DE2160994C3 - Cooling crystallizer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kühlkristallisator mit einem in einem Behälter angeordneten Kühler, welcher Rohre als Wärmeaustauschelemente aufweist und welchem eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen eines Kühlmittels beigeurdnet ist, wobei in dem Behälter neben dem Raum des Kühlers noch zwei Nebenräume freigelassen sind, welche miteinander einerseits nur über den Raum des Kühlers, andererseits mittels einer Umleitung verbunden sind, und wobei weiter zur Umwälzung der Lösung ein Rührwerk mit Propeller eingesetzt ist. Solche Kühlkristallisatoren werden zur Kristallisation durch Kühlung von verschiedenen gesättigten Lösungen verwendet, wie z. B. zur Ausfällung von Natriumchlorid aus einer von Diaphragmaelektrolyse stammenden Natronlauge nach vorausgegangener Aufkonzentrierung auf 50% NaOH, oder zur Ausfällung von Natriumsulfat aus einer angereicherten Natriumchloridsole und weiter zur Ausfällung von anderen Produkten aus Lösungen mit den den obengenannten Lösungen ähnlichen temperaturabhängigen Löslichkeitsverhältnissen.The invention relates to a cooling crystallizer with a cooler arranged in a container, which Has tubes as heat exchange elements and which has a device for adjustable supply and A coolant is discharged, with two more in the container in addition to the space of the cooler Adjoining rooms are left free, which on the one hand only over the space of the cooler, on the other hand are connected by means of a bypass, and further with a stirrer for circulating the solution Propeller is inserted. Such cooling crystallizers are used to crystallize by cooling various saturated solutions used, such as. B. for the precipitation of sodium chloride from one of diaphragm electrolysis derived sodium hydroxide solution after previous concentration to 50% NaOH, or for the precipitation of sodium sulfate from an enriched sodium chloride brine and further for the precipitation of other products from solutions with the above solutions similar to temperature-dependent Solubility ratios.
Es wurden oft Konstruktionen zu dem obengenannten Zweck ausgeführt, bei denen ein Kühlmittel, meistens Kühlwasser, die Außenwand der Rohre des Kühlers bespült und die zu kühlende Lösung durch die Rohre geführt wird, wobei sich eine laminare Strömung bildet.Constructions have often been made for the above purpose in which a coolant, mostly cooling water, flushed the outer wall of the pipes of the cooler and the solution to be cooled through the Pipes is guided, forming a laminar flow.
Die genannten, relativ zähen Lösungen neigen beim Behandeln in den bisherigen Kühlkristallisatoren zur Bildung von Verkrustungen an beiden Seiten der Wände der Rohre. Wegen der laminaren Strömungszustände sind die Wärmeübergangszustände unübersichtlich und daher sind die Bedingungen für das Kühlen der Lösung schwer zu wählen und einzustellen. Bei der Unzugänglichkeit der beiden Seiten der Wände der Rohre lassen sich die vorkommenden Verkrustungen nur schwer oder überhaupt nicht entfernen. Der Wirkungsgrad der Anlage sinkt allmählich, wenn nicht sogar wegen vollkommener Verkrustung, meistens an der Seite der Lösung, die Anlage außer Betrieb genommen werden muß.The aforementioned, relatively viscous solutions tend to be treated in the previous cooling crystallizers Formation of incrustations on both sides of the walls of the pipes. Because of the laminar flow conditions the heat transfer states are confusing and therefore the conditions for cooling the solution difficult to choose and adjust. At the inaccessibility of both sides of the walls of the pipes leave the incrustations that occur are difficult or impossible to remove. The efficiency of the Plant sinks gradually, if not because of complete encrustation, mostly on the side of the Solution, the plant has to be taken out of operation.
So ist beispielsweise aus US-PS 16 46 454 (I s a a k sen) ein Apparat bekannt, welcher alle bereits erwähnten Nachteile aufweist. Dazu noch läßt sich dieser Apparat nur chargenweise benutzen.For example, from US-PS 16 46 454 (I s a a k sen) an apparatus is known which has all of the disadvantages already mentioned. In addition, this Only use the device in batches.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, durch verbesserte Anordnung der einzelnen Elemente des Kühlkristallisators einen möglichst störungsfreien kontinuierlichen Kristallisalionsprozeß zu erzielen.The inventor has set himself the task of improving the arrangement of the individual elements of the To achieve a cooling crystallizer as trouble-free as possible continuous crystallization process.
Dieses Ziel wird bei dem eingangs genannten Kühlkristaliisator erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Behälter prismenartig ausgebildet ist, wobei zwei einander gegenüberliegende Wände des prismenartigen Behälters als Rohrplatten für gerade, zueinander parallele, durch den Behälter geführte Rohre des Kühlers ausgebildet sind, wobei die Rohre quer oder in einem Winkel bis 10° schräg zu einer von dem Rührwerk ausgeübten Umwälzungsströmungsrichtung der Lösung angeordnet sind und an ihrer Innenwand von einem Kühlmittel und an ihrer Außenwand von der zu kühlenden Lösung bespült sind, und daß demIn the case of the cooling crystallizer mentioned at the outset, this goal is achieved according to the invention by that the container is designed like a prism, with two opposing walls of the prism-like Container as tube plates for straight, mutually parallel tubes guided through the container of the Cooler are formed, the tubes transversely or at an angle up to 10 ° obliquely to one of the Agitator exerted circulation flow direction of the solution are arranged and on its inner wall are flushed by a coolant and on their outer wall of the solution to be cooled, and that the
Behälter eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen der Lösung beigeordnet ist.Container is assigned a device for the controllable supply and discharge of the solution.
Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Kühlkristallisaton; gegenüber den bekannten Apparaten sind folgende: Laminare Strömungsverhältnisse sind in turbulente umgestaltet worden, so daß eine Krustenbildung an den Rohren besonders an der Seite der Lösung ■.veitgehend verhindert ist. Die Wärmeaustauschbedingungen sind nun übersichtlich und können mittels der vorhandenen Vorrichtungen zum regulierbaren Zu- und ro Abführen des Kühlmittels und der Lösung präzise eingestellt werden. Der Wärmeaustausch wird nicht nur an den Wärmeaustauschflächen vollzogen, sondern auch durch ständiges Beimischen der frisch eingeführten Lösung zu der bere:ts im Kristallisator abgekühlten und umwälzenden Lösung, so daß ein flach verlaufender Abkühlungsgradient erzielt ist. Eine Kurzschlußverbindung zwischen der Zu- und Abfuhrleitung ist unmöglich. Der Kristallisator arbeitet kontinuierlich. D'irch einfache konstruktioneile Maßnahmen können die Wärmeaustauschflächen einfach zugänglich sein.The advantages of this cooling crystallization according to the invention; compared to the known devices are as follows: Laminar flow conditions are in turbulent remodeled, so that a crust formation on the tubes especially on the side of the solution ■. Is largely prevented. The heat exchange conditions are now clearly laid out and can be controlled using the existing devices for the adjustable entrance and exit Discharge of the coolant and the solution can be precisely adjusted. The heat exchange is not only carried out on the heat exchange surfaces, but also by constantly adding the freshly introduced Solution to the ready: ts in the crystallizer cooled and circulating solution, so that a flat running Cooling gradient is achieved. A short-circuit connection between the supply and discharge line is impossible. The crystallizer works continuously. D'irch simple structural measures, the heat exchange surfaces can be easily accessible.
