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Herstellung hochprozentiger Salpetersäure Die Herstellung hochprozentiger
Salpetersäure aus Stickoxyden, z. B. flüssigem Stickstofftetroxyd, wäßriger Salpetersäure
und Sauerstoff unter Anwendung erhöhten Drukkes ist bekannt. In der Kälte verläuft
die Reaktion nicht schnell genug, und man hat deshalb bereits vorgeschlagen, erhöhte
Temperaturen anzuwenden. Die Verwendung beheizter Druckgefäße ist aber hinsichtlich
Konstruktion und Haltbarkeit der Apparatur sowie des zusätzlichen Energie- und sonstigen
Aufwandes nachteilig. Es ist auch bekannt, die Druckrohre zwecks Durchführung des
Prozesses ohne Zusatzheizung zu isolieren: eine Außenisolation ist jedoch unvollständig
und in Anbetracht der erforderlichen Kontrolle unerwünscht. Däs vorliegende Verfahren
bezweckt die Erzielung maximal erreichbarer Temperaturen durch Rückführung der Reaktionswärme
mit dem Sauerstoff unter Verwendung eines in einem Druckmantel befindlichen, nicht
besonders beheizten Einsatzgefäße..
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Es ist bekannt, den Einsatz dadurch von einer unzulässigen Druckbeanspruchung
zu entlasten, daß der zwischen Einsatz und Man-tel befindliche Rauin finit
inerten Gasen oder mit Sauerstoff, der ja bei dein Prozeß ohnehin verfügbar ist,
auf denselben Druck wie der Einsatz aufgefüllt wird. Zwar ist es weiterhin an sich
bekannt, die Druckgleichheit des Innenraumes des Einsatzes mit <lern zwischen
Einsatz und Druckmantel befindlichen 'Zaum durch eine Druclcatisgleiclisleititnä
herzustellen, indessen wird dabei die an den Außenraum abgegebene Wärme nicht zum
inneren Reaktionsraum geführt, eine Erwärmung des äußeren Druckmantels bzw. wechselnde
Temperatur desselben nicht vermieden, und man muß bei der Salpetersäureherstellung
in Anbetracht der beim Arbeiten mit giftigen Stoffen zu stellenden hohen Sicherheitsanforderungen
besonders darauf bedacht sein, die Tetroxyd und Salpetersäure enthaltende Atmosphäre
des Einsatzes aus dem Mantelraum fernzuhalten.
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Die Nachteile der früheren Verfahren werden vermieden, wenn man erfinclungsgem:iß
bei der mit Einsatzgefäß und Druckaus-leichsleitung ,ersehenen Apparatur den Sauerstoff
zuerst durch den Zwischenraum zwischen Einsatz und 'Mantelgefäß hindurch und dann
durch die Druckausgleichsleitung in das Einsatzgefäß leitet. Die gesamte vorn Einsatz
abgegebene Wärme wird auf diese U'eise vorn Sauerstoff aufgenommen und dadurch in
vorteilhaftester Weise derjenigen Stelle des Prozesses zugeführt. an der die Reaktion
zu Ende verläuft bzw. Fertigsäure von möglichst niedrigem \T._ O"-Geltalt entnommen
«-erden soll. Die besondere Art der Ausnutzung der Reahtions«-ärine durch Rückleitung
an die Gaseintrittsstelle iin Einsatzgefäß bildet einen besonderen Vorzug des neuen
Verfahrens, das gleichzeitig eine pralaisch rollstündige und besonders wirksame
Ausnutzung der Reaktionswärme gestattet. Durch den strömenden Sauerstoff zwischen
Einsatz. und'La11tel;`efal.l
kann außerdem keine Tetrowd und Salpeter-s
'i Mantel-.- ure enthaltende Atlilo-,;pli:ire in den ,
raum gelangen,
so daß dessen Wandungen gegen zerstörende Einwirkungen vollständig eschützt und
die an eine Betriebsapparatur zu stellenden Sicherheitsanforderungen in vollkommeilster
«eise erfüllt sind. Hierin besteht ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens.
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Die erfindungsgem:iße vollständige und besonders wirksame Ausnutzung
der Reaktionswärme gestattet, ohne besondere Beheizung auch die höchsten Konzentrationen
von 98 bis ioo °%" I31 0, in der Produktion zu erreichen. K=onzentrationen
unterhalb 98 % lassen sich selbstverständlich gleichfalls vorteilhaft nach
dieseln Verfahren erzeugen. Der Druckausgleich erfolgt am besten durch eine außerhalb
des Gefäßes geführte, gegebenenfalls wärmeisolierte Leitung, die mit Abscheideflasche
oder sonstigen Behältern und Armaturen ausgerüstet werden kann und mit Sauerstoff
gespült wird. Es läßt sich dadurch sicherstellen, daß korrodierende Stoffe nicht
durch die Druckausgleichsleitung in den Raum zwischen Einsatz und Druckmantel gelangen
können. Die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und dem zwischen Einsatz und Mantel
befindlichen Raum wird durch zwei nebeneinandergestellte Manometer oder vorteilhaft
durch ein Differentialmanometer sichtbar gemacht. Dieses Manometer kann mit einer
Alarmvorrichtung und mit einer Registrierung ausgerüstet sein. Es ist ferner vorteilhaft,
den Einsatz auswechselbar einzusetzen. l--r wird z. B. gasdicht in die Dichtung
des Deckels eingehängt oder als geschlossenes Gefä13 ausgebildet, welches einen
Fortsatz besitzt, der den Druckmantel durchdringt. Der Einsatz wird thermisch nicht
beansprucht, da er ja nach seiner Anbringung sich entweder frei dehnen und zusammenziehen
kann oder aber Dehnungswellen enthält. Man kann auch einen Einsatz mit Versteifungen
o. dgl. versehen, um ihn gegen äußeren oder inneren Cberdruck widerstandsfähiger
zu machen, oder ihn mehrwandig ausführen, z. B. um bei einem Materialfehler oder
Porosität einer Sch-,veißstelle eine zweite Sicherheit zu haben oder urn eine Isolierung
anzubringen u. dgl. Auch die Druckausgleichsleitung samt Zubehör ist nach Bedarf
mit einer Auskleidung oder einem Schutzanstrich zu versehen. Die Druckausgleichsleitung
kann in dein Innenraum bis zu beliebiger Höhe fortgesetzt werden. gegebenenfalls
bis zum anderen Ende des Gefäßes. Sie kann auch in eine Gasverteilungseinrichtung,
7.13. aal Boden des Einsatzes, auslaufen. Der Sauerstoff wird fein verteilt, z.
B. durch Siebböden oder poröse Platten zugeführt. Das der Erfindung zugrunde liegende
Prinzip kann an verschiedenen Stellen einer Apparatur bzw. eines Prozesses mehrfach
zur Anwendung kommen, so claß auch mehrere derartige Rohre gemeinsam arbeiten, unter
Herstellung verschiedener Stufen, Gegenstrom usw. Das Verfahren ist sowohl bei periodischer
als auch bei kontinuierlicher Betriebsweise vorteilhaft. Es empfiehlt sich, den
Prozeß kontinuierlich zu führen.
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Beispielsweise werden zwei Ausführungsformen des Verfahrens durch
die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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In Abb. i bedeutet i einen eisernen Druckinantel mit oberem Deckel
a. In der Dichtung des Deckels hängt ein Einsatz 3 aus Aluminium, der auch am Boden
aufstehen und Delinungswellen besitzen kann. Eine Druckausgleichslcitung 4 führt
von dem Raum zwischen Einsatz und Druckmantel zum Deckel des Gefäßes. Die Druckausgleichsleitung
durchdringt diesen Deckel und ist bis zum Boden des Einsatzes fortgeführt, wo sich
eine Gasverteilungseinrichtung 5 befindet.
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Der Einsatz wird bis zu einem gleichfalls durch den Deckel geführten
Überlauf 6 mit einem Gemisch von wäßriger Salpetersäure und Stickstolftetroxvd gefüllt.
Die Füllung kann auch unter Entlüftung des Gefäßes durch 7 bei geschlossener Druckausgleichsleitung
vorgenommen werden. Die Sauerstottzuführungsleitung 8, die mit einem Stapelraum
9 verbunden ist und Rückschlagsicherungen enthält, mündet in den Raum zwischen Einsatz
und Mantel. Der Sauerstoff tritt durch die bis zum Bodendes Einsatzes geführte Druckausgleichsleitung
verteilt in die Flüssigkeit und wird absorbiert. Der zutretende Sauerstoff strömt
um den Einsatz und führt die aufgenommene Wärme der Beschickung wieder zu. Nicht
absorbiertes Gas kann bei 7 abgeblasen werden. Wenn nur noch wenig oder gar kein
Sauerstoff mehr absorbiert wird, nimmt inan die fertige Säure heraus z. B. durch
ein durch den Deckel geführtes Tauchrohr io. Vorher kann noch unter Sauerstoffdruck
oder -zufuhr eine Abkühlung erfolgen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Kühlschlangen,
die z. B. um den Einsatz oder in den Einsatz verlaufen o. dgl. Es kann auch mit
Sauerstoff gekühlt werden, der unten in den Raum zwischen Einsatz und Druckmantel
eintritt und oben in den Stapelraum 9 übertritt, wo er dann für die nächste Charge
zur Verfügung steht. Der Raum zwischen Einsatz und Druckmantel ist mit einem Differentialmanometer
i i verbunden, welches andererseits mit dem inneren Reaktionsraum in '#,-erl)iitdung
steht. In der Druckausgleichsleitung befinden sich Ventile 12 und Abscheideflaschen
13, die als I'ufterbehälter dienen und bei Betriebsstörungen
einen
Rückschlag, verhindern. Der Druckmantel und die Druckausgleichsleitung sind mit
Aluminium 1q. gefüttert. - Im Druckmantel kann dieses Futter auch fehlen oder durch
einen losen Einsatz ersetzt sein. Der zum Boden des Druckmantels führende Anschluß
15 mit Probeventil 16 und Schauglas 17 dient zur Reinheitsprüfung des Sauerstoffes
im Zwischenraum zwischen Druckmantel und Einsatz. Weitere Ventile i8 und Manometer
i9, Thermometer bzw. Thermoelemente und sonstige Meßapparate und Armaturen werden
nach Bedarf angebracht. Die beschriebene Arbeitsweise gewährleistet Betriebssicherheit
auch bei häufigem Druck-und Temperaturwechsel. Sie befreit von der ständigen Sorge
um den etwaigen unbemerkten Angriff des Druckmantels an irgendeiner Stelle hinter
der Auskleidung, da die Spülung und Kontrolle des zwischen Druckmantel und Einsatz
befindlichen Raumes einfacher und sicherer ist als jede bei fester Auskleidung mögliche,
etwa unter Zuhilfenahme von Durchbohrungen des Druckmantels ausgeübte.' In Abb.2
bedeutet i wiederum einen eisernen Druckmantel mit oberem Deckel 2. Der Einsatz
3 besteht aus einem geschlossenen Gefäß mit einem Fortsatz, der durch den Deckel
2 geführt ist. Die Öffnung ist durch ein Zwischenstück ,4 mit einem Verteilungsblock
5 verbunden, an dem die Armaturen angeschlossen sind. Der Prozeß verläuft kontinuierlich.
Der von einem Kompressor gelieferte Sauerstoff tritt bei 6 ein, durchstreicht den
zwischen dem Druckmantel i und dem Einsatz 3 befindlichen Raum und gelangt nach
Durchströmen der Abscheideflasche 7 zu der am Boden des Einsatzes befindlichen,
z. B. mit einer porösen, keramischen Platte -oder entsprechenden "füllen versehenen
Gasverteilung B. Die flüssigen Rohstoffe treten bei 9 in den Einsatz, der beispielsweise
bis zu dieser Höhe mit der Flüssigkeit angefüllt ist. In Höhe bzw. unterhalb der
Rohstoffzutrittsstelle befindet sich eine Schicht Raschigringe oder Füllkörper.
Die Säure verläßt den Einsatz durch das Rohr io. Es ist selbstverständlich, daß
der Einsatz im Rahmen des vorliegenden Verfahrens auch anders ausgerüstet, z. B.
ganz mit Füllkörpern angefüllt werden kann oder nach Art einer Kolonne auszurüsten
ist, z. B. mit verschiedenen Siebböden mit Überlauf, auf denen die Flüssigkeit von
dem aufsteigenden Sauerstoff in feiner Verteilung durchperlt wird.
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Die Zeichnungen sind selbstverständlich nur schematisch ausgeführt.
Der Raum zwischen Druckmantel und Einsatz wird z. B. kleiner gestaltet werden, um
.den Druckraum möglichst auszunutzen. Ebenso ist das Verfahren nicht an irgendwelche
Materialien gebunden. Es kann z. B. von Vorteil sein, selbst dann nach dem beschriebenen
Verfahren zu arbeiten, wenn der Einsatz aus demselben Material besteht, welches
für den Druckmantel gewählt wird.