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8/18/2019 Us 2120287

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J u n e 1 4 ,1 9 3 8 . R . B . MaCMULLlN 2 , 1 2 0 , 2 8 7PRODUCTION'OF SODIUM CARBONATE MONOHYDRATE

Filed J u n e l 5 , 1 9 3 5 2 Sheets-Sheet 1 A

ATTORNEYS

8/18/2019 Us 2120287

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J u n e 1 4 ,1 9 3 8 .PRODUCTION

- R. B. MaCMULLlN

OF SODIUM CARBONATE MONOHYDRATE

F i l e d J u n e 1 5 , 1 9 3 5

2 , 1 2 0 , 2 8 7

2 >Sheets -Sheet 2

Gmßm, a i l + am@ATTORNEYS

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P a t e n t e d J u n e 1 4 ,1 9 3 8

UNITED STATES

2 , 1 2 0 , 2 8 7

PATENT OFFICE2 , 1 2 0 , 2 8 7

PRODUCTION OF SODIUM OARBONATEMONOHYDRATE

R o b e r t Burns M a c l V I u l l i n , N i a g a r a F a l l s ,N . Y. ,a s s i g n e r t o T h e M a t h i e s o n A l k a l i Wo r k s , I n c . ,New York, N . Y. , a c o r p o r a t i o n o f V i r g i n i a

A p p l i c a t i o n J u n e 1 5 , 1 9 3 5 , S e r i a l N o . 2 6 , 7 1 1

11 Cla ims .

This i n v e n t i o n r e l a t e s t o i m p r o v e m e n t s i n t h em a n u f a c t u r e o f s o d i u m ca rbona t e m o n o h y d r a t e ,N a z C O 3 . I - I 2 O . M o r e p a r t i c u l a r l y , t h e i n v e n t i o nr e l a t e s t o i m p r o v e m e n t s i n t h e c o n v e r s i o n o f s o

. 5 d i u m b i c a r b o n a t e , Na I - I C O a ,t o s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e . T h e i n v e n t i o n i s a p p l i c a b l e b o t ht o p u r e s o d i u m b i c a r b o n a t e a n d t o c r u d e s o d i u mb i c a r b o n a t e s s u c h as ammonia s o d a . The i nv e n t i o n i n c l u d e s i m p r o v e m e n t s i n t h e c o n v e r s i on

1 0 i t s e l f , i n o p e r a t i o n s c o m b i n i n g t h e c o n v e r s i o nw i t h t h e ammonia s o d a process a n d i n a c y c l i co p e r a t i o n e m b o d y i n g t h e c o n v e r s i o n .

T h e c o n v e n t i o n a l m e t h o d s o f m a n u f a c t u r i n gs o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e r e q u i r e , a s t h e

1 5 e s s e n t i a l r a w m a t e r i a l , a n h y d r o u s s o d i u m c a r b on a t e . A n h y d r o u s s o d i u m c a r b o n a t e , o r soda a s h ,i s c o n v e n t i o n a l l yproduced b y a l c i n a t i o n o f c r u d ea m m o n i a s o d a , a n o p e r a t i o n i n v o l v i n g s u b s t a n t i a le x p e n s e a n d seve ra l d i f f i c u l t i e s . T h e s e c o n v e nt i o n a l m e t h o d s o f m a n u f a c t u r i n g s o d i u m carbon a t e m o n o h y d r a t e i n c l u d e h y d r a t i o n o f a n h yd r o u s s o d i u m c a r b o n a t e w i t h a l imi t ed p r o p o rt i o n o f W a t e r , a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , c r y s t a l l iz a t i o n f r o m a s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o

2 5 na t e b y e v a p o r a t i o n a t t empe ra tu r e s above 3 6 ° C . ,a n d a d d i t i o n o f a n h y d r o u s s o d i u m c a r b o n a t e t oa s o l u t i o n s a t u r a t e d W i t h r e spec t t o s o d i u m carb o n a t e a t t e m p e r a t u r e s above 3 6 ° C .

This a p p l i c a t i o n i s i n par t a c o n t i n u a t i o n o f3 0 my p r i o r a p p l i c a t i o n S e r i a l N o . 6 0 1 , 1 4 4 , i l l e d

M a r c h 2 5 , 1 9 3 2 (Uni ted S t a t e s L e t t e r s Patent No.2 , 0 0 5 , 8 6 8 ,dated J u n e 2 5 , 1 9 3 5 . )

In my p r i or a p p l i c a t i o n I h a v e d e s c r i b e d a nimproved p r o c e s s f o r m a n u f a c t u r i n g c r y s t a l l i n e

3 5 s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e compr is ing t h ed e c o m p o s i t i o n o f a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n gs o d i u m b i c a r b o n a t e w i t h s t e a m t o f o r m a so lut i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e a n d the p rec i p i t a t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m

4 0 t h i s s o l u t i o n b y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i a . Acc o r d i n g t o t h e p r o c e s s t h e r e d e s c r i b e d s o d i u mc a r b o n a t e m o n o h y d r a t e t h u s p r e c i p i t a t e d i s s e para ted f r o m t h e m o t h e r l i q u o r , s o d i u m c h l o r i d ei s a d d e d t o t h e m o t h e r l i q u o r a n d t h e r e s u l t i n g

