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Procédé de production de carbonate de sodium dense-
La présente invention concerne un procède de transforma tion de carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dont* et en particulier en carbonate de sodium dont* convenatn pour la fabri- cation du verre.
Une grande quantité de carbonate de sodium dense produi- te est destinée à l'industrie du verre qui utilise du sable fin pour que le mélange fonde rapidement et il en est résulté une grande consommation de carbonate de sodium d'une granulome trie correspon- dante. La vitesse de fusion est d'autant plus grande et la ségré- gation des matières mélangées avant ou pendant la fusion est d'au-
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tant plus faible que la granulométrie du carbonate de sodium se rapproche plus de 'celle des sables fin* utilisés. On a noté qu'une teneur élevée en chlorure de sodium du carbonate de sodium dense a un effet défavorable sur la durée de service des ouïes et peut être considérée de façon générale comme
indésirable en raison de l'abaissement du titre en Na2CO3 du carbonate de sodium dense.
Le carbonate de sodium léger qui est un produit ordi- naire du commerce est une matière pulvérulente de bas poids spéci- tique (environ 500 g par litre) qui contient des quantités appré- ciables d'impuretés et en particulier de chlorure de sodium et qui ne convient pas pour la fabrication du verre.
Un procédé classique de transformation du carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dense consiste à mélanger un excès d'eau chaude avec le car- bonate de sodium léger chaud pour provoquer la formation de cristaux de monohydrate. Cette masse humide est alors transférée dans un séchoir où l'eau libre et l'eau de cristallisation s'éli- minent en abandonnant du carbonate de sodium anhydre.
Ou point de vue chimique. le carbonate de sodium dense obtenu n'est pas meil- leur que le carbonate de sodium léger et vu que diverses matières sont ajoutées habituellement au mélange comme agents de cristalli- sation, le carbonate de sodium dense obtenu est souvent moins pur que le carbonate de sodium léger dont il provient. De même, les propriétés physiques du carbonate de sodium dense laissent beaucoup à désirer, parce que ses cristaux sont sujets à rupture et attrition avec formation de poussières et de fines et paroe qu'il contient souvent des impuretés occluses.
L'invention a pour objet un procédé de transformation de carbonate de sodium léger en carbonate de sodium dense ayant une haute pureté ainsi que des dimensions et un habitua cristallin le rendant éminemment apte à la fabrication du verre.
Le procédé de l'invention consiste à mélanger, dans une zone de mélange, du carbonate de sodium léger avec une solution aqueuse à 4-16 et de
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préférence à 10-14% en poids do chlorure dit 1041Wft et à 10"2? et de préférence 12-21?S en poids de carbonate de sodium pour formai une suspension de carbonate de sodium dispersé dans le liquida aqueux où les particules solides représentent 10 à 20 et de préfé-
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ronce 13 à 17$ en poids de la suspension,
à maintenir la solution aqueuse pendant le Mélange avec le carbonate de sodium léger à une température inférieure de 5 C au maximum et de préférence de
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1 à 300 à la température de transition du carbonate de sodium monohydraté en carbonate de sodium, .
soutirer la suspension de la zone de mélange, de préférence après un temps de séjour de moins de 5 minutes, à introduire la suspension dans un or1.ta111- soir, à maintenir le cristallisoir k une température de 7 à 10*0 et de préférence de 7 à 900 au-dessous de la température de transi* tion pour former du carbonate de sodium monoh1dratd cristallin, à séparer le carbonate de sodium monohydraté cristallin de la liqueur- mère, à le laver pour éliminer les Impuretés adhérentes, à le sécher pour obtenir du carbonate de sodium anhydre dense et à renvoyer
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la liqueur-mare avec un supplément d'eau a la sono de Mélange pour les mélanger avec un supplément de carbonate de sodium léger.
Le carbonate de sodium dense de haute qualité doit satisfaire a certains critères de composition chimique, de gratta*
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losltr1., de densité apparente et de géométrie des grains, tue proue cédé de l'invention a permis d'obtenir du earbonate de sodium dense satisfaisant de ces quatre points de vue. Il en est résulté
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une amélioration nette du titre, la teneur moyenne en X*2CO3 du produit obtenu suivant l'invention étant de 99,an - lieu de 99,72]1: pour la carbonate de sodium léger et de 9962% pour le car. bonate de sodium dense ordinaire, La teneur de ce sel en chlorure de sodium et en sulfate de sodium est particulièrement 1ço"t.lnte pour sa qualité.
Le carbonate de sodium dense ordinaire contient O,p3e de gaGl et le carbonate de sodium léger servant à le préparer contient habituellement 0,2$ de JUC1, tandis que le produit da.
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procédé de l'invention contient d'habitude 0#04% de ohloruet de sodium ou bien moine. Le sulfate de sodium est également une :trapu- reté normale du carbonate de sodium et représente habituellement
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0*0l± du carbonate de sodium donne et du carbonate de sodium léger ordinaire.. Le produit de l'invention contient moins de
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O,004 de sulfite de sodium. De mène, la quantité de carbonate de magnésium dans le produit suivant l'invention est environ la soi fie de celle qui est généralement présente dans les carbonates de sodium denses et légers ordinaires.
La granulométrie du carbonate de sodium dense obtenu doit être approximativement celle du sable utilisé en verrerie,
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c'est-à-dire que le spectre granulométrique du carbonate de sodium dense doit être raisonnablement proche de celui du sable. Le ta- bleau ci-après compare le spectre granulométrique du carbonate de sodium dense obtenu par le procédé suivant l'invention avec celui de sables provenant de deux origines.
Spectres granulome triques (% restant sur chaque tamis)
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Taais Tyler n* Carbonate de Sable de Sable de (ouverture en sodium dense H<ml<y Pem microns) #20 (840) , 30% (5") (420) 1 z 2sa)
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<tb> (il?) <SEP> "
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as> * (7,4)
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Le carbonate de sodium dense noia pas un spectre granulowetrique identique à celui des sables, malt on considère quli est suffisast- ment proche de celui de chacun des sables.
Des poids spécifiques apparents pour 19 eâfbca* de sodium anhydre compris entre environ 950 et 1079 a/litre sent on* sidérés oeoaa't wxo<H<mt< pour la fabrication du verra* tue earbongte de sodium donne obtenu par le proo4di de l'1nY",t1on a un poids spécifique apparent comprit entre 975 et 1050 a/l1tr.. tit poids spécifique apitrent ne doit pas ttre considéré stul, mais an apport avec la tome ot la dimension moyenne dit grains qui ont un effet sensible sur le poids xpdoifique résultant. tiaigl 4r*tîon pendant la cristallisation ou le séchage affecte d'fayorab1811ent le poids spécifique. Les particules de petite dimension tendent à augmenter le poids spécifique Une matière non anguleuse tend également à avoir un poids spécifique apparent élève.
La qualité du carbonate de sodium dense est déterminée également par la géométrie des
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grains, a'est-à-dire leur aspect et leur forme* Le carbonate de sodium dont* obtenu par cristallisation par le procédé suivant l'invention est constitué par les squelettes qu'abandonne le monohydrate par déshydratation. Extérieurement, les cristaux pré-
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tirés ressemblent à des prismes rectangulaires a arêtes intactes.
Le produit obtenu par le procédé de l'invention a normalement un rapport hauteurtiargeunlongueur de 18182-3, mais la longueur peut être accrue si on le désire. La ségrégation du produit dans des mélanges aveo du sable est minimum et est très proche de celle que donne le carbonate de sodium cubique.
La production industrielle rationnelle du carbonate de sodium exige non seulement la préparation d'un produit de haute qualité mais également l'application d'un procédé efficace et évitant les difficultés d'exécution habituelles d'une telle fabri- cation. La difficulté habituelle de la production du carbonate de sodium dense est "l'entartrage" ou dépôt de sol sur les surfaces
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de l'installation, et qui entraîne son 0011lata.1 et nécessite des arrêts fréquents qui réduisent la production, Dans le procédé de l'invention, l'entartrage est tellement faible qu'il n'a pas d'effet sensible.
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Une tome de réalisation préférée du prooédé de lbînVD- tison est décrit* ci-aprês avec référence au dessin annexé qui est un tableau de marche
Dans le destin, une solution aqueuse de chlorure de sodium et de carbonate de sodium est introduite par le tuyau 1
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dans un réservoir de préaélangt 2 muni d'un dispositif 4'ae1tat1oQ approprié 3 permettant d'en agiter énergiquement le contenu.
La solution aqueuse contient 4 à 16 et de préférence 10 à 14% en poids de chlorure de sodium. le chlorure de sodium en excès sur
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les z environ tend à se séparer de la solution par cristallisa- tion et sa présence doit ttre évitée, tandis que des quantités tntbrieurea $ 1,, environ donnent des résultats médiocres* Le chlo. rure de sodium permet de travailler à des températures moins il*-
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veea d'induire une bonne cristallisation rapide et d'empêcher l'entartrage.
La solution aqueuse, qui est de la liqueur-mere- r.0101é., contient du carbonate de sodium dissous qui est normale- ment à la saturation ou à peu près, La solution aqueuse entrant dans le réservoir de primêlange 2 par le tuyau 1 contient$ de pré- férencop une quantité faible ou nulle de carbonate de sodium mono- hydraté solide parce qu'on a trouvé que la présence de cristaux
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de monohydrate pénétrant ainsi dans le réservoir de prfm61tnl' tend à y provoquer une transformation prématurée et l'entartrage.
Le carbonate de sodium léger est introduit par le
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tuyau 4 dans le réservoir de prmé.angs et le mélange est agite énergiquement par un dispositif d'agitation approprié par exemple un agitateur Cowles. Les températures régnant dans le réservoir de prémélange sont critiques et doivent être maintenues inférieures, mais d'environ 5 C au maximum, à la température de transition de
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la réaction Ua,00,*HPO ssssaa: lta200, + 82 .
Aux températures in- férieures à la température de transition l'entartrage est rapide Toutefois, on a découvert que la présence du chlorure de sodium à la concentration requise dans la solution aqueuse évite l'en-
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tartrage si la température est maintenue à 5"C au maximum au. dessous de la température de transition. Il est donc important que la concentration en sel de la solution aqueuse conserve sa valeur et que la température soit maintenue entre les limites cri- tiques qui sont une valeur juste inférieure à la température de
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transition et une valeur de 500 au maximum et d'environ 300 de préférence au-dessous de la température de transition.
La tempéra- ture de transition d'une solution aqueuse sensiblement saturée en carbonate de sodium dépend de sa concentration en chlorure de
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sodium* Pour une concentration en chlorure de sodium de J.1., la température de transition est d'environ 14"1'C et cette valeur di minue à mesure que la concentration augmente, de sorte qu'à une concentration d'environ 16% en chlorure de sodium, la température de transition est d'environ 102S*C.
La température dans le 1'4..1'. voir de prêmêlange doit être maintenue soigneusement, de façon à ne pas être inférieure de plus de 5$C à la température de transi- tion et elle ne peut tomber au-dessous d'environ 102*C lorsque la solution aqueuse contient 4% de chlorure de sodium ni au-dessous
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d'environ 97,5.C lorsqu'elle contient 16% de chlorure de sodium# En pratique, on obtient d'excellents résultats en maintenant la température dans le réservoir de prdedlxage à une valeur de 2 3*C inférieure à la température de transition*
Le réglage de la température dans le réservoir de pré- mélange 2 peut être obtenu en agissant sur la température de la
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liqueur de mise en suspension entrant par le tuyau 1,
par ozmple en la préchauffant à la température requise avant qu'elle n'entre dans le réservoir de prêm4lange 2* On réglage J\lpplé8et&1r. de la t.88p4.rata.r. de la liqueur dans le réservoir de prAtéleate 2 peut
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être assuré en insufflant de l'air par le tuyau 5 à la surface du liquide ce quia par évaporation, entraîne un refroidissement de la masse de liquide ou bien en réduisant la pression dans le réser- voir, ce qui provoque une évaporation et un refroidissement du liquide.
La température du carbonate de sodium léger entrant par le tuyau 4 n'est pas critique et peut varier entre une valeur n'atteignant qu'environ 30 C et une autre pouvant atteindre 180 C.
En pratique, cela offre l'avantage de permettre l'utilisation de carbonate de sodium léger provenant de sources à diverses tempéra- tures. La mise en suspension du carbonate de sodium léger dans la liqueur aqueuse du réservoir de prémélange 2 se fait en un temps très courte de l'ordre de 0,5 à environ 5 minutes, ce qui est évi- demment intéressant en raison des grands débits possibles. On peut recourir à des temps de séjour de plus de 5 minutes dans le réser. voir de prémélange, mais ils ne sont pas avantageux parce qu'ils tendent à induire l'entartrage et à donner un produit de qualité .oins bonne.
La liqueur contenant les solides en suspension est transférée du réservoir de prémélange 2 par le tuyau 6 au cristal. llsoir 7 qui peut être un cristallisoir ordinaire ianni d'un cylindre 8 et d'un agitateur 9 qui fait circuler la suspension vers le haut dans le cylindre. La concentration des solides en suspension dans le eristallisoir peut varier entre environ 5 et 25% en volume de solides déposés.
La température de la suspension circulant dans le eristallitoir 7 est critique et doit être maintenu* entre environ 7 et 10 et de préférence entre ? et 9 au-dessous de la température de transition, et varie évidemment avec la concentration en chlo- rure de sodium de la solution, Par exemple, pour une concentration en chlorure de sodium de 12%, l'intervalle est de 94,5 à 97 C.
Au-dessous de ces températures, les cristaux deviennent trop joncs et trop fins et au-dessus de cet intervalle la vitesse de transfor-
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mation diminue ce qui provoque l'entartrage des parois du cristal- lisoir et de l'installation en aval du cristallisoir. Le chlorure de sodium présent à la concentration désirée favorise la formation de cristaux ayant une géométrie utile et inhibe l'entartrage* Il est étonnant que mime lorsque des quantité* relativement impor- tantes de chlorure de sodium sont dissoutes dans la phase liquide,
celui-ci ne précipite pas et que les cristaux de carbonate de sodium monohydraté obtenus soient denses, durs et à surface unie et ne contiennent pas de chlorure de sodium occlus,
La température régnant dans le cristallisoir peut être réglée à l'aide d'un courant d'air variable Introduit par le tuyau 11 au sommet du cristallisoir 7 et passant à la surface de la li- queur.
D'autres moyens de réglage de la température peuvent être utilisés$ par exemple un vide réglable régnant dans un tuyau de sortit de vapeur et maintenant constante la température d'ébulli- tion de la liqueur en surface* La formation des cristaux est rela. tivement rapide et des cristaux ayant le spectre granulométrique requis sont produits normalement en un temps de séjour d'environ 7 à 10 minutes, mais des temps plus longs ou plus courts, par exemple de 5 à 30 minutes, peuvent être utilisés pour arriver à d'autres spectres granulométriques.
Les cristaux de carbonate de sodium monohydraté de la liqueur mère sont amenés du cristallisoir 7 par le tuyau 12 dans un classificateur 13 qui peut être d'un type quelconque, par exemple un olassifioatéur Doorolone de la Dorr-Cliver Co., Stamford, Conn. Le classificateur opère une séparation des cristaux de monohydrate préalable à une séparation plus complète de la liqueur- mère dans la centrifugeuse.
Le classificateur sépare la majeure partie de la liqueur-mère (soutirée par le tuyau 14) des cristaux de carbonate de sodium monohydraté (qui sont soutirés par le tuyau 15) et, si on le désire, un troisième courant, non indiqué, contenant de fines particules de carbonate de sodium solide de
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Moins de 149 microns.. peut tire soutiré du classificateur et ren- voyé directement au cristallisoir 7.
La séparation des cristaux de carbonate de sodium mono- hydraté de la suspension dans la liqueur-mère s'écoulant par le tuyau 15 se fait dans une centrifugeuse ordinaire 16, par exemple une centrifugeuse Baker Perkins ter Meer Centrifugal. Les cristaux peuvent être lavés à l'aide d'eau de lavage entrant par le tuyau 17 et qui est de préférence chauffée à une température de 60 à 90 C. La quantité d'eau de lavage nécessaire est relativement petite et habituellement d'environ 0,1 à 0,2 partie en poids d'eau par partie en poids de tourteau pour donner des cristaux contenant moins de 0,05% de chlorure de sodium.
Les cristaux de carbonate de sodium monohydraté cen- trifugés et lavé. contenant,, moins de 5% d'eau libre sont amen'. par le tuyau 18 dans le séchoir 19 qui peut tire un séchoir tubu- laire à vapeur classique..
Les conditions les plus favorables de fonctionnement du séchoir tubulaire à vapeur sont celles assurant une température de sortie inférieure à 180 C et supérieure à 150 C, une température des gaz de sortie, mesurée au thermomètre sec et au thermomètre humide de plus de 98 C et de moins de 80 C respectivement, une vitesse périphérique du séchoir supérieure à 22,86 m/minute, un temps de séjour supérieur à 22 minutes, une teneur en humidité libre inférieure à 3% dans l'alimentation et une température d'alimentation supérieure à 60 C. Le carbonate de sodium anhydre dense obtenu est soutiré du séchoir par le tuyau 21.
La liqueur-mère séparée dans la centrifugeuse est ren- voyée par le tuyau 22 au réservoir 23 dans lequel pénètre également, par le tuyau 14, la liqueur issue du classificateur 13. Du chlo- rure de sodium (de préférence sous forme de saumure) est introduit dans le système par le tuyau 24.
Normalement, le chlorure de sodium est Introduit en quantité requise uniquement au début des opéra- tions. Pendant l'exécution du procédé, en particulier si le car-
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bonate de sodium léger contient une quantité sensible de chlorure de sodium,, la concentration de la liqueur-mère en chlorure de sodium peut atteindra une valeur trop élevée et la concentration requise peut être rétablie en soutirant une petite quantité de liquide au fond du réservoir 23 par le tuyau 25.
Des solides ou des impuretés éventuels se déposant au fond du réservoir 23 peuvent
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être soutirés également par le tuyau 259 La liqueur"Mere contenant un peu de particules fines de carbonate de sodium solide est .ou. tiré@ du réservoir 23 par le tuyau 26. De l'eau d'appoint est introduite par le tuyau 27 et mélangée à la liqueur-mère dans le tuyau 26 pour remplacer l'eau perdue dans le système. L'eau d'ap- point sert également à dissoudre les fines particules de carbonate de sodium solide éventuellement présentes* Le mélange de liqueur- mère et d'eau d'appoint est passé dans un filtre (non indiqué)
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pour éliminer tous les solides.
Le mélange d'eau et de liqueur-arbre passe alors par le tuyau 28 dans un réchauffeur 29 qui peut être un simple échangeur de chaleur où la liqueur s'échauffe par con- tact direct avec de la vapeur d'eau sous txna pression de 7,03
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à 2,1.1 kg/=2 au manomètre entrant par le tuyau 31 et soutirée par le tuyau 32. La liqueur préchauffée passe alors par le tuyau
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1 dans le réservoir de prim4lanc, 2.
±' exemple suivant illustre l'invention.
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P!t1'Lf...: Dane une installation semblable à malt que reprisent@ le dessin, un courant de solution aqueuse (liqueur de recyclage) qui contient 13j.l% de ...CI et 16, de 1a03, est tdstis de façon continue avec un débit de 31,4 litres/minute dans tm réservoir de prlaw en Jl1ae teeps que du carbonate de sodium liger du com- merce admis par le somet du réservoir avec m débit de 7.966 lcdj minute. Le réservoir de préaélanjce a an volcoie efficace d'envi roc 151,2 litres et une agitation énergique est assurée par vta *41=w leur Copies. La teapérature 1IOft'm'1e 48n. le réservoir 4e P,.4Ia-, @
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te est de 102*0# c'est-'a-dire environ 2*0 au-dessous 'de la tempéra* ture de transition.
De l'air est insufflé avec un débit d'environ 0,27 kg/minute sur la surface du liquide dans le réservoir de
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prémélange, afin de régler la température*
Une suspension ayant la composition suivante est ame- née de façon continue du réservoir de prémélange dans le cristal* liscir.
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Na2C03 1 l'état wolide 6,94 kg/minute NaC1 à l'état dissous 5,08 kg/minute Na2CO3 à l'état dissous 6,98 kg/minute
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sào 27,3 kg/minutes La vitesse de circulation dans le cristallinoîr est d'environ 3,66 à 4,26 */minute* La concentration en solides de la suspen- ,%Ion est d'environ 10 à 15% en volumes sédimentés. La température dans le eristallisoir est de 96,5 C en moyenne, c'est-à-dire 7 C au-dessous de la température de transition. On ne constate aucun colmatage à la sortie du eristallisoir, ni dans la classification se trouvant plus en aval.
Les cristaux de carbonate de sodium
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.onohy4raté et la liqueur-mère sont soutires de façon continue du eristallisoir avec un débit de 33,3 litres/minute et envoyés au classificateurs
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la2CO3*R,O à l'état solide 9 01 kg/minute !<aCl à l'état dissous 5jO8 ki/xi=te i t 2 Co 3 à l'état dissous 6,17 kg/minute
R20 25,0 kg/minute Du classificateur, on soutire une suspension de crie.
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taux de carbonate de Odlun monohydrate avec un débit de 15.,l 24.
"a/a1nu" et on l'envoie à une centrifugeuse. La liqueurnaere séparée des cristaux est soutirée du clestiticatonr avec un débit de l8j2 litres/minute et envoyée au réservoir 23. Dans la Il:ttmtr1. fugeuse, une nouvelle séparation de la llqueurH fcr du cr1sta1l1...
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soit a lieu et les cristaux sont lavés avec de l'eau chaude à
70 C introduit* avec un débit de 0,91 kg/minute.
Les on. taux contenant environ 4% d'eau libre sont alors sèches dans un se* choir tubulaire à vapeur d'eau, pour obtenir avec un débit d'en- viron 7,66 kg/minute des cristaux de carbonate do sodium anhydre contenant environ 0,04% de NaC1, ayant une tome rectangulaire un rapport moyen de dimensions de 1:1:2-" et un poids pacifique de 1050 g par litre. Ce* cristaux se prltent bien. être mélangés avec du sable, sans ségrégation* La liqueur-mère séparée dans la centrifugeuse est alors dirigée vers le réservoir 23 où elle est mélangée avec la liqueur-mère issue du classificateur.
La liqueur- mère est soutirée de façon continue de ce réservoir et additionnée de 1,82 kg/minute d'eau, puis le mélange est préchauffé dans un 'changeur de chaleur et envoyé au réservoir de prémélange.
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Dense sodium carbonate production process
The present invention relates to a process for converting light sodium carbonate into sodium carbonate including * and in particular sodium carbonate including * suitable for the manufacture of glass.
A large amount of dense sodium carbonate produced is destined for the glass industry which uses fine sand to make the mixture melt quickly and this has resulted in a large consumption of sodium carbonate of a corre- sponding granuloma. . The rate of melting is all the greater and the segregation of the mixed materials before or during the melting is further.
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both smaller than the particle size of the sodium carbonate more closely approximates that of the fine sands * used. It has been noted that a high sodium chloride content of dense sodium carbonate has an adverse effect on the service life of the gills and can be generally considered to be
undesirable due to the lowering of the Na2CO3 titer of dense sodium carbonate.
Light sodium carbonate which is an ordinary commercial product is a powdery material of low specific weight (about 500 g per liter) which contains appreciable quantities of impurities and in particular sodium chloride and which not suitable for the manufacture of glass.
A conventional method of converting light sodium carbonate to dense sodium carbonate is to mix excess hot water with the hot light sodium carbonate to cause monohydrate crystals to form. This wet mass is then transferred to a dryer where the free water and the water of crystallization are eliminated leaving anhydrous sodium carbonate.
Or chemical point of view. the dense sodium carbonate obtained is not better than the light sodium carbonate and since various materials are usually added to the mixture as crystallizing agents, the dense sodium carbonate obtained is often less pure than the sodium carbonate. light sodium from which it comes. Likewise, the physical properties of dense sodium carbonate leave much to be desired, because its crystals are subject to rupture and attrition with the formation of dust and fines and because it often contains occluded impurities.
The object of the invention is a process for converting light sodium carbonate into dense sodium carbonate having a high purity as well as dimensions and a crystalline habit making it eminently suitable for the manufacture of glass.
The process of the invention consists in mixing, in a mixing zone, light sodium carbonate with a 4-16 aqueous solution and
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preferably at 10-14% by weight of said 1041Wft chloride and at 10 "2" and preferably 12-21 "by weight sodium carbonate to form a suspension of sodium carbonate dispersed in the aqueous liquid where the solid particles represent 10 to 20 and preferably
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bramble $ 13 to $ 17 in suspension weight,
to maintain the aqueous solution during the mixing with the light sodium carbonate at a temperature below 5 ° C at most and preferably at
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1 to 300 at the transition temperature of sodium carbonate monohydrate to sodium carbonate,.
withdrawing the suspension from the mixing zone, preferably after a residence time of less than 5 minutes, introducing the suspension into an or1.ta111- evening, maintaining the crystallizer at a temperature of 7 to 10 ° 0 and preferably from 7 to 900 below the temperature of transition to form crystalline monohydric sodium carbonate, to separate crystalline sodium carbonate monohydrate from the mother liquor, to wash it to remove adhering impurities, to dry it to obtain dense anhydrous sodium carbonate and return
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the liqueur-mare with additional water to the Mixing sound to mix them with a light sodium carbonate supplement.
High quality dense sodium carbonate must meet certain criteria of chemical composition, gratta *
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losltr1., of bulk density and grain geometry, the granted bow of the invention has made it possible to obtain dense sodium bicarbonate which is satisfactory from these four points of view. It resulted
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a clear improvement in the titre, the average content of X * 2CO3 in the product obtained according to the invention being 99, instead of 99.72] 1: for light sodium carbonate and 9962% for char. Ordinary dense sodium bonate. The sodium chloride and sodium sulphate content of this salt is particularly high for its quality.
Ordinary dense sodium carbonate contains 0.1 µg of gaG1 and the light sodium carbonate used to prepare it usually contains 0.2% of JUC1, while product da.
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The process of the invention usually contains 0.04% sodium chloride or monk. Sodium sulfate is also a: normal stoutness of sodium carbonate and usually represents
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0 * 0l ± sodium carbonate gives and ordinary light sodium carbonate. The product of the invention contains less than
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0.004 sodium sulfite. Thus, the amount of magnesium carbonate in the product according to the invention is about the same as that which is generally present in ordinary dense and light sodium carbonates.
The granulometry of the dense sodium carbonate obtained must be approximately that of the sand used in glassmaking,
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that is, the particle size spectrum of dense sodium carbonate should be reasonably close to that of sand. The table below compares the particle size spectrum of the dense sodium carbonate obtained by the process according to the invention with that of sands originating from two origins.
Granuloma triques spectra (% remaining on each sieve)
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Taais Tyler n * Sand Carbonate (dense sodium opening H <ml <y Pem microns) # 20 (840), 30% (5 ") (420) 1 z 2sa)
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as> * (7.4)
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Dense sodium carbonate does not have an identical particle size spectrum to that of sands, but it is considered to be sufficiently close to that of each of the sands.
Apparent specific weights for 19 eâfbca * of anhydrous sodium of between about 950 and 1079 a / liter are astonished oeoaa't wxo <H <mt <for the manufacture of the verra * kills earbongte of sodium given obtained by the proo4di of the '1nY ", t1on has an apparent specific weight of between 975 and 1050 a / l1tr .. titre specific weight should not be considered only, but in addition with the volume and the average size known as grains which have a significant effect on the Resulting Weight Loss During Crystallization or Drying Affects Specific Gravity Small Particles Tend to Increase Specific Gravity Non-angular material also tends to have a high apparent specific gravity.
The quality of dense sodium carbonate is also determined by the geometry of the
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grains, that is to say their appearance and their form * The sodium carbonate from which * obtained by crystallization by the process according to the invention consists of the skeletons which the monohydrate abandons by dehydration. Externally, the crystals pre-
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drawn look like rectangular prisms with intact ridges.
The product obtained by the process of the invention normally has a height-to-length ratio of 18182-3, but the length can be increased if desired. The segregation of the product in mixtures with sand is minimal and is very close to that given by cubic sodium carbonate.
The rational industrial production of sodium carbonate requires not only the preparation of a high quality product but also the application of a process which is efficient and avoids the difficulties of execution customary in such manufacture. The usual difficulty in producing dense sodium carbonate is "scaling" or soil deposition on surfaces.
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installation, and which causes its 0011lata.1 and requires frequent stops which reduce production, In the method of the invention, scaling is so low that it has no appreciable effect.
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A preferred embodiment of the IbînVD- tison process is described hereinafter with reference to the accompanying drawing which is a flow chart.
Into the fate, an aqueous solution of sodium chloride and sodium carbonate is introduced through pipe 1
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in a pre-mixing tank 2 fitted with an appropriate 4'ae1tat1oQ device 3 for vigorously stirring the contents.
The aqueous solution contains 4 to 16 and preferably 10 to 14% by weight of sodium chloride. excess sodium chloride on
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About z tends to separate out of solution by crystallization and its presence should be avoided, while about $ 1, less will give poor results. Chlo. sodium ride allows you to work at lower temperatures * -
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veea to induce good rapid crystallization and prevent scaling.
The aqueous solution, which is mother liquor- r.0101é., Contains dissolved sodium carbonate which is normally at or near saturation, The aqueous solution entering the priming tank 2 through pipe 1 preferably contains little or no solid sodium carbonate monohydrate because it has been found that the presence of crystals
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of monohydrate thus entering the prfm61tnl reservoir tends to cause premature conversion and scaling therein.
Light sodium carbonate is introduced by the
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pipe 4 into the premé.angs tank and the mixture is vigorously stirred by a suitable stirring device, for example a Cowles stirrer. The temperatures in the premix tank are critical and should be kept below, but at most about 5 ° C, the transition temperature of
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the reaction Ua, 00, * HPO ssssaa: lta200, + 82.
