DE1170908B - Kontaktturm fuer Gase und Fluessigkeiten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4ÜZ7VW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B Ol j

Deutsche Kl.: 12 g-1/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H 42960 IVa/12 j

26. Juni 1961

27. Mai 1964

Die Erfindung betrifft einen Kontaktturm für Gase und Flüssigkeiten, der sich insbesondere für kontinuierliche Prozesse, wie für die Trocknung von Chlorgas mit flüssiger Schwefelsäure eignet.

Die in der chemischen Technik bisher gebrauchliehen Vorrichtungen, wie Kühl- oder Absorptionskolonnen, weisen im allgemeinen Füllungen mit oberflächenvergrößernden Körpern wie Ringen oder Kugeln auf und sind mit Zu- und Ableitungen derart ausgestattet, daß bei dem Hindurchziehen der Gaskomponente durch die flüssige Komponente im Gegenstrom eine möglichst feine Verteilung und damit eine große Einwirkungsoberfläche erreicht wird. Bekannt sind auch Kolonnen mit gelochten Böden oder Glockenboden sowie mit Anordnungen in den Türmen, die den Gas- oder Flüssigkeitsweg bestimmen. Zum Kühlen, Kondensieren oder für die Absorption stark korrodierender oder ätzend wirkender Flüssigkeiten, Gas und Dämpfe besteht demgemäß eine bekannte Vorrichtung aus zu einer Säule zusammensetz- *° baren linsen- oder tellerförmigen Hohlkörpern, die durch ihre Form Ansammlungen der an den Innenwänden herabfließenden Flüssigkeit ermöglichen sollen und wobei die Böden dieser Hohlkörper bis auf einen in diese Kammern hineinragenden Gasstutzen geschlossen sind, der seinerseits von einem glokkenförmigen Körper übergriffen ist. Ein in dieser Säule aufsteigender Gasstrom wird dadurch gezwungen, in Form von Blasen die Flüssigkeitsansammlungen in den einzelnen Hohlkörpern zu durchziehen, um damit eine innigere Berührung der beiden Medien, wie auch eine bessere Durchmischung der Flüssigkeit zu ermöglichen. Ein anderer bekannter Kontaktturm ist mit übereinanderliegenden, im wesentlichen durch Siebboden getrennten Kammern ausgestattet, die mit Einrichtungen zum Stauen einer in verschiedenen Höhenlagen zuzuführenden Flüssigkeit versehen sind. Der Kontaktturm nach der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls aus übereinander angeordneten Kammern gebildet, deren Böden bis auf die in die Kammern einragenden Gasstutzen geschlossen sind, die ihrerseits von glockenförmigen Körpern übergriffen werden, jedoch gegenüber den bekannten Einrichtungen dadurch gekennzeichnet sind, daß vom unteren Rand der glockenförmigen Körper parallel zu den Kammerboden bis zur Innenwand des Turmes sich erstrekkende Siebboden angeordnet sind, welche die Kammern in zwei übereinanderliegede Räume trennen, in deren jeweils oberen Raum Flüssigkeitseinlaß- und -ablaßstutzen führen, deren tieftste Stellen unterhalb der Oberkante des obenerwähnten Gasstutzens liegen, wobei die Einlaß- und Ablaßstutzen je zweier über-Kontaktturm für Gase und Flüssigkeiten

Anmelder:

Per O. Hagbarth, Frankfurt/M., Kaiserstr. 58

Als Erfinder benannt:

Per O. Hagbarth, Frankfurt/M.

einanderliegender Kammern durch Rohre mit Siphonverschluß verbunden sind.

Gegenüber der bekannten Ausbildung einer aus Hohlkörpern gebildeten Säule mit in diese Körper hineinragenden und von glockenförmigen Körpern übergriffenen Stutzen wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß der Gasweg sich nicht nur auf eine Umströmung der Glockenaußenflächen beschränken kann, da die bis zur Innenwand des Turmes sich erstreckenden Siebboden seitlich der Glocken innerhalb der Flüssigkeit einen so vollkommenen Abschluß ergeben, daß das Gas zunächst etwa radial nach außen innerhalb der Flüssigkeit verdrängt wird, bevor es durch die öffnungen der Siebboden hindurchtreten kann. Wenn das Gas die Flüssigkeit dabei nach oben durch die Löcher zum Teil mit verdrängt, so kann sich über dem Siebboden eine Flüssigkeitsschicht bilden, durch welche das Gas weiterhin über einen wesentlichen Teil des Turmquerschnittes hindurchperlen muß. Die Flüssigkeitsfüllung in den einzelnen Kammern ist durch die Verbindung von Einlaß- und Auslaßstutzen je zweier übereinanderliegender Kammern durch Rohre mit Siphonverschluß gegen ein Übertreten in die Gasleitung, beispielsweise bei auftretenden Druckstößen, gesichert. Ein Auslaufen des Turmes während einer Arbeitsunterbrechung ist ausgeschlossen, und bei einem Wiederanfahren mit Gas ist eine Sicherheit dafür geschaffen, daß eine wirksame Flüssigkeitsschicht schon bei der allerersten durchblubbernden Gasblase vorhanden ist.

Die Anordnung der außen am Reaktionsturm angeschlossenen Verbindungsleitungen bietet ferner die Möglichkeit, in einfacher Weise durch Höhenregulierung der Überlaufrohre die Standhöhe der über den Siebboden stehenden Flüssigkeitsschicht ohne Eingriff in den Turm selbst von außen zu regeln bzw. durch Verwendung durchsichtiger Rohrverbindungen die Strömung der Flüssigkeit von außen zu überwachen und durch Messen des Höhenstandes zwischen zwei

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Flüssigkeitsspiegeln im Unterteil des Siphonverschlus- Nunmehr wird das warme, mit Wasser gesättigte

ses den Druckabfall über dem entsprechenden Boden und durch mitgerissene Elektrolyte sowie organische

zu ermitteln. Reaktionsprodukte verunreinigte, von den Elektro-

Die Zeichnung zeigt das Ausführungsbeispiel eines lysezellen kommende Chlorgas über das Rohr 19 in beispielsweise für die Chlorgastrocknung geeigneten 5 Kammer 9 eingesaugt, drückt das im Unterteil der Kontaktturmes gemäß der Erfindung in schematischer Kammer 10 stehende Kühlwasser durch die Löcher Darstellung. Hiernach sind in dem aus einzelnen hoch, durchperlt in kleinen Bläschen die über dem Schüssen zusammengesetzten Turm 1 die Kammer- Siebboden dieser Kammer stehende Wasserschicht, boden 2 bis auf die in die Kammern einragenden Gas- strömt in gleicher Weise zur Kammer 11 usw. bis zur stutzen 3 geschlossen. Parallel zu den Kammerböden io Kammer 12, von wo aus das Chlorgas in die Trennerstrecken sich die Siebboden 4 vom unteren Rand kammer 8 strömt.

der glockenförmigen Körper 5 bis zur Innenwand des Das verdrängte Wasser fließt ab. Nach wenigen Turmes. Mit 7 sind die Flüssigkeitseinlaßstutzen be- Minuten stellt sich ein Gleichgewicht ein. Dabei kann zeichnet, die mit den zugehörigen Flüssigkeitsablaß- es vorkommen, daß das Wasser aus dem unteren Teil stutzen durch Rohre mit Siphonverschluß verbunden 15 der Kammern nicht restlos verdrängt wird, sondern sind, was in der Zeichnung durch gestrichelte Pfeil- an der Außenperipherie noch bleibt, weil der Turm linien angedeutet ist. Die Gaswege sind durch dünne so ausgelegt wird, daß erst bei Vollast auf der Gas-Pfeile gekennzeichnet. Die einzelnen Glockenboden, seite das Wasser im Unterteil völlig nach oben verwie sie in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, drängt ist. Bei Teillast steht also im Unterteil jeder werden zweckmäßig durch Ringsegmente, warzen- 20 Kammer 10 bis 12 immer Wasser; dabei wird die artige Erhebungen od. dgl. auf den sie tragenden Flüssigkeit in jeder Kammer zwischen Sieb- und Böden der Turmschüsse in gewünschtem Parallel- Sperrboden umgewälzt, indem das Gas die Flüssigkeit abstand oberhalb der Kammerböden 2 gehalten, so in einem zur Turmachse benachbarten ringförmigen daß damit ein ausreichender Zwischenraum zwischen Bereich durch die Löcher des Siebbodens hindurch den Gasstutzen und den sie übergreifenden glocken- 25 nach oben umkreist, während die Flüssigkeit in einem förmigen Körpern gewährleistet ist. der Innenwand des Turmes benachbarten ringförmi-

Für die Trocknung von Chlorgas gilt beispielsweise gen Bereich durch die Löcher des Siebbodens zurück

folgendes: Das in der Chloralkali-Elektrolyse erzeugte zum Sperrboden fließt; dadurch wird eine gleichmäßige

Chlorgas ist feucht, im allgemeinen mit Wasserdampf Konzentration erreicht; die Einregulierung jedoch

bei +70° C gesättigt und muß, ehe es verflüssigt 30 erfordert keinerlei Einrichtungen, sondern erfolgt

wird, gekühlt und getrocknet werden. Wenn das zwangläufig.

Chlorgas nicht genügend trocken ist, führt dies zu Die das Gas durchströmende Wasserschicht ober-

Schwierigkeiten in der Verflüssigung und Aufbewah- halb des Siebbodens bleibt in ihrer Höhe konstant,

rung, was jedoch vermieden wird, wenn das Chlorgas und der Strömungswiderstand auf der Gasseite bleibt

die Trocknungsanlage mit einer zurückbleibenden 35 in praktischen Grenzen unverändert, wodurch es mög-

Feuchtigkeit entsprechend einem Taupunkt von Hch ist, die Gasbeleuchtung des Turmes vom Maxi-

— 45° C oder niedriger verläßt. malwert bis auf Null zu varriieren, ohne die Wirkung

Je nach dem gewünschten Grad der Wasserfreiheit zu beeinträchtigen, während die herkömmlichen waren bisher drei oder vier mit Füllkörpern beschickte Türme sowohl eine obere Grenze der Berieselungs-Kontakttürme außer dem Kühler erforderlich. Die 40 stärke, wobei Flüssigkeit mitgerissen wird und Stau-Türme werden mit Schwefelsäure berieselt, und um ungen auftreten, als auch eine untere Grenze haben, eine vollständige Benetzung der Füllkörper zu er- bei welcher die Füllkörper nicht mehr vollständig bereichen, ist eine größere Zugabe an Schwefelsäure netzt werden, kann bei einem Kontaktturm gemäß der erforderlich als der Trocknungsprozeß an sich erfor- Erfindung die Flüssigkeitszufuhr weitgehend gedrosdert. Als Folge dessen stellt sich, da die Säure mit 45 seit werden. Flüssigkeit wird nicht von Kammer zu einer Pumpe pro Turm umgewälzt werden muß, bei Kammer mitgerissen, sondern fließt erst dann durch kontinuierlichem Betrieb und unabhängig von der die Auslaßstutzen ab, wenn die betriebsbedingte, ein-Bemessungshöhe die Säurekonzentration auf einen mal einregulierte Flüssigkeitshöhe überschritten wird, bestimmten Wert ein, der innerhalb jedes Turmes Diese Mindesthöhe bleibt aber immer konstant, wespraktisch überall gleich ist. 50 halb man sie auf der Flüssigkeitsseite vom Maximal-

Ein Kontaktturm der dargestellten Art stellt mit wert bis auf Null einregulieren kann,
seinen einzelnen Böden jeweils eine Füllkörperkolonne Durch die innige Berührung zwischen Chlorgas und mit Pumpe dar und als Ganzes eine Anlage, wie sie Wasser wird eine gute Waschwirkung erreicht und einer solch bekannten Art aus einer Reihe nachein- mitgerissene Tröpfchen der Elektrolyte, selbst wenn andergeschalteter Türme entspricht. Der dargestellte 55 sie durch Abdampfen in Salzpartikelchen übergegan-Turm besteht sonach eigentlich aus zwei durch die gen sind, werden, wie auch ein Teil organischer VerKammer 8 getrennten Türmen 9 bis 12 bzw. 13 bis 16. unreinigungen, in den Wasserschichten zurückge-

Beim Anfahren wird Kühlwasser durch das in die halten.

Kammer 12 führende Rohr 17 zugegeben, fließt durch In den herkömmlichen Türmen mußt stets darauf

die Löcher des Siebbodens in dieser Kammer und 60 geachtet werden, daß die Wassertemperatur nicht

steigt über den Siebboden so weit an, daß es über den unter +10° C fällt, da sich bei +9,8° C ein fester

Ablaßstutzen usw. in die darunterliegenden Kammern Niederschlag von Chlor und Wasser als Chlorhydrat

11 und 10 gelangt, die sich bis zu einer Höhe mit bildet. Das Chlorhydrat ist jedoch über 10° C nicht

Wasser füllen, wie sie bei der Herstellung des Turmes beständig und zerfällt, wenn die Temperatur dement-

durch entsprechende Anordnung des Gasstutzen und 65 sprechend erhöht wird.

durch die Ein- und Ablaßstutzen bestimmt wird. Von Wenn aber das einem Füllkörperturm zugegebene

der Kammer 9 schließlich fließt das Wasser durch das Kühlwasser unter 10° C herabsinkt, wird dies nicht

Rohr 18 ab. immer gleich bemerkt, und der Turm kann sich da-

durch verstopfen, was so vollständig geschehen kann, daß ein Betriebsausfall für mehrere Stunden eintritt und zu außerordentlichen Maßnahmen zum Auftauen des Chlorhydrats führt.

Beim Kontaktturm der Erfindung wird die Wärmeübertragung vom Chlorgas auf das Wasser verbessert, und die Chlorgastemperatur kann beinahe auf die Temperatur des Wassers gebracht werden. Hierdurch wird also die Chlorgastemperatur niedriger als in den herkömmlichen Türmen gehalten, der Gehalt an Wasser ist dementsprechend geringer, und der nachfolgende Trocknungsvorgang wird erleichtert.

Bei Türmen nach der Erfindung wird eine eventuelle Chlorhydratbildung dadurch sofort festgestellt, daß die normalerweise klare Flüssigkeit im Überlaufrohr von Kammer 12 bis Kammer 11, das am zweckmäßigsten aus durchsichtigem Glas besteht, trüb wird. Die Trübe geht jedoch schnell zurück, wenn die Kühlwassermenge etwas gedrosselt wird, wobei das auf dem Lochboden der Kammer 12 stehende Wasser durch den Wärmegehalt des Chlorgases zwangläufig über +10° C gebracht wird. Die Möglichkeit, die Flüssigkeitszugabe kurzfristig erheblich herunterzusetzen oder ganz abzustellen, ohne die Wirkungsweise und den Wirkungsgrad des Turmes zu beeinträchtigen, ermöglicht also einen Dauerbetrieb ohne Stilllegung, auch wenn sich Chlorhydrate bilden sollten.

Das heruntergekühlte Chlorgas ist bis auf eine Feuchtigkeit entsprechend etwa der Kühlwassertemperatur erheblich entwässert. Beispielsweise enthält das von den Diaphragmazellen mit einer Temperatur von 90 bis 95° C erzeugte Chlorgas bis zu 1300 g Wasser pro Kilogramm Chlorgas, während bei Quecksilberzellen mit einer Temperatur von 75 bis 80° C der Wassergehalt bis zu 250 g pro Kilogramm Chlor ansteigen kann. Wenn jetzt — wie in Türmen nach der Erfindung — die Temperatur des Chlorgases durch direkten und sehr innigen Kontakt mit Kühlwasser auf 12° C heruntergesetzt werden kann, kondensiert der größte Teil des Wassers, und Chlorgas enthält nur knapp 4 g Wasser pro Kilogramm Chlor.

Das gekühlte und entwässerte Chlorgas strömt durch die Kammer 8, die als Trennkammer vorgesehen ist. Hier sollen mitgerissene Wassertröpfchen zurückgehalten werden. Praktische Versuche haben allerdings erwiesen, daß die Wasserschicht auf dem Lochboden der Kammer 12 keinerlei Tröpfchen abgibt, deswegen kann gegebenenfalls auch die Kammer 8 entfallen.

Von der Trennkammer 8 kommt das Chlorgas in die Kammern 13 bis 16, wo es mit Schwefelsäure in Kontakt gebracht wird. Diese Kammern stellen also im vorliegenden Fall den Trockenturm dar. Das Anfahren dieses Turmes erfolgt zu gleicher Zeit und in gleicher Weise, wie oben für die Kühl- und Waschkammern 9 bis 12 ausführlich beschrieben wurde. Die konzentrierte Schwefelsäure wird für diesen Verfahrensteil durch die Rohrleitung 20 eingeführt und fließt als verdünnte Säure von der Kammer 13 ab.

Die über den Siebboden in der Vorrichtung gemäß Erfindung stehende Flüssigkeitsschicht wird ja von den Gasbläschen durchgeblubbert. Auch bei voller Gaslast hält die Flüssigkeitsschicht gut zusammen und gibt keine Tropfen ab, die in die nächst höhere Kammer durch das nach oben strömende Gas mitgerissen werden könnten. Dadurch ist ein bisher zur Abscheidung von Schwefelsäuretröpfchen normalerweise in der Abgasleitung erforderlicher Flüssigkeitsabscheider entbehrlich.

Der Platzbedarf und besonders die Bauhöhe eines Kontaktturmes gemäß der Erfindung ist gering. In Chlorfabriken, in denen bereits mit Füllkörperkolonnen für die Trocknung gearbeitet wird, ist eine erheblich größere Leistung in den vorhandenen Raum einzubauen, wenn solche Füllkörperkolonnen durch Kontakttürme gemäß Erfindung ersetzt werden.

Die Türme nach der Erfindung haben also in jeder Kammer teils ein Siebboden, teils einen Sperrboden. Dadurch bleibt die Flüssigkeit so lange in jeder Kammer, wie es notwendig erscheint.

Der Kontaktturm gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Reaktionen bzw. physikalischen Umsetzungen, die langsam verlaufen, denn durch seine Konstruktion wird Gleichgewicht zwischen Flüssigkeits- und Gasphase in jeder Kammer erreicht, und die Böden arbeiten ideal.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kontaktturm für Gase und Flüssigkeiten aus übereinander angeordneten Kammern, deren Böden bis auf in die Kammern einragende Gasstutzen geschlossen sind, die ihrerseits von glokkenförmigen Körpern übergriffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß vom unteren Rand der glockenförmigen Körper (5) parallel zu den Kammerböden (2) bis zur Innenwand des Turmes (1) sich erstreckende Siebboden (4) angeordnet sind, welche die Kammern in zwei übereinanderliegende Räume trennen, in deren jeweils oberen Raum Flüssigkeitseinlaß- und -ablaßstutzen (7) führen, deren tiefste Stellen unterhalb der Oberkante des Stutzens (3) liegen, wobei die Einlaß- und Auslaßstutzen je zweier übereinanderliegender Kammern durch Rohre mit Siphonverschluß verbunden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 911 972;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 833 527.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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