DE1567510B1 - Verfahren zur Herstellung von Natriumtrimetaphosphat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur schwindigkeit durch eine längliche Reaktionszone geHerstellung von Natriumtrimetaphosphat, das weniger leitet wird, daß die Gesamtverweilzeit'des Natriumais 0,5 Gewichtsprozent an wasserunlöslichen Be- phosphats in dieser Reaktionszone ungefähr 3 Stunden standteilen enthält, durch direktes Erhitzen einer beträgt, kontinuierlich Verbrennungsgase mit einer wäßrigen Natriumphosphatlösung mit heißen Ver- 5 Temperatur von 800 bis 86O⁰C in innigem Kontakt brennungsgasen. und im Gegenstrom zu dieser Lösung durch die Rein der folgenden Beschreibung beziehen sich alle aktionszone geführt werden und das geröstete Na-Teil- und Prozentangaben, sofern nicht anders ange- triumtrimetaphosphatprodukt mit einer Temperatur geben, auf das Gewicht. von 520 bis 580⁰C kontinuierlich aus der Reaktions-

Für viele Verwendungsmöglichkeiten von Natrium- 10 zone entfernt wird.

trimetaphosphat, beispielsweise zur Waschmittelher- Bei der Herstellung von Natriumtrimetaphosphat

stellung, ist ein Produkt erwünscht, das im wesent- führt man das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft liehen frei von wasserunlöslichen Bestandteilen ist, durch, indem ein erster Strom, der im wesentlichen d. h., das weniger als'ungefähr 0,5 Gewichtsprozent aus einer wäßrigen Lösung besteht, die 70 bis 73 Gederartiger Substanzen enthält. Es besteht ferner ein 15 wichtsprozent Mononatriumorthophosphat enthält Bedarf an einem Produkt, das geringe Mengen anderer und ein molares Na₂O/P₂Ö5-Verhältnis von 0,99 bis Phosphate enthält, und zwar soll der Gehalt dieser 1,00 besitzt, mit einer Temperatur von 100 bis 110° C Verbindungen unter ungefähr 4°/₀ liegen. Bei her- in Längsrichtung durch eine längliche Reaktionszone kömmlichen Röstverfahren zur Umwandlung von geleitet wird, ein aus Verbrennungsgasen bestehender Mononatriumorthophosphat und/oder saurem Na- 20 Strom mit einer Einlaßtemperatur von 800 bis 850° C triumpyrophosphat in Natriumtrimetaphosphat wird an dem Produktaustragsende der Reaktionszone einjedoch im allgemeinen ein «Produkt erhalten, das un- geführt und in Längsrichtung durch die Zone in erwünscht hohe Mengen, beispielsweise mehr als innigem Kontakt und im Gegenstrom zu dem ersten ungefähr 1 %, an wasserunlöslichen Bestandteilen Strom geleitet wird, wobei der zweite Strom bei einer enthält. Bei einem derartigen Verfahren werden dann 25 Temperatur von ungefähr 100° C aus der Reaktions-Natriumtrimetaphosphatprodukte erhalten, die ge- zone an der Stelle entfernt wird, an der der erste Strom ringe Mengen an wasserunlöslichen Bestandteilen ent- eingeführt wird, der erste Strom innerhalb der Rehalten, wenn die Reaktionsmaterialien bei Tempera- aktionszone 3 Stunden lang zur anfänglichen Trockturen von ungefähr 450 bis ungefähr 600° C 48 Stunden · nung und anschließend zur Röstung des Mono- oder länger dauergeglüht (soaking) werden. Derartig 30 natriumorthophosphats zur Erzeugung von Natriumlange Reaktionszeiten sind natürlich für eine technische trimetaphosphat belassen wird, wobei für die Röstung Verfahrensdurchführung ungeeignet. ungefähr ein Drittel der Verweilzeit des Stromes in der

Es wurden bereits Versuche unternommen, die Reaktionszone benötigt wird, und das geröstete Na-Reaktionszeiten derartiger Röstverfahren herabzu- triumtrimetaphosphat, das weniger als ungefähr setzen, wobei auch die Verwendung von »Beschleu- 35 0,5 Gewichtsprozent an wasserunlöslichen Bestandnigern« vorgeschlagen wurde, die aus mineralischen teilen und weniger als ungefähr 4 Gewichtsprozent an Polyphosphaten bestehen; außerdem wurde die An- Natriumtripolyphosphat enthält, bei einer Temperatur Wendung höherer Aufheizungsgeschwindigkeiten an- von 520 bis 580° C aus der Reaktionszone kontinuiergeregt, wobei die Temperatur des zu röstenden Ma- lieh entfernt wird.

terials um 175° C in der Minute oder darüber ge- 40 Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man steigert werden sollte. Derartige Verfahren weisen ein Natriumtrimetaphosphat, das weniger als 0,5 °/₀ jedoch unter anderem den .Nachteil auf, daß sie relativ an wasserunlöslichen Bestandteilen und weniger als kostspielig sind. ungefähr 4% Natriumtripolyphosphate enthält, wobei

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Na- die Reaktionszeiten relativ kurz sind und eine wirttriumtrimetaphosphatproäukten,. welches Inhalt der 45 schaftliche Verfahrensdurchführung gewährleistet ist. französischen Patentschrift 1 343 989 ist, sieht die Dabei werden zwei Drittel der Verweilzeit, die

Röstung einer Mischung aus Natriumphosphatsalzen 3 Stunden beträgt, für die vollständige Entfernung mit einem molaren Na₂O/P₂O₅-Verhältnis innerhalb von Wasser und ein Drittel zur Röstung beansprucht, des engen Bereiches vqn 1,03 bis 1,12 vor. Dieser Das Volumen der in direktem und innigem Kontakt Patentschrift ist zu entnehmen, daß bei Verwendung so mit dem ersten getrockneten Produkt und anschließend einer derartigen Reäktionsmischung nach einstündiger mit der wäßrigen Lösung stehenden Verbrennungs-Röstung bei 500° C ein Natriumtrimetaphosphat er- gase wird derart berechnet, daß eine vollständige Enthalten werden kann, das nur 0,04 °/₀ an unlöslichen fernung des Wassers erfolgt und das austretende ProBestandteilen enthält, wohingegen bei der lstündigen dukt eine Temperatur von ungefähr 520 bis ungefähr Röstung bei 500°C eines Mononatriumorthophosphats 55 580° C besitzt. Durch Einführung der Verbrennungs-(mit einem Na_aO/P₂O₅-Verhältnis von 1,00) ein Pro- gase bei einer Temperatur von ungefähr 800 bis ungedukt anfällt, das mehr als das 32fache dieser Menge an fähr 850° C und Verwendung eines der in die Trockwasserunlöslichen Bestandteilen enthält. Diese fran- nungszone eingeführten Lösungsmenge proportiozösische Patentschrift gibt ferner an, daß das Produkt nalen Volumens wird das geröstete Produkt bei einer ungefähr 7 bis ungefähr 22% eines verunreinigenden 60 Temperatur von ungefähr 520 bis ungefähr 580° C ent-Natriumtripolyphösphats enthält. nommen. Das auf diese Weise hergestellte Natrium-

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur trimetaphosphatprodukt enthält weniger als 0,5 % an Herstellung von Natriumtrimetaphosphat, das da- wasserunlöslichen Bestandteilen und weniger als ungedurch gekennzeichnet ist, daß eine wäßrige Natrium- fähr 4% Natriumtripolyphosphate. phosphatlösung mit einem molaren Na₂O/P_aO₅-Ver- 65 Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfinhältnis von 0,99 bis 1,00 einer Anfangstemperatur von dung gehen aus der folgenden ins einzelne gehenden etwa 100 bis 110° C und einer Konzentration von Beschreibung hervor, die auf die Zeichnung Bezug bis 73 % Natriumphosphat mit einer solchen Ge- nimmt, welche, teilweise im Schnitt, eine bevorzugte

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Apparatur zur praktischen Durchführung des erfin- zwar beziehen sich diese Temperaturangaben auf das dungsgemäßen Verfahrens zeigt. Natriumtrimetaphosphat und nicht auf die in der

Obwohl es noch keine endgültige Erklärung für die Reaktionszone an dem Austragsende für das Produkt unerwartete Gewinnung eines Natriumtrimetaphos- vorherrschende Temperatur. Wie bereits erwähnt, phats mit hoher Reinheit nach dem erfindungsgemäßen 5 liegt die Temperatur der an dem Austragsende für das Verfahren gibt, hat sich bei der praktischen Durch- Produkt eingeführten Verbrennungsgase im wesentführung des vorliegenden Verfahrens herausgestellt, liehen oberhalb dieses Temperaturbereiches, und daß die Entfernung von Wasser aus einer wäßrigen zwar bei ungefähr 800 bis 850⁰C. Verbrennungsgase Lösung mit einer Konzentration von ungefähr 70 mit einer Temperatur von ungefähr 800 bis 85O⁰G bis ungefähr 73% Natriumphosphat und einem io werden leicht durch Einregulierung der entsprechenden Na₂O/P₂O₅-Molverhältnis von 0,99 bis 1,00 durch Brennstoff- und Luftmengen zur Unterhaltung der innigen Kontakt mit den die Röstungszone verlassenden Verbrennung erhalten. Die Regulierung der Fließge-Verbrennungsgasen, in welche diese Gase mit einer schwindigkeit der Phosphatlösung (a) und des daraus Temperatur von ungefähr 800 bis ungefähr 850⁰C gewonnenen trockenen Salzes wird in zweckmäßiger eingeleitet werden, und zwar derart, daß sich eine 15 Weise durch Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit Verweilzeit in der Wasserentfernungszone von unge- und der Neigung des Drehrohrofens, der die Reakfähr 2 Stunden und eine anschließende innige Kontak- tionszone darstellt, durchgeführt. Die Regulierung der tierung des trockenen Materials in der Calcinierungs- Fließgeschwindigkeit der Verbrennungsgase (b) durch zone mit den Verbrennungsgasen, die diese Calci- die Reaktionszone erfolgt hauptsächlich durch die nierungszone mit einer Temperatur von ungefähr 20 Einstellung des Druckes, bei dem die Verbrennungs-800 bis ungefähr 850⁰C betreten, von einer Stunde gase in die Reaktionszone eingeführt werden,
ergibt, und dadurch die Entfernung des calcinierten Durch

Produkts bei einer Temperatur von ungefähr 520 bis

ungefähr 580⁰C in überraschender Weise die Her- 1· Einführung der Verbrennungsgase mit einer stellung eines im wesentlichen reinen Produkts ge- 25 Temperatur von ungefähr 800 bis ungefähr 850° C, lingt, das weniger als 0,5 % an wasserunlöslichen Be- 2. Einstellung des Volumens dieser Gase proportio-

standteilen und weniger als ungefähr 4% Natrium- nal zu dem Volumen der Natriumphosphatlösung

tripolyphosphate enthält. Zur Einstellung der wäßrigen _mj_t einer Konzentration von ungefähr 70 bis

Lösung auf die gewünschte Konzentration von unge- ungefähr 73 °/₀, die an dem entgegengesetzten

fähr 70 bis ungefähr 73 % Natriumphosphat wird sie 30 Ende der Reaktionszone mit einer Temperatur auf eine Temperatur von ungefähr 100 bis ungefähr _von ungefähr 100 bis ungefähr 110⁰C eingeführt

110 C erhitzt. _wj_r(i Q₀Qi dieser Temperatur enthält die wäßrige

Die wäßrige Lösung eines Natriumphosphats, das Lösung die erwähnte hohe Konzentration an

ein molares Na₂O/P₂O₅-Verhältnis von 0,99 bis 1,00, Natriumphosphat), und

eine Temperatur von ungefähr 100 bis ungefähr 110⁰C 35 „ „ , . _, _. „ , „,

und eine Konzentration von 70 bis 73 «/„ besitzt, wird ³· Steuerung der im Gegenstrom fließenden Phosin den Reaktor eingeleitet. Vorzugsweise ist die aufge- phatlosung (a) sowie des daraus gewonnenen

löste Verbindung Mononatriumorthophosphat, das trockenen Salzes und Einregulierung der Ge-

beispielsweise durch Umsetzung von calcinierter Soda- schwindigkeit der Verbrennungsgase (b durch die

asche mit Phosphorsäure hergestellt wurde. 40 Reaktionszone so daß die gesamte Verweilzeit

