DE19526202A1 - Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat durch Ent­ wässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat in einem Trommel- Trocknungsofen.

Die Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat ist eine Technik, die breit angewendet wird zur Herstellung von was­ serfreiem Natriumcarbonat. Sie wird vor allem eingesetzt zur Herstellung von Natriumcarbonat durch Raffination von Trona (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology - Band 1 - John Wiley & Sons - 1978 - Seiten 875 bis 876). Man verwendet bei dem Herstellungsverfahren für Soda auch Ammoniak, um das leichte Natriumcarbonat (oder leichte Soda) in schweres Natriumcarbonat (oder schwere Soda) umzu­ wandeln (Manufacture of Soda - Te-Pang Hou - Hafner Publishing Company - 1969 - Seite 221).

Die Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat wird übli­ cherweise in Trommel-Trocknungsöfen durchgeführt. Diese bestehen aus einer zylindrischen Trommel, die zur Horizon­ tale etwas geneigt ist und erwärmt wird. Wenn das Natrium­ hydrat-Monohydrat am stromaufwärts gelegenen Ende der Trom­ mel eingeführt wird, kreist es fortlaufend in dieser unter der Einwirkung der Drehung und entwässert sich, sobald es eine Temperatur erreicht, die höher ist als die Temperatur des Übergangs von Natriumcarbonat-Monohydrat in wasser­ freies Natriumcarbonat; das wasserfreie Natriumcarbonat wird am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel gewonnen. Das Erwärmen der Trommel erfolgt von außen durch Erwärmung der Wand oder mit Hilfe von in einem Rohrleitungsnetz, das im Inneren der Trommel angeordnet ist, zirkulierendem Dampf.

Um die Dichte des wasserfreien Natriumcarbonatproduktes in dieser Art von Trocknungsofen zu erhöhen, wird empfohlen, stromaufwärts des Ofens einen Teil des stromabwärts des Ofens gewonnenen Natriumcarbonats zurückzuführen (Manufacture of Soda - Te-Pang Hou - Hafner Publishing Company - 1969 - Seite 221).

Die zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat durch Entwässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat verwendeten Trommelöfen sind manchmal einer erheblichen Korrosion aus­ gesetzt, was ein Nachteil dieser Technik ist.

Es wurde nun gefunden, daß der erwähnte Nachteil mit der Rückführung des wasserfreien Natriumcarbonats vom stromab­ wärts gelegenen Ende zum stromaufwärts gelegenen Ende des Ofens zusammenhängt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Mittel bereitzustellen, um diesen Nachteil zu überwinden.

Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat, bei dem man einen Trock­ nungsofen verwendet, der eine sich drehende Trommel umfaßt, Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel einführt, das wasserfreie Natriumcarbo­ nat in einem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gewinnt und in den stromaufwärts gelegenen Bereich einen Teil des wasserfreien Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich zurückführt, wobei das Zurückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel erfolgt.

Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Trock­ nungsofen ist ein üblicherweise bei Techniken zur Trocknung von festen Materialien im Zustand eines Pulvers oder von Körnchen verwendeter Trocknungsofen. Allgemein umfaßt er eine Drehtrommel, deren Achse leicht zur Horizontale geneigt ist, z. B. mit einer Neigung im Bereich von 0,10 bis 4%. Die Trommel wird einer leichten Drehung um ihre Achse unterzogen und wird in an sich bekannter Weise erwärmt, um eine Temperatur zu erreichen, die höher ist, als die Tempe­ ratur des Übergangs von Natriumcarbonat-Monohydrat in was­ serfreies Natriumcarbonat, z. B. eine Temperatur, die 2 bis 10°C höher ist, als die Übergangstemperatur. Man führt das Natriumcarbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel ein. Man versteht unter stromabwärts gelegenem Bereich einen Bereich der Trommel, der direkt benachbart dem stromabwärts gelegenen Ende der Trommel angeordnet ist, entsprechend z. B. 10% der Länge der Trom­ mel, gerechnet vom stromaufwärts gelegenen Ende davon. Unter der Einwirkung der Drehung der Trommel wandert das Natriumcarbonat in der Trommel von stromaufwärts nach stromabwärts und erwärmt sich fortlaufend, bis eine Tempe­ ratur erreicht ist, die höher ist als die vorher erwähnte Übergangstemperatur, bevor es in den stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel gelangt. Auf diese Weise ist in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel das Natriumcar­ bonat im wesentlichen in wasserfreiem Zustand. Par defi­ nitionem ist der stromabwärts gelegene Bereich der Trommel ein Bereich der Trommel, der direkt benachbart dem stromab­ wärts gelegenen Ende angeordnet ist, entsprechend z. B. 10% der Länge der Trommel gerechnet vom stromabwärts gelegenen Ende. Bevorzugt wird das Natriumcarbonat-Monohydrat in die Trommel mit einer Temperatur von mehr als 50°C, z. B. 80 bis 100°C eingeführt und das wasserfreie Natriumcarbonat wird aus der Trommel mit einer Temperatur von mehr als 107°C entnommen, bevorzugt jedoch nicht mehr als 200°C, z. B. 120 bis 180°C.

Erfindungsgemäß wird ein Teil des Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel in den stromauf­ wärts gelegenen Bereich zurückgeführt und das Zurückführen wird im Inneren der Trommel durchgeführt. Der Teil des Natriumcarbonats, der aus dem stromabwärts gelegenen Bereich in den stromaufwärts gelegenen Bereich zurückge­ führt wird, ist nicht kritisch, um das erfindungsgemäß ge­ wünschte Ergebnis zu erreichen. Er ist allgemein mindestens 50 Vol.-% (bevorzugt 75 Vol.-%) bezogen auf den Volumen­ durchfluß an Natriumcarbonat-Monohydrat, das in den stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel eingeführt wird. Sie überschreitet im allgemeinen 250% (bevorzugt 200 %) dieser Menge nicht, wobei die am besten geeigneten Volumenanteile 75 bis 150% sind.

Es wurde beobachtet, daß dann wenn alle anderen Bedingungen gleich sind, bei Durchführung der Rückführung des wasser­ freien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel die Korro­ sion der Trommel stark vermindert wird bezogen auf den Fall, in dem das Rückführen von außen in die Trommel bewirkt wird. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, nehmen die Erfinder an, daß in den Verfahren des Standes der Tech­ nik die Korrosion des Ofens mit der hygroskopischen Natur des wasserfreien Natriumcarbonats und der im Ofen herr­ schenden Temperatur zusammenhängt und daß man, wenn man das Rückführen des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren des Ofens durchführt, ein unerwünschtes Eintreten von Luft vermeidet und dadurch eine Oxidation der Ofenwand.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt man, um das wasserfreie Natriumcarbonat zurückzuführen, dieses von dem stromabwärts gelegenen Be­ reich zu dem stromaufwärts gelegenen Bereich in einem in der Trommel koaxial angeordneten Rohr kreisen. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Zirkulation des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren des Rohrs vorteilhafterweise mit Hilfe einer archimedischen Schnecke bewirkt. Hierzu wird die archimedische Schnecke vor­ teilhafterweise mit dem Rohr verbunden, das wiederum selbst mit der Trommel verbunden ist, wobei die Entnahme der Natriumcarbonat-Fraktion in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel und das Überführen in das Rohr mit Hilfe mindestens einer an der Rohrwand befestigten Mulde oder einem Trog erreicht werden, die/der bezogen auf das Ende des Rohrs stromabwärts angeordnet ist. Ein für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Trocknungsofen ist der in GB-A-2 851 792 beschriebene.

Die Einzelheiten der Erfindung werden nun genauer gezeigt durch die folgende Beschreibung der einzigen Figur der bei­ gefügten Zeichnung, die eine Längsansicht eines Trocknungs­ ofens im Querschnitt, teilweise aufgebrochen, ist, der an die Durchführung der speziellen Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens angepaßt ist.

Der in der Zeichnung dargestellte Trocknungsofen entspricht dem in GB-A-2 851 792 beschriebenen. Er umfaßt eine Trommel 1, die an den Sockeln 2 befestigt ist, unter Zwischenschal­ tung von Wälzlagern 3, so daß er sich um seine longitudina­ le Achse unter Einwirkung eines Motors, nicht gezeigt, dre­ hen kann. Die Trommel hat eine Neigung von ungefähr 0,25%.

Am stromaufwärts gelegenen Ende 4 ist die Trommel 1 in Ver­ bindung mit einer festen Einfassung 5, die einerseits mit einer Zuführvorrichtung (nicht gezeigt) für pulverförmiges Natriumcarbonat-Monohydrat und andererseits mit einer Rohr­ leitung (nicht gezeigt) zum Auslaß von Wasserdampf verbun­ den ist. Am stromabwärts gelegenen Ende 6 tritt die Trommel 1 in eine Einfassung 7 ein, die mit einer Vorrichtung (nicht gezeigt) zur Entnahme von wasserfreiem Natriumcarbo­ nat aus der Trommel versehen ist. Die Zuführvorrichtung für Natriumcarbonat-Monohydrat in der Trommel 1 und die Vor­ richtung zur Entnahme von wasserfreiem Natriumcarbonat sind wohlbekannt.

Ein zylindrisches Rohr 8 ist im Inneren der Trommel 1 in solcher Weise angeordnet, daß seine Achse genau mit der Achse der Trommel zusammenfällt. Das Rohr 8 ist an den bei­ den Enden offen und enthält eine archimedische Schnecke 9. Die archimedische Schnecke 9 ist mit der Rohrwand 8 verbun­ den und diese ist mit der Wand der Trommel 1 durch Stege 10 verbunden. Nahe dem stromabwärts gelegenen Ende der Trommel 1 trägt das Rohr 8 eine Reihe von peripher angeordneten Mulden 11.

Der Ofen weist außerdem im Inneren der Trommel 1 ein Rohr­ systemnetz, nicht gezeigt, auf, das benachbart zur Wand der Trommel angeordnet ist und dazu bestimmt ist, daß Wasser­ dampf und dessen Kondensat zur Erwärmung der Atmosphäre der Trommel durchgeleitet wird.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe des in der Zeichnung dargestellten Ofens durchgeführt wird, läßt man den Wasserdampf durch das Rohrleitungssystem in solcher Weise zirkulieren, daß die Trommel eine Temperatur bekommt, die höher ist als die Temperatur des Übergangs von wasser­ freiem Natriumcarbonat zu Natriumcarbonat-Monohydrat und man bringt die Trommel in Rotation. Man führt das Natrium­ carbonat-Monohydrat in die Trommel 1 über die Einfassung 5 stromaufwärts ein. Während des Drehens der Trommel wandert das Natriumcarbonat-Monohydrat zum stromabwärts gelegenen Ende der Trommel und wird in wasserfreies Natriumcarbonat umgewandelt, sobald seine Temperatur in der Trommel die Temperatur des vorher angegebenen Übergangs übersteigt. Am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel läuft das wasser­ freie Natriumcarbonat durch die Einfassung 7, von wo es entnommen und gewonnen wird. Da die Trommel etwas geneigt gehalten wird, steigt der in der Trommel gebildete Wasser­ dampf von stromabwärts nach stromaufwärts und wird in der Einfassung 5 entnommen.

Eine Stufe (nicht gezeigt), die am stromabwärts gelegenen Ende der Trommel vorgesehen ist, hält das Niveau des Mate­ rials in der Trommel ziemlich konstant, so daß unter der Einwirkung des Drehens die Mulden 11 in regelmäßigen Inter­ vallen das wasserfreie Natriumcarbonat aus der Trommel schöpfen und es in das Rohr 8 leiten. Das so in das Rohr 8 geleitete wasserfreie Natriumcarbonat wird dort eingefangen mit der archimedischen Schnecke und bis zum stromaufwärts gelegenen Ende der Trommel geleitet, wo es mit dem Natrium­ carbonat-Monohydrat, das in die Trommel aus der Einfassung 5 eintritt, vereinigt wird. Die Mulden 11 sind z. B. so dimensioniert, daß der Volumendurchfluß an wasserfreiem Natriumcarbonat, das aufsteigt und absinkt, in dem Rohr 8 ungefähr gleich ist dem Volumendurchfluß an Natriumcarbo­ nat-Monohydrat, das in die Trommel 1 von der stromaufwärts gelegenen Einfassung 5 her eintritt. Insbesondere wird das Temperaturprofil in der Trommel vorteilhafterweise so gesteuert, daß das Natriumcarbonat-Monohydrat mit einer Temperatur von ungefähr 100°C in die Trommel eingeführt wird und daß das wasserfreie Natriumcarbonat am Ausgang eine Temperatur von ungefähr 150°C hat.

Das Verfahren, das hier unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben wurde, findet eine vorteilhafte Anwendung bei der Behandlung von Natriumcarbonat-Monohydrat, das als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Natriumcarbonat durch Raffination von Trona erhalten wurde. Es findet auch Anwendung bei der Herstellung von schwerem Soda durch Ent­ wässerung von Natriumcarbonat-Monohydrat, das ausgehend von leichtem Soda erhalten wurde, das mit dem Ammoniak-Ver­ fahren zur Soda-Herstellung hergestellt wurde.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natrium­ carbonat, wobei man einen Trocknungsofen verwendet, der eine sich drehende Trommel umfaßt, das Natrium­ carbonat-Monohydrat in einen stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel einführt, das wasserfreie Natriumcarbonat in einem stromabwärts gelegenen Be­ reich der Trommel gewinnt und in den stromaufwärts gelegenen Bereich einen Teil des wasserfreien Natriumcarbonats aus dem stromabwärts gelegenen Be­ reich zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zurückfüh­ ren des wasserfreien Natriumcarbonats im Inneren der Trommel erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das was­ serfreie Natriumcarbonat, um es zurückzuführen, von dem stromabwärts gelegenen Bereich zum stromaufwärts gelegenen Bereich durch ein Rohr zirkulieren läßt, das koaxial in der Trommel angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Natrium­ carbonat in dem Rohr durch Drehung einer archimedi­ schen Schnecke, die in dem Rohr angeordnet ist, zir­ kulieren läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die archi­ medische Schnecke mit dem Rohr verbunden ist, das wiederum mit der Trommel verbunden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Anteil des wasserfreien Natriumcarbonats mit mindestens einer an der Rohrwand befestigten Mulde hochhebt, die in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Trommel angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumcarbonat-Monohydrat in die Trommel mit einer Temperatur von 80 bis 100°C eingeleitet wird und daß das wasserfreie Natriumcarbonat der Trommel mit einer Temperatur von 120 bis 180°C entnommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des wasserfreien Natriumcarbonats, der zurückgeführt wird, 75 bis 150 Vol.-% bezogen auf den Volumendurchfluß des Natriumcarbonat-Monohydrats, das in den stromaufwärts gelegenen Bereich der Trommel eingeleitet wird, beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Natriumcarbonat-Monohydrat einsetzt, das als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Natrium­ carbonat durch Raffination von Trona erhalten wurde.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Natriumcarbonat-Monohydrat einsetzt, das ausgehend von leichtem Soda erhalten wurde, das hergestellt wurde mit dem Ammoniak-Soda-Verfahren.