CS238956B1

CS238956B1 - Vacuum evaporating crystallizer

Info

Publication number: CS238956B1
Application number: CS828579A
Authority: CS
Inventors: Stefan Kulla; Helena Vallova; Otakar Soehnel; Vladimir Hodek
Original assignee: Stefan Kulla; Helena Vallova; Otakar Soehnel; Vladimir Hodek
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1985-12-16
Also published as: CS857982A1

Abstract

Cílem řešení bylo vyvinout konstrukci krystalizátoru s dlouhodobým provozem. Tato podmínka se splní tak, že válcovité těleso krystalizátoru se opatří vnitřní vestavbou ve tvaru souose umístěného válce. Do této vestavby se zespodu zaústí přívod čerstvého roztoku a do horní poloviny vestavby se zaústí přívod nosného plynu. Nosný plyn napomáhá cirkulaci suspenze. Krystalizátor je vhodný zejména pro separaci kaprolaktamu z trichloretylénu.The aim of the solution was to develop a structure long-term crystallizer. This condition is fulfilled by being cylindrical the crystallizer body is provided internally built-in cylinder. This builds in from below supply fresh solution and into upper half the built-in device will open the carrier supply gas. The carrier gas facilitates the circulation of the suspension. The crystallizer is particularly suitable for separating caprolactam from trichlorethylene.

Description

(54)(54)

Vakuový odpařovaci krystalizátorVacuum evaporating crystallizer

Cílem řešení bylo vyvinout konstrukci krystalizátoru s dlouhodobým provozem. Tato podmínka se splní tak, že válcovité těleso krystalizátoru se opatří vnitřní vestavbou ve tvaru souose umístěného válce. Do této vestavby se zespodu zaústí přívod čerstvého roztoku a do horní poloviny vestavby se zaústí přívod nosného plynu. Nosný plyn napomáhá cirkulaci suspenze. Krystalizátor je vhodný zejména pro separaci kaprolaktamu z trichloretylénu.The aim of the solution was to develop a crystallizer construction with a long-term operation. This condition is fulfilled by providing the cylindrical body of the crystallizer with an internal installation in the form of a coaxially positioned cylinder. A fresh solution inlet is connected from below to the inlet and a carrier gas inlet into the upper half of the inlet. The carrier gas helps to circulate the suspension. The crystallizer is particularly suitable for separating caprolactam from trichlorethylene.

238 956 (11) (Bl>238 956 (11)

(51) Int Cl?(51) Int Cl?

B Ol D 9/00 sB Ol D 9/00 p

♦ 7♦ 7

238 956238 956

Vynález se týká vakuového odpařovacího krystalizátoru s cirkulací suspenze·The present invention relates to a vacuum evaporator crystallizer with slurry circulation.

Vakuové odpařovací krystalizátory s cirkulací suspenze v celém objemu krystalizátoru patří v současnosti mezi nejprogresivnější zařízení sloužící k vylučování pevných látek z jejich roztoků.Vacuum evaporator crystallizers with slurry circulation throughout the crystallizer volume are currently among the most progressive devices used to separate solids from their solutions.

Cílem každého konstrukčního řešení krystalizačního září zení je zabezpečit dlouhodobý bezporuchový provoz, výrobu krystalického produktu o poměrně úzkém granulometrickém složení s průměrnou velikostí zrna obvykle nad 1 mm při vysokém měrném výkonu krystalizačního zařízení.The aim of each design of the crystallization apparatus is to ensure long-term trouble-free operation, the production of a crystalline product of relatively narrow granulometric composition with an average grain size usually above 1 mm at a high specific power of the crystallization apparatus.

Splnit uvedené cíle je náročný úkol. Moderní krystalizá tory musí totiž úspěšně řešit řadu víceméně protichůdných po žadavků spojených s průběhem procesu krystalizace jako je doMeeting these goals is a challenging task. Modern crystallizers must successfully solve a number of more or less conflicting requirements associated with the process of crystallization

238 958 sáhování potřebného přesycení roztoku, zvládnutí tvorby krystálizačniho zárodků, potlačení tendence pevné látky vylučovat se na stěnách zařízení a zabezpečení výroby rovnoměrného a hrubozraného produktu·238 958 reaching the necessary supersaturation of the solution, managing the formation of crystallization nuclei, suppressing the tendency of solids to precipitate on the walls of the equipment and ensuring the production of a uniform and coarse-grained product ·

U moderních kryetalizačních zařízení jsou výše uvedené požadavky řešeny používáním aparátů s nákladnou úpravou vnitřního povrchu se složitou konstrukcí zabezpečující separaci přebytečné části drobných krystalů a klasifikaci odváděného produktu· Krystalizátory jsou vybavovány výkonnými čerpadly nebo míchadly s vysokou spotřebou energie a případně jsou zařazovány do okruhu cirkulace suspenze tepelné výměníky·In modern crystallization plants, the above-mentioned requirements are solved by the use of apparatuses with costly internal surface treatment with a complex structure ensuring separation of excess part of small crystals and classification of the product discharged · Crystallizers are equipped with powerful pumps or stirrers with high energy consumption. heat exchangers ·

Známé typy vakuových odpařovacích krystdizátorů jsou proto konstrukčně značně složitými zařízeními s vysokými nároky na materiálové provedení, vysokou spotřebou energie, značně citlivé na výkyvy technologických parametrů a poměrně náročné na obsluhu· Přes ekonomickou, energetickou a konstrukční náročnost je z důvodů inkrustací vnitřního povrchu a mechanických poruch omezen kontinuální provoz těchto zařízení na 1 až 3 měsíce· Stejně tak omezený je i rozsah použití těchto krystalizátorů v těch nologické praxi· Nelze je použít ke zpracování roztoků o vysoké viskozitě a v případech vysoké závislosti bodu varu roz toku na obsahu látky v roztoku·The known types of vacuum evaporative crystallisers are therefore very structurally complex devices with high demands on material design, high energy consumption, very sensitive to fluctuations of technological parameters and relatively labor intensive · Despite the economic, energy and construction demands due to internal surface incrustations and mechanical failures continuous operation of these devices is limited to 1 to 3 months · Equally limited is the scope of use of these crystallisers in the nological practice · They cannot be used to process solutions of high viscosity and in cases of high dependence of boiling point on the substance content in the solution ·

Podstatně výhodnějším se jeví vakuový odpařovací krysta lizátor s cirkulací suspenze podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen vertikální válcovou nádobou s vnitřní souosou válcovou vestavbou, do kteréA vacuum evaporating crystallizer with suspension circulation according to the present invention appears to be substantially more advantageous in that it consists of a vertical cylindrical vessel with an internal coaxial cylindrical installation into which

236 956 je zaústěn přívod pracovního roztoku a ve kterém jsou prostředky pro přívod a rozptýlení nosného plynu, přičemž vertikální válcová nádoba je opatřena hrdlem pro odvod plynná fáze, hrdlem pro odvod suspenze vyrobeného krystalu a hrdlem pro odvod ěásti matečného roztoku s tím, že funkce obou hrdel je zaměnitelná v závislosti od toho, zda specifická hmotnost krystalů je nižší nebo vyšší než specifická hmotnost matečného roztoku a na svém povrchu je vertikální válcová nádoba opatřena prostředky na temperaci. Vakuový odpařovací krystalizátor s vnitřní vestavbou ve tvaru souose umístěného válce má plochu průřezu rovnu 0,05 až 0,9, s výhodou 0,5 násobku plochy průřezu vertikální válcové nádoby, přičemž horní hrana vnitřní souosé válcové vestavby je uspořádána 0,2 až 2 m, s výhodou 1,2 m pod úrovni hrdla pro odvod suspenze vyrobeného krystalu a prostředky pro rozptýlení nosného plynu vyúsťují nejméně 0,2 m pod úrovni horní hrany vnitřní souosé válcové vestavby. Prostředky na temperaci jsou po výšce vertikální válcové nádoby krystalizátoru rozděleny na samostatně regulovatelné sekce.236 956, there is an inlet for the working solution and in which there are means for supplying and dispersing the carrier gas, wherein the vertical cylindrical vessel is equipped with a gas phase outlet, a crystal suspension outlet and a mother liquor outlet. The neck portions are interchangeable depending on whether the specific gravity of the crystals is lower or higher than the specific gravity of the mother liquor and on its surface the vertical cylindrical vessel is provided with means for tempering. The coaxial cylindrical vacuum evaporator crystallizer having a coaxially positioned cylinder has a cross-sectional area of 0.05 to 0.9, preferably 0.5 times the cross-sectional area of a vertical cylindrical vessel, the upper edge of the inner coaxial cylindrical shell being 0.2 to 2 m preferably 1.2 m below the level of the neck of the produced crystal suspension and the means for dispersing the carrier gas result at least 0.2 m below the upper edge of the inner concentric cylindrical installation. The means for tempering are divided into individually adjustable sections along the height of the vertical cylindrical vessel of the crystallizer.

Protože krystalizátor podle vynálezu neobsahuje žádné mechanicky pohyblivé součástky, je potlačena možnost sekundární nukleace, takže odpadá nutnost náročného konstrukčního řešení separace nadbytečné části drobných krystalů.Since the crystallizer according to the invention does not contain any mechanically movable components, the possibility of secondary nucleation is suppressed, so that there is no need for a sophisticated structural solution for separating the excess portion of the small crystals.

Ukončením horní hrany vestavby cca 1,2 m pod hladinou suspenze v krystalizátoru, volbou plochy jeho průřezu oproti celkové ploše přůřezu krystalizátoru v poměru cca 1:2, účel ným zaústěním vstupu nenasyceného pracovního roztoku do spodní části vnitřní vestavby krystalizátoru a konstrukčním zabez pečením míšení vstupního pracovního roztoku a cirkulující sus penzí, například uvedením vstupního pracovního roztoku do rotace nebo jeho míšení s cirkulující suspenzí pomocí difuzoru, se zabezpečí v krystalizátoru vytvoření prostoru, ve kttrém1.2 m below the suspension surface in the crystallizer, by selecting the cross-sectional area over the total cross-sectional area of the crystallizer in a ratio of approx. 1: 2, purposefully opening the unsaturated working solution inlet to the bottom of the internal crystallizer and ensuring the mixing of the working solution and the circulating sus pension, for example by rotating the inlet working solution or mixing it with the circulating suspension by means of a diffuser, it is ensured in the crystallizer to create a space in which

238 958 dochází k rozpouštění části krystalů. To jednak vede k další eliminaci některých z už vytvořených krystalických zárodků a jednak to ovlivňuje tvar vyráběného krystalu· Jeho tvar se blíží k izometrickému, tzv. zakulacenému s optimálními fyzikálně-mechánickými vlastnostmi.238 958 dissolves some of the crystals. This, on the one hand, leads to further elimination of some of the already formed crystalline nuclei and, on the other hand, it affects the shape of the crystal produced. · Its shape is close to isometric, so-called rounded, with optimum physico-mechanical properties.

Měněním hloubky ponoru ústí prostředku pro rozptylování nosného plynu umožňuje měnit intenzitu cirkulace suspenze a to energeticky mimořádně nenáročným způsobem, který využívá přirozeného proudění látek o rozdílné zdánlivé specifické hmotnosti. Přívod, jemně rozptýleného nosného plynu do celého průřezu vnitřní vestavby krystalizátoru zabezpečuje kromě toho vytvoření mimořádně velkého styčného povrchu plynné a kapalné fáze, což významně zvyšuje intenzitu a účinnost odpařování těkavých složek přítomných v roztoku suspenze. Tato skutečnost způsobuje vytváření přesyceného roztoku ve velkém objemu hmoty suspenze, čímž je výrazně potlačena tendence pevné látky vylučovat se na stěnách zařízení a na aktivních teplosměnných plochách v podobě inkrustací.By varying the immersion depth of the carrier gas scattering device, it enables to vary the intensity of the suspension circulation in an extremely energy-efficient manner that utilizes the natural flow of substances of different apparent specific gravity. In addition, the supply of finely divided carrier gas to the entire cross-section of the internal crystallizer build-up ensures the formation of an extremely large interface between the gaseous and liquid phases, which significantly increases the intensity and efficiency of evaporation of volatile components present in the suspension solution. This causes the formation of a supersaturated solution in a large volume of the slurry mass, thereby greatly suppressing the tendency of the solid to precipitate in the form of incrustations on the walls of the apparatus and on the active heat transfer surfaces.

Aby se odstranil vnější zdroj inkrustací na stěnách vlastního tělesa krystalizátoru nežádoucím přestupem tepla přes vlastní stěnu krystalizátoru, navrhuje se opatřit válcový povrch krystalizátoru prostředkami temperace, například elektrickými ohřevnými pásy, případně teplosměnnými hady, duplikovými plášti atd. Protože se jinak chová ta část povrchu krystalizátoru, která je ve styku se suspenzí než ta část, která je ve styku s plynnou fází, navrhuje se rozčlenit prostředky temperace do samostatných částí po výšce telesa krystalizátoru. Podle zpracovávaného materiálu a podle ročních období je nutno jednou chladit, jindy zase ohřívat.In order to remove the external source of incrustations on the walls of the crystallizer body itself by undesirably transferring heat through the crystallizer wall itself, it is proposed to provide the cylindrical surface of the crystallizer with tempering means such as electric heating strips or heat exchangers, which is in contact with the suspension than that in contact with the gas phase, it is proposed to divide the means of tempering into separate parts along the height of the crystallizer body. Depending on the material to be processed and the seasons, it is necessary to cool once, sometimes to heat again.

238 9S8238 9S8

Je pochopitelné, že konstrukční detaily krystalizátoru podle vynálezu se liší podle toho jaká látka je zpracovávána. Tak například v případě výroby krystalů o specifické hmotnosti nižší než je specifická hmotnost matečného roztoku, slouží k odvodu suspenze vyrobeného krystalu hrdlo, otvor, resp. přepad umístěný nad horní hranou vnitřní vestavby, zatímco při výrobě krystalů o specifické hmotnosti vyšší než je specifická hmotnost matečného roztoku slouží totéž hrdlo k odvodu části matečného roztoku, zatímco odtahu suspenze vyrobeného krystalu slouží výstupní otvor u dna krystalizátoru. Tento otvor v předchozí variantě sloužil k odtahu části matečného roztoku.It will be understood that the construction details of the crystallizer of the invention vary depending on the substance being treated. For example, in the case of the production of crystals of a specific gravity lower than the specific gravity of the mother liquor, the throat, aperture, respectively, serves to drain the suspension of the produced crystal. an overflow located above the upper edge of the internal installation, while in the manufacture of crystals of a specific weight higher than the specific weight of the mother liquor, the same throat serves to drain a portion of the mother liquor, This opening in the previous variant served to extract a portion of the mother liquor.

Vakuový odpařovací krystalizátor podle vynálezu je možno použít k úspěšné krystalizaci celého řadu organických i anorganických látek jako je například β-kaprolaktam z jeho roztoku v trichlaEtylenu, benzenu, toulenu i vody. Lze ho rovněž použít k řešení problémů krystalizace spojené s chemickou reakcí jako například k výrobě krystalického síranu amonného z kyselých síranových louhů odpadajících při výrobě metylmetakrylátu nebo z kyséliny laktamsírové.The vacuum evaporator crystallizer of the present invention can be used to successfully crystallize a variety of organic and inorganic materials such as β-caprolactam from its solution in trichlorethylene, benzene, toluene, and water. It can also be used to solve crystallization problems associated with chemical reactions such as the production of crystalline ammonium sulphate from the acid sulphate liquors leaving off in the production of methyl methacrylate or from lactamsulphuric acid.

Vakuový odpařovací krystalizátor podle vynálezu lze rovněž použít na separaci pevných látek z roztoků o vysoké viskozitě a i v případech zpracování látek se značnou závislostí bodu varu roztoku na obsahu látky v roztoku·The vacuum evaporative crystallizer according to the invention can also be used for separating solids from solutions of high viscosity and even in cases of treatment of substances with a considerable dependence of the boiling point of the solution on the content of the substance in the solution.

Na přiloženém obrázku je schematicky znázorněn vakuový odpařovací krystalizátor podle vynálezu, který je v dalším popsán spolu s objasněním jeho funkce.The attached figure shows schematically a vacuum evaporative crystallizer according to the invention, which is described below together with an explanation of its function.

Vnějěí pláší i vakuového odpařovacího krystalizátoru je navržen jako válcová stojatá nádoba s klenutými dny a s vnitřníThe outer casing and vacuum evaporator crystallizer is designed as a cylindrical upright container with arched bottoms and

23S 956 souosou válcovou vestavbou 2, která rozděluje příčný průřez krystalizátoru na dvě samostatné části, u dna a u hladiny vzájemně propojené k umožnění cirkulace suspenze. Vnitřní souosá válcová vestavba 2 je opřena o dno vnějšího pláště 1 nosnými patkami £ a její poloha je vzhledem k vnějšímu plášti 1 zajištěna po výšce několika radiálními výztuhami 10.23S 956 is a coaxial cylindrical insert 2 which divides the cross-section of the crystallizer into two separate parts, at the bottom and at the level interconnected to allow circulation of the suspension. The inner coaxial cylindrical installation 2 is supported on the bottom of the outer shell 1 by the supporting feet 4 and its position is secured with respect to the outer shell 1 by a height of several radial stiffeners 10.

Čerstvý nenasycený roztok je přiváděn do spodní části vnitřní souosé válcové vestavby 2 vstupním hrdlem 4» ^u kterého dochází k promisení čerstvého nenasyceného roztoku s cirkulující suspenzí, resp. kde dochází k rozpouštění částí krystalka tím k pozitivnímu ovlivňování tvaru vyráběného krystalu.The fresh unsaturated solution is fed to the lower part of the inner coaxial cylindrical installation 2 through the inlet throat 4, ⁱⁿ which the fresh unsaturated solution is mixed with the circulating suspension, respectively. where parts of the crystal are dissolved thereby positively affecting the shape of the crystal produced.

Nosný plyn je prostředkem 2 P^r0 rozptýlení nosného plynu, tj. systémem plošně uspořádaných soustředných kružnic vytvořených z jemně děrovaných trubek, přiváděn do horní části vnitřní souosé válcové vestavby 2. Jemným rozptýlením nosného, resp. inertního plynu po celém průřezu vnitřní souosé válcové vestavby 2 se vytvoří velký styčný povrch pro Č^>ar rozpouštědla a současně se snížením zdánlivé měrné hmotnosti rozptýleným plynem vytvoří hnací síla cirkulace suspenze. Nosný plyn je spolu s odpařeným rozpouštědlem odváděn z krystalizátoru hrdlem 6. Vakuový odpařovací krystalizátor je dále opatřen hrdlem £ pro odvod produkční suspenze a hrdlem 2 P^roodvod části matečného roztoku.The carrier gas is a means of two P ^r0 dispersion carrier gas, i.e. running flat arranged in concentric circles made of finely perforated pipes, fed to the upper part of the inner concentric cylindrical internals uniformly distributing the second carrier, respectively. % of inert gas along the entire cross-section of the inner coaxial cylindrical assembly 2 creates a large contact surface for the solvent and, while reducing the apparent specific gravity of the dispersed gas, creates the driving force of the suspension circulation. The carrier gas along with the vaporized solvent is discharged from the crystallizer the neck 6. The vacuum evaporating crystalliser is further provided with a spout for discharging £ slurry production and the neck 2 P ^ro outlet portion of the mother liquor.

Vnější pláší 1 krystalizátoru je opatřen prostředky 8 na temperaci, tj. teplosměnné hady, které jsou po výšce rozděleny na samostatně regulovatelné sekce.The outer casing 1 of the crystallizer is provided with tempering means 8, i.e., heat exchange snakes, which are divided in height into separately adjustable sections.

Tak například vakuový odpařovací krystalizátor podle vynálezu pro krystalizací 4850 kg/h kaprolaktamu z trichlorety7For example, a vacuum evaporative crystallizer according to the invention for crystallizing 4850 kg / h of caprolactam from trichloroethane7.

238 956 lénu, by mel mít průměr vnějšího pláště 3000 mm, celkovou výšku 17000 mm, pracovní objem 100 m , optimální pracovní teplotu 25 až 35 °C, pracovní tlak 6 kPa, konstrukční materiál: 17 348, nosný plyn: dusík v množství 20 Nm^/h·238 956 flax should have an outer shell diameter of 3000 mm, a total height of 17000 mm, a working volume of 100 m, an optimum working temperature of 25 to 35 ° C, a working pressure of 6 kPa, construction material: 17,348, carrier gas: nitrogen 20 Nm ^ / h ·

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

238 9S8

Vacuum evaporative crystallizer with slurry circulation, characterized in that it consists of a vertical cylindrical vessel with an internal coaxial cylindrical installation (2) into which the working solution is supplied and in which means (3) for supplying and dispersing the carrier gas are provided, the vertical cylindrical vessel has a throat odvod), a throat (5) for the suspension of the produced crystals or part of the mother liquor and a throat (7) for the removal of part of the mother liquor or for the suspension of the produced crystals. a vertical cylindrical vessel provided with means (8) for tempering.

2. A vacuum evaporator crystallizer according to claim 1, characterized in that the internal installation in the form of a coaxially positioned cylinder has a cross-sectional area of 0.05 to 0.9, preferably 0.5 times the cross-sectional area of the vertical cylindrical vessel. of the installation (2) is arranged 0.2 to 2 m, preferably 1.2 m below the level of the neck (5) for draining the produced crystal and the means (3) for dispersing the carrier gas exit at least 0.2 m below the upper edge inner coaxial cylindrical extensions (2),

Vacuum evaporator crystallizer according to claim 1, characterized in that the tempering means (8) are divided into individually adjustable sections along the height of the vertical cylindrical vessel.