Verslag behorende bij het fabrieksschema: Bereiding van neopreen

,Á

J.M. Vercruysse,

Zandvoorter Allee.". 16, .... H e e m s t e d

lP:,

~~:'

!

~

L

VERSLAG behorende bij het fabrieksschema I Bereiding van neopreen.

---~---~---~--~~~----~~~

1. Inleiding. (' "

Onder neopreen verstaat men de synthetische rubber, die verkregen wordt door polymerisatie van chloropreen, een

stof, gelijkend op isopreen, de bouwsteen van de natuurrubber. Chloropreen wordt op zijn beurt verkregen uit acetyleen -,

(C_{2H ).} Dit gaat als volgt: Eerst worden er 2 moleculen ,

acet~leen

aan elkaar gelegd tot monovinylacetyleen, waarna aan deze verbinding HCl wordt geaddeerd.

In het hierbij behorend schema zijn behandeld:

de bereiding van chloropreen, de polymerisatie hiervan (in ,' emUlsie) en de vet werking van de polymeeremulsie tot droog polymeer. De bereidin~an de grondstoffen voor het chloro-preen, n.l. C2H2 en HCl zijn door

J.

Visser behandeld. 2. Litteratuuroverzicht.

De eerste proeven en wel op laboratoriumschaal ter bereiding van vinylacetyleen, zijn verricht door Nieuwland 1).

]

• _'I' Deze liet C2H2 borrelen door een verzadigde waterige

oplos-sing van CU2C12 en NH4Cl. Hij v&rkreeg een omzetting van

20% van het acetyleen. V~n deze 20% was

73%

monovinylacetyleen (CH

=

C - CH

=

CH2, kookpunt 5°C.) en de rest divinylacetyleen (CH2

=

CH - C

=

C - CH

=

CH2, kookpunt

90

oC.).

Voor deze omzetting is later een continu proces ge-vonden 2), waarbij van een roterende horizontale reactor wordt gebruik gemaakt. Behalve NH4CI en CU2CI2, die aanwezig zijn in de verhouding van 1,7 - 2,2 mol. NH4CI op 1 mol.

r~ ~ CU2Cli' is nog Cu-poeder aanwezig, om de koper ionen als

ft, ~_ cupro in oplossing te houden, en ± 0,6% HCI. De temperatuur

.~" is

75

0C.

; ?~ Het Monovinylacetyleen wordt met behulp van dezelfde

, - k~talysator _{onder toevoeging van HCI omgezet in chloropreen}

,

/ .

.

p-

3) (CH2

=

CH - Cel = CH2, koo)1punt 60oc.), een kleurloze

, !~ IJ~ vloeistof, die zeer vlot polymeriseert tot een rubberachtige

,

~b-, ~'Á~ substantie (de aanwezigheid van het Cl-atoom in het mo_lecuilll

~ ,~ maakt het meer polair).

".l h " L , " De polymeri satae van het chloropreen wordt technisch.

w~r~~ uitgevoerd in emulsie ).

Bij het maken van het fabrieksschema is als basis genomen de flowsheet, voorkomend in de onder

4

aangegeven

I

litteratuur. Voor de bereiding van het monovinylacetyleen is echter geen gebruik gemaakt van de aangegeven hor1.zontale,

, roterende reactor, daar moeilijkheden op kunnen treden bij de afdichting van de toe- en afvoerleidingen van het acetyleen, met kans op lekkage, hetgeen met het oog ·op de explosiviteit van dit gas minder gewenst is. Als reactor is een lange,

~

_ 'verticale buis

5)

genomen, die in dit opzicht een grotere mate van veiligheid biedt.

, Er zij nog op gewezen

4),

dat de verschillende

pro-~~ cessen een' strenge controle vereisen, daar er hier met ver

h

•

./'~" bindingen gewerkt wordt, die met grote hevigheid kunnen

1-·

-I .

-2-Litteratuur.

1) Nieuwland C.S., J. Am. Chem. Soc., 1931,53,4197. 2) B.P. 516,688(1939).

3) Carothers C.S., J. Am.Chem. Soc., 1931,53,4203.

\

4) Chem. and Met. Eng., 51 No. 1, 130(1944). ·

5) B.I.O.S. Final Report (Item no. 22), No. 751.

