DE2631918A1

DE2631918A1 - Verfahren zur trocknung von natriumcarbonat-peroxid

Info

Publication number: DE2631918A1
Application number: DE19762631918
Authority: DE
Inventors: Sushil Kumar Bhalla; Richard Arnold Mohr; Peter Harold Zeh
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1975-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1977-02-03
Also published as: US4020148A; CA1070085A; BE844168A; NL7607868A; IT1062527B; FR2318106A1; ES449842A1; JPS5221000A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

Case FMC 1650
12/Pi

PMC CORPORATION, Philadelphia, Pennsylvania, USA

Verfahren zur Trocknung τοη Natriumcarbonat-peroxid

Die Erfindung "betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von freifließendem kristallinem Natriumearbonat-peroxid und insbesondere ein rasches Verfahren zur Trocknung dieser Verbindung ohne den Verlust von aktivem Sauerstoff.

Natriumcarbonat-peroxid, bzw. Natriumcarbonat-peroxohydrat ist eine kristalline Verbindung der Formel 2NapC0-z · 3HpOp und wird durch Umsetzung von stöchiometrischen Mengen von Natriumcarbonat und Wasserstoffperoxid hergestellt. Wird es in ein wäßriges Medium eingebracht, so zerfällt es in seine Verbindungsbestandteile, d.h. Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat. Das Salz wirkt so als Träger und Quelle für Wasserstoff-peroxid in einer zweckmäßigen trockenen Form. Aufgrund dieser Eigenschaft ist Natriumcarbonat-peroxid nützlich als Bleichmittel in Detergensformulierungen.

Natriumcarbonat-peroxid wird zweckmäßig durch Umsetzen von Natriumcarbonat und Wasserstoffperoxid in einem Molverhältnis von im wesentlichen 2 : 3 unter gesteuerten Reaki-ionsbediagungen

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hergestellt, wie durch die folgende Gleichung veranschaulicht: 2Fa₂CO₅ + 3H₂O₂ -> 2Ua₂CO₅ · 3H₂O₂.

Die vorstehende Umsetzung wird vorzugsweise in einer Kristallisationszone durchgeführt, in der eine resultierende Aufschlämmung von ITatriumcarbonat-peroxid-Kristallen gebildet wird. Die Natriumcarbonat-peroxid-Kristalle werden aus der Aufschlämmung abgetrennt und die Kristalle werden getrocknet, wobei man ein Natriumcarbonat-peroxid-Produkt erhält. Beispiele für derartige Terfahren sind in den US-Patentschriften 2 986 448 und 3 870 783 beschrieben.

Es hat sich gezeigt, daß ITatriumcarbonat-peroxid in gewerblichen bzw. handelsüblichen Mengen schwierig zu trocknen ist, so daß es vernachlässigbare Mengen Feuchtigkeit enthält, ohne daß dabei der Gehalt an aktivem Sauerstoff verringert wird, was durch die Zersetzung des Wasserstoffperoxids hervorgerufen wird. Einige bisher verwendete Methoden zur Trocknung von Matriumcarbonat-peroxid entweder allein oder in Kombination sind:

a) die Vakuumtrocknung bei Temperaturen von 20 bis 50⁰C,

b) die Warmlufttrocknung bei Temperaturen von 40 bis 6O⁰C und

c) die Sprühtrocknung einer wäßrigen Aufschlämmung davon.

Bei der Yakuumtrocknungstechnik werden Eatriumcarbonat-peroxid-Kristalle mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 30 Gewichtsprozent auf eine Temperatur von 20 bis 50⁰C unter Yakuum erwärmt, um die Trocknung zu beschleunigen. Bei der Warmlufttroeknungstechnik werden Natriumcarbonat-peroxid-Kristalle in einem bei einer Temperatur von 40 bis 6O⁰C gehaltenen Ofen ge-ΐΣ-Goknet, wobei eine milde Luftzirkulation durch den Ofen

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stattfindet. Diese beiden Verfahren sind wirksam bei der Entfernung von Wasser bis zu geringen Gehalten. Jedoch verlaufen diese Techniken äußerst langsam und führen zu einer teilweisen Zersetzung von Natriumcarbonat-peroxid und dem damit verbundenen niedrigeren Gehalt an aktivem Sauerstoff.

