DE924689C

DE924689C - Kontinuierliches Verfahren und Anlage zur Herstellung von Chlordioxyd

Info

Publication number: DE924689C
Application number: DEK9792A
Authority: DE
Inventors: Edelbert Dr Kesting
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-04-27
Filing date: 1951-04-27
Publication date: 1955-03-07

Description

Kontinuierliches Verfahren und Anlage zur Herstellung von Chlordioxyd Chlordioxyd wird durch Einwirkung von Säure, in der Regel Salzsäure, auf Chlorat, vornehmlich Natrium-Chlorat, gewonnen. Da Chlordioxyd bei höheren Temperaturen außerordentlich explosiv ist, arbeitete man bisher bei verhältnismäßig niedriger Temperatur und, um trotz dieser niedrigen Temperatur eine noch tragbare Ausnutzung von Chlorat und Säure und damit eine genügende Ausbeute an Chlordioxyd zu erzielen, mit hintereinanderliegenden ß'berlaufgefäßen, in deren jedem eine Umsetzung erfolgt, oder in einer Kolonne. Um die Gefahr von Explosionen zu verringern, führt man in jedes Gefäß ein reaktionsunfähiges Gas ein, das die Aufgabe hat, die Konzentration an Chlordioxyd zu vermindern.
Bei diesem Verfahren ist die Ausnutzung und damit die Ausbeute nicht befriedigend.
Die Erfindung löst dieses Problem mittels der Erkenntnis, daß die Ausnutzung von Chlorat und Säure bei hoher Temperatur sehr gut ist und daß Chlordioxyd auch bei hohen Temperaturen nicht explodiert, wenn es genügend stark verdünnt ist.
Man läßt durch eine Reihe von hintereinandergeschalteten und in der Höhe gestaffelten Reaktionsgefäßen, die entweder als Kaskade oder als Kolonne angeordnet sind, Chlorat- und Salzsäurelösungen hindurchfließen. In entgegengesetzter Richtung drückt oder saugt man einen Strom von reaktionsunfähigem Gas hindurch, z. B. Luft oder Stickstoff, der die Aufgabe hat, das in den einzelnen Gefäßen entstehende Chlordioxyd auszuspülen und mitzunehmen und dabei auf ungefährliche Konzentrationen zu verdünnen. Das Gas durchströmt die Flüssigkeit mittels bis auf den Boden der Gefäße reichender Gasleitungsrohre. Das oberste der Gefäße wird auf die niedrigste und das unterste Gefäß auf die höchste Temperatur eingestellt. Unter diesen Bedingungen hat der durch die Apparatur streichende Gasstrom die niedrigste Konzentration an Chlordioxyd in dem Gefäß mit der höchsten Temperatur, in den weiter oben liegenden Gefäßen steigt die Chlordioxydkonzentration an, während die Temperatur niedriger wird, und endlich wird im obersten Gefäß die höchste Chlordioxydkonzentration bei der niedrigsten Temperatur erreicht.
Wird das unterste Gefäß auf eine bestimmte Temperatur geheizt, so besitzt das aus diesem Gefäß austretende Gas eine der betreffenden Temperatur entsprechende Wasserdampftension. Tritt nun dieses Gas-Wasserdampf-Gemisch in das nächsthöhere Gefäß ein, so setzt es sich mit dessen Inhalt in thermisches Gleichgewicht, d. h. es heizt dasselbe auf. Von dort geht der Gasstrom in das nächsthöhere Gefäß, heizt dieses auf usw. Auf diese Weise erhält man in den Gefäßen ein sich automatisch einstellendes Temperaturgefälle, welches abhängig ist von den zugeführten Mengen an Flüssigkeit, Luft und Wärme. Indem man auf diese Weise die Reaktionsflüssigkeit von Gefäß zu Gefäß auf höhere Temperatur erhitzt, erreicht man, daß die Umsetzung von Chlorat und Säure sehr weitgehend und mit bester Ausbeute erfolgt und daß trotz der angewandten hohen Temperatur keine Explosionsgefahr vorhanden ist.
Weiterhin kann man in außerordentlich bequemer Weise ein gewünschtes, bestimmtes Temperaturgefälle in der Gefäß reihe aufrechterhalten und braucht lediglich an einer Stelle, z. B. dort, wo die Wärme zugeführt wird, die Temperatur zu kontrollieren. Alle anderen Temperaturen stellen sich dann automatisch ein.
Die Zeichnung zeigt in Fig. I und 2 schematisch zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Kaskaden.
Diese Kaskaden bestehen gemäß Fig. I aus den Gefäßen I, 2, 3, 4, 5 und 6. Jedes Gefäß ist geschlossen, und von den einzelnen Gefäßen führen Überlaufleitungen 7 zum jeweiligen nächstfolgenden Gefäß. Die Gasleitungen I3 sind mit ihren Gasaustrittsenden bis zum Boden der Gefäße heruntergeführt. Im Gefäß I soll z. B. eine Temperatur von 250 herrschen, im Gefäß 2 eine solche von 400, im Gefäß 3 eine solche von 600, im Gefäß 4 eine solche von 8010, im Gefäß 5 und 6 1030.
Eine wäßrige Lösung, die im Liter etwa 400 g Natrium-Chlorat und etwa 80 g Kochsalz enthält, wird in kontinuierlichem Strom in einer Menge von 100 1/Std. bei einer Temperatur von etwa 260 durch die Leitung 8 in das Gefäß eingeleitet, von wo die Lösung durch die Überlaufleitung 7 in die nachfolgenden Gefäße gelangt. Mit der Natrium-Chlorat-Lösung wird Salzsäure in einer Menge von 58 1/Std. und einer Temperatur von I80 durch die Leitung 20 zugeführt. Die Salzsäure besitzt eine Konzentration von etwa 350 g/l. Der gesamte Inhalt der Gefäße ist so bemessen, daß die Verweilzeit des Lösungsgemisches in den Gefäßen und damit die Reaktionszeit etwa I Stunde beträgt.
In die beiden letzten Gefäße 5 und 6 wird durch Dampfleitungen g Dampf eingeblasen und die darin enthaltene Lösung zum Sieden erhitzt. Die eingeblasene Dampfmenge ist so bemessen, daß sie ausreicht, die durch die Apparatur fließende Lösung von der Ausgangstemperatur, z. B. 23°, bis zum Siedepunkt zu erhitzen und die Abstrahlungsverluste zu decken.
Von den Gefäßen 6 und 5 führen Abdampfleitungen I0 und II in das Gefäß 4. In die Abdampfleitung II mündet eine Luftleitung I2, vermittels der dem Gefäß 4 zusammen mit dem Abdampf der Gefäße 5 und 6 auch Luft zugeführt wird. Die Luftmenge ist so zu bemessen, daß das aus Gefäß I durch I9 abziehende Gas C102 in der gewünschten Konzentration, z. B. I0 Volumprozent, enthält.
Durch den durch die Leitung g unmittelbar zugeführten Dampf werden die Gefäße 6 und 5 auf die Siedetemperatur von etwa 1030 erhitzt. Das Gefäß 4 wird durch die durch die Leitungen 10 und II austretenden bzw. eintretenden Dämpfe auf soO erhitzt, unter Berücksichtigung der Abkühlung durch die zugeführte Luft. Vom Gefäß 4 führt eine Gas leitung I3 bis zum Boden des Gefäßes 3 usw. mit der Folge, daß das im Gegenstrom zur Flüssigkeit ziehende Gasgemisch den Inhalt der vorangehenden Gefäße 3, 2 und I erwärmt, derart, daß jedes vorangehende Gefäß 3, 2, I eine niedrigere Temperatur besitzt als das nachfolgende.
Dadurch, daß die Gefäße 5 und 6 durch unmittelbare Dampfzufuhr geheizt werden, während die nachfolgenden Gefäße 4 bis I nur mittelbar aufgeheizt werden, erhält man in den Gefäßen die gewünschten Temperaturen. Man kann natürlich zur Erreichung der gewünschten Temperaturen in den einzelnen Gefäßen auch andere Wege beschreiten, z. B. dadurch, daß man nur das letzte Gefäß 6 unmittelbar mit Dampf beschickt oder daß man die letzten drei Gefäße 6, 5 und 4 unmittelbar mit Dampf beschickt usw.
Man kann auch in der Weise verfahren, daß man das letzte Gefäß 6 mit einer indirekten Heizeinrichtung versieht, d. h. also von der Zuführung von Wasserdampf absieht und schon in das letzte Gefäß 6 Luft im Gegenstrom einleitet. Man kann auch die Heizung dadurch vornehmen, daß man in das letzte Gefäß 6 Heißluft oder ein anderes, nicht reaktionsfähiges Gas einleitet.
Jedenfalls ist es nicht erforderlich, jedes einzelne Gefäß mit einer Heizeinrichtung zu versehen, ebensowenig wie es notwendig ist, daß man die Temperatur in den höher liegenden Gefäßen noch besonders kontrolliert. Sind die Dampfmenge und die Flüssigkeitsmenge sowie die Luftmenge bestimmte, so wird die Temperatur in dem jeweiligen Gefäß ebenfalls zwangsläufig eine bestimmte sein.
Man kann die Temperaturen in der Apparatur da- durch in einfacher Weise regeln, daß man an einer beliebigen Stelle derselben einen Wärmefühler 22 einbaut und ihn in bekannter Weise die Dampfzufuhr so regulieren läßt, daß an der betreffenden Stelle die gewünschte Temperatur erhalten bleibt, wodurch auch die Temperaturen an allen anderen Punkten der Apparatur konstant bleiben. Voraussetzung für eine derartige Regelung ist natürlich, daß man die Mengen an Flüssigkeit und Luft, die in der Zeiteinheit durchströmen, konstant hält.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt das letzte Gefäß I8 der Kaskade eine teilweise ummantelte Heizeinrichtung I4, der die Aufgabe zufällt, den Inhalt des Gefäßes I8 auf Siedetemperatur zu bringen, die in diesem Fall etwas über IOO° liegt, und gleichzeitig den Dampf zu erzeugen, der zur Aufheizung der höher liegenden Gefäße benötigt wird. Man hat es auch in der Hand, durch die Heizeinrichtung mehr Wärme zuzuführen, als für den genannten Zweck erforderlich ist und so eine zusätzliche Eindampfung der durchfließenden Lösung vorzunehmen. In das Gefäß I8 führt die Luftleitung 12. Eine Dampf- und Luftableitung I3 führt vom Gefäß I8 zum Gefäß 5. Da der entwickelte und in das Gefäß 5 übergehende Dampf zufolge seiner Menge die oberen Gefäße zu hoch heizen und den Eindampfungseffekt illusorisch machen würde, ist in der Luft-Dampf-Leitung I3 vom Gefäß I8 zum Gefäß 5 ein Kondensator I5 mit Kühlflüssigkeitszulauf I6 und Kühlflüssigkeitsablauf I7 vorgesehen, dem die Aufgabe zufällt, einen Teil des entwickelten Dampfes zu kondensieren und durch einen Siphon 2I als Wasser abzuführen. Damit wird die Menge des in das Gefäß 5 übertretenden Dampfes dosiert.
Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß durch den Kondensator ständig eine beliebig einzustellende Flüssigkeitsmenge abgestrichen werden kann, wodurch man es in der Hand hat, die durchlaufende Reaktionsflüssigkeit gleichzeitig auf ein geringeres Volumen einzudampfen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Chlordioxyd durch.Umsetzen von Chlorat und Salzsäure in hintereinanderliegenden Gefäßen bei kontinuierlichem Überlauf in das jeweils nachfolgende Gefäß und Hindurchführen eines inerten Gasstromes durch die einzelnen Gefäße entgegen der Richtung des Flüssigkeitsstromes, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Überlaufrichtung nachfolgende Gefäße je zunehmend mehr erwärmt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man nur einem in bezug auf den Überlauf letzten Gefäß äußere Wärme zuführt und ein reaktionsunfähiges Gas, bei diesem Gefäß beginnend, durch die Flüssigkeit in den einzelnen Gefäßen im Gegenstrom leitet.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in mindestens ein letztes Gefäß zum Zweck der Aufheizung des Gefäßinhaltes heißes reaktionsunfähiges Gas ein und im Gegenstrom weiterleitet.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in mindestens ein letztes Gefäß Wasserdampf einleitet und mit der Einleitung von nicht dampfförmigem Gas bei dem folgenden Gefäß beginnt.
5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 4, bestehend aus einer Mehrzahl hintereinanderliegender, durch Überlaufleitungen miteinander verbundener Reaktionsgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in Richtung des Überlaufes letztes Gefäß mit einer Einrichtung zur äußeren Wärmezufuhr versehen ist und Leitungen vorgesehen sind, die die Zuführung von Gasen in ein letztes Gefäß und Weiterleitung der Gase im Gegenstrom zum Überlauf in die anderen Gefäße ermöglichen.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Inhalt mindestens eines letzten Gefäßes Dampfleitungen führen und die Leitungen zur Einführung von Gasen und zur Weiterleitung im Gegenstrom in das vorangehende Gefäß führen.
7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung in eine Dampfleitung eines letzten Gefäßes mündet.
8. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein letztes Gefäß mit einer Heizeinrichtung versehen ist und in der zum vorangehenden Gefäß führenden Gasleitung ein Kondensator liegt.
9. Anlage nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der vorhandenen Gefäße ein Temperaturmeßgerät aufweist.

Angezogene - Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 225in 538 284, 669,383; britische Patentschriften Nr. 5in678, 575 I73; USA.-Patentschrift Nr. 2 332 I8I; Uilmann, Enzyklopaedie der technischen Chemie, Bd. 1 (1928), S. 355; Gmelin's Handbuch der anorganischen Chemie, 8. Auflage, System-Nr. 7, Brom (1926), S. 37; Winnacker u. Weingaertner, Chemische Technologie, Anorganische Technologie I (I9150), 5. 367.