FI65977B - Foerfarande foer framstaellning av klordioxid - Google Patents

Description

kgr»! [B] «DKUULUTUSjULKAISU , q7„ utlAgcninqsskript DD7 / / • jSS C W Patentti ay ennetty 10 C3 1934 ^ v ^ (51) Kv.lk.3/hK-CL3 C 01 B 11/02 SUOMI—FINLAND <*) 7739***· (M) Hilwwl«Dll*t—AwMwlKfrfu 28.12.77 " *' (23) Atopiht—G*dih«s*t 28.12.77 (41) TUbcJvIUtakai—Mvfccffmdfe 01.07.78 hunt· och nglrtTftynlni ΛμπΙγμι “·ν^»τΓ?*τ*^^·?Γΐπϊιιί 30.0^.8^ (32)(33)(31) P>rH«ity «mMm*-*·** ptortMt 30.12.76 USA(US) 755925 (71) KemaNord AB, Box 11020, S-100 6l Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Willard A. Fuller, Grand Island, New York, Earl A. Schilt, Kenmore,

New York, USA(US) (7*0 Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä klooridioksidln valmistamiseksi - Förfarande för fram-ställning av kiordioxid Tämä keksintö koskee uutta taloudellista, erittäin tehokasta menetelmää klooridioksidin kehittämiseksi.

Koska klooridioksidilla on huomattava kaupallinen merkitys sellaisilla aloilla kuin selluloosan valkaisussa, vedenpuhdistuksessa, rasvanvalkaisussa, fenolien poistossa teollisista jätteistä, tekstiilin valkaisussa jne., on erittäin toivottavaa saada aikaan prosessi, jolla sitä voidaan taloudellisesti kehittää.

Eräs keino klooridioksidin kehittämiseksi on kloraatin, kloridin ja rikkihapon reaktio. Tapahtuvat reaktiot esitetään alla esimerkkeinä, joissa kuvaamistarkoituksessa käytetty kloraatti on natriumklo-raatti ja käytetty kloridi on natriumkloridi.

(1) NaCl03 + NaCl + H2S04 -* C102 + 1/2 Cl2 + Na2S04 + H20 (2) NaCl03 + 5NaCl + 3H2S04-> 3Cl2 + 3 Na2S04 + 31^0.

2 65977 Tätä tekniikkaa klooridioksidin valmistamiseksi käytetään kaupallisessa mittakaavassa, jolloin reagensseja syötetään jatkuvasti reak-tioastiaan ja jatkuvasti tuotettuja klooria ja klooridioksidia poistetaan reaktioastiasta.

Toinen keino klooridioksidin kehittämiseksi on kloraatin reaktio kloorivetyhapon kanssa. Tapahtuvat reaktiot esitetään alla esimerkkeinä, joissa kuvaamistarkoituksessa käytetty kloraatti on natrium-kloraatti.

(la) 2 Nad03 + 4 HC1 -* 2 C102 + Cl2 + 2 NaCl + 2 H20 (2a) NaC103 + 6 HC1 -> 3 Cl2 + NaCl + 3 H20.

Tyypillisesti tällaisissa prosesseissa tuotetut kloori, klooridioksidi ja vesi poistetaan höyrytilassa ja alkalimetallisuola poistetaan reaktio-liuoksesta kiteyttämällä.

Erilaisia prosesseja ja systeemejä on käytetty klooridioksidin, kloorin ja alkalimetallisuolan kehittämiseen perustuen yleensä yllä olevissa yhtälöissä esitettyihin reaktioihin. Tällaisia systeemejä ovat esimerkiksi systeemit, jotka käsittävät useita generaattoreita, jotka toimivat kaskadivirtauksessa (US-patentti n:o 3 446 584) tai monivyöhykkeisen laitteiston tai useiden laitteistojen yhdistelmä, jossa erilaiset selvästi erotettavat kemialliset ja/tai fysikaaliset operaatiot on erotettu klooridioksidin kehittämiseksi, veden haihduttamiseen, sivutuotesuolan kiteyttämiseksi ja reagenssin syöttämiseksi systeemiin (US-patentit n:ot 3 516 790 ja 3 341 288).

Aivan viime aikoina on ehdotettu suoritettavaksi klooridioksidin, kloorin ja alkalimetallisuolan kehittäminen yhdessä ainoassa reak-tioastiassa. Niinpä esimerkiksi US-patentissa n:o 3 816 077 paljastetaan systeemi, jossa klooridioksidin ja kloorin kehittäminen, veden haihduttaminen ja alkalimetallisuolan kiteyttäminen, suoritetaan yhdessä ainoassa reaktioastiassa. Vaikka huomattava hyötysuhteen parannus saavutetaan yhdistämällä nämä prosessit yhteen reak-tioastiaan, systeemi vaatii ulkopuolisia putkia, pumpun ja lämmitys-laitteen reaktioseoksen sekoittamiseen, lämmittämiseen, kierrättämiseen ja takaisinpalauttamiseen. Alaan perehtyneet voivat arvioida, että vielä muut parannukset ovat toivottavia systeemin aikaansaamiseksi, jossa käytetään yhtä reaktioastiaa reagenssien sekoittamiseen ja lämpötilan säätöön, klooridioksidin kehittämiseen, veden haih- 65977 duttamiseen ja alkalimetallisuolan kiteyttämiseen sekä jatkuvaan ja tehokkaaseen reaktioseoksen kierrättämiseen ja uudelleen kierrätykseen.

Tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi menetelmän klooridioksidin, kloorin ja alkalimetallisuolan valmistamiseksi, jossa menetelmässä: (A) syötetään erikseen alkalimetallikloraattiliuosta ja vahvan hapon liuosta, joka valitaan ryhmästä, johon kuuluvat rikkihappo, kloo-rivetyhappo, fosforihappo ja niiden seokset, kokonaisuuden muodostavaan pakkokiertoiseen kiteytysreaktiohaihduttimeen, joka käsittää pystysuorassa järjestyksessä: a) ylemmän reaktiokiteytyshaihdutin-kammion, jossa on oleellisesti pystysuoraan asetettu sylinterimäinen väliseinä, joka jakaa ainakin reaktiokiteytyshaihdutinkammion alaosan ensimmäiseen ja toiseen oleellisesti samankeskiseen sylinteri-mäiseen osaan; b) lämmönvaihtokammion, joka sisältää useita pystysuoraan asetettuja putkimaisia elementtejä virtaavien aineiden kuljettamiseksi sanotun lämmönvaihtokammion läpi; ja c) alemman pump-pukammion, jossa on sisäänotto-osasto ja poisto-osasto ja johon on sijoitettu pumppulaite nesteen pakkokierron aikaansaamiseksi sisäänotto- ja poisto-osastojen välille; (B) sekoitetaan siinä olevia liuoksia ja kierrätetään saatua reak-tioseosta pumppulaitteen avulla peräkkäin alemman pumppukammion poisto-osastosta ylöspäin putkimaisten elementtien ensimmäisen osan läpi, ylemmän reaktiokiteytyshaihdutuskammion ensimmäisen sylinteri-mäisen osan läpi, sylinterimäisen väliseinän yli; alaspäin putkimaisten elementtien toisen osan läpi alemman pumppukammion sisäänotto-osastoon ja poisto-osastoon; (C) pidetään reaktioseoksen tilavuutta riittävänä täyttämään ainakin osittain haihdutuskammio ja aikaansaamaan höyryn ja nesteen erottumistila sen yläosaan; (D) poistetaan sanotun hapon alkalimetallisuolan vesilietettä kiertävästä reaktioseoksesta; (E) poistetaan klooridioksidia, klooria ja vesihöyryä ylemmän reak-tiokiteytyshaihdutuskammion höyryn ja nesteen erottumistilasta.

Alkalimetallikloraatin reaktio vahvan hapon kanssa toteutetaan mie- 4 65977 luuiranin syöttämällä reagenssit erillisinä virtoina reaktioastiaan, josta klooridioksidin, kloorin ja vesihöyryn kaasumaista seosta poistetaan jatkuvasti yhdenmukaistamalla reaktioliuoksen lämpötila astiassa olevan paineen kanssa niin, että vettä haihtuu reaktioliuok-sesta riittävä määrä reaktioliuoksen tilavuuden pitämiseksi oleellisesti vakiona. Veden poisto reaktioliuoksesta on määrältään oleellisesti sama kuin se vesimäärä, joka syötetään reaktiohaihduttimeen ynnä reaktiossa tuotettu vesimäärä. Vesihöyryn poistaminen palvelee useita tarkoituksia. Näitä ovat klooridioksidikaasun laimentaminen kaasun räjähtävien pitoisuuksien kehittymisen estämiseksi; kaasujen puhdistaminen pois kaasutilasta reaktioliuoksen yläpuolelta kaasun vapautumisen auttamiseksi nesteväliaineesta; helposti tiivistyvän laimentimen aikaansaaminen reaktiossa tuotetulle kloorikaasulle, jolloin vältetään vähemmän toivottava kaasumaisten laimentimien käyttö siihen liittyvine erotusongelmineen; ja alkalimetallisuolan kyllästymisen ylläpitäminen.

Prosessi, joka liittyy klooridioksidin ja kloorin kehittämiseen, alkalimetallisuolan muodostamiseen ja reaktioliuoksessa olevan veden haihduttamiseen, tapahtuu kokonaan samassa kiertävässä liuoksessa ja tarpeellisia reagensseja syötetään jatkuvasti reaktioliuokseen ja kaasumaisia reaktiotuotteita poistetaan jatkuvasti seoksena vesihöyryn kanssa, kunnes kiinteää alkalimetallisuolaa samanaikaisesti ja jatkuvasti kiteytyy reaktioliuoksesta.

Klooridioksidikehityksen nopeus tämän keksinnön prosessissa kasvaa reaktioliuoksessa olevan alkalimetallikloraatin väkevyyden mukana. Tämän vuoksi alkalimetallikloraatin väkevyys on suositeltavaa pitää väkevyysalueella n. 0,2-5-M. Näin on erityisesti silloin, kun toimitaan lämpötila-alueella 60-110°C ja paineissa, jotka ulottuvat aina n. 400 mmHg:in saakka absoluuttista painetta, jotka olosuhteet suosivat suurten alkalimetallikloraattimäärien liukenemista.

Kun lämpötila laskee tyhjön mukana, joka kehitetään reaktio-liuoksen yläpuolelle vesihöyryn poistamiseksi, kloraatin väkevyyttä on välttämättä pienennettävä kloraatin kiteytymisen estämiseksi liuoksessa, mikä tekisi tyhjäksi kaiken kasvaneesta reaktionopeudesta saadun hyödyn. Näin ollen kun toimitaan suositeltavassa n. 100-300 mmHGsn absoluuttisessa paineessa ja lämpötilassa välillä n. 65-100°C, alkalimetallikloraatin väkevyyden tulee olla n. 0,2-3-M.

5 65977

Reaktioliuoksen happamuutta voidaan ylläpitää missä tahansa välillä n. 0,5-12-N, käytetyn vahvan hapon vaikuttaessa hyötysuhteeseen ehdotetulla alueiden määrällä. Esimerkiksi jos käytetään HCl-systeemiä, suositeltava normaalisuus on välillä n. 0,5-3,5-N, jolloin tuotettu alkalimetallisuola on alkalimetallikloridi. Kun H2SO4 on suositeltava käytetty happo tai käytetään I^SC^tn ja HCl:n seoksia, suositetava normaalisuus on n. 1,5-12-N. Toimittaessa ^SO^-systeemillä alueilla n. 1,5-6-N, tuote on alkalimetallisuliaattisuola ja kun normaalisuus kasvaa yli n. 6-N, saostunut alkalimetallisuola on alkalimetallin hapan sulfaattisuola. Sitä paitsi kuten alalla tiedetään, tämän keksinnön prosessissa voidaan käyttää pelkistysainetta, kuten metanolia, oksaalihappoa, rikkidioksidia jne., jotka reagoivat kloorin kanssa parantaen klooridioksidin tuotantoa.

Käyttämällä ainakin yhtä katalyyttiä, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat vänadiinipentoksidi, hopeaionit, mangaani-ionit, dikromaatti-ionit ja arseeni-ionit, yhdessä vahvojen happojen kanssa alkalimetallikloraatin konvertoimiseksi klooridioksidiksi, patenttihakemuksen tekijät ovat havainneet, että klooridioksidihyötysuhde ja reaktionopeus kasvavat reaktioliuoksen keskimääräisillä happamuuksilla välillä n. 2-5-N. Hopeaioni on suositeltava katalyytti. Hopea-ionia tulisi käyttää n. 0,001-1,5 g/1 reaktioliuosta. Vaikka enemmän kuin n. 1,5 g hopeaionia voidaan käyttää, mitään merkittävää hyötysuhteen kasvua ei saavuteta sanotun ionin ylimäärällä.

Mangaani-ioni on myös eräs suositeltavista katalyyteistä. Noin 0,001-4 g mangaani-ionia litraa kohti reaktioliuosta tulisi käyttää; jälleen vaikka voidaan käyttää yli 4 g mangaani-ionia litraa kohti reaktioliuosta, ei saavuteta merkittävää klooridioksidikehityksen hyötysuhteen kasvua johtuen sanotun ionin ylimäärän käytöstä.

Dikromaatti-ioni, erityisesti alkalimetallidikromaatin, kuten natrium- tai kaliumdikromaatin muodossa on toinen suositeltava katalyytti. Sitä tulisi käyttää väkevyyksinä n. 0,5-25 g/1 ja jälleen on ymmärrettävä, että haluttaessa voidaan käyttää enemmän kuin 25 g/1.

Arseeni-ionia ja vanadiinipentoksidia voidaan myös käyttää katalyytteinä. Niiden väkevyyden tulisi olla n. 0,05-25 g/1.

Kun reaktio edistyy sanotussa astiassa, alkalimetallisuolan kiteitä 65977 alkaa ilmestyä ja ne poistetaan lietteenä. Kiinteät aineet voidaan poistaa lietteestä sellaisilla hyvin tunnetuilla keinoilla kuin sentrifugoimalla, suodattamalla tai muulla suolan ja nesteen erotus-tekniikalla.

Kun kloorivetyhappoa käytetään vahvana happona, prosessiliete voidaan syöttää erotuskolonnin huipulle, kuten on paljastettu patenttivaatimuksessa SN 712 283, oleellisesti puhtaiden alkalimetalliklori-disuolakiteiden saamiseksi kolonnin pohjalle samalla, kun jatkuvasti palautetaan arvokkaita kloridi-, kloraatti- ja happo-osia reaktio-haihdut timeen .

Kun generaattorissa käytetään rikkihappoa ja sen seoksia kloorivety-hapon kanssa vahvana happona, prosessiliete voidaan syöttää erotusta! metateesikolonnin huipulle kuten on kuvattu US-patenteissa 3 976 758, 3 975 505, 3 974 266 ja patenttihakemuksissa SN 689 405, jätetty 29. toukokuuta 1976; SN 689 406, jätetty 24. toukokuuta 1976 ja SN 689 407, jätetty 24. toukokuuta 1976, tuloksena olevien suolojen ertotuspuhdistuksen aikaansaamiseksi tai muiden toivottujen tuotteiden tuottamiseksi metateesillä palauttamalla tai palauttamatta hyödyllisiä arvokkaita osia reaktiohaihduttimeen.

Kiteistä saatua emäliuosta voidaan käyttää uudelleen pesuvetenä, heittää pois tai kyllästää natriumkloridilla ja johtaa elektrolyysi-kennoon uuden alkalimetallikloraatin tuottamiseksi.

Osapaineita ja tuloksena olevia lämpötiloja, jotka vallitsevat reak-tiokammiossa, voidaan vaihdella johtamalla siihen kuivan inertin kaasun, kuten typen tai ilman virta. Tämä puolestaan tekee mahdolliseksi reaktioliuoksesta höyrynä poistetun vesimäärän vaihtelun.

Tällä jälkimmäisellä menetelmällä on kuitenkin se haitta, että se aiheuttaa koooridioksidin voimakkaan laimenemisen inertillä kaasulla. Tämän vuoksi on suositeltavaa yhdenmukaistaa tyhjö ja reaktioliuok-sen lämpötila siten, että astiasta välttämättä poistettava vesihöy-rymäärä paisutetaan pois tarvitsematta syöttää lisäaineita vesihöyryn poistamiseksi.

Keksinnön täydellisemmäksi ymmärtämiseksi viitataan liitteenä olevaan piirrokseen, jossa; 65977 7 kuvio 1 esittää pystyleikkausta tämän keksinnön prosessissa käytetyn, kokonaisuuden muodostavan pakkokiertoisen kiteytysreaktiohaih-duttimen suositeltavasta toteutusmuodosta.

Tämän keksinnön prosessissa käytetty laitteisto on rakennettu siten, että reaktiokiteytyshaihdutuskammiosta, lämmönvaihtokammiosta ja pumppukammiosta muodostuu kokonaisuuden muodostava pystysuora yksikkö, johon reagensseja voidaan jatkuvasti syöttää ja jossa reaktio-seosta voidaan jatkuvasti kierrättää.

Tämän keksinnön prosessia on paras kuvata viitaten erityisesti kuvion I piirrokseen, jossa käytetty kokonaisuuden muodostava pakkokiertoi-nen kiteytysreaktiohaihdutin käsittää kolme kammiota: ylemmän reak-tiokiteytyshaihdutuskammion 11, lämmönvaihtokammion 12 ja alemman pumppukammion 13.

Reaktiokiteytyshaihdutuskammiossa 11 oleellisesti pystysuoraan sijoitettu sylinterimäinen väliseinä 20 toimii jakaen ainakin kammion alaosan ulko-osastoon 21 ja sisäosastoon 22, näiden kahden osaston ollessa oleellisesti samankeskisiä sylinterimäisiä osastoja. Tässä sisäsylinterissä on sen yläpäässä laite reaktioseoksen jakamiseksi tasaisesti nestemäisen reaktioseoksen ja höyrytilan välisen rajapinnan poikki.

Alempi pumppukammio 13 on varustettu väliseinäosalla 14, joka toimii erottaen kammion poisto-osastoon 15 ja sisäänotto-osastoon 16, jotka ovat suorassa nesteyhteydessä samassa järjestyksessä lämmönvaihtokammion 12 putkimaisten elementtien sisäosan 17 ja ulko-osan 18 kanssa ja nämä vuorostaan samassa järjestyksessä kiteytyshaihdutuskammion II ensimmäisen ja toisen sylinterimäisen osaston kanssa. Alempaan pumppukammioon 13 on sijoitettu pumppulaite 23 nesteiden virtauksen suuntaamiseksi sisäänotto-osastosta 16 poisto-osastoon 15 seurauksella, että reaktioseosta voidaan tehokkaasti jatkuvasti kierrättää lämmönvaihtokammion 12 läpi ja reaktiokiteytyshaihdutuskammioon 11, jossa sylinterimäinen väliseinä 20 ja jakolaite 33 toimii suunnaten lämmitetyn, reagoivan nesteen virtauksen tasolle, joka on lähellä nesteen ja höyryn rajapintaa, jossa haluttu veden haihtuminen ja klooridioksidin ja kloorin kehittyminen höyryn ja nesteen erotusti-laan 19 tapahtuu. Sylinterimäisen väliseinän 20 yläosa on mieluummin suppilonmuotoinen hajaantuen ylöspäin ja jakolaite 33 on mieluummin 8 65977 suppilonmuotoinen ja keskeisesti ja samankeskisesti sijoitettu väliseinään 20 suppilonmuotoisen osan suhteen. Vesihöyryä, klooridioksi-dia ja klooria poistetaan poistolaitteen 26 kautta höyryn ja nesteen erotustilasta 19. Nestemäinen reaktioseos virtaa höyryn ja nesteen rajapinnalta sylinterimäisen väliseinän 20 huipun yläpuolelta ja alaspäin ulomman sylinterimäisen osaston 21 läpi, lämmönvaihtokam-miossa 12 olevien putkimaisten elementtien ulko-osaston 18 läpi ja pumppauskammion sisääntulo-osastoon 16.

Alkalimetallikloraattiliuos syötetään mieluummin pumppauskammioon 13 sisääntulolaitteen 24 kautta, joka on mieluummin sijoitettu poisto-osastoon 15 ja pumppulaitteen 23 avulla sitä kierrätetään ja sekoitetaan yllä kuvatulla tavalla. Vahva happo syötetään mieluummin nousevaan nesteeseen sisääntulolaitteen 25 kautta, joka mieluummin on sijoitettu haihdutuskammion 11 sisemmän sylinterimäisen osaston 22 alaosassa olevaan kohtaan niin, että oleellista sekoittumista ja reaktiota tapahtuu, kun reaktioseosta kierrätetään sylinterimäisen väliseinän 20 huipulle. Sisääntulolaite 25 on mieluummin valmistettu vahvasta happoa kestävästä materiaalista, kuten Teflon'ista tai suojattu sillä. On suositeltavaa syöttää vahva happo sisääntulolaitteen 25 läpi kohoavaan nesteeseen läheltä lämmönvaihtimen putkimaisia elementtejä niiden yläpuolelta, sillä pyörteisyys, jota esiintyy, kun nesteet nousevat putkimaisista elementeistä reaktiokiteytyshaihdu-tuskammioon 11, parantaa reagenssien nopeaa sekoittumista. Kun reaktio tapahtuu kiteytyshaihdutuskammiossa 11, jolloin kehittyy kloori-dioksidia ja klooria, vahvan hapon alkalimetallisuola muodostuu ja kiteytyy haihtuvassa nesteessä. Alkalimetallisuolakiteet voidaan poistaa vesilietteenä poistolaitteen 27 läpi. Vesilietettä voidaan sitten käsitellä yllä kuvatulla tavalla ja emäliuos voidaan palauttaa reaktioseokseen.

Pumppulaite 23 voi olla mekaanista tyyppiä, kuten kiertopumppu tai potkuripumppu. Vaihtoehtoisesti kaasun imunostoa, jossa käytetään ilman tai muun inertin kaasun virtaa, voidaan käyttää pumppulaitteenä joko pelkästään tai yhdessä mekaanisen pumppulaitteen kanssa.

Suositeltavassa toteutusmuodossa pisaraloukku 28 on sijoitettu höyryn ja nesteen erotustilaan 19 reaktiohaihdutuskammion 11 yläosaan kaikkien mukana kulkeutuneiden nesteiden erottumisen aikaansaamiseksi höyryistä, jotka on poistettava poistolaitteen 26 läpi. Pisara- 9 65977 erotin voi olla mitä tahansa alalla tunnettua tyyppiä, kuten seula-tyyppinen pisaraerotin.

Mieluummin reaktiokiteytyshaihdutuskammio on varustettu räjähdys-puhallusventtiilillä 32 kaasujen hätäpurkauksen aikaansaamiseksi paineen äkillisen nousun tapauksessa.

Vaikka tämän prosessin reaktiot voidaan suorittaa normaalipaineessa, on suositeltavaa käyttää normaalia matalampia paineita, mieluimmin välillä n. 50-500 mmHg absoluuttista painetta. Tyhjönmuodostuslaite voi olla mikä tahansa tavanomainen laite, kuten mekaaninen tyhjö-pumppu, vesi-imuri, höyrylappo tms. (ei esitetty).

Lämmönvaihtokammio 12 sisältää lämmönvaihtovirtausaineen syöttöaukon 29 ja poistoaukon 30 lämmönvaihtovirtausaineen, kuten höyryn virtauksen sallimiseksi putkien ulkopuolisen tilan läpi. Putkien ulkopuoliseen tilaan on lisäksi mieluummin sijoitettu useita vaakasuoraan' sijoitettuja välilevyjä 31, jotka soveltuvat lämnönvalhtoaineen virtauksen suuntaamiseen vaakasuorassa suunnassa vastakkaisiin suuntiin eri väleissä lämmönvaihdon hyötysuhteen maksimoimiseksi. Lämmönvaihtoaineen virtaus säädetään saavuttamaan haluttu reaktiolämpötila. Reaktioseoksen säätämiseksi haluttuun lämpötilaan haihdutinkammioon kohdistettua tyhjöastetta säädetään, kunnes reaktioliuos on kiehumispisteessään sen ollessa halutussa lämpötilassa, ja lämmönsyötön määrä lämmön-vaihtokammioon säädetään reaktion lämpötilan nostamiseksi kiehumispisteeseen ja veden haihduttamiseksi riittävällä nopeudella oleellisesti vakionestetilavuuden ylläpitämiseksi.

Veden haihduttaminen edellä mainitulla nopeudella aiheuttaa kiteisen tuotteen muodostumista reaktiokiteytyshaihdutuskammiossa 11 olevassa reaktioliuoksessa. Energiansyötön määrä systeemiin kaikista lähteistä sen jälkeen, kun muuttumattoman tilan olosuhteet on saavutettu, on sellainen, että kaikki systeemiin lisätty ja siinä tapahtuvassa reaktiossa muodostunut vesi paitsi vähennettynä kiteytyvien alkalimetallisuolojen mukana mahdollisesti poistuva kidevesi ja systeemistä vesilietteen mukana poistuva vesi, haihdutetaan reaktio-liuoksesta reaktiokiteytyshaihdutuskammiossa ja poistetaan vesihöyrynä systeemistä. Tämä energiansyötön määrä on suhteessa valittuun lämpötilaan, vastaavaan tyhjöön, nopeuteen, jolla vettä lisätään systeemiin sen jälkeen, kun muuttumattoman tilan olosuhteet on saa 10 65977 vutettu, ja nopeuteen, jolla vettä poistetaan kidevetenä ja vesipitoisena lietteenä.

Reaktioseoksen lämpötila voi vaihdella huomattavasti riippuen halutusta haihdutusnopeudesta ja käyttöpaineesta. On kuitenkin suositeltavaa, että reaktioseosta pidetään n. 65-100°C:n kiehumislämpötilassa käyttöpaineessa, joka on mieluummin n. 150-300 mmHg:n paine ja mieluimmin n. 200-250 mmHg.

Tämän keksinnön prosessissa käytetty kokonaisuuden muodostava pakko-kiertoinen kiteytysreaktiohaihdutin on alttiina sekä syövyttävälle että kuluttavalla vaikutukselle reaktioseoksen taholta ja on näin ollen valmistettava materiaaleista, jotka kykenevät vastustamaan tällaista vaikutusta. Sitäpaitsi rakennemateriaalin on vastustettava pilaantumista käyttölämpötiloissa ja oltava riittävän lujia kestämään tyhjötoiminnan vaikutusta. On tunnettua, että titaani on erinomainen rakennemateriaali tällaisiin tarkoituksiin. Kuitenkin titaanin hinta on sellainen, että taloudellisista syistä alalla on aikaisemmin käytetty muita materiaaleja korvaamaan titaani osittain tai kokonaan. Eräässä tällaisessa alan aikaisemmassa prosesissa klooridioksidin ja kloorin kehittämiseksi, suositeltava rakennemateriaali on polyesterihartsi, joka on kloori-ionin aiheuttamaa korroosiota kestävä eikä ole altis hapettumiselle klooridioksidin vaikutuksesta eikä kloorin vaikutukselle additio- tai substituointi-reaktiolla eikä altis reaktioliuoksessa käytetyn mineraalihapon syövyttävälle vaikutukselle. Tyypillinen polyesterihartsi, joka täyttää nämä vaatimukset on polyesterihartsi, joka on paljastettu US-patentissa 3 816 077 ja joka sisältää n. 0,5 moolin jakeen kloren-diinihappoa ja maleiinihappoanhydridiä ja n. 0,5 moolin jakeen neo-pentyyliglykolia ja noin 45 osaa styreeniä 100 osaa kohti hartsia. Itse hartsi voi olla valmistettu niiden menettelyjen mukaisesti, jotka on paljastettu US-patentissa n:o 2 634 251, tämän patentin aihepiirin ollessa liitetty suoraan viitteenä tähän esitykseen tarkoituksena kuvata tekniikkaa hartsin muodostamiseksi esitetyistä komponenteista.

Kuvattua tyyppiä olevat polyesterihartsit täyttävät lämpötilakestoi-suuden, mekaanisen lujuuden ja korroosiokestoisuuden vaatimukset. Tällaiset materiaalit ovat kuitenkin alttiita kulutuksesta johtuvalle pilaantumiselle, kun tapahtuu kosketusta alkalimetallisuola- 65977 11 kiteiden kanssa. Pitäen yllä mainitut seikat mielessä on suositeltavaa rakentaa kokonaisuuden muodostava pakkökiertoinen kiteytys-reaktiohaihdutin materiaalien yhdistelmästä, jossa se haihduttimen osa, joka on kosketuksessa nestemäisen reaktioseoksen kanssa, on valmistettu titaanista, ja se osa haihduttimesta, joka on kosketuksessa nesteen päällä olevien höyryjen kanssa, on valmistettu sopivasta polyesterihartsista.

Tyypillisessä käytössä keksinnön prosessi toteutetaan käyttäen piirroksessa kuvattua juoksukaaviota klooridioksidin ja kloorin kaasu-seoksen ja natriumsulfaattisuolan valmistamiseksi. Vesiliuosta, jonka natriumkloraattiväkevyys on 3,2-M ja natriumkloridiväkevyys 3,36-M, syötetään pumppukammion 13 poistopuolelle syöttöaukon 24 kautta ja kierrätetään ylöspäin lämmönvaihtokammion 12 putkimaisten elementtien sisäosan 17 läpi. Kun liuos tulee sisään haihdutuskammion 11 sisäosaan 22, rikkihapon 50 %;sta vesiliuosta lisätään syöttölaitteen 25 kautta ja se sekoittuu nousevaan liuokseen. Systeemin paine säädetään n. 200 mmHGtin absoluuttista painetta. Höyryä johdetaan lämmönvaihtokammion 12 läpi syöttöaukon 29 ja poistoaukon 30 avulla nopeudella ja lämpötilassa, jotka riittävät pitämään kiertävää reak-tioseosta lämpötilassa n. 78°C. Reagenssien syöttönopeus säädetään siten, että reaktioseoksen tilavuus pysyy muuttumattomalla tasolla sylinterimäisen väliseinän 20 huipun ja jako-osan 33 yläpuolella, kun syöttöliuosten mukana lisätty liika vesi keitetään pois ja poistuu höyrynä haihdutuskammiosta 11 poistoaukon 26 läpi yhdessä reaktioseoksen kehittämän klooridioksidin ja kloorin kanssa. Pumpun 23 vaikutuksesta reaktioseos kiertää reaktiohaihduttimen kaikkien kammioiden läpi liitteenä olevassa piirroksessa esitetyllä tavalla. Reaktion edistyessä kehittyy klooridioksidia ja klooria ja ne poistetaan yhdessä vesihöyryn kanssa. Vedetöntä natriumsulfaattia kiteytyy liuoksesta ja se poistetaan reaktioseoksesta pumppukammion 13 poistoaukon 27 kautta.

Voidaan arvioida, että vaikka tämän keksinnön prosessin erilaisia erikoistoteutusmuotoja on kuvattu yllä, erilaisia näiden erikois-toteutusmuotojen muunnoksia ja yhdistelmiä voidaan käyttää poikkeamatta keksinnön hengestä ja suojapiiristä. Niinpä esimerkiksi, vaikka suositeltava menetelmä reaktioseoksen kierrättämiseksi, jotta saavutettaisiin sekoituksen maksimi hyötysuhde ja virtaus nesteen ja höyryn rajapinnan poikki, on kuviossa 1 nuolilla esitetty suunta, virtaus- 12 65977 suunta voidaan kääntää päinvastaiseksi. Lisäksi vaikka reaktioki-teytyshaihdutuskamraion 11 on suositeltavassa toteutusmuodossa kuvattu sisältävän kaksi oleellisesti samankeskeistä sylinterimäistä osastoa 21 ja 22, nämä osastot voivat poiketa sylinterimäisestä muodosta ilman oleellista haitallista vaikutusta reaktioseoksen haluttuun virtaukseen. Lisäksi vaikka lämmönvaihtokammio 12 on kuvattu muodostetuksi useista putkimaisista elementeistä 17 ja 18, putkimaisten elementtien tarkkaa lukumäärää ja halkaisijaa voidaan vaihdella riippuen kierrätettävän reaktioseoksen ennakoidusta virtausnopeudesta ja -määrästä.

Claims (10)

1. 65977 13
2. 1. Menetelmä klooridioksidin ja kloorin seoksen valmistamiseksi saattamalla alkalimetallikloraatti ja vahva happo reagoimaan reak-tioastissa, josta kloorin ja klooridioksidin kaasuseosta poistetaan vesihöyryn avulla koordinoimalla reaktioliuoksen lämpötila ja paine astiassa siten, että vettä höyrystyy, tunnettu siitä, että (A) syötetään erikseen alkalimetallikloraattiliuosta ja vahvaa happoliuosta, joka on rikkihapon, kloorivetyhapon, fosforihapon tai niiden seoksien liuosta, kokonaisuuden muodostavaan pakko-kiertoiseen kiteytysreaktiohaihduttimeen, joka sisältää pystysuorana sovituksena a) ylemmän reaktiokiteytyshaihdutuskammion (11), jossa on oleellisesti pystysuoraan asetettu sylinterimäinen väliseinä (20), joka jakaa ainakin reaktiokiteytyshaihdutuskammion alaosan ensimmäiseen ja toiseen oleellisesti samankeskiseen sylin-terimäiseen osastoon, jolloin ensimmäisen sylinterimäisen osaston alaosassa on syöttöelin (25) vahvan happoliuoksen syöttämiseksi ylöspäin kiertävään reaktioseokseen; b) lämmönvaihtokarnmion (12), joka sisältää useita pystysuoraan sijoitettuja putkimaisia elementtejä (17) virtaavien aineiden siirtämiseksi lämmönvaihtokarnmion läpi ja c) alemman pumppukammion (13), jossa on sisäänotto-osasto ja poisto-osasto (15, 16) ja johon on sijoitettu pumppulaite (23) nesteen pakkokierron aikaansaamiseksi sisäänotto- ja poisto-osastojen välille; (B) sekoitetaan liuoksia siinä ja kierrätetään saatua reaktio-seosta pumppulaitteen avulla peräkkäin alemman pumppukammion (13) poisto-osastosta (15) ylöspäin putkimaisten elementtien ensimmäisen osan läpi, ylemmän reaktiokiteytyshaihdutuskammion ensimmäisen sylinterimäisen osaston läpi, sylinterimäisen väliseinän (20) yli alaspäin putkimaisten elementtien toisen osan läpi alemman pumppukammion sisäänotto-osastoon (16) ja poisto-osastoon (15); (C) pidetään reaktioseoksen tilavuutta riittävänä haihdutus-kammion täyttämiseksi ainakin osittain ja höyryn ja nesteen erottumistilan aikaansaamiseksi sen yläosaan; (D) poistetaan hapon alkalimetallisuolan vesilietettä kiertävästä reaktioseoksesta; ja (E) poistetaan klooridioksidia, klooria ja vesihöyryä ylemmän reaktiokiteytyshaihdutuskammion höyryn ja nesteen erottumistilasta. 65977 14
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylöspäin kiertävää reaktioseosta johdetaan ensimmäisen sylinterimäisen osaston (22) läpi toiseen osastoon (21) väliseinän (20) suppilomaisen yläosan kautta, johon on keskeisesti sovitettu suppilon muotoinen jakoelin (33).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että alkalimetallikloraattiliuos syötetään pumppu-kammion poisto-osastoon.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottua reaktioseosta pidetään n. 65 -100°C:n lämpötilassa ja n. 100 - 300 mmHg;n absoluuttisessa paineessa.
6. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetallikloraattiliuos on natriumkloraatin vesiliuos ja vahvan hapon liuos on kloorivety-happo.
7. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkalimetallikloraattiliuos on natriumkloraatin vesiliuos ja vahvan hapon liuos on rikkihappo.
8. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestehiukkasten erottamiseksi höyryistä sovitetaan höyryn ja nesteen erotustilaan myötävirta-erotin .
9. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vanadiinipentoksidia, hopeaioneja, mangaani-ioneja, dikromaatti-ioneja ja/tai arseeni-ioneja lisätään reaktioseokseen katalyytiksi. 65977 15
10. 1. Förfarande för framställning av en blandning av klor och klordioxid genom reaktion mellan ett alkalimetall-klorat och en stark syra i ett reaktionskärl, frän vilket gas-blandningen av klor och klordioxid avlägsnas medelst vattenänga genom att reaktionslösningens temperatur och trycket i kärlet koordineras sä att vatten förängas, kännetecknat av att man A) separat tillför en alkalimetallkloratlösning och en stark syralösning vald bland svavelsyra, saltsyra, fosforsyra och blandningar därav, tili en integrerad kristallisations- och reaktionsförängare med tvängscirkulation bestäende av, verti-kalt anordnat, a) en övre kristallisations- och förängningskammare (11) med en huvudsakligen vertikalt anordnad cylindrisk skiljevägg (20), som avdelar ätminstone den nedre delen av kammaren i en första och en andra i huvudsak koncentriska cylindriska sektioner, varvid ett inloppsorgan (25) äterfinns i den undre delen av den första cylindriska sektionen för införsel av stark syralösning i den uppät cirkulerande reaktionsblandningen, b) en värmeväxlarkammare (12) bestäende av ett flertal vertikalt anordnade rörformade element (17) för genommatning av flui-der genom värmeväxlarkammaren, och c) en undre pumpkammare (13) med en inlopps- och en utloppssektion (15, 16) och med ett pumporgan (23) anordnat däri för att ästad-komma tvängscirkulation av vätska mellan inlopps- och utlopps-sektionerna, B) läter lösningarna blandas däri och cirkulerar den resulterande reaktionsblandningen med hjälp av pumporganet frän utloppssektio-nen (15) i den undre pumpkammaren (13), uppät genom en första del av de rörformiga elementen, genom den första cylindriska sektionen av den övre kristallisations- och förängningskammaren, över den cylindriska skiljeväggen (20) nedät genom en andra del av de rörformade elementen in i inloppssektionen (16) och utlopps-sektionen (15) pä den undre kammaren, C) bibehäller en sä stor reaktionsblandningsvolym att förängningskammaren ätminstone delvis hälles fylld och sä att ett äng-vätskeseparationsutrymme ästadkommes i dess övre regioner, D) drar av en vattenhaltig uppslamning av alkalimetallsalt av syran frän den cirkulerande reaktionsblandningen, och