DE3937671A1 - Vorrichtung zum umsetzen von alkalichlorat mit saeure, insbesondere mit salzsaeure - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Umset­ zen von Alkalichlorat mit Säure, insbesondere mit Salzsäu­ re, zur Erzeugung eines gasförmigen Gemisches im wesentli­ chen aus Chlordioxid und Chlor, wobei die Vorrichtung als Reaktorgefäß mit einer Mehrzahl von in Schwerkraftsrich­ tung untereinanderliegenden, bereichsweise gasdurchlässi­ gen Böden zur Bildung einer Kolonne, mit Überlaufleitungen zwischen den einzelnen Kolonnenböden ausgebildet ist.

Derartige Vorrichtungen bzw. Reaktoren zur Erzeugung von Chlordioxid sind bekannt. Hier sei als Beispiel auf die EP-02 95 747-A2 hingewiesen. Bei diesem bekannten Reaktor sind übereinander mehrere gasdurchlässige, kegelförmige Re­ aktorböden vorgesehen mit im Bodenmittelpunkt an der obe­ ren Stelle angeordneten Gasführungsglocken. Eine ähnliche Gestaltung zeigt auch die DE-32 18 649-A1. Dabei sind je­ weils Überlaufleitungen vorgesehen, die den Flüssigkeits­ stand in den einzelnen Reaktionsetagen definieren. Ein der­ artiger Reaktor arbeitet nach dem bekannten "Münchner Ver­ fahren" nach der Reaktionsgleichung

1. NaClO₃ + 2 HCl → ClO₂ + NaCl + H₂O

wobei die unerwünschte Nebenreaktion gemäß Gleichung

2. NaClO₃ + 6 HCl → 3 Cl₂ + NaCl + 3 H₂O

weitgehend unterdrückt werden sollte. Das wird begünstigt, wenn das Verhältnis von NaClO₃ zu HCl möglichst groß ist.

Die Verdünnung des im Reaktor entsprechend Gleichung 1 und 2 erzeugten Gasgemisches ist aus Sicherheitsgründen notwendig, damit der Partialdruck des Chlordioxids 0,15 bar nicht wesentlich übersteigt. Oberhalb dieses Druckes wird die Gasmischung zunehmend instabil, insbesondere bei Temperaturerhöhung, und sie kann dabei explosionsartig zerfallen.

Eine Chlorat-Salzsäurelösung durchfließt die einzelnen Reaktionsetagen von oben nach unten. Im Gegenstrom wird das ClO₂-Cl₂-Gasgemisch mit einem Inertgas aus den Reaktionsetagen ausgeblasen.

Damit die Reaktion mit möglichst großer Ausbeute abläuft, vorwiegend nach Gleichung 1, bedarf es mehrerer Voraussetzungen:

• -Intensive Vermischung des Chlorats mit der Säure;
• - Genügend lange Verweildauer in den einzelnen Etagen;
• - Einschränkung der Rückvermischung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der bei optimaler Durchmischung des Chlorats mit der Säure und ausreichender Verweildauer in den einzelnen Etagen ei­ ne konstruktiv einfache und kostengünstige Herstellung ei­ nes Reaktors möglich gemacht wird, wobei eine Rückvermi­ schung möglichst eingeschränkt ist.

Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolonnenböden als im wesentlichen ebene Flachböden mit da­ mit verbundenen Gasleitkammern auf ihrer der Flüssigkeit zugewandten Seite ausgebildet sind.

Erkennbar wird die Konstruktion derartiger Reaktoren durch das Vorsehen von Flachböden sehr viel einfacher und damit preisgünstiger, da Sonderbauteile entbehrlich sind. Eine Verstärkung der Kolonnenböden wird erfindungsgemäß durch die Gasleitkammern, die auf den Böden vorgesehen sind, er­ reicht. Das heißt die Mittel, die für eine intensive Vermi­ schung des Chlorats mit der Säure und dabei für eine lange Verweildauer in den einzelnen Etagen sorgen, stellen gleichzeitig konstruktive Verstärkungselemente der Kolon­ nenböden dar.

In Ausgestaltung ist daher auch vorgesehen, daß an den Flachböden eine Mehrzahl von Gasleitkammern vorgesehen sind.

Die Anordnung der Gasleitkammern kann in unterschiedlicher Weise an den Flachböden erfolgen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an einem zentrischen Gas­ führungsrohr je Flachboden mehrere Gasleitkammern angeord­ net sind, die radial nach außen weisend über einen Bereich des Flachbodens unter Freilassung eines Strömungsquer­ schnittes zur Wand des Reaktionsgefäßes ausgerichtet sind.

Um zusätzlich den Strömungsweg zu verlängern, sieht die Er­ findung auch vor, daß von der Innenseite der Außenwand des Reaktionsgefäßes Leitbleche zwischen den Gasleitkammern un­ ter Freilassung eines Strömungsquerschnittes angeordnet sind.

Bei dieser sternförmigen Anordnung von Gasleitkammern mit oder ohne entsprechend gestalteter Leitfläche empfiehlt es sich, die benachbarte Kolonnenetagen beaufschlagende Fall­ rohre von einer Strömungsleitwand getrennt räumlich nah beieinander anzuordnen, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht. Die Säure wird also von dem einen Fallrohr an den Gasleitkammern und den Leitblechen vorbei in der ein­ zelnen Etage über einen sehr weiten Weg geleitet, um dann zu dem den Ablauf bewirkenden Fallrohr zu gelangen.

Eine abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung besteht dar­ in, daß auf den Flachböden im wesentlichen parallel zuein­ ander je eine Mehrzahl von Gasleitkammern mit getrennten Gaszuführungsrohren angeordnet sind, wobei es sich bei die­ ser Konstruktion empfiehlt, zwischen einer Schmalseite je­ der Gasleitkammer und der Innenseite des Reaktionsgefäßes Schikanenbleche vorzusehen, wobei dann die die benachbar­ ten Kolonnenetagen verbindenden Überlaufrohre etwa diago­ nal gegenüberliegend angeordnet sind. Auch durch diese Ge­ staltung ergibt sich ein sehr langer Strömungsweg der Säu­ re in der einzelnen Etage.

Die Erfindung sieht vor, daß jede Gasleitkammer im Verbin­ dungsbereich zum Flachboden Gasaustrittsöffnungen auf­ weist, wobei in besonderer Ausgestaltung vorgesehen sein kann, daß die Gasleitkammern im Verbindungsbereich mit den Flachböden wenigstens bereichsweise im Winkel angestellte Randflächen aufweisen, die mit den Gasaustrittsöffnungen versehen sind, so daß es zu einem optimalen Durchperlen der Gase durch die Säure kommt.

Die Erfindung sieht auch vor, daß im Strömungsweg wenig­ stens der oberen Kolonnenetage eine Mehrzahl von HCl-Zufüh­ rungen zur Zuführung kleiner Mengen HCl an unterschiedli­ chen Stellen des Strömungsweges vorgesehen sind. Der Vor­ teil besteht darin, daß der sehr lange Strömungsweg der Säure die gezielte Zuführung von HCl ermöglicht, derart, daß ein Chlorat-Überschuß jederzeit aufrechterhalten bleibt, wie dies bei derartigen Verfahren angestrebt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung als Kolonne,

Fig. 2 einen Querschnitt etwa gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Detailausschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Teilschnitte durch einen Flachboden mit daran befestigten Gasleitkammern in unterschiedli­ chen Gestaltungen sowie in

Fig. 6 und 7 Querschnitt und Teillängsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrich­ tung 1′.

Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Flachböden 2a bis 2d auf unter Bil­ dung von Kolonnenetagen. Die Flachböden 2a bis 2d sind von zentrischen Gasführungsrohren 3 durchsetzt. An diesen Gas­ führungsrohren 3 sind Gasleitkammern 4 angeordnet, von de­ nen in Fig. 1 lediglich je eine pro Flachboden 2 darge­ stellt ist. In ihrem unteren Bereich, den Boden 2 zuge­ wandt, weisen die Gasleitkammern Öffnungen 5 auf, durch die das Gas nach außen austreten kann, nachdem es von un­ ten in das Gasführungsrohr 3 eingetreten ist und am oberen Ende über eine innere Öffnung 10 in die nach oben gasdicht geschlossene Gasleitkammer 4 eingetreten ist. Der Flüssig­ keitsstand der Säure ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet und wird bestimmt durch die Höhe von Fallrohren 7a bis 7d.

Neben den Gasleitkammern 4 sind auf den jeweiligen Böden 2a bis 2d Leitbleche 6 als Schikanen für die strömende Flüssigkeit angeordnet, die von der mit 12 bezeichneten Re­ aktorwand nach innen weisen, wie sich dies insbesondere aus Fig. 2 ergibt. Der Strömungsweg der Flüssigkeit ist da­ bei von einem Fallrohr 7c zu einem Fallrohr 7b mittels kleiner Pfeile dargestellt, wobei die Fallrohre im Flüssig­ keitsbereich mittels einer Strömungsleitwand 8 getrennt sind.

Mit 14 ist in Fig. 1 die Zuführung von HCl bezeichnet, strichpunktiert ist eine weitere Zuführung angedeutet, wo­ bei im Strömungsweg, der mit den Pfeilen in Fig. 2 angedeu­ tet ist, weitere HCl-Zuführungen vorgesehen sein können, um jeweils gezielt an verschiedenen Stellen kleine Mengen von HCl in die Flüssigkeit einzubringen. Diese HCl-Zufüh­ rungen können auch einzelne Böden durchsetzen und in der jeweils darunter liegenden Etage vorgesehen sein, falls dies aus verfahrenstechnischen Gründen zweckmäßig sein sollte.

In Fig. 5 ist die Möglichkeit dargestellt, die Gasleitkam­ mern 4 an ihrer Unterseite mit im Winkel ausgestellten Randflächen 11 auszurüsten, in die dann die Gasaustritts­ öffnungen 5 eingebracht sind.

In den Fig. 6 und 7 ist ein abgewandeltes Ausführungsbei­ spiel dargestellt. Die funktionell gleichen Elemente tra­ gen das gleiche Bezugszeichen versehen mit "′".

Hier sind die Gasleitkammern 4′ parallel zueinander ange­ ordnet und weisen an ihren schmalen Längsseiten 13 Gasleit­ flächen 6′ zur Wand 12′ der Vorrichtung auf, derart, daß sich ein Strömungsweg vom Fallrohr 7c′ zum Fallrohr 7b′ er­ gibt, was dort ebenfalls mit kleinen Pfeilen angedeutet ist. Hier weist jede Gasleitkammer wenigsten ein Gasfüh­ rungsrohr 3′ auf, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er­ findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbeson­ dere nicht auf die Anzahl der Gasleitkammern 4 bzw. 4′ be­ schränkt, nicht auf die Anzahl der Etagen der sonstigen geometrischen Anordnung.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Umsetzen von Alkalichlorat mit Säure, ins­ besondere mit Salzsäure, zur Erzeugung eines gasförmigen Gemisches im wesentlichen aus Chlordioxid und Chlor, wobei die Vorrichtung als Reaktorgefäß mit einer Mehrzahl von in Schwerkraftsrichtung untereinanderliegenden, bereichsweise gasdurchlässigen Böden zur Bildung einer Kolonne, mit Über­ laufleitungen zwischen den einzelnen Kolonnenböden ausge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonnenböden (2) als im wesentlichen ebene Flach­ böden (2a-2d) mit damit verbundenen Gasleitkammern (4) auf ihrer der Flüssigkeit zugewandten Seite ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flachböden (2a-2d) eine Mehrzahl von Gasleitkam­ mern (4) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zentrischen Gasführungsrohr (3) je Flachboden (2) mehrere Gasleitkammern (4) angeordnet sind, die radial nach außen weisend über einen Bereich des Flachbodens (2) unter Freilassung eines Strömungsquerschnittes zur Wand (12) des Reaktionsgefäßes ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Innenseite der Außenwand (12) des Reaktionsge­ fäßes (1) Leitbleche (6) zwischen den Gasleitkammern (4) unter Freilassung eines Strömungsquerschnittes angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei sternförmiger Anordnung der Gasleitkammern (4) be­ nachbarte Kolonnenetagen beaufschlagende Fallrohre (7) von einer Strömungsleitwand (8) getrennt räumlich nah beieinan­ der angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Flachböden (2) im wesentlichen parallel zuein­ ander je eine Mehrzahl von Gasleitkammern (4′) mit getrenn­ ten Gaszuführungsrohren (3′) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Schmalseite (13) jeder Gasleitkammer (4′) und der Innenseite des Reaktionsgefäßes (1) Schikanen­ bleche (6′) vorgesehen sind und daß die die benachbarten Kolonnenetagen verbindenden Überlaufrohre (7′) etwa diago­ nal gegenüberliegend angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gasleitkammer (4) im Verbindungsbereich zum Flach­ boden (2) Gasaustrittsöffnungen (5) aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitkammern (4) im Verbindungsbereich zu den Flachböden (2) wenigstens bereichsweise im Winkel ange­ stellte Randflächen (11) aufweisen, die mit den Gasaus­ trittsöffnungen versehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg wenigstens der oberen Kolonnenetage ei­ ne Mehrzahl von HCl-Zuführungen (14) zur Zuführung kleiner Mengen HCl an unterschiedlichen Stellen des Strömungsweges vorgesehen sind.