Eine besonders turbulente Strömung der Lösung an den Rohren des Kühlers wird dadurch erreicht, daß der Raum des Kühlers mit seinen Rohrplatten und Rohren einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks aufweist, cl^sen Breite höchstens ein Drittel seiner Länge ist. Besonders übersehbare Wärm :übergangsvorgänge werden dadurch erreicht, daß die .!öhre bezüglich des Weges des Kühlmittels durch den Kühler in Etagen angeordnet sind, und zwar in den Etagen miteinander parallel geschaltet sind, die Etagen aber hintereinander geschaltet sind.A particularly turbulent flow of the solution on the tubes of the cooler is achieved in that the Space of the cooler with its tube plates and tubes has a passage cross-section in the form of an elongated Rectangle, cl ^ sen width at most a third its length is. Particularly overlooked warmth transition processes are achieved by the fact that the.! are arranged with respect to the path of the coolant through the cooler in floors, namely in the floors are connected in parallel with each other, but the floors are connected in series.
Es ist günstig, wenn ein Teil des Kühlens durch Beimischen der frisch zugeführten Lösung zu der bereits abgekühlten und im Behälter umgewälzten Lösung erfolgt. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsinhalt des Nebenraumes, welcher im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung dem Raum des Kühlers nachfolgt, so groß ist wie der Flüssigkeitsinhalt der Lösung im Kühler, wobei die Vorrichtung zum Zuführen der Lösung in die Umleitung einmündet und die Vorrichtung zum Abführen der Lösung an einer höheren Stelle als die Zuführung, insbesondere an der höchsten Stelle des Behälters angeordnet ist.It is beneficial if part of the cooling is done by adding the freshly supplied solution to the solution already supplied The solution is cooled and circulated in the container. This is achieved in that the Liquid content of the adjoining room, which in the sense of the circulating flow of the solution corresponds to the room of the Cooler follows, is as large as the liquid content of the solution in the cooler, the device for Feeding the solution opens into the diversion and the device for discharging the solution to a higher point than the feed, in particular is arranged at the highest point of the container.
Die Zugängiichkeit der Rohre zur evtl. Reinigung von Verkrustungen ist dadurch gewährleistet, daß die Rohrplatten zusammen mit den Rohren aus dem Kühlkristallisator in Längsrichtung der Rohre ausziehbar sind, oder daß mindestens eine Wand des Kühlers mit einem abdeckbaren Fensterloch für die Reinigung der Außenwand der Rohre versehen ist, und weiter, daß die beiden Rohrplatten an ihrer Außenseite mit abnehmbaren Stirndeckeln versehen sind, wodurch die Innenwand der Rohre für die Reinigung zugänglich ist.The accessibility of the pipes for possible cleaning of Incrustations are ensured that the tube plates together with the tubes from the Cooling crystallizer can be pulled out in the longitudinal direction of the tubes, or that at least one wall of the cooler is provided with a coverable window hole for cleaning the outer wall of the pipes, and further that the two tube plates are provided on their outside with removable end caps, whereby the Inner wall of the pipes is accessible for cleaning.
Wenn die Umleitung zwischen zwei Ebenen liegt, welche durch die beiden den Behälter begrenzenden, zu den Achsen der Rohre des Kühlers parallelen Wänden bestimmt sind, läßt sich aus den erfindungsgemäßen Kühlkristallisatoren als Baukasteneinheiten eine Kristallisationsanlage zusammenbauen, bei welcher der zur Verfügung stehende Raum wegen der prismenartigen Form der Baukasteneinheiten gut ausgenutzt wird.If the diversion is between two levels, which are bounded by the two of the container, to the axes of the tubes of the cooler parallel walls are determined, can be derived from the invention Cooling crystallizers assemble a crystallization system as modular units, in which the for Available space is used well because of the prism-like shape of the modular units.
