DE3205213C2 - Vorrichtung zum Kühlen heißer Gas-TiO↓2↓-Suspensionen aus der Titandioxidherstellung durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen heißer Gas-Feststoff-Suspensionen, insbesondere zum Kühlen heißer Gas-TiO ↓2-Suspensionen aus der Titandioxidherstellung durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid. Die Vorrichtung besteht aus einer Anzahl axial miteinander verbundener Bauelemente, deren jedes aus drei axial miteinander verbundenen ummantelten Rohren (1, 2 und 3) besteht, wobei Rohr 1 nach der Rohr 2 zugewandten Seite hin konisch verengt ist und der Innendurchmesser von Rohr 3 größer ist als der von Rohr 2. Der Wärmedurchgang ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung doppelt so hoch wie in einem vergleichbaren konventionellen Kühlrohr einheitlichen Innendurchmessers, zugleich beträgt der Bedarf an scheuernden Feststoffteilchen zur Verhinderung von Ansatzbildung nur ein Drittel der in einem konventionellen Kühlrohr benötigten Menge.

Description

a J Rohr (1) mit einer Länge L', das vom Durchmesser D ausgehend nach der dem Rohr (2) zugewandten Seite auf den Durchmesser d hin konisch verengt ist,

b) Rohr p* mit einem Innendurchmesser d und einer Länge /. das sich in Strömungsrichtung an das Rohr (1) anschließt,

c) Rohr (3) mit einem Innendurchmesser D und einer Länge L, das sich in Strömungsrichtung direkt an Rohr (2) anschließt und in Rohr (1) des nächsten Bauelements übergeht, wobei D größer als d ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis D von Rohr (3) und Innendurchmesser d von Rohr (2) 1,1 :1 bis 2,0 :1, vorzugsweise 13 :1 bis 1,5 :1 beträgt.

3. Vorrichtung nach Hnspruca 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhälvnif aus Länge / und Innendurchmesser d von Rohr (2) 10 :. bis 50 :1, vorzugsweise 25 :1 bis 35 :1 beträgt

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus Länge L und Innendurchmesser D von Rohr (3) 10:1 bis 50 :1, vorzugsweise 20 :1 bis 30 :1, beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus Länge L'des Rohres (1) und der Differenz der halben Innendurchmesser von Rohr (3) und Rohr (2), -y und y, 20 :1 bis 5 : !.vorzugsweise 18 :1 bis 12 :1,beträgt

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bauelemente 1 bis 12, vorzugsweise 2 bis 6, beträgt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen heißer Gas-TiOi Suspensionen aus der Titandioxidherstellung durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 17 67 798 bekannt. Der dort beschriebene Wärmeaustauscher enthält ein ummanteltes Kühlrohr, das eine Anzahl U-förmiger Biegungen aufweist und im wesentlichen aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung besteht, auf deren Oberfläche die heiße Gas-TiO2-Suspension eine relativ geringe Neigung zur Bildung von Ansätzen zeigt. Zur Entfernung dieser Ansätze können dem hei-

Ben Reaktionsgemisch scheuernde Feststoffteilchen zugesetzt werden, die jedoch infolge der nicht geradlinigen Anordnung der Rohre zu erhöhter Abrasion in den U-förmigen Rohrbiegungen führen.

Aus der US-PS 27 21 626 ist eine Vorrichtung zur Kühlung heißer Gas-TiOj-Suspensionen in einem aus einer Anzahl U-förmiger Biegungen bestehenden Aluminiumrohr bekannt Die Ansatzbildung wird hier durch zugeführte kalte, chemisch inerte, scheuernde Feststoffteilchen wie Sand oder calciniertes TiO₂ bewirk' deren Partikel größer sind als die des TiO₂ in der Reaktionsmischung. Zwar ist in den U-förmigen Biegungen die Scheuerwirkung der Feststoffteilchen besonders hoch, doch besteht auch hier infolge der nicht geradlinigen Rohranordnung das Problem erhöhter Abrasion.

Bei vielen chemischen Verfahren zur Herstellung von Feststoffen erfolgt die Umsetzung der Reaktionsteilnehmer in der Gasphase bei hohen Temperaturen, wobei die gewünschten Feststoffe meist in im Gasstrom suspendierter sehr fein verteilter Form anfallen.

Es ergibt sich dann das Problem, diese heißen Gas-Feststoff-Suspensionen in geigneten Vorrichtungen (Wärmeaustauschern) soweit abzukühlen, daß anschließend eine Trennung der festen und gasförmigen Bestandteile voneinander in hierfür geeigneten Abscheidern wie Zyklonen, Schlauchfiltem, Elektrofiltern usw. erfolgen kann.

Beispiele für solcbi Umsetzungen sitid die Herstellung von Metall- bzw. Metalloidoxiden wie TiO₂, Fe₂Oi und SiO₂ durch Oxidation ihrer dampfförmigen Halogenide und die Herstellung von Ruß.

Besonders die Herstellung von Titandioxid durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas wie Luft hat in neuerer Zeit gegenüber älteren Herstellungsverfahren, bei denen man titanhaltige Erze mit Säure aufschließt, erheblich an Bedeutung gewonnen, weil bei der Dampfphasenoxidation nur feste und gasförmige Endprodukte entstehen und somit die im Zusammenhang mit der Beseitigung von Abfallsäure bestehenden Probleme entfallen.

Die Oxidation des Titantetrachlorids erfolgt in einer Reaktionskammer, meist unter Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel. Zur Erzielung bestimmter gewünschter Pigmenteigenschaften können während der Oxidation kleine Mengen weiterer Stoffe wie Wasser, Aluminiumchlorid und/oder Siliciumtetrachlorid und/ oder Zinntetrachlorid zugesetzt werden.

Die Oxidation des Titantetrachlorids ist eine schwach exotherme Reaktion. Die Ausgangsstoffe werden daher zur Aufrechterhaltung der Umsetzung vorgewärmt, z. B. durch indirektes Aufheizen. Statt des Vorwärmens oder zusätzlich kann auch auf direktem Wege Energie in Gestalt einer Hiifsflamme zugeführt werden, die z. B.

durch Verbrennen von Kohlenmonoxid erzeugt wird.

Das Oxidationsmittel Sauerstoff bzw. Luft wird im Überschuß angewandt, bezogen auf die zur Oxidation des Titantetrachlorids und gegebenenfalls anwesender weiterer oxidierbarer Stoffe erforderliche stöchiometrisehe Sauerstoffmenge. An festen Bestandteilen enthält die Reaktionsmischung feinveneiltes Titandioxid, gegebenenfalls in Mischung mit geringen Mengen durch Oxidation von Zusatzstoffen entstandener Oxide. Gasförmige Bestandteile der Reaktionsmischung sind Chlor, Sauerstoff und Stickstoff sowie gegebenenfalls Kohlendioxid und geringe Mengen an Wasserdampf bzw. durch Reaktion aus diesem und dem Chlor gebildeten Chlorwasserstoff.

Wichtigster Bestandteil der Reaktionsmischung ist das bei der Oxidation des Titantetrachlorids entstehende Titandioxid, das äußerst Feinteilig in den Reaktionsgasen verteilt in Form einer rauchartigen Gas-TiO₂-Suspension anfällt Im Bereich zwischen der Austrittstemperatur aus dem Reaktor bis hinunter zum Temperaturbereich von etwa 350 bis 700⁰C zeigen die so gewonnenen TiO₂-Teilchen ein klebriges Verhalten und dadurch bedingt eine starke Tendenz, sich an Wandungen in zähen festhaftenden Schichten abzusetzen, die wenig oder keine Neigung zeigen, sich von selbst loszulösen. Ähnlich verhalten sich Siliciumdioxid und Ruß. So kommt es in den Rohrleitungen zur Bildung ständig dicker werdender Schichten, wodurch der wirksame Querschnitt der Rohre verkleinert und als Folge davon der Wärmedurchgang verschlechtert wird und schließlich Betriebsunterbrechungen notwendig werden.

In der heißen Reaktionszone tritt ein Wachstum der Primärteilchen ein.

" Bei zu langer Verweilzeit in der heißen Zone tritt euie Verwachsung der gebildeten TiO₂-Teilchen zu groben, unregelmäßig geformten Pigmentpartikeln ein, die eine verbreiterte Korngrößenverteilung und verschlechterte Pigmenteigenschaften wie vermindertes Aufhell- und Deckvermögen oder infolge der teilweisen Versinterung der Partikel verringerte Dispergierbarkeit aufweisen.

Das in der heißen Reaktionszone gebildete TiO₂- Pigment muß daher nach Verlassen der Reaktionskammer rasch abgekühlt werden.

Zur Erzielung einer optimalen Pigmentqualität muß die Gas-TiO₂-Suspension auf einer gegebenen Wegstrecke (Kühlstrecke) in einem bestimmten Zeitraum soweit abgekühlt werden, daß anschließend eine Abtrennung des IiO₂ von den gasförmigen Bestandteilen auf praxisübhche Weise erfolgen kann. Eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung (Wärmeaustauscher) muß aus gegenüber heißem gasförmigem Chlor beständigem Material bestehen, ferner darf es in der Vorrichtung zu keiner nennenswerten Ansatzbildung durch feinteiliges TiO₂ während des Betriebes kommen, und ein gegebenenfalls gebildeter dünner Ansatz muß leicht entfernbar sein, z. B. durch Einführung chemisch inerter scheuernder Feststoffteilchen, ohr«? dabei die Innenwände der Vorrichtung einem nennenswerten schädigenden Abrieb auszusetzen. Nur unter dieser Voraussetzung ist ein gleichmäßiger Wärmeaustauscn zwischen der heißen Reaki'onsmischung und der Kühlvorrichtung gegeben, der Voraussetzung für die Herstellung eine¹; Titandioxidpismentes mit optimaler Teilchengrößenverteilung und in konstanter Qualität ist.

Nach der DE-OS 20 05 011 wird die heiße Gas-TiO2-Suspension !nit Kaltgas vermischt und unter Richtungsänderung in einen sich erweiternden Raum geleitet, in dem auf mechanischem Wege eine Ansatzbildung verhindert wird, und danach der Produktstrom einer erneuten Richtungsänderung unterworten. Die mechanischen Mittel komplizieren die Vorrichtung und erhöhen ihre Anfälligkeit gegen Abrasion.

Verfahren und Vorrichtung der DE-PS 12 83 818 dienen dem speziellen Zweck der Herstellung eines anatasarmen Rutil-Titandioxids durch Dampfphasenoxidation von TiCU Dazu wird die aus der Reaktionskarnmer austretende heiße Gas-TiO₂-Suspension in einer Kühlkammer mit konisch verengtem unteren Ende mit einem Kühlgas im Gegenstrom in Berührung gebracht und das Reaktionsgemisch durch ein an der Kühlkammer seitlich oder zur Reaktionskammer entgegengesetzt angebrachtes Austragsrohr abgezogen. Das Kühlgas darf keine scheuernden Feststoffteilchen-enthalten, weil sich nach dem Vermischen mit der heißen Gas-TiO₂-Suspension seine Strömungsrichtung ändert, wobei die Feststoffteilchen vom Gasstrom abgetrennt wurden und zu Abrasion in der Kühlkammer führen könnten. Hinzu kommt, daß zur direkten Kühlung der heißen Gas-TiO₂-Suspension relativ große Mengen an Kühlgas er

ίο forderlich sind, was ein schwer handhabbares großes Gasvoiumen ergibt

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik liegt der Anmeldung folgende Aufgabe zugrunde: Schaffung einer Vorrichtung zum Kühlen heißer Gas-TiO₂-Suspensionen aus der Titandioxidherstellung durch Dampfphasenoxidation von Titantetrachlorid, in deren ummanteltem und gekühltem Innenrohr unter den vorliegenden Reaktionsbedingungen bei langfristigem Betrieb Ansatzbildung und Abrasion möglichst vermieden werden und die bei gerir.; >,in Einsatz scheuernder Feststoffteilchen einen hohen Wärmedurchgang aufweist und die Erzeugung hochwertiger Endprodukte ermöglicht
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattunfsgemäße Vorrichtung der vorangehend beschriebenen Art, die gekennzeichnet ist durch eine Anzahl geradlinig und axial miteinander verbundener Bauelemente, wobei jedes Bauelement aus geradlinigen und axial miteinander verbundenen Rohren 1, 2 und 3 in folgender Anordnung besteht:

a) Rohr 1 mit einer Länge L', das vom Durchmesser D ausgehend nach der dem Rohr 2 zugewandten Seite auf den Durchmesser dhin konisch verengt ist,

b) Rohr 2 mit einem Innendurchmesser d und einer Länge A das sich in Strömungsrichtung an das Rohr 1 anschließt,

c) Rohr 3 mit einem Innendurchmesser D und einer Länge L, das sich in Strömungsrichtung direkt an Rohr 2 anschließt und in Rohr 1 des nächsten Bauelements übergeht, wobei D größer als d ist.

Die Bauelemente werden in die Kühlstrecke zwischen der Reaktionskammer und den Abseheidtorganen für das gekühlte Titandioxid eingebaut, wobei diese Kühlstrecke ganz oder teilweise aus Bauelementen bestehen kann, je nach der abzuscheidenden Wärmemenge.

Zur Vermeidung von Ansatzbildungen an den Innenwänden der Rohre werden der heißen Reaktionsmischung chemisch inerte scheuernde Feststoffteilchen, suspendiert in einem Trägergas, durch Zuleitungsrohre stromabwärts der Reaktionskammer, bevorzugt axial zur Strömungsrichtung der heißen Gas-Feststoff-Suspencon, zugeführt.

Als Material für die scheuernden Feststoffteilchen ist gemahlenes, calcii.iertes Titandioxid im Korngrößenbereich von 0,1 bis 5,0 mm. vorzugsweise von 2 bis 3 mni, besonders geeignet, aber auch andere chemisch inerte Stoffe ausreichender Härte, z. B. Sand, kommen in Betracht.

Als Tragergas kann Z, B, Stickstoff verwendet werden.

Die Temperatur in der Reaktionskammer beträgt zwischen 1200 und 2000⁰C, was wesentlich davon abhängt, ob als Oxidationsmittel für das Titantetrachlorid

Luft, Sauerstoff, ein Gemisch beider Gase oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird und ob zusätzliche Energie mittels einer HÜfsflamme zugeführt wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die heiße Gas-Feststoff-Suspension unmittelbar nach Verlassen der Reaktionskammer in die Kühlvorrichtung eingeleitet werden kann, ohne daß es einer vorherigen teilweisen Abkühlung (»Quenchen«) bedarf.

Die heiße Gas-TiOj-Suspension tritt mit einer Temperatur von 600 bis 1800° C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 m/sec bis 150 m/sec in Rohr 1 des ersten Bauelements ein, dessen Wandtemperatur durch die Wasserkühlung so niedrig gehalten wird, daß kein korrodierender Angriff des heißen Chlors auf das Wandmaterial erfolgt und dessen konische Verengung so gestaltet ist, daß an der Innenwand praktisch keine Ansat/bildung und andererseits kein Abrieb durch scheuernde Feststoffteilchen eintritt. DieGas-Feststoff-Suspension durchströmt das verengte Rohr 2 mit erhöhter StrömungsgeschwindiEket und gelangt anschließend in Rohr 3, wo sich ihr Volumen ausdehnt, bei gleichzeitiger Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit. Aus Rohr 3 des ersten Bauelements tritt die Gas-Feststoff-Suspension in Rohr ! des /weiten Bauelements ein, durchströmt dieses Bauelement in analoger Weise, passiert dann ebenso das dritte Bauelement sowie die weiter folgenden Bauelemente und tritt schließlich nach Verlassen von Rohr 3 des letzten Bauelements, auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt, in eine nachgeschaltete Trennanlage, z. B. ein Zyklon oder ein Schlauchfilter ein. wo die Abtrennung des Titandioxids von den gasförmigen Bestandteilen der Reaktionsmischung in bekannter Weise erfolgt Die ein Bauelement bildenden Rohre t, 2 und 3 sowie die Bauelemente unter sich sind in geeigneter Weise miteinander verbunden, z. B. durch Flansche. In den Rohren 2 der einzelnen Bauelemente besteht infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Gas-Feststoff-Suspension praktisch keine Tendenz des mitgeführten TiOj zum Ansetzen, in den erweiterten Rohren 3 war mit einer verstärkten Tendenz zur Ansatzbildung zu rechnen, weil die hier verlangsamt strömenden TiO>Teilchen einer erhöhten Einwirkung der Schwerkraft ausgesetzt sind, was erwartungsgemäß zu einer Krümmung ihrer Flugbahn und zu einer verminderten Zahl der Stöße der einzelnen Partikel auf die Rohnnnenwand führen mußte. Überraschend zeigt sich aber, daß auch in den Rohren 3 aller Bauelemente praktisch keine Tendenz der TiC^-Teilchen zur Ansatzbildung erkennbar ist Man nimmt an, daß dies auf eine Wirbelbildung hinter der Erweiterung zwischen den Rohren 2 und 3 zurückzuführen ist, die zu einer erhöhten Stoßzahl der TiC>2-Teilchen auf die Innenwände längs der Rohre 3 führt

Die beschriebene Wirkungsweise ist in allen Bauelementen analog, so daß in der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung die Tendenz zur Ansatzbildung von Feststoffen wesentlich geringer ist als in einer aus einem durchgehenden Rohr vom einheitlichen Innendurchmesser D bestehenden wassergekühlten Vergleichsvorrichtung. Dadurch bedingt ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Wärmedurchgang besser und der Bedarf an scheuernden Feststoffteilchen geringer.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt das Verhältnis aus Innendurchmesser D "on Rohr 3 und Innendurchmesser d von Rohr 2, 1,1 :1 bis 2,0:1, vorzugsweise 13: Ibis 1,5:1.

Weiter betragen bei bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verhältnisse

aus Länge / und Innendurchmesser d von Rohr 2 von 10 :1 bis50 : !,vorzugsweise25 :1 bis35 :1
und entsprechend aus Länge L und Innendurchmesser D von Rohr 3 von 10:1 bis 50 :1, vorzugsweise 20 : 1 bis 30 :1.

Das Verhältnis aus Länge L' des Rohres 1 und der Differenz der halben Innendurchmesser von Rohr 3

und Rohr 2, -y und γ, beträgt 20 :1 bis 5:1, vorzugsweise 18 : 1 bis 12 :1.

Dieses Verhältnis

D_
2

d_ 2

ist ein Maß für den konischen Verengungswinkel des Rohres 1. Es darf nicht zu klein sein, weil sonst die den in Strömungsrichtung aufprallenden scheuernden Feststoffteilchen gebotene Angriffsfläche zu groß wird und im konischen Teil ein merklicher Materialabrieb auftritt. Die Anzahl der zum Bau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlichen Bauelemente hängt einerseits ab von den Innendimensionen und der Wandstärke der Rolre 1,2 und 3, der Konstruktion der Mantelrohre 4 und dem Rohrmaterial. Andererseits spielen verfahrensmäßige Gegebenheiten eine wichtige Rolle wie die Eintrittstemperatur der heißen Gas-Feststoff-Suspension in das erste Bauelement, ihre gewünschte Austrittstemperatur aus dem letzten Bauelement, ihre Strömungsgeschwindigkeit und Zusammensetzung sowie die Zusatzmenge und Korngröße der verwendeten scheuernden Feststoffteilchen und das Volumen des zugeführten Inertgases.

Bei einer Vorrichtung mit Abmessungen in den gemäß Ansprüchen 2 und 3 bis 5 bevorzugt beanspruchten Bereichen, einer Eintrittstemperatur der Gas-Feststoff-Suspension in die Vorrichtung von 600 bis 1800° C einer

-to Austrittstemperatur von 200 bis 500° C, einer Strömungsgeschwindigkeit der Gas-Feststoff-Suspension von 30 bis 150 m/sec und Zusatzmengen von bis zu 20 Gew.-% scheuernder Feststoffteilchen, bezogen auf den in der Gas-Feststoff-Suspension enthaltenen Feststoff, liegt die Zahl der erforderlichen Bauelemente zwischen 1 und 12, vorzugsweise zwischen 2 und 6.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignete, sowohl gegen die heißen chlorhaltigen Reaktionsgase korrosionsbeständige als auch gegen die scheuernden Feststoffteilchen abriebbeständige i'aterialien sind Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen oder Edelstahle.

Die Rohre 1, 2 und 3 können, wie in der Zeichnung dargestellt, einzeln von Mantelrohren 4 umgeben sein.

Es können aber auch Mantelrohre mit größerer Länge verwendet werden, so daß ein Mantelrohr mehrere Einzelrohre, z. B. ein ganzes Bauelement oder mehrere Bauelemente, umgibt Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, daß anstelle der Verwendung von Mantelrohren die Kühlung der Vorrichtung durch Berieselung mit einem Kühlmittel erfolgt Bevorzugtes Kühlmittel ist Wasser.

Die Lage der zentral durch die Rohre der Vorrichtung führenden Achse ist im wesentlichen horizontal.

Die Vorrichtung kann bei Normaldruck, vermindertem Druck oder in Bereichen erhöhten Druckes betrieben werden, z. B. als Wärmeaustauscher zur indirekten Kühlung des Reaktionsgemisches bei der Herstellung

feinteiliger Oxide von Elementen, deren Chloride leicht flüchtig sind, nach dem Verfahren der DE-PS 23 50 469.

Die Vorrichtung wird durch die Zeichnung und die folgenden Beispiele näher beschrieben:

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform, bestehend aus 2 gleichartigen Bauelementen, deren Rohre 1, 2 und 3 von Mantelrohren 4 umgeben sind, die mit Zuleitungsrohren 5 und Ableitungsrohren 6 für ein Kühlmittel versehen sind, wobei die Zu- und Ableitungsrohre 5 und 6 benachbarter Mantelrohre 4 jeweils geradlinig und axial miteinander verbunden sind. Die Längen /und L der Rohre 2 und 3 sind nahezu gleich und größer als die Länge L'der Rohre 1. Nicht mitgezeichnet sind die Verbindungsstücke zwischen der Reaktionskammer und Rohr 1 des ersten Etaueiements sowie zwischen Rohr 3 des letzten Bauelements und dem Feststoffabscheider.

Beispiel 1

Die verwendete Vorrichtung war aus wassergekühlten ummantelten Edelstahlrohren gemäß der Zeichnung gefertigt und bestand aus 2 gleichartigen Bauelementen. Die Rohre 1,2,3 waren wie folgt dimensioniert:

Rohre eine Ansatzbildung oder ein Materialabrieb in nennenswertem Ausmaße erkennbar.

Beispiel 2
(Vergleichsbeispiel)

Die verwendete Vorrichtung bestand aus einem wassergekühlten ummantelten Rohr des gleichen Edelstahls wie die Vorrichtung gemäß Beispiel 1. Ihre Länge betrug 24 m und ihr Innendurchmesser einheitlich 0,232 m.

Die in die Vorrichtung eintretende Gas-TiCh-Suspension hatte eine Temperatur von 630⁰C, eine Strömungsgeschwindigkeit von 36 m/sec und folgende chemische Zusammensetzung:

27,2 Gew.-% T1O2 (feinteilig, in der Dampfphase

entstanden)

4,8 Gew.-% T1O2 (grobteilig, als scheuernde Feststoffteilchen zugesetzt)
58,3Gew.-% Chlor

3,9Gew.-% Sauerstoff
l,9Gew.-% Stickstoff
Rest: Kohlendioxid und Chlorwasserstoff

Rohre 1: L' =	03 m.
Rohre 2: / =	5Jm
und d =	0,175 m,
Rohre 3: L =	6,0 m
fnd D	0.232 m.

25

30

Die Gesamtlänge der Vorrichtung, gerechnet vom Eingang in Rohr 1 des ersten Bauelements bis zum Ausgang von Rohr 3 des zweiten Bauelements, betrug 24 m.

Die in die Vorrichtung eintretende Gas-TiO2-Suspension hatte eine Temperatur von 63O⁰C, eine Strömungsgeschwindigkeit von 36 m/sec und folgende chemische Zusammensetzung:

283 Gew.-% TiO₂ (feinteilig, in der Dampfphase

entstanden)

13 Gew.-% TiO₂ (grobteilig, als scheuernde Feststoffteilchen zugesetzt)
60,0Gew.-% Chlor

4,0Gew.-% Sauerstoff 2,0Gew.-°/o Stickstoff
Rest: Kohlendioxid und Chlorwasserstoff.

Die scheuernden Feststoffteilchen bestanden aus calciniertem Titandioxid im Korngrößenbereich von 0,2 bis 4,0 mm und wurden an einer Stelle unmittelbar stromabwärts der Reaktionskammer, suspendiert in einem Stickstoffstrom von 10 m/sec, axial in die Gas-TiO₂-Suspension eingeführt

Die Gas-TiO2-Suspension trat aus Rohr 3 des zweiten Bauelements mit einer Temperatur von 490° C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 m/sec aus und gelangte über ein gekühltes Verbindungsrohr in die Filtervorrichtung, wo die Abscheidung des Titandioxids aus der Suspension in bekannter Weise erfolgte.

Die mittlere Wärmedurchgangszahl dieses Systems betrug 168 kj/(m² · h · K), VgL »Die gesetzlichen Einheiten in der Technik«, Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e. V, .5. Auflage (1980), Seite 234.

Der Verbrauch an scheuernden TiO₂-Teilchen betrug 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des in der Gas-TiOrSuspension enthaltenen Titandioxids. Nach einer Betriebsdauer von 8 Monaten war in keinem der Teilchengröße und Zuführungsart der scheuernden TiO2-Teilchen waren ebenso wie in Beispiel 1. Die Gas-TiO2-Suspension trat aus der Vorrichtung mit einer Temperatur von 545° C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 33 m/sec aus.

Die mittlere Wärmedurchgangszahl betrug 84 kj/ (m²- h · K).

Der erforderliche Verbrauch an scheuernden TiO2-Teilchen, um Ansatzbildung zu vermeiden, betrug 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des in der Gas-TiO₂-Suspension enthaltenen Titandioxids.

Die Beispiele zeigen, daß der Wärmedurchgang in der erfindungsgemaßen Vorrichtung doppelt so hoch ist wie in einem vergleichbaren konventionellen Kühlrohr einheitlichen Innendurchmessers. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Vorrichtung kürzer zu gestalten und so Material und Raum zu sparen. Die zur Vermeidung von Ansatzbildung benötigte Menge scheuernder TiOi-Teilchen beträgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur ein Drittel der in dem vergleichbaren konventionellen Kühlrohr erforderlichen Menge. Das bedingt eine Materialeinsparung und Verbesserung der Ausbeute bei der TiO2-Herstellung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen heißer GaS-TiO₂-SuS-pensionen aus der TitandioxidhersteUung durch Dampfphasenoxidation von Titaiuetrachlorid, bestehend aus einer wiederholbaren Folge axial miteinander verbundener, mit Zulaufrohren und Ablaufrohren für ein Kühlmittel versehener, Mantelrohre bestimmter Länge, gekennzeichnet durch eine Anzahl geradlinig und axial miteinander verbundener Bauelemente, wobei jedes Bauelement aus geradlinigen und axial miteinander verbundenen Rohren (1, 2 und 3) in folgender Anordnung besteht: