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Schwefelsäurekammer. Es ist bekannt, Schwefelsäurekammern mit kegelförmig
gestalteten Unterteilen auszubilden und den Gasstrom tangential zuzuführen. Bei
diesen Kammern ist der obere Teil zylindrisch ausgebildet, wodurch die Gasführung
insofern ungünstig beeinflußt wird, als das Gas zu langsam abzieht und nicht in
genügende Berührung mit den Wandungen kommt. Hieraus ergibt sich der Nachteil einer
sehr langsamen Arbeitsweise der Bleikammern.
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Dieser Nachteil ist gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß der
obere Teil der Bleikammer kegelförmig geformt ist, wenn auch in geringerem Maße
als der untere Teil. Diese Ausbildung bewirkt zusammen mit der an sich bekannten
tangentialen Einführung des Gases, daß letzteres ständig gezwungen ist, sehr dicht
längs der Wandungen zu strömen.
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Zugleich werden die Innenflächen der geneigten Wandungen gemäß der
Erfindung möglichst in ihrer ganzen Ausdehnung durch besonders zugeführte Schwefelsäure
berieselt, während die Außenflächen in an sich bekannter Weise durch herabsickerndes
Wasser gekühlt sind.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung in einigen Beispielen schematisch
veranschaulicht.
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Abb. i zeigt eine Gruppe von vier gemäß der Erfindung ausgebildeten
Kammern, Abb. 2 in vergrößertem Maßstabe eine einzelne Kammer und insbesondere eine
Vorrichtung zur Zuführung von Kühlwasser zu deren Außenwänden, Abb. 3 den zu Abb.
2 gehörigen Grundriß. Abb. ¢ ist ein senkrechter Schnitt durch das Kopfende der
Kammer und läßt eine Anordnung zur Zuführung von Schwefelsäure erkennen, Abb. 5
eine entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform, Abb. 6 eine dritte
Ausführungsform, bei welcher die Zuführung von Schwefelsäure insbesondere in der
Nähe der Innenwandungen erfolgt.
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Es hat sich gezeigt, daß sich für den Schwefelsäureprozeß die Benutzung
einer Gruppe von vier Kammern A1, A2, A3, A4, wie in Abb. i dargestellt,
besonders eignet. Jede dieser Kammern besteht aus zwei kegelstumpfartigen Teilen
a, ax, wobei die Seiten des unteren Teiles ai in bezug auf die Senkrechte eine größere
Neigung aufweisen als die Seiten des oberen Teiles a, so daß jede einzelne Kammer
etwa die Form eines umgestülpten Trichters aufweist. Die Seitenwandungen einer jeden
Kammer sind mit einem Boden a2 fest verbunden; es können statt dessen aber auch
die unteren Kanten der Kammer so in ein Säurebad eingetaucht sein, daß ein Flüssigkeitsverschluß
gebildet ist. Ein an beiden Enden offenes Rohr B kann senkrecht in der aus Abb.
2 und q. ersichtlichen Weise durch die Kammer hindurchführen, zum Zweck, etwaige
Wirbelungen, die von den Kammerwänden ausgehen könnten, und durch die zufolge der
Kühlung eintretende Kondensation verursacht würden, zu dämpfen oder in Grenzen zu
halten. Das Rohr B kann aber auch durch andere für den Zweck geeignete Mittel ersetzt
werden, beispielsweise durch Anwendung eines Strahles von Dampf, zerstäubtem Wasser
oder passend verdünnter Schwefelsäure, der am Kopfende der Kammer längs deren senkrechter
Achse eingespritzt wird. Ein solcher Strahl soll so lang wie möglich sein und darf
die Kammerwände nicht treffen, da andernfalls das Blei, aus welchem die Wände besteben,
angegriffen werden könnte.
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Wie aus Abb. q., 5 und 6 hervorgeht, ist am Kopfende der Kammer eine
ringförmige Rinne c ausgebildet, die zur Aufnahme einer Kappe C dient. Letztere
ist an ihrem unteren Rande mit Zähnen versehen, welche ein stetes Zufließen von
Schwefelsäure, die längs der gesamten Innenfläche der Kammerwandung herabfließt,
gestatten. Die Schwefelsäure hat dabei einen Gehalt von 53' B6 oder eine
andere geeignete Konzentration.
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Diese Einrichtung kann ersetzt oder auch verbunden sein mit der aus
Abb. 6 ersichtlichen umlaufenden Reaktionsturbine D, welche die Flüssigkeit gegen
die Innenwandungen der Kammerwände versprengt. Es kann aber auch jede andere geeignete
Einrichtung zu diesem Zweck benutzt werden.
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Ferner können Injektoren e für zerstäubtes Wasser oder verdünnte Schwefelsäure
entweder am oberen Ende der Kammer, wie in Abb. 5 dargestellt, oder in den Seitenwänden
gemäß Abb. 6 vorgesehen sein, wobei die Strahlen dieser Injektoren abwärts gerichtet
sind.
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Falls die Injektoren zur Einführung von,
Schwefelsäure
dienen, können die Flüssigkeitsstrahlen auch gegen die Kammerwände gerichtet sein,
dagegen müssen sie bei Wassereinspritzung unbedingt parallel der senkrechten Achse
der Kammer verlaufen, so daß das Wasser nicht mit den Wänden in Berührung kommt
und das Blei angreifen könnte.
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Die Außenfläche der Kammerwandung wird dadurch gekühlt, daß man Wasser
längs dieser Wandung herabfließen läßt. Die Wasserverteilung erfolgt mittels eines
am oberen Ende der Kammer A angebrachten Behälters F, wie aus Abb. 2 ersichtlich
ist; das Wasser fließt entweder durch Öffnungen am Boden der durch den Behälter
gebildeten Rinne oder über einen an derem Rande ausgebildeten Überfall und wird
in der Nähe des Bodens mittels eines zweiten ringförmigen Behälters Fl aufgefangen.
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Falls die Kammer A mit einem inneren Rohr B versehen ist, können dessen
Innenwandungen gleichfalls mittels eines längs der Wandungen herabfließenden Wasserstromes
gekühlt werden.
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jede Kammer ist mit einem nahe dem Kopfende angebrachten Auslaßrohr
g und mit einem nahe dem Boden befindlichen Einlaßrohr g1 versehen. Die Rohre g
und g1 sind tangential zur Wandung der Kammer angeordnet, so daß das eintretende
Gas gegen die letztere gedrängt und gezwungen wird, längs der Wandung in Form einer
S_ pirale oder Schraubenlinie zu strömen.
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Bei einer Gruppe aus vier Kammern A', A2,
A 3, A 4 sind
die Kammern gemäß Abb. r nebeneinander angeordnet; der Einlaß g1 am Boden der ersten
Kammer Al ist' mit dem Glover-Turm und der Auslaß g am Kopfe der ersten Kammer mit
dem Einlaß g1 am Boden der zweiten Kammer A 2 verbunden, und in entsprechender Weise
sind die übrigen Kammern angeschlossen, während der Auslaß g am Kopfe der letzten
Kammer zum Gay-Lussac-Turm führt. jede Kammer ist geringer an Höhe als die vorhergehende,
um einen Ausgleich für die Verringerung des Gasvolumens zu schaffen.
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An Stelle einer Gruppe aus vier Kammern gemäß Abb. x kann natürlich
auch jede andere geeignete Anzahl von Kammern benutzt werden.
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Wie ferner aus dem Schema der Abb. x ersichtlich ist, wird die in
den Kammern A2, A 3 und A4 gebildete verdünnte Säure dadurch konzentriert, daß sie
zurückgeleitet und den vorhergehenden Kammern zugeführt wird; ferner wird die in
den Kammern A 3 und A 4 gebildete Säure durch einen Teil der konzentrierten Säure
denitriert, die in der Kammer A'- erzeugt wird, indem sie in diese Kammer
wieder eingeleitet wird. Diese Anordnung unterstützt die Wirkung der Glover- und
Gay-Lussac-Türme und fördert die Rückgewinnung der nitrosen Beimengungen. Die Grundsätze,
gemäß welchen die Vorrichtung entworfen ist, sind die folgenden r. Die Menge der
erzeugten Schwefelsäure ist eine Funktion der Kammeroberfläche, die mit den aufeinanderwirkenden
Gasen in Berührung gelangt, und ändert sich mit der Temperatur der Fläche.
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2. Schwefelsäure (H2 S04) wird an den inneren gekühlten Flächen durch
die Berührung und Reibung des Gases mit der verdünnten Schwefelsäure erzeugt, die
bereits hergestellt ist und an den Wänden herabfließt. Das Herabsickern verdünnter
Schwefelsäure kann dadurch künstlich gesteigert werden, daß vorher vorbereitete
Schwefelsäure, die in geeignetem Maße auf etwa 53' B6 verdünnt ist, eingeleitet
wird. Die Einleitung dieser vorbereiteten Schwefelsäure kühlt das in einer Spiral-
oder Schraubenlinie längs der Wände umlaufende Gas, und zwar allein oder in Verbindung
mit der Kühlwirkung, die von den Wänden dadurch ausgeübt wird, daß Wasser an deren
Außenflächen herabfließt.
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3. Das zur Ausführung der Reaktionen erforderliche Wasser wird ganz
oder teilweise an den Stellen eingeführt, an welchen diese Reaktionen stattfinden,
d. h. an den Wänden, zwecks Verstärkung der Reaktionen.
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4. Die in der zweiten, dritten und vierten Kammer gebildete dünne
Säure wird in den vorhergehenden Kammern konzentriert und die Säure aus der dritten
und vierten Kammer denitriert, wodurch die Wirkung der Glover-und Gay-Lussac-Türme
unterstützt und die Wiedergewinnung der nitrosen Verbindungen gefördert wird.
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Wenn Dampf in ein geschlossenes Gefäß eingeführt oder in einem solchen
erzeugt wird, so verbreitet er sich nach allen Richtungen, und wenn die Wände des
Gefäßes gekühlt sind, so findet an diesen eine Kondensation statt, wobei der Betrag
der Kondensation von dem Unterschied in der Temperatur des Dampfes und der Wände
abhängt. Eine ähnliche Wirkung tritt auf, wenn an Stelle von reinem Wasserdampf
eine Mischung von solchem und anderenDämpfen oder (in Wasser löslichen) Gasen verwendet
wird. Schwefligsäureanhydrid (S02) und nitrose Dämpfe können in Gegenwart von Wasser
die Form von Anhydriden nicht beibehalten, und weiter, wenn sie Wasser aufgenommen
haben, können sie in diesem Zustand nicht miteinander verbleiben, sondern gehen
eine Verbindung ein; so gibt Salpetrigsäureanhydrid sogleich mit Wasser salpetrige
Säure N203+H20=2N02H. Schwefligsäureanhydrid liefert mit Wasser die hypothetische
Verbindung S03H2 in Lösung H2 0 + S02 = H2 S03.
Diese beiden
Verbindungen reagieren aufeinander in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoff in
den Kammern nach der folgenden Gleichung
Die so erzeugte Verbindung bildet gelblichweiße Nebel in der Kammer, welche die
Erzeugung von Schwefelsäure sowie von salpetriger Säure verursachen, nämlich
In Kammern gewöhnlicher Art geht diese Kondensation sehr langsam vor sich, aber
bei Kammern, die in der oben beschriebenen Weise ausgebildet sind und welche Wirbelbildung
im Gas verhindern und eine Berieselung der Innenseite der Wände mit Säure -aufweisen,
bewirkt die Reibung der Nebel von der Zusammensetzung .
an den schrägen Wänden die sofortige Bildung von Schwefelsäure.
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Zufolge der begrenzten Menge von im Kreislauf befindlichen nitrosen
Verbindungen besteht ein Überschuß von schwefliger Säure und Sauerstoff, der in
Gegenwart der rückgewonnenen salpetrigen Säure von neuem die Reaktion ergibt:
und so fort.
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Diese Reaktion findet vom Boden jeder Kammer aus statt, so schnell,
als Schwefelsäure gebildet wird. Zu gleicher Zeit wird das Gas allmählich ärmer
an schwefliger Säure und allmählich reicher an nitrosen Verbindungen. Wie in allen
Schwefelsäurekammern nimmt die Reaktionswirkung zum oberen Ende der Kammer hin ab
und beginnt wieder energisch am Boden der folgenden Kammer. Der abnehmende Querschnitt
des Auslasses bei den vorliegenden Kammern gestattet, daß das Gas in der Kammer
abgeführt wird, sobald die Ausbeute an Säure, die darin erzeugt werden kann, erreicht
worden ist. Die Verminderung der Reaktion nach dem Kopfende der Kammern hin ist
jedoch viel geringer als bei den Kammern der früheren Bauart, teils wegen der vorliegenden
Kühlungsart und teils weil die in die Kammer eingeführte Säure und das Wasser in
entgegengesetzter Richtung zum Gas zirkulieren, und zwar strömt das Gas vom Boden
zur Decke an den Wänden entlang, dagegen das Wasser und die Säure von der Decke
zum Boden.
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Ungefähr 6o Prozent der erzeugten Säure wird in der ersten und qo
Prozent in der zweiten Kammer gewonnen, während die dritte und vierte Kammer- zur
Vollendung der Reaktionen und zur möglichst weitgehenden Rückgewinnung der salpetrigen
Säure vor deren Überführung in den Gay-Lussac-Turm dienen. Um dies zu bewerkstelligen,
ist es erforderlich, die Menge und Stärke des Wasserdampfs oder zerstäubten Wassers
und der Säure in der dritten und vierten Kammer genau zu regeln. Ventilatoren oder
Pumpen finden Anwendung zur Erzeugung einer Strömung, um die Gase durch die Kammern
hindurchzutreiben.