DE1298079B

DE1298079B - Verfahren zum Trennen von Kristallen von Mutterlauge beim fraktionierten Kristallisieren

Info

Publication number: DE1298079B
Application number: DEP31834A
Authority: DE
Inventors: Stoller Frederick Leroy
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1962-06-28
Filing date: 1963-05-17
Publication date: 1969-06-26
Also published as: GB989583A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen beseitigt, daß die Druckimpulse mit gleicher Frevon Kristallen von Mutterlauge beim fraktionierten · quenz auf den Mutterlaugestrom und auf den Inhalt Kristallisieren, wobei in einer eine Filterzone, eine der Reinigungskolonne in einer Folge von 50 bis Rückflußzone und eine Schmelzzone aufweisenden 400 Impulsen pro Minute ausgeübt werden. Reinigungszone von einer Aufschlämmung von Kri- 5 Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden stallen in der Mutterlauge in der Filterzone ein die pulsierenden Drücke so angewendet, daß ihre Mutterlaugestrom abgezogen wird, die Kristalle und Phasen 180° gegeneinander verschoben sind, die nicht abgezogene Mutterlauge in die Rückfluß- Wenn daher auf die Produktabzugsleitung oder

zone und von da die Kristalle in die Schmelzzone die Kolonne ein Druckimpuls wirkt, entsteht in der geleitet und geschmolzen werden, wobei ein Teil der io Mutterlaugeabzugsleitung eine Saugwirkung, wo-Schmelze als Produktstrom abgezogen und der Rest durch der Druckabfall über den Mutterlaugefilter im Gegenstrom zu den Kristallen geführt wird und · erhöht wird, um sowohl eine bessere Filtration als wobei durch einen bewegten Kolben auf den abge- auch ein Festhalten des Kristallbetts an der Filterzogenen Mutterlaugestrom und durch einen weiteren platte zu erhalten, da der erhöhte Druckabfall eine Kolben an einer anderen Stelle auf den Inhalt der 15 Bewegung des Kristallbetts verhindert. Durch die Reinigungskolonne Druckimpulse ausgeübt werden. Einwirkung eines Druckimpulses auf die Mutterlauge-Die Reinigung mittels fraktionierter Kristallisation abzugsleitung und durch die Ausübung einer Saugist seit einer Anzahl von Jahren bekannt. wirkung auf die Produktabzugsleitung oder die Ko-Es ist bereits ein Verfahren bekannt (USA.- lonne erhält man eine äußerst wirksame Rückspülung Reissue-Patentschrift 23 810, 1954), bei welchem 20 der Mutterlaugefilterplatte.

eine Mischung von Kristallen und anhaftender Flüs- Die vorliegende Erfindung verbessert das Verfahren

sigkeit durch eine Abtrennzone für die Flüssigkeit, zur Trennung der Komponenten einer Mischung, ereine Rückflußzone und eine Schmelzzone bewegt zielt einen größeren Druckabfall über den Mutterwird, wobei in dieser Flüssigkeitsabtrennzone die laugefilter und eine wirksamere Rückspülung der Flüssigkeit entfernt wird, in der Schmelzzone die 25 Mutterlauge. Sie ermöglicht eine verbesserte Filtrie-Kristalle geschmolzen werden und ein Teil der rung der Mutterlauge aus der Kristalle enthaltenden Schmelze als Produkt entnommen wird und ein an- Aufschlämmung und unterstützt die Bewegung des derer Teil der Schmelze im Gegenstrom zu den Kri- Kristallbetts durch die Kolonne, stallen in der Rückflußzone hingeführt wird. An Hand der Figuren wird das erfindungsgemäße

Bei einem weiteren bekannten Verfahren und der 30 Verfahren veranschaulicht.

dazugehörigen Vorrichtung (USA. - Patentschrift F i g. 1 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes

2854494) zur Reinigung von Kristallen wird ein System zur fraktionierten Kristallisation dar; pulsierender Druck auf die Schmelze in einer Reini- Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines

gungskolonne ausgeübt. . . erfindungsgemäßen Systems für die fraktionierte

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur 35 Kristallisation.

fraktionierten Kristallisation (USA. - Patentschrift Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine Beschickungs-

2 895 835) wird neben dem Kolben, der auf den mischung, die aus zwei oder mehr Komponenten be-Inhalt der Reinigungskolonne wirkt, noch ein weiterer steht, von denen eine sich aus der Mischung durch Kolben angeordnet, der auf den Mutterlaugenauslaß Kristallisation abtrennen läßt, durch die Leitung U wirkt und durch impulsartiges Rückströmen ein Frei- 40 zugeführt und mittels der Pumpe 12 durch die Leiwaschen des Filters von Kristallen verursacht. Der tung 13 in die Kühlzone 14 gepreßt. Die Kühlzone 14 zusätzlich vorgesehene Kolben wird in beide Rieh- besteht aus einem Innenzylinder 15, dessen eines tungen durch Teile der von dem ersten Kolben ver- Ende durch ein Endstück 16 verschlossen ist, und drängten Flüssigkeit, je nach dessen Bewegungsrich- einem Kühlmantel 17, der eine Zuleitung 18 und eine rung, bewegt und gesteuert. Eine derartige Vorrich- 45 Ableitung 19 aufweist. Im Innenzylinder 15 sind tung hat jedoch wegen ihres hydraulischen Antriebs Rührer oder Abstreifer 21 angeordnet, die dazu den Nachteil, daß auf Grund der Trägheit der dienen, eine Ansammlung der Feststoffe an der inne-Flüssigkeit und des Reibungswiderstandes in den ren Oberfläche des Innenzylinders 15 zu verhindern, verhältnismäßig langen Leitungen nur bei einer Fre- Die Abstreifer 21 können aus Metallbändern oder quenz von einem Impuls pro Minute gearbeitet wer- 5° anderen bekannten Materialien bestehen und in Form den kann. Bei höheren Frequenzen treten in den einer Schraube, wie in der Zeichnung gezeigt, oder Leitungen nicht kontrollierbare Schwingungen auf. in einer anderen Weise gebaut sein. Sie sind auf Bei einigen Verfahren zur fraktionierten Kristalli- einer drehbaren Welle 22 durch die Bauteile 23 besation wird jedoch die Abtrenngeschwindigkeit der festigt. Die Welle 22 ist in dem Innenzylinder 15 Mutterlauge niedriger als erwünscht und spricht auf 55 axial angeordnet und mit einer nicht gezeigten Krafteine Erhöhung durch Herabsetzung des Rückdrucks quelle verbunden, die den Abstreifer rotieren läßt, in der Leitung, in der die Mutterlauge entnommen Die Welle 22 ist in dem Endglied 16 durch eine wird, kaum an. Diese Schwierigkeiten werden bei Stopfbuchse entsprechend abgedichtet. Die Kühlung erhöhter Zufuhrgeschwindigkeit und bei größeren der in die Kühlzone 14 eintretenden Beschickung Kolonnen größer. Der Grund liegt darin, daß der 60 erfolgt durch Einführen eines Kühlmittels durch die pulsierende Druck in der Produktsabzugsleitung keine Zuleitung 18, das durch die Ableitung 19 wieder abausreichende Treibkraft für die Filtration durch den gezogen wird. Die Kühlung in der Kühlzone 14 muß Filter für die Mutterlauge darstellt. Die Treibkraft ist so wirksam sein, daß eine vorbestimmte Menge an z. B. deshalb zu gering, weil sich das Kristallbett weg- festen Kristallen aus der Beschickung beim Durchbewegt, wenn die pulsierende Schwingung angelegt 65 leiten erzeugt wird. Die erhaltene Kristallaufschlämwird, oder weil das Filter nicht ausreichend zurück- mung in der Mutterlauge wird in die Reinigungsgewaschen wird. kolonne 24 geleitet, die aus der Filterzone 25, der Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch Rückflußzone 26 und der Schmelzzone 27 besteht.

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Die Filterzone 25 enthält eine Filterplatte oder ein 15,24 cm Durchmesser in Verbindung mit einem Filtermedium 28, z. B. ein Metallsieb, ein perforiertes Kolben von 5,08 cm Durchmesser zur Trennung von Sintermetallglied oder ein perforiertes, ein Filtertuch p-Xylol von seinen Isomeren kann der Kolbenhub tragendes Metallteil und eine Außenhülle 29, wobei im Bereich von 1,27 bis 6,35 cm, vorzugsweise 1,90 letztere mit einem Auslaßrohr 31 versehen ist, durch 5 bis 5,08 cm, liegen. Ein Kolbenhub von 2,54 cm die das Filtrat, also die Mutterlauge, geleitet wird. liefert hinsichtlich leichter und gleichmäßiger Arbeits-Es ist günstig, das Filtermedium 28 mit der an- weise die besten Ergebnisse. Die optimalen Abmesgrenzenden Wandung der Rückflußzone 26 fluchtend sungen lassen sich in jedem speziellen Fall leicht im anzuordnen. Anstatt der als Außenfilter gezeigten Versuch bestimmen. Natürlich sind die oben ange-Filterzone25 kann ein Innenfilter verwendet werden, io gebenen Abmessungen, Anordnungen und Frequenzen wobei die Außenhülle 29 mit der Wandung der Rück- nicht notwendigerweise bei jedem zu reinigenden flußzone 26 fluchtend, das Filtermedium 28 in der Material optimal. In der Produktabzugsleitung 33 Hülle 29 und vorzugsweise axial zur Reinigungs- kann ein Rückschlagventil 51 vorgesehen sein, um ein kolonne 24 angeordnet ist. Das in der Filterzone 25 Zurückfließen von abgezogenem Produkt in die erzeugte Filtrat wird durch die Leitung 31 aus der 15 Kristallreinigungskolonne 24 zu verhüten. In der Reinigungskolonne entfernt. Die zurückbleibende Mutterlaugeabzugsleitung 31 kann ein Rückschlag-Kristallmasse wird in die Rückflußzone 26 gebracht, ventil 52 vorgesehen werden, um ein Zurückfließen wo sie im Gegenstrom, wie nachstehend beschrieben, der Mutterlauge, die an einer Stelle stromabwärts mit einem flüssigen Rückstrom in Berührung gebracht vom Rückschlagventil 51 entnommen wurde, zu verwird. Wenn sich die Kristallmasse dem Heizelement so hindern. Gegebenenfalls kann eines oder beide der

32 in der Schmelzzone 27 nähert, werden die Kri- Rückschlagventile 51 und 52 durch Magnetventile, stalle geschmolzen. Das Heizelement 32 kann eine die synchron mit der Hin- und Herbewegung des elektrische Heizvorrichtung oder eine Rohrschlange jeweiligen Kolbens 36 oder 46 zyklisch geöffnet und sein, durch die eine geeignete Heizflüssigkeit geleitet geschlossen werden, ersetzt oder ergänzt werden, wird. Ein Teil der durch das Heizelement 32 erzeug- 25 In einer bevorzugten Ausführungsform werden die ten Schmelze wird durch die Produktabzugsleitung Kolben 36 und 46 mit einer Phasenverschiebung von

33 als gereinigtes Verfahrensprodukt entnommen. ISO⁰ zueinander hin- und herbewegt, so daß, wenn Der Rest der Schmelze wird durch die Rückflußzone auf die Produktabzugsleitung 33 ein Druck ausgeübt 26 zurückgepreßt, um einen Rückstrom zu bilden, wird, auf die Mutterlaugeabzugsleitung 31 eine Saugder eine Reinigung der Kristalle bewirkt. Obwohl in 30 wirkung ausgeübt wird. Diese Arbeitsweise vergrößert der Zeichnung ein Innenheizer 32 gezeigt wird, kann den Druckabfall über das Filtermedium 28 und ergibt gegebenenfalls auch ein Außenheizer z. B. ein Heiz- eine wirksamere Filtrierung mit erhöhtem Durchfluß mantel, der die Zone 27 umgibt und der mit Mitteln an Mutterlauge. Der vergrößerte Druckabfall hilft versehen ist, um eine Heizflüssigkeit durchzirkulieren auch dabei mit, das Kristallbett gegen das Filterzu lassen, verwendet werden. 35 medium 28 zu halten. Wenn auf die Mutterlauge-

Der Druckimpulserzeuger 34 besteht aus einem leitung Druck und auf die Produktleitung eine Saug-Zylinder 35, dessen eines Ende mit der Mutterlauge- wirkung ausgeübt wird, wird dadurch die Bewegung abzugsleitung 31 über eine Flüssigkeit in Verbindung des Kristallbetts durch die Kolonne unterstützt. Obsteht, und aus einem hin und her bewegbaren Kolben wohl das bevorzugte Verhältnis zwischen den Kolben 36, der sich im Zylinder 35 befindet. Der Kolben 36 40 36 und 46 eine Phasenverschiebung von 180° ist, ist im Zylinder 35 abgedichtet, z. B. durch Ringe 37, können andere Phasenverhältnisse ebenfalls angeum ein Durchtreten von Mutterlauge zu verhindern. wendet werden.

Die Hin-und Herbewegung des Kolbens 36 wirdz. B. Der in Fig. 1 gezeigte Pulsator 44, der mit der

durch einen Elektromotor 38, einen Riemen 39, eine Produktabzugsleitung 33 in Verbindung steht, kann Kurbel 41 und Verbindungsstangen 42 und 43 er- 45 auch direkt mit der Schmelzzone 27 verbunden sein, zeugt. Bei Systemen, bei denen ein außenliegender Rückfluß

Der Pulsator 44 besteht aus einem Zylinder 45, und/oder direkte Einspritzung von Kühlmitteldämpdessen eines Ende durch die Flüssigkeit mit der Pro- fen an Stelle oder zusätzlich zur Verwendung des duktabzugsleitung 33 in Verbindung steht, und einem Heizelements 32 vorliegt, kann der Pulsator 44 mit hin und her bewegbaren Kolben 46, der im Zylinder 50 der Schmelzzone der Kolonne, der Produktabzugs-45 angebracht ist. Der Kolben 46 ist im Zylinder 45 leitung, der Einspritzleitung für den außenliegenden abgedichtet, z. B. mittels der Ringe 47, um ein Durch- Rückfluß und der Einspritzleitung für die Kühlmitteltreten von Produkt zu verhindern. Die Hin- und Her- dämpfe verbunden werden. Die Hauptfunktion muß bewegung des Kolbens 46 wird z. B. durch Verbin- nur in jedem Fall darin bestehen, einen pulsierenden dungsstäbe 48 und 49 erzeugt, die mit der Kurbel 41 55 Druck auf den Schmelzrückfluß und die Kristallmasse verbunden sind. Während die Kristallmasse aus der auszuüben.

Kühlzone 14 durch die Filterzone 25 und die Rück- F i g. 2 zeigt eine Abänderung des Systems von

flußzone 26 in die Schmelzzone 27 weiterbewegt wird, F i g. 1, worin der Pulsator 44 mittels der Leitung 53 wird der Kolben 46 mit einer Geschwindigkeit von mit der Reinigungskolonne 24 an einer stromaufwärts 50 bis etwa 400 Schwingungen pro Minute hin- und 60 von der Filterzone 25 gelegenen Stelle verbunden ist, herbewegt, so daß auf den Rückstrom der Schmelze, um in Richtung der Kristallbettbewegung eine Treibder intermittierend im Gegenstrom zu der Kristall- kraft zu liefern. Wieder wird der Pulsator 44 vormasse durch die Rückflußzone 26 zurückgepreßt zugsweise bei einer Phasendifferenz von 180° mit wird, ein pulsierender Druck ausgeübt wird. Die Ab- dem Pulsator 34 betrieben. Obwohl der Pulsator 44 messungen von Zylinder und Kolben, die zur Er- 65 vorzugsweise zwischen der Kühlzone 14 und der zeugung des pulsierenden Rückdruckes verwendet Filterzone 25 angeschlossen ist, kann der Pulsator 44 werden, können in einem weiten Bereich variieren. mit der Beschickungsleitung 13 und/oder direkt mit Bei Verwendung einer Reinigungskolonne von der Kühlzone 14 verbunden werden.

Die Verwendung von zwei oder mehr Pulsatoren zusätzlich zu dem Pulsator, der mit der Mutterlaugeabzugsleitung verbunden ist, ist ebenfalls möglich, wobei einer oder mehrere der Pulsatoren stromaufwätrs von der Filterzone 25 und einer oder mehrere Pulsatoren stromabwärts von der Filterzone 25 angeschlossen werden. In einem derartigen System werden die Pulsatoren, die mit der Mutterlaugeabzugsleitung verbunden sind, vorzugsweise im wesentlichen in Phase mit entweder den Pulsatoren ίο stromabwärts von der Filterzone 25 oder den Pulsatoren stromaufwärts von der Filterzone 25 und bei im wesentlichen 180° Phasenverschiebung mit den anderen Pulsatoren betrieben. Es können jedoch auch andere Phasenverhältnisse angewendet werden.

Obwohl die Erfindung unter Verwendung einer Kühlzone mit indirektem Wärmeaustausch erläutert wurde, kann die Wärme auch direkt zwischen einem geeigneten Kühlmittel, wie z. B. Butan, und der Beschickung ausgetauscht werden. An Stelle der Pulsa- ao toren, die direkt mit der Kolonne oder einer speziellen Leitung verbunden sind, kann ein Kolben verwendet werden, der von der Kolonne oder der Leitung durch eine Übertragungsflüssigkeit getrennt ist, wobei der Kolben direkt auf die Übertragungsflüssigkeit wirkt, die wiederum eine pulsierende Bewegung eines flexiblen Diaphragmas erzeugt, welches innerhalb der Kolonne oder der Leitung abgedichtet angebracht ist.

Die Pulsatoren werden vorzugsweise gleichmäßig betrieben, sie können aber gegebenenfalls auch ungleichmäßig arbeiten. Außerdem kann auch ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb des pulsierenden Mechanismus an Stelle eines rein mechanischen Antriebs angewendet werden.

Als allgemeine Regel gilt, daß der Feststoffgehalt der Mischung, die aus dem Kühler in die Reinigungskolonne geschickt wird, im Bereich von etwa 20 bis etwa 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich von etwa 25 bis etwa 40 Gewichtsprozent liegt. Es können jedoch auch Feststoffgehalte, die außerhalb des angegebenen Bereichs liegen, angewendet werden"

Die Erfindung ist auch auf die Trennung von nicht wäßrigen Mischungen anwendbar. Ein Beispiel hierfür ist die Trennung von p-Xylol aus einer Mischung mit anderen isomeren Xylolen und Äthylbenzol. Die Erfindung ist auch zur Herstellung von Frischwasser aus Salzwasser und zur Konzentrierung von wäßrigen Lösungen, wie z. B. Fruchtsäften, Gemüsesäften und Getränken, geeignet.

Beispiel

Eine Mischung von Methanol und Wasser, die zur Simulierung der Konzentrierung von Bier durch Kristallisation verwendet wurde, wurde durch den Kühler 14 geführt, wo die Mischung auf eine Temperatur von —6,1° C durch Verdampfung von flüssigem Propan im Kühlmantel abgekühlt wurde. Die so erzeugte Mischung von Eiskristallen in dem flüssigen Methanolkonzentrat enthielt 21 Gewichtsprozent Kristalle. Die dicke Aufschlämmung wurde in eine pulsierende Kolonne von 15,24 cm Durchmesser geleitet. Bei einem ersten Ansatz wurde der Wasserproduktstrom nur mit 50 Druckstößen pro Minute bei 160,6 cm³ Verdrängung pulsieren gelassen. In einem zweiten Ansatz wurden der Wasserproduktstrom mit 50 Druckstößen pro Minute bei 160,6 cm³ Verdrängung und der Mutterlaugeabzugsstrom mit 50 Druckstößen pro Minute mit 39,33 cm³ Verdrängung pulsieren gelassen. Die anderen Bedingungen und Ergebnisse werden in der Tabelle gezeigt.

Pulsierenlassen des Wasserprodukt stroms allein

Pulsieren-Iassen von Wasserprodnktstrom und Mutterlaugeabzugstrom

Beschickungszustrom, VStd. 105 94,6

Mutterlaugenstrom, VStd... 79,5 68,1

Wasserproduktstrom, 1/Std. 25,4 26,5

Volumprozent, Rückgewinnung von Wasser aus der
Beschickung 24,2 28,0

Gewichtsprozent Methanol
in der Beschickung 8,0 7,9

Gewichtsprozent Methanol
in der Mutterlauge 10,7 10,4

Gewichtsprozent Methanol
im Wasserprodukt 1,3 0,12

Wenn man daher also sowohl den Wasserproduktstrom als auch den Mutterlaugeabzugsstrom pulsieren läßt, erhält man eine vollständigere Trennung der Mischung, d.h. eine niedrigere Methanolkonzentration im Wasserproduktstrom und eine Erhöhung der prozentual aus der Beschickung gewonnenen Wassermenge.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Kristallen von Mutterlauge beim fraktionierten Kristallisieren, wobei in einer eine Filterzone, eine Rückflußzone und eine Schmelzzone aufweisenden Reinigungszone von einer Aufschlämmung von Kristallen in der Mutterlauge in der Filterzone ein Mutterlaugestrom abgezogen wird, die Kristalle und die nicht abgezogene Mutterlauge in die Rückflußzone und von da die Kristalle in die Schmelzzone geleitet und geschmolzen werden, wobei ein Teil der Schmelze als Produktstrom abgezogen und der Rest im Gegenstrom zu den Kristallen geführt wird und wobei durch einen bewegten Kolben auf den abgezogenen Mutterlaugestrom und durch einen weiteren Kolben an einer anderen Stelle auf den Inhalt der Reinigungskolonne Druckimpulse ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckimpulse mit gleicher Frequenz auf den Mutterlaugestrom und auf den Inhalt der Reinigungskolonne in einer Folge von 50 bis 400 Impulsen pro Minute ausgeübt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgegebenen Impulse zueinander eine Phasenverschiebung von im wesentlichen 180° aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen