DE841448C - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Ammoniumsulfid in waessriger Loesung zuAmmoniumsulfat - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Ammoniumsulfid in waessriger Loesung zuAmmoniumsulfat

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DE841448C
DE841448C DEP31502A DEP0031502A DE841448C DE 841448 C DE841448 C DE 841448C DE P31502 A DEP31502 A DE P31502A DE P0031502 A DEP0031502 A DE P0031502A DE 841448 C DE841448 C DE 841448C
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/24Sulfates of ammonium
    • C01C1/245Preparation from compounds containing nitrogen and sulfur
    • C01C1/246Preparation from compounds containing nitrogen and sulfur from sulfur-containing ammonium compounds
    • C01C1/247Preparation from compounds containing nitrogen and sulfur from sulfur-containing ammonium compounds by oxidation with free oxygen

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Ammoniumsulfid in wäßriger Lösung zu Ammoniumsulfat Die Erfindung betrifft Verbesserungen und Ausgestaltungen des aus der Patentschrift 342 623 bekanntgewordenen Verfahrens und eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung. Dieses bekannte Verfahren besteht darin, Ammoniumsulfid in wäßriger Lösung, während diese sich in einem druckfesten Gefäß befindet, dadurch zu Ammoniumsulfat umzuwandeln, daß man die Lösung in der Wärme mit sauerstoffhaltigen Gasen, z. B. Luft, unter erhöhtem Druck behandelt. Die Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die neue Erkenntnis, daß die Durchführung eines solchen Verfahrens bedeutsame technische und wärmewirtschaftliche Vorteile ergibt, wenn die Reaktion kontinuierlich bewirkt und die Temperatur im Reaktionsraum mittels einer geregelten Abfuhr der überschüssigen Reaktionswärme auf einer bestimmten Höhe gehalten. wird. Bei dieser erfindungsgemäßen -Durchführungsweise des Verfahrens wird. unter Ausnutzung des hohen: Gasdrucks und der hohen Temperatur mit Hilfe der frei werdenden sehr betr&chtlZChen. .Reaktionswärme das Ergebnis herbeigeführt, daß: ein wesentlicher Teildes mit der Snlfidlösung. eingeführten Wassers in den miteingeführten Gasstrom' hinein verdampft: und 'da. durch der wertvolle vorieü.erzielt, wird" daß die. als Erzeugnis erhaltene Arnmöniumsulfatlösung schon im Reaktionsraum eine. Konzentration. erhält, die nicht weit vom Auskristallisieren verbleibt und dadurch inu noch geringe Aufwendungen zum völligen Eindampierierfordert. Bei der besagten kontinuierlichen Durch" führung ist nämlich die den Reaktionsraum durchsetzende wäßrige Lösung in .jeder Phase mit einem gleichzeitig hindurchgefiilAen Gasstrom in Berührung; der am Eitstrift aus-einem Gemisch von Sauerstoff und anderem, inertem Gas besteht, beim Austritt noch dieselbe inerte Gasmenge und etwaigen restlichen Sauerstoff enthält. Nun ist.nach.bekannten physikalischen Gesetzen die von einem- Gasstrom äußerstens nämlich bis zur Wassersättigung aufnehmbare WasserdampfmengevonderTemperatur und dem Volumen des Gases, das wiederum durch die Gasmenge und den Gasdruck bestimmt ist, abhängig. Bei der erfindungsgemäßen Regelung der Temperatur im Reaktionsraum ist es daher, weil die eingeführten Mengen der Lösung und des Gases wegen der kontinuierlichen Durchführungsweise dauernd in einem zahlenmäßig festen Verhältnis stehen und natürlich auch der Gasdruck btw. das Gasvolumen konstant sind, immer möglich, die Entziehung von Wasser aus der Lösung als Dampf, der in den Gasstrom hineingeht, bis zu einer bestimmten Grenze und damit auch bis zu einer@bestimmten Endkonzentration der Lösung bei ihrem Austritt zu treiben, natürlich so lange, als die verfügbare Reaktionswärme für diesen Umsatz ausreicht, was aber bei geeigneten Verhältnissen für die Konzentration der Ausgangslösung, die Temperatur und den Druck im Reaktionsraum durchaus gesichert werden kann. .Diese Einregelung und Sicherung der Endkonzentration der erhaltenen Ammoniumsulfatlösung ist aber für die Handhabung und Weiterverarbeitung derselben von ausschlaggebender Bedeutung. Es ist klar, daß eine schwache Endkonzentration, d. h. eine zu starke Verdünnung des Ammoniumsulfats mit Wasser das schließlich erforderliche Eindampfen bis zum festen Salz erschwert, verumständlicht und verteuert, daß aber andererseits eine zu hohe Endkonzentration die Gefahr birgt, daß durch Auskristallisieren von festem Salz vor oder bei dem Austritt der Lösung aus dem Reaktionsraum Verstopfungen und Betriebsstörungen entstehen.
  • Die zum Wesen des Verfahrens gehörigen Einregelangen können durch verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen desselben geschaffen werden.
  • Da nach den vorstehend gebrachten Darlegungen das Maß der Wasserverdampfung im Reaktionsraum sowohl von der Temperatur als auch von dem Gasdruck abhängig ist, so besteht eine vorteilhafte Durchführungsweise darin, die Temperatur und den Druck im Reaktionsraum zueinander so einzustellen, daß als Ergebnis der damit bestimmten Wasserverdampfung die erhaltene Ammohiumsulfatlösung eine nicht weit vom Auskristallisieren verbleibende Konzentration behält.
  • Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, daß die Sauerstoffkonzentration des eingeführten Gases atif eine passende Höhe eingestellt wird. Dies kann ebensowohl in einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration durch Zufuhr von reinem oder angereichertem Sauerstoff etwa in einem Strom von Lrnft hinein, als auch in einer Verminderung der Sauerstoffkonzentration, z. B. von Luft, mittels Zufuhr von inertem Gas, etwa Stickstoff, Kohlensäure od. dgl., zum Gasstrom bestehen. Insbesondere die Zufuhr von Kohlensäuregas kann beispielsweise damit gegeben' sein, daß als Ausgangslösung von Ammoniumsulfid ein schwefelwasserstoffhaltiges Ammoniäkstarkwasser genommen wird, - in welchem schon bei seiner Herstellung eine gewisse, mit dem Ammoniakrohwasser eingeführte Kohlensäuremenge ,belassen .wird. . Es ist klar, daß eine Veränderung der Sauerstoffkontentration des eingeführten Gases die benötigte Menge und damit auch das Volumen -desselben verändert, das für das Maß der Wasserverdampfung mitbestimmend ist.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur im Reaktionsraum dadurch geregelt, daß ein Teil der Reaktionswärme durch die Begrenzungswände des Reaktionsraumes auf eine. wärmeaufnehmende im Sieden befindliche Flüssigkeit, z. B. Wasser, übertragen wird, deren Temperatur durch Regelung des Druckes des aus ihr entstehenden Dampfes beeinflußf wird. Da bei jeder siedenden Flüssigkeit die Temperatur und der Dampfdruck in fester Beziehung zueinanderstehen, ergibt die Regelung des Druckes eine entsprechende Beeinflussung der Temperatur. Diese Regelung des Druckes ist aber,, als eine rein mechanische Aufgabe, mit einfachen Mitteln bequem durchzuführen; so daß auf diesem Wege die Regelung der Temperatur der Flüssigkeit keine Schwierigkeit macht. Nun ist aber klar, daß für das Maß des aus dem. Reaktionsraum durch seine Begrenzungs@ wände abzuführenden Teils der Reaktionswärme die auf der wärmeaufnehmenden Außenseite herrschende Temperatur der Flüssigkeit eine wesentliche und bestimmende Rolle spielt, so daß mit deren Dampfdruckregelung auch das Maß der im Reaktionsraum selbst für die Wasserverdampfung verfügbar bleibenden Reaktionswärme bestimmt wird.
  • Die Wärmeübertragung einfach durch die Begrenzungswände selbst würde auch durch die Anwendung einer als Wärmeträger dienenden nicht verdampfenden Zwischenflüssigkeit, z. B. hochsiedenden Oles, zu ersetzen sein, welche die abzuführende Wärme zunächst durch diese Wände aufnimmt und durch andere Wände an die schließlich die Wärme aufnehmende siedende Flüssigkeit weitergibt. In diesem Falle müssen das Reaktionsgefäß und das Siedegefäß nicht notwendigerweise räumlich zusammengebaut sein.
  • Bei der geschilderten Ausführungsform der Regelung der Wärmeabfuhr aus dem Reaktionsraum durch wärmeübertragene Begrenzungswände hindurch an die wärmeaufnehmende siedende Flüssigkeit kann zur weitergehenden Regelung die Wirksamkeit dieser Wärmeübertragung durch Veränderung der von siedender Flüssigkeit und Dampf berührten Wandflächenanteile eingestellt werden. Hierzu wäre beispielsweise das Mittel geeignet, das Verhältnis der fron der siedenden Flüssigkeit und ihrem Dampf berührten Wandflächenanteile durch Veränderung des Höhenstandes des Flüssigkeitsspiegels passend einzustellen.
  • Bei der geschilderten Regelung des im Reaktions-' raum wirksam bleibenden Anteils der Reaktionswärme wird der nach außen abgeführte Teil derselben in Dampf, z. B. Wasserdampf, von erhöhtem Druck und entsprechend hoher Temperatur verwandelt. Dieser Dampf kann nach einem weiteren Erfindungs= gedanken als Heizdampf für Nutzzwecke verwendet werden, am vorteilhaftesten zum Eindampfen 'der im Verfahren erhaltenen Ammoniumsulfatlösung. Dadurch wird nicht nur überhaupt die vertügbare, im ganzen genügend große Reaktionswärme für den gesamten Verfahrensablauf, d.li. bis zur Schlußphase des Erhaltens von festem Ammoniumsulfat ausgenutzt, sondern es wird außerdem eine geeignete zweckmäßige Aufteilung dieser Reaktionswärme in die beiden Phasen der Wasserverdampfung im Reaktionsraum und der Eindampfung der durch die chemische Umwandlung erhaltenen Ammoniumsulfatlösung erreicht. Dies vergünstigt die Lösung der Teilaufgabe, daß, wie oben dargelegt, die aus dem Reaktionsraum austretende Ammorniumsultatlösung eine für den glatten Betriebsverlauf bestens geeignete Konzentration erhält.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschilderten Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum aus stehenden rohrförmigen druckfesten Elementen gebildet wird, durch deren Innenräume die umzusetzenden Reaktionsstoffe kontinuierlich von oben nach unten geführt werden und deren umgebender Außenraum einen Dampfkessel für die wärmeaufnehmende Flüssigkeit bildet. Diese Vorrichtung ermöglicht sowohl in dem Innenraum der rohrförmigen Elemente das Durchführen der Reaktion zusammen mit der geschilderten Wasserverdampfung in den Gasstrom hinein als auch die Reglung der Innentemperatur mittels Wärmeabfuhr durch die Begrenzungswände der Elemente an die im Außenraum, d. h. im Dampfkessel gehaltene wärmeaufnehmende Flüssigkeit.
  • Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Gesamteinrichtung, welche auch die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweist, ist in der Zeichnung durch eine schematisch gehaltene Aufrißdarstellung, teilweise im senkrechten Schnitt, wiedergegeben. Das Verfahren wird an Hand dieser Zeichnung als ein Ausführungsbeispiel nachstehend näher beschrieben.
  • Die zur Durchführung der Reaktion dienende Vorrichtung i besitzt das stehende druckfeste Gehäuse 2 uröd im Innern senkrechte Rohre 3, die von dem oberen Rohrboden 4 und dein unteren Rohrboden 5 gehalten werden. Durch diese beiden Rohrböden wird ein oberer Kopfraum 6 und ein unterer Fußraum 7 abgeteilt. Die Innenräume der Rohre 3 sind mit einer Füllkörpermasse 8, die auch katalytisch wirken kann, zum Verteilen und Austauschen der hindurchrieselnden wäßrigen Lösung und des hindurchziehenden Gasstromes angefüllt. Der die Rohre 3 umgebende Außenraum bildet einen Dampfkessel, in welchem sich Wasser 9 und darüber Wasserdampf io befindet; der Wasserspiegel hat die Höhenlage ii. Der Dampfkessel ist mit einem außenliegenden Flüssigkeitsstandrohr 12 versehen. Sein Dampfraum io besitzt das Dampfabgangsrohr 13 mit dem druckhaltenden Ventil 4; dieses ist als ein selbsttätiges Druckregelungsventil ausgebildet, das seinen Impuls durch die angeschlossene Rohrleitung 15 von dem im Dampfabgangsrolii 13 bzw. im Dampfkesselraum herrschenden Druck empfängt. Hinter dem Ventil 14 schließt sich die Dampfleitung 16 an, welche den erzeugten Dampf weiterführt. An den Wasserraum ist unten die Speisewasserzufuhr 17 angeschlossen, durch welche das Speisewasser mittels der Druckpumpe 18 zugeführt wird; ein Ventil ig-'kann ebenfalls zur Druckregelung dienen, die auch selbsttätig erfolgen kann. Der obenliegende Kopfraum.6 der Vorrichtung i ist mit der Zufuhrrohrleitung 20 und der Verteilbrause 29 für die in das Verfahren einzuführende Ammoniumsulfidlösung und mit der Gaszufuhrleitung 21 für das unter erhöhtem Druck zuzuführende sauerstoffhaltige Gas versehen. Die Flüssigkeitszufuhrleitung 20 ist an die Druckseite der Druckpumpe 22 angeschlossen, welche die Flüssigkeit durch ihre Saugleitung aus dem Vorratsbehälter 23 entnimmt. Die Gaszufuhrleitung 21 ist an die Druckseite des zweistufigen Kompressors 24 angeschlossen. Die Saugleitung 25 des Kompressors hat offene Verbindung mit der Außenluft und außerdem ein Zufuhrrohr 26 mit Regelventil 27 für Sauerstoff, der aus einem Druckbehälter 28 entnommen werden kann. Der Fußraum 7 der Vorrichtung i ist ein Sammelraum sowohl für die durch die Rohre 3 niedergerieselte Lösungsflüssigkeit als auch für das aus den Rohren unten austretende Restgas, das wesentlich aus Stickstoff und etwaigem nicht umgesetzten Sauerstoff besteht. Dieses Gas wird aus dem Fußraum durch die Abgangsrohrleitung 30 mit dem druckhaltenden Ventil 31 nach außen abgeführt. Dieses Ventil ist zugleich ein Druckregelungsventil, um den im Fußraum 7 bzw. im ganzen Reaktionsraum vorgesehenen erhöhten Druck mit konstanter Höhe aufrechtzuerhalten. Der Impuls hierfür wird durch die Rohrleitung 32 von. dem aufrechtzueihaltenden Gasdruck abgenommen. Die im Fußraum 7 angesammelte Flüssigkeit 33, eine das Reaktionserzeugnis darstellende konzentrierte Lösung von Ammoniumsulfat, wird durch das Abgangsrohr 34 und die Anschlußrohre 35, 36 nach den Auffanggefäßen 37, 38 abgeführt. Absperrvorrichtungen 39, 40, 41 in den genannten Überführungsrohrleitungen ermöglichen, daß immer eins der beiden Auffanggefäß mit Lösungsflüssigkeit frisch aufgefüllt wird, während das abgeschaltete andere Gefäß entleert wird. ,Zum Entleeren dienen die Abgangsrohrleitungen 42 und 43 mit den Absperrvorrichtungen 44 und 45 sowie die Fortsetzungsrohrleitung 46. Rohre 47, 48 an den Decken der Gefäße 37 und 38 nebst Entspannungsventilen 4g, 5o dienen zur Entlastung des Dampfdruckes in dem jeweils zu entleerenden Auffanggefäß.
  • Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird dein Kopfraum 6 der Vorrichtung i die als Ausgangsstoff dienende Ammoniumsulfidlösung, die beispielsweise 18 Gewichtsteile Ammoniak NHs, 17 Gewichtsteile Schwefelwasserstoff H,S und 65 Gewichtsteile Wasser auf je ioo Teile enthält, durch die Rohrleitung 20 und die Druckpumpe 22 aus dem Behälter 23 und ein sauerstoffhaltiges Gas, im Beispiel Luft, die mii Sauerstoff aus dem Druckbehälter 28 gemischt ist, über die Rohrleitung 21 durch den Kompressor 24 unter einem erhöhten Druck zugeführt, der io bis 25 atü oder mehr betragen kann und auf dieser Höhe konstant durch das im Abgangsrohr 3o angeordnete Druckventil 31 eingeregelt gehalten wird. Die Temperatur im eigentlichen Reaktionsraum, d. h. innerhalb der Ausfüllung 8 der Rohre 3, wird auf einer Höhe von beispielsweise 112o bis 117o° oder mehr gehalten. Diese Temperaturhöhe wird durch entsprechende Einstellung der Temperatur im Raum 9, 11o des Dampfkessels gesichert, welche ihrerseits durch den in ihm herrschenden, durch das Regelventil 14 aufrechtzuerhaltenden Dampfdruck bestimmt wird. Die rechnerisch-funktionellen Zusammenhänge hierfür sind in dem am Schluß angeführten Berechnungsbeispiel näher erläutert. Das im Dampfkessel siedende Wasser führt einen gewissen Teil der im Innern 8 der Rohre 3 entwickelten Reaktionswärme ab, indem eine entsprechende Menge Wasserdampf erzeugt und durch das Abgangsrohr 13, 16 nach außen weggeführt wird. Der sich dabei einstellende Temperaturunterschied zwischen dem Innern 8 der Rohre 3 und dem Außenraum 9, 11o, welcher die durch die Rohrwandungen abzuführende Teilmenge der Reaktionswärme bestimmt, ist durch die gesamte Wandungsfläche der Rohre 3 und die in Betracht kommenden Wärmeübergangszahlen bestimmt. Die durchschnittliche Wärmeübergangszahl für diese Gesamtfläche kann dabei durch Veränderung der von Wasser und Dampf berührten Wandflächenanteile verändert und passend eingestellt werden. Dies läßt sich dadurch ermöglichen, daß man dem Wasserspiegel 11i im Dampfkessel eine nach Wunsch zu verändernde Höhenlage gibt. Die Veränderung dieser Höhenlage kann durch die Einregelung der Speisewasserzufuhr bei 17 gegebenenfalls mittels des Ventils 11g und des Gangs der Speisewasserpumpe 18 bewirkt und in dem Flüssigkeitsstandrohr 12 beobachtet' werden. Der im Innenraum 8- der Rohre 3 verbleibende Teil der Reaktionswärme bewirkt, daß ein wesentlicher Teil des in der eingeführten Ammoniumsulfidiösung enthaltenen Lösungswassers verdampft und in den mit hindurchgehenden Gasstrom aufgenommen wird. Der in das siedende Wasser des Dampfkessels übergeführte Teil der Reaktionswärme, der als ständig neu erzeugter Dampf durch das Rohr 13, 16 nach außen abgeht, wird erfindungsgemäß als Heizdampf für Nutzzwecke verwendet, am vorteilhaftesten zum Eindampfen der das Verfahrenserzeugnis darstellenden konzentrierten Lösung von Ammoniumsulfat bis auf festes Salz. Diese Ammoniumsulfatlösung gelangt zusammen mit dem wasserdampfbeladenen Strom von Restgas in den Fußraum 7 der Vorrichtung i hinein. Das Gas-Dampf-Gemisch zieht durch die Rohrleitung 30 unter einem Druck, der durch das Regelungsventil 31 gehalten wird, nach außen ab; dieses Gas-Dampf-Gemisch kann ebenso wie der im Dampfkessel erzeugte Dampf zu Heizzwecken, also auch zusätzlich zum Eindampfen der Sulfatlösung, ausgenutzt werden. Die erhaltene konzentrierte Ammoniumsulfatlösung wird durch die Abgangsrohre 34, 35, 36 wechselweise in eins der beiden Auffanggefäße 37, 38 unter dem Reaktionsdruck ausgetragen, während das andere, in der vorhergehenden Wechselphase gefüllte Gefäß zur Weiterbehandlung verfügbar steht und zunächst durch Öffnen des an seiner Decke befindlichen Ventils von dem in ihm enthaltenen Dampfdruck entlastet wird. Nach dieser Vornahme kann die aufgefangene Ammoniumsulfatlösung aus dem betreffenden Auffanggefäß der Abgangsrohrleitung 46 zugeleitet werden, die sie zum Verdampfer führt, welcher das Eindampfen bis zum festen Salz bewirkt.
  • Da diese erhaltene Ammoniumsulfatlösung durch die starke Wasserverdampfung innerhalb der Füllturg8 der Reaktionsrohre 3 weitgehend bis nahe zum Auskristallisieren eingeengt ist, wird dem Verdampfer nur noch eine beschränkte Eindampfungsleistung zugewiesen; es ist daher auch nur eine Verdampfeinrichtung von mäßiger Größe erforderlich. Berechnungsbeispiel Die nachstehende Berechnungsweise ist allgemein gehalten, da hiermit lediglich der grundsätzliche Verfahrensablauf erläutert werden soll: Es sollen eingeführt werden Ammoniumsulfid (NHq)ZS mit b kg Wasser, dazu eine stöchiometrisch entsprechende Menge von 32a kg Sauerstoff in Form von gewöhnlicher Luft, d. h. eine Luftmenge von Hierbei entstehen a kg Ammoniumsulfat, und übrigbleibt eine Stickstoffmepge d = 0,769 - 2,o99 a = 1,614 a kg.
  • Im Reaktionsraum soll die Temperatur T °C und. der Druck P ata, im Dampfkessel die TempexaWt t °C und der durch Druckregelung konstant erhaltene Dampfdruck p ata bestehen.
  • Durch die chemische Umsetzung entsteht eitle Reaktionswärme Q = ß a - kcal, wobei der Faktor ß allerdings von den Druck- und Temperaturbedingtthgen abhängig ist, aber innerhalb kleiner Sehw4,lkungen von Temperatur und Druck praktisch konstalit ist. Daher ist auch Q = konstant bei gegebenem 11t., Die Reaktionswärme Q wird fast vollständr in Verdampfung von Wasser umgesetzt; die auf 1~twärmung von Reaktionsteilnehmern bzw. Speisewasser, auf Lösungswärmen und Abkühlung .entfallenden geringen Anteilsbeträge können rechnerWhvereinfachend für die vorliegende Betrachtung dtk. die zahlenmäßige Größe der Verdampfungswäritlß r für i kg Wasser berücksichtigt gedacht werden. F£ ist praktisch etwa zu rechnen r = -#. 55o kcal/kg Wamr.
  • Die gesamte entstehende Menge von Wasserdampf ist daher sie wird aufgeteilt in den Anteil W1 kg, der im Reak- tionsraum bleibt, und die Menge Wz kg, die im Dampf- kessel erzeugt wird. Es ist also W=Wl+W2. Die Anteilmenge W1 wird von der Stickstoffkr@enge d bis zur Sättigung aufgenommen; sie ist eine Funktion der Temperatur T und des Drucks P, also W1 = f (T, P) - d.
  • Es ist nän-flich nach dem Daltonschen Gesetz und der Zustandsgleichung für Gase und Dämpfe wenn R die Gaskonstante für den Reststickstoff d, Rt die Gaskonstante für Wasserdampf und P' = p (T) den hier als Teildruck erscheinenden Sättigungsdruck des Wasserdampfs für die Temperatur T bedeutet. Bei gleichbleibendem Gesamtdruck P muß nach dieser Formel die Größe der Wasserverdampfung W, mit der Reaktionstemperatur T zunehmen.
  • Demnach wird Die Anteilmenge W, an Wasser wird.der eingetührten Lösungswassermenge b entzogen und verringert sie auf b - W 1. Folglich ist die Konzentration c der austretenden Ammoniumsulfatlösung, gerechnet als Kilogramm Sulfat je Kilogramm Wasser oder wenn Zähler und Nenner durch a dividiert werden Die der Anteilmenge W2 von Wasserdampf entsprechende Verdampfungswärme wird durch die Begrenzungswände des Reaktionsraums auf das im Dampfkessel siedende Wasser von der Temperatur t übertragen. Wenn F die Wärmeübertragungsfläche und k die mittlere Wärmedurchgangszahl für sie bedeutet, so ist dann wird also Hierin kann man noch Q - ß a ersetzen: Aus Gleichung (I a) ist folgendes zu ersehen Die Endkonzentration c der austretenden Ammoniumsulfatlösung ist, da und konstante Festwerte dar- stellen, ausschließlich eine Funktion der Temperatur T und des Drucks P im Reaktionsraum.
  • Aus Gleichung (I I I a) ist zu entnehmen: Nach Festlegung der Temperatur T und des Drucks P im Reaktionsraum ist für den Gleichgewichts- und Beharrungszustand die ihn bedingende Temperatur t des Dampfkessels fest bestimmt. Dabei muß außerdem t zunehmen, wenn T allein zunimmt, denn im Zähler des Quotienten wird jeder der beiden mit T behafteten positiven Summanden vergrößert, wenn T bei gleichbleibendem P vergrößert wird. Damit ergibt sich auch umgekehrt, daß die durch Druckregelung des Dampfkessels festzulegende Temperatur t desselben bei ihrer Veränderung die Temperatur T des Reaktionsraums im gleichen Sinne verändert, daß also z. B. bei Vergrößerung von t auch T vergrößert wird. In diesem Falle wird dann aber auch nach Gleichung (I) die Endkonzentration c der austretenden Ammoniumsulfatlösung vergrößert, weil, wie oben dargelegt, die Funktion f (T, P) mit steigendem T zunimmt. Der Vergrößerung von c ist aber, wegen der Gefahr des Auskristallisierens, eine obere Grenze gesetzt.
  • Zugleich kann man aus Gleichung (II) ersehen, daß der Temperaturunterschied T-t auch durch k F bzw. k beeinflußt wird, daß derselbe z. B. bei konstant gedachten T und P, mit Verkleinerung von k F, d. h: Verschlechterung des Wärmedurchgangs, vergrößert, also t erniedrigt wird, was physikalisch auch einleuchtend ist. Demnach hat eine Veränderung des Wertes k. bzw. k F die umgekehrte Wirkung wie eine Veränderung des Einregeltlngsdrucks p im Dampfkessel, d. h. beide können ergänzend oder kompensierend zur Beeinflussung des Endergebnisses ausgenutzt werden.
  • Mit vorstehenden Entwicklungen ist bewiesen, daß man den Verfahrensablauf durch die als Erfindung beanspruchten Mittel zur Beeinflussung der Reaktionstemperatur vollständig in der Hand hat.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Umwandlung von Ammoniumsulfid in wäßriger Lösung zu Ammoniumsulfat durch Behandlung in einem druckfesten Gefäß mit sauerstoffhaltigem Gas bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlicher Durchführung der Reaktion die Temperatur im Reaktionsraum mittels geregelter Abfuhr der überschüssigen Reaktionswärme auf einer wesentlich konstanten Höhe gehalten wird, welche das Verdampfen eines wesentlichen Teils des eingeführten Lösungswassers sichert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und der Druck im Reaktionsraum zueinander so eingestellt werden, daß die erhaltene Ammoniumsulfatlösung im Reaktionsraum eine nicht weit vom Auskristallisieren verbleibende Konzentration behält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration des eingeführten Gases auf eine passende Höhe eingestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Reaktionswärme durch die Begrenzungswände des Reaktionsraums auf eine wärmeaufnehmende siedende Flüssigkeit, z. B. Wasser, übertragen wird, deren Temperatur durch Regelung des Druckes des aus ihr entstehenden Dampfes beeinflußt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamkeit der wärmeübertragenden Begrenzungswände durch Veränderung der von Flüssigkeit und Dampf berührten Wandflächenanteile passend eingestellt wird.
  6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der wärmeaufnehrrtenden siedenden Flüssigkeit erzeugte Dampf, z. B. Wasserdampf, als Heizdampf für Nutzzwecke, vorteilhaft zum Eindampfen der erhaltenen Ammoniumsulfatlösung, verwendet wird. . Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren zach Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB der Reaktionsraum aus stehenden rohrförmigen, druckfesten Elementen gebildet wird, durch deren Innenräume die umzusetzenden Reäktionsstoffe kontinuierlich von oben nach unten geführt werden und.deren umgebender Außenraum einen Dampfkessel für die wärmeaufnehmende Flüssigkeit bildet.
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