"Dispositif pour produire un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral à partir d'un chlorure d'un métal alcalin et d'un acide minéral, et procédé" <EMI ID=1.1>
et à un procédé pour produire un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral. Plus particulièrement, elle se rapporte à un dispositif et à un procédé pour produire continuellement un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral et de chlorure d'hydrogène à partir d'un chlorure d'un métal alcalin et d'un acide minéral.
La production d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral, par exemple du sulfate de potassium est connue. En effet, on sait bien faire réagir du chlorure de potassium avec de l'acide sulfurique à une haute température et en l'absence d'un catalyseur pour produire du sulfate de potassium et du chlorure d'hydrogène via du bisulfate de potassium selon les réactions représentées par les formules qui suivent
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est révélé un dispositif pour effectuer continuellement les réactions ci-dessus. Ce dispositif comprend un four à moufle du type horizontal. Selon la description de ce
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cylindrique du type horizontal et un agitateur qui y est
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par agitation puissant, très rapide et réversible du système réactionnel. Dans ce brevet, cependant, il n'y a aucune description spécifique d'un exemple d'une construc- tion du dispositif pour réaliser ce mélange avec agitation. Dans ce brevet, il est décrit que (i) dans le cas où deux arbres d'agitateur sont prévus, il est nécessaire de déterminer la distance entre les centres des arbres respectifs afin que les éléments d'agitation fixés à un arbre puissent se trouver alternativement entre ceux de l'autre arbre; et que (ii) l'agitateur doit de préférence être conçu pour effectuer l'agitation la plus forte à la partie correspondant à la zone initiale de la réaction du <EMI ID=6.1>
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Cependant; par suite de recherches par les présents
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que révélé dans la description du brevet japonais
N[deg.] 2264/1960, on ne pouvait atteindre un mélange suffisant par agitation avec un système réactionnel à un état d'excès de liquide. Ainsi, le dispositif ci-dessus mentionné selon l'art antérieur a tendance à ne provoquer qu'un mélange partiel quand le système réactionnel est dans un état
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système réactionnel est sensiblement à un état sec et moins fluide. En conséquence, le dispositif selon l'art antérieur peut être employé pour la production continue d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral, .par exemple
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quand les deux conditions d'opération qui suivent sont satisfaites afin que le mélange réactionnel dans le four à moufle puisse toujours . être maintenu sensiblement sec pendant le cours de la réaction 1(1) l'acide sulfurique doit être employé en une quantité inférieure à la quantité stoechiométriquement équivalente par rapport au chlorure de potassium; et (2) le sulfate de potassium qui s'est formé et qui est sensiblement à un état sec doit être maintenu en une grande quantité dans le four à moufle , et ensuite, le chlorure de potassium et l'acide sulfurique doivent, après avoir été mélangés de façon homogène, être ajoutés peu à peu dans le sulfate de potassium et ensuite être soumis à la réaction l'un avec l'autre en une fois.
Cependant, la réaction du chlorure de potassium avec de l'acide sulfurique pour produire du sulfate de potassium et du chlorure d'hydrogène dans de telles conditions est désavantageuse parce que, quand la réaction s'est produite à un certain point en ne laissant que de faibles quantités de chlorure de potassium et d'acide sulfurique, on rencontre des difficultés dans le contact physique entre le chlorure de potassium et l'acide sulfurique qui restent, du fait de l'intervention de la grande quantité du sulfate de potassium qui les entoure
(le produit réactionnel), et' qui est présent dans le système réactionnel.
En particulier, quand le chlorure de potassium et le bisulfate de potassium n'ayant pas réagi sont ..séparément occlus dans des amas du sulfate de potassium solide, il devient impossible pour eux d'entrer en contact l'un avec l'autre, et par conséquent la réaction est pratiquement interrompue. Par suite, une quantité considérable de chlore est contenue dans le sulfate de potassium produit. Selon les expériences effectuées par les présents inventeurs, le taux de réaction diminue extrêmement au moment où la réaction s'est produite sur environ 80%, et <EMI ID=12.1>
En conséquence, il est difficile de produire du sulfate de
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poids ou moins. Par ailleurs, il faut beaucoup de temps pour que le dispositif selon l'art antérieur puisse effectuer la réaction et, par suite, le dispositif selon l'art antérieur présente un inconvénient parce que la
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est important.
Il faut noter ici que l'utilisation de sulfate de potassium dont la teneur en chlore atteint 1,0% en poids ou plus, comme engrais, exerce souvent des influences défavorables non seulement sur les produits fermiers mais également sur la terre de la ferme. En particulier, par rapport à des sortes spéciales de plantes comme le tabac, on peut dire qu'elles sont très sensibles et que leur croissance peut être empêchée par les indices de chlore contenu dans l'engrais chimique appliqué à leurs champs.
En conséquence, il s'ensuit que l'utilisation de sulfate de
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poids est désavantageusement restreinte. Traditionnellement, afin d'obtenir un produit de sulfate de potassium ayant une
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me application élargie, le produit de sulfate de potassium obtenu en utilisant, par exemple, le dispositif suivant l'art antérieur mentionné ci-dessus, est mélangé à une faible quantité diacide sulfurique avec ensuite calcination
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dire que les processus ci-dessus mentionnés sont trop compliqués et accompagnés d'une consommation d'énergie bien plus importante.
Afin de résoudre les problèmes ci-dessus mentionnés, il est souhaitable que, par exemple, dans le cas de la production de sulfate de potassium, de l'acide sulfurique soit employé en une quantité égale ou un peu supérieure à la quantité stoechiométriquement équivalente et que l'état du mélange réactionnel dans le four à moufle débute à un état de bouillie ou capillaire pour être finalement amené à un état sec ou pendulaire par un un état funiculaire II et un état funiculaire I avec la progression de la réaction. Un malaxage du mélange réactionnel doit être effectué au moins dans une région comprise entre la zone dans laquelle le mélange réactionnel prend un état funiculaire II jusqu'à la zone où le mélange réactionnel prend un état pendulaire.
Dans le cas où l'on emploie de l'acide sulfurique en excès, on peut produire un sulfate de potassium ayant une teneur
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des conditions relativement modérées et en une courte période de -temps. Cependant, avec le dispositif traditionnel, il est difficile d'effectuer non seulement la migration du mélange réactionnel dans la zone de l'état capillaire et
la zone de 1'état funiculaire, mais également de malaxer suffisamment le mélange réactionnel dans la zone de l'état funiculaire et dans la zone de l'état pendulaire et par conséquent, la technique ci-dessus ne peut être adoptée industriellement. Par ailleurs, les dispositifs selon l'art antérieur comprenant celui révélé dans le brevet japonais
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à la chaleur et à l'usure, qu'ils ne peuvent résister à un fonctionnement continu et à long terme dans des conditions de forte acidité et de haute température requises dans la production de sulfate de potassium et de chlorure d'hydrogène par réaction'de chlorure de potassium et d'acide sulfurique. Pour cette raison, on ne peut les mettre en usage pratique pendant une longue période de temps.
En conséquence, la présente invention a pour objet un dispositif pour produire un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral qui est résistant aux acides, résistant à la chaleur et résistant à l'usure; qui a une forte efficacité d'énergie; et où le mélange réactionnel peut être agité, peut migreret être malaxé selon l'état du mélange réactionnel dans les zones respectives.
La présente invention a pour autre objet un procédé de production d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral en utilisant le dispositif ci-dessus décrit.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif pour produire un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral selon l'invention;
- la figure 2 est une vue faite suivant la ligne
11-11 de la figure 1, montrant une vue en coupe latérale du dispositif,
- la figure 3 est une vue en plan, partiellement arrachée et partiellement en coupe, d'un moyen d'agitation utilisé dans le dispositif;
- la figure 4 est une vue en coupe agrandie et partiellement arrachée du moyen d'agitation, illustrant la façon dont les éléments d'agitation en colonne sont fixés à l'arbre; et
- la figure 5 est un schéma de fonctionnement du processus de production de sulfate de potassium en utilisant le dispositif ci-dessus décrit.
Selon un aspect de l'invention, on prévoit un dispositif de production d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral à partir d'un chlorure d'un métal alcalin et d'un acide minéral, comprenant :
un four à moufle allongé, isolé pour résister aux acides et à la chaleur, pourvu d'un moufle supérieur et
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moyen d'alimentation en matière première placé à sa première extrémité, un moyen d'évacuation du produit réactionnel placé à son autre extrémité et un moyend'échappement de gaz produits; et
un moyen d'agitation comprenant deux arbres tournant en sens contraire, placés dans le four à moufle pour s'étendre longitudinalement par rapport à lui, et équipés d'un certain nombre d'éléments d'agitation en colonne respectivement , les deux arbres et les éléments d'agitation étant disposés de façon à pousser vers l'avant le mélange réactionnel, au moins dans.une partie du four à moufle correspondant à la région où la phase liquide du mélange réactionnel est sensiblement continue et pour malaxer de force le mélange réactionnel au moins dans une partie du four à moufle correspondant à la région où la phase solide du mélange réactionnel est sensiblement continue.
Selon un autre aspect de l'invention, on prévoit
un procédé pour produire continuellement un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral et du chlorure d'hydrogène à partir d'un chlorure d'un métal alcalin et d'un acide minéral, consistant à faire réagir un chlorure d'un métal alcalin avec un acide minéral dans le dispositif ci-dessus défini, tout en permettant à l'état du mélange réactionnel d'être transféré d'un état de bouillie ou capillaire à un état pendulaire ou sec en passant par un état funiculaire II et un état funiculaire I avec la progression de la réaction, le mélange réactionnel étant poussé vers l'avant au moins dans une zone comprise entre l'état capillaire et l'état funiculaire I et étant malaxé de force au moins dans une zona comprise entre l'état funiculaire II et l'état pendulaire.
Le terme ^mélange réactionnel" utilisé ici est destiné à signifier tout mélange du système réactionnel, indépendamment du degré de réaction, présent dans le four à moufle du dispositif selon l'invention.
La présente invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple, en se référant à la production d'un sel de sulfate de potassium et de chlorure d'hydrogène par réaction de chlorure de potassium avec de l'acide sulfurique.
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dans la région où la phase liquide du mélange réactionnel est sensiblement continue, l'état du mélange réactionnel peut être transféré régulièrement d'un état de bouillie 'ou capillaire à un état pendulaire ou sec par un état funiculaire II et un état funiculaire I avec la progression de la réaction, et, en même temps, un chauffage partiel du mélange réactionnel peut être empêché, ce qui permet d'empêcher avantageusement la formation d'amas de sulfate de potassium solide où sont séparément occlus du chlorure ^de potassium et du bisulfate de potassium. Si la formation de tels amas de sulfate de potassium solide a lieu, on peut rencontrer des difficultés pour le contact mécanique entre le chlorure de potassium et le bisulfate de potassium dans le four à moufle. Comme on l'a décrit ci-dessus, le mélange réactionnel est poussé vers l'avant dans la
région où la phase liquide du mélange
réactionnel est sensiblement continue, et'il est malaxé' de force dans la région où la. phase solide .du mélange réactionnel. est sensiblement continue , afin que la réaction voulue soit favorisée .
En particulier si le moyen d'agitation est adapté pour ne pas avoir une capacité provoquant une migration mais pour n'avoir qu'une capacité de malaxage en une partie du four
à moufle correspondant à la région où la phase liquide du mélange réactionnel est sensiblement discontinue, le temps de rétention du mélange réactionnel dans cette région se trouve le plus. long et la réaction est encore favorisée.
En employant le dispositif selon l'invention ayant les caractéristiques ci-dessus décrites, on fait efficacement réagir le chlorure de potassium avec une quantité d'acide sulfurique telle que cela force le mélange réactionnel à être à un état de gâteau humide au stade final de la réaction pour produire un sel de sulfate de potassium ayant une teneur en chlore suffisamment faible. De plus, il faut noter de façon surprenante que même quand l'acide sulfurique est employé en une quantité pouvant forcer le mélange réactionnel à être à un état sec au stade final de la réaction, on peut produire un sel de sulfate de potassium dont la teneur en chlore est de l'ordre de un tiers ou moins de celle d'un sel de sulfate de potassium produit en utilisant des dispositifs traditionnels.
Le rapport équivalent de l'acide sulfurique au chlorure de potassium est représenté par la formule
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quantités molaires d'acide sulfurique et de chlorure de potassium, respectivement.
L'acide sulfurique peut être utilisé à un rapport équivalent de l'acide sulfurique au chlorure de potassium de 1,00 à 1,40, de préférence de 1,03 à 1,20. Si le rapport équivalent ci-dessus est inférieur à 1,00, la teneur en chlore dans le sulfate de potassium produit obtenu par la réaction est élevée. Par ailleurs, si le rapport ci-dessus est supérieur à 1,40, la teneur en chlore du produit se trouve inférieure à 1,096 en poids en une courte période de temps, mais la teneur en bisulfate de potassium du produit devient de l'ordre de 55% en poids ou plus et, de plus, . le mélange réactionnel au stade final de la réaction est forcé à prendre un état de bouillie.
Le bisulfate de potassium présent en une telle quantité excessive subira nécessairement une décomposition, forçant le chlorure l'hydrogène gazeux en tant que sous-produit, à être contaminé par des produits de décomposition tels, que le bioxyde de soufre et le trioxyde de soufre.
Quand le rapport équivalent de l'acide sulfurique au chlorure de potassium est dans la gamme préférée ci- dessus, c'est-à-dire de 1,03 à 1,20, le mélange réactionnel au stade final de la réaction prend un état funiculaire à pendulaire comme le montre le tableau 2 (qui sera donné ultérieurement) et peut être efficacement malaxé. Par ailleurs, si le rapport équivalent est compris entre 1,03 et 1,20, le sulfate de potassium produit obtenu par la réaction ne contient qu'une faible quantité de bisulfate de potassium, et par conséquent il suffit d'une faible quantité d'un agent neutralisant pour le neutraliser.
Les sortes des états que le mélange réactionnel prend dans le four- à moufle du dispositif selon l'invention
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désignations. Le tableau 1 donne également l'indication de la gamme dans laquelle est effectué le malaxage.
Tableau 1
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Le terme "sel de sulfate de potassium'- utilisé ici est destiné à signifier un sulfate de potassium produit contenant du'sel normal comme composant principal, et contenant de plus du bisulfate de potassium et autres sels de potassium de l'acide sulfurique comme le pyrosulfate de potassium en quantités ne pouvant présenter un obstacle sensible aux procédés subséquents pour la préparation d'engrais chimiques contenant du potassium ou à la composition des engrais chimiques obtenus finalement.
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un dispositif selon l'invention. Le dispositif comprend
un four à moufle cylindrique 1 du type horizontal et un
moyen d'agitation 2 prévu dans le four à moufle 1 de
façon que les axes longitudinaux respectifs soient
parallèles l'un à l'autre . Le four à moufle 1 est pourvu,
à une extrémité, d'une goulotte 3 d'alimentation en matière première et à son autre extrémité d'une sortie 4 pour
évacuer le produit réactionnel, d'une sortie 5 pour le
chlorure d'hydrogène gazeux obtenu comme sous-produit et
d'une goulotte 71 d'alimentation en agent neutralisant. Le
moyen d'agitation 2 comprend deux arbres et un certain
nombre d'éléments d'agitation fixés solidement à chacun
des arbres. La goulotte d'alimentation en matière première 3 ci-dessus, la sortie 4 du produit réactionnel, la sortie 5 du chlorure d'hydrogène sous-produit et la goulotte 71 d'alimentation en agent neutralisant sont reliés respecti- vement à un moyen d'alimentation en matière première
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réactionnel (non représenté), à un moyen de nettoyage ou d'épuration du chlorure d'hydrogène produit (non représenté)
et à un moyen d'alimentation en agent neutralisant (non représenté. Le moufle 6 qui constitue la paroi supérieure du four 1 est fait en un matériau composé principalement
de carbure de silicium et sur le moufle 6 est disposée
une chambre de combustion 7. Le repère 8 désigne un brûleur
à huile lourde de la chambre de combustion 7 et le repère 9 désigne une sortie des gaz de combustion. Tout le dispositif repose sur Le-socle 10.
La forme en coupe transversale du four à moufle 1 selon l'invention n'est pas limitée à une forme particu- <EMI ID=27.1> provoque pas, pendant le fonctionnement du dispositif, la formation d'une zone morte de chauffage où l'application
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des amas des matériaux de réaction n'ayant pas réagi ont tendance à se former de façon défavorable. L'intérieur du four à moufle 1 est enduit d'un matériau ayant une faible porosité comme une brique réfractaire et anti-acide du type chamotte afin que le four à moufle 1 puisse résister à la forte acidité et à la haute température mises en cause dans la réaction de production d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral tel que le sulfate de potassium.
Comme on peut le voir sur la figure 3, le moyen d'agitation 2 comprend deux arbres, 11 et 11A et un certain nombre d'éléments d'agitation en colonne 13 et 13A, fixés solidement à chacun des arbres 11 et 11A. Les
arbres 11 et 11A sont adaptés à tourner en sens contraire, c'est-à-dire à tourner dans deux directions différentes, contraires l'une à l'autre, de façon que les arbres tournent soit vers l'intérieur ou vers l'extérieur comme cela est indiqué par les flèches sur la figure 3. Dans le cas où les arbres 11 et 11A ont la même direction de rotation, on ne peut atteindre un malaxage suffisant du mélange réactionnel au stade final de la réaction. Par ailleurs, du point de vue meilleur malaxage, il est préférable que les arbres d'agitation 11 et 11A, qui ont des directions mutuellement opposées de rotation, tournent en sens contraire vers l'intérieur . Des passages 12 et '12A. sont prévus longitudinalement dans les arbres respectifs 11 et 11A, qui permettent le passage d'un réfrigérant à
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puisse forcer le mélange réactionnel présent dans le four
<EMI ID=30.1> durcir, pour former ainsi une couche auxiliaire de revêtement réfractaire et anti-acide pour les arbres 11 et 11A. La forme -des éléments d'agitation 13 et 13A selon l'Invention n:est pas limitée à une forme particulière, et une forme en colonne (toute forme circulaire. carrée, triangulaire et polygonale en coupe transversale peut être adoptée), une forme de plaque plate, une forme qui est dans son ensemble, tordue, peuvent être utilisées. Cependant, des éléments d'agitation en colonne sont toutà-fait préférés du point de vue résistance mécanique, résistance aux acides et à la chaleur, facilité de . remplacement quand ils sont usés et autres.
Le mode d'agencement pour attacher les éléments d'agitation 13 et 13A aux arbres respectifs 11 et 11A est très important dans le dispositif selon l'invention parce que, selon l'agencement, le mélange réactionnel peut être avantageusement poussé pour migrer de la gauche vers la droite dans le four à moufle en regardant la figure 1 ,
et peut être retenu dans la région, où il est vigoureusement malaxé pour atteindre une réaction effective. Quand on dit que le moyen d'agitation du dispositif selon l'invention a une capacité pour pousser le mélange réactionnel pour qu'il émigre, cela signifie naturellement que le moyen d'agitation a également la capacité d'agiter le mélange réactionnel.
L'une des caractéristiques de l'agencement des éléments' d'agitation 13 et 13A selon l'invention est la suivante. Au moins dans la région où la phase liquide du mélange réactionnel est continue, les éléments d7agitation
13 et 13A son'%.. attachés à chacun des arbres 11 et 11A en un agencement tel que la rotation des arbres 11 et 11A puisse provoquer , de force, la migration du mélange réactionnel. En d'autres termes, comme on peut le voir au
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éléments d'agitation 13 et 13A (13, 13-1, 13-2, 13-3, etc
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première partie, environ la moitié du four à moufle, et de préférence , environ les deux tiers , sont disposés sur les pourtours des arbres respectifs 11 et 11A en relation en quinconce à un angle prédéterminé afin que la ligne reliant les éléments d'agitation 13,
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d'agitation 13A, 13A-1, 13A-2 et 13A-3 prennent des lieux d'hélice . Si l'angle de décalage entre les éléments d'agitation longitudinalement adjacents est compris entre environ 30 et 70[deg.], même un mélange réactionnel à un état d'excès de liquide peut être poussé à migrer, mais du point de vue facilité de production, il est préférable
que cet angle de décalage soit de l'ordre de 45[deg.]. Les éléments d'agitation 13 et 13A disposés en hélice sur les pourtours des arbres respectifs 11 et 11A doivent être espacés les uns des autres en direction longitudinale des arbres, d'un intervalle plus grand que zéro et plus petit que la largeur de chacun des éléments d'agitation. Si l'intervalle est plus grand que la largeur de chacun des éléments d'agitation, la capacité du moyen d'agitation 2 pour provoquer la migration du mélange réactionnel est abaissée et, par ailleurs, si aucun intervalle n'est
prévu pour agencer les éléments d'agitation continuellement, la capacité du moyen d'agitation 2 pour provoquer la migration du mélange réactionnel devient trop importante. Le moyen d'agitation qui a une puissance provoquant la migration trop importante a une puissance d'agitation
trop faible.et inversement. La disposition en hélice des éléments d'agitation, qui peut provoquer la migration de force du mélange réactionnel, peut alternativement être étendue sur toute la longueur des arbres 11 et 11A correspondant non seulement à la région où la phase liquide du mélange réactionnel est continue mais également à la région où la phase liquide du mélange réactionnel est discontinue,, mais la disposition hélicoïdale des éléments d'agitation est avantageusement limitée à la partie correspondant à la première région continue de
phase liquide afin que le moyen d'agitation n'ait pas une capacité de migration forcée pour le mélange réactionnel .dans la dernière région discontinuè de phase liquide, afin de provoquer ainsi une prolongation du- temps de rétention du mélange réactionnel dans cette dernière région discontinue <EMI ID=34.1>
exemple, dans le cas où le nombre d'éléments d'agitation
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l'arbre est de deux, si l'angle de décalage est établi à 90[deg.] comme on peut le voir sur la figure 3, il n'y a aucune capacité de migration de force.
