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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von grobkörnigem Ammoniumbicarbonat
Es ist bekannt, Ammoniumbicarbonat durch Einleiten von Ammoniak und Kohlendioxyd
im Molverhältnis i : i in eine gesättigte Lösung dieses Salzes herzustellen, wobei
man durch passende Arbeitsbedingungen, z. B. Wahl einer geeigneten Temperatur, zweckmäßiges
Umrühren der Stammlösung, langsames Einleiten der Reaktionskomponent--n, Arbeiten
in .einer Stammlösung, die einen ständigen Ammoniaküberschuß enthält, usw., den
Gehalt des festen Salzes an grobkörnigen Kristallen steigern kann. Trotzdem ist
der Gehalt des ausgeschiedenen Salzes an Feinkörnigem auch bei dieser Arbeitsweise
noch so hoch, däß man ohne Aussieben kein, marktgängiges Erzeugnis .erhält, vielmehr
gezwungen ist, die feinkörnigen Kristalle durch wiederholtes Umkristallisieren und
. Aussieben nach und nach in grobkörniges Salz überzuführen, wodurch der ganze Prozeß
umständlich und kostspielig wird, um so mehr, als bei der Flüchtigkeit des Salzes
die bekannte Erzeugung großer Kristalle durch langsames Eindampfen der Kristallisationslösung
nicht anwendbar ist. Es wurde nun gefunden, daß man ohne Aussieben und Umkristallisieren
sofort ein Salz von überraschend grober und gleichmäßiger Körnung erhält, wenn man,
sobald man bemerkt, daß das als Bodenkörper sich abscheidende Salz einen gewissen
Gehalt an feinen Kristallen erreicht hat, den Sättigungszustand der Stammlösung
vorübergehend aufhebt, so daß die feinen Kristalle oder Kristallkeime wieder in
Lösung gehen. Nach Wiederherstellung des Sättigungszustandes der Stammlösung erfolgt
dann die Ausscheidung neuen Salzes im wesentlichen derart, daß die bereits vorhandenen
gröberen Kristalle wachsen. Daneben werden sich naturgemäß allmählich wieder kleinere
Kristalle bzw. Kristallkeime bilden, und sobald der Gehalt des Bodenkörpers hieran
einen gewissen Betrag erreicht hat, wiederholt sich der Vorgang.
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Es wird also hierbei von der an sich bekannten Tatsache, daß bei Erhöhung
der Lösefähigkeit einer einen Bodenkörper enthaltenden Mutterlauge ein Teil der
Kristalle, vornehmlich der feinen, wieder in Lösung geht, bei der Herstellung von
grobkörniggleichmäßigem
Am.noniumbicarbonat auf neue und -eigenartige
Weise Gebrauch gemacht.
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Die Aufhebung des Sättigungszustandes der Stammlösung und dessen Wiederherstellung
kann auf physikalischem oder chemischem Wege erfolgen, physikalisch dadurch, daß
man vorübergehend die Temperatur der Stammlösung erhöht, also deren Lösungsvermögen
steigert und anschließend wieder senkt, chemisch dadurch, daß man die Zufuhr des
Kohlendioxyds zeitweilig unterbricht, also nur Ammoniak -einleitet oder das Ammoniak
im Üb.erschuß, d. h. in einer das Molverhältnis i : i übersteigenden Menge, zuführt.
Man arbeitet also, anders ausgedrückt, vorübergehend auf die Bildung von Ammoniumcarbonat
hin, das erheblich leichter löslich ist als das saune Salz. Durch periodische Regulierung
der Ammoniakzufuhr kann man es leicht dahin bringen, daß die. feinen Kristalle bzw.
Kristallkeime, und nur diese, als Ammoniumcarbonat wieder in Lösung gehen. Ist dieser
Zustand erreicht, so leitet man umgekehrt eine Zeitlang nur Kohlendioxyd oder Kohlendioxyd
im Oberschuß ein, bis das ,gcbildete Ammoniumcarbonat in. Bicarbönat übergeführt
ist. Man kann naturgemäß auch. beide Maßnahmen, die physikalische und die chemische,
miteinander verbinden.
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Es ist zwar ein Verfahren bekannt, große einheitliche Kristalle dadurch
zu züchten, daß man ein Kristallisations- und ein Losungsgefäß durch zwei Röhren
derart miteinander verbindet, daß die in dem System untergebrachte Flüssigkeit einen
Kreislauf vollführen kann, wobei der Kristallisationsprozeß durch Schaffung .entsprechender
Temperaturbedingungen derart geleitet wird, daß der im Kristallisationsgefäß zu
züchtende Kristall stets mit übersättigter Lösung in Berührung kommt. Um ein Mitführen
feinkörniger Kristalle aus dem Lösungs- in das Kristallisationsgefäß zu verhindern,
passiert die Flüssigkeit ein Zwischengefäß, in welchem sie so hoch .erwärmt wird,
daß etwa mitgeführte Feinkristalle in Lösung gehen. Es handelt sich also hierbei
darum, das Eindringen bereits vorhandener Feinkristalle in das Kristallisationsgefäß
zu verhindern. Mit dieser Maßnahme hat das vorliegende Verfahren jedoch nichts zu
tun, da es bei ihm darauf ankommt, das ,Entstehen feiner Kristalle möglichst zu
vermeiden, nicht aber das Eindringen bereits, vorhandener Feinkristalle in den Kristallisationsraum
zu verhindern.
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Das Verfahren wird zweckmäßig in einem geschlossenen, zylindrischen
Reaktionsgefäß ausgeführt, das mit einem Flügelrührer versehen ist, durch welchen
das feste ,Salz in der Schwebe gehalten wird. An dem Gefäß ist seitlich, durch -ein
Rohr mit .dessen tiefster Stelle verbunden, ein Schauglas von weitem Durchmesser
angebracht, in welches mittels einer Saugvorrichtung eine Probe des Bodenkörpers
mitsamt Flüssigkeit eingezogen wird. Durch den Augenschein überzeugt man sich von
der Beschaffenheit des Salzes. Das Gef.-iß ist ferner mit Zuleitungsrohren für die
Gase, einem Thermometer sowie einer Heiz- und Kühlvorrichtung versehen.
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Das Verfahren wird durch folgende Ausführungsbeispiele erläutert:
Beispiel 1 In 2o ooo Volumteilen einer 60bigen Ammoniaklosung, die mit Kohlendioxyd
bis zur beginnenden Abscheidung von Ammoniumbicarbonatkriställchen vorcarbonisiert
ist, werden nach Impfung mit Zoo Gewichtsteilen gut ausgebildeter Ammoniumbicarbonatkristalle
der Korngröße i bis 2 mm stündlich 1,13 Gewichtsteile Ammoniakgas und i i i Gewichtsteile
Kohlendioxyd unter mechanischer Rührung eingeleitet. Sobald der Anteil neuer Impfkeime
und der Feinanteil des sich ausscheidenden. Salzes zu groß wird, leitet man Ammoniak
im L berschuß ein, bis die Gesamtkonzentration der Mutterlauge an Ammoniak um i
%, d. h. auf 7%, gestiegen .ist. Bei Erreichung dieses Punktes wird
die Aminoniakzufuhr vorübergehend abgestellt und Kohlendioxyd allein in den oben
angegebenen Mengen eingeleitet, bis die Stammlösung wiederum auf einen Ammßniakgehalt
von 60'o gefallen ist. Diese Manipulation wird periodisch, praktisch etwa stündlich,
wiederholt. Durch Außenkühlung wird die Temperatur des Gefäßinhaltes dauernd auf
2o bis 25= gehalten. Nach io Standen sind 198o Gewichtsteile eines gröbköinigen
Ammoniumbicarb.onates folgender Körnung angefallen: bis o,5 mm 5,3o,'0, o,5 bis
i mm 8,80'o. i mm und mehr 85,90'0. Das Salz ist von bemerkenswert grober Körnung;
die Einzelkristalle sind kurze, gedrungene Säulen von Zeppelinforin und haben ein
sehr festes Gefüge. Zufolge des geringen Gehaltes an Feinkörnigem ist die Lagerfähigkeit
des Salzes sehr gut. Dieser Vorteil gegenüber einem nach den bisher technisch ausgeführten
Verfahren dargestellten Salz wird deutlich. wenn die Körnung des letzteren zum Vergleich
herangezogen wird, die durch folgende Siebanalyse charakterisiert ist: bis o,5 mm
90,50'0, 0,5 his I Mm 9,50,'o. Beispiel 2 1n 2o ooo Volumteilen einer 80:oigen,
wie im Beispiel i vorbehandelten Lösung werden stündlich .13 Gewichtstonnen Ammoniakgas
und i i i Gewichtsteile Kohlendioxyd eingeleitet, und dabei wird durch Außenkühlung
die
Temperatur auf 25° konstant gehalten. Nach etwa i Stunde wird das Gefäß auf 35°
aufgeheizt und dann allmählich wieder auf 25 gekühlt. Diese Manipulation wird ebenfalls
periodisch wiederholt, so daß die sich jeweils ausscheidenden Feinkristalle wieder
gelöst werden. Nach etwa io Stunden fallen 197o Gewichtsteile Ammoniumhica.rbonat
folgender Körnung an: bis o,5nun 2,8%, o,5 bis I MM 5,2%, i mm und mehr 92,oo/o.
Beim Ansetzen der Stammlösung braucht man sich nicht ängstlich an einen bestimmten
Ammoniakgehalt zu binden, doch hat sich eine Konzentration zwischen 5 und 80/6 als
die zweckmäßigste erwiesen.