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Verfahren zur Durchführung von Umsetzungen zwischen im Gegenstrom
zueinander wandernden Flüssigkeiten und Gasen, bei denen feste unlösliche Stoffe
als Reaktionsprodukte auftreten in der chemischen Technik müssen häufig Gase und
Flüssigkeiten in innige Berührung miteinander gebracht werden. Hierfür sind eine
große Zahl von Vorrichtungen tentwickelt worden die mit im allgemeinen befriedigendem
Erfolg arbeiten.
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Die bekannten Vorrichtungen versagen aber, sobald zwischen den miteinander
in Berührung gebrachten Gasen und Flüssigkeiten sich Umsetzungen alispielen, bei
denen festes in der Flüssigkeit unlösliche Stoffe neu gebildet werden.
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Beispielsweise würden die üblichen, mit reinen Flüssigkeiten und
Gasen gut arbeitenden Hordenwäscher oder Rieselkühler sich durch die festen, während
der Reaktion gebildeten Ausscheidungen in kürzester Zeit verstopfen und ein weiteres
Arb!eiten mit ihnen unmöglich machen.
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Es wurde nun gefunden, daß man auch die Vorgänge zwischen Gasen und
Flüssiggleiten, bei denen feste Umsetzungsprodukte auftreten, die bisher außerordentlich
schwierig zu beherrschen waren, glatt und ohne Stangen durchführen kann, wenn man
die Umsetzung zwischen den im Gegenstrom zueinander fließenden Reaktion steilnehmern
vornimmt in liegenden zylindrischen Gefäßen, deren Abmessungen in Richtung der Strörnung
der Reaktionsteilnehmer mindestens das Vierfache der Querabmessungen betragen und
die mit einer mit schmalen Rührarmen besetzten, verhältnismäßig rasch, etwa 3 Umdr./Sek.,
rotierenden axialen Welle versehen
sind, die die bei der Umsetzung
gebildeten festen Stoffe am Absetzen verhindert und das Gas und die Flüssigkeit
miteinander vermischt, ohne ihre Strömung zu beeinflussen.
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Liegende zylindrische Reaktionsgefäße, deren Abmessungen in Richtung
der Achse mindestens das Vierfache der Querabmessun. gen betragen, sind'bereits
zur Durchführung von Gasreaktionen oder Reaktionen in flüssiger Phase, bei denen
feste Stoffe gebildet werden, vorgeschlagen worden; da es sich aber um Reaktionen
im homogenen Medium handelt, sind die in den bekannten Vorrichtungen dieser Art
benutzten Rührvorrichtungen (Ketten, Transportschnecken u. dgl.) weder bestimmt
noch geeignet, eine flüssige mit einer Gasphase zu vermischen.
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Zur Durchführung von Reaktionen nvischen Gasen und Flüssigkeiten,
bei denen jedoch keine Abscheidung von unlöslichen Feststoffen stattfindet, sind
ebenfalls schon liegende zylindrische Gefäße, deren Achse mehr als viermal länger
als der Durchmesser ist, vorgeschlagen worden. Die . in diesen benutzten llührvorrichtungen,
auf einer axial verlaufenden Welle aufgereihte Siebscheiben oder Spiraibleche, würden
aber nicht die Benutzung der Vorrichtungen für Reaktionen, bei denen unlösliche
Feststoffe entstehen, g!estattre,n, denn in kürzester Zeit würden die Rührvorrichtungen
verkrusten, ganz abgesehen davon, daß sie zum Teil die glatte Strömung von Gas und
Flüssigkeit stark behindern, so daß ein echter Gegenstrom nicht aufrechterhalten
werden kann.
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Zur Durchführung von Reaktionen, bei denen durch Umsetzung eines
Gases mit einer Flüssigkeit schwer lösliche Feststoffe ausgeschieden werden, sind
endlich liegende Gefäße vorgeschlagen worden, die am unteren Teil eine zur Aufnahme
der Feststoffe bestimmte Erweiterung tragen. Die in diesem Gefäß benutzten Rührer
bestehen außer au.s durchlöcherten Blechen aus längs angeordneten, perforierten
Rohren, die die Langsachse in einem Abstand umkreisen und die Flüssigkeit zeitweilig
in sich aufnelunen, um sie dann wieder herausffießen zu lassen, wenn das Rohr sich
im Gasraum befindet. Diese Art der Rührung würde einmal einen echten Gegenstrom
unmöglich machen, zum andern aber sehr bald unwirksam werden, da die Rohre und die
am Boden des Gefäßes befindliche Elsveiterung, in welche die Rührer nicht eintauchen
können, in sehr kurzer Zeit verkrusten und sich verstopfen würden.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung zerschlagen die schmalen, schnell
umlaufenden Rührarme, welche den durchströmenden Medien einen ganz geringen Widerstand
entgegensetzen und die Strömung nicht beeinflussen, immer wieder die Flüssigkeitsteilchen
und schaffen auf diese Weise eine große Oberfläche für die Berührung zwischen der
Flüssigkeit und dem Gas. Während des Betriebes bildet sich in der Vorrichtung vorwiegend
in dem Raum über der Flüssigkeitsoberfläche ein Flüssigkeitsulebel, durch weichen
das Gas strömen muß. Durch diese £eine Verteilung der Flüssigkeit und die entsprechende
Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit wird nicht nur ein
rascher Umsatz erreicht, sondern .auch, daß die beim Umsatz entstehenden festen
Teilchen sich vorwiegend in den schwebenden Flüssigkeitströpfchen bilden und nicht
an festen Apparaturteilen, so daß diese nicht verkrusten können. Wegen der im Verhältnis
zur Breite großen Länge der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung lassen sich
die Reaktionen bei solchen StrömungsgleschwindDgkeiten, bei denen ein durch Diffusion,
Querströmungen u. dgl. praktisch unbe einflußter Gegenstrom innegehalten werden
kann, so weitgehend zu Ende durchführen, daß Störungen durch nachträgliche Ausscheidungen
nicht mehr zu befürchten sind.
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Ausführuingsbeispiel Schlammwasser, wie es bei der Staubvergasung
von Grudekoks zwangsläufig anfällt, soll durch Begasung mit Kohlensäure von seinem
Gehalt an Schwefelwasserstoff, der zum wesentlichen Teil gebunden als Ca 5, Ca (H
S)2 0. dgl. vorliegt, befreit werden.
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Zu diesem Zweck werden einem liegenden Zylinder von 1,2 nut Durchmesser
und 6 m Länge, der schwach geneigt gelagert ist, auf der einen Seite stündlich etwa
25 m; Schlammwasser zu- und auf der anderen Seite abgeführt. Der Ablauf wird so
eingestellt, daß die Trommel zur Hälfte mit Schlammwasser gefüllt ist. Im Gegenstrom
zu dem durchlaufenden Wasser werden durch die Trommel stündlich etwa Isom3 Kohlensäure
geführt, von der ein Teil durch die Flüssigkeit absorbiert wird und hierdurch einen
entsprechenden Teil Schwefelwasserstoff aus dem Schlammwasser austreibt, wobei zunächst
große Mengen von CaCO3 0. dgl. ausfallen. In der Längsachse ist die Trommel von
einer Welle durchzogen. Diese Welle ist im Abstand von etwa 20 cm mit einfachen
Rundeisen besetzt, die etwas kürzer als der Halbmesser des Zylinders sind. Die Umdrehzahl
dieser Rührvorrichtung beträgt etwa 1 So pro Minute.
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Nach etwa halbjährigem Betrieb zeigten die inneren Trommelwände nur
ganz gering fügige, den Betrieb in keiner Weise hindernde
Ansätze
von etwa 1 bis 2 mm Stärke.
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Der Schwefelgehalt des Schlammwassers konnte, wenn mit zwei hintereinandergeschalteten
Trommeln gearbeitet wird, von etwa 4 g je Liter auf o,g g je Liter Schlammwasser
durch Behandlung in dieser Vorrichtung herabgesetzt werden. Das die Trommeln verlassende
Austreibegas enthält etwa 30 bis 35 Volumprozent H2 S und 65 bis 70 Volumprozent
C °2, kann also beispielsweise nach dem Claus-Verfahren auf elementaren Schwefel
verarbeitet werden. Wenn Schlammwasser mit nur 1 g Schwefel te Liter zugeführt wird,
kann der Schwefelgehalt bis auf 50 mg Schwefel je Liter 5 chlammwasser ermedrigt
werden.
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In ähnlicher Weise lassen sich z. B. konzentrierte Natriumphenolatlaugen
mit Kohlensäure entphenolieren, wobei sich relativ schwer lö,slichesNatriumcarbonat
ausscheidet.
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Das ,erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Vorteil auch dann anwenden,
wenn die unter Bildung von festen unlöslichen Stoffen miteinander reagierenden Gase
und Flüssigkeiten bereits Feststoffe, Schlamm und/oder Staub, enthalten.