DE2524591A1 - Verfahren zur herstellung von kristallen aus natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat - Google Patents

Description

SOLVAY & CIE.
33 j Rue du Prince Albert, Brüssel, Belgien

Verfahren zur Herstellung von Kristallen aus Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kristallen aus Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat durch Abkühlung einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung. Sie betrifft weiterhin die Herstellung von Kristallen des Heptahydrates oder Decahydrates aus einer wäßrigen Lösung, welche gleichzeitig Natriumcarbonat und Natriumchlorid enthält.

Das Verfahren zur Kristallisation von Natriumcarbonatdecahydrat oder -heptahydrat durch Abkühlung einer wäßrigen Natriumcarbonatlösung ist an sich bekannt. Bei einer solchen Verfahrensweise besteht das klassische Mittel, welches zur Abkühlung angewandt wird, in der Verwendung von kühlenden Oberflächen, welche in bezug auf die Kristallisationsvorrichtung innenliegend oder außenliegend sind. Das Abkühlen wird

509884/1 012

ι
"bewerkstelligt, indem ein Rohr oder ein anderes Kühlorgan aus Metall mit einer kalten Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, wobei die Kältekalorien zu der Natriumcarbonatlösung durch die Metallwand des Wärmeaustauschers überführt werden. Als Nachteil wurde jedoch festgestellt, daß die Kühlflächen auf der Seite der Losung eine Verkrustung als Folge einer Ablagerung von Kristallen in einem solchen Ausmaß erfahren, daß man gezwungen ist, Austauscher in der Überzahl anzuwenden oder die Herstellung periodisch zur Reinigung der verkrusteten Oberflächen anzuhalten. Verschiedene Mittel wurden bereits vorgesehen, um eine solche Verkrustung zu reduzieren, insbesondere wurde eine große Fließgeschwindigkeit der Lösung vorgesehen, es wurde eine geringe Temperaturdifferenz zwischen der Lösung und der kühlenden Oberfläche (At) beachtet, es wurde bei einer möglichst hohen Dichte der Suspension gearbeitet und es wurden gut polierte Metalloberflächen verwendet (siehe D. E. Garrett Industrial and Engineering Chemistry (1961)» August, S. 624·), jedoch haben sich diese Mittel als nicht ausreichend erwiesen.

Die Erscheinung der Verkrustung der Austauscherwände wurde erst kürzlich in der niederländischen Patentanmeldung 70.14-888 beschrieben, welche die Herstellung von wasserfreiem, dichter Soda nach einer komplexen Verfahrensweise betrifft, welche die Karbonisation einer salzhaltigen, durch Elektrolyse einer Natriumchlorid sole in Diaphragmazellen erhaltenen kaustischen Lauge mit Kohlensäureanhydrid, die Kristallisation von Natriumcarbonatdecahydrat aus der so gebildeten, salzhaltigen, karbonisierten, kaustischen Lauge, das Schmelzen des Decahydrates zur Bildung des Monohydrates und schließlich die Calcination des letzteren zu dichter, wasserfreier Sod« umfaßt. Für den Abschnitt des Verfahrens, welcher die Herstellung des Natriumcarbonatdecahydrat es aus der Lösung von

509884/1012

und NaCl betrifft, wurde vorgeschlagen, die Kristallisation durch Eindampfen unter vermindertem Druck, wobei dies von selbst von einer Abkühlung begleitet ist, durchzuführen, um die Nachteile der Verkrustung zu vermeiden, welche man beim Arbeiten durch Abkühlen der Lösung unter Verwendung von Wärmeaustauschern antreffen würde. Die vorgeschlagene Verfahrensweise ist sicherlich leistungsfähig, jedoch erfordert sie die Ausbildung von großen Vakua, welche durch Verwendung von Dampfejektoren erhalten werden, wobei dies ein anfälliges und kostspieliges, technisches Mittel ist.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung der Kristallisation von Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat durch Abkühlung einer Lösung unter Vermeidung der Nachteile einer Verkrustung der Wärmeaustauscheroberflächen und ohne Notwendigkeit des Arbeitens unter vermindertem Druck.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Kristallen aus Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat durch Abkühlung einer wäßrigen, Natriumcarbonat enthaltenden Lösung gelöst, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, daß das Abkühlen durch direkten Kontakt der Lösung mit einer organischen Kühlflüssigkeit, welche mit Wasser praktisch nicht mischbar ist, welche gegenüber der Lösung inert ist und deren Dampfdruck bei der gewählten Kristallisationstemperatur nahe beim atmosphärischen Druck liegt, durchgeführt wird.

Die Kristallisationstemperatur hängt selbstverständlich von der Art des Hydrates ab, das ausgefällt werden soll. Bei atmosphärischem Druck beträgt sie 32 bis 3^ °C für das Hepta-

hydrat und vorzugsweise zwischen 0 und 10 ⁰C für das Decahydrat

509884/1012

Diese Temperatur wird im übrigen durch den in der Kristallisationsvorrichtung herrschenden Druck beeinflußt, jedoch wird dieser Druck vorteilhafterweise möglichst nahe beim atmosphärischen Druck gehalten, damit man in Behältern arbeiten kann, welche weder unter Druck noch unter Vakuum stehen. Hierzu muß die Kühlflüssigkeit so ausgewählt werden, daß ihr Dampfdruck bei der Kristallisationstemperatur in der Nähe von 1 kg/cm liegt. Andererseits ist es erforderlich, daß die Kühlflüssigkeit möglichst wenig in der wäßrigen Fatriumcarbonatlösung löslich ist; vorzugsweise sollte diese Löslichkeit unterhalb von 5mg/kg liegen.

Wegen dieser Forderungen ist Butan vollkommen als Kühlflüssigkeit, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kristallisation des.Decahydrates angewandt wird, geeignet. Andere organische Flüssigkeiten können jedoch ebenfalls verwendet werden, z. B. Halogenalkane, welche weniger als 3 Kohlenstoff atome im Molekül enthalten, insbesondere Dichlordifluormethan und Dichlormonofluormethan. Bestimmte halogenierte Kühlflüssigkeiten sind zur Kristallisation des Heptahydrates geeignet.

Beim Kontakt mit der Lösung verdampft die Kühlflüssigkeit sofort, wobei sie dem Medium die erforderliche Verdampfungswärme entzieht, wodurch eine Abkühlung und die Kristallisation des Natriumcarbonathydrates hervorgerufen wird. Wie bereits zuvor beschrieben, hängt die Kristallisationstemperatur von dem in der Kristallisationsvorrichtung herrschenden Druck ab, jedoch richtet man es so ein, daß dieser Druck, der durch den Dampfdruck der verdampfenden Flüssigkeit bestimmt wird, so nahe wie möglich bei atmosphärischem Druck liegt. Die Menge an einzuführender Kühlflüssigkeit ist selbstverständlich von der herbeizuführenden Absenkung der Temperatur im Inneren der Lösung, um die Kristallisation hervorzurufen, abhängig. Das erhaltene

509884/1012

Gemisch, welches die Lösung, Kristalle und verdampftes Kühlmittel umfaßt, wird in eine Entgasungsvorrichtung geschickt, um es von verdampftem Kühlmittel und allen restlichen Anteilen von flüssigem Kühlmittel, die noch hierin vorliegen könnten, zu befreien, dann wird es in ein Filter oder eine Zentrifuge überführt, worin die Kristalle abgetrennt werden. Die aus der Entgasungsvorrichtung austretenden Gase, welche hauptsächlich aus der die Kühlung bewirkenden Substanz bestehen, werden zur erneuten Verwendung komprimiert und kondensiert.

Das Verfahren ist nicht nur auf die Herstellung von Kristallen aus Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat aus wäßrigen Lösungen, welche nur Natriumcarbonat in Lösung enthalten, beschränkt, sondern es ist ebenfalls zur Behandlung von Lösungen anwendbar, welche andere Verbindungen zusätzlich zu dem bereits genannten Carbonat enthalten. Insbesondere sei auf den Fall einer Lösung hingewiesen, welche gleichzeitig Natriumcarbonat und Natriumchlorid enthält, wie sie in der bereits zuvor genannten niederländischen Patentanmeldung 70·14-888 beschrieben,ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es mit Leichtigkeit so niedrige Kristallisationstemperaturen wie 0 ⁰C im Fall der Kristallisation des Decahydrates zu erreichen, wodurch eine hohe Ausbeute der Gewinnung von NapCO, aus der Lauge sichergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

1000 g/h einer wäßrigen Lösung, welche aus der Karbonisation der Austrittsflüssigkeit aus Diaphragmazellen zur Elektrolyse von NaCl- Solen stammte und pro kg der wäßrigen

509884/1012

S O S

Lösung folgende Bestandteile enthielt:

120 g Na₂CO₅

g NaCl und
4 g

von 35 ⁰C und 564 g/h flüssiges Butan mit 35 °C wurden getrennt in einen Behälter eingeführt.■ Der in dem Behälter herrschende Druck entspricht dem Dampfdruck des Butans bei 35 ⁰C, d. h. 3»3 kg/cm . Ein mechanischer Rührer erlaubt die Einstellung einer ausreichenden Homogenität der beiden flüssigen Phasen.

Das Gemisch wird in eine Kristallisationsvorrichtung überführt,

ο
worin der Druck auf 1 kg/cm gehalten wird. Praktisch die Gesamtmenge des Butans verdampft, wobei die Abkühlung der wäßrigen Lösung bis auf 0 ⁰C bewirkt wird. Es erfolgt die Kristallisation von 275 g/h grober Kristalle von Natriumcarbonatdecahydrat. Die Kristallisation erfolgt in Anwesenheit der Kristalle, welche in der Kristallisationsvorrichtung mittels eines mechanischen Rührers in Suspension gehalten werden. Die Ausbeute der Gewinnung von NapCO, aus der Lauge beläuft sich auf:

₁₀₀ χ « 85 %.

Auf einer Zentrifuge werden die Kristalle des Decahydrates von ihren Mutterlaugen leicht abgetrennt, letztere we'rden in eine bei 20 ⁰C arbeitende Entgasungsvorrichtung überführt. Die aus der Entgasungsvorrichtung austretende, wäßrige Lösung enthält weniger als 5 mg Butan pro kg (1 mg/kg bei einem Kontrollversuch). Das verdampfte Butan wird wiedergewonnen und in einem Austauscher bis auf 5 ⁰C erwärmt. Anschließend wird es bis auf 3,3 kg/cm durch Durchschicken durch einen Kompressor verdichtet. Die Temperatur des Butans erreicht dann 35 ⁰C. Das Butan wird bei dieser Temperatur mit Hilfe von Kühlwasser durch Durchleiten durch einen Oberflächenkondenser kondensiert.

509884/1012

Beispiel 2

Das Gemisch aus flüssigem Butan und wäßriger Lösung, welche gemäß Beispiel 1 behandelt wurde, wird von 35 °C auf 22 ⁰C in einem Wärmeaustauscher in Gegenstrom mit den bei dem Zentrifugieren des Decahydrates bei O ⁰C abgetrennten Mutterlaugen abgekühlt. Die einzusetzende Menge an Butan kann auf diese Weise auf 425 g/k vermindert werden.

Gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 1 erreicht man beim Arbeiten bei O ⁰C eine Ausbeute der Gewinnung von Na₂CO, aus der Lauge in der Größenordnung von 85 %· Falls man traditionelle Arbeitsweisen zur Kristallisation mit Wärmeaustauscher oder durch Verdampfen bei vermindertem Druck anwendet, zwingt die Erhöhung der Herstellungskosten dazu, eine Temperatur von 8 ⁰C nicht zu unterschreiten, wobei bei dieser Temperatur die Ausbeute der Gewinnung von Na₂CO, nur 67 % beträgt. Das erfindungsgemäße Verfahren weist daher einen erheblichen Vorteil auf.

509884/1012

Claims (4)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung von Kristallen aus Natriumcarbonatheptahydrat oder -decahydrat durch Abkühlung einer wäßrigen, Natriumcarbonat enthaltenden Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung durch direkten Kontakt der Lösung mit einer organischen Kühlflüssigkeit, welche mit Wasser praktisch nicht mischbar ist, gegenüber der Lösung inert ist und deren Dampfdruck bei der gewählten Kristallisationstemperatur nahe bei atmosphärischem Druck liegt, durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kühlflüssigkeit zur Kristallisation des Decahydrates Butan verwendet.
3. J. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kristallisationstemperatur für Natriumcarbonatdecahydrat zwischen 0 und 10 ⁰C wählt.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die behandelte Lösung eine wäßrige Lösung von Natriumcarbonat und Natriumchlorid ist, welche durch Kohlensäuresättigung einer kaustischen, salzhaltigen Lauge, welche durch Elektrolyse einer Natriumchloridlauge in einer Diaphragmazelle hergestellt wurde, erhalten wurde.

   509884/1012