DE2739678C3 - Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat - Google Patents

Description

Die Erfindung betri/Ct ein Vorfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, bei dem eine Suspension von 300 bis 600 g/I Natriumhydrogencarbonat in einer wäßrigen Lösung von Natriumcarbonat hergestellt wird, und das Natriumhydrogencarbonat dadurch zersetzt wird, daß die Suspension im Gegenstrom mit unter Druck stehendem Dampf bei Temperaturen' oberhalb von etwa 150° C in Kontakt gebracht wird.

Natriumcarbonat, das in vielen Industrien in großer Menge verbraucht wird, wird meist durch Pyrolyse von Natriumhydrogencarbonat oder Natriumsesquicarbonat hergestellt, welches durch das Ammoniak-Sodaverfahren oder das Ammonchlorid-Sodaverfahren hergestellt wird. Im Ammoniak-Sodaverfahren wird Kohlendioxidgas durch eine wäßrige, mit Ammoniak gesättigte Steinsalzlösung geleitet, wobei Natriumhydrogencarbonat ausfällt, gefolgt von der Abtrennung von Wäsche des Niederschlages. Dieses rohe Natriumhydrogencarbonat wird kalziniert und gibt dabei nach folgender Gleichung Natriumcarbonat:

2 NaHCOj + Wärme-Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (I)

In Sodaanlagen, in denen das Ammoniak-Sodaverfahren angewandt wird, wird üblicherweise Natriumhydroxid durch Zugabe von Kalkmilch zu einer Natriumcarbonatlösung hergestellt, wobei die Kaustifizicrung nach folgender Gleichung durchgeführt wird:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂-2 NaOH + CaCO₃

Für diesen Zweck ist ein sogenanntes Naßkalzinierungsverfahren zur Herstellung einer Natriumcarbonatlösung gebräuchlicher als das oben beschriebene trockene Kalzinierungsverfahren.

Ein solches Naßkalzinierungsverfahren der eingangs genannten Art wird in der DE-AS 12 21 616 beschrieben. Dieses Verfahren wird zweistufig durchgeführt. Zunächst wird eine NaHCOrSuspension in einem Zersetzerturm im Gegenstrom mit Dampf geführt, bis eine Zersetzung von vorzugsweise 70 Mol-°/o erreicht ist Diese teilweise zersetzte Aufschlämmung wird dann in ein Druckgefäß geleitet und darin erhitzt, ohne daß die Aufschlämmung im Gegenstrom mit Dampf geführt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß nur eine Zersetzung von bis zu 92 Mol-% erreicht wird. Als Folge davon benötigt man bei der oben beschriebenen Kaustifizierung der entstandenen Natriumcarbonatlösung (im folgenden Sodalösung genannt) einen beträchtlichen Oberschuß an Kalkmilch, was einen unnützen Beitrag zu den Kosten von Natriumhydroxid bedeutet,

is da das Hydrogencarbonat, das in der Sodalösung unzersetzt bleibt, zweimal so viel Äquivalente Calciumhydroxid verbraucht als das Carbonat. Nachteilig an dem vorbekannten Verfahren ist ferner, daß für die zweite Stufe relativ aufwendige Druckgefäße benötigt werden.

Für die Bereitstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat als Handelsehemikälie ist es erforderlich, daß das Anhydrid die Form kristalliner Partikel mit relativ hoher Schüttdichte wie 1,05 bis 1,2 g/cm³ (sogenannte dichte wasserfreie Soda) mit einheitlicher Partikelgröße annimmt Die Kalzinierung von rohem Natriumhydrogencarbonat, das im Ammoniak-So iaverfahren erhalten wird, liefert Partikel an wasserfreiem Natriumcarbonat mit relativ geringer Schüttdichte, d.h. eine sogenannte leichte wasserfreie Soda. Die leichte wasserfreie Soda wird ausreichend mit Wasser angefeuchtet und dann unter Bildung des kristallinen Natriumcarbonatmonohydrats geknetet Die Kalzinierung des kristallinen Monohydrats ergibt das Anhydrid in kristallinen Partikeln mit einer Schüttdichte, die der einer dichten wasserfreien Soda entspricht Nachteilig an diesem Verfahren ist es, daß die dichte wasserfreie Soda nicht mit ausreichend einheitlicher Partikelgröße erhalten wird. Es ist daher notwendig, die Partikelgröße des kalzinierten Produktes durvfl Sieben einzustellen, um ein wertvolles Handelsprodukt von wasserfreier Soda zu erhalten.

Wenn natürlich vorkommende Trona (chemisch: Natriumsesquicarbonat) als Ausgangsmaterial für was-

•*5 serfreie Soda verwendet wird, ist es dichte wasserfreie Soda mit zufriedenstellend einheitlich großen Partikeln zu erhalten, indem man einige Maßnahmen ergreift, um die Kristallisation des Monohydrats aus der konzentrierten Lösung zu steuern. Es wird jedoch nur ein begrenzter Teil an wasserfreier Soda aus natürlich vorkommender Trona erhalten.

Beim oben beschriebenen Ammoniak-Sodaverfahren wurde versucht, durch Konzentrierung der Lösung für die Kristallisation des Natriumcarbonatmonohydrats und durch Kalzinierung des Monohydrats nach der Abtrennung aus der Mutterlauge und dem Waschen wasserfreies Natriumcarbonat als dichte wasserfreie Soda aus der oben beschriebenen Sodalösung zu erhalten. In diesem Fall stell' die Unvollständigkeit bei der Zersetzung des Natriumhydrogencarbonats bei der nassen Kalzinierung ein ernstes Problem für die Kristallisation des Natriumcarbonatmonohydrats dar. Es ist unvermeidlich, daß das Natriumsesquicarbonat aus der Sodalösung, die bei diesem Verfahren erhalten wird, zusammen mit dem Natriumcarbonat auskristallisiert, so daß die bei der nassen Kalzinierung erhaltene wasserfreie Soda weder in der Reinheit noch in der Schüttdichte zufriedenstellend ist. Daneben ist ein

großer Energieverbrauch notwendig für die Konzentrierung der Sodalösung. Entsprechend einer der für dieses Verfahren vorgeschlagenen Verbesserungen wird die Sodalösung durch Zugabe von Natriumhydroxid vor der Konzentrierung der Lösung vollständig in eine Natriumcarbonatlösung überführt Diese Verbesserung löst jedoch nicht das Problem des großen Energieverbrauchs bei der Konzentrierung, da die Sodalösung, die bei dem nassen Kalzinierungsverfahren anfällt, immer eine ungesättigte Lösung ist Wegen \o dieser Unwirtschaftlichkeit ist die nach dem nassen Kalzinierungsverfahren erhaltene Sodalösung nicht zur industriellen Herstellung von wasserfreier Soda verwendet worden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein äußerst wirtschaftliches Verfahren der eingangs genannten Art zu scharfen, bei dem eine nahezu vollständige Zersetzung des Hydrogencarbonats erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird die bei dem Verfahren erhaltene Suspension von wasserfreiem Natriumcarbonat so weiterverarbeitet, daß eine dichte wasserfreie Soda mit hoher Reinheit und praktisch einheitlicher Partikelgröße erhalten wird.

In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck »Natriumhydrogencarbonat« nicht nur Natriumhydrogencarbonat sondern auch Natriumsesquiearbonat und eine Mischung dieser beiden Substanzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein einstufiges Verfahren, bei dem bis zum Ende der Zersetzung die Suspension im Gegenstrom mit Dampf in Kontakt gebracht wird. Die Hydrogencarbonatsuspension und der unter Druck stehende Dampf werden im Gegenstrom vorzugsweise in einem Zersetzerturm mit mehreren Glockenboden oder Siebboden in Kontakt gebracht, vorzugsweise bei einem absoluten Druck zwischen 5 und 12 kg/cm² im untersten Teil des Turmes, wo der Dampf eingeführt wird, und zwischer 1 und 10 kg/cm² im obersten Teil des Turmes, wo die Suspension eingeführt wird, um die oben angegebene Temperaturbedingung einzuhalten und als Folge davon eine hohe HCC>3--Ionenkonzentration in der Lösung aufrechtzuerhalten. αϊ

Bei diesem Verfahren erreicht die Zersetzung des Natriur.ihydrogencarbonats leich; 96 bis 99 Gew.-°/o.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur der erhaltenen Natriumcarbonatsuspension auf einen Wert unterhalb der Umwandlungstemperatur der wasserfreien Form in das Monohydrat von Natriumcarbonat gesenkt, um dadurch in der Suspension dit Umwandlung Jes wasserfreien Natriumcarbonats in das Monohydrat zu bewirken, das entstandene kristalline Monohydrat von der Mutterlauge abge- 5, trennt, das abgetrennte Monohydrat unter Bildung kristalliner Partikel von wasserfreiem Natriumcarbonat kalziniert und die Mutterlauge zur Herstellung der Natriumhydrogencarbonatsuspension in das Verfahren zurückgeführt. Auf diese Weise wird das wasserfreie w) Natriumcarbonat in Form kristalliner Partikel mit relativ hoher Schüttdichte erhalten.

