SE455700B - Kontinuerligt forfarande for framstellning av klordioxid - Google Patents

Description

15 20 ZS 30 35 455 700 fall kontinuerlig drift icke blir praktiskt möjlig.

Reaktionen mellan klor, svaveldioxid och vatten beskrivs i US PS 3 347 628 såsom ägande rum i ett fyllkroppsförsett torn.

Reaktionen är starkt exotermisk, men ändock vidtar man enligt denna kända procedur inga åtgärder för att kyla reaktorn inne- hållande fyllkroppar. Det vid reaktionen alstrade värmet höjer temperaturen för vattnet och kan lätt förorsaka föràngning av vatten med därav följande ofullständig upplösning av klorväte- gasen i den vattenbaserade produktströmmen. Den ofullständiga upplösningen av vätekloriden resulterar i en felaktig andel saltsyra i den syraström som recirkuleras till alstraren och gör att man behöver bearbeta den gasformiga utloppsströmmen yt- terligare för att avlägsna den gasformiga vätekloriden däri- från.

En uppenbar lösning på detta problem är att väsentligt öka den volym vatten som strömmar in i det fyllkroppsförsedda tornet, så att vattenvolymen även är tillräcklig för att åstad- komma kylning och förhindra det vattenbaserade mediet från att koka. Denna procedur är dock opraktisk och oekonomisk därige- nom att den ytterligare vattenvolymen väsentligt späder ut syra- feeden för alstraren och kan kräva ökad reaktorkapacitet med därav följande ökad kapitalkostnad.

Utspädning av styrkan av syramatarblandningen genom den ökade vattenvolymen leder till att denna ytterligare vat- tenvolym kommer in i klordioxidalstraren och att den i motsva- rande grad ökande vattenvolym måste avdrivas från alstraren.

Kravet på att öka den avdrivna vattenvolymen leder i sin tur till ökat värmebehov, vanligen i form av ånga, eftersom ånga är det uppvärmningsmedium som vanligen användes. Detta ökade värmebe- hov resulterar i väsentligt ökade driftskostnader, vilket gör processen oekonomisk.

En procedur, där biproduktkloren från klordioxidabsorp- tionen bringas att reagera med svaveldioxid och vatten till bildning av en blandning av svavelsyra och saltsyra för åter- användning i alstraren, är icke desto mindre kommersiellt attraktiv. Eftersom saltsyra användes för att tillhandahålla åtminstone en del av kloridjonbehovet för klordioxidframställ- ningsprocessen, minskar den totala mängd natriumsulfat som produceras per mol producerad klordioxid, vilket framgår av 10 15 20 25 30 455 700 ett studium av följande ekvationer, vilka representerar de reaktioner som sker när en blandning av saltsyra och svavel- syra användes.

NaC103 + (1-x)NaCl + xHCl + (2-x)H2SO4 --> (1) C10 + 1/2Cl + H O + (2~X) Na SO 2 2 2 -ï- 2 4 NaC1O3 + 5(1-X)NaC1 + SXHCI + (6-SX) H2S0¿““> (2) 3C1 + SH O + (6-SX) Na S0 2 2 -ï-- 2 4 vari x är den molära andel HC1 som användes samt är ett decimal- värde, som är mindre än eller lika med 1,00. Ekvation (1) repre- senterar den reaktion som producerar klordioxíd, och den grad i vilken reaktionen enligt ekvation (1) dominerar över ekvation (2) är effektiviteten för klordioxidframställningen.

Man ser, att den andel natríumsulfat som produceras sjun- ker när den andel saltsyra som användes i stället för natrium- kloríd och svavelsyra ökar. Behoven i massafabriker av natríum- sulfat har minskat, medan behoven av klordioxíd har ökat. För- màgan att kunna producera mindre mängd natriumsulfat för samma klordíoxid-output genom användning av saltsyra är därför för- delaktig.

Vidare gäller att, eftersom klorgas återstående från ab- sorptionen av klordioxid från produktgasströmmen bringas att reagera till bildning av ateranvändbara kemikalier, behovet av separat absorption av klor, vanligen i natriumhydroxidlösning till bildning av hypoklorit, minskar väsentligt. Med den ökan- de modärna tendensen att använda klordioxid i stället för en väsentlig andel av den klor som tidigare har använts för att åstadkomma blekning i det första steget av en blekningsopera- tion i flera steg, har behovet av klor minskat, medan behovet av klordíoxid har ökat.

Det problem, på vilket föreliggande uppfinning är inrik- tat, är därför hur man skall utnyttja reaktionen mellan svavel- dioxid och vatten med klor från klordíoxidframställningsreak- tionen och hur man skall tillsätta denna reaktionsprodukt till en klordioxídalstringsprocess utan de tidigare uppträdande svå- righeterna med förlust av väteklorid och ökade kvantiteter att avdriva, och hur man därigenom uppnår de ovan omtalade förde- larna. 10 15 20 ZS 30 35 455 700 I enlighet med föreliggande uppfinning löses detta pro- blem genom att man reglerar temperaturen för den vattenbaserade fasen när denna passerar genom reaktionszonen, vari svaveldí- oxid, klor och vatten reagerar, så att den vattenbaserade fasen ligger under kokpunkten vid samtliga tidpunkter då den passerar genom reaktionszonen. Denna temperaturreglering eller -kontroll åstadkommes företrädesvis genom att man kyler den vattenbaserade fasen åtminstone delvis genom indirekt värmeväxling under an- vändning av ett lämpligt kyl-värmeväxlarmedium.

Eftersom den vattenbaserade fasen hålles under dess kok- punkt, kan en blandning av saltsyra och svavelsyra erhållas utan förlust av väteklorid samt vidare vid en koncentration, som inte nämnvärt stör processens vattenbalans.

Enligt en konkret utföringsform av uppfinningen åstadkom- mes reaktionen mellan klor, svaveldioxid och vatten i huvudsak i en kyld absorbator med fallande film, vari den vattenbaserade fasen utgör den fallande filmen. Enligt en annan specifik utfö- ringsform av uppfinningen utföres reaktionen mellan klor, sva- veldioxid och vatten i ett packat eller fyllkroppsförsett torn, och den sålunda producerade syran recirkuleras genom en extern kyld värmeväxlare.

Man har tidigare trott, att reaktionen mellan svaveldi- oxid, klor och vatten skulle kunna utföras på allra mest effek- tiva sätt i gasfas, under användning av vatten i form av ånga, med tanke på gasformen hos svaveldioxiden och kloren. Reak- tionens exoterma natur kräver dock en reaktor med stor kapaci- tet och avsevärd kylning för àstadkommande av blandningen av svavelsyra och saltsyra. Detta antagande anses därför otill- fredsställande.

Såsom omtalades ovan innefattar föreliggande uppfinning reaktion av svaveldioxid med klor, medan vattnet, som utgör så- väl en av reaktanterna som absorptíonsmedium för gaserna och produkten, hålles i vätskefas genom åstadkommande av värmeväx- ling för avlägsnande av reaktionsvärme. Eftersom partialtrycket för väteklorid ökar med ökande taqærann: hos vattenfasen, är det vanligen lämpligt att hålla temperaturen under ca 70°C.

När reaktionen utföres i huvudsak i en absorbator med fallande film, vari vattnet utgör den fallande filmen, absorbe- I°8S klor- och svaveldioxidgaserna lätt av vattenfasen för reak- 10 15 20 25 30 35 455 700 tion. De integrala kylningspassagerna i den fallande film- -absorbatorn, genom vilka ett kyl-värmeväxlarmedium, vanligen vatten, bringas att passera för att möjliggöra reglering av den exoterma reaktionen, så att vattnet förblir i vattenfasen och att den väteklorid som bildas sålunda förblir upplöst i den vattenfas som lämnar reaktorn. Genom användning av en kyld fallande film utföres kylningen av vattenfasen och den produkt- bildande reaktionen samtidigt.

När gaserna passerar genom den fallande film-absorbatorn och reaktion med vattnet sker, minskar partialtrycket för klor och svaveldioxid i gasfasen, vilket resulterar i en sänkning av massöverföringshastigheten för gaserna till vätskefasen. För att den ökande andel av kloren och svaveldioxíden skall reagera, måste följaktligen ökande reaktorvolym användas. Även om det är möjligt att åstadkomma mycket omfattande till fullständig reaktion av svaveldioxiden och kloren i en absorbator med fallande film, av reaktorvolymekonomiskäl, är det vanligt att lämna en kvarvarande andel av svaveldioxiden och klor oreagerad. Dessa oreagerade gaser ledes till en andra reaktor, vanligen i form av ett torn med fyllkroppar, vari den oreagerade svaveldioxiden och kloren reagerar med vatten till bildning av en svag syraström, som bildar den vattenbaserade matarblandningen till primärreaktorn.

Andelen oreagerade gaser kan variera avsevärt, beroende på en balans av fallande film-reaktorvolym och restgasreaktor- volym. Eftersom restgasreaktorn för kylning förlitar sig på den volym vatten som matas till densamma samt på reaktorstor- leken, är det vanligt att åtminstone en huvuddel av reaktionen utföres i reaktorn med fallande film, vanligen åtminstone ca 75 procent av reaktionen och typiskt ca 80 procent.

När svaveldioxiden är förenad med en väsentlig andel luft, t.ex. när en svavelbrännare användes som källa för sva- veldioxiden, är en fallande film-absorbator mindre lämplig på grund av den ökade volym gaser som kräver absorption och den därav ökade storlek som erfordras för att åstadkomma massöver- föringsarean. Ett fyllkroppsförsett torn är lämpligare under dessa omständigheter, varvid tamæraunregleringen utföres ge- nom att syra recirkuleras genom en kyld yttre värmeväxlare.

Styrkan av den syra som bildas vid reaktionen mellan 10 15 20 25 30 35 40 455 700 svaveldioxid, klor och vatten bestämmes till stor del av flödes- hastigheten för vattnet till den reaktionszon vari reaktionen ut- föres. När en starkare syra framställes, krävs mera extern kyl- ning, eftersom den volym av vattenreaktanter som ger upphov till kylning är mindre. Den undre gränsen vad beträffar total syra- normalitet som kan åstadkommas utan att det krävs kylning varie- rar beroende på tmmæraturmi för det vatten som matas till den reaktionszon, vari reaktionen sker. Ju kallare vattnet är, desto starkare blandad syra kan framställas utan att det sker någon kokning.

Den volym vatten som inmatas i det klordioxidalstrande reaktionsmediet med syramatarblandningen, och sålunda styrkan hos syramatarblandningen, bestämmer i viss omfattning den volym vatten som måste avdrívas från reaktíonsmedíet och därigenom upprätthålla konstant volym av reaktionsmediet i alstrarkärlet.

Om man antar att de övriga vattenkällorna förblir desamma, mins- kar den volym vatten som behöver avdrívas, när styrkan av den blandade syran ökar. Allteftersom den föràngade volymen vatten minskar, sjunker dock produktionshastigheten för klordioxiden.

När styrkan av den blandade syran minskar, ökar den volym vatten som måste avdrívas, och följaktligen ökar även det yttre värme- behovet.

En typisk total syranormalitet för den matarblandning av saltsyra och svavelsyra som bildas medelst förfarandet enligt uppfinningen är 8 normal,'och det är med tanke på den totala vattenbalansen lämpligt att utnyttja en total syranormalitet inom området från ca 7 till ca 9 normal.

Ett bredare område av total syranormalitet av från ca 6 till ca 14 normal för syramatarblandningen kan dock användas.

De yttre gränserna är mindre fördelaktiga, eftersom vid totala syranormaliteter under ca 7 normal behovet vad beträffar förång- ningsvärme ökar drastiskt och under ca 6 normal blir en avsevärd ekonomisk belastning. Vid totala syranormaliteter över ca 9 nor- mal minskar den volym vatten som behöver avdrívas markant, vilket ger en avsevärt sänkt produktionshastighet, även om sistnämnda svårighet kan elimineras genom att man ökar vattenintaget till reaktionsmediet från någon annan källa. Vid dessa högre totala syranormaliteter ökar även reaktorns kylbehov, vilket även gäl- ler för partialtrycket för väteklorid i den blandade syran.

Förängningsbördan på reaktionsmediet är vanligen sådan 10 15 20 25 30 35 455 700 att det bildas ett viktförhállande ånga till klordioxid i pro- duktgasströmmen av ca 7:1, även om, baserat pà styrkan av Syra- matarblandningen och vattenvolymen från andra källor, vikt- förhållandet kan variera från ca 4:1 till ca l0:l.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas ytterligare i illu- strerande syfte under hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka: Fig. l är ett schematiskt flödesschema av en utförings- form enligt uppfinningen; Fig. 2 är en detaljsektionsvy av det torn som användes att åstadkomma reaktion mellan svaveldioxid, klor och vatten vid utföríngsformen enligt fig. 1; Pig. 3 är en perspektivisk delsektionsvy av en detalj i tornet från fig. 2; och Fig. 4 är ett partiellt flödesschema av en andra utfö- ringsform enligt uppfinningen.

Under hänvisning till i första hand fig. l till 3 gäller att klordioxid bildas kontinuerligt i enlighet med förfarandet beskrivet i US PS 3 864 456 i en klordioxidalstrare 10. Klordí- oxid, klor och ånga bildas i alstraren l0 som gasformiga produk- ter vid rcaktionen och avlägsnas kontinuerligt via ledning 12.

Vattenfritt neutralt natriumsulfat bildas även i alstraren l0 som fast produkt från reaktionen och avlägsnas kontinuerligt eller intermittent via ledning 14.

Alstraren l0-innehåller ett vattenbaserat surt reaktions- medium innehållande kloratjoner, vilka kontinuerligt inmatas i form av en natriumkloratlösning via ledning 16. Den via led- ningen l6 tillförda natriumkloratlösningen kan föreligga i form av en cellvätska, i vilket fall matarblandningsströmmen även innehåller natríumklorid. Reaktionsmediet hàlles vid dess kok- punkt vid ett tryck understigande atmosfärstryck och har en to- tal syranormalitet av från ca 2 till ca 4,8 normal. Syran till- handahålles medelst en blandning av svavelsyra och saltsyra, vilken kontinuerligt matas till alstraren via ledning 18.

Den gasformiga blandningen av klordioxid, klor och ånga ledes, vanligen efter en inledande kylning för kondensation av åtminstone en huvudandel av ångan i en kylare (ej visad), till en klordioxidabsorbator 20, till vilken vatten matas via led- ning Z2 för upplösning av klordioxiden därifrån och bildning 10 15 20 25 30 35 455 700 8 av en produktlösningsström av klordioxidlösning i ledning 24.

En viss del av kloren ingående i den gasformiga blandningen i ledning 12 löses även i klordioxídlösningen.

Restklorgasströmmen matas via ledningar 26 och 27 till en reaktor 28, vari kloren, vilken om så erfordras kompletteras med klor från en yttre källa i ledning 30, bringas att reagera med svaveldíoxid tillförd via ledning 32 och svag syra tillförd via ledning 34. Enligt denna utföringsform av uppfinningen har reaktorn 28 formen av en kyld absorbaton med fallande film och med integrala kylpassager däri, varvid konstruktionsdetaljerna av densamma visas i fig. 2 och 3 och beskrivs nedan. Kylvatten tillföres via ledning 36 och avlägsnas via ledning 38.

Oreagerade restgaser lämnar reaktorn 28 via ledning 42 och ledes till en restgasreaktor 44, till vilken vatten matas genom ledning 46. Restgasreaktorn 44 har formen av en liten fyllkroppsförsedd kolonn, vari eventuell återstående svaveldi- oxid och åtminstone en del av restkloren absorberas och reage- ras. Kvarvarande luft tillsammans med eventuell kvarvarande oreagerad klor avledes genom ledning 47.

Primärreaktorn 28 och restgasreaktorn 44 utgör en reak- tionszon, till vilken klorreaktant matas genom ledning 27, svaveldioxidreaktant matas genom ledning 32 samt vattenreak- tant och absorptionsmedel matas genom ledning 46, till bildning av en blandad syraproduktström av saltsyra och svavelsyra i ledning 40. I ' .

Vanligen är primärreaktorn 28 och restgasreaktorn 44 ut- formade med relativa storlekar, så att högst endast en mindre andel av den svaveldioxidreaktant som tillföres via ledning 32 finns kvar i restgasströmmen 42, så att den volym färskvatten som via ledning 46 matas till reaktorn 44 är tillräcklig för att åstadkomma kylning av den exoterma reaktionen i restgas- reaktorn 44.

Den vattenström som avgår från restgasreaktorn 44 är en svag blandad syraström och bildar den vattenbaserade matar- blandningsströmmen 34 till primärreaktorn 28. Flödeshastigheten för färskvatten i ledning 46, i relation till flödeshastíghe- terna för klor i ledning 27 och svaveldioxid i ledning 32 samt sålunda för svag syra i ledning 34, reglerar den totala syra- normaliteten för produktströmmen i ledning 40. 10 15 20 25 30 35 455 700 Flödet av färskt absorptíonsvatten till restgasreaktorn 44 och därifrån till huvudreaktorn 28 för svaveldioxid-klor- -vatten kan regleras så att man erhåller förändringar i hastig- heten för framställning av klordioxid. En sådan reglering kan åstadkommas medelst en temperatursensor 48 anordnad i matar- blandningsledningen 34 för den svaga syran och en varierbar flö- desventil SU anordnad i matarblandningsledningen 46 för färsk- vattnet samt kopplad till temperatursensorn 48.

När produktionshastigheten för klordioxid ökar, och där- för produktionshastigheten för klor ökar, måste mera svaveldi- oxid matas till reaktorn 28, men därvid passerar mera svaveldi- oxid genom reaktorn 28 om matningshastigheten för svag syra ge- nom ledning 34 inte ökas på lämpligt sätt. När ytterligare sva- veldioxid reagerar i restgasreaktorn 44, stiger temperaturen för den svaga syran i ledning 34, vilket gör att temperatursensorn 48 öppnar ventilen 50 ytterligare för att öka flödet av färsk- vatten i ledning 46. Då mera färskvatten strömmar i ledningen 46, ökar volymen av svag syra som passerar in i reaktorn 28. Det öka- de vattenflödet resulterar i en ökad absorption av svaveldioxid i reaktorn 28 och en mindre mängd svaveldioxíd som strömmar till restgasreaktorn 44, så att temperaturen för den svaga syran i ledning 34 sjunker. En sänkning av klordioxidframställnings- hastigheten med motsvarande minskning av matníngshastighetsbe- hovet för svaveldioxiden ger den omvända operationen och resul- terar i minskad volym färskvatten i ledning 46.

Den saltsyra- och svavelsyralösning som blir resultatet av den fallande film-absorbatorn 28 i ledning 40 recirkuleras till syramatarblandningsledningen 18. Ytterligare kvantiteter svavelsyra och saltsyra som erfordras för att upprätthålla stö- kiometrin för de reaktioner som sker i alstraren 10 vid rådande klordioxideffektivitet tillsättes genom ledning S2, såsom be- skrivs i detalj i US PS 4 086 329.

Effektíviteten för absorptíonen av svaveldioxid och klor i den fallande film-reaktorn 28 sjunker när luftvolymen ökar, och följaktligen ökar reaktorvolymbehovet när luftvolymen ökar.

Viss mängd luft är oundviklig, men den totala volym luft som kommer in i reaktorn 28 kan regleras på följande sätt. Vakuum appliceras på alstraren 10 via en vakuumpump eller ejektor 52 anordnad i ledning 26, och en luftavtappnings- eller luftbleed- 455 700 10 -ledning S4 star i förbindelse med alstraren 10. Den volym luft som kommer in i ejektorn S2 via ledning 56 för reglering av det vakuum som appliceras på alstraren 10 regleras i sin tur genom att man utnyttjar recirkulation av en blandning av klor och luft 5 i ledning 58 uttagen från gasströmmen i ledning 27 tillsammans med ett minimerat flöde av färskluft genom ledning 60.

Om man därefter övergår till att betrakta fíg. 2 och 3 gäller att dessa visar konstruktionsdetaljerna för reaktorn 28.

Reaktorn 28 har en cylindrisk kropp 61, ett axiellt gasinlopp 10 62, ett radiellt vätskeinlopp 63, ett axiellt utlopp 64 för pro- duktlösning samt ett radiellt utlopp 65 för oreagerade gaser.

Ett flertal rent cylindriska block 66 är anordnade ovanpå var- andra inuti den cylindriska kroppen 61. Vart och ett av blocken 66 har en central axiell öppning 68 och ett flertal borrhâl 70 15 därigenom, vilka utbreder sig i axiell riktning. Vart och ett av blocken 66 har även ett flertal borrhål 72, vilka går i ra- diell riktning och vilka sträcker sig från den inre ytan 74 vid den axiella öppningen 68 till den yttre ytan 76 av blocket 66 ut ur skärande samband med de axiella borrhålen 70. 20 Gasinloppet 62 står i förbindelse med ett inmatningsrör 78, till vilket klorreaktanten matas genom ledning 27 och till vilket svaveldíoxidreaktanten matas via ledning 32. Den svaga syran i ledning 34 matas till vätskeinloppet 63 och bildar en fallande film, som strömmar nedför insidan av borrhålen 70 mot 25 vätskeutkmpet 64. Gaserna'absorberas i den fallande filmen och reagerar exotermiskt till bildning av saltsyra och svavelsyra.

Ett kylvatteninloppsrör 80 står i förbindelse med led- ning 36, medan ett kylvattenutloppsrör 82 står i förbindelse med ledning 38. Det inströmmande kylvattnet passerar genom de 30 radiella öppningarna 72 till det axiella borrhålet 68, uppåt till borrhàlet 68 i det vertikalt sett intilliggande blocket 66 samt genom de radiella öppningarna 72 i blocket till en kanal 84 belägen mellan utsidan 76 av blocket och insidan av den cylindriska väggen 61. Vattnet strömmar uppåt genom kanalen 35 84 till utsidan av det vertikalt sett intilliggande blocket samt genom de radiella öppningarna 72 i blocket till det centrala borrhålet 68. Detta strömningsmönster upprepas genom höjden av blocken 66 till dess att vattnet när utloppsröret 82. Lämpliga packningar 86 är placerade mellan varje vertikalt sett intill 10 15 20 -ZS 30 35 455 700 11 varandra liggande par av block 66 för att styra vattenflödet på det ovan beskrivna sättet. Blocken 66 är konstruerade av nagot lämpligt korrosionsbeständigt material med god värme- överföring, vanligen grafit, även om tantal också kan användas.

Vattenflödet från inloppet 80 till utloppet 82 åstadkom- mer kylning av vätskefasen när den rinner som en fallande film genom borrhàlen 70 mot vätskeutloppet 64. Temperaturen för vätskefasen upprätthålles medelst kylvattnet under dess kok- punkt vid samtliga tidpunkter under dess flöde från inloppet 63 till utloppet 64 och företrädesvis under ca 70°C. Den faktiska temperaturen för vätskefasen är i viss man beroende av tempera- turerna för den inkommande svaga syran i ledningen 34 och kyl- vattnet i ledningen 36 samt av flödeshastigheten för den svaga syraströmmen.

För att därefter övergå till fig. 4 gäller att denna vi- sar en andra utföringsform av uppfinningen. Vid denna utförings- form användes i stället för den reaktionszon, som innefattar den fallande film-absorbatorn 28 och restgasreaktorn 44, ett stort fyllkroppsförsett torn 70, till vilket klor matas via ledning 27, svaveldioxíd via ledning 32 samt relativt svag syra via ledning 34.

Temperaturen för den svaga syra som kommer in i tornet och följaktligen temperaturen för den starka syra som bildas i tornet 70 regleras genom att man leder stark produktsyra, som lämnar tornet 70 via ledning 72, genom en yttre värmeväx- lare 74. En mindre andel av den kylda syran avlägsnas via led- ning 40 för recirkulation till syrafeedledningen 18 för klor- dioxidalstraren, medan den återstående huvudandelen blandas med färskvatten tillfört via ledning 78 till bildning av den inmatade svaga syran i ledning 34. Luft närvarande i den inma- tade klorströmmen 27 och/eller den inmatade svaveldioxidström- men 32 samt eventuell oreagerad klor avlägsnas från tornet 70 genom ledning 80.

Utföringsformen enligt fig. 4 är speciellt väl lämpad för det fall, då luft är förenad med svaveldioxiden i sådan omfattning att dimensionsbehoven för en fallande film-absorbator för en anpassning till luftvolymen blir mycket stora.

Fördelarna med ett förfarande av den typ som beskrivs ovan i samband med utföringsformerna enligt fig. 1 till 4, där syra 10 15 20 25 455 700 12 regenereras internt, är att det externa synmutaflflandnügsbdmvet minskar, att klor förbrukas och att andelen natríumsulfat per mol bildad klordioxid kan minskas och regleras.

Uppfínningen illustreras genom följande exempel: Exempel 1 Detta exempel illustrerar förfarandet enligt uppfin- ningen.

En reaktionszon innefattande reaktorn 28 med fallande film samt restgasreaktorn 44 från fíg. l anordnades och en blandning av saltsyra och svavelsyra framställdes av svavel- dioxid, klor och vatten. De använda flödeshastigheterna och andra parametrar anges i följande Tabell I: Tabell I Ström Ledning nr Flödeshastighet Clzanatarblandningsström g ledning 27 565 kg/h av C12, 136 kg/h av luft S02-matarblandningsström ledning 32 354 kg/h av S02 H2O~matarblandningsström ledning 46 37 l/min. vid 0°C Svag syra-ström ledning 34 37,9 l/nfin. av l,5N syra vid 38°C Recirkulationsgasström ledning 42 53 kg/h av S02, 321 kg/h av C12 Restgasström leding 47 172 kg/h av C12, 136 kg/h av luft Kylvacten ledning 36 916 l/min vid 4,4 °c Bmnaaa syra-ström mdnmg 40 41,6 Umm. av sN syra vid 1°z°c Såsom framgår av resultaten i Tabell I resulterade använd- ningen av en absorbator med kyld fallande film i en 8N blandad syra- ström utan att den svaga syran kokade. Den blandade produktsyra- strömmen var lämplig för användning direkt i en klordioxidalst- rare som syrakälla till densamma.

Exempel 2 ' Proceduren från Exempel l upprepades med undantag av att blandade syraströmmar framställdes vid varierande totala syra- normaliteter. (a) Flödeshastigheten för vatten i ledning 46 ökades till 74 l/min., och kylvattenflödet i ledning 36 avbröts, varvid det bildades 90 l/min. av 4N blandad syra vid 80°C. Även om strömmen av nämnda 4N syra producerades utan att det krävdes någon kylning, jämfört med strömmen av 8N syra enligt Exempel 1, är strömmen av 4N syra sämre därigenom att approximativt 2250 kg/h 10 15 20 25 30 455 700 13 av ytterligare ånga erfordras för att förånga det ytterligare vattnet från alstraren. Vid en konservativ kostnad av 17 kr per S00 kg ånga uppgår de ytterligare driftskostnaderna till 700 000 kr per är. (b) Flödeshastigheten för vatten i ledning 46 ökades till 49,2 l/min., och kylvattenströmmen i ledning 36 återupptogs, varvid det bildades 55,6 1/min. av 6N blandad syra. Försök gjor- des att upprepa experimentet utan användning av kylvatten, men kokning inträffade i reaktorn 28 i fig. 1.

Det konstaterades vidare att den maximala styrka för den blandade syran som kunde uppnås i reaktorn 28, utan att denna reaktor 28 behövde kylas, under användning av en vattmmutaflfland- ningsström i ledning 46 vid OOC var 5.6 normal. (c) För framställning av en 12N blandad syraström i ledning 40 sänktes flödeshastigheten för vatten i ledning 46 i fig. l till 24,8 1/min., vilket gav 29,7 l/min. av 12N blandad syra. (d) En l4N blandad syraström producerades i ledning 40 genom att flödeshastigheten för vatten i ledning 46 sänktes till 21,2 1/min. Den bildade syravolymen var 23,8 1/min. Försök gjor- des att framställa en blandad syralösning med högre styrka ge- nom ytterligare sänkning av flödeshastígheten för vatten i ledning 46. Härvid förlorades dock väteklorid från syran som ett resultat av dess höga partialtryck.

Exempel 3 Detta exempel illustrerar en alternativ utföringsform enligt uppfinningen.

Reaktorn 70 från fig. 4 användes och kördes för framställ- ning av en blandning av saltsyra och svavelsyra i ledning 40' från svaveldíoxid, klor och vatten. De använda flödeshastighe- terna och andra parametrar anges i följande Tabell II: 10 15 20 25 455 700 14 Tabell II Ledning nr Flödeshastighet S42 kg/h av C12, 136 kg/h av luft 354 kg/h av S02 37 11min. vid o°c Ström C12-matarblandingsström ledning 27 502-matarblandingsströfl ledíng 32 H20-matarblandningsström leding 78 svag syra-ström ledning 34 196 i/mm. av 1,2N syra via ø,s°c Blandad syra-ström iednmg 72 zo4 Umm. av sN syra vid ss°c Blandad produktström ledning 40 45 l/min. av 8N syra vid 12°C Raeirkuiacionasyraström ledning 76 159 Umm. av sN syra vid 12°c Restgasström 137 kg/h, 136 kg/h av luft Den blandade produktsyraströmmen kunde användas i en klor- dioxidalstringsprocess och framställdes utan att vattenfasen ko- kade under reaktionen mellan svaveldíoxíd, klor och vatten.

Exempel 4 Detta exempel illustrerar de ogynnsamma effekter som blir resultatet av en avsaknad av reglering av den exoterma reak- tionen vid framställning av blandade syraströmmar med specifikt avsedda totala syranormaliteter. (a) Försök gjordes att framställa en 12 normal blandad syra- ström under användning av proceduren från Exempel 2 (c) ovan, med undantag av att kylning av den fallande film-reaktorn 28 uteslöts. En matarblandningsström av 24,8 l/min. vatten vid 12°C användes i ledning 46. _ Syftet var, såsom i Exempel 2 (c), att framställa 29,7 l/min. av 12 normal blandad syra. I stället erhölls 22,8 l/min. av en kokande (l00°C) syralösning, som var l5;4N vad beträffar syra och innehöll 22,4 procent HCl. Det befanns, att den exo- terma reaktionen hade kokat bort 6,9 l vatten och att väteklo- rid hade gått förlorad (partialtryck för HC1 ca 270 mm Hg).

En beräkning visade att reaktionsvärmet gav 6404 kilokalori- er/min., medan det värme som erfordrades för att höja vattnet till kokpunkten endast var 2673 kilokalorier/min. Värmeöver- skottet kokade bort vattnet och gjorde att vätekloríd gick för- lorad. (b) Proceduren från Exempel 4 (a) upprepades, med undantag av att flödeshastígheten för vatten ökades i ett försök att bilda en SN blandad syraström utan kylning. I detta fall använ- 10 15 455 700 15 des 46,9 kg/min. av vatten med temperaturen ZOOC, och 5,1 kg vatten kokades bort. En beräkning visade att reaktionsvärmet producerade 6520 kilokalorier/min., medan det värme som er- fordrades för att höja vattnet till kokning var 3735 kilokalo- rier/min., vilket innebar att överskottet 2765 kilokalorier för- orsakade bortkokning av vattnet, med därmed sammanhängande för- lust av väteklorid.

Såsom framgår av Exempel 1 ovan, kan i motsats därtill, när vattenfasen kyles så att den hålles under kokpunkten, en 8 normal blandad syraström erhållas på ett helt tillfredsstäl- lande sätt.

Sammanfattningsvis gäller sålunda att föreliggande uppfin- ning avser ett förfarande för framställning av klordioxid, sam- tidigt som det effektivt regenereras syra för klordioxidfram- ställningsproceduren, genom att samtidigt bildad klor bringas att reagera med svaveldioxid under temperaturreglerade beting- elser. Modifikatíoner är möjliga inom uppfinningens ram.

Claims (10)

455 700 16 PATENTKRAV

1. Kontinuerligt förfarande för framställning av klordi- oxid, varvid klordioxid och klor bildas i gasformig blandning med ånga ur ett första vattenbaserat surt reaktionsmedium, till vilket natriumklorat, saltsyra och svavelsyra matas, och vilket reaktions- medium hålles vid dess kokpunkt vid ett tryck understigande atmos- färstryck, samt från vilket natriumsulfat faller ut som en bipro- dukt; klordioxidlösning bildas genom att den gasformiga blandningen bringas i kontakt med vatten; saltsyra och svavelsyra bildas genom reaktion mellan svaveldioxid, klor och vatten i en andra reaktions- zon; och den sålunda bildade vattenbaserade fasen av saltsyra och svavelsyra ledes till det första reaktionsmediet, k ä n n e - t e c k n a t av att reaktionen i den andra reaktionszonen mellan svaveldioxid, klor och vatten till bildning av den vattenbaserade fasen av saltsyra och svavelsyra genomföres vid en temperatur under kokpunkten för nämnda vattenbaserade fas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen för den vattenbaserade fasen regleras åtminstone delvis genom indirekt värmeväxling mellan reaktanterna och ett kyl-värmeväxlarmedium i den andra reaktionszonen.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av , att den indirekta värmeväxlingen åstadkommes under användning av en andra reaktionszon, som definieras av en fallande film-absorba- tor vari vattnet bildar den fallande filmen med integrala kyl- passager, genom vilka kyl-värmeväxlarmediet flyter utan fluidum- strömkontakt men i värmeledande förhållande med den fallande filmen.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att klor och svaveldioxid matas till den fallande film-absorbatorn för reaktion av huvuddelen av svaveldioxiden och kloren däri med vatten i form av en svag vattenbaserad lösning av saltsyra och sva- velsyra, att oreagerad svaveldioxíd och klor ledes till ett fyll- kroppsförsett torn, att vatten ledes till det fyllkroppsförsedda tornet för reaktion med den oreagerade svaveldioxiden och den oreagerade klor som ledes till detta till bildning av den svaga vat- tenbaserade lösningen av saltsyra och svavelsyra, och att sistnämnda lösning ledes till absorbatorn med fallande film. 455 700 17

5. S. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen för den vattenbaserade fasen regleras genom indi- rekt värmeväxling utanför den andra reaktionszonen.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att den andra reaktíonszonen omfattar ett fyllkroppsförsett torn, till vilket klor och svaveldioxíd matas direkt och till vilket vatten matas i blandning med kyld recirkulerad blandad syra, att en varm blandad syraström av saltsyra och svavelsyra avlägsnas_från det fyllkroppsförsedda tornet och ledes genom en värmeväxlare, till vilken ett kyl-värmeväxlarmedium också ledes i syfte att kyla den varma blandade syran, att en del av den kylda blandade syran utvinnes som en produktström, och att åter- stoden av den kylda blandade syran recirkuleras till den andra reaktionszonen i blandningen med vatten.

7. Förfarande enligt något av kraven 1 till 6, k ä n - n e t e c k n a t av att reaktanterna hálles vid en temperatur under 70°C i den andra reaktíonszonen.

8. Förfarande enligt något av kraven 1 till 7, k ä n - n e t e c k n a t av att den i den andra reaktionszonen bildade blandningen av saltsyra och svavelsyra har en total syranormali- tet av från ca 6 till ca 14 normal.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att den totala syranormaliteten är från ca 7 till 9 normal.

10. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att reaktionen mellan svaveldioxid, klor och vatten i den andra reaktionszonen utföres i närvaro av ett överskott av klor,