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Verfahren zur Anreicherung von verdünnten, wäßrigen Halogenwasserstoffsäuren
In der Technik tritt häufig die Aufgabe auf, Säuren einen Teil ihres Wassergehaltes
zu entziehen. Sofern es- sich hierbei um solche. Säuren handelt, welche bei der
Verdampfung mit dem Wasserdampf aceotropische Gemische bilden, wie dies insbesondere
bei den Halogenwasserstoffsäuren der Fall ist, pflegt man im allgemeinen mit einem
Trockenmittel, wie beispielsweise Chlorcalciumlauge, zu arbeiten.
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So ist es beispielsweise bekannt, bei der Anreicherung der bei dem
Verfahren der Holzhydrolyse nach Dr. B e r g i u s anfallenden verdünnten Salzsäure
diese Säure zusammen mit dem Trockenmittel in einen Verdampfer einzuführen, in dem
der Druck und die Temperatur so eingestellt sind, daß die Säuredämpfe oben aus dem
Verdampfer entweichen, während das Wasser durch das Trockenmittel zurückgehalten
wird und mit diesem zusammen in einen zweiten Verdampfer gelangt, in dem die Abtreibung
des Wassers aus dem Trockenmittel erfolgt. In dieser Weise war es zwar möglich,
ein ununterbrochen arbeitendes Verfahren der Konzentrierung von verdünnten Säuren
zu erhalten, doch weist das bekannte Verfahren den Nachteil auf, daß einerseits
mit der Säure noch verhältnismäßig große Mengen Wasserdampf entweichen, während
andererseits in dem Trockenmittel noch Salzsäurereste verbleiben, die dann beim
Abtreiben des Wassers aus dem Trockenmittel ebenfalls entweichen und einen Verlust
bedeuten.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von verdünnten,
wäßrigen Halogenwasserstoffsäuren, insbesondere der bei der Holzverzuckerung anfallenden
Salzsäure, mit Hilfe von Calciumchloridlauge und besteht in ihrer allgemeinen Form
darin, daß die Säure ganz oder teilweise verdampft und im Gegenstrom zu der Calciumchloridlauge
geführt wird, worauf anschließend aus der mit Wasser angereicherten Calciumchloridlauge
das Wasser abgedampft wird.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden.
Es wird erreicht. daß die vom Wasser befreite Säure
keine oder doch
nur ganz geringe Mengen an Wasser enthält und daß das Chlorcalcium lediglich das
Wasser und nicht Teile des Säure aufnimmt, so daß größere Verluste 2th# Säure vermieden
werden.
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Zur praktischen Durchführung des Ver renn nach der Erfindung wird
vorteilhaft dicY Calciumcliloridlauge oben auf einen Füllkörper oder Kolonnenböden
enthaltenden Turm aufgegeben, in welchem unten das Gemisch aus Wasserdampf und Säuredämpfen
eintritt.
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Gegebenenfalls kann auch zur Erhöhung der Wirkung ein Teil des unten
in dem Turm sich ansammelnden Chlorcalciums durch eine Pumpe wieder auf den Turm
aufgegeben werden, nachdem es vorher durch einen zwischengeschalteten Kühler auf
die für den oberen Zustand erwünschte Temperatur gekühlt worden ist. Durch entsprechende
Bemessung des Verhältnisses von Chlorcalcium zur Säure läßt sich erreichen, daß
unten aus dem Turm das Chlorcalcium praktisch säurefrei abläuft. Erforderlichenfalls
können aus dem Chlorcalcium die letzten Reste von etwa aufgenommener Säure in einer
dem Turm nachgeschalteten Stufe mit Hilfe von Wasserdampf ausgetrieben werden.
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Die mit Wasser beladene Chlorcalciumlauge wird einem Verdampfer zugeführt,
in dein das aufgenommene Wasser ausgetrieben und wieder eine wasseraufnahmefähige
Lösung erzeugt wird, welche auf den eingangs erwähnten Turm aufgegeben werden kann.
Auf dem Wege zum Verdampfer wird das finit Wasser angereicherte Chlorcalcium ini
Wärmeaustausch zu dem vom Wasser befreiten Clilorcalcium geführt, so daß einerseits
eine Erwärmung des wasserreichen Chlorealciums vor der Einführung in den Verdampfer
und andererseits eine Abkühlung des vom Wasser befreiten Chlorcalciums vor der Ausgabe
auf dem Turm erfolgt.
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Die Verdampfung der anzureichernden Säure vor der Durchführung der
Gegenstromberieselung mit der Chlorcalciumlauge kann in einem beliebig ausgebildeten
Apparat durchgeführt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt,
die Verdampfung in unmittelbarem Wärmeaustausch durch die entsprechend hoch vorgewärmte
Lauge durchzuführen, so daß schon bei der Verdampfung ein gewisser Wasserentzug
eintritt. Für den Fall, daß die mit der Chlorcalciumlauge zugeführte Wärme zur Verdampfung
der anzureichernden Säuren nicht ausreicht, kann noch ein chemisch und physikalisch
indifferenter Wärmeträger beigegeben werden.
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Eine weitere Möglichkeit der Verdampfung der anzureichernden Säuren
besteht darin, dieselbe mehrstufig durchzuführen. In diesem Falle bestehen die in
der ersten Stufe anfallenden Brüden in der Hauptsache aus "Salzsäuren mit einem
verhältnismäßig gerin-'i#n Anteil an Wasserdampf. Die in der er-.&t¢n Stufe
anfallenden wasserarmen Brüden 4erden zweckmäßig dem der Gegenstromierieselung dienenden
Turm etwa in der Mitte zugeführt, während die Brüden der unteren Stufen unten in
diesen Turm eingeleitet werden.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Verfahren nach der Erfindung
ununterbrochen durchzuführen. In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt, und zwar in Anwendung auf die Anreicherung einer verdünnten Salzsäurelösung.
Von diesen zeigt Abb. i eine Arbeitsweise mit mittelbarer Aufheizung, während Abb.
2 eine solche mit im wesentlichen unmittelbarer Erwärmung wiedergibt.
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Gemäß Abb. i wird die wäßrige Salzsäurelösung in einer mittelbar beheizten
Vorrichtung R verdampft und das so erhaltene Geinisch aus Salzsäuregas und Wasserdampf
in den Turm .1 unten durch die Leitung B eingeführt. Oben auf den Turm A wird durch
die Leitung C die vorher entwässerte Chlorcalciumlauge mit einer bestimmten, nicht
zu hohen Temperatur aufgegeben und läuft unten aus der Leitung D ab, nachdem sie
den Wasserdampf, welcher zusammen mit der Salzsäure in den Turm A eingeführt wurde,
absorbiert hat. Oben aus dem Turm A entweicht bei h das Salzsäuregas. Alsdann geht
diese wasserreichere Lauge durch einen Wärineaustauscher E und gelangt in einen
Verdampfer G, der beispielsweise durch Dampf erwärmt wird, wo der Wasserdampf ausgetrieben
wird. Die wasserarme Clilorcalciunilauge verläßt diesen Verdampfer durch die Leitung
F, tritt durch den bereits erwärmten Wärmeaustauscher E hindurch und gelangt alsdann
wieder durch die Leitung C in den Turm A.
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In dem Wärmeaustauscher E wird die Temperatur der in den Turm A eintretenden
Chlorcalciumlauge so weit herabgesetzt, daß oben aus dem Turm A bei V kein
Wasserdampf entweicht. Andererseits muß die Temperatur in dem Verdampfer G so hoch
gehalten werden, daß das gesamte aufgenommene Wasser wieder restlos verdampft wird.
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Bei dieser Anordnung besteht auch die Möglichkeit, falls erwünscht,
einen Teil der Chlorcalciumlauge nach Durchgang durch den Kühler E wieder auf den
Turm A hinaufzupumpen, um in dieser Weise eine stärkere Berieselung zu erhalten.
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Gemäß Abb.2 erfolgt die Verdampfung der wäßrigen Salzsäurelösung in
einem Gefäß T, in welches die genannte Lösung durch
die Leitung
K eingeführt wird. Gleichzeitig gelangt in dieses Gefäß die hocherwärmte Chlorcalciumlauge,
welche durch die Leitung L zugeführt wird. Das Verhältnis der genannten Mengen soll
so sein, daß die gesamte wäßrige Salzsäure verdampft wird. Hierbei wird sofort das
mit der Lösung eingetretene Wasser von der Chlorcalciumlauge aufgenommen. Das Gemisch
aus der jetzt wasserreicheren Trockenlauge, den Salzsäuregasen und geringen Mengen
Wasserdampfes tritt durch die Leitung M in den Turm N über. Die Salzsäuregase steigen
nach oben und werden bei X abgezogen, die Lösung fließt nach unten ab und verläßt
den Turm N durch die Leitung O. Gegebenenfalls kann in dem unteren Teil des Turmes
N durch mittelbare Erhitzung die Chlorcalciumlauge noch etwas erwärmt werden. Ein
Teil der Lauge wird, nachdem sie vorher durch einen Kühler P gegangen ist, oben
auf den Turm N aufgegeben und fließt im Gegenstrom zu den aufsteigenden Salzsäuredämpfen
nach unten. Die Temperatur oben im Turm wird so niedrig gewählt, daß die oben bei
X austretenden Salzsäuredämpfe praktisch keine oder nur geringe Mengen Wasserdampf
mitnehmen. Andererseits wird durch die Temperatur im Unterteil des Turmes dafür
gesorgt, daß praktisch die Salzsäure restlos ausgetrieben wird.
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Die von Salzsäure befreite wasserhaltige Chlorcalciumlauge wird jetzt
in einem turmförmig ausgebildeten Verdampfer 0, der mit höherer Temperatur betrieben
wird; vom Wasserdampf befreit. Auf diesen Turm wird die wasserreiche Lauge durch
eine Pumpe S aufgegeben. In den Turm treten unten bei T heiße Rauchgase ein, welche
durch Verbrennen irgendwelcher Brennstoffe erzeugt werden. Der Wasserdampf verläßt
den Turm O mit den Rauchgasen bei U, und die hocherwärmte Lauge wird unmittelbar
dem Mischapparat sowie dem Turm N zugeführt.
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Der Vorteil der in Abb.2 dargestellten Vorrichtung besteht darin,
daß, abgesehen von dem zwischengeschalteten kleinen Kühler P, keinerlei mit mittelbarem
Wärmeaustausch arbeitende Wärmeaustauschapparate benötigt werden und außerdem Werkstoffe
verwendet werden können, welche durch Salzsäure nicht angegriffen werden und doch
verhältnismäßig billig sind, während man bei mittelbarer Beheizung und den in Frage
kommenden Temperaturen mit den kostspieligen Edelmetallen oder großen Flächen arbeiten
muß.