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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von schwefelsäurehaltigen Beizablaugen
Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren bekannt, die eine Auskristallisation von Eisensulfat-Monohydrat zur Regenerierung gebrauchter Beizlösungen bezwecken. So ist es bekannt, die Ausscheidung von Monohydrat aus gebrauchten Beizlösungen durch Überschreitung des Sättigungspunktes allein durch Überhitzung zu bewirken. Dieses Verfahren verlangt eine relativ niedrige Beiztemperatur von zirka 500C (maximale Löslichkeit an Eisensulfat) und ist zudem nur für Beizlösungen mit geringem Säuregehalt der Frischbeize, vorzugsweise einem solchen unter 10% H SO geeignet, da bei höheren Schwefelsäuregehalten die entsprechenden Löslichkeitsisothermen ineinander übergehen (vgl. Fig. 1).
Dieses Regenerierungsverfahren ist daher fUr schnellbeizende Bäder (zirka 1000C Beiztemperatur, Schwefelsäuregehalt rund 25%) ungeeignet. Derartige schnellbeizende Bäder können nur regeneriert werden, wenn ein Teil des Wassers der Beizlösung verdampft wird.
Verschiedene Verfahren, die eine Kristallisation von Monohydrat in der Hitze durch Verdampfen eines Teiles des Wassers bezwecken, sind bereits bekannt. Die stündlich zu regenerierende Beizflüssigkeit ist durch die Menge des in Lösung gehenden Zunders und den prozentualen Gewichtsanteil der Schwefelsäure an der Frischbeize und an der Abbeize stöchiometrisch bestimmt.
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gebracht. Eine Modifikation dieser Verfahren sieht vor, der erforderlichen Beizlösungsmenge einen Teil der bereits eingedampften Lösungsmenge als Kristallisationskernbildner zuzugeben.
Allen bisherigen Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, dass die produzierten Kristalle zu klein sind, um eine wirtschaftliche Aufbereitung derselben z. B. zu Schwefelsäure zu ermöglichen.
Gemäss vorliegender Erfindung werden nur etwa 201o der stöchiometrisch erforderlichen zu regenerierenden Beizlösungen über eine Verdampfungsanlage in ein Kristallisationsgefäss geleitet, aus dem ein Teil der bereits eingedampften Beizlösung wieder auf die Verdampfungsanlage aufgegeben und der nicht behandelte Anteil der gebrauchten Beizlösung zusammen mit der aus dem Kristallisationsgefäss abgezogenen, von den Kristallen befreiten Lösung nach Mischen als Frischbeize wieder den Beizbädern zugesetzt. Die Verdampfung findet in an sich bekannter Weise, vorzugsweise durch Einsprühen der Lösung in einen Strom heisser Gase statt. Die Kristallbildung im Kristallisationsbehälter kann durch Rührwerke oder durch Einblasen von Luft oder durch andere Massnahmen gefördert werden.
Der Kristallisationsbehälter wird zweckmässig durch eine Isolierung vor Wärmeverlusten geschützt und kann seinerseits beheizt werden.
Infolge der höheren Eindampfung der Beizlösung und der damit verbundenen Übersättigung in Verbindung mit der höheren verfügbaren Kristallisationszeit bei gleichen Abmessungen des Kristallisationsgefässes, werden durch das erfindungsgemässe Verfahren bedeutend grössere Kristalle erzielt, als man dies mit den bisher bekannten Verfahren erreichte. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass beliebig hohe Frischsäurekonzentrationen zur Beizung verwendet werden können und die Konzentrationen der Abbeizen sich nicht wesentlich von denjenigen der Frischbeizen zu unterscheiden brauchen. Dadurch
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derjenigen der Frischbeize, so wird die stündlich zu regenerierende Beizlösung sehr gross, während bei geeigneter Wahl des Salzgehaltes die zu verdampfende Wassermenge gleich bleibt.
Die für die Regene- rierungskoMen massgebliche Durchsatzmenge durch die Verdampfungsanlage braucht bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht geändert zu werden. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich deshalb auch besonders für Sprühbeizung, bei der auf die eigentlichen Beizbehälter verzichtet wird und bei der grosse Beizflüssigkeitsmengen umgewälzt werden müssen.
Bei Durchziehbeizen werden Beizgut und Säure im Gegenstrom geführt. Dabei soll die im Gegenstrom zum Beizgut geführte Säure sich nicht zu sehr mit Eisensulfat anreichern, um eine gute Oberflächenqualität des Beizgutes zu gewährleisten.
Nach Fakert lässt sich die stündlich zu regenerierende Badmenge nach folgender Formel berechnen :
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wobei L = kg/h : stündlich zu regenerierende Badmenge
Svt = kg/to : Säureverbrauch je to-Beizgut
G = to/h : Beizgutdurchsatz pro Stunde s = Schwefelsäuregehalt der Abbeize in 0/0
S = Schwefelsäuregehalt der regenerierten Beize in 0/0
Bei einem Beizgutdurchsatz (G) von 20 to/h (s = 29) und einem Säureverbrauch (Svt) je to-Beizgut von 20 kg (S = 30) errechnet sich die stündlich zu regenerierende Beizlösung wie folgt :
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L = 46400 kg/h zu regenerierende Beizlösung, was unter der Annahme eines spezifischen Gewichtes der Flüssigkeit von y = I, 3 35, 6 m3/h entspricht.
Gemäss vorliegender Erfindung genügt es, wenn zur Durchführung des obigen Regenerationsbeispieles nur etwa 7 m3/h der zu regenerierenden Beizlösung der Regenerationsanlage zugeführt werden, während die restlichen zu regenerierenden 28, 7 m3/h nicht einer mit erheblichen Apparatur- und Kostenaufwand verbundenen Behandlung unterworfen werden müssen.
Die verbrauchte Beizlösung wird gemäss Fig. 2 über die Pumpen la und 1b dem Leitungssystem 2a und 2b aufgegeben. Ein Teil der Beizlösung wird über die Leitung 2a dem Verdampfer 3 aufgegeben und fliesst anschliessend dem wärmeisolierten Kristallisationsgefäss 4 zu. Über die Pumpe und die Leitung 5 wird ein Teil der Beizlösung des Kristallisationsgefässes dem Verdampfer erneut aufgegeben. Aus dem Kristallisationsgefäss 4 wird die Beizflüssigkeit der Zentrifuge 6 aufgegeben und vom auskristallisierten Eisensulfat-Monohydrat getrennt.
Anschliessend wird die Beizlösung in den Mischbehälter 7 geleitet, in welchem sie mit der über dasLeitungssystem 2b geförderten verbrauchtehRestbeizlösung zu der gewünschten Frischbeize gemischt wird, um anschliessend über den Wärmeaustauscher 8 den Beizbottichen 9a, 9b, 9c und 9d zugeführt zu werden. Zur Förderung der Kristallbildung kann entweder am Kristallisationsgefäss 4 ein Rührwerk 10 vorgesehen werden oder man kann Luft über das Leitungssystem 11 in das Kristallisationsgefäss 4 einblasen.
In Abwandlung des Verfahrens nach der Erfindung ist es auch zweckmässig, zur Förderung der Kristall- bildung und zur Durchführung einer Nachverdampfung das Kristallisationsgefäss 4 an eine Vakuumanlage anzuschliessen. Ferner kann auf den Mischbehälter 7 verzichtet werden und die hochkonzentrierte Beizlösung den Beizbottichen an verschiedenen Stellen zugegeben werden. Es ist auch möglich, im Mischbehälter 7 eine Nachkristallisation, die durch die Mischung bewirkt wird, durchzuführen.
Die erforderliche Frischsäure wird aus dem Messgefäss 12 über das Dosierungsventil 13 dem Kristallisationsgefäss 4 zugegeben oder dem Kreislauf der verbrauchten Beizlösung an einer beliebigen Stelle vor dem Kristallisationsgefäss zugesetzt.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.
In den Verdampfungsturm 3 wird über die Düsen 18 die gebrauchte'Beizlösung der Beizbottiche 9 und
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über die Düsen 19 die bereits eingedampfte Beizlösung aus dem Kristallisationsgefäss eingesprüht, und einem heissen Luftstrom 20 ausgesetzt, der sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zum Säulestrom im Verdampfungsturm 3 gerichtet sein kann.
Die eingedampfte Beizlösung sammelt sich am Boden des Verdampfungsturmes 3 und läuft über das Regelventil 14 dem Kristallisationsgefäss 4 zu, welches einer Vakuumanlage 21 angeschlossen ist.
Im Boden des Kristallisationsgefässes 4 befindet sich eine Vertiefung 15, welche durch ein Sieb 16 abgedeckt ist.
Von der Vertiefung 15 wird über das Leitungssystem und die Pumpe 5 Beizlösung abgesaugt, um wieder dem Verdampfungsturm 3 aufgegeben zu werden. Das Sieb 16, welches die Kristalle von der Vertie- fung abhält, wird durch Luft, die über das Leitungssystem 22 eingeblasen wird, freigehalten. Die durch die Leitungssysteme 22 und 11 einströmende Luft wird so gerichtet, dass die Kristalle in Schwebe gehalten und der Absaugstelle 23 der Salzbreipumpe 17 zugeführt werden. Über die Salzbreipumpe 17 wird die eingedickte kristallhaltige Beizlösung der Zentrifuge 6 und dem Mischungsbehälter 7 zugeführt, um über den Wärmeaustauscher 8 wieder den Beizbottichen 9a, 9b, 9c und 9d zugeleitet zu werden.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Regenerierung von schwefelsäurehaltigen Beizablaugen unter gleichzeitiger Gewinnung von Eisensulfat-Monohydrat durch Verdampfen des Wassers oder eines Teiles des Wassers aus den gebrauchten Beizlösungen, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 2rP/o der stöchiometrisch erforderlichen, zu regenerierenden Beizlösungen über eine Verdampfungsanlage in ein Kristallisationsgefäss geleitet werden, aus dem ein Teil der bereits eingedampften Beizlösung wieder auf die Verdampfungsanlage aufgegeben wird, und dass der nicht behandelte Anteil der gebrauchten Beizlösung zusammen mit der aus dem Kristallisationsgefäss abgezogenen, von den Kristallen befreiten Lösung nach Mischen als Frischbeize wieder den Beizbädern zugesetzt wird.