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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Alkalibicarbonaten
aus Alkalichlorid und Kohlendioxyd in Gegenwart von Triäthylamin Bekanntlich können
Alkalibicarbonate, wie Natriumbicarbonat und Kaliumbicarbonat, durch Umsetzung der
entsprechenden Alkalichloride mit Kohlendioxyd in Gegenwart von Tryäthylamin hergestellt
werden. Bei dem Herstellungsverfahren wird `IYiäthylamin mit einer gesättigten Alkalichloridlösung
versetzt und in dieses Reaktionsgemisch unter kräftigem Rühren Kohlendioxyd eingeleitet,
während die Temperatur auf etwa 50° G gehalten wird. Das eingeleitete Kohlendioxyd
setzt sich dabei mit dem Tfiäthylamin zu Tryäthylaminbicarbonat um, das dann, in
Wasser gelöst mit Alkalichlorid unter Bildung von Kaliumbicarbonat reagiert. Als
zweckmäßig hat es sich erwiesen, Triäthylamin im überschuß über äffe zur Reaktion
erforderliche Menge einzusetzen.
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Statt in die Tniäthylamin enthaltende Alkaiichloridlösung Kohlendioxyd
einzuleiten, kann man der Alkalichloridlösung auch direkt eine Triäthylaminbicarbonatlösung
zusetzen, die durch Einleiten von $öhlendioxyd in ein Gemisch von Triäthylamin und
Wasser hergestellt wurde.
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Dieses oben beschriebene Verfahren führt in, guter Ausbeute zu sehr
reinem Alkahbicaxbonat, ist aber fQxt%guugstechnisch unbefriedigend, da es nur rotermattierend
durchgeführt werden kann.
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Es wurden nun ein Verfahren und eine Vorrichtwg gefunden, die es gestatten,
bei der Herstellung von Alkalibicarbonat die Reaktionskomponenten Alkalichloridlösung,
Kohlendioxyd und Tryäthylamin kontinuierlich in ein Reaktionsgefäß einzubringen,
das entstehende Alkalibicarbonat und das als Nebenprodukt anfallende Triäthylaminhydrochlorid
zusammen mit der verbrauchten Mutterlauge abzutren und gleichzeitig eine weitgehende
Umsetzung des eingesetzten Alkalichlorids zu erreichen. Es hat sieh überraschenderweise
gezeigt, daß das niedere spezifische Gewicht und die geringe Wasserlöslichkeit des
Triäthylamins - Eigenschaften, die früher seine Verwendbarkeit für die Herstellung
von Alkalibicarbönaten unmöglich erscheinen ließen - bei Anwendung einer noch näher
zu beschreibenden Fällkolonne ein Verfahren ermöglichen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß im Reaktionsgefäß der Fällkolonne überschüssiges Triäthylamin zusammen
mit dem Kohlendigxyd von unten nach oben im Gegenstrom zur Alkalichloridlösung geführt
wird, das nicht umgesetzte Triäthylamin aus dem oberen Teil der Fällkolonne abgezogen
und über eine Verbindungsleitung mittels einer Pumpe in den unteren Teil des Reaktionsgefäßes
zurückgeleitet wird und das Alkalibicarbonat zusammen mit der verbrauchten Mutterlauge
am unteren Ende der Fällkolonne entfernt wird. Die Erfindung wird an Hand
der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Ausführungsform für die Vorrichtung
zur kontinuierlichen Erzeugung von Alkalibicarbonat darstellt.
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Die Vorrichtung besteht aus einer zylindrischen Fällkolonne l., die
in drei vertikale Zonen unterteilt ist. Die mittlere Zone A dient als Reaktionsgefäß
und ist mit für die Verteilung von. Kohlendioxyd und Triäthylamiu geeigneten Einbauten.
versehen, Der Einlaßstutzen für die @lkalichlodlösung 2 betdet sich seitlich am
oberen Ende des Reaktionsgefäßes und der Einlaßstutzen für das Triäthylamin 3 seitlich
an dessen unterem Ende. Das Kohlendioxyd wird durch den Einlaßstutzen 4 am Fuß der
EMolonne eingeführt, um die ablaufende Lauge zu durchwirheln und damit das nicht
umgesetzte Triäthylamm, das dem Bicarbonat noch anhaftet, als Triäthylami.Ubicarbonat
abzulösen. Der Austrittsstutzen für das nicht umgesetzte Kohlendioxyd 5 ist am Kopf
der Fällkolonne angebracht, so daß alle drei ,Zonen von Kohlendioxyd durchströmt
werden, Die Zuleitungen der Reaktionskomponenten sind mit Reglern für die Zufiußgeschwindigkeit
versehen.
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Unterhalb des Reaktionsgefäßes ist die Zone B angeordnet, die als
Auffanggefäß für die verbrauchte Mutterlauge und das darin suspendierte Alkalibicarbonat
dient. 'über den Abfluß G wird die Alkalibicarbonatsuspension abgezogen.
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Oberhalb des Reaktionsgefäßes befindet sich die als Auffanggefäß für
das nicht umgesetzte Triäthylamin ausgebildete Zone C, deren überlaufstutzen
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durch die mit einer Pumpe ausgestattete Rückflußleitung .8 mit dein Triäthylaminstutzen
3 des Reaktionsgefäßes verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt die Anwendung des Gegenstromprinzips in kontinuierlicher Betriebsweise bei
der Herstellung von Alkalibicarbonat durch Umsetzung von Alkalichlorid mit Kohlendioxyd
in Gegenwart von Triäthylamin, obwohl Triäthylamin infolge seiner geringen Löslichkeit
in wäßrigen Lösungen nicht annähernd in der stöchiometrisch erforderlichen Menge
in der Alkalichloridlösung gelöst ist.
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Zur Herstellung von Alkalibicarbonat wird die Alkalichloridlösung
aus dem Vorratsbehälter über den Eintrittsstutzen 2 dem oberen Teil des Reaktionsgefäßes
A zugeleitet, während Kohlendioxyd durch den Stutzen 4 am Boden der Kolonne eingeleitet
und von unten nach oben im Gegenstrom zur von oben nach unten fließenden Alkalichloridlösung
geführt wird. Gleichzeitig wird am unteren Ende des Reaktionsgefäßes A durch den
Eintrittsstutzen 3 Triäthylamin zugeleitet, welches infolge der Tatsache, daß sein
spezifisches Gewicht niedriger als das der Alkälichloridlösung ist, ähnlich wie
das für die Reaktion erforderliche Kohlendioxyd von unten nach oben steigt. Durch
geeignete Einbauten im Reaktionsgefäß . tritt eine gleichmäßige Verteilung des Kohlendioxyds
ein. Das Triäthylamin wird ebenfalls durch dieselben Vorrichtungen immer wieder
erneut in Tropfen aufgeteilt, so daß eine große Oberfläche erzielt und der Zustand
einer Emulsion aufrechterhalten wird. Kohlendioxyd und Triäthylamin befinden sich
also in Blasen- oder Tropfenform in aufsteigender Bewegung: Durch. die innige Vermischung
der Komponenten wird die Bildung von Triäthylaminbicarbonat und dessen Umsetzung
mit dem Alkalichlorid beschleunigt. Dabei wird das Alkalibicarbonat im zunehmenden
Maße von oben nach unten im Reaktionsgefäß ausgeschieden. Die kontinuierliche Bildung
des Alkalibicarbonats kann durch das Verhältnis der- Zugabe der einzelnen Reaktionskomponenten
so beeinflußt werden; daß am unteren Ende des Reaktionsgefäßes praktisch das gesamte
Alkalichlorid umgesetzt ist.--Das umgesetzte Triäthylamin löst sich als Hydrochlorid
in der nach unten strömenden wäßrigen Phase und gelangt, zusammen mit dem ausgeschiedenen
Alkalibicarbonat, in die Zone B der Fällkolonne. Durch das in 4 eintretende
Kohlendioxyd wird .das Alkalibicarbonat- in der Mutterlauge in Suspension gehalten
und ein Verkrusten der Apparatur vermieden.
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Gleichzeitig wird durch das Kohlendioxyd das Alkalibicarbonat von
noch anhaftendem, nicht umgesetztem Triäthylamin befreit. Die Suspension wird kontinuierlich
über den Abfluß 6 abgezogen, wobei die Geschwindigkeit durch einen Regler gesteuert
werden kann. Die Aufarbeitung der vom Alkalibicarbonat befreiten Mutterlauge zwecks
Rückgewinnung des Triäthylamins wird in bekannter Weise, beispielsweise durch Zugabe
von Kalk und Abtrennen des Triäthylamins von der wäßrigen Phase, vorgenommen. .
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Das Triäthylamin, das während der Verweilzeit in dem Reaktionsgefäß
A nicht umgesetzt wird, trennt sich infolge seiner geringen Wasserlöslichkeit und
seines- niederen spezifischen Gewichts von der wäßrigen Lösung ab, sammelt sich
in der Zone C oberhalb des Eintrittsstutzens 2 für die Alkalichloridlösung an und
wird über die Rückführleitung 8 mit Hilfe- einer Pumpe erneut durch den Eintrittsstutzen
3 in die Reaktionszone eingeführt: Gleichzeitig wird die bei der Reaktion verbrauchte
Menge Triäthylamin aus dem Vorratsbehälter ersetzt und über die Rücklaufleitung
8 dem Triäthylamin-Kreislauf zugesetzt. Der Zufluß des Triäthylamins wird so einreguliert,
daß stets Triäthylamin über den überlaufstutzen abgezogen werden kann. Durch die
Kreislaufführung des überschüssigen Triäthylamins wird erreicht, daß dieses in der
Zone A stets in genügender Menge als Reaktionsmittel vorhanden ist, um eine weitgehende
Umsetzung des Alkalichlorids zu Alkalibicarbonat zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirtschaftlich, weil
die kontinuierliche Umsetzung von Alkalichloridlösung mit Kohlendioxyd in Gegenwart
von Triäthylamin in einer Reaktionsstufe durchgeführt werden kann. Demgegenüber
können bei der kontinuierlichen Durchführung des Solvay Verfahrens Ammoniak und
Kohlendioxyd stets nur nacheinander in die Natriumchloridlösung eingeleitet werden,
wodurch ein beträchtlicher Mehraufwand an Apparaturen notwendig wird. Zudem müssen
die Reaktionsteilnehmer Natriumchlorid und Ammoniak im überschuß eingesetzt werden,
wenn eine optimale Umsetzung zu Natriumbicarbonat erreicht werden soll, so daß nicht
unbeträchtliche Mengen dieser Verbindungen verloren gehen oder unter beträchtlichen
Kosten zurückgewonnen werden müssen. Dazu kommen noch die Vorteile, die durch die
leichte Rück gewinnbarkeit des Triäthylamins aus der Mutterlauge gegeben sind, weil
sich bei Zugabe von Kalk das Triäthylamin von der Wasserschicht absetzt und ohne
wesentliche Zuführung von Wärme abgetrennt werden kann.
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Zur Herstellung der Alkalibicarbonate geht man von einer etwa 50°
C gesättigten Alkalichloridlösung aus. Die richtige Temperaturregelung in den einzelnen
Abschnitten des Reaktionsgefäßes, die von entscheidender Bedeutung für den Fällbetrieb
zur Erzielung eines grobkörnigen, leicht filtrierbaren Alkalibicarbonats und einer
guten Ausbeute desselben ist; läßt sich mit Hilfe der Temperatur des zugeführten
Triäthylamins erreichen. Zur Einstellung der erforderlichen Temperatur wird in der
Rücklaufleitung des Triäthylamins zweckmäßig ein Wärmeaustauscher angeordnet. Beispiel
1 Einer Apparatur gemäß der Zeichnung wurden stündlich 54,71 einer bei 50° C gesättigten
Kaliumchloridlösung die 19,5 kg Kaliumchlorid enthielten, kontinuierlich zugeführt.
Gleichzeitig wurden 551 Triäthylamin über die Rücklaufleitung dem Triäthylamin-Kreislauf
zugesetzt und 14 ms Kohlendioxyd eingeleitet. Am Fuß der Kolonne konnten stündlich
21 kg Kaliumbicarbonat in 911 Mutterlauge abgenommen werden. Die Ausbeute an Kaliumbicarbonat,
bezogen auf eingesetztes Kaliumchlorid, betrug somit 80%.
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Beispiel 2 50,81 einer bei etwa 50° C gesättigten Natriumchloridlösung,
die 316 g Natriumchlorid je Liter enthielt, wurden stündlich einer Apparatur gemäß
der Zeichnung zugeführt. Aus dem Triäthylaminvorratsbehälter wurden in der gleichen
Zeit 601 Triäthylamin der Rücklaufleitung des Triäthylamin-Kreislaufs zugesetzt.
Die bei der Umsetzung auftretende Reaktionswärme
wurde mittels
eines in der Rücklaufleitung angeordneten Wärmeaustauschers abgeleitet und so die
für die Umsetzung optimale Temperatur im Reaktionsgefäß eingestellt. Bei Einleiten
von 18,2 kg Kohlensäure in der Stunde konnten aus der abgezogenen Bicarbonatsuspension
stündlich 20,5 kg Natriumbiearbonat gewonnen werden. Die Ausbeute an Natriumbicarbonat
betrug 89%, bezogen auf das eingesetzte Natriumchlorid.