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Herstellung von wasserarmem oder wasserfreiem Mägnesiumsulfat Das
Magnesiumsulfat des Handels wird vorwiegend durch Auflösen von Kieserit und Abkühlen
der heißen Lösung von beispielsweise 70° auf 2o0 C hergestellt. Dabei kristallisiert
Bittersalz entsprechend der Formel Mg S 04 + 7 H, O aus. Dieses Salz enthält nahezu
50 0lo Wasser. Durch diesen hohen Anteil an wertlosen Bestandteilen wird der Versand
des Salzes wesentlich verteuert. Auch ist es schwierig, aus Bittersalz hochkonzentrierte
Lösungen zu gewinnen, da das Kristallwasser beimAuflösen eine sehr starke Verdünnung
hervorruft. Außerdem ist für das Lösen die Zufuhr von Wärme erforderlich.
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Diese Nachteile führten dazu, wasserfreies bzw. wasserärmeres Magnesiumsulfat
herzustellen, das sich frachtlich günstiger stellt, sich unter Wärmeentwicklung
in Wasser löst und aus dem sich ohne weiteres hochkonzentrierte Lösungen gewinnen
lassen. Dies geschah durch Calcinieren von Bittersalz öder von Kieserit. Das Calcinieren
von Bittersalz ist teurer, weil es die gesamten Kosten der Bittersalzgewinnung einschließt.
Es führt allerdings zu einem sehr reinen Erzeugnis, das fast ausschließlich aus
MgS04 (und etwa 2 °j(, Wasser) besteht. Das Calcinieren von Kieserit ist zwar wesentlich
billiger. Die festen Verunreinigungen des lieserits, in der Hauptsache der Anhydrit,
bleiben dabei indessen im fertigen Salz. Nach einem weiteren Vorschlag werden Bittersalzlösungen
auf Temperaturen von i8o° C und darüber erhitzt. Dabei scheidet sich aus der Lösung
sogenannter künstlicher Kieserit aus, der dann ebenfalls in einer Calciniertrommel
auf wasserfreies Mg S 04 verarbeitet werden kann. Dieses Verfahren ist wärmewirtschaftlich
verhältnismäßig günstig. Es ergeben sich jedoch große apparative Schwierigkeiten,
da die Erwärmung der Bittersalzlösung auf i8o° C und darüber hinaus Dampfdrucke
von io Atm. aufwärts erfordert.
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Nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird wasserfreies
Magnesiumsulfat apparativ einfach und wärmewirtschaftlich günstig dadurch hergestellt,
daß konzentrierte heiße Lösungen dieses Salzes, die z. B. durch Auflösen von Kieserit
und Eindampfen der Lösung bei Temperaturen von etwa iio bis i2o° C hergestellt sind,
zerstäubt werden. Die zerstäubte Lösung wird im Gegenstrom mit hochüberhitztem Wasserdampf
behandelt in der Weise, d'aß dabei eine Abkühlung des Wasserdampfes unter etwa iSo°
C vermieden wird. Dabei wird das Lösemittel verdampft, und es entsteht ein praktisch
wasserfreies oder nahezu wasserfreies festes Salz.
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Magnesiumsulfatlösungen lassen sich im Vakuum oder unter Atmosphärendruck
höchstens bis auf etwa 5o bis 60 9 Mg S 04 in
ioo g H20 konzentrieren.
Bei den bisher üblichensEindampfverfahren bilden sich nämlich bereits feste Hydrate
von Mg S 04 bei einer Konzentration von etwa 6o bis 70 g Mg S 04 in ioo g H20. Derartige
Lösungen,. erfordern aber noch einen unwirtschaftlich:= hohen Wärmeverbrauch bei
der Entwässerung. Erfindungsgemäß wird nun die Lösung bis auf einen Gehalt von 7o
bis 85 g Mg S 04 in ioo g H20 eingedampft unter Anwendung von Eindampftemperaturen,
die bei etwa iio bis i2o° C liegen. Der diesen Eindampftemperaturen entsprechende
Druck beträgt etwa 0,3 bis o,8. atü. Die hohe Konzentration der Lösung gestattet
ein wärmewirtschaftlich besonders günstiges Arbeiten. Es empfiehlt sich nur ausnahmsweise
mit der Eindampftemperatur höher zu gehen, denn übersteigt diese ungefähr i2o° C,
so nimmt die Löslich-,keit des Magnesiumsulfates ab, und es kann beim Eindampfen
sehr konzentrierter Lösungen die Ausscheidung von künstlichem Kieserit eintreten.
Das ausgeschiedene Salz würde dann die Heizflächen verkrusten und die Wärmeübertragung
stören, falls nicht besondere an sich bekannte Mittel vorgesehen werden, um diese
Salzansätze an den Heizflächen. zu vermeiden bzw. wieder zu beseitigen.
