-
Verfahren und Vorrichtung zur Destillation von Wasserstoffsuperoxyd
Die Destillation des Wasserstoffsuperoxyds aus solches liefernden Lösungen, z.B.
Lösungen von Persalzen oder Persäuren, erfolgt nach dem neuen Verfahren fast ausschließlich
in Rohren. Hierbei ist es von größter Bedeutung, um Zersetzung des Wasserstoffsuperoxyds
zu vermeiden, daß die Verdampfung mit großer Geschwindigkeit erfolgt und daß die
entstehenden Dämpfe von Wasserstoffsuperoxyd möglichst rasch aus der Erhitzungszone
entfernt werden.
-
Nach einem der bekannten Verfahren werden Lösungen von Perschwefelsäure
oder von Persulfaten durch senkrecht oder schräg stehende, von außen oder von innen
beheizte Rohre von unten nach oben gesaugt, wobei der entwickelte Wasserstoffsuperoxyddampf
im Gleichstrom mit der Lösung durch das Rohr bewegt wird.
-
Diesem Verfahren haften wesentliche Mängel an. Durch die senkrechte
Lage des Destillationsrohres wird sowohl eine relativ geringe Heizfläche als auch
eine kleine V erdampfungsoberfläche bedingt. Die Verdampfung der Lösung erfolgt
nämlich auf einer dem Querschnitt des Rohres entsprechenden Oberfläche. Außerdem
ist es bei Anwendung von senkrechten Rohren nahezu unmöglich, eine rasche Abtrennung
des Wasserstoffsuperoxyddampfes zu sichern. Bei den beschriebenen Verfahren wird
sowohl die Lösung als auch der Wasserstoffsuperoxyddampf im Gleichstrom abgesaugt,
so daß sie auf dem ganzen Durchgang durch das Rohr in inniger Berührung miteinander
stehen.
-
Es sind zwar auch Verfahren bekannt, bei denen die Wasserstoffsuperoxyd
liefernde Lösung von oben nach unten fließt, während der Wasserstoffsuperoxyddampf
nach oben abgesaugt wird, so daß beide Stoffe gewissermaßen im Gegenstrom zueinander
das Destillationsrohr durchströmen. Es läßt sich aber auch bei dieser Anordnung
nicht vermeiden, daß erhebliche Anteile des Wasserstoffsuperoxyddampfes von der
Flüssigkeit mitgerissen werden und in längere Berührung mit der Flüssigkeit kommen,
wodurch Zersetzungen eintreten.
-
Nach einem anderen bekannten Verfahren werden Lösungen von Perschwefelsäure
in horizontalen Apparaten, die von außen vorzugsweise elektrisch beheizt werden
und aus Steinzeug, Quarz oder Glas hergestellt werden, destilliert. Nach einer Abwandlung
dieses Verfahrens verwendet man von außen beheizte Rohre aus Steinzeug, Quarz oder
Glas, die senkrecht, horizontal oder geneigt angebracht werden können und mit Auslässen
zur Entfernung des Wasserstoffsuperoxyddampfes versehen sind.
-
Diese Verfahren können den Erfordernissen der Technik nicht genügen,
weil die Destillation der Wasserstoffsuperoxyd liefernden Lösungen zu langsam verläuft.
Die verwendeten Materialien sind, abgesehen von ihrer geringen Widerstandsfähigkeit
(Glas) bzw. Kostspieligkeit (Quarz), sehr schlechte Wärmeleiter, so daß es unter
ihrer Zuhilfenahme ausgeschlossen ist, hochkonzentriertes Wasserstoffsuperoxyd zu
gewinnen.
-
Es wurde nun gefunden, daß man die Destillation von Wasserstoffsuperoxyd
liefernden Lösungen wesentlich günstiger unter größter Schonung des verdampfenden
Wasserstoffsuperoxyds
und Ausschaltung der bisherigen Nachteile
gestalten kann, wenn man die zu destillierenden Lösungen durch horizontal liegende,
von innen beheizte Destillationsrohrei unter Freilassung eines Dampfraumes leitfit.,
Die Kombination der an sich bekannt,' Innenbeheizung mit der ebenfalls an sich bekannten
horizontalen Lage der Destillationsrohre bietet folgende wesentliche Vorteile: Die
Heizfläche, die sich nach den Durchmessern der verwendeten Rohre, des Destillationsrohres
(Außenrohr) und des Heizrohres (Innenrohr), richtet, kann durch entsprechende Wahl
dieser Durchmesser beliebig vergrößert werden. Zweckmäßigerweise werden dieDurchmesser
beider Rohre so gewählt, daß zwischen Destillations- und Heizrohr nur ein geringer
Zwischenringraum bleibt, durch den die zu verdampfende Lösung fließt bzw. gesaugt
wird. Hierbei ist es notwendig, durch entsprechende Bemessung der Durchflußgeschwindigkeit
der Lösung dafür Sorge zu tragen, daß der Destillationsraum von der Flüssigkeit
unter Freilassung eines Dampfraumes durchströmt wird.
-
Die Verdampfungsoberfläche kann bei Anwendung von horizontal liegenden
Rohren beliebig vergrößert werden, da die Verdampfung nicht wie bei senkrechten
Rohren auf einer dem Querschnitt des Rohres entsprechenden Fläche, sondern auf der
gesamten Längsrichtung des Rohres stattfindet.
-
Da die Verdampfungsgeschwindigkeit einerseits von der Heizfläche,
andererseits von der Verdampfungsfläche -abhängig ist, bietet das neue Verfahren
die Gewähr für eine rasche Destillation. Die horizontale Lage der Rohre bedingt
auch ein unbehindertes Entweichen des verdampfenden Wasserstoffsuperoxyds aus der
Mutterlaugle in den frei zu lassenden Dampfraum, aus dem es durch Absaugstutzen
unbehindert durch etwaige Flüssigkeitsströmungen abgesaugt werden kann.
-
Durch das Verlegen der Heizung in das Innere der Destillationsrohre
hat man verschiedene weitere Vorteile. Da Rohre von innen stärker beansprucht werden
können, ohne zusammengedrückt zu werden, ist es möglich, den Durchmesser der innenliegenden
Heizrohre zu erhöhen oder ihre Wandungen erheblich dünner zu gestalten oder unter
Anwendung höherer Dampfdrucke zu arbeiten, um dadurch erhebliche Heizeffekte zu
erreichen. Diese Vorteile kommen besonders bei Anwendung von Bleirohren zur Geltung.
Diese wurden bei der bisher üblichen Außenbeheizung in Anbetracht des verhältnismäßig
hohen Dampfdruckes in kurzer Zeit zusammengedrückt. Das Zusammendrücken wurde noch
durch Abnutzung der Rohre und durch unvermeidliche Druckschwankungen im Dampfmantel
begünstigt. Die zusammengedrückten bzw. ausgebeulten Rohre waren nicht mehr so widerstandsfähig
gegen den Angriff der sauren Lösungen und wurden in wesentlich schnellerer Zeit,
als dies bei unversehrten Rohren der Fall gewesen wäre, durchgefressen. Man war
daher bisher darauf angewiesen, entweder sehr starke Rohrwandungen zu verwenden
oder mit geringen Dampfdrucken zu arbeiten, wobei naturgemäß in beiden Fällen mit
einer Senkung der Verdampfungsleistung des Rohres gerechnet werden mußte.
-
Bei Anwendung des neuen Verfahrens ist es möglich, die zum Heizen
dienenden Bleirohre verhältnismäßig dünn auszubilden und dennoch mit erheblich höherem
Dampfdruck zu arbeiten. Ferner ist man in der Lage, an Stelle massiver Bleirohre
Eisen- oder Kupferrohre zu verwenden, die außen homogen verbleit sind, wodurch noch
höhere Dampfdrucke angewandt werden können.
-
Endlich ist durch die Innenbeheizung die Möglichkeit gegeben, das.
Außenrohr aus beliebigem, auch schlecht ärmeleitendem Material zu wählen, soweit
dieses gegen Angriffe der Lösung indifferent ist und auch keinerlei katalytische
Wirkung auf das Wasserstoffsuperoxyd ausübt. So kann das Destillationsrohr aus Steinzeug,
Porzellan, säurebeständigen Kunstharzen und dergleichen Werkstoffen bestehen.
-
Die Richtigkeit dieser Ausführungen wird durch folgende Versuche belegt:
Versuch i nach der Erfindung Eine überschwefelsäurelösung mit 200 g H2 S2 08 im
Liter wird in einer dreistufigen Apparatur aus von innen beheizten liegenden Rohren,
die mit getrennten Dampfabzügen versehen sind, destilliert. Die Destillationsrohre
bestehen aus Glas, die Heizrohre aus Blei. Der Zwischenraum zwischen beiden Rohrgattungen
beträgt 2 bis 3 mm. Die Destillation wird bei einem Unterdruck von q.o bis 5o mm
Quecksilber und einer Heizdampfspannung von 2,5 atü durchgeführt.
-
Man erhält Destillationsausbeuten von 95 °1o und darüber. Es treten
hierbei keine Zersetzungen des Wasserstoffsuperoxyds ein. Der Rest an Wasserstoffsuperoxyd
bleibt in der Rückstandssäure, so daß die Gesamtausbeuten foo °f, betragen. Die
aus den einzelnen Apparaturstufen erhaltenen Destillate werden direkt niedergeschlagen
und enthalten 3 bis q. °A, 6 bis i °/o und 9 bis f o % Wasserstoffsuperoxyd.
-
Versuch 2 Die gleiche Lösung wird unter Anwendung der gleichen Bedingungen
und in der gleichen Apparatur, die jedoch von außen beheizt
wird,
destilliert. Man erhält hierbei Destillationsausbeuten von 87 bis zu go °/o. Es
treten jedoch Zersetzungen ein, so daß die fehlenden Prozentsätze an Wasserstoffsuperoxyd
zum größten Teil verlorengehen und die Gesamtausbeuten die Destillationsausbeuten
kaum überschreiten.
-
Es wurde außerdem festgestellt, daß der Dampfverbrauch, gleichgültig
ob Rohre aus Blei oder Glas benutzt werden und für eine gute Isolation gesorgt wird,
stets um 5 bis io °/o höher liegt als bei Versuch i.
-
Das innere Heizrohr kann im Destillationsrohr zentrisch oder exzentrisch,
zweckmäßig im Unterteil -des Rohres angeordnet werden.
-
Man kann auch die aus Destillationsrohr und Heizrohr bestehenden Verdampfer
zu Aggregaten zusammenfügen. Hierbei können die Rohre entweder übereinander, etagenartig
oder nebeneinander liegen. Sie werden von der Flüssigkeit von oben nach unten oder
von unten nach oben durchflossen, wobei zweckmäßigerweise der Ablauf des einen Rohres
den Zulauf des anderen bildet. Diese letzte Ausführung gibt die Möglichkeit, durch
Verwendung einer entsprechenden Rohrzahl eine erschöpfende Destillation in einem
sehr kleinen Raum einzurichten. Diese unter Anwendung von liegenden Verdampfern
zusammengestellten Verdampferaggregate ergeben eine wesentlich kompaktere, übersichtlichere
und handlichere Apparatur als entsprechende Aggregate mit senkrecht stehenden Rohren.
-
Abb. i stellt ein Verdampferaggregat aus vier Verdampfern dar. Mit
A sind die Destillationsrohre, mit B die Heizrohre, die mit Dampf gespeist werden,
bezeichnet. Die zu verdampfende Lösung tritt in A bei C ein und wird im Vakuum erhitzt.
Hierbei verdampft ein Teil des Wasserstoffsuperoxyds, der durch D abgesaugt und
kondensiert wird. Die teilweise erschöpfte Lösung fließt durch Cl weiter nach dem
zweiten Verdampfer, wo der Vorgang wiederholt wird, wobei die Dämpfe hier durch
Dl abgeführt werden. In ähnlicher Weise fließt die Lösung durch C2 bzw. C3 in die
weiteren Verdampfer und wird nach vollständiger Erschöpfung bei C4 abgelassen, während
der Wasserstoffsuperoxyddampf teils durch D, teils Dl abgezogen wird. Durch Drosselung
des Ablaufs bei Cl, C2, Cg, C4 wird für eine entsprechende Flüssigkeitshöhe
in den Rohren Sorge getragen. Der Behälter, der zur Aufnahme der Endlaugen dient,
steht im Druckausgleich mit D und Dl. Durch die getrennte Abführung der Wasserstoffsuperoxyddämpfe
aus den einzelnen Verdampfern bzw. aus einzelnen Verdampfergruppen ist es möglich,
in der gleichen Destillationsanlage Wasserstoffsuperoxyd verschiedener Konzentration
zu erhalten.
-
Abb. 2 zeigt ein Destillationsrohr mit einem exzentrisch gelegenen
Heizrohr.
-
Abb. 3 (Blatt 2) zeigt wie Abb. i ein Aggregat aus mehreren Verdampfern.
-
Im Gegensatz zur Abb. i durchfließt die Lauge die fünf Verdampfer
von unten nach oben. Sie tritt bei Cl, C2, C3 usw. in die Verdampfer ein und bei
Dl, D2 usw. aus. Der Wasserstoffsuperoxyddampf des ersten, dritten und fünften Verdampfers
wird in einem, der Wasserstoffsuperoxyddampf aus dem zweiten und vierten Verdampfer
in einen anderen Abscheider E geleitet und gelangt von hier zur Kondensationsanlage.
Der Rücklauf fließt nach F. Auch diese Anlage bietet bei entsprechender Schaltung
die Möglichkeit, die Wasserstoffsuperoxyddämpfe der einzelnen Verdampfer bzw. einzelnen
Verdampfergruppen getrennt aufzufangen und zu kondensieren.