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Verfahren zur Gewinnung von Konzentraten aus Lösungen Zusatz zum Patent
900209
Durch das Hauptpatent ist ein Verfahren zur Gewinnung von Konzentraten aus
Lösungen geschützt, bei dem die zu konzentrierende Lösung durch einen Erstarrungsvorgang
(Gefriervorgang) in ein Gemisch von festen, aus dem Lösungsmittel entstandenen Kristallen
und flüssigem Konzentrat der gelösten Stoffe übergeführt wird und das Konzentrat
durch Einführen einer geeigneten Verdrängungsflüssigkeit in das Gemisch aus den
Zwischenräumen zwischen den Kristallen verdrängt wird. Dieses Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß zwecks kontinuierlicher Gewinnung des Konzentrats die Verdrängungsflüssigkeit
im Gegenstrom durch den in fortschreitender Bewegung befindlichen Kristallbrei geführt
wird und das Konzentrat an der Stelle, an der die Konzentratzone sich bildet, abgenommen
wird. Bei der Durchführung dieses Verfahrens hat sich gezeigt, daß die Verteilung
des Stromes der Verdrängungsflüssigkeit über den Querschnitt des mit dem Kristall-Konzentrat-Gemisch
gefüllten Behälters, z. B. eines Rohres, unter bestimmten ungünstigen Umständen
nicht so gleichmäßig ist, daß alles oder fast alles an dem Kristallkörper haftende
Konzentrat von der Verdrängungsflüssigkeit ausgeschieden wird.
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Eine ungleichmäßige Verteilung des Stromes der Verdrängungsflüssigkeit
hat sich vor allem dann ge-
zeigt, wenn die NVandungstemperatur
des das Kristall-Konzentrat-Gemisch (die Füllung) enthaltenden Behälters, insbesondere
eines rohrförmigen Behälters, eine verhältnismäßig höhere Temperatur als die Füllung
aufweist. Die Verdrängungsflüssigkeit zeigt in solchen Fällen das Bestreben, durch
die Randzone zwischen der Füllung und der Behälterwand zu fließen.
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Dieser Vorgang soll unter Hinweis auf die Fig. 1 a und 1 b der Zeichnung
erläutert werden.
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Fig. 1 a zeigt schematisch den Verlauf eines Stromfadens der Verdrängungsflüssigkeit
(durch den Pfeil angedeutet) durch den Kern der Füllung. Der Stromfaden sucht sich
einen Weg durch die unregelmäßig gelagerten Kristalle des Lösungsmittels. Die Kanten
der Kristalle bilden für den Stromfaden einen Kanal mit großer Reibung, so daß der
Stromfaden einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand überwinden muß. Zwischen
der Füllung und der Wand (s. Fig. Ib) steht dem Stromfaden dagegen ein Kanal von
verhältnismäßig geringem Strömungswiderstand zur Verfügung. Die gegenüber der Füllung
höhere Wandtemperatur läßt die Kristalle in der Nähe der Wand schmelzen, so daß
ein etwas breiterer Kanal zur Verfügung steht, der einerseits von der glatten, einen
geringen Strömungswiderstand aufweisenden Behälterwand und andererseits von den
unregelmäßig gelagerten Kristallen begrenzt wird.
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Diese durch die erhöhte Wandtemperatur bedingte Randgängigkeit hat
zur Folge, daß der Kern der Füllung nur teilweise von Verdrängungsflüssigkeit durchströmt
wird und in diesem Bereich »Konzentratnester stehenbleiben. Es wurde deshalb in
dem Hauptpatent 900 209 schon vorgeschlagen, die Behälterwand zu isolieren, damit
die Wandtemperatur des Behälters sich allmählich der Temperatur der Füllung anpaßt.
Jedoch muß dann bei Beginn des Konzentrationsverfahrens ein Verlust an zu konzentrierender
Flüssigkeit in Kauf genommen werden, weil die im Kern verbliebenen »Konzentratnester«
mit dem Kristallbrei abgeführt werden.
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Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Kühlung für die
Behälterwand vorzusehen. Bei systematischen Versuchen mit einer Apparatur, deren
Behälterwand gekühlt wurde, wurde gefunden, daß optimale Verhältnisse, d. h. eine
praktisch gleichmäßige Verteilung des Stromes der Verdrängungsflüssigkeit über dem
ganzen Querschnitt der Füllung, bei einer Wandtemperatur erreicht werden, die einige
Grade, vorzugsweise 2 bis 3"C, unter der Temperatur der Füllung liegt.
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Fig. 1 c veranschaulicht die Strömungsverhältnisse an einer unterkühlten
Behältenvand. Die Kristalle sind dicht an der Behältenvand gelagert und bilden für
den durch den Pfeil angedeuteten Stromfaden der Verdrängungsflüssigkeit einen Kanal
von etwa gleichem Strömungswiderstand wie ein Strömungskanal im Kern der Füllung
(s. Fig. 1 a).
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung als Ausschnitt einen Schnitt
durch einen mit Kristall-Konzentrat-Gemisch gefüllten Behälter, dessen Wand von
einem Kühlmantel umgeben ist und die durchlaufende Sole gegenüber der Füllung unterkühlt
wird. Durch die strichpunktierte Linie A-B wird der Temperaturverlauf graphisch
wiedergegeben. Bei dem in der Darstellung gewählten Beispiel beträgt die Temperatur
des Kristall-Konzentrat-Gemisches -150C. Die zur Kühlung verwendete Sole hat eine
Temperatur von -I8"C. Infolgedessen verläuft die Temperatur in der Randzone des
Kristall-Konzentrat-Gemisches von -I5"C auf -I8"C abfallend, während sie in dem
Kühlmantel und in der unmittelbaren Nähe desselben verhältnismäßig steil auf die
Raumtemperatur von i20°C ansteigt.
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Zur Kühlung der Behälterwand können bekannte Mittel dienen, z. B.
kann die Behältenvand so ummantelt sein, daß ein Hohlraum (wie in Fig. 2 dargestellt)
entsteht, der z. B. mittels eines Kühlmediums gekühlt wird. Es ist auch möglich,
ein Kältemittel im Hohlraum des Mantels verdampfen zu lassen.
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In der Literatur, so z. B. E. Perl: Chemie-Ingenieur-Technik, 1935,
5. I95; Perry, »Chemical Engineers Handbook«, I950, S. In64, und Bell, )>American
Petroleum Refining«, 1945, 5. 329 und 33I, werden ebenfalls Einrichtungen beschrieben,
die auf Temperaturen gebracht werden, die einige Grade tiefer als die ihres Inhaltes
liegen. In diesen Fällen ist aber das Verfahrensziel ein grundsätzlich anderes,
denn dort wird ein flüssig eingeführter Stoff kristallisiert. Demgegenüber wird
beim vorliegenden Verfahren der Stoff bereits kristallisiert in die Apparatur eingeleitet.
Die zusätzliche Kühlung dieses Stoffes erfolgt nur im Gebiet einer im Verhältnis
zum Durchmesser der Einrichtung kleinen Randzone und bleibt ohne thermischen Einfluß
auf die Hauptmenge des Inhaltes. Die vorliegende Erfindung bezweckt also keine Aggregatszustandsänderung
des ganzen Behälterinhaltes, sondern allein die Vermeidung der vorstehend beschriebenen
Randgängigkeit und erfüllt damit die wichtige Aufgabe, den Ablauf des im Hauptpatent
goo 209 beschriebenen, nicht vorveröffentlichten Verfahrens sicherzustellen.
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Eine ungleichmäßige Verteilung des Stromes der Verdrängungsflüssigkeit
tritt auch dann ein, wenn die Wandung des das Kristall-Konzentrat-Gemisch enthaltenden
Behälters eine merklich niedrigere Temperatur aufweist als die Füllung. Dieser Fall
liegt vor, wenn die Erstarrungstemperatur der Verdrängungsflüssigkeit bzw. des Lösungsmittels
verhältnismäßig hoch liegt oder wenn die Temperatur des Raumes, in dem die Apparatur
aufgestellt ist, außerordentlich niedrig liegt. Die Stromfäden der Verdrängungsflüssigkeit
nehmen dann ihren Weg hauptsächlich durch den Kern der Füllung, während infolge
der Wärmeabfuhr durch die Behälterwand an der Randzone eine sehr dichte Lagerung
der Kristalle eintritt, so daß in der Randzone »Konzentratnester« bleiben.
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Es kann dann von einer »Mittelgängigkeit+< gesprochen werden. Um
diese Erscheinung zu unterbinden, muß an Stelle einer Kühlung der Behälterwand eine
geringe Erhöhung ihrer Temperatur vorgenommen werden.
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Diese Erwärmung kann nach Beendigung des Konzeutrationsvorganges
vorteilhaft auch dazu benutzt werden, die Entleerung des Behälters zu erleichtern.
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Zu diesem Zweck wird durch Einschaltung bzw.
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Steigerung der Erwärmung die Randzone der Füllung aufgeschmolzen,
um diese nach Öffnen des Ver-
schlusses des Apparates durch Herausfallenlassen
bei senkrecht angeordnetem Behälter oder Ausschieben bei waagerecht angeordnetem
Behälter zu entfernen.
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Die Kühlung bzw. Erwärmung der Behälterwand kann in gleicher Weise
bei Apparaten, in denen Kristall-Konzentrat-Gemische bewegt werden, wie auch bei
Apparaten, in denen das Kristall-Konzentrat-Gemisch relativ zum Behälter stillsteht,
angewendet werden.
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PATENTANSPRSCHE I. Verfahren zur Gewinnung von Konzentraten aus Lösungen,
bei dem die zu konzentrierende Lösung durch Erstarrungsvorgänge, z. B. Gefrieren,
in ein Gemisch von festen, aus dem Lösungsmittel gebildeten Kristallen und flüssigem
Konzentrat übergeführt wird und das Konzentrat durch Einpressen einer Verdrängungsflüssigkeit
im Gegenstrom durch den in fortschreitender Bewegung befindlichen Kristallbrei von
den Kristallen getrennt wird, nach Patent 900 209, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandung des vorzugsweise rohrförmigen Behälters, in dem der kontinuierliche Verdrängungsvorgang
durchgeführt wird, auf einer Temperatur gehalten wird, die in der Nähe der Erstarrungstemperatur
des Lösungsmittels bzw. der Verdrängungsflüssigkeit liegt, vorzugsweise etwa 2 bis
3"C unter der Erstarrungstemperatur des Lösungsmittels bzw. der Verdrängungsflüssigkeit.