DE2011336C3 - Verfahren zur Herstellung von Natriumpolyphosphat - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Natriumpolyphosphat aus einer wäßrigen Natriumorthophosphatausgangslösung gemäß dem Patentanspruch.

Die Konzentrierung und Trocknung von Flüssigkeiten durch Zerstäubung wird üblicherweise in einem Turm durchgeführt, indem man die Flüssigkeit durch Zerstäubungsdüsen leitet und die zerstäubte Flüssigkeit erhitzter trockener Luft aussetzt. Die erhitzte Luft, die in den Turm eingeführt wird, wird direkt oder indirekt außerhalb des Zerstäubungsturms erhitzt. Dieses Verfahren wurde verwendet, um Natriumpolyphosphate in einem Zwei-Stufen-Verfahren herzustellen, wobei eine Orthophosphat-Beschickungsflüssigkeit in einem Turm zerstäubt und zu einem trockenen Orthophospaht getrocknet wird. Das getrocknete Orthophosphat wird dann in einer getrennten Stufe bei erhöhter Temperatur calciniert.um die Polyphospahte herzustellen.

Nach dem verbesserten Verfahren zur Herstellung von Natriumpolyphosphat aus einer wäßrigen Orthophosphatlösung, wie es in der US-Patentschrift 30 23 083 beschrieben ist, wird eine wäßrige Orthophosphatlösung im oberen Bereich einer Zerstäubungszone zerstäubt und gleichzeitig trocknende Luft in den oberen Bereich des Sprühtrockners eingeführt, während die zerstäubte Lösung abwärtsgeleitet wird vom Mittelpunkt des oberen Teils der Trocknungszone durch eine sich abwärts erstreckende konisch geformte Flamme. Das Natriumpolyphosphat wird in dem unteren Teil der Zerstäubungstrocknungszone gesammelt. Die nach dem Verfahren der US-Patentschrift 30 23 083 hergestellten Natriumpolyphosphate enthalten einen Hauptanteil von feinen Teilchen, die kleiner als 0,18 mm sind. Dies war damals wünschenswert, da ein großer Markt für Natriumtripolyphosphat mit Teilchen kleiner als 0,15 mm zu der Zeit bestand, da das patentierte Verfahren entwickelt wurde. Im Verlauf der Zeitdauer von 1962, das Datum der Patenterteilung, bis 1968 stieg die Nachfrage nach granulärem Natriumtripolyphosphat sehr stark. Somit ist es nunmehr notwendig, granuläres Natriumpolyphosphat zu schaffen mit Teilchengrößen, die zwischen <1,41 mm und >0,18 mm liegen.

Die Teilchengrößenverteilung des Produktes des Verfahrens der US-Patentschrift 30 23 083, das eine einzige große Düse verwendet, kann verändert werden.

indem man die Zerstäubungsdampfraten, die Beschikkungsviskosität, die Beschickungsdichte, die Oberflächenspannung und die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse variiert Es ist möglich, einen Hauptanteil von granulärem Material zu erhalten, jedoch nur verbunden mit dem Nachteil, daß die Produktion unwirtschaftlich wird. Bei kommerziell erwünschten Raten scheint das Verfahren von Natur aus weit mehr feines Material als granuläres Material zu liefern.

ίο Es ist somit erwünscht, über ein kontinuierliches einstufiges Zerstäubungstrocknungsverfahren zu verfügen zur Herstellung von Natriumpolyphosphaten aus einer Orthophosphat-Beschickungsflüssigkeit unter Verwendung üblicher Vorrichtungen, wobei das Produkt eine erhöhte Menge an granulärem Material enthält

Aus der DE-AS 10 29 808 ist die Herstellung von Alkaliphosphaten bekannt wobei die Orthophosphatflüssigkeit durch Sprühdüsen in einen Sprühtrockner eingebracht und mit erhitzter Luft kontaktiert wird, die in die Sprühtrocknungszone eingeführt wird. Weder ein kegelstumpfförmiger Flammenkonus noch die erfindungsgemäße Arbeitsweise lassen sich dieser Entgegenhaltung entnehmen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von hochgranulärem Natriumpolyphosphat in einem einzigen Schritt in einer Zerstäubu-igstrocknungszone unter Verwendung einer kegelstumpfförmigen Flamme geschaffen. Das Verfahren besteht darin, daß man eine flüssige Natriumorthophospahtbeschickungsflüssigkeit durch eine Vielzahl von Zerstäubungsdüsen zerstäubt, die in einem Ring angeordnet sind, der konzentrisch zu und innerhalb eines Ringes von Brennern angeordnet ist, die die konisch geformte Flamme liefern. Die Düsen zerstäuben die ürthophosphatflüssigkeit in einer abwärts gerichteten Richtung, im allgemeinen parallel zur Seite der kegelstumpfförmigen Flamme. Die Zerstäubungsdüsen und Brenner sind im allgemeinen so angeordnet und so gerichtet, um einen maximalen Abstand zwischen den Zerstäubungsdüsen und der Wand der Sprühtrocknungszone zu schaffen. Die Sprühform einer jeden Düse ist so gerichtet, daß eine minimale Menge des versprühten Materials durch die Flamme tritt. Vorzugsweise dringt überhaupt kein versprühtes Material durch die Flamme.

Überraschenderweise können, verglichen mit bekannten Verfahren, sehr hohe Herstelliingsraten erzielt werden zusammen mit einem Anstieg der hergestellten Menge von granulärem Produkt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines modifizierten Sprühtrockners handelsüblicher Größe;

Fig. 2 zeigt eine schematische Zeichnung des Oberteils des Trockners, das die Anordnung der vier

ss Zerstäubungsdüsen und der 64 Brenner im Trockner zeigt.

Die Zerstäubungstrocknungszone, die bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist von der Art, bei der Luft innerhalb der Trocknungszone

f,o erhitzt wird. Die notwendige Trockriungshitze wird geliefert durch einen Ring von Brennern, die im allgemeinen ein Gas verbrennen, wie Erdgas, Methan, Kohlenmonoxyd und dergleichen. Die Konstruktion der Trocknungszone oder des Turms liegt im Rahmen der

(,s allgemeinen Fähigkeiten des Fachmanns. Zum Beispiel wurden Trocknungseinheiten verwendet, die im Durchmesser von etwa 3 bis 7,6 m und in der Höhe zwischen etwa 7,6 und etwa 19,8 m variieren. Die Anzahl der

Brenner, die die notwendige Hitze liefern, variieren bei handelsüblicher Verwendung zwischen 8 und 64, in Abhängigkeit von der Brennerkonstruktion und der Menge der erforderlichen Hitze. Um Natriumpolyphosphate herzustellen, müssen die Brenner genügend Hitze liefern, um Lösungswasser zu entfernen und um das getrocknete Orthophosphat auf über 230⁰C zu erhitzen, um das getrocknete Natriumorthophospaht zu einem Natriumpolyphosphat umzuwandeln.

Das Verfahren verwendet wäßrige Natriumorthophosphatlösungen mit einem Natrium : Phosphor-Verhältnis von 1 :1 bis 2 :1. Die Lösungen werden in die Trocknungszone bei etwa 100° C eingebracht, und die Orthophosphatkonzentration in der Beschickungsflüssigkeit ist etwa so hoch wie möglich, jedoch etwas geringer als eine vollständig gesättigte Lösung, so daß das Natriumorthophosphat nicht aus der Lösung in den Beschickungsleitungen auskristallisiert Die hohe Konzentration und die erhöhte Temperatur der Beschikkungslösung erleichtert das Entfernen des Wassers in der Trocknungszone. Weniger konzentrierte Beschikkungslösungen und niedrigere Beschickungsflüssigkeitstemperaturen können verwendet werden; jedoch werden diese Zusammensetzungen nicht bei technischen Verfahren verwendet, da dies die Kapazität der Zerstäubungstrocknungseinheit erniedrigt. Typische Natriumorthophosphat-Beschickungslösungen haben ein spezifisches Gewicht von 1,590 bis 1,625 bei Temperaturen von 95°C bis zum Siedepunkt der Lösung von etwa 112° C.

Die Orthophosphatlösung wird durch eine Vielzthl von Zerstäubungsdüsen in den oberen Bereich der Zerstäubungstrocknungszone eingeführt. Etwas Luft kann eindringen oder gleichzeitig mit der Beschickungslösung in den oberen Bereich der Zerstäubungstrocknungszone eingeführt werden. Der obere Teil der Zerstäubungstrocknungszone oder des Turms enthält eine Vielzahl von Brennern, die in einer ringförmigen Weise angebracht sind, wobei die nach unten gerichteten Brenneröffnungen in einem Winkel zueinander stehen, um eine konische Flammenzone zu bilden. Der Brennerring ist von einer derartigen Größe im Verhältnis zum Durchmesser der Trocknungszone, daß die durch die Brenner gebildete konische Flamme wie ein Kegelstumpf geformt ist mit einer Öffnung am unteren Ende des Flammenkonus. Innerhalb des Brennerrings auf einem Kreis mit einem kleineren Durchmesser ist eine Vielzahl von Zerstäubungsdüsen angebracht, durch die die wäßrige Orthophosphat-Beschickungsflüssigkeit abwärts in die Trocknungszone durch die öffnung in der kegelstumpfförmigen Flamme gesprüht wird.

Die Zahl der zu verwendenden Düsen in einer besonderen Zerstäubungstrocknungsvorrichtung ist eine Frage der Konstruktionswahl. Zum Beispiel können die vier Düsen, die in der Lage sind, 56,8 I der Beschickungslösung pro Minute in die oben beschriebene Vorrichtung einzusprühen, ersetzt werden durch drei Düsen, von denen jede 75,7 I pro Minute zerstäuben kann, oder durch acht Düsen, von denen jede 28,4 I pro Minute zerstäuben kann. Die Verwendung einer Vielzahl von Düsen hat den Vorteil, daß die Düsen leicht ersetzt werden können und daß keine Ausfallzeit der Zerstäubungstrocknungsvorriehtung auftritt während einer Düsenreparatur oder eines Düsenersatzes. Weiterhin erfordern die kleinen Düsen offensichtlich von Natur aus weniger Dampf, um die Orthophosphatbeschickungslösung anzusagen, als es die bisher bekannte Einzeldüse benötigt

Die Temperatur der Sprühteilchen muß mindestens 19O⁰C in dem Trockner erreichen; um die Natriumorthophosphat-Beschickungslösung zu einem Natriumpolyphosphat umzuwandeln. Die Temperatur innerhalb des Trockners wird im allgemeinen aufrechterhalten, indem man die Gasaustrittstemperatur kontrolliert Natriumtripolyphosphat (STPP) ist im allgemeinen ein kristallines wasserfreies Produkt, das in zwei unter-

"o schiedlichen Kristallformen vorliegen kann (vgl. US-Patentschrift 33 99 959). STPP der Form 11, das sehr wenig STPP der Form 1 enthält, wird hergestellt, wenn die Temperatur des austretenden Gases etwa 290 bis 310°C beträgt STPP der Form II, das einen normalen Gehalt der Form I von etwa 20 bis 30% enthält, wird hergestellt, indem man die Austrittsgastemperatur zwischen etwa 360 bis 390⁰C hält STPP der Form 1, das etwa 30 bis 40% STPP der Form I enthält, wird hergestellt, wenn die Austrittsgastemperatur etwa 400 bis 410°C beträgt, und ein höherer Gehalt der Form I kann erzielt werden bei höheren Gasaustrittstemperaturen.

Ein typischer Zerstäubungstrockner, der bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbar ist.

ist schematisch in den F i g. 1 und 2 gezeigt. F i g. 1 zeigt die allgemeine Konstruktion, Form und Größe des Trockners, und F i g. 2 zeigt die Anordnung der vier Zerstäubungsdüsen und der 64 Brenner am Oberteil des Trockners.

Das Verfahren zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat wird in bezug auf Fig. 1 beschrieben. Eine fast gesättigte Beschickungslösung von Natriumorthophosphat mit einem spezifischen Gewicht von 1,610 bei 102⁰C wird bei einer Temperatur von 102°C zu Zerstäubungsdüsen 2 beschickt, von denen vier gleichmäßig am Oberteil des Trockners auf einem Kreis mit einem Durchmesser a von 1,84 m verteilt sind. Die Beschickungslösung wird abwärts durch die Düsen durch den Sprühtrockner 6 (z. B. mit der Höhe d von 19,6 m und dem Innendurchmesser c von 7,6 m) zerstäubt bis zur am weitesten von den Düsen entfernten Wand des Trockners durch die öffnung eines Flemmenkonus, der durch die Brenner 4 gebildet wird, von denen 64 gleichmäßig in einem Kreis mit einem Durchmesser b von 3,68 m am Oberteil des Trockners angeordnet sind. Die Orthophosphatbeschickungsrate und die Brenner sind so angepaßt, daß die Temperatur des Austrittsgases, das den Trockner durch die Leitung 10 verläßt, etwa 370⁰C beträgt. Die zerstäubte Orhtophosphatbeschickungslösung wird getrocknet und zu Natriumtripolyphosphat übergeführt während des Durchtretens durch den Trockner, und das Natriumtripolyphosphatprodukt wird am Boden des Trockners gesammelt. Das Produkt wild von dem

s5 Trocknerboden durch eine Förderschnecke 10 entfernt und zu Kühlungs- und Lagerungsvorrichtungen transportiert.

Der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Zerstäubungstrockner wurde bei einer Reihe von Zerstäubungstrock-

(ic nungsuntersuchungen verwendet. Vier Zerstäubungsdüsen waren auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 1,84 m am Kopf des Zerstäubungstrockncrs angebracht, und jede Düse war abwärts durch den Sprühtrockner gerichtet auf einen Punkt an der Wand des Trockners,

''- etwa 1,84 m oberhalb des Endes des unteren konisch geformten Teils des Trockners. Jede der vier Düsen war in der Lage, 56,8 1 Orthophosphatbeschickungsflüssigkeit pro Minute zu zerstäuben. 64 Brenner, die auf einem

Kreis mit einem Durchmesser von 3,68 m angeordnet waren, wurden verwendet, um die notwendige Trocknungshitze zu erzeugen. Die Brenner waren abwärts gerichtet, um eine kegelförmige Flammenform zu ergeben. Die Beschickungsrate der Orthophosphatlösung wurde auf 56,81 pro Minute für jede Düse eingestellt, so daß die Gesamtbeschickungsrate 227 I pro Minute betrug, und die Brenner waren so eingestellt, daß die Temperatur der aus dem Unterteil des Trockners austretenden Gase etwa 370⁰C betrug. Die Orthophosphatbeschickungslösung wurde abwärts durch die öffnung in dem Flammenkonus zerstäubt. Die Zerstäubungsmuster der Zerstäubungsdüsen wurden so gerichtet oder gezielt, daß eine minimale Menge des zerstäubten Materials durch die Flammen drang. Das getrocknete Natrium'ripolyphosphat wurde am Boden des Zerstäubungstrockners gesammelt. Dieses Verfahren produzierte 11 100 kg Natriumtripolyphosphat pro Stunde aus einer fast gesättigten Orthophosphatbeschickungslösung, die in die Zerstäubungstrocknungszone bei einer Temperatur von fast 100° C beschickt