4 5 b r i n e c a r b o n a t e d t o p r e c i p i t a t e s o d i u m b i c a r b on a t e . P r e c i p i t a t e d s o d i u m b i c a r b o n a t e i s s u pp l i e d t o t h e a b o v e m e n t i o n e d d e c o m p o s i t i o n i n ar e p e t i t i o n o f t h e o p e r a t i o n . T h e p r o c e s s o f myp r i o r a p p l i c a t i o n a l s o m a k e s p r o v i s i o n f o r t h e r e

5 0 c o v e r y o f c a r b o n d iox ide a n d ammonia f r o m t h em o t h e r l i q u o r f r o m > W h i c h s o d i u m b i c a r b o n a t ei s s e p a r a t e d , recovered . c a r b o n d i o x i d e b e i n g a dV a n t a g e o u s l y s u p p l i e d t o t h e c a r b o n a t i o n s t e pw h i l e r e c o v e r e d a m m o n i a s a d v a n t a g e o u s l y u t i li z e d i n t h e p r e c i p i t a t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t e

O 4 .

5 5

( C l . 23-63)

monohydra t e . T h e p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t oi m p r o v e m e n t s i n t h e p r o c e s s d e s c r i b e d i n my a i dp r i o r a p p l i c a t i o n .

W h i l e t h e process d e s c r i b e d i n my sa id p r i o ra p p l i c a t i o n i s a d v a n t a g e o u s a n d e c o n o m i c a l a n d 5e n a b l e s o n e t o r e c o v e r h i g h y i e l d s of s o d i u m c a rb o n a t e m o n o h y d r a t e , h a v e d i s c o v e r e d t h a t , i f a na q u e o u s s o d i u m ch lor ide s o l u t i o n c o n t a i n i n g s od i u m b i c a r b o n a t e b e d e c o m p o s e d w i t h s t e a m t oform an a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n c o n - 10t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e a n d a m m o n i a b e a d d e dt o t h e s o l u t i o n r e s u l t i n g f r o m t h i s d e c o m p o s i t i o n ,s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e w i l l b e p r e c i p it a ted i n g r e a t e r a m o u n t t h a n i f t h e s e s t e p s a r ec a r r i e d o u t i n t h e a b s e n c e o f t h e s o d i u m c h l o r i d e . 1 5T h e p r o c e s s o f my inven t ion p e r m i t s i m p r o v e de f f i c i e n c i e s a n d e c o n o m i e s a s W i l l m o r e f u l l y a pp e a r h e r e i n a f t e r . The i n v e n t i o n i s o f e s p e c i a ladvan tage i n o p e r a t i o n s c o m b i n i n g t he convers i o n w i t h t h e ammonia s o d a p r o c e s s .

Ammonia may b e a d d e d e i the r a s a g a s , a s al i q u i d , o r a s an a q u e o u s s o l u t i o n . By p r o p e rc h o i c e o f p r o p o r t i o n s a n d t e m p e r a t u r e s , h i g h r ecover i e s o f s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e c a nb e obta ined . By s u c h a d d i t i o n o f ammonia s od i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e c a n b e p r e c i p i t a t e df r o m a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e b r i n e s s a t u r a t e dw i t h r e s p e c t t o o t h e r c a r b o n a t e s o f s o d i u m , s od i u m b i c a r b o n a t e a n d s o d i u m s e s q u i c a r b o n a t e ,Na2CO3.NaHCO3.2H2O, f o r e x a m p l e . T h e a d d i - 3 0t i o n of ammonia o a q u e o u s s o d i u m ch lo r ide s ol u t i o n s s a t u r a t e d w i t h r e s p e c t t o s o d i u m carbon a t e , d e c a h y d r a t e , Na2CO3.10H2O a n d s o d i u mc a r b o n a t e , h e p t a h y d r a t e , Na2CO3.7H2O r e n d e r ss u c h s o l u t i o n s u n s a t u r a t e d Wi t h r e s p e c t t o t h e s ecarbona tes . T h e a d d i t i o n o f ammonia o a q u e o u ss o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n s s a t u r a t e d wi th re spec tt o s o d i u m c a r bona t e m o n o h y d r a t e , Na2CO3.H2Oa l s o r e n d e r s s u c h s o l u t i o n s u n s a t u r a t e d w i t h r es p e c t t o t h i s c a r b o n a t e i n i t i a l l y b u t a s a d d i t i o no f ammonia s c o n t i n u e d t h e s o l u t i o n a g a i n b ec o m e s s a t u r a t e d w i t h r e s p e c t t o s o d i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e a n d w i t h f u r t h e r a d d i t i o n o f amm o n i a h i s s a l t , t h e m o n o h y d r a t e , s p r e c i p i t a t e d .

A c c o r d i n g t o my n v e n t i o n , a n a q u e o u s s o d i u m 4 5c h l o r i d e s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e

> i s c o n v e r t e d t o a s a l i n e s o l u t i o n c o n t a i n i n g s od i u m c a r b o n a t e , a d v a n t a g e o u s l y , b y d e c o m p o s it i o n w i t h s t e a m , a n d s o d i u m ca rbo na t e m o n o h yd r a t e s p r e c i p i t a t e d f r o m t h i s s o l u t i o n b y t h e a d - 5 0d i t i o n o f a m m o n i a , i n p r o p o r t i o n l e s s t h a n t h a tp r e c i p i t a t i n g s o d i u m carbamate . T h e s t e a m f o rd e c o m p o s i t i o n may b e f o r m e d f r o m t h e s o l u t i o ni t s e l f b y t h e a p p l i c a t i o n o f h e a t . I n c a r r y i n go u t t h e inven t ion s o d i u m b i c a r b o n a t e may b e 5 5

20

25

5

40

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4/6

25

3 0

3 5

45

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6 5

7 0

7 5

2a d d e d t o a n a q u e o u s so lu t ion o f s o d i u m ch lo r ideor s o d i u m c h l o r i d e , in s o l i d o r so lu t ion f o r m , mayb e a d d e d t o a n a q u e o u s so lu t ion o f s o d i u m b ica rb o n a t e . T h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a s n o t e d , permi tst h e u s e of sodium c h l o r i d e a s s o l i d s a l t o r a s as a l t b r i n e .

The u s eo f

as a l t

b r i n e f o r d e c o m p o si n g s o d i u m b i c a r b o n a t e i s p a r t i c u l a r l y a d v a nt a g e o u s . S ince s o l i d s a l t i s n o t l e s s e n t i a l , my nv e n t i o n , i n t h i s a s p e c t , i s p a r t i c u l a r l y a d v a nt a g e o u s i n l o c a t i o n s W h e r e s a l t b r i n e s , b u t n o ts o l i d s o d i u m c h l o r i d e , a r e l o c a l l y a v a i l a b l e .

The n v e n t i o n w i l l b e f u r t h e r d e s c r i b e d in c o nn e c t i o n w i t h t h e f o l l o w i n g e x a m p l e s o f e m b o d im e n t s o f t h e i n v e n t i o n :

E x a m p l e I . - 9 7 . 6 p a r t s o f c r u d e a m m o n i a sodac o n t a i n i n g 8 4 par t s o i s o d i u m b i c a r b o n a t e area d d e d t o 2 2 5 p a r t s ( b y weight ) o f a s a t u r a t e ds o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n a n d t h e r e s u l t i n g m i xt u r e i s d e c o m p o s e d w i t h s t e a m . Carbon d i o x i d ei s l i b e r a t e d b y t h e d e c o m p o s i t i o n a n d a s l u r r yc o n s i s t i n g l a r g e l y o i ’ s o l i d s o d i u m s e s q u i c a r b o n a t ea n d s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n i s fo rmed. T h em i x t u r e i s coo led s o m e w h a t a n d 5 4 par t s o f amm o n i a a r e c a u s e d t o b e a b s o r b e d . A l l t h e s o d i u ms e s q u i c a r b o n a t e i s d e c o m p o s e d . S o d i u m c a rbona te m o n o h y d r a t e p r e c i p i t a t e d b y t h e a d d i t i o no f a m m o n i a i s s e p a r a t e d f r o m t h e m o t h e r l i q u o ra n d the recovered c r y s t a l s w a s h e d f r e e o f s o d i u mc h l o r i d e . A b o u t 85 o f t h e s o d i u m oxide c o nt e n t , Na2O, o f t h e o r i g i n a l c r u d e a m m o n i a sodai s recovered a s c r y s t a l l i n e s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e .

The a d d i t i o n o f t h e ammonia may b e ca r r i edo u t a t t e m p e r a t u r e s a b o v e o r b e l o w a b o u t 5 0 ° C . ;a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h e a d d i t i o n i s c a r r i e do u t u n d e r s u p e r a t m o s p h e r i c p r e s s u r e a n d a tl o w e r t e m p e r a t u r e s c o o l i n g i s u s u a l l y r e q u i r e d .S i n c e t h e s o l u b i l i t y o f s o d i u m c a r b o n a t e monohyd r a t e v a r i e s b u t s l i g h t l y w i t h t e m p e r a t u r e , t h et empe r a t u r e o f s e p a r a t i o n o f t h e p r e c i p i t a t e ds o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e s n o t impor tan t .T h e separa t ion may b e e i î e c t e d , f o r example , a tt e m p e r a t u r e s o f f r o m 1 5 ° t o 1 0 0 ° C . T h e prec i p i t a t e d c r y s t a l l i n e s o d i u m c a r b o n a t e monoh y d r a t e i s s e p a r a t e d f r o m t h e m o t h e r l i q u o r i na n y c o n v e n i e n t m a n n e r , b y f i l t e r i n g o r b yc e n t r i f u g i n g , f o r e x a m p l e .

E x a m p l e II.-2360 p a r t s ( b y W e i g h t ) o f c r u d ew e t s o d i u m b i c a r b o n a t e c o n t a i n i n g 1 4 8 1 p a r t s o fs o d i u m b i c a r b o n a t e w e r e a d d e d t o 925 par t s o fN a C l i n t h e f o r m o f s a l t b r i n e a n d t h e r e s u l t i n gm i x t u r e w a s d e c o m p o s e d w i t h s t e a m . I h e r es u l t a n t s o l u t i o n c o n t a i n e d 5 6 7 5 p a r t s o f H2O.An n a l y s i s s h o w e d t h a t t h i s s o l u t i o n c o n t a i n e d2 6 . 1 0 g r a m s o f Na2CO3, 1 6 . 3 0 g r a m s o f N a C l a n d0 . 0 0 g r a i n s o f NH3 e r 100 g r a m s H2O. The o l ut i o n w a s coo led t o 3 0 ° C . a n d 2347 par t s o f NH3a d d e d w h i l e main t a in ing t h e t e m p e r a t u r e a t3 0 ° C . Afte r t h e a d d i t i o n o f NH3 a n ana lys i ss h o w e d t h a t t h e r e s u l t i n g s o l u t i o n c o n t a i n e d 0 . 4 8g r a m s N a z C O s , 1 7 . 0 0 g r a m s o f N a Cl a n d 4 1 . 3 5g r a m s o f NH3 p e r 100 g r a m s o f H2O. F o l l o w i n gt h e a d d i t i o n o f NH3 t h e so lu t ion w a s c o o l e d t o2 6 ° C . T h e e n t i r e o p e r a t i o n w a s carr ied o u t a ta t m o s p h e r i c p r e s s u r e . A i e l d o f 9 8 . 1 5 o f t h es o d i u m oxide c o n t e n t , NazO, o f t h e c r u d e s o d i u mb i c a r b o n a t e w a s r e c o v e r e d i n t h e f o r m o fNa2CO3.H2O b y ñ l t e r i n g . T h e c r y s t a l s o b t a i n e dw e r e coarse a n d g r a n u l a r a n d W e l l a d a p t e d fo rt h e m a n u f a c t u r e o f a n h y d r o u s d e n s e s o d i u mcarbonate.

In t h e o p e r a t i o n s o f t h e f o r e g o i n g examples ,t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d es o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e s h o u l d b ec a r r i e d o u t a t l e a s t f a r e n o u g h t o c o n v e r t a b o u t

2 , 1 2 0 , 2 8 7

65 o f t h e b i c a r b o n a t e t o c a r b o n a t e . T h ea m o u n t o f ammonia ha t may e e m p l o y e d i n t h eo p e r a t i o n o f t h e i n v e n t i o n i s s u b j e c t t o c o n s i d e ra b l e v a r i a t i o n . Ammonia may e a d d e d i n p r op o r t i o n s u p t o 5 0 p a r t s b y we ig h t NH3 t o 1 0 0p a r t s b y w e i g h t H2O. A d v a n t a g e o u s l y ,a m m o n i ai s a d d e d i n p r o p o r t i o n s o f a b o u t ‘ S 0 - 4 0 p a r t s b yweigh t NH3 t o 1 0 0 p a r t s b y we ig h t H2O. Amm o n i a may e a d d e d i n g r e a t e r p r o p o r t i o n s t h a nt h o s e i n d i c a t e d b u t a s t h e y i e l d i s a l r e a d y h i g hw h e n the p ropor t ions i n d i c a t e d a r e u s e d , f u r t h e raddi t ion o f a m m o n i a s n o t r e c o m m e n d e d .

I t w i l l b e u n d e r s t o o d t h a t i n d i v i d u a l o p e r a t i o n ss u c h as t h o s e i l l u s t r a t e d i n t h e f o r e g o i n g e xa m p l e s c a n b e e m b o d i e d i n v a r i o u s c o m p o s i t eo p e r a t i o n s f o r t h e p r o d u c t i o n o f s o d i u m c a rb o n a t e m o n o h y d r a t e . I h a v e d e v e l o p e d t w op a r t i c u l a r l y a d v a n t a g e o u s c o m b i n e d o p e r a t i o n s .Thes e t w o o p e r a t i o n s W i l l b e f u r t h e r d e s c r i b e d i nc o n n e c t i o n w i t h t h e a c c o m p a n y i n g d r a w i n g s ,w h i c h i l l u s t r a t e , a s f l o w S h e e t s , t h e s e t w o o p e r ations. .

Operat ion 1

C r u d e ammonia s o d a i s d i s s o l v e d i n a h o ta q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e b r i n e a n d t h i s s o l u t i o ni s d e c o m p o s e d w i t h s t e a m , a s d e s c r i b e d i nE x a m p l e s I a n d 1 I , f o r example. T h e c a r b o nd iox ide a n d a n y ammonia r e c o v e r e d i n t h i s d ecomposi t ion i s s u p p l i e d t o t h e a m m o n i a s o d ap r o c e s s c a r b o n a t i o n f o r t h e p r e c i p i t a t i o n o fs o d i u m b i c a r b o n a t e . The c a r b o n a t e s o l u t i o nf r o m t h e d e c o m p o s i t i o n i s c o o l e d t o 5 0 ° C . , f o re x a m p l e , a n d ammonia as s a d d e d t o p r e c i p i t a t es o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e . T h i s a m m o n i agas i s a d v a n t a g e o u s l y t h a t r e c o v e r e d i n t h e r e

c o v e r y s t i l l o f t h e ammonia s o d a p r o c e s s , fo l lowi n g t h e a d d i t i o n o f l i m e t o t h e m o t h e r l i q u o rr e m a i n i n g a f t e r t h e s e p a r a t i o n o f t h e s o d i u mb i c a r b o n a t e , t h a t i s , t h i s ammonia g a s i s a dv a n t a g e o u s l y s u b s t a n t i a l l y f r e e f r o m c a r b o n d io x i d e . he r y s t a l l i z e d s o d i u m c a r b o n a t e monoh y d r a t e i s separa ted f r o m t h e m o t h e r l i q u o rw h i c h c o n s i s t s o f a n a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d eb r i n e p o o r i n s o d i u m c a r b o n a t e c o n t e n t b u t r i c hi n a m m o n i a . T h i s m o t h e r l i q u o r f r o m w h i c ht h e s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e h a s b e e ns e p a r a t e d may b e c a r b o n a t e d d i r e c t l y i n t h ea m m o n i a - s o d a p r o c e s s t o p r e c i p i t a t e s o d i u m b ic a r b o n a t e , b u t , g e n e r a l l y , i t i s advan tageous t oa d d NaCl u n t i l t h e m o s t a d v a n t a g e o u s r a t i o o f

NH3 t o NaCl i s o b t a i n e d . A d v a n t a g e o u s l y NaCli s s u p p l i e d i n t h e f o r m o f a f r e s h s a l t b r i n e .S o d i u m b i c a r b o n a t e p r e c i p i t a t e d b y t h i s c a rb o n a t i o n s s e p a r a t e d f r o m t h e m o t h e r l i q u o r a n dt h e s e p a r a t e d s o d i u m b i c a r b o n a t e , o r par t o f i t ,i s s u p p l i e d d i s s o l v e d i n h o t w a t e r t o t h e i n i t i a ld e c o m p o s i t i o n . C a r b o n d i o x i d e w i t h a s s o c i a t e d

Va m m o n i a recovered i n t h e recovery s t i l l o f t h ea m m o n i a - s o d a p r o c e s s p r i o r t o t h e a d d i t i o n o fl i m e i s a d v a n t a g e o u s l y s u p p l i e d t o t h i s c a r b o n at i o n , t o g e t h e r w i t h a n y a d d i t i o n a l c a r b o n d i o x i d er e q u i r e d . T h e m o t h e r l i q u o r f r o m W h i c h t h es o d i u m b i c a r b o n a t e i s s e p a r a t e d i s s u p p l i e d t othe recovery s t i l l . T h i s opera t ion i s i l l u s t r a t e di n t h e ñow d i a g r a m c o n s t i t u t i n g Figure 1 o f t h e

a c c o m p a n y i n g d r a w i n g s . By t h e o pe r a t i o n a b o v ed e s c r i b e d a l l o f t h e NazCOs l e f t i n t h e m o t h e rl i q u o r r ema in ing a f t e r p r e c i p i t a t i o n o f t h es o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e b e c o m e s p r ec i p i a t e d a s NaI-ICOS i n t h e c a r b o n a t i o n o p e r at i o ni n t h e a m m o n i a - s o d a p r o c e s s , w i t h t h e r e s u l tt h a t t h e o v e r a l l y i e l d o f s o d i u m c a r b o n a t e monoh y d r a t e f r o m N a C l i s a t l e a s t as l a rge a s t h eu s u a l y i e l d o f NaHCOg f r o m N a Cl i n t h e r e g u l a rammonia soda rocess.

1 0

1 5

20

25

3 0

35

5 0

5 5

65

8/18/2019 Us 2120287

5/6

10

1 5

20

25

30

3 5

40

45

5 0

5 5

60

65

7 0

7 5

2 , 1 2 0 , 2 8 7 3T h e s e p a r a t e d s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e

may b e dr ied i n a n y c o n v e n t i o n a l m a n n e r . I fa n h y d r o u s d e n s e s o d i u m c a r b o n a t e i s t h e u l t im a t e p r o d u c t d e s i r e d , t h i s d r y i n g may b e c a rr i e d o u t a t a t e m p e r a t u r e s o m e w h a t a b o v e 1 0 0 °C . , t h e s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e t h u s b ei n g d e h y d r a t e d t o s o d i u m c a r b o n a t e W h i l e r et a i n i n g t h e pseudomorph ic f o r m o f t h e o r i g in a l s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e c r y s t a l s .

O p e r a t i o n 2

C r u d e ammonia o d a is d i s s o l v e d i n a n a q u e o u ss o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t ec i r c u l a t e d c y c l i c l y i n t h e o p e r a t i o n t o p r o d u c ea s l u r r y w h i c h i s d e c o m p o s e d w i t h s t e a m i n t h ec o n v e n t i o n a l manner un t i l 8 5 - 9 0 or more o ft h e s o d i u m o x i d e p r e s e n t s i n t h e f o r m o f s o d i u mc a r b o n a t e . The c a r b o n d iox ide a n d a n y amm o n i a r e c o v e r e d i n t h e decomposi t ion o p e r a t i o nare s u p p l i e d , f o r e x a m p l e , t o t h e a m m o n i a s o d ap r o c e s s f o r t h e p r o d u c t i o n o f s o d i u m b i c a r b o na t e . T h e a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o n c o nt a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e r e s u l t i n g f r o m t h ea b o v e d e c o m p o s i t i o n i s c o o l e d t o 5 0 ° C . , f o r e xa m p l e , a n d ammonia gas i s a d d e d t o p r e c i p i t a t es o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e . T h e m o t h e rl i q u o r f r o m w h i c h t h e s o d i u m c a r b o n a t e monohyd ra t e i s s e p a r a t e d i s r e t u r n e d t o t h e i n i t i a ld e c o m p o s i t i o n e i the r d i r e c t l y o r a f t e r a n o pe r a t i o n f o r the recovery o f ammonia f r o m t h i sm o t h e r l i q u o r . I f t h i s m o t h e r l i q u o r i s r et u r n e d d i r e c t l y t o t h e i n i t i a l d e c o m p o s i t i o n , amm o n i a as W e l l as c a r b o n d i o x i d e W i l l b e r e c o v e r e di n t h e d e c o m p o s i t i o n o p e r a t i o n . S u b s t a n t i a l l yp u r e c a r b o n d i o x i d e c a n b e r e c o v e r e d i n t h e dec o m p o s i t i o n o p e r a t i o n , h o w e v e r , i f t h i s m o t h e rl i q u o r i s f i r s ts t r i p p e d o f i t s a m m o n i a c o n t e n t i na recovery s t i l l , f o r example. T h e m o t h e r l i q u o rmay b e s u p p l i e d f r o m t h i s r e c o v e r y s t i l l t o t h ed e c o m p o s i t i o n opera t ion Whi le h o t . T h i s recove r y s t i l l i s ad v an t ag eous ly hea t ed i n d i r e c t l y b yc l o s e d s t e a m c o i l s ,f o r example . T h e a m m o n i arecovered i n t h i s s t i l l i s a d v a n t a g e o u s l y u s e d i nt h e p r e c i p i t a t i o n o f s o d i u m ca rbona t e m o n o h yd r a t e f r o m t h e a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o nc o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e r e s u l t i n g f r o m t h edecomposi t ion o p e r a t i o n . > To m a i n t a i n t h e s y st e m i n b a l a n c e , w a t e r may b e s e p a r a t e d f r o mt h e m o t h e r l i q u o r i n t h i s r e c o v e r y s t i l l a n d t h e r ea f t e r s e p a r a t e d f r o m t h e recovered a m m o n i a i na n y c o n v e n t i o n a l manner in a f r ac t iona t ingt o w e r , f o r example , a n d d i s c h a r g e d f r o m t h es y s t e m . This o p e r a t i o n i s i l l u s t r a t e d i n t h e ñ o wd i a g r a m c o n s t i t u t i n g Figure 2 o f t h e a c c o mp a n y i n g d r a w i n g s .

I c la im:

l . In t h e m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e , t h e i m p r o v e m e n t w h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s od i u m c h l o r i d e a n d s o d i u m b i c a r b o n a t e Wi t hs t e a m t o f o r m a n a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l ut i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e , a n d p r e c i p it a t i n g s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h i ss o l u t i o n b y t h e addi t ion o f ammonia i n propor t ion l e s s t h a n t h a t p r e c i p i t a t i n g s o d i u m c a rb a m a t e .

2 . In t h e m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e , t h e i m p r o v e m e n t w h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o d i u m ch lo r ide s o l ut i o n c o n t a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e w i t h s t e a mt o f o r m a n a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o nc o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e , p r e c i p i t a t i n g s od i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h i s s o l ut i o n b y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i a a n d s e p a r a t i n g

t h e >p r e c i p i t a t e d s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t ef r o m t h e m o t h e r l i q u o r , c a r b o n a t i n g t h e m o t h e rl i q u o r t o p r e c i p i t a t e ` sod ium b i c a r b o n a t e , s e p ar a t i n g t h e p r e c i p i t a t e d s o d i u m b i c a r b o n a t e a n ds u p p l y i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e s o p r e c i p i t a t e d ‘ t o

the first mentioned decomposition.y - y

3 . In t h e m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t emonohydra te , t h e i m p r o ve m e n t w h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l ut i o n c o n t a i n i n g s o d i u m k b i c a r b o n a t e wi th s t e a mt o f o r m a n a q ueou s s od ium 'ch lo r i d e s o l u t i o nc o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e , p r e c i p i t a t i n g l s od i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h i s s o l u t i o nb y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i a a n d s e p a r a t i n g t h e >p r e c i p i t a t e d s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t ef r o m t h e m o t h e r l i q u o r , a d d i n g s o d i u m c h l o r i d et o t h e m o t h e r l i q u o r a n d c a r b o n a t i n g t h e m o t h e rl i q u o r c o n t a i n i n g a d d e d s o d i u m c h l o r i - d e t o p r ec i p i t a t e s o d i u m b i c a r b o n a t e , s e p a r a t i n g t h e p r ec i p i t a t e d s o d i u m b i c a r b o n a t e a n d supply ing s o

d i u m b i c a r b o n a t e s o p r e c i p i t a t e d t o t h e ñ r s tmentioned decomposition. -

4 ; . I n t h e m a n u f a c t u r e o f ` s o d i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e ,t h e improvement w h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o d i u m c h l o r i d e s o l u t i o nc o n t a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e wi th s t e a m t of o r m a n a q u e o u s s o d i u m Y ch lo r ide so lu t ion c o nt a i n i n g s o d i u m v c a r b o n a t e , p r e c i p i t a t i n g s o d i u mc a r b o n a t e m o n o h y d r a t e > f r o m t h i ss o l u t i o n b yt h e a d d i t i o n o f a m m o n i a a n d separa t ing thep r e c i p i t a t e d s o d i u m c a r b o n a t e v m o n o h y d r a t ef r o m t h e m o t h e r l i q u o r , add in g s o d i u m c h l o r i d et o t h e m o t h e r l i q u o r a n d c a r b o n a t i n g t h e m o t he r l i q u o r c o n t a i n i n g a d d e d s o d i u m c h l o r i d e t op r e c i p i t a t e s o d i u m b i c a r b o n a t e , s e p a r a t i n g t h e

p r e c i p i t a t e d s o d i u m b i c a r b o n a t e , s u p p l y i n g s od i u m b i c a r b o n a t e s o r e c i p i t a t e d t o t h e f i r s t - m e nt i o n e d d e c o m p o s i t i o n , r e c o v e r i n g c a r b o n d i o x i d ea n d a m m o n i a f r o m t h e m o t h e r l i q u o r f r o m w h i c hs o d i u m b i c a r b o n a t e i s s o s e p a r a t e d , supply ingc a r b o n d iox ide s o r e c o v e r e d t o t h e sa id c a r b o n at i on a n d s u p p l y i n g ammonia s o r e c o v e r e d t o t h es a i d p r e c i p i t a t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h ydrate. `

5 . In t h e m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e , - t h ei m p r o v e m e n t W h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s od i u m b i c a r b o n a t e a n d s o d i u m c h l o r i d e w i t h s t e a mt o f o r m a s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e ,p r e c i p i t a t i n g s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e

f r o m t h i s s o l u t i o n b y t h e a d d i t i o n o f a m m o n i aa n d s e p a r a t i n g t h e p r e c i p i t a t e d s o d i u m c a r b o na t e m o n o h y d r a t e f r o m t h e m o t h e r l i q u o r , r e c o ve r i n g a m m o n i a f r o m t h e m o t h e r l i q u o r a n d s u pp l y i n g ammonia s o r e c o v e r e d t o t h e s a i d p r ec i p i t a t i o n o f s o d i u m c a rbon a t e monohydra t e .

6 . T h e m e t h o d o f p ro d uc ing s o d i u m ca r b ona t em o n o h y d r a t e W h i c h c o m p r i s e s fo rming a n aqueo u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c h l o r i d e a n ds o d i u m b i c a r b o n a t e , h e a t i n g t h e s o l u t i o n t o dec o m p o s e t h e s o d i u m b i c a r b o n a t e c o n t a i n e d t h e r ei n , s u b s e q u e n t l y s u b j e c t i n g t h e s o l u t i o n t o t h ea c t i o n o f a m m o n i a t o p r e c i p i t a t e s o d i u m carb o n a t e m o n o h y d r a t e ,a n d s e p a r a t i n g t h e p r e c i p it a t e d s o d i u m c a r bona t e m o n o h y d r a t e f r o m t h er e s i d u a l s o l u t i o n .

7 . T h e m e t h o d o f producing s o d i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e w h i c h compr ises f o r m i n g a n a q u eo u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c h l o r i d e a n ds o d i u m b i c a r b o n a t e , h e a t i n g t h e s o l u t i o n i n a r ea c t i o n v e s s e l t o d e c o m p o s e h e s o d i u m b i c a r b o n a t ec o n t a i n e d t h e r e i n , s u b s e q u e n t l y s u b j e c t i n g t h es o l u t i o n t o t h e a c t i o n o f a m m o n i a t o p r e c i p i t a t es o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e , s e p a r a t i n g t h ep r e c i p i t a t e d s o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m

1 0

15

20

2 5 .

3 0 .

3 5

45

5 0

5 5

60

6 5

7 0

7 5

8/18/2019 Us 2120287

6/6

1 5

20

26

3 0

4t h e r e s i d u a l s o l u t i o n , a n d r e t u r n i n g t h e r e s i d u a ls o l u t i o n t o s a i d r e a c t i o n v e s s e l .

8 . T h e m e t h o d o f p r o d u c i n g s o d i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e w h i c h c o m p r i s e s i n c o r p o r a t i n gs o d i u m b i c a r b o n a t e i n a n a q u e o u s s o l u t i o n o f

s o d i u m c h l o r i d e t o f o r m a n a q u e o u s so lu t ion c o nt a i n i n g s o d i u m b i c a r b o n a t e a n d s o d i u m c h l o r i d e ,h e a t i n g t h e s o l u t i o n i n a reac t ion v e s s e l t o d ec o m p o s e t h e s o d i u m b i c a r b o n a t e c o n t a i n e d t h e r ei n , s u b s e q u e n t l y s u b j e c t i n g t h e s o l u t i o n t o t h eac t ion o f ammonia t o p r e c i p i t a t e s o d i u m carb o n a t e m o n o h y d r a t e ,s e p a r a t i n g t h e p r e c i p i t a t e ds o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h e r es i d u a l s o d i u m c h l o r i d e - b e a r i n g s o l u t i o n , s t r i p p i n ga m m o n i a f r o m t h e r e s i d u a l s o l u t i o n , a n d r e t u r ni n g t h e s t r i p p e d r e s i d u a l s o l u t i o n t o s a i d r e a ct i o n v e s s e l .

9 . T h e m e t h o d o f p roduc ing s o d i u m c a r b o na t e m o n o h y d r a t e w h i c h c o m p r i s e s f o r m i n g a na q ue o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n g s o d i u m c h l o r i d e a n ds o d i u m b i c a r b o n a t e , h e a t i n g t h e s o l u t i o n i n ar e a c t i o n v e s s e l t o d e c o m p o s e t h e s o d i u m b i c a rb o n a t e c o n t a i n e d t h e r e i n , s u b s e q u e n t l y s u b j e c ti n g t h e s o l u t i o n t o t h e a c t i o n o f a m m o n i a t o prec i p i t a t e s o d i u m c a r b o n a t e monohydra t e , s e p ar a t i n g t h e p r e c i p i t a t e d s o d i u m carbonate m o n oh y d r a t e f r o m t h e r e s i d u a l s o l u t i o n , a d d i n g s od i u m ch lo r ide t o t h e r e s i d u a l s o l u t i o n a n d c a rbona t i n g t h i s s o l u t i o n t o p r e c i p i t a t e s o d i u m b ic a r b o n a t e , s e p a r a t i n g t h e p r e c i p i t a t e d s o d i u m bic a r b o n a t e a n d r e t u r n i n g t t o s a i d r e a c t i o n v e s s e l ,

2 , 1 2 0 , 2 8 7r e c o v e r i n g c a r b o n d i o x i d e a n d a m m o n i a f r o mt h e s o l u t i o n f r o m w h i c h t h i s s o d i u m b i c a r b o n a t ei s s e p a r a t e d , s u p p l y i n g t h i s c a r b o n d i o x i d e t o s a i dc a r b o n a t i o n a n d s u p p l y i n g t h i s a m m o n i a t o t h es a i d p r e c i p i t a t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t e monoh y d r a t e .

1 0 . In t h e m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t em o n o h y d r a t e , t h e i m p r o v e m e n t w h i c h c o r np r i s e s d e c o m p o s i n g a n a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i ni n g s o d i u m b i c a r b o n a t e a n d s o d i u m c h l o r i d e Wi t hs t e a m i n a r e a c t i o n v e s s e l t o f o r m a o l u t i o n c o nt a i n i n g s o d i u m c a r b o n a t e , p r e c i p i t a t i n g s o d i u mc a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h i s s o l u t i o n b y t h ea d d i t i o n o f a m m o n i a , s e p a r a t i n g t h e p r e c i p i t a t e ds o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h e m o t h e rl i q u o r a n d r e t u r n i n g t h e m o t h e r l i q u o r t o s a i dr e a c t i o n v e s s e l .

1 1 . In the m a n u f a c t u r e o f s o d i u m c a r b o n a t emonohydra t e , t h e i m p r o v e m e n t w h i c h c o m p r i s e sd e c o m p o s i n g an a q u e o u s s o l u t i o n c o n t a i n i n gs o d i u m c a r b o n a t e a n d s o d i u m c h l o r i d e w i t h s t e a mi n a r eac t ion V e s s e l t o f o r m a s o l u t i o n c o n t a i ni n g s o d i u m c a r b o n a t e , p r e c i p i t a t i n g t h e s o d i u mca rbo n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h i s s o l u t i o n b y t h ea d d i t i o n o f a m m o n i a , s e p a r a t i n g t h e p r e c i p i t a t e ds o d i u m c a r b o n a t e m o n o h y d r a t e f r o m t h e m o t h e rl i q u o r , r e c o v e r i n g a m m o n i a f r o m t h e m o t h e r l i qu o r , a n d r e t u r n i n g t h e m o t h e r l i q u o r f r o m w h i c ha m m o n i a h a s b e e n r e c o v e r e d t o s a i d r e a c t i o nv e s s e l .

ROBERT BURNS MACMULLIN.

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