DE3780759T2

DE3780759T2 - Verfahren zum trennen von alkalimetallbikarbonat-teilchen von einer an ihrer oberflaeche adsorbierten fluessigen schicht von chlorhydrat einer azotierten organischen base und verfahren zur herstellung von alkalimetallbikarbonat.

Info

Publication number: DE3780759T2
Application number: DE8787202054T
Authority: DE
Inventors: Claude Breton; Leon Ninane
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-10-28
Also published as: PT86077A; CN1012892B; FR2605892B1; FR2605892A1; EP0266831A1; ATE78797T1; EP0266831B1; ES2033811T3; JPS63134514A; CN87107296A; DE3780759D1; PT86077B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung von AIkalimetallbicarbonat-Körnchen von einer sie imprägnierenden, flüssigen Schicht von Chlorhydrat einer stickstoffhaltigen organischen Base.
Ein Verfahren zur Herstellung von Natriumbicarbonat ist bekannt, gemäß dem man eine wäßrige Lösung von Natriumchlorid und eine organische Lösung eines wasserunlöslichen Amins mischt, die resultierende Mischung mit einem Kohlensäureanhydrid enthaltenden Gas behandelt, sie dann einer Dekantierung unterzieht, um eine wäßrige Suspension von Natriumbicarbonat und eine organische Lösung des Amin-Chlorhydrats abzutrennen. Die wäßrige Suspension wird daraufhin einer Dekantierung oder einer Filtrierung unterzogen, um daraus das feste Natriumbicarbonat, das diese enthält, zu extrahieren, und die organische Lösung wird zur Rückgewinnung des Amins, das man in das Verfahren zurückführt, behandelt (Patent GB-A-1082436 (KAISER ALUMINIUM & CHEMICAL CORPORA- TION) Seite 2, Zeile 105 bis 125; Central Patents Index, Basic Abstracts Journal, Section E: Week 7.49, Derwent Publication Ltd., London, Zusammenfassung 78430T-E Patentanmeldung JP-A-7241237 (Israel Mining Inds. Inst. Res. & Dev.)).
Das am Ende dieses bekannten Verfahrens erhaltene Natriumbicarbonat fallt im allgemeinen in Form von Körnchen an, die mit einer Adsorptionsschicht der organischen Lösung des Chlorhydrats des Amins imprägniert sind. Die Aliwesenheit dieser Schicht verursacht
Nachteile, da sie der Qualität des Natriumbicarbonats schadet und einen Verlust von Amin nach sich zieht.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, indem sie ein Verfahren liefert, das es gestattet, das Chlorhydrat einer organischen stickstoffhaltigen Base - insbesondere das auf den Alkalimetallbicarbonat-Körnchen adsorbierte Amin-Chlorhydrat - auf wirksame und wirtschaftliche Weise zurückzugewinnen, und dabei gleichzeitig die Herstellung eines Alkalimetallbicarbonats mit verbesserter Qualität erlaubt.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Trennung von Alkalimetallbicarbonat-Körnchen von einer an ihrer Oberfläche adsorbierten flüssigen Schicht von Chlorhydrat einer stickstoffhaltigen organischen Base; erfindungsgemäß werden die Körnchen in einem wäßrigen Bad dispergiert und die resultierende wäßrige Suspension nacheinander einer Durchwirbelung und einer Dekantierung unterzogen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die stickstoffhaltige organische Base definitionsgemäß jedes wasserunlösliche, stickstoffhaltige organische Reagenz, das einen hinreichend basischen Charakter aufweist, um mit dem Chlorwasserstoff unter Bildung des Chlorhydrats der Base zu reagieren. Die Flüssigkeit kann aus der organischen stickstoffhaltigen Base als solcher bestehen, da die Base unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens normalerweise flüssig ist. Wahlweise kann die Flüssigkeit eine Lösung von Chlorhydrat in einem geeigneten Lösungsmittel, bevorzugt einem organischen Lösungsmittel, sein. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, Art und Menge des Lösungsmittels in der Weise auszuwählen, daß die Flüssigkeit eine Viskosität aufweist, die 3·10&supmin;³ Pa·s (3 Zentipoise) - unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens bevorzugt 1,5·10&supmin;³ Pa·s (1,5 Zentipoise) - nicht überschreitet. Im Rahmen dieser Erfindung sind die verwendbaren organischen Lösungsmittel beispielsweise Xylol, die Butylbenzole, die Methylethylbenzole, insbesondere der white spirit und die unter den folgenden Warenzeichen bekannten kommerziellen Lösungsmittel: ISOPAR (Esso), einer Mischung von Isoparaffinen, SOLVESSO (Esso), einer Mischung von aromatischen Verbindungen, SHELLSOL AB (Shell), einer Mischung von aromatischen Verbindungen und SHELLSOL K, einer Mischung von aliphatischen Verbindungen.
Die flüssige Schicht ist eine zusammenhängende oder nicht zusammenhängende, dünne, auf den Körnchen adsorbierte Schicht von Flüssigkeit.
Erfindungsgemäß werden die mit der flüssigen Schicht von Chlorhydrat einer organischen stickstoffhaltigen Base bedeckten Körnchen in einem wäßrigen Bad dispergiert und die auf diese Weise erhaltene wäßrige Suspension wird nacheinander einer Durchwirbelung und einer Dekantierung unterzogen.
Das wäßrige Bad kann Wasser oder eine wäßrige Lösung sein. Im Fall einer wäßrigen Lösung sollte diese gegenüber dem Alkalimetallbicarbonat unter den Arbeitsbedingungen bevorzugt chemisch inert sein. Beispielsweise kann die wäßrige Lösung eine wäßrige Lösung von Alkalimetallchlorid sein. Die Verwendung einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallbicarbonat, bevorzugt einer gesättigten Lösung, wird vorgezogen.
Das wäßrige Bad sollte in ausreichender Menge eingesetzt werden, um ein einfaches und wirksames Dispergieren der Alkalimetallbicarbonat-Körnchen zu erlauben und die Bildung von Agglomeraten zu vermeiden. Dennoch ist es ratsam, eine überschüssige Menge des Bads zu vermeiden, was einen übermäßigen Platzbedarf zur Folge hat und einen übermäßigen Energieaufwand im nachfolgenden Schritt der Verwirbelung erfordert. Die günstigste Menge des einzusetzenden Bades hängt von verschiedenen Parametern ab, unter welchen sich die Alt des Bads und die granulometrische Verteilung des Alkalimetallbicarbonats befinden. Die günstigste Menge des einzusetzenden Bades kann fuhr jeden speziellen Fall durch eine Routinearbeit im Labor bestimmt werden
Die Verwirbelung dient dazu, die flüssige Schicht von den Bicarbonat-Körnchen abzulösen und sie im wäßrigen Bad zu dispergieren. Die Verwirbelung kann mittels jeglichen zweckmäßigen Mittels durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Rührwerks oder durch Einleiten von Gas. Intensität und Zeitdauer der Verwirbelung müssen ausreichen, um die flüssige Schicht auf den Körnchen zu entfernen; sie hängen von unterschiedlichen Parametern, insbesondere dem mittleren Körnchendurchmesser, der Alt der Flüssigkeit der Schicht, der Alt des wäßrigen Bads, der Masse der Alkalimetallbicarbonat-Körnchen und der Masse des Bades, ebenso wie von der Temperatur ab. Intensität und Zeitdauer der Verwirbelung können für jedem speziellen Fall leicht durch Routinearbeiten im Labor bestimmt werden.
Die auf die Verwirbelung folgende Dekantierung dient dazu, die Alkalimetallbicarbonat-Körnchen von einer flüssigen, das Chlorhydrat enthaltenden Phase abzutrennen. Die Dekantierung kann durch Gravitation oder Zentrifugieren erfolgen. Nach der Dekantierung wird die oben genannte flüssige Phase abgezogen, so daß man die Alkalimetallbicarbonat- Körnchen erhält.
Unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen Gesichtspunkten wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise bei niederen Temperaturen durchgeführt, bevorzugt unter 60ºC, beispielsweise zwischen 15 und 40ºC.
