DD144754A1 - Verfahren zur kristallisation aus uebersaettigten salzloesungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen, die bei der Kalirohsalzverarbeitung entstehen und insbesondere durch Kühlen zur Kaliurachlorid-Werkstoffgewinnung, der Herstellung von-hochprozentigen und grobkörnigen Kalidüngesalzen dienen. Die Erfindung hat das Ziel, den nachteiligen operativen Kläraufwand zu vermeiden, WertstoffVerluste und Qualitätsminderungen auszuschließen und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen für die spezifischen Besonderheiten von großen Abkühlgeschwindigkeiten geeigneten Kristallisator mit außenliegenden 'Kühlsystemen anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination verschiedener Wirkprinzipien gelöst, indem einmal Rieselfilmkühler, Tropfkühler, Kältekompressionsanlagen zur Abkühlung von Lösungen bei gleichzeitiger Erzeugung von Übersättigungen und zum anderen Rührgefäße, ümlaufkristallisatoren zum Abbau von Übersättigungen bei gleichzeitigem Erzeugen von groben Körnungen verwendet werden. Anwendungsgebiet in der Kalirohsalz verarbeitenden Industrie. 11 Seiten

Description

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a) Titel der Erfindung

Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen, die bei der Kalisalzverarbeitung entstehen und insbesondere durch Kühlen zur EGl-Wertstoffgewinnung, der Herstellung von hochprozentigen und grobkörnigen Kalidüngesalzen dienen·

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Kühlung mittels Rieselfilmkühler ( Kleinstkühltürme, Tropfkühler ), Kältekompressionsanlagen und der Brüdenkompression sind bekannt und entsprechen dem" gegenwärtigen Stand der Technik· Diesem Kühlverfahren haftet der Nachteil an, daß sich infolge von hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten Übersättigungen einstellen, wobei die tlbersättigungsgrade von KCl 8 - 1o % betragen« Den in Anwendung befindlichen Verfahren fehlt die Voraussetzung für einen gelenkten und schnellen übersättigungsabbau· Als Folge davon entsteht ein sehr feinkörniges Produkt, welches mit zahlreichen Nachteilen bei der Weiterverarbeitung behaftet ist·

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Weiterhin entstehen starke Verkrustungen in nachgeschalteten technologischen Einrichtungen und Wertstoff Verluste mit dem Endlaugenabsto3· Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei der nachfolgenden mechanischen Flüssigkeitsabtrennung, der mit dieser Technologie gewonnenen Produkte· Den Kühleraggregaten werden in der Praxis große Klärflächen nachgeschaltet, um das feinkörnig ausgeschiedene Salz von der abgekühlten Lösung zu trennen und weiterzuverarbeiten· Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit dieser Kühlverfahren gemindert· Sowohl bei der Kühlung als auch bei der nachfolgenden Feststoff -Flüssigkeitstrennung in Kläreinrichtungen wie Dorr eindickern, Klärteichen und Klärkästen werden auf Grund der Durchsatzverhältnisse die Bedingungen einer gelenkten Kristallisation und des schnellen Ubersättigungsabbaues nicht berücksichtigt·

Hervorzuheben ist auch, daß die aus den übersättigten Lösungen abgeschiedenen Kristalle zu einer physikalischen Qualitätsverschlechterung führen, insbesondere . was ihre Neigung zum Stauben anbelangt·

d) Ziel der Erfindung >

Die Erfindung hat das Ziel, den nachteiligen hohen apparativen Kläraufwand zu vermeiden, Wertstoffverluste und Qialitätsminderungen auszuschließen und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen für die spezifischen Besonderheiten von großen Abkühlgeschwindigkeiten geeigneten Kristallisator mit außenliegenden Kühlsy steine η anzugeben·

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Kombination verschiedener Wirkprinzipien gelöst s

a) Wirkprinzip Λ ( Rieself iljnkühler, Tropfkühler, Eältekompressionsanlagen, Brüdenkompression ) zur Abkühlung von Lösungen bei gleichzeitiger Erzeugung von Übersättigungen

b) Wirkprinzip 2 ( Rührgefäße, Umlaufkristallisatoren u.a. ) zum Abbau von ÜberSättigungen bei gleichzeitigem Erzeugen von groben Körnungen.

Derartige XJmlaufkristgllisatoren sind bereits für die Herstellung von grobkörnigem Kaliumchlorid und Kaliumsulfat beschrieben·

Din die Übersättigungen unter Kornwachstum gelenkt abzubauen, muß im Kristallisator ein längerer Aufenthalt der wachsenden Kristalle gewährleistet werden, der durch einen inneren und/oder einen äußeren Suspensionskreislauf erfolgen soll.

Der Umlaufkristallisator besteht aus einem oben konischen und unten zylindrischen Apparateteil. Einbauten ermöglichen eine genaue Abgrenzung der Klär- und Zirkulationszone im Apparat. In einem Leitrohr, welches sich in der Mitte des Apparates befindet, arbeitet eine Einrichtung zur Flüssigkeitsumwälzung. Das Arbeitsprinsip des Kristallisators besteht darin, daß durch das System Zentralrohr/Fördereinrichtung mit einer bestimmten Pumpencharakteristik ein ständiger Suspensione- bzw. Flüssigkeitsumlauf innerhalb des Eeaktionsgefäßes erzeugt wird. Die übersättigte Lösung durchströmt das Zentralrohr von oben nach unten und durch die Sogwirkung tritt eine ständige Vermischung mit dem großen Lösungsvolumen ein, daß sich im übrigen Eaum des Eristallisators befindet. Dadurch wird die Übersättigung soweit vermindert, daß eine Überschreitung der metastabilen Zone eingeschränkt bzw. verhindert wird, was ein Herabsetzen der spontanen Massenkeimbildung bedeute Die Durebmischung der Lösung des Apparatevolumens mit der übersättigten Lösung kann durch die Umwälzungsgeschwindiglceit im Leitrohr gesteuert werden. Der Abbau

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der Übersättigung erfolgt nach Austritt aus dem Leitrohr, wo ein Kristallbett hoher Festst.offkonzentration ausgebildet wird. In diesem Kristallbett wird die Übersättigung unter Wachstum der Kristalle abgebaut. Kleine und wachstumsfähige Kristallkeime werden durch die Sogwirkung der Fördereinrichtung erneut ins Leitrohr gefördert und erreichen höhere Verweilzeiten.

Die Effekte des inneren Suspensionskreislaufes sind die

' . ' ·'. ·'

Einhaltung der Übersättigung im Bereich der metastabilen Zone,

Kr-istallwachstum durch Übersättigungsabbau in Gegenwart einer hohen Feststoffkonzentration und eine Verweilzeitverlängerung·

Sie werden erfindungsgemäß durch Bypaßfahrweise mit eignem äußeren Suspensionskreislauf in ihrer Wirksamkeit positiv beeinflußt. Da eine örtliche türennung zwischen Kühlsystemen und dem Kristallisator vorhanden ist, werden den stark übersättigten Lösungen nach dem Verlassen der Kühleinrichtungen Saat- bzw» Impfkristalle zugeführt. Dadurch wird zum Zeitpunkt der stärksten Übersättigung die Lösung mit wachstumsfähigen Kristallkeimen versorgt und die Verweilzeit des Kristallisates in diesen Lösungen entsprechend erhöht· Auf diese Weise wird die Keimbildung auf ein Minimum herabgesetzt und das wachsende Kristallisat wird genügend oft mit der übersättigten Lösung in Berührung gebracht. Dadurch wird ein relativ schnelles Wachstum der Kristalle unter Abbau der Lösungsübersättigung erreicht. .

Erfindungsgemäß wird die Bypaßfahrweise mit dem äußeren Suspensionskreislaüf dadurch erreicht, daß im unteren konischen Apparateteil ein Suspensionsstrom abgepumpt wird, welcher über eine Umlaufleitung mit der gekühlten und übersättigten Lösung dem Leitrohr und damit der Zirkulationssone des inneren Kreislaufes zugeführt

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wird· Der Suspensionsstrom kann entweder ausschließlich zu dem. genannten Zweck aus dem Kristallisator in den Kreislauf geführt werden oder aus anderen Zwischenprodukten des Verarbeitungsprozesses stammen.

Die überschüssige, geklärte und übersättigungsfreie Lösung verläßt den Kristallisator über einenüberlauf·

Mit dem IMIaufkristallisator wird ein ziemlich grobkörniges und gleichmäßiges Produkt erhalten, welches in dem Konus des Kristallisationsgefäßes absinkt, von wo es kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen wird·

Die Effekte des inneren und/oder äußeren Sljspensionskreislaufes können erfindungsgemäß auch in geeigneten anderen Einrichtungen verwirklicht werden·

Die Erfindung bezieht sich' weiterhin darauf, daß das an und für sich bekannte Verfahren der Deckkristallisation durch die weiter oben bereits beschriebene Wirkprinzipienkombination verbessert werden kann·

So ist es sum Beispiel möglich, daß zum Decken eine bei höheren Temperaturen gesättigte KGl-Lösung verwendet wird·. ( vorzugsweise 3o° C )· Diese gesättigte Lösung ist vor der Zuführung zum Deckkristallisator über Apparate nach if/irkprinzip 1 ( Kühlung und Erzeugung übersättigter Lösungen ) zu leiten, wobei eine definierte Übersättigung der Lösung erreicht wird· Damit wird im Deckkristailisator oder anderen Apparaten nach Wirkprinzip 2 ( siehe oben ) das Angebot an kristallisierbaren KDl erhöht und dadurch ein größeres und härteres Kristallkorn erzeugt·

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen und an Hand der beifolgenden Zeichnung näher erläutert·

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f) Ausführungsbeispiel 1

1oo mr Endlösung aus einem Heißlösebetrieb der Kaliindustrie mit einer Temperatur von 3o° C und einer chemischen Zusammensetzung von 56 g EC1/1_f 291 g MgGl₂A, 17 g MgSO^/1 und 4o g NaCl/i werden durch einen Ventilatorkühlturm 1 mit hoher Abkühlgeschwindigkeit auf 2o°C abgekühlt· Bei diesem Ibkühlvorgang kristallisieren primär 4oo kg feinkörniger EOl aus· Diese Suspension 2 wird unmittelbar darauf einem Kristallisator zur gelenkten Kristallisation zugeführt· Die im "Ventilatorkühlturm 1 erzeugten metastabilen Übersättigungen werden dabei abgebaut, wobei weitere 6oo kg Salz auskristallisieren· 5 Die im Kristallisator auskristallisierende Salzmenge 5 führt zu einer Kornvergröberung der primär erzeugten Kristalle·

Ausführungsbeispiel 2

1oo m^ Endlösung aus der Kaliindustrie mit einer Temperatur von 28° C und einer chemischen Zusammensetzung von 5o° KD1/1, 3o8 g MgCl₂/l, 13 g MgSO₄/! und 34 g NaCl/1 werden in einem Ventilatorkühlturm 1 mit hoher Abkühlgeschwindigkeit auf 2o° C abgekühlt· Dabei kristallisieren 3oo kg Salz in feiner Körnung aus· Sie werden wie in Beispiel 1 einem Umlaufkristallisator 3 zugeführt, wobei in diesem unter Salzausfall in Höhe von 5oo kg die bestehende metastabile Übersättigung abgebaut wird. Parallel zum inneren Umlauf im Kristallisator wird ein äußerer Kreislauf betrieben, hierzu werden 1oo nr Salztrübe aus dem Kristallisator 4 entnommen und unmittelbar nach Austritt der metastabilen Salzlösung aus dem Ventilatorkühlturm 1 dieser zugesetzt und mit ihr vermischt. Hierdurch wird die Bildung weiterer Kristallkeime auf dem Wege zwischen Ventilatorkühlturm und Kristallisator vermieden· Das Er-

gebnis ist ein vergröbertes Salz· 5

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Ausführungsbeispiel 3

685 t Salz, bestehend aus einem Gemisch von 78 % ECl und 22 % NaCl werden in einem Umlaufdeckkristallisator 3 in einer Lösung von der chemischen Zusammensetzung 1o4 g EC1/1_f 2o8 g NaCl/1 und 5© g MgCl₂A suspendiert· 2 Zur auflösung des NaCl wird dem Kristallisator eine KCl-Lösung zugeführt, die eine Temperatur von 3o°C besitzt und die 325 g KCl/1 enthält· Diese Lösung wird unmittelbar vor dem Eintritt in den Deckkristallisator durch einen Yentilatorkühlturm 1 auf 2o g abgekühlt· Die dabei entstehende metastabile Lösung erhöht den Anteil an kristallisierfähigen KCl im Kristallisator. Im Ergebnis entstehen 855 * grobkörniges Kaliumchlorid· 5 Es tritt eine Kornvergroberung bezogen auf den mittleren Durchmesser um 7o % ein·

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen bei gleichzeitiger Erzeugung τοη groben Kristallen,dadurch gekennzeichnet, daß in Apparaturen mit hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten sich Übersättigungen einstellen und diese Übersättigungen in einem unmittelbar nachgeschalteten Apparat, insbesondere zur gelenkten Kristallisation, abgebaut werden.
2. 2. Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen bei gleichzeitiger Erzeugung von groben Kristallen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Apparate zum Abbau der Übersättigung verwendet werden, die das Rührprinzip und/ oder das Umlaufprinzip 3 verwirklichen.
3. 3. Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen bei gleichzeitiger Erzeugung von groben Kristallen,nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Verweilzeit dadurch erhöht wird, daß ein Teilstrom der Suspension 4 über eine Bypaßleitung aus dem Apparat herausgeführt wird und zusammen mit der übersättigten Lösung wieder in den Apparat zurückgeführt wird.
4. 4. Verfahren zur Kristallisation aus übersättigten Salzlösungen bei gleichzeitiger Erzeugung von groben Kristallen nach Punkt 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen und gesicherten Abbau der Übersättigungen gemeinsam mit der übersättigten lösung Impfkristalle dem Prozeß des Übersättigungsabbaus zugeführt werden.

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   definierten einer KCl-Ubersättigung' durchläuft.

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