DE187077C - - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
KLASSE'12«. GRUPPE
. Dr. MAX NEUMANN in BERLIN.
in Kesselapparaten.
Bei den Kontaktkesseln gebräuchlicher Art zur Darstellung von Schwefelsäureanhydrid
ist die Eintrittsgeschwindigkeit der durch Kompressoren oder Rotationsluftpumpen beförderten
Gase in die Kessel eine sehr große; auch wirkt Saugkraft sowohl bei Eintritt der
Gase in die Kontaktkessel, weil sich hier 2VoL-SO2 und ι Vol. O zu 2VoL1SO3
verdichten, als auch hinter diesen durch weitere erhebliche Vqlumverminderung, hervorgerufen
durch Abkühlung der 400 bis 5000 C. heißen Kontaktofengase auf etwa 500 C. und
durch Absorption des S O3 und schließlich, weil meist die Endgase in einen Schornstein
abgeleitet werden. Irrtümlich wird nun angenommen, daß die durch A nach B (Fig. 3
und 4) einströmenden Gase unter gleichmäßiger Verteilung ihre Geschwindigkeit sehr
stark reduzierend, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, die verschiedenen Kontaktmassen
gleichmäßig durchdringen, um sich • am Ende des Apparates wieder zu vereinigen
und den Apparat durch C zu verlassen. Der Gang der Gase würde dann eben der in Fig. 3 und 4 angedeutete sein. Daß diese
Annahme irrig und der Gang der Gase vielmehr nur ein solcher sein kann, wie ihn
Fig. ι und 2 zeigen, ergibt sich aus folgendem: Bei einem beispielsweise für die Produktion
von 6000 kg Schwefelsäuremonohydrat gebräuchlichen Durchmesser des Gaszuleitungsrohres
von 225 mm, ' entsprechend rund 40000 qmm Querschnitt, muß der Gasstrom
in dem für die Beweisführung ungünstigten Falle, daß der Kontaktkessel mit nicht porösen Kontaktkörpern beschickt ist,
40
auf 80 000 qnim (entsprechend einem Durchmesser von 320 mm) ausgedehnt bezw. verteilt
werden, da die Kontaktkörper als Kugeln gedacht annähernd ebensoviel Raum einnehmen,
als sie zwischen sich in den Passagen frei lassen nach der Formel
r T j* j,
J= -^-Tt-d6 = 0,5236 · d6.
45
Selbstverständlich wird der Reibungswiderstand, den die Kontaktkörper den durchströmenden
Gasen entgegensetzen, eine Verringerung der Geschwindigkeit und damit
eine Ausdehnung des Gasstromes zur Folge haben. Auf Grund der kinetischen Energie
der Gase muß auch das Diffusionsbestreben eine weitere Vermischung der Gase bewirken,
so daß der ursprüngliche Gasstrom unzweifelhaft unter weiterer Verminderung seiner Geschwindigkeit
einen erheblich größeren Querschnitt einnehmen wird, als jenem Durchmesser von 320 mm entspricht. Hauptsächlich
werden es die äußeren Gasschichten sein, die besonders zu diffundieren bestrebt sind,
und zwar je mehr, desto weiter sie sich vom Eingange entfernen, bis etwa von der Mitte
des Kessels ab sich wieder die sammelnde Saugwirkung bemerkbar machen wird. Außer
dieser Diffusionstension, deren Wirksamkeit nicht geleugnet werden soll, ist aber auch
die ihr entgegenwirkende, die Gase zusammenhaltende Durchströmungsbewegung in Rechnung
zu ziehen, die bisher vollständig vernachlässigt worden ist. Wie ein in einen See sich ergießender Strom trotz des vorhandenen
osmotischen Druckes diesen ohne
besonders wahrnehmbare Mischung mit dem Wasser des Sees zu durchfließen vermag, so
ist im entsprechenden Sinne ein derartiges Bestreben auch bei jedem in einen mit Gasen
gefüllten Raum sich ergießenden Gasstrom vorhanden, und zwar in um so größerem
Maße, je größer die Geschwindigkeit ist, mit welcher der Gasstrom in dies Medium eintritt.
