DD151144A1

DD151144A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von aluminiumsulfat

Info

Publication number: DD151144A1
Application number: DD22151580A
Authority: DD
Inventors: Klaus Feiler; Bernd Hanstein; Joachim Kircheisen; Heinz Paul; Helmut Rau; Guenther Schmutzler; Lothar Schuart; Walter Schwartz; Gerd Ullrich; Wolfgang Weinreich
Original assignee: Klaus Feiler; Bernd Hanstein; Joachim Kircheisen; Heinz Paul; Helmut Rau; Guenther Schmutzler; Lothar Schuart; Walter Schwartz; Gerd Ullrich; Wolfgang Weinreich
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1981-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Aluminiumsulfat aus Aluminiumhydroxid und Schwefelsaeure. Derartige Aluminiumsulfate werden insbesondere in der Papier-, Textil-, Farben- und Baustoffindustrie sowie in der Wasseraufbereitung und Gerberei aus unterschiedlichen Erwaegungen eingesetzt. Ziel und Aufgabenstellung der Erfindung bestehen darin, die dem Stand der Technik anhaftenden Maengel, die insbesondere aus den druckseitig geschlossenen Stroemungsreaktoren resultieren, durch prinzipielle Veraenderungen des Stroemungsreaktorsystems einschlieszlich des Nachreaktionsteils zu beseitigen bzw. weitestgehend abzustellen. Erfindungsgemaesz wird dies durch ein Verfahren und eine Vorrichtung geloest, wonach die Reaktionskomponenten in nicht aequimolaren Mengenverhaeltnissen auf eine geschlossene, maximal bis zu 8 Grad C geneigte Stroemungsrinne aufgetragen werden , diese bei Ausfuellung des Rohrquerschnitts von maximal 60% mittels Schwerkraftwirkung durchlaufen, um im nachgeschalteten Nachreaktionsteil, bestehend aus Ruehrbehaelter mit Schwefelsaeurenachdosierungseinrichtung und senkrechtem Reaktionsrohr, eine Nachreaktion zu erfahren.

Description

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Erfindungsanmeldung

Titel der Erfindung - '

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Aluminiumsulfat ' ·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Aluminiumsulfat aus Aluminiumhydroxid und Schwefelsäure. Derartige Aluminiumsulfate werden vor allem in der Papierindustrie zum Leimen, in der Textilindustrie als Beizmittel und in der Gerberei zum Weißgerben eingesetzt· Darüber hinaus werden sie unter anderem in der Farben- und Baustoffindustrie und Wasseraufbereitung als Zusatzstoffe verwendet.

Charakteristik der-bekannten technischen Losungen

Die Herstellung von Aluminiumsulfat auf kontinuierliche Weise aus Aluminiumhydroxid und Schwefelsäure ist seit längerer Zeit bekannt bzw. wurde bereits vielfach be schrieben.

Großtechnische Bedeutung haben dabei insbesondere solche Verfahren und Vorrichtungen erlangt, deren Kontinuität sich aus dem Einsatz offener, heizbarer Behälter oder aus der Verwendung röhrenförmiger Reaktoren ergibt. Während allerdings die in offenen Gefäßen stattfindende

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Umsetzung der Reaktionspartner auf Grund ihrer jahrzehntelangen Handhabung technologisch grundsätzlich ausgereift ist, geben die jüngeren, moderneren Herstellungsmethoden auf der Basis röhrenförmiger Reaktoren mehr oder weniger noch generelle technisch-technologische Probleme auf. Zu den bekanntesten Verfahren letztgenannter Art gehört die in der DOS 24 58 955 beschriebene Lösung, welche durch einen röhrenförmigen Reaktor mit nachgeschalteter Retentionszone gekennzeichnet ist. Trotz der sich anschliessenden Retentionszone v/erden aber mittels dieser Technologie die prinzipiellen Nachteile der röhrenförmigen Reaktoren nicht beseitigt; auf Grund der kräftigen, stark exothermen Reaktion infolge Teilverdampfung kommt es im Strömungsreaktor zu einem beträchtlichen Druckaufbau, wodurch die Verfahrensweise technologisch aufwendig wird. Darüber hinaus gestattet der in der DOS 24 58 955 beschriebene Reaktor keine Korrektur der Rohstoffzusammensetzung und damit der Produktqualität, woraus sich u.a. auch nachteilige Auswirkungen hinsichtlich Ausbeute ergeben.

Ziel der Erfindung .

Ziel der Erfindung ist es, die dem Stand der Technik anhaftenden Mängel, die insbesondere aus den druckseitig geschlossenen Strömungsrohrreaktoren resultieren, zu beseitigen bzw. weitestgehend abzustellen und Aluminiumsulfat mit vorteilhafter Erzeugnisqualität in technologisch einfacher V/eise und hoher Raum-Zeit-Ausbeute herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch prinzipielle Veränderungen des Strömungsreaktorsystems, einschließlich des Nachreaktionsteils, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Aluminiumsulfat zu entwickeln, womit vorgenannter Zielstellung entsprochen wird«

Es wurde gefunden,' daß sich Aluminiumsulfat in technologisch einfacher Weise und hoher Raum-Zeit-Ausbeute mit

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vorteilhafter Erzeugnisqualität kontinuierlich herstellen läßt, wenn die Reaktionskomponenten Aluminiumhydroxid und Schwefelsäure eine geschlossene Strömungsrinne durchfließen, um danach unter Schwefelsäurenachdosierung in einem nachgeschalteten Rührbehälter sowie einem damit verbundenen aufsteigenden Reaktionsrohr eine Nachreaktion erfahren .

Erfindungswesentlich ist dabei, daß einerseits die Reaktion.skomponenten gleichzeitig und in nicht äquimolaren Mengenverhältnissen in die Strömungsrinne eingetragen werden, während andererseits der Durchfluß, der bei einer Aus^· füllung des Rohrquerschnittes von maximal 60 %, vorzugsweise 4-0 - 50 %, erfolgt, lediglich durch Schwerkraft bewirkt wird, wodurch zusätzlicher Energieeintrag mittels Pumpen oder ähnlichen Fördermitteln entfällt. Als vorteilhaft hat sich ferner herausgestellt, Aluminiumhydroxid als wäßrige Suspension mit einer Temperatur von ca. 90⁰C hinzuzugeben, wobei die Zubereitung zuvor in bekannter Weise in Rührbehältern erfolgt.

Die Zugabemenge an Aluminiumhydroxidsuspension ist zweckmäßigerweise so zu bemessen, daß zum Zeitpunkt des Eintragens in die Strömungsrinne ein Überschuß von maximal 0,3 Mol, bezogen auf die eingesetzte Schwefelsäure, existiert. Dieser Überschuß an Aluminiumhydroxidsuspension wird im Rührbehälter des Nachreaktionsteils infolge Schwefelsäurenachdosierung teilweise egalisiert, wobei bedeutsam ist, daß die Schwefelsäurenachdosierung unter gleichzeitiger Zugabe von Brüdenkondeüsat erfolgt.

Darüber hinaus wurde eine Vorrichtung gefunden, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.

Betreffende Vorrichtung setzt sich zusammen aus einer geschlossenen waagerecht bzw.mit einem Neigungswinkel von maximal 8°, vorzugsweise 3 - 4,5°» angeordneten Strömungsrinne und einem sich anschließenden u-förmigen Nachreaktionsteil, bestehend aus Rührbehälter mit Schwefelsäurenadidosiereinrichtung, Fallrohr und einem senkrecht stehen-

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den Reaktionsrohr ohne zusätzliche Einbauten zum Vermischen·

Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, daß die Verbindung zwischen der Strömungsrinne und dem nachgeschalteten Rührbehälter sowie dem senkrecht stehenden Reaktionsrohr ohne zusätzliche Fördermittel, wie Pumpen, hergestellt wird,

AusführungsbeispieIe

In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, woraus gleichzeitig das technologische Schema ableitbar ist.

Danach bedeutet 1 eine Zuteilvorrichtung, über welche die Reaktionskomponenten der Strömungsrinne 2 zugeführt werdenο An die Strömungsrinne 2 schließt sich ein beheizbarer Rührbehälter 3 an, der über die Rohrleitung 5 mit einem senkrecht stehenden,·beheizbaren Reaktionsrohr 6 verbunden ist» Darüber hinaus ist der Rührbehälter 3 über eine Schwefelsäuredosiereinrichtung 4 mit einer am Ende der Strömungsrinne 2 eingebauten Vorrichtung zur Umsatzwertmessung 16 gekoppelt· Das Reaktionsrohr 6 besitzt ein Ablaßventil 7 und einen Austrittsstutzen 8₀ Über die Rohrleitung 9 ist die Strömungsrinne 2 mit einem Kondensator 10 gekoppelt, der seinerseits durch die Rohrleitung 11 mit einem Abscheider 12 in Verbindung stehtp Zwischen dem Abscheider 12 und dem Rührbehälter 3 sowie einer Tauchung 15 wird eine Verbindung über die Rohrleitung 13 und 14 hergestellt·

Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft in der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung wie folgt:

Der Strömungsrinne 2 werden über die Zuteilvorrichtung 249,7 IA konzentrierte Schwefelsäure (96 %) und 335,8 l/h einer wäßrigen Suspension von Aluminiumhydroxid mit einem Feststoff gehalt von 792,0 g/l, Vielehe zuvor in einem Rühr- ' behälter' aufbereitet und auf 80°C erwärmt wurde, zugeführt.

Die sich anschließende Reaktion findet im Temperaturbereich 110 - 130⁰C statt, wobei sich auf Grund des Mengendurchsatzes sowie der Neigung der Strömungsrinne

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von 4,5 eine Ausfüllung deren Rohrquerschnitte durch das Reaktionsgemisch von ca. 50 % ergibt. Nach einer mittleren Verweilzeit von ca. 15 Minuten tritt das Reaktionsgemisch bei einem Umsetzungsgrad von 83 %, bezogen auf Aluminiumhydroxid, in den nachgeschalteten Rührbehälter 3 ein, in dem entsprechend des mittels Vorrichtung 16 festgestellten Umsatzwertes Schwefelsäure über die Vorrichtung 4 nachdosiert wird. In den Rührbehälter 3 fließt gleichzeitig durch die Rohrleitung 13 das im Abscheider.12 abgetrennte Kondensat zu, welches im Kondensator 10 aus den aus der Stremungsrinne 2 austretenden Brüden abgeschieden wurde. Die nicht abgeschiedenen Inertgase werden dagegen über die Rohrleitung 14 und der Tauchung 15 aus dem System abgeführt.

Nach einer mittleren Verweilzeit von ca.' 45 Minuten im Rührbehälter 3 bei einer Temperatur von 120 - 130°C fließt das Reaktionsgemisch über die Rohrleitung 5 in "das senkrecht stehende Reaktionsrohr 6, in dem nach nochmaliger Verweilzeit von ca.30 Minuten die Reaktion bei einer Temperatur von 120 - Ü3O°C abgeschlossen wird. Über den Austrittsstutzen 8 wird das Reaktionsprodukt erhalten und in bekannter Weise weiter verarbeitet· Das in 99,.7 %iger Ausbeute erhaltene Endprodukt v/eist folgende Analysenwerte auf:

O^ 17,26 %

₃ _39,9O %

Unlösliches ' 0,20 %

2. Man verfährt analog Beispiel 1 und gibt über die Zuteilvorrichtung 1 der Strömungsrinne 2 210 l/h kpnzentrierte Schwefelsäure (96 %) und mit einem Feststoffgehalt von 486 g/l 451 1 Aluminiuiahydroxidsuspension zu. Bei einem-Neigungswinkel der Strömungsrinne von 3° wird der Rohrquerschnitt zu ca. 40% durch das Reaktionsgeinisch ausgefüllt, die mittlere Verweilzeit beträgt ca. 10 Minuten. '

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Das in 99,6 %iger Ausbeute erhaltene Produkt zeigt folgende Analysenwerte:

Al₂O₃ 14,28 %

SO₃. 33,02 %

Unlösliches 0,10 %

Claims

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ErfindungsanSprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsulfat aus Aluminiumhydroxid und Schwefelsäure un~ ter Verwendung von röhrenförmigen Reaktoren mit Nachreaktionsteil, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktion skompo η ent en in nicht äquimolaren Mengenverhältnissen gleichzeitig in eine geschlossene Strömungsrinne eines Reaktorsystems eingetragen werden, diese bei der Ausfüllung des Rohrquerschnittes von maximal 60 %_t vorzugsweise 40 - 50 %, mittels Schwerkraftwirkung durchfließen und danach unter Schwefelsäurenachdosierung in einem sich anschließenden Rührbehälter sowie in einem damit verbundenen aufsteigenden Reaktionsrohr eine Nachreaktion erfahren.

2, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Reaktorsystem aus einer geschlossenen, waagerecht bzw. mit einem Neigungswinkel von maximal 8°, vorzugsweise 3 - ^i5°> angeordneten Strömungsrinne und einem sich anschließenden U-förmigen N-achreaktionsteil, bestehend aus Rührbehälter mit Einrichtung zur Schwefelsäurenachdosierung, Fallrohr und einem senkrecht stehenden Reaktionsrohr ohne zusätzliche Einbauten zum Vermischen, sich zusammensetzt, wobei die Verbindung zwischen Strömungsrinne und dem nachgeschalteten Rührbehälter sowie dem senkrechten Reaktionsrohr ohne zusätzliche Fördermittel, wie Pumpen, hergestellt wird und in bekannter Weise Abkühlaggregate nachgeschaltet sind,
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Aluminiumhydroxid als wäßrige Suspension, welche zuvor in bekannter Weise in einem Rührbehälter bereitet wurde, mit einer Temperatur von ca. 90⁰C zugegeben wird.

4, Verfahren nach Punkt 1 und 3j gekennzeichnet dadurch, daß die Aluminiumhydroxidsuspension in einem Überschuß von maximal 0,3 Mol, bezogen auf die eingesetzte Schwefelsäure, der Strömungsrinne zugegeben wird.

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Verfahren nach Punkt 1, 3 und 4·, gekennzeichnet dadurch, daß die Nachdosierung der Schwefelsäure unter gleichzeitiger Zugabe von Brüdenkondensat erfolgt.

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