Das nach dem Dekantieren erhaltene Alkalimetallbicarbonat ist feucht; gegebenenfalls kann man es einem nachfolgenden Trocknungsverfahren unterziehen.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die nach dem Dekantieren erhaltenen feuchten Bicarbonat-Körnchen in einem anderen wäßrigen Bad dispergiert und die resultierende Dispersion wird, wie oben beschrieben, nacheinander einer Verwirbelung und einer Dekantierung unterzogen. Diese besondere erfindungsgemäße Ausführungsform, die mehrfach wiederholt werden kann, steigert die Wirksamkeit des Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf alle organischen stickstoffhaltigen Basen, die in der oben definierten Weise beschaffen sind, und im besonderen auf solche, die nicht wasserlöslich sind, beispielsweise auf wasserunlösliche Imine und ihre Derivate, auf wasserunlösliche, quartäre Ammoniumsalze und auf wasserunlösliche Amine und Aminderivate; im besonderen bezieht es sich auf primäre Amine, insbesondere auf primäre, zwischen 12 und 24 Kohlenstoffatome in dem Molekül umfassende Alkylamine, die eine interessante Verwendung bei der Herstellung von Natriumbicarbonat durch das oben beschriebene Aminverfahren finden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls wirksam angewandt werden, wenn die flüssige Schicht der Bicarbonat-Körnchen eine Mischung der organischen stickstoffhaltigen Base und des Chlorhydrats derselben, beispielsweise einer Mischung, die zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent der Base und zwischen 70 und 30 Gewichtsprozent des Chlorhydrats umfaßt, enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine interessante Anwendung in der Behandlung von Natriumbicarbonat-Körnchen, die durch das oben beschriebene Aminverfahren erhalten werden.
Die Erfindung bezieht sich infolgedessen ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallbicarbonat, gemäß dem man Alkalimetallchlorid in Gegenwart von Wasser mit einem Kohlensäureanhydrid enthaltenden Gas und einer wasserunlöslichen, stickstoffhaltigen organischen Base behandelt, die Reaktionsmischung einer Dekantierung unterzieht, um einerseits eine wäßrige Phase, die eine wäßrige Alkalimetallbicarbonat-Suspension umfaßt, und andererseits eine organische Phase, die das Chlorhydrat der organischen stickstoffhaltigen Base umfaßt, zu erhalten und man die wäßrige Phase behandelt, um daraus das feste Alkalimetallbicarbonat, das diese enthält, und eine Mutterlauge zu extrahieren; erfindungsgemäß wird das feste Alkalimetallbicarbonat in einem wäßrigen Bad einer Durchwirbelung und die daraus resultierende wäßrige Suspension einer Dekantierung unterzogen, wie oben beschrieben.
Die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der begleitenden Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt ein allgemeines Schema einer Anlage zur Herstellung von Natriumbicarbonat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2, 3 und 4 zeigen abgewandelte Ausführungsformen der Anlage in Fig. 1.
In diesen Figuren entsprechen gleiche Bezugszeichen gleichen Elementen.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfaßt eine Kristallisationskammer (1), die in kontinuierlicher Weise mit einer merklich mit Natriumchlorid gesättigten wäßrigen Lösung oder einer wäßrigen Suspension von Natriumchlorid (2), einer organischen Flüssigkeit (3), die das in wäßriger Natriumchlorid-Lösung unlösliche primäre Amin umfaßt und einem Kohlensäureanhydrid enthaltenden Gas (4) beschickt wird. Die organische Flüssigkeit (3) kann beispielsweise eine 50 gewichtsprozentige Lösung eines primären Alkylamins, das unter dem Warenzeichen PRIMENE JMT (Rohm & Haas) bekannt ist und zwischen 18 und 24 Kohlenstoffatome in seinem Molekül umfaßt, in Xylol sein.
Wahlweise kann die organische Flüssigkeit ein flüssiges, primäres Alkylamin, das weniger als 18 Kohlenstoffatome in seinem Molekül umfaßt - beispielsweise das unter dem Warenzeichen PRI- MENE 81R (Rohm & Haas) bekannte Amin, das zwischen 12 und 14 Kohlenstoffatome in seinem Molekül umfaßt - sein, das als solches, ohne in einem Lösungsmittel gelöst zu werden, verwendet wird.
Das Gas (4) ist bevorzugt ein Kohlensäureanhydrid-reiches Gas mit einem minimalen Kohlensäureanhydrid-Gehalt von 60 Gewichtsprozent.
In der Kristallisationskammer (1) kristallisiert Natriumbicarbonat und das Amin wird zum Amin-Chlorhydrat umgesetzt.
Aus der Kristallisationskammer (1) wird eine Flüssigkeit (5) entnommen, die aus einer Mischung von Natriumbicarbonat-Kristallen, einer Mutterlauge der Kristallisation und einer organischen, das Amin-Chlorhydrat umfassenden organischen Phase besteht. Flüssigkeit (5) wird in die Dekantierungskammer (6) überführt, in der infolge der Gravitation die Trennung in die organische Phase des Amin-Chlorhydrats (7) und eine wäßrigen Phase (8), die im wesentlichen eine wäßrige Suspension von Natriumbicarbonat umfaßt, stattfindet.
Die organische Phase des Amin-Chlorhydrats (7) wird in der an sich bekannten Weise in einer Vorrichtung (9) behandelt, um das Amin zurückzugewinnen, das wieder in die Kristallisationskammer (1) zurückgeführt wird.
Die wäßrige Phase (8) wird in eine Absaug- oder Filtriervorrichtung (10) gegeben, aus der man das in Form von Körnchen anfallende Natriumbicarbonat (11) und eine Mutterlauge (12) getrennt gewinnt. Die Mutterlauge wird nach Zugabe von Natriumchlorid in die Kristallisationskammer (1) zurückgeführt.
Erfindungsgemäß wird das feste Natriumbicarbonat (11) mit einem wäßrigen Bad (14) - beispielsweise Wasser, einer wäßrigen Natriumchlorid-Lösung oder stärker bevorzugt, einer wäßrigen Lösung von Natriumbicarbonat - in eine Mischungskammer (13) gegeben. Die Mischung wird in Kammer (13), beispielsweise mittels einer oder mehrerer Schrauben, einer heftigen Verwirbelung unterzogen. Die resultierende Mischung (15) wird daraufhin in eine Dekantierungskammer (16) gegeben, in der durch Dekantierung die Trennung in eine organische Phase (17), die in die organische Phase (7) zurückgeführt wird, und eine wäßrige Phase (18), die in die Absaug- oder Filtriervorrichtung (19) gegeben wird, erfolgt. Aus Vorrichtung (19) erhält man zum einen Natriumbicarbonat-Kristalle (20) und zum andren eine Mutterlauge (21), die in die Kristallisationskammer (1) zurückgeführt wird.
Die Natriumbicarbonat-Kristalle (20) werden auf einen Filter (22) gegeben, wo sie mit fließendem Waschwasser (23) behandelt werden.
Das in Filter (22) erhaltene Natriumbicarbonat (24) kann zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat in einen Kalzinierofen (nicht abgebildet) gegeben werden.
Das aufgefangene Waschwasser (25) wird in die Kristallisationskammer (1) geschickt.
In einer abgewandelten Ausführungsform des Verfahrens wird, bezugnehmend auf Fig. 2, eine wäßrige Phase (8), die von einer organischen Phase (7) getrennt ist, als solche direkt in die Mischungskammer (13) gegeben, in der sie einer heftigen Durchwirbelung unterzogen wird. Die resultierende Mischung (15) wird nachfolgend in der oben beschriebenen Weise behandelt, bezugnehmend auf Fig. 1.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform werden die aus der Dekantierungskammer (19) stammenden Natriumbicarbonat-Körnchen (20) in eine zweite Mischungskammer (26) gegeben, in die zusätzlich der aus dem Filter (22) stammende Wasserstrom (25) geleitet wird. In der Mischungskammer (26) werden das Natriumbicarbonat und das Wasser einem heftigen Rühren unterzogen und die resultierende wäßrige Suspension (27) wird in die Dekantierungskammer (28) geleitet, aus der man getrennt eine wäßrige Lösung (29), die man in die Kristallisationskammer (1) einleitet, und Natriumbicarbonat-Körnchen (30) erhält, die man auf den Filter (22) gibt, wo sie, wie oben, bezugnehmend auf Fig. 1, beschrieben, behandelt werden.
In einer vereinfachten, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens werden die aus der Absaug- oder Filtriervorrichtung (10) stammenden Natriumbicarbonat-Körnchen (11) nach der Carbonatisierung direkt in die Mischungskammer (26) gegeben, wo sie anschließend, wie oben, bezugnehmend auf Fig. 3, beschrieben, behandelt werden.
Das der Beschreibung nachfolgende Beispiel verdeutlicht die Bedeutung der Erfindung.
Man ließ eine wäßrige, näherungsweise mit Natriumchlorid gesättigte Lösung, ein Amin PRIMENE 81R (Mischung von Aminen, die zwischen 12 und 14 Kohlenstoffatome in dem Molekül umfassen) und Kohlensäureanhydrid reagieren, filtrierte die resultierende wäßrige Natriumbicarbonat-Suspension und erhielt getrennt das feste Natriumbicarbonat und die Mutterlauge. Pro kg enthielt das feste Natriumbicarbonat 2 g Amin (in Form einer Mischung von Amin und Amin-Chlorhydrat), und die Mutterlauge wies die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung auf:
NaCl: 132 g/kg
NaHCO&sub3;: 37 g/kg
Amin: 1,4 g/kg
Erfindungsgemäß wurde 1 kg festes Natriumbicarbonat in 4,25 kg Mutterlauge dispergiert, und die resultierende Dispersion wurde unter Verwendung eines Schraubenrührers 30 Minuten lang einer heftigen Verwirbelung unterzogen. Anschließend ließ man die Mischung 15 Minuten dekantieren, um eine organische, das Amin enthaltenden Phase und einer wäßrigen Phase zu trennen. Die wäßrige Phase wurde aufgefangen und filtriert, um daraus das feste Natriumbicarbonat zu gewinnen. Dieses wies einen Rückstandsgehalt an Amin von 0,35 g/kg auf.

Claims

1. Verfahren zum Trennen von Alkalimetallbicarbonat-- Körnchen von einer an ihrer Oberfläche adsorbierten flüssigen Schicht von Chlorhydrat einer stickstoffhaltigen organischen Base, dadurch gekennzeichnet, daß man die Körnchen (11, 20) in einem wäßrigen Bad (14, 25) dispergiert und die daraus resultierende wäßrige Suspension (15, 27) nacheinander einer Durchwirbelung (13, 26), dann einer Dekantierung (16, 28) unterzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Bad (14) eine gesättigte wäßrige Lösung von Alkalimetallbicarbonat ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Dekantierung (16, 28) erhaltenen Alkalimetallbicarbonat-Körnchen (20, 30) einer Waschung mit Wasser (23) unterzieht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorhydrat der stickstoffhaltigen organischen Base Amin-Chlorhydrat ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlorhydrat der stickstoffhaltigen organischen Base Chlorhydrat von primärem Alkylamin ist, das zwischen 12 und 24 Kohlenstoffatome umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallbicarbonat, gemäß dem man Alkalimetallchlorid (2) in Anwesenheit von Wasser mit einem Kohlensäureanhydrid (4) enthaltenden Gas und einer in Wasser unlöslichen, stickstoffhaltigen organischen Base (3) behandelt, die Reaktionsmischung einer Dekantierung (6) unterzieht, um einerseits eine wäßrige Phase (8), die eine wäßrige Alkalimetallbicarbonat-Suspension umfaßt, und andererseits eine organische Phase (7), die das Chlorhydrat der stickstoffhaltigen organischen Base umfaßt, zu erhalten und man die wäßrige Phase (8) behandelt, um daraus das feste Alkalimetallbicarbonat, das diese enthält, und eine Mutterlauge zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, daß man das feste Alkalimetallbicarbonat einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 unterzieht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man, um das feste Alkalimetallbicarbonat aus der wäßrigen Phase (8) zu extrahieren, diese nacheinander einer heftigen Durchwirbelung (13) und einer Dekantierung (16) unterzieht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bevor die wäßrige Phase (8) der Durchwirbelung (13) unterzogen wird, man einen Teil der Mutterlauge evakuiert.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mutterlauge (21) in die Reaktionsmischung zurückführt.