CS243957B1

CS243957B1 - Precipitating reactor for continuous production of sodium hexafluorosilicate

Info

Publication number: CS243957B1
Application number: CS834770A
Authority: CS
Inventors: Otakar Soehnel; Helena Mudrochova; Jiri Ministr; Josef Pelc
Original assignee: Otakar Soehnel; Helena Mudrochova; Jiri Ministr; Josef Pelc
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS477083A1

Abstract

Účelem řešení je optimální konstrukční uspořádání srážecího reaktoru pro kontinuální výrobu fluorokřemičitanu sodného. Tohoto cíle se dosáhne tak. že do srážecího reaktoru, opatřeného svislými zarážkami (3) je centrálně umístěn difuzor (4) s michadlem (5). Přívody (7) reakčnich roztoků jsou zaústěny do difuzoru (4) nad míchadlo (5) co nejdále od sebe.The solution is optimal in design arrangement of the precipitation reactor for continuous production of sodium fluorosilicate. This goal will be achieved. that into of a precipitation reactor equipped with vertical the stop (3) is a centrally located diffuser (4) with stirrer (5). Reaction Leads (7) solutions are introduced into the diffuser (4) as far apart as possible from the stirrer (5).

Description

Vynález se týká srážecího reaktoru jw kontinuální výrobu fluorokřemičitanu sodného.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precipitation reactor 1 for the continuous production of sodium fluorosilicate.

Pluorokřemičitan sodný se vyrábí srážením technické kyseliny fluorokřemičité odpadající při výrobě superfosfátu roztokem sodné soli/jako^apř. chlorid sodný, síran sodný, hydroxid sodný aj. podle rovniceSodium fluorosilicate is produced by precipitation of the technical fluorosilicic acid which is produced in the production of superphosphate with a sodium salt solution (e.g. sodium chloride, sodium sulfate, sodium hydroxide, etc. according to the equation

HgSiPg + 2 Na⁺——- > Na₂SiP₆ + 2 H⁺.HgSiPg + 2 Na ⁺ ——-> Na ₂ SiP ₆ + 2 H ⁺ .

Známá, průmyslově využívaná technologie je založena na následujícím postupu: kyselina fluorokřemičitájzbavená gelu fluorokřemičitanu sodného a zředěná na vhodnou koncentraci, se předloží do reaktoru a za míchání se do reaktoru načerpá téměř nasycený roztok např. chloridu sodného v množství, které je obvykle o 10 až 40 % větší než by vyžadovala stechiometrie reakce. Pote se míchání přeruší a po usazení vzniklých krystalů fluorokřemicitanu sodného se matečný roztok odčerpá, krystaly se dekantují vodou ke snížení obsahu sodné soli a volné kyseliny v produktu, krystaly fluorokřemičitanu sodného se odstředí, vysuší a zabalí.Known, industrially utilized technology is based on the following process: fluorosilicic acid, free of sodium fluorosilicate gel and diluted to a suitable concentration, is fed into the reactor and pumped into the reactor with stirring, e.g. % greater than the reaction stoichiometry would require. After stirring, the stirring was stopped and after the resulting sodium fluorosilicate crystals had settled, the mother liquor was drained, the crystals were decanted with water to reduce the sodium salt and free acid content of the product, the sodium fluorosilicate crystals were centrifuged, dried and packaged.

243 957243 957

Jelikož diskontinuální technologie vyžaduje větší a tedy i nákladnější zařízení a větší potřebu pracovních sil na obsluhu než kontinuálně provozovaná technologie, bylo vynaloženo značné úsilí na kontinualizaci výroby fluorokřemičitanu sodného· Hlavním problémem je kontinuální srážení, neboí filtrace a sušení jsou v kontinuálním provedení dobře známy a vyzkoušeny·Since discontinuous technology requires a larger and therefore more expensive equipment and a greater labor demand than the continuous technology, considerable efforts have been made to continualise the production of sodium fluorosilicate · The main problem is continuous precipitation, since filtration and drying are well known and tested ·