Bei der Sprühtrocknungstechnik wird eine flüssige Aufschlämmung von Natriumcarbonat-peroxid in einen erwärmten Gasstrom gesprüht und das Wasser wird rasch entfernt, wobei man einen trockenen Rückstand erhält. Diese Methode trocknet Natriumearbonat-peroxid-Kristalle rasch, v/eist jedoch gewisse Nachteile auf, wie die relativ großen Gasvolumen und hohen Temperaturen (etwa 150 bis 250⁰C), die dazu notwendig sind, das Wasser durch Verdampfen zu entfernen, was zu einer gewissen Zersetzung des Produkts mit Verlust an Gehalt an aktivem Sauerstoff führt. Zusätzlich können Änderungen entweder der Beschickungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung, der Temperatur des erwärmten Gasstromes oder der Pließgeschwindigkeit zu einem Produkt mit variablem Feuchtigkeitsgehalt und variablem Gehalt an aktivem Sauerstoff führen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines trockenen freifließenden kristallinen Natriuincarbonat-peroxid-Produkts durch Umsetzung von Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat in einem wäßrigen Medium, Kristallisieren, Gewinnen und Trocknen des feuchten Natriumcarbonat-peroxid-Produktes geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man:

a) das feuchte Natriumcarbonat-peroxid in eine Trocknungszone einführt, einen erwärmten Gasstrom mit einer Temperatur von 70 bis 150⁰C in diese Trocknungszone einleitet, die Temperatur des aus der Trocknungszone austretenden Gases auf einem verringerten Wert bei 50 bis 130⁰C hält, das Natriumcarbonatperoxid in der Trocknungszone in Kontakt mit dem erwärmten Gas-

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strom hält, bis das iJatriumcarbonat-peroxid 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Restfeuchtigkeit enthält;

b) das getrocknete ÜTatriumearbonat-peroxid in eine Kühlzone leitet, einen Gasstrom mit einer Temperatur von -20 bis 40⁰C in die Kühlzone einführt, die Temperatur des aus der Kühlzone austretenden Gases bei einer erhöhten Temperatur von 0 bis 50 C hält; das Natriumcarbonat-peroxid in dieser Kühlzone in Kontakt mit dem Gasstrom hält, bis das Natriumcarbonat-peroxid auf 0 bis 40⁰C gekühlt ist und das gekühlte Material als stabiles trockenes freifließendes kristallines Katriumcarbonatperoxid-Produkt gewinnt, das 0,001 bis 0,20 Gewichtsprozent an restlicher Feuchtigkeit enthält.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Uatriumcarbonatperoxid von seiner Mutterlauge in üblicher Weise abgetrennt, d.h. durch Zentrifugen oder Filter. Das erhaltene feuchte Produkt enthält normalerweise etwa 2 bis etwa 30 $> und vorzugsweise 2 bis 10 $, bezogen auf das Gewicht an Feuchtigkeit. Es ist wesentlich, das feuchte Produkt aus der Zentrifuge zu entfernen und in die Trocknungszone so rasch wie möglich einzubringen, um Verluste an Gehalt von aktivem Sauerstoff zu verringern, die sich aus der Zersetzung des Produkts in seine Verbindungsbestandteile ergeben.

Vorzugsweise wird das feuchte Produkt über Förderungseinrichtungen in die Trocknungszone eingespeist, die aus einer Kammer besteht, die vibrierende Böden enthält, die perforiert sind oder vom Sieb-Typ sind, die die Kristalle tragen und durch den Trocknungsabschnitt befördern. Gleichzeitig tritt ein erwärmter Gaseinlaßstrom unter den Böden in die Kammer ein und geht durch die Öffnungen in den Böden hindurch, um die Kristalle für eine wirksame Wärmeübertragung zu fluidisieren bzw. aufzuwirbeln. Der erwärmte Gasstrom, vorzugsweise erwärmte feuchtigkeitsfreie luft wird durch die Trocknungszone

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mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 15,24 m/Min, (etwa 50 Feet/Min.) bis etwa 54,72 m/Min, (etwa 150 Feet/Min.) und vorzugsweise 30,48 m/Min. (100 Feet/Min.) geleitet. Die Temperatur des eintretenden Gases wird derart eingestellt, daß die Temperatur des die Trocknungszone verlassenden Abstromgases bei 50 bis 130⁰C und vorzugsweise bei 50 bis 80⁰C liegt.

Die genau erforderliche Temperatur des Einlaßgases hängt von der Menge des feuchten'Produkts ab, das in die Trocknungszone eingebracht wird und von dem Feuchtigkeitsgehalt dieses feuchten Produkts. Es haben sich Eintrittstemperaturen von 70 bis 15O⁰C und vorzugsweise 75 bis 130⁰C als geeignet erwiesen und führen zu den gewünschten Gasaustrittstemperaturen.

Das feuchte Produkt wird in Kontakt mit dem Gasstrom gebracht, bis das Natriumcarbonat-peroxid 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise 0,10 bis 0,25 Gewichtsprozent Restfeuchtigkeit enthält. Dieser Feuchtigkeitsgehalt wird mit einem geringen Produktverlust und bei praktisch keinem Verlust an aktivem Sauerstoff während der Trocknungsstufe erzielt. Dies ist besonders wichtig, da der Verlust von selbst einigen wenigen Prozent an aktivem Sauerstoff während der Trocknungsstufe das Produkt ungeeignet für die Vermarktung macht. Die Kontaktzeit variiert von 5 bis 60 Minuten, um eine gleichmäßige Trocknung unabhängig von der Teilchengrößenverteilung zu erzielen.

Der aus der Trocknungszone austretende Gasstrom., der feinverteilte suspendierte Teilchen von Eatriumcarbonat-peroxid enthält, wird in ein Gewinnungssystem zur Entfernung der Teilchen aus dem austretenden Gasstrom eingeführt. Typische Wiedergewinnungssysteme können, dadurch erzielt werden, daß man den austretenden Gasstrom in einen Cyclonabscheider oder einer? Staubsammler zur Entfernung des größten Anteils der Feststoffe* einleitet. Der aus einer Staub-Sammelvorriehtung austretende Gasstrom wird vorzugsweise in die Atmosphäre abgeführt, wohin-

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gegen der aus einem Cyclon austretende Gasstrom vorzugsweise in eine übliche Wasserabstreif vorrichtung bzw. einem Wasser se rub bar bjßcbickt wird, um Spuren von Feststoffen zu entfernen, bevor die Luft in die Atmosphäre abgelassen wird. Die Produktströme von dem Cyclonabscheider oder der Staubsammelvorrichtung liegen in feinverteiltem Zustand vor, hauptsächlich mit einer Korngröße von < 0,177 mm und >0,074 mm (-80+200 Mesh, FS-Standard Sieve Series - ASTM-E-11-61). Dieser Produktstrom kann entweder als verwertbares ITatriumcarbonat-peroxid gewonnen oder zur Kristallisationszone als Quelle für Animpfkristalle zurückgeführt werden. Das die Trocknungszone verlassende ITatriumcarbonat-peroxid-Produkt weist eine Temperatur von 70 bis 140 C auf und muß daher so rasch wie möglich in eine Kühlzone geführt werden, um Verluste durch Zersetzung des Produkts zu vermeiden. Vorzugsweise wird das getrocknete Produkt direkt in eine Kühlzone eingeführt, die mit der Trocknungszone identisch ist, mit der Ausnahme, daß die eintretende Luft nicht erwärmt ist. Der Gasstrom wird in die Kühlzone bei Atmosphärendruck mit einer Temperatur von -20 bis 40⁰C und vorzugsweise 10 bis 30⁰C bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 15,24 bis etwa 45,72 m/Min, (etwa 50 bis etwa 150 Feet/Min.)und vorzugsweise etwa 30,48 m/Min, (etwa 100 Feet/Min.) eingeleitet. Die Temperatur des aus. der Kühlzone austretenden Gases wird bei 0 bis 50⁰C gehalten. Das Natriumcarbonat-peroxid-Produkt wird mit dem Gasstrom in Kontakt gebracht, bis das Produkt auf eine Temperatur von 0 bis 40⁰C gekühlt ist. Höhere Produkttemperatur--™ können zu einer lokalen Zersetzung führen, die Wärme und Feuchtigkeit erzeugt, was zu einer Zersetzung des Produkts führt.

Kacr vollständiger Kühlung ist das resultierende Produkt ein fr-cv- fließendes kristallines Material, das 0,001 bis 0,2 Gewicutaproζent an restlicher Feuchtigkeit enthält. Praktisch wi-i--""". kein Verlust des Gehalts an aktivem Sauerstoff festge-

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Der aus der Kühlzohe austretende Gasstrom, der feinverteilte suspendierte Teilchen von Natriumcarbonat-peroxid enthält, wird in ein Wiedergewinnuiigssystem eingeführt, wie es vorstehend zur Gewinnung der Feststoffe "beschrieben wurde. Vorzugsweise werden die Abströme der Troeknungszone und der Kühlzone kombiniert und gleichzeitig behandelt.

Die beigefügte Figur zeigt ein Flißschema gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß diesem Schema wird ein feuchtes Natriumcarbonat-peroxid-Produkt in die Trocknungszone 4 durch die Leitung 2 eingespeist. Die Trocknungszone 4 kann ein üblicher Trockner, wie ein vibrierender Fluidbett- bzw. Wirbelschichtbett-Trockner sein. Gleichzeitig wird ein erwärmter Gasstrom durch die leitungen 6 in die Trocknungszone 4 eingeführt. Der erwärmte Gasstrom trocknet das feuchte Produkt zu einem Natriumearbonat-peroxid-Material mit einem Gehalt an 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Restfeuchtigkeit. Der austretende Gasstrom wird durch die leitung 8 abgeführt und in einen Cyclonabscheider 10 zur Gewinnung von suspendierten Teilchen eingespeist. Die getrockneten Feststoffe werden aus der Trocknungszone 4 über die Leitung 12 entnommen und in die Kühlzone 14 eingeführt. Gleichzeitig wird ein gekühlter Gasstrom durch die Leitungen 16 in die Kühlzone 14 eingeführt. Der gekühlte Gasstrom entfernt die restlichen Spuren von Feuchtigkeit aus dem liatriumcarbonat-peroxid-Produkt und verringert die Temperatur des Produkts auf 0 bis 40 C. Das durch die Leitung 20 abgezogene erhaltene Material ist ein trockenes freifließendes kristallines Hatriumcarbonatperoxid-Produkt mit einem Gehalt von 0,001 bis 0,2 Gewichtsprozent an Restfeuchtigkeit

Der austretende Gasstrom wird aus der Zone 14 durch die Leitung 18 abgeführt und vorzugsweise mit dem in der Leitung 8 befindlichen ausgetretenen Gas vereint und in den Cyclonabscheider 10 eingeleitet. Der größte Teil,der in den abgeführten Gas-

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strömen 8 und 18 vorhandenen Peststoffe wird in dem Cyclonabscheider 10 abgeschieden und durch die leitung 22 entfernt. Das austretende Gas verläßt den Cyclonabscheider 10 durch die leitung 24 und wird in eine übliche Abstreif- bzw. Scrubbervorrichtung zur Entfernung von Mengen in der Größenordnung von Spuren von Peststoffen, bevor die Luft in die

Atmosphäre abgelassen wird.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Alle Prοζentangaben beziehen sich auf das Gewicht, falls dies nicht anders angegeben wird.

Beispiel

Ifatriumearbonat-peroxid-Kristalle mit einem Gehalt von 5 $> Wasser und einem Gehalt von etwa 15,22 $ aktivem Sauerstoff wurden kontinuierlich in einen Trockner des Typs mit Pluidbett- bzw. Wirbelschichtbett-Vibartionsförderer, mit einer Geschwindigkeit von 965 kg/Std. eingeführt. Gleichzeitig wurde ein trockener Luftstrom in den Trockner mit einer Geschwindigkeit von 30,48 m/Min. (100 Peet/Min.) eingeleitet. Die Einlaßtemperatur des Gasstroms betrug 80⁰C und die Auslaßtemperatur wurde bei 55⁰C gehalten. Die Natriumearbonatperoxid-Kristalle wurden in dem Trockner während etwa 30 Minuten gehalten, worauf das resultierende Material mit einer Temperatur von etwa 75⁰C und einem Gehalt von 0,2 Gewichtsprozent Peuchtigkeit unmittelbar in eine Kühlzone eingebracht wurde. Die Einlaßtemperatur des Gasstroms der Kühlzone betrug 5⁰C und die Auslaßtemperatur wurde bei 25⁰C gehalten. Der Gasstrom wurde in die Kühlzone mit einer Geschwindigkeit von 30,48 m/Min. (100 Peet/Min.) eingeleitet. Die Natriumcarbonatperoxid-Kristalle wurden in der Kühlzone etwa 7 Minuten gehalten, wonach das resultierende Material, das eine Temperatur von 20⁰C aufwies und weniger als 0,2 Gewichtsprozent Peuchtig-

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keit enthielt, entnommen und zur Lagerung weitergeführt wurde. Die aus der Trockungszone und der Kühlzone austretenden Gasströme wurden durch ein Cyclon geleitet, um trockene Nätriumearbonat-peroxid-Teilchen mit einer Korngröße von 33 <fo 4 0,297 mm und >0,177 mm (-50+80); 21 56 < 0,177 mm und >0,149 mm (-80 +100); 29 1o < 0,149 mm und >0,105 mm (-IOO+I4O) und 17 # < 0,105 mm (-HO Mesh, US-Standard Sieve Series - ASTM-E-11-61). zu gewinnen.

Das getrocknete Hatriumcarbonat-peroxid-Produkt war freifließend und kristallin und wies einen Gehalt an aktivem Sauerstoff von 15,18 Gewichtsprozent auf. Der theoretische aktive Sauerstoffgehalt des ITatriumcarbonat-peroxids beträgt 15,28 Gewichtsprozent .

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Claims

Patentansprüche

(T) Verfahren zur Herstellung von trockenem freifließendem kristallinem Natriumcarbonat-peroxid durch Umsetzung von Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat in einem wäßrigen Medium, Kristallisieren, Gewinnen und Trocknen des resultierenden feuchten Natriumcarbonat-peroxids, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) das feuchte Natriumcarbonat-peroxid in eine Trocknungszone einführt, einen erwärmten Gasstrom mit einer Temperatur von 70 bis 150⁰C in diese Trocknungszone einleitet, die Temperatur des aus der Trocknungszone austretenden Gases bei verringerten Werten von 50 bis 13O⁰C hält, das Natriumcarbonatperoxid in der Trocknungszone in Kontakt mit dem erwärmten Gasstrom hält, bis das Fatriumcarbonat-peroxid 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Restfeuchtigkeit enthält;

b) das getrocknete Natriumcarbonat-peroxid in eine Kühlzone einführt, einen Gasstrom mit einer Temperatur von -20 bis 40⁰C in die Kühlzone einführt, die Temperatur des aus der Kühlzone austretenden Gases bei einem höheren Wert von 0 bis 50⁰C hält; das Natriumcarbonat-peroxid in der Kühlzone in Kontakt mit dem Gasstrom hält, bis das Natriumcarbonat-peroxid auf 0 bis 40⁰G gekühlt ist und das gekühlte Material als stabiles trockenes freifließendes kristallines Natriumcarbonatperoxid gewinnt, das 0,001 bis 0,20 Gewichtsprozent an restlicher Feuchtigkeit enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen von trockenem Natriumcarbonat-peroxid aus den Gasen entfernt, die aus der Trocknungszone und der Kühlzone austreten.

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3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des in die Trocknungszone eintretenden Gases "bei-75.Ms. 13O⁰Q und die Temperatur des austretenden Gases bei. 50 bis 80°C gehalten wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumcarbonat-peroxid in der Trocknungszone gehalten wird, bis es 0,10 bis 0,25 Gewichtsprozent Restfeuchtigkeit enthält.

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