DE2415169A1

DE2415169A1 - Desublimator for gas streams - having cooled cylindrical shell with strongly agitated particle bed by rotary impeller

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

Abstract

Vapours and gases containing compds. which sublime from a reactor are fed into a desublimation zone which consists of a cooled cylindrical shell in which a bed of desublimed particles are held in turbulent motion by agitator with blades. If the angular velocity of the rotor is W and the i. radius of the shell R, the Froude number is defined as Rw2/g where g is the acceleration due to gravity. Fr. should be above 1, pref. 5-10. The gas flowsin at one side of the shell and out with the particles at the other. The agitator is heated. There is an annular space for collecting product at the end of the shell. There should be a clearance of 0.5-12mm between the edge of the blades and the shell.

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.Method and device for the desublimation of gases contained in Sublimable Compounds The present invention relates to a method and a device for the desublimation of sublimable substances contained in gases, The deposition of sublimable substances contained in gases usually takes place on cooled surfaces on which the solidified material is deposited. Often forms the deposited material has solid, very hard coatings, which naturally increases the efficiency the desublimators or condensation chambers is severely impaired0 These layers are difficult to remove and sometimes even have to be broken off by hand and ground in mills to the desired grain size. So, for example the desublimation chambers, which take up a lot of space in the production of aluminum chloride cleaned daily, which results in a production interruption of several hours Has.

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.Many efforts have been made to overcome these disadvantages of the To overcome condensation chambers. So was z. B. suggested the cooling to achieve the reaction gases by adding a strongly cooled secondary gas, the supply of the cold gas on the wall is intended to prevent it from becoming encrusted (DAS 1 063 117). From the strong heat development during the desublimation it can be seen that that a large amount of secondary gas with expensive separation and cooling devices is required. Other suggestions (DRP 334 669, DAS 1 130 793s DAS 1 278 990, DAS 1 078 540) contain various types of scrapers and scratches, which are in Circular cylindrical vessels, similar to stirrers, rotate slowly and continuously Remove the deposited product from the wall, and in addition in a special double-shaft design, keep each other free from product approaches. Such Arrangements require heavy constructions, as those otherwise done in mills Shredding work in Desublimator is carried out. Furthermore the heat transfer is only insignificant due to the reduced wall incrustation improved, so that large cooling wall dimensions are still required. To A more recent proposal is desublimation in a fluidized bed of aluminum chloride particles carried out (DOS 2 244 041, DOS 2 240 432). The heat can be passed through in the fluidized bed submerged cooling pipes with a high heat transfer coefficient and realize a space-saving apparatus. Encrustation of the cooling surfaces However, it cannot be completely avoided and the maintenance of the vortex state requires a vortex gas circuit with complex devices for dust separation and pressure increase, with absolute gas tightness in the case of toxic gases must be guaranteed.

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.The object of the present invention was to develop an economical one feasible desublimation process, which has high heat transfer coefficients from the gas flow Reached to the cooling surface, thus building space-saving, and what incrustations the Reliably avoids cooling surfaces. This should be a further object of the invention Desublimation product in a usable powder form with a high bulk density incurred0 These tasks are involved in the desublimation of sublimable substances contained in gases Compounds, in particular of metal chlorides, solved according to the invention by that the gases are passed through a desublimation zone, on the inside the cooled outer walls of this desublimation zone form a layer of particles the compound to be desublimed is kept in turbulent motion.

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.The process is carried out by first entering the sublimation zone, which is preferably cylindrical, initially particles of the to be desublimated Enters substance and gives these particles an intense turbulent motion, in such a way that all cooled walls or parts of the walls with a Layer of these particles are covered.

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.Between such a layer and the wall there is due to the Wall contacts of the individual particles occurring in large numbers are extraordinary good heat transfer. On the other hand, the particles cooled on the wall offer this f sJ containing the sublimable compound with; their own surface Cooling surface, which is a multiple of the wall surface.

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.In addition, there are high relative velocities between gas and particles and violent turbulence in the area of the layer, which further mass and heat transfer can be increased. Overall, with such an arrangement, heat transfer coefficients are based on the cooled wall, from 250 to 350 W / m2 K achievable, the desublimation occurs predominantly in the gas interstices and directly on the particle surfaces the chilled solids instead. On the one hand, new particles are formed, which means the layer is constantly renewed, on the other hand existing particles grow into larger ones Particles. By changing the layer thickness and the intensity of the movement interesting product properties, such as grain size and distribution, Influence grain shape, bulk density, etc. in the desired sense.

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.According to a preferred embodiment of the invention, the desublimation zone is of cylindrical design, the layer of particles of the compound to be desublimated being produced by rotation of a stirring element extending in the direction of the longitudinal axis and engaging the layer, the angular velocity X of the stirring element, the inner radius R the desub number one and the acceleration due to gravity g should be above 1. The gas is introduced with the compound to be desublimated on one end of the desublimation zone and withdrawn together with the solidified compound on the other end.

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.In Figures 1 and 2 is a suitable device for implementation of the method according to the invention, for example and schematically based on the production illustrated by anhydrous aluminum chloride.

