-
Reaktionsturm zur Durchführung chemischer und physikalischer Reaktionen
zwischen Gasen, Dämpfen oder dampfhaltigen Gasen und Flüssigkeiten Wenn Gase, Dämpfe
oder dampfhaltige Gase mit Flüssigkeiten in Berührung gebracht werden, so ist je
nach der angestrebten Reaktion eine Zu- oder Abfuhr von Wärme erforderlich.
-
Es ist bekannt, Türme, Rohre o. dgl., welche zur Durchführung der
Reaktionen, benutzt werden, von außen zu berieseln. Die Wirkung der Wärmeübertragung
ist aber so: wohl in- bezug ,auf die im Reaktionsraum befindliche Flüssigkeit als
auch bezüglich der Gase :oder Dämpfe unbefriedigend. Denn. von der Reaktionsflüssigkeit
fließt immer nur ein Teil der gesamten Menge an der Wand des Reaktionsraumes herunter,
andernfalls. die Flüssigkeit der Einwirkung der Gase entzogen würde. Die Wärmeübertragung
zwischenGas- undBerieselungsmittel ist nicht nur wegen des außerordentlich kleinen
Wärme-Übertragungskoeffizienten zwischen Metallwand und Gas sehr schlecht, sondern
auch deshalb, weil die Möglichkeit der Wärmeübertragung überhaupt infolge der gewöhnlich
großen Durchmesser der Reaktionsräume sehr gering ist.
-
Nach einer anderen Arbeitsweise werden vor die Reaktionsräume Wärmeaustauscheinrichtungen
angeordnet, in denen die aus dem Reaktionsraum austretende Flüssigkeit gekühlt oder
erwärmt wird, bevor sie wieder in den Reaktionsraum zurückkehrt.
-
Die für die Durchführung dieser Maßnahme in der chemischen Industrie
gebräuchlichen Einrichtungen weisen eine Reihe von großen Nachteilen auf. Handelt
es sich beispielsweise um die Herstellung von Salpetersäure aus Stickoxyden, so
tritt die Säure heiß, am Boden des Reaktionsturmes aus und beeinträchtigt erfahrungsgemäß
die Lebensdauer des Materials der Türme, Leitungen und Pumpen außerordentlich. Ferner
verursachen die Beschaffung und Wartung der außerhalb der Türme liegenden Kühlflächen
erhebliche Kosten.
-
Diesen Nachteilen wird nach der vorliegenden Erfindung durch eine
Vorrichtung abgeholfen, die darin besteht, daß in zylindrischen, kegelstumpfförmigen
oder anderw eitig geformten und von Metallwänden umschlossenen Reaktionsräumen übereinander
mehrere Glockenböden oder gegebenenfalls Füllkörperschichten tragende Siebböden
und Leitbleche angeordnet sind, welche die Reaktionsfiüssigkeit vor und nach Durchströmen
der Einbauten auf die von außen gekühlten oder beheizten metallischen Tuxmwände
führen.
-
Die Unterteilung turmartiger Behälter zur Durchführung von Reaktionen
zwischen Gasen und Flüssigkeiten in mehrere Stufen ist an sich bekannt. Diese Einrichtungen
werden von der Flüssigkeit entweder in ununterbrochenem Strom von oben nach unten
durchflossen oder aber der Transport der Flüssigkeit erfolgt von Stufe zu Stufe
durch außerhalb des Reaktionsraumes liegende Verbindungsleitungen.
Die
Ab- oder Zuführung von Wärme wird in jedem Fall durch besondere Wärmeaustauscheinrichtungen
erfolgen müssen, selbst wenn in den außerhalb des Reaktionsraumes angeordneten Verbin-.
dungsleitungen unter Umständen lediglich in*#.' folge der Außentemperatur eine gewisse
Abkühlung der Flüssigkeit eintreten sollte.
-
Eine Ausbildungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Vorrichtung und derer. Wirkung soll am Beispiel der Salpe'ersäureherstellung
nachstellend beschrieben werden.
-
Die Stickoxyde treten durch den Stutzena in den Turm ein, strömen
nacheinander durch die drei Glockenböden bi, b2, b3 und dann durch den Stutzen
c und die angeschlossene Leitung in den folgenden Absorptionsturm. Die z. B. aus
einem anderen Absorptionsturm stammende Salpetersäure wird durch Leitung d in den
Turm geführt, wo sie zunächst mittels eines Leitbleches o. dgl. an die Turmwand
geleitet und über diese verteilt wird, die von außen mittels herabrieselnden Kühlwassers
gekühlt ist. Die gekühlte Säure kommt dann auf den obersten Glockenboden b3, wo
sie mit den Stickoxyden in Reaktion tritt. Die durch die Aufnahme der Reaktionswärme
erwärmte Säure wird nun wiederum zur Kühlung an die Turmwand geführt, bevor sie
in der nächsten Glockenstufe b2 erneut mit den Gasen in Reaktionsaustausch tritt.
Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Säure aus dem unteren Teile des Turmes,
der als Sammelbecken ausgebildet ist, mittels der Pumpe e durch Leitung/
wieder
auf den Turm zurückgeführt wird. Die im Turm .erzeugte Säure kann ,durch Leitung
g abgeführt oder auf den nächsten Absorptionsturm geleitet werden. Die Führung des
Kühlwassers bedarf keiner näheren Erläuterung. Frischwasser wird z. B. für jede
Stufe getrennt aufgegeben und wieder abgeführt. Selbstverständlich ist es auch je
nach den Verhältnissen möglich, zwei oder mehr Stufen oder den gesamten Turm mit
demselben Kühlwasser zu berieseln, ohne daß zwischendurch eine Abführung des erwärmten
Kühlwassers erfolgt.
-
Zur Erhöhung der wirksamen Kühlfläche kann die Turmwand gewellt oder
anderweitig geformt sein. Mit den vorstehend gekennzeichneten einfachen Mitteln
der Erfindung lassen sich Vorteile erzielen, die insbesondere sich nach folgenden
Richtungen hin auswirken.
-
Einmal fallen die bisher außerhalb der Türme angeordneten Wärmeaustauscheinrichtungen
fort, die in der Säureindustrie aus teuren Speziallegierungen bestehen. Durch das
gleichzeitige Berieseln der .Turmwände wird von außen und innen eine weitgehende
Schonung des Materials ermöglicht, weil die Temperatur der Säure auf einer Höhe
gehalten wird, bei welcher jeder Angriff auf das Material vermieden wird. Ohne sich
der Gefa.hr einer vorzeitigen Abnutzung des Turmmaterials auszusetzen, können die
Turmwände aus diesem Grunde sogar sehr dünn gewählt werden, wodurch wiederum eine
bessere Wärmeübertragung zwischen Reaktionsflüssigkeit und Kühlmedium und folglich
auch eine günstige Beeinflussung des Reaktionsverlaufes erreicht wird.
-
Die schnelle und wirksame Abführung der Reaktionswärme nach jedesmaligem
Reaktionsaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit ist von größter Bedeutung für die
Darstellung von Salpetersäure aus Stickoxyden, weil sowohl die Oxydation des Stickstoffoxydes
zu Stickstoffdioxyd ein exothermer Vorgang ist und außerdem, ganz abweichend von
allen anderen Reaktionen, um so schneller verläuft, je tiefer die Temperatur ist,
und daß ferner mit fallender Temperatur immer größere Mengen von Stickstoffdioxyd
von der zirkulierenden Salpetersäure unter Bildung von Salpetersäure aufgenommen
werden.
-
Wenn Gase mit Flüssigkeiten in einem aus mehreren Reaktionsräumen
bestehenden System zum Reaktionsaustausch gebracht werden, so kann man mit Hilfe
der Vorrichtung gemäß der Erfindung auch Wärme in einen anderen Raum als dem abführen,
in welchem sie sich entwickelt hat. Beispielsweise wird bei der Herstellung von
Salpetersäure der weitaus größte Anteil der Reaktiomwäxme gleich in den ersten Reaktionsräumen
gebildet, zu deren Vernichtung infolgedessen auch die größte Kühlfläche erforderlich
ist. Da aber anderseits wegen der hohen Stickoxydkonzentration gerade am Beginn
des Systems die Reaktionsgeschwindigkeiten am größten .sind, können die hierfür
erforderlichen Turmräume verhältnismäßig klein bemessen werden. Dadurch gewinnt
man aber nur kleine Oberflächen zur Kühlung, und wenn nur diese als Kühlflächen
gemäß der Erfindung benutzt werden, so-wäre die Kühlung unvollkommen.
-
Hier kann man vorteilhaft die Oberflächen der folgenden größeren Reaktionsräume
benutzen, um die heiße Flüssigkeit aus dem vorderen Teil des Turmsystems abzukühlen,
indem man sie durch Leitbleche auf die Innenwand von im Gasgange später folgenden
Räumen herabfließen läßt und diese von außen mit Wasser kühlt. Die so gekühlte Säure
wird dann den Räumen der entsprechenden Konzentration wieder zugeführt.
-
Die vorliegende Erfindung gilt sinngemäß auch für solche Reaktionstürme,
die von
außen nicht mit Kühlwasser oder Kältelaugie, sondern beispielsweise
durch Bespülen mit einem kalten Gas gekühlt werden. In diesem Falle ist natürlich
ein Doppelmantel nötig.
-
Auch kann eine Kühlung mittels des Kühlwassers im Gegenstrom zu der
innen herabrieselnden Reaktionsflüssigkeit in der Weise erfolgen, daß ein zweiter
Mantel, der aus entsprechend billigerem Material bestehen kann, angeordnet wird
und daß, zwischen diesem und dem eigentlichen Mantel die Kühlflüssigkeit von unten
nach oben geführt wird.
-
In derselben Weise, wie das Verfahren zur Durchführung von exothermen
Reaktionen benutzt werden kann, kommt es auch zur Durchführung von wärmebindenden
Reaktionen in, Frage, wo dann" an Stelle des Kühlmediums ein Wärmemittel benutzt
wird.