Pro kontinuální srážení jsou používány reaktory tvořené nádobou bez vnitřní vestavby a opatřené na obvodě obvykle zarážkou, reakční roztoky jsou uváděny nad nebo pod hladinu kapaliny bu5 odděleně nebo již ve smíchaném stavu· Uvádění roztoků nad hladinu může způsobit tzv· zkraty, kdy reakční roztoky ještě ne zcela zreagované odcházejí z reaktoru· Uvádění pod hladinu reaktoru má za následek tvorbu inkrustů na přívodních trubkách, což si vynucuje časté odstávky reaktoru a jeho čištění. Každý srážecí reaktor bez vnitřní vestavby musí být velmi intenzivně míchán, aby obsah reaktoru byl rychle homogenizován. I přesto dochází ke vzniku místních vysokých přesycení vedoucích k tvorbě velkého množství malých krystalů· Rychlý pohyb míchadla má za následek intenzivní interakce krystal - míchadlo, které vedou k mechanickému rozbíjení utvořených krystalů a k tvorbě nových krystalů mechanismem sekundární nukleace Produkt z těchto reaktorů vykazuje často nevhodné granulometrio ké složení, které je příčinou špatných filtračních vlastností vzniklé suspenze, tendence ke spókání u hotového produktu atd·Reactors consisting of a vessel without an internal installation and provided with a stopper on the periphery are used for continuous precipitation, the reaction solutions are brought above or below the liquid level either separately or already in a mixed state. Completely reacted exiting the reactor · Putting below the reactor surface results in the formation of incrustations on the lances, requiring frequent reactor shutdowns and cleaning. Each shrinkage reactor without internal built-in must be vigorously stirred to rapidly homogenize the reactor contents. Nonetheless, local high supersaturation results in the formation of large amounts of small crystals · Rapid agitation of the agitator results in intense crystal-agitator interactions that lead to mechanical breakdown of formed crystals and formation of new crystals by secondary nucleation product composition, which causes poor filtration properties of the resulting suspension, tendency to agglomerate in the finished product, etc. ·

K překonání uvedených potíží při srážení fluorokřemičitanu sodného byl navržen dvoustupňový reaktor (S. Ambrus, J. Szamosi Mágy· Kem. Lapja 20, 436, 1965)« Srážené roztoky kyseliny fluorokřemiňité a chloridu sodného jsou samostatně uváděny do nádoby prvního stupně míchané ze shora kotvovým ňíchadlem, přičemž srážecí roztoky jsou uváděny pod hladinu suspenze· Suspenze pře padá přes horní okraj nádoby a mezi plášíovým prostorem je uvá3A two-stage reactor (S. Ambrus, J. Szamosi Magy · Kem. Lapja 20, 436, 1965) has been proposed to overcome these difficulties in the precipitation of sodium fluorosilicate. The precipitated solutions of fluorosilicic acid and sodium chloride are separately introduced into a vessel of the first stage mixed from above by an anchor. The slurry falls over the upper edge of the container and between the sheath space there is

243 957 děna do níže položené nádoby druhého stupně, míchané ze spodu kotvovým míchadlem. Produkční suspenze odchází ze systému přepadem přes horní okraj nádoby druhého stupně· Tento typ reaktoru sice zajistí dokonalé výsledné zhomogenizování srážených roztoků, nicméně v oblasti důležité pro tvorbu krystalů (nádoba prvního stupně) je homogenizace příliš pomalá k tomu, aby nevznikaly oblasti s vysokým přesycením· Čištění reaktoru od inkrustací a nahromaděného sedimentu v nádobách prvního a druhého stupně je obtížné a navíc sedimentace větších krystalů znemožní po krátkém čase chod míchadel a tím i reaktoru· Je zřejmé, že navržený typ reaktoru je pro zajištění bezporuchového kontinuálního chodu srážení fluorokřemičitanu sodného ne zcela vhodný·243,957 into a lower second-stage vessel mixed from below with an anchor stirrer. The production slurry leaves the system via an overflow over the top edge of the second stage vessel. While this type of reactor ensures perfect final homogenization of the precipitated solutions, homogenization is too slow in the region important for crystal formation (first stage vessel) to avoid high supersaturation areas. Cleaning the reactor from incrustations and accumulated sediment in the first and second stage vessels is difficult and, in addition, sedimentation of larger crystals will prevent the agitators and therefore the reactor from running after a short time · It is clear that the proposed reactor type is not entirely suitable for trouble-free continuous operation ·

Z dosud uvedených skutečností však vyplývá hlavní požadavek na konstrukci vhodného reaktoru na srážení fluorokřemičitanu sodného· Vzhledem k tvorbě inkrustací a možnému vzniku sedimentu musí být reaktor jednoduchý a snadno rozebíratelný. Jeho konstrukce musí zajišťovat dokonalou a rychlou homogenizaci srážených roztoků, zejména na počátku děje, Je třeba zamezit vzniku zkratů· Cirkulace suspenze musí být natolik intenzivní, aby obtížné sedimenty na dně reaktoru vznikaly v minimálně možné míře·However, from the above, the main requirement for the design of a suitable sodium fluorosilicate precipitation reactor has been identified. Its construction must ensure perfect and fast homogenization of the precipitated solutions, especially at the beginning of the process. Short circuits must be avoided · The suspension circulation must be so intense that difficult sediments on the bottom of the reactor are formed to the minimum extent possible ·

Tyto požadavky splňuje srážecí reaktor p>o kontinuální výrobu fluorokřemičitanu sodného opatřený dvěma samostatnými přívody reakčních složek, míchadlem a zarážkami podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že svislou osou souměrnosti je ve srážecím reaktoru umístěn difuzor a v prostoru vymezeném difuzorem a míchadlem jsou ve vzájemné vzdálenosti větší než je polovina průměru difuzoru uspořádány vývody obou přívodů reakčních složek·These requirements are met by a continuous sodium fluorosilicate production reactor provided with two separate reactant feeds, a stirrer and a stopper according to the invention, characterized in that a vertical axis of symmetry is placed in the precipitation reactor in the space defined by the diffuser and stirrer. mutual distances greater than half the diameter of the diffuser are arranged outlets of both reactant inlets ·

243 957243 957

Řešení podle vynálezu je založeno na dokonalém poznání procesu kontinuálního srážení fluorokremičitanu sodného» stanovení chemicko-inženýrských podmínek vymezujících optimální do prostoru difuzoru. Odlišnost od stávajících kontinuálních srážecích reaktorů spočívá v instalaci difuzoru a v umístění přívodů reakčních složek do prostoru difuzoru· Od míchaných krystalizátorů či nádob na rozmíchávání suspenzí se vynález konstrukčně liší existencí oddělených přívodů reakčních komponent, Tato odlišnost má zásadní význam, nebol míchané krystalizátory či nádoby na míchání suspenzí nelze k provádění chemických srážecích reakcí použitiThe solution according to the invention is based on perfect knowledge of the process of continuous precipitation of sodium fluorosilicate determination of chemical-engineering conditions defining optimal into the diffuser space. The difference from existing continuous precipitation reactors lies in the installation of the diffuser and in the positioning of the reactant feeds in the diffuser space. The invention differs from the stirred crystallizers or slurry mixing vessels by the existence of separate reactant feed lines. stirring the suspensions cannot be used to carry out chemical precipitation reactions

Výhodnost řešení podle vynálezu spočívá ve zvýšení pracovní spolehlivosti celého zařízení a v jeho jednoduchosti, což umožňuje přesné dodržování technologických parametrů srážení po dlouhou dobu.The advantage of the solution according to the invention lies in increasing the operational reliability of the whole device and in its simplicity, which allows precise adherence to the technological parameters of the precipitation for a long time.

Na přiloženém výkrese je schematicky znázorněn srážecí reaktor podle vynálezu, přičemž 1 znamená vnější plášl, 2 kčnické dno s výpustí, % svislé zarážky, 4 difuzor, £ míchadlo, přepad, 2 přívody.In the accompanying drawing, a precipitation reactor according to the invention is schematically shown, with 1 being an outer shell, 2 ankle bottom with a drain,% vertical stop, 4 diffuser, stirrer, overflow, 2 inlets.

V dalším je popsán reaktor spolu s objasněním jeho funkce. Ve srážecím reaktoru o objemu 400 litrů je difuzor 4 umístěn tak, že mezi hranou difuzoru 4 a hladinou nebo dnem reaktoru je mezera cca 200 mm. Reakční roztoky jsou dávkovány přívody 2 do difuzoru 4 pomocí čerpadel. Ústí obou přívodů 2 v difuzoru 4 je vzdáleno od sebe ve vodorovném směru 400 mm, přičemž vlastní průměr difuzoru činí 500 mm a vlastní průměr reaktoru je 700 mm. Suspenze odtékající ze srážecího reaktoru přepadem 6In the following, the reactor is described together with an explanation of its function. In the 400 liter precipitation reactor, the diffuser 4 is positioned such that there is a gap of about 200 mm between the edge of the diffuser 4 and the level or bottom of the reactor. The reaction solutions are dosed via the inlets 2 to the diffuser 4 by means of pumps. The mouth of the two inlets 2 in the diffuser 4 is spaced 400 mm horizontally, the diffuser proper diameter being 500 mm and the reactor diameter 700 mm. Suspension effluent from precipitation reactor via overflow 6

243 957 se zavádí do sedimentátoru o stejném objemu jako má srážecí reaktor. Míchadlo £ je lopatkové, je umístěno ve spodní třetině difuzoru 4 a je provozováno s 300 až 700 ot/min. Srážecí reaktor je vyroben z polypropylenu, míchadlo £ je kovové, pogumované. Nátok reakcního roztoku je řízen tak, aby střední doba zdržení ve srážecím reaktoru byla 15 minut. Při použití 15% kyseliny fluorokřemičité a nasyceného roztoku chloridu sodného v 15% přebytku na stechiometrii reakce je srážecí reaktor schopen vyrábět 200 kg fluorokřemičitanu sodného za hodinu.243,957 is introduced into a sedimentator of the same volume as the precipitation reactor. The stirrer 6 is paddle-shaped, located in the lower third of the diffuser 4 and operated at 300 to 700 rpm. The precipitation reactor is made of polypropylene, the stirrer 6 is metal, rubberized. The flow of the reaction solution is controlled so that the mean residence time in the precipitation reactor is 15 minutes. Using 15% fluorosilicic acid and a saturated sodium chloride solution in a 15% excess over the stoichiometry of the reaction, the precipitation reactor is capable of producing 200 kg of sodium fluorosilicate per hour.

Reakční roztoky jsou zaváděny pod hladinu suspenze do prostoru difuzoru 4 ve vzdálenosti rovné polovině až celému průměru difuzoru 4. Tím se zabrání výskytu zkratu”, tj. předčasnému úniku reakčních komponentů či produktu ze srážecího reaktoru, neboí reakční roztoky musí nejprve projít difuzorem dolů, po vnější straně difuzoru 4 nahoru a teprve potom mohou eventuálně dosáhnout přepadu 6 ze srážecího reaktoru. Minimální doba zdržení reakčních roztoků ve srážecím reaktoru je proto dostatečná k dokončení reakce. V difuzoru 4 panuje poměrně usměrněné proudění směrem ke dnu srážecího reaktoru, takže reakční roztoky obou komponent se smísí značně rychle až v zěně míchadla £· Tím je omezeno nebezpečí výskytu vysokých lokálních přesycení běžných ve srážecích reaktorech obvyklého typu. Hydrodynamické poměry v difuzoru 4 jsou důvodem, proč je výskyt inkrustací na trubkách přívodů J omezen na minimum až úplně potlačen.The reaction solutions are introduced below the surface of the suspension into the diffuser space 4 at a distance equal to half to the entire diameter of the diffuser 4. This avoids the occurrence of a short circuit, i.e. premature leakage of reaction components or product from the precipitation reactor. outside the diffuser 4 upwards and only then can they eventually reach the overflow 6 from the precipitation reactor. The minimum residence time of the reaction solutions in the precipitation reactor is therefore sufficient to complete the reaction. In the diffuser 4 there is a relatively directed flow towards the bottom of the precipitation reactor, so that the reaction solutions of the two components mix very rapidly up to the wall of the stirrer. This reduces the risk of high local supersaturations common in precipitation reactors of the conventional type. The hydrodynamic conditions in the diffuser 4 are the reason why the incrustations on the inlet pipe J are reduced to a minimum or even completely suppressed.

Míchadlo £ umístěné v difuzoru 4 ve shodě s požadavky na vytvoření optimálních hydrodynamických podmínek se může pohybovat značně pomaleji než míchadlo v reaktoru bez vnitřní vestavby, což kromě energetických úspor vede také k výrazně méně intenzivní až zanedbatelné sekundární nukleaci a rovněž mechanické rozbíjení krystalů již vytvořených je sníženo na minimum.The stirrer 6 positioned in the diffuser 4 in accordance with the requirements for creating optimal hydrodynamic conditions can move considerably slower than the stirrer in the reactor without internal installation, which in addition to energy savings also leads to significantly less intense to negligible secondary nucleation and mechanical breaking of the crystals already formed. minimized.

Claims

A continuous reactor for the production of sodium fluorosilicate, provided with two separate reactant feeds, a stirrer and a stopper, characterized in that the vertical axis of symmetry comprises a diffuser (4) in the precipitation reactor and within the space defined by the diffuser (4) and the stirrer (5). at the distance of more than half the diameter of the diffuser (4) the outlets of the two reactant inlets (7) are arranged.