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FINISSAGE DE SOUDE CAUSTIQUEo
L'invention concerne un proçédé nouveau et perfectionné de fa- brication de soude caustique anhydre solide., et plus particulièrement l'é- vaporation de solutions relativement concentrées de soude caustique pour produire de la soude caustique solide contenant moins de 0,5% d'eau en poids.
Il est connu qu'on peut refroidir des solutions fortement con- centrées de soude caustique de manière à faire .cristalliser de la soude caus- tique anhydre, mais une difficulté qu'on rencontre dans ¯ce procédé consiste dans la centrifugation et le séchage des cristaux ainsi obtenus. Le brevet anglais n . 472.116 décrit et revendique un procédé de production de soude caustique sensiblement anhydre, 'obtenue à partir d'une solution .aqueuse con- .tenant entre 80% et 95% de NaOH, en exposant une grande surface de la solu- tion à une température comprise entre 200 C et 300 C, à un gaz ou une va- peur, dans lesquels on maintient la tension partielle de la vapeur d'eau en dessous de 600 mms de mercure absolus, dans des conditions adiabatiques ou approximativement adiabatiques.
Dans les conditions préférées de ce procédé on effectue l'auto-évaporation par voie adiabatique et isothermique jusqù'à ce qu'elle soit complète, de manière à transformer la solution initiale en vapeur et matière solide anhydre à la même température sans produire de chu- te de tension de vapeur et sans introduire aucune quantité de chaleur dans le système. Un moyen d'effectuer ce procédé consiste à pulvériser une solu- tion de soude caustique vers le bas à travers une tour traversée par un cou- rant d'air ascendant,pour enlever la vapeur deau; on recueille de la soude caustique granulaire au fond de la tour.
Dans une autre application de ce procédé, on autoévapore la,liqueur mère adhérant aux cristaux de soude caustique centrifugés chauds par un courant d'air lent, sans appliquer de chaleur à ce séchage.. L'élimination complète de l'eau de la soude caustique par ces moyens nécessite cependant un temps relativement long si le solide doit contenir moins de 0,5% H2O.
L'invention a pour but de perfectionner le procédé d'auto évapora- tion pour la production de soude caustique décrit dans le paragraphe précé-
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dent. Un autre but est de procurer un nouveau procédé de séparation des der- nières traces d'eau présentes dans les particules de soude caustique ou qui adhèrent aux particules de soude caustique formées à partir de solutions con- centrées de soude caustique.
Suivant la présente invention, on prépare de la soude caustique anhydre solide par un procédé qui comprend la déshydratation de particules solides de soude caustique dans un lit à une température comprise entre 200 et 300 0 en faisant passer un. courant de gaz vers le haut à travers le lit à une vitesse suffisante pour maintenir les particules à 1-'état, fluidifié.
Dans la forme préférée du procédé, on pulvérise une solution aqueuse conte- nant entre 80% et 95% NaOH à une température comprise entre 200 C et 300 C, à travers un courant de gaz inerte vis-à-vis du NaOH, par exemple de l'air de manière à former des granules de soude caustique solide qui s'accumulent sous forme d'un lit, et on maintient-les granules ainsi formés à l'état flui- difié dans ce lit par un courant de gaz ascendant
Dans une forme d'exécution qui permet un maximum de récupération de chaleur-, on fait passer d'abord un courant d'air sec de bas en haut, en sens inverse du courant descendant de particules., à travers une série de lits fluides de granules fluidifiés de NaOH, dans lesquels les granules deviennent progressivement anhydres,
puis vers le haut à travers la pluie tombante de solution pour évacuer la vapeur d'eau formée par l'auto évaporation de la solu- tiona
Le procédé peut s'effectuer dans un appareillage relativement sim- ple dans lequel la corrosion est minimum et la consommation dnergie ou de chaleur est réduite. On peut utiliser différents genres d'appareils, mais on obtient de particulièrement bons résultats en utilisant une tour conique, et choisissant le cône de telle manière que la vitesse du courant de gaz vers le haut soit suffisante à la base pour maintenir les particules solides en un lit dilaté ou bouillonnant, et insuffisante au sommet pour provoquer un entrai- nement notable de la pulvérisation.
Un facteur important consiste dans le réglage de l'évaporation de la pulvérisation de manière à produire un corps solide ayant des dimensions de particules convenant à la déshydratation dans le lit dilaté ou bouillonnant. Tout moyen connu peut être utilisé pour sépa- rer le produit anhydre du lit fluide.
La description du dessin annexé dont la figure unique représente schématiquement une forme d'appareil pouvant servir à l'exécution des opéra- tions conformes à l'invention, fera bien comprendre le processus de celles-ci.
Comme le montre le dessin, la cuve de stockage A renferme une solution de soude caustique qui est pompée et envoyée dans la tour B par un pulvérisateur C. En même temps, de l'air sec est insufflé dans la tour en D.
En B, les gouttes de solution de soude caustique s'évaporent de façon iso- thermique et adiabatique pour former des granules, qui. sont cependant encore humides. Ces granules sont recueillis sur une plaque perforée E où ils sont maintenus en mouvement fluidifiée de préférence sous forme de lit bouillonnant., par le courant d'air ascendant., et ils s'écoulent fraduellement à travers le tube de trop-plein F. On les recueille alors sous forme de granules chauds, sensiblement anhydres, sur la plaque perforée G où on les maintient à nouveau en mouvement fluidifié.
Dans ce lit, les granules sont finalement déshydra- tés et. refroidis, tandis que l'air entrant s'échauffe. Les granules secs froids quittent alors l'appareil par le tube de trop-plein H. L'air chargé d'humidité quitte l'appareil en J. La hauteur totale de la tour peut a-ttein- dre avantageusement. 10,50 à 27 mètres (35 à 90 pieds), comprenant de préfé- rence 1,80 à 3,00 mètres (6-10 pieds) entre les plateaux G et E, 3,00 à 9,00 mètres (10 à 30 pieds) de lit au-dessus du plateau E, et 3,00 à 9,,00 mè- tres (10 à 30 pieds) entre le pulvérisateur C et le dessus du lit. Le dia- mètre de la tour peut être de 1,80 à 4,50 mètres (6-15 pieds).
Les épais- seurs des lits sur les plateaux E et G doiventêtre suffisantes pour assurer le temps nécessaire à une déshydratation sensiblement complète. Suivant les conditions, une durée de 5 minutes à 30 minutes convient.
Pour réaliser une récupération plus complète de la chaleur il
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est-, souvent désirable d'utiliser plus de deux lits fluidifies, de sorte
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quz 1'a.ir entrant rencontre un lit relativement froid à environ 10000, puis -? éléire è, travers deux ou plusieurs lits dans lesquels la température s' é lève progressivement à 200-28000; de préférence 2502z50 G, de préférence 250-2oO C. Pour maintenir Ges températures aussi élevées qu'il convient, le volume d'air ne doit pas être trop élevé, mais le volume minimum d'air est réglé par le volume nécessaire à la fluidification des lits et à l'entraîne- ment de la vapeur d'eau dégagée.
Il est avantageux d'évacuer l'air chargé d'humidité au voisi- nage du sommet de la tour, à travers -Lui cyclone K pour séparer de fines particules de solides ou de pulvérisation qui ont pu être entraînées et qui sont renvoyées au réservoir d'alimentation, puis de faire passer l'air à travers un réfrigérant L pour condenser l'humidité et de préférence à tra- vers un réchauffeur avant de le renvoyer au pied de la tour.
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Le procédé de l'invention est illustré davantage par l'exeln-ple suivant,.
EXEMPLE
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L'appareil consiste en une tour verticale seni-industrielle, munie de tuyères de pulvérisation au-dessus pour introduire la liqueur sous forme de fines gouttes;, une sortie pour échappement- de l'air chargé d hu midrgé, et un plateau perforé au fond. On fait passer un courant d'air à 200 C à -travers le plateau perforé à raison de 200 mètres cubes par heure.
On pulvérise une solution ayant une température de 280 G et contenant 92% NaOH dans la tour;, a raison de 250 litres par heure. On recueille 'des granules de soude caustique sur le plateau perforé eton les sèche davantage en les y maintenant pendant une demi-heure sous forme de lit fluide. Ils se déversent par un tube de trop-plein dans une chambre collectrice. Les granules ainsi obtenus renferment 0,07 % H20.
On peut utiliser différents gaz pour former le courant fluide,
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utilisé à la fluidification des granules de soude caustique,, et aussi à la solidification de la solution caustique pulvérisée par un contre-courant au contact des gouttes pulvérisées de solution. On préfère utiliser comme gaz de 1-'air-, qu'on peut, si on le désire, débarrasser de sa teneur en CO2 et sécher.
Le gaz utilisé ne doit pas réagir avec la soude caustique, c'est-à dire qu'il doit être inerte par rapport à la soude caustique, et des exemples d'autres gaz pouvant être employés, comprennent le méthane, le gaz naturel, des gaz rares, etc. On remet de préférence en circulation le courant de gaz après l'avoir traité pour en séparer 1-le-au.
La dimension des gouttes formées par le pulvérisateur ou par
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d'* autres moyens de formation de gouttes de la solution de soude caustique, n'est pas critique et on peut utiliser en substance n'importe quel type de. tuyères de pulvérisation ou d'autres moyens pour cet usage.
On obtient ce-
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pendant de particulièrement bons résultats lorsque l'appareil est construit de manière à produire des gouttes formant des granules ayant une dimension moyenne de particules comprise entre 0,2 et 2,0 mm de diamètres de préféren- ce entre 0,5 et 1,0 mm de diamètre Un point important consiste à mettre en relation mutuslle la dimension des gouttes du pulvérisateur, la hauteur de chute à travers la tour et la vitesse du courant de gaz ascendant., de tel- le sorte que les gouttes soient transformées en granules superficiellement secs lorsqu.'elles atteignent le lit fluidifié.
De cette manières, toute ten- dance de la soude caustique à se solidifier en adhérant aux parois, ou de former des amas dans le lit fluidifiée est aisément évitée. ll est remarqua-
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bile qu'une telle relation mutuelle puisse être obtenue et qu'on puisse pu1vé riser une liqueur de cette manière en un lit fluidifié de granules sans qu'il ne se produise aucune formation d'amas collants ou de concrétions. Un mode préféré de pulvérisation consiste à pulvériser la liqueur vers le haut de manière qu'elle s'élève à une hauteur considérable puis qu'elle tombe sous forme de granules sur le lit fluidifié.
On obtient ainsi un meilleur contrô- le du séchage initial et de la dimension des particules sans qu'une hauteur plus grande soit nécessaire.
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Le débit du courant de gaz dépend dans une large mesure de la forme exacte de l'appareil utilisé à l'exécution du procédé. Cependant iL est évident que la vitesse du courant de gaz dans la zone dans laquelle s'accumulent les granules de NaOH solides doit être comprise dans une gamme de vitesses assurant la formation d'un lit dilaté ou bouillonnant de parti- cules, appelé ici lit fluidifié, et ne doit pas être compris dans la gamme de vitesses provoquant l'entraînement des particules et leur transport dans la zone dans laquelle les gouttes de solution de soude caustique sont mises en contact avec le courant de gaz avant leur solidification.
Cepen- dant, lorsqu'on utilise le genre d'appareil préféré, qui consiste en une tour allant en s'élargissant, la possibilité d'entraînement de particules est fortement réduite, du fait qu'une vitesse du courant de gaz à la base de la tour suffisante à la fluidification des granules, tombe automati- quement, dans la partie supérieure de la tour, en dessous'de la vitesse à laquelle peut se produire un entraînement de particules ou de gouttes.
Ce- pendant, en conduisant l'opération de manière à former des particules ayant la dimension préférée indiquée plus haut, oh obtient de bons résultats- en utilisant une vitesse de gaz comprise entre 0,15 et 3,00 mètres par seconde, de préférence entre 0,30 et 1,80 mètre par seconde (1 et 6 pieds par secon- de) et spécialement entre 0,60 et 1,20 mètres par seconde (2 et 4 pieds par seconde) dans la zone de fluidification des granules solides.
Si on fait passer un courant de gaz vers le haut à travers un lit de particules séparées, la perte de charge augmente d'abord de façon li- néaire avec l'augmentation de la vitesse du gaz. On atteint ensuite un point au delà duquel la chute de pression n'augmente pas aussi rapidement que. la vitesse du gaz, où le volume du lit augmente d'environ 10%, et où le lit acquiert certaines propriétés d'un liquide, telle que la faculté de pouvoir être remué ou versé, et peut être appelé "lit dilaté". Si la vitesse du gaz augmente encore, les particules acquièrent un mouvement semblable à celui ob- servé à la surface d'un liquide en ébullition et on peut alors l'appeler "lit bouillonnant". A ce moment, la perte de charge est sensiblement indépen- dante de la vitesse.
Une augmentation encore plus grande de la vitesse du gaz provoque une nouvelle dilatation du lit, et en même temps l'entraînement des particules dans le courant de gaz, .et cet état peut être dénommé "courant en- traîné".
L'expression "état fluidifié" utilisée ici s'applique aux parti- cules contenues aussi bien dans un lit dilaté que dans un lit bouillonnant, comme décrit plus haut.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de préparation de soude caustique anhydre solide, caractérisé en ce qu'on déshydrate les particules solides dé soude causti- que dans un lit à une température comprise entre 200 et 300 en faisant pas- ser un courant de gaz ascendant à travers le lit à une vitesse suffisante pour maintenir les particules à l'état fluidifié.
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CAUSTIC SODA FINISH
The invention relates to a new and improved process for the manufacture of solid anhydrous caustic soda, and more particularly to the vaporization of relatively concentrated solutions of caustic soda to produce solid caustic soda containing less than 0.5% of the sodium hydroxide solution. water by weight.
It is known that highly concentrated solutions of caustic soda can be cooled so as to crystallize anhydrous caustic soda, but one difficulty encountered in this process consists in the centrifugation and drying of the caustic soda. crystals thus obtained. The English patent n. 472,116 describes and claims a process for the production of substantially anhydrous caustic soda, obtained from an aqueous solution containing between 80% and 95% NaOH, by exposing a large area of the solution to a temperature. between 200 C and 300 C, to a gas or a vapor, in which the partial pressure of the water vapor is maintained below 600 mm of absolute mercury, under adiabatic or approximately adiabatic conditions.
Under the preferred conditions of this process, the self-evaporation is carried out adiabatically and isothermally until it is complete, so as to transform the initial solution into vapor and anhydrous solid at the same temperature without producing heat. - vapor pressure and without introducing any quantity of heat into the system. One way to carry out this process is to spray a caustic soda solution downwardly through a tower through which an upward current of air flows, to remove the water vapor; granular caustic soda is collected at the bottom of the tower.
In another application of this process, the mother liquor adhering to the hot centrifuged caustic soda crystals is auto-evaporated off by a slow current of air, without applying heat to this drying. Complete removal of the water from the soda ash caustic by these means, however, requires a relatively long time if the solid is to contain less than 0.5% H2O.
The object of the invention is to improve the self-evaporation process for the production of caustic soda described in the preceding paragraph.
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tooth. Another object is to provide a novel process for separating the last traces of water present in the caustic soda particles or which adhere to the caustic soda particles formed from concentrated solutions of caustic soda.
According to the present invention, solid anhydrous caustic soda is prepared by a process which comprises the dehydration of solid particles of caustic soda in a bed at a temperature of between 200 and 300 0 by passing a. gas stream upward through the bed at a rate sufficient to maintain the particles in a 1-state, fluidized.
In the preferred form of the process, an aqueous solution containing between 80% and 95% NaOH is sprayed at a temperature of between 200 ° C and 300 ° C, through a stream of gas inert to NaOH, for example. air so as to form granules of solid caustic soda which accumulate in the form of a bed, and the granules thus formed are maintained in the fluidized state in this bed by an ascending stream of gas
In an embodiment which allows maximum heat recovery, a stream of dry air is first passed from the bottom upwards, in the opposite direction to the downward stream of particles, through a series of fluid beds. fluidized granules of NaOH, in which the granules gradually become anhydrous,
then upwards through the falling rain of solution to evacuate the water vapor formed by the self-evaporation of the solutiona
The process can be carried out in a relatively simple apparatus in which corrosion is minimal and energy or heat consumption is reduced. Different kinds of apparatus can be used, but particularly good results are obtained by using a conical tower, and choosing the cone in such a way that the speed of the upward gas stream is sufficient at the base to keep the solid particles in. an expanded or bubbling bed, and insufficient at the top to cause significant spray drive.
An important factor is controlling the evaporation of the spray to produce a solid body having particle sizes suitable for dehydration in the expanded or bubbling bed. Any known means can be used to separate the anhydrous product from the fluid bed.
The description of the accompanying drawing, the single figure of which schematically represents one form of apparatus which can be used for carrying out the operations according to the invention, will make the process thereof clearly understood.
As shown in the drawing, the storage tank A contains a caustic soda solution which is pumped and sent to the tower B by a sprayer C. At the same time, dry air is blown into the tower in D.
In B, the drops of caustic soda solution evaporate isothermally and adiabatically to form granules, which. are however still wet. These granules are collected on a perforated plate E where they are kept in fluidized movement, preferably in the form of a bubbling bed, by the ascending air current., And they flow gradually through the overflow tube F. They are then collected in the form of hot, substantially anhydrous granules on the perforated plate G where they are again kept in fluidized movement.
In this bed, the granules are finally dehydrated and. cooled, while the incoming air heats up. The cold dry granules then leave the apparatus through the overflow tube H. The moisture-laden air leaves the apparatus in J. The total height of the tower can advantageously be reached. 10.50 to 27 meters (35 to 90 feet), preferably comprising 1.80 to 3.00 meters (6-10 feet) between platforms G and E, 3.00 to 9.00 meters (10 to 30 feet) of bed above bed E, and 3.00 to 9.00 meters (10 to 30 feet) between sprayer C and top of bed. The diameter of the tower can be from 1.80 to 4.50 meters (6-15 feet).
The thicknesses of the beds on trays E and G must be sufficient to ensure the time necessary for substantially complete dehydration. Depending on the conditions, a duration of 5 minutes to 30 minutes is suitable.
To achieve more complete heat recovery,
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is often desirable to use more than two fluidized beds, so
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that the incoming air meets a relatively cold bed at around 10,000, then -? elect, through two or more beds in which the temperature gradually rises to 200-28000; preferably 2502z50 G, preferably 250-2oO C. To maintain Ges temperatures as high as appropriate, the air volume should not be too high, but the minimum air volume is regulated by the volume necessary for the fluidization of the beds and the entrainment of the released water vapor.
It is advantageous to evacuate the air laden with humidity in the vicinity of the top of the tower, through cyclone K to separate fine particles of solids or spray which may have been entrained and which are returned to the tank. supply, then passing the air through a refrigerant L to condense the humidity and preferably through a heater before returning it to the base of the tower.
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The method of the invention is further illustrated by the following exeln-ple ,.
EXAMPLE
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The apparatus consists of a seni-industrial vertical tower, fitted with spray nozzles above to introduce the liquor in the form of fine drops ;, an outlet for exhaust- air laden with hu midrgé, and a perforated plate at the top. background. A stream of air at 200 ° C. is passed through the perforated plate at a rate of 200 cubic meters per hour.
A solution having a temperature of 280 G and containing 92% NaOH is sprayed into the tower ;, at a rate of 250 liters per hour. Caustic soda granules are collected on the perforated tray and dried further by holding them there for half an hour in the form of a fluid bed. They flow through an overflow tube into a collecting chamber. The granules thus obtained contain 0.07% H20.
Different gases can be used to form the fluid stream,
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used for the fluidization of the caustic soda granules, and also for the solidification of the caustic solution sprayed by a counter-current in contact with the sprayed drops of solution. It is preferred to use as the gas air, which can, if desired, be stripped of its CO 2 content and dried.
The gas used must not react with the caustic soda, i.e. it must be inert with respect to the caustic soda, and examples of other gases which can be used include methane, natural gas, rare gases, etc. The gas stream is preferably recirculated after having treated it to separate 1-le-au.
The size of the drops formed by the sprayer or
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* other means of forming drops of the caustic soda solution, is not critical and any kind of substance can be used. spray nozzles or other means therefor.
We get this-
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for particularly good results when the apparatus is constructed to produce granule-forming drops having an average particle size between 0.2 and 2.0 mm, preferably between 0.5 and 1.0 mm diameter mm in diameter An important point is to relate the size of the sprayer drops, the drop height through the tower and the speed of the upward gas stream., so that the drops are superficially transformed into granules. dry when they reach the fluidized bed.
In this way, any tendency of the caustic soda to solidify by adhering to the walls, or to form clumps in the fluidized bed, is easily avoided. He is noticed
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However, such a mutual relationship can be achieved and a liquor can be made in this way into a fluidized bed of granules without any sticky clumps or concretions occurring. A preferred mode of spraying is to spray the liquor upwardly so that it rises to a considerable height and then falls as granules onto the fluidized bed.
This gives better control of initial drying and particle size without the need for a greater height.
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The flow rate of the gas stream depends to a large extent on the exact form of the apparatus used in carrying out the process. However, it is evident that the velocity of the gas stream in the zone in which the solid NaOH granules accumulate must be within a range of velocities ensuring the formation of an expanding or bubbling bed of particles, referred to herein as a bed. fluidized, and must not be included in the range of speeds causing the entrainment of the particles and their transport in the zone in which the drops of caustic soda solution are brought into contact with the gas stream before their solidification.
However, when using the preferred kind of apparatus, which consists of a widening tower, the possibility of entrainment of particles is greatly reduced, since a velocity of the gas stream at the base is greatly reduced. of the tower sufficient for the fluidization of the granules, automatically falls, in the upper part of the tower, below the speed at which an entrainment of particles or drops can occur.
However, by carrying out the operation so as to form particles having the preferred size indicated above, good results are obtained by using a gas velocity of between 0.15 and 3.00 meters per second, preferably. between 0.30 and 1.80 meters per second (1 and 6 feet per second) and especially between 0.60 and 1.20 meters per second (2 and 4 feet per second) in the solid granule fluidization zone .
If an upward stream of gas is passed through a bed of separated particles, the pressure drop first increases linearly with increasing gas velocity. Then a point is reached beyond which the pressure drop does not increase as rapidly as. gas velocity, where the volume of the bed increases by about 10%, and where the bed acquires certain properties of a liquid, such as the ability to be stirred or poured, and may be called an "expanded bed". If the speed of the gas increases further, the particles acquire a motion similar to that observed on the surface of a boiling liquid and can then be called a "bubbling bed". At this time, the pressure drop is substantially independent of the speed.
An even greater increase in gas velocity causes further expansion of the bed, and at the same time entrainment of particles in the gas stream, and this state may be referred to as "entrained current".
The term "fluidized state" as used herein applies to particles contained in both an expanded bed and an ebullated bed, as described above.
CLAIMS
1.- Process for preparing solid anhydrous caustic soda, characterized in that the solid particles of caustic soda are dehydrated in a bed at a temperature of between 200 and 300 by passing an ascending gas stream through it. the bed at a speed sufficient to maintain the particles in the fluidized state.