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Gewinnung von Schwefelsäure. Vorliegende Erfindung betrifft Verfahren
und eine Einrichtung, um bei Herstellung von Schwefelsäure durch Stickstoffoxyde
unter Vermeidung der Bleikammern eine höchste Beschleunigung der Oxydation der schwefligen
Säure dadurch zu bewirken, daß man auf die Reaktionsräume so starke Nitrose bzw.
bei Verwendung schwächerer Nitrose solche Mengen aufgibt, daß im Produktionsraum
eine möglichst vollständige Oxydation der S02 mit nur geringer Entbindung von Stickoxyden
aus der Nitrose stattfindet, welch letztere demgemäß noch stark aus dem Reaktionsraum
abläuft. Es hat sich gezeigt, daß dieser Erfolg besonders vorteilhaft erreicht wird
und dabei die aufzugebende Nitrose überdies bedeutend reduziert werden kann, wenn
man der Apparatur, die zweckmäßig aus Türmen oder turmartigen Apparaten unter gleichzeitiger
Verwendung eines besonders geeigneten Füllmaterials besteht, bestimmte Abmessungen
in Höhe und Querschnitt gibt. Hierdurch wird ermöglicht; daß das Verhältnis der
im Produktionsraum aus der Nitrose entbu:idenen Stickoxyde, auf 36° Be Salpetersäure
bezogen; sich zu der produzierten Menge Schwefelsäure, auf 36° B6 berechnet, so
verringert,. daß .auf einen Teil entbundener 36° B@ Salpetersäure bis zu 2o und
mehr Teile 6o° Be Schwefelsäure kommen. Man hat aber auch schon einen Vorteil, wenn
sich dieses Verhältnis nur wie 3 : 1 verhält. Um dies zu erzielen, muß die
Apparatur bestimmte Ausmaße erhalten. Hierbei hat sich der Querschnitt der Apparatur
nach dem Füllmaterial der Räume zu richten und ist so zu wählen, daß der Widerstand
pro steigenden Meter nicht weniger als 1/4 mm WS beträgt. Die Begrenzung des Widerstandes
nach oben hin wird am besten so zu wählen sein, daß er nicht mehr als 6 mm WS pro
steigenden Meter beträgt, da sonst durch die entstehende Reibung in der Gasbewegung
zu viel Kraft für sie erforderlich wäre. Die Höhe der Räume richtet sich nach dem
anzuwendenden Querschnitt, nämlich bis zu iS m und u. U. noch mehr. Auf jeden Fall
ist die Apparatur so zu wählen, daß ein einziger Produktionsraum genügt, um die
schwefligsauren Gase vollständig oder im wesentlichen in Schwefelsäure überzuführen.
Die verbleibenden S02-Gase müssen so gering sein, daß der dem Produktionsraum folgende
Raum bereits als Gay-Lussac wirkt, d. h. daß die ablaufende Säure einen höheren
Nitrosegehalt zeigt als die auflaufende Säure. Es muß -ferner die aus dem Produktionsramm
ablaufende Säure noch so stark nitros sein, daß zum mindesten noch z5 Prozent des
aufgegebenen Nitrosegehaltes in der Säure zurückbleibt. Dieser Nitrosegehalt kann
aber noch 91o und für den Fall der Vorschaltung eines besonders gut wirkenden Denitrierturmes
noch dem. aufgegebenen entsprechen, also unverändert bleiben.
Eine
nach diesen Prinzipien aufgestellte Anlage wird also einen Denitrierturm, einen
einzigen Produktionsturm und eine Anzahl von Gay-Lussac-Türmen zeigen. Außer dem
Denitrierturm, der eine vollständige Denitrierung der täglichen Produktionssäure
zu bewirken hat, wird lediglich der Produktionsturm eine Abnahme des Nitrosegehaltes
zeigen, während alle folgenden Türme eine Zunahme des Nitrosegehaltes aufweisen.
Der Denitrierturm wird in seinen Ausmaßen und in seiner Konstruktion vorteilhaft
am besten so zu wählen sein, daß er außer der Tagesproduktion noch weitere Mengen
nitroser Säure zu denitrieren imstande ist. Je höher die Menge dieser denitrierten
Säure ist, um so vorteilhafter wird der Produktionsturm arbeiten und um so weniger
Stickoxyde brauchen entbunden zu werden und mit einem um so höheren Nitrosegehalt
wird die Säure aus dem Produktionsraum ablaufen. Es gibt aber hinsichtlich der im
Denitrierturm zu denitrierenden Menge Nitrose auch nach oben eine Grenze, die erreicht
ist, wenn die Menge der entbundenen Stickoxyde, auf 36° B6 Salpetersäure berechnet,
ein Drittel der zu produzierenden Schwefelsäure, auf 6o° B8 berechnet, ausmacht.
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Als Gay-Lussac-Raum wird man sich in vielen Fällen mit einem einzigen
Turm oder einer turmartigen Apparatur begnügen können. Im allgemeinen werden zwei
solcher Türme oder Räume Aufstellung zu finden haben.
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Besteht die Möglichkeit, größere Mengen Nitrose im Denitrierraum zu
denitrieren. so wählt man vorteilhaft das Berieselungsschema so, daß die Säure nach
Abzug der Produktionssäure auf den letzten Gay-Lussac-Turm kommt, von wo sie auf
den vorletzten Gay-Lussac usw., sodann auf den Produktionsturm und von diesem wieder
auf den Denitrierturm gelangt. Erfordert aber die Gay-Lussac-Apparatur und der Produktionsturm
eine größere Berieselungsmenge, als aus dem Denitrierturm nach Abzug der Produktionssäure
abgegeben werden kann, so besteht die Möglichkeit, zwei Wege einzuschlagen. Entweder
man gibt jedem der Absorptionstürme und dem Produktionsturm zusätzlich der vom Denitrierturm
kommenden Säure, die von Turm zu Turm wandert, so viel Insichberiesetung, daß der
zu fordernden Berieselungsmenge genügt wird, oder man verfährt so, daß ein Teil
der Säure des Produktionsturmes zusammen mit der vom Denitrierturm abfließenden
überschüssigen Säure in den Kreislauf gesetzt wird.
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Die obenerwähnte Maßnahme der in dem Turm zu erzeugenden Gaspressung
von 1-14 bis 6 mm WS für jeden steigenden Meter gestattet, den Türmen oder turmartigen
Räumen oder Kästen viel größere Querschnitte wie bisher zu geben, und infolgedessen
auch Anlagen mit ganz erheblich größeren Produktionseinheiten zu bauen, als man
bisher für Turmsysteme, ja sogar für Kammersysteme, gekannt hat. So sind beispielsweise
Anlagen gemäß der Erfindung im Bau, die einen Turmdurchmesser von 7, io und 14 m
haben, was einem Ouerschnitt von 35 bzw. 75 und i 5o qm im Steinfutter entspricht.
Auch dieses Maß braucht noch nicht als Höchstgrenze angesehen zu werden.
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Die Berechnung des notwendigen Querschnittes der Türme für eine bestimmte
Brockengröße oder sonstige Turmfüllung richtet sich nach der Menge Gas, das durch
die Apparatur streicht. Größe des Querschnittes und die freien Durchlässe des Füllmaterials
müssen entsprechend dem Gasvolumen ,so gewählt werden, daß die oben verlangten Widerstände
von i/4 bis 6 mm WS erzielt werden.
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Die nutzbare Höhe, d. h. die mit Füllmaterial ausgestattete Höhe der
Türme usw., hat sich nach dem zu fordernden Gesamtfüllr aum und dem Querschnitt
der Türme zu richten. Z. B. wird für eine Gasmenge von 5oo ooo cbm in 24 Stunden
bei etwa 50° C_' ein nutzbarer Füllraum von q. 000 cbm verlangt, und würde
der Querschnitt des Turmes mit i4 m 97 -etwa i5o qm auskommen, so würde die gesamte
zu fordernde Höhe des nutzbaren Füllraumes sich auf etwa 27m stellen. Diese 27 m
würden sich auf drei oder vier oder auch auf nur zwei Türme verteilen.
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Im allgemeinen gilt der Satz, daß die Höhe um so geringer zu sein
braucht, je größer der Querschnitt der Apparatur ist. Durch die Wahl eines großen
Querschnittes wird die Bauhöhe der Apparatur eingeschränkt werden können.
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Die Summe der nutzbaren Höhen der einzelnen Türme oder Räume, die
der eigentlichen Produktion und der Absorption der Stickoxyde dienen, kann, wie
eine Bauausführung gezeigt hat, bis zu 8 m heruntergehen, kann aber auch, wie in
einem anderen Fall, auf 5o m und mehr hinaufgehen. Eine größere Höhe bietet den
Vorteil des längeren Gasweges bei erhöhter Gasgeschwindigkeit. Hierdurch kommt das
Gas öftere Male' mit der herabrieselnden Flüssigkeit in Berührung, was eine schnellere
Beendigung der Reaktion bedeutet.
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Aus praktischen Gründen wird man die Querschnitte des Produktionsraumes
und der Absorptionsräume gleich groß nehmen und auch eine gleichartige Füllung bzw.
Korngröße für beide vorsehen. Die Querschnitte des Produktionsraumes können aber
auch
entweder bei dem gleichen Füllmaterial einen kleineren Querschnitt
oder bei gleichem Ouerschnitt eine feinere Füllung erhalten als die Absorptionsräume.
Hierbei würde eine größere Geschwindigkeit und eine stärkere Reibung in dem Reaktionsraum
eintreten.
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Die Grädigkeit der anzuwendenden Säuren kann zwischen 55 und 62° Be
liegen, doch ist eine Grädigkeit von 58 bis 6o° Be zu bevorzugen.
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Das Berieselungsschema wird am besten so gewählt, daß die aus dem
Produktionsturm ablaufende Säure abzüglich des Anteils an produzierter Säure auf
den letzten Turm oder sonstigen Raum, sodann auf den zweitletzten usw. bis zum Produktionsturm
gelangt. Hat man außer dem einen Produktionsturm auch nur einen Absorptionsraum,
so bewegt sich die Säure lediglich zwischen diesen beiden.
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Vermag der Denitrierturm mehr Säure zu denitrieren, als der Produktionsmenge
entspricht, so gelangt der überschießende Teil auf den letzten Turm oder Raum. -Für
den Fall, daß außer dem Produktionsnur ein Absorptionsraum vorgesehen wird, erfolgt
die Zuführung der den Produktionsraum verlassenden Gase am besten im oberen Teil
des Absorptionsraumes, um hier zunächst an die aufgegebene gekühlte Säure die Wärme
abzugeben, was die Aufnahme der Stickoxvde erleichtert.
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Für den Fall, daß unreine Gase zur Verarbeitung kommen, werden ein
oder mehrere Waschtürme vor dem Denitrierturm oder zwischen Denitrierturm und Produktionsturm
vorgesehen.
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Eine besonders günstige Wirkung wird erzielt, wenn eine Teilung des
Gasstromes in viele kleine Strahlen dadurch bewirkt wird, daß eine Brockenfüllung
von 3 cm und weniger für die Füllung vorgesehen wird.