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Einführung von Chlor in Flüssigkeiten. Bei der Einführung von Chlor
in Flüssigkeiten, insbesondere bei der Herstellung von Chlorwasser, Hypochloritlösungen
oder Lösungen von freier unterchloriger Säure, ist bisher stets so verfahren worden,
daß man das Chlor in Gestalt gasförmigen. Chlors mit den Flüssigkeiten vereinigt
hat; dies erfordert mehr oder weniger umfangreiche und komplizierte Absorptionsvorrichtungen.
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Benutzt man als Ausgangsmaterial das im Handel befindliche flüssige
Chlor, so entweicht es beim öffnen des auf den Behälter angebrachten Ventils in
einer dem Öffnungsquerschnitt und Druck entsprechenden Menge in Gasform. Hierbei
kühlt sich jedoch das in dem Behälter befindliche flüssige Chlor infolge der Vergasung
erheblich ab, wodurch der Druck in dem Behälter sinkt, so daß es vielfach notwendig
ist, die Behälter anzuwärmen. Andererseits wird durch die Reaktion des gasförmigen
Chlors mit den Flüssigkeiten selbst oder mit den in ihnen gelösten oder suspendierten
Stoffen Wärme frei, die durch Abkühlung beseitigt werden muß.
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Es ist nun schon verschiedentlich versucht worden, diese Nachteile
dadurch zu vermeiden, daß man das Chlor als flüssiges Chlor der Absorptionsflüssigkeit
zugeführt hat. Es sollte z. B. so vorgegangen werden, daß das flüssige Chlor in
den gleichen Raum, in welchem sich die Absorptionsflüssigkeit befand, hineinversprühtwurde;
doch wurde ausdrücklich zur Bedingung gemacht, daß das Versprühen des flüssigen
Chlors außerhalb der Absorptionsflüssigkeit stattfinden sollte. Von anderer Seite
wurde vorgeschlagen, das flüssige Chlor in eine innerhalb der Absorptionsflüssigkeit
liegende offene Rohrschlange zu leiten, so daß durch die Wärmeabsorption,
welche
beim Übergang des Chlors vom flüssigen in den gasförmigen Zustand vor sich geht,
die Absorptionsflüssigkeit herabgekühlt und auf diese Weise dem Auftreten von Reaktionswärme
bei der Verbindung des Chlors mit dem in der Absorptionsflüssigkeit enthaltenen
Alkalien entgegengearbeitet wurde. Vorübergehend ist auch erwähnt worden, daß man
das flüssige Chlor unmittelbar in die Absorptionsflüssigkeit einleiten kann, so
daß die Expansion nicht in einer vorgeschalteten Rohrschlange, sondern in der Flüssigkeit
selbst stattfinden würde; aber praktisch brauchbare Vorschläge, wie dies geschehen
kann, sind nicht gegeben worden.
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:Nachstehend soll nun einverfahren und eine Vorrichtung beschrieben
werden, welche den bei der direkten Expansion von flüssigem Chlor in eine Absorptionsflüssigkeit
zu er- . füllenden Anforderungen gerecht wird.
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Wenn Chlor aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht,
tritt eine erhebliche Volumenvergrößerung ein, wie sich aus dem Verhältnis der spei.
Gewichte von rund ', 1 400 g für 1 1 flüssiges Chlor gegen 3 g für gasförmiges Chlor
ergibt; das Volumen des Chlorgases ist also etwa 47omal so groß als das des flüssigen
Chlors. Entsprechend dieser großen Ausdehnung würden sich, wenn man flüssiges Chlor
einfach in die Absorptionsflüssigkeit hineinfließen ließe, ungeheuer große Gasblasen
bilden, welche größtenteils aus der Absorptionsflüssigkeit heraus in die Luft entweichen
würden. Das erste Erfordernis ist also, dafür zu sorgen, daß das flüssige Chlor
äußerst fein in der Absorptionsflüssigkeit verteilt und mit dieser so ver- ' mischt
wird, daß die bei der Expansion entstehenden Gasblasen von der Absorptionsflüssigkeit
aufgenommen werden können, ehe sie die Flüssigkeitsoberfläche erreichen.
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Als Absorptionsflüssigkeit können Wasser, Lösungen von Alkalien, Suspensionen
von Erdalkalien, organische Substanzen und andere in Anwendung kommen.
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Die feine Verteilung des Chlors findet nach dem nachstehend beschriebenen
Verfahren in der Weise statt, daß der Strahl flüssigen Chlors unterhalb der Oberfläche
der Absorptionsflüssigkeit austritt und unmittelbar an der Austrittsstelle in diese
von einem Flüssigkeitsstrahl getroffen wird, der ihn in feinste Teilchen aufteilt.
Die Bewegungsrichtung der beiden Strahlen zueinander wird vorzugsweise rechtwinklig
wie bei einem Inhalator gestellt, doch können sie auch parallel bzw. konzentrisch
wie bei einem Gebläse oder in irgendeinem anderen Winkel erfolgen.
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In den Abb. i und a sind zwei Ausführungsbeispiele für eine Inhalator-
und gebläseartige Vorrichtung zur Ausübung des Ver- j fahrens gegeben. Es bezeichnen
i das Ventil, durch welches das flüssige Chlor eintritt und a die ebenfalls durch
ein Ventil kontrollierte Flüssigkeitszuleitung. Die zur Herstellung dieser Vorrichtungen
benutzten Materialien können verschiedener Natur sein, müssen jedoch Chlor in Gegenwart
von Feuchtigkeit Widerstand leisten können. Von Metallen sind hierzu vornehmlich
Silber und Platin, von anderen Substanzen Glas, Hartgummi, Porzellan oder Steinzeug
geeignet. Da diese Mischvorrichtungen sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche
befinden sollen, ist der Raum um das Chlorventil auch stets mit Flüssigkeit gefüllt,
so daß die gesamte Wärmemenge, die bei der Expansion des Chlors verbraucht wird,
der Flüssigkeit entnommen werden muß. Durch den scharf an der Mündung des Chlorventils
vorbeigehenden Strahl der eintretenden Flüssigkeit wird das flüssige Chlor in feinste
Teilchen aufgeteilt, wobei gleichzeitig durch die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls
eine ständige gründliche Durchmischung der Gesamtflüssigkeit stattfindet.
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Diese Einrichtung wird vorteilhaft in einem senkrechten geschlossenen
Gefäß, vorzugsweise von Zylinderform, am besten aus Glas (Abb. 3 Nr. 3), untergebracht,
und dieses Gefäß wird mit einem Ablaufrohr q. versehen, dessen Auslauf dicht unter
dessen oberem Ende angebracht ist, so daß die Zerstäubungseinrichtung stets unterhalb
des Flüssigkeitsspiegels sich befindet. Ist das Gefäß aus Glas, so gestattet es
jederzeit eine Kontrolle des Reaktionsvorganges.
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Die fertige Reaktionslösung fließt durch das Ablaufrohr q der Verbrauchsstelle
oder einem Vorratsbehälter 5 zu.
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Für die Herstellung organischer chlorierter Substanzen, beispielsweise
Chlorbenzol, bietet dieses Verfahren erhebliche Vorteile, da die starke Abkühlung
des expandierten flüssigen Chlors die sonst unumgängliche Kühlung fast oder vollständig
überflüssig macht.
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Bei der Herstellung von Substanzen, wie Acetylentetrachlorid und anderen
mehr, zu deren Herstellung eine Beleuchtung mittels aktinischer Strahlen wichtig
ist, besitzt die Anwendung eines Glasgefäßes als Reaktionskammer einen ganz besonderen
Vorteil, da es eine intensive allseitige Beleuchtung der Reaktionsstelle von außen
her gestattet, ohne komplizierte Konstruktionen, wie sie so vielfach vorgeschlagen
sind, zur Beleuchtung innerhalb des Reaktionsbehälters zu erfordern.
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Ebenso vorteilhaft läßt sich die Vorrichtung bei der Herstellung von
Hypochloritlösungen, wie sie zur Bleicherei gebraucht werden, z. B. Calciumhypochloritlösungen,
verwenden. Man kann hierbei entweder in üblicher
Weise vorgehen,
indem man Kalkmilch in solcher Menge anwendet, daß der vorhandene Kalk stets in
einem geringen Überschuß über die aequivalente Chlormenge vorhanden ist. Nach erfolgter
Reaktion fließt dann die erzeugte Calciumhypochloritlösung nebst dem überschüssigen
Kalk in einen Klärbehälter, welcher entweder absatzweise gefüllt und nach der nötigen
Anzahl von Stunden von dem abgesetzten Schlamm befreit werden kann, oder er kann
so eingerichtet werden, daß aus ihm kontinuierlich ein Strahl geklärter Calciumhy
pochloritlösung während der ganzen Dauer des lusammenbringens von flüssigem Chlor
und Kalkmilch abläuft.
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Will man in einer dieser beiden Weisen arbeiten, so ist, um Chlorverluste
durch Chloratbildung zu vermeiden, eine gewisse Sorgfalt in der Regulierung des
Chlor- und Kalkmilchstrornes vonnöten.
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Vorteilhafter arbeitet man, wenn man dem Kalkmilchstrom eine beliebige
Menge von Chlor, und zwar vorzugsweise so viel zufügt, als die Lösung irgend aufnehmen
kann, ohne daß Chlor unabsorbiert entweicht und dann diese übersättigte Lösung,
gegebenenfalls unter kräftiger Durchmischung, in den Klärbehälter einfließen lädt
und dafür sorgt, daß in diesem ständig eine ausreichende Menge von Kalkmilch vorhanden
ist, um den Überschuß von Chlor zu neutralisieren. Man kann also ohne besondere
Sorgfalt auf die Einstellung der Chlor- und Kalkmilchmenge doch mit Sicherheit und
ohne eine Chloratbildung befürchten zu müssen, eine stets gleichmäßig neutrale bzw.
schwach alkalische Calciumhypochloritlösung erzeugen. Sinkt dann gelegentlich die
zugeführte Chlormenge bzw. steigert sich die Kalkmilchmenge, so daß ein Überschuß
an freiem Kalk in der erzeugten Lösung vorhanden ist, so setzt sich dieser Überschuß
in dem Klärbehälter ab, um später, wenn wieder eine überchlorierte Lösung in den
Behälter eintritt, von dem überschüssigen Chlor zu neutralem Calciumhypochlorit
gelöst zu werden. Bei Anwendung eines Glaszylinders als Reaktionsgefäß wird die
Beobachtung erleichtert, da sich ohne weiteres an der Färbung und dem Trübungsgrade
der Lösung erkennen lädt, ob diese über- oder unterchloriert ist.
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In der beschriebenen Weise lädt sich auch, um ein weiteres Anwendungsbeispiel
auzuführen, Chlorhydrat mit Leichtigkeit in beliebigen Mengen erzeugen, indem man
als Absorptionsflüssigkeit Wasser von normaler Wasserleitungstemperatur benutzt.
Durch die Wärmeabsorption des expandierenden Chlors wird diese Temperatur so weit
erniedrigt, daß sich Chlorhydrat in großen Mengen, und zwar in fein kristallinischer
Form, abscheidet, das als feiner Brei durch das Ablaufrohr des Reaktionszylinders
abläuft. Auch hierbei ist es vorteilhaft, zur Verfolgung des Reaktionsverlaufs ein
Reaktionsgefäß aus Glas zu benutzen. Chlorhydrat eignet sich vorzüglich zur Vornahme
von Chlorreaktionen, für die Chlor von hoher Konzentration und doch in feiner reaktionsfähiger
Verteilung benötigt wird, wie sie weder beim gasförmigen noch beim flüssigen Chlor
gegeben ist, und zwar ohne daß man, wie bei Anwendung flüssigen Chlors, genötigt
ist, unter Druck zu arbeiten. Mittels des beschriebenen Verfahrens und Vorrichtung
ist es leicht, Chlorhydrat einfach und in beliebigen Mengen ohne alle Chlorverluste,
herzustellen.