At temperatures below the transition temperature scaling is rapid However, it has been found that the presence of sodium chloride at the required concentration in the aqueous solution prevents the en-
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calibration if the temperature is kept at most 5 "C below the transition temperature. It is therefore important that the salt concentration of the aqueous solution retains its value and that the temperature be kept within the critical limits which are a value just below the temperature of
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transition and a value of at most 500 and about 300 preferably below the transition temperature.
The transition temperature of a substantially saturated aqueous solution of sodium carbonate depends on its concentration of sodium chloride.
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sodium * For a sodium chloride concentration of J.1., the transition temperature is about 14 "1'C and this value decreases as the concentration increases, so that at a concentration of about 16% sodium chloride, the transition temperature is about 102S * C.
The temperature in 1'4..1 '. or premix should be maintained carefully so as not to be more than 5 $ C lower than the transition temperature and it cannot fall below about 102 ° C when the aqueous solution contains 4% of sodium chloride nor below
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of approximately 97.5 ° C. when it contains 16% sodium chloride # In practice, excellent results are obtained by maintaining the temperature in the pre-lxing tank at a value of 2 3 * C below the temperature of transition*
The temperature adjustment in the premix tank 2 can be obtained by adjusting the temperature of the
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suspending liquor entering through pipe 1,
per ozmple by preheating it to the required temperature before it enters the premixture tank 2 * On setting J \ lpplé8et & 1r. from t.88p4.rata.r. liquor in the prAteleate 2 tank can
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be ensured by blowing air through pipe 5 at the surface of the liquid which by evaporation leads to cooling of the mass of liquid or else by reducing the pressure in the tank, which causes evaporation and cooling some cash.
The temperature of the light sodium carbonate entering through pipe 4 is not critical and can vary from a value of only about 30 C to one of up to 180 C.
In practice, this offers the advantage of allowing the use of light sodium carbonate from sources at various temperatures. The suspension of the light sodium carbonate in the aqueous liquor of the premix tank 2 takes place in a very short time of the order of 0.5 to about 5 minutes, which is obviously advantageous because of the high flow rates. possible. Reservation times of more than 5 minutes can be used. even premix, but they are not advantageous because they tend to induce scaling and give a product of less good quality.
The liquor containing the suspended solids is transferred from the premix tank 2 through the pipe 6 to the crystal. Llsoir 7 which can be an ordinary crystallizer ianni of a cylinder 8 and a stirrer 9 which circulates the suspension upwards in the cylinder. The concentration of suspended solids in the crystallizer can vary between about 5 and 25% by volume of solids deposited.
The temperature of the suspension circulating in the rack 7 is critical and must be kept between about 7 and 10 and preferably between? and 9 below the transition temperature, and obviously varies with the sodium chloride concentration of the solution. For example, for a sodium chloride concentration of 12%, the range is 94.5 to 97 C.
Below these temperatures, the crystals become too rushed and too fine and above this interval the rate of transformation
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Mation decreases which causes scaling of the walls of the crystallizer and of the installation downstream of the crystallizer. Sodium chloride present at the desired concentration promotes the formation of crystals with useful geometry and inhibits scaling * It is surprising that even when relatively large amounts * of sodium chloride are dissolved in the liquid phase,
this does not precipitate and that the crystals of sodium carbonate monohydrate obtained are dense, hard and with a smooth surface and do not contain occluded sodium chloride,
The temperature in the crystallizer can be regulated with the aid of a variable air stream introduced through the pipe 11 at the top of the crystallizer 7 and passing over the surface of the liquor.
Other means of temperature control can be used, for example an adjustable vacuum in a steam outlet pipe and maintaining the boiling temperature of the liquor at the surface constant. Crystal formation is rela tive. very fast and crystals having the required particle size spectrum are normally produced with a residence time of about 7-10 minutes, but longer or shorter times, for example 5-30 minutes, may be used to achieve this. 'other particle size spectra.
The sodium carbonate monohydrate crystals of the mother liquor are fed from crystallizer 7 through pipe 12 to a classifier 13 which may be of any type, for example a Doorolone olassifier from Dorr-Cliver Co., Stamford, Conn. The classifier separates the monohydrate crystals prior to a more complete separation of the mother liquor in the centrifuge.
The classifier separates most of the mother liquor (withdrawn through pipe 14) from the sodium carbonate monohydrate crystals (which are withdrawn through pipe 15) and, if desired, a third, unspecified stream containing fine particles of solid sodium carbonate
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Less than 149 microns .. can pull withdrawn from classifier and returned directly to crystallizer 7.
The separation of the crystals of sodium carbonate monhydrate from the suspension in the mother liquor flowing through the pipe 15 is done in an ordinary centrifuge 16, for example a Baker Perkins ter Meer Centrifugal centrifuge. The crystals can be washed with the wash water entering through pipe 17 and which is preferably heated to a temperature of 60 to 90 C. The amount of wash water required is relatively small and usually about 0.1 to 0.2 part by weight of water per part by weight of cake to give crystals containing less than 0.05% sodium chloride.
The crystals of sodium carbonate monohydrate centrifuged and washed. containing, less than 5% free water are amen '. through pipe 18 into dryer 19 which can pull a conventional steam tube dryer.
The most favorable operating conditions for the tubular steam dryer are those ensuring an outlet temperature below 180 C and above 150 C, an outlet gas temperature, measured with a dry thermometer and a wet thermometer of more than 98 C and of less than 80 C respectively, a peripheral speed of the dryer greater than 22.86 m / minute, a residence time greater than 22 minutes, a free moisture content less than 3% in the feed and a higher feed temperature at 60 C. The dense anhydrous sodium carbonate obtained is withdrawn from the dryer through pipe 21.
The mother liquor separated in the centrifuge is returned through pipe 22 to reservoir 23, into which also enters, through pipe 14, the liquor from classifier 13. Sodium chloride (preferably in the form of brine) is introduced into the system through pipe 24.
Normally, sodium chloride is introduced in the required amount only at the start of operations. During the execution of the process, in particular if the
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sodium bonate light contains a substantial amount of sodium chloride ,, the sodium chloride concentration of the mother liquor may become too high and the required concentration can be restored by withdrawing a small amount of liquid from the bottom of the tank 23 through pipe 25.
Any solids or impurities settling on the bottom of the tank 23 may
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also be withdrawn through pipe 259 The mother liquor containing a few fine particles of solid sodium carbonate is. or. drawn from the reservoir 23 through pipe 26. Make-up water is introduced through pipe 27 and mixed with the mother liquor in pipe 26 to replace the water lost in the system. The make-up water also serves to dissolve any fine particles of solid sodium carbonate that may be present * The mixture of mother liquor and make-up water has passed through a filter (not shown)
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to remove all solids.
The mixture of water and tree liquor then passes through pipe 28 into a heater 29 which may be a simple heat exchanger where the liquor is heated by direct contact with water vapor under a pressure of. 7.03
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to 2.1.1 kg / = 2 at the manometer entering through pipe 31 and withdrawn through pipe 32. The preheated liquor then passes through the pipe
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1 in the prim4lanc tank, 2.
± The following example illustrates the invention.
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P! T1'Lf ...: In a malt-like installation shown in the drawing, a stream of aqueous solution (recycling liquor) which contains 13j.l% of ... CI and 16, of 1a03, is tdstis continuously with a flow rate of 31.4 liters / minute in a prlaw tank in Jl1ae teeps that commercial liger sodium carbonate admitted by the somet of the tank with m flow rate of 7.966 lcdj minute. The pre-launch tank has an effective volume of approx. 151.2 liters and vigorous agitation is provided by vta * 41 = w their Copies. The temperature 1IOft'm'1e 48n. 4th P tank, .4Ia-, @
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te is 102 * 0 # that is, about 2 * 0 below the transition temperature.
Air is blown at a flow rate of approximately 0.27 kg / minute over the surface of the liquid in the
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premix, to adjust the temperature *
A suspension of the following composition is continuously supplied from the premix tank into the liscir crystal.
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Na2CO3 1 solid state 6.94 kg / minute NaC1 dissolved state 5.08 kg / minute Na2CO3 dissolved state 6.98 kg / minute
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less 27.3 kg / minute The speed of circulation in the crystalline is about 3.66 to 4.26 * / minute * The solids concentration of the suspension,% Ion is about 10 to 15% by volume sedimented. The temperature in the crystallizer is 96.5 C on average, that is to say 7 C below the transition temperature. There is no clogging at the outlet of the istallizer, nor in the classification further downstream.
Sodium carbonate crystals
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.onohy4raté and the mother liquor are withdrawn continuously from the crystallizer with a flow rate of 33.3 liters / minute and sent to the classifiers
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la2CO3 * R, O in solid state 901 kg / minute! <aCl in dissolved state 5jO8 ki / xi = te i t 2 Co 3 in dissolved state 6.17 kg / minute
R20 25.0 kg / minute A cree suspension is withdrawn from the classifier.
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rate of Odlun carbonate monohydrate with a flow rate of 15., l 24.
"a / a1nu" and sent to a centrifuge. The liquor separated from the crystals is withdrawn from the clestiticatonr at a flow rate of 18j2 liters / minute and sent to the tank 23. In the II: ttmtr1. fugeuse, a new separation of the llqueurH fcr from the cr1sta1l1 ...
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either takes place and the crystals are washed with hot water at
70 C introduced * at a flow rate of 0.91 kg / minute.
The sound. rate containing about 4% free water are then dried in a tubular water vapor dryer, to obtain with a flow rate of about 7.66 kg / minute crystals of anhydrous sodium carbonate containing about 0 , 04% NaCl, having a rectangular volume with an average aspect ratio of 1: 1: 2- "and a peaceful weight of 1050 g per liter. These crystals are well mixed with sand, without segregation. mother liquor separated in the centrifuge is then directed to the tank 23 where it is mixed with the mother liquor from the classifier.
The mother liquor is continuously withdrawn from this tank and added with 1.82 kg / min of water, then the mixture is preheated in a heat changer and sent to the premix tank.