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Verfahren zur Herstellung von Kontaktschwefelsäure.
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Trägt man die Dampfdrucktemperaturen verschiedener hochkonzentrierter Schwefelsäuren von etwa 89-99'3 nach Angaben von Landolt-Börnstein, Phy. Chem. Tabellen, 5. Auflage, E. 1. ; 757, auf ein gemeinsames Blatt auf, so findet man, dass es eine Säure von ungefähr 98% gibt, deren Partial- dampfdrücke von S03 und BO niedriger sind als die der übrigen Säuren höherer oder niedrigerer Konzentration.
Bei den letzteren Säuren zeigt sich die Erscheinung, dass entweder der S03-Partialdruck (bei Konzentration grösser als 98%) oder der Wasserdampfpartialdruck (bei Konzentration kleiner als 98%) mit der Temperatur relativ stark ansteigt, während der Dampfdruck der andern Komponenten (HO respektive SOg) sehr niedrig bleibt (vgl. Fig. 2).
Die physikalisch-chemischen Gesetze verlangen nun, dass die in der Gasphase befindlichen Komponenten einer Lösung mit dieser im Gleichgewicht stehen müssen.
Hat man also z. B. ein System Luft-SOg-Gas-HO-Dampf einerseits und hochkonzentrierte Schwefelsäure anderseits, so wird so lange SOg-Gas und HO-Dampf von der Schwefelsäure aufgenommen werden, bis Gleichgewicht erzielt ist.
In Fig. 3 sind die Partialdrücke hochkonzentrierter Schwefelsäure bei 2000 C gegen die Konzentration aufgetragen. Man erkennt sofort den steilen Abfall der Wasserdampfpartialdrücke, sobald man sich dem Gebiet der Säuren über 92% ISO, nähert. Anderseits wird der SOg-Partialdruck erst bei Konzentration weit über 98% merklich. Zwei Linien (A und B) deuten die Partialdrücke SOg,
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bei einer Konzentration der Schwefelsäure von etwa 98% ILSO, liegt.
Ähnliche Diagramme, wie in Fig. 2 dargestellt, lassen sich auch für andere Temperaturen festlegen, wodurch es möglich ist, den Temperaturbereich, innerhalb dessen noch Absorption eintritt, festzulegen. Man findet auf diese Weise, dass die obere Grenze der Absorptionsfähigkeit bei ungefähr 240 C liegt. Die untere Grenze ist durch die Temperatur gegeben, bei welcher Kondensation von Schwefelsäure und Bildung von Nebel eintreten kann und die bei ungefähr 180 C liegt.
Aus diesen Überlegungen geht hervor, dass es möglich sein muss, bei Temperaturen zwischen 180 und 240 C mittels hochkonzentrierter Schwefelsäure eine fast quantitative Absorption des im Gase enthaltenen Wasserdampfes und eine teilweise Absorption des S03 zu erzielen.
Da bei dieser Art der Absorption das S03 und der Wasserdampf getrennt in der Absorbersäure
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säurenebeln völlig ausgeschlossen.
Dass es sich bei vorliegendem Verfahren tatsächlich um eine Absorption und nicht um eine Kondensation, wie sie z. B. in den D. R. P. Nr. 606235, 607216 und 613677 beschrieben ist, handelt, ist durch die Resultate der Praxis bewiesen.
Es wurde z. B. ein Gas verwendet, dessen molarer Gehalt an S03 und Wasserdampf praktisch gleich war. Die Konzentration der auf beiden Türmen zur Absorption verwendeten Schwefelsäure war genau 98'8%.
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Hieraus geht hervor, dass im ersten Turm praktisch nur Wasser, im zweiten Turm nur S03 absorbiert wurde.
Wäre eine Kondensation eingetreten, hätte sich die Konzentration der Säure nicht ändern dürfen, da nur Monohydrat kondensiert worden wäre.
Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wurde ausserdem gefunden, dass nicht nur die theo- retischen Überlegungen vollinhaltlich zutreffen, sondern dass auch die Geschwindigkeiten der Absorption trotz der relativ niedrigen Tensionsunterschiede doch so gross sind, dass eine technische Ausnutzung möglich ist. Dabei war die Konzentration der entstehenden Säure abhängig von dem Verhältnis der in den Gasen enthaltenen Mengen SOg und Wasserdampf, und es hat sich gezeigt, dass, wenn S03 und Wasser- dampf sogar im Molverhältnis 1 : 1 vorhanden sind, eine restlose Absorption in dem neuen System der Anwendung zweier Türme durchgeführt werden kann.
Wenn in besonderen Fällen der Wassergehalt höher ist als SOg-Gehalt, erscheint es. zweckmässig, die für die Verbrennung des gebundenen Schwefels dienende Luft so weit vorzutrocknen, dass mindestens das Molverhältnis l : l nicht überschritten wird.
Die wesentlichen Vorteile des neuen Verfahrens liegen darin, dass die bisher angewendeten, umfangreichen Wasch-und Reinigungsanlagen, bestehend aus Kühlern, Waschtürmen, Koksfiltern oder elektrischen Entnebelungsapparaturen, vollständig in Wegfall kommen und dass der Aufbau des Kontaktapparates infolge Wegfall der Wärmeaustauscher eine ganz wesentlich billigere Herstellung der Gesamtanlage gestattet. Von besonderer Bedeutung ist es, dass man für die Absorption der feuchten Gase Konstruktionsmaterial verwenden kann, wie es bisher stets in der Technik zur Anwendung kam, während bei der fraktionierten Kondensation infolge der wechselnden Nachkonzentration der Säure nur sehr hochwertiges und wenig widerstandsfähiges Material brauchbar ist.