Durch die auf verschiedenste Weise mögliche Kombination bei dem Zusammenstellen einer solchen Kühlkristallisationsanlage aus den erfindungsgemäßen 6* Kühlkristallisatoren können die notwendigen physikalischen Bedingungen des gegebenen Kristallisationsprozesses genau erreicht werden. Mit dem angewendeten Baukastenprinzip können einzelne Teile ohne großen Zeitverlust bei vorkommenden Störungen ersetzt werden.Due to the various possible combinations when putting together such Cooling crystallization system from the 6 * according to the invention Cooling crystallizers can create the necessary physical conditions for the given crystallization process can be achieved precisely. With the modular principle used, individual parts can be assembled without large Loss of time in the event of malfunctions must be replaced.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben und erklärt.The invention is described and explained in more detail below with reference to the drawing.
F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kühlkristallisator nach einer ersten Ausführung,F i g. 1 shows a longitudinal section through a cooling crystallizer after a first run,
Fig. 2 zeigt einen seitlichen Anbück auf den K.ühlkristallisator in Fig. 1 aus der Richtung des zu F i g. 1 zeigenden Pfeiles,Fig. 2 shows a side attachment on the cooling crystallizer in Fig. 1 from the direction of the F i g. 1 pointing arrow,
F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung im Längsschnitt undF i g. 3 shows another embodiment in longitudinal section and
Fig.4 zeigt einen Längsschnitt durch den Kühler eines Kühlkristallisators mit schräggeführten Rohren.4 shows a longitudinal section through the cooler of a cooling crystallizer with inclined tubes.
Der Kühlkristallisator nach der ersten Ausführung hat einen prismenartigen Behälter 1 mit einem in diesem Behälter 1 angeordneten Kühler 2 mit Rohren 3 als Wärmeaustauschelemente. Die Rohre 3 werden an ihrer Innenwand von einem Kühlmittel und an ihrer Außenwand von einer zu kühlenden Lösung bespült. Eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen der Lösung (die Vorrichtung ist nicht gezeichnet) ist dem Behälter 1 beigeordnet und ist mit dem Lösungseintrittsstutzen 4 bzw. Lösungsaustrittsstutzen 5 verbunden. Weiter ist dem Behälter 1 eine auch nicht gezeichnete Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen des Kühlmittels beigeordnet, welche mit dem Kühlmitteleintrittsstutzen 6 bzv.. Kühlmittelaustrittsstutzen 7 verbunden ist, Ein Rührwerk 8 mit einem Propeller 9 ist eingesetzt zur Umwälzung der Lösung in dem Behälter 1. Zwei einander gegenüberliegende Wände 10 und 11 des prismenartigen Behälters 1 sind als Rohrplatten für gerade, zueinander parallele, durch den Behälter 1 geführte Rohre 3 ausgebildet. Die Rohre 3 stehen quer zu einer von dem Rührwerk 8 bzw. dem Propeller 9 ausgeübten Umwälzungsströmungsrichtung (Pfeile in F ig. 1) der Lösung.The cooling crystallizer according to the first embodiment has a prism-like container 1 with one in it Container 1 arranged cooler 2 with tubes 3 as heat exchange elements. The tubes 3 are at their Inside wall flushed by a coolant and on its outside wall by a solution to be cooled. A device for the controllable supply and discharge of the solution (the device is not shown) is assigned to the container 1 and is connected to the solution inlet nozzle 4 or the solution outlet nozzle 5 connected. Furthermore, the container 1 is a device (not shown) for the controllable supply and control Discharge of the coolant associated with the coolant inlet nozzle 6 or. Coolant outlet nozzle 7 is connected, an agitator 8 with a propeller 9 is used to circulate the solution in the container 1. Two opposing walls 10 and 11 of the prism-like container 1 are as Tube plates are designed for straight tubes 3 that are parallel to one another and run through the container 1. The pipes 3 are transverse to a circulation flow direction exerted by the agitator 8 or the propeller 9 (Arrows in Fig. 1) the solution.
Der Raum des Kühlers 2, welcher durch die als Rohrplatten ausgebildeten Wände 10 und 11 und weiter durch die Seitenwände 12 und 13 eingegrenzt ist und durch welchen die Rohre 3 geführt sind, weist einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks auf, dessen Breite B höchstens ein Drittel seiner Länge L ist. Die Rohre 3 sind bezüglich des Weges des Kühlmittels durch den Kühler 2 so angeordnet, daß sie in horizontaler Richtung in Etagen geschaltet sind (im Längsschnitt ist die einzelne Etage nur als ein Rohr 3 zu sehen). In diesen Etagen sind die einzelnen Rohre 3 miteinander parallel geschaltet. Die Etagen aber sind hintereinander in Reihe geschaltet. In dem Behälter 1 sind neben dem Raum des Kühlers 2 noch zwei Nebenräume 14 und 15 freigelassen. Diese Nebenräume 14 und 15 sind miteinander einerseits nur über den Raum des Kühlers 2 verbunden, während sie andererseits mittels einer außerhalb des Behälters 1 liegenden Umleitung 16 verbunden sind. In dieser Umleitung 16 ist der Propeller 9 des Rührwerks angeordnet. Die zu kühlende Lösung bewegt sich im wesentlichen im Gegenstrom zum Kühlmittel, welches durch den Kühlmitteleintrittsstutzen 6 in die Rohre 3 des Kühlers 2 eintritt und aus diesem durch Kühlmittelaustrittsstutzen 7 abgeführt wird. Der Flüssigkcitsinhalt des Nebenrau mes 14, welcher im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung dem Raum des Kühlers 2 nachfolgt, ist so gioß wie der Flüssigkeitsinhalt der Lösung im Raum des Kühlers 2. Die Vorrichtung zum Zuführen der Lösung (nicht gezeichnet) mündet in die Umleitung 16 durch den Lösungseintrittsstutzen 4 ein. Die Vorrichtung zumThe space of the cooler 2, which is delimited by the walls 10 and 11 designed as tube plates and further by the side walls 12 and 13 and through which the tubes 3 are guided, has a passage cross-section in the form of an elongated rectangle whose width B is at most one L is third of its length. The tubes 3 are arranged with respect to the path of the coolant through the cooler 2 so that they are connected in the horizontal direction in tiers (in the longitudinal section, the individual tier can only be seen as a tube 3). In these floors, the individual tubes 3 are connected in parallel with one another. But the floors are connected in series one behind the other. In the container 1, in addition to the space of the cooler 2, two additional spaces 14 and 15 are left free. These side rooms 14 and 15 are connected to one another on the one hand only via the area of the cooler 2, while on the other hand they are connected by means of a diversion 16 located outside the container 1. The propeller 9 of the agitator is arranged in this bypass 16. The solution to be cooled moves essentially in countercurrent to the coolant, which enters the tubes 3 of the cooler 2 through the coolant inlet connector 6 and is discharged from this through the coolant outlet connector 7. The liquid content of the side room 14, which follows the space of the cooler 2 in the sense of the circulating flow of the solution, is as large as the liquid content of the solution in the space of the cooler 2. The device for supplying the solution (not shown) opens into the bypass 16 through the solution inlet nozzle 4. The device for
Abführen der Lösung (nicht gezeichnet) ist mit dem Lösungsaustrittsstutzen 5 verbunden, also an einer Stelle, die höher liegt als der Lösungseintrittsstutzen 4, in diesem Fall an der höchsten Stelle des Behälters 1. Die Einrichtung zum Zuführen tier Lösung (nicht gezeichnet) mündet durch den Lösungseintrittsstutzen 4 in die Umleitung 16 an der Stelle ein, die sich im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung vor dem Propeller 9 befindet. Der Kühler 2 mit den als Rohrplatten ausgeführten Wänden 10 und 11 ist zusammen mit den Rohren 3 als Einheit ausgebildet und ist als ganzes aus dem Behälter 1 in Längsrichtung der Rohre 3 ausziehbar (nicht gezeichnet).Discharge of the solution (not shown) is connected to the solution outlet nozzle 5, that is to say on one Place that is higher than the solution inlet nozzle 4, in this case at the highest point of the container 1. The device for supplying animal solution (not shown) opens through the solution inlet nozzle 4 into the bypass 16 at the point that is in the sense of the circulating flow of the solution before Propeller 9 is located. The cooler 2 with the walls 10 and 11 designed as tube plates is formed together with the tubes 3 as a unit and is as a whole from the container 1 in the longitudinal direction of the Extendable tubes 3 (not shown).
Wegen der Zugänglichkeit der Außenwände der Rohre 3 ist die Seitenwand 12 des Behälters 1 abklappbar. Zu demselben Zweck könnten mindestens von einer Seite des Kühlers 2 her. d. h. in der Wand 12 und/oder 13 abdeckbare Fensterlöcher vorgesehen werden.Because of the accessibility of the outer walls of the tubes 3, the side wall 12 of the container 1 is foldable. For the same purpose, at least one side of the cooler 2 could. d. H. in the wall 12 and / or 13 coverable window holes are provided.
Wegen der Zugänglichkeit der Innenwände der Rohre 3 sind die beiden als Rohrplatten ausgeführten Wände 10 und 11 mil demontierbaren Stirndeckeln 17 und 18 versehen.Because of the accessibility of the inner walls of the tubes 3, the two are designed as tube plates Walls 10 and 11 are provided with removable end caps 17 and 18.
Der Kühlkristallisator in F i g. 3 unterscheidet sich von dem eben beschriebenen lediglich dadurch, daß die ganze Konstruktion um 90° umgedreht ist. Der Lösungseintrittsstutzen ist mit 19 bezeichnet, der Lösungsaustrittsstutzen mit 20. Der Kühlmitteleintrittsstutzen ist mit 21 bezeichnet, der Kühlmittelaustrittsstutzen mit 22. Der Rührwerkpropeller ist mit 23 bezeichnet. Auch in diesem Kühlkristallisator fließt dieThe cooling crystallizer in FIG. 3 differs from the one just described only in that the entire construction is turned by 90 °. The solution inlet nozzle is denoted by 19, the Solution outlet connection with 20. The coolant inlet connection is designated with 21, the coolant outlet connection with 22. The agitator propeller is designated with 23. The flows in this cooling crystallizer as well
ίο zu kühlende Lösung im wesentlichen im Gcgenstrorr zum Kühlmittel.ίο solution to be cooled essentially in the Gcgenstrorr to the coolant.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung des Kühlers sind die einander gegenüberliegenden Wände 24 und 25 als Rohrplatten für die geraden und zueinander parallelen Rohre 26 ausgeführt. Die Rohre 26 sind um einen Winkel bis 10° schräg durch die Rohrplatten 24 und 25 gciüiirt. Die Umleitung 16 liegt Zw'iSCnen zwei Ebenen, welche durch die zwei Wände 12 und 13 des Behälters 1 bestimmt sind. Diese Wände 12 und 13 begrenzen seitlich den Behälter 1 und verlaufen parallel zu den Längsachsen der Rohre 3 des Kühlers 2. Die Umleitung 16 ist deswegen in der F i g. 2 nicht zu sehen.In the embodiment of the cooler shown in FIG. 4, the opposing walls 24 and 25 are designed as tube plates for the straight tubes 26 that are parallel to one another. The tubes 26 are slanted through the tube plates 24 and 25 at an angle of up to 10 °. The diversion 16 lies between two levels which are determined by the two walls 12 and 13 of the container 1. These walls 12 and 13 laterally delimit the container 1 and run parallel to the longitudinal axes of the tubes 3 of the cooler 2. The diversion 16 is therefore shown in FIG. 2 not to be seen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (8)
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- 1971-12-16 GB GB5853471A patent/GB1373515A/en not_active Expired
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SULZER-ESCHER WYSS GMBH, 7980 RAVENSBURG, DE |