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Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen festem wasserfreiem
Natriumhydroxyd Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verstellung von
im wesentlichen festem, wasserfreiem Natriumhydroxyd aus einer wäßrigen Losung,
"@elclie zwischen 8o bis 95°/o Natriumhydroxyd enthält, wobei bei einer Temperatur
zwischen zoo und 300° gearbeitet wird.
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Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen
festem, wasserfreiem Natriumhydroxyd vorgeschlagen, die aber sämtlich den wesentlichen
Nachteil haben, daß sie insofern sehr kostspielig sind, als bei ihrer Durchführung
wertvolle Apparaturen angewendet werden müs::u. die aus hochwertigen Werkstoffen
bestchen. uin dir TLerst;#lluii" eine. reiben, kein Eisen enthaltenden, wasserfreien
Natriumhydroxyds zu ermöglichen. Es kommt noch hinzu, daß die bekannten Verfahren
wärmewirtschaftlich überaus ungünstig arbeiten, insofern nämlich, als einmal große
Wassermengen verdampft werden müssen und andererseits zum Schluß ein fester Rückstand
entsteht, aus dem sich das Restwasser nur überaus schwierig entfernen läßt. Auch
durch die Anlegung eines Vakuums kann in dieser Hinsicht wenig geliolfen werden.
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Gemäß der Erfindung wird in einfacher Weise bei der Herstellung von
im wesentlichen wasserfreiem, festem Natriumhydroxyd aus einer 8o bis 95% \atriumhydroxyd
enthaltenden wäßrigii
Lösung so vorgegangen, daß eine große Oberfläche
der Lösung einem Gas oder Dampf ausgesetzt wird, in (lern der Wasserdampfpartialdruck
bei einer Temperatur zwischen 200 und 300° unterhalb 6oo mm Quecksilbersäule gehalten
wird und im wesentlichen unter adiabatischen Bedingungen gearbeitet wird.
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Es wurde nämlich gefunden, daß bei Einhaltung gewisser Arbeitsbedingungen
die Umwandlung von wäßrigen Natriumhydroxydlösungen in festes, wasserfreies Natriumhydroxyd
unter Abscheidung von Wasserdampf erfolgen kann, ohne daß es notwendig wäre, hierfür
so große Wärmemengen anzuwenden, wie sie bisher erforderlich waren. Auf diese Weise
lassen sich hochkonzentrierte Lösungen von N atriumliydroxyd bei oder etwas oberhalb
der Temperatur, bei der sie gesättigt sind, bei verringertem Druck in Wasserdampf
und wasserfreie Kristalle scheiden, und das Verfahren läßt sich dann adiabatisch
bis zu Ende durchführen.
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Bei einer Arbeitsweise nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird
von einer Lösung ausgegangen, die ungefähr io% Wasser enthält und wobei der Rest
aus Natriumhydroxyd besteht, (las noch geringe Mengen an Verunreinigungen, etwa
'/_ bis 2%, enthält. Die Temperatur der Lösung wird auf etwas über 28o° eingestellt.
Die Lösung wird dann einem Unterdruck ausgesetzt, bei (lern der Wasserdampfdruck
der Lösung unterhalt) 6oo mm Quecksilbersäule gehalten wird, beispielsweise bei
ioo bis i4o mm Quecksilbersäule. Dabei wird für eine große Oberfläche der Flüssigkeit
gesorgt, indem beispielsweise die Lösung in einen leeren Turm versprüht wird. Hierdurch
erfolgt eine rasche Verdampfung des Wassers, und das sich dabei abscheidende Ätznatron
fällt in Form von körnigem, trockenem, im wesentlichen wasserfreiem Natriumhydroxyd
an. Bei dieser Arbeitsweise des Verfahrens braucht überhaupt keine Wärme hinzugefügt
zu werden, und die einzige Vorkehrung, die hierbei zu treffen ist, ist die, daß
X#'ärmeverluste., beispielweise an die umgebende Atmosphäre, verringert werden bzw.
dürfen diese nicht über 4oooo cal je Tonne Produkt betragen. Bei einer anderen Arbeitsweise
wird eine geeignete Lösung in einem Rohr versprüht, indem ein aufsteigender Luftstrom
die Wasserdämpfe mitnimmt und so ein Wasserdampfpartialdruck unterhalb 6o0 mm Quecksilbersäule
erzeugt wird. Bei diesem Verfahren entsteht ebenfalls trockenes, körniges, im wesentlichen
wasserfreies Natriumhydroxyd. Die Luft kann gewünschtenfalls so warm sein, daß Wärmeverluste
der Lösung nicht über ioooo cal je Tonne Produkt betragen bzw. die Luft kann genügend
erwärmt sein, um bei dem Verfahren eine gewisse Wärmemenge abzugeben. Für eine große
Flüssigkeitsoberfläche wird durch eines der bekannten Verfahren gesorgt, beispielsweise
durch Versprühen, Ausbreiten der Flüssigkeit als Film, Bewegung einer Lösung oder
Verteilen derselben in bereits hergestelltem, körnigem Ätznatron oder einer anderen
Trägerflüssigkeit für die Lösung. In jedem dieser Verfahren ist die für die Selbstverdampfung
benötigte Zeit außerordentlich gering im Vergleich zu der Zeit, die gewöhnlich erforderlich
ist zum Verdampfen von wäßrigen Ätznatronlösungen, weil sie nicht mehr beschränkt
ist auf die Geschwindigkeit, mit der Wärme zugeführt werden kann.
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Die durch Versprühen der Flüssigkeit erreichte große Oberfläche hängt
von der Größe der Tropfen ab und liegt gewöhnlich zwischen 5oo und 50ooo qm je Tonne
Flüssigkeit. Eine derartige Oberfläche wird auch durch X"erteilen der Flüssigkeit
auf dem körnigen Material erzielt. .Wenn die Flüssigkeit als Film ausgebreitet wird,
so beträgt die Oberfläche im allgemeinen über ioo qm je Tonne Flüssigkeit. Durch
Rühren der Flüssigkeit wird zunächst wohl eine verhältnismäßig geringe Oberfläche
entstehen, jedoch vergrößert sich diese während der N'erdampfung beträchtlich, weil
nämlich die Rückstandsflüssigkeit auf den sich bildenden festen Teilen ausgebreitet
wird. Eine große Oberfläche ist aber erforderlich, um hohe Verdampfungsgeschwindigkeiten
zu erreichen. Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einer großen Oberfläche
die Rede ist. so wird eine solche verstanden, die oberhalb io und zweckmäßig über
ioo qm je Tonne Flüssigkeit liegt.
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Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren findet durch
die Einsparung wesentlicher Wärmemengen gegenüber den bisher bekannten Verfahren
auch eine geringere chemische Beeinflussung der Apparaturen statt, und es wird erheblich
an Zeit gespart. Durch Auskristallisieren von Natriumhydroxyd aus einer Lösung entsteht
ein festes Produkt bei oder unterhalb 27o° an Stelle eines geschmolzenen Produktes
bei 4oo° aus der Lösung.
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Hierdurch wird mehr als die latente Schmelzwärme von Natriumhydroxy-d
gespart, und zwar etwa 130 cal je Tonne Material. Dadurch, daß bei niedrigen
Temperaturen gearbeitet wird, erfolgt auch ein- geringerer chemischer Angriff auf
die Apparatur, und es wird wesentlich an Zeit gespart, die sonst für das Absetzenlassen
der Verunreinigungen, welche die Flüssigkeit während der letzten Stufen der Verdampfung
aufgenommen hat, erforderlich ist. Es wird auch die Wärmemenge eingespart, die zum
Erwärmen des geschmolzenen Ätznatrons von der zuletzt angewandten Verdampfungstemperatur
von etwa 4oobisauf 5oo° erforderlich ist, d. h. bis auf die Temperatur, bei der
ein befriedigendes Absetzen der Verunreinigungen eintritt. Hierdurch werden weitere
55 cal je Tonne Material eingespart, abgesehen von den Wärmeverlusten, die während
der 36 Stunden eintreten, die das Material zum Absetzen der Verunreinigungen auf
dieser hohen Temperatur gehalten werden muß. Darüber hinaus kann die Verdampfung
bei derAusgangsflüssigkeit unter viel 1)esserenWärm-,-übertragungsbedingungen durchgeführt
werden, und zwar unter Verwendung eines der üblichen umlaufenden Rohrverdampfer,
bei dem die für die Verdampfung bis zu 8o- bis 9;°-öiger Ätznatronlösung nötigen
Temperaturen mit Hilfe anderer
Mittel als durch direkte Beheizung
erzielt werden können, beispielsweise durch die Verwendung von Diphenyldampf.
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l@ei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren wird eine
adiabatische Umwandlung einer Lösung in Dampf und einen festen Stoff herbeigeführt,
indem die Lösung einer Verringerung des Wasserdampfpartialdruckes ausgesetzt wird.
Im Idealfall ist dieses adiabatische Verfahren auch ein isothermisches. Es ist bemerkenswert
und vollkommen unerwartet, daß, wie sich herausgestellt hat, Bedingungen auftreten
können, bei denen die für die Verdampfung des Wassers aus einer wäßrigen Natriumhydroxydlösung
erforderlichen Wärmemengen durch die bei der Auskristallisierung des Natriumhydroxyds
aus der Lösung freiwerdende Wärme geliefert werden können. Es ist allgemein bekannt,
daß bei der Auflösung von Natriumhydroxyd in Wasser Wärme frei wird. Es wurde weiterhin
gezeigt, daß bei der Kristallisation von Ätznatroti aus gesättigten Lösungen ebenfalls
beträchtliche Wärmemengen frei werden. Weiterhin wurde nun gefunden, daß die Arbeitsbedingungen
derart gewählt werden können, daß die allein bei der Kristallisation freiwerdende
Wärme ausreicht, um das ganze vorhandene Wasser zti verdampfen. Diese Erkenntnis
steht im Gegensatz zu den Erwartungen. Es ist weiterhin bemerkenswert, (laß auf
diese Weise wasserfreies Natri.umhydroxvd, (las höchstens 0,3% Wasser enthält, hergestellt
werden kann, weil nämlich NatriumhYdroxyd leicht zerfließt und oft als Wasser entziehendes
Mittel angewandt wird. Hierdurch wird die allgemeine Annahme gestützt, die sich
durch die handelsübliche Praxis ergeben hat, daß die Wasserentziehung vonNatriumhydroxyd
schwierig ist und das Ätztiatron einer derjenigen Stoffe ist, dessen Herstellung
in der wasserfreien Form ein ganz besonderes Problem darstellt.
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Der Idealfall ist der der Verwendung einer etwa 90- bis 92%igen Natriumhydroxydlösung
bei ungefähr @@,o^, jedoch bestehen andere Bedingungen innerhalb der unmittelbaren
Nähe dieses Punktes, wo die Arheitslxdingung, obwohl sie adiabatisch ist. nicht
isotlierin ist, insofern, als ein Ansteigen oller Absinken derTeml)eraturwährend
der Selbstverdampfting auftritt.
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Als höchste Grenze kann das Verdampfen mit Lösungen begonnen werden,
die 95% NaOH bei einer Temperatur von 29o° enthalten. In diesem Fall steigt, trotzdem
keine Wärme zugeführt wird, die Temperatur tatsächlich während .des Selbstverdampfungsverfahrens,
jedoch geht diese Temperatursteigerung Hand in Hand mit einem Sinken des Dampfdruckes.
da Wasser während des Verdampfutigsverfahretis abgeführt wird. Wenn mit derartig
hohen Ausgangskonzentrationen begonnen wird. sollte der endgültige partiale Dampfdruck
für die adiabatische Selbstverdampfung ioo mm nicht übersteigen. Als untere Grenze
für die adiahatische Arbeitsweise wird eine Flüssigkeit angewandt, die 85% Natriumhydroxyd
bei einer Arbeitstemperatur zwischen 25o und 37o° enthält. Hierbei sinkt jedoch
nur in den höheren Temperaturen dieses angegebenen Bereichs die Temperatur w * lirend
der adiabatischen Selbstverdampfung g, und gleichzeitig muß auch der Partialdruck
des Wasserdampfes in gewissen Fällen bis auf 5o mm Quecksilhersäule niedrig gehalten
werden. Es besteht also eine verhältnismäßig begrenzte Spanne der Konzentrationen,
mit denen das den Gegenstand der I?rfindung bildende Verfahren ohne besondere \\'ä
rmezufuhr durchgeführt werden dann. Innerhall) dieses allgemeinen Bereichs zwischen
85 und 9.511/o Na 0'H liegt der vorzugsweise Konzentrationshereich zwischen 87 und
92%, und für die 87%ige Lösung wird zweckmäßig mit einer Temperatur begonnen, die
zwischen 230 und 27o° liegt. Bei ._itier 920/0igen Flüssigkeit beträgt die
Anfangstemperatur zwischen 270 und 300°.
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01)w-olil die Erfindung als ein adiabatisches Verfahren beschrieben
wurde, das im Idealfall auch ein isotliermes Verfahren ist, läßt sich das Verfahren
aller auch als adiabatisches durchführen, bei dein eine gewisse Wärmemenge zugeführt
wird, die jedoch überaus gering im Vergleich zu der bisher für notwendig angesehenen
ist.
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Die Überführung von go%igen Natriumhydroxy(llösungen in geschmolzenes,
wasserfreies Natritimhydroxyd und die Abscheidung des Wasserdampfes durch die üblichen
Verfahren erforderte die Anwendung von ungefähr I50 cal je Tonne Natriumhydroxyd.
Es wurde gezeigt, daß diese Wasserentziehung ohne jegliche Wärmezufuhr durchgeführt
werden kann und daß ein festes Produkt unter gewissen Arbeitsbedingungen entsteht.
Zur Vereinfachung der Arbeitsweise ist es jedoch in gewissen Fällen zweckmäßig,
eine gewisse Wärmemenge, und zwar nicht mehr als 8o und im allgemeinen nicht mehr
als 40 cal je Tonne Hydroxyd, zuzuführen. Dieses ist besonders zweckmäßig, wenn
das Verfahren in waagerechten, mit Rührwerken ausgestatteten Mischmaschinen, Walzen-oder
Bandmischern durchgeführt wird, wie sie beispielsweise in Chemical Engineers' Handbook
von J. H. P e r r y , Ausgabe 1941, S. 1543 bis 1551
beschrieben sind. Es
kann aber auch der Fall eintreten, (laß eine geringe Wärmemenge verlorengeht, beispielsweise
durch Abstrahlung von der Substanz oder von den Wandungen des Kessels o(hr bei Anwendung
von kühle; Luft zur Verdampfung. Aber auch in diesem Fall beträgt der Wärmeverlust
nicht mehr als 4o cal je Tonne des Produktes.
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Bei einer Ausführungsform des den Gegenstand der Erfindung bildenden
Verfahrens, beidem dieses kontinuierlich durchgeführt wird, wird mit einer wärmeisolierten
Mischmaschine gearbeitet, die mit einem Deckel versehen ist, der für den Zutritt
von Luft geöffnet werden kann. Die Apparatur enthält körniges N atriumhydroxyd und
eine go%ige Natriumhydroxydlösung bei einer Temperatur von 26o°, die ah dem Eintragende
in die Maschine eingebracht werden. Hierdurch wird in der Apparatur eilt gewisser
Vorrat an Flüssigkeit gehalten, und im laufe des Verfahrens wird der Inhalt der
Maschine
breiig und schließlich vollkommen trocken. Am Austragende der Maschine kann am Schluß
des Verfahrens vollkommen trockenes, frei fließendes, körniges Natriumhydroxyd abgezogen
werden.
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Obwohl es theoretisch nicht erforderlich ist, Wärme bei diesem Verfahren
besonders' hinzuzufügen, können, falls notwendig, die Wandungen der Apparatur geheizt
werden bzw. kann die Luft, welche über die Oberfläche des Inhaltes der Apparatur
geleitet wird und die den Wasserdampf entfernt, auf ungefähr 15o bis 300° erwärmt
werden. Bei dieser Arbeitsweise ist die dem Dampf ausgesetzte Oberfläche nicht die
oberste Fläche des Bettes, sondern es ist die Oberfläche der körnigen Anteile, weil
nämlich ein beträchtlicher Teil der Verdampfung in der Gesamtmasse des in das Bett
eingeschütteten Natriumhydroxyds stattfindet. In der Praxis ist naturgemäß die Wärmemenge,
die durch die Metalloberfläche zu einer breiigen oder trocken scheinenden bzw. frei
fließenden, festen Masse übertragen wird, wie sie in der Walzenmühle zugegen ist,
außerordentlich gering wegen des Widerstandes, mit dem die Wärme von den Wandungen
auf die feste Masse übertragen wird. So wird nur ein zu vernachlässigender Betrag
an Wärme durch die Wandungen einer solchen Apparatur in die Masse übertragen, im
Vergleich mit der Wärmemenge, die in eine Flüssigkeit übertragen wird, welche in
einem ähnlich bemessenen Kessel enthalten ist, der in der gleichen Weise erwärmt
wird. Trotz dieser Umstände benötigt das beschriebene Verfahren nur etwa i bis 2
Stunden für die vollkommene Umwandlung einer go%igen Flüssigkeit in den trockenen
wasserfreien Zustand, wobei nur noch 0,3010
Wasser zugegen sind. Demgegenüber
erfordert die Umwandlung einer go%igen Flüssigkeit in geschmolzenes Natriumhydroxyd
bei dem bekannten Verfahren mindestens 8 Stunden, selbst wenn eine starke Befeuerung
des Kessels vorgenommen wird. In dem Fall, in dem nicht eine genau adiabatische
Arbeitsweise angewandt wird, sondern eine gewisse Wärmemenge durch die Wandungen
oder durch Berührung mit warmer Luft der Masse zugeführt wird, läßt sich eine Flüssigkeit
verarbeiten, die nur 8o% NaOH enthält, und zwar bei einer etwas längeren Arbeitszeit.
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Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren wird also
eine Arbeitsweise vorgeschlagen, durch die festes, im wesentlichen wasserfreies
Ätznatron aus einer wäßrigen, zwischen 8o und 95% NaOH enthaltenden Lösung bei einer
Temperatur zwischen 200 und 300° erhalten «-erden kann, indem eine große Oberfläche
der Lösung einem erwärmten Gas oder Dampf ausgesetzt wird, wobei der partiale Wasserdruck
unterhalb 6oo mm Quecksilbersäule gehalten wird. Hierbei wird unter adiabatischen
Bedingungen oder unter solchen Wärmebedingungen gearbeitet, daß nicht mehr als 8o
cal verbraucht werden oder nicht mehr als .lo cal je Tonne Produkt verlorengehen.
Die angewandte Lösung weist eine Konzentration auf, die der Sättigung hei diesen
Temperaturen entspricht bzw. nahe daran liegt. Das Verfahren kann beispielsweise
in der Weise durchgeführt werden, daß eine 8o- bis 95%ige NaOH-Lösung bei
250 bis 300' in ein Vakuum eingesprüht wird oder indem eine 8o- bis 95%ige
Natriumhydroxydlösung bei 200 bis 300° durch einen warmen Luftstrom gesprüht wird.
Es kann aber auch so gearbeitet werden, daß eine 8o- bis 95%ige NaOH-Lösung in einen
Kessel eingegeben wird, der körniges Ätznatron enthält, das umgerührt wird, während
die Luft hindurchstreicht. Die Flüssigkeit kann aber auch in Form eines dünnen Films
ausgebreitet werden. Mit diesen Temperaturen und Konzentrationen der Flüssigkeit
wird im allgemeinen das Verfahren durchgeführt. Es kann aber auch eine überhitzte
Flüssigkeit angewandt werden, bei der unmittelbar nach der Einleitung des Verfahrens
sich eine tiefere Temperatur und eine höhere Konzentration einstellt. Die Wärmemenge,
die in dem Idealfall angewandt wird bzw. verlorengeht, ist = o, jedoch muß in der
Praxis eine solche Wärmemenge hinzugefügt werden, daß ein Ausgleich zwischen der
Summe der Wärmeinhalte des `'Wasserdampfes und des festen Ätznatrons gegenüber dem\\'iirmeitilialt
derAusgangslösung erreicht wird.
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Besondere Merkmale der Erfindung sind einmal die im wesentlichen adiabatische
Durchführung des Verfahrens, wodurch die schwierige Überführung der Wärme an einen
festen Stoff vermieden wird, und weiterhin die Vermeidung hoher Temperaturen, die
sonst zur Herstellung von geschmolzenem Natriumhvdroxvd erforderlich sind. Ein weiteres
Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Flüssigkeit nicht allmählich konzentrierter
wird, bis sie zu ioo% aus geschmolzenem Natriumhydroxyd besteht, wie es der Fall
ist bei dem üblichen Verfahren, sondern während der Selbstverdampfung scheidet sich
das feste Natriumhydroxyd aus, und die Lösung bleibt im wesentlichen in ihrer Zusammensetzung
unverändert, bis sie vollkommen aufgetrocknet ist. Es findet also eine Unterbrechung
statt, wobei die Selbstverdampfung eine fortschreitende Verminderung der Menge an
Lösung, jedoch nicht eine materielle Änderung in deren Zusammensetzung, einen sich
immer steigenden Anteil der Mengen an festem, wasserfreiem Natriumhydroxvd und an
entferntem Wasserdampf bewirkt.. So trocknet also die Lösung auf und ergibt festes
Natriumhydroxyd, das nicht geschmolzen ist. In dieser Hinsicht besteht eine Höchsttemperatur,
die bei der Durchführung des Verfahrens nicht überschritten \%-erden darf. und diese
beträgt etwa 300. Da diese Temperatur zu hoch ist, um das Verfahren in seiner ganzen
Wirksamkeit durchführen zu können, wird vorzugsweise eine Höchsttemperatur von etwa
27o° nicht überschritten. Es ist wichtig festzustellen, daß das den Gegenstand der
Erfindung bildende Verfahren etwas anderes darstellt als lediglich eine Vakuumverdampfung.
Es ist möglich, festes Natriumhydroxyd durch Vakuumverdampfung bei einer
konstante»
Tu mlrt@rattir herzustellen, wobei die Flüssigkeit eine bestimmte Zusammensetzung
beibehält, der Wasserdampf abgezogen wird und die Masse nach und nach fest wird.
Bei einem solchen Verfahren, das bisher wohl angewendet sein mag, wird bei der Verdampfungstemperatur
als Endprodukt ein fester Stoff erhalten, und es ist nötig, dem Material Wärme zuzuführen,
während es noch eine pastenförmige oder nahezu feste Konsistenz besitzt. Eine derartigeWärmezuführung
ist jedoch, wie schon ausgeführt wurde, unwirksam und nur unter einem erheblichen
Zeitaufwand durchführbar.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren hat den großen
Vorteil, daß, obwohl direkt auf festes und nicht geschmolzenes Ätznatron hingearbeitet
wird, es nicht notwendig ist, dem in diesem Aggregatzustand vorliegenden Stoff Wärme
zuzuführen, wodurch wesentlich an Wärme und Zeit gespart wird.
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Durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren entsteht
das Produkt, nämlich das feste wasserfreie Ätznatron, auch in besonderer Vorm. Dieses
Produkt ist nämlich im wesentlichen wasserfrei, worunter zu verstehen ist, daß es
nur weniger als i % und im allgemeinen weniger als 0,3% Wasser enthält. Es wird
im allgemeinen als körniges, staubfreies Material erhalten, das in seinem Aussehen
grobem Sand oder Aggregaten desselben ähnelt. Es dürfte einleuchtend sein, daß dieses
Produkt handelsfähiger ist als ein festes geschmolzenes Material, das sich schwierig
handhaben l,äßt. Je nach der Art des angewandten Verfahrens beträgt die Dichte des
festen Stoffes zwischen 0,3 und 1,2 g/cm3 (bestimmt nach »The Manufacture
of Soda« von T. P. Hou, 2. Ausgabe, S.485). Wenn die Verdampfung in der Weise durchgeführt
wird, daß die Lösung in einen evakuierten Turm eingesprüht wird, findet die Verdampfung
durch rasche Zerstäubung der herunterfallenden Tropfen statt, und infolgedessen
bildet sich ein Produkt von hohlen oder porösen Körnern, deren Dichte zwischen o,2
und 0,7 und im allgemeinen zwischen 0,3 und 0,5 g/cm3 liegt.
Für Handelszwecke ist eine geringe Dichte oft ein besonders wesentliches Merkmal,
insbesondere für ein so stark reaktionsfähiges Material, wie es Ätznatron darstellt,
indem hierdurch dervolumetrische Zusatz von kleinen Gewichtsmengen dieses Stoffes
in Verfahren, wo mit Ätznatron gearbeitet wird, erleichtert ist. Wenn die Flüssigkeit
in einemTurm im Gegenstrom mit einem nach oben fließenden warmen oder heißen Luft-
oder Gasstrom bei Atmosphärendruck versprüht wird, so besitzen die entstehenden
Körner ungefähr die Größe von Sand, und ihre Dichte beträgt im allgemeinen o,6 bis
o,8 g/cm3. Wenn das Verfahren in einer waagerechten, mit einem Rührwerk ausgestatteten
Mischmaschine durchgeführt wird, und zwar in Berührung mit Luft, so besteht das
Produkt aus staubfreien Körnern, deren Durchmesser größer als 2 mm sein kann, und
die Dichte dieses Produktes beträgt o,8 bis 1,3 und im allgemeinen etwa o,9 bis
1,2 gicm3. .111e Produkte in dieser Form sind neu und brauchbar. Dieser Stoff kann
leichter gehandhabt, abgemessen und aufgelöst werden, als es bei dein gewöhnlichen
handelsüblichen Produkt der Fall ist.
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In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen der Erfindung
angegeben. Beispiel i Die angewandte Apparatur besteht aus einem senkrechten Turm
von etwa i m Durchmesser und 5 m Höhe, der am Boden mit einem Trog aus-.. z,stattet
ist, welcher durch eine Tür entleert werden kann. Am oberen Ende des Turmes befindet
sich eine Sprühdüse, in die die Flüssigkeit über ein Steuerventil aus einem Vorratstank
beschickt wird. Der Turm ist leer und gegenüber der Außenluft abgeschlossen und
über einen Kondensator mit einer Vakuumpumpe verbunden. Zur Durchführung des Verfahrens
wird der absolute Druck im Innenraum des Turmes auf o,i5 kg/cm3 mit Hilfe der Vakuumpumpe
verringert. Der Vorratstank ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die 89,5% NaOH, io
% H20 und o,5 % andere Veruirreinigungen wie Nag C 0s und Na Cl enthält und die
eine Temperatur von 270° besitzt. Das Steuerventil wird so weit geöffnet, daß die
Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 2001 je Stunde einströmt. Die Flüssigkeit
kann durch Fenster in den Wandungen des Turmes beobachtet werden. Sie wird von der
Sprühdüse in zahlreiche Tropfen verteilt. Wenn diese Tropfen in dem Turm nach unten
fallen, gehen sie in den festen Zustand über und sammeln sich in dem Trog wie ein
Schneefall. Wenn der Trog gefüllt ist, wird das Flüssigkeitssteuerventil geschlossen,
das Vakuum abgelassen, der Trog in einen Behälter entleert und das Verfahren von
neuem in Gang gesetzt. Das auf diese Weise erhaltene Produkt ist zunächst noch zu
heiß, um weiterbehandelt zu werden, und man läßt es zunächst abkühlen. Dabei enthält
es nur 0,2 % H2 O. Es hat eine Dichte von o,4 g/cms. Mikroskopisch untersucht, ist
festzustellen, daß das feste Produkt stückig ist und zerrissenen Schnitzeln ähnelt.
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Dieses Verfahren ist als absetzend arbeitende Arbeitsweise beschrieben,
und es kann in eine kontinuierliche Arbeitsweise dadurch übergeführt werden, daß
eine Vorrichtung zum ständigen Abziehen des Produktes vorgesehen wird. Eine derartige
Vorrichtung kann aus einer elektrisch erhitzten Austragpumpe bestehen, die kontinuierlich
eine breiige, teilweise geschmolzene Kristallmasse abführt. Eine andere Arbeitsweise
besteht darin, daß das Produkt in dem Trog geschmolzen und das geschmolzene Ätznatron
abgepumpt wird. Eine weitere Möglichkeit ist die, daß der ungeschmolzene, feste
Stoff mit Hilfe einer Austragvorrichtung oder einer Taschenfördervorrichtung entfernt
wird.
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Es ist festzustellen, daß bei der in diesem Beispiel beschriebenen
Arbeitsweise die Verdampfung ohne irgendeine Zuführung von Wärme erfolgt und
unter
einem in der Praxis ohne weiteres durchführbaren Vakuum, ohne daß ein wesentliches
Absinken der Temperatur stattfindet. Das erhaltene wasserfreie Produkt entsteht,
ohne daß ein Zentrifugieren oder eine andere Behandlung zur Trennung von der Mutterlauge
notwendig wäre. Die zur Verdampfung erforderliche Zeit ist nur diejenige, welche
die Tropfen zum Durchfallen der 5 m Höhe des Turmes benötigen, sie beträgt also
i bis 2 Sekunden. Beispiel 2 13ei diesem Beispiel besteht die Apparatur aus einem
waagerechten Turm von 1,7 m Durchmesser und io m Höhe, der an seinem Boden mit einer
Bandfördervorrichtung zur Abfüllung des Produktes ausgestattet ist. An der Oberseite
des Turmes befinden sich Sprühdüsen zur Einführung der Flüssigkeit in Form von feinen
Tropfen, und an der Unterseite des Turmes ist eine Leitung zum Einführen von heißer
Luft vorgesehen. An der Oberseite des Turmes .befindet sich ein Auslaß zum Abziehen
der die Feuchtigkeit abführenden Luft. Die Sprühdüsen werden durch eine Pumpe von
einem Vorratstank beliefert. Der Vorratstank ist mit Flüssigkeit gefüllt, die aus
92% NaOH, 7,5 0%o H20 besteht, wobei der Rest die üblichen Verunreinigungen, hauptsächlich
Na Cl und Na2C03, ausmacht. Die Flüssigkeit wird auf einer Temperatur von 28o° gehalten
und durch die Sprühdüsen in den Turm mit einer Geschwindigkeit von 250 1
je Stunde eingeleitet. Gleichzeitig wird in den Boden des Turmes erwärmte Luft von
25o° eingeleitet, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 150 m3 je Stunde,
die von der Oberseite des Turmes zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf abgezogen
wird. Auf dem Förderband sammelt sich heißes körniges Ätznatron, welches aus dem
Turm abgezogen und verpackt wird. Das Produkt besitzt eine Dichte von 0,8 g/cmg,
und der Wassergehalt beträgt o,6 Gewichtsprozent. Beispiel 3 Dieses Beispiel erläutert
die Verdampfung von Flüssigkeit, die feuchten Kristallen von Natriumhydroxyd noch
anhaftet. Diese Kristalle werden durch Kristallisation nach einem bekannten Verfahren
erhalten, dann zentrifugiert und besitzen noch einen Wassergehalt von 3%. Sie werden
auf eine Temperatur von 25o bis 28o° erwärmt, und bei dieser Temperatur bestehen
sie aus 7o0/0 festem NaOH und 30°o einer anhaftenden Flüssigkeit, die go% NaOH enthält.
Diese Kristalle werden fortlaufend in ein Rohr geleitet, welches unter einem Winkel
von io° zur Waagerechten geneigt ist und das mit einer Geschwindigkeit von
50 Umdrehungen je Minute umläuft, wobei ein warmer Luftstrom durch das Rohr
geleitet wird. Im allgemeinen befinden sich die Kristalle i/2 Stunde lang in dem
Rohr, und das das Rohr verlassende Produkt enthält nur noch einen Wassergehalt von
o,io/o. Die anhaftende Flüssigkeit ist abgedampft und als Produkt dieses im wesentlichen
adiabatisch durchgeführten Verfahrens verbleibt festes wasserfreies Natriumhydroxyd.
Vergleichsweise sei angeführt, wenn das gleiche Material in der gleichen Apparatur
bei einer höheren oder niedrigeren Temperatur behandelt wird, eine Erwärmung oder
ein warmer Luftstrom erforderlich ist, um denselben Trocknungseffekt zu erreichen.
Beispiel Die zur Verwendung gelangende Apparatur ist ein Bandmischer und besteht
aus einem geneigten Trog von 6o cm Breite, 4 m Länge und 6ocmTiefe, der mit einem
umlaufenden Rührer ausgestattet und isoliert ist, um einen Wärmeverlust durch die
Wandungen hindurch zu vermeiden. Die angewandte Flüssigkeit besteht aus 870[0 NaOH
und 13% H20 und wird hei einer Temperatur von 22o bis 27o° verarbeitet. Über die
Oberfläche der in dem Trog befindlichen Masse wird auf 200° erwärmte Luft geleitet.
Der Trog ist im wesentlichen mit wasserfreiem, körnigem Natriumhydroxyd gefüllt,
und die Flüssigkeit wird dann in das eine Ende des Troges kontinuierlich mit einer
Geschwindigkeit von 0,2 cm je Stunde eingeleitet. Hierdurch entsteht eine breiige
Masse an dem Punkt, wo die Flüssigkeit zugeleitet wird, und der Inhalt des Troges
geht über einen feuchten festen Stoff und ein trocken aussehendes Produkt in eine
trockene, frei fließende, wasserfreie Masse an dem Austragende der Apparatur über.
Das trockene, feste Ätznatron hat die Form eines groben Sandes und ballt sich etwa
zusammen, wenn es den Trog am Austrittsende verläßt. Es enthält o,i% Wasser, weist
eine Dichte von o,9 bis i,i g/cms auf, fließt frei und ist staubfrei.
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Das gleiche Verfahren kann auch unter Verwendung einer go%igen NaOH-Flüssigkeit
bei einer Temperatur von 27o° angewandt werden, wobei ein kühler Luftstrom über
die Oberfläche des Troges mit einer Geschwindigkeit von 20o cbm je Stunde fließt.
Die übrigen Bedingungen werden hierbei nicht geändert, und es entsteht das gleiche
Produkt. Beispiel 5 Die Apparatur besteht aus einer polierten Trommel von 6o cm
Höhe und i,8o m Durchmesser, die langsam auf einer waagerechten Achse umläuft, wobei
der Boden mit einer Tiefe von i5o mm in ein Bad der Flüssigkeit eintaucht und der
übrige Teil der Luft ausgesetzt ist. Das Bad besteht aus einer 89%igen NaOH-Flüssigkeit
von 28o° Temperatur. Die Trommel dreht sich mit einer Umdrehung je Minute und nimmt
eine dünne Schicht der Lösung mit an die Oberfläche, die aus der Lösung hinausragt.
Da die Lösung auf der umlaufenden Trommel der Atmosphäre ausgesetzt ist, verdampft
das Wasser und hinterläßt eine Schicht von festem Stoff, der im wesentlichen aus
wasserfreiem Ätznatron besteht, die in Form von Flocken an
der »ach
unten gehenden Seite der Trommel abgekratzt wird.
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Beispiel 6 1's wird ein weiteres absatzweise arbeitendes Verfahren
beschrieben. Die Apparatur besteht aus einem hufeisenförmigen Mischer und aus einem
flachen, offenen, mit einem Rührwerk versehenen Gefäß. Dieses Gefäß ist zur Hälfte
mit 89%iger Ätznatronlösung mit einer Temperatur von 26o° gefüllt und wird von außen
gerade so weit erhitzt, daß Wärmeverluste gegenüber der Atmosphäre ausgeglichen
werden. Während des Rührens dickt die Lösung allmählich ein, indem Wasserdampf in
die Luft übertritt, der zwanglos über die Oberseite des Gefäßes strömt. Hierbei
entsteht zunächst ein Schlamm und dann eine feuchte Masse, die allmählich auftrocknet
und krümelig wird. Während dieser Arbeitsweise und insbesondere, nachdem der feste
Stoff gebildet ist, wird durch das Umrühren die Oberfläche der Flüssigkeit ständig
erneuert. Schließlich entsteht ein frei fließendes körniges Produkt, deren Körnchen
eine Größe von 0,2 bis o,5 mm besitzen. Das Produkt besteht aus im wesentlichen
wasserfreiem Ätznatron, das o,i%H20 enthält. Die Zeitdauer für die Durchführung
dieses Verfahrens beträgt ungefähr i Stunde. Vergleichsweise ist zu erwähnen, daß
das übliche Verdampfungsverfahren in einem Gefäß, bei,dem als Endprodukt geschmolzenes
Atznatron entsteht, ein Heizmedium von sehr hoher Temperatur erfordert, beispielsweise
Heizgase von 9oo°, wobei im übrigen unter ähnlichen Bedingungen eine Behandlungsdauer
von 6 Stunden notwendig ist, weil hierbei die Übertragung von sehr großen Wärmemengen
erfolgen muß.