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VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON FESTSTOFFEN AUS
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DER DAMPFPHASE VON DAMPF-GAS-GEMISCHEN UND ANLAGE ZU DESSEN VERWIRKLICHUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Prozesse und Ausrüstung der chemischen Verfahrenstechnik,
insbesondere Verfahren zum Herstellen disperser Feststoffe aus Dampf-Gas-Gemischen,
die in Vermischung des Stromes des zu desublimierenden Dampf-Gas-Gemisches mit einem
kalten Inertgasstrom und Abkühlung des Gemisches mit dem Inertgas auf eine gegenüber
dem Schmelzpunkt des Produkts niedrigere Temperatur, die von Abscheidung der Festphase
des Produkts von unterschiedlicher Dispersität, Fällung von grobdisperser Fraktion
des Produkts unter dem Einfluß von Gravitationskräften und anschließender Ableitung
der feindispersen Fraktion des Produkts mit dem Strom, der sich aus unkondensierten
Dämpfen und Gasen zusammensetzt, begleitet wird, bestehen.
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Die vorliegende Erfindung kann z.B. bei der Herstellung von Cyanurchlorid,
das bei der Gewinnung synthetischer Farbstoffe weitgehend verwendet wird, von Aluminiumchlorid,
das in chemischer Verfahrenstechnik weitgehend als Katalysator benutzt wird, von
Salicylsäure und sonstigen Produkten in der chemischen, pharmazeutischen, Nahrungs-
und Genußmittelindustrie und anderen Industriezweigen Verwendung finden.
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Der Abscheidungsvorgang von Feststoffen aus der Dampfphase ohne Bildung
der flüssigen Phase wird als Desublimation bezeichnet. Die bisher bekannten Verfahren
zur Her stellung von Feststoffen durch Desublimation zeichnen sich durch eine geringe
Produktivität und große Abmessungen der Ausrüstung aus.
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An gewisse durch Desublimation herzustellende Feststoffe, z.B. Cyanurchlorid,
werden außerdem harte Dispersitätsanforderungen gestellt, welche mit bestehenden
bekannten Ausrüstungen nicht erreichbar sind.
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Versuche, die Prozeßproduktivität durch die Vervollkommnung der Ausrüstung
zu steigern, führten zur Entwicklung eines Verfahrens zum Herstellen von Feststoffen
aus der Dampfphase eines Dampf-Gas-Gemisches (s. US-PS 2 734 058).
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Das bekannte Verfahren besteht darin, daß dem Oberteil einer Kondensationskammer
ununterbrochen Produktdämpfe zugeführt werden.
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Die Wände der Kondensationskammer werden bis auf
eine
im Vergleich zum Schmelzpunkt des zu desublimierenden Stoffes niedrigere Temperatur
abgekühlt. Der Dampf wird mit einer Geschwindigkeit, die je nach Durchmesser und
Höhe der Kammer gewählt wird, der Kondensationskammer zugeführt; die Bewegung des
Dampf-Gas-Gemisches erfolgt mit Hilfe eines drehbaren Rührwerkes, damit der Vorkontakt
der Stoffdämpfe mit den Kühlwänden der Kammer sowie die Bildung des Feststoffes
an deren Wänden vermieden wird, wodurch sich die Stoffdämpfe in einem gewissen Abstand
von der Fläche der Wände abkühlen. Die Kühlung der Stoffdämpfe ist von der Abscheidung
fester Kristalle begleitet.
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Unter dem Einfluß von Gravitationskräften fallen die Kristalle in
einen Aufnahmebehälter hinab.
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Die Einrichtung zur Verwirklichung des bekannten Verfahrens enthält
eine senkrechte zylinderförmige Kammer mit einem Stutzen zum Einlaß des Dampf-Gas-Gemisches,
aus dessen Dampfphase der Feststoff erzeugt wird. Die Kammer ist in einem Kühlmantel
eingeschlossen. Durch den Deckel der Kammer tritt die Welle eines Rührwerkes mit
mehreren radial angeordneten Flügeln hindurch. Die Welle mit den Flügeln verläuft
über die gesamte Länge der Kondensationskammer, wobei sie einen konzentrischen Ringspalt
bildet, der mit dem Dampf-Gas-Gemisch gefüllt wird. An der Welle sind Abstreicher
zum Entfernen des Feststoffes von den Wänden der Kondensationskammer befestigt.
Die letztere weist einen Auffangbehälter zum Sammeln des Feststoffes mit einem
Stutzen
zum Austritt von unkondensierten Gasen auf.
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Das bekannte Verfahren ist wenig produktiv, weil die intensive Abscheidung
des Feststoffes in einem sehr begrenzten Raum und zwar im konzentrischen Ringspalt
stattfindet, während der restliche Teil des Kammerinhalts wenig wirksam benutzt
wird.
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Die Einrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
gewährleistet nicht eine 10036-ige Abschei-.
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dung des Feststoffes aus dem Dampf-Gas-Gemisch im konzentrischen Ringspalt.
Ein beträchtlicher Teil des Feststoffes setzt sich an den Kammerwänden ab, wovon
das Vorhandensein der Abstreicher auf der Welle des Rührwerkes zeugt. Die an den
Wänden entstehende Feststoffschicht beeinträchtigt die Wärmeübertragung, wodurch
die Produktivität des Verfahrens herabgesetzt wird.
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Die Einrichtung zur Verwirklichung des bekannten Verfahrens bietet
nicht die Möglichkeit, über 20 kg/h Fertigprodukt je 1 m3 Volumen der Kondensationskammer
zu gewinnen.
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Es ist auch ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Feststoffen,
z.B. Cyanurchlorid aus der Dampfphase eines Dampf-Gas-Gemisches (s. US-PS Nr. 13179662)
bekannt.
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Dieses Verfahren besteht darin, daß das Cyanurchlorid mit einem nicht
hohen Prozentgehalt an Grundstoff gereinigt wird. Es wird durch Schmelzen, nachträgliche
Erwärmung der Schmelze bis auf Siede- und Destillationstemperatur
von
Dämpfen, die sich beim Kochen der Schmelze bilden, gereinigt. Dann werden die Reindämpfe
mit Hilfe eines inerten Trägergases über eine Kühlvorrichtung, z.B. einen Dephlegmator,
einer Kondensationskammer zugeführt, wo das Dampf-Gas-Gemisch mit kalten Inertgasströmen
vermischt wird, die aus einer großen Anzahl von Düsen ausströmen. Die die Düsen
verlassenden Inertgasströme erzeugen einen Wirbelstrom, in dem das Dampf-Gas-Gemisch
bis auf eine dem Schmelzpunkt des Produkts gegenüber niedrigere Temperatur abgekühlt
wird, ohne die Kammerwände zu erreichen.
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Durch die Kühlung des Gemisches scheidet sich Feststoff von unterschiedlicher
Dispersität ab. Das Grobkorn des Produkts setzt sich unter dem Einfluß von Gravitationskräften
in dem Fertigproduktaufnehmer ab, während das Feinkorn des Produkts mit dem Strom
von unkondensierten Dämpfen und Gasen in einen Entstaube~ ,gleitet wird.
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Die Einrichtung zur Verwirklichung des oben beschriebenen Verfahrens
enthält einen Cyanurchlorid-Schmelz- und Verdunstungsbehälter, eine Destilliersäule,
in der ein phlegmabildender Dephlegmator vorgesehen ist, eine Kondensationskammer
zur Gewinnung des Feststoffes aus dem Dampf-Gas-Gemisch und einen Entstauber. Der
Behälter steht mit der Destilliersäule über einen Stutzen in Verbindung.
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Der Dephlegmator weist Kühlmittelzu- und Ableitungsstutzen auf und
ist über eine Rohrleitung an die Kondensationskammer angeschlossen.
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Die letztere stellt einen stehenden Zylinder dar, der mit dem kegelförmigen
Fertigproduktaufnehmer endet. Im mittleren Teil des Kammerdeckels ist ein Dampf-Gas
-Gemisch- Zuführungsstutzen vorgesehen. Der Deckel enthält auch mehrere Düsen zur
Zufuhr des kalten Inertgases und einen mit dem Entstauber verbundenen Stutzen zum
Austritt des Feinkorns des Produkts mit dem Strom von unkondensierten Dämpfen und
Gasen.
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Bei dem bekannten Verfahren geht ein Verlust an Feststoff mit abgehenden
unkondensierten Dämpfen und Gasen vor sich, der etwa 5% erreichen kann, wodurch
die Prozeßproduktivität herabgesetzt wird.
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Das bekannte Verfahren ist nicht nur von der Notwendigkeit einer
mechanischen Entstaubung einer großen Menge des aus der Kondensationskammer ins
Freie entweichenden Staub-Dampf-Gas-Gemisches, sondern auch von dessen sorgfältiger
sanitärer Reinigung nach dem Entstauben bei der Desublimation toxischer Produkte,
wie Cyanurchlorid eines ist, begleitet.
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Für die mechanische und sanitäre Reinigung des Staub-Dampf-Gas-Gemisches
sind Aufwände an Energie und Kostenausgaben erforderlich.
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In der bekannten Kondensationskammer werden etwa 5 kg/h Fertigprodukt
Je 1 m3 Kammervolumen durch die Abscheidung des Feststoffes aus der Dampfphase der
Dampf-Gas-Gemische nach dem bekannten Verfahren gewonnen. Zur Realisierung
dieses
Verfahrens unter industriellen Bedingungen muß daher eine baulich große Ausrüstung
für die Herstellungsstufe eingesetzt werden, was eine Vergrößerung der Produktionsflächen
und beträchtliche Aufwendungen verursacht.
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Bekannt ist auch ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Feststoffen,
z.B. Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid und Anthrachinon aus der Dampfphase
eines Dampf-Gas-Gemisches (s. japanische Patentschrift Nr. 1119 aus dem Jahre 1960).
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Dieses Verfahren besteht darin, daß eine Oxydation der Dampfphase
des Ausgangsstoffes durchgeführt wird, wodurch sich das Dampf-Gas-Gemisch des Feststoffes
bildet.
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Das Dampf-Gas-Gemisch des Feststoffes wird einer Kondensationskammer
zugeführt, in der er mit dem der Kammer zuzuführenden Wirbelstrom des kalten Inertgases
vermischt wird. Das Dampf-Gas-Gemisch wird im Wirbelstrom bis auf eine im Vergleich
zum Schmelzpunkt des Feststoffes niedrigere Temperatur abgekühlt, ohne dabei die
Wände der Kondensationskammer erreicht zu haben.
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Durch die Kühlung des Gemisches scheidet sich Fertigprodukt von unterschiedlicher
Dispersität ab.
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Das Grobkorn des Produkts setzt sich unter dem Einfluß von Gravitationskräften
in dem i?ertigproduktaufnehmer abt während das Feinkorn des Produkts mit dem Strom
von unkondensierten Dämpfen und Gasen in einen Entstauben geleitet wird.
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Die Einrichtung zur Verwirklichung des oben beschriebenen Verfahrens
enthält einen Reaktor zur Dampfphasenoxydation des Ausgangsstoffes, einen Dampf-Gas-Gemisch-Vorkühlraum,
eine Kondensationskammer zur Abscheidung des Feststoffes aus der Dampfphase des
Dampf-Gas-Gemisches, einen Entstauber, der aus einem Zyklon und einem Filter zum
Auffangen von feindisperser Fraktion aus dem ins Freie entweichenden Strom von unkondensierten
Dämpfen und Gasen besteht, und einen Rascher zur Sanitätsreinigung des Staub-Gas-Stromes
nach dem Entstaubes.
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Die Kondensationskammer stellt einen stehenden Zylinder dar, der
mit dem Fertigproduktaufnehmer endet, auf dessen Boden sich eine Förderschnecke
befindet, die zum Entfernen von Fertigprodukt bestimmt ist.
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Im mittleren Teil des Kammerdeckels ist ein Dampf-Gas-Gemisch-ZufÜhrungsstutzen
vorgesehen. Der Deckel enthält auch eine Yorrichtung zur Zufuhr des kalten Inertgases.
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Der Fertigproduktaufnehmer weist einen mit dem Entstauber verbundenen
Stutzen zum Austritt des Feinkornes des Produkts mit dem Strom von unkondensierten
Dämpfen und Gasen auf.
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Das Verfahren zum Herstellen von Feststoff, z.B.
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Phth>1säureanhydrid, aus der Dampfphase des Dampf-Gas-Gemfsches
wird wie folgt verwirklicht.
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Die Naphthalindampfe und Luft werden zur Oxydation der Dampfphase
kontinuierlich dem Reaktor zugeführt, in dem
sich ein Phthalsäureanhydrid-Dampf-Gas-Gemisch
als Ergebnis der Reaktion bildet. Dann strömt das Dampf-Gas-Gemisch in den Vorklhlraum
ein, in dem die Naphthalinoxydationsreaktion vollständig abbricht und das Gemisch
bis auf eine Temperatur von 1400C abgektihlt wird.
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Das bis auf 1400C abgekühlte Phthalsäureanhydrid-Dampf-Gas-Gemisch
wird dem Oberteil der Kondensationskammer zugeführt, wo gleichzeitig Ke.ltluft hineingeblasen
wird.
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Durch die Vermischung des Dampf-Gas -Gemisch-Stromes mit dem Kaltluftwirbelstrom
wird das Gemisch bis auf eine dem Schmelzpunkt des Produkts gegenüber niedrigere
Temperatur abgekühlt, wobei die Kehlung im Kaltluftwirbelstrom erfolgt und das Gemisch
die Wande der Kondensationskammer nicht erreicht.
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Durch die Kehlung des Gemisches scheidet Fertigprodukt von unterschiedlicher
Dispersität ab.
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Das Grobkorn des Produkts setzt sich unter dem Einfluß von Gravltationskräften
in dem Fertigproduktaufnehmer ab, während das Feinkorn des Produkts mit dem Strom
von unkondensierten Dämpfen und Gasen in den Entstauber geleitet wird, wo der Staub
(das Feinkorn) des Phthalsäureanhydrids aufgefangen und in den Fertigproduktaufnehmer
eingeschüttet wird.
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Die Ph£hals äureanhydridkristalle werden mit Hilfe der Förderschnecke
dem Aufnehmer entnommen.
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Der Strom von unkondensierten Dämpfen und Gasen wird nach dem entstauben
als Kälteträger in den Vorkühlraum geleitet,
von wo er über den
Wäscher ins Freie entweicht. Im Wäscher erfolgt die sanitäre Reinigung des Stromes
der unkondensierten Dämpfe und Gase durch kaustische Sodalösung, wobei die Restdämpfe
und der Phthalsäureanhydridstaub neutralisiert werden.
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Das als Ergebnis der Neutralisation entstandene Phthalat wird aus
der Lösung entfernt.
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Bei dem bekannten Verfahren geht ein Verlust an Feststoff mit abgehenden
unkondensierten Dämpfen und Gasen vor sich, der etwa 30% erreichen kann, wodurch
die Prozeßproduktivität herabgesetzt wird.
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Bei der Herstellung von den genannten Feststoffen (Phthalsäureanhydrid,
Maleinsäureanhydrid, Anthrachinon) wird aus dem Reaktor das Dampf-Gas-Gemisch mit
einem geringen Prozentgehalt an Zielproduktdämpfen (etwa 12%) abgezogen.
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Auf der Desublimationsstufe wird dieses Gemisch noch mit dem kalten
Inertgasstrom verdünnt, weswegen der Prozentgehalt an Produkt im Strom noch geringer
wird, wobei eine große Menge von dem Feinkorn des Produkts - Submikrometerteilchen
in einer Größe von unter 5 P - entsteht. Solche Teilchen sind beständig im Schwebezustand
und ihre Trennung von dem Dampf-Gas-Strom hängt mit großen Schwierigkeiten und großem
Energieaufwand zusammen. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Einrichtungen - Filter,
Zyklone u.a. - benutzt, die bei der Entfernung von sublimierbaren Produkten aus
dem Dampf-Gas-Strom nicht den erwünschten Effekt zeitigen.
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In der bekannten Kondensationskammer werden etwa 2 kg Fertigprodukt
je 1 m3 EammeriShalt durch die Abscheidung des Feststoffes aus der Dampfphase der
Dampf-Gas-Gemische nach dem bekannten Verfahren gewonnen. Zur Realisierung dieses
Verfahrens unter industriellen Bedingungen muß daher eine baulich große Ausrüstung
für die Abscheidungsstufe eingesetzt werden, was eine Vergrößerung der Produktionsflächen
und beträchtliche Aufwendungen verursacht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hochproduktives Verfahren
zum Herstellen von Feststoffen aus der Dampfphase des Dampf-Gas-Gemisches durch
Intensivierung der Abscheidung von Feststoff und Verhinderung eines Mitreißens von
Feststoff in Form einer feindispersen Fraktion sowie eine solche Einrichtung zur
Realisierung des Verfahrens zum Herstellen von Feststoff aus der Dampfphase zu schaffen,
die die Gewinnung des Produkts von je 1 m3 Arbeitsvolumen der Kondensationskammer
zu erhöhen und den Ausstoß von unkondensierten Dämpfen und Gasen ins Freie auf ein
Mindestmaß zu reduzieren vermag.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zum Herstellen
von Feststoff aus der Dampfphase des Dampf-Gas-Gemisches, das in Vermischung des
Stromes des zu desublimierenden Dampf-Gas-Gemisches mit dem kalten Inertgasstrom
und Abkühlung des Gemisches mit dem Inertgas auf eine gegenüber dem Schmelzpunkt
des Feststoffes niedrigere Temperatur, die von einer Abscheidung der Festphase des
Produkts
von unterschiedlicher Dispersität, einer Fällung von grobdisperser Fraktion des
Produkts unter dem Einfluß von Gravitationskräften und anschließender Ableitung
der feindispersen Fraktion des Produkts mit dem Strom, der sich aus unkondensierten
Dämpfen und Gasen zusammensetzt, begleitet ist, erfindungsgemäß Impfkristalle, die
Kristallisationszentren darstellen, in den kalten Inertgasstrom vor dessen Vermischung
mit dem zu desublimierenden Dampf-Gas-Gemisch eingeführt werden.
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Durch Intensivierung des Vorganges der Abscheidung von Feststoff
aus der Dampfphase weist das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen von Feststoff
aus der Dampfphase eine erhöhte Leistung auf.
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Sobald die Feststoffdämpfe mit den kalten Inertgasen in~Beru~hrung
gekommen sind, tritt augenblicklich eine jähe Zunahme des Sättigungsgrades - eine
Ubersättigung des Dampf-Gas-Gemisches ein. Der Vorgang der Abscheidung von Feststoff
wird dadurch intensiviert, daß sich die Dämpfe des übersättigten Dampf-Gas-Gemisches
an den Impfkristallen, die die Kristallisationszentren bilden, absetzen, wodurch
die letzteren größer werden und unter dem Einfluß von Gravitationskräften aus dem
Strom herausfallen.
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Gleichzeitig damit bilden sich neue Kristallisationszentren und neue
Kristalle heraus. Von diesen neuen Kristallen fallen größere ebenfalls aus dem Strom
heraus.
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Es ist ratsam, die Impfkristalle gleichmäßig auf dem
Stromquerschnitt
des kalten Inertgases verteilt einzuführen, was die Abscheidungsbedingungen von
Feststoff aus der Dampfphase verbessert und eine Verminderung der entstehenden feindispersen
Fraktion von Feststoff begünstigt, die durch den Strom von unkondensierten Dämpfen
und Gasen mitgerissen wird.
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Das letztere führt zu einer Erhöhung der Prozeßproduktivität.
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Es ist zweckmäßig, die feindisperse Fraktion von Feststoff, die durch
den Strom von unkondensierten Dämpfen und Gasen abgeleitet wird, als Impfkristalle
einzusetzen. Dadurch entfällt die Aufbereitungsstufe von Impfkristallen und werden
die Herstellungskosten von Fertigprodukt bedeutend herabgesetzt.
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Es ist möglich, die Abkühlung der feindispersen Fraktion des Produktes
und des Stromes von unkondensierten Dämpfen und Gasen sowie deren Vermischen mit
dem Dampf-Gas-Gemisch im geschlossenen Kreislauf durchzuführen.
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Durch diesen Arbeitsgang sird das Mitreißen der feindispersen Fraktion
des Produktes beseitigt, was eine Zunahme der Gesamtausbeute an Fertigprodukt mit
sich bringt, die Gleichmäßigkeit der Dispersionszusammensetzung des abgeschiedenen
Feststoffes gewährleistet und den Ausstoß von unkondensierten Dämpfen und Gasen
ins Freie auf ein Mindestmaß reduziert.
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Die gestellte Aufgabe wird auch noch dadurch gelöst, daß die Anlage
zur Realisierung des Verfahrens zum Herstellen von Feststoff aus der Dampfphase
des Dampf-Gas-Gemisches,
die eine Kondensationskammer mit einem
Einlaßrohr zur Zufuhr des zu desublimierenden Dampf-Gas-Gemisches und eine Vorrichtung
zur Zufuhr des kalten Inertgases enthält, in der die Abscheidung der Festphase von
Produkt unterschiedlicher Dispersität und die Bildung des Staub-Dampf-Gas-Stromes
stattfindet und die mit einem Aufnahmebehälter zum Sammeln von Fertigprodukt in
Verbindung steht, erfindungsgemäß auch einen Oberflächenröhrenwärmeaustauscher aufweist,
dessen Rohrzwischenraum für ein Kühlmittel bestimmt ist, und dessen mit einem Mittel
zur Abnahme des Festprodukts von ihren Wänden versehenen Rohre sind, mit ihrem einen
Ende mit dem Hohlraum der Kondensationskammer und mit ihren anderen Enden mit einer
Rohrleitung in Verbindung stehen, die mit dem Hohlraum des Aufnahmebunkers verbunden
und mit einem Mittel zum Umlauf des Staub-Dampf-Gas-Stromes versehen ist.
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Durch diese Anlage wird eine erhöhte Ausbeute an Fertigprodukten
je 1 m3 Volumen der Kondensationskammer bei nicht großen baulichen Abmessungen derselben
gewährleistet.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, die die Anlage zur Verwirklichung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Feststoffen aus der Dampfphase
des Dampf-Gas-Gemisches in schematischer Darstellung zeigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Feststoff aus der
Dampfphase des Dampf-Gas-Gemisches besteht
in folgendem .
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Das zu desublimierende Dampf-Gas-Gemisch wird der Kondensationskammer
zugeführt. Gleichzeitig wird der Wirbelstrom eines kalten Inertgases der Kammer
zugeführt. Das Dampf-Gas-Gemisch des Stoffes wird mit dem Wirbelstrom des kalten
Inertgases vermischt und bis auf eine im Vergleich zum Schmelzpunkt des Stoffes
niedrigere Temperatur abgekühlt. Durch die Zufuhr des Wirbeistromes des kalten Inertgases
wird die Desublisrsion des Dampf-Gas-Gemisches im Strom gewälirleistet. Sobald die
Stoffdämpfe mit dem kalten Inertgas in Berührung gekommen sind, tritt augenblicklich
eine jähe Zunahme des Sättigungsgrades - eine Übersättigung des Dampf-Gas-Gemisches
ein, durch die die Abscheidung von Feststoffen unterschiedlicher Dispersität stattfindet.
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Das Grobkorn von Produkt setzt sich unter dem Einfluß von Gravitationskräften
in dem Fertigproduktaufnehmer ab, während das Feinkorn des Produktes, das nach der
Primärdesublimation mit dem Strom unkondensierter Dämpfe und Gase (Staub-Dampf-Gas-Strom)
gewonnen ist, abgeleitet, gekühlt und zum Vermischen mit dem Dampf-Gas-Ausgangsgemisch
des Stoffes im geschlossenen Kreislauf in die Kondensationskammer zurückgeführt
wird. Die feindisperse Fraktion des Feststoffes stellt Impfkristalle dar. Sie ist
gleichmäßig über dem Querschnitt des Staub-Dampf-Gas-Stromes verteilt. Als Ergebnis
der Vermischung wird das Dampf-Gas-Ausgangs gemisch des Stoffes mit dem kalten Staub-Daiiipf-Gas-Strom
bis auf eine gegenüber dem
Schmelzpunkt von Feststoff niedrigere
Temperatur abgekühlt.
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Sobald die Stoffdämpfe mit dem kalten Staub-Dampf-Gas-Strom in BeruI##ung
gekommen sind, tritt augenblicklich eine jähe Zunahme des Sättigungsgrades - eine
Übersättigung des Dampf-Gas-Gemisches eine Das dabei in der Zusammensetzung des
Staub-Dampf-Gas-Stromes befindliche Feinkorn des Produktes intensiviert den Vorgang
der Abscheidung von Feststoffen aus der Dampfphase beträchtlich. Die Intensivierung
des Vorganges der Abscheidung von Feststoffen aus der Dampfphase kommt dadurch zustande,
daß sich der Hauptteil der Dämpfe des übersättigten Dampf-Gas-Gemisches an den Kristallen
des Feinkornes des Produktes, die die Kristallisationszentren bilden, absetzt.
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Dadurch werden die letzteren größer und fallen unter dem Einfluß
von Gravitationshräften aus dem Strom in den Fertigproduktaufnehmer hinab.
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Gleichzeitig damit entstehen neue Kristallisationszentren und neue
Kristalle. Von diesen neuen Kristallen fallen größere ebenfalls aus dem Strom heraus,
während die feindisperse Fraktion von Produkt mit dem Strom von unkondensierten
Dämpfen und Gasen von neuem zur Abkühlung abgeleitet und zur Vermischung mit dem
Dampf-Gas-Ausgangs gemisch von Stoff im geschlossenen Kreislauf zurückgeführt wird.
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Dann wiederholt sich der Zyklus.
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Es sei betont, daß sich die Erfindung nicht auf die dargestsllte
Awift ~tihrung# ~/arl ante der Anlage zur flurchfUhrung
des Verfahrens
zum Herstellen von Feststoff beschränkte Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Herstellen von Feststoffen, z.B. Cyanurchlorid, aus der Dampfphase
des Dampfgasgemisches enthält eine Kondensationskammer 1, die mit einem Aufnahmebehälter
2 zum Sammeln des Fertigproduktes endet, und einen Oberflächenröhrenwärmeaustauscher
3, der zur Kühlung des Staub-Dampf-Gas-Stromes bestimmt ist.
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Die Kondensationskammer 1 stellt einen Zylinder mit einem Einlaßrohr
4 zur Zufuhr des Dampf-Gas-Gemisches des Stoffes dar, das mit einem Wärmeisolierüberzug
5 versehen ist. Das Einlaßrohr 4 ist derart angeordnet, daß es die Zufuhr des Dampf-Gas-Gemisches
in die Mitte des Hohlraumes der Kammer 1 gewährleistet, Der Oberflächenröhrenwärmeaustauscher
3 besteht aus einem Gehäuse 6, innerhalb dessen Rohre 8 mittels Rohrgittern 7 befestigt
sind. An der Seitenwand des Gehäuses 6 ist ein Eintrittsstutzen 9 und ein Austrittsstutzen
10 für eine Kiihlfliissigkeit,z,B. Salzsole, die im Rohrzwischenraum fließt, befestigt.
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Die Rohre 8 des Oberflächenröhrenwärmeaustauschers 3 sind für den
Staub-Dampf-Gas-Strom bestimmt und mit einer Abstreichvorrichtung 11 zur Abnahme
des Feststoffes von ihren Wänden versehen. Die Vorrichtung 11 enthält Abstreicher
12, die an an einem Korb 14 angeordneten Tragstangen 13 befestigt sind. Außerdem
weist die Abstreichvorrichtung 11
eine Antriebsstange 15 auf, die
mit einem Ende mit dem Korb 14 und mit ihrem anderen Ende mit der (nicht dargestellten)
Stange eines Druckluftzylinders 16 oder einer beliebigen sonstigen bekannten Antriebsvorrichtung
in Verbindung steht.
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Im Aufnahmebehälter 2 findet ein Rührwerk 17 Platz, das den Austrag
von Feststoff begünstigt. Der Aufnahmebehälter 2 enthält eine Austragöffnung 18
und einen Austrittsstutzen 19 für unkondensierte Dämpfe und Gase. Die Flügel 20
des Rtilirwerkes 17 gewährleisten die Bewegung des Fertigfeststoffes zur Austragöffnung
18. Die Rotation des Rührwerkes erfolgt über eine Antriebseinrichtung 21. Die Austragöffnung
18 steht mit einem Zellenradspeiser 22 in Verbindung, der durch eine Antriebseinrichtung
23 in Drehbewegung versetzt wird.
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Über eine Rohrleitung 24 steht der Hohlraum des Aufnahmebehälters
2 mit dem Raum zwischen den Rohren des Oberflächenröhrenwärmeaustauschers 3 in Verbindung.
Die Rohrleitung 24 ist mit einem Regelschieber 25 und einer Einrichtung zum Umlauf
des Staub-Dampf-Gemisches versehen. Diese Einrichtung stellt einen Ventilator 26
oder eine beliebige bekannte Vorrichtung für diese Zwecke dar.
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Der Innenraum des Gehäuses 27 des Ventilators 26 steht mit der Rohrleitung
24 und Stutzen 28 des Fertigprodukt-Aufnahmebehälters 2 in Verbindung. Der Ventilator
26 wird durch einen Elektromotor 29 in Betrieb gesetzt.
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Um ein Niederschlagen von unkondensierten Produktdämpfen,
die
dem Dampfdruck des Produktes bei der gegebenen Temperatur des Staub-Dampf-Gas-Gemisches
entsprechen, an den Wänden des Umlaufsystems, bestehend aus dem Fertigprodukt-Aufnahmebehälter
2, dem Ventilatorgehäuse 27, der Rohrleitung 24 und einer Haube 30, die den Korb
14 und die Stangen 15 zudeckt, die mit dem Rohrgitter 7 in Verbindung steht und
einen Verteiler des Staub-Dampf-Gas-Stromes darstellt, der aus der Rohrleitung 24
in die Rohre 8 des Wärmeaustauschers 3 einfließt, zu verhindern, muß die Temperatur
der Wände der genannten Teile der Anlage gleich oder 2 bis 5 0C über der Ternperatur
des Staub-Dampf-Gas-Gemisches aufrechterhalten werden.
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Das Aufrechterhalten der Temperatur des Umlaufsystems gleich oder
2 bis 50C über der Temperatur des Stromes des Staub-Dampf-Gas-Gemisches wird mit
Hilfe einer Beheizung jeweils über die Mäntel 31, 32, 33, 34 der Wände des Fertigprodukt-Aufnahmebehälters
2, des Ventilators 26, der Rohrleitung 24 und der Haube 30 gewährleistet. Die letztere
weist einen Eintrittsstutzen 35 für Inertgas, z.B. Stickstoff, auf.
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Das Wesen des Verfahrens zum Herstellen von Feststoffen, z.B. Cyanurchlorid
aus der Dampfphase des Dampf-Gas-Gemisches und die Wirkungsweise der Anlage zur
Verwirklichung des vorliegenden Verfahrens besteht in folgendem.
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Bei der Betriebsvorbereitung der Anlage wird Inertgas - gasförmiger
Stickstoff, bis auf Taupunkt von -4o0C - in einer Menge von 5 m3/h über den Stutzen
35 dem Innenhohlraum der Anlage zugeführt, wobei der Stutzen 19 über eine (nicht
dargestellte)
Vorrichtung zur sanitären Reinigung mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
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Der Stickstoff füllt die Haube 30 und den Rohre schenraum des Oberflächenröhrenwärmeaustauschers
3, die Kondensationskammer 1, den Aufnahmebunker 2 und die Rohrleitung 24 aus.
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Nach der Füllung des Innenhohlraumes der Anlage strömt der Stickstoff
durch den Stutzen 19 aus, der zum Austritt von unkondensierten Dämpfen und Gasen
bestimmt ist. Gleichzeitig mit der Füllung der Anlage mit Stickstoff wird über den
Stutzen 9 die Kühlflüssigkeit, z.B. Salzsole, mit einer Temperatur von -5 0C in
den Rohrzwischenraum des ##ärmeaustauschers 3 gefördert, während der Austritt der
Salzsole aus dem Rohrzwischenraum des Wärmeaustauschers 3 über den Stutzen 10 erfolgt.
Um die Temperatur der Wände des Umlaufsystems, und zwar von dem Fertigprodukt-Aufnahmebunker
2, dem Gehäuse 27 des Ventilators 26, der Rohrleitung 24 und der Haube 30, gleich
oder 2 bis 5 0C über der Temperatur des Staub-Dampf-Gas-Gemisches aufrechterhalten
zu können, wird ein Wärmeträger, z.B. Heißwasser in die Mäntel 31, 32, 33 bzw. 34
gefördert.
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Der Elektromotor 29 wird eingeschaltet, und der Ventilator 26 erzeugt
einen Kreislaufstrom des (kalten) Stickstoffs, der im geschlossenen Kreislauf der
Anlage zirkuliert.
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Die Anlage arbeitet wie folgt.
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Das gesättigte Dampf-Gas-Ausgangsgemisch von Cyanurchlorid
mit
einer Temperatur von 250 bis 3000C wird durch das Einlaßrohr 4 kontinuierlich der
Kondensationskammer 1 zugeführt, in die der kalte Stickstoffstrom aus den Rohren
8 des Wårmeaustauschers 3 zugleich hineinfließt. Das Dampf-Gas-Gemisch von Cyanurchlorid
wird mit dem Wirbelstrom des kalten gasförmigen Stickstoffs vermischt und bis auf
eine Temperatur von 28 bis 300C, d.h. bis auf eine unter dem 1460C betragenden Schmelzpunkt
von Cyanurchlorid liegende Temperatur abgekühlt.
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Der Kaltstickstoffwirbelstrom gewährleistet die Desublimation des
Dampf-Gas-Gemisches von Cyanurchlorid im Strom, ohne daß es die Wände der Kondensationskammer
erreicht. Sobald die Cyanurchloriddämpfe mit dem kalten Stickstoff in Berührung
gekommen sind, tritt augenblicklich eine jähe Zunahme des Sättigungsgrades - eine
Übersättigung des Dampf-Gas-Gemisches ein, infolgedessen sich das feste Cyanurchlorid
von unterschiedlicher Dispersität abscheidet.
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Große Cyanurchloridkristalle setzen sich unter dem Einfluß von Gravitationskräften
ab und fallen aus dem Strom in den Aufnahmebehälter 2 herab, während das nach der
Primärdesublimation gewonnene Feinkorn von Cyanurchlorid mit dem Strom von unkondensierten
Dämpfen und Gasen (Staub-Dampf-Gas-Strom) über den Stutzen 28 mit Hilfe des Ventilators
26 in das Rohr 24 geleitet wird, aus dem es in die Haube 30 gelangt, wo sich der
Dampf-Gas-Strom gleichmäßig verteilt und in die Rohre 8 des Oberflächenwärmeaustauschers
3 geleitet
wird. Unter dem Fachausdruck "unkondensierte Dämpfe
des Staub-Dampf-Gas-Stromes" verstehen wir Produktdämpfe, die bei der gegebenen
Temperatur des Staub-Dampf-Gas -Gemisches mit dem Dampfdruck des Feststoffes übereinstimmen.
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Bei einer Temperatur von 28 bis 30 0C des Staub-Dampf-Stromes betragen
unkondensierte Dämpfe im Strom nicht mehr als 2% der Gesamtmenge von Cyanurchloriddämpfen,
die zur Desublimation in die Kondensationskammer 1 geliefert werden.
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Die Dispersität von Produkt ist vom Mengenverhältnis zwischen Kaltstickstoffstrom
und Cyanurchlorid-Dampf-Gas-Gemisch-Strom, die der Vermischung zugeführt werden,
sowie von dem Temperaturunterschied zwischen diesen Strömen abhängig.
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Je höher die Strömungsgeschwindigkeit des kalten Inertgases und je
größer die Temperaturdifferenz zwischen den Strömen sind, desto feiner ist der zu
desublimierende Feststoff. Die erforderliche Dispersität des Produktes wird daher
durch die Regelung der genannten Strömungsbestimmungsgrößen erreicht.
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Die Geschwindigkeitsregelung des Kaltstickstoffstroindes erfolgt
mit Hilfe eines im Austrittsquerschnitt der Rohrleitung 24 befindlichen Schiebers.
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Die Regelung der Anfangstemperatur des Kaltstickstoffstromes erfolgt
durch die Zufuhr von Kühlmitteln mit unterschiedlichen Temperaturen und in verschiedenen
Mengen in den Zwischenraum zwischen den Rohren des Oberflächenröhrenwärmeaustauschers
3.
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Als Ergebnis des Durchflusses des Staub-Dampf-Gas-Gemisch-Stromes
von Cyanurchlorid durch die Rohre 8 des Wärmeaustauschers 3 findet die Abkühlung
von unkondensierten Dämpfen und unkondensierbaren Gasen und feindisperser Fraktion
von Cyanurchlorid statt, die von der Abscheidung von Festcyanurchlorid aus der Dampfphase
an der Innenfläche der Rohre 8 des Wärmeaustauschers begleitet ist. Infolge der
Vermischung von Cyanurchloriddämpfen mit abgekühlten unkondensierbaren Gasen, und
der feindispersen Fraktion von Cyanurchlorid scheidet sich das feste Cyanurchlorid
auch im Hohlraum der Rohre 8 ab.
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Die Abkühlung des Staub-Dampf-Gas-Stromes findet durch die Kühlung
der letzteren mit Salzsole mit einer Temperatur von -5 0C statt, die dem Zwischenraum
zwischen den Rohren des Wärmeaustauschers 3 über den Stutzen 9 zugeführt und über
den Stutzen 10 daraus abgeleitet wird. Der Prozentgehalt an Cyanurchloriddampfphase
im Staub-Dampf-Gas-Strom ist gering, den Hauptteil des Stromes bildet das unkondensierbare
Gas -Stickstoff - und die feindisperse Fraktion von Cyanurchlorid.
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Die Möglichkeit des Zutritts von Cyanurchloriddämpfen zur kalten Oberfläche
der Rohre ist daher klein, weil die unkondensierbaren Gase und die feindisperse
Fraktion von Cyanurchlorid mit der Kühlfläche der Rohre (öfter) in Berührung kommen,
wodurch sie sich abkühlen und beim Auftreffen auf die Cyanurchloriddämpfe mit diesen
vermischen und diese abkühlen, was die Abscheidung von Festcyanurchlorid aus der
Dampfphase im Strom zur Folge hat, ohne daß es die kalten
Wände
der Wärmeaustauscherrohre erreicht.
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Somit spielt sich der Vorgang der Abscheidung von Festcyanurchlorid
aus der Dampfphase des Staub-Dampf-Gas-Stromes während der Abkühlung des Stromes
in den Rohren 8 des Wärmeaustauschers 3 ab: - im Strom, bei Vermischung und Kühlung
mit unkondensierbaren Gasen, die sich zeitlich früher abgekühlt hatten, - an kalten
Kristallen von feindisperser Cyanurchloridfraktion, die sich ebenfalls früher abgekühlt
hatten, - an der Innenfläche der Rohre.
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Als Ergebnis dieses zusammengefaßten Vorganges der Abscheidung von
Festcyanurchlorid aus den Dämpfen bildet sich im Zwischenraum an den Wänden der
Rohre 8 nicht eine durchgehende harte Produktkruste (Eis), sondern ein lockerer
Reif heraus, der erstens, aufgrund seiner entwickelten kalten Oberfläche eine beträchtliche
Zunahme der Wärmeübergangszahl begünstigt; zweitens, keine großen Kräfte zu seiner
Entfernung erfordert; er kann drittens, periodisch entfernt werden, wobei zu betonen
ist, daß unter den angegebenen Betriebsverhältnissen des Kühlungsvorganges bei einer
W=-mebelastung, die auf 1 m2 Oberfläche der Rohre 8 des anfallenden Wärmeaustauschers
von 2 kg Cyanurchloriddämpfe des Dampf-Gas-Ausgangsgemisches, die der Kondensationskammer
1 zugeführt wird, die Rohre im Laufe von 72 bis 96 Stunden von
lockerem
Produkt mechanisch nicht gereinigt werden dürfen.
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Optimal ist eine mechanische Reinigung der Innenfläche der Rohre
von lockerem Reif, die alle 0,5 bzw. 1 Stunden erfolgt. Zu diesem Zweck wird der
Druckluftzylinder 16 der Abstreichvorrichtung 11 für 1 bis 2 Minuten eingeschaltet.
Der letztere setzt über die Stange 15 den Korb 14 mit den darin angeordneten Stangen
13, an denen die Abstreicher 12 befestigt sind, in hin- und hergehende Bewegung.
In dem angegebenen Arbeitszyklus kratzen die Abstreicher 12 lockeres Produkt von
der Innenfläche der Rohre 8 des Wärmeaustauschers 3 ab.
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Der abgekühlte Staub-Dampf-Gas-Strom mit der gleichmäßig auf dem
gesamten Strom verteilten feindispersen Fraktion von Cyanurchlorid, der durch die
Bewegung des Stromes im Umlaufsystem erreicht worden ist, fließt aus diesen Rohren
8 des Wärmeaustauschers 3 in die Kondensationskammer 1 ein.
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In der Kondensationskammer 1 vermischt sich der Staub-Dampf-Gas-Wirbelstrom
mit dem Dampf-Gas-Ausgangsgemisch von Cyanurchlorid, das durch das Einlaßrohr 4
gefördert wird, Als Ergebnis der Vermischung wird das Dampf-Gas-Ausgangsgemisch
von Cyanurchlorid mit dem kalten Staub-Dampf-Gas-Strom bis auf eine Temperatur von
23 bis 300C, d.h. bis auf eine unter dem Schmelzpunkt von Cyanurchlorid liegende
Temperatur abgekühlt.
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Sobald die Produktdämpfe mit dem kalten Staub-Dampf-
Gas-Strom
in Berührung gekommen sind, tritt augenblicklich eine jähe Zunahme des Sättigungsgrades
- eine Übersättigung des Dampf-Gas-Gemisches ein.
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Das dabei in der Zusammensetzung des Staub-Dampf-Gas-Stromes befindliche
Feinkorn von Cyanurchlorid stellt Impfkristalle dar, die den Vorgang der Abscheidung
von Feststoff aus der Dampfphase wesentlich intensivieren.
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Die Intensivierung des Vorganges der Abscheidung von Festcyanurchlorid
aus der Dampfphase kommt dadurch zustande, daß sich der Hauptteil der Dämpfe des
Ubersättigten Dampf-Gas-Gemisches an den Kristallen des Feinkornes von Cyanurchlorid
absetzt, wodurch die letzteren größer werden und unter dem Einfluß von Gravitationskräften
aus dem Strom in den Fertigproduktaufnahmebunker 2 heraus fallen.
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-Gleichzeitig mit dem Kristallwachstum des Feinkornes des Produktes
entstehen jedoch neue Kristallisationszentren und neue Kristalle. Von diesen neuen
Kristallen fallen grössere ebenfalls aus dem Strom in den Aufnahmebunker 2 heraus,
während die feindisperse Fraktion von Produkt mit dem Strom von unkondensierten
Dämpfen und Gasen von neuem über den Ventilator 26 durch die Rohrleitung 24 zur
Abkühlung in die Rohre 8 des Wärmeaustauschers 3 geleitet und zur Vermischung mit
dem Dampf-Gas-Ausgangs gemisch von Cyanurchlorid in die Kondensationskammer 1 zurückgeführt
wird.
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Dann wiederholt sich der Zyklus.
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Das Vorhandensein von Impfkristallen im Staub-Dampf-
Gas-Kühlstrom
und deren gleichmäßige Verteilung a4! gem Strö-zum auf dem Strömungsquerschnitt
verbessert die Abscheidungsbedingungen von Feststoff aus der Dampfphase beträchtlich,
trägt zur Verminderung der Bildung des Feinkornes von Feststoff bei und bietet die
Möglichkeit, die Abnahme von Fertigprodukt auf 120 bis 150 kg/h je 1 m3 Arbeitsvolumen
der Kondensationskammer zu bringen.
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Das Produkt wird kontinuierlich oder periodisch je nach der Anhäufung
des Produkts im Aufnahmebehälter 2 aus dem Fertigprodukt-Aufnahmebunker 2 ausgetragen.
Zu diesem Zweck wird die Antriebseinrichtung 21 des Rührwerkes 17 und der Antrieb
23 des Zellenradspeisers 22 eingeschaltet. Beim Rotieren des Rührwerkes 17 gewährleisten
die daran angeordneten Flügel 20 die Bewegung von festem Fertigcyanurchlorid zur
Austragöffnung 18, aus der kristallinisches Cyanurchlorid in den Zellenradspeiser
22 gelangt, welcher das Produkt zu einem (nicht dargestellten) Abpackaggregat abgibt.
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Das Verfahren zum Herstellen von kristallinischem Cyanurchlorid aus
der Dampfphase mit der erfindungsgemäßen Anlage mit 50 kg Stundenleistung gewährleistet
eine Abnahme von kristallinischem Cyanurchlorid von 120 bis 150 kg/h je 1 m3 Arbeitsvolumen
der Kondensationskammer. Dabei beträgt die Dispersität des gewonnenen kristallinischen
Cyanurchlorids mit unter 125 mg großen Kristallen 98%. Der Ausstoß des Staub-Dampf-Gas-Stromes
ins Freie beträgt höchstens 5 m3/h.