DE2230158A1

DE2230158A1 - Verfahren zur Herstellung von granalienförmigem wasserhaltigem Natriumsilikat

Info

Publication number: DE2230158A1
Application number: DE19722230158
Authority: DE
Inventors: Samuel Louis Jamesville; Montone Anthony William Elbridge; N.Y. Bean (V.St.A.)
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1972-12-28
Also published as: GB1370578A; FR2143306A1; FR2143306B1; US3748103A; CA985014A

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath _D. _ ₆₂ Wiesbaden, 20. Juni

Dr. Dieter Weber Ρ<»&ώΐ327 ₁₉₇₂

Dipl.-Phys. Klaus SeifFert * <⁰⁴¹*>^37i7S° ii/di

Telegrammidressei VnLLPATENT PATENTANWÄLTE

File 5600-389

Allied Chemical Corporation Morristown, New Jersey, 07960 U.S.A.

Verfahren zur Herstellung von granalienförmigem wasserhaltigem Natriumsilikat

Priorität; vom 25. Juni 1971 in USA, Serial - Number 156 774

Natriumsilikat ist seit vielen Jahren ein Handelsprodukt. Es wird in Seifen und Reinigungsmitteln sowie bei der Kieselsäuregelherstellung verwendet, wie beispielsweise für Kieselsäuregele, die als Katalysatorträger für viele katalytische Verfahren dienen. Natriumsilikatlösung, die allgemein als Wasserglas bekannt ist, wird als Klebstoff und bei der Herstellung von Klebstoffen verwendet. Auch wird Wasserglas seit langem zum Einlegen von Eiern und bei der Herstellung von feinteiliger Kieselsäure verwendet, welche letztere als Pigment in Anstrichmitteln, als Verstärkungsmittel bei der Kaut-

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Postscheck.· Frankfurt/Mein NbTt ~ Bank Dresdner Bank AG. Wiesbaden, Konto-Nr.i74 807

ORIGINAL INSPECTED

schukherstellung und zum Vermischen mit Polymermaterialien benutzt wird. Außerdem wird die feinteilige Kieselsäure bei der Behandlung von Erz und Papier und auch bei der Herstellung von Dachmaterialien bentzt. Zur Zeit liegt die umfangreichste Verwendung dieses Materials in der Herstellung von Katalysatoren und Kieselsäuregelen. Die Verwendung von Natriumsllikat bei der Herstellung von Reinigungsmitteln wächst jedoch schnell an und kann bald das Hauptgebiet für granalienförmiges wasserhaltiges Natriumsilikat werden.

In der Vergangenheit wurde Natriumsilikat zur Herstellung von Waschmitteln hauptsächlich deswegen verwendet, da seine Anwesenheit dazu neigt, Schmutzteilchen daran zu hindern, erneut auf den Gegenständen abgelagert zu werden, von denen sie entfernt wurden, und da es die korrodierende Wirkung des Waschmittels auf Waschmaschinenteile vermindert. Ein anderer wichtiger Grund für seine Verwendung beruht auf der Tatsache, daß es dem bei der Detergensherstellung gebildeten Schlamm eine gleichförmige Viskosität verleiht und daher zu einem besseren sprühgetrockneten Produkt beiträgt. Außerdem wirkt Natriumsilikat bei der Verwendung als Zusatzstoff zu Detergentien bekanntermaßen als Puffersubstanz und verhindert die Kuchenbildung in dem fertigen Produkt.

In jüngerer Zeit auftretender Ärger mit der Wirkung von Phosphaten, die noch heute in großem Umfang in Detergentien verwendet werden, die aber das Wachstum von Algen und anderen unerwünschten Wasserpflanzen fördern, richtete naturgemäß ,.lic

BAD ORiGiNAL .

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Aufmerksamkeit auf Natriumsilikat als Alternative zu Phosphaten. Die meisten in der Natur gefundenen Minerallager enthalten Kieselsäure, und da die meisten Silikate mit der Ausnahme einiger der Erdalkalisilikate löslich sind, haben Silikatabfälle im wesentlichen keine unerwünschte Wirkung auf die Ökologie. Es ist somit nur zu natürlich, daß Natriumsilikat nun umfangreiche Aufmerksamkeit als Bestandteil in Detergentien geschenkt wird, da es die obigen erwünschten Eigenschaften besitzt.

Das meiste Natriumsilikat, das für Detergentien hergestellt wird, wurde bisher durch Sprühtrocknung einer verdünnten Lösung (40%ig oder weniger) von Natriumsilikat auf wasserfreier Basis gewonnen. Die so hergestellten Granalien sind gewöhnlich hohle kugelförmige Teilchen mit einem Außenüberzug oder konzentrischen überzügen aus verfestigtem Natriumsilikat.

Sprühgetrocknetes Natriumsilikat besitzt im allgemeinen eine sehr niedrige Schüttdichte, so daß es für den Transport voluminös ist und kostspielig zu verpacken ist. Dies wurde in einigem Umfang dadurch überwunden, daß man ein sehr feinteiliges Produkt produzierte, das eine geeignete Dichte hat, aber leider sehr staubt. Dieser Staub, der unangenehme Reizungen verursacht, liefert ein ernsthaftes Problem während der Handhabung und Verarbeitung der Detergensprodukte. Außerdem haben sprühgetrocknete Teilchen keine Dauerhaftigkeit, da der Abrieb bei der Handhabung unerwünscht hoch ist. Vielleicht liegt ein noch

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größerer Nachteil in der Tatsache, daß die Teilchen eine Neigung haben, aus der Luft Feuchtigkeit aufzunehmen und beim Stehen Kuchen zu bilden. Noch ein anderer Nachteil des Sprühtrocknungsverf ahreni/zur Herstellung von wasserfreiem Natriumsilikat bestäit darin, daß das gesamte Material, das zu dem Verfahren zurückgeführt werden muß,wie feine Teilchen oder Teilchen außerhalb der erwünschten Größenbereiche, in Wasser erneut aufgelöst und sodann wieder sprühgetrocknet v/erden muß, was wesentlich zu den Wärme- und Energieerfordernissen beiträgt und entsprechend die Kosten des sprühgetrockneten Produktes erhöht.

Ein erwünschtes Produkt für die Detergensindustrie kann so gekennzeichnet werden, daß es ein Molverhältnis von Na₃O zu zwischen 1 : 1,8 und 1 : 2,8 besitzt, eine lose Schüttdichte größer als 288 kg/m (18 Pfund je Kubikfuß), einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 13 und 20% und eine derartige Siebgröße besitzt, daß der größere Teil des Produktes 60 Maschen ( Tyler) passiert und auf einem 325-Maschensieb zurückbleibt. Es wurde als sehr schwierig gefunden, wenn es überhaupt möglich ist, ein solches Material nach den bekannten Methoden in einer Stufe zu erhalten. Es ist möglich, ein Produkt mit der geeigneten Schüttdichte nach einem einstufigen Verfahren zu erhalten, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt oberhalb 22,5% liegt, doch ist, wie oben erwähnt, das so erhaltene Produkt äußerst fein und besitzt eine Neigung zur Kuchenbildung.

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Eine Wirbelschicht wird auf einer Temperatur zwischen 66 und 232°C (150 - 45O°F), vorzugsweise zwischen 116 und 149°C (240 - 300⁰F) gehalten. Die Wirbelschicht umfaßt Granalien von wasserhaltigem Natriumsilikat, dessen Verhältnis von Na~0 zu SiO₂ im Bereich von etwa 1 : 1,0 bis 1 : 3,21iegt und das etwa 10 bis 20% Wasser auf kombinierter Gewichtsgrundlage enthält. Vorzugsweise umfaßt die Wirbelschicht Granalien mit einem Verhältnis von Na₂O zu SiO₂ im Bereich von 1 : 1,8 bis 1 : 2,8 und einem Wassergehalt im Bereich von 14 bis 19%.

Eine Beschickungslösung von Natriumsilikat mit dem erwünschten Verhältnis von Na₂O zu SiO₂ in der Wirbelschicht wie auch in dem Endprodukt, vorzugsweise von 1 : 1,8 bis 1 : 2,8, wird in einer Konzentration von wenigstens etwa 25% und vorzugsweise in einer Konzentration von etwa 45 bis 55%,hergestellt. Die lösung wird auf etwa 38 bis 149°C (loo bis 3oo°F), vorzugsweise auf 66 bis 1O7°C(15O - 225°F) erhitzt und in die Wirbelschichtzone eingespritzt. Diese Lösung kann unter Druck dispergiert werden, doch vorzugsweise wird sie in der Wirbelschichtzone dispergiert oder atomisiert, indem man ein komprimiertes Gas verwendet, vorzugsweise komprimierte Luft, und>zwar mit einem Druck von etwa 1,7 bis 6,8 atü (25 bis 100 psig). Die Wirbelschicht wird mit Hilfe eines vorerhitzten Gases, vorzugsweise mit Luft, erzeugt, das aufwärts durch die Schicht und mit einer ausreichend hohen Temperatur, um die Schicht zwischen etwa 66 und 232°C (150 - 45O°F), vorzugsweise zwischen 116 und 149°C (240 - 300°F) zu halten, strömt. Das austretende Gas gelangt durch eine Feinstofftrennvorrichtung, wie einen Zyklon-

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Staubsammler, der die mitgerissenen Feinstoffe entfant. Das Gas kann abgehen oder wenigstens zum Teil zu der Wirbelschicht zurückgeführt werden. Die Schichtteilchen werden kontinuierlich abgezogen, und wenn Produkte mit einem bestimmten Teilchengrößenbereich erforderlich sind, werden die abgezogenen Teilchen gesiebt oder anderweitig klassiert. Teilchen außerhalb der erwünschten Größenbereiche werden zerstoßen. Wenigstens ein Teil des zerstoßenen Materials kann erneut klassiert werden und alles oder ein Teil kann zu der Wirbelschicht zurückgeführt v/erden, um so ein Mittel einer Produktkontrolle und ein Mittel für eine Stabilisierung der Leistung des Wirbelschichtverfahrens zu bekommen.

Im Betrieb werden Keilteilchen zu der Schicht zurückgeführt, die aus einer oder mehreren der folgenden Teilchengruppen bestehen:

a) Feinstoffe, die in dem Feinstoffsammler gesammelt wurden,

b) außerhalb der erwünschten Größenordnung liegende Teilchen, die von dem von der Wirbelschicht abgezogenen Material abgetrennt, dann zerstoßen oder anderweitig zerkleinert wurden,

c) ein Teil des Materials, das als Produkt von der Wirbelschicht abgezogen wurde.

In der Wirbelschicht wachsen diese Keimteilchen und irgendwelche spontan in der Schicht gebildeten Teilchen durch Agglomerierung als ein Ergebnis der ankommenden Beschickungslösung

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und der speziellen Bedingungen in der Schicht. Diese Keimteilchen werden Agglomerate von relativ gleichförmigen/ feinen, kristallartigen Teilchen, wobei deren Größe mit ihrer Verweilzeit in der Schicht anwächst.

Da die Agglomerate nach der vorliegenden Erfindung eine größere Oberfläche besitzen als ein sprühgetrocknetes Teilchen entsprechenden Volumens, müßte man annehmen, daß sie mehr Feuchtigkeit beim Stehen absorbieren und daß dieses giaialienförmige Produkt zu einem Kuchen zusammenbacken würde. Da ausserdem jede Granalie bzw. jedes Agglomerat aus mehreren kleineren unregelmäßig geformten Teilchen besteht, wäre anzunehmen, daß diese Agglomerate brüchiger sind als die hohlen kugelförmigen Teilchen, die man gewöhnlich beim Sprühtrocknen erhält, überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß genau das Gegenteil zutrifft. Die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung produzierten Granalien sind stabil und zeigen nur geringe Neigung, Feuchtigkeit aufzunehmen. Das granalienförmige Produkt, aus dem diese Agglomerate bestehen, ist weiß, freifliessend und bleibt so selbst nach Stehen in einer relativ feuchten Atmosphäre. Dies steht im Gegensatz zu Produkten, die man allgemein beim Sprühtrocknen erhält und die bei den gleichen Bedingungen eine Neigung besitzen, Feuchtigkeit zu absorbieren und zusammenzubacken, überraschenderweise fand man auch, daß die agglomerierten Teilchen nach der Erfindung relativ widerstandsfähig gegenüber Bruch und Abrieb sind und sich benehmen, als seien sie durch eine Außenhaut geschützt. Dies steht wiederum im Gegensatz zu den Teilchen,

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die man bei den meisten Sprühtrockenverfahren erhält und die brüchig sind und eine relativ hohe Abriebrate zeigen.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung liefert ein weisses, freifliessendes, wasserlösliches stabiles Produkt, dessen Teilchen die Gestalt eines Agglomerate/ den erwünschten Feuchtigkeitsgehalt (Hydratationsgrad), die erwünschte Teilchengröße und die erwünschte Schüttdichte besitzen. Die Verfahrensbediigungen können nach der vorliegenden Erfindung variiert v/erden, um das erwünschte Resultat zu erreichen. Der Feuchtigkeitsgrad in dem Endprodukt kann beispielsweise gesteigert werden, indem man die Temperatur der Schicht vermindert, was seinerseits durch Verminderung der Temperatur der eintretenden Fluidisierluft oder des eintretenden Fluidisiergases oder durch Herabsetzung der Fließgeschwindigkeit des Fluidisiergases durch die Wirbelschicht erfolgen kann, wobei man Sorge zu tragen h'at, daß genug Gas vorliegt, um eine geeignete Fluidisierung oder Wirbelung aufrecht zu erhalten. Die Feuchtigkeitsmenge kann auch durch Verminderung der Konzentration der wässrigen Beschickungslösung kontrolliert werden , die auch die Temperatur der Schicht vermindert und ihren Feuchtigkeitsgehalt erhöht. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit der Schicht durch Verwendung eines feuchtgemachten Gases oder durch Einspritzen von Wasser oder Wasserdampf in den Fluidisiergasstrom oder durch Rezirkulierung wenigstens eines Teils des Fluidisiergasstromes führt zu einer Steigerung des Feuchtigkeitsgehaltes in dem Endprodukt.

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Wenn die Fluidisierluft vollständig rezirkuliert würde, würde sich schnell Feuchtigkeitsgehalt jenseits der praktischen Grenzen aufbauen, doch eine solche Rückführmethode kann angenommen werden, vorausgesetzt, daß der Feuchtigkeitsgehalt durch Entfernung des Überschusses durch Kondensation oder andere Trockenmethoden kontrolliert wird.

Ein sehr wichtiger Kontrollfaktor ist die Verweilzeit, da das Teilchen dazu neigt, um so größer zu wachsen, je langer es in der Wirbelschicht bleibt. Die Verweilzeit kann gesteigert werden, um entsprechend die mittlere Teilchengröße in der Schicht zu vergrößern, indem man die Rückführrate von FeJrBtoffen aus dem Feinstoffsammler und von zerstoßenen Teilchen außerhalb der erwünschten Teilchengröße, die von der Schicht entfernt, zerkleinert und rückgeführt wurden, erhöht .

er Eine feine Einstellung der Rückführrate/hält man, angenommen, daß im wesentlichen die gesamten Fettstoffe und zerstoßenen Teilchen außerhalb der erwünschten Teilchengröße zurückgeführt werden, indem man unterschiedliche Mengen der Produktabnahme zurückfUhrt. Allgemein gesprochen solten alle zu der Wirbelschicht zurückgeführten Feststoffe aus Teilche η von weniger als etwa 0,30 mm Durchmesser (Siebgröße etwa 48) bestehen. Wenn beispielsweise ein vorherrschender Feingrad des Produktes erforderlich ist (90% zwischen 60 und 325 Maschen nach der Tyler-Siebgröße), dann sollte die Verweilrzeit

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relativ kurz gehalten v/erden, während, wenn grobe Teilchen erforderlich sind (20 bis 100 Maschen), die Verweilzeit erhöht werden sollte. Bei der aktuellen Durchführung des Verfahrens besteht das Produkt allgemein aus Teilchen, von denen 90% im Bereich von 20 bis 3 25 Maschen liegen, so daß zwei oder mehr Produktgrade aus dem abgezogenen Material durch Klassierungsmethoden, wie durch Sieben, erhalten -/.'erden können, wobei der springende ^unkt darin besteht, daß das Vorherrschen entweder groben oder feinen Produktes durch Einstellung der Verweilzeit in der Wirbelschicht verändert werden kann.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung liefert den Vorteil, daß eine weite Teilchengrößenverteilung erhalten werden kann, so daß mehr als ein Produktgrad zu erhalten ist.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß man ein neues -rodukt aus granalienförmigen Teilchen von hydratisiertem Matriumsilikat erhalten hat, das aus Agglomeraten von miteinander verbundenen feineren Teilchen besteht. Diese Granalien von agglomerierten Teilchen haben eine größere Oberfläche als kugelige Teilchen entsprechenden Volumens. Das Produkt besitzt ein Verhältnis von Na-O zu SiO,, im Bereich von 1:1 bis 1 : 3,2 und enthält Eydratationsv/asser im Bereich von 10 b'.s 20 Gev?. -%, vorzugsweise im Bereich von 14 bis 19%. Eine Zusammensetzung, die im wesentlichen die Formel Na„0 .2, 4 SiO^. 211^0 besitzt, ist besonders bevorzugt. Die Teilchen besitzen eine Siebgröße im wesentlichen zwischen 20 und 325 laschen. Dieses Material kann durch Klassiermethoden in zwei oder mehr Produkte aufge-

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teilt werden. Beispielsweise kann durch hieben ein feines Produkt mit einer solchen Teilchengröße, daß mehr als 90% ein 60 Maschen-Sieb passieren und es auf einem 325 Maschen-Sieb zurückgehalten v/ird, abgetrennt werden, und ähnlich kann ein grobes Produkt mit einer Teilchengröße erhalten werden, von dem mehr als 90% ein 20 Maschen-Sieb passieren und das auf einem 100 Maschen-Sieb (Tyler-Standard) zurückgehalten wird.

Die lose Schüttdichte beträgt wenigstens 288 kg je m und liegt allgemein im Bereich von 288 bis 416 kj je m (18 bis 26 Pfund je Kubikfuß) für das oben angegebene grobe Material und bei 480 bis 720 kg je m³ (30 bis 45 Pfund je Kubikfuß) für das feine Material.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist besser verständlich bei Bezugnahme auf das beiliegende Fließbild, das einen Weg zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens erläutert.

In der Zeichnung bedeutet das Bezugszeichen 1 eine Schicht granalienförmiger Teilchen, die durch ein Gas (Luft) fluidisiert werden (Wirbelschicht), welches in das System bei Punkt 2 eintritt und durch den Erhitzer 3 vorerhitzt wird. Dieser Erhitzer wird mit Brennstoff (Naturgas) gespeist, der bei Punkt 4 eintritt. Die erhitzte Luft gelangt zu der "Windboxe" 5 unterhalb der porösen oder perforierten Platte 6 und sodann durch die Platte, strömt aufwärts und fluidisiert so die Schicht 1 in dem Wirbelschichttrockner 7.

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Das Bezugszeichen 8 bedeutet einen Beschickungsbehälter, der eine Lösung von Natriumsilikat enthält, welche durch einen Erhitzer oder einen Wärmeaustauscher 9 erhitzt und durch die Pumpe 10 zu der Sprühdüse 12 transportiert wird, wo sie in die Wirbelschichtzone 7 mit Hilfe von komprimiertem Gas (Luft) dispergiert wird, das bei 13 eintritt. Ein Teil der Schicht 1 wird als Produkt bei 14 abgezogen und zu einer Klassiereinrichtung (Siebe) 15 geführt. Das gesamte klassierte Material oder ein Teil hiervon wird als Produkt bei 16 entfernt. Außerhalb der erwünschten Teilchengröße liegenden Teilchen werden über 17 zu der Zerstoßeinrichtung 18 geschickt. Das zerstoßene Natriumsilikat, das die Zerstoßeinrichtung verläßt, wird bei 20 gesiebt, und Teilchen, die auf einem Sieb mit 40 bis 80 Maschen zurückbleiben, werden zu der Zerstoßeinrichtung zurückgeführt. Die Siebteilchen werden allgemein zu der Wirbelschicht über die Beschickungseinrichtung 22 als ein Mittel zur Kontrolle der Verweilzeit und entsprechend des Feuchtigkeitsgehaltes und der Teilchengröße des Endproduktes zurückgeführt. Diese Rückführmethode trägt auch zu einem kontinuierlichen stabilen Betrieb bei.

Ein Teil des zerstoßenen gesiebten Materials kann gegebenenfalls direkt als Produkt entnommen und/oder zu der Produktklassiereinrichtung 15 geführt werden.

Die Abgase gelangen durch den Feinstoffsammler (Zyklon) 23 und können dann durch Leitung 24 abgeblasen werden. Wenn es erwünscht ist, eine Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen,

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sowie das Mittel zur Einstellung des Feuchtigkeitsgehaltes des Fliaixlisiergases, kann ein Teil des Abgases (oder das gesarate Abgas ι wenn der Feuchtigkeitsgehalt darin kontrolliert wird) §ls Fluidisiergas zurückgeführt v/erden. Ein solches Verfahren trägt dazu bei, eine Wirbelschicht mit einem gleichförmigen Feuchtigkeitsgehalt aufrecht zu erhalten, und gestattet ein sehr glattes, gleichmäßiges Arbeiten. Die in dem Zyklonsammler 23 gesammelten Feinstoffe werden ebenfalls über die Beschickungseinrichtung 22 zu der Wirbelschicht airückgefiührt.

Gas mit einem kontrollierten Feuchtigkeitsgehalt kann in das System als Fluidisiergas eingeführt werden. Es kann Wasser oder Wasserdampf in das Fluidisiergas oder direkt in die Wirbelschichtzone eingeführt werden. Der Feuchtigkeitsgehalt in dem Trockner kann durch Einstellung der Stärke der wässrigen Beschickungslösung kontrolliert werden. Es wird empfohlen, daß 'Proben gelegentlich von der Schicht abgenommen und hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehaltes geprüft werden, um die Beibehaltung einer Schicht mit einem gleichförmigen Feuchtigkeitsgehalt in dem bevorzugten Bereich von 14 bis 19% Wasser zu unterstützen und ein glattes und stabiles Arbeiten zu gestatten.

Beispiel 1

Granalienförmiges Natriumsilikat wird als Ausgangsschicht verwendet und enthält etwa 16%Feuchtigkeit und eine lockere Schüttdichte von 361 kg je m (22,5 Pfund je Kubikfuß). Das

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Verhältnis von Na₃O zu SiO₂ dieses Materials liegt bei 1 : 2,0, so daß es etwa 28 Gew.-% Na₉O und 56 Gew.-% SiO₀ enthält. Etwa 18 kg Material werden der Wirbelschicht zugeführt, und 130 SCFM/Quadratfuß Luft mit einem Gehalt von etwa O,O16

kg je m Wasser (0,001 Pfund je Kubikfuß) werden verwendet, um die Sdicht zu fluidisieren. Die Temperatur der Schicht wird langsaun auf etwa 135 C angehoben, indem man eine Lufteinlaßtemperatur von 288⁰C anwendet. Um diese Temperaturdifferenz von 153°C zwischen dem Einlaß und der Schicht beizubehalten, sind Lösungsbeschickungsgeschwindigkeiten von 59 bis kg je Stunde (130 bis 150 Pfund je Stunde) erforderlich. Die Beschickungslösung (Na₃O-SiO₂ = 1 : 1,95 bis 1 : 2,05) wird auf 93 C erhitzt und auf der Schicht mit einer Luftatomisiersprühdüse unter Verwendung eines Luftdruckes von 3,4 atü (50 psig) dispergiert. Die Silikatbeschickungslösung enthält 50,6% Feststoffe mit 16,9% Na₃O, 33,7% SiO₃ und 49,4% H₃O und mit einer Temperatur der Sprühdüse von 93°C. Eine Flüssigkeitbeschickungsgeschwindigkeit von 68 kg je Stunde ist äquivalent etwa 34 kg je Stunde trockener Feststoffbeschickung. Die Schichtteilchen werden kontinuierlich in der Plattenhöhe ausgetragen. Beim Sieben findet man, daß dieses Material 3% größer als 4 Maschen, 32% zwischen 4 und 14 Maschen, 40% zwischen 14 und 65 Maschen und 20% kleiner als 65 Maschen enthält. Alle Teilchen größer als 14 Maachen werden in der Walzenmühle auf weniger als 48 Maschen zerstoßen und zu der Wirbelschicht zusammen mit einer Fraktion des Materials oberhalb 65 Maschen zurückgeführt. Die Rückführgeschwindigkeit variiert kontinuierlich während des Betriebes* liegt aber im Mittel bei

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163 kg je Stunde (360 Pfund je Stunde) entsprechend einem Verhältnis von etwa dem 5,5fachen der Geschwindigkeit einer trockenen Peststoffbeschickung in das System. Außerdem werden etwa 91 kg je Stunde (200 Pfund je Stunde) von Feinstoffen in dem Zyklon gesammelt und zu der Wirbelschiäst zurückgeführt. Etwa 38 kg je Stunde (84 Pfund je Stunde) von wasserhaltigem granalienförmigem Natriumsilikat erhält man als Produkt mit mehr als 90%, die in eine Maschengröße zwischen 20 und 325 fallen. Durch Sieben dieses Materials wird das Produkt in zwei Anteile etwa gleichen Gewichtes getrennt. Das feine Material enthält mehr als 90% zwischen 60 und 375 Maschen, das grobe Material 90% zwischen 20 und 100 Maschen. Wie oben erwähnt, kann die Teilchengröße zu hauptsächlich grobem oder hauptsächlich feinem Material gewechselt werden, indem man die Verweil**zeit steigert oder vermindert. Die lockere Schüttdichte des feinen Materials liegt bei 17,5 kg je Kubikmeter, während die Dichte des groben Materials bei 11,2 kg je Kubikmeter liegt. Verluste sind nominal und variieren mit der Wirksamkeit der Zyklontrennelirichtung. Die Länge dieses Versuches beträgt 4 Stunden.

Im allgemeinen gestattet die vorliegende Wirbelschichtmethode eine leichte Kontrolle der Verfahrensanlage und ermöglicht-die Verwendung eines breiten Bereiches von Verfahrensbedingungen, unter denen annehmbare Produkte hergestellt werden können. Beim Sprühtrocknen ist der Bereich der Verfahrensbedingungen begrenzt, und die Kontrolle ist sehr empfindlich.

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Die Investitions- und Raumerfordernisse sind allgemein bei Wirbelschichttrocknern geringer äs bei Sprühtrocknern. Ein wirtschaftlicher Vorteil der Wirbelschichtmethode gegenüber Sprühtrockenmethoden ist der, daß erstere eine Ersparnis an Brennstoff mit sich bringt. Erstens braucht das zurückgeführte Material nicht wieder aufgelöst und erneut eingedampft zu werden. Zweitens gestattet eine längere Teilchenverweilzeit eine bessere Ausnutzung der Wärme und eine erhöhte Effizienz. Drittens kann das erwünschte Produkt unter Verwendung von Natriumsilikatlösungen mit einem Gehalt über 40 Gew.-% Natriumsilikatfeststoffe, vorzugsweise von etwa 45 bis 55% Natriumsilikatfeststoffe, produziert werden, während beim Sprühtrocknen allgemein am besten Beschickungslösungen mit Konzentrationen von 40% oder weniger arbeiten. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erfordert weniger Eindampfen der Trockenstufe, so daß weniger Wärmeenergie erforderlich ist.

Das mit Hilfe dieses Wirbelschichtverfahrens gewonnene Produkt besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber einem sprühgetrockneten Produkt. Ein überraschender Vorteil bei der vorliegenden Methode ist der große Spielraum, Produkte mit einem weiten Bereich der Dichte gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt zu produzieren. Dieses ist nicht der Fall bei sprühgetrocknetem Material.

Bei der Wirbelschichttrocknung kann die Produktfeuchtigkeit im Bereich von 10 bis 20% liegen, und trotzdem kann die lockere Schüttdichte noch größer als 562 kg je Kubikmeter (35 Pfund

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je Kubikfuß) betragen. Äußerem ist das nach der Wirbelschichtmethode gewonnene Produkt stabil und hat keine Neigung, Feuchtigkeit zu absorbieren und folglich zusammenzubacken. Das nach Sprühtrockenmethoden gewonnene Produkt neigt dazu, aus der Atmosphäre Feuchtigkeit zu absorbieren und ein Gleichgewicht zum Trihydrat hin zu erreichen. Dies führt zum Zusammenbacken.

Das nach dem Wirbelschichtverfahren erhaltene Natriumsilikat ist freifliessend, nicht zusammenbackend, stabil und löst sich schnell auf. Es kann mit einem großen Bereich von Wassergehalten gewonnen werde-n, die nicht zu einer Absorption von mehr Feuchtigkeit neigen. Die Herstellung ist leicht kontrollierbar, um ein Produkt mit hoher Dichte zu erhalten, das wirtschaftlich verschickt und gehandhabt werden kann und dennoch genügend wenig Feuchtigkeit enthält, um ein Zusammenbacken zu verhindern. Die wirtschaftlichen Nachteile einer Verschikkung eines Produktes mit hohem Wassergehalt werden dadurch vermieden.

Durch Verv/endung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung kann man somit ein hydratisiertes granalienförmiges iiatriumsilikat mit besonderer Brauchbarkeit für Detergentien in einer wirtschaftlichen einzigen Stufe herstellen. Durch Sieben oder durch andere nlassierungsmittel können zwei oder Kiehr Fraktionen von hydratisiertem granalienförmigem Natriumsilikat hergestellt werden, von denen jede ein spezielles /nv/endungsgebiet hat. Diese freifliessenden, weißen, leicht

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löslichen Produkte können leicht in Seifen und Detergentien eingemischt warden.

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Claims

P a t e n t a n Sprüche

il, Granalienförmige wasserhaltige Natriumsilikatteilchen aus einer Vielzahl agglomerierter kleinerer Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein Verhältnis von Ma₃O / SiO₂ von 1 : 1 bis 1 : 3,2, einen Feuchtigkeitsgehalt von IO bis 20% und eine Teilchengröße im wesentlichen im Bereich von 20 bis 325 Maschen (nach Tyler) besitzen.
2. iJatriumsilikatteilclien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Verhältnis von Na₃O / SiO- von 1 : 1,8
bis 1 : 2,8, einen Feuchtigkeitsgehalt von 14 bis 19% und eine lockere Schüttdichte von wenigstens etv/a 288 kg/m

(13 Pfund je Kubikfuß) besitzen.
3. rJatriumsilikatteilchen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die Formel Na20 .2, 4 SiO₉. 211-,O besitzen.
4. Natriumsilikatteilchen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 90% eine Teilchengröße im
Bereich von 60 bis 325 Haschen besitzen und daß sie eine
lockere Schüttdichte von wenigstens etwa 480 kg/m (30 Pfund je Kubikfuß) besitzen.
5. Natriumsilikatteilchen nach Anspruch 1 bis 3, dadurc hge-

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kennzeichnet, daß wenigstens 90% der Teilchengröße im Bereich von 20 bis 100 Maschen liegen und die Teilchen eine lockere Schüttdichte von wenigstens etwa 288 kg/m (18 Pfund je Kubikfuß) nahen.
6. Verfahren zur Herstellung von granallenförmigen wasserhaltigen Natriumsilikatteilchen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Natriumsilikatteilchen mit einem Molverhältnis von Na^O/SiO» zwischen 1 : 1 und 1 : 3,2 in einer Wirbelschicht hält, ein Gas aufwärts durch die Wirbelschicht führt und die Teilchen so in einem Wirbelzustand hält, die Temperatur der Wirbelschicht zwischen

ο
66 und 232 C (150 bis 450 F) hält, eine wässrige Beschikkungslösung von Natriumsilikat mit im wesentlichen dem gleichen Na₂O/SiO₂-Verhältnis wie das der Wirbelschicht in die Wirbelschichtzone einführt, den Feuchtigkeitsgehalt der Natriumsilikatteilchen im Bereich von 10 bis 20% durch Entfernung von Feuchtigkeit mit dem durch die Wirbelschicht gehenden Gas hält und festes granalienförmiges wasserhaltiges Natriumsilikat aus der Wirbelschicht austrägt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Wirbelschicht wasserhaltiges Natriumsilikat mit

einem Na₂O/SiO₂-Verhältnis im Bereich von 1 : 1,8 bis 1 : 2,8 und mit einem Wassergehalt von 14 bis 19 Gew.-% verwendet.

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8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als aufwärts durch die Wirbelschicht strömendes Gas Luft verwendet und ausreichend vorerhitzt, um die Wirbelschicht auf einer Temperatur in Bereich von 116 bis 149°C (240 bis 300°F) zu halten.
9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Beschickungslösung mit einer Konzentration von wenigstens 25% verwendet und unter Druck, vorzugsweise mit Druckluft, in der Wirbelschichtzone dispergiert.
10. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die wässrige Beschickungslösung auf 38 bis 149 C (100 bis 300°F), vorzugsweise auf 66 bis 107°C (150 bis 225°F) vorerhitzt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Feuchtigkeit in die Fluidisierluft einführt.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der Fluidisierluft recyclisiert.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

. man die die Wirbelschicht verlassende Fluidisierluft durch eine Feinstoffsammeleinrichtung führt, worin wenigstens ein Teil des in der Luft mitgerissenen Natriumsilikats abgetrennt und zu der Wirbelschicht zurückgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wirbelschicht abgezogen und wenigstens
ein Teil hiervon als Produkt klassiert vird.
15. Verfahren nach Anspruch 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des von der Wirbelschicht abgezogenen Anteils zu der Wirbelschicht recyclisiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wirbelschicht abgezogen, klassiert wird und Teilchen größer als das erwünschte Produkt zerkleinert und zu der Wirbelschicht zurückgeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wirbelschicht abgezogen und durch Siebe
derart klassiert w-ird, daß man ein Endprodukt mit wenigstens 90% einer Teilchengröße im Bereich von 20 bis

325 Maschen bekommt.
18. Verfahren nach Anspruch 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man

a. eine Wirbelschicht von granalienförmigen Natriumsilikatteilchen mit einem NajO/SiOj-Molverhältnis zwischen

1 : 1,8 und 1 : 2,8 und einem Feuchtigkeitsgehalt im B-reich von 14 bis 19% aufrecht erhält,

b. einen Strom von vorerhitzter Luft durch die Wirbelschicht des granalienförmigen Natriumsilikats führt und die Teilchen so in einem Wirbelzustand im Temperaturbereich von

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116 bis 149°C hält,

c. eine vorerhitzte wässrige Lösung von Natriumsilikat mit einem Na₂O/SiO₂-Verhältnis im wesentlichen äquivalent dem der Wirbelschicht, einer Konzentration im Bereich von 45 bis 55% und einer Temperatur im Bereich von 66 bis 1O7°C (150 bis 225°F) einführt und dabei Wasser als Dampf mit der fluidisierenden Luft, die durch die Wirbelschicht aufsteigt, wegträgt,

d. aus der Wirbelschicht festes granalienförmiges wasserhaltiges Natriumsilikat austrägt,

e. die Teilchen der ausgetragenen Feststoffe klassiert und so ein granalienförmiges wasserhaltiges Natriumsilikatprodukt erhät,

f. mit der austretenden Fluidisierluft mitgerissene feste Feinstoffe sammelt,

g. und die nicht als Produkt genommenen ausgetragenen Feststoffe sowie die gesammelten festen Feinstoffe zu der Wirbelschicht zurückführt.

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