De fabricage van zuiver KOH uit zuiver KCL: Verslag bij het ontworpen fabrieksschema

I

;'

I I l. ....

-I

I I ' I

De

fabricage van zuiver

NOH

uit zuiver KCl~ Verslag bij het ontworpen fabrieksschema. Inleiding.

--~ --~ .:! : '. '< i~

I

J:I~~'-:' I ~ .' '" .\; , t I~

Bij de fabricage van kaliumhydroxyde uit kaliumchloride staan ons twee methoden ter beschikking, die slechts verschillen in de werking van de electrolysecellen.

In de eerste plaats hebben we de diaphragmacellen, waar de inwerking van het aan de anoële ontstane chloor op het kalium-hydroxyde, dat aan de kathode ontstaat uit kalium/en water,wordt verhinderd door de plaatsing van een diaphragma tussen de beide

j

I

electroden. Hierbij wordt de KeI-oplossing aan de anoderuimte toe-gevoerd en van ~e kathoderuimte afgevoerd. De vloeistof gaat dan door het diaphragma. Wil het diaphragma effectief zijn, dan zal het een hydraulische weerstand aan de stroom van de electrolyt moeten

---bieden, loodrecht op het diaphragma en dus direct van de anode naar

0'

r-

,

!

/

de kathode. Zodra de electrolyt door het diaphragma in de kathode-ruimte is gekomen, wordt dit weggevoerd. Het diaphragma ligt hiertoe meestal op een geperforeerde ijzeren bodem, die gelijk als kathode dient. Eet daar ontstane KOR wordt dan in oplossing met de KCl er-onèer opgevangen.

Hierna moet dus een scheiding van de KOR en de KCl plaatsvinden. De zo gefabriceerde KOH is practisch niet geheel zuiver te krijgen. ( Meestal is het verontreinigd met KCl, chlorieten en chloraten,

afge-~

zien van 0e verontreinigingen, die in èe gebruikte KCI aanwezig waren.

De tweede beschikbare methode is die, waarbij gebruik wordt ge-maakt van de kwikcel, waarbij kwik als kathode dienst doet en geen diaphragma wordt gebruikt. Het ontstane kalium vormt dan met het kwik een amalgaam, dat wordt af'gevoerd en met gezuiverd water wordt

." .. ",~ ... _ . 1

-, _e; ..::._ _. _._ :..~. -_.

__

,.-r . '"' _ . .J. -. _o __ _ J __ - .J'""\ (1 ----~-~

.,

{"( ( , Î

.

J.

~

"T ~ -, - ( • • < (

..

\ :-' .) r, . ~ (" I \ . ( , "' _.1 \ { '\ , ) " .! -, r _{.• j '.}

1

behandeld, waarbij het KOH wordt gevormd. Hierbij krijgen we direct een 50% oplossing.

Het aan de anode ontstane chloor wordt in beide gevallen op de-zelfde wijze met kleine onderdruk afgevoerd.

In ons geval is de kwikcel gekozen, daar we zo zuiver mogelijk

KOH wilden bereiden.

De z. g. horizontale kwikke.thode is het meest geperfectionneerd

in de uitvoering, terwijl de draaiende cel en verticaal vallende kwikfilmcel nog in het stadium van ontwikkeling verkeren. Het eerste type is om deze reden dan ook gekozen.

De verschillende voor- en nadelen van de kwikcellen t.o.v. de diaphragmacellen zijn, kort samengevat

1. Bij de kwikcel behoeft de K~l-oplossing alleen opnieuw verzadigd te worden aan zout en niet gescheiden van de KOR. Bij KOH is dit nog

belangrijker dan bij NaOH Lv.m. het mol.gew. van KOR (30% groter). 2. Bij de diaphragmacel moet CaO en MgO volledig verwijè.erd worden,

daar deze een neerslag geven in het diaphragma.

3. In de kwikcel heeft Mg een slechte invloed. Ook mag er geen Fe,Ni en

Cr in zitten, anders krijgen we een dikke amalgaam. Deze laatste

drie metalen zijn echter meestal in het te verwerken zout niet

aan-1 wezig.

'/- 4. Bij de kwikcellen moet voor de herverzadiging ontchloord worden, want het chloor hindert het neerslaan van eventuele zware metalen met KOH. 5.

De

kwikcellen nemen meer ruimte in beslag.

6. De kwikcellen zijn door het gebruik van kwik en een kwikpomp duur in

aanschaffing. Net kwik moet voortdurend door afscheppen van onzuiver-heden gereinigd worden.

-,

-

--I •

I

.

-

-I

7. De verbruikte energie is iets hoger.

8. We krijgen echter met de kwikcellen een zuiverder product en een

hogere concentratie van KOq.

9. Werken we met zeer zuiver KCl, dan is de ontchloorinrichting niet

nodig en behoeven er ook geen voorzorgen te worden genomen om de

onzuiverheden te verwijderen.

10. In de uit de kwikcellen afkomstige chloor is wel eens wat R2

aan-wezig, wat de kans op explosies vergroot.

---Wanneer de waterstof voor het harden van vetten wordt gebruikt,

moet àê~ gewassen worden met loog, _{waarin wat Cl2} is opgelost

om alle kwik te verwij deren.

Beschrijving van het proces.

Wanneer we 50 ton KCI per dag verwerken betekent dit, dat

50

we 24x2 ton

=

1040 kg per ~ uur moeten oplossen.

In 0e cellen zakt de concentratie van het KCI van 310 g/liter

op 270 g/liter. Dit is vastgelegd in de doorvoersnelheid van de pekel door de cellen. Er moet dus per ~ uur 50.000 m3 • 26 m3

24x2x40

weer verzadigd worden. Hiervoor zijn twee ronde oplostanks

ge-projecteerd van 5 m middellijn en een hoogte van 1.60 m., dus een

2 3 3

inhoud van

n

x 2.5 x 1.60 m

=

31.5 m~ . Deze tanks zijn gemaakt

van beton, bekleed met bitumen; een KCl-oplossing is zeer sterk corrosief. De bitumen bekleding dient om uitslaan van de tank te voorkomen. Deze kunnen eenvoudig voor 4/5 in de grond worden

ge-plaatst. Dit maakt de constructie, bediening en controle eenvou-diger.

In een half uur loopt één tank vol. Direct bij het begin

wordt de vereiste hoeveelheid KCI toegevoegd (1040 kg) en na

,

.

,

vervolgens in 20 min. de inhoud van de tank naar de uitvloktank

overgepompt, waarop de vulling weer kan geschieden. In het

tussen-liggende half uur is de andere tank gevüld.

In de uitvloktanks wordt de oplossing behandeld met KOH om de

zware metalen, en met Ba _C03 om::!a en sulfaat neer te slaan. Ca en

sulfaat dienen dan in gelijke moleculaire hoeveelheden aanwezig te

zijn. Is dit niet het geval (laboratorium) dan moet dit eerst gecor

-rigeerd worden. Hier volgt na 20 min. vullen ook 10 min. mengen

door lucht doorblazen. Ook hier zijn twee tanks tegelijkertijd in

gebruik om uit deze tanks continu te kunnen afvoeren naar de kleinere

wachttank ("oor 15 min.: diameter 4 m, hoogte 1.20 m, inhoud 15 m3 )

voor de voeding van de cellen.

De neergeslagen zouten, hoewel in zeer kleine hoeveelheid

aan-wezig, moeten eerst afgefiltreerd worden. Dit geschiedt door een

filterkamerpers, waardoor dus 52 m3 per uur m)et worden gepompt.

De uit de cellen afkomstige KCI-oplossing wordt nu continu af

-gevoerd naar een tank, waar tot zwak-zure reactie HCI wordt

toege-voegd om het opgeloste chloorgas in de daaropvolgende

ontchloor-inrichting te kunnen verwijderen.

Deze ontchloorinrichting bestaat uit een cylindrische ketel,

waarin van onneraf centraal een buis is ingebracht, waardoor de

KCI-oplossing binnenstroomt door de in de cylinder onderhouden onderdruk

van 0.6 ata.

De

binnengevoerde oplossing wordt tegen een boven de

instroombuis geplaatste bolvormige plaat gespoten en valt terzijde

van de buis weer naar beneden. Zodoende heeft de chloor gelegenheid

uit de oplossing te ontwijken. De verminderde druk in de cylinder

wordt door een vacuumpomp onderhouden, die het weggézogen chloorgas

I •

1

-

-nog een druppelvanger geplaatst.

Deze gehele ,inrichting is dus overbodig wanneer we zeer zuiver

KCI als grondstof gebruiken. We moeten dan echter weer alle

oplos-en wachtbakken voor èe KeI-oplossing afdekken ter voorkoming van te

veel C12gas in de atmosfeer.

De kwikcellen zelf werken met 15000

Amp.

en 4.25 Volt.

Per cel wordt verbruikt 63700 Watt Volgens opgave is het verbruik per lb chloor 1.642 Kwh.

50000 1 ~.

/ ' Er dient te worden ~rwerk~_ per uur 24 x_{O•450 x} '14. 5 2200 1b chloor

Hiervoor is nodig per uur 2200 x 1.642 Kwh.

=

3610 Kwh.

We nemen dus in gebruik 3610

=

63.7 57 cellen

Met 3 cellen extra voor reparatie en

schoonmaak-reserve wordt dit 60 cellen.

Volgens opgave is de stroomefficiency 94

%

De vormingswarmte van

KCI

bedraagt 1 Kwh.

=

861 kgcal.

- 104.361 kgcal/mol.

We zouden dus met 94% van de energie kunnen li 94 3610 x 861 ~ 1

sp tsen 100 x 104.361 A 1000 • Dit is 28 x 74.5 kg :

Er wordt door ons ve~verkt per half uur 1040 Kg

of per uur

Dit klopt dus met de energiebalans van de cellen.

Er wordt 6% van de energie in warmte omgezet of

6

per uur 100 x 3610 x 861

=

187000 kgcal.

28 kgmq1.

2085 kg

KCl

2080 kg.

In ditzelfde circuit hebben we voor het oplossen van de 40 kg per m3 voor 26 m3 per half uur nodig aan oploswarmte

40 x 52 x 4500 _gcal.

=

131900 kgcal. 74.5

I o -l

Het ontwijkende chloor is verzadigd aan waterdamp en voert zodoende 1000 x 400 x 7lRl~ : 282 kg F~O waterdamp met zich mede.

760 - 400 c..

Dit voert dus af bij 182 oF o:~~o x 990 Btu = 155000 kgcal. door de verdaJnping. De oploFsing worot in de oplostanks weer aangevuld met water van 60 oF. Dit geeft nog een verschil van

(182 - 60) ~ x 282 x 1 kgcal.

=

19300 kgca1.

Hierdoor gaat dus samen verloren 155000 kgcal.

+

19300 kgcal.

=

174300 kgca1. Dit alles gerekend per uur.

Ook zal er nog warmte verdwijnen door afkoeling in de bakken en

leidingen, daar

re

cellen bij 83 o~ werken en ook het circuit zich

op dit temperatuurniveau zal bevinden. Door het kwik wordt echter weer warmte toegevoerd.

Eén factor is echter niet eenvouèig te overzien en wel de warm te-overdracht van het kwik op de oplossing in oe cellen. Het kwik komt nl. op pl.m. 150 oe in de cellen terug en de rondpompsnelheiè van het kwik hangt van het fabrikaat af. ~et amalgaam wordt nl. afgevoerd en met water behanèeld, waarbij de reactie optreedt:

2 K

+

2 P"20 ~ 2 KOR

+

~

•

Hierbij komt vrij het verschil in vormingswarmte van KOH en water. Deze bedragen resp.: - 102,02 kgcal/mol. en - 68,372 kgcaljmol. De warmte die vrij komt is dus: 33,648 kgcal/mol. of per uur

40 x 52 . . . h..:l

33648 x '74,5 • 940000 kgcal. HierbiJ 18 geen reken1ng ge ouuen met èe oploswarmte van de KOR, die voor een 5O%-oplossing bedraagt:

+

10 kgcal/mol. Per uur ontstaat aan KOR 7~;5 x 52 x 40 kg = 1563 kg. Willen we 50% KO~ doen ontstaan, dan oient hier toegevoegd te worden 1563 kg H20.

De oploswarmte bedraagt dus 15635~ 1000 x 10 kgca1. = 280.000 kgcal.

I •

Het gemiddelde temperatuursverschil is afhankelijk van de te ge

-bruiken stoomdruk. Nemen we hiervar 50 OF, dan zijn er nodig

2310000

=

115,5 sq.ft. Voor l"buis hebben we 0,27 sq.ft/ft.,

400 x 50

zodat er 427 ft. buis benodigd is.

De Kestner-verdampers zijn max. 7 meter hoog, zodat we

hier-voor 19 buizen parallel moeten hebben in deze verticale verdamper.

De cylinder-àiameter wordt dan 250

mmo

De rest van het water wordt

uit deze 75% KOH-oplossing verdampt in gietijzeren gesloten pannen

onder 50 cm. vacuum. Deze pannen, twee afWisselend in gebruik, wor

-den door gas verhit tot boven het smeltpunt van het KOII (380 °C) en

daarna wordt de vloeibare KOR afgetapt in drums. Wanneer we elk

half

uur een pan vullen, moeten deze een inhoud hebben van 0,630 m3 of,

wanneer we ze de vorm van een halve bol geven komt fit neer op een

diameter van 145 cm.

Het chloorgas, dat in de cellen ontstaat, is op 180 OF en

ver-zadigd aan waterdamp. Het wordt onder zeer geringe onderdruk gevoerd

door een serie condensors-koelers, waarin de waterdamp conèenseert

en het chloorgas wordt gekoeld tot 15 oe. Hiervoor zijn regenkoelers

genomen van Karbate, in verband met sterke agressiviteit van nat

chloorgas. De berekening hiervan volgt aan het einde van dit verslag.

Na de koelers te hebben doorlopen wordt het gas gedroogd in

d;roogtorens met geconcentreerè. zwavelzuur. De tE rekening hiervan is

door J. Alberts in het andere deel van dit schema re rekend.

Daarna moet het chloor worden gecomprimeerd. tot 4,5 atmosfeer

en tot vloeibaar worden afgekoeld om als zodanig te worden opgeslagen.

Al.s compressor kunnen we de Nashcompressor N'r 1253 gebr-:.liken. Deze wordt dan in on~ geval gesmeerd met geconcentreerd zwavelzuur.

I

· .

I

1

--I

Hierna volgt dan nog een zuurafscheider om het eventuee~ meegevoerde zwavelzuur af te scheiden. '?'et chloor, dat door de cOrItpressie tot 4,5

atm. een temperatuur heeft gekregen van 171 oe., zal dan zo ver tIloeten worden gekoeld, dat het vrijwel geheel vloeibaar is geworden. Dit

ge-schiedt in twee trappen: tot - 5 oF. met een ~a~12-peke~die door

am-moniak gekoeld is, en vervolgens door een koeler met vloeibaar

CO

₂

tot een temperatuur van - 40 oF. Door de steeds aanwezige kleine hoe-veelheid waterstof blijft er altijd nog een klein deel gasvormig,

dat na de koelers wordt afgelaten. Ret vloeibare chloor wordt dan in

I •

I

•

I •.

I ••

Berekening

Van

een regenkoeler voor vochtig chloorgas.

Te koelen: 2200 lbs of 1000 kg/uur chloorgas verzadigd met waterdamp,

van 182 - 72 oF. in twee trappen:

Ie trap: met water van 60 a?

2e trap: met water van 35 oF.

Het chloorgas is practisch onder atm. druk.

Mol.gew. chloorgas 71, water 18.

Dampspanningen uitgezet in grafiek Nr 1.

a. Bij intrede bevat het chloorgas

P~;w

x

~i

x 1000 _ 286 kg waterdamp.

(pw _ 0,53 àta en P

=

1 ata).

Totale hoeveelheid aan inlaat: 1286 kg mengsel.

Het volume van dit gas/damp-mengsel bij 182 oF is:

gew.

x

~

x

2~3

x

~

=

voor chloorgas: 1000 x ~ x ~ x

î

=

voor waterdamp: 286 x

2~84

x

3~~35

x

t

a

1286 kg

r

=

1,465 kg/m3 •

465 11

b. Bij uitlaat le trap bevat het chloorgas(pw

=

0,064 ata P

=

1 ata)

0,064 x 18 x 1000

=

17,3 kg waterdamp. Er is dus aan water

ge-0,936 x 71

vorrnd 286 - 17,3

=

268,7 kg/ho

Volume bij uitlaat Ie trap (37,8 oe.)

Voor chloorgas 1000 Voor waterdamp 17,3 x 22,4 x 71 x 22,4 x 18 273

+

37,8 273 273 -I- 37,8 273 Voor water 268,7

x

0,001 1286 kg 3

r

=

3,35 kg! m • x

1

1

=

360 1 x

ï

=

24,6 11

=

0,27 11 ---~----384,87 m /h.

c. Bij uitlaat 2e trap bevpt het chloorgas(pw

=

0,026 ata

0,026 x 18 x 1000 • 6,8 kg waterdamp.

0,974 71

I

.

I •.

~~

_/'

Er is dus aan water gevormd: 286 - 6,8

=

279,2 kg/ho Volume bij uitlaat 2e trap:(22,2 oe.)

Voor chloorgas 1000 22,4 x 273 .Ja 2222 x 1 _{342 m}3

/h.

x 71 273

ï

=

Voor wa V~ràa:'Tlp ';::;,8 x 22,4 :x: 273

+

2222 _x 1 _9,2 11 18 273

ï

= Voor water 279,2 x 0,001

₌

0,28

_"

---

---~---1236 kg 351,48 m /h.

1=

3,65 kg/m3 •

Nemen we 2 series van 3 inch pijpen, dan is de snelheid in de drie

gevallen: a. 879 :x: _{3600 x 0,00455 x} 1 ₂

₌

27 m/sec. b. 385 x 1 11,8

_"

3600 x 0,00455 x 2

=

c. 351 x 1 10,7 11 3600 x 0,00455 x 2 =

Volgens bij gaanèe tabel Nr 1 is nu eerst è.e hoeveelhe ic1 waterdanp

in het chloorgas berekend bij versm illende temperaturen van 182 op tot 72 oF. neze hoeveelheid is vermenigvuloigè met de warmteinhoud

van de wateräamp boven 6 o~. , omdat deze gemakkelijk uit een stoom-tabel te vinc1en is en op 0eze wijze is de totale warmte van de water

-damp berekend.

Aangezien er totaal 286 kg wateraamp per uur binnenkomt, is het verschil met de hoeveelheid waterdamp na koeling tot de verschillende temperaturen, de hoeveelheid gevormd condensaat. Dit heeft een

soor-telijke warmte van 1, dus is de warmte daarvan boven 0 oe het product van hoeveelheid en temperatuur.

De som van de warmte in c1e wateràamp en äie in het water is in

de v.'Jlgenèe kolom A.angpgeven pn oaaruit is bepaald de hoeveelheid

warmte, afgevoerd van oeze naar de lagere temperatu~r.

/

warmte in het chloorgas, waarvan r.e soortelijke warmte tussen de

betrekkelijke temperatuurgrenzen 0,118 kGcal/kg/o.~ is.

In de volgende kolom zijn oeze waarden gegroepeerd en de

laatste kolom geeft èe som van r.e warmteverschillen.

Uit deze tabel nr' 1 is te zien, dat in de eerste koeler

165. n43 kgéal/uur moet worren afgevoerd en in de tweede koeler

12.270 kgcal/uur.

B~nodiide...kQ..e.lwaterhoeve..glheid:

Ie trap: 165.643 kgcal/uur.

tremp.verschil in 0(;. (90 - 60) x ~

=

16,7 0(;.

Hoeveelheid water: 165.643\ : 16,7

=

2e trap: 12.270 kgcal/uur.

10.000 kg/ho

T_{.emp. versc}l _.u Ol _ln~. ° Ort 5

(60 - 35) x

9

=

Hoeveelheid koud water 12.270 : 14

=

900 kg/ho

~nodigd koelend~grYl~:

We willen nu het benodigd koelend oppervlak voor de Ie trap berekenen

Q

om deze hoeveelheid warmte Q af te voeren. F _

tm x K

K hangt af van: 1. de warmteoverdracht aan de binnenzijde van de wand

waar zich conJenserende waterdamp en chloorgas

be-vinden;

2. de warmteoverdracjt door de wand van de buis, die

we van IIKarbate" willen maken;

3. de war~teoverdracht aan de buitenzijde van de wand,

waar het wate~ in dwarsstroom over d~ koelpijpen

regent;

4. de vervuilings:factor.

1. Volgens W.Matz (Chem.lng. Technik 22 185 (1950)) is

~~

_ e-c'f

al';' _{a o}

I •

I .

-waarbij: a - filrncoëfficient voor de condenserende damp met inert gas

11 11 _{het inerte gas}

"

"

èe condenserende damp

~

=

verhouding van partiaalspanningen van gas en damp. Nemen we c - 0,5.

Volgens Ik Adams, pag. 174, second edition, is voor gassen in hori

-.r t 0,8 0,2

·c~p. u D 0

;Ji

zontale buizen : _{h i}

=

0,027

Cp - soortelijke warmte bij constante druk in Btu/lb.

G

=

massa.-snelheid in lb/hr/sq.ft. )k

=

absolute viscositeit in lb/hr/ft. D

~

binnen0iameter in ft.

~

4v~

a o

=

hi

=

0,027 0,118 X

440.0~q8

x O,016 Q2

=

60

~tu

/sq.

ft./oF

/h.

0,25 of _{a o}

=

290 kgcal/m2/o~/h.

Voor al (condenserende stoom) mogen we aannemen 5000 kgcal/ m2/oC/h. lUs log

(5~

:

~~g

)

= -

0,22

'f

83°C

r

= 0,89 a= 3290 kgcal/m2/oC/h 70 o~ 2,3 1755 " 50

oe

4,1 7,26 14,6 874 ti 407,5 11 293

_"

=

=

=

=

675 360 180 82,5 60

°

Btu/sq.ft./ F/h. tt

"

II

"

De warmteioveràracht aan de

bi~~e~~ant

van de pijpwand varieert dus sterk met de temperatuur en is op bijgaande grafiek Nr 2 uitgezet.

2. Volgens de catalogus is de warmtegeleidbaarheid voor Karbate 21-22-28 tot 200 oR 75 Btu/sq.ft./oF/h/ft. en de normale 3 inch pijpen zijn 4 inch uitwendig, wanodikte dus 0,5 inch.

h -

LR

x lZ _ 1800 Btu/sq.ft./oR/h.

2 - 0,5

-8800 kgcal/m2/O·;/uur.

buitenkant van pijpen 0,6 h3 :: 370 (1

'"

0,0067 tf) x vI d 0,4 tf :: 122 oF _vI

=

2

ft/sec~

_0l

=

_{4 inches} h

=

370 (1

'"

0,82) 4 '

ag'~

-

- 580 Btu/sq.ft./oF/h. 2800 kgcal/m2/OC/uur.

4. Nemen we (1e ve!'vui1inusfactor

6~0

clan is h4

=

600 x 4,88

-2900 kgcal/m2 /0 ~/uur.

Vervolg berekening K waarèe op gemiddelde diameter pijp (omdat de pijpwand vrij dik is).

temp. °C. 83°; 1 x 3

'"

1

_'"

1 3290 x 3,5 8800 2800 70° 1 x 3

₊

--L

1 1755 x 3,5 8800 '" 2800 60° Jo x 3

- L

1 874 x 3,5 _{'" 8800 '"} 2800 SOO 1 x 3 1 1 '" 8800 '" 407,5 x 3,5 2800 38° 1 x 3 1 1 293 x _{3,5 '" 8800 '"} 2800 x 4 x 3,5 x 4 x 3,5 x 4 x 3,5 x 4 x 3,5 x 4 x 3,5 1 _ 1

114

-

K 1 1

+

_~

₌

_S"9ö

1

_{. l}

'" 2900 :: 735 1

_{. l}

'" 2900

=

540 1

_-L

'" 2900

=

336 1 1 '" 2900

=

264 890 735 540 336 264

Ook deze K waarèen zijn op oe bijgaande grafieken uitgezet tot de

temperatuurvan 100 oF voor de Ie trap.

Om nu globaal te bepalen hoeveel koeloppervlak er noèig is voor de

Ie trap, schatten we uit deze grafiek de gemiddelde K waarèe, stel

Correctiefactor: x _ t_{2 -} t,

Tl - tI =

::

èe log. gemiède1àe temperatuur.

(182 -60) - (100 - 90) 112 :: 45 Oj,.' 90 - 60 182 - 60 0,246 182 - 100 _ 2 74 90 60 - , In 182 - 60

=

In 12,2 100 -

90

z is correctiefactor :: 0,385 Or.> 220" en gecorrigeerde tm :: 40 t<

=

'-J. 165.640 _

I • •

Om een algemene indruk te krijgen van de warmte-opname in deze koeler

is t.o.v. het aantal pijpen eenzijdig logarithmisch uitgezet (zie

gra-fiek Nr 3):

Ie. de totale warmte-inhoud;

2e. de warmte-overdrachtscoëfficient K;

3e. de gemiddelde temperatuursverschillen.

Het gevonden temperatuursverloop is rechts in de grafiek lfr 2 tegen

het aantal pijpen uitgezet.

tm • 59,5

+

43 t 29

9

19,4 t 13

+

8,6. 1~9

=

25,6 oe. tm berekend als logarith~isch gemiddelde was 22 oe.

Aangezien echter in het begin, niettegenstaande de grote

warmte-overdracht, de temperatuur slechts in geringere mate daalt, door de aanwezigheid van de waterdamp, zal dus het gemiddelde temperatuurs-verschil in werkelijkheid hoger liggen.

2e Trap koeler:

In verband met de snelheid in èe pijpen is de pijpdiameter voor deze

nakoeler ook 3 inch genomen.

Af te voeren warmte volgens tabel 1. Totaal: 12.270 kgcal/uur. Met water van 35 oF tot 60 oF

=

1,5 oe tot 15,5 oe.

De hoeveelheid koelwater was 900 kg/uur.

Temperatuur gasmengsel: in: 100 oF, uit: 72 oF.

=

37,8 oe tot 22 oe.

a aan de ,binnenkant van èe buis is hier practisch constant en wel de

reeds eerder berekende 290 kgcal/m2/o8/uur.

a door de wand

=

8800 kgcal/m2/oC/uur.

0,6 ( ) X vl Aan de buitenkant h3

=

370 1'" 0,0067 tf --~~ d 0,4 dl

=

4 inches.l V_l

=

1 ft/sec. 1°,6 ~3

=

370 (1 ... 0,24) x ~

=

264 stu/sq.ft./op/h.

=

4

I •

I •

K waarde op gemidde10e diameter

=

3,5 inch.

1 x 3 ... _1_ ... 1 x 4 ... 2~ .. 00

=

l

290 x 3,5 8800 12QO x 3,5 _ 230 • (100 - 35) - (72 - 60) 53 In 100 35

=

In 5,4 72 - 60

=

31,5 F o

=

17,5 0 C.

r

=

12.270 2 230

x

17,5

=

3,05

m

·

Aantal pijpen ~:~~. 4 pijpen totaal of 2 pijpen per sectie.

Th; weerstand in de ee,rste koeler, globaal berekend, geeft:

v2 x L

6 p

=

f d x 2g x j

Voor Ie trap: v • (27 ... 11,8) : 2

=

19,4 m/sec.

.A

p

=

0,002 L

=

8 x (9 ft .... 20 ft. (weerstandslengte bocht))

=

8 x 29 ft. - 240 ft.

=

70

m.

d

=

76 mmo 2g

=

20

1

=

(1,465 ... 3,35) : 2

=

2,4 kg/m3. f

=

ca. 0,002. 19,42 x 70 x 2,4

=

0,0083 kg/cm2 of 8,3 cm

H20

.

76 x 20

Literatuur.

1. L. C1arke Bannual for Process Engeneering

~a1cu1ations, second edition.

Me. Graw-Hi11, New York (1947). 2. W.L. Badger anoW.L. Me. Cabe E1ements of Chemiea1 Engeneering

Me. Graw-Hill , New York (1936). 3. W. MAtz 4. K. Stuart, T.L.B. Lyster, R. L. M.lrray 5. W.;. GarcUner 6. Siàney D. Kirkpatriek 7. J.V. Hightower 8. Flow-sheet

9. W.L. Badger and D.J. Pye 10. D. O. Fubbard

11. R.B. Me. Mullin

12. F.I.A.T. fina1 report 81G

13. "!;'. LA.

'r

.

fina1 report 431

14. 7.T.A.T. final report 797 15. ~io~ report 845, 846, 850

16. ? I.A.T. fina1 report 834

17. W.L. Badger

18. Othmer ano Jaeobs

19. ~a1è.well anè Boyè

20. Piteharà

21. Pi teharè anè Tfube1 22. Holt

23. Keene

24. Penfie10. anc' rushing

25.;hem. and Met. -qeport

Chem.lng.Teehnik 22, 185, (1950) • ~hem. and Met. Eng. 49, 114, Dee.1942 Chem. Eng. 54

-'

108, Nov. 1947

Chem. Eng. 55, 102, Nov. 1948

~hem. Eng. 55, 112, Dee.1948

136, Dee.~948 Chem. Eng. 57, 178, Jun. 1950 8hem. Eng. Progress 46

-'

486, (1950)

~hem. Eng. Progress 46, 435, (1950) ':;hem. Eng. Progress 46, 440, (1950)

Tno. Eng. Chem. 22, 700, (1930)

Ind. Eng. Chem. 32, 154, (1940) Inà. Eng. Ghem. 34, 230, (1942) Chem. Het. Eng. 33, 350-3, (1926)

Chern. ano Ind. 46, 231, 253, (1927)

Chern. anè Ind. 54, 245, 269, (1936)

Paper Trade J. 109, Nr 11, 86, (1939) Incl. Eng. Chem. 31, 377, (1939)

Temp. Dampsp. waterdamp in warmye tot. warmte Condensaat Vlarmte in \Varmte afgifte \Varmte afgifte in Tot.warmte _{Som van} voor-oF _{°C waterdamp Chloorgas p.kg} in water- hoeveelh. warmte warmte waterdamp

+

in Kcal/uur Kcal/u. chloorgas afgifte in _{gaande kolom}

hoeveelheid in boven damp in p.uur in per kg in Kcal/u condensaat bijil' T bij.Ll T Kcal/u. bd.j

Kg/uur OOC Kcal/u. kg. boven oC boven OOC _{À T}

boven OOC ° O~53x18 . 0.59 ata ₌₂₈₆ 632.5 181.000 181.000 o~47x7lxlOOO 35880 + _{3.5xo.118xlooo=413 = 36293} 176°=80° 0.466 0.466 64 80 5120 145.120 0.534- x 254 = 222 631.3 140.000 x = 75° 0.380 0.380 _{0.620 x 254 = 156 629.2 98.000 130 x 75 = 9750 107.750} 37370 5xO.118x1000= 590 37.960 74253 158°=70° 0.303 0.303 0.697 x 254 = 110 627 69.000 176 x 70 = 12.300 81 .300 26450 ft

"

"

"

= 590 27.040 lö1293 650 0.246 0.246 16.300

"

"

"

"

= 590 16.890 118183 0.754 x 254 = 83 624.8 51.800 203 x 65

=

13.200 65.000 0.196 13.000

_"

_{" "}

_"

=

590 13.590 ₁₃₁₇₇₃ 140°=60° 0.196 0.804 x 254 = 62 622.6 38.600 224 x 60 = 13.400 52.000 122°=500 01121 0.121 17.900 10xO.118xlOOO=1180 + 19.080 " 150852 0.879 x 254 = 35 618 21 .600 251 x 50 = 12.500 34.100 0.094 6200 5xO.118x1000= 590 6790 _.157643 113°=45° 0.094 _{0.906 x 254 =} 26.4 615.8 16.200 259.6 x 45 = 11 .700 27.900 100°=37.8° 0.064ata 0.064 7150 7.2xO.118x1000= 850 8000 165643 0.936 x 254 = 17.3 612.6 10.600 268.7 x 37.8 = 10.150 20.750

..

_0.042 5750 7.8xo.118x1000= 920 6670 86°=30° 0.042 172313 0.958 x 254 = 11 .1 608.8 6750 274.9 x 30 = 8250 15.000 76.5

P

=25° 0.031 0.031 3150 5xO.118xl000 = 590 3740 176053 0.969 x 254 = 8.1 606.5 4900 277.9 x 25 = 6950 11 .850 72°=22.2° ö.026 0.026 1540 2.8xo.118xl000 = 320 + 1860 0.974 x 254 = 6.8 605 4110 279.2 x 22.2 = 6200 1 0.310

- - -- -1

_-,

9 8 1 6 ~ 4 . • ~L 3 ;( ₂ • ~1 100 9 :t 90 8 80 7 70 6 60 5 50 :j:. 4i 4:0 -+ .:-ti 3 30 z 20 .; z 0 Ui :; ë 0 0.01 !:! x ₀ Jij 8 .J U ij !! "1

..

!! _(j :l j!; ;;:

"

c 5 " .... S tE .t .; _t J z ti ~

..

: =Ir

'

3 I:tH+I-I-I-I-i-H-I + +f- ' i

_I

~ c 2 0 H-, .

1000

..

t

"c

I

1'0

f30

10 ~o.ooo ' 11'0.000 . . ',. _ot. .3

! I •

..

z ₀ ij ;; i5 lil )( i

..

u ~ !! ç' 2 ~ i!: ;;:

..

"

co. ₃ .; ó z t

..

ei ~

_..

Q 1 9 8

ta:c.

7 6 $ 3 2 ~.-+ -~_. I-, -± -+ -+-Tt - - - --r , 'f:îë-l " -tJ-1= -'t+--3 2

1'/tltlO

.~Á .~~~~~rrm~-rrm~~~~~*ffi*ffi*ffi~~-~mTImnmrrmrr~ 5 3 z 1 {I t .--8 7 6

"

4-J 2 CF :, m··c~~ _,j-cj::i.:;::~+ _±~ __ -' :-·t-tll-"':I- -r I- ·l· , , T -' : --.,.--::n: .j---_ . . . : 1-·"": .i."t _,.. +--Jo j', " 10"'''"" C I' V' ot '" " 0 Y' C lil A f jel't. kc" tit. -i-·t +l=

I

t =+ I:l::t:;.-:' -.:r:-l. -. 1 -ik ""-1j,-. ftt+l ' " h+

'1ft i±ëjC ,Ei ' IX' -=--. '1 __ ~

~1tf:t; 4~ !i:- ~

..

~ . 1 9 8 1 6 5 -1 3 2 t- 8 7 6 3