DE1519674B1

DE1519674B1 - Mit einem Tauchbrenner ausgeruesteter Verdampfer

Info

Publication number: DE1519674B1
Application number: DE19651519674D
Authority: DE
Inventors: James Austin; Highbrow John David Ellis
Original assignee: Occidental Research and Engineering Ltd
Current assignee: Occidental Research and Engineering Ltd
Priority date: 1964-07-21
Filing date: 1965-07-21
Publication date: 1971-05-19
Also published as: DK130815B; IL24003A; FI43588B; GB1072368A; US3276443A; NL6509466A; DK130815C; BE708588A; JPS493748B1; FR1502622A; NL159631B

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einem Tauch- sichtlich der Auswahl geeigneter Baustoffe, die den brenner ausgerüsteten Verdampfer, dessen an eine höheren Temperaturen und korrodierenden Bedin-Verbrennungskammer angeschlossenes Tauchrohr mit gungen gewachsen sind, sondern auch wegen der seiner Mündung senkrecht in die einzuengende Flüs- stärkeren Bildung von Abscheidungen unlöslicher sigkeit eintaucht, wobei die Tauchrohrmündung von 5 Polyphosphate und Metaphosphate neben den übeiner ebenen Ringfläche umgeben ist. liehen Verunreinigungen auf den Wärmeübertragungs-

Ein solcher Verdampfer eignet sich besonders zum flächen.

Einengen von Phosphorsäure zwecks Erhöhung ihres Phosphorsäure liegt nämlich in mehreren Mo-

P₂O₅-Gehaltes auf mindestens 68 Gewichtsprozent, difikationen vor, nämlich als Orthophosphorsäure insbesondere zur Gewinnung von sogenannten »Super- io (H₃PO₄), Pyrophosphorsäure (H₄P₃O₇), Polyphosphorphosphorsäuren« mit einem Reingehalt von 68 bis säure (= Kondensate aus drei oder mehr Orthophos-79 Gewichtsprozent P₂O₅ sowie von »Astrophosphor- phorsäureeinheiten mit Wassermolekülen) und als säuren« mit 79 bis 89 Gewichtsprozent P₂O₅ und von cyclische Polymere auftretende Metaphosphorsäure »Ultraphosphorsäuren« mit mehr als 89 Gewichts- (HPO₃). Reine wäßrige Lösungen des P₂O₅ in Konprozent P₂O₅. 15 zentrationen bis zu etwa 68 Gewichtsprozent ent-Die kommerzielle Herstellung der Rohphosphor- halten praktisch nur Orthophosphorsäure, während säure erfolgt im allgemeinen nach dem Naßverfahren, oberhalb dieses P₂O₅-Gehaltes höhere Mengen an bei dem Knochenasche, zumeist jedoch gemahlene Pyrophosphorsäure und Polyphosphorsäuren auf-Phosphatmineralien, die Apatit (3Ca₃(PO₄)₂ · CaF₂) treten. Bei einem P₂O₅-Gehalt von 79 Gewichtsprozent und/oder Trikalziumphosphat (Ca₃(PO₄)₂) enthalten, 20 liegen z. B. 20 7o Orthophosphorsäure, 46 7oPyrophosmit verdünnter Mineralsäure (ζ. B. Schwefelsäure) phorsäure, 20 7o Tripolyphosphorsäure, 8 % Tetraunter Bildung einer schwachen Orthophosphorsäure- polyphosphorsäure, 3 7o Pentapolyphosphorsäure und lösung und eines Kalziumsalzes aufgeschlossen werden. 1 ⁰J₀ Hexapolyphosphorsäure vor, während bei einem Letzteres wird aus der Lösung ausgeschieden. Diese P₂O₅-Gehalt von 84 Gewichtsprozent der Anteil der nach dem Naßverfahren gewonnene Säure hat nor- 25 Orthophosphorsäure nur etwa 37o und derjenige der malerweise eine geringe Konzentration und enthält Pyrophosphorsäure nur etwa 10 °/₀ beträgt und die z. B. 27 bis 33 Gewichtsprozent P₂O₅. Sie wird zweck- Hauptmenge des P₂O₅ an Polyphosphorsäuren gemäßigerweise durch Einengung angereichert und ergibt bunden ist, die aus 10 oder mehr Orthophosphorsäureein vorzügliches und wirtschaftliches Ausgangsprodukt einheiten mit mindestens 25 7o des P₂O_s-Gehaltes befür Düngemittel und sonstige Stoffe. 30 stehen. Bei einem P₂O₅-Gehalt über 87 Gewichts-Bei der nach, dem Naßverfahren gewonnenen Phos- prozent verändert sich die Konstitution der dann aus phorsäure mit einem P₂O₅-Gehalt von 27 bis 33 Ge- vernetzten Polyphosphorsäuren und Polymeren der Mewichtsprozent handelt es sich praktisch ausschließlich taphosphorsäureeinheiten bestehenden Konzentrate, um Orthophosphorsäure (H₃PO₄), die durch Kalzium, Während des Einengens der Phosphorsäurelösungen Eisen, Aluminium, Magnesium und andere Metalle 35 durch Verdampfen wird die proportionale Verteilung sowie durch Fluor- und sonstige Verbindungen ver- der verschiedenen Säurearten durch örtlich hohe unreinigt ist, wobei Art und Menge der Verunreini- Temperaturen und Konzentrationsgradienten begungen von den für die Gewinnung der Säure be- stimmt. Die in einer nach dem Naßverfahren genutzten Rohmaterialien abhängen. Das Einengen wonnenen enthält Verunreinigungen mit Ca-, Fedieser schwachen Säure besteht in der Verdampfung 40 und Al-Ionen, die sich beim Einengen der Säure mit ihres Wassergehaltes. Zum Konzentrieren des P₂O₅- den höheren Polyphosphorsäuren und polymeren Me-Gehaltes auf etwa 68 Gewichtsprozent gibt es mehrere taphosphorsäuren zu unlöslichen Verbindungen um-Verdampfungsverfahren, bei denen in erster Linie die setzen, die ihrerseits wieder zur Störung des Gleichkorrodierende Eigenschaft der Säure und hierdurch gewichtes der verschiedenen Säurearten führen, bedingte Probleme bezüglich der Auswahl der Bau- 45 Hieraus ergibt sich beim Einengen einer nach dem materialien sowie das Problem der Bildung von Ab- Naßverfahren gewonnenen Säure auf P₂O₅-Gehalt Scheidungen aus Verunreinigungen der Säure, die zur von mehr als etwa 68 Gewichtsprozent die Bildung Bildung von harten Ansätzen <aus Kalziumsalzen von unerwartet großen Mengen unlöslicher Polyphos-(Sulfaten und Phosphaten) auf den mit der Säure in phate und Metaphosphate, die sich an den Wärme-Berührung stehenden Hochtemperaturflächen führen, 50 Übertragungsflächen des Verdampfens ansetzen, zu berücksichtigen sind. Aus diesem Grunde sind Ar- Aus diesem Grund kommen Verdampfungsverbeitsweisen mit indirekter Beheizung der Säure mit fahren durch indirekte Wärmeübertragung auf die großen Schwierigkeiten und einem schlechten ther- Säure für eine großtechnische Konzentration der mischen Wirkungsgrad verbunden. nach dem Naßverfahren gewonnenen Phosphorsäure Beim Einengen mittels Tauchbrennerbeheizung, bei 55 auf P₂O₅-Gehalte von mehr als 73 7o praktisch nicht dem die Säure unmittelbar durch die heißen Ver- in Betracht, vielmehr können hierzu nur Tauchverbrennungsgase erhitzt wird, besteht zwar nicht das brennungs- oder ähnliche Verfahren zur Anwendung Problem der Bildung von Abscheidungen auf Wärme- kommen.

Übertragungsflächen, so daß sich die Frage der Aus- Doch haben sich bei der großtechnischen Gewinnung

wahl geeigneter Baumaterialien leichter lösen läßt und 60 von Phosphorsäure hohen P₂O₅-Gehaltes und geeigneben einem hohen thermischen Wirkungsgrad weitere neter Zusammensetzung im Wege der Tauchverbrewirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Doch besteht nung ebenfalls erhebliche Schwierigkeiten ergeben, hierbei das Problem der wirtschaftlichen Unschädlich- Während nämlich mittels eines kleinen Verdampfers machung der entstehenden Abgase und Dämpfe. mit üblicher Brenneranordnung für eine abzugebende

Das Einengen einer nach dem Naßverfahren ge- 65 Wärmemenge bis zu etwa 250 000 kcal/h eine nach wonnenen Phosphorsäure auf P₂O₅-Gehalte von mehr dem Naßverfahren erhaltene Phosphorsäure auf einen als 68 Gewichtsprozent ist jedoch mit größeren hohen P₂O₅-Gehalt bei normaler Verteilung der polySchwierigkeiten verbunden, und zwar nicht nur hin- meren Säuren und Verbindungen ohne weiteres ein-

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geengt werden können, werden in größeren Anlagen bemessen sein muß, daß die aus der Tauchrohrmün-Säuren gebildet, die besonders große Mengen an un- dung austretenden Gase in der Flüssigkeit eine blasenlöslichen hochpolymeren Verbindungen enthalten, artige Vorwölbung bilden, deren Grenze auf der Ringweiche für viele Verwendungszwecke unbrauchbar und fläche der Tauchrohrmündung liegt,
überdies mit einem erheblichen Verlust an wertvollem 5 Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Phosphor verbunden sind. die Radien der Ringfläche am unteren Ende der Tauch-

Bei der Untersuchung der möglichen Ursachen rohrmündung einerseits und der Tauchrohrmündung solcher Anomalien in der Zusammensetzung der andererseits in folgender Beziehung zueinander stehen: Produkte mit hohen P₂O₅-Gehalten aus großtechni- _ ,_Rma

sehen Tauchverbrennungs-Verdampfern und ähnlichen io L — Ick (Q — i).

Anlagen wurde gefunden, daß diese Anomalien offen- in der L die radiale Breite der Ringfläche, d. h. die sichtlich auf die Instabilität der Grenzflächen zwischen Differenz zwischen ihrem von der senkrechten Mittelder Flüssigkeit und den Verbrennungsgasen an der achse der Tauchrohrmündung ausgehenden Außen-Tauchrohrmündung zurückzuführen sind, und zwar radius und ihrem dem Radius der Tauchrohrmündung als Folge von Unregelmäßigkeiten beim Eintritt der 15 entsprechenden Innenradius, R der Radius der Tauch-Gase in die Flüssigkeit. Die übliche Bauweise eines rohrmündung, Q eine vom Brenner abgegebene Wärmegroßen Verdampfers mit einem Tauchbrenner hoher menge von 252 000 kcal/h, k nicht kleiner als 0,6, vorWärmeabgabe verlangt ein Tauchrohr mit großem zugsweise nicht kleiner als 0,9 und α ein Wert zwischen Mündungsdurchmesser, aus dem aber die Verbren- 0,29 und 0,32 ist.

nungsgase unregelmäßig in die Flüssigkeit eintreten, 20 Die Erfindung ermöglicht die Schaffung einer mit da die sich bildenden Gasblasen in wechselnder Folge einem Tauchbrenner ausgerüsteten Großverdamp- und auf wechselnden Wegen die Tauchrohrmündung fungsanlage, bei der die Instabilität der Gas-Flüssigumströmen. Infolgedessen bewegen sich die Gas/Flüs- keits-Grenzflächen und deren Folgen praktisch vollsigkeits-Grenzflächen unregelmäßig über die Außen- ständig vermieden werden und die insbesondere zur fläche der Tauchrohrmündung, so daß Teile der Flüs- 25 Einengung von Phosphorsäure auf hohe P₂O₅-Gehalte sigkeit mit Tauchrohrflächenteilen in Berührung bei geringen Gehalten an unlöslichen Verbindungen kommen, die zuvor von dem an diesen Flächenteilen höherer Polyphosphor- und cyclischer Metaphosphorentlangstreichenden Gasstrom auf eine besonders hohe säuren auf großtechnischer Basis geeignet ist.
Temperatur erhitzt wurden. Diese Flüssigkeitsteile Zweckmäßigerweise ist das untere Ende des Tauchwerden dabei einer Überkonzentration ausgesetzt, die 3° rohres koaxial und mit Abstand von einer Ummanzur Bildung von festen Krusten aus hochpolymeren telung umgeben, die unten und oben offen ist und mit Säuren und Verbindungen auf den betreffenden Tauch- dem Tauchrohr einen Ringraum bildet, unter den ein rohrabschnitten führen. etwa horizontaler Einlaßkanal für die einzuengende

Erwägungen über die möglichen Ursachen der vor- und unter Aufnahme von Gasblasen in dem Ringraum erwähnten Instabilität des Gasflusses aus der Mündung 35 aufsteigende Flüssigkeit mündet,
eines großen Tauchbrenners führten zu dem Gedanken, Zwischen der Ummantelung und dem unteren Teil

daß hierfür das Verhältnis zwischen dem aus der Tauch- des Verdampferraumes ist vorteilhaft ein koaxialer rohrmündung austretenden Gasvolumen und dem äußerer Ringraum vorgesehen, der zur Abführung der Mündungsumfang (bzw. einem an oder nahe der an der Oberkante der Ummantelung aus dem inneren Tauchrohrmündung befindlichen Teil) ausschlagge- 40 Ringraum übertretenden und nach unten in ein Ausbend sein kann. Die üblichen, senkrecht eingetauchten laßrohr strömenden konzentrierten Flüssigkeit dient. Tauchbrenner mit scharfen oder auch abgeflachten Damit die Verbrennungsgase in gleichmäßigem

