DE2222950A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen in heterogenen Systemen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen in heterogenen Systemen

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DE2222950A1 DE19722222950 DE2222950A DE2222950A1 DE 2222950 A1 DE2222950 A1 DE 2222950A1 DE 19722222950 DE19722222950 DE 19722222950 DE 2222950 A DE2222950 A DE 2222950A DE 2222950 A1 DE2222950 A1 DE 2222950A1
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Description

Patentanwalt Patentanwälte
Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieler Henkel
Dipl.-Ing. Ralf M. Kern Dr· rer* nat< Lothar Feller
Dm Λ _lto<-_B Oll .___rr_.._________.-____ ™ ΡΙ_Πβ··Ρ »W
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Coeprimo N»V.
Amsterdam, Niederlande 2222950
" Dr.F/De
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen in heterogenen Systemen
Um chemischen Reaktionen, die in heterogenen Flüssigkeit-Gas-Feststoffsystemen ablaufen, die erforderliche Geschwindigkeit zu verleihen, ist es notwendig, daß die Berührungsfläche und Massenübertragung zwischen den Phasen möglichst groß sind.
Ss sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die diesen Bedingungen mehr oder weniger genügen« In den bekannten Vorrichtungen werden die Phasen miteinander mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen, ζ.ή. mit Rührwerken, Turbinen, Pumpenrotoren, Einspritzvorrichtungen, Drehscheiben oder Drehsieben, dispergiert und gemischt. Im Fall eines i'lüssigkeit-Gae-Festetoffsystems wird die Berührungsfläche der festen Phase mit den übrigen Phasen dadurch vergrößert, daß erstere Phase als Suspension in der Flüssigkeit verwendet wird.
Wenn sich selbst bei großer Berührungsfläche und günstiger Massenübertragung zwischen den Phasen in einer einzigen Reaktionsstufe die erforderliche Reaktionsgeschwindigkeit nicht
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erreichen läßt, werden in der Regel zwei oder mehr Reaktionsetufen (Reaktoren) in Reihe geschaltet. In einem solchen Fall bedient man eich z.B. einer Kaskadenanordnung, bei der sich •ine der Phasen, z.B. das Gas, entgegen der Flüssigkeit oder Suspension bewegt.
feotsdem die bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine Reihe von Vorteile?aufweisen, können sie aus technischen Geeicht «punkte η in manchen Fällen nicht erfolgreich zum Einsatz gelangen. Bei solchen Fällen handelt es sich insbesondere um Reaktionen, bei denen die Reaktionsteilnehmer den Reaktor stark korrodieren oder durch Abriebswirkung (der festen Phase) beschädigen. Besonders große Schwierigkeiten entstehen dann, wenn beide Einflüsse gleichzeitig sum Tragen kommen. Hierbei werden durch die Angriffskräfte die sich drehenden Teile der Vorrichtung außerordentlich stark beansprucht, wobei selbst die Stopfbuchsen und Dichtungen beschädigt werden und unter oftmaliger Unterbrechung des Betriebs laufend Reparaturen erforderlich sind. Besonders ungünstig wirken sich diese Folgen bei mehretufigen Reaktzionsaystemen aus. Die Folge dieser Mangel eind eine verminderte Kapazität und Lebensdauer der Vorrichtung und erhöhte Instandhaltungskosten.
Die geschilderten Schwierigkeiten und Nachteile werden durch cL.tf vorliegende Erfindung beseitigt, deren Gegenstand ein Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen in heterogenen Flüssigkeit-Gas-Feststoffsystemen ist. Die Anwendung dieser Erfindung ist besonders für Reaktionen geeignet, bei denen die Reaktionsteilnehmer chemisch aggressiv sind und/ oder eine Abriebswirkung auf αβη Werkstoff entfalten.
D&.s Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf der firkenntnie, daß die HöP.ktion im. heterogenen System ohne mechanisches
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pergieren und Rühren der Phasen untereinander durch Verteilung der gaef örmigen Phase in den Suepensionsstrom durchgeführt wird, wobei der Suspensionsetrom im Gegenstrom zur Gasphase mit solcher Geschwindigkeit strömen gelaseen wird, daß eine turbulente Durchmischung und Verteilung der Phasen erzielt wird. Ua erfindungegemäß die erforderliche Kontaktdauer der Phasen zu gewährleisten, werden mehrere übereinander angeordnete Reaktionsräume in Reihe geschaltet; diese Reaktionsräume sind voneinander durch horizontale Trennwände getrennt, die mit einer Vorrichtung zur Verteilung des Gases in die flüssige Phase oder mit öffnungen und Überlaufrohren als Verbindungsweg für die Suspension zwischen den einzelnen iieaktioneräumen versehen sind.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Gas in den Raum unterhalb der am niedrigsten angebrachten Trennwand geleitet, während die feindisperse oder ganz oder teilweise grober· Teilchen enthaltende Suspension in den Reaktionsraum oberhalb der am höchsten angebrachten Trennwand eingeleitet wird. Das Reaktioiisprodukt wird aus dem untersten Reaktionsraum, das Inertgas oder das eventuell bei der Reaktion entstehende Gas aus de« obersten Reaktionsraum abgeführt. Durch die Übereinanderanordnung der Reaktionsräume in Reihe kann ein senkrechter Reaktor entstehen, der im Gegenstromverfahren kontinuierlich arbeitet. Durch Wahl eines geeigneten Werkstoffes ist es möglich, in einem solchen Reaktor chemische Reaktionen zwischen einem Gas und den festen Teilchen einer Suspension auch in sol- .jtfxmn. Fällen durchzuführen, in denen die einzelnen Reaktionsteilnehmer chemisch aggressiv sind und/oder eine Abriebswirkung entfalten.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kommt «s tu einem Kontakt des Gases mit der Suspension, wobei das Gae
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auch, eine gegenüber den in der Suspension enthaltenen Bestandteilen inerte Komponente enthalten kann. Als Inertgas kommt z.B. Stickstoff, Luft oder Kohlendioxid in Frage. Das Inertgas, welches nicht mit den anderen in der flüssigen Suspension enthaltenen Bestandteilen reagiert, kann zusammen mit dem bei der Reaktion eventuell entstehendem Gas für das Mischen und die Verteilung der Phasen und gegebenenfalls auch für eine zweckmäßige Wärmeregulierung notwendig sein.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung kann man das den gasförmigen Reaktioneteilnehmer enthaltende Gas in einen Reaktionsraum oberhalb der am niedrigsten angebrachten Trennwand einleiten und das Inertgas oder ein Teil des Abgases, welches aus dem obersten Raum abgeführt wird, dem unterhalb der untersten Trennwand vorgesehenen .Saum zuführen. Diese Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise dann angewandt werden, wenn die Konzentration des nicht-umgesetztan Reaktionsteilnehmers, der im flüssigen Produkt oder in der Suspension gelöst bleibt und mit dem Produkt das Reaktionssystem verlassen würde, herabgesetzt werden soll.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird zweckmäßigerweise in einer in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung durchgeführt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Vorrichtung aus einem senkrechten mehrstufigen Reaktor 1, in dem die einzelnen Stufen, d.h. Reaktionsräume 2» in Reihe übereinander angeordnet sind. Die Reaktionsräume 2 sind durch horizontale Trennwände 2 getrennt, die mit der Einrichtung 4 zum Verteilen des Gases in die Suspension oder mit öffnungen versehen sind. In
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Jeder !rennwand ist außerdem ein Abführorgan, vorzugsweise ein Überlaufrohr 5 als Verbindungsweg für die flüssige Phase aus dem höher liegenden in den darunter liegenden Reaktionsraum vorgesehen. Die Trennwände 3 sind im senkrechten Reaktor 1 so angebracht, daß das Überlaufrohr 3 in der darunter liegenden Trennwand nicht unter und vorzugsweise auf der dem Überlaufrohr in der darüberliegenden Trennwand gegenüberliegenden Sei^e angebracht ist. Die in der Trennwand ausgebildete Einrichtung A zur Verteilung des Gases in die Suspension bzw. die kreisrunden öffnungen sind regelmäßig über die ganze Trennwandfläche verteilt (vgl. Detail in Fig. 2), jedoch mit Ausnahme der Fläche, die durch die Projektion des Querschnittes des über der Trennwand angebrachten Überlaufrohres 5 begrenzt wird und so vergrößert ist, daß der 'tUerschnitt einer vergrößerten Fläche 5» dem äußeren Durchmesser des überlaufrohres 5 gleich ist, der um die zwei- bis vierfache Entfernung der Überlaufrohrmündung von der nächst niedrigeren Trennwand 3 vergrößert ist.
Die Höhe der eine feste Phase enthaltenden Flüssigkeitsoder Suspensionsschicht im Reaktionsraum ist durch die Höhe der Überlaufrohrmündung über der Trennwand gegeben, in der das Rohr befestigt ist. Der Unterteil des Überlaufrohres, d.h. der Teil unterhalb der Trennwand, in.der das t'berlaufrohr befestigt ist, taucht in die Flüssigkeit oder Suspension in den darunterliegenden Reaktionsraum ein.
Die ungelöste oder unlösliche Teile enthaltende Flüssigkeit wird kontinuierlich in den obersten Reaktionsraum über einen Trichter 6 zugeführt} der Auslauf des Trichters 6 taucht unter den Flüssigkeits- oder Suspensionsspiegel im obersten Reaktioneraum ein. Der gasförmige Reaktionsteilnehmer wird in den Raum unterhalb der untersten Trennwand über einen Stutzen 7 geführt.
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Mit dem Stutzen 7 kann man auch, je nach Beaarf, als Trägergas ein Inertgas zuführen; ferner kann man durch den Stutzen 7 einen Teil des Abgases aus dem obersten Reaktionsraum über eine Rohrleitung 10 mit Hilfe eines Ventilators oder Gebläses rückführen. Bei Bedarf kann der gasförmige Reaktionsteilnehmer über Stutzen 8 oder 9 in den ersten oder zweiten Reaktionsraum oberhalb der untersten Trennwand zugespeist werden. In diesem Fall wird der Flüssigkeits- oder Suspensionsspiegel in diesen Reaktionsraumen aurch Zufuhr des Inertgases oder durch rückgeführtes Abgas unter die Trennwände der Reaktioneräume über den Stutzen 7 und/oaer 8 aufrecht erhalten. Das bei der Reaktion entstehende Abgas und /oder Inertgas wird aus dem obersten Reaktionsraum durch eine Rohrleitung 12 in die Atmosphäre oder nach Bedarf in einen Aufbereitungsturin (Assanierungsendturm) bzw. zur Weiterverarbeitung geleitet.
Aus einem Raum IJ unterhalb der untersten Trennwand wird das Reaktionsprodukt durch eine Rohrleitung; 14- zur Weiterverarbeitung oder in einen Vorratsoehalter 15 geiahrt. Im Raum 13 wird der Spiegel der Suspension mit Hilfe eines Niyeaureglers mit einem Regelventil 16 konstant gehalten.
Ia Falle, daß eine, Ruckführung des . nie ht-umge setz ten Anteiles der festen Phase zweckmäßig ist, kann dies z.B. mit Hilfe eines Systems von Hydrozyklonen vorgenommen werden (vgl. Fig. 1). In der Rohrleitung 1V wird ein Ventil 1(7 geschlossen und ein Ventil 18 geöffnet, während das flüssige Reaktionsprodukt mit Hilfe einer Pumpe in Hydrozyklonen 20 gepumpt wird. In diesen wird die Suspension eingedickt. Größere nicht-reaktionsfähige Teilchen oder Stoffe, z.B. Sand, Silikate usw., gelangen aus dem oberen Ende des HydroZyklons 20 über eine Rohr-
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leitung 22 mit einem Ventil 23 in den kegelförmigen Unterteil des Raums 13, aus dem sie von Zeit zu Zeit durch eine- Schlammauetragseinrichtung 27 abgelassen werden. Reaktionsfähige Teilchen der festen Phase werden aus dem Hydrozyklon 20 über eine Rohrleitung 24- mit Ventilen 25 oder 26 in einen der darüber liegenden Reaktionsräume geleitet» Das flüssige Reaktionsprodukt wird aus dem Hydrozyklon 20 durch eine Rohrleitung 19 in den Vorratsbehälter 25 oder zur Weiterverarbeitung abgeleitet.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung müssen die öffnungen regelmäßig über die gesamte Fläche der zwei Reaktionsräume voneinander trennenden Trennwände verteilt sein. Ohne öffnungen bleibt nur die durch Projektion des querschnitts dee über der Trennwand angebrachten Überlaufrohres begrenzte Fläche. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die öffnungslose Fläche derart zu vergrößern, daß der Durchmesser der vergrößerten Fläche dem äußeren Durchmesser des überlaufröhres um das Zwei- bis Vierfache der Entfernung der Überlaufrohrmündung von der darunterliegenden Trennwand übertrifft. Durch diese Maßnahme wird der Durchtritt der gasförmigen Phase durch das Überlaufrohr in den darüberliegenden Reaktionsraum auf ein Minimum beschränkt. Die· Überlaufrohrmündung ist zweckmäßigerweise von der darunterliegenden Trennwand soweit entfernt, daß diese
den
Entfernungvi/6 bis 1/4 des Innendurchmessers des Überlaufrohres entspricht.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung kann die Geschwindigkeit der gasförmigen Phase in den öffnungen der Trennwand sehr verschieden sein und beispielsweise 0,3 m/sec bis 6 m/sec betragen. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit 2 m/eec bis 3»5 m/sec bei einem freien Gesamtquerschnitt der öffnungen von 1 bis 3»5% der gesamten Trennwandfläche. Die Anzahl der öffnungen und deren gesamter Querschnitt ist dann durch
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den Durchintz der gasförmigen Phase gegeben. Bas Verfahren gemäß der Erfindung schließt die Wahl einer Geschwindigkeit der gasförmigen Phase in den Trennwandöffnungen innerhalb der Grenze Ton 0,3 m/sec bis 6 m/sec sowie einen solchen Öffnungequerschnitt nicht aus, bei denen ein Teil der Suspension durch die öffnungen in der Trennwand durchtropft, Durch eine zweckmäßige Größe der öffnungen kann man bei geringeren StrömungsgescMvmdigkeiten des Gases das Absetzen der Suspension oder die Entstehung von Kristallen eines der Reaktionsteilnehmer in den öffnungen und daaurch eine Undurchlässigkeit für die gasförmige Phase verhindern. Der Suspensionsspiegel oberhalb der mit öffnungen versehenen Trennwand ist durch den Abstand der Überlaufrohrmundung von der Trennwand, in der das überlaufrohr befestigt ist, gegeoen. Am zweckmäßigsten hat es sich erwiesen, wenn die Höhe der Suspension das Zehn- bis Vierzigfache des Abstandes der Überlaufrohrmündung von der darunterliegenden Trennwand beträgt. Bei höheren Suspensionsniveaus wird der Mißchefiekt des aus den Trennwandöffnungen austretenden Gases insbesondere im oberen Teil der Suspension herabgesetzt, weil sich die kleineren Gasblasen vereinigen und ihre kinetische Energie verlieren. Die überlaufröhre werden zweckmäßig so angeordnet, daß das über lauf rohr in der darunterliegenden Trennwu"i& auf der gegenüberliegenden Seite des Überlaufrohres in·der darüberliegenden Trennwand angebracht ist.
Wenn im Reaktionssystem eine Reaktion zwischen einem gasförmigen Reaktioneteilnehmer und einer Suspension von ungleichmäßig großen Teilchen eines festen Reaktionsteilnehmere verläuft, kann der Fall eintreten, daß die größeren Teilchen der festen Phase keine Zeit haben,völlig zu reagieren und zusammen mit dem Produkt den unter der untersten Trennwand liegenden Reaktionsraum verlassen. In diesem Fall ist es gegebenenfalls
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möglichi einen Teil des Produktes mit nicht-umgesetzten Teilehen dee festen Reaktionsteilnehmerε in einen der höher gelegenen Reaktionsräume rückführen zu lassen* und zwar entweder direkt oder nach vorhergehender Eindickung der Suspension auf bekannte Art, z.B. im Hydrozyklon, Abscheider oder Absetzer.
Als besonders geeignet haben sich das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Herstellung wäßriger Lösungen von unterchloriger Säure nach folgendem Reaktionsechema (1)
CaGO3 + 2Cl2 + H2O ^>2HOC1 + CaCl2 + CO2 (1)
zur Herstellung von Halbfabrikaten für die Herstellung wäßriger Lösungen von Chlorhydrinen, z.B. Glyzerindichlorhydrinen, erwiesen. Es ist bekannt, daß wäßrige Lösungen der unterchlorigen Säure nicht stabil sind. Ihr stufenweiser Zerfall läuft um so rascher ab, je konzentrierter die Lösung ietj es ist bekannt, daß bereits 1- oder 2%-ige Lösungen schnell ihre chemische Aktivität verlieren.
flach dem Verfahren und mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung können kontinuierlich und in ausreichender Ausbeute Lösungen von unterchloriger Säure relativ hoher Konzentration hergestellt werden, und zwar 2- bis 3^-igei eventuell bis 3i5%-ige Lösungen. Dies wird durch guten Kontakt zwischen den Phasen, Reihenschaltung der .Reaktionsstufen und die Zufuhr der Reaktions teilnehmer im Gegenstromverfahren ermöglicht. Die Umsetzung zwischen gasförmigem Chlor und einer Kalksteinsuspension in Was-■er läuft bei einer Temperatur von 10°bis 3O0C ab. Die. Kalk-, •teinkonzentration beträgt 15 bis 35 kg pro 1000 kg Suspeneion, wobei vorzugsweise der Durchmesser aer Kalksteinpartikel in der
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• ·
Suspension 0,2 mi nicht überschreiten soll. Die Verweilzeit des Reaktionsgemieches in den einzelnen Reaktionsräumen beträgt 0,5 bis 2 min; die Verweildauer im Reaktionsraum unterhalb der untersten Trennwand beträgt 2 bis 10 min. Gasförmiges Chlor wird in den Raum unterhalb der untersten Trennwand zu-v geführt, während die wäßrige Kalksteinsuspension in den Reaktion^raum oberhalb der obersten Trennwand eingefüllt wird. Das bei der Reaktion entstehende Abgas wird aus dem obersten Reaktionsraum abgeleitet; die entstandene Lösung der unterchlorigen Säure wird aus dem untersten xieaktionsraum abgeführt. Im Gemisch mit dem gasförmigen Chlor kann der Reaktion auch eine gegenüber der wäßrigen Kalksteinsuspension inerte gasförmige Komponente zugeführt werden. In diesem Fall wird das gasförmige Chlor zweckmäßigerweise in den über der untersten Trennwand befindlichen Reaktionsraum geleitet, wahrend das gegenüber der wäßrigen Kalksteinsuspension inerte Gas in den Raum unter der untersten Trennwand eingeleitet wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise auch so durchgeführt werden, dali man die Suspension von nicht-umgesetztem Kalkstein zusammen mit der wäßrigen Lösung der Reaktionsprodukte teilweise rückführt. Die gleichzeitige Einhaltung sämtlicher genannter Reaictionsbedingungen ermöglicht es, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und dadurch die für-»die Reaktionsteilnehmer notwendige Kontaktzeit sowie die Verweilzeit der hergestellten unterchlorigeη Säure im System zu verkürzen. Die Verkürzung der Verweildauer der unterchlorigen Säure im Reaktionssystem ist der Hauptgrund für die hohe Ausbeute an unterchloriger Säure.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen es, außer.der Herstellung unterchloriger Säure auch eine Heine anderer chemisch-technologischer Prozesse, z.B. die
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Adsorption von Schwefeldioxid in wäßrigen Suspensionen von Erdalkali-Hydroxiden oder Carbonaten unter Bildung von Hydrogensulfitlösungen gemäß folgenden Gleichungen
Ca(OH)2 + 2SO2 -,Ca(HSO^)2 (2)'
geCOj + 2SO2 + H2O y Ca(HSOj)2 + CO2 (3)
vorteilhaft durchzuführen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung naher veranschaulichen.
Beispiel 1
Der im vorliegenden ü'all verwendete senkrechte Reaktor gemäß Fig. 1 wird von zwölf übereinander angeordneten Reaktionsräumen aus nicht-isolierten, $00 mm hohen Glaszylindern aines Innendurchmessers von 105 ntoi) die gegeneinander durch waagrechte Trennwände aus Polyvinylchlorid abgeteilt waren, und einem 1000 mm hohen,unterhaId der untersten Trennwand vorgesehenen Raum gebildet. Jede Trennwand war mit 29 kreisförmigen öffnungen eines Durchmessers von 2 mm versehen, sodaß der gesamte freie Öffnungsquerschnitt F 91 mm und der freie Öffnungsquerschnitt, bezogen auf die Trennwandfläche, 1,05% der Trennwandflache betrug. In jeder Trennwand war außerdem ein überlaufrohr eines Außendurchmessers d^ von 30 mm und eiiuer lichten Weite d2 von 25 mm befestigt, wobei der Abstand der Überlaufrohrmündung von der Trennwand, in welcher daß Überlaufrohr befestigt war, 150 mm betrug. Die Rohrmündung befand sich in. einer Entfernung von 5 hh& über der darunterliegenden Trennwand. Der Durchmesser der öffnungslosen Fläche der Trennwand, die mit der Projektion des Überlaufrohreε der darüberliegendenTrenn-
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wand konzentrisch ist, betrug 50 mm.
Durch den Stutzen 7 dee Raums 13 wurden 3»58 kg/std gasförmiges Chlor (Konzentration: 99»9%) einer Temperatur von 200C augeführt. In den im obersten Reaktionsraum angebrachten Trichter wurden kontinuierlich '?B,3 kg/etd einer wäßrigen Suspension aus feingemahlenem technischen Kalkstein (Konzentration t 34 g Kalkstein in 1 kg Suspension) eingefüllt. Die Zusammensetzung des technischen Kalksteines betrug: 97,6% CaCOz1 0,11J& Pe, 0,02% Mn und 2,2% in 10%-iger Salzsäure unzersetzbarer Reststofie.
Der technische Kalkstein besaß folgende i'eilchengrößenverteilung
größer als 0,03 mm 5,6 Gew.-%
0,02-0,03 mm 10,2 "
0,01-0,02 mm 19,9 "
kleiner als 0,01 mm 64,3 "
Die Geschwindigkeit des gasförmigen Chlors betrug in den öffnungen der untersten Trennwand 3,6 m/sec, die Geschwindigkeit des Abgases in den Öffnungen der obersten Trennwand 2,1 m/sec. Die Verweildauer der üeaktionslösung im senkrechten Reaktor betrug bei 25i&-igeiii relativen Blasen volumen
(Gasblasenvolumen . 100 )
Volumen der brodelnden Schicht
inegesamt 1312 min, davon in den einzelnen Reaktionsr&umen 0t7 min.und im Raum unterhalb der untersten Trennwand 3i4 min.
Die Äeaktionstemperatür im obersten Reaktionsraum betrug 200O, im Raum unterhalb der untersten Trennwand 220C. Nach Abtrennung des Schlamms wurden 80,3 kg/std einer Lösung von unterchloriger
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Säure (pH-Aert 4,1 bis 4,2; Konzentrationί 30 g HOCl/kg Lösung) erhalten. Die Lösung enthielt pro kg Lösung 3»27 g gelösten Chlors, Ot^ g Chlor in Form von Uhlorat, 20,32 g Chlor gebunden in Chloridform und 20,215 g Chlor in iJOrm unterchloriger Säure.
Aus dem obersten Reaktionsraum entwichen stündlich 685 Liter Abgas (Temperatur: 200G) mit 0,05 ? Ghlor/Liter. Durch Berechnung wurde festgestellt, daß aie Chlorverluste im Abgas 0,97% des der Reaktion zugeiuiirten Chlors betrugen, wobei 7t34-'# des zugeführten Chlors in der Lösung gelöst waren, und 0,76% zu Chlorat, 45,58% zu Chlorid und 45»35>ό zu unterchloriger Säure reagierten. i>ie Ausbeute an unterchloriger Säure, bezogen auf die Menge aes zugeführten Chlors, oetrug also 45i35%» theoretisch sollte die Ausbeute 50% betragen. Auf übliche Weise ausgedrückt, betrug die Ausbeute an unterchloriger Säure also 9O der Theorie. Die abgetrennte Schlammenge betrug 0,46 kg/std.
Beispiel 2 ■
Der im vorliegenden Fall verwendete senkrechte Reaktor gemäß ?ig. 1 bestand aus zwanzig übereinander angeordneten Reaktionsräumen. Im übrigen entsprach der Reaktor dem Reaktor des Beispiels 1. Durch den Stutzen 7 des Raums 13 wurde pro Stunde ein aus 3 kg Chlor und 0,206 kg Stickstoff bestehendes gasförmiges Gemisch zugeführt. Die Temperatur des ,gasförmigen Gemiscaes betrug 120C. In den im obersten Reaktionsraum angebrachten Trichter 6 wurden pro Stunde kontinuierlich 80,4 kg einer Suspension von feingemahlenem technischen Kalkstein (Konzentration: 32,8 g Kalkstein in 1 kg Suspension) eingefüllt. Die Temperatur der eingefüllten Suspension betrug 120C, die Zusammensetzung und die Teilchengrößenverteilung der Suspension wareii dieselben wie in Beispiel 1.
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Die Reaktionsteinperatur im obersten Reaktionsraum betrug 120C, im untersten Reaktionsraum 140C, Die Gasgeschwindigkeit in der untersten Trennwand betrug 3»5 m/sec, in der obersten Trennwand 2,04- m/sec. Die Verweildauer im gesamten Reaktionssystem betrug 18 min, davon in den einzelnen .Reaktionsräumen 0,7 mil* 11BcL im Reaktionsraum unter der untersten 'x'rennwand 3,3^iin. Nach der Abtrennung des Schlamms wurden 81,7 kg einer Lösung von unterchloriger Säure (Konzentration: 25 g HOCl in 1 kg Lösung) erhalten. Die Lösung enthielt weiter pro kg 1,84 g gelösten Chlore., 0,137 g Chlor in Chloratform, 17,7 g in Chloridform gebundenes Chlor und 16,^ g Chlor in Form von unterchloriger Säure. Der pH-Wert der Lösung betrug 4,5· Aue dem obersten Heaktionsraum entwichen 667 Liter Gas mit 0,018 g Chlor/Liter. Die abgeschiedene Schlammenge betrug 0,58 kg. Durch Berechnung wurde folgende Chlorbilanz ermittelt: Chlorverluste im Abgas 0,4%, als gelöstes Chlor 5%, als Chlorat 0,4% und als Chlorid 48,3%; das in aer unterchiorigen Säure gebundene Chlor entsprach 46,0% der gesamten, der Reaktion zügeführten Chlormenge, was einer Ausbeute von 92% der Theorie gleichkommt.
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Claims (1)

  1. Comprimo N.V.
    Amsterdam, Niederlande
    Patentansprüche .
    1.) Verfahren zur Durcnführung chemiscner Reaktionen in heterogenen Gas-Flüssigkeit-Feststoffsystsmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in turbulenter Strömung im Gegenstrom in einer Reihe übereinander angeordneter Reaktionsräume, die voneinander durch horizontale, zur Verteilung des Gases in die flüssige Feststoffsuspension mit Öffnungen versehene Trennwände getrennt sind, durchgeführt wird, wobei die Geschwindigkeit des Gases in den Öffnungen der Trennwände 0,3 bis 6 m/sec beträgt.
    2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das auch nicht an der Reaktion teilnehmende Bestandteile enthalten kann, in den Reaktionsraum unterhalb der untersten Trennwand und die Suspension in den Reaktionsraum oberhalb der obersten Trennwand eingeleitet wird, sowie das Abgas aus dem. obersten Reaktionsraum und aas Reaktionsprodukt aus dem untersten Reaktionsraum abgeführt wird.
    5·) Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffsuspension teilweise zusammen mit dem Reaktionsprodukt rückgeführt wird.
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    4·) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3i zur Herstellung einer HOCl-Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion zwischen dem gasförmigen Chlor und einer Kalksteinsuspension in Wasser bei einer Temperatur von 10° bis 3O0C, einer Konzentration von 15 bis 35 kg Kalkstein pro 1000 kg Suspension und einem Durchmesser der Kalksteinpartikel in der Suspension von höchstens 0,2 mm durchgeführt wird, wobei die Verweildauer dee Reaktionsgemisches in den einzelnen Reaktionsräumen O|5 bis 2 min und die Verweildauer im Reaktionsraum unterhalb der untersten Trennwand 2 bis 10 min beträgt.
    5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Chlor in den Raum unterhalb der untersten Trennwand und die Kalksteinsuspension in Wasser in den Reaktionsraum oberhalb der obersten Trennwand eingeführt wird sowie das bei der Reaktion entstehende Abgas aus dem obersten Reaktionsraun und die gebildete Lösung von unterchloriger Säure aus dem untersten Reaktionsraum abgeleitet wird.
    6·) Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension des nicht-umgesetzten Kalksteines teilweise mit der wäßrigen Lösung der Reaktionsprodukte rückgeführt wird.
    7·) Vorrichtung zur Durcuführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem senkrechten Reaktor (1) besteht, der seinerseits durch übereinander in Reihe angeordnete Reaktionsräume (2) mit horizontalen Trennwänden (3)» die mit einer Einrichtung (4) zum Verteilen des Gases in die flüssige feststoffsuspension oder mit öffnungen' und überlaufrohren (5) versehen sind, gebil-
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    det ist, wobei die Öffnungen, deren gesamter freier Verschnitt 1 bis 3i% der Gesamtfläche der Trennwände (3) beträgt, regelmäßig auf der ganzen Trennfläche ausgebildet sind mit Ausnahme der Flaciie, die durch die Projektion des Querschnitts des über der Trennwand angebrachten Überlaufrohres (5) in die Ebene der Trennwand (3) begrenzt wird und so vergrößert ist, daß der Durchmesser der vergrößerten ü'läche dem äußeren Durchmesser des Überlaufrohres (5) gleich ist, der um das Zwei- bis Vierfache der Entfernung der überlaufrohrmündung von der darunterliegenden Trennwand (3) vergrößert ist, wobei die Mündung des Überlaufrohres über der darunterliegenden Trennwand in einer Entfernung liegt, die 1/6 bis 1/4 des Innendurchmessers des Überlaufrohres (5) entspricht und die Höhe des Überlaufrohres (5) über der Trennwand (3)ι in der das Überlaufrohr befestigt ist, das 10 bis 40-fache der EntfBrnung ihrer Mündung von der darunterliegenden Trennwand (3) beträgt und die Überlaufrohre (5) in den Trennwänden (3) so angeordnet sind, daß das überlaufrohr (5) der darunterliegenden Trennwand (3) im Vergleich zum auf der darüberliegenden Trennwand angebrachten Uberlaufrohr (5), auf der gegenüberliegenden Seite liegt.
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