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Generator für die Gaserzeugung aus festen und gasförmigen Reaktionsteilnehmern
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Gasgenerator und im
besonderen auf einen verheslserten Gasgenerator, der insbesondere für die Erzeugung
von explosiven Gasen geeignet ilst. Er ist jedoch ebenfalls für die Erzeugung von
nlichtexplosiven Gasen anevendbar.
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I)ie Erfindung liefert Einrichtungen, bei denen die unheilvollen
Auswirkungen einer im Generator stattgefundenen Explosion ausgeschaltet oder zumindest
auf das geringstmögliche Maß herabgesetzt werden. Der erfindungsgemäße Gasgenerator
ist ins besondere für die Erzeugung von Chlordioxyd aus Chlorgas und einem Chlorit
geeignet und wird nach folgend mit besonderem Hinweis auf eine solche Verfahrensweise
beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, daß die Anwen4ung der Erfindung nicht auf
die Benutzung für dieses spezielle VetrfahrenF begrenzt ist, sondern daß die Erfindung
in weiterer Sicht ganz allgemein für die Gaserzeugung durch solche Reaktionen anwendbar
ist, wo ein Gas oder eine gasförmige Mischung mit festem oder flü,ssigem, insbesondere
mit festen Stoffen von relativ kleinen Teilchenabmessungen umgesetzt wird.
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In der amerikanischen Patentschrift 2 309 457 ist ein verbessertes
Verfahren zur Erzeugung von Chlordioxyd beschrieben, das darin besteht, daß Chlorgas,
mit Luft oder einem anderen als Verdünnungsmittel dienenden Gas gemischt, in Berührung
mit einem festen Chlor, beispielsweise Natriumchlorit oder Calciumchlorit, gebracht
wird. Rei sorg-
fältiger Kontrolle der durch die Reaktionszone hindurchtretenden
Chlor-Luft-Mischung erhält man am Austrittsende des Generators Gase, in denen das
Chlordioxyd in ungefährlichen Konzentrationen vorliegt.
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Erfahrungsgemäß liegt die Schwierigkeit in der Erzeugung und Handhabung
des Chlordioxyds in der Explosionsgefahr. Zur Vermeidung der Explosionsgefahr ist
es im allgemeinen erforderlich, das Chlordioxyd im hohen Maße in Luft oder einem
anderen inerten gasförmigen Medium zu erzeugen und zu handhaben. Beispielsweise
ist die Handhabung von Chlordioxyd in solchen Konzentrationen, bei denen der Partialdruck
des Chlordioxyds etwa bis 70 mm Hg beträgt, ungefährlich, während die Handhabung
bei etwa 70 mm Hg oder höher üblicherweise mit Gefahr verbunden ist. Wen die Konzentration
diesen Grenzwert erreicht oder überschreitet, kommen leicht Explosionen vor.
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\2'ein die Konzentration des in der Reaktionszone gebildeten Chlordioxyds
eine solche erreicht, bei der Explosionen auftreten, ist die Reaktionswärme so groß,
daß das Chlorit schnell zu Chlorat umgewandelt wird, und zwar liegt die Temperatur
wahrscheinlich über dem Schmelzpunkt des Chlorats, d. h. über 2480. Da dieses heiße
Chlorat ein agressiver, oxydierender Stoff ist, setzt er jedes organische Material,
mit dem er in Berührung kommt, in Brand. Es ist deshalb wichtig, daß illl Falle
einer Explosion dieses heißflüssige Chlorat unschädlich gemacht wird.
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In dem erfindungsgemäßen Generator wird dicse Gefahr dadurch vermieden,
daß an die Reaktionskammer angrenzend ein großer Entleerurgsraulll angeordnet ist,
der durch eine dünne Scheibe, bei spielsweise aus Metall, insbesondere Silber, oder
kunststoff, von der Reaktionskammer abgetreml t ist. Diese Scheibe muß ausreichend
fest sein, unl den normalen Arbeitsdruck aufnehmen zu können.
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Sie muß jedoch beim Auftreten einer Explosion zerspringen und die
Entleerung des Inhalts der Reaktionszone einschließlich des Chlors und der Chlordioxydgase
in die Entleerungskammer gestatten.
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Die Durchtrittsöffnung von der Reaktionskammer zum Entleerungsraum,
die durch diese Scheibe abgedichtet wird, ist vorteilhafterweise mit einem solchen
Querschnitt versehen, daß nach dem Zerspringen der Scheibe eine freie und im wesentlichen
uneingeschränkte Verbindung mit dem Entleerunigsraum herbeigeführt ist, um dadurch
den Rückdruck in der Reaktionskammer auf das geringstmögliche Maß herabzusetzen.
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Der Entleerungsraum ist vorteilhafterweise mit einer Gasentlüftung
von relativ großem Querschnitt versehen, der in die äußere Atmosphäre führt und
die Gase aus dem Entleerungsraum sicher abführt. Vorteilhafterweise ist der Entleerungsraum
ebenfalls mit einer Abflußeinrichtung versehen. durch welche die in den Raum entleerten
Salze mit Wasser anl eine geeignete Absetzstelle herausgespült werden können.
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Im Falle einer Explosion besteht ebenfalls die Gefahr, daß Salze
aus der Reaktionskammer durch das Gasabführungsrohr in das Verteilersystem geblasen
werden. Um dieses mitgerissene Salz von den Verteilerrohren fernzuhalten, wird das
ausströmende Gas zunächst durch eine große Expansiomskammer geführt, in der irgendwelche
mitgerissenen festen Teilchen durch die Geschwindigkeitsheral>setzung abgeschieden
werden.
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Die Erfindung wird nachiolgcnd an Hand der Zeichnung erklärt, Bolzen
es sich hierbei jedoch nur um eine besondere Ausführungsform der Erfindung handelt.
Die Zeichnung stellt dabei im Vertikalschnitt eine hesonders vorteilhafte Ausführungsart
der Erfindung dar, die besonders für die Gewinkung von Chlordioxyd durch Umsetzung
von Chlor mit einem festen Chlorit geeignet ist.
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In der Zeichnung ist eine Iteaktionskammer l dargestellt, die durch
einen sich vertikal erstrelkenden Zylinder 2 gebildet ist und aufwärts ragend auf
einen rechtwinkligen Grundteil 3 aufgesetzt ist, das den Entleerungsraum 4 bildet.
Der Zylinder 2 und das rechtwinklige Grundteil 3 können bei spielsweise aus Eisen
oder Stahl gefertigt sein. Wo jedoch die Vorrichtung mit korrodierenden Gasen wie
Chlor und Chlordioxyd in Berührung kommt, müssen die entsprechenden Teile aus korrosionsbeständigem
Material, beispielsweise aus Glas, Steinzeug oder korrosionsbeitändigen Kunststoffen
oder korrosionsbeständigen Äfetallen gefertigt sein.
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Der Zeichnung zufolge ist der Zylinder 2 mit einer inneren Ausfütterung
5 aus Glas oder Steinzeug versehen, die innerhalb des Zylinders 2 dadurch eine Schicht
eines Klebematerials 6 eingekittet ist.
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Die Abmessungen der l<eaktiouskamtner könneii je nach der gewünschten
Kapazität variiert werden.
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Für die Gewinnung von Chlordioxyd hat man gute Ergebnisse erzielt,
wenn man eine Reaktionskammer von etwa 115 mm im Durchmesser und etwa I52,2 mm in
der Höhe benutzte. Die Kammer für die Erzeugung von Chlordioxyd, beispielsweise
gemäß der vorhin erwähnten Realtion, muß dabei so konstruiert sein, daß sie den
den Atmosphärendruck übersteigenden Arbeitsdruck von wenigstens etwa 0,I4 bis 0,35
atü mit dem üblichen Sicherheitsfaktor aufnehmen kann.
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Der Zylinder 2 ist vorteilhafterweise, wie bei 7 gezeichnet, an jedem
Ende mit einem Flansch versehen. Der untere Flansch ist dabei so gestaltet, daß
er durch Bolzen mit dem rechteckigen Grundteil 3 verbunden werden kann, während
der obere Flansch mit einer abnehmbaren Deckplatte 8 mittels Bolzen und Gegenmuttern
g abgeschlossen wird. Das Gasabzugsrohr 10 führt von einer in der Abdeckplatte 8
zentral angeordneten Öffnung zur Expansionskammer II, in die es bis zu einem Punkt
unterhalb des Gasahlaßstutzens 12 führt, der das Gas von der Expansionskammer weiter
zum Verteilersystem leitet.
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An ihrem unteren Ende ist die Reaktionskammer I mit einer durchlöcherten
Auflage 13. beispielsweise ein Rost, ein Sieb o. dgl., versehen, auf das ein fein
verteilter körniger oder flockiger Stoff, beispiels-
weise ein Chlorit,
aufgehäuft werden kann. Ferner ist ein Einführungsstutzen Ig für die Zufuhr der
Chlor-Luft-Mischung unterhalb der Auflage vorgesehen. Das untere Ende der Kammer
I ist durch die Scheibe I6 von dem Entleerung:sraum 4 hermetisch abgedichtet, wobei
die Scheibe I6 von dem Verschlußteil I7 getragen werden kann.
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Das Verschlubteil I7 ist der Zeichnung zufolge so konstruiert, daß
es sowohl eine Auflage für das Sieb 13 als auch für die Scheibe I6 bildet und ist
durch die Mutter 14 lösbar mit einem Scharnierglied 18 verbunden und kann somit
einen gasdichten Abschluß für das untere Ende der Reaktionskammer bilden. Es ist
ebenfalls so gestaltet, daß es, wenn bei normaler Arbeitsweise die Chloritfüllung
ausgelaugt ist, die zurückbleibenden Salze durch Herabschwenken aus der Reaktionskammer
in den Entleerungsraum 4 abgelassen werden können. Beim Arbeiten wird das Verschlußteil
17 etwa durch die Flügelmuttern 20 dicht gegen die Dichtungsmanschette 19 gedrückt.
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Der Entleerungsraum 4 ist mit einer angelenkten Reinigungstür 2I
versehen, die in der Normallage durch ein Befestigungsmittel 22 irgendmelcher Art
dicht gehalten wird. Ein Entlüftungsrohr 23 führt von dem oberen Teil des Raums4
zur äußeren Atmosphäre, um irgendwelche Gase, die beim Zerbrechen der Scheibe 16
oder beim Entleeren der zurückbleibenden Salze aus der Kammer I in den Raum 4 gelangt
sind, nach außen abzuführen. Das Entlüftungsrohr 23 sollte dabei einen ausreichend
großen Querschnitt besitzen, um die Gase abzuführen, ohne einen wesentlichen Rückdruck
in den Entleerungsraum zu verursachen. Die Abmessungen der Entlüftung sind natürlich
abhängig von der Generatorkapazität. Der Boden 24 des Raums 4 ist, wie in der Zeichnung
gezeichnet, vorteilhafterweise geneigt, um dadurch die Entleerung der aus der Reaktionskammer
abgelassenen Salze durch Wasserspülung in das Abflußrohr 25 zu erleichtern.
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Wenn der Entleerungsraum und die Entlüftung im normalen Zustand:
nicht mit korrodierenden Stoffen in Berührung kommen, können sie aus Eisen oder
Stahl gefertigt sein, obgleich korrosionsbeständigere Materialien natürlich wünschenswerter
sind.
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Das Verschlußteil I7 ist, wie in der Zeichnung dargestellt, als mit
Außengewinde versehene Muffe 26 konstruiert, die in die mit Innengewinde versehene
S iebauf lage 27 bei 28 eingeschraubt werden kann. Die Scheibe i6 ist zwischen diesen.
beiden Teilen fest eingeklemmt und kann leicht ausgewechselt werden, in dem man
das Verschlußteil I7 nach unten. schwenkt und die Siebauflage 27 davon abschraubt.
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Das Einlaßrohr 15 ist in dem Zylinder 2 mittels einer Stopfbüchse
29 abgedichtet. Der Teil der Siebauflage 27, der dem Einlaßrohr 15 benachbart ist,
ist zur Zufuhr der Chlor-Luft-Mischung inden Raum unterhalb des Siebes durchlöchert.
Ferner können zusätzliche Querstäbe für die Abstützung des Siebes I3 vorhanden sein,
wie solche bei 30 gezeichnet sind.
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Das Sieb I3, das die eingefüllten Salze trägt, ist in der Zeichnung
zur Horizontalen geneigt gezeichnet. Obgleich die Neigung dieses Siebes für die
Erfindung in weiterer Sicht nicht besonders wesentlich ist, hat die gezeichnete
Anordnung jedoch verschiedene Vorteile. Ein erster Vorteil der gezeichneten Anordnung
liegt darin, daß hierdurch ausreichender Raum zum Herunterschwingen des zusammengesetzten
Teils I7 vorhanden ist, wenn die zurückbleibenden ausgelaugten; Salze aus der Reaktionskammer
abgelassen werden sollen. Ferner ist ein hinreichender Raum für die Zuführung der
Gasmischung unterhalb des die Salze tragenden Siebes geschaffen, ohne daß das Fassungsvermögen
der Reaktionskammer an Chloritsalzen herabgesetzt wird.
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Beim Arbeiten wird die Reaktionskammer I beinahe vollkommen mit flockigem
Chlorit durch eine Offnung in der Abdeckplatte 8 gefüllt. Diese Offnung ist in der
Zeichnung nicht gezeichnet und die Füllung kann auch durch Abnahme der Abdeckplatte
8 erfolgen. Nach der Füllung wird die Kammer abgedlichtet und das Chlor oder die
Chlormischung der Zone unterhalb des Siebes I3 durch den Einlaßstutzen 15 zugeführt,
von wo es durch die Reaktionskammer 1 in Berührung mit dem Chlorit nach oben steigt.
Das Chlor der Chlor-Luft-Mischung reagiert mit dem Chlorit zu Chlordioxyd, wobei
das letztere nach der Bildung durch die mit dem Chlor in die Reaktionskammer eingeführte
Luft verdünnt wird.
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Beim normalen Arbeiten wird kein Chlorit mit der Chlordioxyd-Gas-M
ischung aus der Kammer durch das Rohr 10 mitgerissen. Im Falle einer Explosion jedoch
oder bei anomalen Arbeiten kann etwas von dem Salz von den abströmenden Gasen mitgerissen
werden, wird jedoch wegen der Geschwindigkeitsherabsetzung der Gase in der großen
Expansionskammer II abgeschieden und daran gehindert, in das nachfolgende Verteilersystem
einzutreten. Im Falle einer Explosion innerhalb der Reaktionskammer wird ferner
die Scheibe6 durch den ansteigenden Druck zerstört und das geschmolzene Salz in
den Raum 4 entleert, in dem es unschädlich gemacht wird und keine Zerstörungen verursachen
kann. Die mit in die Kammer 4 eingetretenen Gase gelangen von hier aus durch die
Entlüfteeinrichtung 23 zur äußeren Atmosphäre oder einen anderen geeigneten Bestimmungsort.
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Die Dicke der Scheiibe I6 hängt natürlich von dem Flächeninhalt der
Scheibe ab, der dem Reaktionskammerdruck ausgesetzt ist. Sie hängt ferner von dem
Material ab, aus dem sie hergestellt ist un!d ferner von dem zulässigen Druck in
der Reaktionskammer. Es ist wünschenswert, daß die Scheibenfläche im wesentlichen
mit dem Querschnitt der Reaktionskammer übereinstimmt. In dem beschriebenen speziellen
Apparat für die Gewinnung von Chlordioxyd wurde vorteilhaft eine Silberscheibe von
etwa 115 mm im Durchmesser und etwa 0,0635 mm Dicke benutzt. Geeignete Scheiben
können für den Gebrauch in Vorrichtungen verschiedener Abmessungen und unter den
verschie-
densten Bedingungen leicht nach den normalzulässigen Drucken
in der Reaktionskammer bestimmt werden.
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In dem als spezielle Ausführungsart beschriebenen Apparat ist der
Entleerungsraum zentral unter der Reaktionskammer angeordnet. Obgleich diese Anordnung
verschiedene Vorteile aufweist, kann die Entleerungskammer auch anderweitig angeordnet
sein, beispielsweise seitlich, jedoch unterhalb der Reaktionskammer, ohne daß der
Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen würde.
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Wenn die Reaktionskammer mit einem Reaktionsteilnehmer in flüssiger
Form beschickt wird, ist die durchlöcherte Auflage 13 wegzulassen und eine geeignete
an den Gaseinlaßstutzenl anzuschlie Bende Gaszufuhreinrichtung zu benutzen, die
das zugeführte Gas gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt. Ferner ist in diesem
Falle am unteren Ende der Kammer I eine Rohrverbindung anzubringen, um den Kammerinhalt
abzulassen und die Reaktionskammer wieder zu füllen.