DE673948C

DE673948C - Verfahren zur Herstellung von Natriumbicarbonat

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Publication number: DE673948C
Application number: DEL77592D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-02-17
Filing date: 1931-02-17
Publication date: 1939-03-31

Description

Verfahren zur Herstellung von Natriumbicarbonat Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumbicarbonat aus Natriumchlorid mit Hilfe substituierter Amine. Erfindungsgemäß wird einer im Kreislauf bleibenden vorzugsweise gesättigten und gleichzeitig Trimethylaminchlorid und Ammoniumchlorid enthaltenden Lösung das in Bicarbonat zu verwandelnde Natriumchlorid sowie Ammoniak oder Ammoniumcarbonat zugesetzt, bis eine dem eingeführten .N atriumchlorid _ entsprechende Menge von Ainmoniumchlorid ausfällt, worauf das Ammoniumchlorid entfernt und die verbleibende Lösung mit Kohlendioxyd zwecks Ausfällung des Natriumbicarbonats behandelt wird.
Die Verwendung substituierter Amine zur Erzeugung von Alkalibicarbonat ist an sich schon vor Zeiten vorgeschlagen worden, doch hat es bisher an einer praktischen Durchführung dieses Vorschlages gefehlt, da nach diesem alten Vorschlage umständliche Aufbereitungen der gesamten Restlauge nach der Abscheidung des Natriumbicarbonates erforclerlich sind, welche die Verwendung von Trimethylamin bei der Gewinnung von Alkalibicarbonat völlig unmöglich machte. Nach diesem älteren Vorschlage ersetzen die substituierten Amine im klassischen Ammoniak-Soda-Prozeß nach Solvay nur das Ammoniak, es handelt sich also hierbei auch nur um ein diskontinuierliches Verfahren.
Im Gegensatz dazu betrifft die neue Erfindung ein im Kreislauf arbeitendes Verfahren, bei dem dem anzuwendenden Trimethylaminchlorid die Rolle eines Zwischensalzes zufällt.
Nach der Erfindung verbleiben nämlich die löslichen Salze der Amine -und des Ammoniums stets im Verfahren, so daß das gesamte in die Umsetzung eingebrachte Natriumchlorid schließlich als Bicarbonat anfällt. Bei dem genannten älteren Vorschlage, der eine Abwandlung des Solvay-Prozesses, der bekanntlich auf die Bruttoformel einer doppelten Umsetzung von Natriuinchlorid mit Ammonbicarbonat zu Ammoniumchlorid und Natriumbicarbonat gebracht werden kann, darstellt, scheint das substituierte Amin als Trimethylaminbicarbonat an Stelle des Ammoniumbicarbonats entsprechend dem Reaktionsmechanismus des Solvay-Prozesses unter Bildung von Trimethylaminchlorid an Stelle des Ammoniumchlorids zu reagieren.
Der Solv ay-Prozeß wurde auch noch in der Richtung abgeändert, daß man das Ammoniumchlorid mit dem durch das Chlornatrium in die Lösung gebrachten Chlorion aus dem Prozeß abscheidet, wodurch grundsätzlich eine dauernde Verwendung der Lösung, in der sich die Umsetzungen abspielen,

im Kreislaufverfahren möglich wird. .

alternative Abscheidung vonatriumbir

bonat und Salmiak kann man hierbei na,c_h

einem älteren Vorschlage dadurch erreicheii@-daß man die Reaktionslösung zu bestimmten Zeiten der Umsetzung stark abkühlt. Im weiteren Ausbau dieses Gedankens, insbesondere um der Notwendigkeit der starken Abkühlung zu begegnen, hat man den in den Lösungen stets vorhandenen Anionen, dein Cl'-Ion und dem C03"-Ion, noch ein drittes Ton, dem ein leicht lösliches Natrium- und Ammoniuinsalz entspricht, hinzugefügt. Durch dieses dritte, zusätzliche Ion der genannten Eigenschaften wird erreicht, daß im Zeitpunkte der Abscheidung des Salmiaks eine größere Menge Ammonium in Lösung gehalten werden kann (vgl. Gluud und Löpmann, Zeitschrift für angewandte Chemie, Bd. 34, 1930, S. I93). Demgegenüber wird erfindungsgemäß zwar auch eines der beiden Ionen des Salmiaks zum Zwecke der Abscheidung des letzteren in höherer Konzentration gehalten als nach dem Solvay-Verfahren. Nur ist dies erfindungsgemäß das Anion. Dadurch werden aber verschiedene Vorteile erreicht: In der Kreislauflösung befindet sich kein Salz einer Säure, außer Salzsäure und Kohlensäure. Bisher hat man dagegen bei Verwendung von Zwischensalzen, wie etwa Natritunnitrat, eine dritte Säure; die der Reaktion fremd ist, in die Kreislauflösung einführen müssen. Dies ist naturgemäß ein Nachteil: denn einmal ist es notwendig, dieses fremde Säureion aus dein gewünschten Enderzeugnisse durch Auswaschen möglichst zu entfernen, zum andern sind, da dies nicht restlos möglich ist, Verunreinigungen auf der einen und Verluste auf der andern Seite zwangsläufig gegeben.
Weiterhin erlaubt die neue Arbeitsweise, bei Temperaturen zu arbeiten, die durch die gewünschte Kristallgröße bestimmt sind, während bei Verwendung von Natriunmitrat oder Natriumsulfocyanat zur Ausfällung des Salmiaks Abkühlungen praktisch bis auf o° erforderlich sind. Die bei dem neuen Verfahren mögliche Ersparnis der Anwendung von Kälte ist besonders beachtenswert. Ferner gestattet die Verwendung von Trimethylaminchlorid eine Konzentration von 1,6 Mol. Natriumchlorid im Liter, während bei Verwendung von Natriumnitrat u. dgl. als Zwischensalze nur eine Kochsalzkonzentration von z,I bis 1,2 Mol./Liter möglich ist, mit anderen Worten also: es ist eine Verkleinerung des Rauminhaltes der zur Durchführung der Reaktion notwendigen Gefäße um rund ein Drittel möglich.
Hinzu kommt noch, daß eine Auswaschung des Ammonchlorids aus der Trimethylamin-,trhlorid enthaltenden Mutterlauge nicht notwendig ist, sondern ein einfaches Abschleudern genügt, weil bei der in der Technik üblichen Rückführung des Ammoniaks durch zersetzende Destillation mit Kali. sowohl das Ammoniak als auch das Trimethylamin als flüchtige Basen austreibbar und rückgewinnbar sind, während bei dem bekannten Verfahren das wertvolle N O3'-Ion mit der Calciumchloridlauge als wertloser Abfall aus der Umsetzung ausscheidet. Will man dies vermeiden, so. ist eine sorgfältige Waschung notwendig, die bei der großen Löslichkeit der Salze technisch schwierig ist und praktisch nicht befriedigend durchgeführt werden kann. Auch wird durch eine solche Waschung naturgemäß das Flüssigkeitsvolumen durch die Waschwässer bedeutend vergrößert, so daß besondere Verdampfungsarbeit zur Konzentrierung dieser Waschlauge notwendig ist.
Was endlich die letzte Arbeitsphase, die Ausfällung des Natriumbicarbonats, seine Abtrennung und Reinigung, anlangt, so ergibt sich hier für das Gesamtverfahren als weiterer Vorteil, daß der Zusatz des notwendigen Kohlendioxyds und die Bildung des flüchtigen Bicarbonats in der Lösung selbst mit größter Leichtigkeit und ohne besondere Einschaltung einer noch weiteren Arbeitsstufe vor sich gehen, weil Amine die Kohlensäure leicht aufnehmen und wieder abgeben. Es ist daher die Bildung des Bicarbonats mittels aus Kalköfen stammenden Gasen oder Rauchgasen mit einem Gehalt schon von etwa 20 °/o CO, möglich, während bei dein früheren Verfahren unter Verwendung von Zwischensalzen in der Technik reine Kohlensäure notwendig war oder Ammonbicarbonat in fester Form der Kreislauflösung zur Ausfällung des N atriumbicarbonats zugesetzt werden mußte.
Schließlich gilt auch für die letzte Arbeitsstufe der Waschung des N atr iumbicarbonats das-schon Gesagte: Auch hier spart man an Waschwässern, die vorhandenen braucht man im übrigen nur durch Erhitzen vom Ammoniak und Trimethylamin zu befreien, bei der bekannten Arbeitsweise ist dagegen eine Eindampfarbeit notwendig. Was die Durchführung der im vorhergehenden geschilderten Arbeitsweise im einzelnen anlangt, so möge sie an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt sein: Zu der im Behälter I befindlichen Lösung von Trimethylaminclilorid fügt man Natriumchlorid als Ausgangsnatriumsalz hinzu. Dieses Gemisch wird nun mit Ammoniak und Kohlensäure zwecks Bildung von neutralem Ainmoniumcarbonat behandelt, das durch doppelte Umsetzung mit dem Trimethylamin-Chlorid lösliches Trimethylamincarbonät und Ainmoniumchlorid entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung bildet: 2 (CH"), NHCl ! z NaCl -f- 2 NH3 + CO.= +,-H.,0 -- 2 NH,Cl+ [(CH,), NH]., CO" ;- 2 NaC1 -Man kann hierbei erfindungsgemäß auch zweckmäßig so arbeiten, daß jene Lösungen, die im Kreislauf verbleiben, stets an Ammoniumchlorid gesättigt sind. Auf diese Weise fällt das sich bei obenstehender Umsetzung durch doppelte Umsetzung bildende Ammoniumchlorid aus und kann durch Filtration abgeschieden werden. Die zurückbleibendeSalzlo-sungwirdsodann in einem Behälter II mit Kohlendioxyd behandelt, wodurch man durch doppelte Umsetzung. zwischen dem gebildeten löslichen Trimethylaminbicarbonat und dem anwesenden Natriumchlorid Natriumbicarbonat neben Trimethylaminchlorid nach folgender Gleichung erhält: [(CH")" NH]., C03 -f- 2 NaCl + C0_, + H.,0 - 2 (CH.), NHCl + 2 NaHC03. Das Natriumbicarbonat wird abfiltriert, und die zurückbleibende Lösung von Triinethvlamirichlorid kehrt im Kreislauf in den Behälter I und somit in das Verfahren zurück. Das in diesem Behälter I gewonnene Aminoniumchlorid kann in einem weiteren Behälter III mit Kalk behandelt werden, so daß das im Hauptverfahren erforderliche Ammoniak ebenfalls im Kreislauf dauernd wieder zurückgewonnen wird.
Ein zahlenmäßiges Ausführungsbeispiel ergibt folgende Werte: 2ioo ccm der Ausgangslösung werden hergestellt durch Auflösen von 406g Na Cl, Zoo g N H4 Cl und ioo g Trimethylaminchlorid in lauwarmem Wasser. Bei 1d° beträgt das Volumen 209o ccm. Nach Entnahme der Analysenprobe betrug das zur Verfügung stellende Volumen der Lösung 2ooo ccm.
ioo Raumteile dieser Ausgangslösung enthalten 1o,27 % N220, i9,80 °/o Cl, 2,95 % Trimethylamin und 3,0504 gebundenes NH3. Diese neutrale Lösung enthält also im Liter: 193,0g NaCl, 96,o- NH4C1 und @.;,5-(CH3),NOHCl.
Somit sind in den 2 1 Ausgangslösung insgesamt enthalten: 386 g @Ta Cl, 192 g N H, Cl und 95 g Trimethylaminchlorid.
In diese Ausgangslösung wird Ammoniak eingeleitet, bis 112 g Ammoniak aufgenommen sind. Die Temperatur steigt hierbei auf etwa 37° an. Hierauf läßt man die Temperatur auf 26° abkühlen und erhält bei dieser Temperatur 216o ccm Flüssigkeit mit einem Gehalt von 5,2 % N H3 freies Ammoniak.
Hierauf erfolgt die Carbonisation bei 26°, da bei dieser Temperatur erfahrungsgemäß grobkristallines und leicht waschbares Bicarbonat ausfällt. Unter mechanischer Rührung der Flüssigkeit und unter strenger Aufrechterhaltung der Temperatur von 26° dauert die Carbonisation 3 Stunden, nach welcher Zeit eine Alkalität voll 2,7 °/o erreicht ist, worauf das während der Carbonisation bereits dauernd ausgefallene Bicarbonat bei der gleichen Temperatur auf Vacuumnutschen abfiltriert wird und igoo ccm Hauptfiltrat ergibt. Das doppeltkohlensaure Natron wird dreimal mit ioo ccm Wasser gewaschen, und man erhält bei den aufeinanderfolgenden drei Waschungen i50 ccm, i io ccm bzw. i 5o ccm Filtrat.
Es verbleiben 387 g gewaschenes, feuchtes Natriumbicarbonat von 66,5 % Trockensubstanz.
Zu dem Hauptfiltrat fügt man das erste Waschwasser und 30 ccm vom zweiten Waschwasser hinzu, um wieder 208o ccm Flüssigkeit zu erhalten.
Die verbleibenden Waschwässer werden vereinigt und geben 230 ccm Flüssigkeit, die dann später mit dem Ammoniumchlorid durch Kalk umgesetzt werden zwecks Wiedergewinnung des Ammoniaks und Trirnethylamins im Kreislauf.
Beim zweiten Arbeitsgang, der Herstellung des Salmiaks, wird nun der Kreislauflösung nach und nach i90 g feingemahlenes Natriumchlorid, entsprechend den 55 g gebundenes Ammoniak, zugefügt. Hierauf wird der Salmiak ohne Waschen abgetrennt und getrocknet: man erhält 170 g Trockenerzeugnis neben 2000 ccm Filtrat. Der Salmiak wird mit den Waschwässern des Bicarbonats vereinigt, um durch Destillation über Kalk das Ammoniak und das Trimethylamin zurückzugewinnen und nebenher Calciumchlorid zu erhalten.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von N atriumbicarbonat, ausgehend von 1 atriumchlorid, mit Hilfe substituierter Arninsalze, dadurch gekennzeichnet, daß .einer im Kreislauf bleibenden vorzugsweise gesättigten und gleichzeitig Trimethylamin-und Aminoniumehlorid enthaltenden Lösung das in ticarbonat zu verwandelnde Natriumchlorid und Ammoniak oder Ammoniumcarbonat zugesetzt wird, bis eine Menge von Ammoniumchlorid ausfällt, die dem eingeführten Natriumchlorid entspricht, wonach das Ammoniumchlorid entfernt und die verbleibende Lösung mit Kohlendioxyd zu dem Zweck der Ausfällung des Natriumbicarbonats behandelt wird.