Diese Durchströmungstension bei einer
ίο Eintrittsgeschwindigkeit der Gase von 1500 cm
in der Sekunde wird bei einer etwa 250 cm betragenden Länge des durchströmten Raumes
der üblichen Kontaktkessel, eine ganz bedeutende Wirkung haben, und zwar noch
um so mehr, als ja am Ende des Kessels andauernd starke Saugwirkung vorhanden ist.
Selbst in · dem höchst unwahrscheinlichen Falle, daß trotz jener starken zusammenhaltenden
Wirkung der Gasstrom auf diesem kurzen Wege durch kinetische Energie und
Reibung einen zehnmal so großen Querschnitt erreiche, als er unbedingt erlangen muß, d.h.
bei 10 X 8000ό qmm = 800000 qmm Querschnitt
einem Rohrdurchmesser von etwa 1000 mm entspräche, während die bisher für
die angenommene Produktion von 6000 kg H1 S O4 beispielsweise gebräuchlich gewesenen
zwei hintereinander geschalteten Kontaktkessel einen Durchmesser von etwa 1750 mm
= 240 000 qmm Querschnitt haben, würde somit in diesem Falle in diesen Kesseln tatsächlich
der größte Teil der Kontaktmasse, etwa '2/3 derselben, bisher nicht zur Wirksamkeit
gelangt sein.
Durch das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren wird der
Gasstrom genötigt, sich, wie bisher als selbstverständlich angenommen, sofort beim Eintritt
in den Reaktionsraum gleichmäßig zu verteilen, so daß die Kontaktmasse an allen
Punkten von dem Gasstrom annähernd mit der gleichen, stark reduzierten Geschwindig-
. keit passiert wird, während bei der bisher üblichen Arbeitsweise nur' die äußeren Schichten
des Gasstromes eine wesentlich geringere Geschwindigkeit erhielten, die inneren, achsialen
aber mehr oder minder mit der Eintrittsgeschwindigkeit die Kontaktschichten passieren
müssen. Durch ein solches Verfahren werden die in dem obigen Beispiel bisher zur
Inaktivität verurteilt gewesenen 2/8 der Kontaktmasse
gleichfalls zur vollen Wirksamkeit gelangen und der bisher nur zur Fabrikation von 6000 kg H2 S O4 ausreichende Apparat
wird somit eine Fabrikationskapazität von 3x6000 = 18 000 kg H2 S O4 erhalten.
Den Gasen wird gemäß vorliegender Erfindung der freie direkte Durchgang durch
den Apparat dadurch erschwert, daß man für alle übereinander gelagerten Kontaktschichten
eine feinste, also den größten Widerstand bietende Kontaktmasse in 1 (Fig. 5
und 6), d. h. um die Achse herum verlegt, worauf man eine zweite, weniger feine, ringförmige,
konzentrische Schicht folgen läßt und so fort, bis an der .Mantelwand die
gröbste Schicht lagert; den Gasen wird somit die Passage von der Achse nach dem Mantel zu fortschreitend erleichtert und dementsprechend
werden Gasteile nach dorthin abgelenkt.
Die Größe der Kontaktkörperchen und" damit ihr den Gasen entgegen zu setzender jeweiliger
Reibungswiderstand kann für jeden Punkt der Passage so berechnet und gewählt
werden, daß die Gasgeschwindigkeit, gewissermaßen die Komponente aus Durchströmungstension
und Reibungswiderstand, für jeden Punkt der Apparatur annähernd dieselbe ist,
also somit eine gleichmäßige Gasverteilung erzielt wird.
