condensation of phthalic anhydride

8/11/2019 Condensation of phthalic anhydride

1/7

3 , 3 2 6 , 9 4 1

une 2 0 ,

1957 w. v . L . CAMPAGNE

CONDENSATION OF PHTHALIC ANHYDRIDE

2

Sheets-Sheet

l

Filed A u g . 7 , 1 9 6 3


2/7

June 2 0 ,

1967

w. v . | _ . CAMPAGNE 3,326,941

CONDENSATION OF PHTHALIC ANHYDRIDE

F i l e d

Aug.

7 ,

1965

2 Sheets-Sheet 2

caw/Mr ar . _ 462s

76

,26

4

2 4~

22.

Z0 l _ 4

.f Z

Pact-5s

l / @4

60

a0 f INVENTOR

88 W | | I s o m V . L .

Campagne

L M / M , M ? ? MWL


3/7

U n i t e d

S t a t e s P a t e n t

l

3 , 3 2 6 , 9 4 1

CONDENSATION

0F

PHTHALIC

ANHYDRIDE

W i l l i a m v . L . C a m p a g n e , B e a v e r ,

P a . ,

a s s i g n o r , b y m e s n e

a s s i g n m e n t s , t o U n i t e d

S t a t e s

S t e e l

C o r p o r a t i o n ,

P i t t s

b u r g h ,

P a . , a

c o r p o r a t i o n o f Delaware

F i l e d

A u g .

7 , 1 9 6 3 ,

S e r .

N o . 3 0 0 , 4 8 0

6 C l a i m s . ( C l . 2 6 0 - 3 4 6 . 7 )

T h i s

a p p l i c a t i o n

i s

a c o n t i n u a t i o n - i n - p a r t

o f

a p p l i c a t i o n

S e r i a l

No.

2 4 4 , 3 8 1 ,

f i l l e d

December 1 3 , 1 9 6 2

n o w

a b a n

d o n e d .

The e n t i r e d i s c l o s u r e

o f t h e p a r e n t

a p p l i - c a t i o n

i s

h e r e b y

i n c o r p o r a t e d b y

r e - f e r e n c e .

The r e s e - n t

i n v e n t i o n r e l a t e s t o

t h e

r e c o v e r y

o f p h t h a l i c

a n h y d r i d e f r o m

V a p o r

p h a s e p r o c e s s e s .

I n n o r m a l p r a c t i c e t o d a y i n

c o n d e n s i n - g p h t h a l i c

a n

h y d r i d e

v a p o r s

t h e r e

i s a

l o w v e l o c i t y i n p u t o f

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

v a p o r

d u e

. t o p r e s s u r e

d r o p c o n s i d e r a t i o n s

i n

t h e c o n d e n s e r .

T h u s ,

t h e v e l o c i t y

i s

u s u a l l y

2

t o

4

f e e t

p e r s e c o n d o r l o w e r . Such p r o c e d u r e a l s o r e q u i r e s a b i g

d i f f e r e n c e

b e t w e e n

t h e

c o o l a n t t e m p e r a t u r e

a n d t h e

p h t h a l

i c

a n h y d r i d e v a p o r

t e m p e r a t u r e .

T h u s ,

t h e

c o o l a n t

i s

g e n

e r a l l y b e t w e e n

4 0

a n d 5 0 C . , a n d

t h e p h t h a l i c

a n h y d r i d e

vapor e n t e r s a t 1 3 2 | _ 3 C . or above

and

e x i t s a t

50

t o 60

C .

I n s u c h

a p r o c e d u r e ,

t h e s t a n d a r d p r a c t i c e

i s

f o r coun

t e r c u r r e n t f l o w o f t h e

c o o l i n g

a g e n t and

v a p o r . I n

most

o f

s u c h

c o n v e n t i o n a l o p e r a t i o n s t h e

t i o w o f

t h e

p h t h a l i c


i s

a t

r i g h t

a n g l e s t o t h e d i r e c t i o n o f t h e

c o n d e n s e r t u b e l a y o u t . Whe n

t h e

v a p o r a n d

t u b e

l a y o u t

a r e

i n

t h e same

d i r e c t i o n ,

t h e A R e y n o l d s number f o r t h e

f l o w

i s g e n e r a l l y

n o t over

V 2 0 0 0 .

Many i f f i c u l t i e s a r e

e n c o u n t e r e d d u r i n g

t h e

c o n d e n s i n g

c y c l e

i n v a p o r p h a s e

c y c l i c

c o n d e n s e r s .

T h e r e

a r e t h r e e

m a j o r

d i f f i c u l t i e s

w h i c h

w i l l

b e

d i s c u s s e d

b e l o w .

None

o f

them h a s b e e n c o m p l e t e l y s o l v e d a s y e t

d e s p i t e

a t t e m p t s

a s shown

i n

p r o p o s e d o r d e s i g n e d c o n d e n s e r s y s t e m s , e . g . ,

B r i t i s h

P a t e n t N o . 7 5 1 , 3 5 2 , B e l g i a n P a t e n t N o . 5 7 8 , 9 1 1 ,

t h e

V o n

Heyden c o n d e n s e r a n d

many

o t h e r s .

I n t h e f i r s t p l a c e , p a r t o f t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e p a r t i

c l e s

w i l l s u b l i m e b e f o r e

t h e

c o o l i n g s u r f a c e h a s b e e n

r e a c h e d .

T h i s

e f f e c t , b y

s o m e c a l l e d

s p a c e

n u c l e a t i o n ,

g e n e r a t e s

a

v e r y f i n e m i s t

o f

s o l i d

p a r t i c l e s i n

t h e

p r o c e s s

g a s

s t r e a m ,

c l o g g i n g

up o u t l e t p i p i n g . As a r e s u l t , p h t h a l i c

a n h y d r i d e

p r o d u c e r s t e n d

t o

l o w e r t h e g a s v e l o c i t y i n

o r d e r t o r e d u c e

t h e

e n t r a i n m e n t o f t h e s e s o l i d p a r t i c l e s .

My x p e r i m e n t s w i t h

s p a c e

n u c l e a t i o n show t h a t s u c h

a

m e a s u r e

w i l l

a g g r a v a t e r a t h e r t h a n

a l l e v i a t e

t h e m i s t

f o r m a t i o n .

U n t i l t h e p r e s e n t , when

f a c e d w i t h

t h e

p r o b

l e m

o f s p a c e

n u c l e a t i o n ,

` t h e

m a n u f a c t u r e r h a s c h o s e n

one

o f two

a l t e r n a t i v e s . He e i t h e r a c c e p t s

a

s u b s t a n t i a l

p r o d - u c t l o s s o r

he i n s t a l l s

s c r e e n i n g

d e v i c e s

a t

t h e con

d e n s e r

o u t l e t t o r e c o v e r

most

o f t h e

p h t h a l i c

m i s t .

F r e q u e n t l y ,

e x p e n s i v e

d e v i c e s

h a v e b e e n d e v e l o p e d a n d

a r e e f f e c t i v e l y i n u s e t o

i i l t e r

o u t t h e s e

l i g h t

p h t h a l i c

an

h y d r i d e p a r t i c l e s f o r

r e a s o n s o f r e c o v e r y

o r

t o p r e v e n t

. a i r p o l l u t i o n . I n o t h e r c a s e s s u c h

f i l t e r

or o t h e r t y p e o f

d u s t - c o l l e c t o r

d e v i c e s s e r v e

t o

p r e v e n t p l u g g i n g o f e i t h e r

e x i t

l i n e s o r t h e

p u r i f i c a t i o n

s y s t e m s o f

t h e e x i t

g a s e s .

B e s i d e s t h e i n v e s t m e n t c o s t s

o f

t h e s e f i l t e r i n g d e v i c e s , t h e r e

i s

a l s o

t h e d i s a d v a n t a g e o f a h i g h e r p r e s s u r e d r o p . Conse

q u e n t l y , t h i s l e a d s

t o more e x p e n s i v e

c o m p r e s s o r s f o r t h e

p r o c e s s a i r

and higher

u t i l i t y c o s t s . Y

P r i o r t o t h e s u b j e c t i n v e n t i o n ,

n o

o p e r a t i o na l t e c h n i q u e s

w e r e

known

t o

p r e v e n t

t h i s

s p a c e

n u c l e a t i o n

i n

p h t h a l i c

a n h y d r i d e c o n d e n s e r s . R a t h e r , e n d e a v o r s w e r e made t o

r e m e d y

i t s

i l l e f f e c t s .

The c o n v e n t i o n a l

p r o c e d u r e s , a s i n d i c a t e d , s u f f e r f r o m

t h e d i s a d v a n t a g e

o f

m i s t f o r m a t i o n . A d d i t i o n a l l y ,

t h e

n e c e s s i t y

t o

u s e l o w v e l o c i t y , g e n e r a l l y

l i n e a r ,

f l o w makes

i t i m p o s s i b l e t o o p e r a t e t h e c o n d e n s e r s a t maximum

e t i i c i e n c y . A l s o ,

t h e

s t a n d a r d

p r o c e d u r e s r e q u i r e r e l a t i v e l y

l a r g e s u r f a c e a n d , h e n c e ,

m o r e

c o s t l y

c o n d e n s e r s . ( N o r

U l

1 0

1 5

25

30

4 0

45

60

65

7 0

1

3 , 3 2 6 , 9 4 1

P a t e n t e d June 2 0 , 1967

c e

2

m a l l y , i t i s d e s i r a b l e t o u s e a m i n i m u m amount o f h e a t

e x c h a n g e

s u r f a c e . )

F u r t h e r m o r e ,

s o m e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

c o n d e n s e s

i n

t h e form o f

s m a l l s o l i d

p a r t i c l e s

w h i c h r e

main i n t h e g a s s t r e a m a n d c l o g t h e s y s t e m

w i t h

t h e r e s u l t

o f s u b s t a n t i a l p h t h a l i c

a n h y d r i d e

l o s s a n d a n u n d e s i r a b l e

p r e s s u r e d r o p .

I n my p a r e n t a p p l i c a t i o n , t h e r e i s d i s c l o s e d a p r o c e s s

o f s u b l i m i n g p h t h a l i c a n h y d r i d e

w i t h o u t

s p a c e

n u c l e a t i o n

from a

g a s

c o n t a i n i n g

p h t h a l i c a n h y d r i d e i n v a p o r

p h a s e

w h i c h

p r o c e s s c o m p r i s e s

p a s s i n g

t h e

p h t h a l i c a n h y d r i d e

and

c o o l i n g

uid i n a condenser i n c o u n t e r c u r r e n t

o w

a t

a t e m p e r a t u r e

d i f f e r e n c e

n o t

e x c e e d i n g

6 0

C . , t h e Rey

n o l d s number

o f t h e g a s r a n g i n g p r e f e r a b l y from 3200

t o

7 0 0 0 ,

a l t h o u g h

i t

can

b e

8000

o r

h i g h e r .

The c o n d e n s e r i s

d e s i g n e d s o

t h a t r t h e r e a r e

e q u a l l o a d i n g s

( i . e . , e q u a l

p o u n d a g e o f

d e p o s i t e d p h t h a l i c a n h y d r i d e f o r e a c h

s q u a r e

f o o t o f c o o l i n g s u r f a c e ) .

I t i s

an o b j e c t

o f

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o

d e v e l o p

an

i m p r o v e d m e t h o d o f s u b l i m i n g

p h t h a l i c

a n h y d r i d e v a p o r s

i n c y c l i c

c o n d e n s e r s .

Another

o b j e c t

i s t o e l i m i n a t e

m i s t

f o r m a t i o n i n s u b

l i m i n g

p h t h a l i c a n h y d r i d e v a p o r s .

An d d i t i o n a l

o b j e c t i s t o

u t i l i z e l e s s

h e a t

e x c h a n g e

s u r

f a c e

t o

s u b l i m e t h e same amoun t o f p h t h a l i c a n h y d r i d e

v a p o r .

A u r t h e r o b j e c t i s

t o u s e

h i g h e r

v e l o c i t y g a s

f l o w t h a n

h a s p r e v i o u s l y

b e e n

p o s s i b l e i n s u b l i m i n g p h t h a l i c

a n h y

d r i d e

v a p o r .

Yet

a n o t h e r o b j e c t i s t o r e d u c e t h e amount o f

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

which

r e m a i n s

a s

s m a l l

p a r t i c l e s i n

t h e g a s

s t r e a m a n d , h e n c e , t o r e d u c e t h e

c l o g g i n g

w h i c h n o r m a l l y

o ccurs .

A

e l a t e d o b j e c t

i s

t o r e d u c e

p r o d u c t

l o s s e s

by

e l i m i

n a t i n g

s p a c e n u c l e a t i o n

and

t h u s ,

a t t h e same t i m e , r e d u c e

t h e c l o g g i n g which n o r m a l l y o c c u r s .

A

u r t h e r o b j e c t

i s

t o

e l i m i n a t e o f f

g a s s c r u b b e r s

a n d / o r

c o m b u s t i o n

s y s t e m s a s u s e d

i n

t h e p r i o r a r t by e r e c t i o n

o f

t h e c o n d e n s e r d e s i g n o f

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n

i n a v e r t i

c a l ,

c h i m n e y - l i k e

p o s i t i o n ,

t h u s

e x i t i n g t h e o f f - g a s e s a t

a

l e v e l s u f i i c i e n t l y h i g h t o s a f e g u a r d t h e n e i g h b o r i n g com

m u n i t y f r o m

a i r

p o l l u t i o n .

A t i l l f u r t h e r

o b j e c t

i s

t o

e l i m i n a t e n e e d l e s o r h a y - l i k e

d e p o s i t i o n

o f t h e s u b l i m a b l e p r o d u c t

a n d

t h u s f u r t h e r

r e d u c e pr o d u c t l o s s e s .

Yet a n o t h e r o b j e c t i s t o u t i l i z e

more compact

r e c o v e r y

units than was

possible heretofore.

An

d d i t i o n a l o b j e ct i s t o m i n i m i z e t h e

h e a t

e x c h a n g e r

s u r f a c e

r e q u i r e m e n t s

i n

t h e

y c o o l a n t

c i r c u i t

d u r i n g

t h e

c o n

d e n s i n g

c y c l e .

A

u r t h e r o b j e c t

i s t o d e s i g n a p h t h a l i c

a n h y d r i d e c o n

d e n s e r r e q u i r i n g l e s s

c o o l e r

s u r f a c e t h a n i s r e q u i r e d u n d e r

t h e e q u a l l o a d i n g p r i n c i p l e

o f my a r e n t

c a s e .

An a d d i t i o n a l o b j e c t i s t o d e v i s e a p h t h a l i c a n h y d r i d e

c o n d e n s e r

s y s t e m r e q u i r i n g

l e s s

c o n t r o l s

t h a n i s

p o s s i b l e

w i t h t h e

e q u a l l o a d i n g

s y s t e m .

A t i l l f u r t h e r o b j e c t i s t o o b t a i n g r e a t e r f l e x i b i l i t y i n

s e l e c t i n g

t h e numbers o f b a n k s o f c o n d e n s e r s .

A e l a t e d o b j e c t

i s

t o m i n i m i z e r e f i n i n g

r e q u i r e m e n t s

by

a

p r o p e r s e l e c t i o n o f

t h e

c o n d e n s e r

banks which p e r

m i t s

a f r a c t i o n a t e d

( s e g r e g a t e - d )

c r u d e r e c o v e r y i n r e s p e c t

t o

o p t i m i z i n g

t h e

p u r i t y l e v e l o f

t h e

d i f f e r e n t c r u d e

f r a c

t i o n s

b y c h c i c e o f t h e t e m p e r a t u r e t r a j e c t s

f o r

e a c h

bank

i n V

a c c o r d a n c e

w i t h

f e e d s t o c k

and

c o n v e r s i o n

p a r t i c u l a r s .

S t i l l

f u r t h e r

o b j e c t s a n d

t h e

e n t i r e

s c o p e

o f

a p p l i c a b i l i t y

o f

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n w i l l become

a p p a r e n t from

t h e

d e t a i l e d d e s c r i p t i o n g i v e n h e r e i n a f t e r ;

i t

s h o u l d

b e

u n d e r

s t - o o d , h o w e v e r , t h a t t h e d e t a i l e d d e s c r i p t i o n a n d

s p e c i f i c

e x a m p l e s ,

w h i l e

i n d i c a t i n g

p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s o f t h e

i n v e n t i o n , a r e g i v e n

b y

way o f i l l u s t r a t i o n o n l y ,

s i n c e

v a r i

o u s c h a n g e s and

m o d i f i c a t i o n s

w i t h i n

t h e s p i r i t

and s c o p e

o f

t h e

i n v e n t i o n

w i l l

become a p p a r e n t

t o

t h o s e

s k i l l e d i n

t h e

a r t

from t h i s

d e t a i l e d d e s c r i p t i o n .


4/7


5/7

3 , 3 2 6 , 9 4 1

5

r e m o v a l o f s e n s i b l e h e a t from

t h e

g a s s t r e a m , r a t h e r t h a n

t h e summation

o f

s e n s i b l e

h e a t

and t h e

h e a t

o f

s u b l i m a

t i o n . The

l a t t e r , i t may b e

n o t e d ,

i s s u b j e c t t o h e a t t r a n s ~

f e r mechanisms 1 0 t o 1 0 0 t i m e s

f a s t e r

t h a n c o n v e c t i v e

h e a t

t r a n s f e r .

The

s u r f a c e

r e q u i r e m e n t

f o r

a

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

c o n

d e n s e r depend

o n

( 1 ) S e n s i b l e h e a t l o a d .

( 2 )

Log

mean t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e

(LMTD) b e

tween

c o o l a n t and g a s .

( 3 )

The

c o n t r o l l i n g c o n v e c t i v e h e a t t r a n s f e r

c o e i i c i e n t

( i n t h e p r e s e n t c a s e t h i s i s t h e a i r lm c o e t l i c i e n t , h ) .

( N R e ) n

D

h

=

onstant x

w h e r e D e q i s t h e e q u i v a l e n t d i a m e t e r , a n d NReis t h e

R e y n o l d s

n u m b e r .

The

R e y n o l d s number

i s

o n l y

d e p e n d e n t

u p o n

t h e

q u a n t i t y o f

f l o w

(SCFM),

a n d

t h e

c o n t o u r

o f

c o o l i n g

body

b u t

i s

n o t

d e p e n d e n t o n t h e s p a c i n g

o r

i l o w

a r e a .

The

c o n t o u r

o f

t h e

c o o l i n g

s u r f a c e

i s

t h e

t o t a l

l e n g t h

o f

t h e p e r i p h e r y

t o

which

t h e g a s

s t r e a m

i s

e x p o s e d

i n

c r o s s - s e c t i o n a l p r o j e c t i o n .

The

c o o l i n g s u r f a c e r e q u i r e m e n t s A r e

A

ensible heat load

_

h < LMTD

which

c a n

b e

e x p r e s s e d

i n

g e n e r a l form

a s E q u a t i o n

1

( s i n c e

t h e

s e n s i b l e

h e a t l o a d

p e r

SCFM s g e n e r a l l y a

c o n s t a n t )

en

A/SCFM _ - - ( N R E > D X L M T D

when

t h e

s u r f a c e r e q u i r e m e n t s

p e r u n i t

q u a n t i t y

a r e

d e

s i r e d

(where SC FM=standard c u b i c f e e t per minute o f

g a s

o w)

and

a

i s

t h e p r o p o r t i o n a l t o

s i g n .

F o r

p l a t e - t y p e D e a

i s

t h e

s p a c i n g b e t w e e n

t h e

p l a t e s .

For

R e y n o l d s

numbers

g r e a t e r

t h a n

2100

n=0.8

a n d

h e n c e t h e

e q u a t i o n b e c o m e s E q u a t i o n

2

s p a c i n g ( c o n t o u r ) 0 ~ 8

A/SCFM

( S C F M WXL M T D

The u l t i m a t e t h i c k n e s s o f t h e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e b u i l d u p

d i c t a t e s

t h e s p a c i n g .

The u s e o f c o n v e r g i n g

p l a t e s

a c c o r d i n g

t o t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n p e r m i t s

one

t o

m i n i m i z e t h i s

s p a c i n g

and

a t

t h e

same

t i m e

u t i l i z e t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e

v a p o r

p r e s s u r e

c u r v e t o b e s t a d v a n t a g e i n

d e s i g n i n g

t h e

c o n d e n s e r .

The c o n t o u r ( E q u a t i o n 2 ) i s i n h e r e n t i n a n y s e l e c t e d

l a y o u t and i s n o t a

v a r i a b l e t o b e

c o n s i d e r e d

w h en

c o m

p a r i n g c o n v e r g i n g

v e r s u s

p a r a l l e l s u r f a c e s .

The

c o n t o u r

( A

/L

i n w h i c h L = l e n g t h ) h o w e v e r , i s o f

s u b s t a n t i a l

im

p o r t a n c e

i n

t h e p r e s s u r e d r o p

c o n s i d e r a t i o n ,

t o g e t h e r w i t h

t h e

SCFM o a d i n g a n d

s p a c i n g .

The

a d v a n t a g e o f c o n v e r g i n g p l a t e s

o v e r

t h e e q u a l

l o a d

i n g p r i n c i p l e i s c l e a r f r o m E q u a t i o n 2 .

The p h t h a l i c a n h y d r i d e d e p o s i t i o n

i n

a c o o l e r b a n k

i s

h e a v i e r a t

t h e i n l e t t h a n

: a t

t h e

o u t l e t ,

b e c a u s e

o f

t h e

g r a d u a l

d r o p i n

t e m p e r a t u r e

a n d

t h e a t t e n d i n g

d r o p i n

t h e

s a t u r a t i o n

c o n c e n t r a t i o n . C o n s e q u e n t l y ,

e q u i d i s t a n t

p l a t e s h a v e t o be

s p a c e d ,

a c c o r d i n g

t o

t h e p h t h a l i c an

h y d r i d e c o n c e n t r a t i o n a t

t h e i n l e t t o p r e v e n t t h e

b u i l d - u p

i n t h e

i n l e t

from c h o k i n g t h e u n i t do wn

p r e m a t u r e l y

i n

t h e

c o n d e n s i n g

c y c l e .

Y

For a p a r a l l e l l a y o u t

wherein

t h e

p l a t e

s p a c i n g i s

d

and

t h e


i s

a b o v e 2 1 0 0 , t h e e q u a t i o n b e

comes

T h e r e f o r e t h e s u r f a c e r e q u i r e m e n t s A p e r SCFM i s

d i r e c t l y

p r o p o r t i o n a l

t o d .

C o n s e q u e n t l y , i t

i s

a d v a n t a g e o u s t o g r a d u a l l y r e d u c e

t h e

p l a t e

s p a c i n g

t o conform

t o t h e

d e c r e a s e

i n p h t h a l i c

b u i l d - u p a g a i n s t t h e p l a t e . T h e r e q u i r e d s p a c i n g a t t h e

10

20

25

30

40

45

60

65

7 0

7 5

6

i n l e t ( d m ) a n d o u t l e t ( d o n t )

c a n b e

c a l c u l a t e d f r o m t h e


v a p o r

p r e s s u r e c u r v e , w h i c h y i e l d s

t h e t h i c k n e s s o f t h e b u i l d - u p , a n d

a d d i n g

t o i t t h e c l e a r

a n c e

r e q u i r e m e n t between

t h e l o a d e d p l a t e s a s

d i c t a t e d

b y

t h e

f i n a l d e s i g n p r e s s u r e d r o p .

As

t h e

o v e r a l l

s p a c i n g

i s

r e d u c e d

f r o m

d i n

( r e q u i r e d

f o r e q u i d i s t a n t s p a c i n g )

t o

a v a l u e somewhere

b e t w e e n

d m

a n d d e u t ,

t h e

s u r f a c e


w i l l a l s o

b e

r e d u c e d

a c c o r d i n g l y . T h e a v e r a g e s p a c i n g f o r c o n v e r g i n g p l a t e s

w h i c h

W i l l d e s c r i b e t h e

s a v i n g s

i n s u r f a c e


i s

l o g mean ( d i n a n d

d o n t ) .

W i t h

c o n v e r g i n g

p l a t e s t h e h e a t

t r a n s f e r c o e i c i e n t im

p r o v e s

from

i n

out

i n

w h i c h

t h e R e y n o l d s number s t h e s a m e . The a p p l i c a b l e

h e a t t r a n s f e r e q u a t i o n h a s b e e n

d e r i v e d

by

me

t o b e a s

f o l l o w s :

Q=A LMTD

(Nan o-EXWQ

t

( l o g mean

s p a c i n g )

X (K)

where Q s

t h e

s e n s i b l e

h e a t l o a d p e r u n i t o f t i m e and

K

s a c o n s t a n t

i n c l u d i n g t h e

P r a n d t l number

and

t h e r m a l

c o n d u c t i v i t y o f t h e a i r s t r e a m

l a d e n w i t h

p h t h a l i c

an

h y d r i d e .

I n

b o t h t h e

e q u a l

l o a d i n g a n d t h e

c o n v e r g i n g

p l a t e

s y s t e m s ,

t h e

i n l e t a n d

o u t l e t

t e m p e r a t u r e s

p e r

c o n d e n s e r

p a s s (=cooler-bank) a r e

s e l e c t e d

from t h e p h t h a l i c

an

h y d r i d e

v a p o r

p r e s s u r e c u r v e and from

t h i s

drop i n tem

p e n a t u r e

t h e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

l o a d i n g

c a n b e

f o u n d .

I n

t h e c a s e o f

e q u a l

l o a d i n g ,

t h e s u r f a c e


i s

matched

t o

o b t a i n

a n e q u a l number o f

pounds

o f p h t h a l i c

a n h y d r i d e p e r s q u a r e f o o t . T h i s d o e s n o t p e r m i t one t o

t a k e

i n t o a c c o u n t t h e

h e a v i e r b u i l d - u p

i n

t h e i n l e t .

For t h e

c o n v e r g i n g p l a t e s y s t e m ,

t h e

i n l e t

a n d o u t l e t

t e m p e r a t u r e f o r a p a s s a r e s e l e c t e d

and

t h e

dp/ t

g r a d i e n t

( w h e r e p i s p r e s s u r e and

t

i s

t e m p e r a t u r e )

a t

i n l e t

and

o u t l e t a r e measured from t h e

vapor

p r e s s u r e c u r v e . I t i s

p o s s i b l e t o

f o l l o w t h e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

v a p o r

p r e s s u r e

c u r v e more

c l o s e l y

w i t h t h e c o n v e r g i n g

p l a t e

p r o c e d u r e

t h a n

w i t h t h e e q u a l l o a d i n g s y s t e m . C o n s e q u e n t l y , t h e r e

i s l e s s c o n t i n g e n c y n e e d e d b y

t h e

d e s i g n e r o f t h e e q u i p

ment f o r

s p a c i n g t h e p l a t e s

t o

p r e v e n t

l o c a l i z e d p r e s s u r e

b u i l d - u p s a n d

h e n c e

t h e

l e s s

c o o l i n g s u r f a c e r e q u i r e d .

There a r e s e v e r a l i m p o r t a n t a d v a n t a g e s o f t h e c o n v e r g

i n g

p l a t e s y s t e m o v e r t h e e q u a l l o a d i n g s y s t e m .

I n t h e f i r s t

p l a c e ,

l e s s

c o o l e r s u r f a c e

i s

r e q u i r e d . T h u s

i n t h e c a s e o f t h e

s p e c i c

example s e t f o r t h below

2 0

more

c o o l e r

s u r f a c e would

h a v e

b e e n r e q u i r e d i f

t h e r e

w e r e t i v e

p a s s e s

u s i n g t h e e q u a l

l o a d i n g

method and

i f

t h e r e

were

only

t w o

o r

t h r e e

p a s s e s t h e i n c r e a s e d c o o l e r

s u r f a c e

a r e a

w i t h

e q u a l

l o a d i n g would h a v e b e e n 56 .

The

number o f p a s s e s i n

t h e

e q u a l l o a d i n g p r o c e d u r e

r e q u i r e s a s t r i k i n g o f t h e b a l a n c e

b e t w e e n r e d u c e d

c o o l e r

s u r f a c e

c o s t s and

i n c r e a s e d

i n s t r u m e n t a t i o n

c o s t s .

The

number

o f

p a s s e s ( b a n k s )

i n

t h e c o n v e r g i n g

p l a t e method

i s d e t e r m i n e d m e r e l y b y e c o n o m i c a l c o n s i d e r a t i o n s s u c h

a s

a v a i l a b l e p l a t e l e n g t h a n d p r o c e s s c o n s i d e r a t i o n s s u c h

l a s

t h e d e s i r e d s e g r e g a t i o n o f t h e

c r u d e

p r o d u c t .

The p h t h a l i c a n h y d r i d e c o n c e n t r a t i o n o f t h e g a s a t t h e

c o n d e n s e r i n l e t i s w i t h i n t h e c o n v e n t i o n a l r a n g e o f

0 . 6

t o

1 . 2

mol

p e r c e n t .

The

b a l a n c e

i s

a i r

w i t h

i m p u r i t i e s

f r o m .

t h e

r e a c t i o n .

R e f e r r i n g more

s p e c i f i c a l l y t o FIGURES and

2

o f

t h e

d r a w i n g s , t h e r e

i s

p r o v i d e d a

c o n d e n s e r 2 h a v i n g

a p l u

r a l i t y

o f

b a n k s ( e . g . , f o u r b a n k s ) 4 , 6 , 8 , 1 0

o f

c o o l e r

p l a t e s 1 2 , 1 4 ,

1 6 ,

1 8 ,

2 0 , 2 2 , 2 4 a n d

2 6 .

W h i l e

t h e

p l a t e s

a r e shown i n a v e r t i c a l

a r r a n g e m e n t

a l t e r n a t i v e l y , t h e y

can

be

arranged h o r i z o n t a l l y

o r

a t

an a n g l e w i t h

t h e v e r

t i c a l

p l u m b

l i n e .


6/7

3 ,3 26 ,9 4 1

7

The c o o l e r p l a t e s i n

t h e

d r a w i n g s

a r e o f e q u a l

h e i g h t

a n d

l e n g t h

a n d

i t i s e s s e n t i a l t h a t t h e

d i s t a n c e b e t w e e n t h e

p l a t e s g r a d u a l l y - d e c r e a s e s o v e r

e a c h

bank and a l s o from

b a n k t o b a n k .

I t

i s p o s s i b l e t o e m p l o y

p l a t e s o f

u n e q u a l

h e i g h t s

a n d

l e n g t h s

a n d

o f

v a r y i n g

c u r v a t u r e .

Hot

a i r

c o n t a i n i n g

p h t h a l i c a n h y d r i d e v a p o r s

a t

e . g . ,

a b o u t

1 3 5 C .

i s i n t r o d u c e d t h r o u g h

g a s i n l e t

2 8 t o t h e

f i r s t

bank 4 and t r a v e l s i n t h e d i r e c t i o n ofthe a r r o w s o v e r

t h e b a n k s o f c o o l e r p l a t e s 1 2 , 1 4 ,

1 6 , 1 8 ,

2 0 , 2 2 ,

2 4

a n d

2 6 .

At

t h e same

t i m e ,

t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e s u b l i m e s

a g a i n s t t h e c o o l e r p l a t e o u t e r

s u r f a c e s .

The a i r from

w h i c h

t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e h a s

b e e n

removed e x i t s

t h r o u g h r g a s o u t l e t 3 0

a t a

t e m p e r a t u r e o f l a b o u t

5 0 C .

from t h e l a s t

bank

10. C o o l a n t e g . , o i l , i s pumped

i n t o

t h e

p l a t e s

i n bank 1 0 t h r o u g h

p i p e

3 2 a n d

e m e r g e s

t h r o u g h p i p e

3 4 . S i m i l a r l y ,

c o o l a n t g o e s t o t h e

p l a t e s i n

b a n k s 8 , 6 and 4

r e s p e c t i v e l y

t h r o u g h p i p e s

3 6 ,

3 8

a n d 4 0

r e s p e c t i v e l y

a n d

e m e r g e s t h r o u g h p i p e s 4 2 , 4 4 a n d 4 6

r e s p e c t i v e l y . As

shown

i n FIGUR

, t h e

i n l e t

p i p e

e g . ,

40 f o r t h e coolant

s e r v e s a s

a

manifold t o t h e d i s t r i b u t e

c o o l a n t e v e n l y

v i a t u b e s

4 8 , 5 0 , 5 2 , 5 4 , 5 6 ,

5 8 ,

6 0

a n d

6 2

t o

t h e

i n d i v i d u a l p l a t e s 1 2 ,

1 4 , 1 6 , 1 8 ,

2 0 , 2 2 ,

2 4 a n d 2 6

o f

t h e

bank

and t h e

o u t l e t

p i p e

e . g . , 4 6

f o r

t h e c o o l a n t

s e r v e s a s a manifold t o

c o l l e c t

c o o l a n t v i a t u b e s 6 4 , 6 6 ,

6 8 , 7 0 , 7 2 , 7 4 , 7 6 , a n d

7 8

f r o m

t h e

i n d i v i d u a l p l a t e s .

The c o o l a n t e m e r g i n g

from

one

bank c a n

b e

employed

a s

t h e c o o l a n t

i n t r o d u c e d

i n t o

a n o t h e r

bank

having a


l a d e n

g a s s t r e a m

p a s s i n g

t h e r e o v e r a t

a higher temperature than

t h a t i n s a i d one bank.

How

e v e r , i t i s

' n o t

n e c e s s a r y t o

do

s o and f r e q u e n t l y f o r

e i c i e n t o p e r a t i o n

i t i s

d e s i r a b l e t o e m p l o y

c o m p l e t e l y

i n d e p e n d e n t

c o o l a n t

` l i n e s i n

e a c h b a n k . The c o o l a n t

tem

p e r a t u r e

can be

c o n t r o l l e d i n

any

d e s i r e d

manner.

The

g a s e s ,

i t w i l l

b e

o b s e r v e d , a r e

i n

c o u n t e r c u r r e n t b u t

p a r a l l e l

f l o w

t o t h e c o o l a n t .

S i n c e

t h e

banks

a r e l i n e d

up

b e h i n d

e a c h

o t h e r , t h e

p r o c e s s

s t r e a m

o f p h t h a l i c a n h y d r i d e l a d e n a i r f l o w s from

o n e

bank ( p a s s ) - o n t o t h e o t h e r ,

i n

s t r a i g h t l i n e i l o w , w i t h

o u t

r e v e r s a l i n d i r e c t i o n a s i s t h e c a s e i n

c o n v e n t i o n a l

c o n d e n s e r s . T h i s f e a t u r e

h a s

t h e economic a d v a n t a g e o f

e l i m i n a t i n g b a f e s

w i t h t h e i r i n h e r e n t p r o b l e m

o f

l e a k i n g .

I f

b a i i l e s w e r e

e m p l o y e d ,

t h e y would

g e n e r a t e

e x c e s s i v e

p r e s s u r e drop

o v e r t h e

U end a r e a s

a t t h e

v e r y

h i g h

g a s

f l o w

r a t e s e m p l o y e d ,

e . g . , R e y n o l d s number

a b o v e

2 0 , 0 0 0 .

The o v e r a l l c o n d e n s e r 2 r e s e m b l e s

a l o n g

r e c t a n g u l a r

d u c t w i t h a

t r a p e z o i d a l g r o u n d

p l a n .

Whe n s u f f i c i e n t p h t h a l i c a n h y d r i d e

h a s s u b l i m e d

on t h e

c o o l e r p l a t e

s u r f a c e s ,

t h e

o w

o f a i r

i s

s t o p p e d

a n d s t e a m

o r

o t h e r

warm f l u i d - i s p a s s e d

t h r o u g h

t h e c o o l e r

p l a t e s

i n

t h e

b a n k s

t o

m e l t

t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e which

s t h e n

d i s c h a r g e d

a s a l i q u i d v i a t h e bottom o f t h e b a n k s , e . g . ,

t h r o u g h

c o n d u i t

8 0 .

As i s - k n o w n

i n

t h e

a r t ,

t h e


82 a s

shown i n FIGURES ,

4 and

6

s u b l i m e s

a g a i n s t t h e o u t

s i d e s u r f a c e s o f

t h e

c o o l i n g p l a t e s 8 8 .

FIGURE shows

t h e manner o f s u b l i m a t i o n u s i n g

c o n v e r g i n g

c o o l i n g

p l a t e s

12 and 14

a c c o r d i n g

t o

t h e i n v e n t i o n

and FIGURE 4

s h o w s

t h e

m a n n e r

o f

s u b l i m a t i o n

u s i n g t h e e q u a l

l o a d i n g

p r i n c i p l e a n d p a r a l l e l p l a t e s a s d i s c l o s e d i n t h e

p a r e n t

a p

p l i c a t i o n . The d i r e c t i o n o f g a s

f l o w

i n FIGURES 3 and

C t

30

35

4 0

50

8

FIGURE

i s a g r a p h showing

a

c o m p a r i s o n between

t h e

v a p o r p r e s s u r e

a n d

t e m p e r a t u r e c o o r d i n a t e s

i n t h e

p r e s e n t i n v e n t i o n a n d i n t h e e q u a l l o a d i n g p r o c e d u r e .

I n FIGURE , c u r v e 1 i s t h e

p h t h a l i c


p r e s s u r e c u r v e . Curve 2 i s t h e p r e s s u r e - t e m p e r a t u r e

c u r v e

f o r t h e

c o n v e r g i n g

p l a t e

s y s t e m w i t h

a n

i n l e t

g a s

tempera

t u r e o f 1 3 5

C .

and an

e x i t g a s t e m p e r a t u r e

o f 1 0 0 C .

C u r v e

3

i s t h e

c o r r e s p o n d i n g c u r v e

f o r

t h e e q u a l l o a d i n g

s y s t e m with

an

i n l e t

g a s

t e m p e r a t u r e o f 1 3 5 C . and an

o u t l e t g a s t e m p e r a t u r e o f

1 0 0

C . Curve 4

i s t h e

p r e s s u r e


c u r v e f o r t h e

c o n v e r g i n g

p l a t e

system w i t h

an

i n l e t

g a s

temperature o f 135 C . and an o u t l e t g a s


o f 7 0

C .

w h i l e c u r v e

5

i s t h e c o r r e s p o n d i n g

c u r v e f o r t h e e q u a l l o a d i n g

s y s t e m

w i t h

a n

i n l e t g a s tem

p e r a t u r e o f 1 3 5 C . and an o u t l e t

g a s

t e m p e r a t u r e o f

70 C.

I t

can be r e a d i l y s e e n t h a t t h e c u r v e s f o r t h e

c o n v e r g i n g

p l a t e s y s t e m m o r e c l o s e l y a p p r o x i m a t e t h e p h t h a l i c a n h y

d r i d e

vapor

p r e s s u r e

c u r v e t h a n d o t h e

c o r r e s p o n d i n g

e q u a l

l o a d i n g c u r v e s .

I t may

b e n o t e d

t h a t t h e c o n v e r g i n g

p l a t e

c u r v e s a r e p a r a b o l i c

i n

n a t u r e .

I t

w i l l

a l s o

b e

ob

s e r v e d

t h a t

t h e

s m a l l e r

t e m p e r a t u r e t r a j e c t s more c l o s e l y

f i t t h e vapor p r e s s u r e c u r v e .

E x a m p l e

1

I n a

s p e c i f i c

e x a m p l e u t i l i z i n g t h e a p p a r a t u s o f

FIG

URES

and

2 b u t

e m p l o y - i n g ve

banks

o f t e n

v e r t i c a l

p l a t e c o i l s

o f

e q u a l

h e i g h t

a n d

l e n g t h

t h e r e

w a s

p r o v i d e d

a h e a t e x c h a n g e s u r f a c e o f

7 , 6 5 0

s q u a r e f e e t .

The o v e r a l l

d i m e n s i o n s o f t h e c o n d e n s e r

was

60 f e e t l o n g , 8 f e e t h i g h

and had

a Width

v a r y i n g from

4 f e e t a t

t h e

i n l e t t o

1 . 2

f e e t a t

t h e

o u t l e t . The

p h t h a l i c

a n h y d r i d e c o n t a i n i n g g a s e s

were

i n t r o d u c e d a t a v e l o c i t y o f 1 3 , 5 0 0 s t a n d a r d c u b i c

f e e t

p e r m i n u t e ( S C F M )

a t 1 3 5

C .

The

R e y n o l d s

n u m

b e r

w a s 3 3 , 5 0 0 i n t h e

f i r s t t h r e e

b a n k s and

5 2 , 2 0 0

i n t h e

l a s t t w o .

The

c o o l a n t

was

i n t r o d u c e d i n t o t h e

i i r s t

( h o t t e s t )

bank

a t 90

C . and e x i t e d

a t

1 0 5 C . The c o o l a n t was i n t r o

duced i n t o

t h e

s e c o n d

bank a t

8 0 C .

and e x i t e d

a t 9 0 C .

The c o o l a n t was i n t r o d u c e d i n t o t h e t h i r d bank a t 70 C .

and e x i t e d a t Y 8 0 C . The

c o o l a n t was

i n t r o d u c e d i n t o t h e

f o u r t h bank a t

5 7

C . and e x i t e d a t

70 C . The

c o o l a n t

was

i n t r o d u c e d

i n t o t h e

f i f t h

bank a t

49 C .

and e x i t e d

a t 57

C .

The

p h t h a l i c

a n h y d r i d e l a d e n

g a s

e x i t e d

from t h e

r s t

bank

a t 1 2 0 C . , from t h e s e c o n d

bank

a t

1 1 0

C . , from

t h e

t h i r d

bank

a t

1 0 0

C . ,

from

t h e f o u r t h bank a t 8 0 C . ,

and from t h e f i f t h bank a t 5 6 C .

The

g a s e s l e a v i n g t h e

c o n d e n s e r c o n t a i n e d

a l l

t h e w a t e r

and m a l e i c v a p o r s

which

were p r e s e n t a t

t h e

i n l e t b u t o n l y

1A o f

t h e p h t h a l i c .

a n h y d r i d e

p r e s e n t

i n t h e i n l e t g a s . The c o n d e n s e r was

maintained

o n

stream

f o r

e i g h t

h o u r s .

In another run

no

p h t h a l i c a n h y d r i d e was d e t e c t e d i n t h e e x i t

g a s e s .

The

c o n d e n s e r o p e r a t e d

w i t h o u t

s p a c e n u c l e a t i o n . A f t e r h a v

i n g b e e n m a i n t a i n e d on s t r e a m f o r e i g h t h o u r s , t h e t o t a l

p r e s s u r e

d r o p

o v e r

t h e

e n t i r e

c o n d e n s e r

had

r e a c h e d

1 . 0 3

p . s . i . a n d t h e b u l k d e n s i t y o f t h e s u b l i m e d

c r u d e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

w a s

a p p r o x i m a t e l y

f o r t y

p o u n d s p e r

c u b i c

f o o t .

A o m p a r i s o n b e t w e e n t h e c o n v e r g i n g s y s t e m a n d

o t h e r

6 0 s y s t e m s i s g i v e n i n

t h e

f o l l o w i n g t a b l e :

. Equal

Loading

C o m m e r - B e l g i a n C o n v e r g i u g

c i a l Patent

P l a t e s

System Tubes P l a t e s

S . c . i . r n .

load

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _

1

7 ,

0 0 0 1 0 , 0 0 0 1 0 , 0 0 0

1 0 ,

0 0 0

1 0 ,

0 0 0

Hrs. cycle

t ime __________ _ 16 5. 2 5 6. 4

1 4 .

0

8

S q .

f t .

c o o l i n g s u r f a c e

. . . .

_ _ 1 3 , 2 3 0 36, 5 0 0 2 0 ,

4 0 0

2 2 , 6 0 0 5 , 8 5 0

Mist-free operation ______ _

No No Yes Yes Yes

1 Maximum.

4

I i s i n d i c a t e d

by

t h e

a r r o w s . I t i s

c l e a r t h a t

i f d 2

e q u a l s

d

t h e n

f o r a n y

g i v e n d 2 more p h t h a l i c

a n h y d r i d e s

c a n b e

s u b l i m e d

u s i n g t h e c o n v e r g i n g

p l a t e

s y s t e m o f F IGUR E

3

7 5

t h a n

t h e e q u a l l o a d i n g

s y s t e m

o f F IGUR E 4 .

The B e l g i a n p a t e n t c o n d i t i o n s and r e s u l t s a r e

t h o s e

u t i

l i z i n g E x a m p l e

2 o f

B e l g i a n P a t e n t 5 7 8 , 9 11 . The e q u a l

l o a d i n g c o n d i t i o n s

and

r e s u l t s

a r e

t h o s e

o f

Examples 2

and 3 o f

a p p l i c a n t s p a r e n t

c a s e

o p e r a t i n g

a t

a R e y n o l d s


7/7

3 , 3 2 6 , 9 4 1

0

n u m b e r o f

7 0 0 0 , p h t h a l i c

a n h y d r i d e c o n t a i n i n g g a s i n t r o

d u c t i o n a t 1 3 5

C . and e x i t

a t

5 5 C . w i t h c o o l a n t i n t r o

d u c t i o n a t

1 2 7 . 5 C . and

e x i t a t

50 C .

The

c o n d i t i o n s

a n d r e s u l t s

f o r t h e c o n v e r g i n g p l a t e

s y s t e m

w e r e

u s i n g

t h e

p h t h a l i c a n h y d r i d e c o n t a i n i n g

g a s


and

c o o l a n t


s e t

f o r t h

i n Ex

a m p l e

1 u t i l i z i n g a c o n d e n s e r h a v i n g

t i v e b a n k s

c o n t a i n

i n g

t e n

c o o l i n g p l a t e s e a c h .

The

c o m m e r c i a l s y s t e m

was o n e employed by a l a r g e

p h t h a l i c

a n h y d r i d e m a n u f a c t u r e r i n i t s p l a n t .

I t c a n r e a d i l y b e s e e n

t h a t

t h e

c o n v e r g i n g p l a t e s y s t e m

i s more

d e s i r a b l e

and r e q u i r e s

l e s s

c o o l i n g

s u r f a c e

a r e a

t h a n t h e o t h e r

m e t h o d s .

I n a n o t h e r a s p e c t ` o f t h e i n v e n t i o n

i t

h a s

b e e n A f o u n d

t h a t w i t h a

s u f f i c i e n t l y

h i g h R e y n o l d s

number

t h e t e m

p e r a t u r e

d i f f e r e n c e b e t w e e n

t h e

vapor

and

t h e

c o o l a n t

can e x c e e d 6 0

C .

r e g a r d l e s s o f whether c o n d e n s e r s hav

i n g c o n v e r g i n g s u r f a c e s

o r

p a r a l l e l s u r f a c e s a r e

e m p l o y e d .

P r e f e r a b l y t h e c o n d e n s e r s

h a v e

c o n v e r g i n g s u r f a c e s

s i n c e

s m a l l e r s u r f a c e a r e a s can

be

u t i l i z e d

t o condense

t h e

same

amount

o f p h t h a l i c a n h y d r i d e .

As

s t a t e d

p r e v i o u s l y

a t a R e y n o l d s number o f 1 2 , 0 0 0

t h e t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e can be up t o 70

C . and

a t

a

R e y n o l d s number o f

a b o u t

1 5 , 0 0 0 a t e m p e r a t u r e d i f f e r

ence of

up

t o 80

C .

can

b e

employed

w h i l e

a t a Reynolds

number o f

20,000

` o r

above a temperature d i f f e r e n c e

a s

h i g h a s

1 0 0 C . ,

o r more can be used and s t i l l

m a i n t a i n

m i s t - f r e e o p e r a t i o n .

Example 2

I n

a n o t h e r

e x a m p l e , t h e r e w e r e

e m p l o y e d

f i v e

b a n k s

o f

p l a t e s w h i c h w e r e s p a c e d e q u i d i s t a n t

r a t h e r

t h a n b e i n g

c o n v e r g e n t .

The s p a c i n g b e t w e e n t h e t e n p l a t e s was l a r g e s t

i n t h e

f i r s t

o r

i n l e t

b a n k , became

s l i g h t l y s m a l l e r i n t h e

s e c o n d

bank and t h u s d e c r e a s e d f o r

e a c h

s u c c e s s i v e

c o o l e r

bank

u n t i l

a minimum s p a c i n g was o b t a i n e d i n t h e o u t

l e t

b a n k .

As

i n

t h e

p r e v i o u s

e x a m p l e ,

i n

e a c h

b a n k

t h e

p l a t e s w e r e o f e q u a l

h e i g h t

a n d l e n g t h .

With

f i v e c o o l e r b a n k s ,

t h e

b u i l d - u p o f t h e

p h t h a l i c a n

h y d r i d e

o n

t h e

p l a t e s u r f a c e s was a s i n FIGURE . When

t e n c o o l e r b a n k s ( o r

more)

a r e e m p l o y e d a b u i l d - u p a s

i n FIGURE

i s o b t a i n e d .

U s i n g f i v e c o o l e r

b a n k s

a

h e a t

e x c h a n g e s u r f a c e

o f

8 , 5 4 0 s q . f t . was p r o v i d e d .

The o v e r a l l d i m e n s i o n

o f t h e

c o n d e n s e r was 1 5 0

f t . l o n g , 3 f t . h i g h

and a

w i d t h v a r y

i n g from 4% t . f o r t h e i n l e t bank

t o 1 1 / 2

f t . f o r t h e o u t

l e t

( c o l d e s t )

b a n k . T h e p h t h a l i c a n h y d r i d e c o n t a i n i n g

g a s e s were i n t r o d u c e d

a t

a

v e l o c i t y

o f

9 , 5 0 0 s t a n d a r d

c u b i c f e e t

p e r m i n u t e

(SC F M) a t

1 3 5 C . The R e y n o l d s

number was 6 5 , 0 0 0

i n

a l l f i v e b a n k s .

The c o o l a n t was

i n t r o d u c e d i n t o

t h e

r s t ( h o t t e s t )

bank

a t

95

C .

and

e x i s t e d

a t

1 1 0 C .

The

c o o l a n t

was

i n t r o

duced

i n t o

t h e

second

bank

a t 8 5 C .

and

e x i t e d a t 9 5

C . The c o o l a n t

was

i n t r o d u c e d

i n t o

t h e t h i r d

bank a t

7 5

C . and e x i t e d a t 8 5 C .

The

c o o l a n t was

i n t r o d u c e d

i n t o

t h e

fourth

bank a t 55 C. and e x i t e d

` a t

75 C . ; was i n

t r o d u c e d

i n t o t h e f i f t h bank a t 5 0

C .

and e x i t e d

a t

5 5 C .

The p h t h a l i c

a n h y d r i d e

l a d e n g a s e x i t e d

f r o m t h e

f i r s t

bank

a t

1 2 0

C . ,

from t h e

s e c o n d

bank

a t

1 1 0 C . , from

t h e

t h i r d

bank t

1 0 0 C . ,

from t h e

f o u r t h bank a t 8 0 C .

and

from t h e f t h bank

a - t 5 5 C . I h e g a s e s

l e a v i n g t h e

c o n d e n s e r

c o n t a i n e d

a l l

t h e

w a t e r and m a l e i c v a p o r s

p r e s e n t a t t h e i n l e t , b u t l e s s t h a n 1A o f t h e p h t h a l i c

a n h y d r i d e

p r e s e n t

i n

t h e i n l e t g a s c o u l d b e d e t e c t e d i n

t h e

e x i t

g a s e s .

T h i s

c o n d e n s e r o p e r a t e d

w i t h o u t

any s p a c e

n u c l e a

t i o n .

A f t e r h a v i n g b e e n m a i n t a i n e d

on

s t r e a m

f o r 1 6

h o u r s , t h e t o t a l p r e s s u r e d r o p o v e r

t h e

e n t i r e c o n d e n s e r

had

j u s t

r e a c h e d 1 . 9 p . s . i a n

t h e

a v e r a g e b u l k d e n s i t y

o f

t h e c r u d e


W a s a p p r o x i m a t e l y 4 0

pounds p e r c u b i c f o o t .

Example 3

I n s t i l l a n o t h e r

e x a m p l e ,

u t i l i z i n g

t h e a p p a r a t u s

o f

F IGURES

1 a n d

2

b u t

e m p l o y i n g

v e

b a n k s

o f 2 9

v e r t i c a l

p l a t e s o f

e q u a l

h e i g h t and l e n g t h , t h e r e was

p r o v i d e d

a

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7 0

7 5

1 0

h e a t e x c h a n g e

s u r f a c e o f

1 1 , 0 0 0

s q .

f t .

The o v e r a l l d i m e n

s i o n o f t h e

c o n d e n s e r

w a s 20

t .

l o n g , 1 0

f t .

h i g h

a n d

had

a

w i d t h v a r y i n g from 8 . 8 f t . a t t h e

i n l e t

t o

1%

f t . a t t h e

o u t l e t . The

p h t h a l i c

a n h y d r i d e c o n t a i n i n g g a s e s

w e r e

i n

t r o d u c e d a t

a

v e l o c i t y

o f

1 0 , 0 0 0 I s t a n d a r d c u b i c f e e t p e r

m i n u t e

(SCFM) a t

1 3 5 C .

The

R e y n o l d s

number

w a s

7000

i n

a l l f i v e b a n k s .

The

c o o l a n t

owed

c o u n t e r c u r r e n t l y

t h r o u g h

t h e

r s t

. ( h o t t e s t ) bank and

was

i n t r o d u c e d

a t 5 0 C . and e x i t e d

a t

6 5

C . ; t h r o u g h t h e

o t h e r

b a n k s , 2 t h r o u g h

5 , t h e c o o l

a n t f l o w e d

e i t h e r

c o n c u r r e n t l y o r

c o u n t e r c u r r e n t l y , i n

i l o w i n g s l i g h t l y b e l o w 5 0 C . , e . g . , 4 9 . 5 C . a n d e x i t i n g

s l i g h t l y

a b o v e 5 0 C . , e . g . ,

5 0 . 5

C .

The p h t h a l i c a n h y d r i d e

l a d e n g a s e x i t e d from t h e i i r s t

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1 1 0

C . , from

t h e t h i r d bank a t

1 0 0

C . , from t h e

f o u r t h

bank a t

8 0

C . and

from t h e

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bank a t 5 5 C . The g a s e s l e a v i n g

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c o n d e n s e r c o n t a i n e d

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p r e s e n t

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t h e o r e t i c a l l y t o b e

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t h e p h t h a l i c

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p r e s e n t

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t h e

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t h e r s t

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o f

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anhydride

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1 4 1 due

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b e e n m a i n t a i n e d

o n s t r e a m

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o v e r

t h e e n t i r e

c o n d e n s e r

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c r u d e p h t h a l i c a n h y d r i d e was a p p r o x i m a t e l y a n a v e r a g e

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c u b i c

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o f t h e c o n v e r g i n g p l a t e

d e s i g n d e s c r i b e d

h e r e i n b u t i s n o t

a m i s t f r e e o p e r a t i o n . T h e r e f o r e , t h e

r e s u l t s

o b t a i n e d a r e

n o t

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i t

c o n s t i t u t e s a

v a s t

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o f

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s a v i n g s

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c o o l e r

s u r f a c e .

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c l a i m e d i s :

1 . A r o c e s s o f s u b l i m i n g

p h t h a l i c a n h y d r i d e from a

g a s c o n t a i n i n g p h t h a l i c a n h y d r i d e

i n

v a p o r

p h a s e

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p r i s i n g p a s s i n g t h e p h t h a l i c a n h y d r i d e i n m i s t - f r e e

o p e r a

t i o n b e t w e e n

c o n v e r g i n g c o n d e n s e r

p l a t e s c o n t a i n i n g c o o l

a n t

and i n c o u n t e r c u r r e n t f l o w t o

t h e

c o o l a n t , s a i d g a s

s t r e a m p a s s i n g i n s t r a i g h t l i n e u n i d i r e c t i o n a l

f l o w .

2..A p r o c e s s

a c c o r d i n g t o

c l a i m 1 w h e r e i n

t h e o p e r a

t i o n i s c a r r i e d

o u t a t

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t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e

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R e y n o l d s

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r a n g e

o f t h e g a s from

3200 t o 7 0 0 0 .

3 . A r o c e s s a c c o r d i n g t o c l a i m 1 w h e r e i n t h e o p e r a

t i o n i s c a r r i e d o u t y a t a

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d i f f e r e n c e

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c e e d i n g

7 0

C . f o r

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R e y n o l d s number r a n g e

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from

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1 2 0 0 0 .

4 .

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w h e r e i n t h e

o p e r a

t i o n i s

c a r r i e d

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temperature

d i i f e r n t i a l

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l e a s t

1 5 , 0 0 0 .

5 .

A r o c e s s - o f

s u b l i m i n g

p h t h a l i c a n h y d r i d e from a

g a s c o n t a i n i n g

p h t h a l i c

a n h y d r i d e

i n v a p o r

p h a s e

c om

p r i s i n g

p a s s i n g

t h e

p h t h a l i c 4 a n h y d r i d e b e t w e e n c o n d e n s e r

s u r f a c e s , s a i d c o n d e n s e r

c o n t a i n i n g

c o o l a n t , t h e

g a s a n d

c o o l a n t

b e i n g i n c o u n t e r c u r r e n t o w , s a i d g a s h a v i n g

a

R e y n o l d s

number o f

a t

l e a s t

1 2 , 0 0 0 ,

t h e t e m p e r a t u r e

d i f f e r e n t i a l

b e t w e e n t h e g a s

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t h e t e m p e r a t u r e d i i f e r e n c e s

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g i v e s

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m i s t - f r e e

o p e r a t i o n .

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d i f f e r e n t i a l

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c e e d i n g 1 0 0 C .

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Reynolds

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g a s o f a t

l e a s t 2 0 , 0 0 0 .

R e f e r e n c e s C i t e d

UNITED STATES P A T E N T S

2,692,657

10/1954

Barton _________

__

260-346]

NICHOLAS S . R I Z Z O ,

P r i m a r y E x a m i n e r .

condensation of phthalic anhydride

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