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Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonatmonohydrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonatmonohydrat durch Einwir- kung von Kohlendioxyd auf Ätznatronlaugen, insbesondere solche hoher Konzentration, wie sie bei der Elektrolyse von Salzlösungen in modernen Quecksilberzellen erhalten werden.
Verfahren zum Karbonisieren elektrolytisch erhaltener Ätznatronlaugen sind bekannt ; diese bekannten Verfahren erfordern jedoch eine Wärmezufuhr bzw. ergeben sie Natriumkarbonat oder aber wird bei diesen Verfahren nur ein Teil der Lauge aufgebraucht, so dass zur Isolierung des Natriumkarbonats weitere Verfahrensstufen erforderlich sind.
Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, nach welchem aus konzentrierten Ätznatronlaugen, z. B. solchen, die in modernen Quecksilberzellen hergestellt worden waren, Natriumkarbonatmonohydrat direkt und ohne Wärmezuleitung erhalten werden kann.
Ferner wurde gefunden, wie die Verfahrensstufen des Karbonisierens und die der Kristallisation oder Ausfällung physikalisch voneinander getrennt werden können. Dies ist von besonderer Bedeutung, da auf diese Weise die zwei Stufen separat in hiefür speziell geeigneten Vorrichtungen vorgenommen werden können. Bei andern Verfahren, welche die Kristallisation und Karbonisierung betreffen, wie z. B. Ammoniaksodaverfahren, findet die Karbonisierung und die Ausfällung in dem gleichen Gefäss statt. Dieses Gefäss enthält viel Flüssigkeit, welche das Kristallwachstum fördern kann, wobei jedoch die Gegenwart dieser Flüssigkeit auf die karbonisierenden Gase einen beträchtlichen Gegendruck ausübt und ein kostspieliges Komprimieren des Gases erforderlich macht.
Durch Trennung der beiden Stufen kann die Kristallisation z. B. gewünschtenfalls in einem dicken Kristallbett oder in Mutterlaugen von Zusammensetzungen, welche das erforderliche Kristallwachstum besonders fördern, ausgeführt werden ; insbesondere kann die Karbonisierung in Absorptionstürmen od. ähnl.
Vorrichtungen vorgenommen werden, in welchen nur geringer Druckabfall des durchgeleiteten Gases zu verzeichnen ist. Die bei bekannten Verfahren erforderliche Zuleitung von Kohlendioxyd unter Druck er- übrigt sich hiebei, so dass das erfindungsgemässe Verfahren ohne hiefür aufzuwendende Kosten ausführbar ist, wobei als billige Quelle von Kohlendioxyd Abgase eingesetzt werden können, welche zur Komprimie- rung gemäss bekannten Verfahren zu verwenden, nicht wirtschaftlich wäre.
Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonatmonohydrat durch Ein-
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einer über 300C gelegenen Temperatur mit einer im wesentlichen zur Umsetzung der gesamten Natronlauge zu Natriumkarbonat hinreichenden Menge eines kohlendioxydhaltigen Gases in Reaktion gebracht wird, wonach die Kristallisationsstufe folgt, in welcher die erhaltene karbonisierte Flüssigkeit mit einer Ätznatronlauge, die zumindest 5solo und nicht mehr als 63 Gew. -0/0 NaOH enthält, umgesetzt wird, wobei Natriumkarbonatmonohydrat ausgefällt wird, welches dann in geeigneter Weise abgetrennt wird.
Zur vollständigen Umsetzung der NaOH in der Zellenflüssigkeit zu ausgefälltem Natriumkarbonatmonohydrat ist es wesentlich, dass das gesamte in dem Verfahren mit der Zellenflüssigkeit und mit dem Karbonisierungsgas eingeführte Wasser sowie auch das bei der Reaktion zwischen NaOH und CO unter Bildung von Na : C03 gebildete Wasser verdampft wird. Um dies in möglichst zweckmässiger Weise, ohne
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zusätzliche Wärme zuleiten zu müssen, zu erreichen, soll die Zellenflüssigkeit mindestens 56 Gel.-% NaOH enthalten. Die Reaktionswärme genügt, um das vorhandene Wasser zum Verdampfen zu bringen.
Die Reaktionswärme wird zum Teil in dem Kristallisationsgefäss in Form von Verdünnungs- und Kristalli- sationswärme und zum Teil als Karbonisierungswärme der Flüssigkeit in dem Karbonisierungsgefäss freige- setzt. Natriumkarbonatmonohydrat könnte auch dann erhalten werden, wenn die Zellenflüssigkeit weniger als 56% NaOH enthält, jedoch müsste in diesem Fall dem System zusätzliche Wärme zugeführt werden ; ebenso könnte auch Natriumkarbonatmonohydrat erhalten werden, wenn die Zellenflüssigkeit mehr als
63% NaOH enthält, jedoch müsste dann ein beträchtlicher Teil an Reaktionswärme abgeführt werden, z. B. indem die Anlage nicht thermisch isoliert wird.
Wasser wird aus dem Karbonisierungsgefäss, in welchem es verdampft, leicht entfernt ; es wird mit den inerten Komponenten des Abgases abgeleitet. Wenn das gesamte, mit der Zellenflüssigkeit und den
Karbonisierungsgasen eingebrachte und durch die Reaktion zwischen NaOH und CO gebildete Wasser bei dieser Verfahrensstufe entfernt wird, werden in dem oberen Teil des Karbonisators Verunreinigungen durch Karbonatkomplexverbindungen auftreten, wobei die Flüssigkeit in dem unteren Teil nicht gesättigt ist.
Solche Verunreinigungen können entfernt werden, indem zwei Karbonisatoren in Serie verwendet werden und jeder abwechselnd als oberer bzw. unterer Teil des Systems eingesetzt wird.
Die gebildeten Verunreinigungen, die entstehen, wenn der Karbonisator als oberer Teil eingesetzt wird, werden entfernt, wenn derselbe dann als unterer Teil des Systems verwendet wird.
Nach einer andern Verfahrensweise kann die Bildung solcher Verunreinigungen vermieden werden, indem ein Teil des Wassers in einem Vakuumkristallisator entfernt wird. Hiebei erhält man eine kalte Flüssigkeit, die in den Karbonisator rückgeleitet wird. Sobald diese Flüssigkeit in den Karbonisator gelangt, wird in dem aufsteigenden Gas befindlicher Wasserdampf in dieser kondensieren und die hiedurch bewirkte Verdünnung eine Niederschlagsbildung verhindern.
Eine andere Verfahrensvariante besteht darin, eine konzentrierte Natronlauge, z. B. die stärkste, welche in Quecksilberzellen hergestellt werden kann, einzusetzen. Auf diese Weise wird dem System weniger Wasser zugeführt, als gemäss der vorgeschriebenen Minimumkonzentration von 56% vorgesehen ist. Der Differenzbetrag wird der in den Karbonisator gelangenden Flüssigkeit zwecks Verdünnung zugesetzt.
Die Kristallisation findet bei Temperaturen zwischen 8 und 108 C, vorzugsweise zwischen ungefähr 50 und 80 C, in einem oder mehreren Gefässen statt. Werden mehrere Gefässe verwendet, braucht nur ein Teil einer oder beider Reaktionskomponenten dem ersten Gefäss zugesetzt werden. Wenn zwecks Verhinderung der Bildung von Verunreinigungen in dem Karbonisator Wasserdampf während der Kristallisation durch Verdampfen im Vakuum entfernt wird, muss nur das letzte Kristallisiergefäss ein Vakuumkristallisator sein.
Um die Temperatur der den Karbonisator verlassenden Flüssigkeit auf den bei deren Einführung in die Kristallisiergefässe gewünschten Wert bringen zu können, muss das in den Karbonisator gelangende Gas einen geeigneten Taupunkt aufweisen. Wenn gewünscht'wird, dass die aus dem Karbonisator austretende Flüssigkeit eine hohe Temperatur aufweist, kann es erforderlich sein, dass der Taupunkt des Gases höher liegt als der des Abgases. In diesem Fall muss das Gas, bevor es in den Karbonisator gelangt, mit Wasserdampf angereichert und den Wärmewert des Wasserdampfes, wenn das Gas den Karbonisator verlässt, ausgenutzt werden..
Dies wird in einfacher Weise erreicht, indem man das den Karbonisator verlassende Gas einen zirkulierenden Wasserstrom aufwärmen lässt und das heisse Wasser zur Wasseranreicherung des zu den Karbonisator strömenden Gases verwendet wird.
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und mit Wasserdampf bei 350C fast gesättigt sind. In der Kolonne werden 44 kg COz absorbiert und 42, 8 kg Wasser durch die Reaktionswärme verdampft ; von dem unteren Teil der Kolonne werden 648 kg einer eine Temperatur von 60, 20C aufweisenden Flüssigkeit abgegeben, die ZOOkgNaCOg und im wesentlichen. keine andere Substanz. gelöst enthält.
Diese Flüssigkeit, welche eine 30, 5% igue Lösung von NaCO, darstellt, wird in einem Kristallisiergefäss bei atmosphärischem Druck mit 142,8 kg einer 56% eigen Natronlauge bei 600C vermischt, wonach die Temperatur auf 720C steigt und 124 kg Natriumkarbonatmonohydrat ausgefällt werden, wobei eine Mutterlauge zurückbleibt, die 14, 2% NaCOg und 12, Olo NaOH enthält.
Beispiel 2: 650kg einer Mutterlauge, die eine Temperatur von 50 C aufweist und 80 kg NaOH und 91 kg NaCOg enthält, werden in den oberen Teil einer gefüllten Kolonne eingeführt, in deren unteren Teil ein Abgas eingeleitet wird, das 11, 0% CO2 enthält und mit Wasserdampf bei 34 C fast gesättigt ist. In der Kolonne werden 44 kg CO absorbiert und 39,7 kg Wasser verdampft. Die Temperatur in dem
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oberen Teil der Kolonne steigt auf 66, 8 C, in dem unteren Teil auf 59, 40C, wobei von dem unteren Teil 654. kg einer obige Temperatur aufweisenden Flüssigkeit abgegeben werden, die 197 kg NA, CO, enthält.
Diese Flüssigkeit, die eine 30, 1%ige Lösung von NaCOg ist, wird mit 142, 8 kg einer 56% NaOH enthaltenden Lauge bei 600C in einem Mehrstufenkristallisator vermischt, in welchem die Endstufen unter vermindertem Druck verarbeitet werden. Durch den Gesamtgewinn an Verdünnungswärme der 56% NaOH enthaltenden Flüssigkeit und den Verlust von Wärme durch Verdampfen während des bei vermindertem Druck durchgeführten Verfahrens wird die Temperatur der Mutterlauge auf 500C gebracht ; 124 kg Natriumkarbonatmonohydrat werden ausgefällt und in geeigneter Weise isoliert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonatmonohydrat durch Einwirkung von Kohlendioxyd auf Ätznatronlaugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Karbonisierungsstufe vorgesehen wird, in wel-
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Natronlauge zu Natriumkarbonat hinreichenden Menge eines kohlendioxydhaltigen Gases in Reaktion gebracht wird, wonach die Kristallisationsstufe folgt, in welcher die erhaltene karbonisierte Flüssigkeit mit einer Ätznatronlauge, die zumindest 56% und nicht mehr als 63 Gew. -0/0 NaOH enthält, umgesetzt wird, wobei Natriumkarbonatmonohydrat ausgefällt wird, welches dann in geeigneter Weise abgetrennt wird, während die Mutterlauge der Karbonisierungsstufe zugeführt wird.