Zweckmäßig verfährt man in der Weise, daß man auf die zwei oder mehr Siebböden
jedes Apparates, welche die Kontaktmasse zu go tragen haben, oben und unten offene konzentrische
Blechzylinder stellt, und zwar beispielsweise den ersten achsialen von 782 mm Durchmesser, den zweiten von 1100 mm
Durchmesser, den dritten von 1350 mm Durchmesser, den vierten von 1560 mm
Durchmesser, während der fünfte bei 1750 mm Durchmesser durch den Kesselmantel gebildet
wird. Die hierdurch gebildeten Abteilungen — Zylinder bezw. Ringe — werden mit verschiedenartig
gekörntem Kontaktmaterial so ausgefüllt, daß in 1 das feinste und in 5 das
gröbste zu liegen kommt, wie Fig. 5 und 6 zeigen. Natürlich kann man auch noch mehrere solcher Ablenkungsabteilungen bilden
und noch andere Verteilungsverhältnisse wählen. "
Die Oberflächenberechnung dieser Kontaktkörperchen — Kugeln —■. ergibt, daß die
Summe aller ihrer Oberflächen, in diesem Falle also der Reibungswiderstand, den sie
den durchdringenden Gasen entgegensetzen, mit abnehmendem Durchmesser wächst, und
zwar so, daß er diesem umgekehrt proportional ist, d. h. bei Kugeln von z. B. 2,5 mm
Durchmesser achtmal größer als bei Kugeln von 8 X 2,5 = 20 mm Durchmesser. Füllt
man z. B.
Zylinder 1 mit Korngröße von 5 mm Durchmesser
Ring. .. 2 - - - 5,7 - -
Widerstand 8/8>
- ■ V8,
- 7s.
V8
/S'
so ist auf diese Weise die zwangsweise gleiche
mäßige Verteilung des eintretenden Gasstromes mit gleichmäßig reduzierter Geschwindigkeit
während des Durchganges durch den Kontaktraum mit Leichtigkeit zu erreichen
und damit bei geeigneter Ableitung der Reaktionswärme eine nahezu theoretische
Umsetzung gewährleistet.
Obwohl bei dieser Gasverteilung, falls es
ίο sich um eine Produktion von nur 6000 kg
H2 S O4 handeln würde, die Gefahr der Überhitzung
der achsialen Teile an und für sich in dem Maße nicht zu befürchten wäre wie bei den jetzt gebräuchlichen Kontaktapparaten
und ihren Kontaktmassen, so erfordert der Apparat doch, zumal er bei der vorgeschlagenen
Kontaktmaterialanordnung das dreifache, also 18000 kg H2SO1 leisten soll, zur
besseren Ableitung der achsialen Wärme, da
sonst hier Überhitzungen unvermeidlich wären, einer besonderen Vorrichtung, darin bestehend,
daß ein unter der ersten Hälfte der untersten Schicht einmündendes Rohr in die Achse des
Kessels gelegt wird, welches letzteren bis über die' oberste Schicht hinaus durchzieht
und den Kessel oben neben dem Gasaustrittstutzen verläßt (Fig. 7). Das Rohr ist
an seinem Eingange mit einem Hahn versehen, mittels dessen der Zufluß der Kühlluft
nach Bedürfnis geregelt wird; das auf 200 bis 3000 C. erhitzte Rohr wirkt wie ein
Schornstein und hat starke Saugkraft. Es ist notwendig, das Rohr über der unteren
Hälfte der ersten Schicht eintreten zu lassen,
35- da in den meisten Fällen das Temperaturoptimum in der ersten Schicht erst erreicht
werden soll, eine zu frühe Kühlwirkung hier also geradezu nachteilig sein würde.
Beschrieben ist bereits die Regelung der
Temperatur durch horizontal oder vertikal eingebaute Kühlrohre, die den Kontaktraum
durchlaufen, jedoch ohne Angabe einer bestimmten Stelle in ihm. Demgegenüber findet
bei der vorliegenden Erfindung die Kühlung in der Achse selbst statt, da erkannt worden
ist, daß gerade hier sich die größte Schädlichkeit der Überhitzung der Kontaktmasse
zeigt, indem das bereits gebildete 5 O3 an
dieser Stelle am leichtesten der Dissoziation in S O2 und Sauerstoff ausgesetzt ist.
