DE1667566B1

DE1667566B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Alkaliphosphaten durch Verspruehen von Alkaliphosphatloesungen oder -suspensionen

Info

Publication number: DE1667566B1
Application number: DE19671667566
Authority: DE
Inventors: Hartlapp Dr Gerhard; Klee Dr Helmut; Josef Koch
Original assignee: KNAPPSACK AG
Current assignee: KNAPPSACK AG
Priority date: 1967-04-29
Filing date: 1967-04-29
Publication date: 1970-07-09
Also published as: AT279551B; NL6805583A; ES353294A1; FR1565106A; GB1161282A; US3499476A; NL147044B; BE714402A; CH498049A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren diese Lösungsmengen Zweistoffdüsen entwickelt, die, und eine Vorrichtung zur Herstellung von Alkali- mit Druckluft oder Druckdampf als Sprühmittel, eine phosphaten, insbesondere von Alkalipolyphosphaten, Leistung von 5 m^s/h und im Grenzfall bis 7 m³ aus Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen, durch Lösung pro Stunde erreichen. Höhere Leistungen bei Versprühen der Ausgangsprodukte. 5 gleicher Feinheit des Kornes waren zwar erwünscht,

Bei solchen Sprühtrocknungsverfahren, die auch konnten aber bisher nicht erhalten werden,
mit dem Ablauf chemischer Prozesse verbunden sein Man war bemüht, bei kleinstmöglichem Lösungskönnen, pflegt man Düsen zu verwenden, die aus drei spalt den Lösungsdruck zu erhöhen, um die Leistung konzentrisch zueinander angeordneten Ringräumen zu steigern, aber bereits Druckerhöhungen von 0,5 atü bestehen, deren Austrittsöffnungen entsprechend kon- io ließen die Tropfengröße so weit ansteigen, daß die zentrisch angeordnete Ringspalte bilden. Anbackungen im Turm ein Ausmaß erreichten, die

Bei Sprühtrocknungsverfahren, insbesondere sol- einen normalen Betrieb unmöglich machten. Man chen, bei denen die versprühte Substanz chemisch arbeitete hierbei mit Druckdampf oder Druckluft von verändert werden soll, wie z. B. bei der Kondensation 6 atü, wie er normalerweise in Betrieben zur Verfügung von Alkaliorthophosphaten zu Alkalipolyphosphaten, 15 steht.

ist es erforderlich, die eingesetzte Substanz in einer Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß

engbegrenzten Tropfengröße zu versprühen. Aus sich die mit den bekannten Sprühverfahren erzielbaren diesen Tropfen entsteht dann das gewünschte End- Leistungen verbessern lassen, wenn man mit dem produkt in Pulver- oder Hohlkugelform mit einer Druck, mit dem die Ausgangslösung oder -suspension bestimmten Körnungslinie. Solche Sprühverfahren 20 aus der Sprühdüse gedrückt wird, ebenfalls den Druck bzw. Sprühtürme zur Durchführung dieser Verfahren des Sprühmediums erhöht und die Ausbreitung des sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften Sprühkegels durch entsprechende Anordnung der 1 097 421 und 1 018 394 beschrieben. Düsenöffnungen reguliert.

An die Tropfengröße bzw. Körnungslinie des an- Auf diesem Wege kann man beispielsweise die

fallenden Pulvers sind oft bestimmte Eigenschaften 25 Leistung einer Düse von 7m³/h bei Drücken von des Produktes gebunden, die für dessen Verwendungs- 0,3 atü auf die Ausgangssubstanz und 6 atü auf das fähigkeit von ausschlaggebender Bedeutung sein Sprühmedium auf Mengen von 10 bis 20m³/h bei können. Drücken von 1 bis 10 atü bzw. 10 bis 30 atü er-

Weiterhin kann die Körnungslinie des erzeugten höhen.

Pulvers für den reibungslosen Ablauf des Sprüh- 30 Wie schon erwähnt, sind zur Herstellung von feinprozesses selbst von fundamentaler Bedeutung sein. körnigen Alkaliphosphaten, insbesondere Alkalipoly-Mengendurchsatz im Sprühturm, Materialtransport phosphaten, aus Alkaliphosphatlösungen oder -suspen- und Bedienungsaufwand sind weitgehendst von einer sionen, bereits Verfahren bekannt, gemäß denen die bestimmten Körnung abhängig. Fällt nämlich in einem Ausgangsprodukte in einem Turm mittels einer Düse Sprühturm ein zu großes Korn an, dann erfolgt der 35 durch eine von einem Brennerkranz erzeugte Flam-Wasserentzung unvollständig, das Pulver backt im menzone versprüht werden, wobei die Düse aus drei Turm zusammen, es bilden sich Krusten und Schollen, konzentrisch zueinander angeordneten Ringräumen diese wiederum verhindern einen kontinuierlichen besteht, deren Austrittsöffnungen konzentrische Ring-Materialaustrag, und der Sprühprozeß kommt un- spalte sind, und wobei man durch den mittleren Ringweigerlich zum Stillstand. 4° raum die zu versprühende Lösung oder Suspension

Aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus ist man und durch die inneren und äußeren Ringräume ein aber bemüht, den Durchsatz eines Sprühturmes nach Sprühmedium führt. Die vorliegende Erfindung besteht Möglichkeit zu steigern. Erhöht man jedoch die nun darin, daß das Versprühen der Ausgangsprodukte Leistung einer gut arbeitenden Sprühdüse über eine so vorgenommen wird, daß die Verdüsungsrichtung zulässige Grenze, so läßt die Sprühwirkung nach, und 45 des mittleren und des inneren Ringspaltes in bezug auf die Tropfen werden größer. Es treten dann entweder die Düsenmittelachse auswärts gerichtet und die die vorher beschriebenen Schwierigkeiten im Betriebs- Verdüsungsrichtung des äußeren Ringspaltes in Richablauf ein, oder man ist gezwungen, den Sprühturm tung auf den Verdüsungsstrahl des mittleren Ringso weit zu vergrößern, daß auch größere Tropfen Spaltes abgewinkelt ist. Durch Variation des Druckes einen genügend weiten freien Raum zur Trocknung 50 im äußeren Ringraum sowie durch Anordnung des vorfinden. Es herrscht daher in Fachkreisen die äußeren Ringspaltes derart, daß die Längsmittel-Ansicht, daß Sprühtürme mit größerer Leistung auch achsen des äußeren und des mittleren Ringspaltes ein größeres Volumen aufweisen müssen. einen Winkel von 10 bis 110°, vorzugsweise von

Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß Sprüh- 20 bis 90°, einschließen, wird dann der aus der türme bekannter Bauart bei unverändertem Volumen 55 Düse austretende Sprühkegel so reguliert, daß sein einen praktisch unbegrenzten Durchsatz gestatten, Durchmesser in der darunterliegenden Ebene des wenn die erforderliche Flammentemperatur durch Brennerkranzes kleiner als dessen Durchmesser ist.
genügende Brenngas- und Frischluftzufuhr gesichert Zweckmäßigerweise hält man dabei solche Bedin-

ist, und die Ausgangssubstanz bis auf die nötige gungen ein, daß der Druck auf das Sprühmedium im Tröpfchengröße versprüht werden kann. 60 inneren und äußeren Ringraum mindestens gleich dem

Einstoffdüsen, die mit einem hohen Lösungsdruck Druck auf die zu versprühende Lösung oder Suspenarbeiten, eignen sich für hohe Leistungen und zugleich sion ist, wobei vorteilhafterweise der Druck auf das feine Versprühungen nicht gut. Wenn man durch eine Sprühmedium im äußeren Ringraum mindestens einzige Düse 5 m³ Lösung pro Stunde versprühen will gleich und der Druck auf das Sprühmedium im inneren und dabei eine Feinheit des Einzelkornes von 95% ⁶5 Ringraum mindestens doppelt so hoch ist wie der unter 0,1 mm Durchmesser verlangt, kann man eine Druck auf die zu versprühende Lösung oder Suspen-Einstoffdüse nicht benutzen. Man würde hierzu sion im mittleren Ringraum der Düse. Als Sprüh-Lösungsdrücke über 200 atü benötigen. Man hat für medium kann Dampf und/oder Luft benutzt werden.

Zwischen den Drücken in den einzelnen Ringräumen gelten beispielsweise die folgenden Beziehungen:

Druck auf Lösung

im mittleren

Ringraum

2,0 atü
2,5 atü
3,0 atü
3,5 atü

Druck auf Sprühmedium im inneren Ringraum äußeren Ringraum

4 atü

7 atü

13 atü

17 atü

3 atü

4 atü

5 atü

6 atü

Zur Durchführung des Verfahrens verwendet man vorteilhafterweise eine Vorrichtung, wie sie z. B. in F i g. 2 dargestellt ist. Eine solche Vorrichtung besteht aus einer Düse mit drei konzentrisch zueinander angeordneten Ringräumen 1, 2, 3, deren Austrittsöffnungen ebenfalls konzentrisch angeordnete Ringspalte bilden, wobei die Mittellängsachsen des mittleren und inneren Ringraumes bzw. Ringspaltes in bezug auf die Düsenmittelachse auswärts gerichtet sind, während die Mittellängsachse zumindest des Austrittsendes des äußeren Ringraumes bzw. Ringspaltes mit der Mittellängsachse des mittleren Ringraumes bzw. Ringspaltes einen Winkel von 10 bis 110°, vorzugsweise von 20 bis 90°, einschließt. Die lichte Weite des mittleren Ringspaltes soll etwa 0,7 bis 0,9 mm und die des inneren und äußeren Ringspaltes etwa 2 mm betragen.

Das Versprühen der Orthophosphatlösungen mit einem definierten Alkalioxid-P₂O₅-Verhältnis muß bei der Herstellung von Alkalitripolyphosphaten und Alkalipyrophosphaten so intensiv erfolgen, daß die Tropfengröße von 0,2 mm Durchmesser möglichst nicht überschritten wird. Die Hauptmenge der Tropfen soll dabei mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,15 mm anfallen, wie mikroskopische Messungen des Einzelkornes ergeben haben. Ein Teil des Ursprungskornes bildet untereinander kleine Zusammenballungen von zwei bis zehn Einzelkörnern, so daß die Siebanalyse ein gröberes Korn vortäuscht, als es die mikroskopische Messung ergibt.

Dieses feine Versprühen ist notwendig, um eine weitgehende Umwandlung des Orthophosphates in kondensiertes Phosphat während des kurzzeitigen Durchganges durch die Flammenzone zu ermöglichen. Es hat sich herausgestellt, daß der Korndurchmesser von 0,2 mm kritisch für ein hochprozentiges. Tripolyphosphat bei der Herstellung in Sprühtürmen ist, sofern es nicht zur Herstellung eines Tripolyphosphates mit einem Schüttgewicht unter 0,500 g/cm³ durch besondere Zusatzmittel bewußt aufgebläht wird. Wenn das Einzelkorn eines Tripolyphosphates in der Hauptmenge merklich über 0,2 mm Durchmesser liegt, sinkt das Kalkauflösevermögen des Tripolyphosphates und damit die Qualität wesentlich ab.

Die Sprühdüse sprüht die Lösung durch einen Flammenkranz hindurch, dessen Durchmesser klein gehalten werden, muß, um eine ausreichende Energiekonzentration 201 erhalten, die neben einer vollständigen Trocknung der Lösung auch sicher eine Kondensation des Orthophosphates zu Tripolyphosphat während des kurzen Durchganges durch die Flammenzone garantiert.

Wie bereits gesagt, ist es unbedingt notwendig, daß der Sprühkegel auf Höhe der Brenner kleiner ist als der Brennerkranz. Er soll aber gerade noch so groß gehalten werden, als eine vollständige Verbrennung des Gases in den Brennern erfolgt. Sobald sich der äußere Rand des Sprühkegels dem Flammenkern so weit nähert, daß das Heizgas infolge Abschreckung nicht mehr vollständig in der Flamme verbrennt, was durch höhere CO-Gehalte im Abgas und ansteigenden Gasverbrauch angezeigt wird, muß der Sprühkegel oder der Abstand der Düse von der Brennerebene verkleinert werden. Die Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Sprühkegels läßt sich durch Änderung ίο der Anordnung des äußeren Düsenspaltes und des Druckes im äußeren Düsenraum leicht durchführen.

F i g. 1 stellt einen Schnitt durch die linke untere Hälfte einer bekannten Sprühdüse dar, F i g. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine erfindungsgemäße Düse.

In beiden Figuren bedeutet 1 den äußeren, 2 den mittleren und 3 den inneren Düsenraum.

Beispiel 1

(bekanntes Verfahren)

In einem Sprühturm von etwa 15 m Höhe und etwa 6 m Durchmesser, wie er üblicherweise zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat verwendet wird, wird in einer Sprühdüse gemäß F i g. 1 Luft als Sprühmedium verwendet und diese Luft in dem Innen- und Außenraum der Düse mit je 6 atü, entsprechend je 1200 m³ Luft pro Stunde, beaufschlagt und durch den mittleren Spalt eine Natriumorthophosphatlösung mit einem Na₂O: P₂O₅-Verhältnis von 5: 3 unter einem Druck von 0,3 atü versprüht. Aus etwa 6,5 m³ Lösung pro Stunde, gleich 10 t Lösung pro Stunde, werden 5,21 Natriumtripolyphosphat pro Stunde erhalten. Die Hauptmenge der unter dem Mikroskop gemessenen Natriumtripolyphosphatkörner bzw. -hohlkugeln zeigt einen Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm. Das Schüttgewicht liegt bei 0,6 bis 0,7 kp/1.

Der Turm arbeitet bei genügender Gasversorgung und einem Unterdruck von 30 mm Wassersäule am Turmausgang ohne Störung. Das Produkt fällt mit einer Reinheit von 98 Gewichtsprozent an.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) Unter den im Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen wird ein zweiter Versuch durchgeführt, bei dem der Druck auf die Natriumorthophosphatlösung auf 0,6 atü erhöht wird. Die Sprühleistung steigt auf 7,5 m³ Lösung pro Stunde an. Nach kurzer Zeit bilden sich Materialklumpen im Turm, die den Betriebsablauf stören. Unter dem Mikroskop kann festgestellt werden, daß die Mehrzahl der Einzelkörner größer geworden und auf etwa 0,5 mm im Durchmesser angestiegen ist. Der Na_sO₃O₁₀-Gehalt wird zu 88 Gewichtsprozent bestimmt. Das Kalkauflösevermögen ist ebenfalls um 20% gesunken. Das Schüttgewicht liegt bei 0,6 kp/1.

Das Produkt ist wesentlich schlechter als aus dem ersten Versuch.

Beispiel 3

(erfindungsgemäße Arbeitsweise)

In einem Sprühturm entsprechend Beispiel 1 wird

in einer Sprühdüse gemäß F i g. 2 Dampf als Sprühmedium verwendet und dieser Dampf im Innenraum mit 12 atü, entsprechend 1300 kp Dampf pro Stunde, und im Außenraum mit 5 atü, entsprechend 1500 kp Dampf pro Stunde, beaufschlagt. Durch den mittleren

Spalt von 0,7 bis 0,9 mm Breite wird die Lösung von Natriumorthophosphat mit einem Na₃O: P₂O₈-Verhältnis von 5: 3, unter einem Druck von etwa 3,5 atü in einer Menge von 12 m³/h, entsprechend 18 t/h, versprüht. Es entstehen 8,3 t Natriumtripolyphosphat mit Korngrößen von 0,065 bis 0,15 mm Durchmesser, wobei die Hauptmenge der Einzelkörner bzw. Hohlkugeln bei 0,12 mm Durchmesser liegt. Das Schüttgewicht liegt bei 0,72 kp/1. Der Na₅P₃O₁₀-Gehalt liegt bei 98 Gewichtsprozent. Der Sprühturm arbeitet xo bei genügender Gasversorgung und einem Unterdruck von 30 mm Wassersäule am Turmausgang störungsfrei.

Beispiel4

Unter den Bedingungen von Beispiel 3 wird eine Orthophosphatlösung mit einem Na₂O: P₂O₅-Verhältnis von 2:1 versprüht. Aus 15 m³ Lösung pro Stunde mit einer Dichte von 1,45 kg/1 und einem P₂O₅-GeImIt von 24 Gewichtsprozent entstehen 101 *o Natriumpyrophosphat Na₁P₂O₇ mit Korngrößen von 0,05 bis 0,1 mm Durchmesser. Der Na₄P₂O₇-Gehalt des Endproduktes liegt bei 99 Gewichtsprozent. Der Sprühturm arbeitet bei genügender Gasversorgung und einem Unterdruck von 30 mm Wassersäule am as Turmausgang störungsfrei.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Alkaliphosphaten, insbesondere von Alkalipolyphosphaten, aus Alkaliphosphatlösungen oder -suspensionen, durch Versprühen der Ausgangsprodukte in einem Turm mittels einer Düse durch eine von einem Brennerkranz erzeugte Flammenzone, wobei die Düse aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Ringräumen besteht, deren Austrittsöffnungen konzentrische Ringspalte sind, und wobei man durch den mittleren Ringraum die zu versprühende Lösung oder Suspension und durch die inneren und äußeren Ringräume ein Sprühmedium führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdüsungsrichtung des äußeren Ringspaltes in Richtung auf den Verdüsungsstrahl des mittleren Ringspaltes abgewinkelt ist, wobei man durch Variation des Druckes im äußsren Ringraum sowie durch Anordnung des äußeren Ringspaltes derart, daß die Längsmittelachsen des äußeren und des mittleren Ringspaltes einen Winkel von 10 bis 110°, vorzugsweise von 20 bis 90°, einschließen, den aus der Düse austretenden Sprühkegel so reguliert, daß sein Durchmesser in der darunterliegenden Ebene des Brennerkranzes kleiner als dessen Durchmesser ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf das Sprühmedium im inneren und äußeren Ringraum mindestens gleich dem Druck auf die zu versprühende Lösung oder Suspension ist,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Sprühmediums im äußeren Ringraum mindestens gleich und der Druck des Sprühmediums im inneren Ringraum mindestens doppelt so hoch ist wie der Druck der zu versprühenden Lösung oder Suspension im mittleren Ringraum der Düse.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Sprühmedium Dampf und/oder Luft benutzt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einer Düse mit drei konzentrisch zueinander angeordneten Ringräumen (1, 2, 3), deren Austrittsöffnungen ebenfalls konzentrisch angeordnete Ringspalte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachsen des mittleren und inneren Ringraumes bzw. Ringspaltes in bezug auf die Düsenmittelachse auswärts gerichtet sind, während die Mittellängsachse zumindest des Austrittsendes des äußeren Ringraumes bzw. Ringspaltes mit der Mittellängsachse des mittleren Ringraumes bzw. Ringspaltes einen Winkel von 10 bis 110°, vorzugsweise von 20 bis 90°, einschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des mittleren Ringspaltes etwa 0,7 bis 0,9 mm beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des inneren und äußeren Ringspaltes etwa 2 mm beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen