Continu proces voor de jodiumgekatalyseerde conjugatie van technisch linolzuur

(1)

i l . ;

I ['

! l_

L

['

r '

l . l •

,

.

r,

.

!{

,J

n

CONTINU PROCES VOOR DE JODIUMGEKATALYSEEHDE CONJUGATIE VAN TECHNISCH LINOLZUUR.

Fabrieksvoorontwerp. P.D. Chaigneau Roland Holstlaan

245

Delft -T.H. Delft mei

1973

J.A. Steding Schoemakerstraat 65 Delft

(2)

-( . l . , . r : \ r ' f • ,r 1 . , I

rl

l

J

n

I

/

Inhoud. Symbolenlijst 1. Inleiding 2. Reactiekinetiek en procescondities 1. Reactiekinetiek 2. Procescondities

3·

Beschrijving van het proces

1. Procesgang

2. Regeltechniek

4.

Beschrijving van de apparatuur

1. Katalysatorstroom

2. Linol zuur,,, troom

3.

Gilothermstroom

5.

Reactor R7

1. 'Constructie

6.

2. Temperatuurverdeling van de Gi1othermstroom

3.

Warmteverlies van de reactor

4.

Temperatuurverdeling van de linolzuurstroom

1. Berekening van de warmteoverdracht per pijp

per sectie 2. Totaalberekening Voorwarmer H5 1. BeschrijvinB' 2. Linolzuurstroom

3.

Gi1othermstroom Literatuur Appendix I. fysische constanten 1. Dichtheid 2. Viscositeit

3.

Specifieke warmtecapaciteit

4.

Warmtege1eidingsvermoB'en

5.

DampspanninB' en sp8cifieke verdampingswarmte

6.

Overige gegevens

II. Berekening van de reactor

1. Beschrijving van het computerprogramma

2. Uitvoer van het computerprog~amma

- - - , 1 2 3 3 4 6 6

.,

9 9 9 11 12 12

13

15

17 17

19

21 21 21

23

25

(3)

j

·

I r , f L , ' 1 ~ ,

,

) I 1

[~

i I

!

f

~

I

[~

I

_I

)

I[

I 1 r ~ • I I l . r ~ I \. ,

,

' I \. .'

·

, I

I

I ,

!

l r

.]

n

S;ymhol enl i,j st.

A oppervlak c specifieke warmtecapaciteit p d,D diameter g gewichtsfractie h warmteoverdrachtscoëfficiënt

H

activeringsenthalpie a .6 H reac tiewarmte r k reactiesnelheidsconstante Kevenwichtsconstante l,L M n lengte molecuulgewicht reactieorde P druk q Q reactiewarmte r' r r specifieke verdampingswarmte R gasconstante t tijd t temperatuur T temperatuur U totale warmteoverdrachtscoëfficiënt v snelheid ~ viscositeit À warmtegeleidingsvermogen p dichtheid ~m massastroom ~w warmtestroom ~wv warmteverlies Kengetallen: Gz Graetz-getal , Nu Nusselt-getal Pr Prand tl-ge tal Re Reynolds-getal 2 m J/kgK m

W/m

2K J/mol J/mol m kg/mol N/m2 W J/kg J/molK kg/ms W/mK kg/m 3 kg/s W W = ÀX/P(v)d2c '"' hd/À p = c _pTI

/t..

p<v)d/~ '"

(4)

L

l:

l.

C

[~

C

o

n

f~,

r,

(5)

[ . ( .

(

1 , ~ ( , ( .

f

'

l ~ ( "

I

\ ,

l

J

I]

1

r,

I \ I,

I

' i I ( 1. Inleiding.

Technisch linolzuur (65%) is één van' de basisgrondstoffen in

de verf- en de harsindustrie. Wanneer echter het linolzuur

ge-deeltelijk geconjugeerd is heeft het uiteindelijke produkt veel betere eigenschappen, in het bijzonder de droging. Het prijs-verschil van beide typen linolzuur is dusdanig dat het de moeite loont het linolzuur te conjugeren.

In de bestaande industriële processen wordt voornamelijk ge-conjugeerd met loog en nikkel. Heeds lang was bekend dat de conjugatie ook met jodium als katalysator kan geschieden. De invloed van diverse procesvariabelen op deze reactie is in dit laboratorium (1) in saoenwerking met Unilever-Emery te Gouda onderzocht.

Een performancetest van een jodium-geconjugeerd linolzuur heeft tot bevredigende resultaten geleid. Hierbij bleek dat de (te) snelle droging veroorzaakt wordt door de trans-trans component,