Tabelle

wurde. Lediglich 998 kg Dampf wurden pro Stunde verwendet, um die Beschickungslösung anzusaugen. Da; hergestellte Produkt war zu 56% granulär.
Verwendete man das Einzeldüsenverfahren, wie es ir der US- Patentschrift 30 23 083 beschrieben ist, den ober beschriebenen Zerstäubungstrockner und zerstäubte man durch die Flamme, so waren 2540 kg Dampf prc Stunde erforderlich, um genügend Natriumorthophos phatbeschickungslösung anzusaugen, damit mar

ίο 6800 kg Natriumtripolyphosphat pro Stunde hersteller konnte, das zu 52% granulär war. Wenn die Herstellungsrate des Einzeldüsenverfahrens auf 9350 kg Natriumtripolyphosphat pro Stunde gesteigert wurde so wurden 3450 kg Dampf pro Stunde nötig, unc lediglich 27% des Produkts waren granulär. Die Einzelheiten dieser Zerstäubungstrocknungsuntersu chungen, die alle eine Natriumorthophosphatbe schickungslösung mit einem spezifischen Gewicht vor 1,610 bei 102⁰C verwendeten, sind in der folgender Tabelle angegeben.

	Vergleichsbeispiele	B	1	2
	A	1	4	9
Zahl der Düsen	1	zentriert	in einem Kreis	14
Düsenanordnung	zentriert		mit 1,84 m	24
			Durchmesser	45
			angeordnet	56
				63
Zerstäubungstrocknungsbeschickung:		189	227	77
Rate, I/Min.	136			88
Zerstäubungstrocknung:		9350	11 100
Rate, kg, STPP/Std.	6800	3450	998
Dampfverbrauch, kg/Std.	2540
Typische Verteilung der Teilchengröße von
Trockenprodukt (%)		1,0
>0,84 mm	5,0	2,5
>0,59 mm	9,1	5,9
>0,42 mm	15,2	7,2
> 0,297 mm	23,0	18,7
> 0,210 mm	41,7	27,5
> 0,177 mm	52,3	35,2
> 0,149 mm	62,2	59,0
> 0,105 mm	75,1	68,0
> 0,074 mm	85,3

Diese Werte zeigen, daß das bisher bekannte Verfahren pro Stunde 6800 kg Natriumtripolyphosphat herstellte, das zu 52% granulär war. Durch Steigern der Beschickungsrate von 1361 pro Minute auf 1891 pro Minute und der Ansaugdampfmenge von 2540 kg auf 3450 kg pro Stunde, war es möglich, die Produktion von Natriumtripolyphosphat auf 9350 kg pro Stunde zu steigern, jedoch fiel die Menge von granulärem Produkt auf !ediglich 27,5% im Produkt ab. Obcrrascher.derA-ei se konnte durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Beschickungsrate auf 227 I pro Minute gesteigert werden, und der Verbrauch des ansaugenden Dampfes konnte auf 998 kg pro Stunde gesenkt werden, um Natriumtripolyphosphat in einer Menge von 11 100 kg pro Stunde herzustellen, das zu 56% granuläres Natriumtripolyphosphat war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Natriumpolyphosphat aus einer wäßrigen Natriumorthophosphatausgangslösung, die Natrium und Phosphor in einem Molverhältnis von 1:1 bis 2:1 enthält, durch Zerstäubung der Lösung im oberen Bereich einer Zerstäubungstrocknungszone abwärts durch eine abwärtsgerichtete konisch geformte Flammenzone und Abtrennung des Natriumpolyphosphats aus den Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung durch eine Vielzahl von Zerstäubungsdüsen durch die Flammenzone zerstäubt wird, wobei die Flammenzone ein kegelstumpfförmiger Konus mit einer öffnung am unteren kleineren Ende ist, so daß die zerstäubte Lösung durch diese öffnung durchtritt.