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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Flusssäure
Die Herstellung von Flusssäure aus Flussspat und Schwefelsäure erfolgt heute in Reaktions- öfen aus Schmiedeeisen, die von aussen beheizt werden. Bei den modernen Verfahren findet ein kontinuierlicher Durchgang des Reaktionsgemisches durch den Ofen statt. Die Beschickung des Ofens erfolgt durch getrennte Zufuhr von Flussspat und Schwefelsäure mittels kontinuierlich arbeitender Vorrichtungen. Alle bisher verwendeten Reaktionsöfen zeigen den Nachteil, dass infolge Klumpenbildung des Reaktionsgemisches eine homogene Vermischung des Flussspats mit der Schwefelsäure im Ofen sehr erschwert ist und aus diesem Grund mit einem Überschuss über die theoretisch erforderliche Menge an Schwefelsäure gearbeitet werden muss.
Dieser Überschuss an Schwefelsäure wirkt sich sehr nachteilig aus, insofern als sich im Verlauf der Reaktion Zwischenprodukte bilden, die stark korrodierend wirken, insbesondere auf den Einlaufteil des Ofens. Anderseits verunreinigen die von den Flusssäuredämpfen mitgeführten Schwefelsäuredämpfe das Endprodukt und erschweren die Kondensation, so dass die erhaltene Flusssäure oft einer getrennten Destillation und Rektifizierung unterworfen werden muss.
Es wurde nun gefunden, dass diese Nachteile weitgehend vermieden werden können, wenn die Reaktionsöfen mit einem homogenen Gemisch von Flussspat und Schwefelsäure beschickt werden.
Da jedoch die Reaktion zwischen dem Flussspat und der Schwefelsäure schon bei gewöhnlicher Temperatur einsetzt, muss dafür gesorgt werden, dass die entstehende Flusssäure nicht in die Atmosphäre entweicht.
Die kontinuierliche Herstellung von Flusssäure durch Umsetzung von Flussspat mit Schwefelsäure in einem Reaktionsofen, wobei die beiden Reaktionsteilnehmer vor ihrer Einführung in den Reaktionsofen gemischt werden, erfolgt nun erfindungsgemäss nach einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Reaktionsteilnehmer an getrennten Einlassstellen in eine in den Reaktionsofen mündende, kontinuierlich arbeitende Misch- und Fördervorrichtung eingeführt werden, wobei in dem zwischen den getrennten Einlassstellen befindlichen Teil der Misch- und Fördervorrichtung der Flussspat gestaut wird, um einen Pfropfen zu bilden, der das Entweichen von Gas in der der Förderrichtung entgegengesetzten Richtung verhindert und die Reaktion zwischen Flussspat und Schwefelsäure in der kontinuierlichen Mischvorrichtung durch Wärmezufuhr so weit vollzogen wird,
dass ein körniges Produkt ausfällt.
Es hat sich gezeigt, dass man beim Arbeiten gemäss vorliegender Erfindung, d. h. bei Umsetzung von Flussspat mit der Schwefelsäure durch Wärmezufuhr in der hier beschriebenen Mischvorrichtung ein krümeliges Produkt in der Mischvorrichtung erhält. Die geregelte Wärmezufuhr kann hiebei auf beliebige Art durch die Kneterwand oder-welle erfolgen und/oder durch Vorheizung der Schwefelsäure. Bereits bei teilweisem Umsatz von Flussspat mit Schwefelsäure in der Mischvorrichtung erhält man ein Reaktionsgemisch körniger Natur, welches dann in den Reaktionsofen übergeführt wird, wo es zufolge des weiteren Reaktionsverlaufes direkt in ein trockenes Pulver übergeht, das an den Ofenwänden nicht festhaftet.
Es wird auf diese Weise ein störungsfreier Durchlauf des teilweise in der Mischvorrichtung entstandenen Reaktionsproduktes nebst noch nicht umgesetztem Flussspat und Schwefelsäure gesichert, wobei der zur Erzielung des praktisch vollkommenen Reaktionsverlaufes erforderliche Säureüberschuss wesentlich geringer ist als bei den Verfahren gemäss dem Stande der Technik.
Da nach dem Ausfall aus der Mischvorrichtung eine Entmischung der beiden Komponenten nicht mehr möglich ist, lokaler Mangel an Säure daher nicht auftreten kann, ist dies durchaus verständlich.
Zur Durchführung dieses Verfahrens kann z. B. ein Schneckenmischer verwendet werden.
Eine für die Durchführung des erfindunggemässen Verfahrens geeignete Misch- und Knetvorrichtung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. 1 einen senkrechten Schnitt und Fig. 2 einen Ausschnitt der Mischund Knetvorrichtung zeigen.
Die Mischvorrichtung, die gleichzeitig eine Knetvorrichtung ist, weist eine Schnecke 1 mit Antrieb 2 und ein Gehäuse 3 auf, das am Mantel des Reaktionsofens 4 angeflanscht ist. Das Gehäuse 3 ist mit getrennten Einlässen 8 bzw. 9 für die Zufuhr von Flussspat bzw. Schwefelsäure
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ausgerüstet. Ferner ist in der Mischvorrichtung eine Wärmeanlage 12 vorgesehen, die gestattet, das Einsetzen der Reaktion zwischen Flussspat und Schwefelsäure zu fördern, weshalb diese Wärmeanlage vorzugsweise in unmittelbarer Umgebung der Einlässe 8 bzw. 9 angeordnet ist. Die Wärmeanlage kann beliebiger Art sein und dient dazu, die gewünschte optimale Reaktionstemperatur in der Mischvorrichtung zu gewährleisten. Im vorliegenden Fall weist der Reaktionsofen ein stehendes Gehäuse auf.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Misch- und Knetvorrichtung an ein rotierendes oder sonstwie bewegliches Gehäuse des Reaktionsofens anzuschliessen, wobei die Dichtung zwischen Reaktionsofen und Misch- und Knetvorrichtung in bekannter Weise durch eine Stopfbüchse oder einen Schleifring (z. B. Drehofen-Dichtung) erfolgen kann. Die Misch- und Knetvorrichtung ist mit am Gehäuse 3 befestigten Knet- und Mischzähnen 10 versehen. Die Schnecke vollführt eine hin-und hergehende Bewegung, wobei die Misch- und Knetzähne durch Lücken im Schneckengang hindurchgehen und eine besonders intensive Durchmischung bewirken.
Es können selbstverständlich auch andre Mischund Knetschnecken verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie eine gleich gute Durchmischung ermöglichen, wie die oben beschriebene Schnecke.
Der das Entweichen der Flusssäure nach der Atmosphäre verhindernde Abschluss zwischen dem Innern der Misch- und Knetvorrichtung sowie des Reaktionsofens einerseits und der Atmosphäre anderseits wird durch den Pfropfen 7 gebildet. Dieser Pfropfen wird durch Aufstauen des Flussspats zwischen dem Flussspateinlass 8 und dem Schwefelsäureeinlass 9 gebildet. Die Stauung des Flussspats kommt dadurch zustande, dass das Gehäuse 3 auf einer Strecke, die der Länge des zu bildenden Pfropfens entspricht, keine Zähne besitzt und der Schneckengang eine Lücke aufweist, deren Breite der Länge des zu bildenden Pfropfens entspricht.
Der durch die Schnecke herangeführte Flussspat füllt den zahnfreien Raumteil des Gehäuses 3 aus. Der Pfropfen 7 wird durch den kontinuierlich nachgelieferten Flussspat in Richtung des Ausgangs der Misch- und Knetvorrichtung geschoben, bis er vom Schneckengang wieder erfasst wird. Es findet daher von der Einlaufseite der Misch- und Knetvorrichtung her eine fortlaufende Erneuerung des Pfropfens statt, der am Ende des zahnlosen Teiles von der Schnecke laufend wieder zerstört wird. Da die einlaufende Schwefelsäure den Pfropfen auch noch feucht hält, wird ein sehr guter Gasabschluss erzielt.
Um die Verteilung des Reaktionsgemisches im Reaktionsofen zu erleichtern, kann es vorteilhaft sein, am Auslassende der Knetmaschine ein Organ vorzusehen, dank welchem das austretende Reaktionsgemisch eine körnige Form erhält. Dieses Organ kann beispielsweise aus einer perforierten Platte 5 (Fig. 1) bestehen.
Da mit einer derartigen Anordnung ein gasdichter Abschluss gewährleistet wird, kann es zweckdienlich sein, eine Ausgangsöffnung 6 in jenem Teilstück des Gehäuses der Knetmaschine vorzusehen, welches in den Reaktionsofen einmündet, so dass die Flusssäure, welche sich bereits bei gewöhnlicher Temperatur während des gründlichen Vermischens des Flussspats mit der Schwefelsäure bildet, entweichen kann.
Die Dichte des Abschlusspfropfens kann noch erhöht werden, indem der Pfropfenquerschnitt verkleinert wird, beispielsweise mittels einer Düse 11 (Fig. 2) von beliebigem Querschnitt, durch welche der Flussspat gepresst wird, so dass der auf den Pfropfen wirkende Druck und die Homogenität noch erhöht werden. Die Querschnittsverkleinerung des Pfropfens kann auch mittels einer Lochscheibe herbeigeführt werden..
Um ein genügend Kanäle für das Entweichen der entstehenden Flusssäure aufweisendes, festes Granulat zu erhalten, kann es zweckmässig sein, dem Reaktionsgemisch einen Zusatzstoff, vorzugsweise von pulverförmiger Form, der an der Reaktion nicht teilnimmt, beizumischen.
Dieser Zusatzstoff kann das bei der Reaktion von Flussspat und Schwefelsäure entstehende Calciumsulfat selbst sein.
Überdies kann man an Stelle des Einlasses 9, durch welchen Schwefelsäure in die Mischvorrichtung zugeführt wird, mehrere derartige Zufuhrleitungen vorsehen, dank welchen die Schwefelsäure dem Flussspat bei dessen Durchgang durch die Knetvorrichtung an mehreren hintereinander gestaffelten Stellen der besagten Knetvorrichtung zugeführt wird.
Als weitere Vorteile ergeben sich ein geringerer chemischer Angriff im Ofenraum, da man, wie schon erwähnt, infolge der Homogenität der Reaktionsmasse und deren grosser Oberfläche schon bei niedrigeren Temperaturen einen raschen Reaktionsverlauf erzielt.
Die nach dem neuen Verfahren mögliche Absenkung der Reaktionstemperatur hat weiter auch zur Folge, dass der Schwefelsäure-Partialdruck tiefer liegt und damit in der angeschlossenen Kondensation ein reineres Produkt anfällt.
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