Die in den Reaktor eingeleiteten Verbrennungsgase ^{von (a) ungefahr 3 Stunden betragt}'

sollen an dem Austragende, an dem das Produkt ent- wird das Natriumtrimetaphosphatprodukt an dem nommen wird, eine Temperatur von ungefähr 800 bis Austragsende mit einer Temperatur von ungefähr 520 85O⁰C besitzen. Es können die bei der Verbrennung bis ungefähr 580⁰C und einem Gehalt von weniger jedes festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs 45 als 0,5 °/o an wasserunlöslichen Bestandteilen und anfallenden Verbrennungsgase verwendet werden. Es weniger als ungefähr 4°/₀ Natriumtripolyphosphaten können ferner andere inerte industrielle Abgase, die abgeführt. Wird das Produkt bei Temperaturen unterdie vorstehend erwähnten Temperaturen besitzen, ver- halb ungefähr 520⁰C oder oberhalb ungefähr 580⁰C wendet werden. Das durch die Reaktion geleitete entnommen, dann wird nicht die gewünschte hohe Gasvolumen hängt von der Lösungsmenge ab, die 50 Reinheit, insbesondere was den Gehalt an wasserunmit den Verbrennungsgasen in innigem Kontakt steht, löslichen Bestandteilen und an Natriumtripolyphos- und zwar zuerst von dem an dem Austragsende des phaten betrifft, erzielt.

Röstofens befindlichen, bei einer Temperatur von Die praktische Durchführung des erfindungsge-

ungefähr 520 bis ungefähr 580⁰C zu röstenden trocke- mäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise in der in der nen Natriumphosphat sowie von der zur Entfernung 55 Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Appades Wassers am Ende der Reaktionszone, die mit ratur; dabei wird eine konzentrierte Mononatrium-Wasser von einer Temperatur von ungefähr 100° C orthophosphatsalzlösung bei einer Temperatur von gesättigt ist, zugeführten Flüssigkeit. Im allgemeinen ungefähr 100 bis ungefähr 110⁰C mit einem Gehalt läßt sich durch die Zufuhr von Verbrennungsgasen in von ungefähr 70 bis ungefahr 73 % an diesem Salz einer Menge von 11,8 bis 14,5 m³/kg aufgegebener 60 durch eine Leitung 11 an dem einen Ende eines Dreh-Lösung ein Produkt der gewünschten hohen Reinheit rohrofens 12 eingeführt, durch den es im Gegenstrom herstellen. Das die Reaktionszone verlassende ge- zu heißen Verbrennungsgasen hindurchfließt. Diese sättigte Gas kann gekühlt werden, wobei vor der Ab- Gase können beispielsweise in einer Verbrennungslassung des Restgases eine Abtrennung der konden- kammer 13 erzeugt werden, die durch eine Brennstoffsierbaren Bestandteile erfolgt. 65 leitung 14 beispielsweise mit einem öl oder einem

Es ist wichtig, daß das an dem Austragende der Brenngas und über die Leitung 15 mit der die Ver-Reaktionszone entnommene Produkt eine Temperatur brennung unterhaltenden Luft versorgt wird. Die Zuvon ungefähr 520 bis ungefähr 58O⁰C besitzt, und fuhr von Brennstoff zu der Verbrennungskammer 13

wird mittels herkömmlicher Steuerungsvorrichtungen zur Erzeugung eines Stromes von Verbrennungsgasen mit einer Temperatur von ungefähr 800 bis ungefähr 850° C durchgeführt. Diese Gase strömen durch die Leitung 16 in den Drehrohrofen 12, der mit geeigneten Leitblechen 18 zur Gewährleistung einer innigen Mischung der zwei zugeführten Ströme versehen ist. Die Trocknung des Phosphatsalzes erfolgt in dem Teil 19, der im wesentlichen zwei Drittel der Länge des Ofens oder der Reaktionszone ausmacht, während die Röstung des getrockneten Materials in dem Teil 21 erfolgt, der ungefähr ein Drittel der Länge des Ofens oder der Reaktionszone beträgt.

Das Natriumtrimetaphosphatprodukt wird kontinuierlich an dem Austragsende 22 entnommen. Der gesättigte Gasstrom wird kontinuierlich an dem entgegengesetzten Ende 23 des Ofens durch eine Leitung24 abgezogen und fließt durch einen Kühler 25, in dem die kondensierbaren Bestandteile auskondensiert werden, worauf das übrigbleibende Gas durch die Leitung 26 abgelassen wird.

Das folgende Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform, ohne sie dabei zu beschränken. Dieses Beispiel wurde in der in der Zeichnung dargestellten Anlage durchgeführt.

Eine Mononatriumorthophosphatlösüng (Konzentration: 59° Baume), die einen Salzgehalt von 72°/₀ besaß und ein Na₂O/P₂O₅-Verhältnis von 1,00 aufwies, wurde mit einer Temperatur von 110° C durch Leitung 11 mit einer Geschwindigkeit von 8301/Std. in den Drehrohrofen 12 eingeführt. Die Verbrennungsgase bei einer Temperatur von 800 bis 850°C wurden am Ende 22 des Drehrohrofens 12 eingeleitet und durchströmten diesen mit einer Geschwindigkeit von 425 1/Std.

Die heißen Gase durchströmten zuerst im Gegenstrom in innigem Kontakt mit dem getrockneten Salz die Zone 21, worauf sich das gekühlte Gas aus der Zone 21 durch die Zone 19 in innigem Kontakt und im Gegenstrom zu der an dem Ende 23 eingeführten Lösung und dem nach der Entfernung von Wasser aus der Lösung anfallenden Salz bewegte. Die Gesamtverweilzeit innerhalb des Ofens 12 betrug 3 Stunden; ungefähr 2 Stunden dauerte das Durchströmen durch die Trocknungszone 19, während die Durchströmung der Röstzone 21 1 Stunde in Anspruch nahm.

Die Analyse von Stichproben des erhaltenen Produktes zeigt, daß es 0,05 bis 0,45% an wasserunlösliehen Bestandteilen, 0,0 bis 0,1 °/₀ Mononatriumorthophosphat, 0,5 bis 0,8 % Natriumpyrophosphat, 1,2 bis 2,7 °/₀ Natriumtripolyphosphat und 96,5 bis 98,7 °/₀ Natriumtrimetaphosphat enthielt. Diese Analysen wurden nach bekannten Verfahren durchgeführt; die Analysen auf in Wasser unlösliche Bestandteile wurde bei Zimmertemperatur (20° C) durchgeführt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumtrimetaphosphat, das weniger als 0,5 Gewichtsprozent an wasserunlöslichen Bestandteilen enthält, durch direktes Erhitzen einer wäßrigen Natriumphosphatlösung mit heißen Verbrennungsgasen, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Natriumphosphatlösung mit einem molaren Na₂O/P_aO₅-Verhältnis von 0,99 bis 1,00, einer Anfangstemperatur von etwa 100 bis 110° C und einer Konzentration von 70 bis 73 °/„ Natriumphosphat mit einer solchen Geschwindigkeit durch eine längliche Reaktionszone geleitet wird, daß die Gesamtverweilzeit des Natriumphosphats in dieser Reaktionszone ungefähr 3 Stunden beträgt, kontinuierlich Verbrennungsgase mit einer Tempeperatur von 800 bis 850° C in innigem Kontakt und im Gegenstrom zu dieser Lösung durch die Reaktionszone geführt werden und das geröstete Natriumtrimetaphosphatprodukt mit einer Temperatur von 520 bis 580° C kontinuierlich aus der Reaktionszone entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strom, der im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung besteht, die 70 bis 73 Gewichtsprozent Mononatriumorthophosphat enthält und ein molares Na₂O/P₂O₆-Verhältnis von 0,99 bis 1,00 besitzt, mit einer Temperatur von 100 bis 110° C in Längsrichtung durch eine längliche Reaktionszone geleitet wird, ein aus Verbrennungsgasen bestehender Strom mit einer Einlaßtemperatur von 800 bis 850°C an dem Produktaustragsende der Reaktionszone eingeführt und in Längsrichtung durch die Zone in innigem Kontakt und im Gegenstrom zu dem ersten Strom geleitet wird, wobei der zweite Strom bei einer Temperatur von ungefähr 100° C aus der Reaktionszone an der Stelle entfernt wird, an der der erste Strom eingeführt wird, der erste Strom innerhalb der Reaktionszone 3 Stunden lang belassen wird, wobei für die Röstung ungefähr ein Drittel der Verweilzeit des Stromes in der Reaktionszone benötigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen