DE1619777A1 - Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Loesungen - Google Patents

Description

• Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen Beim Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen durch Erhitzen, also Konzentrieren dieser Lösungen bzw. durch Abkühlen von bereits ausreichend konzentrierten Lösungen, treten häufig, insbesondere bei kontinuierlicher Verfahrensführung Schwierigkeiten dadurch auf, daß die kristallinen Niederschläge sich an den Behälterwandungen und den sonstigen, mit' der Lösung in Berührung kommen den Flåchen, beispielsweise den Rührvorrichtungen und den Rohrleitungen für das Heiz- oder Kühlmedium abscheiden und dort durch mehr- oder weniger geeignete Vorrichtungen wieder entfernt-werden müssen Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind bereits die verschiedensten Vorschläge zur Verhinderung des Ansetzens der Kristalle an diesen Flächen gemacht worden. So ist es beispielsweise bekannt, die mit der Lösung in Berührung kommenden Flächen hochglänzend zu polieren, um die Kristallabscheidung an Oberflächenrauhigkeiten zu verhindern. Diese hochglänzenden Oberflächen sind aber, abgesehen von den sehr hohen Kosten der Herstellung, meist auch nur kurze. Zeit wirksam, da sehr leicht bereits durch die sich abscheidenden Kristalle eine Beeinträchtigung der Hochglanzpolitur erfolgen kann. Um dies zu vermeiden, wurden schon spezielle Rührer eingesetzt, die aufgrund einer ausreichenden Um laufgeschwindigkeit- die, sich bildenden Kristalle sofort bei ihrer EntstehUng on den hochglanzpolierten Flächen entfernen sollten. Durch diese RUhrer, die beispielsweise zusammen mit einem polierten, sich um seine Achse innerhalb der Kristallisationsvorrichtung drehenden hochglanzpolierten Hohlzylinder zur Anwendung kamen, verteuerten sich die Herstellungskosten der bekannten Kristallisationsvorrichtungen noch mehr, da sowohl dieser Rührer als auch der rotierende Zylinder selbst besondere EinfUhrungen mit häufig komplizierten Dichtungen im Kristallisationsbehälter erforderlich machten, Weiterhin ist es bekannt, die Lösung der zukristallisierenden Substanz durch dünne Kühlrohre zu leiten, in dene eine hohe Strömungsgeschwindigkeit die Ansatzbildung vermeiden aollteO Bei einer derartigen Vorrichtung werden beispielsweise U-förmige Kühlrohre von 25 bs 50 mm Weite verwendet, durch die die Lösung mit einer St römungsgeschnindigkeit von 2 m/Sek; gepumpt wird Der Nachteil dieser Vorrichtung ist,.daß bei höherer Konzentration der zu kristallisierenden Stoffe ein sehr hoher Druck erforderlich ist, um die Strömungsgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten und ein Verstopfen zu vermeiden.
• Bei diesen vorrichtungen ist der Rohrverschlei# meist sehr groß, wenn schärfkantige Kristalle ausgefällt werden. Hinzu kommt, daß es auch nicht möglich ist, das Kristallisat getrennt in Grob- und Feinkorn der Kristallisationsvorrichtung zu entnehmen; Der varliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kristallisieren zu schaffen, die einerseits trotz einfacher Bauweise die, Nachteile der bisherigen Kristallisationsvorrichtungen nicht aufweist und andererseits gleichzeitig auch eine getrennteEntnahme von Kristallen unterschiedlicher Korngröße ermöglicht.
• Pie Lösung diese Aufgabe ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen, bestehend aus etnem zylinderförmigen Kristallisationsg-e-. fä# 1 mit Wärmeaustauschmantel 21 das gekennzeichnet ist durch ein im Kristallisationsgefä# 1 angeordnetes, als Wärmeaustauscher ausgebildetes Leitrohr 4 und einem in diesem Leitrohr angeordneten Mittel zur Förderung der Kristallisationsflüssigkeit innerhalb des Leitrohres von oben nach unten und anschlie#end mit vorzugsweise gleicher Geschwindigkeit von unten nach oben in dem von der Au#enwand des Leitrchres und der Innenwand des Kristallisationsgefä#es gebildeten Förderraum 5. Ein Petrieb der Vorrichtung mit umgekehrter Strömungsrichtung ist auch wöglich.
• Als Mittel zur Förderung der Kristallisationsflüssigkeit innerhalb des Leitrohres und des Förderrraumes kann vorzugsweise ein innerhalb des Leitrohres arbeitender Propellerrührer 3 eingesetzt werden, doch kann die Bewegung der Kristallisationsflüssigkeit beispielsweise auch durch einen Schraubenspindelrührer oder durch eine Pumpe bewirket werden.
• Diese Vorrichtung zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe kann erfindungsgemä# mit besonderem Erfolg betrieben werden wenn die Geschwindigkeit des im Leitrohr absteigenden und im Förderraum aufsteigenden Flüssigkeitsstromes gleich cder nahezu gleich ist Die. ad dadurch erreicht daß der freie Querschnitt des Leitrchres praktisch gleich ist der rreien Fläche zwischen Leitrohr und Innenwand des Kristallisationsgefä#es Diese Dimensionen sind auch beim Einbau weiterer Wärmeaustauscherflächen einzuhalten In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung als Beispiel dargestellt. In das gegebenenfalls mit einem Deckel verschließbaren Kristallisationsgefäß 1 mit Wärmeaustauschmantel 2 wird ein Propeller rührer 3 und ein Leitrohr 4, das mit den als Zuleitungen für das Heiz- oder Kühlmedium ausgestatteten Halterungen 6 im Deckel des Gefäßes befestigt sein kann, eingeführt.
• Der Propeller 7 des Rührers endet in jedem Falle innerhalb des Leitrohres. Ein Heiz- bzw. Kühlmedium wird durch 8 in den Mantel des Kristallisationsgefäßes ein- und durch 9 aus diesem herausgeführt. Die Geschwindigkeit des Rührers ist über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Motor regelbar. Die bei der Kristallisation gebildeten Feststoffteilchen können aus dem Kristalli sationsgerfä# an zwei Stellen abgezogen werden, und zwar einmal am unteren in diesem Fall konisch ausgebildeten Teil des Kristallisationsgefäßes bei 10 und zum anderen auch an der im oberen Teil des Kristallisationsgefäßes vorgesehen Öffnung 11.
• Die Arbeitsweise dieser Vorrichtungen bei der kontinuierlichen Abscheidung kristalliner Stoffe durch Kühlen der Lösung ist die folgende : Das Kristallisationsgefä# wird mit Mutterlauge und so viel kristallisierendem Stoff, beispielsweise einem Salz gefüllt, wie es dem Verhältnis Flüssigkeit zu Feststoff im Gleichgewichtszustand bei kontinuierlichem Petrieb entspricht. Darauf wird in die Wärmeaustauseher ein Kühlmedium eingeleitet und nach Erreichen der Betriebstemperatur von beispielsweise 20°C eine bestimmte Menge der zu kristallisierenden Lösung, die sich beispielsweise auf einer Temperatur von 80°C befindet unter ständigem Rühren zugeführt; im gleichen Ma#e werden Kristallisat und Mutterlauge abgezbgen.
• Wird nur ein feinkörniges Kristallisat gewünscht, so entnimmt man die aus Kristallen und Mutterlauge bestehende Suspension am oberen Teil des Kristallisati onsgefäßes, Sollen daneben auch gröbere Kristalle gewonnen werden, so Wird ein Teil der Suspension am Konus abgezogen, In diesem Falle wird die Geschwindigkeit der innerhalb des Kreis tallisationsgefä#es umgewälzten Menge an Suspension so eingestellt, daß. die entsprechend gröbere Kornklasse sich im Konus absetzen kann Beispielsweise beträgt bei diesem Verfahren die mittlere Korngröße des im oberen Teil des Kristallisationsgefä#es abgezogenen hutes 0,2 mm und die des im Konus sedimentierten Gutes o, 6 mm bei einem Mengenverhältnis tron-Fein- zu Grobkristallen von 1 : « Selbstverständlich ist es auch möglich, die Korngröße durch Vergrößerung des Volumens des Kristallisationsgefä#es un damit der mittleren Verweilzeit zu erhdhen Zur näheren Erläuterung soll im folgenden die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß cler Erfindung anhand der Bildung von Kristallen aus einer Oxalsäurelösung geschildert werden.
• Bas Kristallisationsgefä# mit 1,5 m3 Inhalt wird mit Mut terlauge und so viel Oxalsäure gefüllt, wie es dem Verhältnis Flüssigkeit zu Feststoff im Gleichgewichtszustand bei kontinuierlichem Eetrie-b entspricht, also im vorliegenden Falle mit 7=0 kg Diese Suspension wird innerhalb der Kristallisationsgefä#es mit einer Strömungsgeschwindigkeit won etwa 1 m/Sek, umgewälzt ; Sowohl der Wärmeaustauschmantel des Kristallisationsge@ fä#es als auch das als Wärmeaustauscher ausgebildete Leitrohr wird mit Wasser von 5 bis 10°C beschickt.
• Ist die Betriebstemperatur von 20°C in der Suspension erreicht, Wird die ist kristallisierende Lösung mit einer Sättigungstemperatur von 80°C und in einer Menge von 1,25 m3/Stdvon oben kontinuierlich in das Kristallisationsgefä # eingeführt Lä#t wan die sich bildende@ Kristalli sat-Suspension an der oberen Öffnung des Kristallisationsgefä#es fret ablaufen, so kann man nach der Fest-Flüssig-Trennung und Trocknung der Feststoffteilchen etwa 500 kg/Stieiner feinkristallinen Gxalsäure mit einer mittleren Korngrö#e von 0,2 mm gewinnen.
• Sollen auch gröbere Kristalle gewonnen werden so wird die Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt, da# die entsprechend gröbere Kornkalsse sich in Konus des Kristallisationsgeä#es absetzt und dort abgezogen werden kaiin Wird beispielsweise die suspension jin Kriztallisationsgefä# mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m Sek umgewältzt, und die Hälfte der Kristallisat-Suspension im Konus abgezogen, so werden etwa 230 kg, Sid, Oxalsäure einer mittleren Korngrö#e von 0,6 mm neben 250 kg des feinkristallinen Produktes gewonne.
• Das Kristallisationsversfahren gemä# der Erfindung kann natü@lich auch durchgeführt werden, indem statt des Kühlmediums eine Hinzflüszigkeit in die Wärmeaustauscher eingeführt wird. Hierbei ist es selbstverständlich, auch möglich, den Kristallisationsbenälter dicht zu @erschliessen und die Kristallisation unter vermindertem Druck durchzuführen. Weitterhin ist t es möglich, mehrere Kristallisationsgefä#e hintereinander in Kaskadenform anzaordnen und iII den einzelnen Pehältern mit ab--estufter Ei is tal lisations temperature zil arbeiten, indem beispielsweise ili drei in Reihe angeordneten Kristallisationsgefä#en bei Temperaturen von 60, 50 und 40°C gearbeitet wird.
• Die Vorrichtung gemä# der Erfindung arbeitet trotz ihrer gegenüber den bekannten Kristallisationsvorrichtungen einfachen Bauweise au#erordentlich sicher und @rmöglicht eine weitgehend wartungsfreie kontinuierliche Verfahrensfülnung bei der Abscheidung kristalliner Stoffe aus gesättigten Lösungen da in jedem Fall die Wärmeaustauschflächen scwohl am Kristallisationsgefä# als auch am Leitrohr frei von Ansätzen der auskristallisierenden Steife bleiben, weil die Übersättigung der Dösung an der Welzahl der im Umlauf befindlichen Kristalle aufgehoben wird.

Claims (1)

1. P a t e n t an sp r ü c-h .e-1.) Vorrichtung zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen, bestehend aus einem zylinderförmigen Kristallisationsgefä# (1) mit Wärmeaustauschmantel (2), gekennzeichnet durch ein im Kristallisationsgefä# (1) angeordnetes, als Wärmeaustauscher ausgebildetes Leitrohr (4) und ein in diesem Leitrohr angeordnetes Mittel (3) zur Förderung der Kristallisationsflüssigkeit innerhalb des Leitrohres von oben nach unte. n-bzvi. von unten nach oben und anschlie#end mit vorzugsweise gleicher Geschwindigkeit von unten nach oben bzw. von oben nach unten in dem von der Au#enwand des Leitrohres der der Innenwand des Kristallsationsgefä#es gebildeten Förderraum (5).

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Leitrohres (4) arbeitenden Propellerrührer 3.) Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1 cder 2, dadurch gekennzeichnet daß man zur Inbetriebnahme Mutterlauge und Feststoff im Verhältnis der sich während des Betriebés einstellenden Gleichgewichtskenzentration vorgibt und diese Suspension auf Betriebstemperatur tri. ngt.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Korngrö#e der Kristalle mit der Unwälzgeschweindigkeit teuert, 5.1 Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichent, daß Iran das Wachstum der Kristalle durch ihre Verweilzeit im @ristallisationsbehälter steuert 6) Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Verweilzeit und Behältervolumen durch. kaskadenförmige Anordnung mehrerer Kristallisationsbehälter erhöht, L e e r s e i t e