,\ = verdamnings1,farmte VAn l..,at~r bij de sto0mtemo. in BTU.

L

=

l~ngte van de buis in !'t.

I"r

= viscosHeit bij dA gl'lm. fj1mt,.,mo. jn Jb./hr. ft. = 2,42 x cP

A_{t m}= gem. temn. verschil tus~en de stoom en de wand van de buis in Qp.

De gem. f'ilmtemn. kan hierbij genom~n worden als:

t", = tstoom - 0, "'5 LI tm

De overdrachtscoe~~icient aan de waterzijde : hi volgt uit:

----Volf"ens Colburn vl'lrkriJf"t msn de heste ov"!r",~mstemmin/? mt'Jt de nract5jl{ voor: ~ = 0,021

,.,n

(Pr)0,333.

Voor water in turbulentl'J stromdmg kan deM f'ormul9 vereenvoudi.f"d '.rord~n tot:

( Perry blz. 47~ )

h. _:t = 16~ ( 1 + ~,n"2 tf' ) i_Ys~~

( D )'1,2 (2)

tr

=

gl'Jm. filmtl"lmp. in graden F, prenom!'ln als de f"emidd",ld~ temperatu'_;r van de

buiswand verminderd met de hel~t van ~ ti.

Vs

=

watersnelhf'dd in f't/sec.

D = inwendige diamet~r in inches.

Verder zal moeten f"elden:

tm + ti = 27,7 " F en

H9t schema van de herAkening is nu als volgt:

Aangezien l,re ~ tj en 4_{t m niet kennen, 'tlerrinnen} '.fe met een bepaalde aanname over de f"roo_{tte van hi en} ~ _{hm en bere}1_{{f'lnen hj eruit m~t behul r> ven 3 '3n 4..0. ti en~ trn.}

Na );Jenalinf" van de gemidrield9 fi l_mt~rnp",ratu",.,n berfl'<:l'men we uit 1 _{"'!n ') hj en hm}•

In 't alg'Am!IH'!n zuI" en natuurli.ik deze waarden niet. f"el:i.fk zijn aan de eerst

aanp'e-nomene. Met de gevonden waarden word~n..oti é\n..ot_rn her"lk,.,nd en h~t (!ehl"1t31 vor

rrt-f"ezet zolang totdat de laatst aangenomene en gevonden waarden V)0~ _{hi en hm}

over-el'lnstemmen.

Het verband tUSS"ln hi, _{hm en Ui is nu:} ( Me. Adam::;. )

U.

₌

1

1 _{1 +}

hili

D. I Du + D·

i i k 1 Ogm" 1

rfuÇ

k = thermische f"eleidbaarheid voor Al in BTU/ (hr.)(sq f't}(o"!<,) Du= uitwendige diameter van de buis.

Di= inwendige diameter van dA buis.

Ter controle kunnen we dan nagaan of geldt:

Ui.a T = hi.ati hrn.atm.

"renneer nu blijkt dat de 0verall-coeff'icj",nt st~,..1{ afl,.ri,i1<:t van de aanwmomAn waarde dan za] door Mn analog~ "trial ann grro'" '1 method~ de leng'tl'l van de b1iliMn zó

lan/! gevarieerd moeten worden totrjat oV13rl'!"lnstt"lmminF" tussen d~ aanR:enomen en berf':!-'kende waard", is herei'<:t. Eerst dan is hq;' nro'bl~l!I!m on2'elost.

1

I

1 ().

I\lvor~ns nu ne berekening vrIt(. ons geval uit t", vo",ren zullen 1,J~ nop-' moet",n nagAan

of de stroming van h!=!t condp.nswater lanl2's nP, huizen ind~rdaad l?minair :lso Is dit

niet h~t geval dan zal I'lAn correct,jf'! on fo"'m.1 moeten word~n tor,gin8st.

Een laminaire strominf tr!=!edt OP als geldt:

waarin (' = '.I/T D.

~~-'<

2100

w = ho~vMlheid condenswatl'!dn lb/hr Der nijnl

D = uit\.Jendige diameter.

r

=

snelheid van de st'!'orn:i.g in lh/hr .f"t.

N~me~ w'" een buiswandtemn. van q~ . ~ aan, dan is de pemiddelde ~ilmternn; q~,5 ~

/l-r

= 1 ,6~1

"!n

4r

I/r

= 125 De strornlnP.' is dus ze1{"'r laminair.

Berekening van de overal]-coef~;cient.

met d~ onderstellinp: 1.Je beginnen h_m = hi

=

Stoomzi,jde: 4r_{)l')(') } _ Ll ti = 24,4 • F} t "). , ") "1i' 55(') .6 m

=

J 7 " tf = 97,q · F In bi.1behorenne eenheden ZlJn L k~ _.

e

_f g _{. ?} 5 (),362 6?,n1 4,1~.1n . ,h 1 , '7146 LI tm '3,3

Hieruit volgt:

Dm.-

= 1461 BTUI (hr)(sq.ft.)( ~/f't)

Waterzijde:

t~ = ~4,5 °F

Vs = 1,10 ft/sec.

Di = (),495 in.

Hieruit volgt:

h4-

=

4(')~ 13TU/(hr)(sq f't)(

Fin)

U i t de bere 1(ende '.marden voor

p ti = ~ 1 , '7 • 1i' b _{t m}

=

6,n OF Stoomzijde: tf' = L 5 kr 0,362 g 4

,

1 _'~ _. 11"\ _' o:? ) h m = 126R B'l'U/(hr)($q, f't)( ~/ ft) Waterzijd",: tf

=

~3, 1 • F -,h:=.:;il--=_~3q-,-'7->., 1 BT U / ( hr )( sq ft) ( F / f't ) = =

I _{11 .}

1 =

De controle g~~ft :

Onze "eginveronderstell inp' is du~ onjuist ~!9w~est. ',Je kiezen daarom] engere pi .ipan

en wel : L

_'*

~,5() ft. tl ti

=

' ) .1 , IJ D F 6,'7 oF ~tm

₌

=

h· l J96 1 n6'7 ~ ti = '20,2 Dl" b tm = '7,5 0 F h_m

=

1 . .[9 beschouwen dit als een voldoende benadering.

ControlR:

r:onclusi e:

Ui = ]02 BTU/(hr)~sq f't) ( F/~t)

Ui

=

2q_{5 BTU/(hr)(sq f't) ( "'Irt)}

De condensor heef't de vo~gp.n1e af'metinp'en en Aig~nschaDnen:

Diameter: 1 ,97 f't

L~n~te ~,5n ~t

Aantal nijnen: q1

Overal1-cQêff'icil'lnt: '31')1") BTU/(hr~(sq ft)( "'Irt)

Literatuur :

\.rJ. Machu : ;~as"p!rstof'neroxvd. 'Jli"!n (1051)

G.A. Zotos :Gh~m. En~.5?, 114 (1~51) C.I.O.S. XXXIII - 42 C. I. O. S.

xxv -

44 C.T.O.S. XXIII - 18 B.T.O.S. Final - 599 B.T.O.S. Final - ')94

Perry : Chem. Eng. Hendbo0~ lth Ed. (195n ) Brown : Unit Onerations (10₅₁₎