Die Reaktionstürme und ihre Anwendung in der chemischen Technik. Von Dr. Gustav Rauter. (Schluss von S. 184 d. Bd.) Die Reaktionstürme und ihre Anwendung in der chemischen Technik. 2. Füllung mit unregelmässigen Stücken. Wir haben schon vorhin bei Besprechung der Füllung mit Kugeln verschiedentlich auf Füllung mit unregelmässigen Stücken Bezug genommen. Diese unregelmässigen Stücke, als welche in erster Linie Koks in Betracht kommen, nähern sich zum Teil mehr oder weniger der Kugelform, sodass das meiste von dieser Gesagte auch auf jene zutrifft. Da die Kugelform im Verhältnis zum Inhalt unter allen Körpern die kleinste Oberfläche hat, so ist theoretisch bei der Füllung mit unregelmässigen Stücken das Oberflächenverhältnis grösser als bei Kugelfüllung; jedoch ist zu bedenken, dass auch die Berührungsflächen der einzelnen unregelmässigen Stücke miteinander unter Umständen deren wirksame Oberfläche recht bedeutend vermindern, sodass tatsächlich in den meisten Fällen das Oberflächen Verhältnis für unregelmässig in den Reaktionsturm eingefüllte Stücke wohl weit ungünstiger ist, als es den für Kugeln gegebenen Zahlen entspricht. Wie gesagt, kommen hier Koks in erster Linie in Betracht. Diese Koks müssen sehr hart sein und beim Anschlagen einen metallischen Klang geben, auch silbergrau glänzende Oberfläche besitzen. Weiche und mattschwarze Koks sind nicht zu gebrauchen, da sie einerseits nicht die nötige mechanische Festigkeit besitzen, um sich selber tragen zu können, und da sie andererseits auch den Einflüssen der die Türme durchströmenden Flüssigkeiten und Gase sehr stark unterworfen sind. Durch diese beiden Umstände werden weichere Koks bald zerbröckeln, sich setzen und den Turm verstopfen. Es kommen also nur Koks aus Koksöfen, aber nicht solche aus Gasretorten in Betracht. Auch erstere müssen noch sorgfaltig ausgesucht, von allem Grus befreit und derartig nach der Grösse sortiert sein, dass in gleichen Höhenschichten des betreifenden Turmes nur gleich grosse Koksstücke eingefüllt werden, und dass im übrigen die Grösse der Stücke von unten nach oben zu abnimmt. Namentlich sind Salpetersäure enthaltende Flüssigkeiten und Gase für mit Koks gefüllte Türme schädlich, besonders wenn die Temperatur in diesen Türmen über etwa 30° C. steigen kann. Für Türme vollends, in denen höhere Hitzegrade herrschen, sind Koks durchaus zu verwerfen, besonders wenn hier die Hitze so gross ist, dass der Koks beim Aussetzen der Flüsigkeitsberieselung in Brand geraten könnte, ein Fall, der allerdings in der Praxis wohl kaum jemals vorkommt, da man schon seit Jahrzehnten den Koks nicht mehr als das Universalfüllungsmittel für die Reaktionstürme betrachtet, als das er früher angesehen wurde. Ein grosser Vorteil der Koksfüllung vor anderen Mitteln der Turmfüllung ist das leichte spezifische Gewicht des Koks, wodurch zu starke Belastung der Turmfundamente vermieden wird. Dagegen ist die vielfach auch unabhängig davon als Vorzug der Koksfüllung angesehene Porosität der einzelnen Stücke etwas, das in der Tat kaum wirksam werden kann, da sich einmal die Poren des Koks doch alsbald mit Flüssigkeit vollsaugen, andererseits aber auch der Koks aussen mit einem Ueberzuge von Flugstaub oder Schlamm und darüber mit einer Flüssigkeitsschicht bedeckt wird, sodass nicht die eigentliche, allerdings sehr grosse Oberfläche des rauhen und porösen Koks, sondern eine wesentlich kleinere Umhüllungsfläche zur Geltung kommt. Neuerdings sind auch sogenannte künstliche Koks in den Handel gebracht worden, die aus gebranntem Steinzeug bestehen und teilweise eine backsteinähnliche, teilweise eine den gewöhnlichen Koksstücken ähnliche unregelmässige Gestalt haben und von zahlreichen Hohlräumen durchsetzt wird. Diese sogenannten künstlichen Koks dürften wohl vor dem natürlichen Koks keine Vorzüge voraus haben, als höchstens einegrössere Widerstandsfähigkeit gegen Salpetersäure enthaltende Gase und Flüssigkeiten. Jedoch pflegt man von letzterem durchströmte Türme schon so wie so nicht mit Koks, sondern mit irgend welchen anderen Materialien zu füllen. Ferner kommen als unregelmässige Turmfüllung noch Feuersteinbrocken und Quarzstücke, sowie sehr grober Kies in Betracht, Füllungsmittel, die wohl im wesentlichen auf England beschränkt sind, wo man ja Feuersteine aus den dortigen Kreidefelsen in grosser Menge gewinnt. Zum Gebrauch in der chemischen Industrie werden die Feuersteine sorgfältig mit Säure von anhaftender Kreide befreit und dann ähnlich wie Koks in die Türme eingepackt. Sie sollen vor gewöhnlichem Quarz den Vorzug haben, dass sie auch durch heisse Gase nicht angegriffen werden, während gewöhnliche Quarzstücke in der Hitze springen, so allmählich zerbröckeln und den Turm verstopfen. Ein besonderer Nachteil der Füllung mit Quarz ist dessen hohes spezifisches Gewicht, das die Fundamente des Turmes sehr stark in Anspruch nimmt. Textabbildung Bd. 318, S. 219 Fig. 14. Textabbildung Bd. 318, S. 219 Fig. 15. Auch Scherben aller Art sind zur Füllung von Reaktionstürmen namentlich früher oft verwendet worden, während sie in der Gegenwart wohl kaum mehr hierzu gebraucht werden. Namentlich kommen die Scherben von irgend welchen Gefässen aus säurefestem Steinzeug in Betracht. Auch alte tönerne Selterswasserkrüge sind vielfach verwendet worden, nachdem man ihnen die Böden ausgeschlagen hatte. Ebenfalls sollen auch gelegentlich Glasscherben zur Füllung von Reaktionstürmen gedient haben, ein Füllmaterial, dass wohl wegen seiner gefährlichen Scharfkantigkeit nur ganz vereinzelte Anwendung gefunden haben dürfte. 3. Füllung mit Ringen, Zylindern und Schüsseln. Eine sehr beliebte Art und Weise der Füllung von Reaktion stürmen ist die, dass man sie mit Ringen aus säurefestem Steinzeug oder einem ähnlichen Material aussetzt. Diese Füllkörper pflegen derart eingesetzt zu werden, dass sie ähnlich übereinander zu stehen kommen, wie bei der Kugelfüllung nach Fig. 1 und 3 die verschiedenen Kugelschichten übereinander liegen. Fig. 14 und 15 veranschaulichen vier derart übereinander liegende Schichten von Ringen, wobei die oberste Schicht mit 1 bezeichnet ist. Die vierte Schicht befindet sich wieder genau in derselben Lage wie die erste Schicht, siehe Fig. 15. Aehnlich wie es auch bei den Kugeln der Fall ist, wird hier jeder Ring seitlich von 6 anderen Ringen berührt, die untereinander ebenfalls sich berühren. In Fig. 14 trägt jeder Ring einer der Reihe, wozu er gehört, entsprechende Nummer. In Fig. 15, die einen Schnitt nach der Linie O-R darstellt, bezeichnet d den Schnitt durch einen Zylinder, b die Berührungslinien zweier Zylinder. Bei der Zylinderfüllung wird im Grundriss nicht der ganze Turmquerschnitt bedeckt, sondern, wie Fig. 14 zeigt, ergibt sich eine grosse Reihe von ununterbrochen sich senkrecht durch den ganzen Turm fortziehenden Räumen. In der Praxis dürfte dies jedoch weniger als Uebelstand hervortreten, da die aufsteigenden Gase doch nie genau senkrecht aufsteigen werden, zumal sie durch den Anprall an die nächste Zylinderunterfläche doch immer eine gewisse Richtungsänderung erleiden werden. Auch die herabrieselnde Flüssigkeit wird öfter Gelegenheit haben, auf eine neue Fläche aufzutropfen, und sich somit zu zerstäuben, als es in der Theorie dieses Turmes liegt, weil in der Praxis die Ringe doch nie so genau untereinander stehen werden, als es der Zeichnung entspricht. Es kommt dann noch dazu, dass man die Masse der verwendeten Ringe in der Praxis vielfach sehr klein wählt und schon solche von 56 mm äusserem Durchmesser an aufwärts anwendet. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 16. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 17. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 18. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 19. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 20. Das Einsetzen solcher kleinen Ringe erfordert natürlich bei Türmen von einigermassen bedeutenderem Rauminhalt ganz ausserordentliche Arbeit und Zeit, weshalb von manchen Seiten auch Füllringe nach Fig. 16, 17 oder 18 empfohlen worden sind, die in ihrem Innern noch irgendwelche Querwände besitzen. Man kann dann mit einer kleineren Anzahl von Ringen auskommen und doch dasselbe Mass von Verteilung für die den Turm durchziehenden Gase erreichen, als wenn man eine kleinere Anzahl schmälerer Ringe angewendet hätte. Wenn diesen geteilten Ringen gelegentlich der Vorwurf gemacht worden ist, dass sie den Turmraum zu sehr in Anspruch nähmen und dadurch den Zug hemmten, so hatman eben hierbei nicht daran gedacht, dass diese geteilten Ringe keineswegs die kleinsten in Betracht kommenden Ringe ersetzen, sondern grössere Ringe in ihrer Wirksamkeit kleineren Ringen näher bringen sollen. Eine Frage ist es, ob man die Ringe vorteilhafter glatt glasiert oder mit rauher Oberfläche herstellt. Im allgemeinen wird man sich dafür entscheiden, die Ringe mit gerauhter Oberfläche als vorteilhafter für den Betrieb anzusehen, weil sie den Weg der Flüssigkeit mehr zu verlangsamen imstande sind, und daher eher geeignet seien, eine innige Berührung zwischen Flüssigkeiten und Gasen herbeizuführen. Jedoch dürfte hier wohl auch das schon vorhin über Füllkörper mit rauher Oberfläche Gesagte zutreffen. Wenn es auch durch Versuche bewiesen sein soll, dass mit Körpern von rauher Oberfläche ausgesetzte Türme in der gleichen Zeit mehr zu leisten imstande seien, als solche, die mit den nämlichen Körpern von glatter Oberfläche gefüllt seien, so ist dies ja für neue Türme erklärlich; jedoch fragt es sich, ob nach einer längeren Zeit des Gebrauches dieser Unterschied auch noch vorhanden sein wird, ober ob sich die Oberfläche der beiden verschiedenen Arten von Füllkörpern in ihrer Wirkung gleichkommt. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 21. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 22. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 23. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 24. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 25. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 26. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 27. Textabbildung Bd. 318, S. 220 Fig. 28. Uebrigens sind auch gelegentlich massive Zylinder für die Füllung von Türmen vorgeschlagen worden, und zwar in Gestalt runder Stäbe, die in gekreuzten wagerechten Lagen in den Turm eingebracht werden sollen. Eine derartige Turmfüllung ist in Fig. 19 im senkrechten Schnitt und in Fig. 20 im Grundriss dargestellt. Es hat nichts davon verlautet, ob eine derartige Füllweise sich auch in der Praxis eingebürgert hat. Haben die Röhrchen den Nachteil, nicht die ganze Bodenfläche des Füllturmes zu überdecken, so wird dem durch die ihnen nahe verwandten Schüsseln abgeholfen. Diese Schüsseln sind verhältnismässig kurze Zylinder, die mit einem Boden versehen sind. Sie enthalten an ihrem Rande mehrere Ausschnitte, um Gasen wie Flüssigkeiten den Durchtritt zu gestatten. Fig 21 bis 23 und Fig. 24 bis 26 zeigen derartige Schüsseln im Grundriss, im Schnitt und in Ansicht. Die Art und Weise, wie sie in die Türme eingebaut werden, wird durch Fig. 27 im Grundriss und durch Fig. 28 im Schnitt nach O-R veranschaulicht. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 29. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 30. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 31. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 32. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 33. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 34. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 35. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 36. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 37. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 38. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 39. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 40. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 41. Die Schüsseln werden demnach wie die Füllringe, Fig. 14 u. 15, in die Türme eingesetzt, wobei immer je eine Schüssel von zwölf anderen berührt wird. Während aber die Gase bei Zylinderfüllungen den Turm ohne andere Hindernisse als die verhältnismässig schmalen Grundflächen der Füllringe durchstreichen können, sind sie bei Schüsselfüllungen zwischen je drei Schüsseln immer nur auf den Zwickelquerschnitt beschränkt, ähnlich wie es auch bei Kugelfüllungen, Fig. 1, der Fall ist. Ebenso wie die Gase bei Kugelfüllung um den zunächst höher liegenden Füllkörper herum gehen, indem sie sich in drei Ströme verteilen, so ist es auch bei der Schüsselfüllung der Fall, nur dass die Verteilung in der Weise erfolgt, dass die Gase durch die drei entsprechend angebrachten Ausschnitte der seitlich befindlichen Schüsseln hin durchtreten und auf diese Weise unter dem Boden der höher stehenden Schüssel hinweg sich bewegen. Je drei derartig erhaltene Teilströme vereinigen sich dann wieder über der Oeffnung dieser Schüssel und steigen in der nächsten Zwickel Öffnung aufwärts, um sich wieder ebenso zu verteilen. Während nun aber die bisher besprochenen Füllkörper mit Flüssigkeit nur benetzt sind, so sind die Schüsseln auch mit Flüssigkeit bis zu einem gewissen Grade gefüllt, und zwar in einer je nach der Grösse des Ausschnittes verschiedenen Höhe, die in Fig. 22, 25 und 28 mit q bezeichnet ist. Es ist einleuchtend, dass, je höher diese Flüssigkeitsschicht q ist, desto schwerer auch die Turmfüllung bei sonst unveränderten Verhältnissen wird. Im allgemeinen dürfte wohl kein Grund vorliegen, das Mass q grösser zu nehmen, als dass eben noch eine flache Schicht Flüssigkeit in der Schale steht, da ja die Absorption der Gase nur an der Oberfläche vor sich geht. In der Praxis pflegt man das Mass q jedenfalls für gewöhnlich viel grösser zu nehmen, als es zweckdienlich ist. Der Weg der Flüssigkeit ergibt sich aus dem vorher Gesagten von selbst; er ist entgegengesetzt demjenigen der Gase gerichtet, indem die Flüssigkeit immer durch die Ausschnitte dreier Schalen in eine zunächst tiefer stehende Schale einfliesst und sich von da aus wieder in drei weitere Schalen verteilt. Die Pfeile in Fig. 28 zeigen die mittlere Richtung solcher Flüssigkeitsstrahlen an. Im Uebrigen sind in Fig. 27 und 28 Darstellungsweise und Bezeichnungen ganz entsprechend denjenigen in Fig. 14 und 15. Namentlich bezeichnet d die Berührungslinie zweier Schüsseln. Die Zahlen bezeichnen wieder die Zugehörigkeit jeder Schüssel zu der betreffenden Reihe; auch hier kommt die vierte Reihe wieder genau unter die erste zu stehen. Gelegentlich findet man auch Schüsseln nach Fig. 29 und 30 mit vier Ausschnitten, die dann nach Fig. 31 und 32 nicht in Sechseckstellung, sondern in Viereckstellung anzuordnen sind. Eine derartige Anordnung dürfte gegenwärtig wohl allgemein ausser Gebrauch sein, obgleich sie vor noch nicht so langer Zeit wiederum einmal als neu empfohlen worden ist; denn es ist einleuchtend, dass hierbei die Ausnutzung des Turmraumes wesentlich ungünstiger ist, als bei der gewöhnlichen Sechseckstellung der Füllschüsseln. Bei der Viereckstellung hat übrigens schon wieder die dritte Schüsselreihe dieselbe Lage, wie die erste. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 42. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 43. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 44. Textabbildung Bd. 318, S. 221 Fig. 45. Ferner werden auch öfters die Schüsseln so in dem Turm angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig seitlich berühren. Durch diese letztere Füllung wird die auf die Turmeinheit wirksame Oberfläche vermindert. Neben den gewöhnlichen Schüsselformen seien zunächst noch die Schüsseln mit hoch liegendem Boden, Fig. 33 bis 35, erwähnt. Hierbei teilt der Schüsselboden die Schüssel in zwei Teile, a und b, deren oberer mit Flüssigkeit gefüllt ist, während der untere eine Art Luftpolster bildet, da die gegen ihn von unten her anprallenden Luftströme weder durch den Boden hindurchgehen, noch auch so glatt seitlich entweichen können, wie es bei den Schüsseln von gewöhnlicher Form der Fall ist. Diese Schüsseln bieten insofern Unannehmlichkeiten beim Einsetzen, als sie mit ihrem unteren Rande leicht in den Ausschnitten des oberen hängen bleiben können. Auch die Schüsseln nach Fig. 36 bis 38 haben sich nicht in der Praxis einbürgern können, obschon sie eine Zeit lang sehr empfohlen wurden. Sie haben viel zu kleine Ueberlauflöcher und einen viel zu schwerfälligen Körper. Auch dürften die den Ueberlauf der Flüssigkeit regelnden Rinnen c und Einschnitte d wohl als überflussig zu bezeichnen sein, da die Flüssigkeit infolge der Anordnung der Einschnitte ohnehin diesen Weg nimmt. Eine besondere Art von Füllschüsseln sind ferner die in Fig. 39 bis 41 dargestellten und unter dem Namen „Füllkegel“ eine Zeit lang stark empfohlenen Füllkörper. Sie sind eine Weiterbildung des der Konstruktion der Schüsseln nach Fig. 33 bis 35 zu Grunde liegenden falschen Gedankens. Auch hier befindet sich im Innern der Schüsseln ein nach unten offener Raum b, der als Luftkissen dient, der aber nach Ansicht des Erfinders ganz besonders wirksam sein sollte, um die in dem Turm aufsteigenden Glase zu zerstreuen. Der obere Schüsselraum a ist auf einen recht kleinen Betragbeschränkt und besitzt keine Einschnitte für den Ueberlauf der Flüssigkeit, sodass diese auf allen Seiten an den Wänden herabrieseln kann. Um dies Herabrieseln zu verlangsamen, sind die Wände aussen noch mit Riefen e versehen. Fig. 42 und 43 stellen den Querschnitt und einen senkrechten Schnitt nach O-R durch einen mit solchen Füllkörpern ausgesetzten Turm dar. Es ist ersichtlich, dass diese Kegelfüllkörper durch das Fehlen der Ausschnitte ziemlich stark zughemmend wirken müssen, und dass der Weg der hindurchfliessenden Flüssigkeit nicht derart zwangsläufig ist, wie bei der gewöhnlichen Schüsselfüllung, sondern dass die Flüssigkeit entweder auf den oberen Boden oder auf die gerieften Seitenwände der nächst folgenden Reihe, oder aber auch teilweise zwischen zwei Körpern der nächsten Reihe hindurch auf die dritte Reihe von Füllkörpern auftropfen kann. Man hat denn auch in den letzten Jahren von diesen Kegelfüllkörpern nichts mehr gehört und scheint demnach wieder von ihnen abgekommen zu sein. Setzt man einen Reaktionsturm mit Ringen oder Schüsseln aus, so ist es natürlich wesentlich, dass man mit dem Füllmaterial auch an die Seitenwände des Turmes gut anschliesst, um hier nicht verhältnismässig weite offene Räume zu lassen, die dem Gas in erster Linie den Durchtritt gestatten und den Zug an sich reissen. In dieser Beziehung sieht man noch recht oft bedeutende Fehler machen, indem man einerseits im Verhältnis zum Turmquerschnitt viel zu grosse Füllkörper wählt, andererseits auch nicht auf ein rationelles Verhältnis zwischen Füllkörpern und Turmquerschnitt sieht. In dieser Hinsicht empfiehlt es sich, beim Anschluss an die Turmwandungen sich passend geformter Teilkörper zu bedienen, die der geraden oder gebogenen Turmfläche angepasst sind. Fig. 44 und 45 stellen derartige Teilkörper dar.