DE2306773A1

DE2306773A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kristallisiertem natriumsulfatanhydrid und/oder glaubersalz

Info

Publication number: DE2306773A1
Application number: DE19732306773
Authority: DE
Inventors: Robert Winkler
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-02-12
Publication date: 1973-08-02
Also published as: CH572867A5; DE2306773B2; JPS4996993A; DE2306773C3; JPS5644014B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid und/oder Glaubersalz Das Patent betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid undXoder Glaubersalz aus einer Natriumsulfatlösung durch Eindampfen derselhen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid ergeben sich durch den besonderen Verlauf der Sättigungskurve gegenüber der Lösungstemperatur erhebliche Probleme.
Im Temperaturbereich, der den üblichen Bereichen von mittels Verdampfen durchgeführten Kristallisationsverfahren entspricht, besteht zwischen 32°C und etwa 1200C ein mit zunehmender Temperatur abnehmendes, das heisst ein inverses Lösungsvermögen, das bei etwa 120°C stetig und unterhalb 52 plötzlich in ein positives Lösungve rmcgcn übergeht.
Es ist bekannt, dass bei der Kristallisierung durch Verdampfen einer Lösung im Temperaturbereich mit negativem Lösungsve rhalten Schwierigkeiten entstehen, indem die Kristallbildung bereits bei der Erwärmung der Lösung, also im Heizkörper des Verdampfers provoziert, und daher eine rasche Kr'stenbiIdung an der Wärmeaustauschfläche des Verdampfers begünstigt wird.
Ein beka£Eztes Verfahren besteht darin, die Verwendung von materiellen Wärmeaustauschflächen zu umgehen, indem der Wärmeaustausch direkt mit Hilfe einer Brennerflamme im sogenannten Tauchbrennerverfahren erfolgt. Zwangsläufig ist dieses Verfahren nur einstufig verwendbar und zudem können nur Brennstoffe hoher Reinheit verwendet werden, um eine Verunreinigung des Produktes zu vermeiden. Zudem weist die Bremngas-Sole-Atmosphare ein aggressives-Verhalten auf und erfordert die Verwendung besonders widerssandsfahiger Konstruktionsmaterialien.
Andere bekannte Verfahren umgehen diese Nachteile, indem der Kristalllsatlonsvorgang in einen Temperaturbereich mit positivem Löslichkeitsverhalten verlegt wird.
Das Verfahren im Temperaturbereich von über 120°C ist jedoch nur anwendbar, sofern auch Heizdampf mit einer entsprechenden Sattdampftemperatur von mindestens 130°C oder einem Druck von 3kg/cm2 zur Verfügung steht. Dabei kann die wirtschaftlichere Eindampfung in mehreren hintereinander geschalteten Stufen jedoch nicht angewendet werden. Infolge der hohen Betriebstemperatur sind zudem teuere Baumaterialien zu verwenden, um einer erhöhten Korrosion widerstehen zu können.
Bei Durchführung des Kristallisationsverfahrens im Temperaturbereih unter 320C bilden sich das mit Kristallwasser kombinierte Glaubersalz, welches in einer Schmelzphase bei erhöhter Temperatur in kristallwasserfreies Natriumsulfatanhydrid umzuwandeln ist. Im Umwandlungsbereich ist eine Wärmeübertragung im Bereich des negativen LösliChkeitsverhaltens nicht zu umgehen, und die vorstehend erwähnten Probleme der Kristallbildung an den Uebertragungsflächen verlagern sich auf diese Phase. Die Verdampfung bei relativ tiefen Betriebstemperaturen bedingt zudem verfügbares Kühlwasser in einem noch tieferen Temperaturbereich, oder die Verdampfungsbrüden sind mittels Strahlverdichter auf den der Kühlwassertemperatur entsprechenden Kondensationsdruck zu verdichten. Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls keine Anwendung der Mehrstufenserieschaltung und erfordert für die Brüdenverdichtung zusätzlich Triebdampf relativ hohen Druckes.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das die obengenannten Nachteile nicht aufweist, und eine Kristallisierung mittels Mehrstufeneindampfung, unter Anwendung mässiger Heizdampfdrücke, und ohne das Risiko einer Verkrustung der Heizflächen, ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die einzudampfende Lösung durch Entspannung oder direkte Künlung soweit unter 32°C abkühlt, bis eine Na2SO4-Löslichkeit si&n eitlUteliG, diC tiefer liegt ais diejenige bei der höchsten vorkommenden Temperatur im nachfolgenden Teil des Kristallisierungsverfahren, danach die Lösung unterhalb der Sättislngsgrenze erhitzt, dann durch nntspannung,verdawpfung im Bereich des inversen Lösungsverhaltens eine Aufkonzentrierung der Lösung bewirkt und das dabei auskristallisierende Natriumsulfatanhydrid und/oder Glaubersalz abzieht.
Es ist zweckmässig, wenn man die einzudampfende Natriumsulfatlösung zu ihrer Entspannung auf den gewünschten Na2SO4- Löslichkeitswert mindestens einem ersten Verdampfer zuführt, danach die derart erhaltene Lösung in mindestens zwei nacheinander geschalteten Wärmeaustauschern im Bereich ihres inversen Lösungsverhaltens erhitzt, anschliessend in mindestens einem weiteren Verdampfer eindampft, die eingedampfte Lösung gegebenenfalls unter Abzug von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid dem ersten Verdampfer zuführt, und dass im ersten Verdampfer entstehende Glaubersalz abzieht.
Wenn nur kristallisiertes Natriumsulfatanhydrid hergestellt werden soll, dann ist es vorteilhaft, wenn man das vom ersten Verdampfer tiefster Temperatur abgezogene Glaubersalz in den zweiten weiteren Verdampfer nächst höheren Temperatur befördert.
Soll nur Glaubersalz hergestellt werden, dann ist es zweckmässig, wenn man das von mindestens einem der weiteren Verdampfer höherer Temperatur abgezogene kristallisierte Natriumsulfatanhydrid dem ersten Verdampfer tiefster Temperatur zuführt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens einen ersten Verdampfer zur Entspannung der zugeführten Lösung auf einen bestimmten Wert, mindestens zwei diesem ersten Verdampfer in Serie nachgeschaltete Wärmeaustauscher zur Erhitzung der vom ersten Verdampfer abgezogenen Lösung, mindestens einen den Wärmeaustauschern nachgeschalteten zweiten Verdampfer zur Eindampfung der erhitzten Lösung, eine Rückführleitung zur Rückführung der eingedampften Lösung in den ersten Verdampfer, sowie Abzugsmittel zum Abzug oder Ueberführung von Glaubersalz vom ersten Verdampfer und/oder Abzugsmittel zum Abzug oder Ueberführung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid vom zweiten Verdampfer, aufweist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Na2so4-Löslichkeit in Abhängigkeit von der Lösungstemperatur mit eingezeichnetem Verfahrensablauf; Fig. 2 schematisch eine beispielsweise Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des in Fig. 1 eingezeichneten erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid; und Fig. 3 schematisch eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Glaubersalz.
In Fig. 1 ist die Na2S04 -Löslichkeit in Abhängigkeit von der Lösungstemperatur dargestellt, wobei das mit der in Fig. 2 dargestellten Anlage durchgeführte Verfahren in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Die Konzentration ist in Wasser Gelöster Stoff und uns gelöster Stoff 100% angegeben Wie aus diesen Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird die einzudampfende Lösung durch Entspannung im ersten Verdampfer 1 soweit unter 32°C abgekühlt, bis eine Na2SG4- Löslichkeit sich einstellt, die tieferals diejenige bei der höchsten vorkommenden Prozesstemperatur von beispielsweise 1020C liegt.
Dabei wird angenommen, dass Kühlwasser mit einer Temperatur von 20°C zur Verfügung steht, wodurch im Kondensator 2 bei einer angenommenen Erwärmung von 4°C eine Kondensationstemperatur von 27,5°C und damit im Verdampfer 1 eine Verdampfungstemperatur von 30°C sich einstellt.
Nach dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ergibt sich bei dieser Temperatur eine Löslichkeit von 29 Na2SO4.
Steht ausschliesslich Kühlwasser höherer Temperatur von beispielsweise 30 C zur Verfügung, dann wird die Entspannungsstufe 1 mit Vorteil in zwei Phasen aufgeteilt, wobei in der ersten Phase bis auf die der Kühlwassertemperatur entsprechende Temperatur,beispielsweise 400C, entspannt und die Brüden in der zweiten Phase tieferer Temperatur mittels eines Strahlverdichters auf die höhere Kondensationstemperatur verdichtet wird, was zwangsläufig zu einem zusätzlichen Bedarf an Treibdampf führt.
Nach dem ersten Verdampfer 1 wird die Lösung mittels einer Pumpe 3 durch die in Serie geschalteten Wärmeaustauscher 4, 5 und 6 befördert und sukzessive je nach verfügbarem Heizdampf auf eine Temperatur von 1000 bis 15000 gebracht, und anschliessend in den weiteren Verdampfern 7 und 8 sowie im ersten Verdampfer i durch Entspannung sukzessive zur Verdampfung und Abkühlung gebracht, bis die Ausgangstemperatur im Verdampfer 1 wieder erreicht ist.
Das im Verdampfer 8 kristallisierte Natriumsulfatanhydrid wird von diesem abgezogen und direkt oder über eine Pumpe einer Trennzentrifuge 9 zugeführt. Das Filtrat wird über die Leitung 10 zum ersten Verdampfer i zurückgeleitet.
Beim Abzug des Glaubersalzes aus dem ersten Verdampfer 1 wird die Trennung von der kühlen Lösung in einer Abzug kolonne ii durch einen Gegenstrom von warmer Lösung aus dem Verdampfer 8 vorgenommen. Als Variante kann der aus dem ersten Verdampfer i abgezogene kühle Brei auch in einer Zentrifuge von der Lösung getrennt und das Glaubersalz zum Verdampfer 8 gefördert werden, während die kühle Lösung zum ersten Verdampfer i zurückgeleitet wird. Das im ersten Verdampfer i produzierte Glaubersalz wird über die Pumpe i2 abgezogen und in den Verdampfer 8 nächst höherer Temperatur gefördert und wieder in Umlauf gebracht.
Bei der Entspannung wird, Je nach der am Wärmeaustauscher 6 erreichten Endtemperatur pro Tonne Umlauflösung ca O,i bis 0,15to Wasser verdampft. Für eine Tonne Natriumsulfat sind, Je nach der Ausgangskonzentration, ca 2,5to Wasser zu verdampfen so, dass eine Umwälzmenge von 16 bis 25 Tonnen Lösung pro Tonne Produkt resultiert.
Dank der Entspannung in mehreren Stufen können die BrUdendämpfe in der bekannten Weise zur Aufwärmung der Kreislauflösung in Austauschern 4 und 5 angewendet und damit der Frischdampfverbrauch im Wärmeaustauscher 6 wesentlich reduziert werden.
Ist z.B. eine Lösung von 500C mit 52Na2S04 zu behandeln, und steht Heizdampf von 1,5 ata oder 11000 Sattdampf zur Verfügung, so können sich die folgenden Betriebsverhältnisse bei einer 3 Stufen-Anlage einstellen.
Totale Wasserverdampfung = 100 - 52 =2,13 t/t Na2 SO4 32 Entspannung von 102 30°, Verdampfung=0,0965 t H20/t Umlauf-Umlauflösung Qu = 2,13 = 22,1 t/t Na2-SO4 0,0965 Erwärmung durch Frischdampf 70 10200 Frischdampfbedarf = 1,06 t/t Na2S04 Vergleichsweise ist bei einer Einstufenverdampfung mit einem Frischdampfverbrauch von ca. 2,8-3,2 t/t Na2S04 zu rechnen.
In Fig. 5 ist schematisch eine Anlage zur Herstellung von Glaubersalz dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 2 wird hier einerseits kein kristallisiertes Natriumsulfatanhydrid aus dem Verdampfer 8 abgezogen und andererseits das aus dem ersten Verdampfer 1 abgezogene Glaubersalz nicht in den Verdampfer 8 zurückgeführt. Da die übrigen Teile der Anlage identisch mit der in Fig. 2 dargestellten sind, erübrigt sich eine nochmalige Beschreibung dieser Teile.
Die Behälter der Verdampfer 1 und 8 weisen, wie in Fig. 2 und 3 angedeutet, eine Vorrichtung zum Umwälzen des Behälterinhalts auf.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid und/oder Glaubersalz aus einer Natriumsulfatlösung durch Eindampfen derselben, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man die einzudampfende Lösung durch Entspannung oder. direkte Kühlung soweit unter 320C abkühlt, bis eine Na2SO4-Löslichkeit sich einstellt, die tiefer liegt als diejenige bei der höchsten vorkommenden Temperatur im nachfolgenden Teil des Kristallisierungsverfahrens, danach die Lösung unterhalb der Sättigungsgrenze erhitzt, dann durch Entspannungsverdampfung im Bereich des inversen Lösungsverhaltens eine Aufkonzentrierung der Lösung bewirkt und das dabei auskristallisierende Natriumsulfatanhydrid und/oder Glaubersalz abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass man die einzudampfende Natriumsulfatlösung zu ihrer Entspannung auf den gewünschten Na SO -Löslichkeitswert mindestens einem ersten Verdampf er zuführt, danach die derart erhaltene Lösung in mindestens zwei nacheinander geschalteten Wärmeaustauschern im Bereich ihres inversen Lösungsverhaltens erhitzt, anschliessend in mindestens einem weiteren Verdampfer eindampft, die eingedampfte Lösung, gegebenenfalls unter Abzug von kristallisiertem Natriurnsulfatanhydrid, dem ersten Verdampfer zuführt, und das im ersten Verdampfer entstehende Glaubersalz abzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man das vom ersten Verdampfer tiefster Temperatur abgezogene Glaubersalz in den zweiten weiteren Verdampfer nächst höherer Temperatur befördert.

4. Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung von Glaubersalz, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man das von mindestens einem der weiteren Verdampfer höherer Temperatur abgezogene kristallisierte Natriumsulfatanhydrid dem ersten Verdampfer tiefster Temperatur zuführt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie mindestens einen ersten Verdampfer (1) zur Entspannung der zugeführten Lösung auf einen bestimmten Wert, mindestens zwei diesem ersten Verdampfer (1) in Serie nachgeschaltteWärmeaustauscher (4, 5, 6) zur Erhitzung der vom ersten Verdampfer (1) abgezogenen Lösung, mindestens einen den Wärmeaustauschern (4, 5, 6) nachgeschalteten zweiten Verdampfer (7, 8) zur Eindampfung der erhitssen Lösung, eine Rückführleitung (1)) zur Rückführung der eingedampften Lösung in den ersten Verdampfer (1), sowie Abzugsmittel (12) zum Abzug von Glaubersalz vom ersten Verdampfer (1) und/oder Abzugmittel (14) zum Abzug von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid vom zweiten Verdampfer (8), aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Dampfaustrittsöffnung des zweiten Verdampfers bzw. die Dampfaustrittsöffnungen der zweiten Verdampfserie (7, 8) mit mindestens einem Teil der Wärmeaustauscher (4 verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, zur Herstellung von kristallisiertem Natriumsulfatanhydrid, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem ersten Verdampfer (1) zugeordneten Abzugsmittel (12) über eine Rückführleitung (15) mit dem zweiten Verdampfer (8) verbunden sind.

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