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Einrichtung zur Gewinnung von Stoffen, die bei der Verbrennung der
durch die Erhitzung des brennbaren oder mit brennbaren Stoffen gemischten Ausgangsstoffes
ohne Luftzufuhr erzeugten Gase entstehen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Gewinnung von Stoffen, beispielsweise Phosphorsäure, mittels eines Verfahrens,
bei dem der mit brennbaren Stoffen vermischte oder selbst brennbare Ausgangsstoff,
beispielsweise mit Zuschlägen vermischtes Phosphat ohne Luftzufuhr erhitzt und die
Verbrennungswärme der bei der Erhitzung erzeugten Gase zum Erhitzen des Ausgangsstoffes
ausgenutzt wird.
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Der Dauerbetrieb einer zur Durchführung dieses Verfahrens dienenden
Einrichtung läßt sich auch bei Benutzung der bisher zu anderen Zwecken verwendeten
bekannten Öfen mit einer geneigten Herd sohle nicht aufrechterhalten, an deren oberem
Ende der frische Ausgangsstoff in dünner Schicht eingebracht wird und an deren unterem
Ende sich ein Schmelzraum anschließt, weil die bei der Verbrennung der durch Erhitzung
des Ausgangsstoffes ohne Luftzufuhr erzeugten Gase entstehende Wärme restlos einerseits
für die Vorwärmung des Ausgangsstoffes, andererseits für die Beheizung des Schmelzraumes
ausgenutzt werden muß.
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Nach der Erfindung ist bei einem Ofen dieser Art erst dadurch die
Aufrechterhaltung des Dauerbetriebs gewährleistet, daß der Schmelzraum durch die
Gase beheizt wird, indem diese entweder durch Kanäle herausgeführt und zur Außenbeheizung
in Heizzügen verbrannt oder zur Innenbeheizung im Schmelzraum verbrannt werden,
in den durch die Kanäle Luft eingeführt wird.
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Hierdurch wird einerseits der Ausgangsstoff gut durch die im Schmelzraum
entwickelten und aufsteigenden Gase vorgewärmt, anderseits ist die dazu nötige starke
Entwicklung der Gase im Schmelzraum durch dessen Beheizung begünstigt.
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Vorteilhaft wird bei Innenbeheizung des Ausgangsstoffes zur Erzielung
einer wirksamen Vorwärmung des eintretenden Gutes die Verbrennungsluft in den als
Stauraum dienenden Herdraum oberhalb des eingebrachten Gutes durch Öffnungen eingeführt.
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Es wirkt dann eine heiße, starke Flamme auf die die geneigte Herdsohle
bedeckenden dünneren Schichten ein.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Ofens nach der
Erfindung dargestellt.
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Abb. I ist ein senkrechter mittlerer Längsschnitt durch eine Ausführungsform
des Ofens, Abb. 2 ein senkrechter Querschnitt nach der Linie 24-B der Abb. I, Abb.
3 ein senkrechter Querschnitt nach der Linie C-D der Abb. I, Abb. 4 ist ein wagerechter
Längsschnitt nach der Linie E-F der Abb. I und Abb. 5 ein wagerechter Längsschnitt
nach der Linie G-H der Abb. I, Abb. 6 sind ähnliche Längs- und Querschnitte durch
eine andere
Ausführungsform des Ofens, wobei Abb. 7 ein Querschnitt
nach der Linie J-K der Abb. 6, Abb. S ein Querschnitt nach der LinieL-M der Abb.
6, Abb. 9 ein Längsschnitt nach der LinieN-O der Abb. 6 und Abb. 10 ein Längsschnitt
nach der Linie P-Q der Abb. 6 ist.
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In dem Ofen a ist ein Zuführungshals b für den zu behandelnden Ausgangsstoff
c, z. B. das mit Kohle und Sand gemischte Phosphat, vorgesehen, dessen Sohle d geneigt
ist. Am oberen Ende des Halses b ist die Zuführungsöffnung e für den Ausgangsstoff
c vorgesehen, der durch den Trichter f aufgegeben >, wird. An das untere Ende
des Zuführungshalses b schließt sich ein muldenförmiger Herd raum g an, der zum
Zuführungshals b eine Vertiefung und somit eine Erweiterung bildet und dessen Sohle
h wagerecht liegt (Abb. I). Der muldenförmige Herdraum g wird an dem dem Zuführungshals
b abgewandten Ende durch die Ofenstirnwand i begrenzt, welche eine Stauwand für
das geschmolzene Phosphat c bildet. Die Gase können aus dem Zuführungshals b durch
Kanäle k (Abb. 4) entweichen, während der Rückstand aus dem Herdraum g durch eine
Abstichöffnung I abgelassen werden kann, die dicht über der Sohlen vorgesehen ist.
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Die Kanäle k münden bei der Ausführungsform des Ofens nach Abb. I
bis 5 oben in einen unter der geneigten Herd sohle d und anschließend unter der
wagerechten Herdsohle vorgesehenen Kanals (Abb. I), der durch Öffnungen n mit Heizzügen
o in Verbindung steht. Die Heizzüge sind seitlich vom Herd raum b, g (Abb. 4) vorgesehen,
und in diesen Heizzügen sind zur besseren Führung der Heizgase Zungen p angeordnet.
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Die Abgase ziehen aus den Heizzügen o oben durch Kanäle q in die Gaskanäle
r eines Rekuperators ab, der unterhalb der schrägen Herdsohle d angeordnet ist.
An die Gaskanäle r sind durch den Kanal s die nicht dargestellten Kühler für die
Phosphordämpfe angeschlossen. Die Verbrennungsluft tritt durch Offnungen t unten
in die Luftkanäle des Rekuperators ein und gelangt durch wagerechte Kanäle (Abb.
5) zu den Heizzügen o Der Kanal g ist unterhalb der Herdsohle h an einen Heizgaserzeuger
w angeschlossen, der durch einen Schieber x gegen den Kanal absperrbar ist.
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Zuerst wird eine gewisse Phosphatmenge zusammen mit den Zuschlägen
in fester Form und in kaltem Zustande durch die Öffnung e bis in den Herdraum g
eingeführt. Die erstmalige Erhitzung des Phosphats erfolgt dadurch, daß man bei
geöffnetem Schieber x die Heizgase aus dem Heizgaserzeuger w durch den Kanal ru
und die Öffnungen n in die Heizzüge o treten läßt und zur Entzündung bringt, wobei
die Verbrennungsluft durch den Kanal v eintritt. Ist das Phosphat geschmolzen, so
entwickeln sich aus diesem Gase, die im Herd raum g aufsteigen und durch den Zuführungshals
b aufwärts schlagen, aus dem sie durch die Kanäle k in den sich anschließenden Kanal
nu abziehen.
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Es wird nun durch die Öffnung e ständig oder absatzweise Phosphat
in solchen Mengen aufgegeben, daß es sich in verhältnismäßig dünner Schicht auf
der geneigten Herdsohle d ausbreitet. Das Phosphat rutscht dann durch sein Eigengewicht
auf der schrägen Herd sohle herab im Gegenstrom zu den Gasen, die sich insbesondere
aus der geschmolzenen Phosphatmasse im Herdraumg entwickelt haben. Das Phosphat
wird durch diesen Gasstrom zuerst vorgewärmt und gelangt dann in einem zähflüssigen
Zustande selbsttätig in den Herdraum g, in welchem es sich anstaut. Es wird nunmehr
der Heizgaserzeuger w abgeschaltet.
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Die im Herdraum b, g entwickelten Gase treten dann durch den Kanal
m und die Öffnungen n in die seitlichen Heizzügeo und werden dort entzündet, indem
nach wie vor die Verbrennungsluft durch den Kanal v zugefiihrt wird. In diesen Heizzügen
erfolgt die Verbrennung der Phosphorgase, wobei Phosphorsäure gebildet wird. Die
Verbrennung der Gase dient daher gleichzeitig zur Bildung des gewünschten chemischen
Stoffes und zur Erzeugung der Wärme für die Außenbeheizung des Herdraumes b, g.
Diese Wärme ist dabei so groß, daß bei Einführung einer bestimmten Phosphatmenge
durch die Öffnung e und Abführung einer bestimmten Menge Rückstände durch die Abstichöffnung
I weitere Wärmequellen zur Aufrechterhaltung der Temperatur, bei welcher sich die
Gase aus der Phosphatmasse entwickeln, nicht mehr nötig sind. Nach erfolgtem Anheizen
erhält sich daher diese Temperatur selbst aufrecht.
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Die Erwärmung der eingeführten Phosphatmasse erfolgt dabei nicht
nur durch die Außenbeheizung, sondern auch durch die aufsteigenden Gase, welche
sich insbesondere in dem Stauraum des Herd raumes p entwickelt haben. In diesem
Herd raum befindet sich, da der Stauraum eine Erweiterung zu dem Zuführungshals
b bildet, eine große Phosphatmasse, aus der sich eine entsprechend große Gasmenge
entwickelt. Auf der geneigten Sohle cd fließt demgegenüber eine verhältnismäßig
dünne Masseschicht herab.
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Die selbsttätige Aufrechterhaltung der Temperatur erfolgt daher bei
einer verhältnismäßig
kleinen Baulänge der geneigten Herdsohle,
wodurch der ganze Ofen eine gedrungene Bauart erhält.
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Die durch die Kanäle v in die Heizzüge o eintretende Verbrennungsluft
ist stark vorgewärmt da sie mit den heißen Abgasen im Rekuperator r, u in Wärmeaustausch
tritt.
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Infolge der Abkühlung der Gase im Rekuperator scheidet sich schon
in diesem eine gewisse Menge Phosphorsäure ab, die dann in den an dem Kanals angeschlossenen
Kühlens völlig getrennt gewonnen wird. Infolge dieser Vorausscheidung der Phosphorsäure
können die Kühler entsprechend kleiner bemessen sein.
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Der Betrieb kann absatzweise oder auch ununterbrochen durchgeführt
werden, indem ständig eine der durch die Öffnung e zugeführten Phosphatmenge entsprechende
Menge Rückstände aus dem Herdraum g abgelassen wird. Der Stauraum kann zur weiteren
Vergrößerung der Gasmenge, welche die dünnen Phosphatschichten auf der geneigten
Herdsohlecl beheizt, auch in der Querrichtung dieser Herdsohle erweitert sein. Das
Anheizen des Ofens a kann natürlich durch jede Wärmequelle. z. B. auch mittels ölbrenner,
erfolgen.
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Bei der Ausführungsform des Ofens nach den Abb. 6 bis 10 erfolgt
die Beheizung der Phosphatmasse im Herdraume g, b durch Innenbeheizung. Zu diesem
Zweck sind von den an die Luftkanäle it des Rekuperators u r angeschlossenen Kanälen
v Luftzuführungskanäle y abgezweigt die seitlich in den Herdraum g in einer gewissen
Höhe münden.
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Zwischen diesen Luftzuführungsöffnungen münden in den Herdraum g Kanäle
z, welche mit dem unter der wagerechten Herd sohle h vorgesehenen Kanal mt in Verbindung
stehen, der mit dem Heizgaserzeuger w in und außer Verbindung gesetzt werden kann.
Das obere Ende des Zuführungshalses b ist unmittelbar durch Kanäle q' an die Gaskanäle
des Rekuperators r, u angeschlossen.
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Die Zufuhr des frischen Phosphats durch die Öffnung e und die Abzapfung
durch die Öffnung 1 erfolgt hier so, daß der Spiegel der geschmolzenen Phosphatmasse
im Stauraum des Herd raumes g stets unterhalb der Luftzuführungsöffnungen y bleibt.
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Zum Anheizen wird in den Herdraum g eine gewisse Phosphatmenge eingebracht,
die jedoch nicht bis zu den Öffnungen y reichen darf. Man läßt dann aus dem Gaserzeuger
w durch die Kanäle n11 und die Öffnungen Heizgase in den Herd raum g eintreten,
zu denen vorgewärmte Verbrennungsluft durch die Öffnungen y tritt. Durch Entzündung
der Gase im Gasraum des Herdraumes b wird dann die Phosphatmasse zum Schmelzen gebracht.
Bei einer gewissen Temperatur werden aus dieser Masse die Phosphordämpfe ausgetrieben,
die in dem Gasraum aufsteigen und infolge der Zuführung der Luft zu Phosphorsäure
verbrennen. Die Gasentwicklung geht dabei unter Luftabschluß vor sich, da die aus
den Öffnungen y austretende Luft sofort aufwärts steigt. also die Verbrennung nur
im Gasraum des Herdraumes g stattfindet.
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Wird nun der Heizgaserzeuger w abgeschaltet und durch die Öffnung
e weiter frisches Phosphat zugeführt, so rutscht die Phosphatmasse im Gegenstrom
zu der durch die Verbrennungsgase gebildeten Flamme allmählich in den Herdraum g
herab.
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Da der Herdraum g auch hier eine wesent-. liche Erweiterung zum Zuführungshals
b bildet, also eine große gasabgebende Masse enthält, wird dort durch die Verbrennung
eine starke Flamme erzeugt, welche die auf der geneigten Herd sohle d ausgebreiteten
dünneren Phosphatschichten gut vorwärmt. Diese Innenbeheizung mittels der Verbrennungswärme,
welche unmittelbar über der gasabgebenden Masse entsteht, reicht zur selbsttätigen
Aufrechterhaltung der Entwicklungstemperatur für diese Gase völlig aus.
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Die Verbrennungsgase ziehen durch die Kanäle q' unmittelbar in die
Gaskanäle r des Rekuperators und treten dort mit der durch die Luftkanäle it aufwärts
strömenden Verbrennungsluft in Wärmeaustausch. Die Verbrennungsluft kann natürlich
auch im Zuführungshals b an verschiedenen Stellen eingeleitet werden; befindet sich
dabei die Verbrennungsluft nur oberhalb des Stauraumes, so wird das eingeführte
Gut auf längerer Strecke von der aufwärts schlagenden Flamme beheizt.