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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Chlordioxyd Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Chlordioxyd, insbesondere auf ein
verbessertes Verfahren zur Kontrolle der Chlordioxydherstellung, um die Gefahren
solcher Herstellungsweisen, die dem Vorliegen von gefahrvollen Konzentrationsverhältnissen
des Chlordioxydgases zuzuschreiben sind, herabzusetzen. Die Erfindung liefert ferner
einen verbesserten Chlordioxydgenerator, der besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist und mit dem das Chlordioxyd sicher und in genau kontrollierbaren
Mengen und Konzentrationen hergestellt werden kann.
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Wegen seines instabilen Charakters kann Chlordioxyd nicht in größerem
Umfang produziert und dann bis zum Gebrauch aufbewahrt werden. Demzufolge muß das
Chlordioxydgas am Verbrauchsort selbst hergestellt werden, und zwar nur in unmittelbar
benötigten Mengen und in genau geregelten Konzentrationen.
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Diese Anforderungen verursachten bisher beträchtliche Schwierigkeiten
wegen der Tatsache, daß die unmittelbar benötigten Mengen an Chlordioxyd üblicherweise
über einen beträchtlichen Bereich variieren und häufig die Anpassungsfähigkeit der
bisher verfügbaren Chlordioxyderzeuger überschreiten, wodurch die Unterhaltung und
periodische Einschaltung einer größeren Zahl Chlordiöxydgeneratoren erforderlich
war.
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Eine weitere bisher aufgetretene Schwierigkeit lag darin, daß es erforderlich
war, das Chlordioxyd durch die ganze Herstellungseinrichtung hindurch in ungefährlichen
Konzentrationen zu halten. Es ist im allgemeinen
erforderlich,
zur Vermeidung von Explosionsgefahren das Chlordioxyd in beträchtlich hohem Maße
mit Luft oder irgendeinem anderen inerten Medium vermischt zu halten. Die Behandlung
von Chlordioxyd in solchen Konzentrationen, bei denen der Partialdruck des Chlordioxyds
etwa 7o mm Hg oder höher liegt, ist gewöhnlich gefährlich. Für Handelszwecke, beispielsweise
für die Behandlung von Mehl mit Chlordioxyd, sollte der Partialdruck des Chlordioxyds
in solchen Chlordioxyd-Luft-Mischungen nicht etwa 3o mm Hg überschreiten und sollte
vorzugsweise beträchtlich darunter liegen. Deshalb sind die Einstellung und die
Kontrolle des Herstellungsprozesses zur Vermeidung von gefährlichen Konzentrationen
des Chlordioxyds an irgendeinem Punkt des Apparats von größter Wichtigkeit.
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In der amerikanischen Patentschrift 2 Sog 457 ist ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung von Chlordioxyd beschrieben, bei dem Chlorgas, mit Luft
oder einem anderen Verdünnungsmittel vermischt, mit festem Chlorit, beispielsweise
N atriumchlorit oder Calciumchlorit, in Reaktion gebracht wird. Bei sorgfältiger
Kontrolle der Chlor-Luft-1lischung erhält man dann die gewünschten Chlordioxydkonzentrationen
in der erhaltenen Chlordioxy d-Luft-1Iischung.
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Der erfindungsgemäße Chlordioxydgenerator ist ganz besonders zur Durchführung
solcher Prozesse geeignet und mit besonderen Einrichtungen für die Regulierung und
Kontrolle der in Kontakt mit dem Chlorit kommenden Mengen und Chlor-Luft-Verhältnisse
versehen.
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Das Chlor und die Luft bzw. ein anderes als Verdünnungsmittel dienendes
Gas werden normalerweise der Reaktionszone mit dem Druck der Speiseeinrichtung zugeführt.
Bei der Durchführung solch eines Verfahrens liegt dabei eine dauernde Gefahr in
der 1Iöglichkeit, daß die Speiseeinrichtung für die Luft bzw. das andere als Verdünnungsmittel
dienende Gas einmal versagt, vrobei dann nicht genügend verdünntes Chlorgas in Berührung
mit dem Chlorit gelangt. Falls der Strom des Chlors zur Reaktionszone hin nicht
unmittelbar im Augenblick des Versagens der Luftzufuhr unterbrochen wird, können
sich beispielsweise explosible Konzentrationen von Chlordioxyd im Generator und
im Verteilersystem ergeben.
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Entsprechend einem 'Merkmal der Erfindung wird der Durchtritt von
konzentriertem Chlorgas in Berührung mit dem Chlorit durch die Reaktionszone automatisch
dadurch verhindert, daß die Zufuhrleitung für das Chlor zur Reaktionszone oder zur
Mischungskammer nur durch den Druck des als Verdünnungsmittel dienenden Gases offen
gehalten wird, wobei dieser Druck gegen eine ständige mechanische Kraft wirkt, die
die Chlorzufuhrleitung abzusperren bestrebt ist. Die angewandte mechanische Kraft
ist dabei von solcher Größe, wie sie zum Absperren der Chlorzufuhrleitung ausreicht,
falls einmal die Verdünnungsgasquelle ausfällt oder der Druck des Verdünnungsgases
unter einen bestimmten Wert abfällt. Vorteilhafterweise ist die mechanische Kraft
einstellbar, um Veränderungen des zulässigen Drucks zu ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle und Regulierung der Chlordioxyderzeugung
wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines Apparats erklärt, der das Prinzip
der Erfindung in die Praxis umsetzt und einen der Hauptgegenstände der Erfindung
darstellt.
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Der erfindungsgemäße Chlordioxydgenerator enthält eine korrosionsfeste
Reaktionskammer, in der das Chlorgas, im geeigneten Verhältnis mit Luft vermischt,
mit dem Chlorit in Berührung gebracht wird. Diese Reaktionskammer ist mit einem
Einlaßstutzen versehen, der vorzugsweise nahe dem Kammerboden angeordnet ist und
für die Zufuhr der Chlor-Luft-Mischung dient. Ein Abzugsrohr ist vorzugsweise am
oberen Kammerende angebracht und dient zum Abzug der Chlordioxyd-Luft-Mischung.
Der Generator enthält vorzugsweise zwei oder mehrere solcher Kammern, die mit geeigneten
Ventilen versehen sind. Ferner sind Verbindungen so angeordnet, daß, falls gewünscht,
die ausströmenden Gase von einer Kammer durch eine zusätzliche Kammer hindurchtreten
können, und zwar so, daß zumindest eine Reaktionskammer arbeitet, während die andere
entleert, gereinigt und gefüllt wird, um das weitere Arbeiten vorzubereiten. Durch
solch eine Verfahrensweise wird eine Unterbrechung der Chlordioxydversorgung vermieden.
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Wie vorhin bemerkt, sind die Mengen und die Konzentrationsverhältnisse
des durch die Reaktionskammer oder -kammern hindurchtretenden Chlorgases von äußerster
Wichtigkeit. In dem erfindungsgemäßen Generator werden die Mengenverhältnisse und
die Konzentration der Chlor-Luft-Mischung durch eine Vielzahl von zusammenwirkenden
Mechanismen kontrolliert und reguliert. Diese Mechanismen sind so entworfen und
in den Herstellungsprozeß eingeschaltet, daß sie im Zusammenwirken das gewünschte
Ergebnis mit einem Minimum an Überwachung durch einen Arbeiter zeitigen, und zwar
so, daß sie im größtmöglichen Maße die Explosionsgefahr, die durch ungeübte Handhabung
auftritt, verhindern.
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Die Mengen und Verhältnisse von Chlor und Luft, die in die Generatorkammer
eintreten, hängen natürlich nicht nur von der Einstellung und Anordnung der Ventile
od. dgl., durch welche die entsprechenden Gase hindurchtreten, ab, sondern ebenso
von dem Druck, unter dem die entsprechenden Gase zugeführt werden. Das für solche
Zwecke beispielsweise benutzte Chlorgas wird normalerweise in Zylindern oder Tanks
unter beträchtlichem Druck geliefert. Wenn der Chlorbehälter fast leer ist, fällt
natürlich der Druck ab. Umgekehrt, wenn ein frischer Zylinder mit Chlor angeschlossen
wird, steht das Chlor normalerweise unter höherem Druck. Ähnliche Schwankungen im
Druck kommen ebenfalls bei der Luftzufuhrquelle vor.
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Der erfindungsgemäße Generator ist mit automatischen Einrichtungen,
einschließlich Druckkontroll-und Zufuhrventilen in den Speiserohren, ausgerüstet,
um im Hinblick auf solche Schwankungen im Druck der Chlor- und Luftquellen einen
dauernden Strom von im konstanten Verhältnis stehendem Chlorgas und Luft zu der
Reaktionskammer bzw. -kammern zu erhalten, und die ferner für die Unterbrechung
der Chlorgaszufuhr dienen, falls der Druck der Luftzuführung unter ein bestimmtes
Minimum abfällt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Einrichtungen für die Regulierung
der
Chlorgasmenge und der Luftmenge, die entsprechend der Chlordioxydanforderung der
Reaktionskammer zugeführt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben
und genauer erklärt. Es ist jedoch zu beachten, daß die Erfindung nicht durch die
in den Zeichnungen dargestellte besondere Ausführungsart beschränkt wird, sondern
die offenbarten Elemente können durch die verschiedensten Äquivalente ersetzt werden.
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Die Fig. i der Zeichnung stellt ein Durchflußdiagramm dar und zeigt
ganz allgemein die Beziehungen der verschiedensten Elemente in der besonders vorteilhaften
Ausführungsart der Erfindung zueinander.
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Die Fig. 2, 3 und 4 sind Detailzeichnungen der Reaktionskammer, eines
typischen Druckreduzier- oder Chlordruckkontrollventils und eines Chlordurchflußkontrollventils,
die vorteilhafterweise benutzt werden.
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Die Fig. 5 zeigt im Detail eine geeignete Art eines Kapillardurchflußmeßgeräts.
In dem in Fig. i dargestellten Apparat werden zwei Reaktionskammern i und 2 benutzt,
um eine ununterbrochene Chlordioxydlieferung frei von Chlorgas zu ermöglichen. Die
Kammern i und 2 sind mit Gaszufuhrstutzen 3 und 4 versehen, die am unteren Ende
der Kammern für den Zutritt der Chlor-Luft-Mischung angeordnet sind. Für die Abfuhr
des erzeugten Chlordioxyds sind die Leitungen 5 und 6 am oberen Ende der Kammern
vorgesehen. Die Leitungen 3, 4, 5 und 6 sind entsprechend mit Ventilen 7, 8, 9 und
io ausgerüstet, durch die der Durchfluß durch die entsprechenden Leitungen kontrolliert
wird. An Stellen zwischen den entsprechenden Ventilen und den Kammern ist die Speiseleitung
3 mit der Austrittsleitung 6 und ferner die Speiseleitung 4 mit der Austrittsleitung
5 durch die Leitungen ii und 12 verbunden. Die Leitung ii ist mit Ventilen 13 und
14 versehen, während die Leitung 12 die Ventile 15 und 16 aufweist, um dadurch den
Durchfluß des Gases durch die erwähnten Leitungen zu kontrollieren, wie noch nachher
näher erläutert wird.
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Mittels der Leitungen 3 und 4 werden die Kammern i und 2 mit der Chlor-Luft-Mischung-Zufuhrleitung
17 verbunden. Durch die Leitungen 5 und 6 werden die Kammern i und 2 an eine gemeinsame
Chlordioxydableitung 18 angeschlossen.
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Das unter Druck stehende Chlorgas, das aus irgendeiner üblichen Quelle,
etwa einem mit der Bezugsnummer i9 versehenen Zylinder, stammt, strömt durch eine
mit Ventil versehene Verbindungsleitung 2o, durch einen Filter 21 und von hier aus
durch die Leitung 22 zum Chlordruckkontrollventil 23, das in Fig. 3 der Zeichnung
vollständiger gezeichnet ist. Von hier aus tritt das Chlorgas durch die Leitung
25, an der vorteilhafterweise ein Druckmeßgerät angebracht ist und die durch die
Leitung 25d mit der Membrankammer des Ventils 23 verbunden ist, zu einem zweiten
Filter 27. Von diesem zweiten Filter strömt das Chlorgas durch die Leitung 28, die
mit einem Nadelventil 29, das entweder von Hand oder automatisch bedient wird, ausgestattet
ist, zu einer Meßvorrichtung. Diese Meßvorrichtung kann ein Kapillardurchflußmeßgerät
sein und ist mit der Bezugsnummer 30 versehen und deutlicher in der Fig.
5 der Zeichnung dargestellt. Sie ist ferner mit einem Manometer 31 versehen, das
mit den beiden Armen über die Leitungen 32 und 33 mit den beiden Anschlußenden des
Kapillarrohrs 34 verbunden ist, um den Druckabfall an der Mündung anzuzeigen.
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Das Manometer 31 ist vorteilhafterweise mit einer Gradeinteilung versehen,
um direkt das durch die Kapillarröhre hindurchfließende Chlorvolumen anzuzeigen,
wobei das Gas durch die Kapillarröhre mit einem spezifischen Druck hindurchtritt,
der durch das Druckmeßgerät 26 angezeigt und durch Einstellung des Chlordruckkontrollventils
23 und des Nadelventils 29 kontrolliert wird.
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Von diesem Durchflußmeßgerät strömt das Chlorgas durch die Leitung
36 zu einem Chlordurchflußkontrollventil 37, das in seinen Einzelheiten in der Fig.
4 der Zeichnungen genauer dargestellt ist. Von hier strömt das Chlorgas durch die
Leitung 38 zum Chlor-Luft-Mischung-Rohr 17, das zu den Reaktionskammern, wie vorhin
beschrieben, führt. -Die Luft, die vorzugsweise trocken ist und unter relativ hohem
Druck steht, wird dem Generator von irgendeiner üblichen Quelle her durch die Leitung
39 zugeführt. Um zu sichern, daß die zugeführte Luft trocken ist, ist die Leitung
39 vorteilhafterweise mit einem Wasserabscheider 40 versehen und an einen Trockner
41 angeschlossen. Der Druck der ankommenden Luft wird durch ein Druckmeßgerät 42
angezeigt. Die Luft strömt vom Trockner durch die Leitung 43 zu dem Luftdruckkontrollventil
44 und von hier aus durch die Leitung 45 und das Luftdurchflußkontrollventil 46
zur Mischleitung 17, wo sie mit dem Chlorgas vermischt wird. Die Abflußleitung 45
ist mit der Membrankammer des Ventils 44 verbunden, und zwar durch die Leitung 45d.
Die Membrankammer des Ventils 44 wird nachfolgend noch beschrieben. Eine Druckanzeigevorrichtung,
etwa ein Druckmeßgerät, q.55 ist in die Leitung 45 eingeschaltet, um den Druck der
vom Druckkontrollventil 44 kommenden Luft anzuzeigen. Der Luftdruck kann durch Einstellung
des Druckkontrollventils 44 kontrolliert werden.
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Das Luftdurchflußkontrollventil 46 wird vorzugsweise durch einen Motor
angetrieben und kann vorteilhafterweise automatisch entsprechend den Druckschwankungen
des Chlordioxydverteilersystems betätigt werden, wie noch näher beschrieben wird.
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Die Chlorleitung 38 kann ebenfalls mit einem mit Motorantrieb versehenen
Durchflußkontrollventil 4611 versehen sein, das ebenfalls entsprechend den Diuckschwankungen
in dem Chlordioxydverteilersystem betätigt wird und so mit dem Ventil 46 koordiniert
ist, daß ein festes Verhältnis an Chlor und Luft aufrechterhalten wird und in die
Reaktionszone eintritt.
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Das Chlordurchflußkontrollventil 37 ist über die Leitung 47, das den
Druck der Luft reduzierende Ventil 48 und über die Leitung 49 mit der Hochdruckluftleitung
verbunden, so daß, wenn der auf das Ventil 37 wirkende Druck unter einen bestimmten
Wert abfällt, dieses Ventil 37 sich automatisch schließt, wie später noch genauer
beschrieben wird. Dadurch wird die Strömung des Chlorgases zur Reaktionskammer bzw.
zu den Reaktionskammern augenblicklich unterbrochen.
Um den Druck
der Luft, der auf das Chlordurchflußkontrollv entil wirkt, festzustellen, ist die
Leitung 47 mit einem Druckmeßgerät 50 ausgerüstet.
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Die Chlordioxyd-Luft-Mischung strömt von den Generatorkammern durch
die Leitung 18 zu irgendeinem geeigneten Verteilersystem, etwa zu der Verteilerkammer
51, von wo sie durch eine Vielzahl von Leitungen 52 abgezapft und den verschiedensten
Behandlungsoperationen je nach Wunsch zugeführt werden kann. Diese Leitungen
52 können durch Meßvorrichtungen 53 hindurchführen, die vorteilhafterweise
Durchflußmeßgeräte vom Typ der bekannten Rotationsmeßgeräte sein können. Von den
Durchflußmeßgeräten strömt die Gasmischung durch die Leitungen 5q., die unter der
Kontrolle der Ventile 55 stehen, zu dem Platz, an dem sie gebraucht wird.
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Manchmal ist es wünschenswert, die Chlordioxyd-Luft-Mischung nach
dem Austritt aus den Reaktionskammern vor dem Gebrauch zu verdünnen. Dies kann bei
der erfindungsgemäßen Chlordioxydgeneratoreinrichtung dadurch bewirkt werden, daß
von der Hochdruckluftleitung 4,3 über die Leitung 56, die von dem mit der Hand zu
bedienenden Ventil 57 kontrolliert wird, Luft zu einem in der Luftnebenleitung liegenden
Druckreduzierungsventil 58 und von dort über die Leitung 59, die Meßeinrichtung
6o, die Leitung 61, die Verteilerkammer 62 und die Leitungen 63 geführt wird. Die
Leitungen 63 werden durch Ventile 6.1 kontrolliert und sind mit den entsprechenden
Leitungen 54 verbunden. Ein Druckmeßgerät 65 ist in die Leitung 59 zum Anzeigen
des Drucks, unter dem die Luft dem Chlordioxyd zugeführt wird, eingeschaltet, und
dieser Druck kann durch Regelung des in der Luftnebenleitung eingeschalteten Druckreduzierungsventils
58 kontrolliert werden. Die Abflußleitung 59 ist durch die Leitung 59a mit der Membrankammer
des Ventils 58 verbunden.
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Bei der Unterbrechung des Arbeitens ist es wünschenswert, daß das
Chlorgas aus dein System entweichen kann. In dem erfindungsgemäßen C.hlordioxydgenerator
kann dies dadurch bewirkt werden, daß das Ventil 66 in der Chlorleitung 2o geschlossen
und das Ventil 67 in der Chlorentlüftungsleitung 68 geöffnet wird. Der Druck, unter
dein das Chlor dem System zugeführt wird, wird durch das mit der Chlorleitung 2o
verbundene Druckmeßgerät 69 angezeigt.
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Es ist wünschenswert, daß alle die Teile des Sytems, die mit dem Chlor
oder dem Chlordioxyd in Berührung kommen, aus korrosionsbeständigem Material, beispielsweise
Silber, korrosionsbeständigen Metallegierungen, ferner Glas, Steinzeug oder Kunststoffen
bestehen. Für das Hochdruckrohrsystem wird am besten Silber benutzt, während für
das Niederdruckrohrsystem geeignete Kunststoffe benutzt werden. Eisen ist in Berührung
mit dem korrodierenden Gas oder der korrodierenden Gasmischung soweit wie möglich
zu vermeiden, um eine Korrosion und ebenfalls die Bildung einer klebrigen Substanz
zu verhindern, die wahrscheinlich weitgehendst aus Eisenchlorid besteht und die
Tendenz hat, das Rohrsystem, die Ventile u. dgl. zu verstopfen.
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Die Reaktionskammern sind v orteilhaften@reise, wie in der Fig. 2
der Zeichnungen gezeichnet, konstruiert. Diese Kammern können aus Eisen oder Stahl
gefertigt sein und mit Glas, Steinzeug oder einem anderen korrosionsbeständigen
Material ausgefüttert sein. Die in Fig. 2 dargestellte, vorzugsweise zu benutzende
Generatorkammer ist aus einem Eisenzylinder 7o konstruiert, der aufwärts ragend
auf einem rechteckigen Grundteil 71 aufgesetzt ist, das die Entleerungskammer bildet.
Der Zylinder 7o hat eine Innenausfütterung aus Glas oder Steinzeug 72, die in dem
Zylinder 7o mittels einer Lage eines Haftmaterials 73 eingekittet ist. Der innere
Durchmesser dieses Zylinders beträgt vorteilhafterweise etwa io,i6 cm, und die Höhe
des Zylinders beträgt etwa io6,68 cm. Die Kammer. ist dabei so zu konstruieren,
daß sie einen den Atmosphärendruck übersteigenden Arbeitsdruck von etwa o,i4 bis
0,35 atü mit dem üblichen Sicherheitsfaktor aushält.
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Beim Arbeiten wird dieser Zylinder etwa bis obenhin mit flockigem
Chlorit gefüllt, das auf das aufwärts geneigte Sieb 74 aufgehäuft wird. Dann wird
eine Mischung von Luft und Chlor (im geeigneten Verhältnis) durch die Leitung 3
am Boden des Zylinders unterhalb des Siebs 74 zugeführt und steigt dann durch den
Zylinder in Berührung mit dem Chlorit, das hierdurch zu in der Luft gelöstem Chlordioxyd
umgesetzt wird, nach oben, wobei die erwähnte Luft mit dem Chlor zugeführt wird.
Das untere Ende des Zylinders ist normalerweise durch ein angelenktes Verschlußteil
75 verschlossen.
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Das obere Ende des Zylinders ist durch die Abdeckplatte 76 abgeschlossen,
die ablösbar auf dem Zylinder mittels eines an dem Zylinder angeschweißten oder
anderswie fest verbundenen Flanschs 77 und mittels der Gegenmuttern 78 verbunden
ist. Die Leitung 79 führt von einer Öffnung in der Platte 76 zu einer Expansionskammer
bzw. einem Salzabscheider 8o, dessen Funktion nachfolgend noch beschrieben wird,
und von da aus strömt die Chlordioxyd-Luft-Mischung durch die Leitung 5.
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Wenn die Konzentration des Chlordioxyds in der Reaktionskammer etwa
durch Ausfall des für die Schaffung richtiger Verhältnisse vorgesehenen Kontrollapparats
zu hoch wird, tritt leicht eine Explosion auf. In einem solchen Falle ist die Reaktionswärme
so groß, daß das Chlorit in Chlorat umgewandelt wird, wobei die Temperatur wahrscheinlich
beim Schmelzpunkt des Chlorats, d. h. bei 2q.8°, liegt. Da dieses heiße Chlorat
ein aggressiver oxydierender Stoff ist, setzt er jedes organische Material, mit
dem er in Berührung kommt, in Brand. Es ist deshalb sehr wichtig, daß im Falle einer
Explosion dieses heißflüssige Chlorat unschädlich gemacht wird.
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In dem gezeichneten Chlordioxydgenerator vermeidet man diese Gefahr,
indem man das untere Ende des Zylinders mit nur einer dünnen Scheibe aus Silber
od. dgi. verschließt, die jedoch ausreichend fest ist, um den normalen Arbeitsdruck
auszuhalten, aber im Falle einer Explosion eingedrückt wird und damit erlaubt, daß
der flüssig gewordene Zylinderinhalt zusammen mit Chlor- und Chlordioxydgas in die
Entleerungskammer 81 entleert wird, von wo die Flüssigkeit durch den Abfluß 82 abläuft
und die Gase und Dämpfe durch das Entlüfterrohr 83 abziehen.
Da
diese Entleerungskammer und der Entlüfter normalerweise nicht in Kontakt mit korrodierenden
Stoffen stehen, können sie aus gewöhnlichem Eisen oder Stahl gefertigt sein, zwar
ist weniger korrodierbares Material natürlich wünschenswerter. Die Entleerungskammer
ist mit einer Reinigungstür 84 versehen, die angelenkt ist und normalerweise durch
die Festldemmeinrichtung 85 festgehalten wird.
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Diese Entleerungskammer 81 erhält ebenfalls Verbindung mit dem Boden
der Reaktionskammer, wenn nach Erschöpfung der Chloritfüllung das feste Reaktionsprodukt
aus der Umsetzung von Chlorit und Chlor, nämlich Chlorid, aus dem Zylinder entleert
werden soll.
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Wie in Fig. 2 gezeichnA-t, sind die Teile 86, die das Sieb 74 tragen,
und das Verschlußteil 75 als ein Ganzes konstruiert und bilden ein angelenktes Teil,
das zur Entleerung des erschöpften Chlorits in die Kammer 81 nach unten schwingen
kann. Dieses angelenkte Teil ist normalerweise durch die Flügelmutter 87 in seiner
Verschlußlage gehalten. Dieses Verschlußteil ist als ein mit Flansch versehenes,
ein äußeres Gewinde tragendes Verschlußteil 88 konstruiert, das in das mit Innengewinde
versehene Siebtragteil 86 bei 89 eingeschraubt werden kann und die Verschlußscheibe
9o trägt. In seiner Verschlußlage wird das angelenkte Teil 75 durch die Flügelmuttern
87 aufwärts gegen die Dichtungsmanschette 9i gepreßt und dichtet dadurch das untere
Ende des Zylinders ab.
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Das Zufuhrrohr 3 ist an seiner Eintrittsstelle durch die Stopfbüchse
92 abgedichtet. Der Teil des Siebtragteils 86, der an das Zufuhrrohr 3 grenzt, ist
so durchlöchert, daß die Chlor-Luft-Mischung durch es hindurch in den Raum unterhalb
des Siebs strömen kann. Das Sieb 74 wird zusätzlich durch Querstreben, wie sie bei
93 gezeichnet sind, unterstützt.
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Irgendwelches etwa durch eine Explosion durch die Leitung 79 mitgerissenes
Salz wird durch den Salzabscheider 8o abgeschieden.
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Weil der beschriebene Apparat der Gegenstand einer anderen Erfindung
ist, werden die besondere Reaktionskammer und die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellten
zugehörigen Bestandteile hier nicht als Erfindungsgegenstand gekennzeichnet, abgesehen
von seinem Gebrauch in Kombination mit den hier beschriebenen Elementen.
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Das in der Fig. i eingezeichnete Druckkontrollventil 23 kann irgendwelcher
geeigneter Art sein, bei der keine Korrosion durch das Chlorgas auftritt und bei
der der Druck, unter dem das Chlor zu dem Durchflußmeßgerät strömt, genau gemessen
wird. Eine Ventilart für die Druckkontrolle, die sich für diesen Zweck als geeignet
.erwies, ist in der amerikanischen Patentschrift 2 138 937 beschrieben. Eine modifizierte
Form dieser Ventiltype ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.
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Beim Arbeiten strömt das unter hohem Druck stehende Chlorgas zu der
Ventilkammer 94 des Ventils 23, durch die Leitung 22 und strömt von hier aus, gewöhnlich
mit einem herabgesetzten Druck, durch die Leitung 25, wie allgemein in der Fig.
i und im Detail in Fig.3 dargestellt ist. Im Strömungsweg des Chlors durch die Ventilkammer
hindurch ist eine Ventilnadel 95 angeordnet, die mit dem Ventilsitz 96 zusammenwirkt
und durch den Hebel 97 vertikal in der Kammer 94 bewegt werden kann, wobei der Hebel
97 zwischen seinen beiden Enden im Ventilgehäuse 98 gelagert ist, wie ausführlicher
in der erwähnten Patentschrift beschrieben ist.
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Wie in der Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt ist, ist der Hebel 97
an einem Ende mit der kegelförmigen Ventilnadel 95 verbunden. Das andere Hebelende
ist mit der Muffe 99 verbunden, von der er betätigt wird und die zentral in der
vertikalen Ventilkammer mit Kugellagern ioo gelagert ist. Diese Muffe wird durch
den Amboß ioi getragen, der auf der Membran =o2 ruht, und wirkt am oberen Ende mit
einer Spiralfeder =o3 zusammen. Die Spannung dieser Feder kann durch den mit Gewinde
und Gegenmutter =o5 versehenen Schaft 104 eingestellt werden. Der Stift 104 bewirkt,
daß das Federdruckstück =o6 herabgedrückt wird, um dadurch eine Zunahme der Spannung
der Feder 103 hervorzurufen und dadurch den durch den Amboß ioi auf die Membran
=o2 ausgeübten Druck zu steigern.
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Die Membran =o2 ist aus einem korrosionsbeständigen gasundurchlässigen
Material hergestellt und wird am äußeren Rand durch das Gehäuse festgehalten, so
daß hierdurch eine gasdichte Kammer 107 unterhalb der Membran gebildet wird. Diese
Kammer ist mit dem Chloraustrittsstutzen 25 durch die Leitung 25a verbunden, so
daß der Druck des austretenden Gases aufwärts gegen die Membran wirkt und das Bestreben
hat, die Muffe 99 aufwärts gegen die Spannung der Feder zu bewegen und über den
Hebel 97 die Ventilnadel 95 abwärts auf den Ventilsitz 96 zu drücken, wodurch der
Durchfluß des Chlors durch die Ventilkammer 94 und ferner der Austrittsdruck in
der Leitung 25 herabgesetzt werden. Durch Einstellung der Spannung der Feder =o3
kann der Austrittsdruck des Chlorgases in sehr engen Grenzen genau kontrolliert
werden.
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Die-Druckkontrollventile 44 und 58, die in der Fig. i eingezeichnet
sind und der Kontrolle des Luftdrucks dienen, sind vorteilhafterweise von dem gleichen
soeben beschriebenen Typ. Jedoch können auch andere bekannte Arten von Druckreduzierungsventilen
benutzt werden. Da diese Ventile mit dem Chlor oder dem Chlordioxyd nicht in Berührung
kommen, ist es nicht so wichtig, daß sie aus korrosionsbeständigen Materialien gefertigt
sind. Das Hochdruckreduzierventil 48 der Fig. i kann ähnlich von irgendeiner geeigneten
Art sein.
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Das in der Fig. i eingezeichnete Chlordurchflußkontrollventil 37 ist
im Detail in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt. Die Elemente dieses Ventils gleichen
den in der Fig.3 gezeigten Ventilelementen sehr stark, wobei in der Fig. 4 für die
beiden Ventilen gemeinsamen Teile die gleichen Bezugszeichen benutzt wurden. Im
Gegensatz zu Fig.3 versucht jedoch die Spiralfeder 103 die Ventilnadel 95 auf den
Ventilsitz 96 zu pressen, um den Durchtritt der Luft zu verhindern. Dabei ist die
Spannung der Feder so groß, daß sie beim Fehlen eines bestimmten, auf die Membran
=o2 ausgeübten Drucks das Ventil geschlossen hält. Die Federspannung kann konstant
oder, wie in Fig. 3 gezeichnet, regelbar sein.
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Beim Arbeiten wird das Ventil 37 nur so lange offen
gehalten,
wie durch die Verbindung 47 auf die Membran io2 ein bestimmter Luftdruck ausgeübt
wird; wenn dieser Druck fehlt, wird der Durchfluß des Chlorgases durch das Ventil
sofort unterbrochen. Ebenfalls, wenn einmal der Luftdruck unter einen bestimmten
Wert abfällt, ohne daß die Luftzufuhr vollständig versagt, wird der Durchfluß des
Chlors durch das Ventil zur Reaktionskammer hin im entsprechenden Verhältnis reduziert.
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Wie schon erwähnt wurde, wird bei Ausfall der Luftzufuhr die Zufuhr
des Chlors zur Reaktionskammer sofort unterbrochen. Es ist jedoch besonders wünschenswert,
daß die Gase in dem System unterhalb des Ventils 37 im Fall einer solchen Unterbrechung
zur äußeren Atmosphäre oder an eine andere geeignete Abführstelle abgeführt werden.
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Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird diese Entlüftung
des Systems ebenfalls automatisch durch Einrichtungen bewerkstelligt, die entsprechend
dem Abfall des Luftdrucks unter einen bestimmten minimalen Wert wirken. Dies wird
v orteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Ventil 37 durch einen kombinierten
Durchflußkontroll- und Entlüftungsventilmechanismus ersetzt wird.
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Ein solcher Ventilmechanismus enthält einen mit der Chioraustrittsleitung
verbundenen, normalerweise durch ein unter Federdruck stehendes Ventil geschlossenen
Ventilkanal und ferner mechanische Einrichtungen, die dieses Ventil von seinem Sitz
abheben, und zwar wird diese Bewegung von derselben Kraft ausgelöst, die ebenfalls
den Chlordurchfluß zur Reaktionszone beim Abfall des Luftdrucks unter ein bestimmtes
Minimum unterbricht. Es können jedoch auch andere Entlüftungsventile, die durch
einen Druckabfall der Luftzuführung betätigt werden, für diesen Zweck benutzt werden,
beispielsweise indem sie in die Leitung 38 eingesetzt und mit der Luftleitung 47
verbunden sind.
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Das in Fig. i eingezeichnete Kapillardurchflußmeßgerät 3o ist in seinen
Einzelheiten in Fig. 5 dargestellt, worin für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen
benutzt wurden. Das Meßgerät enthält einen Zylinder io8 aus hochschmelzendem Glas,
besitzt konisch zulaufende Enden und ist an jedem Ende mit einem mit Flansch versehenen,
aus hochschmelzendem Glas bestehenden Anschlußstück iog versehen, wobei der Zylinder
in einer Ringpackung iio gepolstert liegt. Die aus korrosionsbeständigem Metall
bestehenden Endplatten iii haben zentral angeordnete Öffnungen, die mit Gewinde
versehen sind und in die T-förmige Verbindungsstücke iia eingeschraubt sind. Die
Endplatten sind mit Bolzen 113 an den Flanschen ioq befestigt und ziehen dadurch
die Endplatten gegen die entsprechenden Enden des Zylinders io8 und schaffen hierdurch
mittels der Dichtungsmanschette ii.I eine gasdichte Verbindung.
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Das Kapillarrohr 34 ist in das obere T-Stück 112 eingedichtet. Es
besteht vorzugsweise aus Glas, wobei der Kapillardurchmesser von der gewünschten
Kapazität des Meßgeräts abhängt. Ein sogenanntes Standardkapillarrohr mit einem
Kapillardurchmesser von o,5 mm. und einer Länge von etwa 63,5 mm kann dabei besonders
vorteilhaft benutzt werden. Der Kapillardurchmesser solcher Kapillarröhren kann
von etwa o,25 bis etwa 0,75 mm variieren; deshalb ist es üblicherweise wünschenswert,
das Durchflußmeßgerät für jedes benutzte Kapillarrohr nachzueichen oder aber für
jedes entsprechende Kapillarrohr eine Korrektionstabelle vorzusehen. Somit kann
das Gasvolumen, das durch das besondere Kapillarrohr unter einem bestimmten Druckunterschied
hindurchfließt, von dem Manometer 31 abgelesen werden.
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Die in der Fig. i der Zeichnung mit den Bezugsnummern 21 und 27 versehenen
Filter können von üblicher bekannter Art sein und aus einem Zylinder bestehen, der
mit Kieselerdegel od. dgl. gefüllt ist und irgendwelche festen oder flüssigen, mit
dem Gas mitgerissenen Stoffe zurückhält. Der in der Fig. i eingezeichnete Trockner
41 kann aus einer schmalen Kammer bestehen, die mit Calciumchlorid oder einem ähnlichen,
die Wasserdämpfe der hindurchtretenden Luft absorbierenden Material gefüllt ist.
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Beim Arbeiten wird durch die Leitung 39 die Luft unter einem den Atmosphärendruck
überschreitenden Druck von mehr als etwa i,oss atü, beispielsweise 5,62 bis
7,03 atü, zugeführt, und dieser Druck wird dann durch das Druckreduzierungsventil
44. auf etwa 0,35 atü reduziert. Das Chlordurchflußkontrollventil wird vorteilhafterweise
so eingestellt, daß es nur dann das Chlor hindurchfließen läßt, wenn ein Luftdruck
von beispielsweise i,o5 atü auf die Membran io2 ausgeübt wird, wobei der Luftdruck
in der Leitung 47 durch das Luftdruckkontrollreduzierungsventil ,:18 mithin auf
einen solchen Arbeitsdruck reduziert wird.
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Um zu sichern, daß das Chlor und die Luft in der Mischleitung 17 gut
gemischt werden, führt man das Chlor vorteilhafterweise unter einem Druck zu, der
etwas höher als der Druck der der Mischleitung zugeführten Luft liegt. Wenn beispielsweise
der Luftdruck etwa o,35 atü beträgt, beträgt der Druck des Chlors vorteilhafterweise
nach Reduzierung durch das Druckreduzierventil 23 etwa 0,386 atü.
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Bei geschlossenen Ventilen 8, 1o, 13 und 15 und offenen Ventilen 7
und 9 strömt die Chlor-Luft-Mischung durch die Reaktionskammer i in Berührung mit
dem Chlorit, und die erhaltene Chlordioxyd-Luft-Mischung strömt dann von dem Generator
durch die Leitungen 5 und 18 zu der Verteilerkammer 51. Normalerweise wird diese
Operation etwa ioo Stunden durchgeführt, bevor das Chlorit in der Kammer i völlig
ausgelaugt ist, wobei natürlich die Dauer von der Arbeitsintensität abhängt.
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Um zu sichern, daß in der Chlordioxyd-Luft-Mischung kein nicht in
Chlordioxyd umgesetztes Chlor beim Verlassen des Generators vorhanden ist, besonders
wenn das Chlorit in der Reaktionskammer sich der Erschöpfung nähert, ist es wünschenswert,
daß die Chlordioxyd-Luft-Mischung mit frischem Chlorit in Berührung .gebracht wird.
In dem erfindungsgemäßen Generator wird dies durch Öffnen der Ventile 15, 16 und
io und Schließung des Ventils 9 bewerkstelligt, wodurch die Chlordioxyd-Luft-hIischung
dann gezwungen wird, abwärts durch die Leitung 12 und dann aufwärts durch die Reaktionskammer
2 zu strömen, in der es mit frischem Chlorit in Berührung kommt. .
Nach
vollständiger Auslaugung des in der Kammer i befindlichen Chlorits, wird das Ventil
8 geöffnet und die Ventile 7, 15 und 16 geschlossen, wodurch die Chlor-Luft-Mischung
gezwungen wird, direkt in die Reaktionskammer 2 einzutreten, während die Reaktionskammer
i gereinigt und wieder gefüllt wird. Danach werden die Ventile g, 13 und 14 geöffnet
und das Ventil io geschlossen, wodurch die Chlordioxyd-Luft-Mischung veranlaßt wird,
von der Reaktionskammer 2 durch das frische, in die Reaktionskammer i eingefüllte
Chlorit zu strömen, um so die vollständige Umsetzung des Chlors zu sichern. Ebenso
kann, wo es wünschenswert ist, die Chlor-Luft-Mischung durch die parallel geschalteten
Kammern i und 2 gleichzeitig treten.
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Beim normalen Arbeiten mit einem Generator der vorhin beschriebenen
Abmessungen wird das Chlor vorteilhafterweise in einer Menge von etwa 1,4 bis etwa
4,25 1 pro Stunde zugeführt, die natürlich von der Anfrage nach Chlordioxyd abhängt.
Wenn, wie schon vorhin erwähnt, es sehr wichtig ist, daß das Chlordioxyd nicht in
größeren Mengen produziert wird, als unmittelbar verbraucht werden, müssen das Verhältnis
und das Maß, in dem Chlor und Luft zugeführt werden, sorgfältig kontrolliert werden.
Das Maß der Chlorzufuhr wird durch ein geeignetes Meßgerät, etwa ein Kapillardurchflußmeßgerät
3o, bestimmt und kann durch das Nadelventil 29 eingestellt und kontrolliert werden,
wobei das Nadelventil 2g im Zusammenhang mit dem Chlordruckkontrollventil 23 wirkt;
die Einstellung kann aber auch durch das mit Motorantrieb versehene Ventil 4611
erfolgen. Es ist von besonderer Wichtigkeit, daß der Durchfluß des Chlors genau
entsprechend der Chlordioxydanforderung geregelt wird, und mithin ist es besonders
wichtig, daß ein Durchflußmeßgerät von besonderer Genauigkeit für die Messung des
Durchflusses benutzt wird. Bei sorgfältiger Kontrolle des Drucks, unter dem das
Chlor durch das Kapillarrohr 34 hindurchströmt, etwa durch das Druckreduzierventil
23, erhält man eine genaue Messung des Durchflusses des Chlors. Es ist natürlich
ebenso wichtig, daß der Luftdurchfluß ebenfalls im Verhältnis variiert wird, um
so eine ungefährliche Arbeitsmischung zu erhalten.
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Die Menge an Chlor und Luft, die durch die Reaktionskammer hindurchtritt,
wird vorteilhafterweise entsprechend der Anforderung an Chlordioxyd automatisch
geregelt. Bei dem erfindungsgemäßen Generator wird dies durch die Einstellung der
in die Luftleitung 45 und Chlorleitung 38 eingeschalteten Ventile 46 und 4611 bewerkstelligt,
wobei diese Ventile vorteilhafterweise automatisch arbeiten, entsprechend dem Druck
in der Verteilerkammer 51- Wenn die Anforderung an Chlordioxyd-Luft-Mischung, abgezogen
von der Verteilerkammer 51, ansteigt, fällt der Druck in der Verteilerkammer ab,
und wenn die Anforderung geringer wird, steigt der Druck in der Verteilerkammer
an.
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Einem Erfindungsmerkmal zufolge ist eine durch Druck betätigte Vorrichtung
üblicher Konstruktion, die die durch Motor angetriebenen Kontrollventile 46 und
46a steuert, an das Chlordioxydverteilersystem angeschlossen, beispielsweise, wie
in Fig. i der Zeichnung bei 115 angedeutet, an die Verteilerkammer 51 oder aber
auch in dem Falle, wo keine Verteilerkammer vorhanden ist, an die Leitung 18. Solche
auf den Druck ansprechende Vorrichtungen, die beispielsweise elektrische Stromkreise
steuern, sind allgemein bekannt und brauchen deshalb im Detail nicht näher beschrieben
zu werden.
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Der Durchfluß sowohl der Luft als auch des Chlors zu der Reaktionskammer
kann mittels der Ventile 46 und 46 a automatisch geregelt werden; falls gewünscht,
kann der Zufluß eines oder beider Gase aber auch durch die Hand reguliert werden,
wie beschrieben wurde. Unbekümmert um das Ausmaß der Chlordioxyderzeugung ist es
zweckmäßig, ein konstantes Verhältnis zwischen dem zugeführten Chlor und der zugeführten
Luft zur Reaktionskammer einzuhalten, und dies kann dadurch bewerkstelligt werden,
daß die Ventile 46 und 46a in Verbindung mit den Druckkontrollventilen 23 und 44
geeignet koordiniert werden.
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Zusätzlich zu den beschriebenen Sicherheitsmerkmalen enthält die Erfindung
Einrichtungen, wodurch die Drücke und Volumen des Chlors und der Luft beim Durchströmen
des Systems leicht und exakt kontrolliert werden können, um dadurch den Reaktionskammern
genau kontrollierte Mengen dieser Gase zuzuführen und dadurch eine Chlordioxydgeneratoreinheit
ungewöhnlicher Anpassungsfähigkeit an das Ausmaß der Chlordioxyderzeugung zu erhalten.
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Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen
Einrichtungen zur Kontrolle des Zuflusses an Chlor und Luft zur Reaktionszone an
Hand eines Reaktionsprozesses beschrieben wurde, bei dem Chlor mit festem Chlorit
umgesetzt wird, ist jedoch zu beachten, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls
auf solche Prozesse angewandt werden kann, in denen das Chlordioxyd durch die Umsetzung
von Chlorgas mit einem in anderer Form vorliegenden Chlorit erzeugt werden kann.