DE3018665A1 - METHOD AND DEVICE FOR REGENERATING SULFURIC ACID - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR REGENERATING SULFURIC ACID

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DE3018665A1
DE3018665A1 DE19803018665 DE3018665A DE3018665A1 DE 3018665 A1 DE3018665 A1 DE 3018665A1 DE 19803018665 DE19803018665 DE 19803018665 DE 3018665 A DE3018665 A DE 3018665A DE 3018665 A1 DE3018665 A1 DE 3018665A1
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Hansruedi Forter
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Hans Kuehnlein
Hans Rudolf Kueng
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Karl-Heinz Dipl Chem D Schultz
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BAYER AKTIENGESELLSCHAFT * 5090 Leverkusen, Bayerwerk BERTRAMS AKTIENGESELLSCHAFT CH-4132 Muttenz Zentralbere ichBAYER AKTIENGESELLSCHAFT * 5090 Leverkusen, Bayerwerk BERTRAMS AKTIENGESELLSCHAFT CH-4132 Muttenz Zentralbere ich

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Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von SchwefelsäureMethod and device for the regeneration of sulfuric acid

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von verunreinigter Schwefelsäure in mehreren Stufen unter indirekter Beheizung in Apparaturen aus oder mindestens beschichtet mit Email. Unter Email werden glasartige Überzüge die säurefest sind und einer Temperaturwechselbeanspruchung standhalten, verstanden.The present invention relates to a method and a device for the regeneration of contaminated Sulfuric acid in several stages with indirect heating in apparatus from or at least coated with E-mail. Glass-like coatings that are acid-resistant and subject to thermal cycling are under enamel withstand, understood.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Regenerieren von verunreinigter Schwefelsäure unter indirekter Beheizung in Apparaturen aus oder zumindest beschichtet mit Email, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Säure zunächst in einer indirekt beheizten, einstufig, gegebenenfalls auch mehrstufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit auf eine Austrittskonzentration von 60 bis 80 Gew.-% Schwefelsäure aufkonzentriert, anschließend in eine Hochkonzentriereinheit geleitet und dort bei Temperaturen zwischen ca. 16O0C bis 25O0C und einem Druck zwischen ca. 30 Torr und 100 Torr bis zu einer Konzentration von 90 Gew.-% bis 98,3 Gew.-% Schwefelsäure aufkonzentriert und anschließend einer Reinigungsstufe zugeführt, in der eine Temperatur zwischen ca. 2200C und 3300C aufrechterhalten und die Säure unter Atmosphärendruck oder vermindertem Druck gereinigt wird.The present invention relates to a process for the regeneration of contaminated sulfuric acid with indirect heating in apparatus made of or at least coated with enamel, which is characterized in that the acid is first reduced to an outlet concentration of 60 in an indirectly heated, single-stage, possibly also multi-stage pre-concentrating unit concentrated up to 80% by weight sulfuric acid, then passed into a high concentration unit and there at temperatures between approx. 16O 0 C to 25O 0 C and a pressure between approx. 30 Torr and 100 Torr up to a concentration of 90% by weight Concentrated 98.3 wt .-% sulfuric acid and then fed to a cleaning stage in which a temperature between about 220 0 C and 330 0 C is maintained and the acid is cleaned under atmospheric pressure or reduced pressure.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Die erfindungigemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen der Säure in der Vorkonzentriereinheit wfi.:metragerbeheizte Wärmetauscher (15) aus emaillierten Doppelmantelrohren vorgesehen sind und die erste Vorkonzentrierstufe (A) einen, durch einen metallischen Werkstoff, z.B. ein Tantalröhrenbündel, gebildeten Wärmeaustauscher (5) mit nachgeschaltetem Ausdampfbehälter (6), eine nachgeordnete zweite Vorkonzentrierstufe (B) einen, z.B. durch Email-Doppelmantelrohre aus Stahl gebildeten Wärmetauscher (15) mit nachgeordnetem Ausdampfbehälter (16) und die den Vorkonzentrierstufen (A,B) nachgeordnete Hochkonzentrierstufe (C) einen durch Email-Doppelmantelrohre aus Stahl gebildeten Wärmetauscher (24) mit nachgeordnetem Ausdampfbehälter (25) und die nachgeordnete Reinigungsstufe (D) ein strahlungsbeheiztes Quarzglasrohr (36), eine Aufheizzone (38) zur Erhitzung der Säure, eine nachgeordnete Reaktionszone (39) und eine nachgeordnete NachreaktionszoneThe present invention also relates to a device for carrying out the method, the inventive The device is characterized in that, for heating the acid in the pre-concentrating unit, wfi.:transfer-heated Heat exchangers (15) made of enamelled double-walled tubes are provided and the first preconcentration stage (A) a, by a metallic material, e.g. a Tantalum tube bundle, formed heat exchanger (5) with a downstream evaporation tank (6), a downstream one second preconcentration stage (B), e.g. through enamel double-jacket pipes Heat exchanger (15) made of steel with a downstream evaporation tank (16) and the preconcentration stages (A, B) downstream high concentration stage (C) one through enamel double-jacket pipes made of steel formed heat exchanger (24) with downstream evaporation tank (25) and the downstream cleaning stage (D) a radiation-heated quartz glass tube (36), a heating zone (38) for heating the acid, a downstream one Reaction zone (39) and a downstream post-reaction zone

(46) aufweist.(46).

Es hat sich gezeigt, daß mit emailbeschichteten Anlagen die Einhaltung der genannten hohen Temperaturen und damit das Konzentrieren der Säure bis zum azeotropen Punkt möglich ist. In einem zusätzlichen Schritt wird in einer separaten, z.B. aus Quarz bestehenden oder emailbeschichteten Apparatur eine vollständige Reinigung der Säure durchgeführt; und zwar durch Erhitzen der konzentrierten Säure auf 290 bis 35O0C unter Einhaltung bestimmter Verweilzeiten bei vermindertem oder Atmosphärendruck, erforderlichenfalls unter Zugabe eines Oxidationsmittels, vorzugsweise Salpetersäure.It has been shown that with enamel-coated systems it is possible to maintain the high temperatures mentioned and thus to concentrate the acid up to the azeotropic point. In an additional step, a complete cleaning of the acid is carried out in a separate apparatus, for example made of quartz or enamel-coated; and by heating the concentrated acid at 290 to 35O 0 C in compliance with certain residence times under reduced or atmospheric pressure, if necessary with addition of an oxidizing agent, preferably nitric acid.

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EmailbeSchichtungen werden bei hoher Temperatur auf Stahl aufgebracht. Infolge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl- und Emailschicht entsteht beim Abkühlen in der Emailschicht eine Druckspannung, welche erwünscht und zur Verhinderung von Rissen in der Emailschicht notwendig ist. Bei einer Raumtemperatur von 250C beträgt die dieser Druckspannung entsprechende Stauchung der Emailschicht etwa 0f0015 m/Im. Mit sinkender Temperatur nimmt die Druckspannung zu, mit steigender Temperatur entsprechend ab, so daß sie üblicherweise bei einer mittleren Temperatur von ca. 4000C 0 wird. Würde man also davon ausgehen, daß immer eine Druckspannung in der Emailschicht vorhanden sein muß, so wäre unter idealen Bedingungen die Verwendung von emaillierten Teilen bis zu einer Temperatur von ca. 4000C möglich, unter den normalen Einsatzbedingungen führen jedoch verschiedene Faktoren bei den bekannten Verdampfervorrichtungen dazu, daß bereits bei niedrigen mittleren Temperaturen die Druckspannung 0 oder sogar negativ wird, was fast zwangsläufig zu den gefürchteten Haarrissen führt. Zu diesen Faktoren gehört u.a. die übertragung von Wärme von der Stahlseite her durch die Emailschicht auf ein zu behandelndes Medium. Infolge des bekannten Temperaturverlaufs beim übertragen von Wärme hat die Emailschicht eine geringere mittlere Temperatur als die Stahlschicht, wodurch die Druckspannungen in der Emailschicht im Vergleich zum stationären Zustand vermindert wird. Diese Erscheinung wird noch weiter negativ beeinflußt durch ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung der emailbeschichteten Wand, z.B. dadurch, daß die Wärmezufuhr von der Stahlseite her ungleichmäßig ist, oder dadurch, daß die Kühlung auf der Seite der Emailschicht infolgeEnamel coatings are applied to steel at high temperatures. As a result of the different coefficients of thermal expansion of the steel and enamel layers, a compressive stress is created in the enamel layer when it cools, which is desirable and necessary to prevent cracks in the enamel layer. At a room temperature of 25 ° C., the compression of the enamel layer corresponding to this compressive stress is approximately 0 f 0015 m / lm. With decreasing temperature, the compressive stress increases as temperature increases accordingly, so that it usually is at a mean temperature of about 400 0 C 0th One would therefore assume that there is always a compressive stress in the enamel layer must be present, the use of enamelled parts would be up to a temperature of about 400 0 C is possible under ideal conditions under the normal conditions of use, however, carry out various factors in the known Evaporation devices mean that even at low average temperatures the compressive stress becomes 0 or even negative, which almost inevitably leads to the dreaded hairline cracks. These factors include the transfer of heat from the steel side through the enamel layer to a medium to be treated. As a result of the known temperature profile during the transfer of heat, the enamel layer has a lower mean temperature than the steel layer, which reduces the compressive stresses in the enamel layer compared to the steady state. This phenomenon is further negatively influenced by uneven heating or cooling of the enamel-coated wall, for example due to the fact that the heat supply from the steel side is uneven, or that the cooling on the side of the enamel layer as a result

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von Verkrustungen dieser Schicht oder infolge ungleichmäßiger Strömung des zu erwärmenden Mediums oder dessen teilweiser Verdampfung ungleichmäßig erfolgt. Erfindungsgemäß werden deshalb die Emailschichten so eingesetzt, daß in ihnen noch eine restliche Druckspannung vorhanden ist. Diese erfindungsgemäße Restspannung verhindert das Entstehen von Haarrissen, so daß die Emailschicht einwandfrei gegen Korrosion durch die heiße, hochkonzentrierte Säure schützt. Die erfindungsgemäße Restdruckspannung bzw. RestStauchung,die unter allen Betriebsbedingungen aufrecht zu erhalten ist, soll unter den jeweiligen Betriebsbedingungen möglichst groß sein, jedoch vorzugsweise nicht kleiner als 0,0003 m/1m. In sehr speziellen Fällen sind auch kleinere Restdruckspannungen zulässig, aber nur, wenn keine Deformation und andere negative Einflüsse auf die Emailschicht zu befürchten sind. In solchen Fällen soll jedoch auch eine Restdruckspannung von ca. 10 %, d.h. eine Stauchung von 0,00015 m/1m in der Emailschicht vorhanden sein.from incrustations of this layer or as a result of uneven Flow of the medium to be heated or its partial evaporation takes place unevenly. According to the invention therefore the enamel layers are used in such a way that that there is still a residual compressive stress in them. This residual stress according to the invention prevents the formation of hairline cracks, so that the enamel layer is perfectly protected against corrosion by the hot, highly concentrated Acid protects. The residual compressive stress or residual compression according to the invention that occurs under all operating conditions is to be maintained, should be as large as possible under the respective operating conditions, but preferably not less than 0.0003 m / 1 m. In very special cases there are also smaller residual compressive stresses permissible, but only if there is no deformation or other negative influences on the enamel layer are feared. In such cases, however, there should also be a residual compressive stress of approx. 10%, i.e. a compression of 0.00015 m / 1 m in the enamel layer.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Punkt ist die gesamte Temperaturführung, wobei die Säure zwangsläufig mit einer solchen vorgegebenen Geschwindigkeit an den emaillierten Wärmetauscherflächen vorbeiströmt, daß keine Feststoffablagerung an diesen Flächen stattfinden kann und gleichzeitig auch so, daß an den Wärmetauscherflächen keine Verdampfung stattfindet, sondern lediglich eine Erhitzung der Säure. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß ein mehrfaches der zu konzentrierenden Säuremenge in der Apparatur umgewälzt und gleich-Another point of the invention is the whole Temperature control, the acid inevitably at such a predetermined speed to the enamelled heat exchanger surfaces so that no solid deposits take place on these surfaces can and at the same time so that no evaporation takes place on the heat exchanger surfaces, but just heating the acid. For this reason, according to the invention, several times that to be concentrated Amount of acid circulated in the apparatus and

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zeitig dafür gesorgt, daß der statische Druck am Austritt des letzten Wärmetauscherrohres genügend groß ist, um bei der vorgegebenen Säuretemperatur eine Verdampfung zu vermeiden. Diese Temperaturführung muß jedoch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Restdruckspannung geschehen. Bei Säure- und Wärmeträgergeschwindigkeiten von über ca. 0,8 m/sec, vorzugsweise 0,9 bis 1,5 m/sec, wird die erfindungsgemäße minimale 20 %ige Reststauchung von 0,0003 m/1m in der Email-It is ensured in good time that the static pressure at the outlet of the last heat exchanger pipe is sufficiently high is to avoid evaporation at the given acid temperature. This temperature control must but in connection with the residual compressive stress according to the invention happen. For acid and heat carrier speeds of over approx. 0.8 m / sec, preferably 0.9 to 1.5 m / sec, the minimum 20% residual compression according to the invention of 0.0003 m / 1 m in the enamel

'^ schicht nicht unterschritten. Generell kann die Geschwindigkeit der Säure in den Wärmetauscherrohren in dem Bereich zwischen ca. 0,4 und 4m/see variiert werden. Ganz besonders bevorzugt wird jedoch eine Geschwindigkeit von 0,8 bis 1,2 m/sec eingestellt. Bei dieser Geschwindigkeit bleiben evtl. vorhandene Feststoffe in der Suspension.'^ shift not undercut. Generally speaking, the speed the acid in the heat exchanger tubes can be varied in the range between approx. 0.4 and 4 m / s. However, a speed of 0.8 to 1.2 m / sec is very particularly preferably set. at Any solids that may be present remain in the suspension at this rate.

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Obwohl die Hochkonzentrierstufe mit praktisch jeder Säurekonzentration von über 30, vorzugsweise über Gew.-% H2SO. Eingangskonzentration betrieben werden kannr ist es speziell bei stark verdünnten Säuren vorteilhaftλ eine Voreindampfanlage vorzuschalten, welche bei großer Ausdampfleistung vorzugsweise mehrstufig bei unterschiedlichen Drücken nach dem Prinzip der Brüdenausnutzung arbeitet. Die letzte Verdampferstufe der Vorkonzentrierung wird ebenfalls mit Wärme-Although the high concentration stage with practically any acid concentration above 30, preferably above wt .-% H 2 SO. Input concentration can be operated r it is advantageous, especially in the case of highly dilute acids, to install a pre-evaporation system which, if the evaporation rate is high, preferably works in several stages at different pressures according to the principle of vapor utilization. The last evaporator stage of the pre-concentration is also with heat

^0 trägern beheizt. Dadurch lassen sich große Temperaturgefälle und somit geringe Heizflächen und ein wirtschaftlicher Betrieb erreichen. Durch geeignete Wahl der Verfahrensstufen, der Beheizungsart sowie der konstruktiven Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter den speziellen, erfindungsgemäßen Bedingungen können Email-Werkstoffe erstmals so genutzt werden, daß es möglich wird, in der letzten Stufe der Vorkonzentriereinheit und in der Hochkonzentrierheit auf metallische Werkstoffe, welche nur eine beschränkte Korrosionsbeständigkeit aufweisen, gänzlich zu verzichten. Gleichzeitig werden unter den erfindungsgemäßen Bedingungen auch die Voraussetzungen geschaffen, genügend hohe Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Verdampferstufen zu schaffen, um die Brüdenwärme wirtschaftlich ausnutzen zu können.^ 0 carriers heated. As a result, large temperature gradients and thus small heating surfaces and economical operation can be achieved. By suitable selection of the process stages, the type of heating and the structural design of the device according to the invention under the special conditions according to the invention, enamel materials can be used for the first time in such a way that it is possible in the last stage of the pre-concentrating unit and in the high concentration on metallic materials, which have only a limited resistance to corrosion, to do without completely. At the same time, the conditions according to the invention are also created to create sufficiently high temperature differences between the individual evaporator stages in order to be able to utilize the vapor heat economically.

Als Verdampfer hat sich besonders der Umlaufentspannungsverdampfer bewährt, bei welchem im Wärmetauscher selbst nur eine Aufwärmung der Säure in der Flüssigkeitsphase vorgenommen wird, und die Ausdampfung erst im Ausdampfbehälter geschieht. Dies ist besonders wichtig, wennThe circulation expansion evaporator in particular has proven itself as an evaporator proven, in which in the heat exchanger itself only a warming up of the acid in the liquid phase is carried out, and the evaporation only takes place in the evaporation tank happens. This is especially important when

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die zu konzentrierenden Säuren Verunreinigungen enthalten, welche dazu neigen, an den Verdampfungsflächen auszukristallisieren. Dies trifft z.B. für eisenhaltige Säuren zu. Die Löslichkeit von Eisensulfat in Schwefelsäure nimmt im Bereich über 90 Gew.-% H-SO. rasch ab und es besteht die Gefahr, daß sich Eisensulfat an den Verdampfungsflächen festsetzt. Diese Gefahr besteht im Umlaufentspannungsverdampfer nicht, weil an den Wärmetauscherflächen keine Verdampfung stattfindet und das ausfallende Eisen so in Suspension bleiben . kann. Anstelle von Umlaufentspannungsverdampfern können aber, je nach Qualität der Säure, auch andere Verdampfertypen gewählt werden, z.B. Fallfilmverdampfer, beheizte Ausdampfbehälter etc.the acids to be concentrated contain impurities which tend to stick to the evaporation surfaces crystallize out. This applies, for example, to ferrous acids. The solubility of iron sulfate in sulfuric acid absorbs in the range over 90% by weight H-SO. quickly and there is a risk that iron sulfate will stick to the evaporation surfaces. This danger exists not in the circulation expansion evaporator because no evaporation takes place on the heat exchanger surfaces and the precipitating iron remains in suspension. can. Instead of circulation flash evaporators however, depending on the quality of the acid, other types of evaporators can also be selected, e.g. falling film evaporators, heated evaporation tanks etc.

5 Bei mit organischen Bestandteilen verunreinigten Säuren destillieren die Organica, je nachdem welche Siedetemperatur sie aufweisen, bereits in den verschiedenen Verdampferstufen zumindest teilweise mit den Brüden ab. In vielen Fällen ist aber zumindest ein Restanteil an Organica vorhanden, welcher nicht verdampft und daher bei hohen Temperaturen oxidiert werden muß. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann z.B. Trinitrotoluol bei 3200C unter Zugabe von Salpetersäure als Oxidationsmittel vollständig abgebaut werden.5 In the case of acids contaminated with organic components, the Organica distill off at least some of the vapors in the various evaporator stages, depending on the boiling point. In many cases, however, there is at least a residual proportion of organica which does not evaporate and therefore has to be oxidized at high temperatures. With the method according to the invention and in the device according to the invention, for example, trinitrotoluene can be completely degraded at 320 ° C. with the addition of nitric acid as the oxidizing agent.

Auch niedrigere Reaktionstemperaturen können eingehalten werden. Bei Säuren, die wieder für den gleichen Verwendungszweck eingesetzt werden, können z.B. auch geringere Reaktions- und damit Aufarbeitungsgrade in Kauf genommen werden, da die Verunreinigungen den vorhergehenden Prozeß nicht stören.Lower reaction temperatures can also be maintained. With acids that again for the same Intended use can be used, for example, lower degrees of reaction and thus work-up be accepted because the impurities do not interfere with the previous process.

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Es ist z.B. bekannt, die Oxidationsreaktion mit Salpetersäure in einem Verweilzeitbehälter aus Gußeisen vorzunehmen. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch ein Rohrreaktor aus Quarz oder gegebenenfalls Email erwiesen, in welchem die Säure zunächst in der Aufheizzone durch indirekte Wärmezufuhr, z.B. durch Strahlungsheizung, auf Reaktions- und Oxidationstemperatur gebracht wird und anschließend in die Reaktionszone gelangt, wo die Säure im Gegenstrom mit einem Oxidationsmittel, vorig zugsweise Salpetersäure, in Berührung gebracht wird, wodurch die Organica oxidiert werden. Die dabei teilweise entstehende Nitrosyl-Schwefelsäure (HNOSO.) reagiert in der nachgeschalteten Nachreaktionszone mit den restlichen vorhandenen Organica, so daß am Ende der Reinigungsstufe eine sehr reine Säure abgezogen werden kann.For example, it is known to carry out the oxidation reaction with nitric acid in a cast iron residence tank to undertake. However, a tubular reactor made of quartz or optionally enamel has proven to be particularly advantageous proven, in which the acid is initially in the heating zone by indirect heat supply, e.g. by radiant heating, is brought to the reaction and oxidation temperature and then enters the reaction zone, where the acid in countercurrent with an oxidizing agent, previous preferably nitric acid, is brought into contact, whereby the organica are oxidized. Some of them resulting nitrosyl sulfuric acid (HNOSO.) reacts in the downstream post-reaction zone with the rest Organica present, so that a very pure acid can be drawn off at the end of the purification stage.

Die Nachreaktionszone ist mit der Reaktionszone direkt verbunden. In der Reinigungsstufe D und zwar in der Reaktionszone kann die Konzentration der die Hochkon ζentriereinheit verlassenden Säure im geringen Umfang erniedrigt, erhöht oder konstant gehalten werden.The post-reaction zone is with the reaction zone directly connected. In the purification stage D, namely in the reaction zone, the concentration of the Hochkon Acid leaving the centering unit to a small extent decreased, increased or kept constant.

Bei Zusatz von Salpetersäure zur Oxidation der organischen Bestandteile wird Wasser in die bereits hochkonzentrierte Säure eingebracht. Desgleichen entsteht Wasser in geringen Anteilen bei der Oxidation der organischen Bestandteile. Durch diese geringe Wasserzufuhr kann die bereits hochkonzentrierte Säure in ihrer Konzentration erniedrigt werden. Bei mit bis zu 2-3 Gew.% Organica verunreinigten Säuren wird der Konzentrationsabfall ca. 2-3 Gew.-% betragen, in Ausnahmefällen kann er auch höher sein, z.B. 5-6 Gew.-%.When nitric acid is added to oxidize the organic components, the water is already highly concentrated Acid introduced. Likewise, water is formed in small proportions during the oxidation of the organic Components. Due to this low water supply, the already highly concentrated acid in your Concentration will be lowered. In the case of acids contaminated with up to 2-3% by weight of organica, the concentration decrease 2-3% by weight, in exceptional cases it can also be higher, e.g. 5-6% by weight.

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Die erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform besteht darin, diesen eingebrachten Wasseranteil durch weitere Wärmezufuhr in der Reaktionszone wieder zu entfernen, d.h. die Säure mit der in der Hochkonzentriereinheit gewonnen Konzentration nach der Nachreaktionszone abzuziehen. The embodiment preferred according to the invention consists in removing this introduced proportion of water by adding more heat to the reaction zone, i.e. to withdraw the acid with the concentration obtained in the high concentration unit after the post-reaction zone.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine weitere Hochkonzentrierung in der Reaktionszone vorzunehmen. Mit dieser Betriebsweise wird eine sehr reine und gleichzeitig hochkonzentrierte Säure erhalten. Diese Pahrweise dürfte jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten in den meisten Fällen eher von untergeordneter Bedeutung sein.Another possibility is to carry out a further high concentration in the reaction zone. With this mode of operation, a very pure and at the same time highly concentrated acid is obtained. These However, from an economic point of view, the approach is likely to be of secondary importance in most cases Be meaning.

In der Zeichnung ist die Aufheizzone und die anschließen-, de Reaktionsstrecke sowie die Nachreaktionszone in demselben Apparat unterbracht. Dies ist die erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform.In the drawing, the heating zone and the subsequent, de reaction zone and the post-reaction zone are in the same Apparatus accommodated. This is the preferred embodiment according to the invention.

Dies muß jedoch nicht zwangsweise der Fall sein. Eine Verfahrens- und Vorrichtungsvariante besteht z.B. darin, daß die Reaktionszone und Aufheizzone aus getrennten Apparaten bestehen.However, this need not necessarily be the case. A variant of the method and device consists, for example, in that the reaction zone and heating zone consist of separate apparatus.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, besteht die Vorkonzentriere inhe it aus einer, üblicherweise jedoch mindestens zwei hintereinandergeschalteten einzelnen Stufen,As already stated above, the preconcentration unit consists of one, but usually at least two individual stages connected in series,

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die bei unterschiedlichen Drücken betrieben werden. Je nach Konzentration und Zusammensetzung der aufzuarbeitenden Säuren wird die Vorkonzentriereinheit 1- bis 3-stufig und nur in Spezialfallen gegebenenfalls auch in noch mehreren Stufen ausgebildet. Ist die Vorkonzentriereinheit in ihrer bevorzugten Ausführungsform mehrstufig ausgebildet, so werden in der gesamten Vorkonzentriereinheit die Brüden so geführt/ daß die Brüden aus der jeweils bei höherem Druck arbeitenden Verdampferstufe zur Beheizung der bei niedrigerem Druck arbeitenden säureseitig gesehen vorhergehenden Stufe ausgenutzt werden.which are operated at different pressures. Depending on the concentration and composition of the processed For acids, the pre-concentrating unit has 1 to 3 stages and only in special cases possibly also in still formed several stages. In its preferred embodiment, the pre-concentrating unit is multi-stage formed, the vapors are so guided / that the vapors from the each evaporator stage working at higher pressure to heat the evaporator stage working at lower pressure from the acid side, the preceding stage can be exploited.

Es hat sich von Vorteil erwiesen, bei einer dreistufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit in den verschie-5 denen Stufen erfindungsgemäß die folgenden Bereiche einzustellen:It has been shown to be beneficial at a three stage trained preconcentration unit in the different 5 those stages according to the invention have the following ranges set:

1. Stufe1st stage

Konzentration der aufzuarbeitenden Säuren: 15 bis 35 Gew.-% H2SO4;Concentration of the acids to be worked up: 15 to 35% by weight H 2 SO 4 ;

Konzentration der austretenden Säure: 20 bis 42 Gew.-% H2SO4;Concentration of the emerging acid: 20 to 42% by weight H 2 SO 4 ;

Temperaturbereich: 30 bis 65°C;
Druckbereich: 30 bis 100 Torr.
Temperature range: 30 to 65 ° C;
Pressure range: 30 to 100 torr.

2. Stufe2nd stage

Konzentration der aufzuarbeitenden Säuren: 20 bis 42 Gew.-% H2SO4;Concentration of the acids to be worked up: 20 to 42% by weight H 2 SO 4 ;

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Konzentration der austretenden Säuren: 28 bis 54 Gew.-%; H2SO4,Concentration of the emerging acids: 28 to 54% by weight; H 2 SO 4 ,

Temperaturbereich: 65 bis 100 0C; Druckbereich: 150 bis 500 Torr.Temperature range: 65 to 100 0 C; Pressure range: 150 to 500 torr.

3. Stufe3rd stage

Konzentration der aufzuarbeitenden Säuren: 28 bis Gew.-% H2SO4;Concentration of the acids to be worked up: 28 to% by weight H 2 SO 4 ;

Konzentration der austretenden Säuren: 60 bis 80 Gew.-% H2SO4;Concentration of the emerging acids: 60 to 80% by weight H 2 SO 4 ;

Temperaturbereich: 120 bis 125°C; Druckbereich: 500 bis 1500 Torr.Temperature range: 120 to 125 ° C; Pressure range: 500 to 1500 Torr.

Bei einer zweistufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit werden erfindungsgemäß die folgenden Bedingungen eingestellt:In the case of a two-stage preconcentration unit, the following conditions apply according to the invention set:

1. Stufe1st stage

Konzentration der aufzuarbeitenden Säuren: 25 bis Gew.-% H2SO4;Concentration of the acids to be worked up: 25 to% by weight H 2 SO 4 ;

Konzentration der austretenden Säuren: 34 bis 61 Gew.-% H2SO4;Concentration of the emerging acids: 34 to 61% by weight H 2 SO 4 ;

Temperaturbereich: 40 bis 1000C; Druckbereich: 30 bis 200 Torr.Temperature range: 40 to 100 0 C; Pressure range: 30 to 200 torr.

2. Stufe2nd stage

Konzentration der aufzuarbeitenden Säuren: 34 bis Gew.-% H-SO.;Concentration of the acids to be worked up: 34 to% by weight H-SO .;

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030051/0664030051/0664

Konzentration der austretenden Säuren: 60 bis 80 Gew.-%; H2SO4;Concentration of the emerging acids: 60 to 80% by weight; H 2 SO 4 ;

Temperaturbereich: 125 bis 225°C; Druckbereich: 500 bis 1500 Torr.Temperature range: 125 to 225 ° C; Pressure range: 500 to 1500 Torr.

Unter besonderen Umständen, z.B. wenn die Säure schon mit einer genügend hohen Konzentration anfällt, kann gegebenenfalls auf mehrere Stufen der Vorkonzentriereinheit verzichtet werden, so daß diese auch einstufig betrieben werden kann. Für solche Fälle haben sich erfindungsgemäß die folgenden Bedingungen gut bewährt:Under special circumstances, e.g. when the acid is already is obtained in a sufficiently high concentration can, if necessary, on several stages of the pre-concentrating unit can be dispensed with, so that this can also be operated in one stage. For such cases, according to the invention the following conditions are well proven:

Eine StufeA step

Konzentration der aufzuarbeitenden Säure: 30 bis 60 Gew.-% H2SO4;Concentration of the acid to be worked up: 30 to 60% by weight H 2 SO 4 ;

Konzentration der austretenden Säure: 60 bis 80 Gew.-% H2SO4;Concentration of the emerging acid: 60 to 80% by weight H 2 SO 4 ;

Temperaturbereich: 60 bis 1600C;
Druckbereich: 30 bis 200 Torr.
Temperature range: 60 to 160 0 C;
Pressure range: 30 to 200 torr.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens bzw. der zu seiner Durchführung erforderlichen Vorrichtung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.A particularly advantageous embodiment of the method or the device required for its implementation is shown below with reference to the drawings for example described.

Figur 1 zeigt das allgemeine Verfahrensschema mit einer zweistufigen Vorkonzentriereinheit und das Schema der Vorrichtung undFigure 1 shows the general process scheme with a two-stage preconcentration unit and the scheme of the device and

Figur 2 zeigt das Schema eines Ausführungsbeispiels.Figure 2 shows the scheme of an embodiment.

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In einer zweistufigen Vorkonzentriereinheit, einer Hochkonzentriereinheit und einer anschließenden Reinigungsstufe soll 30 gew.-%ige, mit Organica verunreinigte Rohschwefelsäure auf eine 98,3 %ige H3SO4 regeneriert werden.In a two-stage pre-concentration unit, a high concentration unit and a subsequent purification stage, 30% by weight crude sulfuric acid contaminated with organica is to be regenerated to 98.3% H 3 SO 4.

In der Figur 1 sind mit A und B zwei Stufen der Vorkonzentriereinheit, mit C die Hochkonzentriereinheit und mit D die Reinigungstufe mit Reaktionszone und Nachreaktionszone bezeichnet.In Figure 1, A and B are two stages of the pre-concentrating unit, with C the high concentration unit and with D the purification stage with reaction zone and Designated post-reaction zone.

Mit der Kreiselpumpe 2 wird bei 1 Rohsäure (3333 kg/h, 4000 TOC, 30 % H2SO4) dem Wärmetauscher 3 zugeführt, in welchem die Rohsäure durch Wärmeentzug aus der Produktsäure vorgewärmt wird. Die (auf 470C) vorgewärmte Dünnsäure wird anschließend bei 4 in den Umlauf der ersten Α-Stufe eingespeist. Die Regulierung des Rohsäureflusses erfolgt über die Konstanthaltung des Niveaus im Ausdampfbehälter 6 der ersten Stufe. Die im Umlauf befindliche Schwefelsäure wird im Wärmetauscher 5 z.B. Tantalröhrenbündel) erwärmt; ausschließlich im Ausdampfbehälter 6 wird entsprechend der aufgenommenen Wärmemenge Wasser ausgedampft, wodurch Verkrustungen an den Heizflächen vermieden werden.With the centrifugal pump 2, raw acid (3333 kg / h, 4000 TOC, 30% H 2 SO 4 ) is fed to the heat exchanger 3, in which the raw acid is preheated by removing heat from the product acid. The dilute acid, preheated to 47 ° C., is then fed into the circulation of the first Α stage at 4. The flow of raw acid is regulated by keeping the level in the evaporation tank 6 of the first stage constant. The sulfuric acid in circulation is heated in the heat exchanger 5 (e.g. tantalum tube bundle); exclusively in the evaporation tank 6, water is evaporated according to the amount of heat absorbed, thereby avoiding incrustations on the heating surfaces.

Die erste Stufe A wird mit der Kondensationswärme der Brüden (Leitung 18) aus der zweiten Stufe B beheizt.The first stage A is heated with the heat of condensation of the vapors (line 18) from the second stage B.

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030051/0864030051/0864

Stufe A wird unter Vakuum betrieben (50 Torr, 41,5 % H3SO4, 5O0C). Die praktisch säurefreien Brüden der ersten Stufe A (924 kg/h, 5O0C, 50 Torr) gelangen über den Tropfenabscheider 1, in welchem mitgerissene Schwefelsäuretropfen zurückgehalten werden, durch die Leitung 8 in einen Mischkondensator 9, wo die Brüden durch Einspritzen von Kühlwasser kondensiert werden. Die mit den Brüden abdestillierten leichten Organica werden im nachgeschalteten Trenngefäß 10 vom übrigen Kondensat soweit wie möglich getrennt.A stage is operated under vacuum (50 torr, 41.5% H 3 SO 4, 5O 0 C). The practically acid-free vapors from the first stage A (924 kg / h, 5O 0 C, 50 Torr) pass over the droplet separator 1, in which entrained droplets of sulfuric acid retained by the line 8 to a mixing condenser 9, where the vapors by injecting cooling water be condensed. The light organics distilled off with the vapors are separated as far as possible from the remaining condensate in the downstream separation vessel 10.

Die Erzeugung des Vakuums sowie das Absaugen der nicht kondensierten organischen Dämpfe und der Inertgase erfolgt z.B. mit einer Wasserringvakuumpumpe 11.The vacuum is generated and the non-condensed organic vapors and inert gases are drawn off e.g. with a water ring vacuum pump 11.

Als Konstruktionsmaterialien für den Umlauf und den Ausdampfbehälter kommen z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff, PVC, Graphit, Glas oder Email in Frage.As construction materials for the circulation and the evaporation tank For example, glass fiber reinforced plastic, PVC, graphite, glass or enamel are possible.

Die erste Stufe A kann auch mit einem Fallfilmverdampfer ausgeführt werden, wobei die Schwefelsäure in einem Durchgang aufkonzentriert wird. In beiden Fällen ist der Wärmetauscher 5 aus einem metallischen Werkstoff, hier aus Tantal hergestellt. Anstelle eines metallischen Werkstoffs ist es jedoch auch möglich, Graphit, Glas oder Email einzusetzten.The first stage A can also be done with a falling film evaporator carried out, whereby the sulfuric acid is concentrated in one pass. In both cases it is the heat exchanger 5 made of a metallic material, here made of tantalum. Instead of a metallic one However, it is also possible to use graphite, glass or enamel.

Die aus der ersten Stufe A ablaufende vorkonzentrierte Schwefelsäure (2409 kg/h, 500C, 41,5 % H2SO4) wird durch die Leitung 13 der Kreiselpumpe 14 in den Umlauf der zweiten Stufe B eingespeist. Die Regulierung der Einspeisemenge erfolgt über die Konstanthaltung des Niveaus im Verdampfer 16 der zweiten Stufe B.The effluent from the first stage A pre-concentrated sulfuric acid (2409 kg / h, 50 0 C, 41.5% H 2 SO 4) is fed through the conduit 13 of the centrifugal pump 14 in the circulation of the second stage B. The feed volume is regulated by keeping the level in the evaporator 16 of the second stage B constant.

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Die durch die Kreiselpumpe 19 umgewälzte Schwefelsäure wird im Wärmeaustauscher 15, bestehend aus hintereinandergeschalteten, emaillierten Doppelmantelrohren,
erhitzt, um dann ausschließlich im Ausdampfbehälter 16 auszudampfen, wodurch Verkrustungen an der emaillierten Holzfläche vermieden werden.
The sulfuric acid circulated by the centrifugal pump 19 is in the heat exchanger 15, consisting of enamelled double-walled pipes connected in series,
heated to then evaporate exclusively in the evaporation tank 16, whereby incrustations on the enamelled wooden surface are avoided.

Die Beheizung des Wärmetauschers 15 der zweiten Stufe B erfolgt mit einem Wärmeträgeroel, wobei der Wärmeträger im Mantelraum der emaillierten Doppelmantelrohre im Gegenstrom zur Schwefelsäure geführt wird. Die Konzentration und der Druck im Ausdampfbehälter 16 sind so gewählt, daß die Säurekonzentration in den Brüden ohne
zusätzliche Kolonne praktisch auf Null gehalten und
die Kondensationswärme der Brüden in der ersten Stufe A ausgenützt werden kann (75 % H3SO4, 1 bar, 1850C).
The heating of the heat exchanger 15 of the second stage B takes place with a heat transfer oil, the heat transfer medium being guided in the jacket space of the enamelled double jacket pipes in countercurrent to the sulfuric acid. The concentration and the pressure in the evaporation tank 16 are chosen so that the acid concentration in the vapors without
additional column kept practically at zero and
the heat of condensation of the vapors in the first stage A can be used (75% H 3 SO 4 , 1 bar, 185 0 C).

Die im Ausdampfbehälter 16 entstehenden Brüden (1076 kg/h, 1 bar, 1000C) gelangen über den Tropfenabscheider 17,
in welchem mitgerissene Schwefelsäuretropfen zurückgehalten werden, durch Leitung 18 in den Wärmetauscher 5 der ersten Stufe A, wo sie kondensiert werden; das entstehende Kondensat wird bei 21 (1076 kg/h, 1 bar, 950C) schließlich in das Trenngefäß 20 geführt.
The vapors (1076 kg / h, 1 bar, 100 ° C.) produced in the evaporation tank 16 pass through the droplet separator 17,
in which entrained sulfuric acid droplets are retained, through line 18 into the heat exchanger 5 of the first stage A, where they are condensed; the resulting condensate (h 1076 kg / 1 bar, 95 0 C) at 21 finally led into the separation vessel 20th

In diesem Trenngefäß können die mit den Brüden abdestillierten (z.B. alle mit tieferem Siedepunkt als 185°C)
und im Wärmeaustauscher 5 kondensierten oder kristallisierten Organica vom Kondensat getrennt werden. Die
Inertgase werden über das Abgassystem abgeleitet.
The vapors distilled off with the vapors (e.g. all with a boiling point lower than 185 ° C)
and in the heat exchanger 5 condensed or crystallized organica are separated from the condensate. the
Inert gases are discharged through the exhaust system.

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Die aus der zweiten Stufe B ablaufende Zwischenproduktsäure wird durch die Leitung 22 mit der Kreiselpumpe 23 der Rektifizierkolonne 26 der Hochkonzentrierstufe C zugeführt. Die Pumpe 23 kann bei geeigneter Anordnung der zweiten und dritten Stufe A, B entfallen. Die Regulierung der Einspeisemenge (1333 kg/h, 185°C, 75 % H2SO4) erfolgt über die Konstanthaltung des Niveaus im Ausdampfbehälter 25 der Hochkonzentrierstufe C.The intermediate acid running off from the second stage B is fed through the line 22 with the centrifugal pump 23 to the rectification column 26 of the high concentration stage C. The pump 23 can be omitted with a suitable arrangement of the second and third stage A, B. The feed rate (1333 kg / h, 185 ° C, 75% H 2 SO 4 ) is regulated by keeping the level in the evaporation tank 25 of the high concentration stage C constant.

In der Abtriebssäule 27 erfährt die Flüssigkeit mit den aus dem Umlaufverdampfer 25 heraufströmenden Brüden einen Stoffaustausch, wobei sich die Flüssigkeit mit schwerersiedenden Bestandteilen und der Dampf mit leichtersiedenden Bestandteilen anreichert. Bei richtiger Wahl der Zwischenproduktkonzentration (75 % H2SO4) bewirkt der Stoff- und Wärmeaustausch eine vollständige Absorption des H2SO4-Bestandteiles in den Brüden. Wird die Endkonzentration der zweiten Stufe B zu hoch gewählt (z.B. größer als 75 % H3SO4), muß die Rektifizierkolonne der Stufe C mit einer Verstärkerkolonne erweitert werden, welche mit Wasser beaufschlagt werden muß.In the stripping column 27, the liquid undergoes a mass transfer with the vapors flowing up from the circulation evaporator 25, the liquid being enriched with higher-boiling components and the vapor with lower-boiling components. If the intermediate product concentration is selected correctly (75% H 2 SO 4 ), the exchange of substances and heat causes complete absorption of the H 2 SO 4 component in the vapors. If the final concentration of the second stage B is chosen too high (eg greater than 75% H 3 SO 4 ), the rectification column of stage C must be expanded with a rectifying column to which water has to be added.

Die durch die Kreiselpumpe 29 umgewälzte Schwefelsäure wird im Wärmetauscher 24, bestehend aus hintereinandergeschalteten emaillierten Doppelmantelrohren, erhitzt, um dann ausschließlich im Ausdampfbehälter 25 auszudampfen, wodurch Verkrustungen an der emaillierten Heizfläche vermieden werden. Die Beheizung des Wärmeaustauschers 24 erfolgt mit einem Wärmeträgeroel, wobei der Wärmeträger im Mantelraum der emaillierten Doppelmantelrohre im Gegenstrom zur Schwefelsäure geführt wird.The sulfuric acid circulated by the centrifugal pump 29 is in the heat exchanger 24, consisting of series-connected enamelled double-jacket pipes, heated to then evaporate exclusively in the evaporation tank 25, whereby incrustations on the enamelled heating surface are avoided. The heating of the heat exchanger 24 takes place with a heat transfer oil, the heat transfer medium in the shell space of the enamelled double-shell pipes is conducted in countercurrent to the sulfuric acid.

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Es wurde überraschenderweise gefunden, daß emallierter Stahl gegenüber Schwefelsäure, speziell gegenüber sehr hoch konzentrierter Schwefelsäure (98,3 %) unter den erfindungsgemäßen Bedingungen chemisch sehr beständig ist. Dies ist um so überraschender, da bekannt ist, daß bei Email bei höheren Temperaturen Haarrisse auftreten, es ist daher unumgänglich, unter den speziellen erfindungsgemäßen Bedingungen zu arbeiten. Hingegen dürfen bestimmte Temperaturen oder Temperatur-Differenzen nicht unter- oder überschritten werden. Aus diesem Grund hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Hochkonzentrierstufe C unter Unterdruck zu fahren. Als betriebssicher hat sich folgender Zustand erwiesen: Vakuum im Verdampferkörper (25) 30 bis 100 Torr, vorzugsweise 50 bis 70 Torr,It has surprisingly been found that enamelled steel is resistant to sulfuric acid, especially to very highly concentrated sulfuric acid (98.3%) chemically very resistant under the conditions according to the invention is. This is all the more surprising since it is known that hairline cracks occur in enamel at higher temperatures, it is therefore essential to work under the special conditions according to the invention. On the other hand, may certain temperatures or temperature differences are not fallen below or exceeded. For this reason has proven to be useful to run the high concentration stage C under negative pressure. As operationally safe the following condition has been found: vacuum in the evaporator body (25) 30 to 100 Torr, preferably 50 to 70 Torr,

T5 Temperatur 160 bis 2500C, Siedetemperatur der 98,3 %igen Säure 2400C, Wärmeträgertemperatur am Ende des Wärmetauschers (24) 3100C, Säuretemperatur an dieser Stelle 2600C, Wärmeträgertemperatur am Eintritt des Wärmetauschers (24) 2900C und Säuretemperatur an dieser Stelle 24O0C. Die im Ausdampfbehälter 25 entstehenden Brüden weisen, je nach Endkonzentration, einen verschieden hohen Säuregehalt auf. Diese Säure wird in der Rektifizierkolonne 26 durch Stoffaustausch mit der zufließenden Schwefelsäure ausgetauscht.T5 temperature 160 to 250 0 C, boiling temperature of the 98.3% acid 240 0 C, heat carrier temperature at the end of the heat exchanger (24) 310 0 C, acid temperature at this point 260 0 C, heat carrier temperature at the inlet of the heat exchanger (24) 290 0 C and acid temperature at this point 24O 0 C. The vapors formed in the evaporating vessel 25 have, depending on the final concentration, a different high acid content. This acid is exchanged in the rectification column 26 by mass transfer with the incoming sulfuric acid.

Die Brüden der Stufe C mit einem Säuregehalt entsprechend dem Gleichgewicht der aufgegebenen Säure, gelangen über den Tropfenabscheider 28, in welchem mitgerissene Schwefelsäuretropfen zurückgehalten werden, durch die Leitung 30 in einen Mischkondensator 31,The vapors of stage C arrive with an acid content corresponding to the equilibrium of the acid applied via the droplet separator 28, in which entrained sulfuric acid droplets are retained, through line 30 into a mixing condenser 31,

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wo die Brüden (313 kg/h, 50 Torr, 185°C) durch Einspritzen von Wasser kondensiert werden. Die mit den Brüden abdestillierten (z.B. alle mit einem Siedepunkt unter 2400C) und im Mischkcndensator 31 kondensierten oder kristallisierten Organica werden im nachgeschalteten Trenngefäß 32 vom übrigen Kondensat soweit wie möglich getrennt. Die Erzeugung des Vakuums sowie das Absaugen der nicht kondensierten organischen Dämpfe, die Abgase der oxidierten Organica und der sonstigen Inertgase, erfolgt mit der Wasserringvakuumpumpe 33.where the vapors (313 kg / h, 50 Torr, 185 ° C) are condensed by injecting water. With the vapors distilled off (for example, all with a boiling point below 240 0 C) and 31 Mischkcndensator condensed or crystallized Organica be separated from the rest of the condensate as far as possible in the downstream separation vessel 32nd The vacuum is generated and the uncondensed organic vapors, the exhaust gases of the oxidized organica and the other inert gases are drawn off by means of the water ring vacuum pump 33.

Bei mit organischen Stoffen verunreinigter Säure findet üblicherweise eine Reaktion zwischen den Organica und dem im Ausdampfbehälter befindlichen SO3-GaS statt. Um die Reduktion des SO3 zu SO2 und die unerwünschte schweflige Säure H3SO3 im Kondensat zu vermeiden, wird ein Oxidationsmittel, vorzugsweise HNO3, zugegeben. In the case of acid contaminated with organic substances, a reaction between the organica and the SO 3 gas in the evaporation tank usually takes place. In order to avoid the reduction of the SO 3 to SO 2 and the undesirable sulfurous acid H 3 SO 3 in the condensate, an oxidizing agent, preferably HNO 3 , is added.

Bei eisenhaltigen Säuren wird im allgemeinen in der Hochkonzentrierstufe C der Sattigungszustand (bei 98,3 % H2SO4 und 2400C ca. 20 ppm Fe) überschritten, was ein Ausscheiden von Eisen-(II)-sulfat zur Folge hat. Wegen der ständigen Zirkulation der Schwefelsäure im Umlauf bleibt das Eisensulfat in Suspension und hat keine Gelegenheit, sich im Verdampfer abzusetzen.When iron-containing acids of the saturation condition (with 98.3% H 2 SO 4 and 240 0 C for about 20 ppm Fe) is exceeded, in general, in the high-concentrating stage C, which is a departure of iron (II) sulfate has the consequence. Because of the constant circulation of the sulfuric acid, the iron sulfate remains in suspension and has no opportunity to settle in the evaporator.

Um den Abrieb des Emails durch ausgeschiedene Eisensulfate zu verhindern, kann die Umlaufgeschwindigkeit in den Doppelmantelrohren sowie in den Umlaufleitungen auf 1 m/s limitiert werden.In order to prevent the enamel from being rubbed off by precipitated iron sulphates, the rotational speed in the jacketed pipes and in the circulation lines are limited to 1 m / s.

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Die Hochkonzentrierstufe wird vorzugsweise in emailliertem Stahl ausgeführt, wobei für die Rektifizierkolonne auch Glas als alternativer Wirkstoff möglich ist. Die Umwälzpumpe kann auch aus anderem Material als emalliertem Stahl ausgeführt werden, vorzugsweise in Siliciumguß.The high concentration stage is preferably carried out in enamelled steel, with the rectifying column glass is also possible as an alternative active ingredient. The circulation pump can also be made of other material be designed as enamelled steel, preferably in silicon casting.

Die von der Hochkonzentrierstufe C ablaufende, hochkonzentrierte, jedoch nur teilgereinigte Schwefelsäure (1020 kg/h, 98 % H2SO4, 24O°C, 2000 ppm TOC) wird über die IQ Leitung 34 mittels der Dosierpumpe 35 dem mit Säure gefüllten oder berieselten, stehenden Quarzglasrohr 36 zugeführt. In diesem Quarzrohr wird die konzentrierte Schwefelsäure unter Normaldruck nahe an den Siedepunkt aufgewärmt (z.B. von 24O°C auf 32O0C).The highly concentrated, but only partially purified sulfuric acid (1020 kg / h, 98% H 2 SO 4 , 24O ° C, 2000 ppm TOC) running off from the high concentration stage C is fed or sprinkled with acid via the IQ line 34 by means of the metering pump 35 , standing quartz glass tube 36 supplied. In this quartz tube, the concentrated sulfuric acid at normal pressure is close to the boiling point warmed up (for example from 24O ° C to 32O 0 C).

Eine Ausführungsvariante besteht darin, am Rohreintritt (Quarzglasrohr 36 oben) sowie in einer möglichen Rektifizierkolonne 41 unter vermindertem Druck zu fahren. Bei richtiger Wahl des Unterdruckes herrscht in der Reinigungszone infolge der Flüssigkeitssäule im Quarzrohr 36 Normaldruck. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, im oberen Teil der Aufheizzone 38, zwecks Erhöhung des Wärmedurchganges, die Schwefelsäure als Fallfilm aufzugeben.One embodiment variant is at the tube inlet (quartz glass tube 36 above) and in a possible rectifying column 41 to drive under reduced pressure. With the correct choice of negative pressure, there will be in the cleaning zone normal pressure due to the liquid column in the quartz tube 36. Another option is to use the upper part of the heating zone 38, in order to increase the heat transfer, to apply the sulfuric acid as a falling film.

Die Wärmeübertragung erfolgt durch Wärmestrahlung, d.h. das Quarzrohr 36 ist von einem konzentrischen Strahlungsmantel und dieser wiederum von einer elektrischen Widerstandsheizung 37 (oder gegebenenfalls einer anderen Qärmequelle, z.B. Rauchgasen) umgeben. Die Wärmeenergie wird durch Strahlung von der Heizung auf das Strahlungsrohr übertragen und von diesem wird die nach innen emittierte Wärmestrahlung vom Quarz und von der Säure absorbiert.
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The heat is transferred by thermal radiation, ie the quartz tube 36 is surrounded by a concentric radiation jacket and this in turn is surrounded by an electrical resistance heater 37 (or possibly another heat source, for example flue gases). The thermal energy is transferred by radiation from the heater to the radiant tube, and from this the inwardly emitted thermal radiation is absorbed by the quartz and the acid.
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- ν-η - ν-η

In der Aufheizzone 38 kann bei Bedarf eine nicht bis zum azeotropen Punkt konzentrierte Schwefelsäure (z.B. 90 bis 97 Gew.-% H2SO4) bis 98 Gew.-% oder 98,3 Gew.-% konzentriert werden. Bei starker Brüdenentwicklung empfiehlt es sich, die unter einer Flüssigkeitssäule stehende Aufheiz-, und in diesem Fall, Konzentrierzone mit Einbauten zu versehen, am zweckmässigsten mit Füllkörpern.If necessary, a sulfuric acid not concentrated to the azeotropic point (for example 90 to 97% by weight H 2 SO 4 ) up to 98% by weight or 98.3% by weight can be concentrated in the heating zone 38. In the case of strong vapors, it is advisable to provide the heating and, in this case, the concentration zone with built-in components, most suitably with packings.

Die beim Konzentrieren in der Aufheizzone 38 entstehenden Brüden weisen je nach Eingangskonzentration, DruckThose that arise when concentrating in the heating zone 38 Depending on the initial concentration, vapors have pressure

IQ und Temperatur der Säure, einen verschieden hohen Säuregehalt auf. Diese Säure muß in einer Rektifizierkolonne 41 durch Stoffaustausch mit einer aufzugebenden Flüssigkeit ausgetauscht, werden. Als Aufgabeflüssigkeit kann Wasser verwendet werden, wobei das mit Schwefelsäure angereicherte ablaufende Waschwasser in die Reinigungsstufe zurückgeführt oder auch in die Hochkonzentrierstufe zusammen mit der Dünnsäure eingespeist werden kann. Als Aufgabeflüssigkeit kann auch die Dünnsäure eingesetzt werden (wenn die Konzentration unter 75 Gew.-% H2SO4 liegt).IQ and temperature of the acid, a different level of acidity. This acid must be exchanged in a rectifying column 41 by mass transfer with a liquid to be dispensed. Water can be used as the feed liquid, and the washing water that has run off, enriched with sulfuric acid, can be returned to the cleaning stage or fed into the high concentration stage together with the dilute acid. The dilute acid can also be used as the feed liquid (if the concentration is below 75% by weight H 2 SO 4 ).

Die beim Konzentrieren entstehenden Brüden gelangen über die Rektifizierkolonne 41, in welcher der erwähnte Stoffaustausch stattfindet, in einen Kondensator 42. Die Erzeugung des Vakuums sowie das Absaugen der nicht kondensierten organischen Dämpfe, die Abgase der oxidierten Organica und der sonstigen Inertgase, erfolgt mit der Vakuumpumpe 43. Die vorgewärmte, konzentrierte, jedoch noch ungereinigte Schwefelsäure (1020 kg/h, 97 Gew.-% H2SO4, 32O°C) fließt von der Aufwärmzone 38 in die Reaktionszone 39.The vapors produced during concentration pass through the rectification column 41, in which the aforementioned mass transfer takes place, into a condenser 42. The vacuum pump is used to generate the vacuum, as well as to extract the non-condensed organic vapors, the exhaust gases of the oxidized organics and other inert gases 43. The preheated, concentrated, but still unpurified sulfuric acid (1020 kg / h, 97% by weight H 2 SO 4 , 320 ° C.) flows from the heating zone 38 into the reaction zone 39.

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Die Reaktionszone, bestehend aus dem Unterteil des Quarzrohres 36, ist von einem konzentrischen Strahlungsmantel und dieser wiederum von einer elektrischen Widerstands-, heizung 37 (oder gegebenenfalls einer anderen Wärmequel-Ie, z.B. Rauchgase) umgeben. Die Wärmeenergie wird durch Strahlung von der Heizung auf das Strahlungsrohr übertragen und von diesem wird die nach innen emittierte Wärmestrahlung vom Quarz und von der Säure absorbiert.The reaction zone, consisting of the lower part of the quartz tube 36, is from a concentric radiation jacket and this in turn from an electrical resistance, heater 37 (or possibly another heat source, e.g. flue gases). The heat energy is through Radiation from the heater is transferred to the radiant tube and from this the inwardly emitted thermal radiation is emitted absorbed by quartz and acid.

In dem unteren Teil des Quarzrohres 36 findet die Oxidation der Organica mittels eines bei 44 zugegebenen Oxidationsmittels (z.B. 65%ige Salpetersäure), welches dampfförmig im unteren Teil der Reinigungssäule z.B. über eine Lochplatte zur Erzeugung von kleinen gleichmassig verteilten Dampfbläschen, eingeführt wird, statt. Bei sehr stark verschmutzten Schwefelsäuren empfiehlt es sich, die Reaktionszone 39 mit Einbauten zu versehen, am zweckmässigsten mit Füllkörpern. Bei Bedarf können die Einbauten über das ganze Quarzrohr ausgeweitet v/erden. Durch die Zugabe von Salpetersäure kann sich teilweise auch das in der Produktsäure unerwünschte Nitrosylhydrogensulfat bilden. Dieses wird in einem Nachreaktor 40 durch Reaktion mit den Organica teilweise wieder abgebaut.In the lower part of the quartz tube 36, the organica is oxidized by means of an oxidizing agent added at 44 (e.g. 65% nitric acid), which in vapor form in the lower part of the cleaning column e.g. is introduced via a perforated plate to generate small, evenly distributed vapor bubbles. In the case of very heavily contaminated sulfuric acids, it is advisable to provide reaction zone 39 with internals, most expediently with random packings. If necessary, the built-in components can be extended over the entire quartz tube v / earth. The addition of nitric acid can also reduce the undesired properties of the product acid Form nitrosyl hydrogen sulfate. This is partially in a postreactor 40 through reaction with the Organica dismantled again.

Das Hintereinanderschalten von Aufheizzone und möglieher Konzentrationszone mit der Reinigungszone hat sich als Vorteil erwiesen. Die beim Konzentrieren im unteren Teil der Aufheizzone 38 entstehenden SO3-GaSe werden im oberen Teil des Quarzglasrohres 36 von der kälteren Säure wieder absorbiert. Die von der Raktionszone aufstei-The series connection of the heating zone and possible concentration zone with the cleaning zone has proven to be an advantage. The SO 3 gases produced during concentration in the lower part of the heating zone 38 are reabsorbed by the colder acid in the upper part of the quartz glass tube 36. Those rising from the reaction zone

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genden nicht reduzierten NO -Gase können in der Aufheiz-Neither reduced nor reduced NO gases can be used in the

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zone weiter mit den Organica reagieren. Eine, strikte Trennung zwischen Aufheiz- und Reaktionszone wird erfindungsgemäß nicht gemacht.zone continue to react with the organica. A strict separation According to the invention, there is no provision between the heating zone and the reaction zone.

Die aus der Reinigungsstufe D austretenden nicht vollständig reduzierten NO3-GaSe sowie die Reaktionsgase können über ein Druckreduzierventil in der Leitung 45 in den Ausdampfbehälter 25 der Hochkonzentrierstufe C geleitet werden, wo das überschüssige NO -Gas mit den Organica The not completely reduced NO 3 gases emerging from the purification stage D and the reaction gases can be passed via a pressure reducing valve in the line 45 into the evaporation tank 25 of the high concentration stage C, where the excess NO gas with the organica

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reagieren kann und gleichzeitig die möglichen SO^-Reduktion zumindest teilweise verhindert.can react and at the same time the possible SO ^ reduction at least partially prevented.

Die aus dem Nachreaktor 40 austretende heiße konzentrierte Schwefelsäure 32O°C, 98,3 % H2SO4) wird in einem neben dem Nachreaktor aufgebauten Mischkühler 46 mittels Sekundärkreislaufsäure gleicher Konzentration und Reinheit gekühlt. Vor der Einspeisung in den Mischkühler 46 wird die Sekundärkreislaufsäure in einem Wärmeaustauscher 3 durch die Rohsäure sowie durch einen nachgeschalteten wassergekühlten Wärmeaustauscher 47 gekühlt. Die Produktsäure wird dem Sekundärkreislauf entnommen, und wenn notwendig, in einen Plattenabscheider 54 geleitet, wo das in Suspension befindliche Eisensulfat abgeschieden wird.The hot concentrated sulfuric acid (320 ° C., 98.3% H 2 SO 4 ) emerging from the post-reactor 40 is cooled in a mixing cooler 46 installed next to the post-reactor using secondary circuit acid of the same concentration and purity. Before being fed into the mixed cooler 46, the secondary cycle acid is cooled in a heat exchanger 3 by the raw acid and by a downstream water-cooled heat exchanger 47. The product acid is removed from the secondary circuit and, if necessary, passed into a plate separator 54, where the iron sulfate in suspension is separated off.

In der Reinigungsstufe D besitzt die Schwefelsäure eine Eingangskonzentration von 90 bis 98 Gew.-%, eine Ausgangskonzentration von 90 bis 98,3 Gew.-% und eine Temperatur zwischen 225 und 33O°C.In purification stage D, the sulfuric acid has an input concentration of 90 to 98% by weight, an output concentration from 90 to 98.3% by weight and a temperature between 225 and 330 ° C.

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Die Beheizung der Wärmeaustauscher 15 und 24 der zweiten und dritten Stufe B7 C erfolgt mittels eines zentralen Heizungssystems, bestehend aus einem Hochtemperatur-Erhitzer 48, einem Brenner 49, einer Umwälzpumpe 50, einem Luftvorwärmer 51, einem Verbrennungsluftventilator 52 und dem Kamin 53. Dieses Heizsystem hat gegenüber Rauchgasbeheizung den Vorteil, daß auch schwefelhaltiges Schweröl als Brennstoff verwendet werden kann. Die beiden Wärmeaustauscher 15 und 24 können •jO wärmeträgerseitig in Serie oder parallel geschaltet sein.The heating of the heat exchangers 15 and 24 of the second and third stage B 7 C takes place by means of a central heating system consisting of a high-temperature heater 48, a burner 49, a circulation pump 50, an air preheater 51, a combustion air fan 52 and the chimney 53 Compared to flue gas heating, the heating system has the advantage that heavy oil containing sulfur can also be used as fuel. The two heat exchangers 15 and 24 can be connected in series or in parallel on the heat carrier side.

Es besteht auch die Möglichkeit, die im Abgas enthaltenen NO -Gase in einem speziellen Brenner 49 in unterstöchiometrischer Atmosphäre zu reduzieren.It is also possible to use a special burner 49 in a substoichiometric amount of the NO gases contained in the exhaust gas Reduce atmosphere.

Das beschriebene, mit der dargestellten Einrichtung durchgeführte Verfahren liefert somit bis zum azeotropen Punkt konzentrierte, einwandfrei gereinigte Schwefelsäure.The method described and carried out with the device shown thus delivers up to the azeotropic level Point concentrated, perfectly purified sulfuric acid.

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Claims (9)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zum Regenerieren von verunreinigter Schwefelsäure unter indirekter Beheizung in Apparaturen aus oder zumindest beschichtet mit Email, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure zunächst in einer indirekt beheizten, einstufig, gegebenenfalls auch mehrstufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit auf eine Austrittskonzentration zwischen 60 bis 80 Gew.-% H3SO4 aufkonzentriert, anschließend1. A process for the regeneration of contaminated sulfuric acid with indirect heating in apparatus made from or at least coated with enamel, characterized in that the acid is first reduced to an outlet concentration of between 60 to 80% by weight in an indirectly heated, single-stage, optionally also multi-stage pre-concentrating unit. H 3 SO 4 concentrated, then in eine Hochkonzentriereinheit geleitet und dort bei Temperaturen zwischen ca. 1600C und 25O0C und einem Druck zwischen ca. 30 Torr und 100 Torr bis zu einer Konzentration von 90 Gew.-% bis 98,3 Gew.-% H2SO. aufkonzentriert und anschließend einerpassed into a high concentrating unit and there at temperatures between about 160 0 C and 25O 0 C and a pressure between about 30 Torr and 100 Torr up to a concentration of 90 wt .-% to 98.3 wt .-% H 2 SO . concentrated and then one Reinigungstufe zugeführt, in der eine Temperatur zwischen 2200C und 3500C aufrechterhalten und die · Säure unter Atmosphärendruck oder vermindertem Druck gereinigt wird.Purification stage supplied, in which a temperature between 220 ° C. and 350 ° C. is maintained and the acid is purified under atmospheric pressure or reduced pressure. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dreistufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit die Säure in der ersten Stufe bei Temperaturen zwischen 300C und 650C, unter einem Druck zwischen 30 Torr und 100 Torr auf eine Austrittskonzentration zwischen ca. 20 und 42 Gew.-% H3SO4, in der zweiten Stufe bei Temperaturen zwischen ca. 65 und 1000C unter einem Druck von 150 bis 500 Torr auf eine Austrittskonzentration zwischen ca. 28 und ca. 54 Gew.-% H3SO4 und in der dritten Stufe bei Temperaturen zwischen ca.2. The method according to claim 1, characterized in that in a three-stage preconcentration unit, the acid in the first stage at temperatures between 30 0 C and 65 0 C, under a pressure between 30 Torr and 100 Torr to an outlet concentration between about 20 and 42% by weight H 3 SO 4 , in the second stage at temperatures between approx. 65 and 100 ° C. under a pressure of 150 to 500 Torr to an exit concentration between approx. 28 and approx. 54% by weight H 3 SO 4 and in the third stage at temperatures between approx. 1250C und 2250C unter einem Druck von 500 Torr bis 1.500 Torr auf eine Austrittskonzentration125 ° C. and 225 ° C. under a pressure of 500 torr to 1,500 torr to an exit concentration Le A 20 190Le A 20 190 030051/0664030051/0664 zwischen ca. 60 und ca. 80 Gew.-% H-SO4 gebracht wird.between about 60 and about 80 wt .-% H-SO 4 is brought. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweistufig ausgeführten. Vorkonzentriereinheit die Säure in der 1. Stufe bei Temperaturen zwischen ca. 40 und ca. 1000C unter einem Druck zwischen ca. 30 und 200 Torr auf eine Austrittskonzentration zwischen ca. 34 und 61 Gew.-% H^SO4 und in der zweiten Stufe bei Temperaturen zwischen ca. 125 bis 225°C und einem Druck zwischen ca.3. The method according to claim 1, characterized in that carried out in a two-stage. Pre-concentrating the acid in the 1st stage at temperatures between approx. 40 and approx. 100 0 C under a pressure between approx. 30 and 200 Torr to an exit concentration between approx. 34 and 61 wt .-% H ^ SO 4 and in the second stage at temperatures between approx. 125 to 225 ° C and a pressure between approx. 500 und 1500 Torr auf eine Austrittskonzentration zwischen ca. 60 und 80 Gew.-% H3SO4 gebracht wird.500 and 1500 Torr is brought to an exit concentration between approx. 60 and 80% by weight of H 3 SO 4 . 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche4. The method according to one or more of the claims 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrstufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit die einzelnen Stufen bei unterschiedlichen Drücken betrieben werden.1 to 3, characterized in that with a multi-stage pre-concentrating unit individual stages can be operated at different pressures. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrstufig ausgebildeten Vorkonzentriereinheit die Brüden aus der jeweils bei höherem Druck arbeitenden Verdampferstufe zur Beheizung der bei niedrigem Druck arbeitenden Stufe verwendet werden.5. The method according to one or more of the claims 1 to 4, characterized in that with a multi-stage pre-concentrating unit the vapors from the evaporator stage, which operates at a higher pressure, for heating the at low pressure stage can be used. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der konzentrierten Säure vorgewärmte Rohsäure zweistufig auf etwa 75 Gew.-% vorkonzentriert wird, wobei6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that with the concentrated acid preheated crude acid is preconcentrated in two stages to about 75% by weight, with Le A 20 190Le A 20 190 030051/0664030051/0664 die Brüden der zweiten bei Atmosphärendruck betriebenen Stufe zum Beheizen der ersten, unter Vakuum betriebenen Stufe dienen, während die zweite Vorkonzentrierstufe die anschließende Hochkonzentriereinheit durch einen Wärmeträgerkreislauf beheizt werden.the vapors of the second stage operated at atmospheric pressure to heat the first, under Vacuum-operated stage are used, while the second preconcentration stage is the subsequent high concentration unit be heated by a heat transfer circuit. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochkonzentriereinheit unter solchen Bedingungen betrieben wird, daß die Säure auf über 96 % aufkonzentriert wird, bevor sie in die Reinigungsstufe gelangt.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the high concentration unit is operated under such conditions that the acid is concentrated to over 96% before entering the purification stage got. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhitzen der Säure in der Vorkonzentriereinheit wärmeträgerbeheizte Wärmetauscher (15,24) aus emaillierten Doppelmantelrohren vorgesehen sind und die erste Vorkonzentrierstufe (A) einen z. B. durch ein Tantalröhrenbündel gebildeten Wärmetauscher (5) mit nachgeschaltetem Ausdampfbehälter (6), eine nachgeordnete zweite Vorkonzentrierstufe (B) einen, z.B. durch Email-Doppelmantelrohre aus Stahl gebildeten Wärmetauscher (15) mit nachgeordnetem Ausdampfbehälter (16) und die den Vorkonzentrierstufen (A, B) nachgeordnete Endkonzentrierstufe (C) einen durch Email-Doppelmantelrohre aus Stahl gebildeten Wärmetauscher (24) mit nachgeordnetem Ausdampfbehälter (25) und die nachgeordnete Reinigungsstufe (D) ein strahlungsbeheiztes Quarz-8. Device for performing the method according to one or more of claims 1 to 6, characterized characterized in that heat carrier heated for heating the acid in the preconcentration unit Heat exchangers (15,24) made of enamelled double-jacket tubes are provided and the first preconcentration stage (A) a z. B. formed by a tantalum tube bundle heat exchanger (5) with a downstream evaporation tank (6), a downstream second preconcentration stage (B) one, e.g. through enamel double-jacket pipes made of steel formed heat exchanger (15) with downstream evaporation tank (16) and the preconcentration stages (A, B) downstream final concentration stage (C) one by means of enamel double-jacket pipes made of steel formed heat exchanger (24) with downstream evaporation tank (25) and the downstream Cleaning stage (D) a radiation-heated quartz Le A 20 190Le A 20 190 030051/0664030051/0664 glasrohr (36), eine Aufheizzone (38) zur Erhitzung der Säure, eine nachgeordnete Reaktionszone (39) und eine nachgeordnete Nachreaktionszone (40) aufweist.glass tube (36), a heating zone (38) for heating the acid, a downstream reaction zone (39) and has a downstream post-reaction zone (40). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8/ enthaltend in der Reinigungszone eine Vorrichtung, über die ein Oxidationsmittel in Form von kleinen Tropfen bzw. Bläschen der Hochkonzentrierstufe in Gegenstrom zu der in ihr enthaltende Flüssigkeit zugeführt werden kann.9. Apparatus according to claim 8 / containing in the Cleaning zone a device through which an oxidizing agent in the form of small drops or Bubbles of the high concentration stage supplied in countercurrent to the liquid contained in it can be. Le A 20 190Le A 20 190 030051/Ό664030051 / Ό664
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