DE2759134B2 - Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid, Chlor und Alkalimetallsalzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid, Chlor und AlkalimetallsalzenInfo
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Description
a) eine stark saure Lösung aus der Gruppe: Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure und
deren Gemischen in den unteren Teil einer oberen Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
eines Zwangsumlauf-Kristallisationsreaktionsverdampfers
einleitet, die eine im wesentlichen senkrecht angeordnete zylindrische
Trennwand aufweist, welche zumindest den unteren Teil der Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
in zwei im wesentlichen konzentrische zylindrische Bereiche unterteilt,
b) die Alkalimetallchloratlcsung in eine untere Pumpkammer mit einem Ansaugbereich und
einem Ausstoßbereich einleitet, die eine er-
zwungene Zirkulation der Flüssigkeit zwischen
dem Ansaug- und dem Ausstoßbereich aufweist,
c) die mit Hilfe einer Pumpeinrichtung nacheinander von dem Ausstoßbereich der unteren
Pumpkammer nach oben durch einen ersten
Wärmetauscherbereich mit rohrförmigen Elementen strömende Lösung mit der Säure
vermischt, durch den ersten zylindrischen Bereich der oberen Reaktionskristallisations-
verdampfungskammer führt und über die
zylindrische Trennwand nach unten durch einen zweiten Wä; metauscherbereich der rohrförmigen
Elemente zum Ansaugbereich und Ausstoßbereich der unteren Pumpkammer zirkuliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalichloratlösung eine
wäßrige Natriumchloratlösung und als stark saure Lösung Salzsäure verwendet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch
bei einer Temperatur von etwa 65 bis 1000C und einem Druck von etwa 100 bis 300 Torr hält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktionsgemisch einen Katalysator aus der Reihe: Vanadiumpentoxid,
Silberionen, Manganionen, Dichiomationen und/oder Arsenionen zusetzt.
JC)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid, Chlor und Alkalimetallsalzen.
Chlordioxid ist von beträchtlicher technischer Bedeutung, z. B. für das Bleichen von Zellstoff, Reinigen von
Wasser, Bleichen von Fetten, Abtrennen von Phenolen aus Industrieabwässern und Bleichen von Textilien, so
daß großes Interesse an einem wirtschaftlichen Verfahreti zu seiner Herstellung besteht.
Ein Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid besteht darin, ein Chlorat und ein Chlorid mit
Schwefelsäure umzusetzen. Bei Verwendung von Natriumchlorat und Natriumchlorid laufen z. B. folgende
Reaktionen ab:
NaCIO3 + NaCI + H2SO4
NaCIOj + 5 NaCI + 3 H2SO4
CIO2 + 1/2 Cl2 + Na2SO4 + H2O
—> 3 Cl2 + 3 Na2SO4 + 3 H3O
—> 3 Cl2 + 3 Na2SO4 + 3 H3O
Diese Art der Chlordioxidentwicklung wird in technischem Maßstab angewandt, wobei man die
Reaktanten kontinuierlich in ein Reaktionsgefäß einleitet und das entstehende Chlor und Chlordioxid
kontinuierlich abzieht.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid besteht darin, ein Chlorat mit Chlorwasserstoff
umzusetzen. Bei Verwendung von Natriumchlorat laufen z. B. folgende Reaktionen ab:
2NaCIO3 + 4 HCI
NaCIO3 + 6 HCI -
NaCIO3 + 6 HCI -
2 CIO2 + Cl2 + 2 NaCI + 2 H2O
3 Cl2 + NaCI + 3 H2O
In derartigen Verfahren werden das entstandene Chlor, Chlordioxid und Wasser üblicherweise im
Dampfzustand abgezogen, während das Alkalimetallsalz aus der Reaktionslösung auskristallisiert wird.
Auf Basis der oben genannten Reaktionen sind bereits verschiedene Verfahren und Systeme zur
Herstellung von Chlordioxid, Chlor und Alkalimetallsalzen entwickelt worden. Derartige Systeme umfassen
z. B. ein System aus mehreren, in Kaskadenströmung betriebenen Reaktoren (US-PS 34 46 584) oder eine
Kombination aus mehrzonigen Vorrichtungen oder mehreren Vorrichtungen, in denen die verschiedenen
chemischen und/oder physikalischen Verfahrensschriitc
in die Chlordioxidcntwicklung, Wasserverdampfung. Salzkristallisation und Reaktantenzufuhr in das System
unterteilt worden sind (US-PS 35 16 790 und 33 41 288).
In der DE-OS 15 67 478 ist ein Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid und Chlor beschrieben, das
unter Einhaltung eines bestimmten Säuregehalts des Reaktionsgemisches einer bestimmten Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers und Reaktionstemperatur
in verschiedenen Reaktoren durchgeführt werden kann, z. B. einem einzigen Entwicklungsgefäß oder einem
kombinierten System aus einem Entwicklungsgefäß und einem Verdampfungskristallisationsgefäß. Bei Verwendung
des kombinierten Systems erfolgt jedoch eine Vormischung der Reaktanten außerhalb des Reaktors,
so daß kein integriertes System vorliegt, in dem alle Teilprozesse ablaufen.
Auch bei dem in der US-PS 39 75 506 beschriebenen
Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid ist ein außerhalb des eigentlichen Einkammerreaktors angeordneter
Reboiler vorgesehen, um das im Kreislauf geführte Reaktionsgemisch vor Wiedereintritt in den
Reaktor zum Sieden zu erhitzen und dadurch ein unerwünschtes Stoßen des siedenden Reaktionsgemisches
im Reaktor zu vermeiden.
In jüngerer Zeit ist es bekanntgeworden, die Herstellung von Chlordioxid, Chlor und Alkalimetallsalzen
in einem einzigen Reaktionsgefäß durchzuführen. In der US-PS 38 16 077 ist z. B. ein System beschrieben, bei
dem die Entwicklung von Chlordioxid und Chlor, das Verdampfen von Wasser und die Kristallisa! on des
Alkalimetallsalzes in einem einzigen Reaktio..sgefäß
erfolgen. Obwohl durch Kombination dieser Prozesse in einem einzigen Reaktionsgefäß die Wirtschaftlichkeit
erhöht wird, erfordert dieses System außen angeordnete Leitungen, Pumpen und Heizvorrichtungen zum Mischen,
Aufheizen, Zirkulieren und Rückführen des Reaktionsgemisches.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System bereitzustellen, bei dem in einer einzigen Vorrichtung
das Mischen und die Temperaturregelung der Reaktanten, die Chlordioxidentwicklung, das Verdampfen von
Wasser und die Kristallisation des Alkalimetallsalzes sowie eine kontinuierliche und wirksame Zirkulation
und Rezirkulation des Reaktionsgemisches erfolgen.
Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich das im Hauptanspruch bezeichnete Verfahren·.
Die Reaktion des Alkalimetallchlorats mit der starken Säure wird vorzugsweise so durchgeführt, daß man die
Reaktanten in getrennten Strömen in das Reaktionsgefäß einleitet, während das Gasgemisch aus Chlordioxid,
Chlor und Wasserdampf kontinuierlich daraus abgezogen wird, wobei man die Temperatur der Reaktionslösung
mit dem Druck im Reaktionsgefäß so koordiniert, daß das Wasser in ausreichender Menge aus der
Reaktionslösung abdampft, um das Volumen der Reaktionslösung im wesentlichen konstant zu halten.
Das Wasser wird aus der Reaktionslösung in einer Menge abgezogen, die in etwa der in den Reaktionsverdampfer
eingeleiteten Wassermenge plus dem bei der Reaktion entstehenden Wasser entspricht. Das Abziehen
des Wasserdampfes dient verschiedenen Zwekken, ζ. B. der Verdünnung des Chlordioxidgases, um
explosive Gaskonzentrationen zu vermeiden, dem Entfernen von Gasen aus dem Dampfraum über der
Reaktionslösung, um die Gasfreisetzung aus dem flüssigen Medium zu fördern, der Bereitstellung eines
leicht kondensierbaren Verdünnungsmittels für das bei der Reaktion entstehende Chlorgas, wobei die weniger
erwünschte Verwendung von gasförmigen Verdünnungsmitteln mit den damit verbundenen Trennproblemen
vermieden wird, und der Aufrechterhaltung der Alkalimetallsalz-Sät'.igung.
Das die Entwicklung von Chlordioxid und Chlor, die Bildung eines Alkalimetallsalzes und das Verdampfen
von Wasser aus der Reaktionslösung umfassende Verfanren läuft insgesamt in derselben zirkulierenden
Lösung ab, wobei man die erforderlichen Reaktanten kontinuierlich in die Reaktionslösung einleitet und die
gasförmigen Reaktionsprodukte kontinuierlich im Gemisch mit Wasserdampf abzieht, bis das feste Alkalimetallsalz
gleichzeitig und kontinuierlich aus der Reaktionslösung auskristallisiert.
Die Geschwindigkeit der Chlordioxidentwicklung nimmt im Verfahren der Erfindung mit der Konzentration
des Alkalimetalichlorats in der Reaktionslösung zu. Die Alkalimetallchloratkonzentration wird daher vorzugsweise
im Bereich von etwa 0,2 bis 5 molar gehalten. Dies gilt insbesondere für das Arbeiten bei einer
Temperatur von 60 bis UO0C und einem Druck von bis
zu etwa 400 Torr, wobei diese Bedingungen die Löslichkeit großer Alkalichloratmengen begünstigen.
Falls die Temperatur beim Anlegen von Vakuum an die Reaktionslösung zum Zwecke des Abziehens von
Wasserdampf sinkt, wird die Chloratkonzentration notwendigerweise verringert, um ein Auskristallisieren
des Chlorats aus der Lösung zu vermeiden, was im Hinblick auf eine hohe Reaktionsgeschwindigkei: von
Nachteil wäre. In einer bevorzugten Ausführungsform wendet man bei einem Druck vor, etwa 100 bis 300 Torr
und einer Temperatur von etwa 65 bis 100cC eine
Alkalimetallchloratkonzentration von etwa 0,2 bis 3 molar an.
Die Aktivität der Reaktionslösung wird zwischen etwa 0,5 η und etwa 12 η gehalten, wobei die
verwendete starke Säure die Wirtschaftlichkeit innerhalb des genannten Bereiches beeinflußt. Bei Anwendung
eines HCl-Systems beträgt z. B. die bevorzugte Normalität etwa 0,5 η bis etwa 3,5 n, wobei ein
Alkalimetallchlorid als Alkalimetallsalz entsteht. Verwendet man die bevorzugte H2SO4 oder Gemische aus
H2SO4 und HCl, so beträgt die bevorzugte Normalität
etwa 1,5 η bis etwa 12n. Arbeitet man in einem H2SO4-System im Bereich von etwa 1,5 η bis 6 n, so
entstehen Alkalimetallsulfate. Erhöht man jedoch die Normalität auf mehr als b n, so scheiden sich saure
Alkalimetallsulfate ab. Im Verfahren der Erfindung kann in an sich bekannter Weise ein Reduktionsmittel, wie
Methanol, Oxalsäure oder Schwefeldioxid, verwendet werden, das mit Chlor reagiert und die Bildung von
Chlordioxid begünstigt.
Bei Verwendung zumindest eines Katalysators aus der Reihe: Vanadiumpentoxid, Silberionen, Manganionen,
Dichromationen und/oder Arsenionen in Kombination mit den starken Säuren zur Umwandlung von
Alkalimetallchloraten in Chlordioxid hat sich gezeigt, daß die Chlordioxidausbeute und die Reaktionsgeschwindigkeit
bei einer durchschnittlichen Acidität der Reaktionslösung von etwa 2 bis 5 η erhöht werden kann.
Silberionen sind als Katalysator bevorzugt, wobei etwa 0,001 bis 1,5 g Silberionen pro Liter Reaktionslösung
verwendet werden sollten. Obwohl auch mehr als etwa 1,5 g Silberionen eingesetzt werden können, wird damit
keine weitere signifikante Erhöhung der Ausbeute erzic't.
Auch Manganionen sind als Katalysatoren bevorzugt, wobei elwa 0,001 bis 4 g Manganionen pro Liier
Reaktionslösung verwendet werden sollten. Auch hier können mehr als 4 g Manganionen verwendet werden,
jedoch bewirkt die überschüssige Menge keine signifi-
kante weitere Verbesserung bei der Chlordioxiderzeugung.
Dichromationen, insbesondere in Form eines Alkalimetalldichromats,
wie Natriumkaliumdichromat, sind weitere bevorzugte Katalysatoren, wobei Konzentrationen
von etwa 0,5 bis 25 g/Liter angewandt werden sollten. Auch hier können gegebenenfalls auch mehr als
25 g/Liter verwendet werden.
Arsenionen und Vanadiumpentoxid sind ebenfalls geeignete Katalysatoren, die in einer Konzentration
von etwa 0,05 bis 25 g/Liter verwendet werden sollten.
Mit fortschreitender Reaktion in dem Reaktor werden Alkalimetallsalzkristalle als Aufschlämmung
abgezogen. Der Feststoff wird auf übliche Weise aus der Aufschlämmung abgetrennt z. B. durch Zentrifugieren,
Filtrieren oder nach anderen Salz-Flüssigkeits-Trennmethoden.
Bei Verwendung von Salzsäure als starker Säure kann die Aufschlämmung am oberen Ende einer Trennsäule
eingeleitet werden, wie sie in der US-PA 7 12 283 vom 6.
August 1976 beschrieben ist, wobei am unteren Ende der Säule praktisch reine Alkalimetallchloridkristalle anfallen,
während das Chlorid, das Chlorat und die Säure kontinuierlich in den Reaktionsverdampfer rückgeführt
werden.
Falls Schwefelsäure oder Gemische aus Schwefelsäure und Salzsäure als starke Säure verwendet werden,
kann man die erhaltene Aufschlämmung in das obere Ende einer Trenn- oder Umwandlungskolonne einleiten,
wie sie in den US-PS 39 76 758,39 75 505, 39 74 266, den US-Patentanmeldungen 6 89 405 vom 29. Mai 1976,
6 89 406 vom 24. Mai 1976 und 6 89 407 vom 24. Mai 1976 beschrieben ist Hierbei werden die erhaltenen
Salze abgetrennt und gereinigt bzw. andere gewünschte Produkte durch Umwandlung hergestellt, wobei verwertbare
Bestandteile gegebenenfalls in den Reaktionsverdampfer zurückgeführt werden.
Die Mutterlauge aus der Kristallisation kann als Waschwasser wiederverwendet, verworfen oder mit
Natriumchlorid gesättigt und in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von weiterem Alkalimetalichlorat
verwendet werden.
Die Partialdrücke und die in der Reaktionskammer herrschenden Temperaturen können durch Einleiten
eines trockenen Inertgases, wie Stickstoff oder Luft, geregelt werden. Auf diese Weise ist es auch möglich,
die aus der Reaktionslösung in Dampfform abgetrennte Wassermenge zu ändern. Diese Verfahrensweise hat
jedoch den Nachteil, daß das Chlordioxid stark mit Inertgas verdünnt ist Vorzugsweise koordiniert man
daher das Vakuum und die Temperatur der Reaktionslösung so, daß die erforderliche Wasserdampfmenge aus
dem Reaktionsgefäß entweicht, ohne daß zusätzliche Mittel eingeleitet werden müssen.
In der Zeichnung ist ein senkrechter Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines im
Verfahren der Erfindung einsetzbaren Zwangsumlauf-Kristallisationsreaktionsverdampfers
dargestellt In der Vorrichtung sind eine Reaktionskristallisationsverdampfungskammer,
eine Wärmeaustauschkammer und eine Pumpkammer zu einer integralen vertikalen Einheit vereinigt, in die die Reaktanten kontinuierlich
eingespeist und das Reaktionsgemisch kontinuierlich zirkuliert werden können.
Im folgenden wird das Verfahren der Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten integralen
Zwangsumlauf-Kristallisationsreaktionsverdampfers
näher erläutert der drei Kammern aufweist, nämlich
näher erläutert der drei Kammern aufweist, nämlich
eine obere Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
11, eine Wärmeaustauschkammer 12 und eine untere Pumpkammer 13.
In der Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
11 dient eine im wesentlichen senkrecht angeordnete zylindrische Trennwand 20 dazu, zumindest den
unteren Teil der Kammer in einen äußeren Bereich 21 und einen inneren Bereich 22 zu trennen, wobei beide
Bereiche im wesentlichen konzentrische zylindrische Bereiche sind. Der innere Zylinder weist an seinem
oberen Ende eine Einrichtung auf, mit der das Reaktionsgemisch über die Grenzfläche zwischen dem
flüssigen Reaktionsgemisch und dem Dampfraum gleichmäßig verteilt wird.
In der unteren Purnpkarnrner 13 ist eine Trenneinrichtung
14 vorgesehen, die die Kammer in einen Ausstoßbereich 15 und einen Ansaugbereich 16
unterteilt, die in direkter Strömungsverbindung mit einem inneren Bereich 17 bzw. einem äußeren Bereich
18 der rohrförmigen Elemente der Wärmeaustauschkammer 12 stehen, die ihrerseits mit dem ersten bzw.
zweiten zylindrischen Bereich der Kristallisationsverdampfungskammer 11 in Verbindung stehen. In der
unteren Pumpkammer 13 ist eine Pumpeinrichtung 23 angeordnet, die eine Flüssigkeitsströmung von dem
Ansaugbereich 16 zum Ausstoßbereich 15 bewirkt, so daß das Reaktionsgemisch kontinuierlich durch die
Wärmeaustauschkammer 12 und in die Reaktionskristallisationsverdampfungskammer 11 zirkuliert, in der
die zylindrische Trennwand 20 und das Verteilungselement 33 dazu dienen, die Strömung der erhitzten
Reaktionsflüssigkeit auf ein Niveau nahe der Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche zu lenken, damit die gewünschte
Verdampfung des Wassers und der Austritt von Chlordioxid und Chlor in den Dampf-Flüssigkeits-Trennraum
19 stattfinden. Der obere Teil der zylindrischen Trennwand 20 ist vorzugsweise nach oben
trichterförmig geöffnet und das Verteilungselement 33 ist vorzugsweise trichterförmig und zentral bzw.
konzentrisch in bezug auf den trichterförmigen Bereich der Trennwand 20 angeordnet. Wasserdampf, Chlordioxid
und Chlor werden über den Auslaß 26 aus dem Dampf-Flüssigkeits-Trennraum 19 abgezogen. Das
flüssige Reaktionsgemisch fließt von der Dampf-Flüssigkeits-Grenzfläche
oberhalb dem oberen Ende der zylindrischen Trennwand 20 nach unten durch den
äußeren zylindrischen Bereich 21 und den äußerer Bereich 18 der rohrförmigen Elemente der Wärmeaustauschkammer
12 zu dem Ansaugbereich 16 dei Pumpkammer.
Die Alkalimetallchloratlösung wird in die Pumpkammer 13 vorzugsweise durch den Einlaß 24 eingeleitet
der vorzugsweise in dem Ausstoßbereich 15 angeordnei ist. Durch die Pumpeinrichtung 23 wird sie in dei
vorstehend beschriebenen Weise im Kreislauf geführ und vermischt Die starke Säure wird vorzugsweise
durch den Einlaß 25 in die aufsteigende Flüssigkei eingeleitet wobei der Einlaß vorzugsweise im unterer
Teil des inneren zylindrischen Bereichs 22 dei Verdampfungskammer 11 angeordnet ist so daß es zi
einer nennenswerten Vermischung und Reaktioi kommt wenn das Reaktionsgemisch zum oberen Endf
der zylindrischen Trennwand 20 zirkuliert Der Einlat 25 ist vorzugsweise aus einem säurebeständiger
Material, wie Teflon, hergestellt oder damit geschützt Vorzugsweise leitet man die starke Säure sehr naht
oberhalb den rohrförmigen Elementen des Wärmeaus tauschers über den Einlaß 25 in die aufsteigend!
Flüssigkeit, da die durch das Aufsteigen der Flüssigkeiten aus den rohrförmigen Elementen in die Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
11 verursachten Turbulenzen ein schnelles Vermischen der Reaktanten gewährleisten. Mit fortschreitender Reaktion der
Kristallisationsverdampfungskammer 11 entwickeln sich Chlordioxid und Chlor, während gleichzeitig ein
Alkalimetallsalz der starken Säure gebildet wird und aus der verdampfenden Flüssigkeit auskristallisiert. Die
Kristalle können als wäßrige Aufschlämmung durch den Auslaß 27 abgezogen werden. Die wäßrige Aufschlämmung
kann dann wie vorstehend beschrieben behandelt und die Mutterlauge kann in das Reaktionsgemisch
zurückgeführt werden.
Als Pumpeinrichtungen 23 eignen sich z. B. mechanische Pumpen, wie Rotationspumpen und Drehflügelpumpen.
Altzernativ oder in Kombination mit einer mechanischen Pumpeinrichtung kann auch ein Gasförderer
angewandt werden, der mit einem Luftstrom oder einem anderen Inertgas arbeitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Mitführabscheider 28 innerhalb des Dampf-Flüssigkeits-Trennraumes
19 in dem oberen Bereich der Reaktionsverdampfungskammer 11 angeordnet, um die in den
über den Auslaß 26 abgezogenen Dämpfen mitgerissenen Flüssigkeiten abzutrennen. Der Abscheider 28 kann
von bekannter Art sein, z. B. ein Maschenabscheider.
Vorzugsweise ist die Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
mit einem Explosionssicherheitsventil 32 ausgerüstet, um einen Not-Gasauslaß im Falle
einer plötzlichen Druckzunahme zu ermöglichen.
Obwohl das Verfahren der Erfindung unter Atmosphärendruck durchgeführt werden kann, ist Unterdruck
bevorzugt und ein Druck von etwa 50 bis 500 Torr besonders bevorzugt. Der Unterdruck kann auf übliche
Weise erzeugt werden, z. B. mit mechanischen Vakuumpumpen, Wasser- oder Dampfstrahlpumpen.
Die Wärmeaustauschkammer 12 weist einen Einlaß 29 und einen Auslaß 30 für die das Wärmeaustauschfluid
auf, um eine Strömung des Wärmeaustauschfluids, z. B. Dampf, durch den Raum zwischen den Röhren zu
ermöglichen. In dem Raum zwischen den Rohren sind ferner vorzugsweise mehrere Ablenkbleche 31 horizontal
angeordnet, um die Strömung des Wärmeaustauschfluids alternierend horizontal abzulenken, damit der
Wärmeaustausch optimal gestaltet wird. Die Strömung des Wärmeaustauschfluids wird so gewählt, daß die
gewünschte Reaktionstemperatur erreicht wird. Um das Reaktionsgemisch auf die gewünschte Temperatur
einzustellen, regelt man das Vakuum in der Verdampfungskammer so, daß die Reaktionslösung bei der
gewünschten Temperatur ihren Siedepunkt erreicht. Ferner wird die Wärmezufuhr in die Wärmeaustauschkammer
so geregelt, daß die Reaktionstemperatur auf den Siedepunkt erhöht wird und genügend Wasser
verdampft, um ein im wesentlichen konstantes Flüssigkeitsvolumen aufrechtzuhalten.
Beim Verdampfen von Wasser in der genannten Menge bildet sich ein kristallines Produkt in der
Reaktionslösung der Reaktionskristallisationsverdampfungskammer 11. Die Energiezufuhr aus allen Quellen in
das System ist nach dem Erreichen stationärer Bedingungen derart, daß alles Wasser, das dem System
zugeführt bzw. bei den ablaufenden Reaktionen gebildet wird, abzüglich von eventuellem Kristallwasser der
kristallinen Alkalimetallsalze und dem Wasser der aus dem System abgezogenen wäßrigen Aufschlämmung,
aus der Reaktionslösung in der Reaktionskristallisationsverdampfungskammer verdampft und als Wasserdampf
aus dem System abgezogen wird. Die zugeführte Energiemenge richtet sich hierbei nach der gewählten
Temperatur, dem entsprechenden Vakuum, der Wasser- ·> zufuhr in das System, nach dem stationäre Bedingungen
erreicht worden sind, und der Wasserableitung in Form von Kristallwasser und als wäßrige Aufschlämmung.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches kann beträchtlich variieren, je nach der gewünschten
ίο Verdampfungsgeschwindigkeit und dem Betriebsdruck.
Vorzugsweise wird jedoch das Reaktionsgemisch bei einer Siedetemperatur von etwa 65 bis 1000C gehalten,
wobei der Betriebsdruck vorzugsweise etwa 150 bis 300
Torr und insbesondere etwa 200 bis 250 Torr beträgt.
Der im Verfahren der Erfindung eingesetzte integrale Zwangsumlauf-Kristallisationsreaktionsverdampfer unterliegt
sowohl korrosiver als auch Abriebseinwirkung durch das Reaktionsgemisch und muß daher aus
resistenten Materialien gefertigt werden. Die Werkstoffe müssen auch den Betriebstemperaturen standhalten
und genügende Festigkeit besitzen, um einen Vakuumbetrieb zu gewährleisten. Ein besonders guter Werkstoff
ist Titan, jedoch werden aufgrund des hohen Preises von Titan auch andere bekannte Materialien
verwendet, die das Titan teilweise oder vollständig ersetzen. In einem bekannten Verfahren zur Herstellung
von Chlordioxid und Chlor verwendet man als bevorzugten Werkstoff ein Polyesterharz, das dem
korrosiven Angriff der Chloridionen standhält, durch
Jo die Einwirkung von Chlordioxid nicht oxidiert wird, durch Chlor weder über Addition noch Substitution
angegriffen wird und auch dem korrosiven Angriff der in der Reaktionslösung enthaltenen Mineralsäure
standhält. Ein typisches Polyesterharz, das diese Anforderungen erfüllt, ist in der US-PS 38 16 077
beschrieben. Es besteht aus etwa 0,5 Molanteilen Hexachlorbicycloheptandicarbonsäure und Maleinsäureanhydrid
und etwa 0,5 Molanteilen Neopentylglykol sowie etwa 45 Teilen Styrol pro 100 Teilen Harz. Das
Harz kann nach dem in der US-PS 26 34 251 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Polyesterharze dieser Art erfüllen die Anforderungen hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, mechanischer Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit. Andererseits werden diese Materialien durch Abriebskorrosion
angegriffen, wo sie mit den Alkalimetallsalzkristallen in Berührung kommen. Aus diesem Grund wird der
integrale Zwangsumlauf-Kristallisationsreaktionsverdampfer
vorzugsweise aus einer Materialkombination hergestellt, wobei der Teil des Verdampfers, der mit
dem flüssigen Reaktionsgemisch in Berührung ist, aus Titan besteht und der Teil des Verdampfers, der mit den
Dämpfen oberhalb der Flüssigkeit in Berührung ist, aus einem geeigneten Polyesterharz gefertigt ist
In einer typischen Betriebsform wird das Verfahren der Erfindung nach dem in der Zeichnung dargestellten
Fließbild durchgeführt, wobei ein gasförmiges Gemisch aus Chlordioxid und Chlor sowie Natriumsulfat
entstehen. Eine wäßrige Lösung von 3,2 m Natriumchlorat und 3,36 m Natriumchlorid wird über den Einlaß 24
in die Ausstoßseite der Pumpkammer 13 eingeleitet und durch den inneren Bereich 17 der rohrförmigen
Elemente der Wärmeaustauschkammer 12 nach oben geströmt. Wenn die Lösung in den inneren Bereich 22
der Verdampfungskammer 11 eintritt, wird über den Einlaß 25 eine 50prozentige wäßrige Schwefelsäurelösung
zugeführt und mit der aufsteigenden Lösung vermischt Der Druck des Systems wird auf etwa 200
Torr eingestellt. Durch den Einlaß 29 und den Auslaß 30 wird Dampf mit einer Geschwindigkeit und Temperatur
durch die Wärmeaustauschkammer 12 geleitet, daß das zirkulierende Reaktionsgemisch bei einer Temperatur
von etwa 78°C gehalten wird. Die Zufuhr der Reaktanten wird so eingestellt, daß das Volumen des
Reaktionsgemischs auf einem konstanten Niveau oberhalb der zylindrischen Trennwand 20 und dem
Verteilungselement 33 gehalten wird, wobei mit den einströmenden Lösungen zugeführtes überschüssiges
Wasser verdampft wird und als Wasserdampf zusammen mit dem aus dem Reaktionsgemisch entwickelten
Chlordioxid und Chlor über den Auslaß 26 aus der Verdampfungskammer 11 austritt. Durch die Pumpe 23
zirkuliert das Reaktionsgemisch auf die in der Zeichnung gezeigte Weise durch die Kammern des
Reaktionsverdampfers. Mit fortschreitender Reaktion entwickeln sich Chlordioxid und Chlor, die zusammen
mit Wasserdampf abgezogen werden. Wasserfreies Natriumsulfat kristallisiert aus der Lösung aus und wird
aus dem Reaktionsgemisch über den Auslaß 27 der Pumpkammer 13 abgeleitet.
Die vorstehend geschilderten, speziellen Ausführungsformen dos erfindungsgemäßen Verfahrens können
auf verschiedene Weise abgewandelt werden. Obwohl z. B. das Reaktionsgemisch vorzugsweise in der
■> in der Zeichnung durch Pfeile angedeuteten Richtung zirkuliert wird, um eine maximale Vermischung und
Strömung über die Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche zu ermöglichen, kann die Strömungsrichtung auch umgekehrt
werden. Ferner kann die Reaktionskristallisa-
I« tionsverdampfungskammer 11, die in der bevorzugten Ausführungsform zwei im wesentlichen konzentrische
zylindrische Bereiche 21 und 22 aufweist, von der zylindrischen Form abweichende Bereiche aufweisen,
ohne daß die gewünschte Strömung des Reaktionsgemisches nennenswert beeinträchtigt würde. Weiterhin
wird die Wärmeaustauschkammer 12 durch mehrere rohrförmige Elemente 17 und 18 gebildet, wobei jedoch
die genaue Anzahl und der Durchmesser der rohrförmigen Elemente je nach der beabsichtigten Strömungsgeschwindigkeit
und der Menge des zu zirkulierenden Reaktionsgemischs geändert werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von Chlordioxid, Chlor und Alkalimetallsalzen, bei dem man eine
Alkalimetallchloratlösung und eine starke Säure in einen senkrechten Kristallisationsreaktionsverdampfer
einleitet, der eine obere Reaktionskristallisationsverdampfungskammer
und eine untere Kammer aufweist, das Volumen des Reaktionsgemisches so einstellt, daß es zumindest teilv/eise die
Reaktionskristallisaiionsverdampfungskammer füllt und einen Dampf-Flüssigkeits-Trennraum in deren
oberen Bereich ergibt, aus dem Dampf-Flüssigkeits-Trennraum
der oberen Reaktionskristallisationsverdampfungskammer Chlordioxid. Chlor und Wasserdampf
abzieht und aus der unteren Kammer eine wäbrige Aufschlämmung des Alkalimetallsalzes der
Säure abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man
Applications Claiming Priority (1)
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