Die energischste Reaktion findet in der oberen Hälfte der ersten Schicht und in der
zweiten statt. Hier muß deshalb am stärksten gekühlt werden, einerseits durch die
mittels des Kühlrohres einzulassende kalte Luft, andererseits durch die geringste Isolation
der Kesselwände gerade an dieser Stelle.
Ist es so möglich geworden, während dieses Hauptoxydationsprozesses das Temperaturoptimum
einzuhalten, also Dissoziationen zu vermeiden, so wird es auch leicht sein, den Oxydationsprozeß der noch restierenden
20 bis 30 Prozent S O2 unter denselben
günstigen Bedingungen in der dritten und vierten Schicht in demselben Apparat oder
in einem zweiten zu Ende zu führen, bei natürlich progressiv verstärkter Isolation und
einer Rohrkühlluft, die, von unten emporsteigend und sich erwärmend, hier ohne Mühe auf 200 bis 300 ° C. zu halten sein
wird. Befürchtet man, daß bei einer derartigen Intensivproduktion, die anstatt 6000 kg
H2 S O4 in demselben Apparat 18000 kg erzeugen
soll, es trotz der achsialen Kühlung nicht möglich sein sollte, die große Menge
der entwickelten Reaktionswärme zu entfernen und so verhängnisvolle Überhitzungen
zu veranlassen, so können entweder weitere Kühlmittel zur Regelung der Temperatur zur
Anwendung kommen oder der Apparat kann in seiner Form in Durchmesser und Höhe so reduziert werden, daß er beispielsweise
gerade zur Produktion von 6000 kg H2 S O4
ausreichen würde. Der Wert der Anwendung der Kontaktmasse und der achsialen Kühlung bleibt auch für diesen Fall derselbe.
Die technischen Vorteile dieses Verfahrens sind:
1. Eine bedeutende Ersparnis des bisherigen Platinaufwandes, da kein Punkt der
Kontaktmasse von den durchströmenden Gasen unberührt bleibt und keine inerten Räume
mehr entstehen;
2. eine längere Wirksamkeit der Masse, die nicht wie bisher hauptsächlich nur in
ihren achsialen Teilen, sondern überall gleichmäßig in Anspruch -genommen wird;
3. die Erhöhung der Umsetzung von 95 bis 97 Prozent auf 99 bis 100 Prozent, da
Dissoziationen des bereits gebildeten S O3 in S O2 und O in den achsialen Teilen durch
geregelten, weniger stürmischen Verlauf der Reaktion ausgeschlossen sind.
Claims (2)
1. Verfahren zur Darstellung von Schwefelsäureanhydrid mittels Kontaktsubstanzen
in Kesselapparaten, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kontaktkesseln
nach seiner Korngröße getrenntes Kontaktmaterial in der Weise angeordnet ist, daß das feinste Material in der Achse
der Kessel und um dieses herum, nach der Wandung der Kessel zu immer weniger
feines Material gelagert wird, und daß man das Gasgemenge in den Kontakt- · kesseln in der Richtung ihrer Achse abkühlt.
2. Apparat zur Ausführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zur Aufnahme der
Kontaktsubstanz dienenden Siebträgern beiderseitig . offene konzentrische Blechzylinder
angeordnet sind, . zum Zwecke, zylinder- oder ringförmige Räume für
das Kontaktmaterial von verschiedener Korngröße zu schaffen, und daß über
dem ersten Kontaktmassenträger ein mit Regulierhahn versehenes Rohr in den Kessel eingeführt ist, das die Achse des
Kessels von unten nach oben durchzieht und über der obersten Kontaktschicht den
Kessel verläßt.
Hierzu ι Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE187077C true DE187077C (de) |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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