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BESCHREIBUNG
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Die erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Herstellung von Natriumhydrogenkarbonat
und betrifft insbesondere Karbonisierungskolonnen zur Herstellung von suspendiertem
Natriumhydrogenkarbonat.
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Am erfolgreichsten kann die vorliegende Erfindung für die Herstellung
von Natriumhydrogenkarbonat durch Absorbierung üon Kohlendioxid mit ammonisierten
hatriumchlorid-bzw. Natriumhydroxidlösungen verwendet werden.
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Es ist eine Karbonisierungskolonne (8. lXD-PS 1567966) bekannt, enthaltend
ein gehäuse mit Stutzen zum Zuführen von Reagenzien und zum abführen der erhaltenen
Suspension und des Gases, sowie in diesem übereinander angeordnete perforierte Platten,
durch welche der Innenraum des gehäuses in eine Trennßammer und darunter befindliche,
miteinander durch zugleich in die obere und die darunter anOeordnete Kammer vorragende
Stutzen verbundene Reaktion
kammern aufgeteilt wird. Die oberen
Reaktionskammern stellen Absorptionskammernt und die unteren - Kühlkammern dar.
Unterhalb der Kühlkammern befindet sich eine Bodenkammer. In den Sühlkanmern sind
waagerecht angeordnete Bündel von Kühlrohren untergebracht, in welchen eine Kühlungßflüssigkeit
(üblicherweise Wasser) umläuft.
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Die ammonisierte Natriumchloridlösung wird in den oberen Teil der
garbonisierungskolonne eingebracht und geht mit dem durch die Perforationslöcher
der perforierten Platten emporsteigenden, Kohlendioxid enthaltenden Gas eine Reaktion
ein. Nach der Reaktion erhält man die suspension vom kristallinen liatriumhydrogenkarbonat
welche durch einen zugleich in die oberen und die nächstniedere Kammer vorrsdenden
Stutzen von einer Kammer zur darunterliegenden überführt wird. Im Verlaufe der Reaktion
kommt es zur Erwärmung der Suspension in den Reaktionskammern, daher sind in den
darunter befindlichen Kühlkammern Bündel von Kühlrohren zur Abkühlu derselben vorgesehen.
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Gesamte Reaktionskammern - sowohl die Bbsorptions-, als auch die Kttilkammern
- sind mit gleichen perforierten Platten ausgestattet, welche Je einen zugleich
in die obere und die darunter angeordnete Kammer vorragenden Stutzen zum Durchtritt
der Suspension aufweisen. Wenn aber in den Absorptionskammern durch die Verwendung
von derartigen Platten ein mehr oder weniger intensiver Stoffaustausch gewährleistet
wird, so ist deren Einsatz in den Kühlkammern
aus mehreren Gründen
nur weniU wirksam. Erstens sind die zugleich in die obere und die darunter angeordnete
Kammer vorragenden Stutzen von einem großen Querschnitt und weisen eine bedeutende
Länge auf, so daß sie in Kammern, deren fast ganzer Innenraum mit Kühlrohren ausgefüllt
ist, nur schwer unterzubringen sind. Ferner sind in den Kühlkammern Trexinände worgesehen,
durch welche die Eühlrohrbündel in senkrechter Richtung getrennt werden. Durch diese
Trennwände wird mehrfacher Umlauf der Suspension in einer Kühlkammer von einem vorstehend
erwähnten Uberlaufstutzen zu einem anderen diametral versetzten derartigen Stutzen
gesichert (diese Uberlaufstutzen sind auf dem cauerschnitt der Karbonisierungskolonne
in waagerechter Ebene diametral versetzt angeordnet). Dabei kommt es aber zur Parallelströmung
der sich im Aufstrom bewegenden Suspension bezüglich des von unten zugeführten Gases,
was den Stoff- und iärmeaustausch in Kühlkammern beeinträchtizt und zur zusätzlichen
Komplizierung der baulichen Gestaltung der Karbonisierung skolonne führt.
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Was aber die Absorptionskammern der genannten Earbonisierungskolonne
anbetrifft, so werden durch ihre Ausstattung mit perforierten Platten sowie durch
zuGleich in die obere und die darunter befindliche Kammer vorragende Uberlaufstutzen
für den Durchtritt der Suspension die Bedingen gen für die Bildung von nach ihrer
Größe und Form homogenen Kristallen nicht gewahrleistet, so daß es zu ihrem erhöhten
Feuchtigkeltssehalt
sowie zur Beschleunigung des Zuwachsens der Plattenoberflächen durch abgesetzte
Kristalle kommt.
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Ferner ist eine SarbonisierungskPlonne bekannt (s. US-PS 4066416),
enthaltend ein Gehäuse mit Stutzen zum Zuführen von Reagenzien und zum Abführen
der erhaltenen suspension und des Gases, und in diesem übereinander angeordnete
perforierte Platten, durch welche der Innenraum des Gehäuses in eine Trennkammer
und darunter befindliche, miteinander durch Uberlaufrohre verbundene Reaktionskammern
aufgeteilt wird, von welchen die oberen Absorptions- und die unteren, mit Bündeln
der Kühlrohre ausgestatteten -Kühlkammern darstellen. Unterhalb der Kühlkammern
befindet sich eine Bodenkammer. Jede Absorptionskammer weist in der Sähe der oberen
Kante des Uberlaufrohres ein mit einem Abstand zu im und gleichachsig mit diesem
angeordnetes ringförmiges Schutzbleoh auf, welches für die Bildung einer Zone zum
Ansammeln der suspendierten festen Rristallphase im Berlauie des Karbonisierungsvorgangs
dient. Die dem uberlaufrohr naheliegenden Zonen Jeder perforierten Platte enthalten
keine Perforationslöcher und die Uberlaufrohre weisen in ihrer Wandung eine bzw.
mehrere oeffnungen zum Durchtritt der Suspension mit der in dieser aufgespeicherten
festen Phase auf.
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Jede der Kühlkammern der erwähnten Karbonisierungs kolonne ist mit
einem Bündel Kühlrohre und einem Uberlaufrohr zur Uberführung der Suspension zur
nächstniederen
Kühlkammer ausgestattet, Dadurch, daß die in Absorptionskammern
der besagten Karbonisierunskolonne angeordneten Uberlaufrohre mit Schutzblechen
versehen und die darunter befindlichen Zonen der perforierten Platten ohne Perforationslöcher
ausgeführt sind, wird die Möglichkeit geschaffen, eine Zone zum Anw sammeln von
suspendierter fester Kristallphase zu bilden, wobei die erwähnte Phase durch die
in der landung des Uberlaufrohres vorhandene(n) öffnung (ffnungen) abgeführt wird.
Dadurch werden die Bedingungen für Bildung von nach ihrer Größe und Form homogenen
Kristallen gewährleistet sowie die Intensität des Zuwachsens der perforierten Platten
durch die feste Phase herpbgesetzt.
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Den Kühlkammern der vorstehend beschriebenen Karbonisierungskolonne
haftet jedoch eine niedrige Intensität des Stoff- und Wärmeaustausches infolge ungeordneter
Gas-und FlüssiOkeitsströne an, was zur UnterbelastunÖ des Reaktionsumfangs infolge
der Senkung der Intensität des Wärmeaustausches ausgehend von den zentralen bis
auf die Randpartien der Kammern führt. Dabei kommt es mitunter zum beschleunigten
Zuwachsen der von den Randpartien entfernt angeordneten Kühlrohre durch abgesetzte
Kristalle von Natriumhydrogenkarbonat, was die Senkung der Wärmedurchgan6szahl von
Kühlrohren zur :lge hat.
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Darüber hinaus erfolgt das Abfließen der Suspension durch das Überlaufrohr,
dessen unsere Kante der Oberfläche
der darunter befindlichen ptrforierten
Platte naheliegt, mit deren nachfolgendei Aufwärts treiben durch den im Aufstrom
emporSteigenden Gas zum oberen Teil der Kammer hin, woher die Suspension in die
nächstniedere Kammer durch ein diametral versetztes Uberlaufrohr abfließt. Es kommt
also zur Parallelströmung des Gases und der Suspension, wodurch der Wärmeaustausch
zusätzlich beeinträchtiut wird.
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Die vorstehend beschriebenen Nachteile kommen insbesondere dann zur
Wirkung, wenn das Kühlwasser eine Temperatur von über 200C hat. In einem solchen
Fall, wenn das Temperaturgefälle zwischen dem Eühlmittel; und dem abgekühlten Medium
nicht genügend groß ist, kommt es außer der unehmenden Senkung der Wärmedurchgangszahl
auch zur Steigerung der Lösbarkeit von in der Suspension enthaltenem Natriumhydrogenkarbonat,
was den Gewinn von Natrium aus dem Ausgangsstoff senkt.
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Daraus läßt es sich schlußfolgern, daß der vorstehend erwähnten Karbonisierungskolonne
gemäß der US-PS 4066416 ein Xißverhältnis zwischen einer hohen Kristallisierungsintensität
von Natriumbydrogenkarbonat in den Absorptionskammern und einer nicht hinreichenden
abkühlungsintensität von suspendiertem Natriumhydrogenkarbonat in den Kühlkammern
anhaften, wodurch die Leistung der Karbonisierungskolonne herabgesetzt wird.
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Zweck der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen
sowie die Intensivierung des Wärme-und Stoffaustausches bei gleichzeitiger Steigerung
des Gewinns von Natrium' aus dem Ausgangsstoff zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Abänderung der hydrodynamischen
Verhältnisse in der Karbonisierungskolonne den Wärmeaustausch zu verbessern und
gleichzeitig den Gewinn ;von Natrium aus demX Ausgangsgangsstoff zu steigern.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der bekannten Karbonisierungskolonne
zur Herstellung von suspen diertem liatriumhydrogenkarbonatX enthaltend ein Gehäuse
mit Stutzen zum Zuführen von Reagenzien und zum Abführen der erhaltenen Suspension
und des Gases sowie in diesem übereinander angeordnete perforierte Platten, durch
vzelche der Innenraum des Gehäuses in eine Xrennkammer und darunter befindliche,
miteinander durch Überlaufrohre verbundene Reaktionskammern aufgeteilt ist, wobei
von diesen die unteren mit Kühlrohren ausgestattet sind, erfindungsgemäß die oberbalb
der unteren EeEktionskammern befindlichen perforierten Platten mit Uberlaufstutzen
ausgestattet sind, welche im wesentlichen gleichmaßig über die gesamte Fläche der
perforierten Platte mit zum Durchtritt des Gases vordesehenen Perforationslöchern
derart verteilt sind, daß die meisten Uberlaufstutzen mit einem Abstand über den
betreffenden,
den DurchXangRguerschnitt dieser Stutzen überdeckenden Kühlrohren angeordnet sind.
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Infolge einer solchen baulichen Ausführung der Karbonisierungskolonne
ist es möglich, eine gleichmäßige Verteilung von Gas und Suspension im wesentlichen
auf dem gesamten Umfang der mit Kühlrohren ausgestatteten Reaktionskammern zu gewährleisten.
Dadurch, daß die meisten Uberlauft stutzen mit einem Abstand unmittelbar über den
betreffenden, den Durchgangsquerschnitt dieser Stutzen überdeckenden Kühlrohren
angeordnet sind, wird der Durchbruch des im Aufstrom empbrsteigenden Gases in die
in Uberlaufstutzen befindliche Suspension verhindert, währenddessen durch das Abfließen
der Suspension durch Uberlaufstutzen der vorzugsweise Durchtritt des Gases durch
die dafür bestimmten Performationslöcher gesichert wird. Dies alles gestattet es,
den Wärmeaustauschvorgang durch Ordnen der uas- und Flüssigkeitsßtröme zu intensivieren,
demzufolge es möglich wird, entweder die Gesamtleistung der Karbonisierungskolonne
durchschnittlich um 20% zu erhöhen, oder bei deren gleichbleibender Leistung den
Wasserverbrauch für die Abkühlung der Suspension herabzusetzen. Dabei kommt es auch
zur Senkung der Geschwindigkeit des Zuwachsens von Oberflächen der Kammern und Kühlrohre
durch abgesetztes atriumhydrogenkarbanat und, demzufolge, zur Aufrechterhaltung
einer hohen Wärme durchgangszahl für eiB längere Zeit. Falls für die Abkühlung
der
Suspension das Wasser mit einer höheren Tempern tur verwendet wird, hat man die
Erhöhung des Gewinnungsnutzeffektes von natrium aus dem Ausgangsstoff um 0,5 bis
1* 1%Folge.
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Es ist zweckmäßig, daß die esamtfläche von Durchgangsquerschnitten
der Uberlaufstutzen 1,5 bis 4% der Querschnittsflächen der Karbonisierungskolonne
beträgt, wobei sich der Durchgangsquerschnitt des Überlaufstutzens und der Durchmesser
des Kühlrohre wie 0,5 zu 3 verhalten.
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Durch ein solches Verhältnis der Gesamtfläche von Durchgangsquerschnitten
der Uberlaufstutzen zur querschnittsfläche der Karbonisierungskolonne sowie des
Durchgangsquerschnittes des terlaufstutzens zum Durchmesser des Kühlrohres wird
die maximale Leistungsfähigkeit der Karbonisierungskolonne gewährleistet. Falls
die Gesamt fläche von Durchgangs querschnitten der Uberlaufstutzen weniger als 1,5%
der Querschnittsfläche der Karbonisierungskolonne beträgt, wird der Flüssigkeitsdurchtritt
aus einer mit Kühlrohren ausgestatteten Reaktionskammer in eine nächstniedere solche
Kammer' erschwert,insbesondere nach dem Ablauf einer bestimmten Betriebsdauer der
Karbonisierungskolonne, wenn sich auf den Uberlau£stutzen-Wandungen Natriumhydrogenkarbonat
abgesetzt hat. Falls aber die Gesamtfläche von Durchgang querschnitten der Überlaufstutzen
größer als 4% der Querschnittsfläche der Karbonisierungskolonne ist, so kann sich
der Widerstand der perforierten Platte als unzureichend
erweisen,
sO daß es mitunter zum Durchbruch des Gases in die mit Suspension gefüllten Überlaufstutzen
und somit zur Störung der geordneten Gas- und Flüssigkeitsströmungen sowie zur Senkung
der Intensität des Wärieaustauschprozesses führen kann.
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Der Durchgangsquerschnitt der Uberlaufstutzen soll den Durchmesser
der Kühlrohre nicht mehr als ums 3-fache übertreffen, weil bei einem größeren Durchgangsquerschnitt
der Uberlaufstutzen das Durchdringen von Gas in diese Stutzen durch Ktihlrohre -
nicht verhindert werden kann, Währenddessen ist der Durch0angsquerschnitt der Uberlaufstutzen
nicht kleiner als 0,5 des Durchmessers der Kühlrohre zu wählen, da es sonst zum
intensiven Zuwachsen der Stutzen durch abgesetztes Natriumhydrogenkarbonat und somit
zur Rerabsetsung der Betriebsdauer der Karbonisierungskolonne zwischen deren zwei
aufeinanderfolgenden Reparaturen kommt.
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Zweckmäßigerweise beträgt der Abstand zwischen der unteren Stirnseite
des jeweiligen Uberlaufstutzens und dem betreffenden Kühlrohr von 1/10 bis 1/2 des
Durchgangsquerschnittes des Stutzens.
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Durch den erwähnten Abstand zwischen der unteren Stirnseite des Uberlaufstutzens
und dem betreffenden Kühlrohr werden optixaxe Bedingungen für den Wärmeaustausch
geschaffen, wobei der Überlaufstutzen nicht ohne Abstand an der Oberfläche des Kühlrohres
anliegen darf, weil es in einem
solchen Fall das Abfließen der
Suspension gestört wird und zum Auswurf der Suspension aus der, Ksrbonisierungskolonne
durch den Stutzen zum Austritt des Gases kommt. Wenn dieser Abstand kleiner als
1/10 des Durchgangsquerschnittes des Uberlaufstutzens ist, so wird er durch abgesetztes
Natriumhydrogenkarbonat schnell zuwachsen was wiederum einen auswurf der Suspension
aus der Karbonisierundskolonne zur Folge hat. Andererseits, wenn der Abstand zwischen
der unteren Stirnseite des Uberlaufstutzens und dem betreffenden Kühlrohr größer
als 1/2 des Durchgangsquerschnittes des Stutzens ist, kann es zum Durchbruch des
Gases in den Überlaufstutzen und somit zur Verschlechterung der Bedingungen für
den Wärmeaustausch kommen.
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Des weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Eig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindunbZsgemäßen
Karbonisierungskolonne im vertikalschnitt; Fig. 2s einen leil der unteren Reaktionskammern
mit in diesen untergebrachten Kühlrohren (im Schnitt); Fig. 3: eine erfindungsgemäße
Modifikation eimer perforierten Platte mit in dieser eingepreßten Uberlaufßtutzen
(im Vertikalschnitt); Fig. 4: eine Modifikation einer perforierten Platte, Ansicht
nach dem Pfeil IV in Fig. 3; Fig. 5t eine Modifikation einer erfindungsgemäßen,
mit Uberlaufstutzen in einem StUck gegossenen perforierten Platte (im Vertikalschnitt):
Fig.
6t eine Modifikation einer perforierten Platte, Ansicht nach dem Pfeil VI in Fig.
5.
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Die Karbonisierungskolonne enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1) mit in
diesem übereinander angeordneten, nach einem beliebigen an sich bekannten Verfahren
befestigten perforierten Platten 2. Durch die erwähnten perforierten Platten 2 wird
der Innenraum des Gehäuses 1 in eine Trennkammer 3 und in darunter befindliche Jtaktionskammern
4 und 5 aufgeteilt, von welchen die oberen 4 Absorptions-, und die unteren 5 - Kühlkammern
darstellen, Jede der Kühlkammern 5 weist eine größere Höhe auf im Vergleich zur
Höhe jeder der Absorptionskammern. In dem unteren Teil des gehäuses 1 unterhalb
der Kühlkammern 5 befindet sich eine Bodenkammer 6.
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Das Gehäuse 1 ist mit Stutzen (entsprechend 7, 8 und 9) zum Zuführen
von Reagenzien und (10 und 1i) zum Abffihren der erhaltenen Suspension und des Gases
versehen. Dabei weist die obere Reaktionskammer 4a einen Stutzen 7, die obere Reaktionskammer
4b einen Stutzen 8, die Bodenkammer 6 Stutzen 9 und 10, und die Trennkammer 5 einen
Stutzen 11 auf.
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Jede der Reaktionskammern 4 ist mit der nächstniederen Kammer durch
ein Überlaufrohr verbunden, welches in der je weiligen perforierten Platte in der
Zähne der Wand des wehäuses 1 angeordnet ist.
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Die Uberlaufrohre 32 sind so angeordnet, daß ihre Längsaqhse.im wesentlichen
senkrecht zur Oberfläche der perforierte ten Platte 2 steht. Dabei wird zwischen
der untere.n, St;irnseite des Uberlaufrohres 12 und der Oberfläche der darunter
befindlichen
perforierten Platte 2 ein Abstand von ca.
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100 mm eingehalten.
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Darüber hinaus sind die benachbarten Uberlaufrohre in bezug aufeinander
in waagerechter Ebene diametral versetzt angeordnet, wie es ia Fig. 1 dargestellt
ist.
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In der Sähe der oberen Kante des UberlaufrQ»»es 23 gleichachsig mit
diesem ist ein ringförmiges Schutzblech 13 von zylindrischer bzw. konischer gestalt
angeordnet. Das Schutzblech 13 wird an dem Uberlaufrohr 12 mit einem radialen Abstand
mittels Rippen befestigt, wobei sich der Außendurchmesser des ochutzbleches 13 und
der des Uberlaufrohres 12 vorzugsweise wie 1,25 zu 2 verhalten. Die obere Kante
des Schutzbleches 13 ist oberhalb der oberen Kante des Uberlaufrohres 12 oder auf
gleicher Höhe mit dieser angeordnet. Der Abstand zwischen der unteren Kante des
Schutzbleches 13 und der diesem zugekehrten Oberfläche der perforierten Platte beträgt
1/5 bis 1/3 der Höhe des Überlaufrohres 12. Dabei enthalten die dem Überlaufrohr
naheliegenden, durch die vertikale Projektion der Schutzbleche 13 begrenzten Zonen
jeder perforierten Platte 2 keine Perforationslöcher.
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Das Abführen der Suspension mit der in dieser aufgespeicherten festen
kristallinen Phase erfolgt durch eine bzw. mehrere, in der Wandung des Uberlaufrohres
12 in der Nähe der perforierten Platte 2 ausgeführten Öffnungen 14.
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In den unteren Reaktionskammern 5 sind waagerecht angeordnete
Bündel
von Kühlrohren 15 mit einem Abstand zu den perforierten Platten 16 untergebracht.
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Die perforierten Platten 16 (Fig. 2) weisen Oeffnungen 17 zum vorzugsweisen
Durchtritt des Gases sowie Uberlaufstutzen 18 zum vorzugsweisen Durchtritt der Suspension
auf. Die Uberlaufstutzen 18 sind bezüglich der Kühlrohre 15 derart angeordnet, daß
sich die meisten Stutzen 18 mit einem Abstand unmittelbar über den betreffenden
Kühlrohren befinden, wobei der Durchgangsquerschnitt der oberlaufstutzen 18 durch
Kühlrohre 15 überdeckt wird. Gemäß kleiner Ausführungsvariante der erfindung (5.
Fig. 2) sind gesamte oberlaufstutzen 18 unmittelbar über den betreffenden Kühlrohren
15 angeordnet.
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Die Verteilungsdichte der Vberlaufstutzen 18 auf dem Querschnitt
der perforierten Platte 16 kann verschieden gewählt werden. Diese können auf dem
Qperschnitt der Platte 16 entweder gleichmäßig (Fig. 4 und 6), oder solcherart verteilt
werden, daß die Verteilungsdichte in den Rand partien der Platte höher als diese
in der Zentralzone ist.
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Als unzwecimäßig hat sich erwiesen, die Uberlaufstutzen 18 vorzugsweise
in der Zentralzone der perforierten Platte 16 anzuordnen, weil dadurch ein intensives
Zuwachsen der Kühlrohre 15 durch abgesetztes Natriumhydrogenkarbonat und somit die
Verschlechterung ihrer Wärmeaustausch-Eigenschaften verursacht werden.
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Gemäß einer Ausführungsvariante können die Uberlaufstutzen
18
in den in der perforierten Platte 16 ausgeführten Bohrungen eingepreßt und mit dieser
mit Hilfe von Schrauben 19 befestigt sein (Fig. 3).
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Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann die perfotierte
Platte 16 beispielsweise in einem Stück mit den Uberl'ufstutzen 18 gegossen sein
(Fig. 5), Die Gesamtfläche ton Durchgangsquerscbnitten der Uberlaufstutzen 18 beträgt
1,5 bis 4* der gesamten 4perschnittsfläche der Karbonisierungskolonne. Falls die
Gesamtfläche von Durchgangsquerschnitten dieser Stutzen kleiner als vorstehend angegeben
ist, kommt es zur Erschwerung des Flüssigkeitsdurchtritts aus einer unteren Reaktionskammer
in eine darunter angeordnete Reaktionskammer, insbesondere nach dem Ablauf einer
bestimmten Betriebsdauer der Karbonisierungskolonne, wenn sich auf den Wandungen
der Uberlaufstutzen 18 Natriumhydrogenkarbonat abgesetzt hat.
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Falls die GeSamtfläche von Durchgangsquerschnitten der Überlaufstutzen
18 größer als 4% der erschnittsfläche der Karbonisierungskolonne ist, kann sich
der Widerstand der perforierten Platte als unzureichend erweisen, so daß es mitunter
zum Durchbruch des Gases in die Uberlaufstutzen 18 kommen kann.
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Der Durchgangsquerschnitt der Uberlaufstutzen 18 soll in einem Verhältnis
von 0,5:1 bis 3:1 zum Durchmesser der Kühlrohre 15 stehen. Falls der Durchgangsquerschnitt
der Überlaufstutzen 18 den Durchmesser der Kühlrohre 15 mehr
als
ums 3-fache übertrifft, kommt es zu keiner wirksamen Verhinderung des Durchdringens
von emporsteigendem Gas in die in den Überlaufstutzen befindliche Suspension.
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Palls aber der Durchangsquerschnitt der Überlaufstutzen 18 mehr als
ums 2-fache kleiner als der Durchmesser der Kühlrohre ist, so wird dies ein schnelles
Zuwachsen des Durchgangsquerschnittes der Uberlaufstutzen durch abgesetzte Natriumhydrogenkarbonat
zur Folge haben. Darüber hinaus kann der Durchgangsquerschnitt der Uberlaufstutzen
18 nicht kleiner, als der vorzugsweise Durchmesser von Perforationelöchern zum Durchtritt
des Gases gewählt werden, um eine gleichmäßige Berteilu»g der Suspension über den
querschnitt der perforierten Platte und somit die Senkung der Intensität des Zuwachsens
von Wandüngen der Uberlaufstutzen 18 zu gewährleisten. In dem vorstehend angegebenen
Bereich können die Überlaufstutzen 18 von gleichem bzw. von unterschiedlichem Durchgangsquerschnitt
sein.
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Der Abstand zwischen der unteren Stirnfläche jedes der Uberlaufstutzen
18 und dem betreffenden Kühlrohr 15 beträgt 1/10 bis 1/2 des Durchmessers des Uberlaufstutzens
18.
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Falls dieser Abstand kleiner als 1/10 des Durchgangs querschnitts
des Uberlaufstutzens 18 gewählt wird, so hat es dessen schnelles Zuwachsen durch
abgesetztes Natriumhydrogenkarbonat zur Folge. Andererseits, wenn dieser Abstand
größer als 1/2 des Durchangsquerschnittes des Überlaufstutzens 18 gewählt wird,
so kann es bei bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten
des Gases
zum Durchbruch des letzteren in den Uberlaufstutzen 18 führen.
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auf die Praxis bezogen wird die Größe des abstands zwischen dem Uberlaufstutzen
18 und dem Kühlrohr 15 im vorstehend sngegebenen Bereich durch den Widerstand einer
trockenen perforierten Platte 16 bei einer vorgegebenen Leistung der Karbonisierungskolonne
ermitt,elt. In dem angegebenen Bereich können die Uberlaufstutzen 18 von gleicher
bzw.
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von unterschiedlicher Länge sein.
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Die Uberlaufstutzen 18 können auf der perforierten Platte 16 nach
einem beliebigen Muster, beispielsweise schachbrettartig (wie in Fig. 4 und 6 dargestellt),
konzentrisch u w. a. m. angeordnet sein.
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Anstatt der zwischen der unteren Kühlkammer 5 und der Bodenkammer
6 befindlichen perforierten Platte 16 kann eine perforierte Platte 2 ohne Vberlauf
rohr angeordnet werden, weil in der Bodenkammer 6 keine Kühlrohre 15 enthalten sind.
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In der Bodenkammer 6 ist ein in Form einer Kappe bzw, eints Kegels
ausgeführtes Gasverteilungsgerät 20 untergebracht.
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Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Karbonisierungskolonne
besteht im folgenden.
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imine ammonisierte Natriumchloridlösung wird in die obere Reaktionskammer
4a durch den Stutzen 7 eingebracht. Ein Gasgemisch mit einem hohen Gehalt an Kohlendioxid
(von 70 bis
80%) wird in die Bodenkammer 6 durch den Stutzen 9
eingegeben. Bin Gasgemisch mit einem niedrigen Gehalt an Kohlendioxid (von 30 bis
409) wird in die obere Reaktion kammer 4b durch den Stutzen 8 ein4egeben. In den
Reaktionskammern 4 geht die ammonisierte Natriumchloridlösung eine Reaktion mit
dem Kohlendioxid ein, deren Ergebnis die Ausfällung von kristallinem Natriumhydrogenkarbonat
und die Bildung der Suspension ist. Das suspendierte Natriumhydrogenkarbonat wird
durch Uberlaufrohre 12 aus einer Absorptionskammer zu einer anderen überführt. In
der Reaktionskammer 4 bewegt sich die Suspension in horizontalem Strom in Richtung
des Uberlaufrohres 12, welches bezüglich des ersten oberlaufrohres 12 diametral
versetzt ist und die genannte Reaktionßksmmer mit der nächstniederen verbindet.
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In den Reaktionakammern 4 kommt die Wechselwirkung zwischen dem im
Aufstrom emporsteigenden Gas und der sich in horizontalem Strom bewegenden Suspension
zustande.
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Günstige Ebdingunden für das Wachsen der nach ihrer Größe und Form
homogenen Kristalle von Natriumbydrogen karbonat werden bei einem verhältnismäßig
ruhigen Verlauf des Kristallisationsvorganges geschaffen. Dies wird durch ringförmige
Schutzbleche 13 gewährleistet, indem diese die horizontal gerichteten Suspensionsströme
aufhalten und zurückwerfen und somit verhindern, daß sie in die zwischen dem Schutzblech
13 und der perforierten Platte 2 befindliche
Zone gelangen.
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Die im Bereich dieser Zone keine Perforationslöcher enthaltenden
perforierten Platten verhindern das Gelangen des emporsteigenden Gases in die erwähnte
Zone. kuf diese Weise kommt es zur Bildung eines Bereiches, in welchem sich die
Suspension in einem ruhigen Zustand befindet, der für das Wachsen von nach ihrer
Größe und Form homogenen Kristallen von Natriumhydrogenkarbonat bei geringer Menge
der neuentstehenden Kristallisat ionskeime günstig ist. Grobkristalle werden an
der Oberfläche der perforierten Platte 2 aufgespeichert, wahrend die Suspension
mit einer niedrigen Konzentration der festen kristallinen Phase durch nachfolgende
Ströme der suspension verdrängt wird. Ferner steigt die Suspension zu der oberen
Kante des oberlaufrohres 12 empor und fließt durch dieses in die darunter befindliche
Kammer 4 ab. Die Suspension mit der in dieser aufgespeicherten festen kristallinen
Phase wird im wesentlichen durch die in der Uberlaufrohr-'ndung enthaltene Öffnung
abgeführt. Daraus folgt, daß aus 3eder der Reaktionskammern 4 in die nächstniedero
Reaktionskammer vorzugsweise Grobkristalle überführt werden, während diese von kleinerer
und mittlerer größe in der Zone der Aufspeicherung der festen kristallinen Phase
bleiben, in welcher ihr wachstum unter verhältnismäßig ruhigen Bedingungen stattfindet.
Das orhandensein der Suspension mit der in dieser aufgespeicherten festen kristallinen
Phase in den oberen Reaktionskammern
4 führt zur Herabsetzung der
Übersättigung der Lösung, was zum Wachstum der Kristallen von Natriumhydrogenkarbonat
bei einem minimalen Gehalt an neugebildete Kleinkristalle beiträgt. Bei d¢ Ausfällung
von 25 bis 354g der Gesamtmenge von Kristallen von liatriumhydrogenkarbonat in den
oberen Reaktionskammern hat die Bildung einer zusätzlichen Zone zur Kristallaufspeicherung
an den perforierten Platten 16 der unteren Reaktionskammern 5 keine weitere Verbesserung
der gristallgüte, d.h. deren Größe und Homogener tät, zur Folge.
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Die oben angegebene Menge von Natriumhydrogenkarbonat fällt in sorm
eines Niederschlags bei dem Durchlaufen der Suspension bis zuroberen Reaktionskammer
4b aus. Durch die Uberlaufstutz'ea,IS der perforierten Platte 16 gelangt die Suspension
aus der oberen Reaktionskammer 9b in die unteren Reaktionskammern 5, wo sie im wesentlichen
gleichmäßig über den Reaktionsumfang der unteren Reaktionskammer verteilt wird.
In den unteren Reaktionakammern 5 erfolgt weitere Sattigung der ammonisierten Natriumchloridlösung
mit einem das Kohlendioxid enthaltenden Gas, sowie die gristallisation von Natriumhydrogenkarbonat
und die Abkühlung der Suspension mit in Kühlrohren 15 umlaufendem Wasser. Durch
Überlaufstutzen 18 kommt es zur Umströmung von Kühlrohren 15 mit der Suspension,
wobei die Kühlrohre mit einem im Aufstrom emporsteigenden, Kohlendioxid enthaltenden
Gas umströmt werden. Somit wird eine zusätzliche Berührungßzone
gebildet,
was zur Intensivierung des Wärmeaustauschprozesses beiträgt. Der Durchtritt des
das Kohlendioxid entbaltenden Gases aus einer unteren Reaktionskammer 5 in eine
nächsthöhere erfolgt durch Perforationslöcher 17 der perforierten Platte 16. An
der Oberfläche der Platte 16 entsteht somit die Hauptberührungszone zwischen dem
Gas und der Suspension, Durch eine Anordnung der perforierten.
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Platten, bei der die meisten Uberlaufstutzen mit einem abstand unmittelbar
über den Kühlrohren angeordnet sind, wird der vorzugsweise Durchtritt des Gases
durch die Perforationslöcher 17 gewährleistet sowie verhindert, daß es in den Uberlaufstutzen
18 gelangt. Wegen der erwähnten Anordnung von Uberlaufstutzen 18 und Kühlrohren
15 werden die Bedindurgen für die Intensivierung der Wärme- und Stoffaustauschvorgänge
in den unteren Reaktionskammern 5 geschaffen. Die Intensivierung der Wärme- und
Stoffaustauschvorgänge wird durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Gases und
der Suspension in der Nähe der Kuhlrohre 15 sowie durch eine im wesentlichen gleichmäßige
Verteilung der Suspension auf dem Reaktionsumfang der unteren Reaktionskammer 5
erreicht.
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Unter bestimmten Betriebsbedingungen der Karbonisierungskolonne,
wenn die Geschwindigkeit des gases in den Perforationslöchern 17 genügend hoch ist,
beispielsweise in einem speziellen Fall 15 vJß betrags, wird der Durchtritt der
Suspension durch die Perforationslöcher vollständig
verhindert
und kommt durch Uberlaufstutzen 18 zustande. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten des
Gases kommt es zum Durchsickern der Suspension durch die Perforationslöcher 17.
Eine solche Betriebsart ist für die Leistung der Karbonisierungskolonne weniger
günstig. Um die Bestleistung der Karbonisierungskolonne zu erreichen; isteserwünscht,
die Geschwindigkeit sowohl des Gases als auch der suspension in den unteren Reaktionskammern
möglichst hoch zu wählen. Indem die Suspension von den perforierten Platten 16 durch
Überlaufstutzen 18 abfließt, gelangt sie auf die Kühlrohre 15. Bei einer erfindungsgemäßen
Anordnung der Uberlaufstutzen 18 ist es im wesentlichen unumdänglich daß die Suspension
auf die Oberfläche der mit bas umströmten Kühlrohre 15 gelangt. Demzufolge kommt
es zur Bildung einer vorstehend erwähnten zusätzlichen Berührungszone in welcher
der Wärme- und Stoffaustauschvorgang genauso intensiv, wie an der Oberfläche der
perforierten Platte 16 vor sich geht. Dies führt Seinerseits zur Senkung der Intensität
des Zuwachsens der Kühlrohre 15 durch abgesetztes Natriumbydrogenkarbonat. Die gleichmäßige
Verteilung der Suspension auf dem Umfang der Kühlkammer und eine zubätzlichE BerUhrungszone
bewirkt eine höhere Wärmedurchgangszahl im Laufe einer längeren Betriebsdauer, als
es in bisher bekannten Karbonisierungskelonnen der Fall ist.
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Es versteht sich von selbst, daß vorstehend nur einige konkrete Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert sind.
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Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik dürfte jedoch offenkundig
sein, daß auch andere Modifikationen der Karbonisierungskolonne möglich sind, wobei
der Erfindungssatbestand und -inhalt im Rahmen der beigelegten Patentansprüche erhaltenbleiben.