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Da bei Temperaturen von etwa i io° C und darüber das Eindampfen unter
Überdruck vor sich geht, kann die Lösung durch Entspannung in einer Düse auf et-,va
Atmosphärendruck, die in einem geschlossenen Behälter, z. B. oben in einem Turm,
angeordnet ist, zerstäubt werden. Die Zerstäubung, für die zweckmäßig ein Druckgefälle
von o,i bis 0,5 Atm. verwendet wird, wird durch den bei der Entspannung entstehenden
Wasserdampf begünstigt. In dem Turm wird der Heizdampf, der auf Temperaturen von
etwa 500 bis 6oo° C erhitzt ist, im Gegenstrom zu der zerstäubten Lösung geführt.
Die Zufuhr von Lösung und überhitztem- Wasserdampf wird derart eingestellt, daß
dieser sich in Berührung mit der heißen Lösung nur auf etwa 200° C abkühlt. Die
Überhitzungswärme, die der Wasserdampf hierbei abgibt, dient zur Verdampfung des
Wassers der Lösung und zur Überführung des Salzes in eine feste, praktisch wasserfreie
Form. Ein Teil des Gemisches von Heizdampf und aus der Lösung entwickeltem Dampf,
das eine Temperatur von etwa 2oo° C und eine Spannung von etwa i ata hat, gelangt
aus dem Turm in einen Überhitzer, aus dem es nach entsprechender Aufheizung wieder
dem Turm als Heizmittel zugeführt wird. Der Rest, der ungefähr der in der konzentrierten
Lösung enthaltenen Wassermenge entspricht, wird aus dem Kreislauf abgezweigt und
für andere Zwecke nutzbar gemacht; zweckmäßig wird er zuri Vorwärmung des für die
Herstellung der Lösung erforderlichen Lösemittels verwendet, wodurch die Wärme,
die zur Ent-*ässerung der konzentrierten Lösung erforderlich ist, fast restlos ,>im
Verfahren selbst .°ntitzbar gemacht wird.
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In der Zeichnung ist ein Schaltungsschema beispielsweise dargestellt.
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i und 3 sind die durch die Leitung :2 verbundenen Körper einer zweistufigen
Eindampfanlage, ia und 3a deren Heizsysteme. 6 ist der Kondensator, an den der Körper
i mittels Leitung 5 angeschlossen ist. 8 stellt die Trocken- und Calciniereinrichtung
dar mit der Düse 9 und der Austragsvorrichtung i i für das feste Magnesiumsulfat.
Der Körper 3 ist mit der Düse 9 durch die Leitung 7, der Turm 8 mit der Entstaubungseinrichtung
14 durch die Leitung 13 verbunden. 15 ist ein Gebläse, das in die die Entstaubungseinrichtung
14 mit dem Überhitzer 16 verbindende Leitung eingeschaltet ist. Von dieser zweigt
die Leitung 18 nach dem Vorwärmer i9 ab. 17 ist die Feuerung des Überhitzers ,16,
io seine unmittelbare Verbindung mit -dem Turm B. Die Schnecke 12 dient zur Aufmahme,
Kühlung und Förderung des aus dem =Turm 8 durch die Vorrichtung i i und aus der
Entstaubung 14 durch die Leitung 2o ausgetragenen Salzes. 24 22, 23, 25 sind Zuführungs-
bzw. Verbindungsleitungen, 26 und 27 die Kondensatabflüsse aus den Heizsystemen
ia und 3a.
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Das für die Erhitzung der Magnesiumsulfatlösung zu benutzende Lösemittel,
z. B. kaltes oder warmes Wasser oder eine Magnesiumsulfatlösung geringer Konzentration,
wird zunächst in dem; Vorwärmer i9 erhitzt, in den es durch die Leitung 21 eintritt
und 'den es durch die Leitung 22 verläßt. Es gelangt darauf in die (nicht gezeichnete)
Löseanlage. Diese besteht beispielsweise aus Holzbottichen mit falschem Boden, die
mit Kieserit gefüllt gehalten werden. Das Lösemittel- durchströmt den Kieserit vorzugsweise
in der Richtung von oben nach unten. Zufluß und Abfluß werden dabei z. B. derart
:eingestellt, daß aus dem Raum unterhalb des falschen Bodens der Lösegefäße eine
klare Lösung abgezogen werden kann, die ungefähr Sog Magnesiumsulfat in ioo g Wasser
enthält. Dem Inhalt der Lösegefäße kann durch unmittelbare oder mittelbare Wasserdampferhitzung
noch Wärme zugeführt werden. Gelangt jedoch das Lösemittel mit genügend hoher Temperatur,
z. B. 8o bis 9o° C, in das Lösegefäß, so ist eine besondere Beheizung desselben
vielfach nicht erforderlich.
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Die aus den Lösegefäßen kommende Sulfatlösung wird mittels der Leitung
23 der Düse 24 im Körper i der Eindampfanlage zugeführt.
In dem
Körper i wird sie z. B. bei einer Temperatur von 95" C konzentriert. Die voreingedampfte
Lösung gelangt dann zweckmäßig in ständigem Strom durch die Leitung :2 in den Körper
3, wobei die Druckdifferenz in der in Eindampfanlagen üblichen Weise durch Anordnung
einer Pumpe 28 oder durch Schaffung eines entsprechenden Gefälles überwunden wird.
In dem Körper 3 erfolgt die weitere Konzentration beispielsweise bei einer Verdampfungstemperatur
von ' 110" C bis auf etwa 7o bis 85, z: B. 8o g Magnesiumsulfat in ioo g Wasser.
Die Beheizung des Körpers 3 geschieht mittels Wasserdampfes geeigneter Spannung,
z. B. Gegendruckdampf von o,8 bis 1,5 atü, der durch die Leitung 4 dem Heizsystem
3a zugeführt wird. Der im Körper 3a entwickelte Wasserdampf (Brüllen) wird im Heizsystem
1a des Körpers i ausgenutzt, das zu diesem Zwecke durch die Leitung 25 mit dem Dampfraum
des Körpers 3 verbunden ist. Der Wasserdampf (Brüllen), der sich im Körper i bildet,
wird durch die Leitung 5 dem Einspritz- oder Oberflächenkondensator 6 zugeführt.
Seine Kondensationswärme kann hier zur Herstellung warmen Wassers verwendet werden,
das dann gegebenenfalls zum Lösen des Kieserits benutzt wird.
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Aus dem Eindampfapparat 3 wird durch die Leitung 7 die Lösung zweckmäßig
kontinuierlich und in gleichmäßig starkem Strom der Düse 9 vom Turm 8 zugeleitet.
In dieser Düse erfolgt die Entspannung auf den im Turm 8 aufrechterhaltenen Druck,
der etwa i ata betragen kann.
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In dem Turm 8 wird die für die Entwässerung der zerstäubten Lösung
benötigte Wärme dadurch aufgebracht, daß durch die Rohrleitung 1o bis auf etwa 55o"
C überhitzter Wasserdampf eingeleitet wird. Dieser Wasserdampf durchströmt den Turm
von unten, nach oben. Auf diesem Wege bewirkt er die Entwässerung der zerstäubten
Magnesiumsulfatlösung. Der Wasserdampf verläßt den Turm mit Temperaturen von etwa
200" C.
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Unter diesen Druck- undTemperaturbedingungen gewinnt man ein Magnesiumsulfat,
das höchstens noch etwa 2 % Wasser enthält, größtenteils in Form von Hohlkugeln.
Sein Schüttgewicht ist etwa o,15. Es löst sich sehr leicht in Wasser unter Wärmeentwicklung
und kann gewünschtenfalls durch mäßigen Druck zu Briketts von einem spez. Gewicht
von etwa i verdichtet werden.
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Der größte Teil des Magnesiumsulfats sammelt sich am Boden des Turmes
B. Von hier aus wird es durch die Fördervorrichtung 11 zweckmäßig in eine Schnecke
12 ausgetragen. Diese kann doppelwandig ausgebildet sein. Durch ,den Mantel der
Schnecke wird dann Luft o. dgl. geleitet, um das gewonnene Magnesiumsulfat in der
Schnecke zu kühlen.
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Der Wasserdampf, der aus dein Turm 8 mit einer Temperatur von etwa
Zoo" C abströmt, gelangt zunächst in eine Entstaubungsvorrichtung 14, die als Zyklon
oder elektrische Gasreinigung ausgebildet sein bann: In dieser Einrichtung wird
der Dampf von den geringen Mengen Magnesiumsulfat, die er mitgeführt hat, befreit.
Das in der Entstaubungsvorrichtung gewonnene Salz kann ebenfalls der Schnecke 12
mittels an sich bekannter Fördervorrichtungen zugeführt werden. In vielen Fällen
genügt aber 'hier schon ein einfaches Fallrohr 2o.
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Der sorgfältig entstaubte Wasserdampf gelangt teils durch die Leitung
18 in den Vorwärmer 19, der als Oberflächenkondensator ausgebildet sein kann und
zur Vorwärmung des Lösungsmittels dient, teils wird er vom Gebläse 15 durch den
Überhitzer 16 und die Leitung 1o wieder in den Turm 8 zurückgeführt.
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Der Überhitzer 16 kann beliebiger Bauart sein. Er ist z. B. mit einer
Feuerung 17 ausgestattet, in der als Verbrennungslüft vorteilhaft die zum Kühlen
des aus- dem Turm 8 ausgetragenen Magnesiumsülfats. dienende Luft verwendet wird.
Der Überhitzer liefert also einerseits die Wärme für die Entwässerung der konzentrierten
Magnesiumsulfat-'lösung, andererseits die Wärme für die Vorwärmung mindestens eines
Teils des Lösemittels, das zur Herstellung der Ausgangslösung benutzt wird. Dadurch
und durch die Verwendung einer mehrstufigen Eindampfanlage zur Konzentration der
in der Löseanlage gewonnenen Magnesiumsulfätlösung gelingt es erfindungsgemäß, praktisch
Wasserfreies Magnesiumsulfat mit einem geringen Wärmeverbrauch und einer einfachen
betriebssicheren Anlage herzustellen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch so geleitet werden, daß
ein wasserarmes Magnesiumsulfat beispielsweise von der Zusammensetzung Mg S 04 -1-
i H2 O. gewonnen wird, was ohne weiteres dadurch gelingt, daß die Heizdampftemperaturen
im Turm i entsprechend erniedrigt werden.