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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Salpetersäure unter Druck
Bei der Erzeugung von Salpetersäure ist diejenige Reaktion, die am meisten Zeit
und damit große Reaktionsräume beansprucht: 2 N 0 --f- OZ = 2 NO2. Nun kann man
diese Reaktion erheblich beschleunigen, indem man sie unter Druck stattfinden läßt.
In diesem Falle wird der Reaktionsraum für die Oxydation des N 0 zu N 02 also erheblich
kleiner. Praktisch geht man neuerdings dazu über, die Verbrennung des Ammoniaks
mit Luft bei gewöhnlichem Luftdruck vor sich gehen zu lassen und die entstandenen
stickoxydhaltigen Gase dann auf den Absorptionsdruck durch ein säurefestes Gebläse
zu komprimieren.
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Bei der Durchführung der Absorption unter Druck stellen sich aber
eine Reihe von mechanischen Schwierigkeiten heraus. Es muß die Absorption in Stufen
vor sich gehen in einer Reihe von hintereinandergeschalteten Türmen, die von den
Gasen in der einen Richtung durchflossen werden und von der allmählich sich anreichernden
Säure in der anderen Richtung. Dabei wird in jedem Raum oder Turm die Säure vielfach
umgepumpt, um gleichlaufend mit der immer wieder weitergehenden Oxydation zu N 02
in der umlaufenden Säure die Bildung von salpetriger und nach entsprechender Spaltung
von Salpetersäure zu erreichen. Beim Arbeiten unter Druck müssen nun die Umwälzpumpen
für das Umpumpen der Säure in den einzelnen Türmen unter verhältnismäßig hohen Drücken
arbeiten, und das Dichthalten der Stopfbüchsen macht dann erhebliche Schwierigkeiten.
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Man kann nun erfindungsgemäß die Absorption unter Druck wesentlich
vereinfachen und dabei gleichzeitig an den teuren säurefesten Stählen sparen, wenn
man folgendermaßen vorgeht (vgl. Figur): Die einzelnen Absorptionstürme werden übereinandergestellt
(in der Figur drei Stück) mit den Raschigringschichten a1, a2, und a3. Das Gas tritt
bei x in den ersten unteren Turm ein und durchfließt von unten nach oben die erste
Raschigringschicht cal. Nun wird das Gas gleichzeitig
dazu benutzt,
um die umlaufende Säure zu heben, und zwar geschieht dies auf folgende Weise: Der
erste Turm ist oben abgeschlossen durch einen dünnen Boden b1 aus säurefestem Stahl.
Kurz unterhalb des Bodens b1 tritt das Gas. nun bei cl aus und strömt durch eine
Rohrleitung dl nach unten, und zwar tiefer als der Boden z des ersten Turmes. Die
sich auf dem Boden z ansammelnde Säure wird nun bei e1 abgenommen, fließt durch
ein U-Rohr f1 und tritt dann in die Gasleitung bei g1 wieder ein. Die Säure wird
nun vom Luftstrom mitgerissen in den Strang hl, nach oben gefördert, und Gas und
mitgerissene Säuie werden bei k1 über den Boden b1 ausgegossen. Die Säure verteilt
sich über den Boden b1 und fließt nun durch eine Anzahl von Krümmern ml -wieder
auf die Raschigringschicht zurück: Die Krümmer ml dienen dazu, zu verhindern, däß
das Gas direkt durch den Boden b1 hindurchströmt unter Umgehung der Schleife di
lal. Das Gas strömt dann weiter nach oben, wo kurz oberhalb des Bodens b1 ein zweiter
Boden z1 angeordnet ist. In z1 sind ein oder mehrere Gasdurchtritte n1, durch die
das Gas unter den Rost der zweiten Raschigringschicht a2 gelangt und von dort aus
durch die Raschigringschicht a2 nach oben steigen kann. Man kann statt eines größeren
Durchtritts nl'auch mehrere kleine Durchtritte anordnen. Die Durchtritte besitzen
sämtlich kleine Dächer, so daß die herunterrieselnde Säure nicht auf den Boden b1
durchfallen kann, sondern auf dem Boden z1 sich sammeln muß.
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Nach Durchströmen von a2 tritt das Gas bei c2 wieder aus dem zylindrischen
Turm aus, strömt nach unten durch die Leitung d2, und nun läuft die produzierte
Säure vom Boden z1 bei e2 durch eine Leitung mit anschließendem Schwanenhals bei
g2 wiederum in die Gasleitung. Das Gas strömt in der aufsteigenden Rohrleitung h2
wieder nach oben, reißt die Säure mit und gießt sie über dem Boden b2 wieder aus,
wobei das Gas weiter nach oben steigt durch den nächsten Durchtritt oder die Durchtritte
n2 des Bodens z2. Die auf dem Boden b2 stehende Säure läuft wieder durch die U-Rohre
m2 nach unten, schließt dabei den Gasdurchtritt durch die U-Rohre ab und verteilt
sich über die Raschigringschicht a2. Das Gas tritt durch die Öffnungen n2 unter
die Raschigringschicht a3, steigt nach oben, gelangt unterhalb des Bodens b3 in
die Rohrleitung d3, nimmt aus e3 über Schleife f3 und Eintritt g3 die Säure auf,
reißt sie in der Leitung h3 mit nach oben und gießt die umlaufende Säure auf dem
Boden b3 aus. Wenn nun die Raschigringschicht a3 die letzte war, so tritt das Gas
dann bei y aus dem Turm aus. Natürlich kann man eine ganze Anzahl Türme bzw. Raschigringschichten
übereinander anordnen, und es ist ersichtlich, daß das nach oben strömende Gas durch
die Schleifen j edesmal den Säureumlauf in jeder Raschigringschicht in Gang hält.
Eine gewisse Säuremenge, die der Produktion entspricht, läuft nun durch einen Überlauf
w2 bzw. % von einem Turmsystem zum anderen. Durch Schieber p3 p2, p1 kann die Menge
der umlaufenden Säure eingestellt werden.
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Die Kühlung des ganzen Systems und damit die Abführung der Reaktionswärme
geschieht nun folgendermaßen Es wird durch entsprechende Verteilung der Säure beim
Durchtritt durch die Böden b1, b2, b3 dafür gesorgt, daß eine gewisse Säuremenge
an der Blechummantelung der Türme bzw. Raschigringschichten herunterläuft. Es ist
ja sowieso schon bei Raschigringschichten die Tendenz vorhanden, die Flüssigkeit
nach außen zur Wandung des Gefäßes zu drängen, aber diese Tendenz wird hier noch
begünstigt durch stärkere Berieselung am Rande. Nun wird der ganze Tuim von außen
gekühlt durch Berieselung mit Wasser, so daß also außen das verdunstende Wasser
an den Blechen herunterläuft, und im Innern des Turmes direkt am Blech strömt ein
erheblicher Teil der Umlaufsäure herab, die nun dauernd über den druckfesten V2A-Zylinder
von dem außenfließenden Wasser gekühlt wird. Diese Kühlung genügt ohne weiteres
bei den letzten Türmen. Im allgemeinen wird man sechs Türme oder Stufen bzw. Raschigringschichten
hintereinanderschalten, unter Umständen auch mehr. Die Reaktionswärme ist nun bei
den letzten Stufen nicht größer, als daß sie durch die Kühlung am Turmmantel nicht
abgeführt werden könnte. In den ersten beiden Stufen ist die-Reaktionswärme jedoch
erheblich größer, und hier wird dann in die abfallende Leitung der U -Rohre, die
die Umlaufsäure in die pneumatische Förderung führt, ein Säurekühler eingebaut,
so wie es in der untersten Stufe angedeutet wurde. In der Figur ist also q der Kühler,
der zusätzlich die umlaufende Säure abkühlt. Man hat weiter die Möglichkeit, auch
die Rohre hl bis h3 und dl bis d3 mit aufgespritztem Wasser zu kühlen. Hier ist
die Kühlwirkung sehr lebhaft, da bei den großen Gasgeschwindigkeiten der Wärmedurchgang
sehr begünstigt wird.
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Man kann die ganze Kühlwirkung, die durch Außenberieselung des Turmmantels
und der Gasleitungen vorgenommen wird, erheblich dadurch verstärken, daß man den
gesamten Turm in eine Ummantelung setzt, die beispielsweise ähnlich wie bei einem
Kühlturm aus Holz hergestellt werden kann und in den gebildeten Zwischenraum zwischen
äußerer Ummantelung und Absorptionsturm Luft einbläst. Unter Umständen ist es nicht
mehr nötig, das Kühlwasser zwecks Nachkühlung über einen Kühlturm zu schicken, sondern
man könnte es durch eine Pumpe nur umpumpen lassen, da durch die große Fallhöhe
und den starken Luftzug eine gute Kühlwirkung eintritt.