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Verfahren und Apparatur zur Nitrierung von Glycerin Den Gegenstand
vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren zur Nitrierung von Glycerin, Glykol
oder ähnlichen Alkoholen, welches eine höhere Leistungsfähigkeit des verwendeten
Apparates gewährleistet, d. h. bei gleicher Produktionsmenge die Anwendung wesentlich
kleinerer _N itrierapparate gestattet. Dies hat nicht nur wirtschaftliche Vorteile
zur Folge (Ersparnis an Kapital, Raum und Reparaturen), sondern es kommt hier als
wichtigster Fortschritt noch die Erhöhung der Sicherheit in Frage, denn in dein
Maße, als bei gleicher Leistung des Apparates seine Größe abnimmt bzw. der Innhalt
desselben sich verkleinert, verringert sich auch die Gefährlichkeit und Tragweite
einer etwaigen Explosion, mit der im Nitroglycerinbetriebe stets gerechnet werden
muß.
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Diesem Bestreben nach Verkleinerung der Apparate bzw. höherer Leistungsfähigkeit
entspringen einerseits in der heutigen Praxis die Verwendung der Kühlmaschinen,
andererseits die Versuche zur kontinuierlichen Durchführung des N itrierprozesses,
wie sie in mehreren älteren Patentschriften beschrieben wurden.
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Diesen schon bekannten kontinuierlichen Verfahren haften jedoch Mängel
an, -welche sie für die Praxis unbrauchbar machen. Einerseits schließt die Arbeitsweise
dieser Verfahren lokale Überhitzungen an der Stelle des Apparates, wo Glycerin und
Mischsäure zusammentreffen, nicht vollständig aus, so daß es zu schlechten Ausbeuten
kommt und außerdem der Betrieb durch diesen Umstand gefährdet wird, da von diesen
Stellen ausgehend eine Zersetzung des ganzen Gefäßinhaltes eintreten kann. Andererseits
weichen sie, im Gegensatz zur hier vorliegenden Erfindung, in der Anordnung der
Kühlflächen nicht wesentlich vom gebräuchlichen Chargenverfahren ab, d. h. sie verwenden
wie dieses meist Schlangen, zwischen denen das Reaktionsgemisch durch irgendeine
Rührung gemischt wird. Selbstverständlich müssen die Zwischenräume zwischen diesen
Schlangen ziemlich groß sein, damit eine gleichmäßige Durchmischüng des ganzen Inhaltes
möglich ist und die Reaktionszone nicht auf die Umgebung der Eintrittsstelle des
Glycerins beschränkt bleibt.
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Das hier beschriebene Verfahren verwendet dagegen dünne Schichten
der Reaktionsflüssigkeit zwischen den Kühlflächen und ermöglicht dadurch die Konstruktion
von Apparaten mit sehr gesteigerter Leistung in bezug auf Größe und Inhalt, dabei
ist die Möglichkeit lokaler Überhitzung oder Zersetzung ausgeschlossen.
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Dies wird durch die folgenden L\-,euerungen ermöglicht: Der N itrierapparat
besteht nicht
mehr aus einem einzigen Raum, sondern aus zwei getrennten
Abteilungen, einem Kühlraum und einem Mischraum. Diese beiden Räume werden von dem
Reaktionsgemisch abwechselnd und rasch und stets in derselben Richtung durchströmt,
so daß im ganzen ein Kreislauf stattfindet. Der Mischraum allein übernimmt die eine
Funktion des Apparates, nämlich die intensive und sofortige Vertnischung des zufließenden
Glycerins mit der vorhandenen Säure, der Kühlraum erfüllt die andere Funktion, nämlich
die Abführung der entwickelten Wärme. Da im Kühlraum eine xlischwirkung nicht mehr
nötig ist und in denselben bereits eine homogene fertig nitrierte Mischung eintritt,
brauchen die Zwischenräume der hier angeordneten Kühlflächen nur klein zu sein,
und sind wirbelartige Bewegungen zwischen ihnen nicht mehr notwendig. Die Kühlflächen
können Innen- oder Außenflächen von Schlangen sein oder sonst beliebige Form haben.
Da sie nur in einer Richtung überströmt werden, sind zwischen ihnen nur kleine Räume
für die Bewegung der Flüssigkeit nötig. Die Kühlfläcben lassen sich daher auf sehr
geringem Raum unterbringen.
