DE2102166C3

DE2102166C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Konzentrieren von Lauge

Info

Publication number: DE2102166C3
Application number: DE19712102166
Authority: DE
Inventors: Hans Fuellinsdorf Kuehnlein
Original assignee: Bertrams AG
Current assignee: Bertrams AG
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1971-01-18
Publication date: 1985-01-31
Also published as: CH511620A; GB1295191A; DE2102166A1; JPS5431998B1; DE2102166B2; FR2078055A5

Description

darin, die vorerwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und insbesondere auf sehr wirtschaftliche Weise ein hochwertiges Natronlaugen-Konzentrat zu erhalten, das einerseits eine sehr hohe Endkonzentration hat, andererseits jedoch stets noch flüssig bleibt

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art darin, daß das Verfahren dreistufig ausgebildet und das Konzentrieren bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 400 bis 45O⁰C durchgeführt und bei einer Konzentration von etwa 97% beendet wird, und daß sich daran als dritte Stufe ein Endkonzentrieren der Natronlauge auf eine Konzentration von wenigstens nahe 100% ohne Wärmezufuhr durch Anlegen eines Unterdrucks von 53 mbar an die mit Atmosphärendruck zugeführte Natronlauge anschließt, wobei das Natronlaugen-Konzentrat während der Endkonzentration auf eine wenig über dem der erzielten Konzentration zugeordneten Kristallisationspunkt der Natronlauge liegende Temperatur abgekühlt wird.

Ein solches Verfahren arbeitet sehr wirtschaftlich wegen der günstigen Ausnutzung der Brüdendämpfe einerseits sowie der Verwendung einer dritten Konzentrationsstufe, die keiner Wärmezufuhr bedarf; außerdem hat sich gezeigt, daß in der Schmelze enthaltene Gasanteile, welche z. B. durch Reaktionsmittel entstanden sein können, durch das Vakuumverdampfen ausgetrieben werden, so daß ein vollkommen klares und qualitativ hochwertiges Natronlaugen-Konzentrat erzeugt wird, welches trotz hoher Endkonzentration stets noch flüssig bleibt und ohne zusätzliche Maßnahmen weiterverarbeitet werden kann.

Aus der DE-PS 5 13 789 sowie der DE-PS 4 94 105 ist zwar das Eindampfen und Abkühlen von Lösungen, die bei der Abkühlung feste Stoffe ausscheiden, durch Selbstverdampfung in Unterdruckräumen bekannt; dabei findet naturgemäß ebenfalls eine Abkühlung statt. Dem bekannten Eindampfen geht aber weder eine Konzentrierung bei Atmosphärendruck unter Wärmezufuhr voraus noch wird das Eindampfverfahren so geführt, daß eine Kristallisation der Lauge vermieden wird. Im Gegenteil, gemäß DE-PS 5 13 789 tritt bereits im Unterdruckverdampfer eine Salzabscheidung ein. Ferner kennt man durch CH-PS 4 51 087 bereits beim Konzentrieren von Flüssigkeiten das Erhitzen unter Atmosphärendruck z>vecks Vorkonzentrierung und das Anlegen eines Unterdrucks zwecks Endkonzenirieren. Schließlich ist durch GB-PS 6 35 175 auch bereits ein Verfahren zürn Herstellen von wasserfreiem Kaliumhydroxid bekannt, bei dem aufgeheizte, auf ca. 90 bis 96% eingestellte KOH-Lauge über eine Entspannungsverdampfung der Restwassergehalt entzogen wird. Trotz der chemischen Ähnlichkeit von NaOH- und KOh-Lauge bestehen jedoch noch erhebliche Unterschiede zwischen dem Verhalten dieser beiden Laugen. Die Erfindung nutzt dabei das besondere Verhalten von Natronlauge in einem bestimmten engen Konzentrations-, Druck- und Temperaturbereich aus.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, wobei die Vorrichtung mehrere flüssigkeitsseitig hintereinandergesehaltete Verdampfer besitzt, von denen der erste ;ils Vorverdampfer an einem Vakuumerzeuger angeschlossen sowie mit Brüdendämpfen beheizt und der zweite ein unter Atmosphärendruck arbeitender, vorzugsweise mittels einer Salzschmelze beheizter Verdumpfer ist. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Verdampfer ein unbeheizter Vakuum-Verdampfer vorgesehen ist, der ein Steigrohr sowie ein Barometerrohr aufweist, dessen untere Enden in einem gemeinsamen Sammelbehälter eintauchen und deren obere Enden an eine mit dem Vakuumerzeuger verbundene Vakuumkammer angeschlossen sind. Mittels der apparativ wenig aufwendigeren dreistufigen Vorrichtung kann in der zweiten Konzentrationsstufe an äußerer Wärmezufuhr gespart werden, ohne daß in einer anderen IConzentrationsstufe zusätzliche Wärmemenge zugeführt werden muß. Auch decken die Brüdendämpfe den Wärmebedarf der ersten Stufe optimal. Dementsprechend kann in der Vorrichtung insgesamt Wärmeenergie gespart werden, ohne daß dadurch wesentliche Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Im übrigen gelten für die Vorrichtung die analogen Vorteile wie beim vorbeschriebenen Verfahren.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachfolgend anhand der Zeichnung, die schematisch auch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, beispielsweise näher erläutert.

In der Zeichnung ist 1 ein Röhrenwärmetauscher, dessen Heizmantel durch Zu- und Wegführleitungen 2 bzw. 3 an eine Salzschmelze-Erzeugungseinrichtung 4 angeschlossen ist. Dem Wärmetauscher 1 ist ein Abscheider la zugeordnet, an welchem eine Wegführleitung 5 für das Konzentrat und eine Wegführleitung 6 für die entstandenen Brüdendämpfe angeschlossen sind. Die Laugenzuführleitung zum salzschmelzebeheizten Röhrenwärmetauscher 1 ist mit 7 bezeichnet. Sie ist über eine Pumpe 8 an den Konzentratauslaß eines Fallfilm-Wärmeaustauschers 9 angeschlossen, mit dem außerdem die Leitung 6 als Wärmeträgerleitung verbunden ist. Eine Laugenzuführleitung des Wärmeaustauschers 9 ist mit 10 bezeichnet. Dieser arbeitet mit Unterdruck und ist zu diesem Zweck über eine Saugleitung ti mit der Vakuumkammer 12a einer Vakuum-Erzeugungsvorrichtung 12 verbunden. Die Konzentratleitung 5 des salzschmelzebeheizten Wärmeaustauschers 1 ist an einem Sammelbehälter 13 eines unbeheizten Vakuum-Verdampfers 14 angeschlossen, und zwar so, daß die Mündung 5a dieser Leitung nach oben gerichtet ist und in kleinem Abstand unter der unteren öffnung eines in den Behälter 13 eintauchenden vertikalen Steigrohres 15 liegt. Parallel und mit seitlichem Abstand zum Steigrohr 15 taucht in den Behälter 13 ein Barometerrohr 16 ein, wobei die beiden Rohre 15 und 16 mit ihren oberen Enden in eine Vakuumkammer 17 hineinragen. Diese ist durch eine Leitung 18 an die Vakuumkammer 12a der Vorrichtung 12 angeschlossen.

Bei der beschriebenen Einrichtung zum Konzentrieren von NaOH-Lauge wird wie folgt vorgegangen: Durch die Leitung 10 wird dem Fallfilm-Verdampfer 9 50%ige NaOH-Lauge zugeführt, wobei im Verdampfer über die Leitung 11 ein Vakuum von 53 mbar erzeugt wird. Über die Leitung 6 werden dem Verdampfer 9 gleichzeitig die heißen Brüdendämpfe aus dem Verdampfer 1 als Wärmeträger zugeführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß im Verdampfer 9 die 50%ige NaOH-Lauge auf 62% vorkonzentriert wird. Durch die Pumpe 8 wird dieses 62%ige Vorkonzentrat dem unter Atmosphärendruck arbeitenden, über die Leitungen 2,3 salzschmelzebeheizten Röhrenwärmeaustauscher 1 zugeführt. Durch die mittels der Salzschmelze zugefühne Wärme wird die NaOH-Lauge auf ca. 400 bis 45O⁰C

