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- Procédé et installation pour la fabrication d'hydrocarbonate de sodium. ,
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Il est connu que l'on peut obte nir de l'hydrocarbonate de sodium en introduisant de l'acide carboni- que ou un mélange de gaz en contenant dans des solutions d'hydroxyde de sodium.
La solution d'hydroxyde de sodium nécessaire à cet effet est produite en quantités industrielles dans l'électrolyse du chlore à partir d'une solution de chlorure de sodium, et ce, dans le procédé à diaphragme, avec une teneur on NaOH d'environ 11 à 14 pour cent en poids, et dans le procédé à l'amalgame, avec une teneur en NaOH de 40 à 50 pour cent,
Cependant, il est introduit alors dans le mélange de réaction, avec la solution très diluée d'hydroxyde de sodium, des quantités importantes d'eau, dans laquelle reste dis- soute une quantité d'importance proportionnelle de l'hydrocarbonate de sodium formé. Si l'on doit isoler aussi cet hydrocarbonate de so- dium, il faut faire évaporer les lessives mères dans une autre opéra- tion avec une dépense d'énergie importante.
Pour éviter l'évaporation, il est connu d'ajouter à une solution d'hydroxyde de sodium qui contient 13 % NaOH et 19 % NaCl,obtenue par le procédé à diaphragme, une quan- tj.té supplémentaire de chlorure de sodium. La solution ainsi obtenue est alors carbonatée, à la suite de quoi l'hydrocarbonate de sodium peu soluble dans la solution qui contient du chlorure de sodium pré- cipite et est séparé. Le filtrat contenant du chlorure de sodium, que l'on obtient, doit être renvoyé à l'électrolyse. Toutefois il con- tient encore de l'hydrocarbonate de sodium en si grande, quantité que ce dernier doit être d'abord transformé en chlorure de sodium et car- bonate de calcium par addition de chlorure de calcium.
Cette façon de faire conduit à une utilisation peu favorable de l'acide carbonique qui a été à l'origine tiré de la pierre à chaux par cuisson et ne peut être fourni pour la fabrication de l'hydrocarbonate de sodium qu'après une nouvelle décom- position thermique du carbonate de calcium précipité. Il n'est en ou- tre pas possible dans ce procédé d'éviter que l'hydrocarbonate de so- dium obtenu soit rendu impur par du chlorure de sodium.
Ces inconvénients devraient pouvoir être surmontés par la mise en oeuvre d'une solution d'hydroxyde de so- dium pure concentrée, telle que par exemple la solution d'hydroxyde de sodium produite lors de l'électrolyse de chlorures alcalins par le procédé à l'amalgame. Lors de la carbonatation des solutions d'hydro- xyde de sodium concentrées de ce genre, il se forme toutefois très ra- pidement une bouillie épaisse qui contient comme matières solides de 1'hydrocarbonate de sodium, du carbonate de sodium et des cristaux mixtes des deux combinaisons avec les compositions les plus variées.
Ces mélanges cristalins n'absorbent plus aucune quantité d'acide car- bonique de sorte que le carbonate de sodium déjà formé ne peut réagir
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en hydrocarbonate de sodium. En outre les produits de la carbonata- tion ne peuvent être séparés de la liqueur mère qu'avec une dépense technique importante.
Ces difficultés peuvent être sur- montées par le procédé connu dans lequel on traite, en opposition avec ce qui se passe dans la façon de procéder normale, une solution d'hy- droxyde de sodium, tirée des cellules d'électrolyse du chlorure de so- dium par le procédé à l'amalgame à une concentration très faible, en l'épuisant avec de l'acide carbonique. L'hydrocarbonate de sodium qui se sépare ici sous une forme bien filtrable est séparé de la liqueur mère qui est retournée dans les cellules d'électrolyse. L'hydrocarbo- nate de sodium dissous contenu dans la liqueur mère que l'on renvoie se transforme avec l'hydroxyde de sodium qui se forme dans la cellule en carbonate de sodium.
Au cours de la carbonatation suivante de la solution d'électrolyte que l'on tire une nouvelle fois des cellules, ce carbonate de sodium sera transformé en hydrocarbonate de sodium.
Ce procédé à l'inconvénient que la solution tirée des cellules doit y être retournée et que la modifica- tion de sa composition peut influer dans une mesure indésirable sur le déroulement de l'électrolyse. En outre la fabrication do l'hydro- carbonate de sodium ne peut se faire qu'en étroite liaison technique locale avec l'électrolyse. L'électrolyse. L'électrolyse doit aussi être en outre modifiée en ce sens que pour chaque étape du procédé on ne peut électrolyser que jusqu'à ce que soit obtenue une solution d'hydroxyde de sodium à 4 à 8 %, alors qu'autrement on obtient en une seule étape par le procédé à l'amalgame une solution d'hydroxyde de sodium dont la teneur sera de 40 à 50 %.
D'autres possibilités plus favora- bles techniquement doivent en conséquence être recherchées pour la production d'hydrocarbonate de sodium.
L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'hydrocarbonate do sodium pur, par transformation d'une solution d'hydroxyde de sodium qui se forme dans l'électrolyse du chlorure de sodium avec une teneur en NaOH supérieure à 4o pour cent en poids, avec de l'acide carbonique ou un gaz on contenant, procédé caractérisé par ce qu'on dilue la solution d'hydroxyde de so- dium jusqu'à une teneur en hydroxyde do sodium de préférence de 8 à 15 pour cent on poids avec des eaux mères provenant du procède et restant après séparation de l'hydrocarbonate de sodium solide, à la suite de quoi on introduit dans cette solution de l'acide carbonique pur, ou un mélange qui en contienne, et on sépare finalement l'hydro- carbonate de sodium formé.
Pour le procédé suivant l'inven- tion, on met en oeuvre une solution d'hydroxyde de sodium telle qu'el- le est obtenue lors de l'électrolyse du chlorure de sodium par le pro-
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cédé à l'amalgame. Il est produit là des solutions d'hydroxyde de so- dium dont la concentration en HaOH est supérieure à 40 %, qui peuvent être transformées en hydrocarbonate de sodium, suivant l'invention, sans aucun traitement préalable.
L'acide carbonique qui est en plus nécessaire pour la transformation sera obtenu de préférence par cuis- son de carbonate de calcium ou par calcination d'hydrocarbonate de so- dium. Il est aussi possible d'utiliser des gaz contenant du CO2 tels qu'il s'en produit lors du lavage de mélanges de gaz nécessaires pour des synthèses ou lors de la combustion de matières contenant du car- bone. Le gaz naturel contenant du CO2 peut également être utilisé. Le gaz qui contient de l'acide carbonique doit être très pur et sera en conséquence lavé avant son utilisation avec de l'eau, éventuellement avec une solution d'hydrocarbonate de sodium, et purifié par le procé dé électro-statique, afin d'être purifié des poussières volantes, des constituants acides et des aérosols ou autres.
Le gaz qui contient l'acide carbonique peut être mis en oeuvre sous forme de gaz à haut pourcentage, contenant par exemple 90 % de CO2 ou sous forme de mé- lange avec des gaz inertes tels que par exemple l'azote et l'oxygène.
L'invention s'étend également à une installation pour l'application du procédé précédent ou similaire.
Le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre dans une cuve de réaction qui convienne comme carbona- tour, par exemple dans une cuve cylindrique fermée, dressée vertica- lement qui est pourvue d'un raccord d'arrivée inférieur pour le gaz riche en acide carbonique, et d'un raccord de sortie supérieur pour le gnz pauvre en acide carbonique. Cette cuve de réaction est alimen- tée en solution d'hydroxyde de sodium.
Suivant l'invention on met en oeu- vre à cet effet une solution d'hydroxyde de sodium qui aura été diluée, à l'intérieur ou à l'extérieur de cette cuve de réaction, avec une li- queur mère provenant d'une opération précédente, saturée d'hydrocar- bonte de sodium, en une solution qui contienne 8 à 15 pour cent ,de préférence 10 à 12 pour cent,d'hydroxyde de sodium. Les deux solu- tions sont mélangées à des températures de 20 à 30 c
La solution saturée d'hydrocarbo- nate de sodium contient à ces températures 8,7 à 10 pour cent en poida d'hydrocarbonatede sodium.
Ainsi, il faudra,pour une partie en poids de solution d'hydroxyde de sodium à 45 à 55 pour cent en poids, 2,5 à 5,5 parties en poids, de préférence 3 à 4 parties en poids,de li queur mère pour produire la solution d'hydroxyde de sodium que l'on doit mettre en oeuvre suivant l'invention. Dans la solution d'hydro- xydo de sodium à 8 à 15 pour cent en poids qui se trouve alors dans la cuve de réaction, on introduit alors le CO2 à la température qui est donnée par le mélange. Pendant l'addition de CO, la température
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du mélange de réaction continue à monter et sera maintenue par refroi- dissement à des chiffres de 65 à 70 C.
A la fin de l'absorption d'a- cide carbonique le mélange de réaction est refroidi à 22 à 28 c pour que l'hydrocarbonate de sodium forme cristallise le plus complètement possible. L'introduction d'acide carbonique est poursuivie aussi long- temps qu'il sera nécessaire pour qu'il ne se produise pratiquement plus aucune absorption dans le mélange de réaction.
Pour utiliser le plus complètement possible l'acide carbonique il est apparu avantageux de carbonater la solution d'hydroxyde de sodium dans plusieurs cuves raccordées l'une derrière l'autre dans le sens du gaz ou dans les colonnes de précipi- tation qui sont courantes dans le procède ammoniaque-carbonate de so- dium. La connexion des cuves de carbonatation suivant IIonigmann, con- nue d'après le procédé ammoniaque-carbonate, s'est montrée aussi très appropriée pour cette carbonatation.
Si trois cuves de réaction sont raccordées l'une derrière l'autre, l'acide carbonique sera d'abord introduit dans la cuve de réaction où la carbonatation est la plus avancée. Le gaz qui s'échappe de la première cuve de réaction arrive dans la deuxième cuve de réaction qui contient une solution d'hydro- xyde de sodium moins carbonatée ; le gaz qui s'échappe do cette der- nière arrive à son tour dans la troisième cuve qui est alimentée en solution fraiche d'hydroxyde de sodium et en liqueur mère saturée d'hydrocarbonate de sodium ramenée. Quand la carbonatation est termi- née dans la première cuve,celle-ci est vidangée. Par commutation de l'arrivée de gaz, la cuve qui était précédemment la deuxième devient la première dans le sens du gaz et celle qui était la troisième de- vient la deuxième dans le sens du gaz.
La cuve qui était auparavant la première est remplie de solution fraîche d'hydroxyde de sodium et de solution d'hydrocarbonate de sodium saturée et est alors raccordée comme troisième cuve de réaction. Les cristaux d'hydrocarbonate de so- dium qui resteraient, au cours de la vidange de la cuve, adhérents aux tuyaux de refroidissement et aux parois ne gênent en aucune façon le déroulement du procède suivant l'invention, car ils seront dissous au début de l'opération suivante par la solution fraîche d'hydroxyde de sodium.
L'hydrocarbonate de sodium cristal- lise, dans le mélange de réaction constitué suivant l'invention, en cristaux bien formés, qui peuvent être séparés facilement, par exemple par décantation et centrifugation subséquente, ou par filtration. Le cristallisât humide ainsi obtenu ne sera pas lavé mais bien séché di- rectement avec de l'air chaud qui entrera dans le séchoir à une tem- pérature d'environ 150 c Il est surprenant de constater-que,si l'on carbonate suivant l'invention une lessive de soude caustique à 50 % par exemple, sans évaporer l'eau de la solution'résiduelle, le rende-
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ment en hydrocarbonate de sodium sec pur se monte à environ 95 à 96% de la théorie et dépend en premier lieu de la température finale ajus- tée lors du refroidissement du mélange de réaction.
On obtient de plus: comme eaux-mères, une solution saturée aqueuse d'hydrocarbonate de so- dium à environ 9 à 10 pour cent en poids.
Suivant l'invention, cette solu- tion sera en partie utilisée pour diluer la lessive de soude causti- que fraîche. Le reste pourra alimenter une autre utilisation technique et par exemple être introduit dans lé procédé de la soude à l'ammo- niaque.
Le procédé suivant l'invention sup- prime en conséquence toute évaporation de l'eau apportée par la solu- ti.on d'hydroxyde de sodium, exception faite de la quantité insigni- fiante d'humidité qui adhère au cristallisat centrifugé ou filtré et qui est éliminée au cours de l'opération de séchage. Un gros avantage réside en outre dans le fait que(Suivant le procédé en une seule phase de l'invention, on obtient un hydrocarbonate de sodium pur qui con- tient moins de 0,015 % de chlorure de sodium et seulement environ 10-3% de bioxyde de silicium, d'alcalino-terreux et d'oxyde de fer, à condition que l'on opère dans des cuves de réaction protégées contre la corrosion, revêtues par exemple d'acier VA.
L'hydrocarbonate de so- dium obtenu suivant l'invention peut être utilisé directement dans des emplois pharmaceutiques ou dans la technique des produits alimen- taires ..
L'exécution du procédé suivant l'invention est expliquée plus en détail ci-après par un exemple.
EXEMPLE
Trois cuves en acier d'une conte- nance de 80 m3, qui sont revêtues pour la protection contre la corro- sion avec de l'acier inoxydable, qui sont équipées d'un système de tuyaux de refroidissement, et comportent dos raccords pour l'entrée et la sortie de liquide et de gaz, sont reliées l'une derrière l'au- tre dans le sens du gaz en forme de batterie. La cuve 1 est remplie avec 7 nide lessive 'de soude caustique à 50 % et 38 m3 d'une liqueur mère formée d'une solution d'hydrocarbonate de sodium saturée à 9,8 %.
En raison de la chaleur de dilution, la température de début monte de 28 C à 42 C. On introduit alors le gaz contenant 55 % de CO2et 45 % de gaz inertes qui a été purifié par lavage avec de l'eau, avec une solution d'hydrocarbonate de sodium, et par un traitement électro- statique. Le gaz qui s'échappe de la cuve 1 traverse les cuves 2 et 3, d'abord vides, et sort à l'air libre. L'alimentation en acide car- bonique est réglée de façon que la carbonatation complète de l'hydro- xyde de sodium introduit demande environ 9 heures. IL faut pour cela 5,9 t d'acide carbonique. Le débit horaire se montera en conséquence à 655 kg d'acide carbonique.
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Au bout de trois heures, la tempé- rature monte dans la cuve de réaction à 62 c La cuve 2 qui a été au. paravant remplie également de solution à 11 % d'hydroxyde de sodium, est alors raccordée dans le circuit de gaz. Comme désormais deux char- ges de cuves doivent être alimentées en acide carbonique, le débit horaire devra être doublé et se montera donc à 1 310 kg. Aussitôt que la température a atteint dans la première cuve 65 à 70 c on met en route le refroidissement à l'eau pour maintenir cette température à ce niveau. Après encore trois heures, la troisième cuve est aussi remplie de solution d!hydroxyde de sodium et le débit d'acide carbo- nique est amené à sa valeur finale de 1 965 kg par heure.
La tempéra- ture sera abaissée, vers la fin du déroulement du procédé, dans la cuve 1, à la température finale de 28 c Dans les autres cuves, la régulation de la température se fera de la même façon.
La suspension d'hydrocarbonate de sodium de la cuve 1, qui est après neuf heures complètement carbona- tée et refroidie, est envoyée sous la pression du gaz comprimé dans une cuve de stockage. Après que la cuve a été vidée, le circuit de l'acide carbonique .est changé de façon telle que le gaz traverse dé- sormais en premier la cuve 2. Le gaz qui s'échappe de cette cuve s'é coule dans la cuve qui se trouve à la suite, qui était précédemment la cuve 3, et qui est maintenant devenue la cuve 2. De cette' cuve, le gaz résiduel s'échappe à l'air libre. Les cristaux de la charge de la cuve 1 sont alors séparés des eaux-mères par centrifugation. Le cris- tallisat humide a une teneur en eau d'environ 9 pour cent. Co cris- tallisat est séché à l'air chaud que l'on fera entrer à une tempéra- ture de 150 C.
On obtient 10 550 kg d'hydrocarbonate de sodium sec, Des eaux-mères obtenues lors de la centrifugation, qui sont saturées d'hydrocarbonate de sodium, 38 m' seront utilisés pour la dilution d'une nouvelle charge de carbonatation. Les Il 650 kg = # Il,2 m3 restants sont repris et envoyés dans le procédé de soude à l'ammonia que.
Les 38 m3de solution d'hydrocar bonate de sodium qui doivent être utilisés pour la dilutionde l'opé- ration suivante sont retournés dans la cuve de réaction, mélangés avec 7 m3 de lessive de soude caustique et carbonatés à nouveau, le gaz qui s'échappe de la deuxième cuve étant introduit désormais dans cette cuve qui par suite est raccordée en troisième dans le sons du gaz.
L'opération se poursuit dans les même conditions de façon telle qu'a- près trois heures de fonctionnement on change le circuit des cuves, et que toutes les trois heures une cuve soit vidée et do mouveau remplie,
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres Formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.