DE1127873B - Verfahren zur Kondensation eines Sublimates aus einem heissen Traegergas und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Bei der großtechnischen Durchführung von Sublimationsprozessen ist eine Kondensation durch indirekte Kühlung oft unerwünscht, weil das Absetzen des festen Sublimates an den gekühlten Flächen einen kontinuierlichen Betrieb erschwert oder verunmöglicht.

Es ist daher zur Durchführung eines, kontinuierlichen Betriebes bereits vorgeschlagen worden, die Abscheidung durch direkte Kühlung im Trägergas zu bewirken, z. B. durch Kaltluft; bei wasserunlöslichen Substanzen, wie z. B. dem Anthracen, ist auch bereits die Kondensation des Sublimates durch einen feinen Sprühregen von Wasser durchgeführt worden.

Diesen bekannten Methoden haftet der Nachteil an, daß die Abschreckung des Sublimates auf tiefe Temperaturen ungesteuert erfolgt, so daß weder die Korngröße noch die Reinheit des Sublimates kontrolliert werden können. Dieser Umstand wirkt sich insbesondere in den in der Praxis überwiegenden Fällen nachteilig aus, wo der sublimierte Stoff im Trägergas nicht rein vorliegt, sondern von Verunreinigungen mit einem gegebenenfalls höheren Dampfdruck begleitet ist.

In den Fällen, wo derart eine fraktionierte Sublimation wünschenswert ist, darf trotz der zur ausreichenden Kristallkeimbildung erforderlichen schroffen Kühlwirkung die Temperatur des Trägergases doch nicht so weit absinken, daß die Verunreinigungen mit höherem Dampfdruck ebenfalls auszufallen beginnen. Offensichtlich läßt sich dieses Ziel beim Abschrecken mit Kaltluft oder kaltem Wasser nicht erreichen, da alsdann örtliche Unterkühlungen auftreten. Ein weiterer Nachteil der direkten Kühlung mit kaltem Wasser liegt auch darin, daß das anfallende Sublimat in nasser Form anfällt, was eine zusätzliche Trocknung bedingt und einen kontinuierlichen Abtransport des Sublimates als Flugstaub verunrnöglicht.

Ein erstes Ziel der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Kondensation eines Sublimates aus einem heißen Trägergas, welches eine fraktionierte Abtrennung des Sublimates von verunreinigenden Begleitstoffen mit höherem Dampfdruck erlaubt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Kondensation eines Sublimates in feiner, frei fließender und trockener Form, welches einen kontinuierlichen Abtransport des Sublimates' aus dem Kühlgefäß zusammen mit dem abgekühlten Trägergas gestattet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Apparat zur Durchführung eines solchen Verfahrens, der einen längeren unterbrechungsfreien Betrieb gestattet und

eines Sublimates aus einem heißen Trägergas und Vorrichtung zur Durchführung

dieses Verfahrens

Anmelder:
ίο CIBA Aktiengesellschaft, Basel (Schweiz)

Vertreter: DipL-Ing. E. Splanemann, Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 10

¹S Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 19. April 1956 (Nr. 32 349)

Gustav Adolf Gross, Basel (Schweiz),

ist als Erfinder genannt worden

in welchem es nicht zur Abscheidung von Sublimat an den Wänden oder zur Verstopfung von Zuleitungsteilen durch das Sublimat kommt.

Weitere Ziele der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich sein.

Definitionsgemäß werden die Ausdrücke »Sublimation« und »Sublimat« hier nicht nur auf die Sublimationsvorgänge im engeren Sinne angewendet, sondern vielmehr auch auf für die in der Praxis wichtigen Fälle, wo die Verflüchtigung aus Schmelzen erfolgt und wo nur die Rückkehr zur festen Phase direkt stattfindet. Ein Beispiel ist die Reinigung von Anthrachinon durch Sublimation. Ferner werden auch diejenigen Fälle umfaßt, wo das Sublimat erst durch eine chemische Reaktion, insbesondere eine heterogene Gaskatalyse, im heißen Trägergas in Dampfform entsteht. Ein Beispiel ist die katalytische Oxydation von Anthracen zu Anthrachinon über einem alkalischen Vanadinoxydkontakt, wobei ein Strom von Luft und dampfförmigem Anthracen durch den Kontaktofen geleitet wird, und das gebildete Anthrachinon aus dem heißen Trägergas, welches den Kontaktofen verläßt, direkt in fester Form kondensiert wird.

Die obengenannten Ziele werden nun durch das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Trägergas, dessen Temperatur wesentlich über der Verdamp-

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rungstemperatur des Wassers beim herrschenden trofilter oder einem Zyklon vom Trägergas abgetrennt Druck liegt, und welches Trägergas ein Sublimat werden.

unterhalb dessen Sättigungskonzentration mitführt, Falls das heiße Trägergas außer dem gewünchten

mit einem feinen Flüssigkeitsnebel von Wasser zu- ■ Sublimat noch weitere verunreinigende sublimierte sammenbringt, dessen Temperatur annähernd seinem 5 Begleitstoffe mit höherem Dampfdruck als das Subli-Siedepunkt beim herrschenden Druck entspricht, so mat enthält, so wird man zur Erzielung einer frakdaß es praktisch zur sofortigen Verdampfung des tionierten Sublimation den Durchsatz von Tägergas genannten Flüssigkeitsnebels unter gleichzeitiger und Wassersprühnebel außerdem derart gegenseitig plötzlicher Abkühlung des." Trägergases kommt, und abstimmen, daß die Endtemperatur des Trägergases daß man den Durchsatz des genannten Flüssigkeits- io noch über dem Sättigungspunkt der verunreinigenden nebeis einerseits und des damit vermischten Träger- Begleitstoffe liegt. Gegebenenfalls kann man dabei gasse anderseits derart aufeinander abstimmt, daß das auch gewisse Ausbeuteverluste am Sublimat mit in Trägergas durch den Entzug der vom Flüssigkeits- Kauf nehmen. Bei dieser Lenkung des Verfahrens nebel zur Verdampfung benötigten Wärmemenge auf wird das Sublimat in praktisch reiner Form abgeeine solche Temperatur abgekühlt wird, die zur Aus- 15 schieden, während die Verunreinigungen zusammen kondensation des mitgeführten Sublimates im ge- mit dem Wasserdampf im abziehenden Trägergas verwünschten Ausmaß ausreicht, und bei welcher Tem- bleiben.

peratur gleichzeitig die Sättigungskonzentration des Bei passender Konstruktion des Abscheidebehälters

Trägergases an Wasserdampf und gegebenenfalls an findet keine praktisch ins Gewicht fallende Ablageeinem dampfförmig mitgeführten verunreinigenden 20 rung von Sublimat an den Behälterwänden oder den Begleitstoff des Sublimates noch nicht erreicht wird. Zu- und Ableitungsrohren statt. Daher ist ein langer Als versprühtes Wasser wird zweckmäßig destil- unterbrechungsfreier Betrieb der Anlage möglich. Da liertes oder auf anderem Wege enthärtetes Wasser indessen die verwendeten Zerstäuberdüsen für den verwendet. Wassernebel ein sehr langes Lumen aufweisen müs-

Vorzugsweise arbeitet man bei Atmosphärendruck, 25 sen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, durch be- und hi diesem Fall muß die Temperatur des heißen sondere Vorkehren einer Verstopfung dieser Düsen Trägergases wesentlich über 100° C betragen, und durch Ablagerung von Sublimat vorzubeugen. Zu die Temperatur des Flüssigkeitsnebels von Wasser diesem Zweck kann man den in den Abscheidebehälmuß annähernd bei 100° C Hegen. ter vorragenden Teil der Düsen beispielsweise mit

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform des 30 einem auf der Höhe des Düsenkopfes offenen Mantel Verfahrens erzeugt man einen Wassersprühnebel, umgeben, wobei zwischen Mantel und vorragendem dessen Tröpfchengröße 0,1 mm nicht übersteigt durch Düsenteil ein Zwischenraum vorgesehen ist, in wel-Verdüsen von weichem Wasser von 100° C, das chen Heißluft eingeleitet werden kann. Diese Heißunter z. B. 5 Atmosphärenüberdruck steht, mittels luft wird durch eine passende Ausbildung des Randeiner Düse geeigneter Bauart, beispielsweise eine so- 35 teils des Mantels am Düsenkopf vorbeigeleitet, so genannte Molekularzerstäuberdüse. Man kann aber daß eine Verstopfung der Düse infolge Ablagerung auch die Zerstäubung des Wassers auf aerodyna- von Sublimat sicher verhindert wird, mischem Wege mittels eines komprimierten Gas- Erfindungsgemäß ist somit ein Apparat zur Durchstromes wie Preßluft durchführen. Vorteilhaft führt führung des neuen Verfahrens zum Kondensieren man das heiße Trägergas in den oberen Teil einer 40 eines Sublimates, aus einem heißen Trägergas gekenn-Kammer ein, wo eine oder mehrere Zerstäuberdüsen zeichnet durch einen Abscheidebehälter, der am der obengenannten Bauart derart angeordnet sind, einen Ende mindestens einen Einlaß für einen heißen daß der Trägergasstrom in seinem gesamten Quer- Gasstrom und am andern Ende eine Austrittsöffnung schnitt in innige- Berührung mit dem Wassersprüh- für den genannten Gasstrom aufweist, und ferner kegel aus der oder den Düsen kommt. , 45 durch ein oder mehrere in der Nähe der Eintrittsstelle

Infolge der großen Oberfläche des versprühten des genannten Gasstromes montierte Düsenelemente heißen Wassers und da femer dem Wasser zur Ver- zum Erzeugen eines feinen Flüssigkeitsnebels von dampfung nur noch die Verdampfungswärme züge- Wasser, dessen Temperatur annähernd bei seinem führt werden muß, erfolgt die Abkühlung des Träger- Verdampfungspunkt beim herrschenden Druck liegt, gases auf die gewünschte Endtemperatur von vor- 5° wobei dieses oder diese Düsenelemente derart gebaut zugsweise annähernd 100° C praktisch sofort im und angeordnet sind, daß der Gasstrom über seinen oberen Teil der Kammer. Hierbei bilden sich ge- ganzen Querschnitt in einem innigen Kontakt mit nügend Kristallisationskeime, damit bei der weiteren dem erzeugten Flüssigkeitsnebel kommt, und wobei Wanderung des Trägergases durch die Kammer, z. B. das oder die genannten Düsenelemente gegebenenfalls bei der Kondensation von Anthrachinon nach einer 55 mit Mitteln kombiniert sind, welche in die Nähe der Verweilzeit von 10 bis 30, gegebenenfalls auch bis zu Mündung des oder der Düsenelemente einen heißen 40 bis 60 Sekunden, praktisch das gesamte Sublimat sublimatfreien Gasstrom heranführen, um derart in.Form eines relativ fernen Pulvers ausfällt. Da fer- einer Verstopfung der Düse oder Düsen vorzubeugen, ner der Durchsatz des Trägergases und des Wasser- Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung

sprühnebels derart aufeinander abgestimmt sind, 60 näher erläutert.

daß bei der Endtemperatur des Trägergases der Sät- Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Konden-

tigungsdruck des aufgenommenen Wasserdampfes sationsgefäßes zur Durchführung des erfindungsnicht erreicht wird, fällt das kondensierte Sublimat gemäßen Verfahrens im Längsschnitt; in praktisch völlig trockener Form an. Das Sublimat Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Kondensations-

kann sodann als Flugstaub zusammen mit dem ab- 65 gefäßes gemäß Fig. 1;

gekühlten Trägergas am unteren Ende des Behälters Fig. 3 zeigt als vergrößertes Detail der Fig. 1 eine

abgezogen und das Sublimat schließlich nach bekann- Molekularzerstäuberdüse mit Heißluftmantel im ten Methoden, z. B. in einem Sackfilter, einem Elek- Längsschnitt.

In der Fig. 1 ist 1 ein vertikaler zylindrischer Behälter, der in seinen oberen Teilen einen Eintrittsstutzen 2 für ein heißes Trägergas aufweist und an dessen unteren trichterförmig auslaufenden Teil ein Austrittsrohr 3 für das genannte Trägergas angeschlossen ist.

Am Deckel des Behälters sind insgesamt neun Molekularzerstäuberdüsen 4 konzentrisch· angeordnet, wie in der Fig. 2 gezeigt ist. Die Düsen 4 werden von einem Verteilerring 5 mit Kondensat bzw. weichem Wasser, das beispielsweise unter 5 Atmosphären Druck steht, versorgt.

Jede der Düsen 4 ist ferner von einem Mantel 6 umgeben, in den von einem Verteilerring 7 Heißluft von z. B. 250° C eingeleitet werden kann.

Die Konstruktion der Düse 4 mit umschließendem Heißluftmantel 6 ist im größeren Detail in der Fig. 3 veranschaulicht. Man ersieht daraus, daß der untere Rand des Mantels 6 einwärts gebogen ist, so· daß die Warmluft am Düsenkopf 8 in der Pfeilrichtung vorbeiströmt und derart eine Verstopfung der Düsenöffnung 9 durch ein Sublimat verhindert.

Beim Betrieb der Anlage gerät das durch den Stutzen 2 eintretende heiße Trägergas mit einem mitgeführten Sublimat in seinem ganzen Querschnitt in Kontakt mit dem aus den Düsen 4 versprühten Wassernebel. Hierbei wird das Wasser verdampft, nnd infolge der schroffen Abkühlung des Trägergases bilden sich in der oberen Zone des Behälters zahlreiche Kristallkeime des Sublimates, die auf ihrer weiteren Wanderung durch den Behälter 1 anwachsen, bis im unteren trichterförmigen Teil des Behälters praktisch das ganze Sublimat auskondensiert ist, und in Form eines feinen Pulvers zusammen mit dem Trägergas durch das Rohr 3 abgesaugt und in einem nicht gezeichneten Filter von Trägergas abgetrennt wird.

Falls das Trägergas Wasserdampf enthält, z. B. wenn Zerstäubung und Verdampfung des Anthracens vor der Oxydation zu Anthrachinon durch überhitzten Wasserdampf erfolgt (vgl. deutsche Auslegeschrift 1119 245), besteht die Gefahr, daß sich wegen der dann nur noch geringen Temperaturspanne zwischen Taupunkt und Sublimationstemperatur Wasserdampf an den Wänden kondensiert und das Sublimationsprodukt nicht mehr trocken gewonnen werden kann. Es empfiehlt sich in diesem Fall, den Kondensationsbehälter gut zu isolieren, gegebenenfalls zur Erhaltung einer bestimmten Wandtemperatur zu beheizen, und zur Abscheidung trockenen Sublimates einen gesonderten Filterturm vorzusehen.

Dies ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Im Deckel des Kondensationsgefäßes 10 befinden sich wiederum die Zerstäuberdüsen 16. Das Gefäß ist mit einer Wärmeisolation 13 versehen. Die Zufuhr des Trägergases erfolgt aber einmal im Zentrum des Deckels durch das Rohr 11 und tangential seitlich durch die Rohre 12. Durch die tangential·^ Einführung wird eine geringfügig schraubenförmige Strömung im Gefäß erreicht. Durch entsprechende Bemessung der Gasgeschwindigkeit und Menge in den Rohren 11 und 12 wird erreicht, daß eine gute Durchmischung erfolgt und das ausfallende Sublimat möglichst nicht mit der Behälterwand in Berührung kommt. Das Gefäß 10 ist durch die ebenfalls isolierte Leitung 15 mit dem Filterturm 17 verbunden. Dieses ist darstellungsgemäß als Sackfilter ausgebildet. Selbstverständlich kann aber auch ein anderes Filterprinzip verwendet werden, beispielsweise ein Elektrofilter. Der Filtersack 18 hält das Sublimat zurück, welcher aus der unteren Öffnung 19 entnommen werden kann. Das Trägergas entweicht durch die Öffnung 20.

Beispiel

EinAnthrachinondampf-Luft-Gemisc^wieesbeider katalytischen Oxydation von Anthracendampf mittels Luft über einem alkalischen Vanadinoxydkontakt, wie er in der deutschen Patentschrift 1016 694 beschrieben ist, den Katalyseofen verläßt und dessen Temperatur beim Eintritt ins Abscheidegefäß rund 220 bis 240⁰C beträgt (Partialdampfdruck des Anthrachinone = 1,6 mm Hg) wurden in einen Abscheidebehälter von 4,5 m Höhe und 0,65 m Durchmesser der in Fig. 1 gezeigten Bauart, außer daß am oberen Deckelteil an Stelle von neun nur zwei Düsen montiert waren, geleitet, wobei die Aufenthaltszeit des Trägergases im Behälter 15 bis 25 Sekunden betrug und wobei das Trägergas beim Verlassen des Abscheidebehälters auf annähernd 100° C abgekühlt wurde. Der Durchsatz des Anthrachinondampf-Luft-Gemisches betrug rund 190 kg pro Stunde. Bei einem gleichzeitigen Durchsatz pro Stude von 10 bis 12 kg Kondensatwasser von 100° C durch alle Wasserzerstäuberdüsen, entsprechend 5 bis 6% der durchgesetzten Luftmenge, wurde das Anthrachinon in praktisch quantitativer Ausbeute in Form eines mikrokristallinen, hellen und praktisch völlig trockenen Pulvers, gewonnen.

Bei einer Anlage für größeren Durchsatz wird ein Abscheidebehälter von 11 ni Höhe und 3,6 m Durchmesser verwendet. Bei diesem beträgt die Verweilzeit etwa 40 bis 60 Sekunden, wobei zur besseren Ausnutzung der Partialdruck des Anthrachinone im Eintrittgas bis zu 3 mm Hg betragen kann.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Kondensation eines Sublimates aus einem heißen Trägergas, dadurch gekenn zeichnet, daß man ein Trägergas, dessen Temperatur wesentlich über der Verdampfungstemperatur des Wassers beim herrschenden Druck liegt und welches Trägergas ein Sublimat unterhalb dessen Sättigungskonzentration mitführt, mit einem feinen Flüssigkeitsnebel von Wasser zusammenbringt, dessen Temperatur annähernd seinem Siedepunkt beim herrschenden Druck entspricht, so daß es praktisch zur sofortigen Verdampfung des genannten Flüssigkeitsnebels unter gleichzeitiger plötzlicher Abkühlung des Trägergases kommt, und daß man den Durchsatz des Flüssigkeitsnebels einerseits und des damit vermischten Trägergases anderseits derart aufeinander abstimmt, daß das Trägergas durch den Entzug der vom Flüssigkeitsnebel zur Verdampfung benötigten Wärmemenge auf eine solche Temperatur abgekühlt wird, die zur Auskondensation des mitgeführten Sublimates im gewünschten Ausmaß ausreicht und bei welcher Temperatur gleichzeitig die Sättigungskonzentration des Trägergases an Wasserdampf und gegebenenfalls an einem dampfförmig mitgeführten verunreinigenden Begleitstoff des Sublimates noch nicht erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Atmosphärendruck arbeitet und daß die Temperatur des heißen

Trägergases wesentlich höher als 100° C ist und daß ferner die Temperatur des Flüssigkeitsnebels von Wasser annähernd 100° C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas auf annähernd 100° C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Flüssigkeitsnebel durch Verdüsen von unter Druck stehendem weichem Wasser erzeugt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Verdüsen des Wassers Molekularzerstäuberdüsen verwendet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rüssigkeitsnebel durch Zerstäuben von Wasser auf areodynamischem Wege mittels eines komprimierten Gasstroms erzeugt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsnebel eine 0,1 mm nicht übersteigende Tropfengröße besitzt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abscheidebehälter (1), der am einen Ende mindestens einen Einlaß (2) und am anderen Ende eine Austrittsöffnung (3) aufweist, und ferner durch eine oder mehrere in der Nähe der Eintrittsstelle des Gasstromes montierte Düsenelemente (4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gedurch gekennzeichnet, daß die Düsenelemente (4) Molekularzerstäuberdüsen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Abscheidebehälter (1) vorragenden Teile (9) der Düsenelemente (4) von einem auf der Höhe des Düsenkopfes (9) offenen Mantel (6) umgeben sind, wobei zwischen Mantel und vorragendem Düsenteil (9) ein Zwischenraum (8) vorgesehen ist, in welchen Heißluft eingeleitet werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand des Mantels (6) gegen den Düsenkopf (9) einwärts gebogen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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