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Das im Kühlraum etwas unter Arbeitstemperatur abgekühlte Gemisch wird
in den Mischraum zurückgeführt und dort intensiv mit dem Glycerin vermischt, dabei
nimmt es die ganze Reaktionswärme auf und verhütet, da es gewissermaßen die nötige
Kälte vom Kühlraum in den Mischraum mitbringt, jede Uberhitzung im Mischraum mit
Sicherheit. Da hier keinerlei Hindernisse für die Rührung (z. B. Kühlschlangen)
vorhanden sind, kann diese sehr intensiv gestaltet werden, so daß lokale Temperaturdifferenzen
überhaupt nicht entstehen können.
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Das im Apparat befindliche Reaktionsgemisch dient selbst als Kälteüberträger,
indem es sich auf seinem Kreiswege abwechselnd im Kühlraum abkühlt und im Mischraum
durch die Reaktion wieder erwärmt. Dabei hat man es in der Hand, durch möglichst
große Intensität dieses Kreislaufes den Temperatursprung zwischen Mischraumeintritts-
und -austrittsstelle beliebig klein zu machen.
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Die Durchmischung und die Kreisbewegung der Flüssigkeit kann durch
ein und dieselbe Vorrichtung bewirkt werden, z. B. durch einen Preßluftinjektor
oder einen Propellerrührer; es können aber auch für beide Zwecke verschiedene Vorrichtungen
zur Anwendung kommen.
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Das Verfahren ist sowohl für Chargenbetrieb als auch für kontinuierliche
Arbeitsweise verwendbar.
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Es ist Tatsache, daß Wirbelbildungen und lokale Kreisläufe durch die
Rührung in jedem Glycerinnitrierapparate entstehen und den Wärmeaustausch fördern.
Von diesenWirbelbildungen unterscheidet sich aber der Kreislauf der Flüssigkeit,
von dem hier die Rede ist, sehr wesentlich, denn er wird bewußt und intensiv gefördert
und erst dadurch, daß er zwischen zwei verschiedenen Räumen vor sich geht, in exakte
Bahnen geleitet.
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Von einer Teilung des Apparates in zwei Abteilungen ist zwar schon
im britischen Patent Nr. 125 o91 die Rede, aber dort wird damit ein ganz anderer
Zweck verfolgt. Es findet zwischen diesen beiden Räumen kein Kreislauf statt, sondern
sie werden nur von dem Reaktionsgemisch hintereinander durchströmt; der Inhalt beider
Abteilungen steht nicht an zwei Stellen, sondern nur unten in Verbindung. Auch ist
in dieser Erfindung von einer Funktionsteilung zwischen diesen beiden Abteilungen
nicht die Rede, sondern sie dienen beide der Kühlung und Mischung gleichzeitig;
in beiden Abteilungen sind Kühlschlangen mit notwendigerweise weiten Zwischenräumen
a:ngeandnet, und in beiden wird durch die eingebaute Rührvorrichtung kein einheitlicher
Flüssigkeitsstrom, sondern eine Wirbelbewegung hervorgebracht.
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Die Zeichnung zeigt als Beispiel einen nach dem neuen Prinzip konstruierten
Apparat für kontinuierliche Nitrierung. Der Kessel 1 ist bis zur Höhe des Überlaufrohr
es 2 mit einer Emulsion von Nitroglycerin und Abfallsäure gefüllt. Er wird durch
die innerste Schlange 3, deren Windungen dicht aneinanderliegen, in den inneren
Mischraum4 und den äußeren, von Schlangen erfüllten Kühlraum 5 unterteilt. Der Propellerrührer
6 bewirkt die intensive Rührung im Mischraum und zugleich starke Zirkulation des
Inhaltes über die Kühlschlangen hinweg. Durch die Öffnungen 7 tritt kontinuierlich
die Mischsäure zur Reaktionsflüssigkeit hinzu, strömt mit ihr über die Schlangen
und läuft bei 8 etwas abgekühlt und durch das Reaktionsgemisch stark verdünnt in
den Mischraum ein. Bei g läuft das Glycerin aus einem Ringrohr mit mehreren öffnungen
aus, es vermischt sich mit der bei 8 überlaufenden Säure, so daß durch die Reaktion,
welche nun in dem Mischraum stattfindet, wieder der Anfangszustand des Reaktionsgemisches
hergestellt wird. To ist ein Thermometer, i 1 und 12 sind die Anschlüsse für das
Kühlmittel, 13 ist eine Glasplatte zur Beobachtung des Vorganges, 14 ist der Sicherheitshahn
zur Entleerung des Apparates im Falle einer Zersetzungsgefahr.