Die Reaktionstürme und ihre Anwendung in der chemischen Technik. Von Dr. Gustav Rauter. Die Reaktionstürme und ihre Anwendung in der chemischen Technik. In der chemischen Technik spielen die Reaktionstürme in ihren verschiedenen Abarten und ihren verschiedenen Anwendungsweisen eine grosse Rolle. Im wesentlichen bestehen diese Türme aus einem zylindrischen oder auch prismatischen Körper, der meist mit irgend einer Füllung ausgesetzt ist, und der von oben nach unten von Flüssigkeiten, von unten nach oben aber von Gasen durchströmt wird. Die Namen Kondensturm, Kühlturm, Plattenturm, Glover, Gay-Lussac u.s.w. bezeichnen einige der hierher gehörigen Systeme. Wenn wir den Zweck dieser Türme ins Auge fassen, so ist er nicht immer gleicher Art, obschon dies weder in der Praxis, noch in der Theorie stets klar erkannt worden ist. Der einfachste Fall ist der, dass die den Turm berieselnde Flüssigkeit bestimmt ist, die ihn durchstreichenden Gase zu absorbieren, ohne dass dabei eine ins Gewicht fallende Wärmeentwickelung sich geltend macht. So sind die Gay-Lussac-Türme dazu bestimmt, die aus den Bleikammern der Schwefelsäurefabriken entweichenden salpetrigen Gase zu absorbieren, indem diese darin mit einem Strom von Schwefelsäure in Berührung gebracht werden. Was aus dem Turm entweicht, sind dann bei ordnungsgemässem Arbeiten dieser Vorrichtung nur indifferente Gase, nämlich Stickstoff und eine gewisse Menge Sauerstoff. Zweitens kommen Türme in Betracht, die ebenfalls den Zweck haben, die Absorption von Gasen durch Flüssigkeiten zu vermitteln, wobei aber eine verhältnismässig stärkere Menge von Wärme frei wird. Hierher sind die Kondensationstürme für Salzsäure zu rechnen, falls in ihnen noch mit stärkeren Salzsäuregasen gearbeitet wird, und falls sie nicht etwa ausschliesslich dazu dienen, nur die letzten Reste von Salzsäure aus den Abgasen der betreffenden Anlage aufzunehmen. Drittens kämen solche Türme in Betracht, in denen die in sie einströmenden Gase eine gewisse, mehr oder weniger grosse Wärme besitzen und diese derart an die Flüssigkeit abgeben, dass ein Teil davon verdampft wird. Derartige als Verdampfer wirkende Türme vermitteln indessen meist nebenbei auch noch gewisse andere, chemische Einwirkungen zwischen Gas und Flüssigkeit. Hierher gehört z.B. der Gloverturm, der in der Schwefelsäureindustrie eine den Gay-Lussacturm ergänzende grosse Rolle spielt, indem Salpetersäureverbindungen enthaltende Schwefelsäure auf ihn aufgegeben wird. Diese Schwefelsäure wird durch die ihr entgegenströmenden, heissen, aus den Röstöfen entweichenden Gase einerseits von der Salpetersäure befreit, die sich verflüchtigt und in die Bleikammern eintritt; andererseits wird das in ihr enthaltene Wasser auch zu einem grossen Teile verdampft, so dass der Turm nicht nur einen Teil des für die Bleikammern benötigten Wassers in Dampfform in diese einführt, sondern auch noch in erheblichem Masse als Konzentrationsapparat für Schwefelsäure wirkt; die sogenannte Gloversäure ist auf diese Weise eingedampfte und bei dieser Gelegenheit stark mit Flugstaub verunreinigte Schwefelsäure. Aehnlich wie diese Glovertürme wirken auch die Denitriertürme, bei denen gleichfalls die den Turm durchfliessende Schwefelsäure von beigemischter Salpetersäure befreit wird, nur mit dem Unterschiede, dass hierbei kein Eindampfen der Schwefelsäure stattfindet, indem statt heisser Röstgase Dampf in die Türme eingeblasen wird, wodurch die Schwefelsäure einerseits verdünnt, andererseits von Salpetersäureverbindungen befreit wird. Was die Beschaffenheit der in die Reaktionstürme eintretenden Gase und Flüssigkeiten anbetrifft, so sind diese entweder von festen Bestandteilen frei, oder aber, und dies ist das Gewöhnliche, mit solchen mehr oder weniger stark verunreinigt. So z.B. enthalten die in den eben besprochenen Gloverturm eintretenden Gase grosse Mengen an Flugstaub, während die auf ihn aufgegebene Schwefelsäure mehr oder weniger Schlamm enthält. Der Flugstaub setzt sich teils im Innern des Turmes fest, teils mengt er sich der ihn durchfliessenden Schwefelsäure bei, während der Schlamm der Schwefelsäure teils durch den Turm hindurchgeführt wird, teils in ihm sich niederschlägt. Im wesentlichen können wir danach die Reaktionstürme in drei Klassen einteilen, nämlich in solche, in denen eine Wärmeentwickelung oder Absorption nicht stattfindet, ferner in solche, in deren Innerem eine mehr oder weniger grosse Menge von Wärme entwickelt wird, die aber dem weiteren Fortschritte der betreffenden Reaktion hinderlich ist und demgemäss nach Möglichkeit durch Kühlung beseitigt werden muss, und drittens in solche, denen absichtlich Wärme zugeführt wird, um hier verdampfend oder die gewollte chemische Umsetzung befordernd zu wirken. Ferner müssen wir auch noch darauf Rücksicht nehmen, ob die Flüssigkeiten und Gase staubfrei sind oder mehr oder weniger Schlamm enthalten. Auch lediglich zu Eindampfzwecken allein – ohne chemische Umsetzungen erzielen zu wollen – werden mitunter Reaktionstürme benutzt; jedoch geschieht dies nur selten, da hier anderweitige Eindampfvorrichtungen grössere Vorteile bieten. Während in Bezug auf die Wärmeverhältnisse neutrale Türme und solche, die mit staubfreien Gasen und Flüssigkeiten gespeist werden, zu den Seltenheiten gehören, müssen in der Praxis die zu konstruierenden Türme meist entweder für den Betrieb mit heissen Gasen oder für die möglichst schnelle Ableitung in ihnen entstehender Wärme eingerichtet sein. Auch muss in ihnen sich ablagernder Staub oder Schlamm von Zeit zu Zeit – etwa durch Ausspülen – entfernt werden können. Während für die Türme, bei deren Betrieb die Wärme keine Rolle spielt, das Verhältnis von Turmoberfläche zum Turminhalt beliebig sein kann, so darf für diejenigen Türme, in denen Wärme ausgenutzt werden soll, dieses Verhältnis nicht zu gross sein, während umgekehrt für die Türme, von denen zugleich eine kühlende Wirkung verlangt wird, dies Verhältnis möglichst gross sein soll. Man wird deshalb z.B. Glovertürme für den Schwefelsäurebetrieb nicht zu klein im Durchmesser halten, dagegen Kondensationstürme für Salzsäure von so geringem Durchmesser machen müssen, wie es irgend zulässig ist. Was die Höhe der Türme anbetrifft, so ist im allgemeinen eine möglichst grosse Höhe für die Bürgschaft einer möglichst vollständigen Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Gasen erwünscht, da man nur hei genügender Turmhohe annehmen kann, dass genügend viele Gasteilchen auch mit genügend vielen Flüssigkeitsteilchen in Berührung gekommen sind. Dagegen sind natürlich andererseits Türme von zu grosser Höhe schwieriger zu bauen und namentlich auch schwieriger zu reinigen, als niedrige Türme, sodass man es öfters vorzieht, an Stelle eines höheren Turmes zwei oder mehrere kleinere Türme hintereinander zu schalten. Namentlich dann, wenn die Art des Betriebes derartig ist, dass sich viel Schlamm in den Türmen absetzt, man dementsprechend die Türme also öfters ausnehmen und wieder neu füllen muss, wird man nicht gerne mit der Turmhöhe weiter gehen, als es unbedingt nötig ist. Wegen der Dicke und Natur der Turmwandungen gilt dasselbe, was vorhin von dem Verhältnis der Turmoberfläche zum Turminhalt gesagt ist. Da, wo es sich um Zusammenhaltung der Turmwärme handelt, wird man die Wände des Turmes so dick machen dürfen, wie es deren Baustoff irgend erfordert oder zulässt, während man bei zu kühlenden Türmen die Wandungen möglichst dünn zu halten hat. Hinsichtlich der Gestalt der Füllkörper, mit denen man die Reaktionstürme aussetzt, herrscht die grösste Mannigfaltigkeit, die man sich denken kann; Füllkörper von allen möglichen, regelmässigen und unregelmässigen Formen, sowie auch Türme ohne Füllung kommen in den verschiedenen, wie auch oft in gleichen Betrieben nebeneinander vor. Man hat Turmfüllungen in sehr vielen Fällen ganz ohne Rücksicht auf den Zweck der Türme konstruiert, vielfach nur, um etwas Neues vorschlagen zu können, ohne Rücksicht darauf, ob dieses Neue auch irgend welche Vorzüge besässe. Man wird im allgemeinen folgende Anforderungen an ein gutes Füllmaterial für chemische Reaktionstürme stellen können. Zunächst muss eine chemische Wechselwirkung zwischen dem Füllmaterial und dem Turminhalt ausgeschlossen sein, mit Ausnahme derjenigen Fälle natürlich, in denen sogenannte katalytische Wirkungen in Frage kommen. Aus diesem Grunde sind Koke z.B. nicht überall zu empfehlen, da diese einmal von manchen Flüssigkeiten mehr oder weniger stark angegriffen werden, und da sie namentlich auch in heissgehenden Türmen insofern Gefahren mit sich bringen können, als sie unter Umständen bei unterlassener Berieselung des Turmes durch die in sie eintretenden heissen Gase in Brand gesetzt werden können, falls diese genügend Luftsauerstoff enthalten. Ferner muss das Verhältnis der Oberfläche der einzelnen Füllkörper zu ihrem Inhalt, sowie zum Gesamtinhalt des Turmes möglichst gross sein, um eine möglichst grosse Berührungsfläche zwischen den den Turm durchmessenden Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen. Dabei müssen ferner die Füllkörper so verteilt sein, dass die Zwischenräume zwischen ihnen eine solche Gestalt haben, dass die Gase nur möglichst kurze Strecken geradenwegs zwischen ihnen hindurchstreichen können und möglichst oft genötigt sind, an festen Flächen anzuprallen und so ihre Richtung zu ändern. Ebenso soll auch der Flüssigkeit möglichst oft Gelegenheit gegeben werden, von einem Füllkörper herabzutropfen, eine kurze Strecke im freien Fall zurückzulegen und dann wieder auf einen anderen Füllkörper aufzuschlagen, um dort nach Möglichkeit zu zerstäuben. Ebenso wie grössere Massen an Füllkörpern unnütz sind, weil sie den Reaktionsraum ohne Schaffung einer entsprechenden Oberfläche vergrössern, so sind andererseits auch grössere freie Gasräume unnütz, weil sie einen zu schnellen Durchzug der Gase durch das System erlauben, ohne diesen genügend Gelegenheit zu geben, entweder durch einen Sprühregen von Füssigkeit hindurchzubrechen oder mit einer möglichst grossen Oberfläche mit Flüssigkeit benetzter fester Körper in Wechselwirkung zu treten. Für den Querschnitt der Türme kommen nur die rechteckige und die kreisrunde Form in Frage; jedoch dürfte letztere ein weitaus grösseres Anwendungsield haben, als jene. Die runde Form hat auch im allgemeinen den Vorzug, dass sich nicht so leicht in ihr tote Räume bilden können,wie solche an den Ecken eines Quadrates naturgemäss leicht auftreten. Was den Ein- und Austritt der Gase und Flüssigkeiten in dem Turm anbetrifft, so fliessen die Flüssigkeiten durch irgend welche hydraulischen Verschlüsse an möglichst zahlreichen Stellen des oberen Bodens auf diesen auf und fliessen unten am besten ebenfalls wieder durch einen hydraulischen Verschluss ab. Die Gase treten dagegen gewöhnlich unten durch ein seitlich angebrachtes Rohr ein, oben durch ein ebenso angebrachtes Rohr wieder aus. Wir wollen nun im Folgenden eine Anzahl der in der chemischen Industrie gebräuchlichen oder für ihre Zwecke vorgeschlagenen Kondenstürme betrachten und bemerken von vorneherein, dass, da deren Zahl sehr gross ist, eine unbedingte Vollständigkeit bei der Aufzählung von Kondensturmkonstruktionen sich nicht gewährleisten lässt, zumal Öfters Konstruktionen vorgeschlagen sind, die in der Praxis entweder gar keine oder eine sich nur auf den Betrieb des Erfinders erstreckende Anwendung gefunden haben. Wir wollen nun zunächst die Formen der einzelnen vorgeschlagenen Füllkörper uns vorführen und zwar vorläufig im allgemeinen ohne Rücksicht auf das Material, aus dem sie hergestellt werden sollen, dagegen mit besonderer Berücksichtigung des Oberflächenverhältnisses der Turmfüllung zum Inhalt der Füllkörper selber und zum ganzen Rauminhalt der betreffenden Türme. Hernach wollen wir zur Besprechung einiger Turmkonstruktionen mit Rücksicht auf ihre praktische Anwendung und auf das in ihnen zur Verwendung kommende Material übergehen. 1. Kugelfüllung. Unter den einzelnen Füllkörpern, mit denen man Kondenstürme auszusetzen pflegt, ist zunächst die Füllung mit Kugeln zu besprechen, da einmal diese Art der Füllung in ihrer Wirkungsweise der Berechnung am meisten zugänglich ist, und da andererseits die Kugelform auch als erste Form der Annäherung betrachtet werden darf, wenn man die Wirkung von manchen anderen Füllmitteln, wie Kies, Koksstücken u.s.w. berechnen will. Füllt man in einen gewissen Raum Kugeln so ein, dass sie sich ihrer Natur entsprechend lagern können, ohne dass die Wände des Raumes die Lagerung stören, d.h. vernachlässigt man die Abmessungen des betreffenden Raumes gegenüber denen der Kugeln, indem man jenen als praktisch unendlich gross annimmt, so werden sich die Kugeln derart lagern, dass jede von ihnen seitlich von sechs anderen, oben und unten von je drei anderen Kugeln berührt wird. Fig. 1 bis 3 zeigen derartig aufgefüllte Kugeln im Grundriss und in zwei senkrechten Schnitten. Aus dem Grundriss Fig. 1 ersehen wir, wie die eine Kugelschicht O1 bis O11 von der zweiten Kugelschicht O12 bis O18 überdeckt wirdO bedeutet den Mittelpunkt der durch den zugefügten Index gekennzeichneten Kugel.. Dabei kommen immer die Mittelpunkte der oberen Kugeln über die Mittelpunkte je einer Reihe der aus Kreisbogenstücken zusammengesetzten Dreiecke (Zwickel) zu liegen, die im Grundriss die Zwischenräume zwischen je drei Kugeln der unteren Schicht bilden. In Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch fünf derartig übereinander liegende Kugelreihen nach OR dargestellt, unter der Annahme, dass die Mittelpunkte der dritten Kugelschicht sich über den Punkten I, B u.s.w. der Fig. 1 befinden, und dass die gegenseitige Lagerung der verschiedenen Kugel schichten auch sonst in dem Verhältnis zwischen den drei ersten Schichten in entsprechender Weise stattfindet. Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach OR, unter der Annahme, dass die dritte Kugelschicht mit ihren Mittelpunkten über O5, O6, O7 u.s.w. sich befindet. In beiden Abbildungen sind die von der Fläche OR geschnittenen Kugeln schraffiert und die Mittelpunkte je einer Reihe davon durch die Linien YZ und WX verbunden. Durch entsprechende Kombination nach Fig. 2 und 3 sind natürlich vielerlei Anordnungen in verschiedenen Kugelschichten gegeneinander möglich. Jedoch sind die hierdurch zustande gebrachten Verschiedenheiten, ebenso wie auch die Unterschiede zwischen Fig. 2 und Fig. 3 für die Praxis ohne Bedeutung, da sowohl die Schichthöhe, wie auch die gegenseitige Lage der Kugeln in ein und derselben Schicht unverändert bleibt, der Weg der den Turm durchziehenden Gase aber nur unwesentliche Veränderungen erleidet. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Schnitt O-R. Die durchschnittliche Schichthöhe mit Rücksicht auf den Aufbau des Turmsystemes auch Bauhöhe genannt, ist leicht zu ermitteln. Zunächst ist sie wegen des Eingreifens der verschiedenen Kugelschichten ineinander kleiner, als die Höhe einer einzigen Kugelschicht, die dem Kugeldurchmesser gleich ist. Sie ergiebt sich daraus, dass in Fig. 1 und 2 KH= O6A = O16F, der Seite des dem grössten Kugelkreise umschriebenen regulären Sechsecks ist, nämlich =\frac{2\,r}{\sqrt3}. Es ist ferner KI= 2r, ∡ KHI = 1R. Folglich HI, die gesuchte Bauhöhe, =r\,\frac{\sqrt8}{3} Der Inhalt des dem grössten Kugelkreise umschriebenen Sechsecks (ABCDEF) ist ferner gleich 2r2√3, folglich das Verhältnis des Inhaltes des grössten Kugelkreises zum umschriebenen Sechseck gleich dem Verhältnis, in dem der Raum des Turmquerschnitts durch die eingefüllten Kugeln verengt wird. Ferner finden wir, dass der Raum eines der Zwickel, die durch Berührung dreier grösster Kugelkreise gebildet werden; gleich der Hälfte des Unterschiedes zwischen dem Flächeninhalt des umschriebenen Sechsecks und der Kreisfläche selber ist. Auch die Höhe dieser Zwickelfläche. das heisst, ihre grösste Ausdehnung, lässt sich leicht finden. Sie ist nach Fig. 1 gleich GN = O2G= O2N. Da nun im Dreieck O2GO6, O2N = r, O6G = r und O2O6 = 2r, so ergiebt sich demnach GN = r (√3–1). Der Inhalt des auf eine Kugel entfallenden Anteils am Turmraum ergiebt sich ferner als Produkt aus der Fläche des dem grössten Kugelkreise umschriebenen Sechsecks mit der Bauhöhe. Eine derartige Raumgrösse ist in Fig. 2 durch STUV in Ansicht, entsprechend ABCDEF in dem Grundriss Fig. 1 dargestellt. Dagegen stellt sich der auf eine Kugel entfallende