DD284367A7 - Verfahren zur regulierung der granulometrischen zusammensetzung von kristallisaten aus reaktionskristallisatoren, insbesondere kaliumsulfat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regulierung der granulometrischen Zusammensetzung von Kristallisaten aus Reaktionskristallisatoren, insbesondere bei der Kaliumsulfatherstellung durch doppelte Umsetzung. Ziel und Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kristallisation bei der Konversion von Salzen in kontinuierlich betriebenen Kristallisationsreaktoren so zu gestalten, dasz die granulometrische Zusammensetzung des entstehenden Kristallisates durch ein enges Kornband charakterisiert wird. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz alternierend der Feststoffgehalt im Kristallbett des Reaktionskristallisators auf 500-600 g/l abgesenkt und anschlieszend wieder auf 700 g/l erhoeht wird, indem in einer ersten Zyklusphase eine groeszere Masse Kristallisat abgefuehrt wird als durch die Reaktion neu entsteht und danach in einer zweiten Zyklusphase eine geringere, als durch Reaktion neu gebildete Kristallmasse abgezogen wird, bis der Maximalwert des Feststoffgehaltes wieder erreicht ist.{Verfahren; Kristallisat; Kaliumsulfat; granulometrische Zusammensetzung; Reaktionskristallisatoren; doppelte Umsetzung; Kristallbett; Feststoffgehalt}

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Beeinflussung der Kristallisatzusammensetzung in kontinuierlichen Reaktionskristallisatoren in einem regelbaren Umfang durch Steuerung der Bildung aufwachsungsfahiger Kornfraktionen im Reaktionskristallisator selbst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch periodische Veränderung des Feststoffgehaltes im Kristallbett des Reaktionskristallisators gelöst. Überraschend wurde gefunden, daß das „Schwingen" der Kristallisatkörnung aufhört, wenn der Feststoffgehalt im Kristallbett des Kristallisationsreaktors in einem Bereich unterhalb eines kritischen Wertes, der bei etwa 400-550 g/l liegt, abgesenkt wird. Allerdings entsteht bei dieser niedrigen Kristallbettdichte nicht nur ein insgesamt feinkörnigeres Produkt, auch die Umsetzungsleistung des Reaktors sinkt auf niedrigere Werte ab. Es wurde weiterhin gefunden, daß durch eine zeitlich begrenzte Absenkung des Feststoffgehaltes im Kristallbett des Reaktionskristallisators auf 500-600g/l kurzzeitig Bedingungen erhöhter Keimbildung geschaffen werden können und anschließend durch Erhöhung des Feststoffgehaltes im Kristallbett, diese Feinkornfraktionen durch Aufwachsen infolge fast ausschließlichem Kornwachstum vergröbert werden können. Dadurch entsteht erfindungsgemäß in regelbarem Umfang durch gesteuerte Keimbildung so viel aufwachsungsfähiges Feinkorn, wie zur Ausbildung einer mengenmäßig dominierenden Mittelkornfraktion erforderlich ist. Durch die gesteuerte Erzeugung von Feinanteilen kann es nicht zur völligen Verarmung des Kristallbettes an wachstumsfähigen Fraktionen und ebenso nicht zu einer spontanen lawinenartigen Keimbildung kommen. Ebenso wird dem Entstehen unerwünscht grober Körnungen dadurch vorgebeugt, daß in den Phasen der Absenkung des Feststoffgehaltes im Kristall bett die Kristallmasse im Reaktor stark abgesenkt und damit eine Entfernung der Grobfraktionen vorgenommen wird. Die Erfindung ist sowohl mit einem Reaktionskristallisator als auch mit mehreren parallel geschalteten Reaktoren leicht ausführbar. Bei einem einzelnen Reaktor wird z. B. nach einer Zeitsteuerung aus dem Kristallbett des Reaktors für eine bestimmte Zeit eine größere Masse Kristallisat abgeführt, als durch die Reaktion neu entsteht. Damit sinkt der Feststoffgehalt im Kristallisator ab, bis der untere Grenzwert erreicht ist. Danach wird die Kristallisatausfuhr gestoppt oder gedrosselt, so daß weniger Kristallisat ausgetragen wird als neu entsteht, wodurch der Feststoffgehalt im Kristall bett wieder ansteigt, bis der obere Grenzwert erreicht ist. Sowohl durch Wahl der Zeitintervalle als auch durch Wahl von oberem und unterem Grenzwert des Feststoffgehaltes im Kristallbett läßt sich die Keimbildung und dadurch die Kristallisatkörnung in weiten Grenzen steuern. Die Schwankungen des Massenaustrages an Kristallisat, welche mit der Realisierung der Erfindung zwangsläufig verbunden sind, lassen sich durch einen Suspensionsstapel zwischen Reaktor und Filter oder durch entsprechende Kapazitätsreserven des Filters überbrücken. Die periodischen Veränderungen des Feststoffgehaltes lassen sich erfindungsgemäß auch dadurch hierbeiführen, daß Dosierpausen bei der Zuführung der umzusetzenden Stoffe angewendet werden, in denen der Kristallisatabzug unverändert bleibt. Dadurch erfolgt ein Kristallisataustrag auf Kosten der Kristallbettdichte mit Absenkung des Feststoffgehaltes. Bei erneuter Beaufschlagung tritt eine Erhöhung der Kristallbettdichte wieder ein.

Besonders elegant läßt sich die Erfindung realisieren, wenn mehrere parallel geschaltete Reaktoren in Betrieb sind. In diesem Fall wird der Kristallisatabzug der Einzelreaktoren nach einem Zeitprogramm so verändert, daß vermehrter Abzug eines Reaktors durch verminderten Abzug der übrigen Reaktoren ausgeglichen wird, wodurch jeder Reaktionskristallisator nacheinander die Phasen des Anstieges und des Absinkens der Kristallbettdichte durchläuft. Insgesamt bleibt die Menge des abgezogenen Kristallisates je Zeiteinheit dabei konstant

Die Erfindung wird nachfolgend durch zwei Beispiele näher erläutert.

Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiel 1

(Hierzu Figur 1)

In einem Reaktionskristallisator 1 mit einem Kristallbettvolumen von 100 m³ werden nach bekannten Verfahren 8t/h Kaliumsulfat (etwa 50% K₂O) hergestellt. Dazu werden als feste Reaktionskomponenten Kaliumchlorid und Schönit und als flüssiges Umsetzungsmedium Wasser oder ^SGvLösung zugeführt. Das bei der Umsetzung im Kristallbett des Reaktors entstehende Kaliumsulfat wird am Bodenabzug als Suspension, deren Feststoffgehalt mit dem des Kristallbettes im Reaktor identisch ist, abgezogen. Die restliche Menge Umsetzungslösung, welche nicht mit der Kristallisatsuspension ausgetragen wird, fließt über den Überlauf in geklärter Form ab. Die restliche Menge Umsetzungslösung, welche nicht mit der Kristallisatsuspension ausgetragen wird, fließt über den Überlauf in geklärter Form ab.

Im Anfangszustand beträgt der Feststoffgehalt 800g/l. Im Verlaufe von 2 Stunden wird der Feststoffgehalt auf 500g/l abgesenkt, wozu 46t Kaliumsulfat in Suspensionsform über den Bodenabzug entfernt werden. Dazu wird über eine Zeitsteuerung der Querschnitt des Bodenablasses 3 erhöht. Danach wird der Bodenabzug geschlossen, und nach etwa 4 Stunden ist der Feststoffgehalt von 800g/l wieder erreicht, und es beginnt ein neuer Zyklus. Zur Vergleichmäßigung der Kristallisatabtrennung wird zwischen Reaktor und Filter ein Suspensionsstapelgefäß 2 geschaltet, welches sowohl die Mengenschwankungen als auch die Qualitätsschwankungen ausgleicht und noch als zusätzlicher Reaktionsraum dient.

Durch Veränderung der Zyklusdauer und der Zeitintervalle für die Phasen eines Zyklusses sowie der Einstellung der Feststoffgehaltsdifferenzen im Kristallbett im Verlauf eines Zyklusses läßt sich der granulometrische Aufbau des Kaliumsulfatkristallisates beeinflussen.

Ausführungsbeispiel 2

Im Reaktionskristallisator gemäß Beispiel 1 werden im Mittel 8t/h Kaliumsulfat hergestellt und abgezogen. Durch Einschaltung von Dosierpausen mit einem Anteil von 25 bis 30 Prozent an der Betriebszeit werden aufeinanderfolgende Phasen von Absenkung des Feststoffgehaltes in den Dosierpausen und nachfolgendem Wiederaufbau des Feststoffgehaltes realisiert.

Ausführungsbeispiel 3

(Hierzu Figur 2)

In einer Batterie von 3 parallel geschalteten Reaktoren 1.1. bis 1.3. mit je 50 m³ Kristallbettvolumen werden nach bekannten Verfahren durch kontinuierliche Umsetzung der erforderlichen Mengen an Natriumsulfat, Kaliumchlorid und Wasser oder Umsetzungsmedium (Sulfatmutterlauge) je Reaktor 10t/h Glaserit gebildet. Reaktor 1.1. hat am Beginn eines Zyklus einen Feststoffgehalt im Kristallbett von 700 g/l, Reaktor 1.2. von 650g/l und Reaktor 1.3. von 600 g/l. Im Verlauf einer Stunde werden durch Erhöhung des Ablaßquerschnittes des Bodenablassers 3.1. aus Reaktor 1.1. 15t Kristallisat abgezogen, wodurch der Gehalt auf 600g/l im Kristallbett absinkt. Der Abzug 3.2. und 3.3. der Reaktoren 1.2. und 1.3. wird so eingestellt, daß etwa 7,5t/h Kristallisat abgezogen werden. Dadurch erreicht Reaktor 1.2. nach 1 Stunde 700g/l Feststoff im Kristallbett (Reaktor 1.3. liegt jetzt bei 650g/l) und wird nun auf 15t/h Kristallisatabzug umgestellt, während aus den Reaktoren 1.1. und 1.3. 7,5t/h Kristallisat abgezogen werden. Nach jeweils 3 Stunden beginnt für jeden der drei Reaktoren ein neuer Zyklus mit vorübergehender Verminderung des Feststoffgehaltes im Kristallbett. Durch Veränderung der Zyklusdauer und der Konzentrationsunterschiede an Feststoff im Kristallbett im Verlauf eines Zyklus läßt sich die Keimbildung und das Kristallwachstum beeinflussen und in die gewünschte granulometrische Kristallisatqualität steuern. Durch die gegeneinander um je ein Drittel der Zyklusdauer versetzte Veränderung der Größe des Kristallisatabzuges der Reaktoren 1.1. bis 1.3. bleibt in Summe der Kristallisatabzug der Reaktorbatterie gleich. Die Veränderung der Ablaßquerschnitte der Bodenablässe 3.1. bis 3.2. erfolgt wiederum über eine Zeitsteuerung. Die Suspension aus den Reaktoren 1.1. bis 1.3. kann in einem Gefäß 2 aufgefangen und vergleichmäßigt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regulierung dergranulometrischen Zusammensetzung von durch doppelte Umsetzung in Reaktionskristallisatoren gebildeten Kristallisaten, insbesondere Kaliumsulfat, gekennzeichnet dadurch, daß der Feststoffgehalt im Kristallbett des Reaktionskristallisators periodisch verändert wird in der Weise, daß er alternierend erst in bekannter Weise zur Kristallvergrößerung auf > 700g/l erhöht und dann zur Erreichung erhöhter Keimbildung auf 500 bis 600g/l abgesenkt wird, wobei die Veränderung der Kristallbettdichte durch Erhöhung oderVerringerung des Kristallabzuges oderdurch Dosieränderungen bei konstantem Kristallisatabzug erreicht wird.

   Hierzu
2. 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der granulometrischen Zusammensetzung von Kristallisaten aus Reaktionskristallisatoren, insbesondere Kaliumsulfat. Die Erfindung ist anwendbar zur Hersteilung von Kristallisaten mit ausgewogener granulometrischer Zusammensetzung mit hohem Anteil der mittleren Körnungsfraktionen von 0,1 bis 0,3 mm. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Kaliumsulfatkristallisation in kontinuierlich arbeitenden Reaktionskristallisatoren aus den Ausgangsstoffen Kaliumchlorid, Schönit und einem Umsetzungsmedium, aber auch die Herstellung und Zersetzung von Glaserit (3K₂SO₄ · Na₂SO₄).

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Die Erzeugung von Kristallisaten in kontinuierlich arbeitenden Reaktionskristallisatoren nach dem Herstellungsprinzip der doppelten Umsetzung (Konversion) von reziproken Salzpaaren nach der allgemeinen Gleichung

   AB + CD ?± AD + CB

   ist die Grundlage technischer Herstellungsprozesse anorganischer Salze wie Kaliumsulfat, Glaserit und Natriumsulfat. Zur technischen Durchführung der Konversionsreaktion werden die festen Reaktionskomponenten als filterfeuchte Kristallisate oder in Suspensionsform mit der erforderlichen Menge eines Umsetzungsmediums (Wasser oder eine geeignete Salzlösung) vermischt. Bei diskontinuierlicher Herstellungsweise wird das Umsetzungsmedium vorgelegt, die beiden festen Reaktionskomponenten gleichzeitig oder nacheinander zugegeben und nach dem unter Rühren erfolgten Umsetzungsvorgang das Kristallisat-Lösungsgemisch aus dem Reaktor abgelassen und durch Filtration getrennt. Die auf diese Weise erzielbaren Kristallisate sind sehr feinkörnig.

   Bei kontinuierlicher Reaktionsdurchführung in einer Rührkesselkaskade, beispielsweise gemäß DD-WP 103633, sind die Kristallisate hinsichtlich ihrer granulometrischen Zusammensetzung ebenfalls unbefriedigend. Nach DD-WP 212724 ist ein Herstellungsverfahren für Kaliumsulfat durch doppelte Umsetzung bekannt, welches die Umsetzung der Reaktionskomponenten in Rührreaktoren kontinuierlich bei Vorliegen eines Kristallbettes mit einem hohen Feststoffgehalt und einem Überschuß der Reaktionskomponenten mit anschließender Entfernung derselben in einer besonderen Reinigungsstufe vornimmt. Nach diesem Verfahren erzeugtes Kaliumsulfat ist viel grobkörniger als üblicherweise erzeugtes Kristallisat, jedoch haftet diesem Verfahren der Nachteil an, daß nach und nach die erzeugten Kristallisate immer grobkörniger werden, dabei der gesamte Reaktorinhalt an aufwachsungsfähigem Feinkorn verarmt und daraufhin spontan eine lawinenartige Neubildung von Keimen eintritt, welche die Ursache für einen zeitweise unzulässig hohen Feinanteil im Endprodukt bilden. Es gibt bei dieser Art der Reaktionsdurchführung keine zeitliche Konstanz der granulometrischen Produktzusammensetzung, sondern einander abwechselnde Phasen der Bildung sehr feiner und sehr grober Kristallisate in Form regelrechter „Schwingungen". Dieser Mangel kann nach DD-WP 262135 für Kaliumsulfat dadurch behoben werden, daß in regelbarem Umfang Teile des Reaktionsgemisches in einer besonderen, dem eigentlichen Herstellungsprozeß vorgeschalteten Prozeßstufe umgesetzt werden und das dabei gebildete Feinkorn den nachgeschalteten Kristallisationsreaktoren zusammen mit den Reaktionskomponenten zugeführt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem zusätzlichen Aufwand einer besonderen dem Prozeß der Konversionsreaktion vorgeschalteten Prozeßstufe.

   Außerdem ist dieses Verfahren an das Stoffsystem Schönit-Kaliumsulfatgebunden und bei anderen Konversionsreaktionen, wie der Glaseritherstellung aus Natriumsulfat oder der Glaseritzersetzung zu Kaliumsulfat nicht oder nur mit Schwierigkeiten anwendbar.

   Ziel der Erfindung

   Es ist das Ziel der Erfindung, bei der Herstellung von Kristallisaten durch Konversion von Salzen in kontinuierlich betriebenen Kristallisationsreaktoren die granulometrische Zusammensetzung des gebildeten Kristallisates im Prozeß selbst zu beeinflussen, ohne der eigentlichen Umsetzung eine zusätzliche Prozeßstufe vorzuschalten.