DE2432808A1

DE2432808A1 - Verfahren zur konzentration einer aetznatronlauge

Info

Publication number: DE2432808A1
Application number: DE19742432808
Authority: DE
Inventors: Bernard Rene Marcel Seguy
Original assignee: FRANCAISE WHITING FERMONT PARIS Ste; WHITING FERMONT STE FSE
Current assignee: Swenson Sa Paris Fr
Priority date: 1973-07-11
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2432808B2; FR2236784B1; FR2236784A1; IT1024126B; DE2432808C3

Description

MR/MCN/SM-25.038 Hannover, den 8. Juli 1974

2. Juli 1974

PATENTANWÄLTE

DIPK-ING. R- SCHOMERUS
DIPL.-ING. H. ARENDT

8 HANNOVBB

KÖNIGSTll. 21 « TELEFON SZ4911

Betr.:-W 260/g - ANMELDER:

Firma Societe Prancaise
WHITING FERMONT
22 Rue Saint Augustin

75002 - PARIS
Frankreich

"Verfahren zur Konzentration einer Ätznatronlauge. "

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentration einer natriumchlorid- und natriumsulfathaltigen Natronlauge, wie z. B. die Lauge, die durch Elektrolyse einer Natriumchloridlösung in einer Membranelektrolysierzelle erzielt wird, wobei dieses Konzentrationsverfahren die Herstellung einer konzentrierten Atznatronlauge mit.einem Gehalt von 40 bis 55 % sowie die gleichzeitige Bildung von praktisch natrium sulfatfreiem

Natriumchlorid ermöglicht. Die vorliegend^ Erfindung kann daher z. B.

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an die unmittelbare Wiederverwendung angewandt werden, ohne die vorherige Reinigung des so erzielten Natriumchlorids als Grundstoff für die Elektrolyse in einer Quecksilberelektrolysierzelle notwendig zu machen.

Es sind schon verschiedene Konzentrationsverfahren bekannt, die durch Verdampfung einer Natriumchlorid- und Natriumsulfat enthaltenden Natronlauge eingesetzt werden. Diese Verfahren erfordern im allgemeinen die kontinuierliche Verdampfung in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen unter Verwendung von mehrstufigen Verdampfungskristallisatoren.

Bei einem dieser bekannten Verfahren, erfolgt in einer ersten Stufe die Kristallisierung des Natriumchlorids und dann in einer zweiten Stufe eine Kristallisierung des Natriumchlorids sowie des Dreifachsalzes NaCl, Na₂SO₄, NaOH, H₂O; das in der ersten Stufe aufgefangene Natriumchlorid, das praktisch natriumsulfatfrei ist, kann in einer Elektrolysierzelle zur Gewinnung von Natronlauge geführt werden. Im Gegenteil muss die in der zweiten Stufe kristallisierte Mischung aus Natriumchlorid und Dreifachsalz einer komplizierten Behandlung ausgesetzt werden, welche die Zersetzung des Dreifachsalzes in einer Hilfsvorrichtung sowie die nachfolgende Trennung des Natriumchlorids und des sich aus dieser Zersetzung ergebenden Natrium Sulfats bedingt, wenn man eine zusätzliche Menge von Natriumchlorid auffangen und die gesamte Natronleistung erhöhen will. Ein derartiges Verfahren weist jedoch folgende Nachteile auf :

a..- Die Natronlaugen, die z.B. mehr als O, 3 - 0, 4 % Na SO enthalten, können nicht behandelt, werden, wenn man bei der in der ersten Stufe erfolgten Natronkonzentration die Ausfällung dieses Salzes

in der ersten Stufe vermeiden will.

b. - Die Behandlung der industriellen Natronlaugen, die am Ausgang der Diaphragma-Elemente aufgefangen werden und im allgemeinen mehr als 0, 4 % Natriumsulfat enthalten, würde mit einem derartigen Verfahren am Ausgang der ersten Stufe zur Erzielung eines unreinen Natriumchlorids führen, welches Natriumsulfat enthält und deswegen in den elektrolytischen Quecksilberzellen nicht unmittelbar wieder verwendet werden kann.

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c. - Es ist notwendig, eine Hilfsvorrichtung zur-Zersetzung des Dreifachsalzes zu verwenden, welche sich ausserhalb des Verdampfers befindet und verhältnismässig kompliziert im Aufbau ist, und deren Abmessungen auf Grund der für eine wirksame Zersetzung zwangsweise langen Aufenthaltsdauer notwendigerweise gross sind; derartige Aufenthaltsdauern sind darauf zurückzuführen, dass die Konzentration der aus der ersten Stufe herkommenden Natronlauge, von welcher ein Anteil mit dem Dreifachsalz vor dessen Zersetzung versetzt wird, verhältnismässig hoch ist.

d. - Die Endphase zur Trennung der hergestellten Natronlauge erstreckt sich auf eine sehr zähflüssige Suspension, welche die gesamten in der zweiten Stufe sowie in der nachgeordneten Kühlstufe ausgefällten Salze enthält, so dass die Trennung sehr schwierig wird und die Natron ergiebigkeit der Anlage erniedrigt wird. Aus diesem Grund enthält das hergestellte Natron Feststoffe, im Gegensatz zu den Ausführungen der Erfinder.

e. - Die Menge des zu zersetzenden Dreifachsalzes wird ungewöhnlich dadurch erhöht, dass die gesamte aus der zweiten Stufe herkommen^ den feste Phase in die Kühlstufe mit der flüssigen Phase zurückgeführt wird, so dass in der Kühlstufe eine zusätzliche Ausfällung des Dreifachsalzes erfolgt.

f. - Die gesamte Wärmebilanz ist aus verschiedenen Gründen ungünstig, nämlich wegen der hohen Rückfuhrungsrate der festen Phase nach deren Abkühlung am Ausgang der zweiten Stufe.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren können die vorgenannten Nachteile des oben beschriebenen Verfahrens vermieden werden und gleichzeitig wird eine Höchstmenge an praktisch natriumsulfatfreiem Natriumchlorid zur Verfügung gestellt, welches z. B. unmittelbar in einer Quecksilberelektrolysierzelle wieder verwendet werden kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Konzentration einer natriumchlorid- und sulfathaltigen Atznatronlauge, wie z. B. die Lauge, die durch

f.

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Elektrolyse einer Natriumchloridlösung in einem Diaphragma-Element gewonnen wird, bei welchem die Konzentration kontinuierlich dur ch einen mehrstufigen Verdampfungsvorgang in einem mehrstufigen Verdampfer vorgenommen wird, welchem eine Stufe zur Abkühlung der so hergestellten konzentrierten Lauge, eine Stufe zur Trennung des sich aus dem Kühlvorgang ergebenden Feststoffes nachgeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentration in wenigstens drei Stufen zur fortschreitenden Verdampfung mit Hilfe eines Verdampfers mit wenigstens drei reihenmässiggeschalteten Stufen durchgeführt wird, damit die ursprüngliche Natronlauge mit einem Natron gehalt von etwa 8 bis 16 Gew. -Prozent eine endgültige Lauge mit einem Natrongehalt von etwa 40 bis 55 Gew. -Prozent liefert, dass in die zwischen ge schaltete bzw. zweite Stufe der resultierende Festkörper, dessen einer Bestandteil durch den aus NaCl, Na₉SO , NaOH und

dt TT

Wasser bestehenden Dreifachsalz gebildet ist, eingeführt wird, dass in dieser zweiten Stufe die Zersetzung des Dreifachsalzes hervorgerufen wird, um in dieser Stufe die NaCl- und Na_SO - Salze im festen Zustand zu bilden, dass in die erste Stufe wenigstens ein Anteil der aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase zurückgeführt wird, wobei dieser Anteil NaCl und Na₂SO enthält und schliesslich dass aus der ersten Stufe Natriumchlorid entnommen wird, welches einen um so niedrigerenNatr ium sulfat gehalt aufweist, als der Feststoff anteil, der von der zweiten in die erste Stufe übergeht, schwach ist.

Getnäss einer bevorzugten Ausführungsart dieses Verfahrens wird· in der ersten Stufe nur ein Teil der aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase, z. B. in der Grössenordnung von 25 % bis 75 % zurückgeführt, so dass durch die Reinigungswirkung des NaCl in der zweiten Stufe ein praktisch Na₉SO - freies Natriumchlorid aus dieser Stufe entnommen werden

dt Q

kann, welches z.B. weniger als O, 1 % Na₉SO enthält, während ausserdem aus diesem System eine Mischung von NaCl und Na₉SO., welche den Rest der aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase darstellt, ausgezogen wird.

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Durch die vorliegende Erfindung wird daher eine der Stufen zur Zersetzung des Dreifachsalzes verwendet, während eine andere Stufe zur Reinigung des NaCl eingesetzt wird.

Die Anmelderin hat die optimalen Bedingungen zur Zersetzung des Dreifachsalzes in der zweiten Stufe des Verdampfers beschrieben. Diese Bedingungen bestehen aus einer Aufenthaltsdauer der Lauge in der zweiten Stufe in der Grössenordnung von 30 Minuten bis 3 Stunden sowie aus einer Konzentration dieser Lauge von etwa 20 bis 29 Gew. -Prozent NaOH. Daraus ergibt sich, dass man bei einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung unter diesen Bedingungen vorgeht.

Gemäss einem weiteren Merlcmal der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls in die zweite Stufe die in der dritten Stufe gebildete feste Phase zurückgeführt, •wobei diese feste Phase im wesentlichen aus NaCl, Na_SO und dem Dreifachsalz besteht, so dass die zweite Stufe demnach die Zersetzung eines aus zwei verschiedenen Stufen des Verfahrens herkommenden Dreifachsalzes durchführt.

Gemäss einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Reinheitsgrad des aus der ersten Stufe ausgezogenen Natriumchlorids dadurch eingestellt, dass das Verhältnis zwischen dem Anteil der festen Phase, die.aus der zweiten Stufe entzogen und in die erste Stufe zurückgeführt wird, und der Gesamtheit der genannten festen Phase bestimmt wird. Auf diese "Weise kann man wunschgemäss den grossten Teil der festen Phase (NaCl und Na-SO .) in Richtung der als Verdampfer-Reiniger wirksamen ersten Stufe zurückführen, und zwar in Abhängigkeit von dem in gereinigtem Natriumchlorid zulässigen Höchstgehalt an Na-SO . Wenn man z. B. die Erzielung von NaCl-Kristallen mit weniger als 0, 1 % Natrium sulfat gehalt erfordert, genügt es , das genannte Verhältnis, d.h. die Menge des in die erste Stufe zurückgeführten Anteiles so einzustellen, dass praktisch das gesamte in diesem Anteil enthaltene Natriumsulfat wieder aufgelö.st wird (selbstverständlich mit Aufnahme der Natrium sulfatmenge, die dem vorge-

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nannten Anteil von 0, 1 % entspricht). Das heisst, dass die vorgenannte Reinigungswirkung darauf zurückzuführen ist, dass man die Rückführung der festen Phase,der zweiten Stufe in die erste Stufe derartig festlegt, dass die Konzentration an Natriumsulfat bei der ersten Wirkung niedri ger als die Sättigung dieser Substanz in der flüssigen Phase ist.

Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die gesamte aus einer Stufe ausgezogene feste Phase der Wirksamkeit mindestens eines Eindickers ausgesetzt, um die Menge der mit der festen Phase mitgezogenen flüssigen Phase auf einen Minimalwert zu bringen. Die Anwendung dieser Massnahme zu den festen Phasen, die auf der dritten und der zweiten Stufe entzogen und jeweils zu der zweiten und der ersten Stufe geführt werden, ermöglicht eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades.

Die Eindicker können aus serhalb der entsprechenden Stufen des Verdampfers angeordnet werden und z. B. durch Dekandation arbeiten oder noch durch Aufsdilänungeräte gebildet werden, die in die genannten Stufen integriert werden und mit Hydrozyklonen zusammenwirken.

Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung wird das feste aus der ersten Stufe ausgezogene Natriumchlorid einer Trennung der durch den Feststoff mitgezogenen flüssigen Phase vorzugsweise dir ch Schleudern ausgesetzt und diese flüssige Phase wird in die erste Stufe zurückgeführt bzw. die feste Mischung des Natriumchlorids und des aus der zweiten Stufe entnommenen Natrium sulfat s wird vorzugsweise durch Schleudern einer Trennung der durch diese feste Mischung mitgenommenen flüssigen Phase ausgesetzt, und diese flüssige Phase wird in die zweite Stufe wieder eingespeist.

Gemäss noch einem anderen Merkmal der Erfindung wird der Feststoff, welcher durch die Kühlung der aus der dritten Stufe herkommenden Lauge gebildet wird, bevor er in die zweite Stufe zurückgespeist wird, ent-

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weder mit einem Teil der ursprünglich zu behandelnden Lauge.oder mit einem Teil der konzentrierten aus der zweiten Stufe herkommenden Lauge versetzt, so dass dieser Feststoff durch Aufpumpen in Breiform zu der zweiten Stufe geleitet wird.

Obwohl im Rahmen der Erfindung die zur Verdampfung notwendige Wärme zu den verschiedenen Stufen des. Verdampfers in jeder beliebigen bekannten Weise geliefert werden kann, wird die Verdampfung im allgemeinen in der Weise vorgenommen, dass der bei dem Wärmeaustausch mit der in der zweiten Stufe enthaltenen Masse eingebrachte Wasserdampf verwendet wird. Auf diese Weise kann von aus sen herkommender Wasserdampf mit einem ausreichenden Druck in alle Stufen unmittelbar geliefert werden. Bei einer bevorzugten Anordnung und um die höchste Wärmeleistung zu erzielen, wird jedoch ein derartiger Wasserdampf vorzugsweise mit einem Druck von 5 bis 15 Bar nur für die dritte bzw. letzte Stufe verwendet, während die zweite bzw. vorletzte Stufe mit dem Wasserdampf gespeist wird, welcher in der dritten Stufe gebildet wird, während die erste Stufe mit dem in der zweiten Stufe gebildeten Wasserdampf beschickt wird. Diese " Anordnung entspricht jener eines sogenannten Verdampfers "mit mehreren Wirkungen bzw. Mehrf achverdampf er s',¹ wobei der erste Effekt in diesem Fall die dritte bzw. letzte Stufe, der zweite Effekt die zweite bzw. vorletzte Stufe und der dritte Effekt die erste Stufe darstellt. Es ist ebenfalls möglich, die zwei vorgenannten Arbeitsweisen zu kombinieren, indem nur einige Stufen mit von aus sen herkommendem Wasserdampf unmittelbar beaufschlagt werden, während der sich aus der Verdampfung ergebende Wasserdampf als Wärmeagent für die weiteren Stufen verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft selbstverständlich ebenfalls die Vorrichtungen und Anlagen, die zum Einsatz des Verfahrens dienen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die in den Zeichnungen nur beispielsweise erklärt wird. In den Zeichnungen zeigen :

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- Figur 1 eine schematieche Darstellung einer Anlage zum Einsatz des erfindungsgemässen Verfahrens;

-Figur 2 eine Einzelheit des verwendeten Eindickers mit den jeweiligen Stufen, wobei dieser Eindicker in an sich, bekannter "Weise aufgebaut wird und mit einem. Auf sch tämmgerät versehen ist, welches mit einem Hydrozyklon zusammenwirkt; und

- Figur 3 eine Variante bzw. eine weitere Art von Eindicker, welcher einen an sich bekannten Dekantierapparat umfasst, der im Rahmen der Erfindung für- jede Stufe des Verdampfers verwendet werden könnte.

Auf der Figur 4 sind die von der flüssigen Phase durchströmten Rohrleitungen mit einer kontinuierlichen Linie dargestellt, während die Leitungen, die mit zwei kontinuierlichen gleichlaufenden Zügen gezeichnet sind, zur Zufuhr der festen Phase dienen, die mit einer restlichen Flüssigkeitsmenge gemischt ist und aus diesem Grund als Brei vorliegt. Der doppelte von zwei unterbrochenen Linien gebildete Zug zeigt die Ausgänge bzw. Anzapfungen der geschleuderten festen Phase. Die einfachen unterb rochen en Linien bezeichnen die Leitungen, die zur Führung des Dampfes dienen.

Wie es die Figur 1 zeigt, umfasst die Anlage zum Einsatz des erfindungsgemässen Verfahrens einen Verdampfer 1, welcher aus drei Stufen bzw. Effekten la, Ib und Ic besteht, einen Entspannungsbehälter 2, eine durch Wärmeaustausch arbeitende Kühlvorrichtung 3 (die durch eine ganz einfache Abkühlwanne gebildet werden kann), Schleudermaschinen 4, 5 und 6, Umwälzpumpen 7 und 8 sowie eine Anzahl von Rohrleitungen. Selbstverständlich sind weitere nicht dargestellte Umwälzpumpen vorgesehen, überall dort, wo es notwendig ist.

Der Verdampfer 1 wird mit dem. durch die Leitung 9 mit einem Druck von 5 bis 15 Bar eingeführten Frischdampf beheizt, welcher die erste Stufe Ic beschickt und im kondensierten Zustand durch nicht dar gestellte Mittel ausgeführt wird, nachdem er seine Kalorien der in dieser

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Stufe enthaltenen Masse abgegeben hat; der durch Verdampfung ab dieser Masse gebildete Dampf wird in an sich bekannter Weise als Wärmeagent zur Durchführung des Verdampfungsvorganges in der nächsten Stufe verwendet. Aus diesem Grund wird er durch die Leitung 10 in die zweite Stufe Ib eingeführt. Nach erfolgtem Wärmeaustausch ist dieser Dampf kondensiert und wird aus dem System entlassen, während der in der zweiten Stufe durch die Verdampfung regenerierte Dampf durch die Leitung 11 in die

. wird
dritte Stufe zurückgeführy, in welcher in ähnlicher Weise Wasserdampf durch einen Verdampfungsvorgarg gewonnen und in dem in 18a mit einer Vakuumanlage verbundenen Kondensator 18 aufgefangen wird. Der Entspannungsbehälter 2 ist ebenfalls mit der Vakuumanlage durch die Leitung 2a und den Kondensator 18 verbunden.

Durch die Leitung 13 wird eine Natronlauge A eingeführt, die von den elektrolytischen Diaphragma-Elementen zur Durchführung der Elektrolyse einer wä'ssrigen Natriumchloridlösung herkommt. Diese Lauge weist z. B. folgende Zusammensetzung auf :

- Atznatron : 8 bis 16 Gew. -Prozent

- Natriumchlorid : 10 bis 18 Gew. -Prozent

- Natriumsulfat : 0, 1 bis 2, 5 Gew. -Prozent

Gegebenenfalls vorhandene Spuren von Natriumkarbonat, Kalziumsulfat, Natriumchlorat usw.

- Wasser : Restprozent

- .DieseLauge wird gleichzeitig mit der aus der Schleuder 4 stammenden Mutterlauge in die Stufe la eingeführt. In dieser Stufe la wird die Konzentratiqri'_;s'o .vorgenommen, dass, die durch die Leitung 14 ausgezogene flüssige Phase einen NaOH-Gehalt von 14 bis 22 % aufweist.

Die Lauge B, die durch die Leitung 14 fliesst, wird aus der dritten Stufe la mit Hilfe eines Dekantiergerätes oder eines Hydrozyklones oder mit Hilfe von jedem beliebigen auf der Figur 1 nicht dargestellten Gerät ent-

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zogen, welches die Trennung der Lauge und des in der dritten Stufe suspendierten kristallisierten Feststoffes ermöglicht, um die in die Flüssigkeit verschleppte Feststoffmenge auf einem Minimalwert zu halten.

Die Lauge B beaufschlagt die zweite Stufe Ib, nachdem sie durch wenigstens einen nicht dargestellten Vorerhitzer fliesst, welcher als heisses Medium das Kondensat der vorgeschalteten Stufen verwendet, um die Wärmeleistung des Verdampfers zu erhöhen. In der zweiten Stufe Ib, wird die Konzentration der NaOH-Lauge auf 20 bis 29 % erhöht. Die so erzielte Lauge C wird von der zweiten Stufe mit ähnlichen Mitteln, die für die dritte Stufe beschrieben wurden, abgezapft und danach in die Leitung 15 in die erste Stufe Ic geleitet, nachdem sie, wie vorher beschrieben, durch mindestens einen nicht dargestellten ähnlichen Vorerhitzer passiert ist.

In der ersten Stufe liegt die Konzentration der Lauge an NaOH zwischen 38 und 53· %, und unter Verwendung von ähnlichen Mitteln, die in Zusammenhang mit der dritten Stufe beschrieben wurden, wird die Lauge durch die Leitung 16 in den unter Vakuum stehenden Entspannungsbehälter 2 und dann durch die Leitung 17 in die Wärmeaustauschvorrichtung 3 geleitet. In dieser Vorrichtung erfolgt die Abkühlung bis zur Raumtemperatur oder bis zu einem annähernden Wert von z. B. 25⁰C; diese Kühlbedingungen ermöglichen im allgemeinen die Erzielung der kleinsten Feststoffmenge, die mit der Erhaltung der Natronlösung vereinbar ist. Für hohe Konzentrationen könnte es sich notwendig erweisen, bei einer höheren Temperatur vorzugehen, um das Abbinden in Form einer Masse der Lauge zu vermeiden,

Auf Grund dieser Abkühlung entsteht eine feste Phase, die ausschliesslich durch den aus NaCl, Na SO , NaOH und Wasser bestehenden Dreifachsälz gebildet ist,so dass das aus der Wärmeaustauschvorrichtung 3 ausgezogene Produkt ein Brei D¹ ist, den man in die Schleuder 6 durch die Leitung 19 leitet. Man erhält auf diese Weise eine konzentrierte Atznatronlauge E, die z. B. folgende Zusammensetzung aufweist :

- Ätznatron : etwa 50 Gew. -Prozent oder mehr (48 bis 53 Gew. -%)

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- Natriumchlorid : 1 bis 1, 5 Gew. -Prozent

- Natriumsulfat : 0, 02 bis 0, 5 Gew. -Prozent

Die in der Schleuder 6 getrennte feste Phase wird in 20 aufgefangen und mit einer Menge von flüssiger Phase versetzt_}. die ausreicht,

damit die Pumpe 8, die breiförmige feste Phase F durch die Leitung 21 in die zweite Stufe Ib fördern kann. Die flüssige Phase kann durch einen Anteil der konzentrierten durch die Leitung 22 geförderte Lauge C oder durch einen Anteil der zu behandelnden, durch die Leitung 23 eingeführten Lauge A gebildet werden. Der hauptsächliche Bestandteil der festen Phase Gist das genannte Dreifachsalz, wobei die weiteren Komponenten durch das Natriumchlorid und das Natriumsulfat gebildet werden.

Während der Konzentration der Lauge C in der ersten Stufe Ic wird eine feste Phase ausgefällt, die aus einer Mischung von Natriumchlorid, Natriumsulfat und Dreifachsalz besteht. Diese feste Phase H wird, nach Anreicherung an Feststoff mit Hilfe des Eiadickers 32 durch die Leitung 24 in die zweite Stufe Ib wieder eingespeist.

In der zweiten Stufe Ib findet eine Zersetzung des Dreifachsalzes (Zersetzung, die unter ander em Natriumchlorid und Natriumsulfat liefert) statt und auf Grund des Konzentrationsvorganges wird eine feste Phase ausgefällt, die aus Natriumchlorid und -sulfat besteht. Die aus der Stufe Ib ausge-

z ο gene feste Phase wird&r Einwirkung eines Eindickers 25 ausgesetzt, um

Stufe
die Menge der in die vorgeschaltete/vieder eingespeistoiMenge der flüssigen Phase zu verringern, wie es für die feste Phase H der Fall ist. Die aus dem Eindicker 25 ausgezogene feste Phase, die die Form eines verdickten * Breies aufweist, wird in zwei Teile.. I und J geteilt; der Teil I wird durch die Leitung 26 in&ie dritte Stufe la wieder eingespeist, während der andere Teil J, der ggfs. gleich null sein kann, mit Hilfe der Schleuder 5 (mit welcher vorzugsweise" ein Eindicker 5a integriert wird) geschleudert, so dass in 27 unreines riatriumsulfathaltiges Natriumchlorid sowie eine gewisse Flüssigkeitsmenge erhalten werden, wobei letztere durch die Leitung 28 in

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■ «*

die zweite Stufe Ib zurückgeführt wird. Die Verteilung zwischen den zwei durch die Teile I und J gebildeten Ströme wird in Abhängigkeit von der in der Lauge A enthaltenen Natriumsulfatrate und von der für das sogenannte reine aus der dritten Stufe ausgezogene Natriumchlorid angeforderte Reinheit bestimmt, wobei ein praktisch natriumsulfatfreies Natriumschlorid als rein betrachtet wird. .

Die in der dritten Stufe la vorhandene feste Phase besteht ausschliesslich aus Natriumchlorid, . welches in Abhängigkeit von der Einstellung des Verhältnisses I : J von neutralem Natriumsulfat praktisch frei sein kann. Diese Phase v/ird aus der driten Stufe la entnommen und

der Einwirkung eines Eindickers 29 ausgesetzt, wobei letzterer wie die Eindicker 32 und 25 arbeitet; die so erhaltene eingedickte feste Phase wird mit Hilfe der Schleuder 4 geschleudert, nachdem sie vorteilhaft nochmals mit Hilfe des mit der Schleuder 4 integrierten Eindickers 4a eingedickt wurde. Man kann auf diese "Weise praktisch reines Natriumchlorid in 30 (mit weniger als 0, 1 % von neutralem Natriumsulfat) sowie eine Flüssigkeit erhalten, die durch die Leitung 31 in die dritte Stufe la ein ge s peist wird.

Demzufolge kann beinahe das mit der Lauge A eingeführte Natriumsulfat in 27 von einer minimalen Menge Natriumchlorids getrennt werden, während eine Höchstmenge an praktisch freiem Natriumchlorid in 30 erhalten und unmittelbar als Grundstoff in einer Quesilberelektrolysierzelle wieder verwendet werden kann.

Zusätzlich zu den obengenannten Vorteilendes erfindungsgemässen Verfahrens können noch folgende ausgeführt werden :

- Das durch Extraktion der festen Phase aus der dritten Stufe erhaltene Natriumchlorid enthält nicht nur sehr wenig Natriumsulfat sondern auch sehr wenig Atznatron (weniger als 0, 2 %}.

- Weitgespannte Betriebsmöglichkeiten auf Grund der einfachen Einstellung bzw. Regulierung an den drei Ausgängen der verschiedenen

Stufen, und zwar unabhängig von dem Natriumsulfatgehalt der Lauge A.

- Minimalverlust an NaOH, wobei die gesamte Ergiebigkeit der Anlage mehr als 99,7 % beträgt. ■ ·

- Höchste Wärmeleistung, die durch den Einsatz eines raehr stuf igen Verdampfungsvorganges, durch die Wiedereinspeisung von Breien, die wegen der Verdickungsbehandlung ein Minimum an Lauge enthalten, sowie durch die Verzichtung auf getrennte Behälter zur Zersetzung des Dreifachsalzes erhalten wird.

Die Figur 2 zeigt die verschiedenen Leitungen, die an die erste oder dritte Stufe la angeschlossen sind. Der Eindicker 29 besteht aus einem Aufschwämmgerät, von welchem die eingedickte, breiföriiiige feste Phase K entzogen wird. Die Kalorierizufuhr zu der Stufe la findet in dem Wärmeaustauscher 33 statt, in welchen der Dampf durch die Leitung 11 in entgegengesetzter Strömungsrichtung der aus der'dritten Stufe la entzogenen Masse geleitet : wird, wobei ein Teil dieser Masse durch den Wärmeaustauscher 33 flies st, um danach in die dritte Stufe wieder eingespeist zu werden, während der andere Teil dieser Masse in einen Hydrozyklon 35 geleitet wird, welcher zur Speisung der mit der zweiten Stufe 1 verbundenen Leitung 14 einen. Flüssigkeitsausgang sowie einen am Eingang des Wärmeaustauschers 33 angeschlossenen Breiausgang 36 aufweist. Selbstverständlich kann die Anordnung der Figur 2 zur Eihdickung und zum Wärmeaustausch für die Verdampfung gleichgültig für j ede Stufe la, Ib oder Ic verwendet werden. "

Bei der Ausführungsvariante der Figur 3 wird ein Eindicker anderer Art dargestellt. Dieser Eindicker besteht aus einem statischen Dekantier apparat 29¹, welcher mit einem Anteil"der aus der Stufe' la. entzogenen Masse gespeist wird. Dieser Dekantier apparat umfasst einen'Ausgang für die als eingedickten Brei auftretende feste Phase K sowie einen Ausgang für die flüssige Phase, welche die mit der zweiten Stufe verbundene Leitung beaufschlagt. Wie im Beispiel der Figur'2, ist der zur Ausführung des Verdampfungsvorganges dienende Wärmeaustauscher 33 gegenüber der Stufe

OWGlNAL INSPECTED

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la, in welcher die Verdampfung stattfindet, abgezweigt angeordnet.

Zur Information kann man erwähnen,' dass die Wärmeleistung einer derartigen Anlage höchstens 2, 5 Tonnen Dampf je Tonne 100-prozentige NaOH beträgt und dass sie unter optimalen Betriebsbedingungen (Lauge A mit einer NaOH -Konzentration von 16 % und die Lauge E mit einer NaOH-Konzentration von 40 %) 1,2 Tonnen Dampf je 100-prozentige NaOH-Tonne erreichen kann. ·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Konzentration einer natriumchlorid- und - sulfat haltigen "Atznatronlauge wie z. B. die durch Elektrolyse einer Natriumchloridlösung in einer Diaphragma-Elektrolysierzelle hergestellte Lauge, wobei die Konzentration kontinuierlich durch einen mehrstufigen Verdampfungsvorgang in einem mehrstufigen Verdampfer vorgenommen wird, welchem eine Stufe zur Abkühlung der so erhaltenen konzentrierten Lauge sowie eine Stufe zur Abtrennung der sich aus dein Kühlvorgang ergebenden Feststoffes nachgeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konzentration in wenigstens drei Stufen zur fortschreitenden Verdampfung mit Hilfe eines Verdampfers mit wenigstens drei reihenmässig geschalteten Stufen (la, Ib, Ic) durchgeführt wird, damit ab einer Natronlauge mit einem ursprünglichen Natrongehalt von etwa 8 bis 16 Gew. -Prozent eine endgültige Lauge mit einem Natrongehalt von etwa 40 bis 55 Gew. - Prozent erhalten wird, dass in der zwischen ge schalt et en bzw. zweiten Stufe (Ib) der resultierende Feststoff, dessen einer Bestandteil durch das Dreifächsalz gebildet wird, welches, aus NaCl,; Na SO _r NaOH und Wasser besteht, eingeführt wird, dass in der zweiten Stufe (Ib) die Zersetzung des Dreifachsalzes hervorgerufen wird, um in dieser Stufe die NaCl- und Na-SO -Salze im festen Zustand zu bilden, dass in die erste Stufe (la) wenigstens ein Anteil der aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase wieder eingespeist wird, wobei dieser Anteil NaCl und Na~SQ. enthält, und dass aus der ersten Stufe (la) Natriumchlorid entzogen wird, welches einen um so niedrigeren Natrium sulfat gehalt aufweist, als der Fe st stoff anteil, der von der zv/eiten Stufe (Ib) in die erste Stufe (la) tibergeht, niedrig ist.
2. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass/die erste Sttfe (la) nur ein. . Teil der aus der zweiten Stufe (Ib) entnommenen festen Phase z.B. in der Grössenordnung von

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'25 bis 75 % wieder eingespeist wird, so dass durch die in der ersten Stufe erfolgte Reinigungswirkung des Natriumchlorids ein praktisch natriumsulfatfreies Natriumchlorid, welches z. B. weniger als 0, 1 % Natriumsulfat enthält, in 30 von dieser Stufe entnommen werden kann, während in 27 eine Mischung aus Natriumchlorid und Natriumsulfat, welche den Rest dear aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase darstellt, ausgezogen wird.
3. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufenthaltsdauer der Lauge in der zweiten Stufe (Ib) in der Grössenordnung von 30 Minuten bis 3 Stunden liegt und die Konzentration der Lauge 20 bis 29 Gew. -Prozente NaOH beträgt.
4. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken n-

zeichnet, dass der Reinheitsgrad des aus der ersten Stufe entnommenen Natriumchlorids durch die Einstellung des Verhältnisses von dem in die erste Stufe wieder eingespeisten Anteil (I, 26) zu der gesamten aus der zweiten Stufe entnommenen festen Phase (I + J) bestimmt wird.
5. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a dur c h

gekennzeichnet, dass in diezveite Stufe (Ib) die in der dritten Stufe (Ic) gebildete feste Phase (H) wieder eingespeist wird, welche im wesentlichen aus NaCl, Na_?SÖ und dem Dreifachsalz besteht.
6. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,..d a d u r c h

gekennzeichnet, dass eine Atznatronlauge (A) mit folgender Zusammensetzung behandelt wird :

- NaOH : 8 bis 16 Gew. -Prozent

- NaCl : 10 bis 18 Gew. ^Prozent

- Na₉SO : 0, 1 bis 2, 5 Gew. -Prozent

-Ggfs. vorhandene Spuren von Na_CO , CaSO , ClONa, usw...

- Wasser : Restprozente
7. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, dass das feste aus der ersten Stufe entzogene Natriumchlorid vorzugsweise durch Schleudern in 4 einer Trennung der durch diesen Feststoff verschleppten flüssigen Phase ausgesetzt wird und dass in 31 diese flüssige Phase in die erste Stufe wieder eingespeist wird.
8. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die in die dritte Stufe (Ic) eingeführte flüssige Phase (C) wenigstens beinahe die Gesamtheit der aus der zweiten Stufe (Ib) entnommenen flüssigen Phase darstellt, wobei die Konzentration der Lauge der dritten Stufe etwa 38 bis 53 Gew. Prozent NaOH beträgt.
9. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die feste Mischung aus NaCl und Na-SO , welche in 25 von der zweiten Stufe entnommen wird, vor-

La t:

zugsweise durch Schleudern in 5 einer Trennung der durch diese feste Mischung verschleppten flüssigen Phase ausgesetzt wird, und dass diese flüssige Phase in 28 in die zweite Stufe wieder eingeführt wird.
10. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h

gekennzeichnet, dass es die vorherige yersetzung in 8 des Feststoffes (G), welcher sich aus der Kühl in 2, 3 der

von der dritten Stufe herkommenden Lauge (G) ergibt, bevor die genannte Mischung in die zweite Stufe (Ib) zurückgeführt wird, entweder mit einem Teil (23) der ursprünglich zu behandelnden Lauge oder mit einem Teil (22) der konzentrierten, von der zweiten Stufe herkommenden Lauge umfasst.
11. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r ch

gekennzeichnet, dass zur Durchführung des vorgenannten Verdampfungsvorganges unter Druck stehender Wasserdampf, z.B.

der mit einem Druck von 5 bis 15 Bar verwendet wirdy mit der in der

dritten · Stufe (Ic) enthaltenen Masse durch die Leitung

(9) zum Wärmeaustausch veranlasst . und dann kondensiert wird, dass der in der ersten Stufe erhaltene Wasserdampf durch die

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Leitung (10) mit der in der zweiten Stufe (Ib) enthaltenen Masse zum Wärmeaustausdi veranlasst und dann kondensiert wird, und dass der in der zweiten Stufe gebildete Wasserdampf durch die Leitung (11) mit der in der ersten Stufe (la) enthaltenen Masse zum Wärmeaustausch veranlasst und dann kondensiert wird, so dass eine hohe Wärmeleisiing erzielt wird. ·
12. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Abkühlung dadurch stattfindet, dass die von der dritten Stufe herkommende Lauge (D) in einen unter Vakuum, stehenden Entspannungsbehälter (2), dann in eine Kühlwanne bzw. eine ander Wärmeaustauschvorrichtung (3) geleitet wird, so dass eine minimale Suspension mit der kleinstmö glichen Temperatur, die mit der Erhaltung der Natronlösung vereinbar ist, erhalten wird.
13. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Trennung des Feststoffes (G), welcher von der Abkühlung der aus der dritten Stufe (Ic) herkommenden Lauge (D) resultiert, durch dynamisches Dekantieren vorzugsweise durch Schleudern oder durch statisches Dekantieren oder noch durch Filtrierung erfolgt und einen Feststoff abgibt, welcher nicht nur den grössten Teil des Dreifachsalzes sondern auch NaCl und Na-SO, enthält.
14. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

■ gekennzeichnet, dass die von der Trennstufe herkommende NaOH-Lauge (E) etwa 48 bis 53 Gew. -Prozent NaOH, etwa 1 bis 1,5 Gew. -Prozent NaCl und ungefähr 0, 02 bis 0, 5 Gew. -Prozent Na SO enthält.
15. - Verfahren nach einem der vorangehenden. Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Konzentration durch Verdampfung in der ersten Stufe (la) so vorgenommen wird, dass eine Lauge mit einem NaOH-Gehalt von 14 bis 22 Gew. -Prozent erhalten wird.
16. -^a Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h

gekennzeic h η e t, dass die aus einer Stufe ausgezogene feste Phase der Einwirkung wenigstens eines Eindickers (29, 25, 32) ausgesetzt wird, welcher ausserhalb der betreffenden Stufe angeordnet oder mit dieser z.B.. in Form eines Aufschlämmgerätes

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integriert wird, um die Menge der mit der festen Phase verschleppten flüssigen Phase auf einen Minimalwert zu bringen.
17. - Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie

zum Einsatz des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16 vorgesehen ist.
18. - Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Verdampfer mit drei Stufen (la, Ib, ic), die gegenüber der Strömungsrichtung der Atznatronlauge reihenmässig angeordnet sind, Mittel zur Kühlung (2, 3) der aus der dritten Stufe herkommenden Lauge, Mittel zur Trennung (6) der flüssigen Phase (E) und der von dieser Kühlung resultierenden festen Phase (G), Mittel zur Rückführung der festen Phase (G) in die zweite Stufe (Ib), Mittel zur Wiedereinspeisung in die erste Stufe (la) von mindestens einem Anteil (I) der in der zweiten Stufe gebildeten festen Phase (I + J), sowie Mittel zur Wiedereinspeisung in die zweite Stufe der in der dritten Stufe gebildeten festen Phase (H) umfasst, wobei Mittel zur Extraktion der NaOH-Lauge (E) stromabwärts der genannten Trennungsmittel und zur Abnahme der von der ersten Stufe (la) und zweiten Stufe (Ib) herkommenden flüssigen Phasen (27, 30) vorgesehen sind.

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