Anteil am Turmraum anders dar, wenn man nicht seine absolute Grösse allein, sondern seine Form sich insoweit vergegenwärtigt, als sie durch die an die einander berührenden Kugeln in den Berührungspunkten gelegten Berührungsebenen dargestellt wird. Man kommt in diesem Falle je nach der gegenseitigen Lage dreier Kugelschichten zu Darstellungen, wie sie in Fig. 2, 4 und 5 einerseits, in Fig. 3, 6 und 7 andererseits gegeben sind. Beides sind von je zwölf Flächen begrenzte körperliche Darstellungen, deren erstere mit einer der Krystallographie entlehnten Bezeichnung als sechsseitiges Prisma in Verbindung mit einem Rhomboeder zweiter Ordnung, deren andere als ein sechsseitiges Prisma in Verbindung mit einer trigonalen Pyramide bezeichnet werden kann. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Fig. 3. Schnitt O-R. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Fig. 4. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Fig. 5. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Fig. 6. Textabbildung Bd. 318, S. 181 Fig. 7. Bedeuten bei der Kugelfüllung: r Halbmesser der Kugel, d Durchmesser der Kugel, g Grösster Schnitt durch die Kugel, f Fläche des diesem umschriebenen Sechsecks, m Zwickelfläche zwischen drei sich berührenden Flächen g, a Höhe der Fläche m, h Bauhöhe; senkrechte Entfernung der Mittelpunkte übereinander liegender Kugelschichten, o Oberfläche der Kugel, i Inhalt der Kugel, t Inhalt des auf eine Kugel entfallenden Turmraums, s Schalendicke (bei Hohlkugeln), l der Berechnung zu Grunde liegendes Längenmass. so berechnet sich: d = 2r g = r2π = 3,1416 r2 f = 2r2√3 = 3,4641 r2 m=r^2\,\left(\sqrt3-\frac{\pi}{2}\right) = 0,1613 r2 a=r\,(\sqrt{3}-1) = 0,7320 r h=r\,\frac{\sqrt8}{3} = 1,6330 r o = 4r2π = 12,5664 r2 i=\frac{4}{3}\,r^3\,\pi = 4,1888 r3 t = 2r3√8 = 5,6568 r3 \frac{i}{t}=\frac{2\,\pi}{3\,\sqrt8} = 0,7405 \frac{0}{i}=\frac{3}{r} = 3 : r \frac{0}{t}=\frac{2\,\pi}{r\,\sqrt8} = 2,2215 : r \frac{g}{f}=\frac{\pi\sqrt3}{6} = 0,9069. Die unter den vorstehenden Berechnungen enthaltenen Werte i : t, o : i und o : t mögen der Reihe nach als Raumfüllung, Oberflächen Verhältnis und Raumausnutzung bezeichnet sein. Wie man sieht, ist i : t von r unabhängig, wie ja auch nach den vorhergehenden Ausführungen das Verhältnis des Kugelinhaltes zu dem auf die Kugel entfallenden Turmraum stets gleich ist. Das Oberflächenverhältnis o : i giebt an, in welchem Verhältnis die Oberfläche der Kugel zu ihrem Inhalt steht. Dieser Wert verringert sich in einfachem umgekehrten Verhältnisse zu der Grösse des Kugelhalbmessers. Das Verhältnis o : t kann als die Raumausnutzung bezeichnet werden, da es angiebt, wie viel Kugeloberfläche auf einen gewissen Turmraum entfällt; es steht ebenfalls in einfachem umgekehrten Verhältnis zu dem Kugelhalbmesser. Auch der Wert g : f schliesst sich hier an, der die Querschnittsverengung des Turmquerschnitts durch die Kugelfüllung angiebt und wiederum unabhängig von dem jedesmaligen Kugelhalbmesser ist. Dagegen nimmt die Fläche des von drei grössten Kreisen gebildeten Zwickels im quadratischen Verhältnis mit dem Kugelhalbmesser zu; die Zwickelhöhe im einfachen Verhältnis der Kugelhalbmesser. In Tab. 1 sind Werte für die letzt besprochenen Grossen für eine Reihe von Kugelhalbmessern ausgerechnet, und zwar für Halbmesser von 0,5 bis 10. Auch sind die Werte für \frac{1}{\infty}, ∞ und 2,85 eingefügt. Letztere Zahl ist gewählt, weil die Kugeln einer in der Praxis verwendeten Füllung diesen Halbmesser besitzen. Es folgen dann in Tab. 1 noch einige Werte für Hohlkugeln. Für sie liegen die Verhältnisse insofern verwickelt, als einmal der Schalen durchmesser zweitens aber auch noch die in das Innere der Kugel führenden Oeffnungen zu berücksichtigen sind, und als überhaupt in Betracht gezogen werden muss, dass die Hohlkugeln praktisch keine vollkommene Kugelgestalt, sondern die Gestalt von Kugeln haben, denen durch eine Anzahl von Ebenen, die den in ihr Inneres führenden Oeffnungen entsprechen, ein gewisser Teil der äusseren Kugelfläche und damit an den betreffenden Stellen auch ihres Durchmessers genommen ist. Zum Zwecke einer überschlägigen Berechnung ist der Einfachheit halber angenommen, dass die durch die Durchbrechungen der Kugelschale erzeugte Verminderung an Kugeloberfläche gleich sei der Vermehrung an Oberfläche, die die seitliche Begrenzungsfläche der aus der Kugelschale herausgeschnittenen Stücke darstellt. Ferner ist angenommen, dass die Kugeln so gelagert sind, dass die Durchbrechungen die den Fig. 1 bis 3 entsprechenden Lagerungen der Kugeln nicht verhindern. Um die einzelnen Werte in Tab. 1 in absoluten Zahlen geben zu können, müsste auch auf das für die Uebertragungder Werte in die Praxis nötige Mass Rücksicht genommen werden. Es sind deshalb für die entsprechenden Spalten nicht die Ueberschriften, o : i. o : t, m oder a, sondern \frac{o}{i}\,l, \frac{o}{l}\,l, \frac{m}{l^2} und \frac{a}{l} gewählt worden, wobei l die der Berechnung zu grunde zu legende Längeneinheit darstellt. Findet man z.B. die Raumausnutzung für eine Kugel vom Durchmesser 10 mit 0,2221 angegeben, so zeigt die Ueberschrift \frac{o}{t}\,l, dass dieser Wert 0,2221 das Raumausnutzungsverhältnis multipliziert mit der Längeneinheit darstellt. Nimmt man für die Kugel 10 mm als Durchmesser an, so ergiebt sich die Raumausnutzung zu 0,22 mm, oder auf 0,222 qmm : cbmm, gleich \frac{0,000000222\mbox{ qm}}{0,000000001\mbox{ cbm}}, gleich 222 qm : cbm. Für gewöhnlich pflegt man den Halbmesser der Füllkugeln in cm und den Turmraum in cbm anzugeben. Ist dementsprechend r = 1 cm, so ist o : i = 0,222 qcm : ccm oder gleich 22,2 qm : cbm. Es ergiebt sich aus den Werten, die in Tab. 1 enthalten sind, dass die Raumausnutzung sowohl wie das Oberflächenverhältnis mit zunehmendem Kugeldurchmesser abnehmen, Tabelle 1. Kugelfüllung. Halbmesser Durchmesser Schalendicke Raumerfüllung Oblerflächenverhältnis Raumausnutzung Querschnittsverengung Zwickelfläche Zwickelhöhe r d s \frac{i}{l} \frac{o}{i}\,l \frac{o}{t}\,l \frac{g}{f} \frac{m}{l^2} \frac{a}{l} Für Vollkugeln r 2r – 0,7405 3 : r 2,2215 : r 0,9069 0,1613 r2 0,7320 r \frac{1}{\infty} \frac{1}{\infty} – „ ∞ ∞ „ \frac{1}{\infty} \frac{1}{\infty} 0,5 1 – „ 6 4,4430 „ 0,04 0,366 1 2 – „ 3 2,2215 „ 0,16 0,732 2 4 – „ 1,5 1,1107 „ 0,65 1,464 2,85 5,7 – „ 1,0526 0,7795 „ 1,31 2,088 3 6 – „ 1,0 0,7405 „ 1,45 2,196 4 8 – „ 0,75 0,5554 „ 2,58 2,928 5 10 – „ 0,6 0,4443 „ 4,03 3,660 6 12 – „ 0,5 0,3703 „ 5,81 4,392 7 14 – „ 0,429 0,3174 „ 7,90 5,124 8 16 – „ 0,375 0,2778 „ 10,32 5,856 9 18 – „ 0,333 0,2468 „ 13,07 10 20 – „ 0,3 0,2221 „ 16,13 7,320 ∞ ∞ – „ \frac{1}{\infty} \frac{1}{\infty} „ ∞ ∞ Für Hohlkugeln r 2r \frac{1}{\infty} \frac{1}{\infty} ∞ 4,4430 : r 0,9069 0,1613 r2 0,7320 r 2,85 5,7 0,3 0,2101 6,6805 1,403 „ 1,31 2,088 5 10 1 0,3627 2,0164 0,7286 „ 4,03 3,660 und dass es deshalb erwünscht sein muss, möglichst kleine Kugeln zur Füllung der Reaktion stürme zu verwenden, um so eine möglichst grosse Berührungsoberfläche zwischen den sie durchströmenden Flüssigkeiten und Gasen herbeizuführen. Die absolute Grösse des zwischen den sich berührenden Kugeln verbleibenden Raumes wird dagegen mit abnehmendem Kugeldurchmesser immer kleiner. Bei zunehmender Verkleinerung der Kugeln würde sonach allmählich der Punkt erreicht werden, wo die Türme nicht mehr mit Kugeln gefüllt sind, die mit einer Flüssigkeitsschicht überzogen sind, und zwischen denen Gase hindurchstreichen, sondern wo die die verschiedenen Kugeln überkleidenden Flüssigkeitsschichten ein zusammenhängendes Ganzes bilden, ohne dass noch Platz für Luft vorhanden wäre. Man würde also bei zunehmender Verkleinerung der Füllkörper allmählich zu einem Turm gelangen, der kein Reaktionsturm, sondern nur noch einen Filtrierkörper für Flüssigkeiten darstellt, wie es etwa ein Sandfilter ist. Aber auch um deswillen darf man nicht zu sehr mit dem Durchmesser der Füllkugeln herabgehen, weil die den Reaktionsturm durchstreichenden Flüssigkeiten gewöhnlich in geringerem oder höherem Grade Schlammbestandteile mit sich führen, und weil auch die Gase vielfach mit Flugstaub beladen sind. Indem sich sowohl Schlamm wie Flugstaub in den Zwischenräumen zwischen den Füllkörpern absetzen. Sie verengen dann bald die Durchtrittsöffnungen für Gas und Flüssigkeit so sehr, dass die Wirksamkeit des Turmes bei zu kleinen Füllkörpern sehr rasch stark behindert wird. Aus Vorstehendem ergiebt sich, dass man bei der Wahl der Füllkörper zwischen zu grossen und zu kleinen Körpern in der Mitte bleiben muss, um einerseits den Turmraum noch gut ausnutzen zu können, andererseits aber auch einen genügenden Querschnitt für den Durchtritt der Gase selbst dann noch frei zu behalten, wenn sich grössere Mengen Schlamm oder Flugstaub in den Türmen abgesetzt haben. In der Praxis pflegt man die Reaktionstürme vielfach, ähnlich wie es auch mit Sand- und Kiesfiltern der Fall ist, mit Füllkörpern von in den verschiedenen Höhenschichten verschiedenem Durchmesser anzufüllen. Zu unterst, der Eintrittsstelle der Gase zunächst, pflegt man Material von grösserem, zu oberst solches von geringerem Durchmesser in den Turm einzubringen. Indem dann die oben einströmenden Flüssigkeiten in dem oberen Teil des Turmes die Hauptmenge an Schlamm absetzen, so wird nach einer gewissen Zeit des Betriebes zunächst der obere Teil des Turmes unbrauchbar werden, während der untere Teil der Füllung noch Gas und Flüssigkeit bequem durchlassen würde. Man braucht dann zur Wiederherstellung der Turm Wirkung nur den oberen Teil auszuräumen und dessen Füllmaterial durch neues zu ersetzen oder sonst entsprechend zu reinigen. Wichtig ist es jedoch, dass in demselben Turmabschnitt sich immer nur Füllmaterial von ungefähr derselben Grösse befindet, damit nicht der Durchtritt für die Gase dadurch zu sehr beengt werde, dass sich bei gleichzeitiger Anwendung verschieden grosser Füllkörper die kleineren von ihnen in sonst frei bleibenden Zwischenräumen, diese ausfüllend, zwischen den grösseren Füllkörpern festsetzen. Die Kugelkörper, um nun auf diese wieder zurückzukommen, die zur Füllung der Türme verwendet werden, können zunächst Vollkugeln sein, von genau kugelförmiger Gestalt. Auf solche finden die in Tab. 1 gegebenen Werte in erster Linie Anwendung; jedoch ist zu berücksichtigen, dass in der Tat die Zahl für das Oberflächen Verhältnis und die damit in geradem Verhältnis stehenden Werte kleiner ausfallen, als sie jenen theoretischen Zahlen entsprechen. Denn dadurch, dass die einzelnen Kugeln einander in der Praxis natürlich nicht mit mathematischen Punkten, sondern immerhin mit gewissen Flächengrössen berühren, und dadurch, dass der Durchmesser der Füllkörper durch die darauf befindliche Flüssigkeitsschicht, sowie auch später durch Schlamm und Staub einigermassen vergrössert wird, wird das Oberflächen Verhältnis verkleinert. Ebenso werden auch die Werte für Zwickelfläche und Zwick ei höhe eine entsprechende Verringerung erfahren. Nächst den Voll kugeln kämen Kugeln in Betracht, die an ihrer Oberfläche gerauht oder gerieft sind, um ihnen ein grösseres Oberflächenverhältnis zu geben, während die übrigen in Betracht kommenden Werte im Grossen und Ganzen unverändert bleiben. Die Wirksamkeit der Rauhung oder Riefelung der Oberfläche dürfte vielfach überschätzt werden, da deren Unebenheiten im Betriebe durch die auf den Kugeln befindliche Flüssigkeitsschicht mehr oder weniger ausgeglichen werden, und da ferner die Unebenheiten der Kugeloberfläche das Ansetzen von Schlamm oder Flugstaub sehr zu befördern geeignet sind, was wiederum, abgesehen von allem übrigen, ihre baldige Ausgleichung im Gefolge hat. Aehnlich sind auch die mit Einbeulungen versehenen massiven Kugeln zu beurteilen, wie sie in Fig. 8 und 9 im Querschnitt und Ansicht vorgeführt werden. Im gezeichneten Beispiel sollen zwölf auf der Kugeloberfläche symmetrisch verteilte Einbeulungen diese Oberfläche vergrössern. Hier ist jedoch anzunehmen, dass sich ein grosser Teil der Kugeln so zu einander lagern wird, dass die Kugelfläche der einen Kugel in die Einbeulungen anderer Kugeln hineingreift, sodass entgegen der angestrebten Vermehrung eine Verminderung der wirksameren Kugeloberfläche stattfinden wird. Ferner kämen Kugeln mit Durchbohrungen in Betracht, wie sie in Fig. 10 im Querschnitt dargestellt sind. Diese, einander gleich gerichtet angebrachten Durchbohrungen sind ebenfalls bestimmt, die wirksame Oberfläche zu vergrössern, indem sie Flüssigkeit und Gas den Durchtritt durch die Kugel gestatten. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 8. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 9. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 10. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 11. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 12. Textabbildung Bd. 318, S. 183 Fig. 13. Diese letzteren Kugeln bilden den Uebergang zu den Hohlkugeln, wie sie zunächst durch Fig. 11 vorgeführt werden. Man ersieht, dass die Kugeln je nach der Grösse und Zahl der ins Innere führenden Einschnitte, deren hier sechs angenommen sind, durch ebenen Ausschnitten stellenweise an ihrem Durchmesser einbüssen. Fig. 12 und 13 zeigen ähnliche Kugeln, wie solche tatsächlich zur Turmfüllung verwendet und namentlich für den Betrieb von Kondensationstürmen für Salpetersäure empfohlen werden. Auch diese Kugeln werden durch sechs sie schneidende Ebenen in ihrem Durchmesser entsprechend verringert. Die ins Innere führenden Oeffnungen sind nicht einfach durch die Kugeln durchgestossen, sondern mit trichterförmigen Rändern versehen, um ein bequemeres Eindringen der Flüssigkeit in das Kugelinnere zu ermöglichen. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Kugeln durch die Trichterform der Einbeulungen jedenfalls auch sehr stark als Schlammfänger dienen und sich nur sehr schwer wieder von Schlamm befreien lassen. Inwiefern auch die den Turmraum durchstreichenden Gase gerade den Weg durch die Kugeln demjenigen zwischen ihnen hindurch vorziehen werden, ist eine weitere Frage. Bei Hohlkugeln von 5,7 cm Durchmesser, wie sie in der Praxis gebräuchlich sind, beträgt der Flächenraum des von drei grössten Kugeln begrenzten Zwickels, wie aus Tab. 1 hervorgeht, 1,31 qcm. Dagegen wird die Durchtrittsöffnung eines der ins Innere der Kugel führenden Trichter, selbst wenn wir ihren Durchmesser zu 1 cm annehmen, nur 0,79 qcm betragen. Diese 0,79 qcm werden aber nur dann voll wirksam, wenn die betreffende Eintrittsöffnung gerade nach unten gerichtet ist, also wenn ihre Projektion ebenso gross ist, wie ihr thatsächlicher Flächeninhalt. Im übrigen sind in Tab. 1 auch die Werte für Raumerfüllung u.s.w. für verschiedene Grossen von Hohlkugeln unter den vorhin schon angeführten Bedingungen angegeben. Man ersieht hieraus, dass die Kaumausnutzung von Hohlkugeln von 5,7 cm Durchmesser gleich derjenigen ist, von Vollkugeln von 2,2215 : 1,403, das ist von 1,58 cm Durchmesser, vorausgesetzt, dass die innere Kugelfläche in der Tat ebenso wirksam sein würde, wie die äussere Fläche der Hohlkugeln. Man ersieht ferner aus Tab. 1, dass Hohlkugeln bei unendlich dünner Schalendicke die doppelte Raumausnutzung gewähren können, als die entsprechenden Vollkugeln, sowie dass der Aufwand an Material zur Füllung des Turmes bei Hohlkugeln verhältnismässig viel geringer ist, als bei Vollkugeln. Jedoch kann man schon aus dem Grunde die theoretischen Vorteile der Hohlkugeln nur bis zu einem gewissen Grade ausnutzen, weil bei zu grosser Verminderung der Schalendicke ein zu grosser Teil der Hohlkugeln beim Einfüllen in den Turmraum zertrümmert werden würde. Ausserdem besitzen die Hohlkugeln gegenüber den Vollkugeln den bereits angedeuteten Nachteil, dass sie sehr stark als Schlammfänger wirken und auch durch einfache Spülung des Turmes kaum vom Schlamm zu befreien sein werden. Im Betriebepflegt man nämlich die Reaktionstürme, die noch nicht zu sehr verschlammt sind, vielfach dadurch zu reinigen, dass man plötzlich bedeutend grössere Flüssigkeitsmengen auf sie aufgiebt, als gewöhnlich in der gleichen Zeit durch sie hin-durchströmen. Hierdurch wird dann der auf den Füllkörpern sitzende Schlamm zu einem grossen Teile losgerissen und aus dem Turm herausgespült. Die Kugeln mit einfachen Durchbohrungen, wie in Fig. 10 gezeigt, dürften dagegen wohl keine Veranlassung zur Festsetzung von Schlamm geben, da sie keine schwer zugänglichen Innenräume besitzen.