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Procédé et appareil pour la fabrication de lessives claires de ailicatea de métaux alcalins
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la fabrication de lessives claires de silicates de métaux alcalins, par exemple de silicate de sodium, par dissolution, à température élevée et JOUI pression, de sable ou d'une matière siliceuse analogue dans une lessive aqueuse d'alcali caustique.
Un tel mode de fabrication de lessives de silicates do métaux alcalins
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par voie humide est connu depuis longtemps Iussratte EncyclopSdischea Handbuch der technischen Chamie - ira édition - 1991 - Vol.3 - p<l669-670 ; brevet allemand 244 779). Dans ce procède, la réaction s'effectue en discontinu dans un autoclave où règnent par exemple une température comprise entre 200 et 300 C et la pression correspondante.
On obtient
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ainsi directement des lessives de silicate au maximum de concentration compatible avec une mobilité suffisante & froid, alors que dans le procédé classique de fabrication de silicates par fusion on obtient un produit solide qui ne peut être amené à l'état de lessive que par dissolution ultérieu- re. Ceci constitue un sérieux avantage du procédé par voie humide, mais l'ap- plication de celui-ci présente malheureusement des difficultés en ce qui concerne la clarification des lessives obtenues car la viscosité de ces dernières reste très élevée, même à la température de 100 C.
Or il est nécessaire, suivant la qualité des lessives fabriquées, de séparer soit des quantités de nable relativement importantes (cas des lessi- ves de silicates riches en SiO2 qui ne peuvent être préparées économiquement qu'en présence d'un fort excès de matière siliceuse), soit un résidu beaucoup plus faible en poids mais constitué de particules très finesqui communiquent au liquide une teinte et une turbidité inacceptables. L'excès de sable ou de matière siliceuse analogue mise en oeuvre peut s'éliminer par décantation et/ou par filtration, tandis que la séparation des fines sue-mentionnées doit se faire par filtration.
Jusqu'à présent, même dans les installations récentes (Chemical Engineering - 1962 - 5 février - p.76-78), ces opérations de décantation et/ou de filtration se sont effectuées en dehors de l'autoclave, ce qui nécessite des installations annexes et des dépenses d'exploitation d'autant plus importantes que la viscosité du liquide est plus grande. De plus, le recyclage éventuel du sable excédentaire entraîne, lui aussi, des manuten- tins difficiles et coûteuses.
Suivant la présente invention, on évite ces inconvénients en séparant la matière siliceuse excédentaire et/ou les fines particules indésirables au sein mime de l'autoclave. Cette façon d'opérer procure en outre l'avantage de permettre l'exécution de ladite séparation dans les conditions de tempé- rature et de pression régnant dans l'autoclave, conditions auxquelles la viscosité du liquide se trouve ramenée dans des limites plus favorables.
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Bien que la séparation dans l'autoclave puisse se faire par décantation dans le cas où l'on veut éliminer l'excès de matière siliceuse, on préfère opérer par filtration au moyen d'un dispositif placé à une courte distance du fond de l'appareil par lequel s'effectue la vidange.
On réalise ainsi une installation utilisable dans tous les cas et présentant de meilleures conditions d'utilisation.
Les exemples donnés ci-après, nullement limitatifs, permettent d'illue- trer les avantages offerts par le procédé et l'appareil faisant l'objet de la présente invention.
Exemple 1
On désire fabriquer une lessive de silicate de sodium de rapport molé- culaire SiO2/Na2O égal à 2,5, à la concentration de 480 gr de matières sèches par Kgr. Le rapport ci-dessus étant très proche de la valeur maximum correspondant à l'équilibre de la réaction, il est nécessaire d'opérer en présence d'un fort excès de sable, pour réduire la durée de cette opération à une valeur économiquement acceptable.
On emploie @n autoclave à agitateur, d'une capacité utile de 4000 litres, dans lequel on introduit un mélange de lessive de soude caustique, à 500 gr NaOH par Kgr, et de sable. La réaction s'effectue à 200-235* C, sous une pression de 20-30 Kgr/cm2, pendant 4 heures. Le bilan pondéral de l'opération s'établit comme suit ; - poids de soude caustique à mettre en oeuvre, par opération 1000 Kgr.