Une autre caractéristique de l'agencement des éléments d'agitation 13 et 13A selon l'invention est la suivante. Au moins dans la région où la phase solide du mélange réactionnel est continue, les éléments d'agitation
13 et 13A sont attachés aux arbres respectifs 11 et 11A
en un agencement tel que le moyen d'agitation puisse malaxer de force le mélange réactionnel. En d'autres termes, comme on peut le voir sur le côté droit des lignes d'interruption de la figure 3, l'agencement des éléments
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que les éléments d'agitation 13 et 13A sont disposés sensiblement à la même distance de l'extrémité des deux arbres 11 et 11A et, en même temps, la distance entre les axes des arbres respectifs 11 et 11A est déterminée de façon que les éléments d'agitation 13 et 13A fixés aux arbres respectifs 11 et 11A puissent s'interposer tandis que les arbres 11 et 11A tournent. Du point de vue effet
du raclage du mélange réactionnel au loin des arbres 11 et
11A, il est préférable que le degré d'interposition mutuelle des éléments d'agitation soit aussi élevé que possible, mais dans la pratique, il est de l'ordre de 1/2 ou plus
de la longueur des éléments d'agitation, et de préférence de l'ordre de 2/3 ou plus. L'agencement ci-dessus mentionné des éléments d'agitation 13 et 13A peut de préférence être étendu à la partie correspondant à la première région continue en phase liquide comme on peut le voir sur la ligure 3, pour que le mélange réactionnel ayant émigré de
, force de la zone initiale de réaction passe à un état pendulaire dans la zone finale de réaction où le mélange réactionnel est retenu et est soumis à un malaxage de force afin qu'il soit suffisamment malaxé tout en étant cisaillé. Du point de vue effet du malaxage, le nombre d'éléments d'agitation fixés à un arbre à la même distance de l'extrémité de l'arbre peut de préférence être de 2 ou
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insuffisante.
La structure des éléments d'agitation 13 et 13A en colonne et des arbres 11 et 11A sera maintenant décrite en se référant à la figure 4. Comme le montre la figure 4, un bras horizontal 14, qui servira d'âme à l'élément
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cylindrique et creux et de courte longueur. Le bras en
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fait en un matériau de céramique et dont le sommet est ouvert,'et l'intérieur du boîtier cylindrique externe 16 est rempli, jusqu'à une hauteur du sommet du bras en métal 14 au sommet du boîtier cylindrique externe 16, d'un produit thermodurcissable, résistant aux acides et pouvant
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noyé. Le bottier cylindrique externe 16 est en même temps fixé �u bras en métal 14 par le produit 17. L'arbre 11 est fixé dans le support en métal cylindrique et creux de
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avoir toute forme et être directement monté, non pas par le support en métal creux, sur l'arbre 11, mais par exemple par soudure. Dans le présent mode de réalisation également , il est nécessaire de noyer le bras en métal dans le boîtier externe cylindrique en céramique au moyen d'un produit pouvant être coulé. L'arbre 11 a un passage 12 pour un fluide réfrigérant. A l'extérieur du support cylindrique en métal 15 est prévue une première couche de revêtement 18 en un produit pouvant être coulé, thermodurcissable et résistant aux acides devant protéger le support 15 et l'arbre 11. Il est préférable,dans le <EMI ID=42.1>
revêtement 19 soit de plus prévue à l'extérieur de la
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en permettant le passage d'un fluide réfrigérant dans le , passage 12. Comme on l'a décrit, le passage d'un fluide
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four à moufle et en contact avec la première couche de revêtement 18 ou le support creux en métal 15 à durcir en une couche auxiliaire de revêtement , c'est-à-dire la
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seconde couches de revêtement suffira pour protéger' l'arbre 11, mais le fait de prévoir ces deux couches est avantageux parce que, dans le cas où des fissures et/ou des parties exfoliées se forment dans la première couche 18, la seconde couche 19 (encore sous la forme d'un mélange réactionnel fluide) sert à reconditionner la première couche de revêtement 18 en entrant et en durcissant dans les fissures et/ou les parties exfoliées, prolongeant ainsi la durée de vie de l'arbre 11. Il faut noter que,
une fois formée, la seconde couche 19 a une propriété d'isolement thermique si élevée que la perte de chaleur résultant du passage d'un fluide réfrigérant dans le passage 12 de l'arbre 11 est négligeable.
Le dispositif selon l'invention a é-té construit
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de sulfate de potassium et de chlorure d'hydrogène par réaction de chlorure de potassium et d'acide sulfurique
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En se référant à la figure 5, les matières premières, le chlorure de potassium 31 et 1'acide sulfurique
32, sont d'abord préchauffées respectivement ^dans les préchauffeurs 33 et 34, et sont ensuite amenées par la goulotte d'alimentation 3 dans le four à moufle 1. Comme préchauffeur 33 pour le chlorure de potassium 31, on peut employer un séchoir rotatif traditionnel. Cependant, du point de vue efficacité, il est préférable d'employer un réchauffeur traditionnel du type à lit fluidisé.
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mélangées à une température ordinaire dans un pré- mélangeur ou analogue et ensuite amenées au four à
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Comme on l'a décrit, le moyen d'agitation 2 du dispositif selon l'invention a la capacité de pousser le mélange réactionnel vers 1'avant , au moins dans la région où la phase liquide du mélange réactionnel est continue.
Du fait du moyen d'agitation 2 comme on l'a mentionné ci-dessus, les matériaux de réaction dans le four à moufle 1 peuvent avantageusement réagir les uns avec les autres dans des zones différentes selon l'état que prend le mélange réactionnel. Par conséquent, même un mélange réactionnel d'acide sulfurique 32 et de chlorure de potassium 31 à un rapport équivalent de l'acide sulfurique au chlorure de potassium de 1,00 à 1, 40 et à un état d'excès d' acide peut être suffisamment agité et mélangé tout en migrant dans la région où la phase liquide du mélange réactionnel est continue. Comme on l'a décrit,
le moyen d'agitation 2 a un agencement des éléments
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moins dans la région où la phase solide' du
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région continue en -phase solide est suffisamment malaxé , et donc une quantité minuscule de chlorure de potassium restant dans les granules en amas de sulfate de potassium produit est forcée à être exposée et à réagir avec le bisulfate de potassium présent en une quantité relativement importante. Pendant tout le cours de la réaction, le mélange réactionnel à l'intérieur du four à moufle 1 est maintenu à une température comprise entre le point de fusion du bisulfate de potassium et 500�C, de préférence à une température entre 300 et 450[deg.]C par la chaleur produite par le brûleur à huile lourde 8 dans la chambre de combustion 7 et qui est transférée à travers le moufle 6 au four à moufle 1.
Ainsi, en utilisant le dispositif: selon l'invention, on peut produire -de façon stable et continue, du sulfate
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poids ou moins, par réaction d'acide sulfurique et de chlorure de potassium dans des conditions relativement modérées. Le dispositif selon l'invention. permet d'accomplir la réaction en une période écourtée de temps de une demi-
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ci-dessus, en utilisant le dispositif suivant l'invention, la réaction peut être accomplie à une température relativement faible comprise entre le point de .fusion du bisulfate de potassium et 500[deg.]C et par conséquent, une décomposition défavorable du bisulfate de potassium est supprimée. Par suite, on peut obtenir, comme sous-produit, du chlorure d'hydrogène gazeux sans contamination des produits de décomposition du bisulfate de potassium comme le bioxyde de soufre. De plus, les caractéristiques de structure très résistante, aux acides et à la chaleur du four à moufle 1 et du moyen d'agitation 2 du dispositif selon l'invention permettent à ce dispositif de résister de façon satisfaisante à son usage continu et à long terme à des conditions de forte acidité et de haute température, le conduisant à pouvoir être utilisé dans la production
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sulfurique en excès, le dispositif selon l'invention peut favorablement être comparé à un dispositif traditionnel en faisant efficacement avancer la réaction, et en produisant de façon stable et facile, du sulfate de potassium ayant une teneur en chlore suffisamment faible.
En se référant maintenant au schéma d'un procédé de la figure 5, le sulfate de potassium contenant du bisulfate de potassium obtenu par la réaction du chlorure de potassium avec de l'acide sulfurique en excès est déchargé du four à moufle 1 par la sortie 4 du produit réactionnel et il est refroidi dans un refroidisseur de produit de réaction 41 et ensuite il est recueilli en tant que produit final 42. Alternativement, après avoir été refroidi dans le refroidisseur 41, le sulfate de potassium contenant du bisulfate de potassium (appelé ici "sortie") peut être transformé en boulettes au moyen d'un granulateur 44. Dans ce cas , la sortie est mélangée et malaxée dans le granulateur 44 avec de la chaux hydratée 45 et de
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récueillie en tant que produit final 49 sous forme -d'un sel de sulfate de potassium en granulés.
Selon la nécessité, le bisulfate de potassium contenu dans la sortie peut être neutralisé. La neutralisation du bisulfate de potassium peut être effectuée en refroidissant la sortie évacuée du four à moufle 1 dans le refroidisseur 41 du produit réactionnel, en pulvérisant la sortie et en mélangeant suffisamment la sortie avec un agent neutralisant, par exemple , de la chaux hydratée plus une faible quantité d'eau, en séchant ensuite (ciaprès "méthode de neutralisation indirecte"). Alternativement, le bisulfate de potassium contenu dans le sulfate de potassium contenant du bisulfate de potassium peut être mieux neutralisé si un agent neutralisant tel que du carbonate de calcium est directement ajouté, par la
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sulfate de potassium obtenu par la réaction et placé à
la zone finale de réaction à l'intérieur du four à moufle 1 (ci-après "méthode de neutralisation directe") . Pour les raisons qui suivent, la méthode de neutralisation directe est avantageuse : (i) les processus de neutralisation sont extrêmement simplifiés, (ii) on atteint une neutralisation chimique tandis que l'on atteint principalement un mélange mécanique dans la méthode de neutralisation
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mélange mécanique dans la méthode de neutralisation indirecte, le produit finalement obtenu subit inévitablement une classification de ses composants et un manque d'uniformité de composition pendant son stockage et son transport. Par ailleurs, le produit obtenu par la méthode de neutralisation directe ne subit pas les phénomènes défavorables ci-dessus.
La neutralisation du bisulfate de potassium contenu dans le produit peut être effectuée jusqu'à un niveau souhaité.
Le chlorure d'hydrogène gazeux 51 comme sousproduit est décharge du four à moufle 1 par la. sortie de chlorure d'hydrogène gazeux sous-produit 5 et il est lavé ou épuré dans l'épurateur ou laveur de gaz 52 pour former du chlorure d'hydrogène gazeux raffiné 53. Les gaz de combustion 55 sont évacués de la chambre de combustion 7 par la sortie 9 et sont soumis à un échange de chaleur, dans un dispositif 56 de récupération de chaleur, avec de l'eau chaude 54, qui à l'origine, est le fluide réfrigérant des arbres 11 et 11A. Les gaz de combustion 55 sont alors utilisés comme source de chaleur pour les préchauffeurs 33 et 34 ci-dessus mentionnés, et ils sont lavés dans un épurateur de gaz de combustion 60 pour être évacués vers l'atmosphère. Le repère 61 désigne de l'eau industrielle et le repère 63 des eaux usées.
Le produit réactionnel sorti du four à moufle 1 est avantageusement refroidi par le procédé qui suit. Le produit réactionnel qui a déjà été refroidi , est rassemblé en grande quantité sous la sortie 4 de produit réactionnel et ce produit réactionnel est évacué peu à peu du four à moufle dans le produit réactionnel rassemblé tout en faisant circuler celui-ci. En refroidissant le produit réactionnel à la façon ci-dessus, on peut empêcher la formation de'tartre dans le refroidisseur .
Comme on l'a décrit ci-dessus et comme cela est apparent par les résultats des exemples (qui seront donnés ci-après) , selon la présente invention, on peut atteindre divers avantages comme suit :
(1 ) Comme on peut efficacement faire réagir un ' acide minéral avec un chlorure d'un métal alcalin même
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du métal alcalin'de l'ordre de 1,00 à 1,40, on peut
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un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral ayant une faible teneur en chlore. Par suite, la capacité de production par four est accrue jusqu'à 3 fois celle du dispositif révélé dans la publication du brevet japonais N[deg.] 2264/1960.
En d'autres termes, un dispositif traditionnel
tel que celui révélé dans la publication du brevet - japonais N[deg.] 2264/1960 ne présente pas, dans son four à moufle, un moyen d'agitation capable de malaxer de force le mélange réactionnel tout en permettant à celui-ci d'émigrer de la zone initiale de réaction où le mélange réactionnel prend un état de bouillie à la zone finale de réaction où il prend un état sec. En conséquence, dans la production d'un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral en utilisant le dispositif traditionnel, il est nécessaire que le mélange réactionnel à l'intérieur du four à moufle soit maintenu sensiblement à -un état sec. Le résultat de
ce qui précède est que l'allure de la réaction est déterminée par l'allure de pénétration du liquide dans les granules solides du matériau de réaction, et par conséquent, il faut longtemps, de 3'ordre de 3 à 5 heures, avant que la réaction ne soit terminée . Par ailleurs, dans le cas
du dispositif selon l'invention, le moyen d'agitation est capable de malaxer le mélange réactionnel tout en lui permettant d'émigrer de la gauche à la droite à l'intérieur du four à moufle en regardant la figure 1, et il est capable d'effectuer la réaction dans différentes zones selon 3,' état que prend le mélange réactionnel. En conséquence, il est possible que la plus grande partie de la réaction se passe avec le mélange réactionnel à un
état humide. Dans ce cas, l'allure de la réaction est déterminée par la conduction de chaleur vers le mélange réactionnel et par conséquent la réaction peut être
_/ accomplie en un temps court de l'ordre d'unie demi-heure
à deux heures.
(2) L'augmentation de la capacité de production par four avec un saut de trois fois celle de l'art antérieur permet de réduire fortement la consommation de combustible.
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agitation du moyen d'agitation à la partie correspondant à la zone initiale de réaction et du fait de la capacité du moyen d'agitation de provoquer la migration, qui empêche les matières premières amenées dans la zone initiale de réaction d'y rester, les matières premières peuvent être amenées directement dans le four à moufle sans être prémélangées , ce qui amène un avantage tel que les gaz de combustion évacués de la chambre de combustion peuvent être utilisés pour préchauffer les matières premières avant de les amener dans le four à moufle. Par suite, on réalise une meilleure efficacité thermique.
Par ailleurs, par suite de la capacité accrue du moyen d'agitation selon l'invention, à provoquer la migration du mélange réactionnel dans le four à moufle, la quantité du mélange réactionnel à retenir dans le four à moufle est réduite et par conséquent le dispositif selon l'invention peut produire continuellement un sel d'un métal alcalin d'un acide minéral comme un sel de sulfate de potassium avec une plus faible consommation de puissance.
(3) Les propriétés de forte résistance aux acides, à la chaleur et à l'usure du four à moufle et du moyen d'agitation selon l'invention permettent de réduire fortement le prix de leur entretien.
(4) Même quand on fait réagir -un chlorure de métal alcalin tel que du chlorure de potassium avec une quantité stoechiométriquement équivalente d'acide sulfurique, le dispositif selon l'invention est capable de produire du sulfate de potassium dont la teneur en chlore
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potassium produit en utilisant un dispositif de l'art antérieur, par exemple celui révélé dans la publication <EMI ID=63.1>
La présente invention sera maintenant décrite en détail en se référant arc exemples qui suivent qui ne doivent en aucun cas en limiter le cadre.
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On a utilisé un four à moufle ayant la même structure que celle illustrée sur la figure 1. Le four à moufle avait une hauteur de 600 mm, une largeur de 500 mm et une longueur de 1800 mm. Le moufle constituant la paroi supérieure du four était fait en carbure de silicium et avait une coupe transversale semi-circulaire. Le moufle avait un diamètre de 500 mm et une longueur de 800 mm. L'intérieur du four à moufle, à l'exclusion de la partie correspondant à la paroi supérieure, était enduit d'une brique du type chamotte ayant une faible porosité. Dans
le four à moufle était prévu un moyen d'agitation ayant deux arbres de façon que les axes longitudinaux du four à moufle et du'moyen d'agitation soient parallèles. On a employé des arbres creux faits en acier inoxydable SUS304 pour les arbres ci-dessus, et chaque arbre avait un passage d'un fluide réfrigérant, lequel passage avait un diamètre interne de 30 mm, un diamètre externe de 64 mm et une longueur de 2600 mm. Des éléments d'agitation étaient prévus sur* chacun des arbres comme le montrent les figures 3 et 4. A titre d'exemple, quatorze supports cylindriques en mstal ayant chacun un diamètre externe de 80 mm, un diamètre interne de 65 mm et une longueur de 120 mm étaient montés, sans intervalle entre eux, sur chacun des arbres s'étendant à travers les supports en métal. Deux bras
en métal en acier. SUS304 faisaient corps avec chacun des quatorze supports en métal, et ils étaient disposés circonférentiellement sur le pourtour externe de ce'support à un intervalle de 180[deg.] l'un de l'autre. Les bras en métal avaient un diamètre de. 30 mm et une hauteur de 60 mm. Chacun des deux bras en métal sur un support en métal était enfermé dans un boîtier externe cylindrique en carbure de silicium d'un diamètre externe de 90 mm, d'un diamètre interne de 60 mm et d'une hauteur de 90 mm.
L'intérieur du boîtier externe cylindrique était rempli de façon dense, jusqu'à une hauteur telle qu'elle couvre le sommet du bras en métal, d'un produit pouvant être coulé et thermodurcissable ,du type mullite, avec ensuite traitement thermique à 120[deg.]C pour lui permettre de durcir.
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d'agitation sur chacun des arbres était telle que, à la partie correspondant aux deux premiers tiers de la zone de réaction, c'est-à-dire la partie correspondant à la distance jusqu'à 1200 mm à partir de l'extrémité d'entrée du four à moufle où sont introduites les matières premières, les éléments d'agitation (vingt éléments d'agitation : 2 éléments d'agitation par support en métal x 10 supports en métal) soient disposés en hélice (afin de prendre deux lignes imaginaires en hélice) à un angle de décalage entre les éléments d'agitation longitudinalement adjacerits de
45[deg.] afin que le moyen d'agitation puisse avoir une capacité provoquant une migration.
Par ailleurs, à la partie correspondant au dernier tiers de la zone de réaction, c'est-à-' dire la partie correspondant à une distance à partir de
1200 mm de l'extrémité d'entrée du four à moufle, les éléments d'agitation (8 éléments d'agitation : 2 par support en métal x 4 supports en métal) étaient disposés
à un angle de décalage entre des éléments d'agitation longitudinalement adjacents de 90[deg.] pour n'impartir aucune capacité provoquant une migration. Cependant, aux exemples 5, 6 et 7, l'angle de décalage en une partie entière correspondant à toute la zone de réaction était de 45[deg.] et par conséquent le moyen d'agitation avait également une capacité provoquant la migration à la partie correspondant au dernier tiers de la zone de réaction. Les deux éléments d'agitation fixés à un arbre au moyen d'un support en métal creux et les deux éléments d'agitation correspondants fixés à l'autre arbre par un support en métal creux étaient placés à la même distance de l'extrémité des deux arbres. Par ailleurs, en prévoyant deux arbres dans le réacteur, la. distance entre les axes des arbres respectifs était déterminée <EMI ID=66.1>
respectifs (y compris ceux placés, dans la partie correspon-
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sent s'interposer les uns avec les autres lors de la
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rotation opposée vers l' intérieur, tournant à 20 t/mn.
On laissa passer un fluide réfrigérant d'eau à travers chacun des passages prévus dans les arbres à une allure de
15 1/h. De l'huile lourde fut soumise à la combustion en utilisant un brûleur à huile lourde et la température à l'intérieur de la chambre de combustion était maintenue
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152 kg par heure de chlorure de potassium de qualité
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et 100 kg par heure d'acide sulfurique ayant une pureté de
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quantité de chlorure de potassium employé était la même mais la quantité d'acide sulfurique variait, c'est-à-dire
103 kg par heure, 107 kg par heure, 110 kg par heure,
120 kg par heure, 130 kg par heure et 110 kg par heure.
La quantité de chaleur amenée était ajustée de façon que la température du mélange réactionnel à la partie centrale du four à moufle soit comprise entre 400 et 450[deg.]C. L'état que le mélange réactionnel prend en un point donné dans le four à moufle varie selon le rapport équivalent de l'acide sulfurique au chlorure de potassium employé . Aux exemple 2, 3, 4, 5 et 7, les matières premières à leur entrée dans le four à moufle par la goulotte d'alimentation devinrent une bouillie et prirent un état funiculaire I ou pendulaire
au stade final de la réaction. A l' exemple 1, le mélangeréactionnel prit un état sec déjà au début du stade final de la réaction. Dans tous les exemples 1 à 4, on observa une migration presque complète, c'est-à-dire sans stagnation partielle, du mélange réactionnel dans les zones où celui-ci prenait respectivement un état de bouillie et un état capillaire. De même, dans la région où la phase solide du mélange réactionnel est continuent où le mélange
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partie de la zone à l'état pendulaire), la plus grande partie du mélange réactionnel était retenue dans l'espace en forme de pet-de-nonne formé par la coopération de la partie supérieure de Isolément d'agitation avec la surface de la seconde couche de revêtement de l'arbre rotatif, et a été vigoureusement malaxée et poussée pour migrer vers la sortie du four à moufle..
Aux exemples 5 à 7, le mélange réactionnel était suffisamment poussé pour migrer de l'extrémité d'entrée à l'extrémité de sortie du four à moufle, tout en étant malaxé dans la région où la phase solide du mélange réactionnel est continue.
Le rapport équivalent de l' acide sulfurique au chlorure de potassium et les autres conditions de fonctionnement employées dans chacun des exemples 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont donnés au tableau 2 ci-après, ainsi que la teneur en chlore et la teneur en bisulfate de potassium dans le sel de sulfate de potassium résultant produit.
Les effets d'agitation^ de malaxage et de migration du mélange réactionnel. produits par le dispositif selon l'invention ont été évalués à l'oeil dans chacun des exemples 1 à 7 et les résultats sont également donnés au tableau 2 ainsi que l'état du mélange réactionnel supposé au stade final de la réaction et le temps moyen de rétention du mélange réactionnel dans le four.
Exemples de Comparaison 1 à 3
Les exemples de comparaison 1 à 3 ont été entrepris sensiblement dans les mêmes conditions de fonctionnement que celles décrites aux exemples 1 à 7, mais avec un nombre d'éléments d'agitation par support en métal (ou nombre d'éléments d'agitation à la même distance de l'extrémité de l'arbre), un angle de décaLage, un mode de disposition des éléments d'agitation sur Les arbres et une direction des arbres modifiés .Dans l'exemple de comparaison 3, les éléments d'agitation étaient attachés aux arbres de façon, que les éléments d'agitation attachés aux arbres respectifs ne* tournent pas dans le plan vertical commun. Les éléments d'agitation sur un arbre et ceux sur l'autre arbre étaient arrangés de façon que les premiers et les derniers,soient à des distances différentes de l'extrémité des deux arbres.
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REVENDICATIONS
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alcalin d'un acide minéral à partir d'un chlorure d'un métal alcalin et d'un acide minéral, caractérisé en ce qu'il comprend :
un four à moufle allongé (1) isolé pour résister aux acides et à la chaleur, pourvu d'un moufle supérieur (6) et ayant-un moyen chauffant qui y est monté par l'intermédiaire dudit moufle, un moyen d'alimentation (3) en-matières premières placé à sa première extrémité, un moyen d'évacuation de produit réactionnel (4) placé à son autre extrémité et un moyen d'échappement de gaz produits (5); et
un moyen d'agitation (2) comprenant deux arbres
(11, 11A) tournant en sens contraire dans ledit four à moufle, de façon à s'étendre longitudinalenent par rapport à lui, et équipés d'un certain nombre d'éléments d'agitation en colonne (13, 13A) respectivement, lesdits arbres et lesdits éléments d'agitation étant'disposés de façon à pousser vers l'avant le mélange réactionnel!. au moins dans une partie dudit four à moufle qui correspond à la région où la phase liquide du mélange réactionnel est sensiblement continue et pour malaxer de force le mélange réactionnel
au moins dans une partie du four à moufle correspondant à la région où la phase solide du mélange réactionnel est sensiblement continue.
"Device for producing an alkali metal salt of a mineral acid from an alkali metal chloride and a mineral acid, and method" <EMI ID = 1.1>
and a process for producing an alkali metal salt of a mineral acid. More particularly, it relates to a device and a method for continuously producing an alkali metal salt of a mineral acid and hydrogen chloride from an alkali metal chloride and an acid mineral.
The production of an alkali metal salt of a mineral acid, for example potassium sulfate, is known. Indeed, it is well known to react potassium chloride with sulfuric acid at a high temperature and in the absence of a catalyst to produce potassium sulfate and hydrogen chloride via potassium bisulfate according to the reactions represented by the following formulas
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is revealed a device for continuously carrying out the above reactions. This device comprises a muffle furnace of the horizontal type. According to the description of this
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cylindrical of the horizontal type and an agitator therein
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by powerful, very rapid and reversible agitation of the reaction system. In this patent, however, there is no specific description of an example of a construction of the device for carrying out this mixing with agitation. In this patent, it is described that (i) in the case where two agitator shafts are provided, it is necessary to determine the distance between the centers of the respective shafts so that the agitating elements fixed to a shaft can be found alternately between those of the other tree; and that (ii) the agitator should preferably be designed to carry out the strongest agitation at the part corresponding to the initial zone of the reaction of the <EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
However; as a result of research by those present
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as revealed in the description of the Japanese patent
N [deg.] 2264/1960, a sufficient mixture could not be reached by stirring with a reaction system in a state of excess liquid. Thus, the above-mentioned device according to the prior art tends to cause only partial mixing when the reaction system is in a state
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reaction system is substantially in a dry and less fluid state. Consequently, the device according to the prior art can be used for the continuous production of a salt of an alkali metal of a mineral acid, for example.
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when the following two operating conditions are satisfied so that the reaction mixture in the muffle furnace can always. be kept substantially dry during the course of the reaction 1 (1) sulfuric acid must be used in an amount less than the amount stoichiometrically equivalent with respect to potassium chloride; and (2) the potassium sulphate which has formed and which is substantially in a dry state must be kept in a large quantity in the muffle furnace, and then the potassium chloride and sulfuric acid must, after having been homogeneously mixed, be added little by little in potassium sulphate and then be subjected to the reaction with each other at once.
However, the reaction of potassium chloride with sulfuric acid to produce potassium sulfate and hydrogen chloride under such conditions is disadvantageous because, when the reaction has occurred at some point leaving only small quantities of potassium chloride and sulfuric acid, difficulties are encountered in the physical contact between potassium chloride and sulfuric acid which remain, due to the intervention of the large quantity of potassium sulphate which surrounded
(the reaction product), and 'which is present in the reaction system.
In particular, when the unreacted potassium chloride and potassium bisulfate are ..separately occluded in clusters of solid potassium sulfate, it becomes impossible for them to come into contact with each other, and therefore the reaction is practically stopped. As a result, a considerable amount of chlorine is contained in the potassium sulphate produced. According to the experiments carried out by the present inventors, the reaction rate decreases extremely by the time the reaction has taken place by about 80%, and <EMI ID = 12.1>
As a result, it is difficult to produce
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weight or less. Furthermore, it takes a long time for the device according to the prior art to be able to carry out the reaction and, consequently, the device according to the prior art has a disadvantage because the
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is important.
It should be noted here that the use of potassium sulphate with a chlorine content of 1.0% by weight or more, as a fertilizer, often exerts unfavorable influences not only on farm products but also on farmland. In particular, compared to special kinds of plants like tobacco, we can say that they are very sensitive and that their growth can be prevented by the indices of chlorine contained in the chemical fertilizer applied to their fields.
Consequently, it follows that the use of
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weight is disadvantageously restricted. Traditionally, in order to obtain a potassium sulfate product having a
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me widened application, the potassium sulphate product obtained using, for example, the device according to the prior art mentioned above, is mixed with a small amount of sulfuric acid and then calcination
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say that the above mentioned processes are too complicated and accompanied by a much higher energy consumption.
In order to solve the above-mentioned problems, it is desirable that, for example, in the case of the production of potassium sulphate, sulfuric acid is used in an amount equal to or slightly greater than the stoichiometrically equivalent amount and that the state of the reaction mixture in the muffle furnace begins in a state of slurry or capillary to be finally brought to a dry or pendular state by a funicular state II and a funicular state I with the progress of the reaction. Mixing of the reaction mixture must be carried out at least in a region between the zone in which the reaction mixture assumes a funicular state II up to the zone where the reaction mixture assumes a pendulum state.
If excess sulfuric acid is used, potassium sulphate can be produced with a content
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relatively moderate conditions and in a short period of time. However, with the traditional device, it is difficult to carry out not only the migration of the reaction mixture into the region of the capillary state and
the funicular state area, but also to sufficiently knead the reaction mixture in the funicular state area and in the pendular state area and therefore the above technique cannot be adopted industrially. Furthermore, the devices according to the prior art including that revealed in the Japanese patent
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heat and wear, that they can not withstand continuous and long-term operation under conditions of high acidity and high temperature required in the production of potassium sulfate and hydrogen chloride by reaction ' potassium chloride and sulfuric acid. For this reason, they cannot be put into practical use for a long period of time.
Accordingly, the present invention relates to a device for producing a salt of an alkali metal of a mineral acid which is acid resistant, heat resistant and wear resistant; which has high energy efficiency; and where the reaction mixture can be stirred, can migrate and be kneaded according to the state of the reaction mixture in the respective zones.
Another subject of the present invention is a process for producing an alkali metal salt of a mineral acid using the device described above.
The invention will be better understood, and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example illustrating a embodiment of the invention and in which:
- Figure 1 is a longitudinal sectional view of a device for producing a salt of an alkali metal of a mineral acid according to the invention;
- Figure 2 is a view taken along the line
11-11 of FIG. 1, showing a side section view of the device,
- Figure 3 is a plan view, partially broken away and partially in section, of a stirring means used in the device;
- Figure 4 is an enlarged and partially cutaway sectional view of the stirring means, illustrating how the column stirring elements are fixed to the shaft; and
- Figure 5 is a flow diagram of the potassium sulfate production process using the device described above.
According to one aspect of the invention, a device is provided for producing a salt of an alkali metal of a mineral acid from a chloride of an alkali metal and of a mineral acid, comprising:
an elongated muffle furnace, insulated to withstand acids and heat, provided with an upper muffle and
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means for supplying raw material placed at its first end, means for discharging the reaction product placed at its other end and a means for escaping the gases produced; and
a stirring means comprising two shafts rotating in opposite directions, placed in the muffle furnace to extend longitudinally relative to it, and equipped with a number of stirring elements in column respectively, the two shafts and the stirring elements being arranged so as to push the reaction mixture forward, at least in a part of the muffle furnace corresponding to the region where the liquid phase of the reaction mixture is substantially continuous and to forcibly knead the mixture reaction at least in a part of the muffle furnace corresponding to the region where the solid phase of the reaction mixture is substantially continuous.
According to another aspect of the invention, provision is made
a process for continuously producing an alkali metal salt of a mineral acid and hydrogen chloride from an alkali metal chloride and a mineral acid, comprising reacting a chloride of a alkali metal with a mineral acid in the device defined above, while allowing the state of the reaction mixture to be transferred from a slurry or capillary state to a pendulum or dry state via a funicular state II and a funicular state I with the progress of the reaction, the reaction mixture being pushed forward at least in an area between the capillary state and the funicular state I and being forcibly kneaded at least in a zone between 'funicular state II and pendulum state.
The term "reaction mixture" used herein is intended to mean any mixture of the reaction system, regardless of the degree of reaction, present in the muffle furnace of the device according to the invention.
The present invention will now be described, by way of example, with reference to the production of a potassium sulfate salt and hydrogen chloride by reaction of potassium chloride with sulfuric acid.
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in the region where the liquid phase of the reaction mixture is substantially continuous, the state of the reaction mixture can be transferred regularly from a slurry or capillary state to a pendulous or dry state by a funicular state II and a funicular state I with the progress of the reaction and, at the same time, partial heating of the reaction mixture can be prevented, which advantageously makes it possible to prevent the formation of solid potassium sulphate clusters where potassium chloride and potassium chloride are separately occluded potassium bisulfate. If the formation of such solid potassium sulfate clumps takes place, difficulties may be encountered in the mechanical contact between potassium chloride and potassium bisulfate in the muffle furnace. As described above, the reaction mixture is pushed forward into the
region where the liquid phase of the mixture
reaction is substantially continuous, and is forcibly kneaded in the region where the. solid phase of the reaction mixture. is substantially continuous, so that the desired reaction is favored.
In particular if the stirring means is adapted not to have a capacity causing a migration but to have only a kneading capacity in part of the oven
with muffle corresponding to the region where the liquid phase of the reaction mixture is substantially discontinuous, the retention time of the reaction mixture in this region is found the most. long and the reaction is further favored.
By using the device according to the invention having the characteristics described above, the potassium chloride is effectively reacted with an amount of sulfuric acid such that this forces the reaction mixture to be in a state of wet cake at the final stage of the reaction to produce a potassium sulfate salt having a sufficiently low chlorine content. In addition, it should be surprisingly noted that even when sulfuric acid is used in an amount which can cause the reaction mixture to be in a dry state at the final stage of the reaction, a potassium sulfate salt can be produced whose Chlorine content is on the order of a third or less of that of a potassium sulfate salt produced using traditional devices.
The equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride is represented by the formula
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molar amounts of sulfuric acid and potassium chloride, respectively.
Sulfuric acid can be used at an equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride from 1.00 to 1.40, preferably from 1.03 to 1.20. If the above equivalent ratio is less than 1.00, the chlorine content in the potassium sulfate product obtained by the reaction is high. On the other hand, if the above ratio is greater than 1.40, the chlorine content of the product is less than 1.096 by weight in a short period of time, but the potassium bisulfate content of the product becomes of the order by 55% by weight or more and, moreover,. the reaction mixture at the final stage of the reaction is forced to take a state of slurry.
The potassium bisulfate present in such an excessive amount will necessarily undergo decomposition, forcing the chloride hydrogen gas as a by-product, to be contaminated by decomposition products such as sulfur dioxide and sulfur trioxide.
When the equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride is in the preferred range above, i.e. from 1.03 to 1.20, the reaction mixture in the final stage of the reaction assumes a state funicular to pendulum as shown in table 2 (which will be given later) and can be efficiently kneaded. Furthermore, if the equivalent ratio is between 1.03 and 1.20, the potassium sulfate produced by the reaction contains only a small amount of potassium bisulfate, and therefore a small amount of 'a neutralizing agent to neutralize it.
The kinds of states that the reaction mixture takes in the muffle furnace of the device according to the invention
<EMI ID = 23.1>
designations. Table 1 also gives the indication of the range in which the mixing is carried out.
Table 1
<EMI ID = 24.1>
The term "potassium sulfate salt" used herein is intended to mean a potassium sulfate product containing normal salt as the main component, and further containing potassium bisulfate and other potassium salts of sulfuric acid such as potassium pyrosulphate in quantities which cannot present a significant obstacle to the subsequent processes for the preparation of chemical fertilizers containing potassium or to the composition of the chemical fertilizers finally obtained.
<EMI ID = 25.1>
a device according to the invention. The device includes
a cylindrical muffle furnace 1 of the horizontal type and a
stirring means 2 provided in the muffle furnace 1 of
so that the respective longitudinal axes are
parallel to each other. The muffle furnace 1 is provided,
at one end, with a feed chute 3 for raw material and at its other end with an outlet 4 for
evacuate the reaction product, from outlet 5 for
hydrogen chloride gas obtained as a by-product and
a chute 71 for supplying neutralizing agent. The
stirring means 2 includes two trees and a certain
number of agitation elements securely attached to each
trees. The feed chute for raw material 3 above, the outlet 4 for the reaction product, the outlet 5 for the hydrogen chloride by-product and the chute 71 for supplying neutralizing agent are connected respectively to a means d raw material supply
<EMI ID = 26.1>
reaction (not shown), to a means of cleaning or purifying the hydrogen chloride produced (not shown)
and to a means for supplying a neutralizing agent (not shown. The muffle 6 which constitutes the upper wall of the furnace 1 is made of a material mainly composed
of silicon carbide and on the muffle 6 is arranged
a combustion chamber 7. The reference 8 designates a burner
with heavy oil from the combustion chamber 7 and the reference 9 designates an outlet for the combustion gases. The whole device rests on Le-socle 10.
The cross-sectional shape of the muffle furnace 1 according to the invention is not limited to a particular shape. <EMI ID = 27.1> does not cause, during the operation of the device, the formation of a heating dead zone where the application
<EMI ID = 28.1>
clumps of unreacted reaction materials tend to form adversely. The interior of the muffle furnace 1 is coated with a material having a low porosity such as a refractory and anti-acid brick of the chamotte type so that the muffle furnace 1 can withstand the high acidity and the high temperature involved in the reaction for producing an alkali metal salt of a mineral acid such as potassium sulfate.
As can be seen in FIG. 3, the stirring means 2 comprises two shafts, 11 and 11A and a certain number of stirring elements in column 13 and 13A, fixed securely to each of the shafts 11 and 11A. The
shafts 11 and 11A are adapted to rotate in opposite directions, that is to say to rotate in two different directions, opposite to each other, so that the shafts rotate either inward or inward exterior as indicated by the arrows in FIG. 3. In the case where the shafts 11 and 11A have the same direction of rotation, it is not possible to achieve sufficient mixing of the reaction mixture at the final stage of the reaction. Furthermore, from the point of view of better mixing, it is preferable for the stirring shafts 11 and 11A, which have mutually opposite directions of rotation, to rotate in opposite directions inwards. Passages 12 and '12A. are provided longitudinally in the respective shafts 11 and 11A, which allow the passage of a refrigerant to
<EMI ID = 29.1>
can force the reaction mixture present in the oven
<EMI ID = 30.1> harden, thus forming an auxiliary layer of refractory and anti-acid coating for trees 11 and 11A. The shape of the stirring elements 13 and 13A according to the invention is not limited to a particular shape, and a column shape (any circular, square, triangular and polygonal shape in cross section can be adopted), a shape flat plate, a shape that is as a whole, twisted, can be used. However, column stirrers are most preferred from the standpoint of mechanical strength, resistance to acids and heat, ease of use. replacement when they are worn and others.
The arrangement mode for attaching the stirring elements 13 and 13A to the respective shafts 11 and 11A is very important in the device according to the invention because, according to the arrangement, the reaction mixture can advantageously be pushed to migrate from the left to right in the muffle furnace looking at Figure 1,
and can be retained in the region, where it is vigorously kneaded to achieve an effective reaction. When it is said that the stirring means of the device according to the invention has a capacity to push the reaction mixture so that it emigrates, this naturally means that the stirring means also has the capacity to stir the reaction mixture.
One of the characteristics of the arrangement of the stirring elements 13 and 13A according to the invention is as follows. At least in the region where the liquid phase of the reaction mixture is continuous, the stirring elements
13 and 13A are '% .. attached to each of the shafts 11 and 11A in an arrangement such that the rotation of the shafts 11 and 11A can forcefully migrate the reaction mixture. In other words, as we can see in
<EMI ID = 31.1>
agitation elements 13 and 13A (13, 13-1, 13-2, 13-3, etc.
<EMI ID = 32.1>
first part, about half of the muffle furnace, and preferably about two thirds, are arranged around the edges of the respective shafts 11 and 11A in staggered relation at a predetermined angle so that the line connecting the agitating elements 13 ,
<EMI ID = 33.1>
13A, 13A-1, 13A-2 and 13A-3 take place of propeller. If the offset angle between the longitudinally adjacent stirring elements is between about 30 and 70 [deg.], Even a reaction mixture in an excess liquid state can be induced to migrate, but from the point of view of ease of production it is better
that this angle of offset is of the order of 45 [deg.]. The stirring elements 13 and 13A arranged helically around the edges of the respective shafts 11 and 11A must be spaced from one another in the longitudinal direction of the shafts, by an interval greater than zero and less than the width of each of the elements of agitation. If the interval is greater than the width of each of the stirring elements, the capacity of the stirring means 2 to cause the migration of the reaction mixture is lowered and, moreover, if no interval is
intended to arrange the stirring elements continuously, the capacity of the stirring means 2 to cause the migration of the reaction mixture becomes too large. The stirring means which has a power causing excessive migration has a stirring power
too weak. and vice versa. The helical arrangement of the stirring elements, which can cause the force migration of the reaction mixture, can alternatively be extended over the entire length of the shafts 11 and 11A corresponding not only to the region where the liquid phase of the reaction mixture is continuous but also to the region where the liquid phase of the reaction mixture is discontinuous, but the helical arrangement of the stirring elements is advantageously limited to the part corresponding to the first continuous region of
liquid phase so that the stirring means does not have a forced migration capacity for the reaction mixture .in the last discontinuous region of liquid phase, in order to thus cause an extension of the retention time of the reaction mixture in this last region discontinuous <EMI ID = 34.1>
example, in case the number of agitation elements
<EMI ID = 35.1>
the tree is two, if the offset angle is set to 90 [deg.] as can be seen in figure 3, there is no force migration capacity.
Another characteristic of the arrangement of the stirring elements 13 and 13A according to the invention is as follows. At least in the region where the solid phase of the reaction mixture is continuous, the stirring elements
13 and 13A are attached to the respective trees 11 and 11A
in an arrangement such that the stirring means can forcibly knead the reaction mixture. In other words, as can be seen on the right side of the lines of interruption in Figure 3, the arrangement of the elements
<EMI ID = 36.1>
that the stirring elements 13 and 13A are arranged substantially at the same distance from the end of the two shafts 11 and 11A and, at the same time, the distance between the axes of the respective shafts 11 and 11A is determined so that the elements agitation 13 and 13A fixed to the respective shafts 11 and 11A can be interposed while the shafts 11 and 11A rotate. From the effect point of view
scraping the reaction mixture away from the shafts 11 and
11A, it is preferable that the degree of mutual interposition of the agitating elements is as high as possible, but in practice it is of the order of 1/2 or more
the length of the stirring elements, and preferably of the order of 2/3 or more. The above-mentioned arrangement of the stirring elements 13 and 13A can preferably be extended to the part corresponding to the first continuous region in the liquid phase as can be seen in FIG. 3, so that the reaction mixture having emigrated from
, force of the initial reaction zone changes to a pendulum state in the final reaction zone where the reaction mixture is retained and is subjected to force kneading so that it is sufficiently kneaded while being sheared. From the point of view of the mixing effect, the number of agitating elements attached to a tree at the same distance from the end of the tree can preferably be 2 or
<EMI ID = 37.1>
insufficient.
The structure of the agitating elements 13 and 13A in a column and of the shafts 11 and 11A will now be described with reference to FIG. 4. As shown in FIG. 4, a horizontal arm 14, which will serve as the core of the element
<EMI ID = 38.1>
cylindrical and hollow and short in length. The arm in
<EMI ID = 39.1>
made of a ceramic material and the top of which is open, and the interior of the external cylindrical housing 16 is filled, to a height from the top of the metal arm 14 to the top of the external cylindrical housing 16, with a product thermosetting, acid-resistant and capable of
<EMI ID = 40.1>
drowned. The external cylindrical shoemaker 16 is at the same time fixed to a metal arm 14 by the product 17. The shaft 11 is fixed in the cylindrical and hollow metal support of
<EMI ID = 41.1>
have any shape and be directly mounted, not by the hollow metal support, on the shaft 11, but for example by welding. Also in the present embodiment, it is necessary to drown the metal arm in the cylindrical ceramic outer case by means of a castable product. The shaft 11 has a passage 12 for a refrigerant. On the outside of the cylindrical metal support 15 is provided a first coating layer 18 of a product which can be poured, thermosetting and resistant to acids which must protect the support 15 and the shaft 11. It is preferable, in the <EMI ID = 42.1>
covering 19 is also provided outside the
<EMI ID = 43.1>
by allowing the passage of a refrigerant fluid in the, passage 12. As described, the passage of a fluid
<EMI ID = 44.1>
muffle furnace and in contact with the first coating layer 18 or the hollow metal support 15 to be hardened into an auxiliary coating layer, i.e.
<EMI ID = 45.1>
second layer of covering will suffice to protect the shaft 11, but the fact of providing these two layers is advantageous because, in the case where cracks and / or exfoliated parts form in the first layer 18, the second layer 19 (again in the form of a fluid reaction mixture) is used to recondition the first coating layer 18 by entering and hardening in the cracks and / or the exfoliated parts, thereby prolonging the life of the shaft 11. It is necessary to Note that,
once formed, the second layer 19 has such a high thermal insulation property that the heat loss resulting from the passage of a refrigerant in the passage 12 of the shaft 11 is negligible.
The device according to the invention has been constructed
<EMI ID = 46.1>
potassium sulfate and hydrogen chloride by reaction of potassium chloride and sulfuric acid
<EMI ID = 47.1>
Referring to Figure 5, the raw materials, potassium chloride 31 and sulfuric acid
32, are first preheated respectively ^ in the preheaters 33 and 34, and are then brought by the feed chute 3 into the muffle furnace 1. As a preheater 33 for potassium chloride 31, a rotary dryer can be used traditional. However, from the efficiency point of view, it is preferable to use a traditional fluidized bed type heater.
<EMI ID = 48.1>
mixed at room temperature in a premixer or the like and then brought to the oven
<EMI ID = 49.1>
As described, the stirring means 2 of the device according to the invention has the capacity to push the reaction mixture forward, at least in the region where the liquid phase of the reaction mixture is continuous.
Due to the stirring means 2 as mentioned above, the reaction materials in the muffle furnace 1 can advantageously react with each other in different zones depending on the state of the reaction mixture. Therefore, even a reaction mixture of sulfuric acid 32 and potassium chloride 31 at an equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride of 1.00 to 1.40 and in an excess acid state can be sufficiently agitated and mixed while migrating to the region where the liquid phase of the reaction mixture is continuous. As described,
the stirring means 2 has an arrangement of the elements
<EMI ID = 50.1>
less in the region where the solid phase 'of
<EMI ID = 51.1>
<EMI ID = 52.1>
continuous region in solid phase is sufficiently kneaded, and therefore a minute quantity of potassium chloride remaining in the granules in mass of potassium sulphate produced is forced to be exposed and to react with the potassium bisulphate present in a relatively large quantity. During the whole course of the reaction, the reaction mixture inside the muffle furnace 1 is kept at a temperature between the melting point of potassium bisulfate and 500 ° C, preferably at a temperature between 300 and 450 [deg.] C by the heat produced by the heavy oil burner 8 in the combustion chamber 7 and which is transferred through the muffle 6 to the muffle furnace 1.
Thus, using the device: according to the invention, it is possible to produce -in a stable and continuous manner, sulfate
<EMI ID = 53.1>
weight or less, by reaction of sulfuric acid and potassium chloride under relatively moderate conditions. The device according to the invention. allows the reaction to be completed in a shortened period of time of half a
<EMI ID = 54.1>
above, using the device according to the invention, the reaction can be carried out at a relatively low temperature between the melting point of potassium bisulfate and 500 [deg.] C and therefore an unfavorable decomposition of the bisulfate potassium is removed. As a result, hydrogen chloride gas can be obtained as a by-product without contamination of the decomposition products of potassium bisulfate such as sulfur dioxide. In addition, the characteristics of very resistant structure, acids and heat of the muffle furnace 1 and the stirring means 2 of the device according to the invention allow this device to resist satisfactorily its continuous and long use term in conditions of high acidity and high temperature, leading it to be used in production
<EMI ID = 55.1>
excess sulfuric, the device according to the invention can be favorably compared to a traditional device by effectively advancing the reaction, and producing stably and easily, potassium sulfate having a sufficiently low chlorine content.
Referring now to the diagram of a process of Figure 5, the potassium sulfate containing potassium bisulfate obtained by the reaction of potassium chloride with excess sulfuric acid is discharged from the muffle furnace 1 through the outlet 4 of the reaction product and it is cooled in a reaction product cooler 41 and then it is collected as a final product 42. Alternatively, after being cooled in the cooler 41, potassium sulfate containing potassium bisulfate (called here "outlet") can be transformed into pellets by means of a granulator 44. In this case, the outlet is mixed and kneaded in the granulator 44 with hydrated lime 45 and
<EMI ID = 56.1>
collected as a final product 49 in the form of a granulated potassium sulfate salt.
Depending on the need, the potassium bisulfate contained in the outlet can be neutralized. Neutralization of potassium bisulfate can be carried out by cooling the outlet from the muffle furnace 1 in the cooler 41 of the reaction product, pulverizing the outlet and sufficiently mixing the outlet with a neutralizing agent, for example hydrated lime more a small amount of water, then drying (below "indirect neutralization method"). Alternatively, the potassium bisulfate contained in potassium sulfate containing potassium bisulfate can be better neutralized if a neutralizing agent such as calcium carbonate is directly added, by
<EMI ID = 57.1>
potassium sulphate obtained by the reaction and placed at
the final reaction zone inside the muffle furnace 1 (hereinafter "direct neutralization method"). For the following reasons, the direct neutralization method is advantageous: (i) the neutralization processes are extremely simplified, (ii) chemical neutralization is achieved while mainly mechanical mixing is achieved in the neutralization method
<EMI ID = 58.1>
mechanical mixing in the indirect neutralization method, the product finally obtained inevitably undergoes a classification of its components and a lack of uniformity of composition during its storage and transport. Furthermore, the product obtained by the direct neutralization method does not undergo the above unfavorable phenomena.
The potassium bisulfate contained in the product can be neutralized to a desired level.
Hydrogen chloride gas 51 as a by-product is discharged from the muffle furnace 1 through the. outlet of hydrogen chloride gas by-product 5 and it is washed or purified in the gas purifier or washer 52 to form refined hydrogen chloride gas 53. The combustion gases 55 are evacuated from the combustion chamber 7 through the outlet 9 and are subjected to a heat exchange, in a device 56 for heat recovery, with hot water 54, which originally is the refrigerant of the shafts 11 and 11A. The combustion gases 55 are then used as a heat source for the above-mentioned preheaters 33 and 34, and they are washed in a combustion gas purifier 60 to be evacuated to the atmosphere. Reference 61 designates industrial water and reference 63 denotes wastewater.
The reaction product taken out of the muffle furnace 1 is advantageously cooled by the process which follows. The reaction product which has already been cooled is collected in large quantities under the outlet 4 for the reaction product and this reaction product is gradually removed from the muffle furnace into the combined reaction product while circulating the latter. By cooling the reaction product in the above manner, the formation of scale in the cooler can be prevented.
As described above and as is apparent from the results of the examples (which will be given below), according to the present invention, various advantages can be achieved as follows:
(1) How effectively a mineral acid can react with a chloride of an alkali metal itself
<EMI ID = 59.1>
alkali metal of the order of 1.00 to 1.40, we can
<EMI ID = 60.1>
an alkali metal salt of a mineral acid having a low chlorine content. As a result, the production capacity per oven is increased up to 3 times that of the device disclosed in the publication of Japanese patent N [deg.] 2264/1960.
In other words, a traditional device
such as that revealed in the publication of the patent - Japanese N [deg.] 2264/1960 does not present, in its muffle furnace, a stirring means capable of forcing the reaction mixture while forcing it to emigrate from the initial reaction zone where the reaction mixture takes a state of slurry to the final reaction zone where it takes a dry state. Accordingly, in the production of an alkali metal salt of a mineral acid using the conventional device, it is necessary that the reaction mixture inside the muffle furnace be kept substantially in a dry state. The result of
the above is that the reaction rate is determined by the rate of penetration of the liquid into the solid granules of the reaction material, and therefore it takes a long time, in the order of 3 to 5 hours, before the reaction is not finished. Furthermore, in the case
of the device according to the invention, the stirring means is capable of kneading the reaction mixture while allowing it to migrate from left to right inside the muffle furnace by looking at FIG. 1, and it is capable to carry out the reaction in different zones according to 3, 'state that takes the reaction mixture. Consequently, it is possible that most of the reaction takes place with the reaction mixture at a
wet condition. In this case, the course of the reaction is determined by the conduction of heat to the reaction mixture and therefore the reaction can be
_ / accomplished in a short time of the order of half an hour
at two o'clock.
(2) The increase in production capacity per furnace with a jump of three times that of the prior art makes it possible to greatly reduce the fuel consumption.
<EMI ID = 61.1>
agitation of the agitation means at the part corresponding to the initial reaction zone and due to the ability of the agitation means to cause migration, which prevents the raw materials brought into the initial reaction zone from remaining there, raw materials can be fed directly into the muffle furnace without being premixed, which has the advantage that the combustion gases discharged from the combustion chamber can be used to preheat the raw materials before bringing them into the muffle furnace. As a result, better thermal efficiency is achieved.
Furthermore, as a result of the increased capacity of the stirring means according to the invention, to cause the migration of the reaction mixture in the muffle furnace, the quantity of the reaction mixture to be retained in the muffle furnace is reduced and consequently the device according to the invention can continuously produce an alkali metal salt of a mineral acid such as a potassium sulphate salt with a lower power consumption.
(3) The properties of high resistance to acids, to heat and to wear of the muffle furnace and of the stirring means according to the invention make it possible to greatly reduce the cost of their maintenance.
(4) Even when an alkali metal chloride such as potassium chloride is reacted with a stoichiometrically equivalent amount of sulfuric acid, the device according to the invention is capable of producing potassium sulfate, the chlorine content of which
<EMI ID = 62.1>
potassium produced using a device of the prior art, for example that disclosed in the publication <EMI ID = 63.1>
The present invention will now be described in detail with reference to the examples which follow which must in no case limit the scope thereof.
<EMI ID = 64.1>
A muffle furnace was used having the same structure as that illustrated in Figure 1. The muffle furnace was 600 mm high, 500 mm wide and 1,800 mm long. The muffle constituting the upper wall of the furnace was made of silicon carbide and had a semi-circular cross section. The muffle had a diameter of 500 mm and a length of 800 mm. The interior of the muffle furnace, excluding the part corresponding to the upper wall, was coated with a chamotte-type brick having a low porosity. In
the muffle furnace was provided with a stirring means having two shafts so that the longitudinal axes of the muffle furnace and of the stirring means are parallel. Hollow shafts made of SUS304 stainless steel were used for the above shafts, and each shaft had a coolant passage, which passage had an internal diameter of 30 mm, an external diameter of 64 mm and a length of 2600 mm. Stirring elements were provided on each of the shafts as shown in Figures 3 and 4. For example, fourteen cylindrical mstal supports each having an external diameter of 80 mm, an internal diameter of 65 mm and a length of 120 mm were mounted, without gap between them, on each of the shafts extending through the metal supports. Two arms
metal steel. SUS304 formed an integral part of each of the fourteen metal supports, and they were arranged circumferentially on the external periphery of this support at an interval of 180 [deg.] From each other. The metal arms had a diameter of. 30 mm and a height of 60 mm. Each of the two metal arms on a metal support was enclosed in a cylindrical external silicon carbide case with an external diameter of 90 mm, an internal diameter of 60 mm and a height of 90 mm.
The interior of the cylindrical outer casing was densely filled, to a height such that it covered the top of the metal arm, with a castable and thermosetting product, of the mullite type, with heat treatment to 120 [deg.] C to allow it to harden.
<EMI ID = 65.1>
agitation on each of the trees was such that, at the part corresponding to the first two thirds of the reaction zone, that is to say the part corresponding to the distance up to 1200 mm from the end d entrance to the muffle furnace where raw materials are introduced, the stirring elements (twenty stirring elements: 2 stirring elements per metal support x 10 metal supports) are arranged in a helix (in order to take two lines helical imaginaries) at an offset angle between the longitudinally adjacent agitation elements of
45 [deg.] So that the means of agitation can have a capacity causing a migration.
Furthermore, to the part corresponding to the last third of the reaction zone, that is to say the part corresponding to a distance from
1200 mm from the inlet end of the muffle furnace, the stirring elements (8 stirring elements: 2 per metal support x 4 metal supports) were arranged
at an offset angle between longitudinally adjacent stirring elements of 90 [deg.] so as not to impart any capacity causing migration. However, in Examples 5, 6 and 7, the whole part offset angle corresponding to the entire reaction zone was 45 [deg.] And therefore the stirring means also had a capacity causing migration to the part corresponding to the last third of the reaction zone. The two stirring elements fixed to a shaft by means of a hollow metal support and the two corresponding stirring elements fixed to the other shaft by a hollow metal support were placed at the same distance from the end of the two trees. Furthermore, by providing two trees in the reactor, the. distance between axes of respective trees was determined <EMI ID = 66.1>
respective (including those placed, in the corresponding part
<EMI ID = 67.1>
feels to interpose with each other during the
<EMI ID = 68.1>
opposite inward rotation, turning at 20 rpm.
A water coolant was allowed to pass through each of the passages provided in the trees at a speed of
15 1 / h. Heavy oil was subjected to combustion using a heavy oil burner and the temperature inside the combustion chamber was maintained
<EMI ID = 69.1>
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
152 kg per hour of quality potassium chloride
<EMI ID = 72.1>
and 100 kg per hour of sulfuric acid having a purity of
<EMI ID = 73.1>
the amount of potassium chloride used was the same but the amount of sulfuric acid varied, i.e.
103 kg per hour, 107 kg per hour, 110 kg per hour,
120 kg per hour, 130 kg per hour and 110 kg per hour.
The quantity of heat supplied was adjusted so that the temperature of the reaction mixture at the central part of the muffle furnace was between 400 and 450 [deg.] C. The state which the reaction mixture takes at a given point in the muffle furnace varies according to the equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride employed. In examples 2, 3, 4, 5 and 7, the raw materials as they entered the muffle furnace through the feed chute became a slurry and took a funicular I or pendulum state
at the final stage of the reaction. In Example 1, the reaction mixture assumed a dry state already at the start of the final stage of the reaction. In all of the examples 1 to 4, almost complete migration, that is to say without partial stagnation, of the reaction mixture was observed in the zones where it assumed a state of slurry and a capillary state, respectively. Similarly, in the region where the solid phase of the reaction mixture is continue where the mixture
<EMI ID = 74.1>
<EMI ID = 75.1>
part of the area in the pendulum state), most of the reaction mixture was retained in the pet-de-nonne space formed by the cooperation of the upper part of the stirring element with the surface of the second coating layer of the rotary shaft, and was vigorously kneaded and pushed to migrate out of the muffle furnace.
In Examples 5 to 7, the reaction mixture was sufficiently advanced to migrate from the inlet end to the outlet end of the muffle furnace, while being kneaded in the region where the solid phase of the reaction mixture is continuous.
The equivalent ratio of sulfuric acid to potassium chloride and the other operating conditions used in each of Examples 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7 are given in Table 2 below, as well as the content of chlorine and the potassium bisulfate content in the resulting potassium sulfate salt produced.
The effects of agitation, kneading and migration of the reaction mixture. produced by the device according to the invention were evaluated by eye in each of Examples 1 to 7 and the results are also given in Table 2 as well as the state of the reaction mixture assumed at the final stage of the reaction and the average time retention of the reaction mixture in the oven.
Comparison examples 1 to 3
Comparison examples 1 to 3 were undertaken in substantially the same operating conditions as those described in Examples 1 to 7, but with a number of stirring elements per metal support (or number of stirring elements to the same distance from the end of the tree), a shift angle, a mode of arrangement of the agitation elements on the trees and a direction of the modified trees. In comparison example 3, the agitation elements were attached to the trees so that the agitation elements attached to the respective trees * did not rotate in the common vertical plane. The stirring elements on one tree and those on the other tree were arranged so that the first and the last were at different distances from the ends of the two trees.
<EMI ID = 76.1>
<EMI ID = 77.1>
<EMI ID = 78.1>
<EMI ID = 79.1>
CLAIMS
<EMI ID = 80.1>
alkali of a mineral acid from a chloride of an alkali metal and a mineral acid, characterized in that it comprises:
an elongated muffle furnace (1) insulated to resist acids and heat, provided with an upper muffle (6) and having a heating means which is mounted therein via said muffle, a supply means ( 3) raw materials placed at its first end, a means for discharging the reaction product (4) placed at its other end and a means for escaping the product gases (5); and
a stirring means (2) comprising two shafts
(11, 11A) rotating in opposite directions in said muffle furnace, so as to extend longitudinally relative to it, and equipped with a number of column stirring elements (13, 13A) respectively, said said shafts and said stirring elements being arranged so as to push the reaction mixture forward !. at least in a part of said muffle furnace which corresponds to the region where the liquid phase of the reaction mixture is substantially continuous and for forcing the reaction mixture
at least in a part of the muffle furnace corresponding to the region where the solid phase of the reaction mixture is substantially continuous.