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Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumhydroxyd hie Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von festem, wasserfreiem Ätznatron
und besonders auf die Verdampfung von verhältnismiißig konzentrierten Ätznatronlösungen,
um festes Ätznatron zu ergehen, das weniger als o,5 0/" Wasser enthält.
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Es ist bekannt, daß hochkonzentrierte Lösungen von Ätznatron gekühlt
werden können, so daß was-Serfreies Ätznatron auskristallisiert, aber eine Schwierigkeit,
die diesem Verfahren anhaftet, ist (l<t,; Zentrifugieren und Trocknen der so
gewonnenen Kristalle.
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Es wurde bereits ein Verfahren beschrieben, das die Gewinnung von
festem, im wesentlichen wasserfreiem Ätznatron aus einer wäßrigen Lösung betrifft,
die zwischen So und 95019 NaOH enthält, dadurch, daß man eine große Oberfläche
der Lösung bei einer Temperatur von Zoo bis 300' einen' Gas oder Dampf aussetzt,
in welchem der Wasserdampf= partialdruck unter 6oo mm Quecksilber absolut gehalten
wird, und zwar unter adiabatischen oder fast adiabatischen Bedingungen. Bei den
bevorzugten Arbeitsbedingungen jenes Verfahrens kommt die Selbstverdampfung adiabatisch
und isotherinisch zum Ende, so daß die Anfangslösung in Dampf und einen wasserfreien
Körper bei derselben Temperatur ohne Dampfdruckverminderung und ohne daß irgendwelche
wärme dein System zugeleitet wird,
umgewandelt wird. Eine Methode,
dieses Verfahren durchzuführen, besteht darin, daß man eine Ätznatronlösung in einem
Turm herabsprühen läßt, den aufwärts ein Luftstrom durchströmt, um den bN'asserdampf
abzuführen; körniges Ätznatron sammelt sich am Boden des Turmes.
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Bei einer anderen Anwendung dieses Verfahrens wird die Mutterlauge,"die
an heißen zentrifugierten Ätznatronkristallen haftet, in einem rotierenden Rohr
durch einen langsamen Luftstrom selbstverdampft, ohne daß Hitze diesem Trockner
zugefügt wird. Die vollständige Entfernung des Wassers aus Ätznatron auf diese Weise
erfordert indessen eine verhältnismäßig lange Zeit, wenn die gewonnene Masse weniger
als ö,5 0/" H20 enthalten soll.
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In der folgenden Beschreibung wird eine Teilchenschicht, bei der die
Gasgeschwindigkeit des hindurchtretenden Gases dem Wert A oder einem höheren Wert
entspricht, als eine flüssigkeitsartige Schicht bezeichnet, während eine Teilchenschicht,
bei der die Geschwindigkeit des durchgehenden Gases zwischen den Punkten
A und B liegt, als eine ausgedehnte Schicht bezeichnet wird. Eine
Schicht, bei der die Gasgeschwindigkeit dem Punkt B oder einem höheren Punkt der
Kurve entspricht, wobei jedoch die Teilchen immer noch eine Schicht bilden, wird
als siedende Schicht bezeichnet. Wenn jedoch die Gasgeschwindigkeit so hoch ist,
daß die. Teilchen durch das Reaktionsgefäß hindurchgeführt werden, und zwar als
von den Gasen mitgerissener Strom, so wird ein derartiger Zustand als ein mitgerissener
Strom bezeichnet.
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Gegenstand der Erfindung ist; die Selbstverdampfung zur Herstellung
von Ätznatron, wie sie in dem vorhergehenden Abschnitt angegeben wurde, zu verbessern.
Ein weiterer Zweck besteht darin, ein Verfahren für die Entfernung der letzten Spuren
von Wasser in oder. an Ätznatronteilchen vorzuschlagen, die aus konzentrierten Lösungen
von Ätznatron gewonnen werden.
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Gemäß der Erfindung wird festes wasserfreies Ätznatron dadurch hergestellt,
daß feste, durch Versprühen von konzentrierten Natriumhydroxydlösungen erhaltene
Ätznatronteilchen in einer Schicht des versprühten Materials bei einer Temperatur
zwischen 200 und 300° entwässert werden, indem ein Gasstrom mit einer Geschwindigkeit
von unten nach oben durch die Schicht geleitet wird, die genügt, die Teilchen in
flüssigkeitsartigem Zustand zu halten. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
der Erfindung wird so vorgegangen, daß eine wässrige Lösung, die zwischen 8o und
95 °!o Na O H enthält, bei einer Temperatur zwischen Zoo und 3oo° durch einen
dem Na O H entgegengeführten Gasstrom, z. B. Luft, versprüht wird, der gegenüber
Na O H inert ist, so daß feste Ätznatrongranalien gebildet werden, die sich in einer
Schicht sammeln, wobei die so gebildeten Granalien in dieser Schicht durch einen
aufwärts gerichteten Gasstrom in einem flüssigkeitsartigen Zustand gehalten werden.
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Bei einer Ausführungsform, welche ein Maximum der Wärmewiedergewinnung
ermöglicht, wird ein Strom trockener Luft zunächst im Gegenstrom zu den herunterströmenden
NaOH-Teilchen durch eine Reihe in flüssigkeitsartigem Zustand befindlicher Schichten
von Na O H-Granalien geleitet, in denen die Granalien allmählich wasserfrei werden,
worauf der Luftstrom durch die niederströmende Sprühlösung hindurchgeht, um den
durch die Selbstverdampfung der Lösung entstehenden Wasserdampf zu entfernen.
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Das Verfahren kann in einer ziemlich einfachen Anlage durchgeführt
werden, in der eine geringe Korrosion erfolgt und die wenig Kraft und Hitze verbraucht:
Verschiedene Anlagetypen können verwendet werden, aber ungewöhnlich gute Resultate
werden erzielt, wenn man einen sich nach unten verjüngenden Türm verwendet; die
Verjüngung wird so gewählt, daß die Aufwärtsgeschwindigkeit des Gasstromes ausreicht,
um die festen Teilchen im unteren Teil in einer ausgedehnten oder kochenden Schicht
zu erhalten und im oberen Teil nicht so groß ist, um ein merkliches Mitreißen des
Sprühregens zu verursachen. Ein wichtiger Faktor ist die Kontrolle der Wasserverdampfung
um einen Feststoff geeigneter Teilchengröße zu ergeben und um die Entwässerung in
der ausgedehnten Schicht oder der kochenden Schicht zu erzielen. Jegliches bekannte
Mittel kann angewendet werden, um das wasserfreie Produkt aus der flüssigkeitsartigen
Schicht zu entfernen.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist in der Zeichnung
erläutert, auf der schematisch im Schnitt eine Vorrichtung dargestellt ist, die
bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
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Der hochgelegene Vorratsbehälter A enthält Ätznatronlösung,
welche in den Turm B gepumpt und durch eine Brause C versprüht wird. Trockene Luft
wird gleichzeitig bei D in den Turm geblasen. Bei B verdampfen die Tropfen der Ätznatronlösung
isothermisch und adiabatisch und ergeben Granalien, die indessen noch feucht sind.
Diese Granalien sammeln sich auf der perforierten Platte E, wo sie in flüssigkeitsartiger
Bewegung gehalten werden, vorzugsweise als kochende Schicht, und zwar durch den
aufwärts streichenden Luftstrom, und nach uiid nach fließen sie durch das Überlaufrohr
F nach unten. Dann sammeln sie sich als feste, im wesentlichen wasserfreie Granalien
auf der perforierten Platte G, wo sie wieder in flüssigkeitsartiger Bewegung gehalten
werden. In dieser Schicht werden die Granalien endgültig entwässert und gekühlt,
während die hereinströmende Luft angewärmt wird. raun fließen die kühlen trockenen
Granalien durch (las Überlaufrohr H aus der Apparatur heraus. Die Feuchtigkeit enthaltende
Luft verläßt die Apparatur bei I. Die Höhe des Turmes kann zweckmäßig insgesamt
i i bis 27 m betragen, günstig ist ein Al:-stand von 2 bis 3 m zwischen den Platten
G und E, 3 bis 9 m Höhe über der Platte E und 3 bis 9 m zwischen der Brause C und
der Oberseite der Schicht. Der Durchmesser des Turmes kann i,8 bis 4.,5 m betragen.
Die Schichten auf den Platten E und G sollen genügend tief sein, entsprechend der
für
die vollständige Dehvdratisierting erforderlichen Zeit. Je nach den Verhältnissen
ist eine Zeit
;wischen 5 und 30 Minuten ail`relnessen.
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Für eine voltständige Wiedergewinnung der Wärme ist es oft wünschenswert,
mehr als zwei flüssigkeitsartige Schichten zu benutzen, so daß die leereinströmende
Luft zuerst auf eine relativ kühle Schicht von ungefähr ioo° trifft und dann durch
drei oder mehr Schichten hindurchströmt, in denen die Temperatur nach und nach bis
auf Zoo bis 280c steigt, vorzugsweise auf 25o bis 28o°. Um diese Temperaturen so
hoch, wie es zuträglich ist, zu halteil, darr das Luftvolumen nicht zu groß sein,
jedoch wirr! das -fininiiim an Lufrvolutnen durch das Vo-:11;lieli iiestiinnit,
das -,töte; ist, tim die Schichten in flüs;;igheitsarticm Zustand zu halten und
den frei gewordenen Wasserdampf abzuführen.
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I:s ist zweckmäßig, die feuchtigkeitsbeladene I-lift :n der \Tälle
der Spitze des Turmes durch --inen ;_vclon K abzuziehen, um feine Fest- oder Sprühteilchen,
welche mitgerissen werden können, abzus(#lieiden. Dieses Material wird in den Vorratsbeh;ilte
r zuriickgefiihrt, worauf dann die Luft durch einen Kühler L geleitet wird, um die
Feuchtigkeit zu entfernen und vorzugsweise durch einen Wiedercrliitzer, bevor sie
dem Boden des Turmes wieder zugeleitet wird.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist in dem folgenden
Beispiel einer praktischen Ausführungsform erläutert. Beispiel 1)ie Vorrichtung
bestand aus einem senkrechten Turm mittlerer Abmessungen. der an der Oberseite finit
Sprühdüsen für die Einführung der Flüssigkeit in feinen Tröpfchen versehen war und-
besitzt einen Auslaß für die zu entfernende finit Feuchtigkeit beladene Luft und
eine perforierte Platte ani Boden. 1-:in Luftstrom voll 200° munde durch diese perforierte
Platte in einer Menge von Zoo cbm pro Stunde geblasen. Eine Lösung, die eine Temperatur
von 28o° hatte und 9:21/o NaOH enthielt, wurde in d-ii Turm in einer Menge voll
2501 pro Stunde \?ersprüht. Ätznatrongranalien sammelten sich auf der perforiertün
Platte und trockneten dann weiter, während sie dort e/2 Stunde in Form einer flüssigkeitsartigen
Schicht gehalten wurden. Sie flossen dann durch ein überlaufrohr in eine Sammmelkammer
ab. Die so gewonnenen Granalien enthieltet] 0,07 0/0 H20.
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Verschiedene Gase Können verwendet werden, uin die Ätznatroitteilchen
in den fliissigkeitsaitigen Zustand zu bringen und die auch dazu dienen, die versprühte
Ätznatronlösung im Gegenstrom zii verdampfen, wenn sie finit den versprühten Lösungstropfen
in Berührung kommt. Luft, die, wenn es erwünscht ist, vom C02-Gehalt befreit ist
und getrocknet sein kann, ist das bevorzugte Gas. Das angewandte Gas soll nicht
auf Ätznatron einwirken, d. h. es soll inert gegenüber Ätznatroil sein. Bei-:piele
für andere Gase, die verwendet werden können, sind _\Iethan, Naturgas, Edelgase
und alinliclr_. 1'orzünsweise wird der Gasstrom nach der @eh;ui<.-lung -zur Wasserentfrnung
wieder ini Kreis zurückgeführt.
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Die Größe der Tröpfchen, die durch die Braus oder Sprühdüse oder auf
andere Weise gebildc t @.@ er den, um aus der Ätznatrotilösung Tröpfchen zu bilden,
ist nicht entscheidend, und im wesentlichen können jede Art von Sprühdüsen oder
andere glitt:-_ zu diesem Zweck verwendet werden. Indessen werden besonders gute
Resultate erzielt, wenn die Vorl ichtung so beschaffen ist, daß sie Tröpfchen herstellt,
die Granalien mit einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen o,2 und 2,o mm
Durchmesser, besser noch von o,5 und i,o mm Durchmesser ergeben. Ein wichtiger Gesichtspunkt
ist die Form der Sprühtröpfchen, die Tiefe des Falls durch den Turm und die Geschwindigkeit
des aufwärts ströinenden Gasstroms in Wechselbeziehung zu bringen, und zwar derart,
daß die Tröpfchen an der Oberfläche trockene Granalien geworden sind, wenn sie auf
der flüssigkeitsartigen Schicht landen. Auf diese Weise wird jede Neigung des Ätznatrons,
fest an der Wandung zu haften oder Klumpen in der flüssigkeitsartigen Schicht zu
bilden, sofort vermieden. Es ist sehr bemerkenswert, daß solch eine Wechselbeziehung
erzielt werden kann und daß eine Flüssigkeit auf diese Weise auf eine flüssigkeitsartige
Granalienschicht gesprüht werden kann, ohne daß eine Bildung von festen Klumpen
oder Schuppen eintritt. Eine bevorzugte Anordnung des Sprühnebels ist die, die Flüssigkeit
hochzusprühen, so daß sie beträchtlich steigt und dann als Granalien auf die flüssigkeitsartige
Schicht fällt. Das ergibt eine bessere Kontrolle der anfänglichen Trocknung und
der Teilchengröße, ohne daß eine größere Turmhöhe angewandt werden muß.
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Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes wird in hohem Maße von
der genauen Form und Gestalt der Vorrichtung abhängen, die zur Durchführung des
Verfahrens benutzt wird. Indessen ist es klar, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes
in der Zone, in der sich die festen Na 0 H-Granalien ansammeln sollen, in einem
solchen Bereich liegen muß, daß eine ausgedehnte oder siedende Teilchenschicht gebildet
wird, die hier als flüssigkeitsartige Schicht bezeichnet wird, und der Gasstrom
soll nicht in einem solchen Geschwindigkeitsbereich liegen, der bewirkt, daß die
Teilchen mitgerissen und in die Zone transportiert werden, in der die Tröpfchen
der Ätznatronlösung mit dem Gasstrom vor dem Festwerden in Berührung kommen. Wenn
jedoch die bevorzugte Type der Vorrichtung, nämlich ein sich nach unten verjüngender
Turm, angewandt wird, ist die Möglichkeit des Mitreißens von Teilchen eile wesentlichen
auf ein Minimum verringert. Wenn man jedoch das Verfahren so führt, daß inan Teilchen
von der oben angegebenen bevorzugten Größe erhält, werden gute Resultate erzielt,
wenn man eine Gasgeschwindigkeit zwischen o, i 5 und 3 m/Sek. anwendet, besser noch
zwischen 0,3 und i,8 m/Sek., in der Zone, wo die festen Granalien in den
flüssigkeitsartigen Zustand gebracht werden.
Wenn ein Gasstrom aufwärts
durch eine Schicht von getrennten Teilchen geleitet wird, steigt zuerst der Druckabfall
linear mit der Steigerung der Gasgeschwindigkeit. Ein Punkt wird dann erreicht,
über den hinaus der Druckabfall nicht mehr so schnell mit der Gasgeschwindigkeit
steigt, das Schichtvolumen ist dann um ungefähr 1o °/, gewachsen und die Schicht
hat gewisse Eigenschaften einer Flüssigkeit angenommen, sie kann z. B. umgerührt
oder gegossen werden. Sie kann als eine ausgedehnte Schicht bezeichnet werden. Mit
der weiteren Steigerung der Gasgeschwindigkeit erfahren die Teilchen eiiic Bewegung,
die 'derjenigen ähnlich ist, die man auf der Oberfläche einer kochenden Flüssigkeit
beobachtet, und eine solche Schicht kann als eine kochende Schicht bezeichnet werden.
Bei diesem Punkt ist der Druckabfall im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit.
Eine weitere Steigerung der Gasgeschwindigkeit bewirkt eine weitere Ausdehnung der
Schicht und dann tritt ein Mitreißen der Teilchen durch den Gasstrom auf, welcher
Zustand als ein mitreißender Strom bezeichnet werden kann.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck flüssigkeitsartiger
Zustand gebraucht wird, so werden darunter, wie oben beschrieben, sowohl die Zustände
verstanden, in denen sich die Teilchen in einer ausgedehnten Schicht und in einer
siedenden Schicht befinden.