- poids de sable à dissoudre 1895 Kgr - poids de sable en excès 450 Kgr - poids de lessive finale 5560 Kgr
Si la séparation de l'excès de sable se fait par filtration en dehors du réacteur, il faudra, prévoir des installations permettant de recycler 450 Kgr de sable.
Au cont aire, si l'on place le filtre au fond de l'autoclave même, l'excès de subie sera maintenu en place pour l'opération suivante et la filtra- tion sera facilitée grâce aux conditions de température et de pression régnant
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dans l'appareil. En utilisant, comme matériau filtrant, une toile métallique à tissage serré, on retient dans l'autoclave la. totalité du sable en- excès,' sous la forme d'un gâteau essoré. La vidange du réacteur, maintenue soit. près- ' sion de vapeur, dure au maximum 30 minutes. Apres remplissage de l'auto- clave pour l'opération suivante, le gâteau de sable est très facilement désagrégé par l'agitateur et le sable est intégralement ramie en suspension.
On évite donc toute manipulation du sable excédentaire, toute installation annexe, et pour les opérations autres que la première la quantité de sable Introduire dans l'autoclave est ramenée aux 1895 Kgr de sable à dissoudre.
La toile métallique du filere peut être remplacée par un tissu ou un feutre fabriqué en une matière non métallique résistant bien aux conditions de service du réacteur, par exemple en polytétraflupréthylène. Le sable qui se dépose en prunier lieu sur ce tissu joue le rôle d'adjuvant de filtration et empêche son colmatage trop rapide. Les lessives ainsi obtenues sont parfaitement exemptes de turbidité.
Grâce à l'influence favorable de la température sur la vitesse de filtration, laquelle est environ 13 fois plus grande à 200* C qu'à 100 C, la durée d'immobilisation totale du réacteur n'est que très peu supérieure au temps nécessaire à la réaction.
Exemple 2
On désire fabriquer une lessive de silicate de sodium de rapport molé- @ culaire SiO2/Na2O égal à 2, à la concentration de 550 gr de matières sèches par Kgr. Pour cette réaction, il n'est pas nécessaire de prévoir un ercès de sable.
Le réacteur et les conditions opératoires sont les mânes que dans l'exemple 1, mais le bilan pondéral s'établit comme suit : - poids de soude caustique à mettre en oeuvre, par opération 1320 Kgr - poids de sable à dissoudre 2000 Kgr - poids de lessive finale 5500 Kgr
Les lessives préparées de cette façon contiennent une faible quantité d'insoluble : du 1 à 2 gr/Kgr. e résidu très fin, provenant de diverses impuretés du sable, est suffisant pour troubler et colorer le produit fini.
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Pour obtenir des lessives claires, il est donc nécessaire de les filtrer.
Etant données la faible concentration des particules à séparer et leurs petites dimensions, une filtration réalisée en dehors de l'autoclave, par ex- emple sous une pression de 5 Kgr/cm2 et à 100 C, exige l'emploi d'un filtre à alluvion à grande surface filtrante (8 m2/m3h).
Si l'on adopte un filtre en polytétraflubréthylène placé dans 1 'autoclave et si l'on introduit directement dans l'appareil un adjuvant de filtration adéquat, par exemple de la poudre de polytétrafluoréthylène, la surface filtrante nécessaire - à 200 C, sous 22 Kgr/cm - n'est plue que de 0,30 m2/m3h.
La filtration en autoclave peut @tre réalisée au moyen de rivera types de filtres connus : filtres à bougies métalliques, filtres à alluvion, filtres à bougies filtrantes, filtres plans.
La demanderesse a constaté que les filtres plans sont plue appropriée à l'objet poursuivi dans la présente invention. Le filtre utilisé doit réunir certaines conditions :section du filtre maximum, remplacement aisé des tissus filtrants, réduction au minimum des zones mortes au-dessus du filtre pour éviter la lormation de croûtes, réduction au minimum des espaces morts en dessous du filtre. Cette dernière condition est justifiée par le fait que la lessive caustique qui se sera infiltrée sous le filtre ne sera pas en contact avec le sable loru de la réaction.
Le filtre peut être constitué d'une plaque filtrante unique fixée sur le fond de l'autoclave, mais catte solution ne permet pas de remplacer rapi- dement le filtre lorsque cala s'avère nécessaire. On peut aussi subdiviser ladite plaque en secteurs indépendants les uns des autres. Un autre mode de réalisation consiste à utiliser une plaque de base dans laquelle on a découpé un certain nombre de logements destinés à recevoir chacun une plaque perforée amovible ;sur cette plaque perforée sont fixés directement les matériaux filtrants adéquats, un peut, par exemple, scinder le filtre en plusieurs éléments circulaires disposés autour d'un trou d'homme ; ce trou d'homme est obturé par un dôme ou un couvercle adéquat.
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L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation énumérées ci-dessus. Les éléments circulaires peuvent, par exemple, être remplacée par des éléments présentant une autre forme géométrique. Le nombre d'éléments est essentiellement variable et dépend des dimensions de l'auto- clave ainsi que de la forme sous laquelle on les emploie.
Bien que les exemples cités concernent la imbrication de solutions de silicate de sodium au départ de sable et de lessives de soude caustique, il est évident que l'invention reste applicable lorsqu'on traite des matières siliceuses autres que le sable, par exemple de la terre de diatomées, du silex pulvérisé, de la silice précipitée, etc., ou lorsqu'on remplace la soude caustique par un autre hydroxyde de métal alcalin, notamment par de la potasse caustique.
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Method and apparatus for the manufacture of clear alkali metal alkali liquids
The present invention relates to a process and apparatus for the manufacture of clear liquids of alkali metal silicates, for example sodium silicate, by dissolution, at high temperature and pressure, of sand or a similar siliceous material in a lye. aqueous caustic alkali.
Such a method of manufacturing alkali metal silicate detergents
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wet process has long been known Iussratte EncyclopSdischea Handbuch der technischen Chamie - ira edition - 1991 - Vol.3 - p <l669-670; German patent 244,779). In this process, the reaction is carried out batchwise in an autoclave where, for example, a temperature of between 200 and 300 ° C. and the corresponding pressure prevail.
We obtain
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thus directly from the silicate detergents at the maximum concentration compatible with sufficient mobility & cold, while in the conventional method of manufacturing silicates by fusion a solid product is obtained which can only be brought to the washing state by subsequent dissolution. - re. This constitutes a serious advantage of the wet process, but the application thereof unfortunately presents difficulties with regard to the clarification of the liquors obtained because the viscosity of the latter remains very high, even at a temperature of 100. vs.
Now it is necessary, depending on the quality of the detergents manufactured, to separate either relatively large quantities of nable (case of silicate detergents rich in SiO2 which can only be prepared economically in the presence of a strong excess of siliceous material. ), or a residue much lower in weight but consisting of very fine particles which impart an unacceptable color and turbidity to the liquid. The excess sand or similar siliceous material used can be removed by settling and / or filtration, while the separation of the above-mentioned fines must be done by filtration.
Until now, even in recent installations (Chemical Engineering - 1962 - February 5 - p.76-78), these settling and / or filtration operations have been carried out outside the autoclave, which requires installations appendices and operating expenses all the more important as the viscosity of the liquid is greater. In addition, the possible recycling of excess sand also leads to difficult and expensive handling.
According to the present invention, these drawbacks are avoided by separating the excess siliceous material and / or the undesirable fine particles within the autoclave. This way of operating also affords the advantage of allowing said separation to be carried out under the temperature and pressure conditions prevailing in the autoclave, conditions in which the viscosity of the liquid is brought back to more favorable limits.
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Although the separation in the autoclave can be done by decantation in the case where it is desired to remove the excess siliceous material, it is preferable to operate by filtration by means of a device placed a short distance from the bottom of the tank. device by which the emptying is carried out.
An installation is thus produced which can be used in all cases and which exhibits better conditions of use.
The examples given below, which are in no way limiting, make it possible to illustrate the advantages offered by the method and the apparatus forming the subject of the present invention.
Example 1
It is desired to manufacture a sodium silicate lye with a SiO2 / Na2O molecular ratio equal to 2.5, at a concentration of 480 g of dry matter per kg. The above ratio being very close to the maximum value corresponding to the equilibrium of the reaction, it is necessary to operate in the presence of a large excess of sand, to reduce the duration of this operation to an economically acceptable value.
A stirred autoclave is used, with a useful capacity of 4000 liters, into which a mixture of caustic soda lye, at 500 g NaOH per kg, and sand is introduced. The reaction is carried out at 200-235 ° C., under a pressure of 20-30 kg / cm2, for 4 hours. The weight of the operation is established as follows; - weight of caustic soda to be used, per operation 1000 Kgr.
- weight of sand to be dissolved 1895 Kgr - weight of excess sand 450 Kgr - weight of final detergent 5560 Kgr
If the separation of the excess sand is done by filtration outside the reactor, it will be necessary to provide facilities to recycle 450 kg of sand.
On the contrary, if the filter is placed at the bottom of the autoclave itself, the excess pressure will be kept in place for the next operation and the filtration will be facilitated thanks to the prevailing temperature and pressure conditions.
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in the device. Using a tightly woven wire mesh as the filter material, the autoclave is retained in the autoclave. all of the excess sand, in the form of a squeezed cake. The emptying of the reactor, maintained either. steam pressure lasts a maximum of 30 minutes. After filling the autoclave for the next operation, the sand cake is very easily broken up by the agitator and the sand is fully ramified in suspension.
Any handling of the excess sand, any additional installation is therefore avoided, and for operations other than the first the quantity of sand Introduced into the autoclave is reduced to 1895 Kgr of sand to be dissolved.
The wire mesh of the filere can be replaced by a fabric or a felt made of a non-metallic material resistant to the operating conditions of the reactor, for example polytetrafluprethylene. The sand which is deposited in plum tree place on this fabric plays the role of filter aid and prevents its too rapid clogging. The detergents thus obtained are perfectly free from turbidity.
Thanks to the favorable influence of temperature on the filtration rate, which is approximately 13 times greater at 200 ° C than at 100 C, the total immobilization time of the reactor is only very little longer than the time required. to the reaction.
Example 2
It is desired to manufacture a sodium silicate lye with an SiO2 / Na2O molecular ratio equal to 2, at a concentration of 550 g of dry matter per Kgr. For this reaction, it is not necessary to provide an area of sand.
The reactor and the operating conditions are the same as in Example 1, but the weight balance is established as follows: - weight of caustic soda to be used, per operation 1320 Kgr - weight of sand to be dissolved 2000 Kgr - weight of final laundry 5500 Kgr
The detergents prepared in this way contain a small amount of insoluble matter: from 1 to 2 gr / Kgr. The very fine residue, from various impurities in the sand, is sufficient to cloud and color the finished product.
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To obtain clear detergents, it is therefore necessary to filter them.
Given the low concentration of the particles to be separated and their small dimensions, filtration carried out outside the autoclave, for example under a pressure of 5 Kgr / cm2 and at 100 C, requires the use of a filter. alluvium with a large filtering surface (8 m2 / m3h).
If a polytetrafluoroethylene filter is adopted placed in the autoclave and a suitable filter aid, for example polytetrafluoroethylene powder, is introduced directly into the apparatus, the necessary filtering surface - at 200 C, at 22 Kgr / cm - is only greater than 0.30 m2 / m3h.
The autoclave filtration can be carried out by means of rivera known types of filters: metal candle filters, alluvium filters, filter candle filters, flat filters.
The Applicant has found that plane filters are more suitable for the object pursued in the present invention. The filter used must meet certain conditions: maximum filter section, easy replacement of filter fabrics, reduction to a minimum of dead zones above the filter to prevent the formation of crusts, reduction to a minimum of dead spaces below the filter. This last condition is justified by the fact that the caustic lye which will have infiltrated under the filter will not be in contact with the sand during the reaction.
The filter may consist of a single filter plate attached to the bottom of the autoclave, but this solution does not allow the filter to be quickly replaced when necessary. Said plate can also be subdivided into sectors independent of each other. Another embodiment consists in using a base plate in which a certain number of housings have been cut, each intended to receive a removable perforated plate; on this perforated plate are directly fixed the suitable filtering materials, one can, for example, split the filter in several circular elements arranged around a manhole; this manhole is closed by a dome or a suitable cover.
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The invention is not limited to the embodiments listed above. Circular elements can, for example, be replaced by elements having another geometric shape. The number of elements is essentially variable and depends on the dimensions of the autoclave as well as the form in which they are used.
Although the examples cited relate to the nesting of sodium silicate solutions starting from sand and caustic soda lye, it is obvious that the invention remains applicable when dealing with siliceous materials other than sand, for example sand. diatomaceous earth, powdered flint, precipitated silica, etc., or when the caustic soda is replaced by another alkali metal hydroxide, in particular by caustic potash.