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Flammreaktionsverfahren für die Herstellung
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von Wasserstoffbromid Die Erfindung bez eht sich auf die Herstellung
von Wasserstoffbromid durch Flammreaktion von Wasserstoff und Brom.
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Für die Herstellung von Wasserstoffbromid wurde zwar auch bisher schon
die Flammreaktion von Wasserstoff und Brom angewendet, ein solches Verfahren war
jedoch wegen der Instabilität der Flamme sehr schwierig zu steuern. Das Problem
der Stabilität der
Flamme ist besonders schwerwiegend in bekannten
Verfahren, welche mit dem wünschenswerten stöchiometrischen Verhältnis, d.h. mit
einem Molverhältnis von ca. 1:1 von Wasserstoff und Brom arbeiten, um damit den
Anteil nicht reagierter Ausgangsstoffe im Produkt HBr möglichst klein zu halten.
Bei Verwendung von mehr als 45 Mol% Brom waren bekannte Verfahren gekennzeichnet
durch eine kegelförmige Flamme, welche schwer entzündbar ist, beträchtlich flackert
und leicht vom Brenner abhebt, was bei Brennern bekannter Ausführung gewöhnlich
unerwünscht ist. Eine solche Flamme in Form eines langgestreckten Kegels hat häufig
in der Mitte oder an der Rändern Löcher, durch welche die Reagentien ohne zu brennen
entweichen können.
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Das vorstehend beschriebene Problem der Stabilität der Flamme bei
der Reaktion von Wasserstoff mit Brom tritt in sehr viel schwerwiegenderem Maße
als beim Reagieren von Wasserstoff undChlor zu Wasserstoffchlorid auf. Die Flammreaktion
von Chlor und Wasserstoff ist gewöhnlich selbst bei der Verwendung einfacher Koaxialbrenner
stabil. Derartige Brenner sind jedoch für die Reaktion von Wasserstoff und Brom
nicht verwendbar. Selbst wenn sich die Verfahrensbedingungen so einstellen lassen,
daß sich eine einigermaßen stabile Flamme ergibt, haben solche Brenner nur eine
kurze Betriebslebensdauer.
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Die Mängel bekannter Verfahren werden durch die Erfindung beseitigt.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß in einer zylindrischen
Kammer eine in Schraubenlinien verlaufende Bromströmung erzeugt wird, daß Wasserstoff
radial auswärts in die in Schraubenlinien verlaufende Bromströmung eingeführt wird
und
daß die dabei entstehende schraubenlinien-spiralförmige Ströung aus Brom und Wasserstoff
kontinuierlich einer im Bereich des Austrittsendes der Kammer aufrechterhaltenen
Flamme zugeführt wird.
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Die Zufuhr des Wasserstoffs in die zylindrische Kammer geschieht vorzugsweise
in Strömungsrichtung jenseits der Stelle, an welcher die schraubenlinienförmige
Bromströmung erzeugt wird.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist die Erzeugung einer
schraubenlinienförmigen Strömung wenigstens eines Reaktionsteilnehmers im Brenner
und eines gut durchmischten brennbaren Gemischs aus Brom und Wasserstoff. Beim Austritt
der schraubenlinienförmigen Strömung des Gemischs aus dem Brenner an dessen Austrittsende
bewirken die auf der Umlaufbewegung beruhenden Fliehkräfte eine spiralförmige Auswärtsbewegung
des schwereren Broms, so daß sich eine erwünschte halbkugelige Flamme ergibt, selbst
wenn mit einem Molverhältnis von Brom und Wasserstoff von im wesentlichen 1:1 gearbeitet
wird. Das Ergebnis ist eine schnelle und vollständige Flammreaktion in einer stabilen
Flamme bei Zufuhrgeschwindigkeiten in einem Bereich von 10 : 1 und darüber. Ein
esonderes Merkmal des mit der schraubenlinienförmigen Strömung arbeitenden Brenners
besteht darin, daß weder eine verlängerte Brennerspitze zum Vorwärmen der Reaktionsteilnehmer
erforderlich ist, noch eine innerhalb des Brenners über den Strömungsweg angeordnete
Rückschlagsicherung in Form eines Maschengeflechts oder einer perforierten Platte
zum Verhindern des Zurückschlagens der Flamme in den Brenner.
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Durch die schraubenlinien-spiralförmige Wirbelströmung des einen Reaktionsteilnehmers
und das radiale Einblasen des anderen Reaktionsteilnehmers in die Wirbelströmung
tritt in beiden Reaktionsteilnehmern beim Austritt aus dem Brenner kaum eine axiale
Strömung auf. Daher kommt es nicht zur Bildung einer langen, kegelförmigen Hochgeschwindigkeitsflamme,
sondern es ergibt sich eine gleichförmigere, halbkugelige oder pilzförmige Flamme
kleiner Geschwindigkeit von hervorragender Stabilität über einen weiten Bereich
von Zufuhrgeschwindigkeiten. Die erwähnten schraubenlinienförmigen, radialen und
spiraligen Strömungen sollen möglichst kräftig sein, so daß eine gute Durchmischung
der Reaktionsteilnehmer sowie eine ausgeprägte Wirbelströmung der Reaktionsteilnehmer
beim Austritt aus dem Mundstück des Brenners erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als erster
gasförmiger Reaktionsteilnehmer Brom und als zweiter gasförmiger Reaktionsteilnehmer
Wasserstoff verwendet. Der zweite Reaktionsteilnehmer wird dem ersten Reaktionsteilnehmer
vorzugsweise in Strömungsrichtung jenseits der Stelle zugeführt, an welcher eine
schraubenlinienförmige Strömung aus dem ersten Reaktionsteilnehmer erzeugt wird.
Zum Erzeugen der schraubenlinienförmigen Strömung des ersten Reaktionsteilnehmers
wird vorzugsweise eine fest in der zylindrischen Kammer angeordnete Schnecke verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Schnecke ist der Strömungsweg
für die Wirbelströmung des ersten Reaktionsteilnehmers auf die äußere Hälfte des
Innenradius der zylindrischen Kammer beschränkt. Dadurch ist der erste Reaktionsteilnehmer
daran gehindert, mehr oder weniger geradlinig
entlang der Achse
der zylindrischen Kammer zu strömen.
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Dadurch, daß der zweite Reaktionsteilnehmer radial in die Wirbelströmung
des ersten Reaktionsteilnehmers eingeblasen wird, ist ebenfalls vermieden, daß der
zweite Reaktionsteilnehmer nach dem Zusammentritt mit dem ersten geradlinig entlang
der Achse der zylindrischen Kammer strömt. Vorzugsweise berührt der Umfang der Schnecke
die Wandung der zylindrischen Kammer oder stellt einen Teil derselben dar. Um die
gewünschte kräftige Wirbelströmung aufrechtzuerhalten, ist der Druckabfall beider
Reaktionsteilnehmer über den Brenner vorzugsweise wenigstens gleich dem statischen
Druck der Umgebung, in welche der Brenner ausmündet.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Flammreaktionsbrenners zum
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den
Brenner nach Fig. 1, Fig. 3 eine Stirnansicht der Einlaßseite des Brenners nach
Fig. 1, Fig. 4 eine Stirnansicht der Auslaßseite des Brenners nach Fig. 1, Fig.
5 eine Seitenansicht eines Zufuhrrohrs für einen Reaktionsteilnehmer, Fig. 6 und
7 Schnittansichten des Zufuhrrohrs nach Fig. 5 in Richtung der Pfeile 6-6 bzw. 7-7,
Fig. 8 eine Seitenansicht einer im Brenner nach Fig. 1 angeordneten Schnecke und
Fig.
9 eine Anordnung des Brenners nach Fig. 1 in einem Gehäuse für die Reinhaltung des
Reaktionsprodukts.
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Ein in Fig. 1 und 2 in Seitenansicht bzw. im Längsschnitt gezeigter
Flammreaktionsbrenner 10 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat eine
aus einem Rohrstück 11 und einer mit diesem zusammengeschraubten Muffe 12 gebildete
zylindrische Kammer.
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Ein mit der Muffe 12 verschweißtes Reduzierstück 13 hat ein Innengewinde
für die Aufnahme eines ersten Zufuhrrohrs 14.
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Bei dem Rohrstück 11 und der Muffe 12 handelt es sich vorzugsweise
um genormte Zweizollteile, während das mit dem Reduzierstück verschraubte Zufuhrrohr
14 ein Einzollrohr ist. Entlang der Mittelachse des Brenners verläuft ein zweites
Zufuhrrohr 15.
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Ein zwischen den beiden Zufuhrrohren 14, 15 gebildeter ringförmiger
Zwischenraum mündet in einen ringförmigen Raum innerhalb der Muffe 12 und des Rohrstücks
11. Das zweite Zufuhrrohr 15 erstreckt sich durch das Rohrstück 11 hindurch bis
nahe an dessen Austrittsende 16. Nahe dem Ende des Zufuhrrohrs 15 weist dessen Wandung
mehrere Schlitze 17 auf.
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Eine innerhalb der zylindrischen Kammer angeordnete Schnecke 18 ist
vorzugsweise im Preßsitz fest mit dem Rohrstück 11 und dem Zufuhrrohr 15 verbunden
und nimmt im Rohrstück 11 eine mittlere Stellung nahe den Schlitzen 17 des Zufuhrrohrs
ein. Die Schnecke begrenzt einen in Schraubenlinien durch den ringförmigen Raum
innerhalb des Rohrstücks 11 in Richtung auf dessen Austrittsende 16 verlaufenden
Strömungsweg. Einer der Reaktionsteilnehmer
wird durch die in dem
ringförmigen Raum angeordnete Schnecke 18 hindurch zugeführt und erhält dadurch
eine Wirbelströmung in der zylindrischen Kammer. Der andere Reaktionsteilnehmer
wird über das zweite Zufuhrrohr 15 zugeführt und tritt durch die Schlitze 17 hindurch
radial zum anderen Reaktionsteilnehmer hinzu.
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Die auf diese Weise miteinander vermischten Reaktionsteilnehmer bewegen
sich in einer Wirbelströmung im Rohrstück 11 entlang und breiten sich beim Verlassen
des Rohrstücks 11 über das Austrittsende 16 aufgrunde der durch die Wirbelströmung
hervorgerufenen Fliehkräfte spiralförmig aus, so daß eine mehr oder weniger halbkugelige
oder pilsförmige Flamme entsteht. Diese Flamme ist über einen weiten Bereich von
Strömungsgeschwindigkeiten der Reaktionsteilnehmer äußerst stabil zu halten.
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Aufgrund seiner Dichte wird gasförmiges Brom vorzugsweise als erster
Reaktionsteilnehmer über den ringförmigen Zwischenraum zwischen den Zufuhrrohren
14, 15 zugeführt und erhält von der im Rohrstück 11 angeordneten Schnecke 18 eine
Wirbelströmung aufgezwungen. Als zweiter Reaktionsteilnehmer wird vorzugsweise Wasserstoff
radial in die Wirbelströmung des ersten Reaktionsteilnehmers im Rohrstück 11 eingeblasen.
Dies geschieht vorzugsweise in Strömungsrichtung jenseits der Schnecke, um auf diese
Weise eine Schichtbildung der Reaktionsteilnehmer innerhalb des Rohrstücks 11 möglichst
zu vermeiden. Anderenfalls kann der Wasserstoff auch ganz oder teilweise schon an
der Zuströmseite der Schnecke der Bromströmung zugeführt werden.
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Eine in dem zylindrischen Rohrstück 11 in Berührung mit diesem und
mit dem zweiten Zufuhrrohr 15 angeordnete Schnecke ist zwar eine bevorzugte Ausführung
einer Einrichtung zum Erzeugen einer Wirbelströmung des ersten Reaktionsteilnehmers,
es sind jedoch auch andere gleichwertige Anordnungen möglich. So kann die Schnecke
18 einen kleineren Durchmesser haben als der Innenraum des Rohrstücks 11, so daß
sie allein vom Zufuhrrohr 15 getragen wird. In einer anderen Ausführung kann die
Schnecke gänzlich wegfallen und durch eine Zuleitung ersetzt sein, welche nahe dem
dem Austrittsende 16 abgewandten Ende des Rohrstücks 11 oder der Muffe 12 tangential
in die zylindrische Kammer mündet, so daß sich in dieser eine Wirbelströmung ausbildet.
In noch einer anderen Ausführung kann das zweite Zufuhrrohr 15 glatt mit dem abströmseitigen
Ende 19 der Schnecke 18 abschneiden, wobei dann der Kern 19a der Schnecke dazu dienen
kann, den Reaktionsteilnehmer vom Zufuhrrohr 15 zu in einer in Strömungsrichtung
verlaufenden Verlängerung der Schnecke gebildeten Schlitzen zu leiten. Zur Erleichterung
der Konstruktion, des Zusammenbaus, des Gebrauchs und der Wartung des Brenners sind
also zahlreiche Abwandlungen seiner Ausführung möglich. Die Abmessungen des Brenners
sind zwar wichtig, jedoch nicht ausschlaggebend. So können anstelle von zweizölligen
Rohrteilen für die zylindrische Kammer größere oder kleinere Normgrößen verwendet
und die übrigen Abmessungen diesen mehr oder weniger proportional angepaßt werden.
Das Rohrstück 11 der Kammer kann von einem 1-, 1 1/2, 2 1/2, 3-, 4-oder 6-zölligen
Rohr genommen sein oder andere Abmessungen mit einem Innendurchmesser zwischen ca.
12,7 und 305 mm aufweisen.
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Durch Auswahl der entsprechenden Größen erhält man einen größeren
oder
kleineren Durchsatz. Die optimalen Bereiche der Strömungsgeschwindigkeiten lassen
sich durch einfache Versuche bestimmen.
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Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht des Einlaßendes des Brenners 10.
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Hier erkennt man eine bevorzugte Anordnung der Zufuhrrohre 14, 15
relativ zueinander und den dazwischen vorhandenen ringfirmigen Zwischenraum, sowie
die Unterseite eines am Ende des zweiten Zufuhrrohrs 15 angeschweißten oder sonstwie
befestigten Dekkels 20.
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Fig. 4 zeigt eine Stirnansicht des Austrittsendes des Brenners 10.
PEn erkennt hier das Rohrstück 11, die Muffe 12, die Schnecke 18 und den Deckel
20 des Zufuhrrohrs 15.
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Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform des
zweiten Zufuhrrohrs 15 mit dem Deckel 20 und den Schlitzen 17.
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Die Schlitze 17 verlaufen vorzugsweise in wenigstens einer lotrecht
zur Längsachse des Zufuhrrohrs 15 verlaufenden Ebene.
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In der dargestellten Ausführung sind zwei Reihen von Schlitzen vorhanden.
Dabei sind in jeder Reihe zwei Schlitze vorgesehen, welche sich über einen Umfangswinkel
von jeweils ca. 900 um das Rohr 15 erstrecken, so daß der zweite Reaktionsteilnehmer
im wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Umfang in die Wirbel strömung des
ersten Reaktionsteilnehmers eingeblasen wird.
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In anderen Ausführungsformen können andere Anzahlen von Schlitzen
und Schlitzreihen verwendet werden, und die Schlitze können sich über verschieden
große Winkel entlang dem Umfang des Rohrs 15 erstrecken, um die Fertigung des Rohrs
zu vereinfachen und/oder eine optimale Durchmischung des Reaktionsteilnehmer zu
erzielen.
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Der Drehsinn der Wirbelströmung ist im allgemeinen nicht kritisch.
Er kann, wie dargestellt, im Uhrzeigersinn oder im Gegenzeigersinn verlaufen.
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In Fig. 6 und 7 sind die Anordnung sowie die Länge der Schlitze 17
des Zufuhrruhrs 15 in einer bevorzugten Ausführung dargestellt.
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Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht der Schnecke 18. Der eine Reaktionsteilnehmer
strömt entlang dem zwischen der Schnecke 18 und der Wandung des Rohrstücks 11 verlaufenden
Strömungsweg und erhält dadurch eine in einer Schraubenlinie entlang der durch das
Rohrstück 11 gebildeten zylindrischen Kammer verlaufende Strömung.
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In Fig. 9 ist der Flammreaktionsbrenner 10 in eine Kammer 21 eingesetzt,
welche dazu dient, das Reaktionsprodukt unter Ausschluß von Sauerstoff, Wasserdampf
und anderen Verunreinigungen zu erhalten. Für einen Brenner 10 aus zwezölligen Rohrteilen
ist die Kammer 21 ein Stück zwölfzölliges Rohr mit Stirnwänden 22, 23. Das Reaktionsprodukt
wird vorzugsweise über eine die Stirnwand 23 durchsetzende Öffnung 24 abgeführt.
Für die Steuerung von Temperatur und Druck in der Kammer 21 ist diese vorzugsweise
von einem Mantel oder einer (nicht gezeigten) Isolierung umgeben. Vorzugsweise ist
in einer Kammer 21 jeweils nur ein Flammreaktionsbrenner 10 untergebracht. Zur Erhöhung
der Leistung können jedoch auch mehrere Brenner nebeneinander an der einen Stirnwand
22 angebracht sein. Dabei müssen die Brenner jedoch in solchen Abständen angeordnet
sein, daß sich ihre Flammen nicht gegenseitig stören.
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Für die Steuerung der Temperatur des Brenners 10 ist eine Wärmetauscherschlange
25 vorgesehen. Zum Vorwärmen des Brenners 10 wird über die Anschlüsse 26, 27 der
Schlange 25 ein Wärmetauschermedium, etwa Dampf oder eine erhitzte Flüssigkeit in
Umlauf gesetzt. Im Betrieb ist die Wärmetauscherschlange 25 mit Wasser oder einem
anderen kalten Strömungsmittel gespeist, um überschüssige Wärme vom Brenner 10 abzuführen,
dadurch seine Lebensdauer zu verlängern und den Betrieb zu stabilisieren.
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In Fig. 9 erkennt man ferner die Zufuhrrohre 14, 15 in Verbindung
mit einem im ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Rohren mündenden Anschlußrohr
28. Vorzugsweise wird gasförmiges Brom über einen Anschluß 29 und Wasserstoff an
einem Anschluß 30 zugeführt.
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Die Kammer 21 hat ferner eine verschließbare Öffnung 31 zum Einführen
einer Zündflamme zum Entzünden des aus dem Brenner 10 austretenden brennbaren Gemischs.
Um eine Verunreinigung des Produkts mit Wasserdampf zu vermeiden, wird in der Zündflamme
vorzugsweise Wasserstoff mit Chlor oder Brom, insbesondere mit Chlor verbrannt Nach
dem Entzünden des Gemischs wird die Öffnung 31 verschlossen.
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Der erfindungsgemäße Brenner hat u.a. den wesentlichen Vorteil, daß
er über eine relativ lange Zeit sicher arbeitet, ohne daß zu seiner Fertigung besonders
teure oder schwer zu bearbeitende Werkstoffe notwendig sind.
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Das Ausgangsmaterial für den Brenner ist in den verschiedensten Formen
und Abmessungen verfügbar und läßt sich ohne übermäßige Schwierigkeit spanabhebend
bearbeiten. Vorzugsweise wird für
den in Fig. 1 gezeigten Brenner
10 Nickel, Monelmetall oder rostfreier Stahletwa des Typs 316, für die den Brenner
umgebende Rohrschlange 25 rostfreier Stahl und für die Kammer 21 ein gewöhnlicher
weicher Kohlenstoffstahl verwendet. Die keiner übermäßigen Erwärmung ausgesetzten
Zufuhrleitungen für Brom sind vorzugsweise aus Glas, Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem
Metallrohr. Für diesen Zweck eignet sich ein unter der Bezeichnung "Eynar" bekanntes
Polyvinylidenfluorid in Form von Rohren oder einer Beschichtung auf einer Unterlage.
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Die Höchsttemperatur des Brenners liegt gewöhnlich im Bereich zwischen
etwa 260 bis ca. 540 OC. Durch entsprechende Kühlung mittels der Rohrschlange 25,
Abschirmung usw. lassen sich diese Temperaturen in einem weiten Bereich ändern.
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Um das zugeführte Brom im gasförmigen Zustand zu erhalten, beträgt
die Zufuhrtemperatur vorzugsweise etwa 38 bis 93 OC, insbesondere ca. 65 OC. In
anderer Hinsicht ist die Zufuhrtemperatur des Broms nicht kritisch. Die Zufuhrtemperatur
des Wasserstoffs ist an sich nicht kritisch. Eine gewisse Vorwärmung des Wasserstoffs
empfiehlt sich jedoch, um im Bereich der Schlitze 17 Temperaturen zu vermeiden,
bei denen das gasförmige Brom kondensiert. Demgemäß wird der Wasserstoff vorzugsweise
auf 38 bis ca. 93 °C, insbesondere auf ca, 38 OC vorgewärmt.
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Der Druck innerhalb der Kammer 21 ist nicht kritisch und kann zwischen
etwa 0,1 und 25 Atmosphären liegen. Um die Herstellungskosten zu verringern und
den unerwünschten Ein- oder Austritt von Strömungsmitteln in die oder aus der Kammer
zu unterbinden, wird vorzugsweise ein Druck von etwa 0,5 bis ca. einer Atmosphäre
angewendet.
Die Drücke von Brom und Wasserstoff im Zufuhrsystem sind nicht kritisch, solange
die Reaktionsteilnehmer ihren gasförmigen Zustand behalten. Im Bereich der Muffe
12 beträgt der Druck der Reaktionsteilnehmer vorzugsweise wenigstens das Doppelte
des statischen Drucks in der Kammer 21. Ein solcher Druckunterschied, welcher etwa
eine bis 25 Atmosphären betragen kann, bewirkt eine kräftige Durchströmung der Schnecke
18 und der Schlitze 17 und eine kräftige Wirbelströmung der Reaktionsteilnehmer
beim Austritt aus dem vorderen Ende 16 des Brenners.
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Andererseits sind jedoch Drücke und Ausgestaltungen zu vermeiden,
bei denen sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen, welche zum Ausblasen der
Flamme führen können.
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Im folgenden Beispiel ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben.
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Beispiel: Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Flammreaktionsbrenners
wurde eine zweizöllige Rohrmuffe 12 und ein Rohrstück 11 aus Monelmetall mit einem
Innendurchmesser von ca. 52,4 mm und einer Wandstärke von ca. 3,175 mm verwendet.
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Das Rohrstück 11 stand um ca. 106 mm über die Muffe 12 hervor.
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Für die Zufuhrleitungen 14 und 15 wurden genormte ein- bzw.
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viertelzöllige Rohre aus Monelmetall verwendet. Die Schnecke 18 wurde
spanabhebend aus Nickel gefertigt und hatte eine Gesamtlänge von 63,5 mm bei einem
Innendurchmesser des Kerns von ca.
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13,8 mmsund einem Außendurchmesser des Kerns von ca. 27 mm.
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Die Schnecke wies zwei volle Windungen mit einer Steigung von 25,4
mm auf. Der hervorstehende Steg der Schneckenwindungen hatte eine Stärke von 6,35
mm. Damit betrug der Abstand zwischen
den Gängen der Schnecke 19,05
mm und der dazwischenliegende Raum hatte eine Querschnittfläche von ca. 19,05 x
12,7 mm.
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Die Schnecke wurde vom Austrittsende her in das Rohrstück 11 gepreßt,
so daß ihr Ende 19 gegenüber dem Ende um 50,8 mm einwärts versetzt war.
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Das Zufuhrrohr 15 wurde aus einem ca. 609 mm langen Stück viertelzölligen
Rohrs aus Monelmetall gefertigt. In einer mittleren Entfernung von ca. 12,7 mm vom
Deckel 20 wurden vier in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 17 geschnitten. Diese
hatten bei einem Abstand von 2,38 mm zwischen den Reihen eine Breite von 2,38 mm
und erstreckten sich jeweils über einen Winkel von 90 bis 920. Der Deckel 20 hatte
einen Abstand von ca. 19,05 mm zum Ende der Schnecke.
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Zur Verringerung der Gefahr von Explosionen und des Eindringens von
Verunreinigungen wird der Brenner vorzugsweise nach folgendem Verfahren in Betrieb
genommen: Die in Fig. 9 dargestellte Anordnung wird mehrere Minuten lang über eine
oder beide Zufuhrleitungen 14, 15 mit Stickstoff gespült. Darauf wird eine Wasserstoff-Chlor-Zündflamme
entzündet und durch die Öffnung 31 eingeführt. Darauf wird der Druck des gasförmigen
Broms am Anschluß auf ca. 0,844 at erhöht und der Zustrom des Broms zum Brenner
mit ca. 15% der vollen Arbeits-Strömungsgeschwindigkeit eingeleitet.
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Der hier im einzelnen beschriebene zweizöllige Brenner hat einen Arbeitsdurchsetz
von 90 kg Brom pro Stunde. Anschließend wird der Zustrom von Wasserstoff mit 15%
des Arbeitsdurchsatzes eingeleitet, worauf der Brenner sofort zündet.
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Zum Anwärmen der Anlage arbeitet der Brenner zunächst vorzugsweise
mehrere Minuten lang mit 15% des Durchsatzes, worauf dann die Zufuhr von Brom und
Wasserstoff unter Einhaltung einer hellgelben Flamme langsam erhöht wird. Eine tief
orangene Flamme deutet auf Bromüberschuß, eine lavendelblaue Flamme auf Wasserstoffüberschuß.
Der Brenner arbeitet dann stabil über den gesamten Bereich zwischen 15 und ca. 120%
des Soll-Arbeitsdurchsatzes.
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Beim Soll-Arbeitsdurchsatz beträgt die axiale Geschwindigkeitskomponente
der Strömung des gasförmigen Broms im Rohrstück 11 4,27 m/sec und die tangentiale
Komponente 14,02 m/sec.
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Die Austrittsgeschwindigkeit des Wasserstoffs an den Schlitzen 17
beträgt dabei 61 m/sec.
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Beim Solldurchsatz herrschen die folgenden Bedingungen. Die Wasserstoffzufuhr
beträgt 14,48 Nm3/h und die Bromzufulir 90 kg/h.
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Die Flammentemperatur beträgt 1550 °C, und die Temperatur des Reaktionsprodukts
an der Öffnung 24 beträgt ca. 300 OC. Der Druck in der Kammer 21 beträgt 0,323 at.
Ein zwischen der Quelle und der Anschlußleitung 28 angeordnetes Regelventil hält
den Druck des gasförmigen Broms auf 0,844 at. Der Wasserstoff wurde mit einem Druck
von 120 at aus Flaschen entnommen.
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Der Druck wurde auf ca. 7 at verringert, und der Wasserstoff wurde
über einen Drosseldurchlaß und ein Regelventil dem Zufuhrrohr 15 zugeleitet.
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Das Ergebnis der Umwandlung des Broms in Wasserstoffbromid betrug
im Mittel ca. 99,97 Mol%. Zumeist betrug das Umwandlungsergebnis
zwischen
99,96 und 99,99%, entsprach also nahezu der Gesamtmenge des Broms. Diese Ergebnisse
wurden mit einem sehr geringen Wasserstoffüberschuß Bereich von 2,6 Mol% erzielt.