Bereiding van chloromycetine

I N L E I D I N G.

Iioewel er s ind8 Fleming's werk verschillende anti-bio-tica gevonden z~jn met op.erkenawaardigl curatieve eigenschappen, waren tot 1948 slechta twee van deze stoffen op de markt verschenen: het penicilline

en

het streptomyoine. In verbluffend korte tijd ·heeft zioh hiernfl,E..st het~hlüromycetine ') ontwikkeld. De korte

89-schiedenis van deze stof zij hier beschreven.

Dr. P.rl.Burkholder 1.) oultiveerde uit een 6000-tal

grondmonsters uit de gehele wereld 20.000 schimmeHloorten. Aan Dr. J. Ehrlioh~ e.a. blee~ dat slechts enkele tientallen hiervan actief ge-noeg waren om voor verder onderzoek te kunnen dienen. Uit een be- · paalde s treptomyces-soor t, afkoms tig ui t Venezuela, isoleerden zi j een stof, àie zi j chloromycetine noemd en (dit was het ears te anti-bioticum, dat het element chloor bevatte) . (Ehrlich, Bartz, Smith

en Joslyn. ~ cience 106 417 (1947)

l.

Even later bleek, dat een andere groep van onderzoekers dezelfde stof had afgezonderd uit een kweek van schimmels, afkomstig uit Illinois. Deze proeven ~an het Agricultur8_{1 Experiment Station}

te Urbana (111. U.S.A.) werden daarop gestaakt (Carter, Gott1ieb en Anderson. Saienee 107 113 (1948), vgl. ook Gottlieb, Bhattacharyya, Anderson en Cartes:-J. Bact. 55 409 (1948».

De sterk-curatieVë werkzaamheid van het chloromycetine werd op het eind van 1947 a8.ngetoond door E.H.Payne, die er een

~usepidemie mee onderdrukte. ;,jpoedig daarop werden nieuwe succes-sen behaald bij de bestrijding van enkele andere besmettelijke ziek-ten. Hieruit bleek, dat men een waardevol geneesmiddel in handen ge -kregen had en versohillende groepen van onderzoekers bestudeerden dan ook spoedig ele mogelijkheden om tot productie op grote schaal te komen.

Tegelijk met het onderzoek naar de optimum omstandighe-den voor de biologische bereiding van het chloromycetine begon men met proeven om de chemische formule vast te stellen. Men ging hier-bij uit van het biologisoh verkregen product, waarvan Bartz de iso-lering en enkele ph~ische eigenschappen beschreef (Bartz. J.Biol. Chem. 172 445 (1948)). De onderzoekers naar de formule maakten veel gebruik van physische methoden; zij hadden spoedig succes, de for-mule van chloromycetine bleek te Zijn:

') Ohloromycetine is eigenlijk de door park, Davis gedeponeerde han-delsnaam voor chloramphenicol, de chemische afkorting. Bijna steeds wordt echter de eerste naam.gebruiit, vooral ook in biologische publica ti es, red en waarom wi j ons daarbi j aanslui ten.

1) Osborn Botanical 1aboratory Yal e Uni versi ty U.::> .A. J)van de firma park, Davis.

.. - . ~ . .~",

..

."'~

';~

.

' ~

_W

:, - o '.,-,:.; :

\

r::::

_b·/

,

.

.. Ji.'~

J

"11 _"

J

" ~ 5 ~ ,~ ·',tjli.

VJY

' 71i'

I

"'j

iiW

. _" I

\j~

~N

_1\

_{\ \}

,I

.~

~

82 _\

'~~

IA r--- _~

-,

--.J

j?jJ ,I -

Ë

T \

f----·

re

ti

III R "J.,_ ,"'\:-,

-~~

y ,.1

JJ

~r~

_...

/"'-~ ~

~r

..1:

=F©

I

' =~~

IQ- _f Ir;;. lIJ- ~ 1-'JÇfl.." _{I ' i ' -:::..:'}

.-/1-t:

A

• .L

ct

' c---'

r

1-' t-' c 0 _J.l~:J.-' --t' r G

..

~ -I (~I~ , _" I , I _.Jf,IJ I 7 , • ...1. I I

~

.

, I / ,J.. BI , ""-.=

r

I \ " 1 _'v , I _. ,,-oL I , ;' ,.. ~ , , I ~ co; "'" _~ .i

~

: "'" .., !"',,~ ___ c:.~ __ •

.

b....;J

L.g-

''-G-I

14",...-'; tr--'

I

~~_{d L.fT} . - +'_I~"'" _::---c...~

_"---tr

,

/1

n!f~v

Ix

_~

-/,,:;.,'.'< ~

-

~

~~

_{'î' jn,} , !:. 1 "" '\

r

j '-1 c - I

~j

'I

-

_~

)

'-~ -=:::: 'i' I'" " ·1 Y P

I~l

j L2 _{--~ ,} y ! y =~ ₀ \ ; ,

~/

, ----OT 1lL' HY11'OXYOC BEREIDIt-.G van CHLCflOMYCETINE

H M l1erll

_,I

,

1--4-/

LJ \ H ,"':so P'drWINTER I

:

1

I}P-

'

~=-~ \

L

\ .~ _~-~

G-J

---Ç JI , ' ~---

-.11~--'-" ' - , - - - + - _../ 1 3 . 13 w

"

b -- - R Bereiding va" CHLOROM YC ETINE i x i x

•

.. ··-s 15 20

rit

1 • 16 ~~~~ I '.J18 - >4<-.1. h"/..' · ... 1·/ 23 11 B.M.E.d.HolI. r •• r. 1!150 ~.

Q - - - - " " \ ~----~---' p--..r--ë)1 ----R -- - --. 15 16 18

f'-"'''''''''''''''''' f"'-'-.m.J"""",NG"""S K",OO~L NAT RON LOOG t

: ,----.

y

d 20 21 13 --R Bereiding Vin CHLOROM YC ETINE • -- --°s 23 B.M.E.v.d. Holl. f.~r. 1950

I •

I

D ( -) tbr eo-l-p-ni tr ophen~1-2-Q iehl 0 oraeethmido-l, Z-pr oDaB..nd io1 of 1; ( -) thr 60-N- (1,1 t - d ihyd:coxy-l-p-ni trophen~l-is o}r oyyl

Î

-di.eh1

oor-aceetamide ~

ç

Jf

0.,

H

r~

--Q--C_I:2 OE '" \...J'(l! T>,TL' , 7~n OC-CHCI 2 (.Reb~toek, Crooks, trou1is en Bhrtz. J.Am.Cher.::.doc. 71 (1949». - Con-2458

Leze formule werd bewezen door een syntr..ese van het product, dat

in ch emi s cb t p1:.Ji s iach en therall eu ti s eh 0 l~ z i eh t ge1 i jL bI e ek te zijn a1J.i.l de, op biologi3ehe wijze verkregen t stof. I/erGe eerste

sjnthel:3e ve:Cliep vulóen8 het volgende reE-etieiOehema (Controu1is,

l-\ebstoe? en C;cooks. J.l:"rn.Chem.doa. 712463 (1949») :

0

c

..

'

0

'"L- 'H OZN-CEZ-CH20H - ( ti, 1 er;ythr 0 + è ,1 tlJX eo)

'0

CHOF- CHlJDg-CH20H

(~?d )

_ _ _ .... (d,l e:r;}thro + c,1 threo)

(i~ )

B ui tt:c el:ken met CHC1Z - - . (ö., 1 threo) OCHOH-CHNH2-CH20H (C) C+ CE3CC-0-COCHZ' ,. (è,l th:ceo)

OCHOE-CE-CH20

-

COCH~

(D)

.-.... '~J( C OCHZ ) 2

D+-HJ:fOZ • (d,l threo) Of.IJO·~ CHOH-CH-CE20-COCH.Z (~~)

'

rH

erOCH'?, ).

-.

~ ~

F + d-kamfe.coulfonzuur i, l-F _ d- r.:<.. Illfenml fonzu ur ( G)

2.

G uit tr ekL en me t hl oprO.f'ylE.l eoho1-..rel:> idu

=

l-F. (i -kamf ennllf. z. (R)

J ... CHC12 ... COOCH3 - -.. ~ chlorom~cetine.

De betrekkelijk cenvoudigA forIJU1e en 06 geu18,agde

s;;n-thesepoging waren è·.8nleiain;; OY:1 te zoei'..en nä.èir eel~ c1:.e.nische

ba-reiàin6'swij2.e, geschikt voor fG.bricage in het groot. Toor IJong en froutman werèen twee methoöen ltitgawerkt; de tweec.e werd op tecn -nische öchaill verwezenlijkt en wordt hieronè er ui tvoeriger

behan-oelo.

De eerste methode worät l:.ier 8n1:e1 r1et het rea.ctieschema

aöngs(Seven (Long en 'l'routman J.Am.Chem.Soc. 71 2473 resp. 2469 (1949)).

~

.

"

p

<...

.

ç

;-

021f-~m3 --'~~

'---.. ' H. ( A)

r--B

+ (Sn of ~nClfd +

H

OI

-

....

(

=-)

g-OH2

1

IH2

(C)

C

--')C-CH21lli (1') ~ Ö 'COCH3 - - - - - Otl OC-<tH-CH20H ~NH 'C_{OCH 3} ( ;~)

d,l

e~thro

+ d,l threo

O

CEOH-~H-CH20H

JH

'COCH3

F rekr is talliser en ui t al coho1 en water ...

a

,I

threo

O

CI!OH-~-CH20!1

COCH3 threo O CHOH-ÇH-CH20-COCH3

MI 'COCH3

(F)

(G)

(H)

Dit proöuct H is identiek met product D uit het hiervoor gegeven

schema en Vloröt op öeze1fde wijze verder verwerkt.

Behal ve

a

e hi er geno end e artik el. en zijn tot op heden

slechts publicaties verschenen over

ae

biologische eigens eh

ar

pen en

I

I

I~

Synthese uitgaande van p-ni tr obI;.oomacetopheno,n.

Be tweede synthese van Long en Troutman (

J.

Am. Chem. Soc.

11

2473 (1949) ) voor de bereiding van chloromycetine is op

techni-sche schaal uitgevoerd door Parke Davis (Chem. Eng. ~ No 10 167

0.949). Bij deze methode gaat men uit van het p-ni trobroomaceto-phenon dat in de handel verkrijgbaar is. Deze synthese verloopt overeenkomstig het vOlgende reactieschema:

N020-CO-CH2Br (CHdpNf .. N02Ü .. CO-CH:aBr.(CH2)sN4

C~eOH,.

(CeHeCI) HCI N02

O-CO-~H-CH20H

NH-CO- CH3 dl-threo-dl-er~thro-l-p-nitrophenyl 2-aceetamido-1,3-propaandiol.

Bij deze reductie van het keton met Al-isopropylaat worden

vier optische isomeren gevonnd. In overwegende mate worden het

d en 1 threo- isomeer gevormd. Scheiding van de isomeren vindt

plaats door kristallisatie uit waterige oplossing. Het d en 1

threo- isomeer kristalliseren uit, de twee anderen blijven in

oplossing.

d

kamfer-sulfonzuur ~ dd-zout

NaOH ~

d en 1 l-p-nitrophenyl 2-amino l,3-pro-paandiol.

+

ld-ZOU'Y

ld-zout NaOH. 1 l-p-nitrophenyl_2-amino CHC12COOCH3 ...

5

1;1 l:1H-CO.CHC12

N02<:=)-9

-9 .

CH20H chloromycetine.

OH H

Het door ons ontworpen schema is gebaseerà op deze methode,

om-dat hiervan meer bij zonderheden bekend zijn. Toch waren er nog nie~

voldoende gegevens bekend over de technische uitvoering; zo wer-den in het artikel van Parke Davis geen temperaturen, geen hoe-veelheden en geen rendementen genoemd. Deze gegevens moesten

daar-om ontleend worden aan de laboratorium uitvoering.

Behalve het synthetische proces is door Parke Davis ook nog een biologisch procédé ontwikkeld voor de productie van chloromy-cetine op technische schaal. Beide processen worden naast elkaar gebruikt. Theoretisch heeft de synthetische bereiding voordelen boven de biologische methode. Het synthetische proces werkt met

kleinere hoeveelheden, vereist minder ruimte en er bestaat geen

gevaar dat de cultures geinfecteerd worden door andere microorga-nismen •

Uitgaande van 341 kg p-nitrobroomacetophenon en 215 kg

hexa-methyleentetramine bedraagt de productie per dag ongeveer

11

kg

chloromycetine. Dat is een hoeveelheid voldoende om duizend pa-tienten te behandelen. Deze productie is gebaseerd op de

6

p. de Winter.

Technische UitvoerinÄ vap het Proce~ (deel Il. Apparatuur.

De verschillende reacties worden uitgevoerd in ketels van roestvrij staal, met uitzondering van de hydrolyseketel D en de destilleerketel C. Daar bij de hydrolyse in ketel D geconcentree~

zoutzuur gebruikt wordt zijn ketel en roerwerk voorzien van een glasslining. De destilleerketel C is van koper. De ketels A, Bl, B2, C, D, E, F hebben een inhoud van 4400 1. De ketels H en M zi4n

2600 1 groot en Ll en L2 1000 1.

De centrifuge 0, van V2A-staal, is opgesteld boven de andere apparaten. Dit heeft als voordeel het transport van de vaste stof van boven naar beneden d.m.v. de zwaartekracht. De centrifuge

wordt gelost door plotseling afremmen. De koek laat dan los en valt door de geopende bodemklep in het wagentje S, dat langs rai~

verplaatst kan worden boven de karen Kl, K2, K3 en K4. S wordt ge-lost door openen van de bodemklep. In iedere kaar kan een tussen-product bewaard worden.

Daar het noodzru<elijk is de tussenproducten te wegen, worden de ketels gevuld met de weegwagentjes Wl em W2. Het weegwagentje wordt dan boven de vulopening van de betreffende ketel gereden en de schuif in de bodem van het wagentje geopend. Daar Wl, W2 en S voor verschillende stoffen gebruikt worden is tussentijds

schoonspuiten vereist. Dit is eveneens het geval met de centri-fuge.

De ketels kunnen verwarmd of gekoeld worden d.m.v. dubbele wanden, waardoor warm water, stoom of koelwater gaat. De ketels zijn v~orzien van een automatische temperatuurregelaar t. Warm water wordt verkregen door menging van stoom ~3 atm.) en water met behulp van een injecteur ( a-stoomtoevoer, b • watertoevoer

c - ui tlaat warm water). Wanneer na de reactèe het mengsel afge-koeld moet worden voor kristallisatie, dan wordt eerst het warme

water afgetapt door f en daarna laat men koelwater toe door d.

Het koelwater wordt afgevoerd bij e en gaat dan weer terug naar de koelmachine.

Condensatie reactie.

341 kg N02-g-CO-CHiBr

+

_{215 kg (CH2 )&l4} >

510 kg N020-CO-CH~r. _(CH2 )eN4 (11)

Met het weegwagentje worden afgewogen 341 kg

p-nitrobroomace-1

tophenon en 215 k~ hexamethyleentetramine. In ketel A worden deze

stoffen opgelost in 2600 1 chloorbenzeen, dat uit voorraadtank Bl

wordt gepompt. De hoeveelheid chloorbenzeen wordt gemeten met de

rotameter r. De reactie vindt plaats onder roeren bij ongeveer 50°

C-l

'

en duurt ongeveer 4 uur. Daama wordt het reactiemengsel afgekoeld

tot 30°C met water van 15°. Het condensatieproduct 11

kristalli-seert uit. Na de reactie wordt de inhoud van ketel A gepompt naar

de cen trifuge 0 (1 m diameter). De moeder loog van de kristallen

loopt in tank B2. Vanuit deze tank kan de destilleerketel gevuld worden. Door destillatie wordt het chloorbenzeen teruggewonnen en opgeslagen in Bl. Tank BI is voorzien van koelwater pijpen. Het

residu in C na de destillatie wordt afgevoerd. De kristallen t l

worden uit de centrifuge verwij derd en met wagen S overgebracht

in kaar Kl.

HydrOlyse. Het condensatieproduct 11 wordt in ketel D gehydroly-seerd met alcoholisch zoutzuur. Ketel D wordt gevuld met 510 kg

11,1220 1 aethanol (95%) en 595 1 geco HCl (38%). Het mengsel

-

}'

" , ,

~ .

~~~

Welke

r~producten

bij de hydrolyse ontstaan is niet

ge-heel duidelijk. De literatuur gaf daarover geen inlichtingen. Waarschijnlijk worden gevormd:

11

225 kg

N020-CO-CH~H2.HCl

+

_{255 kg CH20}

+

_{213 kg(llH 4}

Cl

_-tNH4

:Br)

111

In dit geval bevat het reactiemengsel voor de reactie ongeveer 13%

zoutzuur en na de reactie ongeveer 4%.

Als de hydrolyse voltooid is, wordt de inhoud V&1 ketel D

af-gekoeld tot 5°C en daarna naar de centrifuge 0 gepompt. Het zuur-alcohol mengsel gaat naar ketel E. Na neutralisatie van het H6l met ongeveer 173 kg vast Na-bicarbonaat, wordt de alcohol terugge-wonnen door destillatie.

De centrifugekoek bestaande uit kristallen III t~ordt

uitgewas-sen met water. Het waswater wordt door kafgevoerd. Na het ui t-wassen van de koek wordt de centrifuge gelost en het tussenproduct 111 wordt met wagen S overgebracht in kaar K2.

Acetylering.

225 kg N02<::)-CO-CH2NH2.HCl

+

204 kg (CH3CO)20

+

273kg CH3COOHa

111

, 205 kg N020-CO.CH2-NH-CO-CH3 IV

Ketel F wordt gevuld met 225 kg lIl, 680 1 water en 1300 kg ij ij.

Onder roeren wordt dan 204 kg azijnzuuranhydride toegevoegd, waar-bij t <10°C. Tenslotte wordt nog 273 kg Na-acetaat opgelost in

1600 1 water toegevoegd en geroerd tot de acetylering volledig ia Het reactiemengsel wordt naar de centrifuge gepompt. De koek in de centrifuge wordt uitgewassen met water. De afgescheiden vloei-stof wordt niet verder verwerkt en afgevoerd door k. Na lossen van de centrifuge wordt het tussenproduct IV opgeslagen in kaar 3.

Hydroxymethylerini·

205 kg N02Q-CO-CH2-NH-CO.CH3

+

154 1 CH20 (36%) +

+ 9,2 kg vast NaHCO:;-->~ 202 kg ~1020-CO-~H-CH20H

HN-CO-CH3

v

Het product IV uit kaar K3 wordt verder verwerkt in ketel G. In

deze ketel wordt 205 kg IV opgelost in 690 1 aethanol (95%).

Daarna worden o~der roeren toegevoegd 154 1 CH20 en 9,2 kg vast

Na-bicarbonaat. Gedurende het roeren wordt het mengsel warm ge-noeg door de reactiewarmte, zodat geen verwarming nodig is. Na twee uur wordt het mengsel afgekoeld tot 5°C. Product V wordt daarna afgecentrifugeerd en uitgewassen met water. De vloeistof wordt afgeveerd door k. De centrifuge wordt gelost en stof V

wordt opgeslagen in K4. Na drogen in de droogkast

R

wordt stof V

gereduceerd in ketel H. Reductie.

202 kg V

+

242 kg Al( i-OC3H7

b

•

165 kg C~70H

+

48 kg CH3COCH:;-+

:s!

liHCOCH3 OH NHCOCH:; )

+ 93 kg Al(OH)3+ lOOkg N020y-y - CH20H

+

(N020C-6-CH20H

VI

OH

H

~ ~

Bij de reductie van het keton met Al-isopropylaat, in droog

iso-propanol als oplosmiddel, wordt eerst een Al-verbinding van

V

gevormd.

Al Al

R' .CO-R

+

CH3-~H-or .:ii ... i:::::="~ R' -~H-~

+

CH3-CO-CH3

CH:; R

~

Hydrolyse met 80% isopropanol

R '.CH-OH

(R':

N020 ) (R

=

-'(H-CH20H) NHCOCH3

,

-+-

!!OH R :;

Deze Al-verbinding wordt daarna gehydrolyseerd met 80% iaopropanol in ketel M.

10

In ketel H worden 202 kg V en 242 kg Al-isopropylaat opgelost

in 2000 1 droge isopropanol. Droge isopropanol wordt gepompt uit

voorraadtank L3. De reductie duurt ongeveer 7 uur en wordt bij kooktemperatuur (t80) uitgevoerd. Ketel H is voorzien van een

frac-tioneerkolom voor de scheiding van isopropanol (kpt

82)

en aceton

~pt 56,5}. Het aceton wordt bij de reductie gevormd en moet

verwij-derd worden. De isopropanol wordt teruggevoerd in ketel H.

Als de reductie volledig is (dan wordt er geen aceton meer ge~

vormd) wordt de inhoud van ketel H gepompt in destilleerketel M. Hier wordt de droge isopropanol in vacuum afgedestilleerd. Het

va-cuum wordt verkregen met een tweetraps s~ejecteur_met

barome-trische condensor (stoomdruk j:6 atm.). Tijdens deze destillatie is kraan Xtof xLopen en kraan y gesloten. Het condensaat wordt opge-vangen in de ontvangers Ll en L2, die afwisselend in bedrijf zijn.

Als Ll vol is worden de verbindingen met de vacu~~leiding en de

condensor afgesloten (mi en Xl dicht). Na lucht toe-n -laten (door

n1 ) kan men dan de inhoud van Ll laten stromen in L3. Ondertussen kan men verder destilleren en het destillaat opvangen in L2 (mten x2,open, nldicht), die inmiddels geevacueerd is met een Nash vacuum-pompj e.

Als de vacuumdestillatie voltooid is, wordt aan het residu in

M 1500 1 isopropanol (80%) toegevoegd (door ~) voor de hydrolyse Vdn

het Al-alcoholaat. Deze hydrolyse wordt onder roeren bij kooktemp.

uitgevoerd en duurt ongeveer 30 min. De kranen x1en x1zijn dan

ge-sloten en y is open. zodat de gecondenseerde damp terugvloeit in

M

.

Bij de hydrolyse wordt Al-hydroxyde gevormd. De inhoud van M wordt

daarom warm gefiltreerd in een Niagarafilter N. De filterkoek word-t.

uitgewassen met 500 1 warme isopropanol. Filtraat en wasvloeistof

+o'C=

lo't"F

-11

Berekening van de Monochloorbenzeencondensorl

-De hoeveelheid monochloorbenzeen, welke gecondenseerd moet worden

bedraagt 26001. De condensor zal berekend worden voor een destil-latie tijd van 4 uur. Per uur moet dus 650 1 chloorbenzeen

àecon-denseerd worden.

latente verdampingswarmte bij 130,6°C is 77,59 kcal/kg

kookpunt = 132°C. 269°F

lS' /

P •

dichtheid =1,1009 kg 1

Warmtebalans

_.

_.

•

Uit de warmtebalans volgt de hoeveelheid koelwater, die nodig

is om de condensatiewarmte af te voeren.

Bij condensatie van 650 x 1,1009 kg chloorbenzeen komt vrij

650 x 1,1009

IJl'C=lGS'F'

x

77,59 kcal

=

650

x

1,1009

x

77,59

x

3,968 Btu

=

~"'. =228375 Btu.

~ett1 86' f'

Stel dat er y lb water nOdig is en dat het water verwarmd word~

van 68°F tot 104°F. De s.w. van water bij 86·P is 0,997 Btu)F.

Dan is: y x (104 - 68) x 0,997 c 220375

Rie ruit volgt: y

=

614.,0 lb sÓl

Berekening van het aantal pijpen.

De pijpen die toegepast worden zijn van messing (90% Cu, 10% Zn)

Uitw. diameter=0,5". Inw. diameter =0,370". Inw. oppervlak OE

=

0,1076 sqtt.

144

Men kan nu het getal van Reynolds berekenen voor het geval dat

de totale hoeveelheid koelwater door ~én lange pijp stroomt.

Re= D V

e

ft

In deze formule is: D = inw. diam. in ft.

~ '" dichtheid in lbjcutt.

=

0,370 ₁₂

=

62,27

IA =viscositeit van water in lb/tt hr. 2 44

« ,

Per uur stroomt

DUB V= 6140 x

62,27 x

6140 cuft water door 0,1076 sqft.

62,27 144

~4i076

_,

=

131950 ft/hr

12.

Hie rui

t

volgt: Re

=

0,370 x 131950 x 62,27 =103825 (voor 1 pijp)

12 x 2,44

Wanneer men een Re :: 4000 aanneemt, wordt het aantal pijpen

1~~~~5

=

Berekening van het vereiste oppervlak.

Het oppervlak wordt gegeven door de formule:

q .:: U.A..

At

Hierin is: q

=

hoeveelheid warmte die per uur wordt afgevoerd.

u

=

overall coefficient BtC4/ ! OF

Ihr. sCj,d .

A = oppervlak

At, - A tL A

t,

=

1. 6'5 - 6 <9 ~ .tOl

A-t=log. temp. gem.

=

~t =1(J1.J~.L /

;/..-t.! (0' .ot~ A ~1.=2.()~ - JO't= o~

Wanneer voor

U

de waarde 100 aangenomen wordt, is:

220375=100

x

A

x

182,4

A = 12,08 sqft.

Het vereiste oppervlak is dus 12,08 sqft. Het inw. opp. per ft

lengte van de gebruikte pijp is 0,0969 sqft. l!lr i s dus nodig

12 08 .

o ,

~9 69

=

124,7 ft Plj p.

is dus 124,7 =4 8 ft

26 ' .. '

Het aantal pijpen was 26;de lengte per pijp

De 1Ifatersnel heid is dan 131950 - 5075 ft;1u' _{26 -..-..,;...,;.,.-. ...}

_-Berekening van de overall-coeffècient U\

Hierboven was aangenomen U =100. Hier~onder volgt nu de

bereke-ning van U uit de verschillende filmcoefficienten.

VOlgens Brown en Marck - Introduction to

Heat-transfer p.147 is de overall-coefficient voor

het binnenoppervlak van de bui s:

1

Ui=

*,

+

1

,~51 Dio~:

-t

n~o

+

t

l

Hierin zijn h_{i ,} ho ,hsonbekend.

,sc 0. Ie

Co 1'1. cl e",·

/ '

1~

Voor de ~o~d~n~a~tfilm_aan de buitenzijde van een vertical~ pijp geldt volgens McAdams - HeattrBBsmission p.269 w de volgende

for-! . t I

(

k~ ~ g À );;

ho

=

1,13

L,;Ai

At

mule:

Hierin is: k(= therm .geleidbaarheid v. h. condensaat

=

0,083 Btu/nr. b ij te .sqft ~/ft . ?i:dichtheid v. d. condensaatfilm bij t,! = 62,43 x 1,1009

8 lb/cuft g =versnelling der zwaartekracht

=

4,17 x 10 ft/hr1

À = condensatiewarmte

L:: pij plengte

=

77,59 x 1.8 Btu/lb

= 4,8 ft

~!= abs. viscositeit van de condensaatfilm bij ti f.'i=2.42 x 0.34 lb/hr ft

tf.= filrntemperatuur w:t_{sv -} fAt

At =tsv - ts

toS';:> t empe ra tuur van de ver z. damp t_s

=

wan dtemper atuur

Als de wandtemperatuur geschat wordt op 180°F, dan is :

6. t &: 269' - 180

=

89F en tf= 269 -

i

x 89 = 202·F

Substitutie van deze waarden in de formule voor hogeeft:

I

(

0 083Jx l,1009t x 62.43Lx 4,17 x 10Bx 77,59

~ l,8)~

h Cl:: 1,13 x I 4,8 x 2,42 x 0,34 x 89

ho=164,4

2c~1~. Volgens McAdams is h_d-500 (zie de tabel op p.138)

De filmcoefficient van de laminaire waterlaag wordt berekend uit:

---(P V

e

\,8

f.

)0

Ir' '

hl

=

0 ,0225

~

\

f'

J

C

C

lA '

(fIlcAdams p .167 en 168)

k = therm .geleidb. van water = 0,358 Btu/hr sqft OF/ft D = inw. diameter

v

=

watersnelheid

=

0 .37 ft

12

= 5075 ft/hr

p

=

dichtheid van water l)ij 86°F = 62,13 lb/cuft

IA-

= Viscosi tei t c = Boort. warmte

=

1, 94 1 b

Ir

t hr

= 0,997 BtU/lb ~

0,'

If

0,358 x 12 (0.37 x 5075 x 62.13\(0,997 x

1,9~\o.

hi= 0,0225 0,37 12 x 1,94

ï

0,358

Î

h t

=

46?..a1,

Met de berekende waarden van ho, hsen h~·kan nu U,'berekend wor-den. Voor meslJing pijpen is k= 65.

u·-

1

'7

'-1 _+1,151 _{x 0,37 1 ~}

+

0,3

+

5010

467,7 12 x 65 ogu,37 0,5 x 164,4

Si .... ;

Ui = 106.6 lar. !.ct U .•f

Het blijkt dUf! da.t de aangenomen waarde Ui= 100 maar weinig

ver-schilt met de berekende waarde U,=107. Als het verschil groot is,

moet men opnieuw het vereiste oppervlak van de pijpen berekenen

met de gevonden v.'aarde van Ui. Hieruit volgt dan een andere pijp .. lengte. Tenslotte moet men dan weer controleren of de waarde van

Uiberekend uit de filmcoefficienten nu wel overeenstemt met de

waarde van Ut; die geb ruikt iEi bij de berekening van het oppervlak. Afmetingen.

De condensor bevat dus 26 p;j.jpen va.n 0,5 in. diameter en 4,8 ft lengte. Volgens Downingtown is de diameter van de condensor 5 in.

T 0 E Il I CH T I N G b i j h e t s c hem a:

B E .i.-t E I DIN G van C H L 0 r{ 0 M Y eET I N E Deel 11.

In de voorraadtank 2 (inh. 4400 1) wordt door het eerste

aeel der fabriek per oharge, d.i. per 16 h, een oplossing gepompt

van 102 kg l-p-ni t~ophenyl-2aceetamino-l, 3-propaandio1 in 2000 1

80 %ige isopropanol. De eerste bewerking is nu het afdest111eren

vEi..'1 de alcohol, zodat het droge residu overblijft; om te voorkomenJ

dat hierbij te hoge temperaturen optreden en dat de s tof door

des-tructieproducten verontreinigd wordt, geschiedt de 6estillatie in

vaouum. Ketel 5 (inh. 800 1) staat in verbinding met de

vacuumlei-ding V. Door de onderdruk loopt de ketel vol tot een bepaald.e

hoog-te (b.v. ca 600 1), die door een niveau-regelaar, werkende op wen

afsluiter in de toevoerleiding, constant gehouden wordt. De

oplos-sing wordt aan het koken gebracht door stoom (40 ~Sig) toe te laten

(a) in de ~ntel rond de ketel; het conaenswater wordt via een

con-denspot

-Ql

(b) afgevoerd. De roerder in de ketel is erop berekend,

dat tegen het einde der destillatie een droge massa bewogen mOQt

worden. Verder is de ket el voorzien van een druk- en een

thermqtne-ter

<.()

,

van aanslui tingen voor waterto evo er en dampafvoer en van

een vuldeksel. De and ere ketels, 10, 12, 15, 17, 20 en 22 Zijn

on-geveer gelijk aan de hier beschreven ketel 5; deze laatste is

ech-ter berekend op 1 atm onderdruk en is dus wat zW8.arder van cons

truc-tie. De overige ketels Zijn bovendien allen voorzien ~n een

turbi-neroerder, die het grootste effect sorteert bij het roeren van

vloeistoffen en brijachtige massa's en zij hebben voorts

aansluitin-gen voor de toe- en afvoer van koelwater op de ommanteling. Alle

ketels Zijn van binnen ge~mailleerd, ëaar bij dit product, dat voor

inj ecties dient, d e zuiverhei d

een

zeer grote rol speel t.

De isopropanol-water àampen worden in condensor 3 verdicht

tot vloe:iSiof, die warm naar een der ontvangvaten 4 (ieder 110 1 inh,)

vloeit. Beide ontvangers zijn via V aangesloten op oe vacuumleiding

van een tweetraps-stoomejector, die voor het afvoeren van de

niet-condenseerbare gf4.8sen en daardoor voor het onderhouden van het

va-cuum zorgt. In de ontvanger, die niet als zodanig dienst doet, wordt

lucht ingelaten en de inhoud wordt doat' een centrifugaalpomp naar

het stalen voorraadvat 1 (inh. 44001) gepompt; hieruit vloeit via Q

de voor het eerste deel der fabriek nodige hoeveelheid alcohol. Z is

een aanSluiting op het riool voor de afvoer van bezinksel .

.Ä.ls alle isopropanol is afgedampt, blij:ft in ketel 5 slechts

betrekkelijk droge stof over, die in 330 1 warm vJater wordt opgelost

(

8

watermeter,

c . d

stoomiVj,ector). Daarna wordt 10 kg, (d.i. 10

%

t.o.v. de droge vaste stof) ontkleuringskool toegevoegd en de massa

wordt verwarmd tot ca. 950 _{C en geroerd tot alle organische stof is}

opgelost. Met behulp v~n een centrifugaalpomp wordt het kool-opl

os-sing mengsel door een filter t6) naar de Jr..ristallisator (7) gepompt.

Het chroomsta.len filter bataat uit een keteltje, waarin 5

filterelementen in de vorm vt1.n een platte doos op een afvoerleiding

geschakeld Zijn; het heeft een koekruimte van ca. 55 1 en. kan dus

wegnemen van de dekSel worden weggespoten, de koekbrij loopt bij

Z af naar het riool, of

kan

op actieve kool verwerkt worden (i ~

ontluohting). .

Om te voor:k/omen, dat readB in het filter

kristalli-satie plaats vindt, is dit in eerste inBtantie berekend op

vol-doende snelle doorvoer van de oplossing (ordegrootte 45 17min, dUd is Ctl. 1';' h nodig voor het verwerken VE>.n 330 1 oplossing). Het

filter is met een stoommantel omgeven, waarvRn de stoomtoevoer

door een registrerende thermoregulateur bediend wordt.

De chrooms tal. en kr istallisa tor 7 (typ e Werkspoor)

bStitaat uit een U-vormige bak or.lgeven door een rr:tintel. In deze bak

draait een holle as, waarop een hol spiraalvormig b1ads~steern

be-ves tigd is. De mantel en het s cbr oefblad kunnen me t s toom verwarmd

of met v,'ater gekoeld worden, waardoor men de kristallisatiesnelheio en daardoor de kribta.l-grootte in 6e ho.nd heeft. Is de kristalli-satie afgelopen, dan opent men een schuif (rechts) en de brij

stroomt, voortgestuwd door do spiraal, in een stenen filter 8 .

. Hierin wordt de moederloog afgezogen onder lichte onderdruk (w).

Ciaarna wordt met v/ater gewassen. De vaste stof worc1t met de hs.nd

op de platen ~n droogkast 9 gebracht; de moederloog wordt

terug-gepompt naar de kl'üital1isator, vraur. opnieuw kristalllsatie

plaats vindt bij lt;l.ngdurige a.oervo~r van gekoeld water door mantel

en schroef. Bij filtratie ontstaat nu een weinig 2e-qualiteit

pro-duot, dat opgeslagen wordt totdat men voldoende heeft om het

op-nieuw in ketel 5 met warm water en kool te behu.ndelen.

Het eerste qualiteit product wordt in droogkast 9 gedroogCJ; het wordt daartoe op bakken ui tgespreid, wa~rover warme

luoht geblazen wotdt. De temXleratuur in de droogkast wordt oonstant

gehouden door een registre:l.'ende thermoregulateur, die de electri-sche verwarming bedien"'. ?er charóo wordt zodoende ca. 85 kg

l-p-ni trophenyl-2-aceet&.r:1ino-l , 3-)r:>paandicl verkregen.

In het eerste deel der fabrieksbeschrijving is

ver-meld, cI.at de gekozen hoeveelheid uitgEngsmateriaak gebaseerd is op

de grootte der a:;'Jiaratuur zoals door park, Davis wordt toegepast.

Hemen we hier dezelfde richtlijn aan, ëlan moet geconcludeerd

wor-den, dat de productie van c&. 4 charges tegeliJk verder verwerkt

wordt. Het grote v00rdeel hiervan is, dat bij verwerking van de

grotere hoeveelheéierJ de hiel' zo belangrijke zui verheiàsgraad veel

groter kan Zijn. Het ie eohter oneconomiäch om 4 charges te

verza-melen, d.i. 4 d~gen te wachten, en de rest der f~briek d~n dus

slechts voor

t

Vb.n ae tijd. te gebruiken.

lm

zijn onze gegevens over rendementen en

reactie-tijden ontleend ~an laburatoriumproeven en deze behoeven voor

fa.-briekmatige productie niet dezelfde te Zijn. Zo is het mogelijk

dat de reactie tussen het hexamethyleenzout en zoutzuur i.p.v. 16

h bij 200 C, in 1 h bij 60 0 C (200_{.,.(10g l6/log 2)x 10}0_{] verloopt;}

d.w.a. dat uit droogkast 9 i.p.v. èèns ~er dag, eens per 4 h 85 kg

stof komt. ~e meest langdurige bewerkingen van de rest der fabriek

Zijn de herkrista.llisaties, die in het ~lgemeen niet veel versneld

kunnen worden zonder der endementen te verlagen en/ of a e kris

tal-grootte te be"1nvloeden. In àit geval zou de capaciteit va.n oe

gehe-le fabrieksapparatuur bepaald worden door het laatste gedeelte; ae

pro~uctie zou dan groter Zijn n.l. 50 kg/dag i.p.v. 12 kg/dag (n.l.

Zo zijn er nog meer mogelijkheden te bedenken waarom er een sprong in de apparetuurgrootte is; dit blijven

edhter, zonder nad ere technis che gegevens , speculaties.

In ketel 10 (inh. 50001) worden dus 4 charges,

d.i. ca. 340 kg droog l-p-nitrophenyl-2-aceetamino-l,3-propaa n

-dio], gebracht; hieraan worden toegevoegd 3000 1 water en 400 1

38 %ig zoutzuur (tes'amen ca. 5 ~oig zoutzuur vormend). Loor

ver-warmen gedurende 1 h met stoom tot ca. 950 _{C splitst de}

acetyl-groep zich af en vormt zich l-p-ni tr'

ophenyl-2-amino-l,3-pro-paandiol-hydroch1oride. IJan voegt men 34 kg ontkleuringskool

toe en roert de massa op, vervolgens laat men 'f.;ersluch t tot öe

ketel toe. wuardoor de inhoud overgedrukt worèt in het stenen

filter 11. Al het vervoer Vbn vloeistoffen en suspensies

ge-E:chiedt hier door overörukken van het ene vat in het andere met

perslucht. Dit is Wel is waar duurder dan met een pomp, maar

het product wordt niet verontrefn1gd', hetgeen hier zeer

belang-rijk is.

Licht

~

onderdruk

(w) verhoogt de filtratiesnelheid en het filtraat vloeit in ketel 12 (inh. 5000 1), waar het tot 200 C gekoeld wordt. De ontkleuringskool uit filter 11 k~n

even-tue~l worden teruggewonnen. Vervolgens maakt men de oplossing met

20 %ige natronloog sterk alkalisch; voor de neutralisatie van k

het zoutzuur en het vrijgekomen aZijnzuur is 1020 1 hiervan no-dig. Bij het alkalisch maken Slaat slaat 262 kg base neer; deze

wordt in de filters 13 afgefiltreerd en met water gewassen. De vaste stof gaat terug in katel 10 en men herkristaJ.liseert; de base ui t water. Opnieuw 'wordt in de fil ters 13 afgefil traerd en

gewassen. I'e base wordt nu gedroogd in een vacuumdroogkast (14)

voorzien van een vacuurnpomp

en

een condensor (X). De opbrengst

wordt gewogen; zij bedraagt ca. 242 kg.(R} .

In ketel 1.5 (inh. 3400 I) woràt vervolgetls het ra-cemisch base-mengsel met 265 kgd-karnfersulfonzuur beha~dela on-ëer vorming van de twee zouten 1-base-d-zuur en d-base-d-zuur.

Deze reactie duurt bij ka~temperatuur in isopropanol 16 h.

maar geschied t hier in kokenà e bu tanol en is dus sneller be'èin-digd. De butanoldampen worden in een condensor verdicht en vloei-en Weer in de ketel terug. Na afkoelen v&n de oplossing,waatlij

het I-a-zout neerslaat, wordt de suspensie overgedrukt in het

stenen filter 16, waar ca. 130 kg zout aChterblijft,die met

bu-tanol gewassen wordt. Lit zout bestaat grotendeels uit

l-base-è.-zuur; de andere component, d-base-d-zuur, is tamelijk goed in

butanol ·oplosbaar. Het l-d-zout gaat voor herkristallisatie uit

buta.no~terug in ketel 15. Bij herftltratie ontstaat naast de

moederloog ca. 102 kg l-d-zout. De moederlogen (e) van beide fil tra ties word en bew>.:..ard; el' woröt bu tanol, d-kamfersul fonzuur

en d-l-p-nitrophenyl-2-amino-l,3-propab-ndiol (d-b5.se) uit gew

on-nen. bracht, 20 ~ige

Voor de

Het l-d-zout wordt in ketel 17 (inh. 3400 1) ge-opgelos t in 1270 I gedes tiJleerd water en hi eraan word t natronloog toegevoegd tot de ~H der oplossing 10 is. reactie: l-base-d-kamfersulfonzuur ~ NaOH ____

I

-loog nodig. De neergeslagen base (ca. 52 kg) wordt in fil ter 18

afgefilt~eerd en met geKestilleerd water gewassen; zij gaat

te-rug naar ketel 17 voor herkristallisatie uit 1900 1

gedestil-leerd water. De opnieuw gefiltreerde base wordt in v&cuum ge;"

droogd in droogkast 19 (evenals 14 en 24 voorzien van f,omp en

condensor). De opbrengst is CS. 48 kg. liit de yerzame1de

moe-derlogen (f) wordt d-kamfersu1fonzuur teruggewonnen.

De laatste trELp is de reactie:

02N<===)CHOH-OhNH2-CH20H

+

CHC12~COOCH3

02NO CHOH-GH-CH20H

+

_CH30H

'1JH. _{tCOGHC1 2} Deze reactie worc1t ui tgevoerà

. in ketel 20 (inh. 3400 I), waarin 48 kg base met 300 1

methy1-d ichloroacetaa t en -y1etrol eumaether alS oplosmiö oeI geàur end e

l t h gekookt wordt. De sto19hiometrische verhouding base:

me-thyld ichloroE:.cetaa t is ca.1;13. I e aetherdamp eh ver dichten in een

condensator tot vloeistof en vloeien in de ketel terug. 1e

ke-telinhoud wordt in het stenen filter 21 overgedrukt; het

chlo-romycetine word t met petroleumaether gewass en en ui t het

fil-traat (g) wordt weer oplosmiddel en reagens, mogelijk ook

methy1-al coho1 teruggewonnen. H et ruwe l'roduct, cGI.. 60 kg, v/ord t daarna

in ketel 22 (inh. 3400 1) enige malen geherkrista1liseerd uit,

naar schatting, 3000 1 water tot de vereiste zuiverheid bereikt

is. (j:: uitlaat voor de aetherda.mpen). 1e moederlogen(~woràen

be-waard en leveren na lang staan bij koeling eveneens

nog

wat

zui-ver product. Het chloromycetine wor dt in vacuum gedroogd in een

droogkast (24); de geschatte opbrengst is ca. 50 kg.

a toevoer stoom (40 psig) i ontluchtingsleiding

b afvo er conäenswater j afvoer voor aetherdampen

18

c toevoer koelwater

d afvoer koelwater W v naar tweetraps stoomejeetor licht onderdruk, b.v. door

e,f,g,h zie tekst vra.t ers tra.alluch tpomp

x naar vae.pomp en condensor

Enkele g

e

g e

ven

s

over de gebruikte a p p a r a t u u

r

KET.&LS, --.-Ketel

no.

1 2 5 i _10,12 15,17 .. 20,22 I -- _._~ . ---Inhoud in 1. 4400 4400 800 5000 3400

---_._--_

..

_.-

_._---

r-' Diameter in

_{-_}

m.

1,50 1,50 1,00 1,60 1,50 ..

_-

._-_

... _.~. __ .- _. _~ ·-"0. ~ _ .. ~ ~ .• _,' ._. _ ... '

---

._. f . -Hoogte (lengte) in m. 2,50 2,50 1,00 2,50 2,00

--_._---

----.. _~.-_.'- _._--._---._._.-.~.~. - ._._-_._.-1-

-Materiaal staal Cr-la ge~mail- ge~mail- ge~mail

-staal 1eerd leerd leerd

18-8 gietyzer giet~-zer gietyzer

L . . - - - -_ _ _

-F I L T 11: lt S

Metalen filter

no.

6 (Niagara..filter).

2

Diame ter 0,45 m, Ac ti ef oppel'vl ak 1,8 m

áantal fil ter elem

enten

5 t loors trooIUBhelheid ca. 45 I/min.

Koekruimte 55 J. Materiaa.1 Cr-Ni-3taal 18-8

.:>tenen fil ters.

- - " - -- i - -

-

----_

.. _--

--Filter

no.

B 11 13

I

16 18 .

~

-

23

~-., ." -~ ... _ ...

--

_I--

-Inhoud in 1.

_{_.,._--.-}

135 ~o 310 310 135 135 135

1-

-.---I}

Het ges chatte

vol urne d

er

na t-te koek is be-rekend op een stapelgewicht . à er droge stof van 1/2 ! 2/3.

lZes cha t volume

l)

oer natte koek 130 70 500 260 100 120 100

1--- _ . _ - ____ . ____ .

---_.~

----_.-

..

K.tl I ;) TAL I, I ::> A TOd. l~o. 7 Inhoud 565 1.

Materiaal Cr-Ni-staal 18-8

D rl OOG KAS T

E-M

.

.---._-

._----

-

..

-.

Droogkast

no.

..- --.. - -- . ~., .", -~.--.... , ~-, --~._._---_.

Aantal Lengte Breèdte Inhoud bij

p1.~_~_~~, __ ._.p~~,~_e~ __ in cm. y1aten in cm. 2 <!!!A9_<?,gt~ , 20 65 50 130 1 14 17 150 100 5001 Gescha I vol. der .. n_atte~ 130 1 500 1 100 1 19,24 12 115 35 96 1 '---_..:....-_ _ _ ....u.-_ _ _ ____ "-_ _ ._.~_._._ .. __ ..• _ >--. ... _ . . ". _____ . ---,, ___ . _____ ._ ._. _ _ __ - ' - -_ _ _ --'

N I N G van ae grootte van de condensor

behorend e bi j ketel 15.

In ketel 15 vindt de zoutvorrning plaats ~lssen d-kam-f ersuld-kam-fonzuur en l-V-ni trophenyl-2-amino-l, 3-p r oyaandiol in

een

op-lossing van kokende butanol. De butanoldamp wordt in een condensor verdicht en vloeit in de ketel terug. Iret laboratoriumrecept ge-bruikt iaopropylalcohol als oplosmed iurn en le,at de reactie bi j ka-mertemperatuur verlopen, waarbij zij 16 h duurt; in de kokende bu-tano1op10ssing zal oe reactie in veel kottere tijd, zeg 1 h,

ver-10Ilen.

Ketel 15 heeft een diameter van 1,50 m en een hoogte van 2,00 m. In verband met de ronde bodem nemen we een gemiddelde

hoogte aan van 1,94 m. De inhoud is dus 15 2 .i.1t'.19,4:a 3420 1. ])e ketel is voorzien van een man~el voor stoomvE"xwarrning reikende Jot 14 cm_gnder de b~venrand; het ver~armde oIpervlak is dus groot

"

• 'TI'.

1,5 T

'TT'.

l, 5 • 1, 8

=

10, 24 m , d. i . 10, 24 • 10, 764 .: 110 S q ft

De stoomdruk bedraagt 40 pSig, dit komt overeen met een tem:pera-tuut van 2860 F. Het kookpunt van butanol ligt bij 244 0 F.

Voor de warmteoverdracht tussen des toom en de kokende butanol wordt een waarde van 100 B.t.u./ hr.sq ft.oF aangenomen; deze waarde is enigszins arbitrair gekozen aan de hand van de vol-gende gegevens: voor (je overa.ll-co'êffici~nt van ommantelde ketelS geeft Perry ') op, stoom - koper --- water l50iB. t.u/

stoom - koper --- kokend water 250 hr.oF. stoom - ge'émai1leerd gietijzer - water 100 sq ft. n Extrapo1erenll we d ez e gegevens naar stoom - ge'émailleerd gieti~zer

- kokend VIlater, dan vinden we hiervoor ca, 170 B.t.u./hr.sq ft. F.

Prof. Ir. H. Kramers heeft op zi'jn college voor het systeem stoom-staal - kokende butanol de waarde van 50 B.t.u./p~.sq ft.oF.

Met de hierboven genoemde gegevens kunnen we berekenen hoeveel warmte er per tijdseenneid van de stoom naar het butano1 stroomt. "'=100 • 110 • (286 - 244) ;: 462.000 B.t.u./hr

De verdampingswarmte van butano1 is 591,3 J/g~, d.i.

25~ B.t~u./lb • .i!1r verdampt dUB 462.000 : ii:4 ~1820 lb butanol/hr,

d.~. 825 kg/hr. Het moleculair geWicht

van

butanol is 74

en

het

kookpunt is 1180 C; het volume van de ~erdampte butano1 ledraagt dus (825774) .22,4. (1 +118/273) = 358 ma. De ketel bevat 180/194 )C )C 3420= 3170 1 butanol; per uur en per liter butanol-vloeistof vormt

zioh dus 358/3,170

=

115 1 butanol-damp, d.w.z. dat de butanol 2 x

per minuut Zijn eigen volume

een

damp produceert, hetgeen voor een zacht-kokende Vloeistof een redelijke waarde genoemd kan worden.

Voor stoom van 40 psig bedraagt ae condensatiewarmte

922 B.t.u./1b; het stoomverbruik bedraagt dus 462.000/922 =500 lb/hr.

---I) J .H. Perry. Chemioal .l<~gineer IS Handbook. l.:IcGraw HilI Book Comp. Inc. New York 1941 blz. 999

Voor de condensor nEmen wij aan. (jat het koelwater binnen-komt met een temperatuur van 200

e

_{(680]') en wegstroomt met een}

tempa-ratuur vël.n 4000 (1040F). De hoeveelheid hiervan is dan te berekenen

zij bedraagt 462.000 / 0,998 • (104 - 68)

=

12900 lb/hr (0,998 is d~ soortelijke warmte van water bij 300 _C).

Voor de berekening vo.n de grootte van de conèansor gaan we uit van de formule: Q.::U • A • A_{t 1 • g • Hierin is}

io/. de hoeveelheid Vlarmte die moet worden overgedragen, dus 462.000 B~

U de overall-co~ffici~nt. deze

nemen

we voorlopig aan op 100 B.t.u./ hr.sq ft. oF; Perr~ (blz.lOOO) €$eeft voor het hier bedoelde geval als grenzen O}): 60 - 150 B.t.u.jhr.sq ft.oF.

Á het gezoohte koelend oppervlak in sq ft.

A_{t l • g}• het logaritmisch gemiddelde temperatuurverschil. Bij è.e ingang

van het koelwater bedraagt het temperatuurverechil 244 - 68=1760 _F,

bij de afvoer is dit 244 - 104= 1400 F. Het logaritmisch g"'emiddelde vinden we dan volgens (176 - l40)/(ln 176 - In 140)

=

157 F.

Het koelend oppervlak moet dus groot zijn:

,462.000 V

100 • 157

=

29,5 eq ft. oor dit betrekkelijk klelne oppervlak kie-zen we genorm&'liseerde pijpen B.W.G 5/8" no.16

die een inwendige diameter bebben van 0,495 11. Voorts Wensen we. dat

de stroming door de pijpen zodanig is, dat een HeJ'nolds-getal o

p-treedt van ca. 4000, dat is dus een ruim-turbulente stroming zonder

al te groot drukverlies door te grote snelheid. Uit deze laatste aanname berekenen we bet aantal pij:pen: n.

. Het lieynolds-getal _ .de -.J) • v

'I!

/(,

waarin voors tel t:

D de diameter van de pijp, hier dus

t

lT

, d.i. 1/2 ft,

v de snelheid van het water. Het wa.terverbruik is 12900 lb/br, d.i. 206,5 gub. ft/hr; de yijpdoorsnede heeft een OPiH~.L'v·l&. .. cte van

(1/24) •

t

.-n'::.. 0,001365 ~q ft. De 8nelheià vsn het water bedrab.gt

dUb 206,5 / n • 0,001365

=

151.500 / n ftjhr I

f>

~.et soortelijk gewich~ van het v!a~er! voor 87~ F is '~62,13 lb/cub ~

De temperatuur 870 _{F loS a:«* logarl. tml.6ch gemiade1äe temperatuur}

!

VB.ll het koelwater, be:cekend uit het kookpunt

van

butanol en het

lcgaritmisch gemidc1eläe temperatuurve:cschi1. du:;; 244 - 157= 870 _F.

/L

de viscositeit van het water; voor 870 _{F is} ')~::1,92 _{1b/ft hr.} vuIl en we deze gegevens in dbn vind en we:

Je - J124 • 151.ti>OO/n • 62,13 - 4000 a ' . t 51

.1.\ - 1,92 - , w arul. n

=

- Het koelend oppervlak i~ 29,5 sq ft groot, de inwendige

omtrek van de pijpen is 1724 .'1t:. 0,131 ft, de totale I,ijplengte is

dus 29,5 / 0,131 = 225 ft • .illén pijp is dus lang 225/51 =4,4 ft (1,35 m)

We gabn nu nb of de geschatte overa1l-co~ffici~nt (100 B.t.u./hr.sq ft.oF) overeenkomt met een nu berekenbare waaröe hier-voor. Het temperatuurverloop in de verschillende lagen scha.tten we

'/,. 2440 _{F voorlopig zoals in nevens taand e tekening}

~':'~ \.. -_-_-~_-'200g F aangeg evell. Hierin s te1·t voor:

" I j . . '160 F 0-1 1: et turbul en te wa ter,

- -~ \ . --'1200 _{:B' 1-2 de 16..min&.ire watergr enslaag.}

- -6---87° l!' 2-3 de laag ketelsteen

,0 1.

'

J

waarden voorp,jt, c; e.d. voor water Zijn ontleend aan: A..I.Brown en

ci.lVi.Maroo: Introduction to heat tl'ansfer. McGraw HilI Book Oorop. ino. New York 1942

- - - .

tt

,I _,

3-4 de pi jpwand

4-5 öe laag geconàenseerde butanol

6 de butanoldamp.

De overall-co~ffici~nt U kunnen We berekenen uit de volgende

formu-1 e :

...l-

=

1 _ +

----L.._

-t

a

.,.

1

u.~ hi.Ai hk.Ai kb .Igem hu.Au hierin is:

h een ov~rgangaco~ffici~~t i voor 1-2, k voor 2-3, u voor 4-5

k. d e warmtegeleidingsco~ffici~nt voor het pi jpmateriaal (brons) A een op~ervlakte. i inwendig, Bern gerniadeld, u uitwendig.

h_i

a

e waarde hiervan kunnen we berel:enen volgens een formule I):

.-/ 7 h

k; D

=

O,O~3

• .deO,8 . (ak;kf) 0,333 (Colburn)

D diamet&van de pijp, hier' 1/24 ft

hu

kf de geleiàbaarheidsco"éffici"ént voor water bij ële temperatuur

van d e lamin~il'e Iilm. Eet gemidè. el de van ä e~e laatste is

zoals aE.-nganomen (zie fig.) 67-+ 120)/2

=

104 F., bij deze

tempera.tuur is de geleidbaarheidsco"éffici"ént 0.366 Btu/hr.sqft

Gil

rla deynoldsgetal, hier dus 4000. '

ft

a soortelijke warmte van het v; at er bij 1040 _{F is 0,997 Bw/oF}

)Kf viscositeit van het water bij 1040 _{F is 1,59 lb/hr.ft}

Invullen geeft: h. _ 0 366 0 023 4000°,8 (0,997. 1.59)0,333

1 - ₁724 • • • • 0,366

hi:' 251 B. t.u./hr.sq ft. oF/ft

deze waarde is

on

tI eend aan een tabel I) blZ. 1388. hit:' 750

de waarde hier!an k}tDnen We berekenen volgens eer: formule ') blz.880.

h

=

0, 943 • (ki •

e

f • 13 .

À)

-t

~f • L • .4 t

kf de geleidbaarheidsco·éffici~nt voor butanol bij de gemiddelde

temparatuur vUn de gecondenèeerde laag, d. ie bij (244 - 200~/2

=-2220 _{F (105}0 _{C}.I'Extrapoleren"we buiten het geldigheidsgebied}

(tot 800 _{C) een formule uit Internationa1 Critical Tables, deel}

5 blz. 228, dan vinJen We 0,0930 B.t.u./hr.ft.oF.

(i

het soortelijk gewicht van butan01 bij 1050 C. Een eveneens

"ge'égtrapoleerde" formule uit International Critical Tables,

deel 3 blz. 28 geeft de waEorde 46,,6 lb/cub ft.

).. de verdb-mpingswarmte van butanol, hier 254 B.t.U./lb

)t

i de visaosi te i t van bu tano1 bi j 105 0 C • .&en formule uit

Inter-national Critical Tubles, deel 7 blZ. 215 leert, dat

h = 2,42 •

t~~·

...

2ig5J3,215

~

100

=.

1'1~.4

~

g versnelling der zwaar. /' " tekracht 4 rl 108

ft:/nI-L lengte van de pijpen, hier dus 4.4 ft ' •

At het temperatuurverschil-van binnen- en buitenVlak van de

buta-nollaag (4-5). hier dus zoals ~ngenomen (zie fig.) 440 F

Invullen geeft:hu. :: 0,943 • ( ° .09303 .46,62 .4,17 . 108 .254

)

t=

1,19 • 4,4 . 44

hu

=

1 7 6 13.

t.

u • / hr • s q ft. o~,

/

f

t

---') W.H. MacAdams: Heat transrnission. McGraw Rill Book COlIlp. Inc.

..

_\

hk de waard e hiervan wordt

.an

een tab el ontl eend, hk:' 750 I)

Ai het inwendiBe opperVlak, hi er 29,5 sq ft.

Au

het uitwen4i~oPl:;ervlak, hier i~~ .29,5 = 36,9 sq ft

A,"'em het gemiddelde oppervlak, hier (29,5 + 36,9}/2:::: 33,2 sq ft

t)

d dikte

van

de pijpviand, uit

een

tabel (McÀdams blz. 417)

1

er en

we, dat d

=

1/12 • 0.065:: 0.00541 ft

kb de waxmtegeleidingsco~ffioi~nt van het pijpmateriaal, hier brons, waarvoor gevonden werd kb= 60 B.t.u./hr.sq ft.oF/ft

(MoAdams blz. 380)

Invullen van de gevonden waarden geeft:

la..

,

.

1 + 0.00041 T 1 +

=~l~:-:::-,-:::-U.:i9-.5 251 .29,5 60. 33,2 176.36.9 750. 29,5

waaruit we voor U beràkenen: U

=

lOl, in eers te ins tantie dus

een goede sohatting.

Hu zijn àe teml)eratuurver~chillen tussen de verschil-lende l4gen orugekeeró evenredig met de overgangsco~ffici'énten,

zod at we mogen s chri jven:

~tl_2

:

~t2_3

_{: At3 _4 :}

~t4_5

=

2§1 :

7~0

:

11.ioo

:

1~6

Met dt1_~?b erekenen We l:.i eru i t:

L1

t

l_ 2

=

570 F,

L1

t

2 _3 ::.190 F,

II

t

3_4 =.0, 010 F, li

t

4_5 .::. 810 F.

"'.'~-~~//':

2440 F Een juistere voorstelling ven het

\ ,,// \ ;1.630 _{]' temperl:l.tuurverloop wordt dus gegeven}

'-\--_., door de hiernaast getekende figuur.

7 -,

'/i

,~

\' .

-

-'1440 _F

---f'J-( l: 1/ \ . - . - -870 :h' 0 1 2 . 3 ~S",

h1et deZ9 eecorrigeerde temperaturen kunnen we nu op-nieuw,uit verbeterde waarden voor de overgangsco~ffici~nten de overall-oo·éffici~nt bereke..."1en.

h i de §6midÖelde temperatuur der waterfilm is nu t.l871-144)=

116 :8' • .Bij deze tem})eratuur vinden we voor k

f 0,372

B.t.u./hr.sq ft.oF/ft, voor c 0.997 B.t.u.jo], en voor

h

1,41lbjhr.ft. Hieruit berekenen we volgens de boven ge

-geven formule: h_i =243 B. t .u./hr.sq :ft. oF/ft

hu

de §emié\ del de tempera tuur der bu tanolfilm is nu

t.

(163 -t 244) = 208 F. Bij àeze temperatuur vinden we voor k._f 0.0934 B.t.u./ /hr.sq ft.oF/ft, voor ~f 47,0 1b/oubft en voorPf 1,39 lb/hr.ft. Hieruit berekenen we volgens oe boven gegeven

formule: hu =132 B.t.u./hr.sq ft.oF/ft

Voeren we deze gecorrigeerde waarden in1in de formule voor de overa1l-co~ffici·êr.t~ ö&n Y'l;J!d en Vle voor 0 ez e eo"êffi ci~n t de waarde U :.86. I'eze grootte is slechts weinig verschillend van àe eerder aar.genomen waarde V8.0r U: 100; bovendien hebben we nog een ruime r8serve, à6.ur ëe temperatuur van het afgevoerde

koel-water op 40 C berekend is.

I) W.H. McAdams: Heat transmission. MeGraw HilI Book Comp. Ine.

Hew York 1942, blz. 138.

I

-' '~

\

\\

j

o

;-1

l

A !, 4