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Verfahren zur Herstellung von wasserfreien Alkalicarbonaten in grießiger
Form Es ist bekannt, Alkalicarbonate dadurch herzustellen, daß man wäßrige Alkalilaugen
mit Kohlendioxyd oder kohlendioxydhaltigen Gasen behandelt und die so erhaltenen
Alkalicarbonatlösungen entweder zu festen Alkalicarbonaten eindampft oder aus den
gewonnenen Lösungen feste Carbonathydrate abtrennt und diese anschließend durch
Erhitzen in wasserfreie Produkte überführt. Es ist auch bekannt, die Carbonisierung
der Alkalilauge bis zur Bicarbonatstufe durchzuführen, das entstandene Bicarbonat
abzutrennen und aus ihm durch thermische Abspaltung von Kohlendioxyd das entsprechende
Carbonat herzustellen. Gewöhnlich wird dabei das abgespaltene Kohlendioxyd zurückgewonnen
und zur Begasung frischer Lauge wiederverwendet. Für die genannten Herstellungsweisen
sind somit mehrere Arbeitsgänge notwendig. Außerdem bedarf es eines Korrosionsschutzes
-der Apparatur gegen die bei höheren Temperaturen aggressiven Laugen, um zu eisenfreien
Produkten zu gelangen.
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Bekannt ist auch der Vorschlag, wasserfreies Natriumcarbonat in Grießform
dadurch herzustellen, daß man Natriumbicaronat in einer Schicht von bereits calcinierter
Soda, die durch einen aufwärts gerichteten Kohlendioxydstrom in auf- und abwirbelnder
Bewegung gehalten wird,. in calcinierte Soda, Kohlendioxyd und Wasserdampf überführt
und
das Fertigprodukt aus der Schicht abzieht, worauf zwecks Aufrechterhaltung der Zersetzungstemperatur
in der Wirbelschicht ein Teil dieses Fertigprodukts auf wesentlich höhere Temperaturen
als die Temperatur in der Reaktionsschicht erhitzt und in die Reaktionsschicht zurückgeführt
wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man wasserfreie Alkalicarbonate in grießiger
Form unter Verwendung einer durch kohlensäurehaltige Verbrennungsgase in auf- und
abwirbelnder Bewegung gehaltenen Schicht von körnigem Natriumcarbonat herstellen
kann, wenn man die dem herzustellenden Alkalicarbonat entsprechende Alkalilauge
kontinuierlich oder periodisch in die Alkalicarbonatschicht einsprüht und das Fertigprodukt
aus der Schicht abzieht.
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Die so hergestellten Alkalicarbonate sind praktisch eisenfrei, auch
bei Verwendung einer Apparatur aus gewöhnlichem Schmiedeeisen.
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Dabei kann man die Lauge in beliebiger Konzentration anwenden. Um
die zu verdampfende Wassermenge und damit den Wärmeaufwand möglichst gering zu halten,
wendet .man vorzugsweise höherkonzentrierte Alkalilaugen an, beispielsweise solche
mit einer Konzentration von 5o% und mehr, wie sie bei der technischen Chloralkalielektrolyse
erhalten werden. .
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Die Korngröße des erfindungsgemäß hergestellten Alkalicarbonats ist
von der Konzentration -und der in der Zeiteinheit zugeführten Menge der Alkalilauge,
von der lichten Weite der Düsen, der Höhe dzr Schicht und der Menge und Temperatur
der eingeführten Gase abhängig und läßt sich durch entsprechende Wahl dieser Faktoren
variieren. Bei einer durchschnittlichen Korngröße des Alkälicarbonats von o,o5 bis
2 mm fallen nur etwa 5 bis io% der Gesamtmenge als feines Pulver an. Dieses Pulver
wird in einem nachgeschalteten Staubabscheider abgeschieden.
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Das zur Umsetzung erforderliche Kohlendioxyd und die zur Trocknung
des Carbonats benötigte Wärme erzeugt man zweckmäßig durch Verbrennung von kohlenstoffhaltigen
Materialien, wie Kohlenstaub, Kohle, Koks, Heiz- oder Abfallölen oder Heizgasen,
mit Luft. Bei Verwendung von Heizstoffen mit einem zu geringen Kohlenstoffgehalt
muß man gegebenenfalls Kohlendioxyd anderer Herkunft zugeben. Die Temperaturen,
die in der Schicht aufrechterhalten werden müssen, um eine vollständige Umsetzung
der Lauge und eine vollkommene Trocknung des Umsetzungsproduktes zu erreichen, sind
von der Natur der Lauge und den gewählten Betriebsbedingungen, wie Konzentration
der eingedüsten Lauge und ihrer Menge pro Flächeneinheit des Schichtquerschnittes,
außerdem von der Höhe der Schicht und der Menge der zugeführten heißen kohlendioxydhaltigen
Gase abhängig. Für die Überführung von Kalilauge in Kaliumcarbonat benötigt man
eine niedrigere Schichttemperatur als für die Umsetzung von Natronlauge zu Natriumcarbonat.
Während für die Erzeugung von Natriumcarbonat Temperaturen von etwa 3oo bis 45o°
erforderlich sind, genügen für die Herstellung von Kaliumcarbonat Temperaturen von
etwa 25o bis 400° - je nach dien gewählten Betriebsbedingungen.
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Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist
in der Zeichnung schematisch und beispielsweise wiedergegeben.
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Im Ofen i werden mittels Frischluft, die durch Leitung 2 dem Wärmeaustauscher
3 zugeführt, in diesem vorerhitzt und durch Leitung 4 in den Ofen eingeleitet wird,
kohlenstoffhaltige Brennstoffe verbrannt. Die dabei gebildeten kohlendioxydhaltigen
Verbrennungsgase gelangen durch die Leitung 5 und einen als Verteiler wirkenden
Rost 6 in den Wirbelofen 7, in dem sie pulvriges oder feinkörniges Alkalicarbonat
8 in auf- und abwirbelnde Bewegung versetzen. Durch die Düse 9 wird Alkalilauge
in das aufgewirbelte Alkaiicarbonat eingesprüht. In dem Staubahscheider io werden
die geringen Mengen Alkalicarbonatstaub, die mit dem Wasserdampf au-9 dem Wirbelofen
weggeführt werden, niedergeschlagen. Der Wasserdampf wird anschließend durch den
Wärmeaustau!scher 3 geleitet, in dem er seine fühlbare Wärme an die dem Ofen 1 zuzuführende
Frischluft abgibt. Durch die Leitung i i gelangen Brüden und Abgas ins Freie. Durch
die Leitung 12 wird das in der Wirbelschicht gebildete grießförmige Alkalicarbonat
wasserfrei in den Behälter 11, abgezogen, während der im Abscheider io niedergeschlagene
pulverförmige Anteil durch die Leitung 14 dem Behälter 13b zugeführt wird. Die Schaugläser
15 mit einer Beleuchtungseinrichtung' gestatten, die Wirkungsweise der Düsen zu
verfolgen und die Wirbelschicht zu: beobachten.
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Statt des indirekten Wärmeaustausches der heißen Abgase mit der Frischluft
kann man auch den größten Teil der heißen Abgase mit Hilfe eines Gebläses direkt
in den Ofen i zurückführen und nur den restlichen Anteil zur Entfernung der Brüden
über einen indirekten Wärmearastauscher, in dem eine entsprechende, zur Verbrennung
der Brennstoffe erforderliche Menge Frischluft vorgewärmt wird, abblasen. Beispiele
i. In der in der Zeichnung veranschaulichten Vorrichtung werden in eine Schicht
von 15 kg grießig-pulvrigem Kaliumcarbonat, das durch etwa ioo ms/h eines durch
Verbrennung von Heizgas erhitzten Gemisches von Luft mit Verbrennungsgasen auf einem
Rost von 22o mm Durchmesser in wirbelnder Bewegung gehalten wird, durch eine Düse
12 1/h 4o0/nige Kalilauge eingesprüht. Die Temperatur der Schicht wird auf 28o°
gehalten. Der Vordruck unter dem Rost beträgt 250 bis 28o mm Wassersäule.
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Man erzielt eine vollständige Umsetzung der Lauge zu wasserfreiem
Kaliumcarbonat, das man zu 92% in grießiger Form kontinuierlich aus dem Ofen -abziehen
kann, während etwa 8% staubförmig in dem Staubabscheider anfallen und diesem entnommen
werden.
2. In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel i werden
in eine Schicht von 27 kg Kaliumcarbonat 30 1/h 5o%ige Kalilauge eingesprüht. Für
die Erhitzung der einzuführenden Luft wird ein Abfallöl verbrannt. Die Menge des
durch die Schicht geleiteten heißen Gasgemisches beträgt etwa i 8o m3/h, die Temperatur
der Schicht q.20°, der Vordruck unter dem Rost 350 bis 39o rrim Wassersäule.
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.Es werden in vollständiger Umsetzung 94% grießiges und 6% staubförmiges
wasserfreies Kaliumcaxbonat gewonnen.
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3. In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel i werden in eine Schicht
von 24 kg grießförmigem Natriumcarbonat 15 1/h 5o%ige Natronlauge eingesprüht. Die
Menge der verbrannten Heizgase und der durch sie erhitzten Luft wird auf .etwa i5o
m3/h gehalten. Die Temperatur der Schicht beträgt 4io°, der Vordruck unter dem Rost
27o bis 320 mm Wassersäule.
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In vollständiger Umsetzung der zugeführten Lauge werden 95% des gebildeten
wasserfreien Natriumcarbonats grießförmig und 5% als Staub erhalten.
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Für die vollständige Umsetzung der Alkalilauge zu Alkalicarbonat unter
den in den vorstehenden Beispielen angegebenen Versuchsbedingungen reicht das diuTch
die Verbrennung des Gases oder Öls gebildete Kohlendioxyd vollkommen aus. Ein Zusatz
von Kohlendioxyd anderer Herkunft zu dem bei dieser Verbrennung gebildeten Gasgemisch
ist daher nicht erforderlich.