welke bij het jodiumproces prefe~ent gevormd wordt. Bij het

~~~

loogproces wordt voornamelijk cis-~ geconjugeerd linolzuur

gevormd, terwijl bij het nikkelproces de verhouding ongeveer

1 : 1 is.

Momenteel wordt in de industrie een gehalte aan geconjugeerd

linolzuur van

30%

gevraagd. Mogelijk kan dit percentage bij

produkten van het jodiurnproces worden verlaagd. Met dit

jodium-proces is echter minimaal 35% haalbaar, uitgaande van technisch

linolzuur.

Dit fabrieksvoorontwerp beschrijft een continu jodiumproces met een produktie van 3000 ton per jaar.

(6)

1.-I

1 _ _ -(

.

L

~ . ~ .

Irl

, ) ~-, l J

n:

I

(7)

-(

l _

I ( .

l .

ri I I \ . 2. Reactiekinetiek en procescondities. 2.1. Reactiekinetiek.

Het mechanisme van de jodiumgekatalyseerde conjugatie van technisch

linolzuur is niet bekend. Uit eigen onderzoek (1) is ge~leken dat

overall-reactie in batch-reactor kan worden beschreven met het

mo-del waarin A B C linolzuur 2

_{- c}

geconjugeerd linolzuur di(poly)meer

Door deze seriereactie gaat de concentratie van component B door een maximum (top).

De conjugatiereactie is nulde-orde in A en de dimerisatiereactie

eerste-orde in B. Tevens is de invoering van de

evenwichtsconstan-te Kl noodzakelijk gebleken. Als gevolg van de nulde-orde

conjuga-tiereactie wordt de beschrijving discontinu en wel een gedeelte voor de top, waarvoor geldt

en een gedeelte na de top, waarvoor geldt

met A = BIKl

Hierbij wordt verondersteld dat de evenwichtsinstelling van de

con-jugatiereactie snel is ten opzichte van de dimerisatiereactie. Voor de jodiumorden zijn de volgende waarden gevonden:

n

1 = 2; n2

=

1,5-2. De waarde van n2 is afhankelijk van de bepaling

van de reactiesnelheidsconstante k

2• Hiervoor zijn twee mogelijkheden

- berekening van k

2 gebaseerd op meetpunten voor de tcp.

- berekening van k

2 gebaseerd op alle meetpunten, waarbij de punten

(8)

r " l ( )

L

\

'L.

L.

( . I I

!

r .... ! I 1 ' l ,

n

r-", ~ } 'I I I l . \

.

4

-Aangezien het in dit fabrieksvoorontwerp gaat om de beschrijvin8 van de reactie tot de top, kan voor de jodiumorde n

2 de waarde 2

aangehouden worden. De invloed van k

2 op het concentratieverloop

van component B voor de top is bovendien gering.

De reactiesnelheidsconstanten kunnen beschreven worden met de

~ Arrhenius-vergelijking

De parameters van deze vergelijking zijn volgens de laatste

gege-vens (1): kOl 1,1 10 22 -1 s 2,28 1021 -1 k o2 s Hal 173,9 kJ/mol H a2 163,3 kJ/mol

De k-waarden corresponderen met de reactiesnelheidsvergelijkingen,

waarin de concentraties zijn vervangen door gewichtsfracties.

De bepaling van de reactiewarmte uit de evenwichtsconstunte Kl

met de beschikbare meetresultaten is weinig betrouwbaar. De enige

gegevens in de literatuur, welke vergelijkbaar zijn met de hier

beschreven conjugatiereactie, zijn die van het systeem 1,3- en

l,4-pentadieen. De reactiewarmte van dit systeem ~30 kJ/mol) is

berekend uit de vormingswarmten, vermeld door Stull e.a. (2), en

gemeten door Golden en Benson

(3).

Deze waarde komt goed overeen

met de experimentele waarde van de linolzuurreactie.

De reactiewarmte van de dimerisatie is volgens de experimentele

re sul taten" 0 kJ/mol, hetgeen een zuivere Diels-Alder dimerisatie

(!lR

=

~85 kJ/mol) uitsluit.

r

Tenslotte zij opgemerkt dat de reactie gepaard gaat met de vorming

van lichte produkten (alkanen, alkylbenzenen, jodiden, en

kooldi-oxide). De hoeveelheid op de top is echter maximaall

%.

2.2. Procescondities.

De verblijf tijd in de reactor is gebonden aan een maximum in

ver-band met de afmetingen van de reactor en een minimum in verband

(9)

i '

[

( '.

r

(

.'

i]

I r-',

(

/

Irr-!

I

5

-Vervolgens moet gekozen worden voor een reactie welke na 2000 s

-30

%

geconjugeerd linolzuur geeft. De reactiesnelheid ligt nu

vast, dus ook de combinatie jodiumconcentratie-temperatuur. Hoge

temperaturen zijn ongunstig in verband met de relatief hogere

dime-risatiesnelheid (thermische dimerisatie), terwijl de

jodiumconcen-tratie niet te hoog mag worden gekozen in verband met de mogelijk

mindere kwaliteit van het produkt (jodiumresten).

Op grond van deze overwegingen is gekozen voor een temperatuur van

. 0 _f

285 C en een jodiumconcentratie van 0,02 gewj'o.

In figuur 2.1 is het verloop van de conoentraties van de

verschil-lende componenten bij genoemde omstandigheden weergegeven.

0.6 :ë _u 0 _.L. ~ Q) Ol

--

-

---2000

---

---

-4000 tijd - s

Figuur

2.1.

Verloop van de concentraties van linolzuur

(A),

geconjugeerd linolzuur (B) en dimeer (C) als functie

van de tijd.

T

=

285 °C; [I

2] 0,02 ge~/o.

(10)

, , : ,

!r

, ,

!

I

~

_

.

ic

c

, " ! \ ! I I (~ I ,

(

: (', . I , , .

,

l ) : r .... !

1\

, { )

6

-3. BeschrijvinB van het proces.

3.1.

Procesgang.

H~t technisch linolzuur (0,15 kg/s) wordt opgewarmd in

warmte-wisselaar H5 tot 285 oe. Voor de reactor wordt de katalysator-stroom (10- 3 kg/s) in venturimenger M6 bijgemengd. De

kataly-satoroplossing (3 gew;~ jodium in tolueen) wordt discontinu in

mengvat MI onder stikstof bereid en via wachttank V2 met pomp

P4 'in de venturimenger gepompt. Na doorlopen van reactor R7

(verblijf tijd 2000 s), wordt de produktstroom met luchtkoeler HIO op 255 oe gebracht om de reactie sterk te vertragen. Hierna worden in flashkolom T13 de lichte produkten, zoals tolueen, kraakprodukten en lichte jodiden, verwijderd (1.,5-2,10- 3 kg/s).

De druk in deze kolom moet, voor het zo vol~edig mogelijk

ver-~

~ wijderen van de jodiden, zo laag mogelijk gekozen worden, echter

zodanig dat de gecondenseerde hoeveelheid vetzuur niet te groot

word t. In verband met de vetz.c;.urdampspanning vtm ongeveE-l' (';,05

bar lijkt 0,1 bRr een goede waarde.

( -2 / )

Tenslotte wordt in destillatiekolom T15 het dimeer 1,5-2.10 - kg s

.,bij 0,01 bar verwijderd. Hierbij dient te worden opgemerkt dat

de verwarming van deze kolom ook met Gilotherm kan geschieden, zodat de installatie geheel self-supporting wordt.

Het dimeer en het produkt verlaten de fabriek bij respectievelijk 100 en 40 oe.

Onderstaande tabel geeft het verbruik en de produktie van de verschillende componenten weer.

Verbruik

technisch linolzuur 0,15 kg/s 13 ton/dag 3300 ton/jaar

tolueen 1 gis 86,4 kg/dag 22 ton/jaar

jodium 30 m{!,/s 2,6 kg/dag 659 kg/jaar

Produktie

geconjugeerd 0,135 kg/s 11,7 ton/dag 3000 ton/jaar

linolzuur

dimeer 0,15 gis 1,3 ton/dag 300 ton/jaar

(11)

l.

\

' L .

1

(

.

\ (

{

r' \

~J

~ I 3.2. Regeltechniek.

De verwarming van linolzuurstroom 3 en de te~peratuurregeling

van de reactor geschiedt met een gesloten oliecircuit (Gilotherm

of Dowtherm A). De oliestroom wordt verwarmd in gasoven 012 tot

305 à 310 oe (stroonnurnmer

9).

De dampspanning van het Gilotherm

bedraagt bij deze temperaturen 2,5 à 3,0 bar. Met expansievat VII

wordt de systeemdruk daarom minstens op 3 bar gehouden.

Na het opwarmen splitst de stroom zich in stroom

5

door

warmte-wisselaar H5(1 kg/s) en stroom

6

door de reactor (0,3 kg/slo

De temperatuur van beide stromen wordt geregeld met behulp van

een driewegkraan tussen de in- en uitgaande stromen van de oven.

Deze kortsluitleidin~en moeten worden aangebracht zoals in het

proces-flowdiagram is weergegeven.

De regeling van de warmtewisselaar geschiedt met de temperatuur

van uit~aande linolzuurstroom 2. De regeling van de reactor

ge-schiedtmet een temperatuurmeting van uitgaande linolzuurstroom

7

en ingaande Gilotherms~room

6,

in verband ~et de stabiliteit

van de regeling. De regeling van de destillatieapparatuur is standaard.

Het reactorsysteem is voorzien van vier belangrijke alarminstalla-ties

