DE2435193A1

DE2435193A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer masse auf der basis von sand, insbesondere zur herstellung von glas

Info

Publication number: DE2435193A1
Application number: DE2435193A
Authority: DE
Inventors: Georges Meunier
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1975-02-06
Also published as: NL176067B; LU70588A1; JPS5049312A; ES428620A1; IE41202L; BR7406036D0; US3907956A; NO742691L; SE397188B; BE818057A; IE41202B1; IT1017066B; FR2238678A1; NL176067C; FR2238678B1; CA1050272A; SE7409519L; GB1459930A; NO136295B; NL7409860A

Description

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PoS?«⁸¹¹ ' DipL-lng. R- H- Bshr _Pal.._Anw._B6l2ler

P,:. ^. Hcr.^-Tr.t.i^h! DfpI.-PhyS. Eduard Beizler Fernsprecher: 383011

⁵¹⁰¹⁴ DipS.-!ng. W.! "srririsnn-TrsoispohS ^¹³ ■

Teleq'ii-nan---irif!- Telegrammsnsohrift:

Liah: ο'^ήηιο Hf r-ie ' PATENTA Tv¹ W Ä L T E Babetzpat MDnwen

Te i'iX 08 22!: Eb3 Telex 5215360

.- —] Bankkonlsn:

Bave:ische Vereinsbank München 9S2

Diüsdr.sr Bank AG H^rne 7-S20 <»9

nio Uo:i,iii/nd S5aC8-4d7

Ret.: MO 4823 in der Antwort bitie' angeben

Zuschritt bitte nach:

Μϋη,ΰΙιβη

Saint-Go'bain j ndU3tries, Neui.lly«sur-Selne ^ Fraukreioh

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Masse aivf der Basia von Sand, insbesondere zur Herstellung von Glas

Auf dem Fachgebiet der Herstellung von Glas und gewissen anderen Silikaten ist es bekannt, ein Gemisch aus Ausgangsmaterialien, unter denen unter anderem insbesondere Sand zu nennen ist, in eine* glasige homogene Masse umzuformen. Bei den Schmelzvorgängen schafft das Vorhandensein von Sand gewisse besondere Probleme, da die Oberfläche der Körner sehr beständig gegen,ehemischen An griff ist.

Unter den änderen Ausgangsmaterialien seien genannt: Kalkstein, Dolomit, Natriumcarbonat(Soda), Natriumsulfat und Feldspat.

Um eine homogene glasige Masse zu erhalten, müssen andere Vorkehrungen getroffen werden. Gründe für die Heterogen!- tat sind beispielsweise die Flüchtigkeit gewisser einge-

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setKter Ausgangesiaterialien oder auch die Segregation, die sich als Folge vorzeitigen Schrael?, ens gewisser anderer Ausgangsmaterialien (Natriumcarbonat) oder gewisser Zusammensetzungen ( an siliciumdioxid- oder kieselßäurearisen Silikaten ) einstellt, die vorübergehend bei Beginn des Vorgangs gebildet v/erdenJ oder die sich einstellt aufgrund des Auftretens von Stoffen geringerer Dichte (gewisse allotropische Veränderungen des Quarz), (Tie die neigung haben, sich durch Plottation von der Masns zu trenp&n.

Eine Abhilfe gegen diese Nachteile ist in der .Fragmentation des Schraelzprogramms in mehrere au sehen«. So hat man vorgeschlagen, ein Zwischenprodukt au bilden, welches durch die Reaktion zwischen dem Sand und der Soda erhalten wird und aus Siliciumdioxid und Natriummetasilikat gebildet ist.

Nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen führt man von oben in einen geeigneten Reaktor vorgewärmten Sand sowie eine konzentrierte Lösung aus Natriumhydroxyd ein und führt gleichzeitig heiße Gase quer durch eine perforierte Platte unten am Reaktor ein, derart, daß der eingeschüttete Sand ein Wirbelbett bildet. Im Wirbelbett läßt man ein Schaufelrührwerk sich drehen.

Nach diesem Verfahren erhält man ein Zwischenprodukt körniger Gestalt zur Herstellung von Silikaten unter Anwendung von Wärme ( par voie ignee ), ein Produkt, das aus Siliciumdioxydkörnern gebildet ist, welche mit Natriummetasilikat (Presilikat) umhüllt sind.

Das nach diesem Verfahren erhaltene Produkt weist eine gewisse Ansahl von Nachteilen auf: es ist sehr aggressiv

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für die Schleimhäute, empfindlich bei Aneinanderreibeii und gegen Abrieb und klebt leicht aufgrund von I'euchtigkeitsabsqrption zusammen.

Diese liachteile sollen erflndungsgemäß beseitigt werden. Gegenstand dsr Erfindung ist ein Verfahren aur Herstellung einer Zusammensetzung oder Kasse₅ wie sie für die Her ο teilung von Silikaten, insbesondere ""on Glas, brauchbar ist, das darin besteht, partiell Eiliciurahaltigc.t;. heißen Sand mit einer AlkalihydroxTdlösung reagieren zn lassen, die mitten in ein Wirbelbett eingeführt wirrt, das durch ein Gas gebildet ist und den Sand einschließt. Die Erfindung zeiohnet sich dadurch aus, daß der Sand vorgewärmt wird, gleichförmig die Losung inmitten dee fr'irbelbetts verteilt vrird und für ein mechanisches Durchrühren des Bettes in der Höhe, wo die Lösung verteilt wird, gesorgt wird.

Vorteilhaft, kann man dem im Wirbelbett befindlichen Sand die anderen üblichen Komponenten der Zusammensetzung zugeben.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die im wesentlichen "besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Reaktor mit vertikaler Achse, der mit Einlassen Jeweils.für Sand, Soda und die Gase versehen ist, wobei ein Gitter am Boden des Reaktors vorgesehen ist, um die Gase passieren zu lassen_s um oberhalb des Gitters das Wirbelbett in an sich bekannter "Weise herzustellen, wobei der Reaktor auch mit eimern Auslaß zum Abziehen des Fertigproduktes ausgestattet ist. Die Installation zeichnet eich aus durch eine Vot-

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richtung zum Verteilen der Aikalihydroxjrdlöcung im Wirbelbett und besteht aus einem Drehorgan, dessen einesEnde außerhalb des Reaktors mit einer Speisung für Alkalihydroxydlösung versehen ist und dessen anderes Ende eine Einführungsdüse bildet, wobei eine Rührvorrichtung die Bildung von Zonen verhindert, welche die Homogenität des Y/irbelbettes stören, wobei, gegebenenfalls Zusatzgeräte vorgesehen sind zum Vorwärmen der festen Ausgangsmaterialien, bevor diene in das Wirbelbett geschüttet werden, insbesondere in Form von Drehböden, die in seinem oberen Teil angeordnet sind.

Schließlich richtet sich die Erfindung noch auf Px'odukte, die für die Herstellung von Silikaten, insbesondere von Glas, benutzt werden können und die mittels Verfahren und Vorrichtung, wie sie oben definiert wurden, erhalten v/erden.

Die Zusammensetzung oder Masse nach der Erfindung wird gebildet aus Agglomeraten, siliciumhaltiger Sandkörner, welche durch Natriummetasilikat umhüllt sind und ggf. den komplementären Produkten zugeordnet sind. Diese Agglomerate können aus einer Anzahl von Körnern zusammengesetzt sein. Es kann sich um einige wenige Körner bis zu mehr als hundert Körner handeln.

Der Ausdruck "umhüllt", wie er hier gebraucht wird, darf nicht im wörtlichen Sinne verstanden werden, um etwa notwendigerweise siliciumhaltige Sandkornagglomerate zu bezeichnen, die mit einer kontinuierlichen Schicht von regelmäßiger Dicke mit Natriummetasilikat überzogen sind; dieser Ausdruck soll viel-

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mehr allgemein Agglomerate von Körnern einer Zusammensetzung "bezeichnen, welche durch das Hatriummetanilikat (le metasilicate de ooude ) verschweißt sind, welche gebildet sind, indem wenigstens ein Teil ihrer Oberfläche angegriffen wird, kann aber auch durch andere Zwischenverbindungen gebildet sein.

Als !Punktion des Fabrikationszyklus und des herzustellenden Endproduktes läßt man den Sand mit einer Lösung reagieren, in der wenigstens ein Alkalihydroxyd vorhanden ist, sei es allein, sei es unter Zugabe der komplementären Produkte insgesamt oder einem Teil hiervon, die notwendig sind, um beispielsweise eine vollständige Glaszusammensetzung zu erhalten. Diese Produkte sind dem Fachmann auf dem Glasgebiet wohl bekannt. Hierunter seisen genannt: Kalkstein, Dolomit und Feldspat.

Nimmt man z. B. den Pail, bei dem man mit Sand allein arbeitet, so ist das Verfahren nach der Erfindung darin zu sehen, in einem geeigneten Eeaktor , vorzugsweise einer Kolonne, deren Boden mit einem Gitter versehen

ist, ein Wirbelbett aus Sand, den man zu behandeln wünscht, zu erzeugen. Mitten in dieses Wirbelbett führt man eine heiße ( höchstens 100° etwa ) und konzentrierte Lösung eines Alkalihydroxyds, d. h. von KOH oder NaOH ein. Vorzugsweise führt man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine Lösung von 40 bis 70 #, vorzugsweise etwa 50 Gewichtsprozent Natriumhydroxyd, die im folgenden unter dem Ausdruck "Lauge" bezeichnet ist, mit Hilfe einer sich im Wirbelbett drehenden Einspritzvorrichtung ein» Nach ausreichender Verweilzeit verläßt der Sand den Eeaktor über einen nahe der Oberfläche des Wirbelbettes angeordneten Austritt.

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Führt man ohne die notwendige Sorgfalt die Lauge in das Wirbelbett, so stellt man feat, daß sich eine -Art Vorhang · bildet, des* aua pastenförmigen Produkten gebildet ist und dei? für eine Trennung des Wirbelbett a in zwei isolierte Schichten sorgt, die eine untere von hoher Temperatur, die andere obere von niedriger Temperatur.

Um die Bildung dieses Vorhangs' zu verhindern, welcher aus Sand und mehr oder weniger konzentrierter Natronlauge gebildet ist und ein plastisches und relativ dichtes Aussehen aufweist, hat man der Einführungsvorrichtung der Lauge eine andere Vorrichtung zugeordnet, die dazu bestimmt ist, ein ausreichend heftiges mechanisches Durchrühren zu erzeugen»

Die minimale Temperatur, bei der man den Sand mit dem Natriumhydroxy reagieren lassen kann, liegt bei 520°. Gegen 340° läuft die Reaktion sehr heftig ab, während sie unterhalb 320⁰C übermäßig langsam verläuft.

Die Untersuchung wird also notwendig, wie man die Verteilung der Wärmezufuhr für jeden der an dör Reaktion teilnehmenden Körper herstellen kann«Anders ausgedrückt % es handelt sich darum, die Einführungstemperaturen für die Gase, den Sand und die Lauge als Funktion der Durchsätze, des Verhältnisses SiO₂ZNa₂O ( X = das Verhältnis des Gewichts des Siliciuaadioxyds zum Gewicht des Natriumoxyds Xuder Konzentration der Lauge zu bestimmen. Für übliche Glaszusammensetzungen hat X einen Wert von etwa 5,1.

Was die Wärmezufuhr angeht, so existieren in der Px*axis

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Grenzen, welche das PeId der "Möglichkeiten vermindern. Die Maximaltemperatur, auf die man den Sand erwärmen kann, ohne daß sich ein Zusammenbacken oder Sintern einstellt, licet bei etwa 860°; die Lauge wird vorzugsweise bei 100⁰C bei einer Konzentration von höchötens 50 'p gehalten.

Um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit sicherzustellen, erhöht man die Reaktionstemperatur der Soda, gegenüber Sand auf 36O⁰G. Trotz dieser Temperatur, bei der die Reaktion sehr schnell abläuft, verbleibt ein gewisser Anteil freier Soda. Pur den Pail, wo man für das Wirbelbett heiße A^rerbrennungsgaso verwendet, reagiert die Soda mit dem GOp unter Bildung von 11ά,Χ0~· Verwendet man heiße in einem Wärmeaustauscher vorgewärmte Luft, so bleibt die Soda wie sie ist im Zwischenprodukt.

In Praxis liegt,abhängig von den Betriebsbedingungen, die Temperatur der heißen Gase swischen 750 und 850⁰C zum Erhalt eines Presilikats, bei dem X etwa bei 5»3 liegt.

Im Gegensatz zu den Erfahrungen, die man bei der Herstellung des Zwischenprodukts nach dem Stand der Technik sammelte, v/eist das Produkt nach der Erfindung keine Schwierigkeiten hinsichtlich.Segregation beim Mischen mit komplementären Produkten zum Erhalt einer Glaszusammensetzung auf.

Man hat deev;$iteren festgestellt, daß die Verwendung · des Preailikats nach der Erfindung es ermöglicht, den Brennstoffverbrauch um etwa 10 $> zu senken und die Ofen-

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produktion um etwa 15 5° zu steigern.

Es lassen sich noch eine Reihe weiterer Vorteile des neuen Presilikats gegenüber den bekannten Produkten nennen.

Das Produkt ist wesentlich weniger aggressiv für die Schleimhäute und weniger empfindlich gegen Zerreiben und Abrieb.

Die scheinbare Dichte liegt zwischen 1,0 und 1,1, während die der bekannten Produkte höher als 1,5 liegt.

Der Gehalt an !"einteilen des neuen Produktes liegt bei 0,5 bis 2 $ ^einteilen mit einem Durchmesser gleich oder kleiner als 0,125 mm und etwa 60 i<> Körnern zwischen 0,4 und 0,8 mm. Die niedrige scheinbare Dichte und ihr niedrigerer Gehalt an Peinteilen sorgen dafür, daß das Produkt sich leichter gegebenenfalls im Hinblick auf spätere Handhabungsvorgänge verwirbeln läßt.

Schließlich ist das neue Produkt weniger hygroskopisch als das bekannte Produkt. Wird das Produkt der freien Luft ausgesetzt, so ist seine Kohäsion nicht beständig gegen eine Desaggregation von Hand oder, gegen Handhabungsvorgänge, um es in einen Glasschmelzofen einzuführen.

Um eine vollständige Glaszusammensetzung au erhalten, ermöglicht es das Verfahren in vorteilhafter Weise, daß nicht nach der bekannten Technik vorgegangen werden muß , d.h. in einem gesonderten Mischer gearbeitet wird,

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daß vielmehr die komplementären Produkte, seien aie
nun heiß oder kalt,in das Y/irbelsandbett eingeführt
werden. Man erhält dann ein heißes homogenes Gemisch
aua Sandkornagglomeraten und komplementären Produkten, die von Natriummetasilikat und Zwischenprodukten umhüllt sind.

Vorteilhaft führt man die komplementären Produkte heiß ein; dies ermöglicht es, gegenüber dem Pail, wo man
sie kalt einführt, eine Erhöhung der Produktion bis. , zu 30 %; man erwärmt sie vorzugsweise im oberen Teil des Reaktors.

Werden die komplementären Produkte kalt in das Wirbelbett geschüttet , so muß man den Gasdurchsatz der Verwirbelungsgasbrenner um etwa 35 # erhöhen, um den Verlust an Wärme zu kompensieren, die notwendig ist, um die kalten Produkte zu erwärmen. Ohne diese zusätzliche Wärmezufuhr würde das Wirbelbett nicht die für die Reaktion zwischen Sand und Soda notwendige Temperatur erreichen.

Man verwendet die komplementären Produkte unter normalen granulometrisehen Bedingungen, d. h., daß der Durchmesser der Partikel zwischen 0,1 und 2 mm liegt.

Wie oben ausgeführt, kann man das Gemisch in üblicher Weise postenweise in Mischern bilden. Die durchgeführten Versuche zeigen, daß das Silikatzwischenprodukt nicht zusammenbäckt, was den normalen,während der Fabrikationsvorgänge durchgeführten Handhabungsvorgänge einen Widerstand böte.

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Indem man die gesamte G-lasausammensetzung im Wirbelbett herstellt, kann man eine ganze Anzahl von Vorteilen erreichen, unter denen die folgenden genannt werden sollen: e3 ergibt sich ein Endprodukt mit weniger Peinteilen, welches homogener ist; es ergibt sich eine Verminderung in den Handhabungsvorgängen; durch das Warmeinführen in den Ofen, gegebenenfalls unter Fluidisierung fallen . Lagerungsvorgänge fort.

Die nach dem Mischen erhaltenen Zusammensetzungen weisen Körner auf, deren Abmessungen zum größeren !eil zwischen 0,15 und 1,5 mm liegen.

'Beispielsweise Ausführungsformen dor Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:

Pig. 1 eine Pabrikationsvorriehtung schematisch darstellt;

Pig. 2 läßt schematisch die Verteilervorrichtung erkennen ;

Pig. 3 zeigt eine mögliche Lage der Stäbe des Rührrechens;

Pig. 4 zeigt einen Schnitt durch die lampe, welche von E_eihen von Löchern durchbohrt ist, die zur Verteilung der Katronlauge dienen;

Pig» 5 zeigt schematisch einen Reaktor zur Herstellung einer Glaszusammensetzung; und

Pig. 6 zeigt analog Fig. 5 einen anderen Reaktor zur Herstellung einer Glaszusammensetzung. 409886/1320

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- li -

Die Vorrichtung "besteht im wesentlichen aus einem wärmeiscliarten Turm 1, der zur Erwärmung des Sandes in Eörnerform mittels heißer Gase dient, sowie einem Reaktor 2₅ der dazu bestimmt ist, in einem Wirbelbett aen. erwärmten Sand in Reaktion mit den Tröpfchen kaustischer natronlauge au versetzen.

Dsr Heizturin 1 ist an seinem oberen Teil la mit einer Drehverteilereinrichtung für trocknen Sand versehen, der vorzugsweise durch einen Fülltrichter 4 gebildet ist, der in Verbindung mit einem Rohr 5 und einer Rampe- 6, die drehbar am Turm 1 gelagert sind, stehen. Diese Rampe ist von einem nicht dargestellten Schlitz durchbohrt,dessen Forin und Querschnitt als Funktion des Sanddurchsatzes variabel sind.

Unterhalb des Rohresund der Rampe sind Füllkörper 7 und8 angeordnet, sogenannte Pallringe, von sattelförmiger Gestalt, große Drehspäne aus feuerfestem Stahl etc. Diese Füllkörper sind oberhalb einer Heizkammer 9 angeordnet, die mit Warmluft, heißen Gasen oder Rauchgasen von einem Brenner IO aus gespeist sind, der gegebenenfalls einem nicht dargestellten Wärmeaustauscher zugeordnet ist. Ein im oberen Teil la des Turmes abzweigendes Rohr ermöglicht es der Luft, dem Gas oder den,Rauchgasen zu einer Entstaubungseinrichtung 12, beispielsweise einem Zyklon, zu gelangen, bevor sie in die Atmosphäre ausgestossen werden.

Der untere Teil Ib des Turmes wird durch ein enges Rohr 13 gebildet, welches von einer wärmeisolierten Hülle 14 umgeben ist und in einem Eintrittssiphon 15 endet, in dem der erwärmte Sand mittels Luft oder Gas fluidisiert wird,

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welches über ein Rohr 16 unterhalt einer porösen oder perforierten Platte 17 zugeführt wird.

Der Reaktor 2 ist in eine Reaktionskammer 20 und einen Windkasten 21 mittels eines Gitters, einer perforierten Platte oder einer porösen Platte 22 unterteilt.

An die Reaktionskammer sind an Stellen 23, 24-, 25 Leitungen gleicher Bezugszeichen angeschlossen, die mit dem Sandeintrittssiphon 15, einem Austrittssiphon 26 für das Fertigprodukt und einer Entstauhungsvorrichtung 27 in Verbindung stehen, welche vorzugsweise einen Zyklon 28 und eine auf feuchtem Wege reinigende Vorrichtung 29 umfaßt. Der Austrittssiphon 26 analog dem Eintrittssiphon ist wie dieser mit einem Rohr 30 versehen, welches dazu dient, Luft oder Sas unter einer pxösen und perforierten Platte 31 zuzuführen. Wichtig ist zu wissen, daß der Anschlußpunkt 23 oberhalb des Gitters 22, jedoch unterhalb des Anschlußpunktes 24 sich befindet, der selbst unterhalb des Anschlußpunktes 25 vorgesehen ist. Im übrigen hat man festgestellt, daß man auch den Sand an einer weiter oben befindlichen durch den Eintritt 23a verdeutlichten Stelle einführen kann.

.ψ

Um in die Reaktionskammer Natronlaugetröpfchen geben zu können, wird ein am Reaktor 2 fester Drehverteiler 32 mit !Natronlauge aus einem Speicher 33, der beispielsweise aus Nickel besteht, und einer Leitung 34 zugeführt, die mit einer vorzugsweise elektrischen Heizeinrichtung 35 ausgestattet ist. Der Verteiler 32 wird gebildet durch ein Rohr 36, eine perforierte Rampe 37 und eine Vorrichtung 49» die hier in Porm eines Rechens

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dargestellt iet, eier in der Lage ist, den Vorhang zu brechen, welcher die Tendenz hat, eich im Wirbelbett zu bilden. Diese sind drehbar am Reaktor 2 über eine Drehdichtung 38 gelagert, und werden über einen nicbt dargestellten Motor-Untersetzersatz in Drehung versetzt. Man sieht, daß die Rampe 37 zwischen die Ab- " Zweigstelle 24 und das Gitter 22 zwischengeschaltet ist (siehe auch Pig. 2). Unter diesem Gitter ist der V/indkasten 21 angeordnet, der über ein Organ 40 mit Druckgas gespeist wird.

Um eine günstige Verteilung des Gases unter dem Gitter sicherzustellen, ist dieser Windkasten vorteilhaft mit einer Membran 41 und Schaufeln 42 versehen, v/obei das Organ 40 dann den Windkasten derart umgibt, daß eine tangentiale Gaszufuhr möglich wird. Das in der Membran 41 beschleunigte Gas verteilt sich dann unter dem Gitter in einem Gasstrom, die Schaufeln 42 hindern diesen Strom daran, seine Drehung fortzusetzen.

Man kann jedoch auch auf die Siphons 15 und 26 verzichten, indem man den unteren Teil Ib des Heizturmes und der Leitung-46 an den Reaktor anschließt: der Eintrittssiphon 15 ist nicht unerlässlich, obwohl er eine Sperre bildet und das Aufsteigen von Tröpfchen oder Dämpfen aus Natronlauge im Rohr 13 und im Heizturm vermeidet. Der Austrittssiphon 26 ist ebenfalls nicht unerlässlich, obwohl er es ermöglicht, das aus dem

Reaktor über die Leitung 24 austretende Produkt zu homogenisieren. Dieses Produkt neigt nämlich dazu, sich mit Soda anzureichern, wenn die Verteilerrampe unter dem Anschlußpunkt der Leitung 24 passiert.

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Um den Reaktor mit Sand zu speisen, kann man auch einen isolierten Turm verwenden, der mit Gittern oder perforierten Böden ausgestattet ist, von denen einige, wie weiter unten mit Bezug auf Pig. 5 näher dargelegt wird, Füllkörper tragen.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ic-t die folgende:

Der Drehverteiler wird kontinuierlich mit trocknem Sand mittels geeigneter Einrichtungen, beispielsweise einem Sammeltrichter 43 und einem Transportband 44 beaufschlagt, die dazu dienen, in den Aufgabe triebt er 4 trockenen oand einzufüllen. ' '

Der Schlitz der Rampe 6 ermöglicht es, ihn in einer regelmäßigen Schicht auf der Millkörperfüllung 7, dann auf der Fiillkörperfttllung 8 zu verteilen, wo der Sand auf die heißen Gase trifft, die aus dem Brenner 10 gegen daa Rohr 11 und die Entstaubungsvorrichtung 12 nach oben steigen. Da der Sand somit im Gegenstrom su den Gasen im oberen Teil la des Turmes 1 zirkuliert, strömt er nach Erwärmung durch das-Rohr 13 in den Eintrittssiphon 15f wo er unter der Wirkung von Luft oder Gas verwirbelt wird, die unter der porösen'Platte 17 zugeführt werden. Dieser Siphon strömt kontinuierlich in die Leitung 23 ( oder 23a )* und in die Reaktionskammer 20 aus, wo die erwärmten Sandkörner in Kontakt mit Laugentröpfchen treten, die aus der perforierten Rampe 37 des Drehverteilers 32 austreten.

Unter der Wirkung des das Gitter 22 durchsetzenden Gasstrahls bilden die Sandkörner und die Laugentröpfchen ein

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Wirbelbett 45, wo die Soda am Sand reagiert und ein . Zwischenprodukt ergibt, das zur Herstellung von Glas oder Silikaten bestimmt ist. Dieses Produkt fließt kontinuierlich in die leitung 24, den Austrittssiphon 26, eine weitere Leitung 46, die mit dem Siphon in Verbindung steht und eine Rinne 47 über, die das Produkt in ein Gefäß 48 gibt. Man sieht, daß das Wirbelbett 45 sich zwischen dem Gitter 22 und dem Anschlußpunkt der Leitung 24 an der Reaktionskammer 20 und dem Reaktor 2 erstreckt. Hieraus £lgt, daß der erwärmte Sand sowie die Laugentröpfchen, die jeweils aus der Leitung 23 und dem perforierten Verteiler 37 austreten, mitten in das Wirbelbett 45 geführt werden, wobei dieser perforierte Verteiler im übrigen in dem Bett untertaucht.

!"ig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Laugenverteilers. Nach dieser Ausführungsform, welche zu günstigen Ergebnissen führt, jedoch nicht als beschränkend anzusehen ist, hat die Vorrichtung, die die Bildung des 'Vorhangs verhindern soll, die Form eines Rechens. Eine vorteilhafte Stellung der Zähne ist in Pig, 3 gezeigt, wo der Pfeil die Drehrichtung angibt.

Der Verteiler 37 ist mit Löchern auf der der Drehrichtung gegenüberliegenden Seite versehen, um Soda in die fluidisierte Masse einzuführen. In Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Verteiler dargestellt, wobei eine vorteilhafte Anordnung der Lochreihen gezeigt ist.

Offensichtlich kann man die Form dieses Verteilers modifizieren; die dargestellte Ausführungsform ist nur bei-

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spielsweise gegeben. Die Tatsache, daß die Lauge mitten in das Wirbelbett eingeführt wird, ist wesentlich.

Die Drehgeschwindigkeit des Verteilers ist nicht kritisch; normalerweise liegt sie zwischen IO und 45 Umdrehungen pro Minute.

Versuche haben gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn man den Verteiler, wie in den Zeichnungen dargestellt,, benutzt, den Verteiler zum Einführen von Lauge relativ nahe dem Bodengitter, beispielsweise zwischen 4 und cm für einen zylindrischen Reaktor von 80 cm Durchmesser passieren zu lassen.

Pig. 5 zeigt den mit Böden 61 ausgestatteten Reaktor zur Erwärmung der komplementären Produkte, bevor sie in das Wirbelbett geschüttet werden. Vorgesehen ist eine Leitung 60, welche die komplementären Produkte in die Reaktionskammer 20 oberhalb der Böden 61 führt.

Wenn man die kalten komplementären Produkte in das Wirbelbett 45 einführt, so mündet die Leitung 60 in der Reaktionskammer 20 an einer Stelle, die vorteilhaft etwa 0,30 m oberhalb des Bettes für den genannten -lindrischen Reaktor von 80 cm Durchmesser vorgesehen ist, wobei die Böden dann fortfallen (Fig. 6).

Unabhängig davon, ob die kompleaentären Produkte warm oder kalt in die Reaktionskammer eingeführt werden: die vollständige und heiße Glaszusammensetzung ergießt sich in die Abzugsleitung 24. Hieraus folgt, daß man diese Glaszusammensetzung heiß in den Ofen, kontinuierlich und ohne Zwischenlagerung einführen kann, gegebenenfalls un-

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ter Fluidisierung oder mittelB pneumatischen Transportes, indem man die Leitung .24 bis zu einem Glasschmelzofen verlängert.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu "begrenzen.

Durchgeführt wurden die Beispiele mit einem Turm 1 mit einer Höhe von 2,8 m, einem Maximaldurchmesser von 1,7 m, der mit einer oberen Füllkörperauskleidung 7 au£j sogenannten Paliringen und· einer Dicke von 5 cm, sowie einer unteren Piillkörperauskleidung 8 ebenfalls aus sogenannten Paliringen mit einer Dicke von 15 cm versehen war. Eintrittssiphon 15 und Austrittssiphon 26 nahmen einen Durchsatz an Verwirbelungsluft von 7 m pro Stunde auf.

Der für die Versuche benutzte im wesentlichen zylindrische Reaktor 2 wies eine Höhe von etwa 4 m und einen Innendurchmesser von 0,80 m entsprechend einem Querschnitt

ρ
von 0,5 m auf; das Wirbelbett 45 hatte eine Dicke von 0,50 m. Der Windkasten war mit einer Membran 51 mit einer Dicke von 60 mm versehen, die von einer kreisförmigen öffnung mit einem Durchmesser von 200 mm und 6 rechteckigen Schaufeln 42 von einer Höhe und einer Breite von jeweils 400 bzw. 240 mm ausgestattet.

Die verwendete, 50 # Soda enthaltende Lauge wurde auf

eine Temperatur von 100
Einrichtung 35 erwärmt.

eine Temperatur von 100⁰C mittels einer elektrischen

Verwendet wurde ein Drehverteiler, wie er in den Pig. 2,3 und 4 dargestellt wurde, der bei einer Geschwindigkeit

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zwischen 10 und 45 Umdrehungen pro Minute drehte. Der Einführungsverteiler befindet sich 5 cm oberhalb des Bodengitters.

Bei sämtlichen Beispielen wurde

Roncevaux-Sand naturfein verwendet; die Körner hatten einen Durchmesser von weniger als 0,5 mm.

BEISPIEL 1

In der folgenden Tafel I sind die Reaktionsbedinguiigen, d. h. , die Durchsätze an Sand und Gasen sowie die Temperaturen- dieser Ausgangsmaterialien sowie .die Temperatur an einer zentralen Stelle im Wirbelbett gegeben. Das theoretische Verhältnis ist in der letzten Spalte angegeben.

Als"theoretisches Verhältnis" wird das Verhältnis der jeweiligen Mengen an Siliciumdioxid und NapO definiert, welche in den Reaktor eingegeben wurden. Die Versuchsdauer lag bei 7 Stunden.

In den Windkasten führt man Verbrennungsgase (Rauchgase), die aus der Verbrennung von Lacq-&as (CH^)'stammen, ein. Der in der Tafel angegebene Durchsatz ist der Durchsatz, bei dem die Brenner mit CH. gespeist werden.

Es wurde festgestellt, daß das in den Rauchgasen vorhandene COp durch das NaOH völlig absorbiert wird.

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TAI¹EL I

co 00 OO co

ro ο

Zeit	Sand	JJemp.-	Lauge 50$	Gas	Temperaturen	d.Reak tion	Verhältnis
Stunde	Durchsatz kg/h .	820	Durchsatz kg/h	Durchsatz nrVh	d.heißen (aase	380	X
1	790	820	392	11	770	390	5,2
2	790	830	392	•11	755	370	5,2
3	877	850	438	12	800	375	5,1
4	877	830	" 438	12	810	380	5,1
5	877	845	438	12 '	810	380	5,1
6	955	835	481	14	770	370	5,1
7	1120	562	14	770	5,1

H VO

IC 4> OO cn

CD CO

Bei Versuchsende erhält man 1465 kg/h an Presilikat, Das Produkt enthält O₅2 bis 0,5 $> Agglomerate von einem Durchmesser größer als 5 mm.

BEISPIEL 2

In der gleichen Weise wie beim vorhergehenden Beispiel findet man in der nachstehenden Tabelle II die Versuchsbedingungen über 7 Stunden eines Versuchs, der dazu bestimmt ist, ein Zwischenprodukt mit einem theoretischen Verhältnis zwischen 3 und 3,8 herzustellen.

Die Speisung mit heißen Gasen erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1.

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TAFEL II

ο co 00 CD σ>

ro

no ro

Zeit	Sand	gernp.	Lauge 50$	Gas	Temperaturen	d.Reak tion	Verhältnis
Stunde	Durchsatz kg/h	305	Durchsatz kg/h	Durchsatz mVh	d.heißen Gase	395	Z
1	519	800	348	15	815	390	3,8
2	519	" 835	348	15	810	375	3,8
5	519 ■	827	389	15	815	355	3,4
4	519	825	428	16	805	360	3,1
VJI	519	830	428	16	825	355	3,1
6	54V ^¹	830	435	17	810	360	3,2
7	540	458	19	820	3,0

H I

-P-CO cn

CD GO

Bei Versuchs.ende erhält man 770 kg/h eines Precilikats mit einem Verhältnis von X gleich etwo 3.

2 $ der Agglomerate haben bei Versuchende einen Durchmesser von mehr als 5

Bei diesen beiden Beispielen zeigen die Analysen

bei Dobye-Scherrer-Spektrometrie, daß im erhaltenen Zwischenprodukt Quarz und Natriummetasilikat in erheblichen Mengen und Natriumcarbonat in geringer Menge vorhanden, sind.

BEISPIEL 3

Nach diesem Beispiel verwendet man.als Pluidisierungsgas kalte Luft. Unter diesen Bedingungen muß man mit einer geringeren Natriummenge als bei den vorhergehenden Beispielen rechnen, um ein günstiges Einführen in das Wirbelbett zu erhalten, da dessen Temperatur niedriger liegt. Das Verhältnis X ist also höher als bei den vorhergehenden Beispielen.

3, In Tafel III sind die Betriebsbedingungen über/Stunden

dargestellt.

- 23 ~

409886/1320

TAi¹EI III

CD CO CO OO σ>

co

Zeit	Sand	Tgmp.	50$ige lauge	Luft	Reaktions tempera tür	Verhältnis
Stunde	Durchsatz kg/h	820	Durchsatz kg/h	Durchsatz m⁵/h	⁰O	X
1	500	820	146 :	96	340	8,9 '
CVJ	500	820	158	96	330	8,2
3	500	158	96	345	8,2

ro

co cn

co co

BEISPIEL 4

Nach diesem Beispiel stellt man eine Glaszusarnmensetzung her, indem komplementäre kalte Produkte in das Wirbelbett eingeführt werden. Das Presilikat hat ein Verhältnis von X = 5,3.

Man vermischt zunächst die Produkte in den folgenden Anteilen:

Natriumcarbonat (Soda) 11,4 kg Kalkstein 192 kg

Dolomit 270 kg

Feldspat 81,6 kg

Wasser 1,5

Mit Hilfe einer volumetrischen Dosiervorrichtung führt man diese Produkte in den Reaktor über ein im Innern des Reaktors angeordnetes Tauchrohr ein, dessen untere Öffnung sich etwa 50 cm oberhalb des Wirbelbettes befindet.

Die Arbeitsbedingungen sind in der folgenden fafel wiedergegeben.

409 886/132 0

17

Zeit	Sana	Jemi	50/tfge lauge	Komplementär- Produkte	Gas	!temperaturen ⁰O	Wirbel bett	Material-' austritt	Grö-S- aust.
Stunde	Durchs kg/h	830	. !Durchsatz; kg/h	Durchsata kg/h	Durchs mVh	. unter d.Gätterx:	400	400	330
1	816	840	389	d	14	795	400	390	335
2	816	820	389	O	14	805	390	390	350
3	790	800	389	324	19	820	385	390	350
4	790	800	389	324	19	815	390	390	350 I
5	79Q_t w	800*	389	324	19	815	390	390	350
■ 6	800	' 389	324	19	820.

Maa erzeugt so etwa 1300 kg/h'der Gesamtzusammensetzung.. Wie nach den Beispielen 1 und 2 ist für den ITizidisierungsgasdurchsatz die Speisemenge mit Laeq-Gas - CH. - angegeben.

Nach diesem Beispiel liegt der Durchsatz höher bei sonst gleichen Bedingungen, als nach den Beispielen 1 und 2. Dies 1st notwendig, um zusätzliche Wärme zuzuführen, um die Wärmeabsorption durch die kalten Komplement ärpr ο dukte zu kompensieren. Diese Erhöhung geht

bis etwa 35 #.

Das erhaltene Produkt umfaßt einen Anteil von 1 bis 2 $ an Agglomeraten von einem Durchmesser größer als 5 mm.

Der Vergleich der granulometrischen Kurven einer üblichen Zusammensetzung vom Typ Spiegelglas,erhalten in einem Mischer, und einer Gesamtzusammensetzung auf der Basis von Presilikat, welches kontinuierlich im Wirbelbett erhalten wurde, zeigt, daß letztere einen sehr interessanten Körnungszustand aufweist. Man verfügt nämlich über 20 25 $ von Partikeln mit einem Durchmesser größer als 1 mm anstelle von 2 - 3 $>\ und. insbesondere über 50 $> von Partikeln größer als 0,6 mm anstelle 50 _f%,die größer als 0,2 mm sind.

BEISPIEL 5

Hergestellt wird eine Glaszusammensetzung entsprechend

dem vorhergehenden Beispiel; jedoch gibt man in das Wirbelbett heiße Komplementärprodukte. Man verwendet einen

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Reaktor, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Das Ver~ hältnis X des Presilikats liegt bei 5_f3.

Herstellung und Dosierung des Gemisches der Komplementär produkte erfolgen wie in Beispiel 4 angegeben«

Man erwärmt die Eomplementärprodukte auf 2 Böden mit Paliringen, die fest am Laugenverteiler sitzen. Die so vorgewärmten Produkte fallen als Regen auf das Wirbelbett.

Die Arbeitsbedingungen sind in der nachstehenden Tabelle Y angegeben.

.* ■

28 -

0 9 8 8 6 / 1 3 2 0 ^

TABELLE V

*» ο co co OO co

Zeit Sand	Durchs, kg/h	Jemp.	5Ofiige Lauge	Eomplementär- produkte	C-as	!Temperaturen ⁰C	Wirbel bett	Material austritt	G-as- aust.
Stunde	800	820	Durchsatz kg/h	Durchsatz kg/h	Durchs. ar/h	unter d-, Gitter	390	390	340
1	800	830	389	0	14	780	380	390	340
2	800	810	389	0	14	790	380	390	240
3	800	800	.389	360	14	810	380	380	230
4	800	800	389	360	14	820	380 .	390 ·	240
5	389	560	. 14	820

CO

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Herstellen einer "bei der Herstellung von Silikaten, insbesondere von Gla3 benutzbaren. Zusammensetzung, wobei partiell silicium-" haltiger heiSer Sand mit einer Alkalihydroxydlösung zum Reagieren gebracht vrird, welche in ein Wirbelbett eingeführt wird, welches durch, ein Gas gebildet ist und diesen Sacd enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand vorgewärmt wird, gleichförmig die Lösung im Wirbelbett verteilt wird und das Wirbelbett auf dem Niveau, wo die Lösung verteilt wird, mechanisch durchrührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett allein durch Sand gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS dem oand im Wirbelbett Bestandteile des Silikatendproduktes bildende Komplementärprodukte zugesetzt werden, insbesondere die üblichen zu einer Glaszusammensetzung genörenden Stoffe.

4-. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in das Wirbelbett außer Sand als Komplementärprodukt Natriumcarbonat, Kalkstein, Feldspat und Dolomit in zur Glasherstellung üblichen Anteilen eingeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß gesondert ins Wirbelbett einerseits der heiße Sand und andererseits die Komplementärprodukte eingeführt werden.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 big 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand auf eine Temperatur zwischen 750 und 8'
bett erwärmt wird.

zwischen 750 und 870⁰C vor dem Einführen in das Wirbel-

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 "bis 6 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß die EompierAcntäx¹--produkte vor- der Einführung ins Wirbelbett erwärmt v/erden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch geicenriselehnet, daß die Komplementärprodukte in den aufsteigenden heißen G-asen oberhalb &ea Wirbelbetts erwärmt werden,

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine 50-gewichtsprosentige Natriumhydroxydlösung verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine auf 100⁰C erwärmte Katriumhydroxydlösung verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche l'bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wirbelbett heiße Gase, vorzugsweise von einer Temperatur zwischen 750 und 850⁰C,verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11» dadurch gekennzeichnet, daß Kohlensäuregas enthaltende Verbrennungsgase zur Erzeugung des Wirbelbetts verwendet werden.

13. Vorrichtung zur Durchführung de3 Verfahrens nach

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- 3i

einem der Ansprüche 1 "biß 12» .im wesentlichen "bestehend aus einem vorzugsweise zylindrischen Reaktor mit vertikaler Achse, der mit Einlassen für Sand bzw. Soda und die Gase versehen ist, mit einem Gitter am Boden des Reaktor?.* zur Durchführung der Gase, um oberhalb des Gitters das Wirbelbett nach dem bekannten Verfahren zu bilden, der ebenfalls mit einem Auslaß zum Abziehen des Endproduktes versehen ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Verteilen der Alkalihydroxydlösung im Wirbelbett (45), wobei die Vorrichtung aus einem Rotationsorgan (22) besteht, dessen ein Ende außerhalb des Reaktors mit einer Alkalihydroxydspeisung (54) verbunden ist und dessen anderes Ende eine Einspritzdüse (37) auf v/eist, wobei eine Rührvorrichtung 49 vorgesehen ißt, die die Bildung von die Homogenität des Wirbelbetts störenden Zonen verhindert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (37) eine Rampe bzw. ein Verteiler ist, der radial im Wirbelbett angeordnet ist und sich in einer Ebene senkrecht zur Achse des Reaktors (2) dreht und mit einer Reihe von Löchern versehen ist, welche den Durchgang der Lösung ermöglichen, wobei diese Löcher vorzugsweise mehrere Reihen bilden. ■* '

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14» dadurch gekennzeichnet,daß die zur Sicherstellung der Homogenität des Wirbelbettes vorgesehene Vorrichtung aus einem Arm mit einer Reihe von Stangen (50) besteht, wobei die Anordnung die Form eines Rechens aufweist, der an dem Rohr (52) zur Speisung mit Natriumhydroxydlösung be-

- 32 409886/1320

2Λ35193

festigt ist und mit cbr Einspritzdüse (37) eine BrehverteilarvOrrichtung bildet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilervorrichtung^?) bei einer Geschwindigkeit zwischen 10 und 45 Umdrehungen pro Minute-sich dreht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 Ms 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (37) sich auf einer Höhe zwischen 4 und 20 cm oberhalb des Gitters des Bodens befindet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (37) sich auf einer Höhe zwischen

4,5 und 5,5 cm oberhalb des Gitters des Bodens (22) befindet.

19- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine Aufheiz- und Einführungsvorrichtung für Sand, bestehend aus einem wärmeisolierten Turm (1), dessen oberer Teil mit heizenden Boden (7, 8) versehen ist, über denen eine mit Heißluft (9) gespeiste Kammer baut, die als !"ührungstrichter für den engen Teil (Ib) des Turmes dient, in welchem der vorgewärmte Sand in einen Eintrittssiphon (15) absteigt, wo der Sand mittels eines Gases fluidisiert wird, welches unterhalb einer perforierten Platte (17) zuströmt, wobei der Austritt dieses Siphons mit dem Behandlungsreaktor (2) verbunden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19,

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daüurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (2) in seinem oberen Teil mit Böden (61) zur Erwärmung der festen Ausgangsmaterialien, und insbesondere mit Drehböden, versehen ist.

21. Xornagglomerate mit einer Zusammenstzung auf Üilikatbasis, welche mit Natriummetasilikat sowie Zwischenprodukten umhüllt sind.

22. Agglomerate nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Körner ausschließlich aus siliciumhaltigem Sand zusammengesetzt ist.

23. Agglomerate nach einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 50 $ der Agglomerate einen Durchmesser von mehr als 0,6 mm aufweisen.

24. Agglomerate nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie weniger als 2 # Körner mit einem Durchmesser von weniger als 0,125 nim aufweisen.

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