DE60118766T2

DE60118766T2 - Verfahren und vorrichtung zur kristallisierung

Info

Publication number: DE60118766T2
Application number: DE60118766T
Authority: DE
Inventors: Takahisa c/o Mitsubishi Gas Chem. Cn Kurashiki-shi Furuya
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-09-15
Also published as: US6966947B2; JP5008215B2; KR20030039375A; MY129880A; TW575456B; US20030180203A1; CN1208108C; EP1327469B1; EP1327469A4; JP2002102603A; AU2001286249A1; EP1327469A1; CN1466480A; DE60118766D1; KR100841502B1; WO2002028498A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kristallisations-Verfahren und eine Apparatur dafür und genauer gesagt ein Kristallisations-Verfahren, das bei der Durchführung der Kristallisation eine Verbesserung des mittleren Partikeldurchmessers und der Verteilung der Partikeldurchmesser und eine Verhinderung des Anhaftens von Kristallen am Kristallisationstank und der mit dem Kristallisationstank verbundenen Apparaturen durch einfache Verfahren ohne komplizierte Apparaturen erreichen kann.
Hintergrund
Im Bereich der Düngemittel wie Ammoniumsulfat-Düngemittel und Harnstoff-Düngemittel, verschiedener chemischer Produkte, pharmazeutischer Produkte und Lebensmittelprodukte werden verschiedene Kristallisations-Apparaturen zur Herstellung kristalliner Partikel eingesetzt. Unter dem Gesichtspunkt der Art der Erwärmung können die Kristallisations-Apparaturen in Kristallisations-Apparaturen vom inneren Heizungstyp und Kristallisations-Apparaturen vom äußeren Heizungstyp klassifiziert werden. Unter dem Gesichtspunkt des Rührens können die Kristallisations-Apparaturen in Kristallisations-Apparaturen vom spontanen Rührtyp unter Ausnutzung des Siedens einer Flüssigkeit und Kristallisations-Apparaturen vom erzwungenen Rührtyp, welche im inneren der Apparaturen vorgesehene Rührblätter aufweisen, klassifiziert werden.
Es ist für jeden Typ Kristallisations-Apparaturen wichtig, dass der mittlere Partikeldurchmesser und die Verteilung der Partikeldurchmesser von Kristallen kontrolliert werden, und dass Anhaftung von Kristallen an den Wandoberflächen der Kristallisations-Apparaturen verhindert wird. Es wurden verschiedene Versuche zur Kontrolle des mittleren Partikeldurchmessers und der Verteilung der Partikeldurchmesser und zur Verhinderung des Anhaftens von Kristallen an den Wandoberflächen der Apparaturen unternommen.
In den Kristallisations-Apparaturen wird über die Retentionszeit einer Aufschlämmung bei der Kristallisation (Volumen eines Kristallisationstanks) aufgrund der Materialbalance und der Kristallisations-Zeit entschieden, die für das Kristallwachstum notwendig ist (Verweilzeit der Kristalle), wenn über die Bedingungen der Kristallisation entschieden wird. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser oder die Verteilung der Partikeldurchmesser als Zielwert geändert wird, muss der neue Zielwert durch eine Änderung der Retentionszeit der Aufschlämmung während der Kristallisation innerhalb des Bereichs, den die Änderung des Flüssigkeitsspiegels im Kristallisationstank ermöglicht, oder durch Änderungen der Temperatur und des Drucks der Kristallisation erreicht werden. Natürlich ist der Bereich der Änderungen der obigen Bedingungen beschränkt.
Um die obige Beschränkung zu überwinden, wurden seit längerer Zeit unterschiedliche Versuche unternommen. Beispielsweise wird eine komplizierte Struktur im Inneren des Kristallisationstanks gebildet. Typische Beispiele für solche Strukturen schließen den Kristallisationstank vom Oslo-Typ (Crystal Oslo) und den Kristallisationstank vom Draft-Tube-Typ ein. Beispielsweise ist in einem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 6(1994)-226003 beschriebenen Verfahren ein ringförmiges Rohr mit zahlreichen Auslässen zum Durchblasen einer Flüssigkeit am unteren Ende eines äußeren Rohrs eines Draft-Tube-Typ vorgesehen, eine äußere Zirkulationsapparatur ist mit dem ringförmigen Rohr verbunden, und eine Lösung wird durch das ringförmige Rohr dem Kristallisationstank zugeführt.
Um Anhaften von Kristallen zu verhindern, werden lokale Maßnahmen in Bereichen ergriffen, in denen Kristalle anhaften und wachsen, wie im folgenden beschrieben.

1) Zur Unterdrückung des Anhaftens von Kristallen im Flüssigkeits-Oberflächenbereich einer Apparatur werden die Oberflächenbereiche durch verschiedene Polituren (Polieren (buffing) oder elektrolytisches Polieren) oder Beschichten mit einem die Anhaftung unterdrückenden Material (wie Beschichtung mit Teflon) behandelt.
2) Um der Flüssigkeit in der Nachbarschaft von Flüssigkeits-Oberflächenbereichen einer Apparatur mit einer Fähigkeit zur Verhinderung der Kristallbildung zu versehen, wird die Lösung in der Nachbarschaft von Flüssigkeits-Oberflächenbereichen der Apparatur ersetzt oder mit einer Lösung gewaschen, die eine niedrigere Konzentration als die Sättigung aufweist, erwärmt oder gekühlt.
3) Um das Wachstum von Kristallen zu verhindern, sogar wenn die Kristalle anhaften, werden die Kristalle mechanisch entfernt (durch Schabe-Blätter entfernt).

Beispielsweise wird in einem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 10(1998)-156103 beschriebenen Verfahren ein Lösungsmittel aus einer übersättigten Lösung unter reduziertem Druck abgedampft, die ein Rohmaterial zur Kristallisation enthält, während die Lösung von einem Rührer mit einem Rührschaft gerührt wird, das abgedampfte Lösungsmittel wird außerhalb des Kristallisationstanks kondensiert, und das kondensierte Lösungsmittel wird in den Gasphasenbereich des Kristallisationstanks eingesprüht, so dass Anhaftung von Kristallen im Gasphasenbereich des Kristallisationstanks verhindert wird.
Wie oben beschrieben, wurden verschiedene Versuche bei Kristallisationstanks unternommen, um die Verteilung der Partikeldurchmesser zu verbessern und das Anhaften von Kristallen an den Wänden zu verhindern. Im allgemeinen sind jedoch komplizierte Apparaturen erforderlich, und in den meisten Fällen werden keine praktischen Effekte erzielt. Beispielsweise muss in dem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 10(1998)-156103 beschriebenen Verfahren das durch das Verdampfen erhaltene Lösungsmittel in das Innere des Kristallisationstanks gesprüht werden. Die Konzentration des Materials im Kristallisationstank, das bereits konzentriert ist, wird erneut mit dem versprühten Lösungsmittel verdünnt, und die Effizienz des Konzentrierens nimmt ab. In dem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 6(1996)-226003 beschriebenen Verfahren ist ein kompliziertes Rohr mit Auslässen zum Einblasen einer Flüssigkeit erforderlich.
Das Dokument EP-A-0 299 597 offenbart ein Verfahren und eine Apparatur zur Entfernung von Tartraten oder ähnlichen Verunreinigungen. Ein Multi-Zyklon oder ein ähnlicher Typ Separator wird mit einem Kristallisationsgerät vom Typ „fast fall-slow rise"-Zirkulation auf eine Weise kombiniert, die eine kontinuierliche Reinigung ermöglicht, wobei eine kristallisierbare Substanz durch Animpfen der Flüssigkeit und Zirkulieren des Gemisches im Kristallisator extrahiert wird, und alle Kristalle, die mit dem Kristallisator-Abwasser überfließen, durch die Zyklon-Anordnung entfernt werden.
Das Dokument US-A-3 900 292 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Kristallen mit einer Größenverteilung innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verbesserung der Verteilung der Partikeldurchmesser und zur Verhinderung des Anhaftens von Kristallen an den Wänden in einfachen Verfahren ohne komplizierte Apparaturen.
Als Ergebnis umfangreicher Studien der Erfinder hinsichtlich des Kristallisations-Verfahrens und der Kristallisations-Apparaturen zur Lösung der obigen Aufgabe wurde gefunden, dass bei Durchführung der Kristallisation, während ein Teil oder die Gesamtmenge der gebildeten Aufschlämmung aus dem Kristallisationstank entnommen wird und in eine Kristallrückführungs-Apparatur eingeführt wird, die Kristalle in der Kristallrückführungs-Apparatur in der Aufschlämmung abgetrennt werden oder die Aufschlämmung konzentriert wird, und die abgetrennten Kristalle oder die konzentrierte Aufschlämmung in den Kristallisationstank zurückgeführt wird, die Verweilzeit von Kristallen im Kristallisationstank und die Konzentration der Aufschlämmung erhöht werden konnten, die Verteilung der Partikeldurchmesser verbessert wurde und Kristalle mit einem gewünschten mittleren Partikeldurchmesser erhalten werden konnten durch Kontrolle der Flussrate der zurückgeführten Kristalle, und dass Anhaften von Kristallen an den Flüssigkeits-Oberflächenbereichen im Kristallisationstank und den mit dem Kristallisationstank verbundenen Apparaturen verhindert werden konnte. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf diesem Wissen vervollständigt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kristallisations-Verfahren bereit, welches die in Anspruch 1 beschriebenen Verfahrensschritte, und eine Kristallisations-Apparaturen für ein Kristallisations-Verfahren, umfassend die in Anspruch 2 beschriebenen Komponenten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm, das das Prinzip der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt ein Flussdiagramm einer konventionellen Apparatur, bei der die Kristallisation durch sehr rasches Verdampfen (flashing) einer Aufschlämmung bei hoher Temperatur durchgeführt wird. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das den grundlegenden Fluss in der erfindungsgemäßen Kristallisations-Apparatur zeigt, welche die in 2 dargestellte Apparatur und eine Kristallrückführungs-Apparatur umfasst. 4 zeigt ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform der Kristallisations-Apparaturen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, welche zwei Kristallrückführungs-Apparaturen umfasst. 5 zeigt ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kristallisations-Apparaturen darstellt, bei der eine Portion einer aus dem Kristallisationstank entnommenen Aufschlämmung nicht in den Kristallisationstank zurückgeführt, sondern nach außen abgeführt wird.
Erläuterung der Markierungen
In den obigen Zeichnungen bedeutet V einen Kristallisationstank, R, R1 und R2 bedeutet jeweils eine Kristallrückführungs-Apparatur, PP bedeutet eine Pumpe, A bedeutet einen Rührer und C1 und C2 bedeuten jeweils ein Instrument zur Kontrolle der Flussrate wie ein Kontrollventil.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Der Typ des erfindungsgemäß verwendeten Kristallisationstanks ist nicht besonders beschränkt. Ein kontinuierlicher Kristallisationstank ist bevorzugt. Im allgemeinen wird die Gesamtmenge der im Kristallisationstank gebildeten Aufschlämmung durch eine Pumpe zur Entnahme der Kristalle in eine Kristallrückführungs-Apparatur eingeführt. Falls notwendig kann eine Portion der im Kristallisationstank gebildeten Aufschlämmung nach außen entnommen werden, ohne dass sie die Kristallrückführungs-Apparatur passiert.
Die Kristallrückführungs-Apparatur besteht entweder aus einer Apparatur zur Abtrennung von Kristallen, in der die Kristalle von der aus dem Kristallisationstank entnommenen Aufschlämmung abgetrennt werden, oder eine Apparatur zur Konzentration einer Aufschlämmung, in der die die Kristalle enthaltende und aus dem Kristallisationstank entnommene Aufschlämmung konzentriert wird, und eine Transfer-Apparatur, durch die die abgetrennten Kristalle oder die konzentrierte Aufschlämmung zum Zurückführen in den Kristallisationstank transferiert wird. Als Apparatur zur Abtrennung von Kristallen kann jede Apparatur verwendet werden, solange die Apparatur Kristalle von der Aufschlämmung abtrennen kann. Als Apparatur zur Konzentration einer Aufschlämmung kann jede Apparatur verwendet werden, solange die Apparatur die Aufschlämmung konzentrieren kann. Beispielsweise kann eine preiswerte übliche Apparatur wie ein Flüssigkeits-Zyklon, eine Gravitätsausfällungs-Apparatur und eine Zentrifugenausfällungs-Apparatur als Apparatur zur Konzentration einer Aufschlämmung verwendet werden.
Die Flussrate der im Kristallisationstank gebildeten und in die Kristallrückführungs-Apparatur eingeführten Aufschlämmung wird in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den physikalischen Eigenschaften des gelösten Stoffes wie der Löslichkeit und den physikalischen Eigenschaften der Aufschlämmung ausgewählt. Durch Anordnung der Kristallrückführungs-Apparatur und zur Rückführung der Kristalle in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Menge der Kristalle im Kristallisationstank erhöht werden, verglichen mit der Menge ohne Verwendung der Kristallrückführungs-Apparatur. Die Konzentration der Aufschlämmung ist einige bis einige 10 %, und es ist gelegentlich möglich, dass die Konzentration der Aufschlämmung größer ist als einige 10 %
Da die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank auf einen gewünschten Wert erhöht werden kann, werden Vorteile wie Verhinderung des Anhaftens der Kristalle an der Wandoberfläche des Kristallisationstanks gezeigt. Darüber hinaus können Substanzen, die nach üblichen Verfahren aufgrund einer nur geringen Änderung der Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur nicht leicht die durch Kristallisation abgetrennt werden, gelegentlich abgetrennt werden, oder Kühlwasser kann gelegentlich in einem Kristallisations-Verfahren verwendet werden, welches die Verwendung von Kühlwasser bisher nicht ermöglicht hatte.
Erfindungsgemäß ist im allgemeinen ein Kontrollventil oder ein Schraubenförderer vorgesehen, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit kontrolliert werden kann, und die Verteilung der Partikeldurchmesser kann geändert und Kristalle mit einem gewünschten Partikeldurchmesser können erhalten werden, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Kontrollventils oder des Schraubenförderers verändert wird, wenn die abgetrennten Kristalle oder die konzentrierte Aufschlämmung aus der Kristallrückführungs-Apparatur in den Kristallisationstank zurückgeführt wird. Kristalle mit einer hohen Qualität können durch dieses Verfahren erhalten werden. Darüber hinaus werden die Verfahren der Abtrennung von Kristallen und des Transfers der abgetrennten Kristalle im nächsten Schritt erleichtert, und die Effizienz der Verfahren kann verbessert werden.
Erfindungsgemäß ist es zur Erzielung eines ausreichenden Effekts der Verhinderung von Anhaften an der Wandoberfläche und der Verbesserung der Verteilung der Partikeldurchmesser wichtig, dass die Aufschlämmung im Kristallisationstank flüssig ist und ausreichend gemischt wird. Im allgemeinen wird ein Kristallisationstank verwendet, der im Inneren eine Röhre aufweist. Alternativ kann der Inhalt des Kristallisationstanks nicht durch Rühren fluidisiert, gerührt und gemischt werden, sondern durch andere Verfahren wie Zuführen der konzentrierten Aufschlämmung aus der Kristallrückführungs-Apparatur in den Kristallisationstank als Wirbelstrom oder sehr schnelles Verdampfen (flashen) einer Lösung des Rohmaterials in den Kristallisationstank bei hoher Temperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Bezug auf die Figuren im folgenden beschrieben. 1 zeigt ein Diagramm, das das Prinzip der vorliegenden Erfindung darstellt. In 1 wird ein Rohmaterial in den Kristallisationstank V durch eine Flussleitung T1 eingeführt. Kristalle werden im Kristallisationstank V gebildet. Die im Kristallisationstank gebildeten Kristalle werden als Aufschlämmung in eine Kristallrückführungs-Apparatur R durch Flussleitung T2 transferiert. Die in der Kristallrückführungs-Apparatur R abgetrennten Kristalle oder die in der Kristallrückführungs-Apparatur R konzentrierte Aufschlämmung wird durch die Flussleitung T4 in die Kristallisations-Apparatur V zurückgeführt. Portionen der als Rohmaterial eingeführten Kristalle und der in der Kristallisations-Apparatur gebildeten Kristalle fließen aus der Kristallrückführungs-Apparatur über Leitung T3 in solchen Mengen hinaus, dass der Gehalt der Kristalle in der Kristallrückführungs-Apparatur im Gleichgewicht gehalten wird. Die Konzentration der Aufschlämmung im Inneren der Kristallisations-Apparaturen V wird durch die zurückgeführten Kristalle erhöht.
Als Materialbalance der Kristalle ist die Summe der Flussrate S1 der Kristalle im durch Flussleitung T1 zugeführten Rohmaterial und die Menge pro Einheitszeit P der im Kristallisationstank V gebildeten und gewachsenen Kristalle gleich der Flussrate S3 der Kristalle, die über Flussleitung T3 entnommen werden. Wenn die Flussleitung der aus der Kristallrückführungs-Apparatur R in die Kristallisations-Apparaturen V zurückgeführten Kristalle durch S4 dargestellt wird, wird die Flussrate S2 der durch die Flussleitung T2 transferierten Kristalle (die Leitung von Kristallisationstank V zum Kristallrückführungstank R) durch (S3 + S4) ausgedrückt.
Wenn die Menge der im Inneren des Kristallisationstanks V in Abwesenheit des Flusses der Kristalle durch Flussleitung T4 gehaltenen Kristalle durch HO dargestellt wird, wird die Menge H1 der im Kristallisationstank V gehaltenen Aufschlämmung in Gegenwart des Flusses der Kristalle durch die Flussleitung T4 in einer Flussrate S4 erhalten als: H1 = H0 × (S4 + S3)/S3 = H0 × (S4 + P + S1)/(P + S1).
Wie oben gezeigt, wird die Verweilzeit der Kristalle im Kristallisationstank V in Gegenwart des Flusses in der Flussrate S4 durch den Faktor (H1/H0) von der Verweilzeit in Abwesenheit des Flusses in der Flussrate von S4 erhöht. Daher können Kristalle wachsen, und der mittlere Partikeldurchmesser kann erhöht werden.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer konventionellen Apparatur, mit der die Kristallisation durch rasches Verdampfen (Flashen) einer Aufschlämmung bei hoher Temperatur durchgeführt wird. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das den Basisfluss in der erfindungsgemäßen Kristallisations-Apparatur zeigt, welche die in 2 dargestellte Apparatur und eine Kristallrückführungs-Apparatur umfasst.
Im in 3 gezeigten Flussdiagramm wird eine Rohmaterial-Aufschlämmung bei hoher Temperatur in einen Kristallisationstank V durch Flussleitung T1 eingeführt. Ein Rührer A ist im Kristallisationstank V vorgesehen. Eine Aufschlämmung im Kristallisationstank V wird durch eine Pumpe PP über Flussleitung T2 entnommen. Die Gesamtmenge der Aufschlämmung wird in eine Kristallrückführungs-Apparatur R (ein Flüssigkeits-Zyklon oder eine ähnliche Apparatur) über Flussleitung T2 eingeführt und in eine verdünnte Aufschlämmung, die durch Leitung T3 transferiert wird, und eine konzentrierte Aufschlämmung, die durch Flussleitung T4 transferiert wird, aufgetrennt. Die Kristalle des Produktes werden als Aufschlämmung durch Flussleitung T3 entnommen. Die Flussleitung der in die Kristallisations-Apparatur zurückgeführten Kristalle wird durch ein Ventil zur Kontrolle der Flussrate kontrolliert, das in Flussleitung T4 vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß können verschiedene Verfahren zur Erhöhung des Konzentrationsgrads der Aufschlämmung und zur Verbesserung der Verteilung der Partikeldurchmesser verwendet werden. Beispielsweise können die Kristallrückführungs-Apparaturen in zwei Schritten eingesetzt werden, wie in 4 gezeigt, oder eine Portion der aus dem Kristallisationstank entnommenen Aufschlämmung kann aus dem System ohne Zurückführen in die Kristallrückführungs-Apparatur entnommen werden, wie in 5 gezeigt.
In üblichen Kristallisations-Apparaturen wird eine übersättigte Lösung in eine Kristallisations-Apparatur eingeführt, Kristalle werden unter Kühlen und Rühren gebildet, und eine die Kristalle enthaltende Aufschlämmung wird erhalten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Konzentration der Aufschlämmung in der Kristallisations-Apparatur durch Kombination der Kristallisations-Apparatur und der Kristallrückführungs-Apparatur erhöht. Als Ergebnis kann die Kristallisationsrate pro Einheitsmenge der Kristalle klein gehalten werden, und dichte und harte Kristalle mit einer hervorragenden Reinheit können erhalten werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Rate der Kristallisation pro Einheitsmenge der Kristalle klein gehalten werden, sogar wenn der Grad der Übersättigung der übersättigten Lösung, die in den Kristallisationstank zugeführt wird, groß gehalten wird, da die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank erhöht werden kann, und der Grad der Übersättigung der Lösung im Kristallisationstank kann klein gehalten werden. Daher kann Anhaften der Kristalle im Inneren des Kristallisationstanks unterdrückt oder verhindert werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können, wenn die Aufschlämmung im Kristallisationstank durch Rühren mit einem im Kristallisationstank vorgesehenen Rührer fluidisiert wird, an den Wandoberflächen im Inneren des Kristallisationstanks haftende Kristalle durch den Fluss der Aufschlämmung, welche eine hohe Konzentration aufweist, abgeschabt werden. So kann Anhaften der Kristalle im Inneren des Kristallisationstanks verhindert werden, oder das Wachstum der Kristalle kann unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß kann die Verweilzeit der Kristalle und die Verweilzeit der Mutterlauge im Kristallisationstank unabhängig durch die kombinierte Verwendung des Kristallisationstanks und der Kristallrückführungs-Apparatur kontrolliert werden. Daher kann der Partikeldurchmesser in der Aufschlämmung frei kontrolliert werden, und es können Kristalle mit einem gewünschten Partikeldurchmesser erhalten werden. Zur Kontrolle des Partikeldurchmessers wird ein Kontrollventil zur Kontrolle der Flussrate der Rückführung der konzentrierten Aufschlämmung verwendet, wenn eine Apparatur zum Konzentrieren einer Aufschlämmung als Kristallrückführungs-Apparatur eingesetzt wird, und es wird ein Schraubenförderer zur Kontrolle der Flussrate der Rückführung der Kristalle verwendet, wenn eine Apparatur zur Abtrennung von Kristallen als Kristallrückführungs-Apparatur eingesetzt wird.
Das Verfahren und die Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Prinzip für alle Materialien verwendet werden, solange die Kristallisation durchgeführt werden kann. Daher werden das Verfahren und die Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise in breiten gewerblichen Gebieten eingesetzt.
Bei der Anwendung des Verfahrens und der Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank durch kombinierte Verwendung der Kristallisations-Apparatur und der Kristallrückführungs-Apparatur erhöht werden, und die folgenden vorteilhaften Wirkungen werden gezeigt.

(1) Die Kristallisationsrate pro Einheitsmenge Kristalle kann auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, und dichte und harte Kristalle mit hoher Reinheit können erhalten werden.
(2) Die Kristallisationsrate pro Einheitsmenge der Kristalle kann auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, sogar wenn der Übersättigungsgrad der übersättigten Lösung, die dem Kristallisationstank zugeführt wird, bei einem großen Wert gehalten wird, und der Übersättigungsgrad der Lösung im Kristallisationstank kann auf einem kleinen Wert gehalten werden. Daher kann Anhaften von Kristallen im Inneren des Kristallisationstanks verhindert werden, und das Wachstum der Kristalle kann unterdrückt werden.
(3) Wenn die Aufschlämmung durch Rühren mit einem im Kristallisationstank vorgesehenen Rührer fluidisiert wird, können an der Wandoberfläche im inneren des Kristallisationstanks haftende Kristalle abgeschabt werden. Daher kann Anhaften von Kristallen im Inneren des Kristallisationstanks verhindert werden, und das Wachstum der Kristalle kann unterdrückt werden.
(4) Durch Verwendung der Kombination von Kristallisationstank und Kristallrückführungs-Apparatur und darüber hinaus durch Verwendung der Funktion der Kontrolle der Flussrate der zurückgeführten Kristalle kann die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, und die Verweilzeit der Kristalle und die Verweilzeit der Mutterlauge im Kristallisationstank kann unabhängig verändert werden. Als Ergebnis kann der Partikeldurchmesser der Kristalle je nach Wunsch eingestellt werden, und es können Kristalle mit einem gewünschten Partikeldurchmesser erhalten werden.
(5) Da, wie oben beschrieben, die physikalischen Eigenschaften (Dichte, Härte und Reinheit) der Kristalle, der Übersättigungsgrad der dem Kristallisationstank zugeführten übersättigten Lösung, die Anhaftung der Kristalle am Inneren des Kristallisationstanks und das Wachstum der anhaftenden Kristalle nach Wunsch kontrolliert werden können, können Kristalle mit hoher Qualität erhalten werden, und die Verfahren der Abtrennung und des Transfers der Kristalle nach der Kristallisation werden erleichtert.
(6) Da die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank erhöht werden kann, kann die Kristallisation unter Verwendung von Kühlwasser bei erhöhter Kristallisations-Temperatur durchgeführt werden, sogar wenn die Differenz der Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur so klein ist, dass durch Kristallisation erhaltene Kristalle kleine Durchmesser haben und mit üblichen Verfahren nicht abgetrennt werden können, oder sogar wenn Kühlen mit Wasser unmöglich ist, da der Kristallisationseffekt verschwindet, außer wenn die Kristallisations-Temperatur gesenkt wird.

Wie oben beschrieben kann durch kombinierte Verwendung des Kristallisationstanks und der Kristallrückführungs-Apparatur eine Verbesserung der Verteilung der Partikeldurchmesser und eine Verhinderung des Anhaftens von Kristallen an den Wandoberflächen mit einfachen Verfahren, ohne Verwendung komplizierter Apparaturen, erzielt werden. Daher sind das Verfahren und die Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung gewerblich vorteilhaft.
Die vorliegende Erfindung wird genauer unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Unter Verwendung der in 3 gezeigten Kristallisations-Apparaturen wurde die Kristallisation von Pyromellithsäure aus einer Lösung von roher Pyromellithsäure durchgeführt. Ein Flüssigkeits-Zyklon wurde als Kristallrückführungs-Apparatur verwendet, und ein Kontrollventil wurde zur Kontrolle der Flussrate der Rückführung der konzentrierten Aufschlämmung eingesetzt. Eine Rohmateriallösung (eine Lösung von roher Pyromellithsäure), enthaltend die Kristall-Komponente (Pyromellithsäure) bei hoher Temperatur, wurde durch sehr schnelles Verdampfen in eine in 3 gezeigte Apparatur bei hoher Temperatur verdampft, und eine konzentrierte Aufschlämmung wurde aus der Kristallrückführungs-Apparatur in den Kristallisationstank bei einer Flussrate zurückgeführt, die das 0,3fache der Flussrate der aus dem Kristallisationstank entnommenen Aufschlämmung betrug. Als Ergebnis war der mittlere Partikeldurchmesser der Kristalle 80 μm, und die Fähigkeit der Apparatur zur Abtrennung von Kristallen wurde verbessert.
Vergleichsbeispiel 1
Dasselbe Verfahren wie das in Beispiel 1 durchgeführte wurde durchgeführt mit der Ausnahme, dass die aus dem Kristallisationstank entnommenen Kristalle nicht der Kristallrückführungs-Apparatur (dem Flüssigkeits-Zyklon) zugeführt wurden, und die Aufschlämmung in der Kristallisations-Apparaturen wurde ohne Rückführung aus dem System entnommen. Als Ergebnis war der mittlere Partikeldurchmesser der Kristalle etwa 50 μm.

Claims

Kristallisationsverfahren, umfassend die folgenden Schritte: (i) Einführung einer Lösung oder Aufschlämmung, die durch unvollständige Kristallisation einer gelösten Substanz gebildet wurde, in einen Kristallisationstank (V); (ii) Kristallisieren der gelösten Substanz im Kristallisationstank (V), wobei eine Kristalle und ein Lösungsmittel umfassende Aufschlämmung gebildet wird; (iii) Entnehmen der gebildeten Aufschlämmung vom Boden des Kristallisationstanks (V); (iv) Einführung der entnommenen Aufschlämmung in eine Kristall-Rückführungs-Apparatur (R); (v) Konzentrieren der Aufschlämmung in der Kristall-Rückgewinnungs-Apparatur (R); (vi) Zurückführen der konzentrierten Aufschlämmung in den mittleren oder oberen Bereich des Kristallisationstanks (V) and (vii) Mischen der konzentrierten Aufschlämmung mit der Lösung oder Aufschlämmung, die durch unvollständiges Kristallisieren der gelösten Substanz im Kristallisationstank (V) gebildet wurde, wobei die Kristallisation durchgeführt wird, während die Verweilzeit der Kristalle und die Konzentration der Aufschlämmung im Kristallisationstank (V) durch Kontrolle der Flussrate der konzentrierten Aufschlämmung kontrolliert werden, die von der Kristall-Rückführungs-Apparatur (R) in den Kristallisationstank (V) zurückgeführt wird.
Kristallisationsapparatur für ein Kristallisationsverfahren, wobei die Kristallisationsapparatur die folgenden Komponenten umfasst: (1) einen Kristallisationstank (V) mit einer Mischapparatur, wobei der Kristallisationstank (V) einen Bodenauslass für die Aufschlämmung, einen Einlass im mittleren oder oberen Bereich für die Rohmaterialaufschlämmung umfasst, (2) eine Kristall-Rückführungs-Apparatur (R) zum Konzentrieren der gebildeten Aufschlämmung, die vom Boden des Kristallisationtanks (V) entnommen wurde, und zum Rückführen der konzentrierten Aufschlämmung in den mittleren oder oberen Bereich des Kristallisationstanks (V), und (3) eine Apparatur zur Kontrolle der Flussrate der abgetrennten Kristalle oder der konzentrierten Aufschlämmung, die aus der Kristall-Rückführungs-Apparatur (R) in den Kristallisationstank (V) zurückgeführt wird.
Kristallisationsapparatur nach Anspruch 2, wobei die Kristall-Rückführungs-Apparatur (V) eine Apparatur zur Abtrennung von Kristallen ist.
Kristallisationsapparatur nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Kristall-Rückführungs-Apparatur eine Apparatur zum Konzentrieren einer Aufschlämmung ist.
Kristallisationsapparatur nach Anspruch 4, wobei die Apparatur zum Konzentrieren einer Aufschlämmung ein Flüssigkeitszyklon ist.
Kristallisationsapparatur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, der mindestens zwei in Reihe geschaltete Kristall-Rückführungs-Apparaturen (R) umfasst und eine Funktion der Rückführung der abgetrennten Kristalle oder der konzentrierten Aufschlämmung aus jeder Kristall-Rückführungs-Apparatur (R) in den Kristallisationstank (V) aufweist.