Mündungsrändern sind nämlich bezüglich ihres Mün- Fluß aus dem Tauchrohr in die Flüssigkeit übergehen, dungsdurchmessers auf eine in engen Grenzen zu empfiehlt es sich, die die Tauchrohrmündung umgehaltende Gasgeschwindigkeit bemessen, welche von 45 bende Ringfläche nach außen etwas ansteigen zu der Eintauchtiefe und in einem gewissen Grade auch lassen, vorzugsweise in einem Winkel von etwa 5°.
von der Gastemperatur abhängt, und zwar in der Weise, Zur Regelung der Temperatur der Verbrennungsgase

daß bei etwa gleicher Eintauchtiefe — von durchweg und deren Strömungsgeschwindigkeit ist in der Wand 15 bis 46 cm, gelegentlich auch bis zu 305 cm —· des des Tauchrohres eine Ringkammer für ein Zusatzgas, Tauchrohres in die Flüssigkeit eine in sehr engen 50 z. B. Luft, vorgesehen, die an eine entsprechende ZuGrenzen liegende Gasgeschwindigkeit eingehalten leitung für das Zusatzgas angeschlossen und mit dem wird, die bei einer Gastemperatur von 1400⁰C zwi- Innenraum des Tauchrohres durch einen etwas oberschen 60 und 105 m/sec beträgt. Hierbei nimmt das halb der Tauchrohrmündung angeordneten Ring-Verhältnis zwischen dem austretenden Gasvolumen schlitz verbunden ist.

und dem Mündungsumfang mit der Größe der Tauch- 55 Über der das Tauchrohr mit Abstand umgebenden rohrmündung zu, da ja die Durchflußmenge mit dem Ummantelung ist ein zweckmäßigerweise waagerecht Quadrat des Mündungshalbmessers wächst, während verlaufender Abgaskanal vorgesehen, der in einen der Mündungsumfang eine lineare Funktion desMün- senkrechten Abzugsschacht übergeht, in dem versetzt dungshalbmessers ist. Der wesentliche Unterschied übereinander angeordnete Ablenkplatten zum Aufzwischen zwei im wesentlichen typengleichen, jedoch 60 fangen von in den Abgasen gegebenenfalls mitgeverschieden großen, d. h. hinsichtlich der von ihnen rissenen Flüssigkeitsteilchen angebracht sind,
abzugebenden Wärmemengen voneinander abweichen- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines

den Anlagen besteht also lediglich in dem unterschied- erfindungsgemäßen Verdampfers veranschaulicht, der liehen Verhältnis des aus der Tauchrohrmündung aus- zum Einengen einer Phosphorsäure mit einem P₂O₅-tretenden Gasvolumens zum Mündungsumfang. 65 Gehalt von etwa 54 Gewichtsprozent auf »Astriphos-

Für stabile Fließbedingungen ist demnach die radiale phorsäure« mit einem P₂O₅-Gehalt von etwa 80 Ge-Breite der die Tauchrohrmündung etwa waagerecht wichtsprozent bei einem Durchsatz von wenigstens umgebenden Ringfläche wichtig, die so beschaffen und 501 P₂O₅ pro Tag geeignet ist. Es zeigt

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F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch den zueinander angeordnet sind und zum Auffangen von Verdampfer nach der Linie I-I der Fig. 2, etwa mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen dienen. Im Be-F i g. 2 eine Draufsicht auf den Verdampfer nach darfsfalle kann je nach den Anforderungen an die zu F i g. 1 unter Weglassung der Abdeckungs- und Bren- gewinnenden Produkte im oberen Teil des Abgasneranordnung, 5 kanals 28 eine Anordnung zum Einführen von Phos-F i g. 3 einen senkrechten Querschnitt der Brenner- phorsäurelösung vorgesehen werden, welche von den anordnung des Verdampfers nach F i g. 1 in ver- Platten 41 aufgefangen, auf diesen verdampft und angrößertem Maßstab, schließend als Kondensat dem Verdampfer zugeführt F i g. 4 eine Draufsicht auf die Brenneranordnung. wird. In den Abgaskanal kann auch ein Glockenboden Gemäß F i g. 1 und 2 weist der Verdampfer einen io od. dgl. eingesetzt werden, der mit einer Phosphor-Außenmantel 10 auf, der z. B. aus mit Blei ausge- säurelösung berieselt wird, welche die Phosphorsäurekleidetem Flußstahl oder aus rostfreiem Stahl besteht dämpfe kondensiert und absorbiert, so daß ein Neben- und gegenüber der etwa durch eine Leckstelle des produkt erhalten werden kann, das einen geringen inneren Mauerwerkes hindurchtretenden Säure korro- Gehalt an Verunreinigungen und einen P₂O₅-GeImIt sionsfest ist. Dieses Mauerwerk besteht aus einer 15 bis zu 50 Gewichtsprozent aufweist und ein wertvolles äußeren Auskleidung 12 aus säurefesten Steinen und Zwischenprodukt zur Herstellung von Phosphaten einer zweischichtigen inneren Auskleidung 14 aus oder Phosphorsäure für technische Zwecke ergibt. Kohlenstoffsteinen. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, Das aus dem Schacht 28 austretende Abgas wird einer hat der Verdampfer, von oben gesehen, eine im we- geeigneten Nachbehandlungsvorrichtung zugeführt, sentlichen rechteckige Form mit einer halbkreis- 20 Der in die obere Öffnung 26 der Abdeckung 24 des förmigen Kurzseite. Er ist etwa 4,5 m lang, 2,4 m Verdampfers eingesetzte Tauchbrenner ist zur Erbreit und 1,5 m hoch. zeugung einer Wärmemenge von etwa 2 020 000 kcal/h Das Gehäuse mit dem Außenmantel 10 und den bestimmt und weist, wie insbesondere aus F i g. 3 erAuskleidungen 12, 14 bilden einen im unteren Teil sichtlich ist, ein umgekehrt kegelstumpfförmiges stumpfkegelig geformten Raum 16, dessen senkrechte 25 Tauchrohr 50 auf, das senkrecht im Verdampfer-Achse durch den Krümmungsmittelpunkt der halb- raum 16 eingesetzt ist. Es ist von einem säurefesten kreisförmigen Kurzseite des Verdampfers verläuft. Metallmantel 51 und einer inneren Auskleidung aus Die Basis 17 dieses Raumes 16 hat einen Durchmesser hitzebeständigem Material umgeben und in seinem von etwa 90 cm. Die von hier nach oben sich er- oberen Teil als hitzebeständiger Stopfen 52 mit einer streckende Wandung 18 erweitert sich in einer Höhe 30 zentralen Bohrung 53 ausgebildet. Der Innenraum des von etwa 30 cm auf einen Durchmesser von etwa Tauchrohres 50 hat eine ebenfalls umgekehrte Kegel-110 cm und geht in einen nach außen stark erweiterten stumpf form mit einem oberen Durchmesser von Abschnitt 19 mit einem oberen Durchmesser von etwa 57,5 cm und einem Mündungsdurchmesser von 37,5 cm 170 cm in einer Höhe von etwa 55 cm über der Ba- (R = 18,8 cm).

sis 17. Die innere (frei liegende) Schicht der Aus- 35 Über dem feuerfesten Stopfen 52 befindet sich die kleidung 14 an der Basis 17 besteht aus einem feuer- Brennstoff-Mischkammer 54, die durch ein Einlaßfesten geschmolzenen Tonerdematerial. Der obere rohr 55 mit Brennstoff, z. B. Naturgas, und Luft be-Teil des Raumes 16 ist durch eine senkrechte Innen- schickt wird. Diese Mischkammer 54 steht über die wandung 20 als Fortsetzung des Abschnittes 19 be- zentrale Bohrung 53 mit dem Innenraum des Tauchgrenzt, die halbkreisförmig um diesen Teil des Ver- 40 rohres 40 in Verbindung. Durch die Bohrung 53 führt dampfers verläuft. Auf der gegenüberliegenden Seite ein Pilotrohr 56, das an seinem unteren Ende von der Innenwandung 20 geht der Abschnitt 19 in einen einer Gruppe schraubenförmig verlaufender Rohre 57 fast waagerechten, jedoch leicht ansteigenden Boden- umgeben wird, in denen das aus der Mischkammer 54 teil 21 über, an den sich in einer Höhe von etwa dem Tauchrohr zugeführte Brenngas-Luft-Gemisch 57,5 cm über der Basis 17 die senkrechte Stirnwand 22 45 eine Wirbelbewegung erhält.

des Abzugkanals 28 anschließt. Das Pilotrohr 56 ist in seinem oberen Abschnitt an

Die obere Abdeckung 25 des Verdampfers weist ein Gaszuführungsrohr 58 und ein Spülrohr 59 an-

eine Öffnung 26 zur Aufnahme des Tauchbrenners auf geschlossen und mit einer Zündkerze 60 zum Zünden

und geht in den Abgaskanal 28 über, dessen Ab- des Gases versehen, zwecks Bildung einer in den Kopf messungen 170 · 47,5 cm sind. 50 des Tauchrohres eintretenden Pilotflamme. An seinem

Die Basis 17 wird von einem Kanal 30 einer Höhe oberen Ende ist das Pilotrohr mittels einer durch-

und Breite von je 10 cm durchquert, durch den das sichtigen Scheibe 61 verschlossen, durch welche mit

Auslaßrohr 32 für die eingeengte Flüssigkeit nach Hilfe eines darüber angeordneten Spiegels 62 die

außen geführt ist. Dieses Auslaßrohr hat einen Durch- Pilotflamme (Zündflamme) beobachtet werden kann, messer von etwa 7,5 cm und ist im Bereich der Basis 17 55 Auf dem Kopf des Tauchrohres sitzt ferner eine

von einer etwa 12,7 cm dicken Platte 34 aus geschmol- kreisförmige Sekundärluftkammer 63 mit zugehörigem

zener Tonerde bedeckt, die den mittleren Teil des Luftzuführungsrohr 64. Diese Ringkammer 63 steht

Kanals auf einer Länge von etwa 75 cm verschließt. über mehrere (beispielsweise vier), durch die feuerfeste

Der Einlaß für die einzuengende Flüssigkeit wird durch Umhüllung 52 des Tauchrohres 50 nach unten geeinen Ringraum 36 zwischen dem Auslaßrohr 32 und 60 führte Kanäle 65 mit einer Ringkammer 66 innerhalb

einer 10 cm weiten Bohrung durch die Gehäuse- des Tauchrohres 50 in Verbindung, die etwa 15 cm

wandung und deren Auskleidungen gebildet. Un- über der Tauchrohrmündung angeordnet und durch

mittelbar über der Basis 17 führt ein zusätzliches einen Ringschlitz 67 mit dem Innenraum des Tauch-

Hilfsauslaßrohr 38 eines Durchmessers von 7,5 cm rohres verbunden ist. Dieser Ringschlitz verläuft etwa nach außen (vgl. Fig. 2). 65 12,7 cm über der Tauchrohrmündung.

Der Abgasschacht 28 ist von den Auskleidungen 22 Durch das stopfenförmige Oberteil 52 verläuft ferner

und 40 umgeben und im Innern mit Ablenkplatten 41 aus dem Innenraum des Tauchrohres schräg nach oben

versehen, die auf gegenüberliegenden Seiten versetzt und außen eine Bohrung 68, durch die mittels einer

(nicht dargestellten) Photozelleneinrichtung üblicher Bauart die Brennerflamme überwacht und deren Erlöschen automatisch signalisiert wird.

Der untere Teil der Tauchrohres einschließlich seiner Mündung ist mit Abstand von einer an beiden Enden offenen Ummantelung 72 aus einem säurefesten Werkstoff umgeben, die etwa 48 cm hoch ist, einen oberen Durchmesser von etwa 107 cm, einen unteren Durchmesser von etwa 84 cm aufweist und etwa 5 cm die Tauchrohrmündung nach unten überragt.

Die Umrandung der Tauchrohrmündung besteht aus einer Ringplatte 70 aus einem säurefesten und wärmeleitenden Werkstoff, deren untere Ringfläche nach außen um einen Winkel von 5° ansteigt. Ihr unterer Innendurchmesser entspricht dem Durchmesser der Tauchrohrmündung von etwa 38 cm, während ihr unterer Außendurchmesser etwa 68 cm beträgt, so daß also die radiale Breite der unteren Ringfläche etwa 15 cm beträgt.

Die Brenneranordnung wird von der Decke des Verdampfers getragen und hängt senkrecht nach unten. Die Tauchrohrmündung steht hierbei etwa 7,5 cm über der Basis 17, so daß der untere Rand der Ummantelung 72 sich etwa 2,5 cm über dieser Basis befindet.

Während des Betriebes wird nach Erreichung eines Gleichgewichtszustandes die auf nassem Wege gewonnene Phosphorsäure mit einem P₂O₅-Gehalt von etwa 54 Gewichtsprozent kontinuierlich durch den Ringkanal 36 eingeleitet, während die auf einen P₂O₅-Gehalt von etwa 80 Gewichtsprozent konzentrierte Säure durch das eine oder andere der Anlaßrohre 32 bzw. 38 abgezogen wird. Die einzuleitenden und abzuziehenden Säuremengen werden über Temperatur- und Flüssigkeitsspiegel-Meßvorrichtungen gesteuert. Das aus der Mischkammer 54 kommende Gas-Luft-Gemisch wird in oberem Teil des Tauchrohres verbrannt. Die Verbrennungsgase strömen aus dem sich nach unten verjüngenden Tauchrohr und unter der Wirkung der aus der Ringkammer 63 über die Leitungen 65 durch den Ringschlitz 67 in das Tauchrohr eintretenden Sekundärluft mit hoher Geschwindigkeit aus. Ein Teil der den Gasstrom abkühlenden Sekundärluft fließt über die Innenfläche des Mündungsringes 70 und wirkt der Bildung von heißen Stellen auf Flächenteilen entgegen, die gelegentlich von der Säure benetzt werden können.

Die Strömungsgeschwindigkeiten des Gas-Luft-Gemisches und der Sekundärluft werden so eingestellt, daß die Verbrennungsgase und die Sekundärluft in gleichmäßigem Strom aus der Tauchrohrmündung austreten und sich als flache Blase in die Flüssigkeit vorwölben, wobei der Rand dieser Blase auf der Ringfläche 60 liegt.

Die dem Gegenstand der Erfindung zugrunde liegende Gleichung zeigt, daß die radiale Breite (Z.) der Ringfläche 70 unmittelbar über dem bevorzugten Mindestwert (L = 14,86 cm) liegt, und zwar für g = 8, R = 18,8, k = 0,9 und a = 0,3. Bei gleichmäßiger Verbrennung, gleichmäßigem (Normal-) Flüssigkeitsspiegel und Druck kann für Q = 8 ein konstanter Betrieb bei einer Ringflächenbreite (L) von 9,5 cm erhalten werden, wie sie sich durch Einsetzen der kleinsten Werte für k (= 0,6) und a (= 0,29) aus der Gleichung ergibt. Diese Werte gewährleisten die Lage des Blasenumfanges auf der Ringfläche 70. Der bevorzugte Wert 0,3 für α sichert eine ausreichende Toleranz für Verbrennungsunregelmäßigkeiten, die durch Heizwertschwankungen des Brennstoffes und gelegentliche Ungleichmäßigkeiten im Regelsystem für die Verbrennung bedingt sind, während ein höherer Wert für α bis zu 0,32 eine größere Toleranz für Verbrennungsunregelmäßigkeiten erbringt, und zwar auch hinsichtlich etwaiger Unregelmäßigkeiten der Flüssigkeitsströmung an der Tauchrohrmündung, z. B. beim Fehlen einer den Flüssigkeitsumlauf vergleichmäßigenden Ummantelung 72. Der Koeffizient k ist wichtig für die Lage des Blasenumfanges auf der Ringfläche 70. Bei /c = 0,9 liegt der Blasenumfang mitten auf der Ringfläche 70.

Obgleich bei dem beschriebenen Tauchbrenner die optimale Leistung bei Q = 8 liegt, kann bei sorgfältiger Regelung die Anlage auch bei höheren Werten für Q betrieben werden. Der aus der erfindungsgemäßen Gleichung abzuleitende Höchstwert für Q beträgt 18,6, d. h„ daß der Tauchbrenner eine Wärmemenge von 18,6 = 252 000 · 4 690 000 kcal/h abzugeben vermag.

Aus den in der folgenden Tabelle wiedergegebenen Versuchsergebnissen geht hervor, daß der erfindungsgemäße Verdampfer beim Einengen einer nach dem Naßverfahren gewonnenen Phosphorsäure auf P₂O₅-Gehalte bis zu 79 Gewichtsprozent und vom Brenner abgegebenen Wärmemengen bis zu 3 280 000 kcal/h gleichmäßig und zuverlässig arbeitet. In dieser Tabelle sind die Ergebnisse von fünf Versuchen enthalten:

Einzuengende Phosphorsäure

P₂O₅, Gewichtsprozent

SO₃, Gewichtsprozent

Fe₂O₃ + Al₂O₃, Gewichtsprozent

Fluor, Gewichtsprozent

wasserunlösliche Feststoffe, %

Durchsatzmenge, P₂O₅ t/Tag

Wärmemenge, 10^e kcal/h

Konzentrierte Phosphorsäure

P₂O₅, Gewichtsprozent

wasserunlösliche Feststoffe, %

zitratunlösliches P₂O₅, Gewichtsprozent

% P₂O₅ in Polysäuren

Verdampfungstemperatur, ⁰C

in das Gasbehandlungssystem eingetretenes P₂O₅, %

	2	Versuch Nr.	4	, 5
1	56,4	3 J	57,8	1 58,8
57,4	5,8	57,7 !	6,2	: 6,1
5,8	1,9	5,6	1.6	—
1,8	0,8	1,8	0,78	0,8
0,8	0,67	0,78	0,29	0,39
0,3	86	0,28	106	I 88
88	2,36	, 113 ι	3,28	ι 2,78
2,36	75,4	2,78 ;	79,0	79,6
74,5	1,1	76,2	3,6	5,2
0,75	0,37	1.6 !	1,25
0,26	79	0,56 i	86	i 86
73	342	: so j	372	! 400
338	5,0	362 '	5,4	; 9,3
4,4		3,2		109 521/337

Hieraus ist zu ersehen, daß die mit steigenden Verdampfungstemperaturen, die den Siedepunkten der erhaltenen Phosphorsäurekonzentraten entsprechen, durchgeführten Versuche vergleichsweise höhere P₂O_s-Gehalte erbrachten.

In allen Versuchen war die vom Brenner abgegebene Wärmemenge wesentlich höher als der Normalwert, jedoch blieb sie stets unter dem nach der erfindungsgemäßen Gleichung möglichen Höchstwert von 4 690 000 kcal/h. Es zeigte sich, daß die Bildung von unlöslichen Stoffen in einer engen Beziehung zu den Verdampfungstemperaturen steht, ein Anzeichen dafür, daß in allen Versuchen eine konstant gleichmäßige Betriebsweise eingehalten wurde, zumal sich eine Gasblaseninstabilität an der Tauchrohrmündung in einem anomal hohen Gehalt an Unlöslichem in der konzentrierten Säure niedergeschlagen hätte. Bei der dem Versuch Nr. 4 zugrunde liegenden Wärmeabgabe von 3 280 000 kcal/h befindet sich der Blasenumfang noch auf der Ringfläche 70 der Tauchrohrmündung.

Die in der Tabelle angegebenen P₂O₅-Mengen, die mit den Abgasen in das Nachbehandlungssystem gelangten, sind für einen Tauchbrenner-Verdampfer zum Einengen von Phosphorsäure überaus gering, wodurch ebenfalls die konstante Betriebsweise und der besonders gute Gas-Flüssigkeits-Kontakt im erfindungsgemäßen Verdampfer unterstrichen werden.

Gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art weist also der erfindungsgemäße Tauchbrenner-Verdampfer wesentliche technische und wirtschaftliche Vorzüge auf, zu denen auch die geringere Belastung des Systems zur Nachbehandlung der austretenden Gase und Dämpfe gehört, was nicht nur für das Einengen von Phosphorsäure, sondern auch für das Einengen anderer Lösungen, die zur Bildung von Gasen und Dämpfen mit wertvollen und/oder schädlichen Bestandteilen führen, wichtig ist.

Ebenso wie für das Einengen von Phosphorsäure in großtechnischem Maßstab eignet sich der erfindungsgemäße Verdampfer ganz allgemein zum Einengen von gegenüber hohen Temperaturen empfindlichen Flüssigkeiten, z. B. von Schwefelsäure, Borsäure, Eisenchloridlösungen, Rohöl, schweren Erdölfraktionen, Weinsäure u. dgl.

Claims

Patentansprüche:

1. Mit einem Tauchbrenner ausgerüsteter Verdampfer, dessen an an eine Verbrennungskammer angeschlossenes Tauchrohr mit seiner Mündung senkrecht in die einzuengende Flüssigkeit eintaucht, wobei die Tauchrohrmündung von einer nach außen weisenden ebenen Ringfläche umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer aus den Verbrennungsprodukten bestehenden und sich an der Tauchrohrmündung vorwölbenden, mit ihrem Rand an der Ringfläche (70) anliegenden Gasblase das Verhältnis der radialen Breite (L) der Ringfläche (70) zum Radius (R) der Tauchrohrmündung folgender Gleichung entspricht:

in der

L die radiale Breite der Ringfläche (70), d. h. die Differenz zwischen ihrem von der senkrechten Mittelachse der Tauchrohrmündung ausgehenden Außenradius und ihrem dem Radius (R) der Tauchrohrmündung entsprechenden Innenradius,

R der Radius der Tauchrohrmündung,

Q eine vom Brenner abgegebene Wärmemenge von 252 000 kcal/h,

k ein Wert von nicht kleiner als 0,6, insbesondere nicht kleiner als 0,9 und

α ein Wert zwischen 0,29 und 0,32 ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (50) in seinem Mündungsabschnitt koaxial und mit Abstand von einer an beiden Enden offenen Ummantelung (72) umgeben ist und mit dieser einen Ringraum bildet, unter dem ein etwa horizontaler Einlaßkanal (36) für die einzuengende und unter Aufnahme von Gasblasen in dem Ringraum aufsteigende Flüssigkeit mündet.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ummantelung (72) und der unteren Innenauskleidung (18,19) des Verdampferraumes (16) ein koaxialer Ringraum zur Abführung der an der Oberkante der Ummantelung (72) übertretenden und durch den Ringraum nach unten in ein Auslaßrohr (32) strömenden konzentrierten Flüssigkeit vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (70) radial nach außen in einem Winkel von etwa 5° ansteigt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Einleiten eines Zusatzgases in das Tauchrohr.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Tauchrohres eine an mindestens eine Zuleitung (65) für ein Zusatzgas angeschlossene Ringkammer (66) vorgesehen ist, die mit dem Innenraum des Tauchrohres durch einen engen Ringschlitz (67) etwas oberhalb der Tauchrohrmündung verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen über der Ummantelung (72) etwa waagerecht verlaufenden Abgaskanal (21), der in einen senkrechten Abzugsschacht (22) übergeht, in dem versetzt übereinander angeordnete Ablenkplatten (41) zum Auffangen mitgerissener Flüssigkeitsteilchen angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen