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Reaktor zur Gewinnung extraktiver Phosphorsäure Die Erfindung betrifft
einen Reaktor zur Durchführung verschiedener chemischer Prozesse, insbesondere zur
Gewinnung extraktiver Phosphorsäure durch Schwefelsäureaufschluss eines Phosphat-Rohstoffes
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bereits ein Reaktor zur Gewinnung extraktiver Phosphorsäure
(siehe deutsche Patentschrift 1 o24 936) bekannt, der einen senkrechten Behälter
mit einem Deckel aufweist.
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Innerhalb dieses Behälters befinden sich ein Propellerrührwerk mit
einem Diffusor und Turbinenmischer mit vertikalen Antriebswellen, von denen jede
etagenweise angeordnete Turbinen trägt. Der Behälter verfügt über eine Beschickungseinrichtung
zur Beschickung des Diffusors mit Phosphat-Rohstoff sowie über Mittel für die Zuleitung
der Schwefelsäure und der Rücklauf-Phosphorsäure zum Behälter und für die Ableitung
der Reaktonstrübe und der gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Behälter.
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Der Reaktordeckel weist Öffnungen auf, über welche Luft zur Trübekühlung
eingeleitet wird.
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Der Phosphat-Rohstoff gelangt in den Diffusor, wo er mit Hilfe des
Propellerrührwerkes schnell mit der dort befindlichen Trübe vermischt und dann dem
Reaktorraum zugeführt wird. Die Schwefelsäure und die Rücklaufphosphorsäure, die
in den Behälter gelangen, werden im Reaktorraum mittels randseitiger Mischer schnell
vermischt. über die Öffnungen des Deckels kommt in den Behälter ein Luftstrom zur
Abkühlung der Trübe, was erforderlich ist, weil die Reaktion des Schwefelsäureaufschlusses
des Phosphat-Rohstoffes unter Wärmeentbindung abläuft.
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Jedoch zeichnet sich der bekannte Reaktor durch eine geringe spezifische
Verdampfungsfläche wegen der begrenzten Oberfläche der im Behälter befindlichen
Trübe aus, was aufgrund der Trübeüberhitzung eine Erhöhung dessen Leistung ausschliesst.
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Eine Trübeüberhitzung in dem bekannten Reaktor kann aber auch bei
Schwankungen des Trübestandes im Reaktor infolge der Ab- bzw. Zunahme des Abstandes
zwischen der Trübeoberfläche und den Öffnungen zur Luftentnahme eintreten.
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Darüber hinaus lässt sich dieser Reaktor ohne Senkung dessen Leistung
zur Verarbeitung von Phosphaterzen nicht verwenden, in welchem Erdalkalimetallkarbonate
enthalten sind, da der Phosphoritaufschluss durch eine reichliche Schaumbildung
begleitet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zur Gewinnung
insbesondere von extraktiver Phosphorsäure zu schaffen, der eine grosse Trübeverdampfungsoberfläche
ergibt, um eine Trübeüberhitzung zu vermeiden und mithin die Reaktorleistung zu
steigern, sowie den Phosphat-Rohstoff ohne Senkung der Leistung, dessern Säureaufschluss
durch eine reichliche Schaumbildung geleitet wird, zu verarbeiten vermag.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem Reaktor insbesondere
zur Gewinnung extraktiver Phosphorsäure, der einen senkrechten, zylindrischen Behälter
mit einem Deckel sowie ein im Inneren des Behälters befindliches Propellerrührwerk,
das durch einen Diffusor umfasst ist, und ebenfalls im Inneren des Behälters befindliche
Mischer mit vertikalen Antriebswellen, eine Beschickungseinrichtung zur Beschickung
des Diffusors mit Phosphat-Rohstoff und Mittel für die Zuleitung der Schwefel- und
der Rücklauf-Phosphorsäure zum Behälter und die Ableitung der Reaktionstrübe und
der gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Behälter aufweist, gemäss der Erfindung
jeder der Mischer mit einem Zerstäuber in Form einer ringförmigen, kegelförmigen
Düse versehen ist, die mit der Spitze nach unten gewandt und an der Antriebswelle
in der vermutlichen Höhe der Reaktionstrübe im Behälter so angebracht ist, dass
sich das untere Ende der Düse unterhalb der Oberfläche der Reaktionstrübe im Behälter
und
das obere Ende oberhalb dieser Oberfläche befindet, und zur
Bildung einer schirmförmigen Oberfläche mittels der zerstäubten Reaktionstrübe dient.
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Hierbei ist es sinnvoll, den Reaktor mit mindestens einem Zuluftrohr
zu bestücken, dessen Austrittsende sich unter der bei Zerstäubung der Reaktionstrübe
gebildeten, schirmförmigen Oberfläche befindet.
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Bei dem erfindungsgemässen Reaktor wird jeweils mittels der an der
Welle jedes der Mischer sitzenden Zerstäuber eine schirmförmige Oberlfäche aus zerstäubter
Reaktionstrübe ausgebildet, die sich durch das Einsaugen der Trübe aus dem Reaktionsraum
in die kegelförmige Düse und deren Auswurf in den Gasraum oberhalb des Trübestandes
ergibt.
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Dadurch nimmt die spezifische Verdampfungsoberfläche des Reaktors
zu, wird die Ableitung der bei der Reaktion entstehenden Wärme intensiviert und
somit die Temperatur der Reaktionstrübe gesteuert.
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Der Zerstäuber trägt wesentlich zur Intensivierung der Umwälzung der
Reaktionstrübe sowie zu einer schnellen Dispergierung der flüssigen Phasen bei,
welche nach einer über sättigung bei Berührung mit eingeführten Reagenzien streben.
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Im Falle der Verarbeitung von Phosphaterzen, in welchen Magnesium-
und Kalziumkarbonate enthalten sind, dient der Zerstäuber ausserdem als Entschäumer.
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Unter diesen Umständen vergrössert sich der Ausnutzungsgrad des Reaktionsraumes
im Zuge der Gewinnung der Phosphorsäure
von 60 auf 75 bis 80 %.
Die anfallende Trübe weist ein gutes Filtriervermögen auf.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1
den erfindungsgemässen Reaktor zur Gewinnung von extraktiver Phosphorsäure in Längsschnitt,
Fig. 2 den Reaktor mit abgenommenem Deckel in Draufsicht, Fig. 3 das Rührwerk mit
einem Zerstäuber in einem grösseren Maßstab in Längsschnitt, Fig. 4 den Schnitt
nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
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Der Reaktor zur Gewinnung von extraktiver Phosphorsäure stellt einen
senkrechten, zylindrischen Behälter 1 (Fig.
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1 und 2) dar, in welchem ein zentrales Propellerrührwerk 2 mit einem
Diffusor 3 zu einem schnelleren und vollen Vermischen des Phosphat-Rohstoffes mit
der Reaktionstrübe eingebracht ist. Über den Umfang des Behälters 1 verteilt befinden
sich Turbinenmischer, von denen jeder über an einer vertikalen Antriebswelle 4 in
mehreren Etagen angeordnete Turbinen 5 und einen Zerstäuber in Form einer ringförmigen,
kegelförmigen Düse 6 (Fig. 1, 3), die mit der Spitze nach unten gewandt ist, verfügt.
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Die Düse 6 ist auf die Antriebswelle 4 des Mischers derart aufgesetzt,
dass sich deren Unterteil unterhalb der Oberfläche 7 der Reaktionstrübe im Behälter
1 und Oberteil oberhalb der Oberfläche 7 befindet. Die Turbinenmischer sind dazu
da,
um die Ausgangs reagenzien im Reaktionsraum intensiv zu vermischen.
Der Zerstäuber dient für die Zerstäubung der Reaktionstrübe im Gasraum des Behälters
1 oberhalb der Oberfläche 7.
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Die Düse 6 ist durch zwei kegelförmige Flächen 8, 9 (Fig. 3) ausgebildet,
welche mit Rippen lo (Fig. 4) verbunden sind.
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Zwischen der kegelförmigen Fläche 9 und der Antriebswelle 4 des Mischers
ist ein ringförmiger Spalt vorgesehen, über welchen die Trübe bei der Drehung der
Antriebswelle 4 eingesogen wird.
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Der Reaktor ist mit einem Deckel 11 geschlossen.
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Der Reaktor besitzt eine Beschickungseinrichtung 12 (Fig.1) zur Beschickung
des Diffusors 3 mit dem Phosphat-Rohstoff.
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In den Deckel 11 sind ein Stutzen 13 für die Zuführung der Schwefel-
und Rücklaufphosphorsäure zum Behälter 1, ein Stutzen 14 zur Ableitung der gasförmigen
Reaktionsprodukte aus dem Behälter 1 und Zuluftrohre 15 eingebaut, deren Austrittsenden
sich unter der bei Drehung der Antriebswelle 4 sich bildenden, schirmförmigen Oberfläche
der Reaktionstrübe befinden.
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Weiter ist der Reaktor mit einer Pumpe 17 zur Ableitung der Reaktionstrübe
aus dem Behälter 1 versehen.
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Die Wirkungsweise des Reaktors zur Gewinnung von extraktiver Phosphorsäure
ist wie folgt.
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Pulverförmiges Phosphat-Rohmaterial gelangt über die Beschickungseinrichtung
12 in den Diffusor 3, wo es mittels
des Propellerrührwerkes 2 rapide
mit der Reaktionstrübe vermischt wird. Über den Stutzen 13 werden die Schwefelsäure
und die Rücklauf-Phosphorsäure dem Behälter 1 zugeführt und mit Hilfe der Turbinen
5 schnell und gleichmässig über den Umfang des Reaktors verteilt, in welchem der
Vorgang des Aufschlusses des Phosphat-Rohstoffes und eine Kristallisation des Kalziumsulphats
abläuft.
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Unter dem Deckel 11 des Reaktors wird ein geringer Unterdruck zur
Absaugung von sich bei der Reaktion bildenden fluorhaltigen Gasen und zur Falschluftansaugung
aus der Umgebung für die Abkühlung der Reaktionstrübe aufrechterhalten.
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Beim Betrieb der randseitigen Turbinenmischer wird die Reaktionstrübe
über die Düse 6 aus dem Reaktionsraum eingesogen und in den Gasraum des Behälters
1 oberhalb der Oberfläche 16 ausgeworfen, wodurch die Verdampfungsfläche innerhalb
des Reaktor zunimmt. Der durch die Zuluftrohre 15 zugeführte Luftstrom dient zur
Ableitung der Reaktionswärme und gestattet,die spezifische Verdampfungsfläche im
Reaktor etwa um das Dreifache zu vergrössern, da der Luftstrom durch die Tröpfchen
der zerstäubten, schirmförmigen Oberfläche 16 aus der Reaktionstrübe geht, so dass
die Möglichkeit gegeben ist, die Ableitung der Wärme der Reaktionstrübe unter ständigem
Verbrauch an Luft stark zu intensivieren.
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Falls Phosphaterze, in welchen Kalzium- und Magnesiumkarbonate enthalten
sind, verarbeitet werden, tritt die Düse 6 als Schaumbrecher auf. Die Zerstörung
des beim Säureaufschluss der Karbonate entstandenen Schaumes wird durch den Schlag
der umlaufenden, schirmförmigen Oberfläche 16 der zerstäubten Reaktionstrübe gegen
die Oberfläche des Schaumes erreicht.
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Aus dem Behälter 1 erfolgt die Ableitung der Reaktionstrübe unter
Verwendung der Pumpe 17.