3. Beschrijving van het proces 1).

Door de Nash-pomt~1, vervaardigd van Duriron (0,8%c, 14,50% Si, 0,35% Mn) wordt acetyleen aangezogen (verse

voe-ding + recycle, waarvan de hoeveelheden worden afgemeten m. b.v. meetflenzen), met 75%-ig H2S041 gewassen en naar de reactor 2 (eveneens van D8rTfrón) gepompt. Het acetyleen wordt onder in de reactor gebracht door een lange buis en

krijgt dan de gelegenheid door de verzadigde, waterige

lDatalysator-oplossing te borrelen (over een hoogte van + 5 m).

'\ De katalysator-oplossing wordt rondgepompt door een circula-tiepomp van Duriron. De temperatuur en de druk van de reac-tor worden gecontroleerd, terwijl de temperatuurcontroleur

\\ tevens de hoeveelheid koelwater regelt, die nodig is om de

~ reactiewarmte af te voeren en de temperatuur van de reactor op

1

~% de 75°c. te reactor naar beneden. .houden. Het koelwater vloeit als een film langs .

l ~ De reactiegassen + niet omgezet acetyleen gaan

vervol-, gens via de waterafscheider 3 (van Duriron) naar de condensor 4, waar het mono- en divinylacetyleen condenseren, terwijl het niet omgezette acetyleen wordt afgevoerd en naar de reactor ~prdt teruggevoerd. De koeling vindt plaats met be-hulp vanVpekel, de temperatuurcontroleur regelt de toevoer hiervan.

Het vloeistofmengsel van mono- en divinylacetyleen gaat nu naar de fractionneerkolom 5, die voorzien is van een verdamper en een refluxcondensor. V~n onderen wordt divinyl-acetyleen afgetapt, van boven wordt monovinyldivinyl-acetyleen afge-voerd. Dit product, dat na het verlaten van de condensor,

weer aan de omgevingstemperatuur wordt blootgesteld, zal weer in damp overgaan (kookpunt 5°C.), die in wasser 6 (van

Duriron) gewassen wordt met aangezuurd water. Het gewassen

monovinylacetyleen komt nu in de reactor 7 (van geebonieteerd staal), waarin het met geinjecteerd H HCI reageert. Boven

uit deze reactor wordt een mengsll van zoutzuurgas, niet omgezet monovinylacetyleen en chloropreen afgevoerd. Tevens zal wel wat katalysatoroplossing meegevoerd worden. Het niv~u

hiervan wordt in de reactor constant gehouden door suppletie boven in dè reactor. De temperatuur van de reactor wordt op 1) De nummers achter de appntaten komen overeen met de nummers

\

\

.

1

~~. 7 /.' ~", ... ,/.I yr'.f ';:!-. -+--'--- - - -- -- -- - -- ---- _ .. 6 7 8

T

I 16 15 14· -Bereiding Neopreen J.M.Vereruysse 30Jan 1950 _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ . __ _ __ _ _ _ __ _ _ _ __ -..JL-.._~ _ _ _ _ _ _ ·

.

'.':

\

Y

-

- -

-

-

-3-50

oC. gehouden, de temperatuur-coltroleur onderaan de

reactor regelt de toevoer van het koelwater, dat de

reactie-warmte afvoert.

Het gasmengsel, dat afgevoerd wordt, leidt men naar

een gasscheidingskolom van geebonieteerd staal, waar het

chloropreen afgetapt wordt op ongeveer 2/3 van de hoogte, terw~

wijl boven uit de kolom zoutzuurgas en vinylacetyleen

ont-wijken; dit mengsel wordt geleid naar een condensor (met

pekelkoeling), vervaardigd van Tantaal, waarin het

vinyl-acetyleen condenseert. Dit condensaat gaat naar een gekoelde

ontvanger, ook van Tantaal, terwijl hetntet gecondenseerde

zoutzuurgas hieruit afgevoerd wordt en teruggevoerd naar de

reactor

7.

Het vinylacetyleen komt vervolgens in een

ontvan-ger, die niet gekoeld wordt, waarin het weer verdampt,

waarna het ook teruggevoerd wordt naar de reactor

7.

Een

deel van het vinylacetyleencondensaat wordt als reflux

teruggevoerd in de kolom.

Het afgetapte chloropreen wordt opgevangen in een

tank

9,

en m.b.v. een wateremulgatormengsei u1t tank 10

in de emulgeringspomp 11 (type Laval) tot een emulsie

ver-werkt. (Als emulgator wordt Na-stearaat toegepast). Door

de emulgeringspomp 11 wordt de emulsie naar de eerste van

de 4 polymerisatie-autoclaven 13 gepompt, terwijl tevens

katalysator-oplossing (30%-ige oplossing van benzoylperoxyde

in water) en stabilisator-oplossing worden toegevoegd. Dit

geschiedt d.m.v. de proportiepomp 12, die gecontroleerd wordt

door de meter ln de uitlaatleiding van de tank 10. Nadat de

emulsie de

4

autoclaven, waarvan de temperatuur op ± 4o°C.

wordt gehandhaafd (de temperatuurcontroleurs regelen de

toe-voer van het koelwater, dat de polymerisatiewarmte moet

af-voeren) heeft doorlopen, en een voldoende polymerisatie is

opgetreden (dit zal ±

6

u. duren), komt de nu verkregen latex

in een mengtank 14 terecht, die er toe bijdraagteen zo

homogeen mogelijke latex af te voeren. Hierna heeft coagu~atie .

plaats op de met pekel gekoelde wals

15,

waaruit de neopreen

wordt afgevoerd als een dunne film, 1 à 2 mm dik, die in de

wasser 16 gewassen wordt en in de droogkast 17 van het .

aanhangende en ingesloten vocht wordt bevrijd. De droging

geschiedt met warme lucht, die met behulp van door stoom

verhitte vinpijpen steeds weer op de vereiste temperatuur

wordt gebracht.

De neopreenfilm wordt na droging in de zgn.

"roping"-machine 18 tot een snoer samengedrukt, dti in de snijmachine

19

in stukken van ±

30

cm. lengte wordt gesneden.

4. Berekening van de droogkast.

Hierbij is aangenomen, dat het vochtgehalte van de

neopreen

30%

is, en wel

20%

aanhangend vocht en

10%

ingeslo-ten vocht.

Daar de rubberfilm over een aantal rollen loopt en

daartussen in een aantal lussen hangt, is bij de droging

niet het tegenstroom:r'rincipe toegepast, maar het

dwarsstroom-principe, opdat de lussen niet tegen elkaar aanwaaien en

er dus geen stagnatie optreedt.

De kast is, om het äwarsstroomprincipe te kunnen

toepassen, in

4

compartimenten verdeeld, wIk voorzien van een

~---_._- -

-/

-

--

-

-I

-

-4-Nemen we nu een filmbreedte van 80 cm aan

dikte van 0,1 cm, dan kunnen we de snelheid van

re

de kast berekenen.

Prod uctie: 100 kg. neopreen !uur}.

S.G. neopreen: 1,2.

De doorgang per seconde is: 100.000 = 28 gr.

Volume van de rubber, die 80 x 0~1 x v

=

8v cm3.

3600·~

per seconde passeert:

Nu is ö.v.l,2 = 28.

v

=

28

=

± 3 cm/sec.

en een film door

9;"6

Per uur is dat: 3900 x 0,03 = 108 m, d.w.z. per uur wordt

108 m. film door de kast gedroogd.

Hangt de neopreenfilm tussen 2 rollen in een lus van 1 m. naar beneden, dan ik per rol 2 m. film aanwezig} d*-t komt overeen met een droogtijd van 2 x 60 ~ 1 min",.(.

TOB"

Voor de verdamping van het oppervlaktewater is het eerste

compartiment gereserveerd, met 6 rollen. De voordroogtijd

zal dan dus ± 6 min. zijn (bij qroging met lucht van 10Q.~.

en 1 5% relatieve vochtigheid),

kAF

a - u~~ I-f~ ~.,..,...~

Voor de nadDqging zijn 18 rollen gereserveerd, ~

nadrogingstijd zal' dus. 18 min. bedragen, hetgeen eveneens I

een redelijke tijd geacht wordt.

Het 2e, 3e en 4e compartiment zullen dus elk ook

6 rollen bevatten, totaal zullen 24 rollen aanwezig moeten

zijn.

De roldiameter is 10 cm. genomen. Rekent men

tussen de rollen ook een ruimte van 10 cm., dan moet de

lengte van de kast zeker 24 x 10 + 23 x 10 = 470 cm worden.

Met een extra ruimte van 25 cm voor en achter, wordt de

totale lengte 470 + 2 x 25 = 2J& 520 cm

=

5.20 m. De lengte

van de filmlus tussen 2 rollen is 1 m. genomen. Een hoogte

van de kast van 1 .50 m mag dus redelijk worden geacht. De

breedte is 2.00 m. genomen, en wel 1.00 ID. voor de

midden-kast en 0.50 m. voor de zijmidden-kasten, waarin de luchtverhittings-elementen geplaatst zijn.

Het uitstekende gedeelte links vooraan bevat 5 lucht-filters volgens Delbag (afmetingen 50 x 50 x 8 cm., gevuld

met in olie gedrenkte Raschigringen~~capaciteit per filter

1000 m3/uur, luchtweerstand 6 - 8 mm).

Berekening van de weerstand en het verwarmend oppervlak van

de lnchtverhittingselementen. A. Berekening van het le element.

De afmetingen van dit element, bestaande uit 6

stoom-buizen, voorzien van 49 ribben, zijn als volgt genomen: Lengte van de stoompijpen: 50 cm.

o

binnenbuizen 16/13 mm

o

buitenbuizen 30/26 mmo

Lengte van de riibben 30 cm.

Breedte van de ribben .: 7,25 CID.

Dikte van de rmbben 0,05 cm.

1) Berekening van het V.O.

--

-5-i

aangehouden:

is

T68~

. _' _ _._

R~:

.y%htigheid

Lucht bij invoer

Na verwarmen 1

ooor' .

"

15%

Na leiden langs neopreen 84~ • _ 40%

\

Deze waarden zijn gevonden uit de b~jgevoegde grafiek; men volge de rode lijn. Uit deze grafiek blijkt, dat in dit geval

per lb. droge lucht 0,010 - 0,006 = 0,004 _{lb. H20} wordt

op-genomen. .

De s.w. van de ingevoerde lucht is volgens dezelfde grafiek 0,243 B.t.u./lb. (men volge de zwarte streeplijn). Daar er per uur 100 kg. neopreen geproduceerd moet worden,

(± 70 t/m), zal deze hoeveelheid bij ingang in de droogkast volgens aanname 30 kg. water bevatten, waarvan 20 kg. aan-hangend vocht is, dat in het1e compartiment wordt verwij-derd. 20 kg. H20

=

20 x 2,2 = 44 lb; om deze hoeveelheid te verdampen is nodig -=""",!4~4~_= 11~0 lb. droge lucht/hr = 0,0011 11000

=

3,06 lb. droge lucht/sec 3600

Nu heeft 1 lb. droge lucht van 68ûF. een volume 13,3 cuft.; heeft deze lucht een relatieve vochtigheid van 100%, dan is het soortelijk volume 13,7 cuft. (zie grafiek,

rode streeplijn). .

Is de relatieve vochtigheid, zoals in dit geval

40%, dan zal het s.v. 13,4 cuft. zijn.

De 3,06 lb. droge lucht, zal nu dus als lucht van

een relatieve vochtigheid van 40% een volume hebben van

3,06 x 13,4 = 41 cuft. = 1,2 m3. (Deze hoeveelheid lucht is dus per seconde nodig).

De 11000 lb. lucht moeten per uur aan warmte opnemen 11000 x 0,243 x 32 = 85.600 B.t.u., of afgerond naar boven

90000 B. t • u •.

Grootte van het verwarmend oppervlak van het element bij de gekozen afmetingen.

Buitenop~ervlak van de stoompijpen per mis:

0,030 x 1 x r = 0,094 m2/m = 0,094 • 3,28 = 0,304 sti.ft/ft. Totale lengte der stoompijpen is

6

x 0,5 = 3 m = 10 ft. Buitenoppervlak is dus: 10 x 0,3

=

3 sq .• ft.

Oppervlak van 1 plaat is:

2 x ~~~ x 12 = ~ sq.ft.

Van 49 Platen.: ~ x 49 = 23,5 sq .ft. Hiervan gaat af de oppervlakte van de gaten, waer

heen steken, d.i.

49 x 6 x IC X

1+

de stoompijpen (6 stuks) door-1,182 = 2,15 sq.ft.

1Ji04

Totaal verwarmend oppervlak is dus: 3 + 23,5 - 2,1

-6-Dontrole 1) Q

=

A. U.

IA

ttLog}

u

= 1 ho

=

e.G.n

=

01-n

(~i)

+

!

~o

)

0,041 • G

o

,5 0°,5 Berekening van

R.

C

=

constante n

=

constante D = uitwendige

0

buis G

=

massasnelheid/sq.ft.

Oppervlak van de 16/13 mmo binnenpijp is:

0,013 x 7( x 1 = 0,041 m2/m = 0,041 x 3,28 = 0,135 sq.ft/ft.

Verhouding

buitenoppervlak

=

24,4

=

± 18.

binnenoppervlak 10~35

1,3,

Vrije doorlaat zonder verwarming: 3 x 5

=

Af voor pijpen: 6 x 5 x 0,3

=

Af voor ribben: 49 x 3 x O,005

=

_15.. dm2._ 9dm2. 0,735 dm2 Totaal

af

9,735 dm2 Vrije doorstroom 15 - 9,735 = 5,26~ dm2 = 0,05265 m2T = 0,05205 x 10,76

=

0,57~o/t.

De luchtsnelheid is dan: 41

=

72 ft/sec

=

22 m/sec.

ü,5'7 G

=

11000

=

19300 lb/hr/sq.ft vrije doorstroom. 0, 57 x 440

=

58,1 B.t.u./hr/sq.ft/ûF. 0,31

u=

1

=

1

=

1 = 31 B.t.u./hr/ sq .ft/OF • 18 + 1 (;,0150 + 0,0172 0,0322 1200

5B'

1) De controle - berekening is uitgevoerd met behulp van

Brown and Marco, In~troduction to heat transfer,

.-

-

-7-Er is afgewerkte stoom van 5 p.s.i. overdruk (227o:F.) ge-bruikt. Nemen we nu aan, dat het temp. verval binnenpijpen-buitenpijpen 27~. is, dan is dus de temperatuur van de bUitenpijpen en de ribben 200~.

Ll tlog wordt dan: 1 32 - 100

= _ ....

3.2~!""--0,278 log

DL

100 Nu is: 90.000 = 31 x 115 x

A.

A

=

90.000

=

25,2 sq.ft. 31.115

Deze waarde komt dus vri~ behoorlijk overeen met de hierboven berekende waarde, temeer daar de benodigde hoeveelheid

warmte nogal ruim is genomen en het temperatuurverval in de stoompijpen nogal groot.

2. Berekening van de weerstand en het drukverval. a) Er zijn geen stoompijpen aanwezig.

Het drukverval is dan te berekenen met de formule:

4 ~ ,;;-= 4 f. 1 • ~

f

v'J. •

'Itnï

4

ft.

lil = drukverval. 4f = wrijvingsfactor (hier 0,15). 4m = hydra~lische diameter. V was 22 m /sec. 4m = 4ab = 4. a + b 0,01 x 0,3 2(0,01+0,3)

=

4. 0,003 = 0,02m. 0,62

Voor de berekening van het drukverval, worden de 49 platen geacht achter elkaa» te staan.

De spleetbreedte is:

50 - 4~ x 0,05

=

50 - 2,42

=

0,95 cm = ± 0,01 m.

o

50

Re c 4m.v.(

=

0,02 x 22 x 1,28

=

28160.

7

2 x 10-

5

We hebben dus met turbulente stroming te maken.

4 p

=

0,015 x 3,625 x 484

x

1,28 ~ x 0,02

(1 = lengte

=

50 x 7,25 = 362,5 cm

=

3,625 m) •

.

=

840 N/m2.

~) Met stoompijpen. We berekenen eerst de weerstand van 1 pij Het Reynolds-getal is hier:

Re = D. v.~

~

=

0,03 x 22 ~ 1,28

=

42240.

2.10-J!V A.J(] auog 'Cf' .Jodoi\ J3fOM ' Cf '

,.,

N 0 cO r-.0 ti d ti 0 q 0 d 0 d ~

:or

t~

:::t

::>

~

~

4:.

1 -, -~

-J:. :.t 0. I.

-~ ~ i:: u:

-m

-~ "-e ~

-= ~ l t <Ct ~ ~ :0, ... ä § ï:

-:0 , u.: en ~ ~ 0

-L C» Q. 0 0 0 0 0 (]> ct:) r-\0 N 0 0 0 0 0 ,.. J 3+oM ' Ql ..I3d ' n T g C'I é::i 0 (J'\ <0 t: ~ U') CIoI ('ol ... ..IJ\, Á,JO auog ' ql J3d ' +::l ' n:::>

,ti + 'i+ ' 1-+- -R= - 1, .. H 1+ -I-' H· ~ --('I') o _.,.... , I -t-' ~ '~ 1++ ++ " I +~-It 1+ -1' ,+ , ..;. H-N o ... t U ... ~f---o .,.... -+ ,+ l ' -_.~-, ++ : +- ' , I .,....

Weerstandscoëfficient C _w voor stroming loodrecht op cylin-ders als functie van Re = Du

f

Vi?

-.. +t ... .i.+- .. , U:t:'-'-+ , ~. +-i -I 't-T

Lrr-

tt

±t=

, '-I-1 j-+ , I 1 i" .. +++- i ++~ .,.... I o _.,.... ,-.

++

'-H-, -H -:rtlf +-tt ti: L .,"" ti -.-l. .~ !t' '~J:i: .. --

ttf-j

..J.+ _,-H-l+-! ' :1:t Physische Werkwijzen PB ~ ~'* ~ i, ~ ~~~ r.n I, "" ~ ~ \ Q) ~

~

\

('I') 0 .,.... ('ol 0 .,....

i

.,.... ... 0 .,.... .,.... I o .,.... ('ol I o .,.... 1\ ~

"-~

,~ " j ; ~ '" _'"

"

11 '"

-.-~

'{~

.U

., J

-8 ...

\I

Hieruit ~olgt, dat de weerstandscoefficient C~= 1,2 (Zie

grafiek P8, college Prof. Kramers). De kracht op deze ene

pijp zou zijn:

F = C~x D x L x ~~V2 = 1,2 x 0,03 x 0,5 x ~ x 1,28 x 484 =

5,55 N.

F tot

=

6 x 5,55 = 33,3 N.

LJ

p = Ftot/oPP. =..l:h.:l = 222 N/m2.

0,15

Het totale drukverval zal dus bedragen:

841 + 222 = ~ 1100 N/m2.

~ 110 mmo H20.

We zullen dus een ventilator moeten gebruiken, die deze

weer-stand kan overwinnen.

B. Berekening van het 2e, 3e en 4e element.

In het 2e, 3e en 4e comp4rtiment moeten per u.

ver-dampen 3 kg. water, als we aannemen, dat de neopreen na het

verlaten van de droogkast nog 1% vocht bevat. Deze 3 kg.

wordt opgenomen door 11000 lb. lucht van 840F. en 40%

relatie-ve vochtigheid. .

Aangenomen wordt verder, dat de neopreen in elk

compartiment per uur opneemt:

100 x 84-68 x ~ x O,3 = 75 Cal.

3

(Temperatuur van de rubber bij ingang in het 2e compartiment

68Op.~ bij uitgang uit de kast 84Vf., zodat de

temperatuurs-stijg1ng per compartiment 84-68 Op. = • 84-68 x ~oC. is. Voor

3

3

de s.w. van neopreen is 0,3 genomen).

75 Cal. = 75 x 4 = 300 B.t.u •.

Per compartiment moet verdampen 3 x 2,2 = 6,6 lb. water.

11000 lb. lucht moeten per lb. opnemen 6,0 = 0,6.10-3=

11000

0,0006 lb. H20 = 0,001 lb. H20. (afgerond naar boven).

We gaan uit van lucht van 84OF., relatieve vochtigheid 40%;

dèze brengen we op 90Op., waarbij de relatieve vochtigheid

daalt tot 33%; na opnemen van het vocht uit de rubber, zal de

temperatuur 87Op. zijn, bij een relatieven vochtigheid van

40%. (Zie grafiek). Per lb. lucht wordt dan inderdaad 0,001

lb. H20 opgenomen.

Aan warmte moet opgenomen worden: 11000 x 6 x 0,245 = 16.150

B.t.u./hr.

(S.w. lucht/84Of,

40%

= O,245, zie grafiek).

Voor verdampen van het vocht is nodig:

3 x 600

=

1800 Cal.

= 4 x 1800 = 7200 B.t.u. De rubber neemt op:

De rubber neemt op: 00 B.t.u.

Totaal 7 00 B.t.u.

I

I

~

I

~

.

) L

-9-Beschi~baar zijn 16000

=

8000 B.t.u., we hebben dus een

2

juiste temperatuursverhoging aangenomen.

Hoe groot moet nu A ongeveer zijn?

Q = U.A. t2 _{t log '} Q = 16150 4!1 _{tl og} = 116 - 110

=

6

=

6

=

65°F. 116 log 1,05 0,092 log _ 110

We nemen het verwarmingselement als volgt:

3 stoombuizen, lengte

*

50 cm, uitwendige diameter 20

mm.;

~J' ~ribben, 30 cn lang, 0,05 cm dik en 5,75 cm breed.

De vrije doorgang is dan

3 x 5 - 3 x 5 x 0,2 - 49 x 3 x 0,005

=

15 - 3 - 0,735

=

11,265 dm2, = ~,11265m2

=

0,11265 x 10,76 = 1,22 s-qlft. G = 11.000 = 9000 lb/hr/sq.ft vrije doorstroom. 1 ,22 ho

=

0, 041 '-rl:-~~~ = 0,041 .~

=

TO;Obb)fj,5 0,041. 95 = 15,1 B.t.u./hr/sq.ft/Of. 0,257

u

= 1

=

1

~

1

8

+ 1 )

-0-,

0-1-5~0-+-0-, 0-'6~7~ 1200 1 5,1 (H~

'.J

.

16150

=

12,2 x 65 x A. A = 20,4 sq.ft.

=

1 0,0820

Het uitwendig oppervlak van het element is:

= 12,2

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

OF

•

1) Bu1tenoppervlak van de stoompijpen per m:

0,020 x 1 x K = 0,063 m2/m.= 0,063 x 3,28 = 0,206 sq.ft/ft. De totale lengte ervan is:

3

x

0,5

=

1,5

m

=

5

ft.

BUitenoppervlak in totaal is dus 5 x 0,206

=

1 sq.ft.

2) Oppervlak van de ribben is: 49 x 2 x 2~3 x 12

=

19 sq.ft.

14

Hiervan gaat af de oppervlakte van de gaten, waar de

stoompijpen doorh~en steken; dit is:

49 x 3 x n x ~ =

c:,

5

sq. ft •

1+ ---:rrtIt

Het totale uitwendige oppervlak is dus 19 + 1 - 0,5

=

19₁

5

sq .ft.

Deze waarde komt dus vrij behoorlijk overeen rne~ de

-10-2) Berekening van de weerstand en het drukverval.

a) Er zijn geen stoompijpen aanwezig.

V

=

41

=

33,6 ft/sec.

=

10,2 m/sec. 1 ,22

4m = 0,02 m. (Zie berekening bij 1e element).

De spleetbreedte is hier ook ± 0,01 m.

Het getal van Reynolds wordt:

Re = 4m. V (

=

0,02 x 10;2 x 1,28

=

1 3100 •

.,

2.10-We hebben dus met turbulentstroming te maken.

A

p

=

0,015

x

2,875

x

104

x

1,28/2

x

0,02

=

144

N/m2.

(L

=

5,75 x 50

=

287,5 cm

=

2,875 m.).

b) Met stoompijpen. We berekenen eerst de weerstand van 1 pijp

Het Reynoldsgetal is hier:

Re

=

D.v.!

=

0,02 x 1~,2 x 1,28 = 13100 •

.,

2.10-Hieruit vOlgt, dat de weerstandscoefficient CUI"= 1,2. Oe krac~

op deze ene pijp zou zijn:

F = Cw-x 0 x L x ~t'..V2 = 1,2 x 0,02 x 0,5 x 1,28 x 104

=

1,6.

Ftot = 3 x 1,6

=

4,8

N •

.d p = Ftot/opp. = 4,8 = 32 N/m2.

0,1

5

Het totale drukv~rval zal dus bedragen:

144 + 32 = ~ 180 N/m2 = 18 mm H20.

We zullen dus ventilatoren moeten gebruiken, die deze

weer-stand kunnen overwinnen.

_----,---~--- - -

-_.

'#~7

~

-L4

/~4~_.

-;

~~