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.Figure 1 shows a side view of a plant for production and Desublimation of aluminum chloride and FIG. 2 a section through the desublimator along the line 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.In reactor 1, aluminum oxide is reacted with chlorine, carbon monoxide and phosgene to form aluminum chloride, which leaves the furnace in vapor form together with carbon dioxide formed during the reaction and residues of unconverted reaction gas. Dust-like contaminants are retained in the filter 2. The purified gas enters the desublimator at 3, which consists of a circular cylindrical jacket 4 with a surrounding cooling jacket 5. The rotor is an externally driven shaft 6 which extends over the entire length of the apparatus and has blades 7 attached. The shaft 6 can be made hollow so that its interior 8 can be heated. As a result of the rapid rotation of the shaft 6, under the action of the blades 7, the product located inside the apparatus is set into rotation in the same direction. The rotation of the product in turn causes a centrifugal force acting on each individual particle, as a result of which they are forced against the inner wall and the desired solid layer 9 is formed on the wall 4, which is cooled from the outside. In order to obtain a solid layer that is closed over the entire circumference of the inner wall of the pipe, a critical angular velocity must not be fallen below, which results from the following relationship for the Froude number Fr: R is the inner radius of the pipe, X the angular velocity of the rotor and g the acceleration due to gravity. A Froude number of 5 to 10 is expediently adhered to. With the help of the retaining ring 10, a constant thickness of the material layer is set.

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.One of the quantities of material formed by desublimation always occurs corresponding amount of product through the retaining ring, leaves the desublimator at 11, arrives in the bunker 12, in which it separates from the residual gas flow that over a filter 13 escapes. Instead of the storage ring z. B. also return blades be placed at the end of the pipe. The blades are sized in such a way that that there is a distance between blades and inner wall of 0.5 to 12 mm, preferably 1.5 to 5 mm. The layer thickness of the goods is determined by Change the diameter of the damper ring for a given blade spacing so dimensioned that the shovel ends immerse in the material and this thus a turbulent movement To give.

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.The with the inventive method or the inventive Device achievable advantages are in particular that in more economical Way without manual labor and production interruptions for cleaning in one Operation a solid aluminum chloride can be produced, which in grain and bulk weight without additional treatment in mills and the like meet the requirements corresponds to the finished product.

Hinzu kommen der geringe Platzbedarf der Anlage und die wirtschaftliche, vereinfachte apparative Ausgestaltung des Verfahrens.In addition, there is the low space requirement of the system and the economic, simplified apparatus design of the process.

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.A very important advantage is the avoidance of the risk of exposure harmful gases and dusts on the operating personnel, such as when cleaning the condensation chambers by hand.

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. Example In an experimental apparatus with an internal diameter of 300 mm and 1500 mm of cooled length are initially about 30 kg of powdered aluminum chloride introduced with a grain size distribution of 0.05 to 1.5 mm and then 220 0C hot Reaction gas with a content of 19% by volume Al2Cl6 vapor is introduced. The speed of the rotor is 200 rpm, i.e. H. the Froude number is Fr = 6.7. The storage ring has an open circular cross-section of 200 mm in diameter.

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 %The temperature of the product exiting the desublimator or Residual gas is -850C. The cooling is done by cooling water, which is in a flow rate of 2.1 m3 / h enters the cooling jacket at 130C and exits at 21 0C. The drive power of the rotor is 3.2 kW. Over a period of 4.5 hours, 675 kg are solid Aluminum chloride produced. The bulk density is 1.25 kg / dm3, the grain size distribution is:> 1J5 mm 8.6% 1 to 1.5 mm 4.7% 0.75 to 1 mm 6.7% 0.5 up to 0.75 mm 44.2% <0.5 mm 35.8%

Claims

Claims t method for the dea #blimation of contained in gases sublimable compounds, in particular of metal chlorides, characterized in that that the gases are passed through a desublimation zone, on the inside the cooled outer walls of this desublimation zone form a layer of particles the compound to be desublimed is kept in turbulent motion.

2. The method according to claim 1, characterized in that the desublimation zone is cylindrical, that the layer of particles to be desublimed Connection by rotation of a running in the direction of the longitudinal axis and into the Layer engaging agitator is generated, whereby the angular velocity w of the agitator, the inner wheel R of the desublimation zone and the acceleration due to gravity g formed Froude number F = R. a should be above 1 g, and that the gas with the compound to be desublimated at one end of the desublimation zone introduced and together with the solidified connection on the other end face is deducted.

3. The method according to claim 2, characterized in that the Froude number is set to a value from 5 to 10.

4. The method according to claims 2 and 3, characterized in that that the agitator is heated.

5. Device for performing the method according to claims 1 to 4, characterized by a horizontally arranged tube with externally cooled Walls with a supply point for the gas arranged on one end face, a shaft running concentrically in the direction of the longitudinal axis with a shaft placed thereon Shovels and one on the other face at the outlet for the desublimed Product arranged storage ring.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that between the end of the blades opposite the shaft and the wall of the pipe Distance is from 0.5 to 12 mm.

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