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Verfahren zur Herstellung reiner, konzentrierter Schwefelsäure Um
chemisch reine Schwefelsäure zu erhalten, die den Reinheitsanforderungen des DAB
6 oder den Vorschriften in "Prüfung der chemischen Reagenzien11,
E. Merck, Darmstadt, 5. Auflage, 1939,
genügt, muß man Säure,
wie sie durch das Schwef-elsäure-Kontaktverfahren gewonnen wird, einer Destillation
in Quarzapparaturent gegebenenfalls unter vermindertem Druck, unterwerfen. Gemäß
einem weiteren bekannten Verfahren (DBP 1 143 793) kann man Schwefeltrioxid
und Wasser in konzentrierter Schwefelsäure, bei deren Siedepunkt oder in seiner
Nähe miteinander umsetzen.-Dieses Verfahren wird zweckmäßig in einer Füllkörperschicht
durchgeführt, wobei man die Heaktionswärme dadurch abführt-, daß man das Wasser
im Überschuß zuführt und den Überschuß verdampfen läßt.
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Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie apparativ sehr aufwendig
sind, da die Apparaturen aus hochwertigem Materiale z.B. Quarzg hergestellt sind
und ihre Raum-Zeit-Ausbeuten relativ gering sind.
Es wurde gefunden,
daß man chemisch reine Schwefelsäure mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten durch Umsetzung
von Schwefeltrioxid mit Wasser oder gegebenenfalls verdünnter Schwefelsäure erhalten
kann, wenn man das Wasser oder die verdünnte Schwefelzäure mit gasförmigem Schwefeltrioxid
in eine gegebenenfalls gekühlte Reaktionszone verdüst und die gebildete Schwefelsäure
aus der Reaktionszone abzieht.
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Überraschenderweise entstehen bei dem erfindungsgemäßen Ver-Eahren
nur geringe Mengen an Schwefelsäurenebelng die sich quantitativ an in der Re#ktionszone
angeordneten Kühlflächen niederschlagen lassen.
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Für die Verdüsung kann man z.B. eine einfache Zerstäuberdüse oder
mit besonderem Vorteil auch eine Zweistoffdüse verwenden die aus zwei konzentrischen
Rohren besteht, wobei zweckmäßigerweise wegen einer gleichmäßigen Durchmischung
der beiden Reaktionskompo'nenten das Schwefeltrioxid durch das äußere Rohr eingeführt
wird.
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Je nach der verwendeten flüssigen Reaktionskomponente, ob Wasser oder
Schwefelsäure, undnach den in der Zeiteinheit umgesetzten Mengen werden an der Düse
Temperaturen von 250 bis 338 0 C gemessen, wobei selbstverständlich
die höheren Temperaturen bei Verwendung von Wasser erhalten werden.
Die
Temperatur des in der Heaktionszone angeordneten oder mit dieser verbundenen Kühlers
wird vorteilhaft so eingestellt, daß eventuell bei der Umsetzung entstandene Nebel
und dampfförmige Anteile niedergeschlagen vierden, daß aber die Temperatur der gebildeten
flüssigen Schwefelsäure nicht wesentlich erniedrigt wird. Dies hat den'Vorteil,
daß die Schwefelsäure in heißem Zustand aus der Reaktionszone abgezogen wird und
daß sich etwa in dem Schwefeltrioxid enthaltenes Schwefeldioxid nicht löst, sondern
gasförmig aus der Reaktionszone abgezogen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei im folgenden anhand der Figuren
1 und 2 näher erläutert.
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In Figur 1 ist eine für die Verdüsung der Reaktionskomponenten
besonders geeignete Düse veranschaulicht, während in Figur 2 die Anordnung einer
solchen Düse in einem Reaktor dargestellt ist.
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Mit 1 ist in Figur 1 das innere Rohr einer aus zwei
konzentrischen Rohren bestehenden Zweistoffdüse veranschaulichtt durch das zweckmäßig
Wasser oder Schwefelsäure eingeführt wird. Das gasförmige Schwefeltrioxid wird in
den äußeren Ringraum 2 eingeführt, der in das das innere Rohr konzentrisch umgebende
äußere Rohr 3 einmündet. Das'äußere Rohr 3 kann über das innere Rohr
binausragen, wobei es in Höhe des Austrittsendes des inneren Rohres eine,Einschnürung
und daran anschließend eine venturirohrartige Erweiterung aufweist. Hierdurch wird
eine gute
Durchmischung der beiden Reaktionskomponenten gewährleistet.