Flowalarm in ingaande linolzuurstroom

3.

Drukalarm in linolzuurstroom 8 na de reactor. Flowalarm in katalysatorstroom 1.

Niveaualarm in wachttank V2 van de katalysatoroplossing. Bij een flowalarm in de linolzuurstroom schakelt automatisch de katalysatorstroom uit, terwijl bij een langdurig alarm (meer dan 1 uur) de reactor afgekoeld of afgetapt dient te worden. Het afkoelen kan geschieden door de koude Gilotherm van het expansie-vat (0,7 m') in het systeem te brengen. De temperatuurdaling zal

o

dan minimaal 50 C bedragen.

Het drukalarm is in eerste instantie voor de reactie geen probleem, terwijl het bovendien meestal samen zal gaan met een flowalarm in

stroom 1 en/of stroom

3.

Het niveaualarm geeft aan dat er snel katalysatoroplossing

(12)

i ' , i

[

( . (

t..

,', ( I

,

J

r~ I î i. J 8

-Bij een flowalarm ir. de katalysatorstroom kan de fabriek eventueel

blijven doordraaien, omdat het eindprodllkt dan opgevangen kan worden om later weer ingezet te worden.

Het opstarten van de installatie levert geen problemen op, omdat

(13)

,

-I \ _. I ,

I

<. -'

r

( , I ( ,

(

r I \ , .' r~ I I

n

,~

4. Beschrijving van de apparatuur. 4.1. Katalysatorstroom.

Mengvat MI en wachttank V2.

De reden van de discontinue bereiding van de katalysatoroplossing is de geringe dosering van het jodium (± 30 rogjs).

De inhoud van mengvat MI en wachttank V2 (200 1) is zodanig ge-kozen, dat de installatie enkele dagen kan draaien, zonder aan-maken van katalysatoroplossing. Om praktische redenen, alsmede

veiligheidsaspecten, is het weinig zinvol de genoemde inhoud verder te vergroten.

Pomp P4.

Gezien de geringe capaciteit kan voor deze pomp een membraan-

of

plunjerpomp met een niet te laag toerental, in verband met de pul-serende werking, worden gekozen. Hierbij zal de keuze worden be-paald door het materiaal dat bestand is tegen de agressieve jodiu~~

oplossing. Een andere mogelijkheid is een tandradpomp, welke als voordeel een continue flow heeft.

4.2. Linolzuurstroom. Pomp P3.

Voor het verkrijgen van een gelijkmatige linolzuurstroom kan voor deze pomp een centrifugaal-, een tandrad- of een drietrapsplunjer-pomp worden genomen.

Voorwarmer HS.

Deze warmtewisselaar ?rengt de linolzuurtemperatuur van 30 naar 285 oe. De benodigde capaciteit is 110 kW. In het algemeen is het niet mogelijk genoemde temperatuur met stoomverwarming te realiseren, waardoor een tweede warmtewisselaar, met oliecircuit, noodzakelijk is. Alternatief is een volledige verwarming met een oliecircuit en dus één warmtewisselaar. Deze laatste oplossing is gekozen, mede omdat voor de tel!lperatuurbeheersing van de reactor reeds een olie-circuit aanwezig is.

Een beschrijving en berekening van deze warmtewisselaar wordt gegeven in hoofdstuk

6.

(14)

-I I l

,

.

I

'

\~

.

<

.

_,•

n

10 -Venturimenger M6.

Bet mengen kan het best geschieden door concentrische injectie

van de katalysatorstroom, gevolgd door stroomverstoorders of

een venturi, waarvoor in dit ontwerp is gekozen.

Opgemerkt dient daarom te worden dat voor het inbrengen van de katalysatorstroom geen gebruik wordt gemaakt van de drukval over de venturi.

Reactor

RI.

Gekozen is voor een isotherme buisreactor. De reactor bestaat uit een bundel buizen in serie. De koeling geschiedt met olie

(Gilotherm) volgens het kruisstroQmprincipe. De voordelen van deze reactor zijn

- Een kleine verblijftijdsspreiding bij benpdering van de ideale propstroom, belangrijk in verband met de dimerisatiereactie. Een goede temperatuurbeheersing, met name bij veel buizen. - Constructietechnisch aantrekkelijk.

Een volledige beschrijving en berekening wordt gegeven in

hoofd-stuk

5.

,Luchtkoeler BlO.

De linolzuurstroom wordt met deze warmtewisselaar van 285 tot 255 °Cgekoeld. De benodigde capaciteit is 18 kW. Combinatie van

deze warmtewisselaar met het aanwezige oliecircuit is niet mogelijk

in verband met de te hoge olietemperaturen.

Terugwinnen van de kleine hoeveelheid warmte is hier niet aan-trekkelijk, mede in verband met de temperatuurregeling.

Flashkolom T13.

Deze kolom kan zowel met sproeier als nattewandkolom worden

uitge-voerd. De capaciteit van de condensor moet

NI

kW zijn.

Destillatiekolom T15.

In verband met dimerisatieverliezen worden aan deze kolom de volgende eisen gesteld

- Lage ketel temperatuur, dus kleine drukval over de kolom. - Kleine verblijf tijd .

. In het algemeen worden om deze redenen in de vetzuurindustrie

(15)

I I ~ i .

L

r -\

(

{ , I

"

I '. [

I. .

fr

Lurgi-kolommen top.gepast. Deze kolommen werken met een open-stoom

circuit (gaslift in de reboiler), wat in combinatie met eventueel

vrijgekomen joodwaterstof zeer nadelig is voor de kolom. Een

voor-deel van dit type kolom is dat het door de stoomdestillatiewe~king

het gehalte aan lichte produkten (jodiden) nog verder terugbrengt.

Een ander type, veel toegepaste, kolom is van A.G.V. Deze kolommen

hebben geen open-stoom circuit en kunnen hier in verband met de

eventueel aanwezige jodiumverbindingen misschien beter worden

toe-gepast.

De volgende benodigde capaciteiten van de warmtewisselaars zijn

berekend op 10

%

dimerisatie: - reboiler Hl6 30 kW - koeler H17 condensor H19 koeler H20 4.3. Gilothermstroom. Expansievat VII. 7,5 kW 85 kW 25 kW 3 3

De inhoud van het Gilothermcircuit is 2,2 m (reactor: 2 m ;

warmte-'wisselaar, leidingen etc.: 0,2 m3). De benodigde hoeveelheid

Gilo-therm bij 25 oe is 2340 kg. Bij een temperatuur van 300 oe is het

volume toegenomen tot 2,9 m

3,

d.w.z. een expansie van 0,1 m\

De inhoud van het expansievat, met stikstofgaskap om het systeem

op druk te houden (3 bar) moet dus ongeveer 1 m3 zijn. Gilothermoven 012.

De oven moet een cap~citeit van minimaal 110 kW hebben. Voor deze

capaciteit kan het best een gasoven toegepast worden.

I

(16)

f \. (

l

(

L. (

( ( [ ( r .

(

'. I ,_.', r-, )1 \. 1

u

- 12

-5.

Reactor R7·

5.1.

Constructie.

Uitgangspunt voor de keuze van de p~pdiameter is de benadering

van een ideale propstroom (Re) 10000 en Lid. ) 50).

l.

In onderstaande tabel is het Reynolds-getal als functie van de

diameter weergegeven, berekend met ~ z 0,15 kgls en T .. 285 °C.

m d. (m) Re <v) (mi s) l,(m) l. 0,090 4000 0,030 60 0,067 6500 0,059 120 0,036 10000 0,184 370

De drukval over de pijp is in alle gevallen nihil.

Uit een compromis tussen de Reynolds-getallen en een redelijke

lengte van de pijp is voor een diame~er van 0,067 m gekozen. De

uitwendige diameter is 0,070 m.

De totale pijplengte (L) wordt ve~deeld in 19 stukken van

6

meter,

wat met de bochten ongeveer 120 meter geeft. De rangschikking van

,de pijpen in de reactor is weergegeven in fi~lur 5.1.

Rangschikking: triangulair Steek: 0,14 m d. 0,067 m l. d 0,070 m u D. 0,695 m 1 D 0,700 m u

Figuur 5.1. Dwarsdoorsnede van de reactor. De verbinding van de

pijpen voor en achter in de reactor is eveneens

weer-gegeven.

(17)

-,

I

'-J .. ( (

I

i

1 ,({

r'"

1 ..

13

-In verband met de gasvorming dient de reactor horizontaal te worden geplaatst en bovendien moeten de. p~pen per laag doorver-bonden worden (geen neergaande stromen). De reactor wordt met isolatiemantel uitgevoerd (zie paragraaf

5.3).

Voor de koeling VRn de reactor is gekozen voor een kruisstroom-systeem met 12 secties, zoals in figuur 5.2 is weergegeven.

I \

lino lzuur

\

/

Gilotherm

-Figuur 5.2. Lengtedoorsnede van de reactor.

5.2. Temperatuurverdeling van de Gilothermstroom.

ar

A ~ _wv Tl u

-Tl. I Tk. I Tku

De warmtebalans over de reactor luidt

~ c (Tl -Tl.) + ~ kC k(Tk -Tk.) -_m_p _u Q + ~ - 0

1. m p u 1. r wv

waarin Q de reactiewarmte en ~ het totale warmteverlies van de

r wv

reactor is. Aangenomen wordt dat de in- en uitgan~temperatuur

van het linolzuur gel~k zijn, waardoor de linolzuurterm in de

ver-gel~king vervalt.

Door het grote aantal pijpen en secties kRn aangenomen worden dat de linolzuurtemperatuur in de reactor constant is, d.w.z. de va-ria tie in Tl {( (TI-Tk) •

(18)

, \.

l.

L

c

-[

[

r

.

r

14

-Tk+ATk

-~

_wvl

ns Tk <)mk

In de warmtebalans over ~~n sectie kan nu de linolzuurterm ver-vangen worden door de warmtestroom ~

w

waarin U de gemiddelde warmteoverdrachtscoëfficiënt is, gegeven door 5 U 1

L

U 1 (6U l + 8U2 + SU,)

(5.3)

=

_np _{Pn n} ₁₉ n=1 met

Pn ... aantal pijpen per laag (respectievelijk

3,4,5,4,3)

U

van de ne-laag (zie paragraaf

5.4.1)

n

A :< warmtewisselend oppervlak

=

Tl: d L/ns

s u

np totaal aantal pijpen : 19 ns ~ aantal secties : 12 ·

De warmtebalans over één sectie wordt nu

~ _mkC _pk~Tk + ~ Ins - ~ _wv _w• 0

Berekening van de Gilothermtemperatuurverdeling aan de in- en uit-gang van iedere sectie kan geschieden door integratie, uitgaande van de .warmtebalans over de infinitesimale sectie ds

~ kC k-dTk + (~ Ins - ~ )ds 0 0

(19)

( \

,

( _,

L

(

,

-I 1

j

~

I \ I I i ('

I

,

I '.

i

i I I I

,

\ r I (

I

:

i

I I .. I " I . _.. "

fJ

n

( ..

15

-Uit de vergelijkingen

5.3

en

5.5

volgt voor de nitgangste~peratuur

van sectie s 4> wv ns.UA s

J . [

In deze vergelijking is de waarde van Tk. nog onbepaald. Deze

1.

temperatuur wordt iteratief berekend uit de vergelijkingen 5.1 en

5.6.

5.3. Warmteverlies van de reactor.

Stationaire warmtegeleiding in een cylindrische buis in een

rus-tige omgeving wordt gegeven door

waarin <t>' .. _w (Tk - ~' _amb) ln(D /D.)/2À. + l/h D u 1. 1. a u T amb= omgevingstemperatuur

À. - warmtegeleidingsvermogen van de isolatie

l. I

,

h

=

warmteoverdrachtscoëfficiënt van de lucht

a

_ I

Als isolatiemateriaal is g~kozen voor

glas- of steenwol, die een lage À.

heb-1.

ben (0,08

Wim

K bij 200 oe); À. wordt

1.

constant veronderst~ld.

De warmteoverdrachtscoëfficiënt h is

a

een functie van T -T b en D ; h wordt

w am u a

grafisch bepaald

(4).

De wandtemperatuur van de reactor kan bepaald worden uit

Tk

Bepaling van h geschiedt iteratief uit de vergelijkingen

5.7

en

a

5.8, met, T als geschatte en berekende parameter.

w T

1

I r---,Tomb

(20)

L

(

[

r

e

r

p

II

f~

I

[}

n

~

1

l,

J

'1

_\ . I

n

(21)

'. ( I , '.

n

( ) Î ' ,

L

' r

(

In tabel

5.3

zUn enige waarden van het totale warmteverlies ~

wv voor verschillende isolatiedikten weergegeven.

diSol(m) h (W/m_a 2K) T (oC) _w ~ _wv(yl)

0 4,3 285 14800

0,025

3,7

145 6460

0,050 3,5 115 4160

0,100 3,0 85 2580

0,200 2,5 60 1620

Tabel 5.3. Warmteverlies van de reactor als functie

van de isolatiedikte; T b= 25 oe.

aI!!

In figuur 5.4 is de temperatuurverdeling van de Gilothermstroom

volgens vergelUking 5.6 uitgezet als functie van het sectienumm~r,

met de isolatiedikte als parameter.

De temperatuurverdeling wordt gunstiger (vlakker) indien de

massa-stroom ~ k wordt verhoogd (zie vergelUking 5.1), zodat bU een

evcn-rn

tueel hogere reactiewarmte of groter warmteverlies de toegepaste

benaderingen, gerechtvaardigd blUven.

Uit de figuur blUkt dat 0,10 à 0,15 m een gunstige isolatiedikte is.

o o '-::J 282 in cm ; 280 ~ _D- _5

~---~~~~~~~=====---l

E ClI

o

12

---1__

sectienummer

Figuur 5.4. Temperatuurverdeling van de GilothermstrooI!! als functie van het sectienummer.

2 - 2

(22)

( , ',. I j _{, ,} !

I

'-i

1\

1 I

i (

I

i

I

1 {

•

IC

~

r-I:

, . \ , r . : ( I i r , i ( i ' , ' i I: . ,

,

.. 'I t 'l ! ( \ , , , t i ' l!f ; . )

,

I. ) r--,

5.4.

5.4.1-... ---.-.. _ - -

-17

-Temperatuurverdeling van de linolzuurstroom.

Berekening van de warmteoverdracht per pUP per sectie.

BU de berekening van de temperatuurverdeling van de

linolzuur-stroom wordt aangenomen dat de reactor geen warmteverlies heeft.

Uit fi~lur

5.4

blUkt dat in dit geval de

Gilothermtemperatuurver-deling ongunstig is. In de prakt Uk zal altUd warmteverlies

optre-den, waardoor de linolzuurtemperatuurverdeling beter zal zUn dan

berekend. ~ _{tk u} <Pm ti. _{tl. u} .~ qr ~ tk_j

De warmtebalans over één pUp per sectie luidt

<P

'" ( ) mk (. )

'ti c tl -tl. + - - c k tk -tk. + q

=

0

m p u 1 Pn p u 1 r

waarin ~ _mkip _n de Gilotherm-massastroom langs één pUp is.

De reactiewarmte qr wordt gegeven door

(5.10)

waarin ~gA de verandering van de gewichtsfractie van component A

is (zie paragraaf

2.1).

De warmteoverdracht in dit kleine systeem kan betrokken worden op

de ingangste~peraturen en wordt

met

$ c U A (tl.-tk.)

w n p 1 1

A - oppervlak van é8n pUP per sectie c nd L/ns.np

p u

e

U _n

=

U van de n -laag

(23)

-L

1..

1

[

i!

P

[1

n

~1

J

1 " ~ . .1

o

L

(24)

l

t

.

\ { . 1 r' I ( ! • "

lil

I ( ) 18

-Uit warmtebalans

5.9

volgt

<l>mk

= - c (tl -tl.) - q = c k(tk -tk.)

w m p U l r Pn p. U 1

Indien de ingangstemperaturen van het systeem bekend zijn kunnen

de uitgangstemperaturen, met behulp van de vergelijkingen 5.11 en

5.12, berekend worden.

De warmteoverdrachtscoëfficiënt U wordt berekend uit n

-1 -1 -1 ( )

U n = h + h

kn

5.13

waarin h-l de warmteweerstand in het linolzuur is en

h~~ de

warm-teweerstand in h·~t Gilotherm in de ne-laag is. De warmteweerstand

van de pijpwand is te verwaarlozen.

De h-waarde van de linolzu~rstroom bij Re

=

6500 kan volgens Kern

en Kraus (5) berekend worden uit de correlatie

De warmteoverdrachtscoëfficiënt h

kn kan volgens McAdams (6)

bere-kend worden uit

Nu

waarin Re _mbetrokken is op de maximum snelheid tussen de pijpen

en de uitwendige diameter van de pijpen. De maximum snelheid wordt gegeven door

(5.16)

(25)

~-!

l

_

L

! .

(

t

(

~

z

I

r ( -r

.

( r · r, , I I. , q I I ( ! r· \ ( r

t

5.4.2.

Totaa1berekening. 4>m TI· _I Tk=Tk I 0 <l> mk

19

-2 3 12 Tk 12=TkU - 4> mk- - -

--Bij de numerieke berekening van de temperatuurverdeling van de

linolzuurstroom wordt de linolzuurstroom beschouwd als een aan-eenschakeling van elementen, zoals beschreven in 5.4.1.

Voor de berekening van een element moeten de ingangstemperaturen

van het linolZuur en het Gilotherm bekend zijn. De

linolzuurtempe-ratuur wordt per element gesommeerd. De uitgangstempelinolzuurtempe-ratuur van

het Gilotherm van iedere sectie kan berekend worden volgens

ver-gelijking

5.6.

Om eenzelfde berekening te kunnen toepassen op

iede-re sectie moeten de massastromen in de even secties omgedraaid

~orden, zodat in deze secties de temperatuurverdelinc van het

Gilotherrn tegen de eigenlijke stroomrichting in berekend wordt~

Het principe van de berekening kan nu alsvolgt worden weergegeven: oe).

1. Keuze van T1. en Tl (285

1. U

2. Schatting Tk .•

1.

3.

Berekening van de Gilothermtemperatuurverdeling volgens

verge-lijking

5.6.

4.

Stap voor stap doorrekenen van de pijpen in de eerste laag.

5.

Middelen per sectie van uitgaande Gilothermtemperaturen van

de eerste laag. Deze gemiddelde temperaturen zijn de ingangs-temperaturen voor de volgende laag.

6.

Herhalen van punt

4

en

5

voor iedere volgende laag, met de

daarbij behorende waarden voor U en p •

n n

7.

Con~role van de berekende uitgangstemperatuur Tl

u• Indien deze

niet gelijk is aan de aangenomen waarde onder punt 1, wordt de

(26)

I

~

( . I l

r .

( r . r-. -, ,-, ., ,

'I

_..₎ 20

-8. Controle van de sectie-uitgangstemperaturen van het Gilotherm,

berekend volgens de laatste middeling onder punt

5.

Deze

moe-ten twee aan twee gelijk zijn en overeenkomen met de berekende

waarden volgens vergelijking

5.6.

Deze eindcontrole geeft aan

dat de toegepaste benaderingen in de berekening al of niet zijn toegestaan.

De berekening van het concentratieverloop van de verschillende componenten geschiedt door numerieke integratie van de reactie-snelheidsvergelijkingen, met één element, zoals beschreven in

pa-ragraaf

5.4.1,

als integratiestap. Dit onderdeel van de berekening

is ondergebracht bij punt

4.

In'Appendix 11 zijn het computerprogramma en de resultaten van de

berekening opgenomen.

Hierbij zij opgemerkt dat aan de gemiddelde linolzuurtemperatuur

Tl in vergelijking

5.6

de waarde 285,5 oe is toegekend. Dit kan

iteratief worden bepaald uit het linolzuurtemperatuurverloop. Het verschil tussen de sectie-uitgangstemperaturen, zoals beschre-ven onder punt 8, is kleiner dan 0,01 °C.

(27)

-1 I ~ . l . ( . I. ( \ .

,.

6. Voorwarmer HS.

6.1.

Beschrijving.

In dit hoofdstuk is een berekening weergegeven voor een

tegen-stroom-pijpenwisselaar. De warmtewisselaar moet de linolzuurstroom

. 0

opwarmen van 30 tot 285 e. De ingangstemperatuur van de

verwar-mingsolie (Gilotherm) is 300 oe.

Gekozen is voor een warmtewisselaar met een bundel van 7 pijpen

(8x6 mm) en secties met een lengte van 3 meter. De bundel is

onder-gebracht in een buis van 45x42 mmo

Tl 1 <Pm

Tk1 ~--I--~mk

Ullde warmtebalans over de wisselaar

2

4> _I!l

f

_PdTl

1

+ (6.1)

volgt, bij aanname van <l>m=0,15 en <l>mk=l kg/s, de waarde Tk₂= 251 oe.

De benodigde capaciteit is 110 kW.

6.2.

Linolzuurstroom.

Uit tabel 6.1 blijkt dat het Reynolds-getal van de linolzuurstroom bij opwarming varieert van 230 tot 10000. Voor de berekening van de warmteoverdracht moet de stroom gesplitst worden in drie gebie-den: 1. laminaire gebied 2. overgangsgebied 3. turbulente gebied Re(2300 2300(Re(N5000 Re)N5000 Tl<l50 oe 150(Tl(2.10 oe Tl)210 oe Voor deze gebieden gelden de volgende correlaties voor het Nusselt-getal (7,8)

(28)

( -I I.

..

( .

\

r -T l 1 !~ .' \ ) r "

.

~ I ~ ~ E 3 I L

I

- 22 -Gz (0,05 _e 2. Nu Repr.d./x )12 1 e

3.

Nu

waarin x en Gz gebaseerd zijn op een lengte van ~~n sectie.

e e

In figuur 6.2 is de warmteoverdrachtscoëfficiënt h als functie

van de linolzuurtemperatuur uitgezet.

Voor de berekening van het warmtewisselend oppervlak zijn voor het

laminaire en turbulente gebied constante waarden gekozen

(respec-tievelijk 200 en 1200 W/m2K). Het overgangsgebied is vastgelegd

met de polynoom h .. -230;1.,1 + 47,06.Tl - 0,33656.T12 + 0,000898233.T1 3 (6.2) TeOC) Re Pr Gz e 30 231 143,0 0,0152 100 1100 59,2 0,0077 150 2447 42,6 0,0048 210 5144 35,0 285 10352 32,8

--Tabel 6.1. Temperatuurafhankelijkheid van

enige kengetallen van de

linol-zuurstroom. 1200 800 400 " ~ , 0 20 100 200

•

temperatuur - °C

Figuur 6.2. Temperatuurafhankelijkheid van de warmteoverdrach

ts-coëfficiënt van linolzuur.

(29)

r , ~ . ( .

(

. r . ( .

I

_{I '}

{

,

Ir'

I !

l

I , ,

[

• j ,r-I I '. !

r

I 6.3. Gilothermstroom.

Door de geringe temperatuurdaling van de Gilothermstroom in de warmtewisselaar zijn de kengetallen van deze stroom ongeveer

con-stant. Bij een Jl.lassastroom =

mk 1 kg/s behoren de volgende waarden

T(oC) Re

h Pr NUh hk

250 38500 4,18 201,5 2637

300 49800 3,41 231,5 3028

Voor de warmteoverdrachtscoëfficiënt wordt de gemiddelde waarde

2800 W/m2K aangenomen.

De correlatie voor het Nusselt-getal

is gebaseerd op de hydrolische diameter d h

dhE

(D~

- n.d2)/(D. + n.d )

1 U 1 U

waarin n het aantal pijpen van de bundel is.

t - - - D· ---I

I

6.4. Berekening van het oppervlak.

Voor het laminaire en turbulente gebied geldt voor de berekening van het oppervlak

A

=

/U t, T

w m

waarin t,T het logarithmisch teJl.lperatuurgemiddelde is.

m

De totale warmteoverdrachtscoëfficiënt U wordt berekend uit

met

À - 18 Wim K (roestvrij staal)

w

d .. 0,001 m

w

De warmtestroom en de temperatuurintervallen van de

verschil-w

lende deelgebieden kunnen berekend worden met vergelijking 6.1.

(30)

r I \ { . , l "

{

i

r "

1 i

} ,r

1

.' r ' , ) r· r

24

-Door de temperatuurafhankelijkheid van de h-waarde in het over

-gangsgebied moet het oppervlak numeriek berekend worden uit de

in t egre.l en

A

_(6.5)

Tk

(6.6)

In tabel

6.3

zijn de oppervlakken van de verschillende gebieden

weergegeven.

gebied linolzuur Gilotherm lP (kW) U

2

A

2

tem~'. (oe) temp. (oe) w

(wim

K)

(m )

laminair

30-150

251-270

40,8

185

1.335

overgang

150-210

270-282

26,6

366*

0,773

turbulent

210-285

282-300

42,3

802 1,452

totaal

30-285

251-300

109,7

402 '

3,560

Tabel

6.3.

Bepaling van het warmtewisselend oppevlak voor de

deelgebieden in voorwarmer H5.

]f

gemiddelde waarde, berekend uit ~

I

A .6T

w m

Het oppervlak per sectie bedraagt

0,396

m 2

,

" zodat het aantal

benodigde secties, inclusief ongeveer l~/o toeslag,

10

is.

,

(31)

\ f .

~

, r' I , ( , f • r' r .

(

r ' I

n

I, ) r I , _,_, r

t

Literatuur.

1. a) J.A. Steding en P.D. Chaigneau, Verslag laboratorium voor

scheikundige technologie T.H. Delft, december 1971.

b) J.A. Steding en P.D. Chaigneau, Verslag laboratorium voor

scheikundige technologie T.H. Delft, juni 1973.

2. D.H. Stull, E.F. Westrum en G.C. Sinke, The Chemical Thermodynamics of Organic Compounds, (1969).

3. D.M. Golden en S.W. Benson, Chem. Rav •

.§2

(1969) 125.

4. V.D.I. Wärmeatlas, Berechnungsb1ätter für den wärmeühergang,

(1954) Ec3.

5. D.Q.. Kern en A.D. Kraus, Extended Surface Heat Transfer, (1972)

6.

W.H. McAdams, Heat Transmission, 3rd ed. (1954) 27l.

1. W.J. Beek, C 011 egedic taa t Fysische Transportverschijnselen I,

T.H. Delft (1968) 8l.

8. S.S. Ku ta t'eladze en V.M. Borishanskii, A Concise Encyclopedia of

Heat Transfer, (1966) 106-111.

442.

9. H. Eyring, D. Henderson en W. Jost, Physica1 Chemistry, An advanced

treatise, VIII A (1971) 361.

10.K.S. Markley, Fatty Acids,

! -

A

(1964).

11. D. Swern, Bailey's Industria1 Oi1 and Fat Products, 3rd ed. (1964) 97.

12. D.S. Viswanath en M.B. Rao, J. Phys. D,

i

(1970) 1444.

(32)

r' 1

"'

. (

l .

r . I l .

r .

,

. r • , r • r 1 I .. ,\

r

r Appencl.ix I. Fysische constanten. 1. Dichtheid. - Linolzuur.

De dichtheicl. van technisch linolzuur is gebaseerd op eigen metingen

(1) over een traject van 15 - 180 oe en kan worden beschreven met de polynoom

. 2

P

=

910,9 - O,5833.t - 0,0003217.t (t in oe)

- Gilotherm.

De dichtheid van Gilotherm is berekend met behulp van de

specifi-caties van Progil en kan worden beschreven m·;t de pOlynoom

2

P

_k= 1018,5 - 0,1530.t - 0,0005050.t Grafiek 1.1 2. Viscositeit. (t in oe) ,

De viscositeit is een fysische constante welke energetisch is vastgelegd (9) en kan dus worden beschreven met

~ A

A

exp(-

B/RT)

- linolzuur.

De viscositeit van technisch linolzuur is gebaseerd op gegevens

van oliezuur over een traject van 20 - 200 oe (10) en kan worden

beschreven met

loglJ IC -5,319 + l095/T (T in K)

- Gilotherm.

De viscositeit van Gilotherm is berekend met behulp van de speci-ficaties van Progil en kan worden beschreven met

log

11 .

k=-4,

753 + 670/T (T in K)

(33)

\ . [

.

!

l I, " I' ., ( .

l

r . l , _, (

,

-• 1' -"'I I

.

, ) I • J \ ) r , ' r _I

l _

3. Specifieke warmtecapaciteit.

- Linolzuur.

De specifieke warmtecapaciteit van t echnisch linolzuur is gebaseerd

1 . t . t van 10 - 150 °c ( 11) en

op gegevens van O_lezuur over een raJec

kan worden beschreven met de polynoom

c = 1916,7 + 1,3681.t + 0,024326.t2

P - Gilotherm.

(t in °C)

De specifieke warmtecapaciteit van Gilotherm is gebaseerd op spe

ci-ficaties van Progil en kan worden beschreven met de polynoom

c _pk

=

1502,5 + 2,9457.t - 0,001051.t2 (t in °C)

Grafiek 1. 3

4. Warmte~eleidingsvermogen.

Algemeen gebruikelijk voor de correlatie van het

warmtegeleidings-vermogen met de temperatuur is een eerste-(eventueel tweede-)graads

polynoom. - Linolzuur.

Berekening van een dergelijke polynoom, gebaseerd op de gegevens

van oliezuur over een traject van 70 - 150 .oc (10) levert in het

gewenste temperatuurgebied negatieve waarden voor het warmtegelei-dingsvermogen op •

Volgens Viswanath en Rao (12) geldt voor vloeistoffen de volgende relatie

À/À .. (T/T )-n

°

waarin n een constante is.

Correlatie van de punten van oliezuur geeft de volgende betrekking

logÀ:o: 5,7679 - 2,5522.1og T Grafiek I.4

- Gilotherm.

De waarde van het warmtegeleidingsvermogen van Gilotherm is volgens

de specificaties van Progil in het gebied van 200 - 300°C

0,176 ~ 0,004 W/m K en kan dus constant worden verondersteld.

(34)

-(

. \

..

r ' ;" Î I, J

t \

I

, ) '1 "

)

n t L j

r

5. Dampspanning en specifieke verdampingswarmte.

e

Benadering van de specifieke verdampingswarmte r met een 2 -graads

polynoom

r - (r _o + 1, 75 RT - ET 2)( 1 - P

/p )

_c (1.5.1)

geeft na integratie van de vergel~king van C1apeyron voor de

dampspanning

log po: 0,4343(-r _oM/RT + 0,75 ln T - ET/R + C) (1.5.2)

waarin r , E en C constanten z~n, die vermeld z~n door Mark1ey (10).

o

De kritische druk P bedraagt voor hogere vetzuren ongeveer 20-30

c

bar. Indien r constant wordt verondersteld is

log P

=

-

0,4343

r

M/RT + B

waarin"r en B constanten z~n, vermeld door Weast (13).

r .10- 3 _ _2 E C r.10 -' B 0 oliezuur 395,6 0,0304 28,923 301,7 23,906 stearinezuur 401,9 0,0317 28,241 286,5 24,994 Gilotherm j12,9 23,257

Tabel 1.5.1. Constanten uit de vergelUkingen 1.5.1,2 en 3 voor

oliezuur, stearinezuur en Gilotherm.

Dampspanning: grafiek 1.5 '1' (OC) r.10- 3 (J/kg) oliezuur

I

stearinezuur 150 337 342 200 319 324 250 299 303 300 275 278 350 247 250

Tabel 1.5.2. Specifieke verdampingswarmte van

oliezuur en stearinezuur volgens

(35)

r I . l ' ... .' \ . , . ( , l J " , ,

.

,

n

r-'

l ,

6. Overige gegevens. - Linolzuur. formule molecuulgewicht smeltpunt C18H3202 0,2805 kg/mol

- 5

°c

- Technisch linolzuur. Samenstelling: linolzuur (G.L.C.-analyse) oliezuur - Gilotherm. palI!litinezuur linoleenzuur overige vetzuren 63% 27% 3,5% 2,5% 4,

crlo

Samenstelling: eutectisch mengsel van difenyl en difenyloxide (26,5 : 73,5)

smeltpunt kookpunt

maximum temperatuur s 400°C

gemiddeld mol. gewicht 0,165 kg/mol

- Tolueen. formule molecuulgewicht smeltpunt kookpunt dichtheid (20 oe) - Jodiul!1. formule molecuulgewicht smeltpunt kookpun-t; dichtheid (25 °C) oplosbaarheid in tolueen (25

Oe)

e

7

H8 0,092 kg/mol - 95 oe 110,6 oe 866,9 kg/m 3 1 2 0,254 kg/mol 113,5 oe

°

, 184,4

e

4930 kg/m3 13 gew'{o ".

(36)

\J , . .,.. J

:

t

I ( I

...

~

l i

rl

\ I

I'

r

l ,

BI

(37)

l .. ..

,

, J n

I

~

o - - - - temperatuur 0 - °C 0 0 0 0

-+

~"'T'M~~+=~,.,-lJi-:-

,

,.,-:-,[1.,-, i :".-:

:~

-

,

-,.

::

..;."

:"""',,-+: -i 1-41-,

,

~,

,t.,.."",-,

,~'

,

-+

~

+

:

,:,..,J:

J~:

''-'-:, fr.,

:

~

:!

.!.,-,

,..,..+-,-J 4,r."I:

,

n1

!

.,.,.

:

T

+

:

I

~

'

:-:-+,,,,,-,,,, ,-l-

,....,..,..!~.

!~

~

,

IJ

,

r+

~

: ;;: : ,1 '!:i: . ':,,1 ,,'qn~fiá1'_I-'

'

,- , " '" ·t······ ... : :; ; ~ : ! :. ! : . ~

i

I :

~:

..

~.~f-'-'-;....:..;.+~~t:--" ,., ..... . j _ ,.,1._, .. .. ;., ..... ..... i.: .. 1:. ;;:1:·1;:::':::;: ; 1 1 I I 1 I I I N aJ

..

N o N co

(38)

r I · r i , I ..-· I r ~ 1 I ' i l P> . ~ i 1 -, , , i , I \ / o ·

..-:

, ~ .... " (ij ,

...

i

il

: j _I,

:n

ir'

· , .=::.:t.1

(39)

I '

I

:

l

: r ! l 1 r

Il

i

I,

! I l .' I ~ lr~ , c !l > I I c:: I . -l ' i ! I

Ir

; , 1 : !.. •

i

I

'

1

Ic j

I

:

1 !

r

1 in

:r

,r

•

~~.,.., . .

(40)

L

l~

L

l

l~

l

o

[

~

n

,

i I

O

l

~

n

~

]

II

n

_,

n

i I

n

i

(41)

:

I

: l j I I

!I

1 ' l j

Ir'

!

l

I I ,

,

i,'

,

1 I[

i I ,

i

f

, \

.1

, , , : i r

_,

, I ' I

I

r ' I

L

! , , ! l I : l j

n

-

temperatuur - °C

grafiek 1-5.

o 0 0 0 0 cO N U) 0 lJ) ..- N N (Y) (Y) . It: 1 ! H ; i j' ., 1 ; i ! ti" 'i 11 i 11; I .:;. i Ii II!' 11 i '11 ! 1 111: 11

f

!

:

11, 1.11 : 11 !' i, , !. ,iI! i i I

,1

,,;

"

.,,'

"

,

:

!

';'

1 ' 11: 1 , 1

!Ij ,: lil' ''': ::11 ~I~: i:'; ii;' :'" ":!II:I! ij" ::11 dir :1:. ,11, "0 ,'" Ij:' I,,' " " I,i' 'i' ,,·,,1 ,,11 ,I dil ij'l :,:. 111 f;!. 1:'~ ~iil ~,Il Hil 1I!! ::! JIJ :!I~ I:!~ !:~l ::1: j;:; ::" :ill I .• 1-. :li1 ill! .1 J. ,,~ . l: .~-;-~

i

11 :Ili

'li'

:U!

!!j. !:!l '~l! ;;!L lil! 11:: dl

;':1

j!;t ;j~' .1,. 1 :11' ::'; ;~d :;1; "il: ;:1' .;!. lij; 1:\, ~;;; ·/'!tP '1"

N N

...

U) o a.. N I o X Ol C C C o 0... Vl 0. E o u

(42)

\. -r '

l_

[

:

1 .

r~ 'l'

[

~

f, I . ~ r . ~

1

,i I; li , l r~ \ , \ J

i

1 '1

l J

Appendix Ir.

Berekening van de reactor.

11.1. Beschrijving van het computerprogramma.

programmataal: cps

-

opdracht 1 _{- 39}_·_: opdracht 40 61: opdracht 62 68:

-

opdracht 70 -127: met 74: 83: 87: 88 -102: 120 -126: (via terminai).

inlezen en berekenen van de linolzuurparameters.

inlezen en berekenen van de Gilothermpara~eters.

berekenen van de Gilothermte~peratuurverdeling.

numerieke berekening van de linolzuur- en

Gilothermtemperatuurverdeling.

herhalingsopdracht berekening per laag.

herhalingsopdracht berekening per pijp.

herhalingsopdracht berekening per sectie.

berekening van ~~n pijp ,er sectie, inclusief

concentraties.

middelen van de Gilothermuitgangstemperaturen

per laag •

. - opdracht 130-134: controle linolzuuruitgangstemperatuur met

her-halingsopdracht voor het totale programma.

o

Indien deze temperatuur ~inder dan 0,2 C

af-wijkt wordt h~t programma ~~n maal herhaald met

volledige uitvoer.

(43)

1. L

L

r

[J

[l

r~

fJ

~

!

r

:

(44)

- -

-[ ' "",:,..: .. ;",., . ... :_~""" .. ~~".i.A.~~~"~~Jsi..~~~~,*-·"Ä"::-·~~~iáfeÖa.~",, :".,.=,.;,.,J:.$,....t~ .... "-... ~.

l _ r . '1

: l

.

· '7 ~

.

n~clA~~vl(3),vk(3),uC5),tki(12),tku(5,'2),tl(0:1~),x(12),~(O:lq)j PUT LIST(II~l/lJITLA"T Tn1_Pr=Rt\TtJ!fR ll~'nLZ'''lpl);

. ... GET·

LISTCtl

i); ... . ... ... .. .

tlu=tlt;

di=.OG7; ... .

· f

'S . ." t • I.. 6 . ... · 7.

rlu=.07;

.., ri =..7;· ... ..

t=tli;

:f

L I ). 10. ' ... . rho=910.9-.5~33*t-.OnO~217*t*t; ... . _ ...

cp=41S4(.4SS1+.000327t+.000005314tt);

l::

.. · ... · ·1 ahda=~xp(2 .303

*5.7679

-2.5522

*

1 orr,(t

+27

· :

n

);

..

...

.

...

..

...

..

...

....

.

... .

eta=Ax~C2.303*(-5.319+1095/Ct+273»);

r

'

·

· ..

..

...

..

...

.

· nh·j rn= .·15; ···· .... ··· .. ·· .. ·· ... ·· .. ·· .... · .. ... ... . 1=120;

:

~

... . ,

_.

.

..

.

.. ·

re=4*o!-tim/3

.11~15/~ta/rfi; .· ............. ....... ... ... .. 17.

f

>

:

.

...

.

...

..

. .

2!') . .. ... ..

f

~

:

.

...

.

...

.

d . ? 1\ ... ... . ... .

rt

.

.. \.:

.

2 ~ • '( - ... .. .

.

•

-l • 3 ~ ~ ... .

nr

=e ta

*c

r>1

1 abrja; n 11 = • 116

*

(

re *

*

.

66 7 -12 5 )

*

p r

* *.

333 ; ... . nul=.024*re**.8*pr**.333;

···

h=labda*nu/rli;

...

....

...

.

...

..

.

. . _

.

phiv=nhirn/rho;

. . v

=

I. * n h i MI 3. 1 L~ 1 5

I

d i

I

d i / r

ho;

· .. ·

..

· . . . . .

.

'.

....

...

..

....

..

. ..

.

...

.

tau=l/v; ·vr=phiv*tau; ... ... ... ... .. f=.07~hre*:k-. 25;

rlp=2frhovv*1/rli;

· gl=.00021;

rr.1=gl*rholl000;

n=O; ···ns=l~;··· np=l~;

..

.

q0=ln4000;

.

...

.

..

.

lab1: a(O)=.6;

35.1

·

· as=i6;

r

:1

...

.

...

.

i ~3~3

;

..

.

..

37.

r.(O)=O; ;' _l... ··_•.1 .. ·· ..

···

cs=O;

· · ..

··

.... ···

·

. l. JO bu=.3; 31. . ...

···

nhiwv=O;

· '.

;

t

4 :

~~~t: ~i~:~ ~J

fi~~

;

!.FMPERATUUR ç I

L

.

nT~'~~~1

.. tk i (1

)'?~

...

..

. .

J

.

PUT LIST('I);

J

3 •••

•

• •. .

... .

.. ...

.

..

.

..

~

~~ ~

i

~

0

0 *

(

1

•

07

q

5 l~

- •

0007') 2

g'

8;~I~i(ï)~

.

00 000050 4

~

15

*

t

k

i (

1 )

*

t

I<i

'

cï

"

)

'

);

"

~

.

cp~~4184*(.3591+.ry0070405*t~i(1)-.00000025115*t~I(1)*t~i(l»;

4

G.

labdak=.1157;

'.

',

rl

· ]

.

....

. ....

....

. ....

.

...

eta

k

=

~ x r> ( -4 •

035

5 P.

+1 •

51~ 3

*

1 () 0 0

I (

t k i ( 1 ) + 2 73 ) )

*

.00 1; ... .

phimk=.3;

i • j li'1'~' . . .. j =1; ... . ... .

;

r

:

.

...

~r(~~

:i*npl

rhokl

1/

rl~;

.

..

.. . .

,

;\1

.

v'

.

(2)=vv/4;

;53. ··· .. ··· .. · 'vl(3)=vv/S; '

:

~n

.

no

i =1

Tn 3;

;s.

L

rek=rhok*vl( i )*dk/etak; ... ... .

5

G.

Drk=cpk*etak/lahrfak; ~r

.

. ...

nu

k

=.

75*

re k

**

.5

*nr

k

**.

33 ~;

1

J • u ( i )

=

1

I (

1/ h + 1

I

n l.I k / 1 a b cl a k * r! k )'; S'1 •

'

~r

a

.

~ - ~

.

. r:: ~In ; u(S)=lICl); Il(4)"'u(2); rl. t k = ( h Ll

*

(J I) - en

*

(

t 1 ( j -t 1 i ) )

*

n h l n1 In h i Mk / C n k ; ... ··· .. :·1 . .. . . .. ...

(45)

G

3. G4

.

G

5.

GG.

G7.

6<3. 70. 71. ··· ... . 72.

..

73 .

..

...

.

73.1

71~ '~ ... . 75. ···75~1 ... .

75.

7 7~ '"''

73.

····7Il~ ··...· 30 •

..

rOs=2

T0

ns-1

~y 2;

tkl(s)=tkiCl)+(k*(tl

i+.5-tki(1»-nhiwv/ns/phimk/cn~)/~*(1-e

tki(s+l)=tki(s);

'

..

...

..

.. .

c~.Jn ;

.

I

F

s

<

n 5

+

~

1 T H

p~

t

k

I ( n

5 )

=

t'< i

(1 )

+

(

k

*

(

t

1 i

+ .

5 - t k

i (

1 ) )

-

n

h

i

w

v / n s / 51 =1;

s2=ns;

q

tls=tli;

z =1;

"

.

....

.

... ....

... ...

.

..

zz

=1; nOlaag=1 'Tn 'S;' pO=-abs(laa~-3)+5; PUT" L IST(-1.1 ) ; ... ... ..

PUT LI ST( , * LAA~: ' , 1 aap;);

I y:-

n=O

TnJ:~.' Gn TO 1

ab2;

.

..

....

q. . . ... ... .

PIJT L1STC'sektie 1 . 2 3 ~Oi=lTn ns; ... ... . xCi)=tkiCl); 6 . .... 81~ ... .... F~lf) ;

32.

PUT IMArE('tkl',xCl),x(~),x(3),x(4),x(5),x(G),x(7),x(~),x(q)

33.1ah2:

ra

0=1 TO 00; ... . 8 5 • I F n

=

()

TI' PI ~ I") T" 1 a b 3 ; 3 G. I'U T LI ST ( , n Y

n: '

I j ) ; 87. lab3: "()

s=s1

TO 52

ny

zz;

( .

t

"

38. '

rlt=tau/ns/nn;

. ( . 8'1 • ; gO. ···.. kl = • 11 ~ 2 3 * P. X

r (

-1 739 00/ 8 • 314 / C

tl

s

+ ~ 73 ) ) /60 ; . . . . .. ... 91. k2=.?23F22*~xn(-163300/~.314/Ct15+~73»/GO; , l . r . 92~ aa=-kl*~I*~I; 93. bb=(kl-k2*bs)*~I*~I; t .... 9 I~ ~ a S = d S +.1 a

*

d t ; ..

95. bs=bs+bb*rlt;

r' ·· 9G~ q ·

..

....

.

cs=.63-as-bs; 98. q::nhir1*qO*bb*dt;. 99.

n

h

h'J = U (

1 a a

.P.; )

*

1 /

nl)

/ n

5 *) •

1

I~

15 *

d

u

*

(

t

1

5 - t

k

I (s ) ) ;

....

"

f' ...

1 11)0 °lq • ••• . . . . .. . . .. . . t 1 ( 5 ) :: t 1 5 + ( Cl - n h i \'/ ) / 0 h i rP /

en;

tku(n,s)=tki(s)+znhlw/nhimk/cnknO;

.

In1.1 tls=tlCs); t . ... .. . ... .. ... . ... " 1 I . •...•••• ,. J .. \ r ' 1 f') 2 ~ .... ... ... ...

z=" z;

I 103. END;

: l 1

10 5 ~ .. ... .. ..

z=';;;z;

IOS.1

zz=-zz;

r'" ... " 1 '1G~ '"'''' ... ···55 =51;" I

;()

107.

51=52; .... " 103~' " q " ···· 52

=ss;

.

...

..

.

...

.

...

.

...

.

. .

r', 108.1 a(j)=as; ; i·· · 1 0 ~ • 2 ·· .... b (j ) ::bs ; ; ~ )

I

...

i

6 ~

:

~

...

.

..

.

j.~

j

l

î

~

s; ... . . ... . ... ... . ... .

1~1

i~~:

'

H''''

~~

7:i

i~F:~s~n

T()

la~4;

... ..

111. x(i)=t1(i);

\

[1

'

...

i

î~:

..

. ..

..

...

.'

~;;~

~

'

,

'Ar.

r:

C I

tl

Ui, X (

1 ) , x (

2 )

,

x (

3)

,

x

(

4 )

I X ( r; ) ,

x ( G

) ,

x

( 7 )

I X (

~;~

.

~

.

~

..

~)

.

~

114~ "'rf') i=l

T()

ns;

...

.

...

..

.

n

11 5 . x ( i ) = t '< u ( r ) , i ) ;

. j"

11G.

Plr';

I ...

i

î~:

.

la h 4 : ~~I ~ ~ ~ 1 i\ n F ( I t kut , X (1 ) , xP) I X (3 ) , x ( 11 ) , x ( 5 ) , x (S ) I X C 7 ) , x ( p, ) , x <. q )

1 ,r

i~~:

.

....

.

..

....

···

··

~~i

(

'

;~=67

ns;

.. ...

....

.

...

.

...

.

..

...

..

.

..

.

...

I 122. DO 0=1 TO

pO;

r

1 ? 3 . " ... . t I< i

Cs)

::

t '(Î ( S ) + t

k

u

(

IJ I 5) ;

l,

1 ~ /~ . PI fl ;

(46)

-tki (s )=tki(s)/nf);

( ~1G. F.Nni

l

~ 17. ·· ··· F'Irl; ... .

123. IF n=l THE~ G~ TO labS;

.

t

2~ ~ . PUT Lt ST (

tu r

TL·\I\ T T~rlPF.rtl\TUI.lR LI ~I(') L7tJlfr:

',t

1 (12)

>r

····

· ··

···

.

1129 •

i

PIJT LI ST( 'UI Tr.,V,JGSK('I~JrpJTR r..T I F r.F.!U)~~\J!Jr,FF.P.Q LI ~1('\LZ"tm: ' ,h (1

'1»

i

~ i~O~ "'" " IF abs(tlu-·tl(ns))).2 TPF~! r,n TOlablf ' ...

·

· ···

· · · ·

1

131. IF ahs(tlu-tl(ns)<.2 T~~M

"=1;

I

~~;:

.

...

..

.

~0~' ~:~~~

:;;;

L,\~TSTE ·BEREKF.MI~'G***')r····~··· .. ··· ... .

13If~··· .. · .. · . ···~O·· TG "'1 äb1;·· .. ·· .. ··· .. ··· .... ·· .. ··· .. ··· .. ··· .. · ... ... .

l

r:

~~

· :T

..

· ....

l~?

· ?:

..

~~i

.

t:

~~

~

: :

~

;

... ...

.

...

..

...

..

.

...

..

...

..

...

.

...

..

.

...

.

...

..

...

..

... .

135.2 PUT LIST(IKO~~~P·ITRi\TIES');

'[ 136"~" ... ····PUT·· 'LI ST('·'·)·f · .... · .. ··· .. ··· .. ··· ... .. 37 PUT LlST('pyp l\ 11 r.');

1

~

3

8 : 0 0 T = 0 1 0 h O ; · .... ···· .. · .. ··· .. · ... ... . 139. PUT H-1.fl.GF.{j,a(j),h(j),c(j)(in); ;L~~~: " im:~~~~~j ... . . . ... . ... ... . 1: __ . -; ( "tf 2. :

(

.

.;.' . 143. 1 Î i , l , . r .

---

.

-in: - ---

.

I ... ... . ~ ( ,-, ...

l

t

l '1 ( , • _I_. l t ; i _j _.

---

.

-

---.-

---.-I ~.1Ar,E; " ... . -

.

---nm ;

. ... -... ..

-

.

---; r

1"

...

..

...

. ..

..

...

.

..

.

..

.

....

.

i l J

in

:n·

T~

:[1

o . , ' • •••• • • • • • • • • _ .. .. . . .... .. . '" . ' •• • • •

---

.

-

--- -

----

---

.

(47)

-I . l j ! r . • I . \ ,

;

( : l i '. f

I; \

l

i

,

.

( . I 1 ; l t

)

t1

;

ifl

i

Ir:

I

l

)

.

~

.r

11.2. Uitvoer van het computerprogramma.

Parameters: Linolzuur Gilotherm t 285,5 280 oe (>m 0,15 0,30 kg/s (>v 0,21 0,36 m3/s (v) _0,059 _m/s

p

719 832 kg/m 3 1).104 4,39 2,93 kg/ms c 4282 2237 J/kg ÀP 0,057 . 0,176 W/mK He 6489 Pr 32.8 3,73 Nu 83,0 h 71,1 W/m2K U l 36,3 W/m 2 K U 2 33,8 W/m 2 K U 3 31,8 W/m 2 K K0~C!:~'TR f\,T I ES 1. ... o . P yp A R C 0 ... 0.600 .. 0.030 0.000 , 1 ,O.S77 0.OS2 0.002 . . 2 ... 0.553 0.072 0.005 3 0.52Q

O.OQ2

0.009

.

..

4

.. 0.505 ... O.ll'? !).Oll.~ 5 0.48"! 0.13" 0.020 ... 6. 0.45 G . O.ll~13 .. 0.027 7 0.431 0.lG4 0.034 ... 8

...

.

0.407

0.181) ... 0.043 9 0.382 0.196 0.052 I 10 .. 0.357 ... 0.210 0.062 i ₁₁ _0.333

_{o •}

₂_21~ _0.073 i )

...

.12

.

... n.308 .,.0. 2'37 r).035 I ₁₃ _0.284 _0.25'1 _0.097 I

I

)1. . 0,259 ... 0.261 .. ' ... 0.,110

I

15 0,235 O,27~ 0.123 I 1G f).211 0,283 .... 0,136

I

17 0,187 .. 0.293 O,15f) ... 18 I) • 1G 3 ... 0.302 ... 0,165 19 n,140 0.311 0.179 . ~.--... _ .. '~,-"'--"-"-"._.-.-.. ----.. ~. . •. . . - • - '.~~;S' -...