DE833C - Neuerungen in der Fabrikation und Herstellung des kohlensauren und doppeltkohlensauren Natrons und deren Nebenprodukte, sowie in den angewandten Apparaten - Google Patents

Description

1877.

Klasse 75.

ERNEST SOLVAY in BRÜSSEL.

Neuerungen in der Fabrikation und Darstellung des kohlensauren und doppeltkohlensauren Natrons und deren Nebenproducte, sowie in den angewendeten Apparaten.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 17. Juli 1877. Längste Dauer: 20. August 1887.

Die Fabrikation der oben genannten Producte ist früher ausgeführt worden durch Einwirkung von gasförmiger Kohlensäure auf eine Lösung von Chlornatrium und Ammoniak in horizontalen Cylindern, in welchen die Lösung und das Gas sich in entgegengesetzter Richtung bewegten; oder aber in einem Apparate, für welchen ich 1863 in Belgien, Frankreich und England Patente erhalten habe und welcher aus drei ganz getrennten, obwohl übereinandergesetzten Abtheilungen bestand, deren jede mit mehreren horizontalen Platten und ebenfalls mehreren durchlöcherten Böden versehen war; das Gas, welches unter einem relativ geringen Druck eintrat, durchstrich den Apparat von unten nach oben und wurde auf seinem Wege wiederholt durch die durchlöcherten Böden vertheilt, während die Lösung zuerst in die mittlere Abtheilung eintrat, von dort durch ein Rohr in die darüber liegende und aus dieser durch ein zweites Rohr in die unterste Abtheilung geführt wurde, und durch die in allen diesen Abtheilungen angebrachten horizontalen Platten genöthigt war, einen sehr langen und gewundenen Weg zurückzulegen.

In allen diesen Apparaten bewegte sich die Flüssigkeit vorwiegend in horizontaler Richtung und wurde der Einwirkung des Gases in einer relativ sehr niedrigen Schicht ausgesetzt, deren Höhe immer wesentlich hinter der gröfsten Oberflächenausdehnung der Flüssigkeit zurückblieb \md meistens nur einen kleinen Bruchtheil derselben ausmachte.

Nachdem ich diese Behandlungsweise langsam und wenig befriedigend gefunden habe, drücke ich nunmehr das kohlensäurehaltige Gas durch eine relativ sehr hohe Flüssigkeitssäule, deren Höhe die gröfste Oberflächenausdehnung der Flüssigkeit immer bedeutend übertrifft und gewöhnlich vielmal so grofs ist, als diese; ich lasse gleichzeitig die Flüssigkeit in vorwiegend verticaler Richtung von oben nach unten füefsen, während das Gas die Flüssigkeit von unten nach oben durchstreicht.

An Stelle des genannten Apparates mit drei getrennten Abtheilungen wende ich gegenwärtig einen einfachen Apparat A, Fig. 1, an, dem ich am liebsten eine cylindrische Form gebe und dessen Höhe ganz bedeutend seine Weite übertrifft. Nennen wir diesen Apparat, dessen Durchschnitt aus Fig. 1 erkenntlich wird, in der Folge Absorber.

In dem Absorber werden eine Anzahl Platten B, Fig. 1 und 2, angebracht, welche mit kleinen Löchern versehen sind, um das Gas so oft und so viel als möglich zu vertheilen, und aufserdem eine Anzahl Platten C, die nur mit einem oder mit wenigen grofsen Löchern versehen sind, welche gerade grofs genug sein müssen/ um dem Gas und der Flüssigkeit den Durchgang zu gestatten, ohne aber zu erlauben, dafs die frische Flüssigkeit, welche in den Absorber eintritt, sich mit der fast gesättigten Flüssigkeit am Boden desselben vermische. Ich ziehe es vor, den durchlöcherten Platten B die Form eines Kugelabschnittes zu geben, Fig. 1 und 2, und dieselben am Umfange mit Einschnitten ζ zu versehen, welche der Flüssigkeit und dem Gase einen Durchgang gestatten für den Fall, dafs die kleinen Löcher mehr oder weniger sich verstopfen sollten. Alle diese Platten können entweder mit dem Mantel des Absorbers in einem Stück >gegossen oder auf beliebige Weise in demselben befestigt werden.

Der Absorber wird immer mit Flüssigkeit beinahe gefüllt erhalten, während die Kohlensäure, auf irgend beliebige Art, vorzugsweise aber aus einem Kalkofen erhalten, mittelst einer Luftpumpe durch ein Rohr D am Boden des Absorbers in diesen hineingeprefst wird. Die Kohlensäure mufs in den Absorber unter einem Druck eintreten, der den Druck der Flüssigkeitssäule übertrifft, welche dieselbe zu durchstreichen hat.

Durch die Verbindung aller dieser Mittel wird das Gas in sehr innige Berührung mit einer hohen Flüssigkeitssäule gebracht, und zwar in einer ihrer Strömung entgegengesetzten Richtung, wodurch die Absorption des Gases aufserordentlich befördert wird; gleichzeitig wird das Gas veranlafst, sich auszudehnen und eine beträchtliche mechanische Arbeit zu verrichten, wodurch eine W arme absorption herbeigeführt wird, völlig hinreichend, um die sonst so lästige Erhitzung der Flüssigkeit während des Processes zu verhindern. Diese Erhitzung rührt von der

Absorption der Kohlensäure her und konnte durch alle früher vorgeschlagenen Mittel nicht genügend hintertrieben werden, sie hat der Ausführung ähnlicher Verfahren grofse praktische Schwierigkeiten in den Weg gelegt.

Die Lösung von Chlornatrium und Ammoniak tritt in den Absorber durch ein ungefähr in der Hälfte seiner Höhe angebrachtes Rohr E, welches von einem Reservoir F gespeist wird, das immer auf dem gleichen Niveau mit zehn Fufs unter dem oberen Ende des Absorbers voll erhalten wird. Dieses Reservoir, welches zur Speisung mehrerer Absorber zugleich dienen kann, wird mit den oberen Ausgängen der letzteren ebenfalls verbunden, um es unter gleichen Druck mit diesen zu stellen. Infolge dieser Anordnung wird die Flüssigkeit in dem oberen Theile des Absorbers nur langsam und allmälig erneuert, und nachdem sie einmal mit Kohlensäure gesättigt ist, befindet sie sich in sehr geeignetem Zustande, um das Ammoniak zu absorbiren, welches von dem Gas aus dem unteren Theile des Apparates fortgeführt wird, so dafs das Ammoniak fast vollständig in dem Absorber, selbst zurückgehalten wird.

Der Absorber mufs eine hinreichende Höhe haben, um einerseits die Absorption von wenigstens ungefähr der Hälfte der in dem eintretenden Gase enthaltenen Kohlensäure und andererseits die vollständige Ueberführung des in der Flüssigkeit enthaltenen Ammoniaks in Bicarbonat zu versichern. Ich finde, dafs eine Höhe von 35 bis 50 Fufs in der Praxis das beste Resultat giebt, in welchem Falle die Kohlensäure unter einem Drucke von 1 ¹J₁ bis 2 Atmosphären eingeprefst werden mufs.

Ich ziehe es vor, das Gas in nicht ganz continuirlichem Strom in den Absorber eintreten zu lassen, sondern die Luftpumpe ohne Windkessel direct mit demselben zu verbinden. Die hierdurch erzeugte Unregelmäfsigkeit des Gasstromes führt ein weit besseres Aufrühren der Flüssigkeit im Absorber herbei, und damit ist das Ablagern von doppeltkohlensaurem Natron auf den Platten verhindert, sowie das Herabfliefsen der Flüssigkeit erleichtert. Von Zeit zu Zeit jedoch überziehen die Platten sich mit einer festen Kruste, die die kleinen Löcher verschliefst. In diesem Falle wird der Absorber entleert, mit Wasser ^v gefüllt und dann Dampf eingeführt, bis die Kruste aufgelöst ist. Die so erhaltene Lösung von kohlensaurem Natron wird auf bekannte Weise verarbeitet, und der Apparat, nachdem er abgekühlt ist, wird wieder wie vorher in Arbeit gesetzt. Es ist aber vorzuziehen, denselben, anstatt mit frischer Lösung, mit der Flüssigkeit aus einem anderen Absorber zuerst anzufüllen.

Nachdem die Flüssigkeit am Boden des Ab-, sorbers mit Kohlensäure gesättigt ist, wird sie mittelst eines Rohres und Hahnes abgezogen. Man könnte dieselbe continuirlich ablaufen lassen; ich ziehe nun aber vor, von Zeit zu Zeit, etwa alle halbe Stunde, eine bestimmte Menge abzuziehen. Diese Flüssigkeit enthält doppeltkohlensaures Natron suspendirt, welches man auf beliebige Weise von derselben trennen könnte, doch bediene ich mich zu diesem Zweck vorzugsweise eines Vacuumfilters. Der doppelte Boden dieses Filters wird mit einem starken Tuch oder einem anderen , zweckmäfsigen Material, z. B. Sand, bedeckt, und das Vacuum unter demselben mittelst einer Pumpe erzeugt, die gleichzeitig zum Aufpumpen der filtrirten Flüssigkeit dienen kann. Das Vacuumfilter erlaubt ein vollständiges Waschen des doppeltkohlensauren Natrons mit sehr wenig Wasser und liefert dasselbe gleichzeitig in relativ trockenem Zustande. Um eine handelsfähige Waare zu erhalten, kann man das Product auf beliebige bekannte Weise vollständig austrocknen, oder man kann diesen Zweck erreichen, indem man Luft oder ein anderes beliebiges Gas, welches man bis auf 59° Celsius erwärmt, für einige Zeit durch die Masse auf dem Filter zieht, ohne sie von demselben zu entfernen. Auch die Ueberführung des doppeltkohlensauren in einfachkohlensaures Natron ist zu erzielen, indem man heifse Luft oder ein beliebiges heifses Gas, z. B. die Gase eines Kalkofens, einer Feuerung, oder überhitzte Wasserdämpfe durch die Masse auf dem Filter treibt. Ich ziehe jedoch für beide Zwecke einen Apparat vor, dessen Beschreibung ich hier folgen lasse.

In einem verticalen Cylinder G, Fig. 3 u. 4, in welchem eine Anzahl horizontaler, kreisförmiger Tafeln H in geeigneter Entfernung übereinander angebracht sind, geht eine verticale Welle J, durch eine beliebige Kraft bewegt, durch die ganze Höhe des Cylinders. Diese Welle trägt Arme K, welche mit Messern L versehen sind, und diese wiederum sind so gestellt, dafs sie die Substanz auf den Platten abwechselnd nach dem Centrum der einen Platte und nach dem Umfang der nächstfolgenden hinführen. Die Platten selbst haben abwechselnd entsprechende Oeffnungen, entweder in deren Mitte oder am Umfange, so dafs die trocknende Substanz von jeder Platte auf die nächstfolgende und endlich bis auf den Boden des Cylinders fällt. Die Platten sind hohl, aus Gufs- oder Schmiedeisen gefertigt, und werden geheizt mittelst heifser Luft, anderen heifsen Gasen, oder mittelst Wasserdampf, den man unter gewöhnlichem oder unter höherem Druck, oder auch überhitzt anwendet und welchen man in den Platten selbst circuliren läfst. Man kann aber die heifse Luft oder ihre Substitute auch in den Cylinder selbst circuliren lassen, doch werden die geheizten hohlen Platten selbst auch in diesem Falle das Trocknen erleichtern. Das doppeltkohlensaure Natron wird mittelst eines Gefäfses M, in welchem sich eine Welle N mit Armen O langsam bewegt, continuirlich oben in den Cylinder eingeführt. Dieses Gefäfs soll gefüllt erhalten werden, um das Entweichen von Gasen zu verhindern. Die getrocknete Substanz verläfst den Cylinder durch die Thüren P in

einem fein vertheilten Zustande, so dafs sie sofort, ohne weiteres Mahlen zu verlangen, verpackt werden kann.

Je nachdem man die Temperatur im Innern des Cylinders regulirt hat, kann man in diesem Apparat doppeltkohlensaures oder einfachkohlensaures Natron oder ein beliebiges Gemenge der beiden herstellen. Die Gase, welche während des Trocknens erhalten werden, entweichen durch das Rohr M.

Einen anderen Apparat, welchen ich gleichfalls für zweckmäfsig halte, wenn es sich um die Darstellung des einfachkohlensauren Natrons handelt, habe ich in Fig. 5 gezeigt. Derselbe besteht aus einer gufseisernen Schale 5 mit einem gutschliefsenden Deckel T. Durch eine Thür U werden die Materialien ein- und ausgeführt. Eine Welle V geht vertical durch eine Stopfbüchse in der Mitte des Deckels und trägt an ihrem unteren Ende Arme mit Messern W, welche die zu trocknende Masse fortwährend umrühren und aufscharren. Unter der Schale befindet sich eine Feuerung, mittelst deren dieselbe möglichst gleichförmig," dunkelroth - warm erhalten wird. Die hier sich entwickelnden Gase verlassen den Apparat durch die im Deckel befindliche Oeffnung.

Die Gase, welche in dem einen oder dem anderen dieser Trockenapparate erhalten werden, enthalten im Falle der Darstellung von einfachkohlensaurem Natron sehr viel Kohlensäure, und können nach geeignetem Kühlen und Waschen mit den Gasen des Kalkofens in die Absorber gepumpt werden.

Die Gase, welche die Absorber verlassen, sowie die Gase oder die Luft, welche durch das doppeltkohlensaure Natron auf dem Vacuumfilter gezogen worden sind, endlich die Gase, die aus den Trockenapparaten entweichen, überhaupt alle ammoniakhaltigen Gase, welche während des Processes erhalten werden, sollten, bevor sie frei gelassen werden, durch einen oder mehrere zweckmäfsige Waschapparate geleitet sein. Ich habe meinen hierzu dienenden Gefäfsen eine dem Absorber ähnliche Construction gegeben und fülle sie mit Wasser, Salzlösung, einer Lösung von Chlorcalcium, einer Säure oder irgend einer anderen, das Ammoniak gut absorbirenden Substanz, so dafs der Verlust an Ammoniak auf ein Minimum reducirt wird.

Zur Wiedergewinnung des Ammoniaks aus der vom doppeltkohlensauren Natron abnltrirten Flüssigkeit wende ich gewöhnlich die bekannten Methoden an. An Orten aber, wo die Salzsäure einen hinreichenden Werth besitzt, treibe ich das Ammoniak aus dieser Flüssigkeit durch Erhitzen mit Magnesia oder einem basischen Chlormagnesium. Die so resultirende Lösung von Chlormagnesium wird bis zur Trockenheit eingedampft und der feste Rückstand bei Gegenwart von Wasserdampf erhitzt, bis keine Salzsäure mehr entwickelt wird. Die bis zum Austrag dieser Behandlung entweichende Salzsäure wird auf bekannte Weise condensirt oder anderweitig verwendet, als z. B. zur directen Darstellung von Chlorgas.

Nachdem die Salzsäure-Entwicklung aufgehört hat, besteht der feste Rückstand aus Kochsalz und Magnesia oder basischem Chlormagnesium. Das Kochsalz wird in Wasser aufgelöst und in den ersten Theil des Processes zurückgeführt, die Magnesia oder das basische Chlormagnesium aber von neuem zur Zersetzung einer anderen Menge der oben genannten Flüssigkeit verwendet. Auf diese Weise dient dieselbe Magnesia immer wieder zur Regeneration neuer Mengen von Ammoniak, die Salzsäure des Kochsalzes wird nutzbar gemacht, und die bedeutenden Mengen Kochsalz, welche während des Processes nicht in doppeltkohlensaures Natron übergeführt worden sind, und welche bisher vollständig verloren gingen, werden für den Procefs zurückgewonnen.

Claims (12)

Patent-Ansprüche:

1. Comprimirtes kohlensaures Gas aus beliebiger Quelle, durch eine Flüssigkeitssäule einer Lösung von Chlornatrium und Ammoniak zu treiben, deren Höhe immer ihre gröfste Oberflächenausdehnung bedeutend überwiegt und in der Regel vielemal gröfser ist als diese, und die Flüssigkeit niederwärts und das Gas aufwärts in vorwiegend ver,-ticaler Richtung zu führen, durch welche Mittel eine sehr lebhafte und vollständige Reaction herbeigeführt wird, während gleichzeitig die Erhitzung der Flüssigkeit vollständig verhindert wird.

2. Die Anwendung eines einfachen Apparates, dessen Höhe seine Weite bedeutend übersteigt und welchen ich in Vorstehendem unter dem Namen Absorber beschrieben habe, um die Lösung von Chlornatrium und Ammoniak mit Kohlensäure unter Druck zu behandeln.

3. Die Anwendung von Platten in diesem Absorber, welche mit kleinen Löchern und ebenfalls mit Einschnitten an ihrem Umfange versehen sind, um das Gas so viel als möglich zu vertheilen.

4. Die eigenthümliche Form einer Calotte für diese Platten.

5. Die Anwendung von Platten in dem Absorber, welche nur mit einem oder wenigen grofsen Löchern versehen sind, um die Mischung der Flüssigkeit oben und unten im Absorber zu verhüten.

6. Das Eingeben der Lösung von Chlornatrium und Ammoniak in ungefähr der halben Höhe des Absorbers, wodurch die Flüssigkeit in den oberen Theil desselben in einen geeigneten Zustand gebracht wird, um das Ammoniak zurückzuhalten, welches vom Gase aus dem unteren Theile desselben weggeführt worden ist.

j. Die Anwendung des Vacuumfilters zur Trennung des' doppeltkohlensauren Natrons von ^;. der Flüssigkeit.

8. Das Trocknen des doppeltkohlensauren Natrons und seiner Ueberführung in einfachkohlensaures Natron auf demselben Filter mittelst Durchziehens eines Luft- oder Gasstromes.

9. Der Trockenapparat, welcher aus einem Cylinder mit darin angebrachten kreisförmigen Tafeln besteht und welcher mit einem Rührwerk versehen ist, das die trocknende Substanz allmälig von dem oberen nach dem unteren Theil des Apparates fortbewegt.

10. Die Anwendung hohler Tafeln in diesem Apparat, welche inwendig erhitzt werden.

11. Der Trockenapparat, welcher aus einer gufseisernen Schale mit Deckel und Rührwerk besteht.

12. Die .Wiedergewinnung des Ammoniaks aus der vom doppeltkohlensauren Natron abfiltrirten Flüssigkeit mittelst Magnesia oder basischem Chlormagnesium, und die nachträgliche Behandlung der dabei erhaltenen Flüssigkeit, wodurch einerseits Salzsäure und Chlor erhalten werden, während die angewendete Magnesia immer wieder regenerirt und das Chlornatrium, welches während des Processes nicht in doppeltkohlensaures Natron übergeführt worden ist, ebenfalls zurückgewonnen wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.