FI72706B - Reaktor foer framstaellning av klordioxid. - Google Patents

Description

1 72706

Reaktori klooridioksidin valmistamiseksi

Keksintö kohdistuu reaktoriin klooridioksidin valmistamiseksi.

5 Klooridioksidia valmistetaan yhä kasvavassa mää rässä suolahapon vaikutuksen avulla natriumkloraattiin. Koska klooridioksidi on korkeissa lämpötiloissa erittäin räjähtävää, työskennellään varrattain matalissa lämpötiloissa ja peräkkäin sijoitettuja ylivuotoastioita 10 käyttäen tai reaktiokolonnissa. Tällöin annetaan klo-raatti- ja suolahappoliuosten virrata useiden peräkkäin sijoitettujen ja korkeussuunnassa päällekkäin olevien reaktioastioiden lävitse, jotka on sijoitettu esimerkiksi kolonniksi. Vastakkaisessa suunnassa puriste-15 taan tai imetään laitteen lävitse inertin kaasun virta, esimerkiksi ilmaa tai typpeä yksittäisissä reaktiotilois-sa muodostuvan klooridioksidin poishuuhtelua varten ja sen laimentamiseksi tällöin vaarattomaan pitoisuuteen. Kaasu virtaa nesteen lävitse reaktiotilojen pohjaan ulot-20 tuvien kaasunsyöttöputkien tai kaasunupotusputkien avulla.

Mainitussa klooridioksidin valmistuksessa natrium-kloraatista ja suolahaposta tapahtuu pääasiassa kaksi seuraavien reaktioyhtälöiden mukaista reaktiota: 1) NaC103 + 2 HCl -> C102 + 1/2 Cl2 + NaCl + H20 25 2) NaCl03 + 6 HCl -> 3 Cl2 + NaCl + 3 H20

Toisessa näistä reaktioista ei muodostu klooridioksidia. Tätä reaktiota täytyy siten vaimentaa mahdollisimman paljon. Edellytys tälle on mahdollisimman vähäinen HCl-ylimäärä reaktionesteessä. Tämä vuorostaan 30 vaatii pitkät viipymisajat erikoisesti silloin, kun osittain käytettyä elektrolyyttiliuosta kierrätetään klo-raattielektrolyysissä, kuten ns. Resting- tai Muenchen-menetelmässä. Tässä tapauksessa hajaantuisi ylimääräinen suolahappo elektrolyysissä klooriksi ja vedyksi.

35 Molemmat ovat kuitenkin epäsuotavia tuotteita kloraatti- 72706 2 elektrolyysissä. Näiden epäsuotavien tuotteiden muodostumisen välttämiseksi täytyy Cl02~reaktio jakaa useampiin vaiheisiin tai reaktiotiloihin, esimerkiksi kuuteen, kuten Kesting-menetelmässä käytetään. Ylimmässä neljässä 5 reaktiokammiossa muodostetaan ylhäältä alaspäin nousevissa lämpötiloissa ClO^ta. Molemmissa alimmissa kammioissa annetaan lämpötilan nousun avulla kiehumispisteeseen jäljellä olevan suolahapon reagoida vielä läsnä olevan natriumkloraatin kanssa, jolloin muodostuu nat-10 riumkloridia, kloorikaasua ja vettä. Korkeiden lämpötilojen ja korrosioivien väliaineiden vuoksi valmistetaan C102~reaktorit usein titaanista. Reaktorin ylimmät asteet toimivat alemmissa lämpötiloissa ja voitaisiin ne valmistaa myös muusta materiaalista kuin titaanista, 15 esimerkiksi keraamisesta tai muovimateriaalista muodos tuvasta raaka-aineesta. Koska kuitenkin on otettava huomioon C102~hajaantumisen mahdollisuus, mihin liittyy vastaavat lämpötilan ja paineen kasvut, on tarkoituksen mukaista käyttää myös näissä matalammissa lämpötiloissa toi-20 mivissa reaktioasteissa titaania rakennemateriaalina.

Klooridioksidin hajaantumisen välttämiseksi täytyy C102:n osapaine alentaa noin 0,1 atmosfääriin. Tämä suoritetaan käyttäen alennettua painetta tai laimentamalla ilmalla tai molempien yhdistelmän avulla. Reaktorin 25 rakenteen täytyy siten soveltua käytettäväksi tyhjiössä ja paineessa, jolloin alipaine ilmalaimennusta käytettäessä on pienempi kuin käytettäessä pelkästään alennettua painetta. Cl02~kaasun poistamiseksi liuoksesta ja klooridioksidin muodostumisreaktion (yhtälö 1) keskeytymisen 30 estämiseksi täytyy antaa ilman kuplia reaktioliuoksen lävitse tai imeä sitä liuoksen lävitse. Reaktioliuoksen vastustuskykyä voidaan käyttää nyt hyödyksi alipaineen muodostamiseksi, jolloin edullisesti tyhjiö kasvaa C102~ pitoisuuden noustessa.

35 Tähän verrattuna täytyy toimittaessa voimakkaasti alennetuissa paineissa ottaa huomioon tämä tosiasia käyt- 3 72706 täen vastaavasti suunniteltua reaktiokanunioiden rakennetta. Ilmeisesti kasvavat tällöin rakenteelliset ja materiaaliset vaatimukset.

Keksinnön perustana on tehtävä poistaa nämä epä-5 kohdat. Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti reaktorin avulla klooridioksidin valmistamiseksi nat-riumkloraatista ja suolahaposta johtaen siihen vastavirtaan kantajakaasua, jolloin reaktorissa on useita pystysuunnassa päällekkäin sijoitettuja reaktiotiloja, 10 jotka on yhdistetty toisiinsa kaasunupotusputkien tai kaasunsyöttöputkien ja upotettujen nesteen ylivuotoputki-en avulla.

Mainittua laatua olevaa reaktoria käytettäessä on keksinnölle tunnusomaista 15 a) kunkin reaktiotilan reaktorin keskustaan kartiovaippa- maisesti nousevat pohjat b) kartiovaippapinnan yläpuolelle sijoitetun kartiomai-sen kaasunupotusputken kanssa, jolloin c) kaasunupotusputken poistokohta on sijoitettu kartio- 20 vaippapinnalle ottaen huomioon, että reaktioliuoksen ti lavuus kaasunsyöttörenkaan sisäpuolella (VI) ja ulkopuolella on käytännöllisesti katsoen sama.

Piirroksen kuvio esittää kaaviollisesti pituus-leikkausta keksinnönmukaisesta reaktorista. Kolonnin 25 huippuun johdetaan putken 1 kautta natriumkloraatin ja suolahapon liuosta reaktoriin 8 ja putken 6 kautta poistetaan käytetty reaktioliuos. Inerttiä kaasua oleva kanta jakaasuvirta johdetaan putken 2 kautta vastavirtaan. Numerolla 3 on merkitty reaktiokammion kartiovaippa-30 maisesti nouseva pohja ja numerolla 4 pohjan 3 yläpuo lelle sijoitettu kartiovaippamaiseksi tai suppilomaiseksi muodostettu kaasunsyöttöväline 4. Putken 5 kautta tapahtuu reaktionesteen ylivuoto kulloisestakin yläpuolella olevasta reaktiokammiosta. VI ja V 2 ovat yksittäisten 35 reaktiokanunioiden käytännöllisesti katsoen yhtäsuuret nes-tetilavuudet, joiden kunkin kosketuskohdat tai -viivat 4 72706 on merkitty kirjaimella S. Kaasunsyötön 4 kaasunpoisto-kohdan yläpuolella oleva nestepylväs on merkitty lyhenteellä Fl.

Keksinnön mukaisten reaktiokammioiden erikoisen muo-5 toilun avulla saavutetaan se, että reaktionesteen tila vuudet syöttörenkaan sisäpuolella (VI) ja syöttörenkaan ulkopuolella (V 2) ovat käytännöllisesti katsoen yhtä suuret ja siten tilavuuksien painot ovat myös käytännöllisesti katsoen samat. Tämän jakautumisen seurauksena 10 käytännöllisesti katsoen yhtäsuuriin tilavuusosiin (V 1 ja V 2) sijaitsee kantajakaasusta kuten ilmasta ja reak-tiokaasusta kuten klooridioksidista ja kloorista muodostuvan kaasuvirran poistokohta yksittäisissä reaktiokammi-oissa kulloinkin niinsanotusti molempien tilavuuksien 15 leikkauskohdassa (ks. kuvaa) ja siten tarkoin kulloisen kin nestepylvään (Fl) alapuolella. Koska tällöin kaasun paine vastaa tarkoin sen yläpuolella olevan nestepat-saan painoa ja koska kaasua edelleen imetään sen lävitse ei reaktori käytön aikana kuormitu. Tämä tarkoittaa, 20 että vain pysähdysten aikana kuormittaa kulloistakin reaktiopohjaa reaktionesteen paino, sitä vastoin käytön aikana ne ovat täysin kuormittamattomia, koska nesteen paine vastaa tarkoin käytettyä alipainetta. Kartiovaipan muotoisessa kaasunsyötössä ei ole minkäänlaisia aukkoja 25 kartion vaipassa, joiden kautta reaktiokaasut voisivat yksipuolisesti poistua. Siten rengasrako, jonka pystysuoraan noueeva seinä voi olla katkaistu, muodostuu tasaiseksi kaasunpoistokohdaksi, millä on ratkaiseva merkitys keksinnön mukaisen reaktorin varmaa ja edullista 30 toimintatapaa varten.

Keksinnön mukaisen reaktorin etu perustuu erikoisen edulliseen, tiiviiseen rakenteeseen yhdessä reaktiopohjien taloudellisesti edullisen pienen levypaksuuden kanssa, jotka on valmistettu hyvälaatuisesta materiaalista, kuten 35 titaanista sekä lyhyisiin putkijohtoihin ja vähäiseen tilantarpeeseen.

Claims (1)

1. 5 72706 Patenttivaatimus Reaktori (8) klooridioksidin valmistamiseksi natrium-^ kloraatista ja suolahaposta kantajakaasun vastavirtasyöttöä käyttäen, joka reaktori käsittää useita, pystysuunnassa päällekkäin sijoitettuja, kaasunsyöttövälineiden (4) ja upotettujen nesteen ylivuotoputkien (5) avulla toisiinsa yhdistettyjä reaktiotiloja, tunnettu siitä, että ^ q a) reaktorissa on jokaisessa reaktiotilassa reaktorin keskustaa kohti nousevat kartiovaipanmuotoiset pohjat (3) yhdessä b) kartiovaipanmuotoisten pohjien (3) yläpuolelle asennettujen,kartionmuotoisten kaasunsyöttövälineiden (4) ^kanssa, jolloin c) kaasunsyöttövälineiden (4) kaasunpoistokohdat (S) kartiovaipanmuotoisilla pohjilla (3) on sijoitettu ottamalla huomioon, että tilavuus (V^) kaasunsyöttövälineen (4) alapuolella, /kaasunsyöttövälineen (4) ja kaasunpoistokohdan 2Q (S) korkeudella olevan vaakasuoran rengasmaisen tason välillä/ on käytännöllisesti katsoen yhtä suuri kuin tilavuus · joka on sen kartiovaipanmuotoisen pohjan(3) osan, jota kaasunsyöttöväline (4) ei peitä, ja kaasunpoistokohdan (S) korkeudella olevan vaakasuoran rengasmaisen tason välissä.