Die Düse kann z.B. aus Quarzglas hergestellt sein.
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In Figur 2 ist mit 11 eine Zweistoffdüse für die Zuführung
der Reaktionskomponenten bezeichnet, die am oberen Ende eines zylinderförmigen Reaktors
12 angeordnet ist. Die gebildete Schwefelsäure wird im unteren Teil des Reaktors
angesammelt und von dort durch ein siphonartig ausgebildetes Rohr 15
abgezogen.
Dieses Rohr besitzt an der Stelle 16 eine Verengung, durch die Diuckstöße,
die im Reaktor entstehen, ausgeglichen werden. Der Reaktor weist an seinem oberen
Teil eine Abzweigung 13 auf, an den die zwei Kühler 14 angeschlossen sind,
die dazu dienen, die bei der Umsetzung gebildete dampfförmige Schwefelsäure,bzw.
Wasserdampf und SO zu kondensieren. Die 39
kondensierte Schwefelsäure
wird durch Rohr.17, das unterhalb des Schwefeläsurespiegels im Reaktor 12 einmündet,
in den Reaktor zurückgeführt. Durch das Rohr 18 werden die in der Apparatur
auftretenden Druckstöße entspannt und die mi-t den Reaktionskomponenten in den Reaktor
eingeführten Inertgase oder auch Schwefeldioxid abgeführt. Reaktor und Kühler sind
in einem Kühlbad 19 angeordnet, durch das die Temperatur im Reaktionsraum
und insbesondere die Temperatur der am Boden gesammelten Schwefelsäure eingestellt
werden kann. Die Kühlung wird zweckmäßig so eingestellt, daß die aus dem Reaktor
abgezogene Schwefelsäure noch eine Temperatur von 250 bis 300 0 C
aufweist. Hierdurch wird verhindert, daß sich das mit dem Schwefeltrioxid in den
Reaktor eingebrachte Schwefeldioxid in der Schwefelsäure löst und diese somit verunreinigt
wird.
Die aus dem Reaktor abgezogene Schwefelsäure wird zur weiteren
Abkühlung in ein in der Figur nicht veranschaulichtes Kühlsystem eingeführt.
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Die'Schwefeltrioxidzugabe an der Düse wird, um einen konstanten Vordruck
an der Düse zu erzielen, möglichst-konstant gehalten und die Menge des zuzugebenden
Wassers nach der Konzentration der aus dem Kühler abgezogenen Schwefelsäure geregelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann man auch so arbeiten, daß man einen Teil der gebildeten konzentrierten Schwefelsäure-im
Kreis führt, das für die Umsetzung benötigte Wasser dieser Schwefelsäure außerhalb
der Düse zuführt und die so verdünnte Schwefelsäureg die z.B. eine Konzentration
von 90 bis 94 Gew.-% besitzen kann, in der Düse mit der erforderlichen Menge
an Schwefeltrioxid verdüst und so eine Schwefelsäure de r gewünschten höheren Konzentration
erhält.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bisher bekannt gewordenen
Verfahren den Vorteil, daß es in einer Anlage mit sehr geringem Platzbedarf und
entsprechend hohen Raum-Zeit-Ausbeuten durchgeführt werden kann.
Beispiel
Am oberen Teil eines zylindrischen Reaktors, der 1,1 m hoch ist und eine
lichte Weite von 0,1 m aufweist, ist eine Zweistoffdüse, wie sie in Figur
1 dargestellt ist, angeordnet. Die Austrittsöffnung der inneren Düse beträgt
17 mm und die der äußeren 32 mm an der engsten Stelle.
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Stündlich werden 326,5 kg Schwefeltrioxid und 90,1 kg
vollentsalztes Wasser zu Schwefelsäure umgesetzt, die am Boden des Reaktors mit
einer Temperatur von 300 bis 310 0 C abgezogen wird. Stündlich werden
auf diese Weise 416,6 kg einer 96 %igen, reinen Schwefelsäure erhalten.