DE1148219B - Verfahren zur Gewinnung von kristallwasserfreiem Natriumsulfat aus Natriumsulfatspinnbadloesungen bzw. Natriumsulfatdekahydrat - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung von kristallwasserfreiem Natriumsulfat aus Natriumsulfatspinnbadlösungen bzw. Natriumsulfatdekahydrat Bekanntlich wird bei der Herstellung von Kunstfasern nach dem Viskoseverfahren die Viskose in einem Schwefelsäurebad zum Gerinnen gebracht, wodurch das Spinnbad mit Natriumsulfat angereichert wird, dessen Überschuß entfernt werden muß. Die Ausscheidung des Natriumsulfats erfolgt durch Auskristallisieren des Natriumsulfatdekahydrats aus einem auf im allgemeinen 0 bis 100 C abgekühlten Teil des Spinnbades.
• Bisher arbeiteten die Kristallisieranlagen nach den folgenden beiden Verfahren: Bei dem ersten der beiden Verfahren wird das Spinnbad mittels einer Kältesole gekühlt. Zu diesem Zweck verwendet man eine Kühlmaschine, welche eine Sole auf die gewünschte Temperatur kühlt, und die gekühlte Sole strömt dann durch einen Kristallisator bekannter Bauart.
• Bei dem zweiten Verfahren wird das Spinnbad durch Expansion bzw. Verdampfen unter hohem Vakuum gekühlt. Bringt man das zu kühlende Spinnbad in einen geschlossenen Raum, der unter hohem Vakuum steht, etwa einem absoluten Druck von einigen Millimetern Quecksilbersäule entsprechend, dann verdampft das Bad infolge seiner fühlbaren Wärme sowie der beim Auskristallisieren des Natriumsullatdekahydrats frei werdenden Wärme. Der in dem unter Vakuum stehenden geschlossenen Raum aufzubauende absolute Druck entspricht genau der Konzentration des gekühlten Spinnbades bei der gewünschten Kühltemperatur. Der gewünschte absolute Druck beläuft sich im allgemeinen auf 4 bis 7 mm bei der üblichen Zusammensetzung des Spinnbades und bei Kühltemperaturen von 5 bis 80 C.
• Bei der Anwendung des zweiten Verfahrens gibt es mehrere Methoden, die sich voneinander durch die Art und Weise unterscheiden, in welcher die bei der Kristallisation erzeugten Dämpfe kondensiert werden.
• Man kennt beispielsweise eine Methode, die darin besteht, daß die Dämpfe bei einer Spannung von einigen Millimetern mit Hilfe eines Dampfstrahlejektors angesaugt werden, worauf das Gemisch aus dem Betriebsfrischdampf und den angesaugten Dämpfen wieder komprimiert wird, und zwar bei einer solchen Spannung, daß das ganze Gemisch durch eines der üblichen Mittel kondensiert werden kann. Man verwendet beispielsweise Ejektoren, die unter einem Druck von 50 mm fördern, damit die Dämpfe in einem Kondensator mittels kalten Wassers kondensiert werden können. Derartige Anlagen verbrauchen aber große Mengen an Betriebsdampf.
• Bei einer weiteren aus der französischen Patent- schrift 888 915 bekannten Methode erzielt man die Abkühlung des Spinnbades und das anschließende Auskristallisieren des Natriumsulfats durch Entspannung unter hohem Vakuum, wobei die bei dieser Entspannung erzeugten Dämpfe durch umlaufende Schwefelsäure geeigneter Konzentration absorbiert werden.
• Gemäß dem aus der französischen Patentschrift 1 176701 bekannten Verfahren erfolgt die Kühlung des Spinnbades, bei welcher das Natriumsulfat auskristallisiert, mit Hilfe einer Entspannung unter einem sehr hohen Vakuum, wobei die dabei erzeugten Dämpfe in einem Kondensator kondensiert werden, und zwar durch den Umlauf von Natronlauge, die durch eine Kühlmaschine auf geeigneter Temperatur gehalten wird, oder durch den Wärmeaustausch mit einer Kältesole bei angemessener Temperatur. Es handelt sich also bei dieser zweiten Methode um eine Kombination der beiden weiter obenerwähnten Verfahren.
• Bei allen vorerwähnten Verfahren fällt das Natriumsulfat in Form des Dekahydrats an, dessen gewerbliche Verwendung recht beschränkt ist. Dagegen sind die Verwendungszwecke des kristallwasserfreien Natriumsulfats sehr zahlreich, so daß ein Interesse besteht, das Natriumsulfatdekahydrat in das kristallwasserfreie Sulfat umzuwandeln. Da das letztere nicht sehr hoch bezahlt wird, muß die Umwandlung unter sehr geringen Kosten erfolgen.
• Erfindungsgemäß werden das Auskristallisieren des Dekahydrats und seine Umwandlung in das wasserfreie Sulfat derart miteinander vereinigt, daß das Gesamtverfahren als wärmemäßig verbundenes Kreisverfahren durchgeführt wird, bei dem die Kristallisations- und die Schmelzstufe durch eine Kühlanlage wärmemäßig derart miteinander verbunden sind, daß mit der Kompressionswärme des in der Kühlanlage verdampften und komprimierten Kühlmittels das Schmelzen des Dekahydrats vorgenommen und die durch Verdampfen des Kühlmittels erforderliche Wärme der Kristallisationsstufe entzogen wird.
• Für die Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine aus einem Kristallisator, einer Filtereinrichtung und einer Schmelzvorrichtung bestehende Anlage verwendet, die zusammen mit einer Kühlmaschine einen geschlossenen Kreislauf bildet.
• In diesem Falle ist der Kristallisator für das Natriumsulfatdekahydrat, der ja ein Abführen der Kristallisationswärme erfordert, gleichzeitig der Verdampfer der Kühlmaschine, während die wärmeverbrauchende Schmelzvorrichtung den Kondensator der Kühlmaschine bildet.
• Auf diese Weise bekommt man einen echten Kreisprozeß, bei welchem die Wärmepumpe die beim Abkühlen des Spinnbades und beim Auskristallisieren des Natriumsulfatdekahydrats abgegebene Wärme wieder nutzbar macht, indem dieselbe für das Schmelzen des Dekahydrats und damit für die Gewinnung des kristaliwasserfreien Sulfats verwendet wird.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen als Ausführungsbeispiele zwei schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Anlagen.
• Fig. 1 zeigt einen Kristallisator 2 bekannter Bauart, welcher das zu kühlende Spinnbad 1 aufnimmt. Die Kühlung erfolgt durch Verdampfen eines Kältemittels (NH8, CO2, CF2Cl2, CHF2Cl usw.), beispielsweise in einer Rohrschlange 4.
• Das durch Abkühlen ausgefällte Natriumsulfatdekahydrat wird in er Trockenzentrifuge 6 ausgeschleudert und gelangt dann in die Schmelzvorrichtung 7. Die Zentrifuge 6 kann dabei durch ein Filter oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung ersetzt werden. Das im Kristallisator 2 verdampfte Kältemittel wird vom Kompressor3, der das Kältemittel verdichtet und als Kondensat in die Beheizungsvorrichtung, beispielsweise die Rohrschlange 8, des Schmelzapparates 7 fördert, angesaugt, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.
• Das Ganze bildet also eine Kühlmaschine, deren Verdampfer in diesem Falle der Kristallisator für Na2SO4 10 H2O ist, während die Kondensation des Kühlmittels in dem Schmelzapparat für Na2SO4 10H2O erfolgt; das Regulierventil 5 befindet sich zwischen diesen beiden Teilen der Anlage.
• Man bekommt auf diese Weise einen sehr wirtschaftlich arbeitenden Kreislauf, da ja die von dem zu kühlenden Spinnbad abgegebene Wärme sowie die Kristallisationswärme des Natriumsulfatdekahydrats bei der Verdampfung des Kühlmittels von demselben aufgenommen und im vollen Umfange wieder für die Beheizung des Schmelzapparates verwendet werden.
• Nach dem Abtrennen des in dem Schmelzapparat 7 ausgefällten kristallwasserfreien Sulfats durch eine Trockenschleuder 9, ein Filter oder eine sonstige ge- eignete Vorrichtung werden die Mutterlaugen aus der Vorrichtung 9 sowie diejenigen aus dem Schmelzapparat7 durch die Rohrleitung 11 wieder in den Kristallisator 2 gefördert, während das kristallwasserfreie Sulfat die Anlage durch die Leitung 10 verläßt.
• Die von dem Überschuß an Natriumsulfat befreite Spinnbadlösung verläi3t den Kristallisator 2 durch den Rohrstutzen 12.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Kristallisator 2 auch als Vakuumkristallisator, der z. B. unter einem Druck von 7 mm Hg betrieben wird, ausgebildet sein.
• Das Schema einer mit Vakuumlrristallisation arbeitenden Anlage ist als Beispiel in Fig. 2 dargestellt.
• Der durch Freiwerden der fühlbaren Wärme der Spinnbadlösung und der Kristallisationswärme des Sulfats erzeugte Dampf, der unter einem Druck von 7 mm Hg eine Temperatur von 60 C hat, wird in dem Oberflächenkondensator 13 kondensiert. Der letztere wird an der anderen Seite der Wärmeaustauschfiächen durch Verdampfen des Kühlmittels, beispielsweise Ammoniak, gekühlt. Das Ammoniak verdampft bei einem absoluten Druck von 4,5 kglcm2, d. h. bei einer Temperatur von 0° C.
• Die unkondensierbaren Gase werden aus dem Verdampfungskreislauf des Spinnbades durch eine bekannte Vorrichtung, wie z. B. einen Wasserstrahlejektor oder eine Vakuumpumpe 14, entfernt. Die Dämpfe von Ammoniak oder irgendeinem anderen Kühlmittel werden vom Kompressor 3 angesaugt und in die Heizvorrichtung 8 des Schmelzapparats 7 einer an sich bekannten Bauart gedrückt. Der letztere wird mit dem durch die Trockenzentrifuge 6 abgeschleuderten Natriumsulfatdekahydrat beschickt.
• Nebenbei sei erwähnt, daß auch der Schmelzapparat unter Vakuum arbeiten kann, beispielsweise unter einem Druck von 70 mm Hg, was einer Temperatur der Sulfatmutterlaugen von 480 C entspricht.
• Falls nun auf der Druckseite des Kompressors ein Wärmeüberschuß vorhanden ist, kann derselbe durch Verdampfen einer bestimmten Menge Wasser beseitigt werden, wobei der Wasserdampf anschließend im Kondensator 15 kondensiert wird. Der Kompressor drückt die Ammoniakdämpfe in die in Fig. 2 als Rohrschlange 8 dargestellte Heizvorrichtung, die aber durch jede geeignete andere Vorrichtung ersetzt werden kann. Der Druck von 26 kg/cm2, unter welchem der Kompressor die Ammoniakdämpfe fördert, entspricht einer Kondensationstemperatur von 600 C.
• Man verfügt also bei dem hier angeführten Beispiel über einen Temperaturunterschied von 120 C. Die Ammoniakdämpfe werden also kondensiert, und das Kondensat gelangt zwecks erneuter Verdampfung in den Verdampfer, der in diesem Falle aus den Rohrschlangen oder Rohrbündeln 4 des Kondensators 13 besteht.
• Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage werden nach Abtrennen des im Schmelzapparat 7 ausgefällten kristallwasserfreien Sulfats durch eine Trockenschleuder, ein Filter oder eine sonstige geeignete Vorrichtung 9 die aus der letzteren sowie die aus dem Schmelz apparat 7 kommenden Mutterlaugen durch die Rohrleitung 11 hindurch wieder in den Kristallisator 2 gefördert, während das kristaliwasserfreie Sulfat die Anlage durch die Leitung 10 verläßt.
• Die von dem überschüssigen Natriumsulfat befreite Spinnbadlösung verläßt den Kristallisator 2 durch den Rohranschluß 12.
• Auch bei dieser Anlage findet man wieder die Elemente der in Fig. 1 dargestellten Kühlmaschine, nämlich den Verdampfer in Form der Rohrschlangen oder Rohrbündel 4 des Wasserdampfkondensators 13, den Kondensator in der Form des Schmelzapparates für Na.,SO4 10H2O, das Regulierventil5 und den Kompressor 3. Auch hier wieder wird der sehr wirtschaftliche Kreisprozeß verwirklicht, bei welchem die von dem zu kühlenden Spinnbad abgegebene Wärme sowie die Kristallisationswärme des Sulfats für die Beheizung des Schnellapparats ausgenutzt werden.
• Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil dieses Verfahrens ist ferner der Umstand, daß der Verbrauch an Kühlwasser praktisch gleich Null ist, da die Kondensationswärme des Kältemittels von dem schmelzenden Sulfat aufgenommen wird.
• Natürlich kann das gleiche Prinzip auch in allgemeinerer Weise bei einer Fabrikation Anwendung finden, die nur auf die Herstellung von kristallwasserfreiem Natriumsulfat ausgerichtet ist, wobei bereits von dem Dekahydrat des Natriumsulfats ausgegangen wird. Der in den angeführten Beispielen erwähnte Kristallisator 2 nimmt dann in diesem Falle nur noch die nach Abtrennen des kristallwasserfreien Sulfats erhaltenen Mutterlaugen zum nochmaligen Auskristallisieren auf.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Gewinnung von kristallwasserfreiem Natriumsulfat aus Natriumsulfatspinnbadlösungen bzw. Natriumsulfatdekahydrat, bei dem, sofern von Lösungen ausgegangen wird, aus den Lösungen in einer ersten Stufe durch Abkühlen das Dekahydrat auskristallisiert, letzteres nach Abtrennen von der Mutterlauge oder das als Ausgangsmaterial dienende Dekahydrat dann in einer zweiten Stufe in seinem Kristallwasser geschmolzen und aus der Schmelze das wasserfreie Sulfat abgetrennt und die Mutterlauge an den Verfahrens ausgang zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man es als wärmemäßig verbundenes Kreisverfahren durchführt, bei dem die Kristallisations- und die Schmelzstufe durch eine Kühlanlage wärmemäßig derart miteinander verbunden sind, daß mit der Kompressionswärme des in der Kühlanlage verdampften und komprimierten Kühlmittels das Schmelzen des Dekahydrats vorgenommen und die durch Verdampfen des Kühlmittels erforderliche Wärme der Kristallisationsstufe entzogen wird.
2. 2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus hintereinandergeschaltetem Kristallisator, Filtereinrichtung und Schmelzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmelzvorrichtung (7) eine vom Kompressor (3) der Kühlanlage kommende Leitung (8) eingebaut ist, die weiterhin über ein Regulierventil (5) vor ihrem Eintritt in die Niederdruckseite der Kühlanlage entweder innerhalb des Kristallisators (2) als Leitung (4) (Fig. 1) verläuft oder aber als eine Kammer eines Oberflächenkondensators (4) (Fig. 2) ausgebildet ist, dessen andere Kammer einerseits mit dem Kristallisator und andererseits mit Vorrichtung (14) (Fig. 2) zur Erzeugung eines Vakuums in Verbindung steht.