DE1519712A1

DE1519712A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Konzentrierung waessriger Loesungen und Suspensionen

Info

Publication number: DE1519712A1
Application number: DE19661519712
Authority: DE
Inventors: Marco Polper
Original assignee: SINCAT SOC IND CATANESE SpA
Current assignee: SINCAT SOC IND CATANESE SpA
Priority date: 1965-06-18
Filing date: 1966-06-18
Publication date: 1970-03-26
Also published as: NL6608226A; IL25972A; GB1125234A; BE682743A; ES328451A1

Description

Dr. Walter Bei!
Alfred Hoeppener

Dr. Hans Joachim Wolff 1 ς 1 ο 71 ο

Dr. Hans Chr. Beil lOIÖ/U

Recht»*,]wäJte 4 C JlIf)I

Frankfurt a. M. - Höchst

Adelonatrafie 58 - T»L 3126 49

Unsere Nr. 12 768

SINCAT ~ Societä Industriale

Gatanese S.p.A. Palermo / Italien

Verfahren und Vorrichtung zur Konzentrierung wässriger lösungen und Suspensionen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrierung wässriger Lösungen und Suspensionen durch Wärmeaustausch, bei dem man diese !lösungen und Suspensionen mit heißen Gasen in Berührung bringt und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zu den wässrigen lösungen, die üblicherweise am meisten einem Konzentrierungsverfahren unterworfen werden, gehören lösungen von Phosphorsäure, die durch nassen Aufschluß hergestellt werden. Solche Verfahren sind für verdünnte und verunreinigte wässrige Lösungen von Phosphorsäure, die einen PpOc-Gehalt im allgemeinen zwischen 25 und 32 Gew.^ besitzen, geeignet. Die Hauptverfahren zur Konzentrierung von Phosphorsäure, die auf nassem Wege erhalten wurde, basieren auf Wärmeaustausch entweder durch direkten oder indirekten Kontakt·

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In den Wärmeaustausch-Systemen im direkten Kontakt geben die Gase, die auf eine hohe Temperatur erhitzt wurden, ihre Wärme an die Säure ab, im allgemeinen dadurch, daß sie in die lösung eingeblasen werden oder durch direkten Kontakt mit der Lösung im Sprühturm. Diese Systeme sind durch einen guten Wärmewirkungsgrad gekennzeichnet, haben jedoch den Nachteil, beachtliche PpOc-Verluste zu verursachen (wenigstens 2-3 #), das in Form kleiner Nebelteilchen von Η,ΡΟ, weggetragen wird und sich außerordentlich schwierig niederschlägt und das sogar die Einrichtung w elektrostatischer Gasreiniger oder die Einführung von Waschanlagen für Gase in verschiedenen Stufen erfordert, um die Verunreinigung der Atmosphäre zu vermeiden· Außerdem kann das im Waschwasser niedergeschlagene P₂^ überhaupt nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß rückgewonnen v/erden. Die Temperatur, die die lösung der konzentrierten Phosphorsäure erreicht, ist etwa 10-15⁰C niedriger als die Siedetemperatur dieser lösung bei atmosphärischem Druck. Unter solchen Bedingungen ist die Säure höchst korrosiv und deshalb müssen höchst korrosionsbeständige Materialien, die sehr kostspielig sind, wie beispielsweise Graphit und Spezial-Nickellegierungen, verwendet werden.

Im indirekten Wärmeaustauschverfahren findet der Austausch durch Flächen statt, die zwischen der lösung und dem Heizmedium angebracht sind, wobei letzteres im allgemeinen aus Dampf besteht. Das Verfahren kann beispielsweise in einem Verdampfer unter Vacuum mit Druckumlauf durchgeführt werden· Da die Betriebstemperatur auf Grund des Vacuums ziemlich niedrig ist, können nichtmetallische Materialien und Auskleidungen verwendet werden. Die PgO^-Ausbeuten sind gut, jedoch wird bei dieser Art von Vorrichtung die Möglichkeit eines langen kontinuierlichen Fertigungsablaufs dadurch begrenzt und das Verfahren dadurch kostspielig, daß eich

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in höchstem Grade Niederschläge von Verunreinigungen, die in der Säure vorhanden sind, ablagern, wodurch der Austauschkoeffizient zwischen dem Dampf und der Säure beachtlich verringert wird.

Bei diesen zwei Arten von Verfahren ist eine beachtliche Iv!enge an Säure in Umlauf, wodurch eine beachtlich langsame Erwärmung stattfindet, deshalb dauert es mehr oder weniger lange, wenn Veränderungen der Betriebsbedingungen der Vorrichtung vorgenommen werden, um Säure mit verschiedenen Konzentrationen herzustellen, bis man die gewünschten Konzentrationsänderungen erhält. Die Trägheit oder Langsamkeit beim Betreiben der Anlage bringt oft Nachteile mit sich. Insbesondere wenn die Aufbereitungsanlage ete*ek für konzentrierte Phosphorsäure unterbrochen wird oder wenn sie außer Betrieb ist, besteht keine Möglichkeit die Konzentration der Phosphorsäure weiter bis zum höchstmöglichen Wert zu steigern, dadurch die günstigsten Lagerungsbedingungen auszunutzen, und dadurch die Polgen einer solchen Unterbrechung zu vermeiden.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Konzentrierung, die niemals in zufriedenstellender Weise beseitigt werden konnte, ist die Konzentrierung von gemischten und komplexen Düngemittelaufschlämmungen vor ihrer Granulierung. Sobald man den Konzentriervorgang unterbrach, setzten sich die Aufschlämmungen ab und verstopften die Konzentriervorrichtung. Daher ist es zur Herstellung dieser Aufschlämmung notwendig, stärker konzentrierte Roh/stoffe zu verwenden.

Bs sind deshalb die Ziele der Erfindung, ein Verfahren £ur Konzentrierung wässriger Lösungen oder Suspensionen durch direkten Wärmeaustausch der letzteren mit heißen Gasen zur Verfügung zu stellen, bei dem ein guter Wärmewirkungsgrad erzielt wird, sich keine Verkrustung an den

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Wänden der Vorrichtung bildet und dadurch keine Verstopfung stattfindet, die Konzentrierung in außergewöhnlich kurzer Zeit stattfindet, so daß eine sehr hohe Leistung der Konzentrieranlage erzielt wird, als Wärmequelle rückständige Gase aus anderen Verfahren verwendet werden können, die sonst in die Luft abgelassen werden, mit der gleichen Vorrichtung Lösungen jeglicher Konzentration bis zur Sättigung erhalten werden können und bei dem in sehr kurzer Zeit die Konzentration der abzuziehenden Säure verändert werden kann, ohne daß die Konzentration der Beschickungslösung geändert werden muß.

Außerdem können die Lösungen und Suspensionen auf Temperaturen erhitzt werden, die wesentlich niedriger sind als diejenigen, die im direkten Austauschverfahren angewendet werden, wodurch im Falle von koirosiven Lösungen und Suspensionen, insbesondere von Phosphorsäurelösungen, eine Verringerung des Korrosionsvorganges herbeigeführt wird·

Ferner werden durch das Verfahren ausgezeichnete P2OC-AUS-beuten erhalten und die Bildung von !!,PCL-Nebeln wird begünstigt.

Fernerhin können durch das Verfahren gemischte und komplexe Düngemittel-Aufschlämmungen hergestellt werden, wobei verdünnte Roh/stoffe verwendet werden können und wobei die verdünnten Aufschlämmungen soweit konzentriert werden können, bis das Produkt einen zur Granulierung geeigneten Wassergehalt aufweist.

Und schließlich kann eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden, die sehr einfach konstruiert ist, sehr einfach in Betrieb gehalten werden kann' und sehr billig ist.

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Alle diese und viele andere Ziele können durch diese Erfindung erreicht werden, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konzentrierung wässriger Lösungen und Suspensionen durch direkten Kontakt der letzteren mit einem heißen Gasstrom betrifft, bei dem der heiße Gasstrom, der eine Temperatur zwischen 70 und 1100⁰C besitzt, in den unteren Teil eines im wesentlichen senkrechten Rohres eingeführt wird, das aus Folgendem besteht:

a) Einem mit einer Einlaßzone für die Gase versehenen unteren Teil}

b) einem oberhalb der Gaseinlaßzone angeordneten verengten ™ Teil;

c) einem allmählich sich erweiternden Abschnitt, der im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes besitzt und oberhalb des verengten Teils angebracht ist.

In dem verengten Teil erreichen die Gase eine Geschwindigkeit zwischen 20 und 100 m/Sec. Die Lösung oder die Suspension wird in Höhe des verengten Teiles in das Rohr eingeführt, so daß sie durch den Gasstrom in feinste Tröpfchen verteilt wird, und während sie beginnen, ihren Wassergehalt an die Gas abzugeben, werden diese Tröpfchen durch den Gasstrom nach oben getragen, in eine Zone des Rohrs, in der die J Geschwindigkeit des Stromes derart ist, daß sie eine aufgewirbelte Schicht von im wesentlichen gleichbleibenden Abmessungen bilden, in der die Konzentrierung der LÖBung oder der Suspension weiter fortgesetzt wird. Die Tröpfchen der konzentrierten Lösung oder Suspension werden durch den Gasstrom nach oben getragen, über die aufgewirbelte Schicht hinaus und werden beim Verlassen des Rohres von den Gasen abgetrennt und nach bekannten Verfahren gewonnen.

Der verengte Teil, in dem im wesentlichen senkrechten Rohr, bewirkt, daß dem heißen Gasstrom eine maximale Aufwärtsgeschwindigkeit verliehen wird, ao daß das Gas die Lösung

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oder Suspension, die in den verengten Teil eingeführt wurde, in feinste Tröpfchen verteilt und diese aufwärts trägt. Nach dem verengten Teil verringert sich die Gasgeschwindigkeit allmählich in Folge der Verbreiterung des Röhrenquerschnitts, bis sie einen Wert erreicht, der den Bedingungen entspricht, unter denen eine gleichbleibende aufgewirbelte Schicht von Tröpfchen gebildet wird. In dieser aufgewirbelten Schicht werden die Tröpfchen einer außergewöhnlich engen Berührung mit dem Gas unterworfen, so daß die Lösung oder Suspension innerhalb einer sehr kurzen Zeit konzentriert wird und die Tröpfchen der konzentrierten Lösung oder Suspension, die nun viel kleiner sind, durch das Gas, das sich inzwischen abgekühlt hat, emporgetragen werden und sich am Auslass des Rohres leicht vom Gas abtrennen lassen.

Das Wärmegleichgewicht des Gas-Flüssigkeitsgemischs wird innerhalb einer sehr kurzen Zeit erreicht, was mit keinem der bei bisherigen Konzentrierungsverfahren erhaltenen Ergebnissen zu vergleichen ist. Das Gas bleibt nur wenige Zehntel einer Sekunde in dem Rohr im Kontakt mit der Flüssigkeit. Am Auslass der Vorrichtung hat ma/n ein Gemisch von beinah vollendetem Gleichgewicht: Der Partialdruck des Wassers in dem Gas ist gleich der Dampfspannung des Wassers in der ausfließenden Lösung.

Die beiliegenden Zeichnungen stellen einen Längsschnitt eines der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rohres dar. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist das Rohr im wesentlichen senkrecht und besteht aus: a) einem unteren Teil 1, ausgestattet mit einer Einlasszone 2 für

in dem an die Gase, b) einem verengten Teil 3,/einem Punkt 4-_f aft-d«adie wässrige Lösung oder Suapension eingeführt wird, und c) einem sich erweiternden Teil 5, der im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes besitzt, wobei der Querschnitt

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dieses Rohrabschnitts im wesentlichen elliptisch ist.

über dem kegelstumpfförmigen Teil kann gelegentlich ein Teil 6 angebracht sein, der einen gleichmäßigen Querschnitt besitzt und durch den die Verweilzeit des Gases in dem Rohr verlängert werden kann und durch den gleichzeitig die Gasgeschwindigkeit am Auslass beibehalten werden kann, ohne weiter herabgesetzt zu werden.

Außerdem kann das Rohr an seinem oberen Teil mit einem Abschnitt 7 enden, der einen sich verengenden Querschnitt ~ besitzt und durch den die Gasgeschwindigkeit am Auslass ™

erhöht werden kann. Dadurch wird die Abtrennung der Tröpfchen von dem Gas erleichtert, besonders dann, wenn zum Abtrennen eine Vorrichtung, wei beispielsweise ein Zyklon verwendet wird, bei dem bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die Gase mit höherer Geschwindigkeit eingelassen werden.

Der verengte Teil 3 ist in einem bestimmten Abstand oberhalb der Gaseinlasszone 2 angebracht, um den Gasen zu gestatten, eine regelmäßige Aufwärtsbewegung ausführen zu können, bevor sie den verengten Teil erreichen.

Das Rohr ist in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Gasstromes so bemessen, daß die Geschwindigkeit der Gase in dem verengten Teil einen hohen Wert besitzen, der zwischen 20 und 100 m/Sec. liegt und der an einem bestimmter Punkt der sich erweiternden Zone einen Wert erreicht, der den Bedingungen entspricht, die zur Bildung einer aufgewirbelten Tröpfchenschicht erforderlich sind.

Um ein gleichmäßiges Gleiten des Gasstromes sicherzustellen haben alle Seile des Rohres Vorzug sweisej^iakl-d^i sich erweiterndem Abschnitt, einen im wesentlichen eliyptiachen Querschnitt.

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Wenn der kegelstumpfartige Abschnitt einen runden Querschnitt besitzt, beträgt der Erweiterungswinkel des Kegelstumpfes, geraessen zwischen zwei gezogenen linien in der gleichen Ebene, zwischen 3 und 20°. Wenn der Querschnitt nicht rund ist, ist der Erweiterungswinkel des Kegelstumpfes derart, daß die Vergrößerung des Querschnittes in Relation zur Höhe im wesentlichen mit der Vergrößerung gleich ist, die mit einem Kegelstumpf, der einen runden Querschnitt mit einem Erweiterungswinkel von 3 -20 besitzt, erreicht wird· In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ψ haben alle Teile des Rohres einen im wesentlichen runden Querschnitt, während der Winkel des Kegelstumpfes zwischen 6° und 9° beträgt·

Eine Art von Rohr, die sich besonders äur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet, ist ein Venturi)^-Rohr, bei dem der Zerstäuber aufwärts gerichtet ist und über dem gegebenenfalls ein Rohr 6 mit einem gleichmäßigen Querschnitt angebracht ist, über das seinerseits ein Rohr 7 mit einem sich verengenden Querschnitt angebracht ist, wie in den beiliegenden Zeichnungen erläutert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf die Konzentrierung " aller derjenigen Lösungen und Suspensionen erfolgreich angewendet werden, deren Eigenschaften es erlauben, daß sie durch direkten Wärmeaustausch mit heißen Gasen konzentriert werden können· In der Praxis kann das Verfahren mit allen Lösungen und Suspensionen durchgeführt werden, die eine ausreichende Wärmebeständigkeit besitzen und die so sind, daß

zu konzentrierenden

die Dampfspannung der/Lösung praktisch mit der Dampfspannung des Wassers, das in der Lösung enthalten ist, übereinstimmt, so daß «tee £öet*»ge«4**ei der gelöste Stoff zusammen mit dem Wasser nicht während der Konzentrierung verdampft. Gute Ergebnisse werden unter anderem durch

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lösungen von Säuren, wie beispielsweise EUPO und HpSO_A,

4. Lösungen von Hydroxyden, wie beispielsweise FaOH und KOH, lösungen von Salzen, wie beispielsweise NapCO-z, NaHCO-*, ()₂SO₄, NH₄NO₃, NH₄H₂PO₄, KNO₃, KCl, K₂SO₄, Ca(NO₃J₂, und MgCl₂ und lösungen und Gemische von Substanzen wie Ammoniumsulfophosphat und Ammoniumphosphonitrat. Recht gute Ergebnisse werden außerdem bei Verwendung wässriger Suspensionen erzielt, wie beispielsweise Suspensionen, die aus den obenstehenden Salzen und Gemischen zusammen mit Aufschlämmungen von gemischten und komplexen Düngemitteln hergestellt wurden. ä

In Abhängigkeit von der verschiedenen Löslichkeit der Substanz, die abhängig von der Temperatur und der Menge des verdampften Wassers ist, wird am Ende des Verdampfungsvorganges entweder eine konzentriertere oder gesättigte Lösung oder eine Suspension der Substanz in seiner gesättigten lösung erhalten. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Konzentrator mit einer Suspension beschickt wird, an seinem Auslass eine Suspension mit einem geringeren Wassergehalt erhalten. Im Falle von Substanzen und Gemischen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzen, kann man außerdem am Auslass des Konzentrators ein geschmolzenes Produkt erhalten.

Die Temperatur der eingeführten Gase kann innerhalb eines weiten Bereiches schwanken. Bei der Verwendung einer Vorrichtung mit bestimmten Abmessungen ist ea möglich, sowohl die Temperatur der Gase als auch die Fließgeschwindigkeit der zuzuführenden Lösung oder Suspension zu verändern. Eine Herabsetzung der Fließgeschwindigkeit der lösung oder Suspension oder eine Erhöhung der Temperatur der Gase führt in beiden Fällen zu einer konzentrierteren lösung oder Suspension. Deshalb ist es möglich, Gase mit relativ niedriger Temperatur zu verwenden, wenn eine geringe Fließgeschwindigkeit der Beschickungslösung oder -suspension vorliegt, wobei man trotzdem eine zufriedenstellende

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Konzentration am Auslass erhält. In der Praxis lassen sich gute Ergebnisse erzielen mit Gasen, die eine Einlasstemper a.tur von nicht v/eriiger als 7O⁰C besitzen. Es v/erden aber auch gute Ergebnisse :.iit Gasen erzielt, die eine sehr hohe Einlasstemperatur, beispielsweise in der Größenordnung von 1100⁰C, besitzen, sowie auch mit allen dazwischen liegenden Temperaturen.

Die Wahl der bevorzugten Temperatur hängt von den Eigenschaften der zu konzentrierenden Lösungen oder Suspensionen ab, sowie vom gewünschten Konzentrationsgrad. Bei der Konzentrierung, beispielsweise von Orthophosphorsäure,ist es am einfachsten, die Temperatur der Einlassgase so zu begrenzen, daß die Bildung von H^PO^-Nebeln in den Auslassgasen vermieden wird. Im vorliegenden Verfahren können Gase verwendet werden, die eine Einlasstemperatür von bis zu 70O⁰C besitzen, ohne daß sich H^PO.-Nebel in den Auslassgasen bilden. In BetrachtZiehung der ausgezeichneten Wärmewirksamkeit, die durch das vorliegende Verfahren selbst bei Temperaturen unterhalb 700 C erhalten wird, ist es deshalb möglich, alle Schwierigkeiten zu vermeiden, die im Zusammenhang mit dem Niederschlagen dieser Nebel stehen.

Als Quelle für heißes Gas ist es möglich, beispielsweise heiße Luft, die in einer Verbrennungskammer erhitzt wurde, zu verwenden. Außerdem ist es möglich, die verschiedensten Abgase auszunutzen, die aus anderen Verfahren stammen und die normalerweise an die Luft abgelassen werden. Es genügt, daß diese Gase einen geringen Feuchtigkeitsgehalt, einen ausreichenden Wärmegrad haben und daß sie nicht mit der zu konzentrierenden Lösung oder Suspension reagieren.

Wie bereits vorstehend erklärt, ist das Rohr so bemessen, daß die Gase des verengten Teiles dieses Rohres eine/ Aufwärtsgeschwindigkeit aufweisen, die zwischen 20 und 100 m/Sec

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liegt. Pur zahlreiche Durchführungen des Verfahrens wird eine bevorzugte Aufwärtsgeschwindigkeit von 50-70 m/Sec. angewendet.

Die Temperatur der Lösung oder Suspension am Auslass der Vorrichtung ist beachtlich niedriger als diejenige, die bei anderen Verfahren in Direktkontakt erhalten wurde. Dies ist eine Folge des Strippens, da der heiße Gasstrom die Siedetemperatur der Flüssigkeit herabsetzt, indem der Partialdruck des Wasserdampfes herabgesetzt wird, dabei wird eine Wirkung erzielt, die derjenigen ähnlich ist, wenn ein Vacuum % angewendet wird. Daher kommt es, daß die Korrosionserscheinung, insbesondere bei derKonzentrierung von Phosphorsäure, viel weniger intensiv ist als diejenige, die beim Direktaustauschverfahren beobachtet wurde, und daß es deshalb möglich ist, für den größten Teil der Vorrichtung preiswerte Materialien, wie beispielsweise Kunststoffmaterialien, zu verwenden.

Das Hiederschlagen der Tröpfchensuspension am Auslass des Konzentrates macht keinerlei Schwierigkeiten. Es kann durch übliche Verfahren zum Abtrennen von in Gas suspendierten flüssigen Phasen bewirkt werden. Ausgezeichnete Ergebnisse *

werden beispielsweise bei Verwendung üblicher Zyklone er- ™ halten.

Ein sehr interessantes Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß eine konzentrierte Lösung jeglichen Gehaltes bis zur Sättigung erhalten werden kann, wobei von einer verdünnten Lösung jeglichen Gehaltes ausgegangen werden kann. Die Substanzen, die sonst oberhalb einer bestimmten Konzentration dehydriert werden, können bis auf diese Konzentration gebracht werden.

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Beispielsweise im Fall von Orthophosphorsäure ausgehend von einer verdünnten Säure mit beispielsweise 50 Gew.# P₉O₅₁ kann man eine konzentrierte Säure jeglichen Konzentrationsgrades bis zu 64 Gew.# Ρρ^δ ^ernaH»eⁿ* während nach bisherigen Verfahren im allgemeinen keine Säure erhalten wurde, die einen Konzentrationsgrad von mehr als 50 - 55 Gew.# PpOc aufwies·

Dieser weite Konzentrationsbereich kann durch die gleiche Vorrichtung durch einfaches Ändern der Beschickungsdaten, beispielsweise der Fließgeschwindigkeit der verdünnten " lösung erhalten werden. Die außergewöhnlich hohe Geschwindigkeit des Konzentrierungsverfahrens gestattet eine sehr hohe Leistung zu erhalten mit einem verhältnismäßig kleinen Konzentrator. Unter Inbetrachtziehung der außergewöhnlichen Einfachheit der Konstruktion der Vorrichtung sind die Kosten der Anlage bei einer bestimmten Fertigungskapazität wesentlich niedriger als die Kosten einer üblichen Anlage.

Andere Vorteile dieses Konzentrators bestehen in der einfachen Handhabung und der einfachen Inbetriebhaltung. Auf Grund der einfachen Handhabung des Verfahrens kann dieses ohne weiteres automatisiert werden.

Ein anderer sehr großer Vorteil der außergewöhnlichen Geschwindigkeit des Konzentrierungsverfahrens liegt in der Möglichkeit, die Konzentration der Lösung am Auslass schnell zu verändern. Durch Veränderung der Fließgeschwindigkeit der einzuführenden verdünnten Lösung innerhalb einer sehr kurzen Zeit, d.h. in der Größenordnung von wenigen Minuten, erhältpf man die gewünschte Konzentrationeänderung der Lösung am Auelass·

Im Fall von Phosphorsäure ist es besonders vorteilhaft, die Konzentration der ausfließenden Lösung schnell zu verändern* Wenn die Aufbereitungsanlage für konzentrierte

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Phosphorsäure aus irgend einem Grund unterbrochen wird, kann man durch Herstellung konzentrierter Säure die günstigsten Lagerbedingungen ausnutzen und dadurch die Polgen, die sonst eine Unterbrechung der Anlage mit sich bringen, vermeiden. Die Lagerkapazität eines Lagertanks berechnet auf das Gewicht von PgO^ wird um etwa 50 °/o erhöht, wenn man Säure mit 64 Gew.^ ^0^5 ^la&^er"^t» anstelle einer Säure mit 50 Gew.°/o PpOc» infolge des höheren Gehaltes und der größeren Dichte einer Säure mit 64 Gew.^.

Der erfindungsgemäße Strippvorgang hat einen weiteren Vorteil beim Konzentrieren von Phosphorsäure zur Folge. Während des Konzentrieren wird eine größere Menge Fluor, das aus Verunreinigungen des Phosphorits stammt, entfernt.

Bei der Konzentrierung von 30 $iger Phosphorsäure, die 2 Gew.$ an Fluorverbindungen ausgedrückt als F auf 50 Gew.$ P_?0(- enthält, werden etwa 70-75 %> des Fluors mittels des vorstehenden Verfahrens entfernt, während bei dem bisher brannten Direktaustauschverfahren im allgemeinen nicht mehr als 50 $ Fluor entfernt werden kann. Bei der Konzentrierung der Säure bis zu einem PgOc-Gehalt von 64 Gew.# können 90 fi Fluor entfernt werden.

Das Entfernen größerer Mengen Fluor ist besonders dann sehr interessant, wenn die konzentrierte Phosphorsäure für eine Verwendung vorgesehen ist, bei der nur ein geringer Fluorgehalt erlaubt ist, insbesondere für die Herstellung von Bicalciumphospliat für Futtermittel. Es ist dadurch möglich, die Behandlung zum Entfernen von Fluor zu vereinfachen oder sogar zu vermeiden.

Die Rückgewinnung von fluor aus den Gasen ist außerdem viel einfacher ala in anderen Direktaustauaohverfahren. Nach diesen letzteren Verfahren werden die Fluorverbindungen, d.h.HJ und Si?, sueasmen mit Wasser und eines feil der H^PO^-Hebel

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niedergeschlagen, wodurch die Gewinnung des Fluors aus der niedergeschlagenen Lösung, beispielsweise in Form von Fluoriden oder von Alkalifluorsilikaten, durch die Segenwart von Phosphorsäure behindert wird. Da in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten Auslassgasen keine Phosphorsäurenebel enthalten sind, ist im Gegensatz dazu die Gewinnung des Fluors viel leichter. Ein anderes, sehr interessantes Merkmal dieses Konzentrierungsverfahrens ist dasjenige, das weder viel Zeit zur Bildung von Krusten an den Wänden der Vorrichtung bleibt, die den Betrieb derselben stören würden, noch ein Verstopfen der Vorrichtung stattfindet. Das ist eine Folge des stark kinetischen Systems innerhalb der Anlage·

Das vorliegende Verfahren ermöglicht es deshalb_;Düngemittelauf schlänimungen zu/ konzentrieren, "beispielsweise Aufschlämmungen, die durch Auflösen von Phosphorit in einer oder mehreren Mineralsäuren, wie beispielsweise HNO^ und H_PO., und anschließender Behandlung mit Ammoniak erhalten wurden,/oder es gestattet Aufschlämmungen von ternären Düngemitteln, die durch das Beimischen von Kaliumsalzen zu diesen Aufschlämmungen erhalten wurden, zu konzentrieren. Ausgehend von verdünnten Lösungen, die beispielsweise 40-50 Gew.# Wasser enthalten, ist es möglich, konzentrierte Aufschlämmungen zu erhalten, die beispielsweise 0,5-10 Gew.$ Wasser enthalten und dadurch zum Granulieren geeignet sind.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

Baispiel 1t

Dieses Beispiel betrifft die Konzentrierung einer ^₂₄ Lösung· Der Konzentrator besteht aus einem senkrechten Yenturi-Eohr_t bsi des der verengt· Teil einen Innendurchmeeer

*/ oder Auf ^r:h2ü3tfiungs·.··., die durch Behandlung,mit Ammoniak von einer uu-.-.r mehreren Mineralsäuren, wie beispieleweise E^PO. oder Gsmiachen derselben mit H₂SO_-. oder HNO,,

wurden, Q0nf*3/1?42

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von 214 mm und eine Höhe von 500 mm besitzt. Der Erweiterungswinkel des Zerstäubers beträgt 7°·* Oberhalb des Venturi-Rohres ist ein Rohrabschnitt angebracht, der einen gleichbleibenden Durchmesser von 500 mm besitzt. Die erhaltene Ammoniumaulfatsuspension wird von den Gasen in einem Zyklon 8 abgetrennt und wird am Ausgangsende 9 des Zyklons gewonnen, wie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist. Die Gase verlassen den Zyklon bei 10. Die Gase bestehen aus Luft, die bis auf eine Temperatur von etwa 65O°C erhitzt wurde.

Ihre Fließgeschwindigkeit beträgt etwa 2.210 m /Std. Ihre -PüetGeschwindigkeit in dem verengten Teil beträgt etwa m/Sec· Am Auslass des Zerstäubers beträgt ihre Geschwindigkeit etwa 5 m/sec. Die Lösung, die in Höhe des verengten Teiles des Venturi-Rohres eingefüllt wird, zeigt folgende Zusammensetzung in Gew.^χ

(NH₄)₂SO₄ 43 J*

H₂O 57 96

Ihre Fließgeschwindigkeit beträgt etwa 1365 kg/Std. und ihre Temperatur etwa 65⁰C. Am Auslassende des Zyklons werden etwa

Suspension λ

kg/Std. der iöekag folgender Zusammensetzung gewonnen: \

(NH₄	)₂so₄,	kristallisiert	25	,4
(NH₄	)₂so₄,	gelöst	35	,9
H₂O			38	,7

Wenn jedoch der Konzentrator mit etwa 1.735 kg/Std. der gleichen Lösung beschickt wird, werden am Auslassende des Zyklons 1.300 kg/Std. einer Suspension folgender Zusammensetzung gewonnen:

(HH₄J₂SO₄, kristallisiert 19,05 %

(HH₄)₂S0₄, gelöst 38,7Ji

H₂O 42,25 Jt

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Wenn der Konzentrator mit etwa 1.015 kg/Std. der gleichen Lösung beschickt wird, wird am Auslassende des Zyklon*eine Menge von etwa 610 kg/Std. der Suspension gewonnen, die folgende Zusammensetzung hat:

43,3 27,5 29,2

Dieses Beispiel betrifft die Konzentrierung einer Phosphorsäurelösung, die auf nassem Wege hergestellt wurde und folgende Zusammensetzung hat:

(NH₄	)₂so₄,	kristallisiert
(NH₄	)₂so₄,	gelöst
H₂O
Beispiel 2:

1*2° 5	ausgedrückt	30,	in F	0	Gew.
CaSO₄		1,	- 2,	4	It
Fluorverbindungen,		27
	0
H₂SO₄		g/L.

Der im Beispiel 1 beschriebene Konzentrator wird mit Luft, die auf 635⁰C erhitzt wurde, mit ι
von etwa 2.160 mvStd, beschickt.

die auf 635⁰C erhitzt wurde, mit einer Fließgeschwindigkeit

Die Fließgeschwindigkeit der verdünnten Säurelösung beträgt etwa 1.085 kg/Std. und ihre Temperatur etwa 50⁰C. Am Ausgangsende des Zyklon werden etwa 636 kg/Std. einer Lösung erhalten, die einen PgOc-Gehalt von etwa 50,9 Gew.# b'esitzt. Der P_Oc-Verlust betrug weniger als 1 <f» und die Abgase waren vollkommen frei von P_o0_c

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Beispiel 3s

Dieses Beispiel betrifft die Konzentrierung einer Phosphorsäurelösung, die praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die des Beispiels 2 besitzt und einen PgO^-Gehalt von etwa 29»8 Gew.$ aufweist. Der im Beispiel 1 beschriebene Konzentrator wird mit Luft, die auf etwa 625⁰C erhitzt wurde, mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 2.135 m /Std. beschickt. Die Phosphorsäurelösung hat eine Temperatur von etwa 5O⁰O. Diese Lösung wird mit einer Iließgeschwindigkeit von etwa 600 kg/Std. in den Konzentrator eingefüllt. Am Auslassende des Zyklon*.werden etwa 280 kg/Std. der Lösung gewonnen, die " einen J₂0,--Gehalt von etwa 63,8 # besitzt.

Beispiel 4:

Das v-ere teilende Beispiel betrifft die Konzentrierung einer Phosphorsäurelösung, die praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die des Beispiels 2 und einen P₂Oc-GeIIaIt von etwa 30,1 Gew.$ besitzt. Der im Beispiel 1 beschriebene Konzentrator wird mit Luft, die auf etwa 465 C erhitzt wurde, mit einer Fließgesehwindigkeit von etwa 2.340 m /Std. beschickt. Die Phosphorsäurelösung zeigte eine Temperatur von etwa 53⁰O und wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa ι 2.000 kg/Std. in den Konzentrator eingefüllt. Am Auslassende des Zyklons wurden etwa 1.610 kg/Std. der Lösung, die einen von etwa 36,9 Gew.# besaß, gewonnen.

Beispiel 5:

Dieses Beispiel betrifft die Konzentrierung einer Phoaphorsäurelösung, die praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die des Beispiels 2 und einen JgOc-Gehalt ^{von e-fcwa} 29,9 Gew /fo besitzt. Der im Beispiel 1 beschriebene Konzentrator wird

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mit Luft, die auf etwa 62O⁰C erhitzt wurde, mit einer .Fließgeschwindigkeit von etwa 2.200 nr/Std. beschickt. Die Phosphorsäurelösung zeigt eine Temperatur von etwa 5O⁰C und wird mit einer Pließgeschwindigkeit von etwa 850 kg/Std. in den Konzentrator eingefüllt. Am Auslassende des Zyklon.-werden etwa 457 kg/Std. einer Lösung mit einem PpO^-Gehalt von etwa 55»2 Gew.$ gewonnen.

Beispiel 6:

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Abgasen, die Ψ aus anderen Vorrichtungen kommen, als Wärmequelle. Die zu konzentrierende Lösung ist eine Phosphorsäurelösung, die praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die des Beispiels 2 und einen PpO^-Gehalt von etwa 30,0 Gew.;£ besitzt. Die Gase kommen von einer Anlage, in der Salpetersäure durch Oxydation von Ammoniak hergestellt wird. Sie bestehen im wesentlichen aus Luft mit einer sehr geringen Menge an Stickstoffgaaen. Ihre Temperatur beträgt etwa 225 C und sie werden mit einer Pließgeschwindigkeit von etwa 2.380 m /Std. in den im Beispiel 1 beschriebenen Konzentrator eingelassen,,

Die Lösung hat eine Temperatur von etwa 50 C und wird mit einer Pließgeschwindigkeit von etwa 460 kg/Std. in den Konzentrator eingefüllt.

Am Auslassende des Zyklons werden etwa 310 kg/Std. einer Lösung mit einem P₂O,--Gehalt von etwa 44,7 Gew.?» gewonnen.

Wenn im Gegensatz dazu der Konzentrator mit etwa 308 kg/Std.

werden einer verdünnten Lösung beschickt wird, w*a»«l· am Auslassende des Zyklons etwa 180 kg/Std. einer Lösung mit einem ?2^O5" Gehalt von etwa 51,2 Gew.# gewonnen.

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Beispiel 7:

Dieses Beispiel erläutert die Konzentrierung einer Aufschlämmung eines binären Düngemittels. Diese Aufschlämmung stammt von einem Gemisch aus Salpetersäure und Phosphorsäure, die auf nassem Wege erhalten wurde, und bei dem beide Säuren durch Ammoniakzugabe auf einen pH-Wert von 4,2 gebracht wurden«

Die Aufschlämmung zeigt folgende Zusammensetzung: N 12,30 io

H₀O 48,3 #

P₂O₅ 12,45

Seine Temperatur beträgt etwa 85⁰C. Diese Aufschlämmung wird in dem in Beispiel 1 beschriebenen Konzentrator mit einer Fließgeschwindiglceit von etwa 620 kg/Std. zusammen mit Luft, die auf etwa 610⁰C erhitzt wurde, und eine Fließgeschwindigkeit von 2.165 m /Std. besaß, eingefüllt. Am Auslassende des Zyklons wurden etwa 318 kg/Std. eines geschmolzenen Produktes der folgenden Zusammensetzung gewonnen:

N 23,90 #

P₂O₅ 24,25 #

H₂O 0,5 #

Diese Aufschlämmung wurde in eine Granulieranlage weitergeleitet.

Beispiel 8t

Dieses Beispiel erläutert die Konzentrierung einer Aufschlämmung eines ternären Düngemittels. Die Aufschlämmung besteht aus einem Gemisch aus NH.HgPO^, NH^NO, und KNO,

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in solchen Mengenanteilen, daß man ein Gewichtsverhältnis der Düngemittelbestandteile ausgedrückt in N/PpOc/KpO, von 1:1:1 erhielt. Sein Gehalt in Wasser betrug etwa 43,3 Gew.# und seine Temperatur feei etwa 75 G.

Diese Aufschlämmung wird in dem in Beispiel 1 beschriebenen Konzentrator mit einer Pließgeschwindigkeit von etwa 940 kg/Std. zusammen mit etwa 2.260 m /Std. eines 62O⁰C heißen Gases eingefüllt. Am Auslassende des Zyklons werden etwa 576 kg/Std. einer konzentrierten Aufschlämmung mit einem Wassergehalt von etwa 7,8 Ji gewonnen. Die Aufschlämmung wurde in eine Granulieranlage weitergeleitet.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Konzentrierung wässriger Lösungen und Suspensionen durch direkten Kontakt mit einem heißen Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Gase mit einer Temperatur zwischen 70 und 1100⁰C in den unteren Teil eines im wesentlichen senkrechten Rohres eingeführt werden, daß aus a) einem mit einer Einlasszone für die Gase versehenen unteren Teil, b) einem oberhalb der Gaseinlasszone angeordneten verengten Teil und c) einem oberhalb des verengten Teiles angeordneten im wesentlichen kegelstumpfförmigen Teil mit ä einem sich nach oben vergrößernden Querschnitt besteht, wobei im verengten Teil die Gase eine Geschwindigkeit von etwa 20 - 100 m/Sec. erreichen, die Lösung oder Suspension in das Rohr in Höhe des verengten Teiles eingeführt wird, so daß sie durch den Gasstrom in feinste Tröpfchen verteilt wird, diese Tröpfchen, während sie beginnen V/asser an das Gas abzugeben, durch den Gasstrom in eine obere Zone des Rohres getragen werden, in der eine -Geschwindigkeit herrscht, durch die die Tröpfchen eine beständige aufgewirbelte Schicht von im wesentlichen gleichbleibenden Abmessungen bilden und in der die Konzentrierung der Lösung oder Suspension fortgesetzt wird, die k-<Hs tp--- Tröpfchen der konzentrierten - i

/Lösung oder Suspension durch den Gasstrom über die aufgewirbelte Schicht zum Auslass des Rohres hinausgetragen werden, von den Gasen abgetrennt und nach bekannten Verfahren gewonnen werden. ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit in dem verengten Teil zwischen 50 und 70 m/Sec. beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Lösung oder Suspension von den Gasen am Auslass des Rohres durch einen Zyklon abgetrennt wird.

BAD ORIGINAL

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4. Torrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem im wesentlichen senkrechten Rohr, das folgendes enthält, bestehti

a) Einen mit einer Einlasszone für die Gase versehenen unteren Teil,

b) einen oberhalb der Gaseinlasszone angeordneten verengten Teil und

c) einen oberhalb des verengten Teils angeordneten, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Teil mit einem sich nach oben vergrößernden Querschnitt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Teil mit de*a sich vergrößernden Querschnitt ein Rohrstück mit einem gleichbleibenden Querschnitt angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seinem oberen Ende mit einem Teil abschließt, dessen Querschnitt sich nach eben verkleinert.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Teil mit dem sich vergrößernden Querschnitt einen im wesentlichen rumen Querschnitt aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erweiterungswinkel des Kegelstumpfsabschnitts zwischen 6 und 9° beträgt,

Für

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Catanese S.p/A., Palermo/Ital.

Rec 009313/13U