DE1667389C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Alkalimono , dl und tnphosphaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimono-, -di- bzw. -triphosphaten oder deren Gemische im Sprühverfahren, ausgehend von Phosphorsäure und Alkaühydroxyd.

Es ist bekannt, Natrium- und Kaliumorthophosphate herzustellen, indem man deren klare Lösungen in einem Sprühturm trocknet. Zur Herstellung von Di- und Triphosphaten werden diese getrockneten Monophosphate normalerweise in Drehrohren calciniert.

Es ist weiter bekannt, zur Herstellung von Tri- ,, Phosphat eine Orthophosphatlösung, die ein Na₂O Tp_tO.-Verhältnis von 5:3 enthält, in einem Sprühturm zu trocknen. Das daraus gewonnene Sprühprodukt entspricht dann formal der Zusammensetzung 2Na₂HPO₁ + NaH₂PO₄. Statt in einem nachgeschalteten Drehrohr kann die Calcinierung zu Triphosphat im Einstufenverfahren auch direkt in dem Sprühturm erfolgen, der dann mit höheren Temperaturen betrieben wird.

Betrachtet man den Stand der Technik zunächst ao für das seinen Herstellungsmengen nach wichtigste Herstellungsverfahren für Alkalitriphosphat, so kornmen für die Sprühtrocknung oder auch Sprühcalcinierung Phosphatlösungen zur Verwendung, die einen Feststoffgehalt von nicht über 53% besitzen, so daß im Turm beim Trocknen pro 100 kg Monophosphat etwa 69 kg Lösungswasr:r zu verdampfen sind. Eine höhere Konzentration de" Ausgar.gslösung verbietet fich, da sonst bereits vor der \ erdüsung eine Auskristallisation von Dialkalimonophosphat einsetzt, die aber bei der nachfolgenden Calcinierung Ursache von Produkten ist, die neben Triphosphat größere Mengen an Diphosphat und auch Maddrellschem Salz bzw. Trimetaphosphat enthalten.

Um ein möglichst reines Triphosphat zu erhalten, ist es erforderlich, ein sehr fein kristallines und inniges Gemisch von Mono- und Dialkalimonophosphat zu calcinieren. Sind diese Bedingungen nicht gegeben, so entstehen aus Mono- und Dialkalimonophosphat zum Teil die Calcinierungsprodukte dieser Stoffe, nämlich Maddrellsches Salz und Trimetaphosphat bzw. Tetranatriumdiphosphat.

Es ist außerdem bekannt, zur Erzielung eines niederen Schüttgewichtes den Ausgangslösungen Treibmittel zuzusetzen, die beim Versprühen zu einer Gasentwicklung führen, und/oder die Lösungen unter sehr hohen Drücken in sehr feinen Düsen zu zerstäuben (Nebelbildung) oder zur Zerstäubung Treibdampf in einei Zweistoffdüse zuzusetzen oder die Zerstäubung durch rotierende Teller zu erreichen.

Die bekannten Verfahren benötigen einen verhältnismäßig hohen Energieaufwand im wesentlichen zur Austreibung des Wassers und erfordern einen separaten Neutralisationsvorgang.

Es wurde nun gefunden, daß rrtan mit sehr viel weniger Energieaufwand in einem Arbeitsgang Alkali» mono-, -di- bzw. -triphosphate dadurch erhalten kann., wenn man Phosphorsäure mit 40 bi3 65% P₂O₅, vorzugsweise etwa 55% P₁O₄, mit 40 bis 70%iger, vorzugsweise etwa 50%iger Alkalilauge im Verhältnis der gewünschten Endprodukte kontinuierlich in einer kurzen, zum Sprühturm führenden Mischleitung, ge·· gebetienfalls über eine, die Feineinstellung des Gemisches bewirkende Pufferzone zusammenführt und 'lic durch die Neutralisationswärme überhitzte, unter dim gegebenen Wasserdampfdruck stehende Lösung direkt über eine oder mehrere Düsen in einen Sprühturm entsDannt.

So Ist es möglich, unter Ausnutzung der Neutralisationswärme und der Verdünnungswärme,
χ. _£i_ne Temperatur zu erreichen, bei der ki tie vor-

zeitige Auskristaliisation eintritt.
_{2 auch ohne Zusatz}d_ampf, ohne Treibmittel, oh.ie Flüssigkeitshöchstdrucke und ohne mechanische

Sprühteller eine feine Versprühung zu erzielen JJ.

³· [« die Tnphosphatherstellung ein homogenes Mikroknstallgemisch zu erhalten das bei der darauffolgenden Calcnierung im Drehrohr oder ™ gleichen Spruhturm Produkte ergibt, d.e mmdestens 97% Tnphosphat enthalten.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß durch die auftretende Neutralisations- und Verdünnungswärme ein großer Teil des Wassers ohne Fremdenergie nach der Verdüsung verdampft, so daO der Energiebedarf pro 100 kg Produkt wesentlich herabgesetzt wird oder aber die Leistung eines Sprühturmes mit gegebener Wasserverdampfung erheblich heraufgesetzt werden kann. Bei Verwendung von 5O°/_Oiger Natronlauge und Phosphorsäure mit etwa 55% P₂O₆-Gehalt müssen pro 100 kg Orthophosphatgemisch für die Triphosphatherstellung nur noch 56 kg gegenüber 89 kg Wasser nach den üblichen Verfahren verdampft werden. Bei Verwendung von noch konzentrierteren Säuren und Laugen ist die Eirsparung an Energie noch beträchtlich höher.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung, F i g. 1 und 2, dargestellt.

F i g. 1 zeigt schematisch die Anlage,

F i g. 2 eine in die Anlage eingebaute Mischkammer.

Die Komponenten Phosphorsäure und Natronlauge werden mittels der Zwillingskolbenpumpe 11 über die Zuleitungen 12 in das geschlossene System 14 dosiert und darin neutralisiert, wobei in Abhängigkeit der verwendeten konzentrierten Säuren und Laugen große Mengen an Reaktionswärme frei werden. Hierdurch steigt die Reaktionstemperatur und der Druck in dem System an. ohne daß ein Verdampfen des in der Reaktionslösung enthaltenen Wassers eintritt, da der Querschnitt der Sprühdüse 15 so gewählt ist, daß im System kein Druckabfall unter dem bei der Reaktionstemperatur auftretenden Dampfdruck eintritt. Somit findet keine Verdampfung vor der Düse statt, wodurch eine vorzeitige Auskristaliisation vermiden wird. Es ist also möglich, den Sprühvorgang durch Variation der Pumpenleistung bzw. des Düsenquerschnittes zu regeln.

Mit Hilfe dieser einfachen Vorrichtung Ia(Jt sich er, nicht ganz vermeiden, daß in der Mikrovertcilung ein kurzzeitig schwankendes Na_gHPO₄:NaH₂PO₄-Verhältnis und dadurch verursacht ein Triphosphat entsteht, das z. B. einen höheren Trimeta- oder Maddrei!- und auch Diphosphatgehalt enthält.

Dieser Nachteil kann durch den Einbau der Mischkammer 13 gemäß F i g. 2 vermieden werden, die zwischen die Zuleitungen 12 und 14 eingebaut werden kann und d'e z. B. mit Raschig-Ringen gefüllt ist. In dieser Mischkammer werden die äußerst geringen zeitlichen Konzentrationsunterschiede, verursacht durch die pulsierend arbeitende Dosierpumpe, egalisierl und ausgeglichen.

Man kann auch eine mehrkolbige Zwillingspumpe verwenden, die einen nicht pulsierenden Zufluß beider Ausgangssubstanzen gewährleistet.

Es ist weiterhin möglich, durch Erhöhung des

Claims (3)

I 667 389 3 4 Druckes im System durch Verwendung von Düsen gangstemperaturbetrug420°C, die Ausgangstemperatur geringeren Durchmessers das Schüttgewicht herab- etwa 150° C. Es wurde ein Trikaliummonophosphat zusetzen. Geeignete Düsen haben z.B. einen Durch- mit etwa 31 °/0 P2O6 und einem Schütigewi 'it von messer zwischen 10 unci 40 mm. 420 g/l erhalten. Bei der Herstellung von Mono-, Di- und Trialkali- 5 B e i s ρ i e 1 7 monophosphaten kann die Konzentration der Aus- gangssäuren bzw. Basen auch so hoch gewählt werden, Über eine Dosierpumpe wurden in der Stunde daß bereits vor dem Verdüsen eine gewisse Auskristalli- 3501 H3PO4 (55% P2O5) und 3751 NaOH (50°/0 sation eintritt. In solchen Fällen sind die bei dem er- NaOH) unter Zwischenschaltung einer Mischkammer findungsgemäßen Verfahren benötigten Düsenquer- io in einem Trockenturm verdüst. Die Temperatur in schnitte größer zu wählen, so daß ein etwaiger Kristall- der Mischkammer lag bei etwa 1800C bei einem gehalt nicht zum Verstopfen der Düsen führt. Druck von etwa 15 atü. Die Heizgaseintrittstemperatur lag bei 85O°C, die Ausgangstemperatur bei 4000C. Es Beispiel 1 wurde ein Natriumtriphosphat (Na5P3Oi0) mit einem 15 Gehalt von 97°/0 Triphosphat erhalten. Ober die Dosierpumpe 11 werden in der Stunde 5001 H3PO4 (55% PjO5) und 535) NaGH (50% Beispiels NaOH) über die Zuleitungen 12 unter Zwischen- Über eine Dosierpumpe wurden in der Stunde schaltung der Mischkammer 13 mittels der Düse 15 3401 H3PO4 (55% P2Oa)1 und 435 1 NaOH (50% im Trockentiirm 16 verdüst. Die Temperatur in der 20 NaOH) in einem Trockenturm verdüst. Die Heizgas-Mischkammer 13 lag bei etwa 18O0C bei einem Druck eintrittstemperatur betrug etwa 850°C, die Ausgangsvon etwa 15 atü. Die Heizgaseintrittstemperatur beim temperatur etwa 4000C. Es wurde ein Tetranatrium-Eintritt in den Sprühturm lag bei 450r C, die Ausgangs- diphosphat mit etwa 53 % P2O5 erhalten, temperatur bei etwa 15O0C. Es wurde ein Ortho- . . phosphatgemisch mit einem Schüttgewicht von 320 g/l 35 B e 1 s ρ 1 e 1 9 erhalten, das anschließend im Drehrohr zu Natrium- 3401 H3PO1 (55% P2O5) und 5401 KOH (50% triphosphat in üblicher Weise calciniert wurde. KOH) wurden in einer Stunde über eine Dosierpumpe . in einem Trockenturm verdiist. Die Heizgaseintritts-Be 1 spiel 2 temperatur betrug 8400C, die Ausgangstemperatur über eine Doppeldosierpumpe wurden in der Stunde 3° etwa 4C0°C. Es wurde ein Gemisch aus etwa 70% 4001 H3PO4 (55% P2O5) und 7601 NaOH (50% Kaliumtriphosphat und 30% Kaliumdiphosphat er- NaOH) in einem Trockenturm verdüst. Die Heizgas- halten. eintrittstemperatur lag bei 4200C, die Ausgangs- Beispiel 10 temperi. ur bei etwa 155CC. Es wurde ein Trinatriumphosphat mit etwa 40% P2O5 und einem Schutt- 35 Über eine Dosierpumpe wurden in einer Stunde gewicht von etwa 450 g/l erhalten. 7001 H3PO4 (40% P2O5) und 3701 NaOH (69% NaOH) in einem Trockenturm verdüst. Die Heizgas- Beispie! 3 eintrittstemperatur lag bei 410°C, die Ausgangs- L'ber eine Doppeldosierpumpe wurden in der temperatur bei etwa 145°C. Ej wurde ein Dinatrium- Stunde 450! H3PO4 (55% P2O5) und 575 1 NaOH 40 monophosphat mit einem P2O5-Gehalt von etwa 49% (5O0Zn NaOH) in einem Trockenturm verdüst. Die erhalten. llei/raseintritlstemperatur betrug etwa 41O0C, die Beispiel Il Ausgangstemperatur etwa 145" C. Es wurde ein Di- natriumphos.phat mit etwa 49% P2O5 und einem 3001 H3PO4 (65% P2O5) und 660 1 NaOH (40% Schütteewicht von 3SO g/l erhalten. 45 NuOH) wurden über eine DoppeldosieTpiimpe in einer Stunde in einem Trockenturm verdüst. Die Heizgas- Be i spiel 4 eintrittstemperatur betrug 4200C, die Ausgangs- 550 1 H3PO4 (55% P2O5) und 350 1 NaOH (50% temperatur etwa 145°C. Es wurde ein Dinatrium- NaOH) wurden über eine Doppeldosierpijmpe in phosphat mit einem P2O5-Gehah von etwa 49% einem Trockenturm verdüst. Die Heizgaseintritts- 50 erhalten, temperatur betrug 35O°C, die Ausgangstemperatur etwa 135' C. Es wurde ein Mononatriumphosphat mit einem Schüttgewicht von 39U g/l und etwa 59% Patentansprüche· P2O6 erhalten.

1. Verfahren zur Herstellung von Alkalimono-,

3501 H₃PO₄ (55% P,O₆) und 625 1 KOH (50% -di- bzw. -triphosphaten oder deren Gemische im

KOH) wurden in einer Stunde über eine Doppel- Sprühverfahrer,, ausgehend von Phosphorsäure

dosierpumpe in einem Trockenturm verdüst. Die und Alkalihydroxyd, dadurch gekenn-

Hcizgaseintriitstemperatur betrug 410⁰C, die Aus- 60 zeichnet, daß man eine Säure mit 40 bis 65%

trittstemperacur etwa 145°C. Es wurde ein Dikalium- P|O₆, vorzugsweise etwa 55% P₁O₆, mit 40 bis

monophosphat von etwa 40% P₄O₆ und einem Schutt- 70%iger, vorzugsweise etwa 50%iger Alkalilauge

gewicht von 370 g/l erhalten. im Verhältnis der gewünschten Endprodukte

_n . , kontinuierlich in einer kurzen, zum Sprühturm

^{ö e}'^s P'^e ' ° 65 führenden Mischleitung, gegebenenfalls über eine,

Über eine Doppeldosierpumpe wurden in einer die Feineinstellung dee Oemisches bewirkende

Stunde 3201 H₁PO₄ (55% P,O») und 8551 KOH Pufferzone zusammenführt und die durch die

(5O⁰LKOH) in einem Trockentuftn verdüst. Die Ein- Neutralisationswarme überhitzte, unter dem ge-

gebenen Wasserdampfdruck stehende Lösung direkt über eine odor mehrere Düsen in einen Sprühturm entspannt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsdüsen einen durchschnittlichen Querschnitt von IO bis 40 mm aufweisen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend au einem oder mehreren Pumpenpaaren (11) für dii Säure bzw. Lauge, Druckleitungen (12), Misch leitung'(14), gegebenenfalls einer Pufferzone (13) einer oder mehreren Düsen (15) sowie einen Sprühturm (16).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen