DE2415169A1

DE2415169A1 - Verfahren und vorrichtung zur desublimation von in gasen enthaltenen sublimierbaren verbindungen

Info

Publication number: DE2415169A1
Application number: DE2415169A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Brunold; Wolfgang Dipl Chem Dr Heck; Eberhard Herrmann; Walter Kiel; Karl Dipl Chem Dr Opp; Gerhard Dipl Ing Peschau; Dieter Dr Stockburger
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1974-03-29
Publication date: 1975-10-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Desublimation von in Gasen enthaltenen sublimierbaren Verbindungen Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desublimation von in Gasen enthaltenen sublimierbaren Substanzen, Die Abscheidung von in Gasen enthaltenen sublimierbaren Substanzen erfolgt meist an gekühlten Flächen, auf denen sich das verfestigte Material ablagert. Häufig bildet das abgelagerte Material feste, sehr harte überzüge, wodurch naturgemäß der Wirkungsgrad der Desublimatoren bzw. Kondensationskammern stark beeinträchtigt wird0 Diese Schichten sind schwierig zu entfernen und müssen teilweise sogar in Handarbeit abgebrochen und in Mühlen auf die gewünschte Körnung gemahlen werden. So müssen beispielsweise bei der Herstellung von Aluminiumchlorid die sehr viel Platz einnehmenden Desublimationskammern täglich gereinigt werden, was eine mehrstündige Produktionsunterbrechung zur Folge hat.
Es wurden vielfache Anstrengungen unternommen, diese Nachteile der Kondensationskammern zu dberwinden. So wurde z. B. vorgeschlagen, die Abkühlung der Reaktionsgase durch Zumischen eines stark gekühlten Sekundärgases zu erzielen, wobei die Zuführung des kalten Gases an der Wand deren Verkrustung vermeiden soll (DAS 1 063 117). Aus der starken Wärmeentwicklung bei der Desublimation ist ersichtlich, daß eine große Sekundärgasmenge mit aufwendigen Abscheide- und Kühleinrichtungen erforderlich ist. Andere Vorschläge (DRP 334 669, DAS 1 130 793s DAS 1 278 990, DAS 1 078 540) beinhalten verschieden ausgeprägte Schaber und Kratzer, welche in kreiszylindrischen Gefäßen ähnlich Rührern langsam rotieren und kontinuierlich das niedergeschlagene Produkt von der Wand entfernen, und zusätzlich in einer speziellen zweiwelligen Ausführung, sich gegenseitig von Produktansätzen freihalten. Solche Anordnungen erfordern schwere Konstruktionen, da die sonst in Mühlen geleistete Zerkleinerungsarbeit im Desublimator durchgeführt wird. Im übrigen ist der Wärmeübergang nur infolge der verringerten Wandverkrustung unwesentlich verbessert, so daß nach wie vor große Kühlwandabmessungen erforderlich sind. Nach einem neueren Vorschlag wird die Desublimation in einer Wirbelschicht aus Aluminiumchloridteilchen durchgeführt (DOS 2 244 041, DOS 2 240 432). Dabei läßt sich die Wärme durch in die Wirbelschicht eingetauchte Kühlrohre mit hohem Wärmeübergangskoeffizient abführen und eine platzsparende Apparatur verwirklichen. Eine Verkrustung der Kühlflächen läßt sich Jedoch nicht vollständig vermeiden und die Aufrechterhaltung des Wirbelzustandes erfordert einen Wirbelgaskreisstrom mit aufwendigen Einrichtungen zur Staubabscheidung und Druckerhöhung, wobei im Falle giftiger Gase darüber hinaus absolute Gasdichtigkeit gewährleistet sein muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Entwicklung eines wirtschaftlich durchführbaren Desublimationsverfahrens, welches hohe Wärmeübergangszahlen vom Gasstrom zur Kühlfläche erreicht, damit platzsparend baut, und welches Verkrustungen der Kühlflächen zuverlässig vermeidet, Als weitere Aufgabe der Erfindung sollte das Produkt bei der Desublimation in gut verwendbarer Pulverform mit hohem Schüttgewicht anfallen0 Diese Aufgaben werden bei der Desublimation von in Gasen enthaltenen sublimierbaren Verbindungen, insbesondere von Metallchloriden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Gase durch eine Desublimationszone leitet, wobei auf der Innenseite der gekühlten Außenwandungen dieser Desublimationszone eine Schicht von Teilchen der zu desublimierenden Verbindung in turbulenter Bewegung gehalten wird.
Das Verfahren wird so durchgeführt, daß man zunächst in die Sublimationszone, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist, zu Beginn Teilchen der zu desublimierenden Substanz eingibt und diesen Teilchen eine intensive turbulente Bewegung erteilt, in der Weise, daß sämtliche gekühlten Wandungen bzw. Teile der Wandungen mit einer Schicht dieser Teilchen bedeckt sind.
Zwischen einer solchen Schicht und der Wand herrscht aufgrund der in hoher Zahl auftretenden Wandkontakte der einzelnen Teilchen ein außerordentlich guter Wärmeübergang. Anrlererseits bieten die an der Wand abgekühlten Teilchen dem f sJ das die sublimierbare Verbindung enthält, mit; ihrer eigenen Oberfläche eine Kühlfläche an, die ein Vielfaches der Wandfläche ausmacht.
Hierzu kommen hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Gas und Partikeln und heftige Turbulenz im Bereich der Schicht, wodurch Stoff- und Wärmeübergang weiter gesteigert werden. Insgesamt sind mit einer solchen Anordnung Wärmedurchgangszahlen, bezogen auf die gekühlte Wand, von 250 bis 350 W/m2 K erreichbar, Die Desublimation findet ganz überwiegend in den Gaszwischenräumen und unmittelbar an den Teilchenoberflächen der gekühlten Feststoffe statt. Es bilden sich dabei einerseits neue Teilchen, wodurch sich die Schicht laufend erneuert, andererseits wachsen vorhandene Teilchen zu größeren Partikeln heran. Durch Veränderung der Schichtdicke und der Intensität der Bewegung lassen sich interessierende Produkteigenschaften, wie Korngröße und -verteilung, Kornform, Schüttdichte usw. in erwünschtem Sinn beeinflussen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Desublimationszone zylindrisch ausgebildet, wobei die Schicht der Teilchen der zu desublimierenden Verbindung durch Rotation eines in Richtung der Längsachse verlaufenden und in die Schicht eingreifenden Rührorgans erzeugt wird, wobei die durch die Winkelgeschwindigkeit X des Rührorgans, dem Innenradius R der Desub Zahl one und der Erdbeschleunigung g gebildete Froudeoberhalb von 1 liegen soll. Das Gas wird mit der zu desublimierenden Verbindung an der einen Stirnseite der Desublimationszone eingeführt und zusammen mit der verfestigten Verbindung an der anderen Stirnseite abgezogen.
In den Figuren 1 und 2 ist eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise und schematisch anhand der Herstellung von wasserfreiem Aluminiumchlorid veranschaulieht.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung und Desublimation von Aluminiumchlorid und Figur 2 einen Schnitt durch den Desublimator entlang der Linie A - A.
Im Reaktor 1 wird Aluminiumoxid mit Chlor, Kohlenmonoxid und Phosgen zu Aluminiumchlorid umgesetzt, das den Ofen dampfförmig zusammen mit bei der Reaktion entstandenem Kohlendioxid und Resten nicht umgesetzten Reaktionsgases verläßt. In dem Filter 2 werden staubförmige Verunreinigungen zurückgehalten. Das gereinigte Gas tritt bei 3 in den Desublimator ein, der aus einem kreiszylindrischen Mantel 4 mit einem umgebenden Kühlmantel 5 besteht. Der Rotor ist eine von außen angetriebene, sich über die gesamte Länge des Apparates erstreckende Welle 6 mit aufgesetzten Schaufeln 7. Die Well 6 kann hohl ausgeführt werden, so daß sie über ihren Innenraum 8 beheizt werden kann. Durch die schnelle Rotation der Welle 6 wird unter der Einwirkung der Schaufeln 7 das sich im Innern des Apparates befindliche Produkt in eine gleichsinnige Rotation versetzt. Die Rotation des Produktes ruft ihrerseits eine auf jedes einzelne Teilchen einwirkende Fliehkraft hervor, wodurch diese an die Innenwand gedrängt werden und die gewünschte Feststoffschicht 9 an der von außen gekühlten Wand 4 entsteht. Um eine über den ganzen Umfang der Rohrinnenwand geschlossene Feststoffschicht zu erhalten, darf eine kritische Winkelgeschwindigkeit nicht unterschritten werden, welche sich aus folgender Beziehung für die Froude-Zahl Fr ergibt: R ist der Innenradius des Rohres, X die Winkelgeschwindigkeit des Rotors und g die Erdbeschleunigung. Zweckmäßig wird eine Froude-Zahl von 5 bis 10 eingehalten. Mit Hilfe des Stauringes 10 wird eine gleichbleibende Dicke der Gutschicht eingestellt.
Es tritt stets eine der durch Desublimation gebildetenen Gutsmenge entsprechende Menge an Produkt durch den Stauring hindurch, verläßt bei 11 den Desublimator, gelangt in den Bunker 12, in welchem sie sich von dem Restgasstrom trennt, der über ein Filter 13 entweicht. Anstelle des Stauringes können z. B. auch Rückführschaufeln am Ende des Rohres angeordnet werden. Die Schaufeln werden in ihrer Größe so bemessen, daß sich ein Abstand zwischen Schaufeln und Innenwandung von 0,5 bis 12 mm, vorzugsweise 1,5 bis 5 mm, ergibt. Die Schichtdicke des Gutes wird durch Veränderung des Durchmessers des Stauringes bei gegebenem Schaufel abstand so bemessen, daß die Schaufel enden in das Gut eintauchen und diesem somit eine turbulente Bewegung erteilen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in wirtschaftlicher Weise ohne Handarbeit und Produktionsunterbrechungen für die Abreinigung in einem Arbeitsgang ein festes Aluminiumchlorid hergestellt werden kann, welches in Körnung und Schüttgewicht ohne zusätzliche Behandlung in Mühlen u. ä. den Anforderungen an das Fertigprodukt entspricht.
Hinzu kommen der geringe Platzbedarf der Anlage und die wirtschaftliche, vereinfachte apparative Ausgestaltung des Verfahrens.
Ein sehr wesentlicher Vorteil ist die Vermeidung der Gefahr der Einwirkung schädlicher Gase und Stäube auf das Bedienungspersonal, wie sie beim Abreinigen der Kondensationskammern von Hand vorliegt.
Beispiel In einen Versuchsapparat mit 300 mm Innendurchmesser und 1500 mm gekühlter Länge werden zunächst ca. 30 kg pulverförmiges Aluminiumchlorid mit einer Korngrößenverteilung von 0,05 bis 1,5 mm eingebracht und dann 220 0C heißes Reaktionsgas mit einem Gehalt von 19 Vol.% Al2Cl6-Dampf eingeleitet. Die Drehzahl des Rotors beträgt 200 U/min, d. h. die Froude-Zahl ist Fr = 6,7. Der Stauring hat einen offenen Kreisquerschnitt von 200 mm Durchmesser.
Die Temperatur des aus dem Desublimator austretenden Produktes bzw. Restgases beträgt-850C. Die Kühlung erfolgt durch Kühlwasser, welches in einer Fließrate von 2,1 m3/h mit 130C in den Kühlmantel eintritt und mit 21 0C austritt. Die Antriebsleistung des Rotors beträgt 3,2 kW. Uber eine Zeitspanne von 4,5 Stunden werden 675 kg festes Aluminiumchlorid produziert. Das Schüttgewicht beträgt 1,25 kg/dm3, die Korngrößenverteilung ist: > 1J5 mm 8,6 % 1 bis 1,5 mm 4,7 % 0,75 bis 1 mm 6,7 % 0,5 bis 0,75 mm 44,2 % < 0,5 mm 35,8 %

Claims

Patentansprüche t Verfahren zur Desu#blimation von in Gasen enthaltenen sublimierbaren Verbindungen, insbesondere von Metallchloriden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gase durch eine Desublimationszone leitet, wobei auf der Innenseite der gekühlten Außenwandungen dieser Desublimationszone eine Schicht von Teilchen der zu desublimierenden Verbindung in turbulenter Bewegung gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Desublimationszone zylindrisch ausgebildet ist, daß die Schicht der Teilchen der zu desublimierenden Verbindung durch Rotation eines in Richtung der Längsachse verlaufenden und in die Schicht eingreifenden Rührorgans erzeugt wird, wobei die durch die Winkelgeschwindigkeit w des Rührorgans, dem Innenradlus R der Desublimationszone und der Erdbeschleunigung g gebildete Froude-Zahl F = R. a oberhalb von 1 g liegen soll, und daß das Gas mit der zu desublimierenden Verbindung an der einen Stirnseite der Desublimationszone eingeführt und zusammen mit der verfestigten Verbindung an der anderen Stirnseite abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Froude-Zahl auf einen Wert von 5 bis 10 eingestellt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührorgan beheizt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein horizontal angeordnetes Rohr mit von außen gekühlten Wandungen mit an der einen Stirnseite angeordneten Zuführungsstelle für das Gas, einer konzentrisch in Richtung der Längsachse verlaufenden Welle mit darauf aufgesetzten Schaufeln und einem an der anderen Stirnseite am Austritt für das desublimierte Produkt angeordneten Stauring.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem der Welle entgegengesetzten Ende der Schaufeln und der Wandung des Rohres ein Abstand von 0,5 bis 12 mm ist.

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