erhitzt und dabei auf etwa 97% konzentriert; die ausgedampften Brüdendämpfe werden, wie erwähnt, zum Vorkonzentrieren der Lauge dem Verdampfer 9 zugeführt, während das heiße Konzentrat durch die Leitung 5 dem unbeheizten Vakuum-Verdampfer 14 zugeführt wird. In der Kammer 17 wird über die Leitung 18 ein Vakuum von 53 mbar aufrechterhalten, während das Konzentrat dem Behälter 13 unter Atmosphärendruck zugeführt wird. Der im Steigrohr 15 herrschende Unterdrück bewirkt, daß das aus der Mündung 5;j austretende Konzentrat praktisch vollständig in das Steigrohr 15 gelang!: durch den nach oben hin abnehmenden Druck entstehen im Steigrohr Dampfblasen, welche das Konzentrat nach oben in die Vakuumkammer 17 reißen. In dieser Kammer trennt sich die Dampfphase von der Flüssigphase. Dabei werden der ausgeschiedene Wasserdampf zusammen mit gleichzeitig ausgetretenen Gasverunreinigungen über die Leitung 18 ausgeschieden, während die auf wenigstens annähernd 100% konzentrierte NaOH-Lauge durch das Barometerrohr 16 nach unten in den Behälter 13 fällt. Von dort wird die NaOH-Lauge durch die Leitung 19 der Vorrichtung entnommen. Da dem Verdampfer 14 keine zusätzliche Wärme zugeführt wird, bewirkt das durch das Vakuum erzeugte Ausdampfen des Restwassers aus der NaOH-Lauge eine gewisse Abkühlung der letzteren. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Temperatur des Endkonzentrats bis nahe an den Kristallisationspunkt, im vorliegenden Fall also auf etwa 330 bis 350°C, abgesenkt wird.

Mittels des beschriebenen Verfahrens bzw. der zugehörigen Vorrichtung, bei der die Hauptkonzentration der NaOH-Lauge unter Atmosphärendruck und relativ hoher Temperatur erfolgt, während für eine unter Vakuum durchgeführte Vorkonzentration die bei der Hauptkonzentration anfallenden Brüdendämpfe und für eine Endkonzentration und gleichzeitige Abkühlung Vakuum verwendet werden, erhält man nicht nur eine sehr wirtschaftliche Arbeitsweise, sondern auch besonders reine, hochkonzentrierte Laugenschmelze mit wenig über dem Kristallisationspunkt liegender Konzentrationstemperatur; diese ermöglicht ein unmittelbares Weiterverarbeiten des Konzentrats z. B. in einer Spülmaschine oder in einer Blockgießeinrichtung.

Obwohl es sich als zweckmäßig erwiesen hat, im iinter Atmosphärendruck arbeitenden Verdampfer eine Salzschmelze als Wärmeträger zu verwenden, könnte an sich auch ein anderes Aufheizmittel, z. B. ein Heizgas verwendet werden. Die Verwendung eines gemeinsamen Behälters für das Eintauchen des Steigrohres und des Barcmeterrohres des Vakuum-Verdampfers ergibi eine besonders einfache Konstruktion. Da das Vakuum in der Kammer 17 möglichst konstant gehalten wird, könnten Dichte- und Konzentrationsänderungen in der zugeführten Lauge zu unerwünschten Änderungen der Laugenförderung im Steigrohr führen; da aber das Steigrohr in das aus dem Barometerrohr 16 kommende Endkonzentrat eintaucht, wird bei sich ändernder Saugwirkung im Steigrohr mehr oder weniger Endkonzentrat in das Steigrohr mitgerissen, so daß die Förderung im Steigrohr annähernd konstant bleibt Andererseits wäre es natürlich auch möglich, durch Einbau eines Ventils die Förderung im Steigrohr zu regulieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum mehrstufigen Konzentrieren von Natronlauge durch Verdampfen, bei dem in einer ersten Stufe ein Vorkonzentrieren der Natronlauge etwa von 50% auf 62% nach dem Fallfilmverfahren und unter Unterdruck sowie unter Wärmezufuhr durch Brüdendämpfe und in einer zweiten Stufe ein Konzentrieren bei Atmosphärendruck unter Wärmezufuhr, vorzugsweise mittels einer Salzschmelze, unter Bildung dieser Brüdendämpfe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren dreistufig ausgebildet und das Konzentrieren bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 400 bis 450⁰C durchgeführt und bei einer Konzentration von etwa 97% beendet wird, und daß sich daran als dritte Stufe ein Endkonzentrieren der Natronlauge auf eine Konzentration von wenigstens nahe 100% ohne Wärmezufuhr durch Anlegen eines Unterdrucks von 53 mbar an die mit Atmosphärendruck zugeführte Natronlauge anschließt, wobei das Natronlaugen-Konzentrat während der Endkonzentration auf eine wenig über dem der erzielten Konzentration zugeordneten Kristallisationspunkt der Natronlauge liegende Temperatur von etwa 330 bis 350° C abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorkonzentrieren und das Endkonzentrieren durch Entspannen je unter gleichem Unterdruck vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Entspannen oder Abkühlen der Lauge verwendete Vakuum zum Fördern des Konzentrats zu einer Auslaßstelle verwendet wird.

4. Vorrichtung zum Konzentrieren von Natronlauge in mehreren Stufen nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Vorrichtung mehrere flüssigkeitsseitig hintereinander geschaltete Verdampfer besitzt, von denen der erste als Vorverdampfer an einem Vakuumerzeuger angeschlossen sowie mit Brüdendämpfen beheizt und der zweite ein unter Atmosphärendruck arbeitender, vorzugsweise mittels einer Salzschmelze beheizter Verdampfer ist, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Verdampfer ein unbeheizter Vakuumverdampfer (14) vorgesehen ist, der ein Steigrohr (15) sowie ein Barometerrohr (16) auf-

to

15

20

25 weist, deren untere Enden in einen gemeinsamen Sammelbehälter (13) eintauchen und deren obere Enden an eine mit dem Vakuumerzeuger (12) verbundene Vakuumkammer (i 7) angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dessen unter Atmosphärendruck arbeitender zweiter Verdampfer mit Salzschmelze beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Röhrenwärmeaustauscher (1) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßmündung (5a) der vom bei Atmosphärendruck arbeitenden, beheizten Verdampfer (1) kommenden Laugenleitung (5) im Sammelbehälter (13) des Vakuumverdampfers (14) i;n Abstand der unteren Öffnung des Steigrohres (15) gegenüberliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der mit Brüdendämpfen beheizte, unter Vakuum arbeitende Vorverdampfer als Fallfilm-Wärmeaustauscher (9) ausgebildet und daß vorzugsweise dieser und der unbeheizte Vakuumverdampfer (14) an eine gemeinsame Vakuumerzeugungskammer (12a) angeschlossen sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Natronlauge durch Verdampfen, wobei im Verfahren in einer ersten Stufe ein Vorkonzentrieren der Natronlauge etwa von 50% auf 62% nach dem Fallfilmverfahren und unter Unterdruck sowie unter Wärmezufuhr durch Brüdendämpfe und in einer zweiten Stufe ein Konzentrieren bei Atmosphärendruck unter Wärmezufuhr, vorzugsweise mittels einer Salzschmelze, unter Bildung dieser Brüdendämpfe erfolgt.

50%ige NaOH-Lösungen werden in den bisher bekannten Konzentrieranlagen mit Röhrenverdampfern entweder unter Vakuum zu 99,8% NaOH eingedampft oder aber in direkt beheizten Gefäßen unter Normaldruck ebenfalls auf die gleiche Endkonzentration gebracht. Ferner ist die »Bertrams-Konzentrieranlage« mit Rohrelementen und Salzschmelze-Heizung bekannt. Bei dieser Einrichtung kann eine Voreindampfung, welche die Lösung von 50 auf 62% konzentriert, dazugeschaltet werden, wobei diese Voreindampfung durch die bei der Endkonzentration entstehenden Brüdendämpfe (ausgedampftes Wasser aus der Lauge) beheizt wird. Dadurch gelingt es, den Wärmebedarf beim Entwässern dieser NaOH-Lösung um 28% zu verringern.

Die vorbekannten Konzentrieranlagen, welche unter atmosphärischem Druck arbeiten, haben den Nachteil. daß die aus der Anlage austretende entwässerte Laugen-Schmelze wesentlich über den Kristallisationspunkt liegende Temperaturen aufweist. Es ist also eine entsprechende Kühlung der Schmelze vor der nachfolgenden Kristallisation auf einer Schuppenmaschine oder in einer Gießvorrichtung notwendig.

Andererseits können die eingangs beschriebenen Verdampfer, welche unter Vakuum arbeiten und bei denen die entwässerte Schmelze die Verdampfer bei einer nur wenig über dem Kristallisationspunkt liegenden b5 Temperatur verläßt, nicht mit Brüdenausnutzung arbeiten, da die Brüdendämpfe unter zu niedrigem Druck stehen und nicht mehr ausgenutzt werden können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht