DE2850242C2 - Verfahren zur Herstellung von Suspensionen von Cyanurchlorid in Wasser - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Suspensionen von Cyanurchlorid in WasserInfo
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Description
45
Cyanurchlorid, das durch Trimerisieren von Chlorcyan mit Hilfe von Katalysatoren, vor allem Aktivkohle,
gewonnen wird, ist bekanntlich ein sehr interessantes Zwischenprodukt für verschiedene industrielle Sektoren,
wie die Herstellung von Farbstoffen und Produkten für die Textilindustrie, sowie für Pharmazeutika,
Produkte für die Landwirtschaft, aber auch solche für die Kunststoff-, Kautschuk- und Sprengstoffindustrie.
Cyanurchlorid fällt bekanntlich nach der Trimerisierung gasförmig an, zusammen mit nicht umgesetztem
Chlorcyan und Chlor, sowie Nebenprodukten.
Es war lange Zeit üblich, dieses Reaktionsgasgemisch direkt in festes Cyanurchlorid zu überführen, ζ. Β. durch
Einleiten des Gasgemisches in von außen gekühlte bo Räume (s. Ullmanns Encyklopädie der technischen
Chemie, 3. Auflage, 1954, Bd. 5, Seite 624 und 625 und 4. Auflage 1975. Bd. 9, Seite 652).
Oder durch Einführung in eine mit Wasser gekühlte Kugelmühle gemäß dem Verfahren der US-PS o'>
56 070.
Festes Cyanurchlorid fällt im allgemeinen pulverförmig an und wird bisher überwiegend in dieser Form
weiterverarbeitet
Zur Erhöhung seiner Reaktionsgeschwindigkeit bei der Weiterverarbeitung ist es wünschenswert, das
Cyanurchlorid entweder in feinverteilter oder in gelöster Form vorliegen zu haben.
Da sich Cyanurchlorid bei allen Temperaturen so gut wie gar nicht in reinem Wasser löst, kann es in Wasser
nur in Form von Suspensionen erhalten werden.
In den meisten Fällen wurde bisher Cyanurchlorid als Feststoff in Wasser suspendiert Hierbei trat ein zwar
zunächst geringer Hydrolyse-Grad auf, da Cyanurchlorid — wie gesagt — in neutralem Wasser kaum löslich
ist
Festes Cyanchlorid enthält aber häufig geringe Anteile an Chlor und Chlorcyan, die mit Wasser durch
Disproportionierung bzw. durch Verseifung Nebenprodukte, vor allem Salzsäure, bilden.
Das bisher neutrale Wasser wird — je nach dem Gehalt an Chlor und Chlorcyan — mehr oder weniger
stark sauer.
In sauren -wäßrigen Lösungen beginnt aber die
Hydrolyse stärker zu werden.
Besonders bei der kontinuierlichen Verarbeitung von wäßrigen Suspensionen stellte man fest, daß der
Hydrolyse-Grad von Cyanurchlorid mit der Größe der Ansetzbehälter zunahm, d. h. je länger die Verweilzeit
der Suspension bzw. eines Teils von ihr in diesem Behälter vor ihrer Entnahme war, desto stärker wurde
die Hydrolyse.
Diese Nachteile, die bei der Herstellung von Cyanurchlorid-Suspensionen durch Einbringen von
festem Cyanurchlorid in Wasser auftraten, sollten durch Verwendung von geschmolzenem Cyanurchlorid, das
man in Wasser einlaufen ließ bzw. auf eine bewegte Wasseroberfläche aufsprühte, behoben werden,
s. DE-PS 16 70 731.
Da geschmolzenes Cyanurchlorid durch den voraufgegangenen Schmelzprozeß einen Teil des am festen
Cyanurchlorid haftenden Chlors tnd Chlorcyans verloren hatte, war die Gefahr der Hydrolyse nicht mehr
ganz so groß.
Allerdings stieg durch die hohe Schmelztemperatur des Cyanurchlorids die Mischtemperatur der wäßrigen
Suspension an.
Je nach dem Mischverhältnis von geschmolzenem Cyanurchlorid und Wasser konnte die Mischtemperatur
erhebliche Werte annehmen, die auf Grund des — wenn auch geringen Gehaltes an Chlor — eine Hydrolyse
initiieren konnten.
So lag — nach den Angaben in der genannten Patentschrift — bei einem Mischungsverhältnis von
Wasser zu Cyanurchlorid von 4 :1 die Mischtemperatur der wäßrigen Suspension bei fast 500C; wenn man
Wasser von 2O0C einsetzte, um aus der Cyanurchloridschmelze
eine Suspension herzustellen. Bei geringeren Mischverhältnissen war die Mischtemperatur noch weit
höher.
Größere Mischungsverhältnisse als 4 : 1 haben nach den Angaben der genannten Patentschrift kein erhebliches
Absinken der Mischtemperatur zur Folge, da diese sich einem Grenzwert nähert, der bei Verwenden
von 20° C warmem Wasser bei etwa 45° C liegt.
Da sich die eingesetzten Apparaturen nur bei Normaldruck betreiben ließen, war es unmöglich, durch
Druckerniedrigung gleichzeitig Temperaturerniedrigungen und damit tiefere Mischtemperaturen einzustellen.
Es kam hinzu, daß die nach dem Verfahren der DE-PS
16 70 731 erhaltene Suspension für spätere Verwendungen
zu grobkörnig war und nach ihrer Herstellung zunächst zerkleinert werden mußte, ζ. B. in Naßmühlen,
auch bei Verwendung einer Düse.
Zweck der Erfindung ist daher die Herstellung von feinkörnigen Cyanurchlorid-Suspensionen in Wasser
mit sehr geringem Hydrolyse-Grad.
Es wurde nun gefunden, daß sich Suspensionen von Cyanurchlorid unter Vermeidung bzw. sehr starker
Verminderung der Hydrolyse von Cyanurchlorid durch Inkontaktbringen von flüssigem Cyanurchlorid und
Wasser mit Hilfe einer Düse herstellen lassen, wenn man flüssiges Cyanurchlorid, das vorzugsweise frei von
Chlor und Chlorcyan ist, bei Temperaturen in seinem Schmelzbereich, evtl. in Gegenwart eines Inertgases,
durch eine Sprühdüse, die sich in dem Kopf eines rohrförmigen Behälters befindet, in diesen Behälter einsprüht,
wobei dieser rohrförmige Behälter oben geschlossen oder verschließbar ist und sich nach unten
brustförmig zu einer Ausflußöffnung verjüngt und bei dem das Wasser durch eine oder vorzugsweise mehrere
Glattstrahldüsen, die sich oberhalb der Verjür-jung befinden
und aus einem oder mehreren tangential in einer oder mehreren Reihen angeordneten Sprühorgan bzw.
Sprühorganen bestehen, die leicht nach oben in Richtung des oberen Abschlusses bzw. der im oberen Teil
befindlichen Düse gerichtet sind, austritt und eine Flüssigkeitsschicht längs der gesamten Kammerwände bis
zur Düse für das Cyanurchlorid bildet — wobei die Dikke dieser Schicht an der brustförmigen Verjüngung größer
ist als an den übrigen Kammerwänden — und in die das versprühte Cyanurchlorid eintritt.
Das flüssige Cyanurchlorid wird bevorzugt durch eine beheizte Leitung in die Düse eingeführt.
Durch die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, das Wasser an den Kammerwänden
so zu verteilen, daß die Fiüssigkeitsschicht an der brustförmigen Verjüngung dicker ist als an den übrigen
Kammerwänden.
Mit dem ii der Glastechnik verwendeten Ausdruck: »brustförmige Verjüngung« ist eine Verjüngung gemeint,
die nicht steil, sondern in einer flachen S-Kurve, ausgehend von der Wand des rohrförmigen Behälters
zu der Ausflußöffnung hin, verläuft. Entsprechende Verjüngungen liegen auch bei Rotweinflaschen als
Übergang von der eigentlichen Flasube zu deren Hals
vor.
Die Verjüngung kann vorzugsweise in dem rohrförmigen Behälter immer dort beginnen, wo um ca. 50%
der versprühten Teilchen nuf die an der Wand gebildete Flüssigkeitsschicht treffen. Bevorzugt ist dies im unteren
Drittel des rohrförmigen Behälters der Fall.
Die Größe des Durchmessers der Ausflußöffnung ist an sich nicht kritisch. Sie hängt natürlich von der
Viskosität der ausfließenden Medien ab und muß eine solche Mindestgröße haben, daß Luft eintreten kann.
Die Ausflußöffnung wird bevorzugt in ein Ausflußrohr überführt, das einen beliebigen Durchmesser,
bevorzugt aber den gleichen oder einen größeren Durchmesser besitzt als die Ausflußöffnung.
Die Düse oder Düsen für das Wasser können zwar an beliebiger Stelle des rohrförmigen Behälters oberhalb
der Verjüngung angeordnet sein, bevorzugt befinden sie sich aber im Bereich direkt oberhalb der brustförmigen
Verjüngung.
Für die tangential angeordneten Sprühorgane kommen Röhrchen oder Düsen in Frage sowie auch
Öffnungen in den Kammerwänden bzw. — bei Vorliegen eines Zuleitungsringes — in dessen Kammerwänden.
Bevorzugt werden Röhrchen verwendet.
Der beschriebene rohrförmige Behälter hat den großen Vorteil, daß er nicht nur bei Atmosphärendruck, sondern auch bei Unterdruck betrieben werden kann.
Der beschriebene rohrförmige Behälter hat den großen Vorteil, daß er nicht nur bei Atmosphärendruck, sondern auch bei Unterdruck betrieben werden kann.
So lassen sich ohne weiteres von Atmosphärendruck ausgehend Unterdrücke bis 0,01 bar einstellen.
Bei Unterdruck verdampft ein Teil des Wassers,
ίο wodurch eine Abkühlung der entstandenen Lösung oder
Suspension erfolgt Die Mischungstemperatur läßt sich auf diese Weise leicht auf dem niedrigen Niveau halten,
was für eine kontinuierliche Durchführung sehr wesentlich ist Die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren entstehenden Mischtemperaturen liegen im allgemeinen bei 10-15°C.
Die Mischtemperaturen hängen natürlich von dem Mischungsverhältnissen »Wasser-Cyanurchiorid-
schmelze« ab, die im allgemeinen bei 6 :1 bis 1 :1 liegen.
Eine zur Gewinnung der genannten Cyanurchloridsiispensionen
oder -lösungen geeignete Vorrichtung wird in der Patentanmeldung P 28 50 27 ί beschrieben,
die folgendermaßen betrieben wird.
Das flüssige Cyanurchlorid wird — s. A b b. 1 — In die
Zuführungsleitung 1 durch eine koaxiale Beheizung 2 über ei;ie Einstoff-/oder Zweistoffdüse 3 in die
Mischkammer 5 geführt, d. h. den rohrförmigen Behälter 5.
Das mit dem zu versprühenden Material in Kontakt zu bringende Wasser gelangt durch getrennte Zuführungsleitungen
7 in einen Verteilungsring mit verschiedenen Kammersegmenten S, s. auch A b b. 2.
Aus diesen Kammersegmenten wird das Wasser über leicht nach oben gerichtete Sprühorgane tangential in
die Mischkammer 5 gespritzt.
Bei Verwendung von nur einer Zuleitung und nur einer z. B. Öffnung in der Mischkammer 5 geht die
Zuleitung 7 direkt in die Öffnung 8 über, und die Segmentkammer 9 entfällt.
Der Wasserstrahl besitzt neben der Komponente in Umfrngsrichtung eine Geschwindigkeitskomponente in
axialer Richtung. Die Flüssigkeit gelangt dadurch an die Wand der Mischkammer 5. Dort bildet sie eine
Flüssigkeitsschicht 4.
In die Flüssigkeitsschicht 4 sprüht mait das acs der
Düse 3 austretende Cyanurchlorid. Der Sprühwinkel für das aus Düse 3 versprühte Cyanurchlorid kann zwischen
15 und 1500C, vorzugsweise zwischen 15 und 120°C liegen.
so Die Sprühform variiert von Hohl- über Vollkegel bis zum ungeordneten Nebel, je nach Düsentyp.
Beim Auftreffen der Sprühpartikelchen 6 erstarrt und/oder löst sich das versprühte Cyanurchlorid in der
Flüssigkeitsschicht. Die eingebrachte Energie wird an die Flüssigkeitsschicht abgegeben, unabhängig vom
Druck in dem rohrförmigen Behälter.
Die ablaufende Mischung, die den rohrförmigen Behälter 5 durch die Ausflußöffnung 12 verläßt, gelangt
in den Behälter 14, Jer entweder direkt oder aber über Leitung 13 an die Ausflußöffnung 12 des Behälters 5 —
evtl. lösbar — angeschlossen sein kann.
Auf diese Weise ist es möglich, einer, beliebigen Druck, d. h. einen beliebigen Unter- oder Überdruck, im
rohrförmigen Behälter 5 und Behälter 14 durch bekannte Vorrichtungen, die über Leitung 16 mit dem
Behälter 14 verbunden sind, einzustellen, siehe A b b. 3. (Die bekannten Vorrichtungen zum Einstellen des
Drucks sind jedoch in A b b. 3 nicht gezeigt.)
Die Mischung wird am Ausfluß 15 entnommen. Der Behälter 14 kann aber gegebenenfalls auch als
Reaktionsbehälter für eine weitere Behandlung oder Umsetzung dienen.
Es ist aber auch möglich, Unter- oder Überdruck direkt in der Ablaufleitung 13 durch die bekannten
Vorrichtungen anzulegen und die ablaufende Mischung aus der Leitung 13 in bekannter Weise wegzutransportieren
unter Verzicht einer Zwischenschaltung von Behälter 14.
Die in A b b. 1 und 3 gezeigten Vorrichtungen 5 und 14, ggf. auch Leitung 13, können in bekannter Weise
beheizt oder gekühlt werden, je nach den Erfordernissen,
siehe z. B. Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Bd. i. 3. Auflage, 1951. Seite 743 ff. und
769 ff.
Ebenso kommen als Konstruktionsmaterialien die hierfiii bekannten Stoffe in Frage, 10 c. cit.
Das Voiumen des rohrförmigen Behälters 5 wird bestimmt durch die Eigenschaften der verwendeten
Flüssigkeiten, wobei der Weg der versprühten Partikelchen 6 bis zum Auftreffen auf die Flüssigkeitsschicht 4
möglichst kurz gehalten werden sollte.
Dadurch ist es möglich, relativ große Durchsätze in einem sehr kleinen rohrförmigen Behälter durchzuführen,
z. B. beträgt das Volumen in Beispiel 3 ca. 1,2 I.
Durch Einstellen eines bestimmten Drucks, wie z. B. eines Unterdrucks in dem rohrförmigen Behälter 5,
kann die Wärmeenergie des versprühten Cyanurchlorids in Kontakt mit der Flüssigkeitsschicht abgeführt Jo
werden.
Die erzeugte Suspension aus Cyanurchlorid und Wasser verläßt die Mischkammer durch den Abfluß 12.
Zur besseren Ausbildung der Wasserschicht sind die Sprühorgane 8 tangential zur Mischkammerwand leicht
aufwärts gerichtet. Der genaue Biegungswinkel wird so
j:~ ei.-.·.:—l.-:· u:_i.. ι i:_
erreicht, aber nicht berührt.
Durch die brustförmige Verjüngung und die dadurch erzeugte dickere Flüssigkeitsschicht an dieser Wand- *o
stelle wird erreicht, daß — trotz der Ausflußöffnung —
die übrigen Kammerwände immer mit einer gleichmäßigen, d. h. ununterbrochenen Schicht des Wassers
bedeckt sind. Hierdurch ist eine hohe Mischgeschwindigkeit gewährleistet, die noch iurch Einbringen
eines Gases mit dem Wasser erhöht werden kann.
Der Sprühkegel des flüssigen Cyanurchlorids ist mit Ziffer 6 bezeichnet.
Die Anzahl der Zuführungsleitungen 7 hängt vom jeweiligen Fall ab:
So kann bei Einführung des Wassers nur eine Zuführungsleitung genügen; zur besseren Verteilung
des Wassers können sich aber auch mehrere Zuführungsleitungen als günstig erweisen, siehe z. B. A b b. 2.
Flüssiges Cyanurchlorid wird nach bekannten Verfahren eewonnen, z. B. nach dem Verfahren gemäß
DE-PS 23 32 636.
Vorzugsweise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein flüssiges Cyanurchlorid eingesetzt dessen
Temperatur bei 17OCC liegt und das frei von Chlor und
Chlorcyan ist. Zur Befreiung von Chlor und Chlorcyan eignen sich bekannte Verfahren, wie z. B. eine
Dephlegmatisierung.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
suspensionen uHu i_.osüngen von \_-yi5nurCniOn\>
besitzen beim Verlassen der Apparatur einen sehr geringen Hydrolysegrad, da die Verweilzeiten und
Gewinnungstemperaturen sehr niedrig gehalten werden können.
Derartige Suspensionen lassen sich bei den Temperaturen,
mit denen sie die Apparatur verlassen, je nach Wassergehalt des Lösungsmittels bis zu Stunden lagern.
Die angefallenen Suspensionen sind außerdem sehr feinkörnig, jede Klumpenbildung wird vermieden.
Auf diese Weise lassen sich auch wahlweise Suspensionen von Cyanurchlorid kontinuierlich je nach
dem momentanen Bedarf herstellen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:
Über die beheizte Zuführungsleitung 1 leitet man flüssiges Cyanurchlorid von ca. 170°C in die Einstoffdüse
3. Die Düse 3 besitzt eine Bohrung von 1,54 mm und einen Sprühwinkel von ca. 78°. Der Vordruck des
flüssigen Cyanurchlorids beträgt 5,9 bar. Durch die Düse 3 sprüht man eö,5 kg/h Cyanurchlorid in die Mischkammer
5. Die Mischkammer 5 besitzt einen Durchmesser von 100 mm und in ihr herrscht Atmosphärendruck.
Das Wasser (966 kg/Std.) gelangt über 4 verschiedene Zuführungsleitungen 7 in die Kammersegmente 9 und
bildet nach Austritt aus den acht Röhrchen 8 eine Flüssigkeitsschicht 4 in der Mischkammer 5.
Die Cyanurchlorid/Wasser-Suspension verläßt die Mischkammer 5 durch das Rohr 12. Ihre Konzentration
an Cyanurchlorid beträgt 7,7%.
Die Werte des Simazin-Tests*), ein Maß für die Reaktionsfähigkeit des Cyanurchlorids, betragen 55 min
und 0,6% Rückstand. Der ASS-Test *) erbringt einen Rückstand von 0,6%.
Die Versuchsdurchführung ist gegenüber Beispiel 1 dahingehend sb^wandelt, daß
die Bohrung der Cyanurchlorid-Düse 1,1 mm
der Sprühvordruck 6,0 bar
die Cyanurchloridmenge 40,5 kg/Std.
der Druck in der Mischkammer 0.13 bar und
die resultierende Cyanurchlorid-Konzentration in Wasser 4,0% beträgt.
Die Werte des Simazin-Tests betragen 55 min und 0,2% Rückstand. Der ASS-Test erbringt einen Rückstand
von 0,5%.
Die Versuchsdurchführung ist gegenüber Beispiel 1 dahingehend abgewandelt, daß
die Bohrung der Cyanurchlorid-Düse 1,85 mm
der Sprühvordruck 6,0 bar
die Cyanurchloridmenge 118 kg/Std. und
die resultierende Cyanurchlorid-Konzentration in Wasser 10,9% beträgt.
Die Werte des Simazin-Tests betragen 45 min und 0% Rückstand. Der ASS-Test erbringt einen Rückstand
von 03%.
Die Versuchsdurchführung ist gegenüber Beispiel 1 dahingehend abgewandelt, daß
die Bohrung der Cyanurchlorid-Düse 1,17 mm
der Sprühwinkel der Düse ca. 70°
der Sprühvordruck 5.0 bar
der Sprühwinkel der Düse ca. 70°
der Sprühvordruck 5.0 bar
*) s. Ulimann, Bd. 9,1975. S. 652.
die Cyanurchloridmenge 30,6 kg/Std.
die Wassermenge 555 kg/Std.
der Kammerdurrhmesser 80 mm
und die resultierende Cyanurchlorid-Konzentration in Wasser 5,2% beträgt
Die Werte des Simazin-Tests betragen 37 min und 0% Rückwand. Der ASS-Test erbringt keinen Rückstand.
Das Kornspektrum der in den Beispielen 1-4
erzielten Cyanurchlorid-Partikelchen hat im Durchschnitt folgendes Aussehen:
> ΙΟΟμπι 3%
> 63μΐη 14%
> 40μπι 33%
> 10 μπι 50% < ΙΟμιη 50%
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Suspensionen von. Cyanurchlorid in Wasser durch Aufsprühen von
flüssigem Cyanurchlorid auf eine bewegte Wasseroberfläche mit Hilfe einer Düse, wobei man das flüssige
Cyanurchlorid — eventuell in Gegenwart eines Inertgases — durch eine Sprühdüse, die sich in dem
Kopf eines rohrförmigen Behälters befindet, in diesen Behälter einsprüht, wobei dieser rohrförmige ι ο
Behälter oben geschlossen oder verschließbar ist, und bei dem das Wasser durch eine oder mehrere
Düsen tangential austritt und an der Innenwand einen geschlossenen Wasserfilm bildet, dadurch
gekennzeichnet, daß der rohrförmige Behälter sich nach unten brustförmig zu einer Ausflußöffnung
verjüngt und bei dem das Wasser durch eine oder vorzugsweise mehrere Glattstrahldüsen, die
sich oberhalb der Verjüngung befinden imd aus einem &d?r mehreren tangential in einer oder mehreren
Reiften angeordneten Sprühorgan bz*v. Sprühorganen
bestehen, die leicht nach oben in Richtung des oberen Abschlusses bzw. der im oberen Teil befindlichen
Düse gerichtet sind, austritt und eine Flüssigkeitsschicht längs der gesamten Kammerwände
bis zur Düse für das Cyanurchlorid bildet — wobei die Dicke dieser Schicht an der brustförmigen Verjüngung
größer ist als an den übrigen Kammerwänden — und in die das versprühte Cyanurchlorid eintritt.
2. Verfa.hren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß durch Absenken des Atmosphärsndruckes bis herab zu 0,01 oar in dem rohrförmigen
Behälter die Mischttmperatur erniedrigt und wahlweise eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Durchführung des
Verfahrens eine Apparatur verwendet, deren Ausflußöffnung in einen weiteren Behälter mündet, der
mit dem rohrförmigen Behälter fest oder lösbar verbunden ist und an sich bekannte Vorrichtungen zum
Anlegen eines Unter- oder Überdruckes aufweist.
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