Die Umwandlung des Anhydrids in das Monohydrat wird wirkungsvoll dadurch erreicht, daß die Temperatur der Suspension etwa 5 bis 20⁰C unter den Umwandlungspunkt gesenkt wird unter der Bedingung, daß eine ausreichende Menge an Impfkristallen des Monohydrats immer währeuJ des Umwandlungsprozesses in der Suspension anwesend ist Die Anhydridsuspension kann durch einen Flüssigkeitszyklon oder Eindicker vor der vollständigen Temperatursenkung etwas konzentriert werden.

Die nach diesem Verfahren erhaltene dichte Sodaachse ist von hoher Reinheit und hat eine einheitliche Partikelgröße zur vollen Zufriedenheit der Verbraucher.

F i g. 1 ist eine Skizze, teilweise im Schnitt eines Zersetzerturms, der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird;

F i g. 2 ist eine Temperatur/Löslichkeitskurve für die Erklärung einer Reaktionsbedingung im erfindungsgemäßen Verfahren;

F i g. 3 ist ein Fließschema, das das erfindungsgemäße Verfahren zeigt

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine Suspension von Natriumcarbonatpartikeln in einer Natriumcarbonatlösung, die geringe Mengen Natriumhydrogencarbonat und Natriumchlorid enthält Die Mutterlauge dieser Suspension wird als eine konzentrierte Natriumcarbonatlösung bei der Herstellung einer Natriumhydrogencarbonatsuspension in atr ersten Stufe des Verfahrens verwendet Diese Lösung wird in einen mit einem Rührer versehenen Tank eingeführt und rohes Natriumhydrogencarbonat, das z. B. nach dem Soda-Ammoniak-Verfahren erhalten wurde, wird zu der Lösung in einer solchen Menge zugesetzt daß die entstehende Suspension 300 bis 600 Gramm/Liter NaHCCb als suspendierte feste Partikel enthält Es ist wünschenswert, daß die Suspension bei einer Temperatur von etwa 8O⁰C oder darüber gehalten wird; eine Temperatur von 90⁰C oder darüber ist vorteilhafter. Das meiste des rohen zu der Lösung gegebene Natriumhydrogencarbonats löst sich in der Lösung und kristallisiert teilweise als Natriumsesquicarbonat aus. Die Zugabe von rohem Natriumhydrogencarbonat erfolgt unter Durchmischung, die ausreicht, um eine gut dispergierte Suspension zu erhalten und um die nachfolgende Behandlung der Suspension zu erleichtern. Anstelle eines industriell hergestellten rohen Natriumhydrogencarbonats kann auch natürlich vorkommendes Trona für die Herstellung der oben beschriebenen rohen Natriumhydrogencarbonatsuspension verwendet werden.

Um einen wirkungsvollen Gas/Flüssigkeitskontakt zwischen dem unter Druck siehenden Dampf -jnd der so hergestellten Suspension oder Aufschlämmung zu erreichen, verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einen Zersetzerturm, der bei hohen Drücken arbeiten kann und der entweder mehrere Glockenboden oder Siebboden (oder Schlitzboden) aufweist, die eine Ablagerung von /estern Material auf ihnen ausschließen. F i g. 1 zeigt den Zersetzerturm als einen Glockcnbodenturm 10, der eine Anzahl von Glockenboden 12 aufweist, die in Abständen zueinander angeordnet sind. Der Zersetzerturm 10 hat einen Flüssigkeitseinkß 14 im oberen Teil, einen Gaseinlaß 16 im unteren Teil, einen Gasauslaß 18 am Kopf und einen Flüssigkeitsauslaß 20 am Boden. Die Natriumhydrogencarbonataufschlämmung wird in den Turm 10 durch den Einlaß 14 so eingefüllt, daß es das ganze Volumen des Turms 10 ausfüllt und kontinuierlich durch die Schwerkraft nach unten fließt. In diesem Stadium wird Dampf, der unter einem absoluten Druck von 5—12 kg/cm² steht durch den Einlaß 16 in den Turm 10 geblasen, so daß die nach unten fließende Aufschlämmung mit dem nach oben strömenden Dampf im Gegenstrom in Kontakt kommt. Die Ausführung des Turms 10 und der Druck des

Dampfes sind so gewählt, daß der Druck im untersten Teil des Turms 10 5—12 kg/cm' (absolut) und im obersten Teil des Turms 1 — 10 kg/cm² (absolut) beträgt.

Die Temperatur erreicht und bleibt in jedem Teil des Turms 10 beim Siedepunkt der Aufschlämmung, der dem im entsprechenden Teil des Turms herrschenden Druck entspricht, so daß das Natriumhydrogencarbonat in dem Turm 10 eine sehr hohe Löslichkeit aufweist. Entsprechend pyrolysiert das Natriumhydrogencarbonat beim Kontakt mit dem Dampf leicht in Natriumcarbonat. Da die flüssige Phase der Aufschlämmung schon mit Natriumcarbonat gesättigt ist, verursacht die Bildung von Natriumcarbonat bei der Pyrolyse, daß kristallines wasserfreies Natriumcarbonat ausfüllt. Bevor die Natriumhydrogencarbonataufschlämmung am Boden des Turms 10 ankommt, wandelt sie sich in eine Aufschlämmung um. deren fester Teil ganz aus wasserfreiem Natriumcarbonat mit einer Konzentration von 200-400 g/l besteht. Die Reaktion im Zersetzerturm 10 wird durch die Gleichung (1) wiedergegeben. Die Zersetzung des Natriumhydrogcncarbonats erreicht leicht eine Höhe von 96 — 99%.

Der Grund für einen derartig hohen Zersetzungsgrad wird wie folgt erklärt. Die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion in dem Turm 10 wird durch die HCOi -lonenkonzentration in der Sodalösung bestimmt: je höher die HCOi -lonenkonzentration ist. desto höher werden der Partialdruck des CO: in dem Turm 10 und daher die Zersetzungsgeschwindigkeit und umgekehrt. Erfindungsgemäß wird die Bedingung für die Zersetzungsreaktion im Turm 10 dadurch erreicht, daß für eine ausreichend hohe HCOi -lonenkonzentration gesorgt wird.

Was das NaHCOi- Na.-COj- HjO-System bei Temperaturen zwischen 100 und 200" C betrifft, so zeigt F i g. 2 die Änderung der kritischen NaHCOj-Konzentration, unterhalb welcher Na^CO, allein als Substanz am Boden der Flüssigkeit, d. h. als Bodenkörper beständig ist bei Temperaturen zwischen 100 und 200C. Bei 130°C z. B. ist wasserfreies Na_:COjals Bodenkörper beständig, wenn die NaHCOj-Konzentration unterhalb 0.9mol/kg liegt, aber Na_:COj-2 NaHCOj ■ 2 H_:O beginnt aus der Lösung auszufallen, wenn die Konzentration über 0,9 mol/kg steigt. Bei 160^; C ist wasserfreies Na:COj als Bodenkörper beständig bis die NaHCOj-Konzentration auf 1,6 mol/kg ansteigt, bei höheren NaHCOj-Konzentrationen fällt dagegen

NaCO₃ ■ 3 NaHCOj als Bodenkörper aus. Es ist eine bemerkenswerte Tatsache, daß die HCOj •lonenkonzentration in diesem System einen starken Anstieg zeigt, wenn die Temperatur 150' C übersteigt.

Die Temperatur wird im Zersetzerturm 10 über 150^cC gehalten mit der Absicht, ausreichend hohe HCOj"-Ionenkonzentrationen aufrechtzuerhalten, so daß die Zersetzung von Natriumhydrogencarbonat. d. h. die Freisetzung von CO₂-GaS, erleichtert werden kann. Zusätzlich wird Natriumhydrogencarbonat zu der Sodalösung in einer solchen Menge zugesetzt, daß die Anwesenheit einer festen Phase, die NaHCOj als Bodenkörper enthält während der Zersetzung gewährleistet ist Als Folge davon fällt das bei der Zersetzung des Hydrogencarbonats gebildete Natriumcarbonat sofort aus der Lösung als Anhydrid aus, das als Bodenkörper beständig ist Da in diesem Verfahren rohes Natriumhydrogencarbonat in Form einer dicken Aufschlämmung zugeführt wird, liegt das meiste des zugeführten Hydrogencarbonats als suspendierte Partikeln vor und zersetz! sich daher schnell. Wenn die Zersetzung zu einem solchen Ausmaß fortschreitet, daß nicht länger NaHCO) als Bodenkörper vorliegt, erfolgt ein schnelles Absinken der HCOj- -Konzentration in der Sodalösung. Dieses Phänomen erfolgt jedoch, wenn die Aufschlämmung sich dem Boden des Turms 10 nähert, so daß die Aufschlämmung, die eine herabgesetzte HCOi--lonenkonzentration aufweist, in Anwesenheit von wenig CO2-Gas mit dem Dampf im Gegenstrom in Kontakt kommt. Entsprechend kann die Zersetzung des Hydrogencarbonats selbst in diesem Zustand fortschreiten und wird beinahe vollständig, bevor die Aufschlämmung am Boden des Turms 10 ankommt.

LIm ein ausreichend hohes Maß an Zersetzung wie 9b —99% zu erreichen, muß der Durchgang der Hvdrogencarbonataiifschlämmung durch den Zer setzerturm IO eine bestimmte Zeit dauern, die zur Vervollständigung der Zersetzung ausreicht. Die Geschwindigkeit der Zersetzung wird in erster Linie durch die HCOi -lonenkonzentration in eier Snuaiösimg bestimmt, wird jedoch auch durch die Geschwindigkeit der Auflösung des als Bodenkörper anwesenden NaIICO] beeinflußt und durch die Geschwindigkeit des Wachsens der Kristalle des bei der Zersetzung gebildeten wasserfreien Na₂CO). Vorzugsweise verweilt die Natriumhydrogencarbonataufschlämmung im Turm IO 0,5 bis 2 Stunden.

Der Zersetz.erturm IO entspricht einem Fraktionierturm und hat die Funktion, das CO₂GaS abzustreifen. Das bei der Zersetzungsreaktion im Turm 10 gebildete CO:-Gas wird durch den unter Druck stehenden Dampf milgefiihrt und durch Auslaß 18 oben am Turm 10 ausgetragen. Wie F i g. 3 zeigt, wird die noch unter Druck stehende Dampf-COj-Mischung durch die Leitung 29 über einen Wärmeaustauscher 42 >n einen Kühler 50 geführt, um den Dampf zu kondensieren. Die Entfernung des Kondensats läßt ein praktisch reines CO.-Gas zurück, das in einen Carbonisierturm des Ammoniak-Soda-Verfahrens geleitet werden kann, ohne daß es unter Druck gesetzt werden muß.

Die wasserfreie Natriumcarbonataufschlämmung. die am Boden den Auslaß 20 des Zersetzerturms 10 verläßt, wird durch eine Leitung 31 zu einem Wärmeaustauscher 34 geführt, um ihre Wärme auf die Natriumhydrogencarbonataufschlämmung zu übertragen, die durch die Leitung 27 zum Zersetzerturm 10 geführt wird.

Beispiel 1

Eine Aufschlämmung von Natriumhydrogencarbonat wurde kontinuierlich in einem Mischtank 24. der einen Rauminhalt von 5000 Liter hatte und mit einem Rührer versehen war. bereitet. Eine heiße Sodalösang mit einem Gehalt von 27 Gew.-% Na₂CO₃. 2.5 Gew.o/o NaCl und 2 Gew.-% NaHCO₃ wurde durch Leitung 21 aus einem Vorratsgefäß für Mutterlauge 30 mittels einer Pumpe 28 in den Mischtank 24 in einer Menge von 3200 kg/h zugeführt. Gleichzeitig wurde eine rohe Suspension von Natriumhydrogencarbonat aus dem Soda-Ammoniak-Verfahren durch Filter 26 (mit Leitung 23) geschickt so daß feuchtes Natriumhydrogencarbonat (85% NaHCO₃) über Leitung 25 in den Mischtank 24 in einer Menge von 1200 kg/h zugeführt wird. Die Sodalösung und das rohe Natriumhydrogencarbonat wurden durch andauerndes Rühren im Tank 24 bei Temperaturen über 90° C gut gemischt Die resultierende Aufschlämmung von Natriumhydrogencarbonat wurde mittels Pumpe 32 in Leitung 27 unter Druck gesetzt im Wärmetauscher 34 auf 130° C erhitzt und

dann in den Zersetzerturm 10 durch den oberen Einlaß 14 überführt. In diesem Beispiel hatte der Turm 10 einen Durchmesser von 0,76 m und eine Höhe von 15 m und hatte 14 Glockenböden 12. Gleichzeitig wurde Dampf mit einem aosoluten Druck von 5,5 kg/cm² über Leitung 19 durch den unteren Einlaß 16 in den Turm 10 in einer konstanten Menge von 750 kg/h eingeführt, um ihn im Gegenstrom mit der absteigenden Aufschlämmung in Kontakt zu bringen. Als Ergebnis wurde eine Aufschlämmung von wasserfreiem Natriumcarbonat aus dem unteren Auslaß 20 des Turms 10 in einer Menge von 4370 kg/h ausgetragen. Die Temperatur dieser Aufschlämmung betrug 156°C. der Feststoffgehalt der Aufschlämmung betrug 11,3 Gew-%. Die Aufschlämmung wurde auf I15"C abgekühlt und dann konzentriert: es resultierten 1400 kg einer Aufschlämmung von wasserfreiem Natriumcarbonat mit einem Feststoffgehalt von 35 Oew.% und 2970 kg Mutterlauge. Die Zusammensetzung der konzentrierten Aufschlämmung

Feste Phase:

Na₃CO,
Flüssige Phase:

Na₂CO,

NaHCOi

NaCI

490 kg

235 kg

21 kg

22 kg

Form in das Monohydrat von Natriumcarbonat gehalten werden, was zur Umwandlung der wasserfreien Form in der Aufschlämmung in das Monohydrat führt. Wenn das Verfahren kontinuierlich geführt wird, sollte darauf geachtet werden, daß Natriumcarbonatmonohydrat-Impfkristalle in einer Menge vorhanden sind, die ausreicht, um den Austrag der Monohydrataufschlämmung aus dem Kristallisiertank 38 auszugleichen. Die Menge an Monohydrat-Impfkristallen im Tank 38 sollte mehr als dreimal, vorzugsweise mindestens fünfmal so groß wie die aus dem Tank 38 alisgetragene Menge Monohydrat sein, um das Ausfallen sehr feiner Monohydratkristalle aus der Lösung zu verhindern. Kristallines Natriumcarbonatmonohydrat, das im Tank 38 auskristallisiert wurde, wurde als Impfkristalle verwendet. Ein oberer Abschnitt 38a des Kristallisiertanks 38 dient als Klärkammer, und der obenerwähnte überstehende Teil der Natriumcarbonataufschlämmung wird aus diesem Abschnitt 38<i des Tanks 38 abgezogen.

Die Zersetzungsquote bezogen auf eingebrachtes Natriumhydrogencarbomit betrug 97%.

Fine Alisführungsform für die Herstellung von dichter wasserfreier Soda aus der Nairiiimcarbonntaufschläm-Tiung. erhalten nach dem oben beschriebenen und erläuterten Verfahren, wird im einzelnen im Zusammenhang mit F i g. 3 beschrieben.

Die Natriumcarbonataufschlämmung. die aus dem Turm 10 ausgetragen wird, wird über Leitung 31 in den Wärmetauscher 34 überführt, um die Wärme auf die Natriumhydrogencarbonataufschlamniung, die durch Leitung 27 läuft, zu übertragen. Die gekühlte Natriumcarbonataufschlämmung wird zur Konzentrierung über Leitung 33 in einen Flüssigkeitszyklon 36 geführt. Als andere Möglichkeit kann die Aufschlämmung auch unter Überdruck in einem Eindicker konzentriert werden. Leitung 35 überführt die konzentrierte Aufschlämmung in einen Kristallisiertank 38, während die überstehende Lösung über Leitung 37 in einen Entspannungstank 46 geführt wird, wo der Druck auf Atmosphärendruck reduziert wird, und dann über Leitung 57 in den Mutterlaugenvorratsbehälter 30 geleitet wird.

Ein Teil der überstehenden Aufschlämmung im Kristallisiertank 38 wird durch Leitung 39 mittels Pumpe 40 in den Wärmetauscher 42 gebracht, wo Wärme aus dem Dampf/COi-Gemisch, das durch Leitung 29 fließt, auf sie übertragen wird. Die erhitzte Lösung wird in einen Vakuumkühler 44 eingeführt und dann gekühlt und leicht konzentriert in den Kristallisiertank 38 zurückgeführt Die Brüden, die im Vakuumkühler 44 gebildet werden, werden durch Vakuum über Leitung 43 in den Kondensator 48 gesaugt. Die Brüden, die aus dem Entspannungstank 46 abgelassen werden, werden über Leitung 43 ebenfalls in den Kondensator 48 gesaugt, wobei der Wasserdampf in diesen Brüden durch äußere Wasserkühlung kondensiert wird und CO2 über Leitung 43 zurückgewonnen wird Dadurch kann die Temperatur der Natriumcarbonataufschlämmung im Kristaiiisiertank 38 5 bis 20° C unterhalb des Umwandlungspunkts (etwa 100° Q der wasserfreien

πρ.,ηΜ irs A'inrnn

kontrolliert, um die Menge an feinen Kristallen zu steuern, die in der Mutterlauge, die durch Leitung 39 geführt wird, enthalten sind. Diese feinen Kristalle werden in der Mutterlauge aufgelöst, wenn diese im Wärmetauscher 42 erwärmt wird.

Betrachtet man die Reaktion im Zersetzerturm 10 und die Umwandlung im Kristallisiertank 38 zusammen, ergibt sich als einziges zugeführtes rohes Natriumhydrogencarbonat und als Austrag Natriumcarbonatmonohydrat und Kohlendioxid. Die Gesamtreaktion kann wie folgt zusammengefaßt werden:

2 NaHCOi - Na₃CO₁ ■ H_:O + CO₃

Theoretisch tritt Wasser weder in das Reaktionsssystem ein noch aus. In praxi jedoch wird etwas Wasser in das Reaktionssystem als Feuchtigkeit des rohen Natriumhydrogencarbonats. als Waschwasser für die Wäsche des Nalriumcarbonatmonohydrats und als kondensierter Dampf, der im Zersetzerturm 10 verwendet wird, eingebracht, so daß es notwendig ist. überschüssiges Waiser aus dem Reaktionssystem durch Verdampfen und/oder über eine Auskreisleitung 5*i an der Leitung 21, welche das Mutterlaugenvorratsgefäß 30 mit dem Mischtank 24 verbindet, zu entfernen. Das Kühlen im Vakuumkühler 44 im Anschluß an das Erhitzen im Wärmeaustauscher 42 führt zur Entfernung von etwas Wasser durch Verdampfen dadurch, daß der verlorene Dampf alleinige Wärmequelle ist.

Die Geschwindigkeit des Kristallwachstums im Kristallisiertank 38 ist, anders als die oben beschriebene Menge an Impfkristallen, ein wichtiger Faktor für die Kontrolle der Verteilung der Teilchengröße der Monohydratkristalle. Diese Geschwindigkeit des Kristaliwachstums hängt von der Umwandlungsgeschwindigkeit der wasserfreien Form in das Monohydrat ab: das Aufrechterhalten einer Temperatur der Aufschlämmung im Kristallisiertank 38 im Bereich von 5—20' C unterhalb der Umwandlungstemperatur führt zu einer vorteilhaften Umwandlungsgeschwindigkeit.

Die Natriumcarbonatmonohydrataufschlämmung, die aus dem untersten Abschnitt des Kristallisiertanks 38 ausgetragen wird, wird durch Leitung 49 mittels einer Pumpe 52 in einen Eindickertank 54 geführt, und ein überstehender Teil der Aufschlämmung wird aus dem Eindickertank 54 in den Kristallisiertank 38 über Leitung 51 zurückgeführt. Die eingedickte Monohydratsuspension wird durch Leitung 53 in einen Separator 56, beispielsweise eine Zentrifuge, überführt Nach Abtren-

IO

nung von der Mutterlauge werden die Monohydratkristalle mit einer kleinen Menge Wasser gewaschen und danach der Kalzinierung in einer Heizvorrichtung 60 wie einem rotierenden Multirohrdampferhitzer unterworfen, wobei durch Entwässern wasserfreie Soda entsteht. Die Mutterlauge wird über Leitung 55 in den Vorratsbehälter 30 geführt, um dam? in den Mischtank 24 zurückgeführt zu werden.

Beispiel 2

Kint; Aufschlämmung von Natriumhydrogencarbonat wurde in generell derselben Weise wie in Beispiel I hergestellt. In diesem Fall hatte der Mischtank einen Kauminhalt von 10 m', und die Sodalösung, die aus dem Vorratsbehälter 30 in einer Menge von 8,54 t pro Stunde /iiriickgeführt wurde, enthielt 27 Gew.-°/o Na^CO₁. 2,4 Gew-% NaCI und O.b Gcw.-% NaIICO.. Die ZufuhrnipntTp von ruhrm isLitniinihyilropnncarhonat (88.76 Gew"-% NnHf.O,. 0,44 Gew.-%' NaCI und 12.80 Gew-% HjO) in den Mischrank 24 war J.06 t pro Stunde. Diese Materialien wurden durch kontinuierliches Rühren bei 90 C gut gemischt. Der Zerset/erturm 10 hatte einen Durchmesser von \.b m und eine Höhe von 20 m und 18 Glockenboden 12. Die Nntriumhydrogenearbonaiaufsohlämmung wurde in diesen Turm 10 über den Wärmeaustausche! 54 in einer konstanten Menge so eingepumpt, daü der Flüssigkeitsspiegel im Mischtank 24 konstant blieb, Gleichzeitig wurde Dampf mit einem absoluten Druck von b kg/cm- vom Boden in iien Turm IO mit einer konstanten Menge von 1,55 t pro Stunde eingeführt, um ihn im Gegenstrom mit der absteigenden Hydrogennirbonataufschlämmung in Kontakt zu bringen. Die Temperatur im Turm 10 betrug 145'C im obersten Abschnitt und 160° C im untersten Abschnitt. Die Menge des ausgetragenen Gases am Kopf des Turms IO betrug 1.86 t pro Stunde mit einer Zusammensetzung von 37,4 Gew.-% CO> und 62.6% HjO. Eine aus dem Zersetzerturm 10 kommcne Aufschlämmung von wasserfreiem Natriumcarbonat wurde in dem Wärmeaustauscher 34 gekühlt und dann in dem Flüssigkeitszyklop 36 konzentriert. Der flüssige, den Zyklon 36 verlassende Teil wurde über den Entspannungstank 46 zu dem Mutterlaugenvorratsbehälter 30 geführt und der konzentrierte Teil wurde in den Kristallisiertank 38 eingeführt, in dem sich schon ein Natriumcarbonatmonohydratbett aus einer vorhergehenden Charge befand. Der Kristallisiertank 38 in diesem Beispiel hatte einen Rauminhalt von 40 m³ und war mit dem Vakuumkühler 44 und dem Wärmeaustauscher 42 verbunden. Die Temperatur der Aufschlämmung in dem Kristallisiertank 38 blieb bei 80⁰C aufgrund der Druckherabsetzung auf Atmosphärendruck und einer teilweisen Verdampfung. Eine überstehende Fraktion der Aufschlämmung wurde durch die Leitung 39, wie vorne beschrieben, in das Verfahren zurückgeführt. Eine Aufschlämmung von Natriumcarbonatmonohydrat, die aus dem Kristallisiertank 38 gezogen wurde, wurde zu dem Zentrifugenseparator 56 durch den Eindickertank 54 geleitet. Nach der Abtrennung von der Mutterlauge uml dem Waschen mit Wasser wurde das kristalline Natnumtarbonatmom>h\ drat bei Temperaturen von 160 bis 180X in einem Drehofen 60 kalzinieit. Dabei wurde eine dichte wasserfreie Soda in einer Menge von 1.3) Tonnen j·' Stunde erhalten. Die Muttei lauge die in dem Reservoir 30 gesammelt wurde, hatte du- bei der Herstellung der Nalritimhydropt'iii'.it lh in.ι t;uiKrhl;tmm:miJ vrenniinU¹ Zusammensetzung. Dice Mutterlauge wurde /u dem Mischtank 24 /urin kgefülirt mi: Ausnahme des Aliskreisens einer kleweti Mengi· lur den Ausgleich von NaCI und H.O.

Das in diesem Beispiel -jrhaitene wasserfreu; Ν,ιΐπ umcirbonat haue eine S-, hiittdichie viii 1.2 g. em'. Die mit SLindardsicben gojv.ifte Verteilung der f'iiitikeleröl3e und ti ic \n -'v-e. cle-· wasserfreien Natriumcarbonats zeigieti die .^;' den l'abellen I iird Il angegebenen Werte.

Tabelle I

0.833 mm ·	1.3
0.589 nun f	Ί.5
0.417 mm -	ld.7
0.295 mm -
O.2O8mm '	13.S
0,147mm *-	5.S
').147mm -	2.7
Tabelle Il
Na-CO,	99.87GeW.-1
NaCI	0.13 Gew.-1

Summe

100

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, bei dem eine Suspension von 300 bis 600 g/l Natriumhydrogencarbonat in einer wäßrigen Lösung von Natriumcarbonat hergestellt wird, und das Natriumhydrogencarbonat dadurch zersetzt wird, daß die Suspension im Gegenstrom mit unter Druck stehendem Dampf bei Temperaturen oberhalb von etwa 150⁰C in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension gegen Ende der einstufigen Zersetzung, wenn Natriumhydrogencarbonat nicht mehr als Bodenkörper vorliegt, weiterhin mit Dampf in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Druck gegen Ende der Zersetzung 5 bis 12 kg/cm² und 1 bis 10 kg/cm² zu Beginn der Zersetzung beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der erhaitenen Suspension von wasserfreiem Natriumcarbonat auf einen Wert unterhalb der Umwandlungstemperatur der wasserfreien Form in das Monohydrat von Natriumcarbonat gesenkt wird, das anfallende kristalline Natriumcarbone !monohydrat abgetrennt und kalziniert wird.