DE10036881A1 - Verfahren zur Regelung einer Waschkolonne in einem Schmelzkristallisationsprozess und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Waschkolonne in einem Schmelzkristallisationsprozess und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß leitet man in einer Mutterlauge suspendierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz kontinuierlich in eine Waschkolonne, in der sich ein Kristallbett aus Kristallen der zu reinigenden Substanz ausbildet. Ein Teil der Kristalle wird aufgeschmolzen und als Waschflüssigkeit durch das Kristallbett geleitet. Im Kristallbett bildet sich eine sogenannte Waschfront aus. Während üblicherweise die spezifische Waschflüssigkeitsmenge durch Regelung der Lage der Waschfront im Kristallbett eingestellt wird, schlägt die Erfindung vor, die Waschflüssigkeitsmenge kontinuierlich in Abhängigkeit von der in die Waschkolonne eingeleiteten Kristallmenge zu regeln. Dies ermöglicht eine zuverlässigere Regelung der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung ei­ ner Waschkolonne in einem Schmelzkristallisationsprozess und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

An die Reinheit von in der chemischen Industrie hergestellten Produkten werden immer höhere Anforderungen gestellt. Dies gilt nicht nur für die sogenannten Feinchemikalien oder für Pharmazeu­ tika, sondern in zunehmendem Maße auch für Massenprodukte, insbe­ sondere für Substanzen, die als Ausgangsmaterialien in der Poly­ merindustrie verwendet werden, wie beispielsweise Acrylsäure, Ca­ prolactam, Naphthalin oder Phenol. Reinheitsanforderungen von über 99,99 Gew.-% sind für derartige Substanzen nicht ungewöhn­ lich, da nur hochreine Ausgangsmaterialien eine präzise Kontrolle der Kettenlängenverteilung der Polymere erlauben, die wiederum maßgeblich für die spezifischen Eigenschaften der Polymere ist.

Bei der Synthese einer chemischen Verbindungen fällt die ge­ wünschte Substanz jedoch üblicherweise nicht als Reinprodukt an, sondern ist Teil eines Verbindungsgemisches, das neben der ge­ wünschten Substanz Verunreinigungen wie Lösungsmittel, Ausgangs­ verbindungen, Nebenprodukte oder unerwünschte Isomere enthält. Zur Trennung der gewünschten Substanz von den Verunreinigungen werden im industriellen Maßstab häufig destillative Trennverfah­ ren eingesetzt, die jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbun­ den sind.

Handelt es sich bei der gewünschten Substanz um eine kristalli­ sierbare Verbindung, die nach dem Syntheseprozeß in einem flüssi­ gen Verbindungsgemisch vorliegt, so bietet sich die Schmelzkri­ stallisation als ein mögliches Verfahren zur Reinigung der ge­ wünschten Substanz, d. h. zum Abtrennen der Substanz aus dem flüs­ sigen Verbindungsgemisch an. Dabei wird die gewünschte Verbindung als Feststoff aus der Flüssigkeit auskristallisiert, anschließend der kristalline Feststoff von der restlichen Flüssigkeit, die als Mutterlauge bezeichnet wird, getrennt und wieder aufgeschmolzen. Die Schmelze wird dann als gereinigtes Wertprodukt abgeführt. Üb­ liche Verfahren des Standes der Technik sind die statische und dynamische Schichtkristallisation, bei der die zu isolierende Verbindung an feststehenden, gekühlten Flächen abgeschieden wird, oder die Suspensionskristallisation, die auf dem Wachstum von Kristallen in einer Suspension beruht. Die Suspensionskristalli­ sation weist dabei gegenüber der Schichtkristallisation den Vor­ teil auf, daß sie in einem kontinuierlichen Prozeß durchgeführt werden kann. Außerdem ist die Reinheit der Kristalle aufgrund ihrer vergleichsweise langsamen Wachstumsgeschwindigkeit sehr hoch. Trotz der langsameren Wachstumsgeschwindigkeit kann mit der Suspensionskristallisation ein hoher Produktdurchsatz erzielt werden, da die Kristallisation in der Lösung mit einer großen für das Wachstum zur Verfügung stehenden Gesamtfläche verbunden ist.

Die Suspensionskristallisation stellt daher ein sehr wirksames und kostengünstiges Verfahren dar, um eine hohe Reinheit der ge­ wünschten Verbindung zu erzielen. Dabei macht man sich zunutze, daß beim Wachstum der Kristalle in einer Flüssigkeit Verunreini­ gungen weitgehend aus dem Kristallgitter verdrängt werden und in der Mutterlauge zurückbleiben. Bereits in einem einstufigen Kri­ stallisationsprozeß erhält man daher hochreine Kristalle der ge­ wünschten Verbindung.

Der entscheidende Schritt, der die Reinheit des Endproduktes maß­ geblich beeinflußt, ist die Abtrennung der hochreinen Kristalle von ihrer Mutterlauge, die die Verunreinigungen und die nicht kristallisierten Anteile des ursprünglichen Gemisches enthält, durch einen Fest/Flüssig-Trennprozeß. Dieser Trennprozeß kann mehrstufig ablaufen, wobei zumindest in der letzten Stufe übli­ cherweise eine sogenannte Waschkolonne verwendet wird. Die Wasch­ kolonne hat die Aufgabe, die anfallende reine Kristallphase mög­ lichst vollständig von der Mutterlauge zu trennen. Dazu wird die in einem Kristallisator erzeugte Kristallsuspension in die Wasch­ kolonne eingeleitet und durch Mutterlaugenentzug ein dichteres Kristallbett erzeugt. Eine Waschflüssigkeit, beispielsweise eine Schmelze aus den aufgeschmolzenen Kristallen selbst, wird im Ge­ genstrom durch das Kristallbett geleitet.

Zur Ausbildung eines kompakten Kristallbetts werden unterschied­ liche Methoden eingesetzt. Bei gravitativ arbeitenden Waschkolon­ nen wird die Kristallsuspension von oben in die Kolonne einge­ führt und das Kristallbett bildet sich in einem Sedimentations­ prozeß aus. Bei derartigen Kolonnen besteht jedoch die Gefahr, dass sich im Laufe des Sedimentationsprozesses vertikale Kanäle ausbilden, in denen eine Rückvermischung der Mutterlauge oder der Kristallsuspension mit der Waschflüssigkeit auftritt. Daher sind gravitativ arbeitende Waschkolonnen auf einem Teil ihrer Höhe meist mit einem Rührwerk versehen, das die Ausbildung von verti­ kalen Flüssigkeitskanälen im Kristallbett verhindert.

Derartige Rührwerke sind bei hydraulischen oder mechanischen Waschkolonnen nicht erforderlich. Bei hydraulischen Waschkolonnen wird die Suspension vielmehr unter Druck in eine druckdicht aus­ gebildete Waschkolonne gefördert. Der Förderdruck selbst sorgt dann für eine Kompaktierung der Kristalle zu einem dichten Fest­ bett. Bei einer mechanischen Waschkolonne wird der Druck zur Aus­ bildung eines dichten Kristallbetts beispielsweise durch einen mechanischen, semipermeablen Stempel erzeugt, der für Mutterlauge durchlässig, aber für die Kristalle in der zugeführten Suspension undurchlässig ist. Die Verdichtung zu einem Kristallbett kann aber auch durch Abtrennung der Mutterlauge über Filter und mecha­ nischen Transport der Kristalle vom Filter zum Kristallbett durch ein rotierendes Förderelement erfolgen.

Das Kristallbett weist eine sog. Aufbaufront auf, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Kristallsuspension an­ lagern. Die Aufbaufront bezeichnet also den Übergang von der Sus­ pension zum Kristallbett und ist durch einen relativ abrupten Anstieg des Kristallgehalts in der Suspension gekennzeichnet. Bei hydraulischen Waschkolonnen wird diese Aufbaufront auch als Filtrationsfront bezeichnet.

An dem der Aufbaufront gegenüber liegenden Ende des Kristallbet­ tes ist meist eine Art Rotormesser oder Schaber angeordnet, der kontinuierlich Kristalle vom dichten Kristallbett abträgt. Durch die kontinuierliche Anlagerung von Kristallen an der Aufbaufront einerseits und das kontinuierliche Abtragen von Kristallen an dem der Aufbaufront gegenüber liegenden Ende des Kristallbetts ande­ rerseits, wird eine Transportrichtung des Kristallbettes defi­ niert. Die vom Kristallbett abgetragenen Kristalle werden in ei­ nem Wärmeübertrager aufgeschmolzen. Ein Teil der Schmelze wird als Reinproduktstrom abgeführt und ein anderer Teil der Schmelze als Waschflüssigkeitsstrom gegen die Transportrichtung der Kri­ stalle durch das Kristallbett geleitet.

Durch die Förderung der Schmelze entgegen dem Kristallbett er­ folgt eine Gegenstromwäsche der Kristalle. Die Reinigung der Kri­ stalle beruht dabei im Wesentlichen auf einer Verdrängung und Verdünnung der Mutterlauge in den Zwickeln des Kristallbettes durch die Waschflüssigkeit. Der Verdünnungseffekt beruht hierbei auf Vermischung in den durchströmten Zwickeln zwischen den Kri­ stallen und auf Diffusion in den nicht durchströmten Kontaktstel­ len bzw. der oberflächennahen Strömungsgrenzschicht der Kri­ stalle. Im stationären Betrieb stellt sich auf einer definierten Höhe des Kristallbetts eine sog. Waschfront ein, die als derje­ nige Ort in der Waschkolonne definiert ist, wo die höchsten Tem­ peratur- und Konzentrationsgradienten auftreten. Auf Höhe der Waschfront findet nämlich in der die Kristalle umgebenden Flüs­ sigkeit ein Konzentrationsübergang von Mutterlaugenkonzentration (oberhalb der Waschfront) zu Reinschmelzekonzentration (unterhalb der Waschfront) statt. Die Waschfront muß zur Erzielung einer adäquaten Reinigungswirkung in einer bestimmten Mindesthöhe ober­ halb des Schabers positioniert sein. Da die Kristallisationstem­ peratur in der verunreinigten Suspension unterhalb des Reinpro­ duktschmelzpunktes liegt, kommt es im Bereich der Waschfront au­ ßerdem zu einem Temperaturausgleich der kalten Kristalle mit der reinen Waschflüssigkeit, bei dem die Waschflüssigkeit teilweise oder vollständig rekristallisiert. Dadurch kann zumindest ein Teil der Waschflüssigkeit zurückgewonnen werden. Diese Rekristal­ lisation der Waschflüssigkeit ist besonders wirksam, wenn die Kristallisationstemperatur in der Mutterlauge ca. 10 bis 15 K unterhalb der Schmelztemperatur des Reinprodukts liegt.

Zur Gewährleistung eines stabilen Betriebs einer Waschkolonne, d. h. zur Gewährleistung einer definierten Raum-Zeit-Ausbeute bei konstant guter Reinigungswirkung, ist eine kontinuierliche Kom­ pensation äußerer Störgrößen erforderlich. Derartige Störgrößen können beispielsweise Schwankungen der Suspensionsmenge, Änderun­ gen des Kristallgehalts in der Suspension, Variation der Kri­ stallgrößenverteilung oder auch Konzentrationsschwankungen in dem, dem Kristallisator zugeführten Produktgemisch aus dem Syn­ theseprozeß sein.

Die Kompensation derartiger äußerer Störungen erfolgt üblicher­ weise durch Adaption der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge mit­ tels Regelung der Lage der Waschfront und durch Regelung der Schmelzwärme, sowie bei hydraulischen und gravitativen Waschko­ lonnen zusätzlich durch Regelung der Lage der Aufbaufront.

Eine konstante Position der Aufbaufront gewährleistet zu jedem Zeitpunkt die Einhaltung der äußeren Massenbilanz der Waschko­ lonne, d. h. es ist in diesem Fall gewährleistet, dass die gleiche Menge aufgeschmolzenes Reinprodukt abgezogen wird bzw. als Ver­ lust mit der Mutterlauge die Waschkolonne verläßt, wie an Kri­ stallen neu in die Waschkolonne gelangt. Die Position der Auf­ baufront kann beispielsweise durch zwei oder mehrere optische Re­ missionssensoren bestimmt werden, die in definierter Höhe in der Kolonnenwand angebracht sind. Die Lage der Aufbau- bzw. Filtrati­ onsfront kann beispielsweise bei hydraulischen Waschkolonnen durch eine Einstellung der hydraulischen Verhältnisse in der Waschkolonne beeinflußt werden. Da beispielsweise kontinuierlich Mutterlauge über entsprechende Filter aus der Waschkolonne abge­ zogen wird, bietet es sich an, einen Teil dieser abgezogene Mut­ terlauge zur Beeinflussung des hydrodynamischen Drucks in der Ko­ lonne in diese zurückzupumpen. Eingestellt wird dabei die zurück­ geführte Mutterlaugenmenge, die mit einer entsprechenden Steuer­ strompumpe z. B. durch Drehzahländerungen variiert werden kann. Steigt das Kristallbett an, wird die Steuerstrommenge erhöht, bei absinkendem Bett wird sie reduziert. Die Änderung der Steuer­ strommenge wird dabei nach einer definierten Charakteristik durchgeführt, z. B. linear in Abhängigkeit vom Mengenstrom und der Zeit.

Als spezifische Waschflüssigkeitsmenge bezeichnet man die inner­ halb eines bestimmten Zeitintervalls zur Erzielung einer defi­ nierten Trennwirkung aufzuwendende Waschflüssigkeitsmenge bezogen auf die der Waschkolonne in diesem Zeitintervall zugeführte Kri­ stallmenge. Herkömmlicherweise wird die spezifische Waschflüssig­ keitsmenge durch Regelung der Lage der Waschfront unterhalb des Filters in der Kolonne eingestellt. Die Waschfront wird dabei durch Einstellung der Waschflüssigkeitsmenge über das Produktven­ til auf einer definierten Position zwischen dem Filter und dem Schaber eingeregelt. Damit ist gewährleistet, dass eine gewünschte Trennwirkung, d. h. eine bestimmte Produktreinheit, mit minimalem Aufwand an Waschflüssigkeit erfüllt wird. Zur Detektion der Waschfront werden üblicherweise ein oder mehrere im Kristallbett angeordnete Temperatursensoren verwendet, da auf Höhe der Wasch­ front der Temperaturübergang von der Kristallisationstemperatur zur Schmelztemperatur des Reinprodukts erfolgt. Je nach spektra­ len Eigenschaften der Verunreinigungen können jedoch auch opti­ sche Sensoren zur Detektion der Waschfront herangezogen werden, da auf Höhe der Waschfront auch ein Erniedrigung der Konzentra­ tion der Verunreinigungen in der die Kristalle des Kristallbetts umgebenden Flüssigkeit erfolgt. Oberhalb der Waschfront besteht diese Flüssigkeit im wesentlichen aus der verunreinigten Mutter­ lauge und unterhalb der Waschfront dagegen aus der Reinprodukt­ schmelze.

Zur Einhaltung und Kontrolle der Reinheit der Reinproduktschmel­ zen kann in einer Produktabzugsleitung oder in einer Leitung des Schmelzkreislaufs beispielsweise ein Extinktionssensor angeordnet sein, der die Extinktion in einem für das gewünschte Produkt cha­ rakteristischen Spektralbereich bestimmt. Ist der Extinktionssen­ sor in einer Leitung des Schmelzkreislaufs angeordnet, kann er auch für das Anfahren der Waschkolonne genutzt werden, so daß beim Anfahren der Zeitpunkt bestimmt werden kann, bei dem das Produktventil erstmals geöffnet wird.

Der Eintrag der erforderlichen Wärmemenge zum Schmelzen der Kri­ stalle im Schmelzkreislauf wird durch Regelung der Produkttempe­ ratur nach dem Wärmeübertrager sichergestellt. Die Temperatur im Schmelzkreislauf unmittelbar nach dem Wärmeübertrager liegt dabei bevorzugt ca. 1-5 K über dem Schmelzpunkt des Reinprodukts. Das Rotormesser oder der Schaber werden üblicherweise mit fest einge­ stellter Drehzahl betrieben.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun speziell die Regelung der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge. Das oben beschriebene be­ kannte Konzept, die spezifischen Waschflüssigkeitsmenge durch Re­ gelung der Lage der Waschfront einzustellen, ist insbesondere dann nachteilig, wenn die an der Waschfront auftretende Tempera­ turdifferenz gering ist. Beispielsweise beträgt bei Synthesepro­ zessen, bei denen bereits ein relativ reines Produkt gewonnen wird, die Temperaturdifferenz zwischen dem von der Mutterlauge durchströmten Kristallbett oberhalb der Waschfront und dem von Reinproduktschmelze durchströmten Kristallbett unterhalb der Waschfront oft nur wenige Grad Kelvin. Beim Einsatz eines relativ reinen Ausgangsproduktes ist auch eine optische Detektion häufig nicht mit der erforderlichen Präzision möglich. In diesen Fällen bietet eine Regelung der Waschfront mittels Temperatursensoren oder optischen Sensoren keine Gewähr für eine zuverlässige Kom­ pensation von Störungen. Zudem sind optischen Sensoren durch die Gefahr von Ablagerungen relativ anfällig für Fehlmessungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Syntheseprodukten durch Suspensionskristallisation anzugeben, wobei die spezifische Waschflüssigkeitsmenge in der Waschkolonne auch dann zuverlässig geregelt werden kann, wenn eine direkte Regelung der Lage der Waschfront nicht oder nur unzureichend möglich ist, weil bei­ spielsweise an der Waschfront nur geringe Temperaturdifferenzen und/oder keine oder nur geringe Änderungen der optischen Eigen­ schaften des Kristallbetts auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß vorliegendem Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß vorliegendem Anspruch 8.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Regelung einer Waschkolonne in einem Schmelzkristallisations­ prozeß, bei dem man eine Suspension, die in einer Mutterlauge suspendierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz enthält, kontinuierlich in eine Waschkolonne leitet, in der Waschkolonne ein Kristallbett aus Kristallen der zu reinigenden Substanz aus­ bildet, wobei das Kristallbett eine Aufbaufront aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension anla­ gern, an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kri­ stallbetts kontinuierlich Kristalle abträgt, die abgetragenen Kristalle aufschmilzt, einen Teil der Schmelze als Reinprodukt­ strom abführt und einen anderen Teil der Schmelze als Waschflüs­ sigkeitsstrom gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristallbett leitet. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die spezifische Waschflüssigkeitsmenge nicht durch Regelung der Lage der Waschfront im Kristallbett, etwa durch Bestimmung der Wasch­ front mittels optische Sensoren oder Temperatursensoren, einzu­ stellen, sondern die Waschflüssigkeitsmenge kontinuierlich in Ab­ hängigkeit von der in die Waschkolonne eingeleiteten Kristall­ menge zu regeln. Im vorliegenden Zusammenhang ist unter einer "kontinuierlichen Regelung" eine ständige Bilanzierung der zuge­ führten Kristallmenge und Waschflüssigkeitsmenge zu verstehen, die aber im Normalfall nicht im engeren Wortsinne "kontinuier­ lich", sondern in aufeinanderfolgenden diskreten Zeitintervallen, deren Länge an das konkrete Regelungsproblem angepaßt werden kann, erfolgt.

Das erfindungsgemäße Regelungskonzept besitzt gegenüber der her­ kömmlichen Regelung der Lage der Waschfront den Vorteil, dass auch bei sehr geringen Temperaturgradienten an der Waschfront eine zuverlässige Regelung der spezifischen Waschflüssigkeits­ menge möglich ist. Außerdem werden zur Detektion der Waschfront keine optischen Sensoren benötigt, die bei Auftreten von Ablage­ rungen Fehlmessungen liefern können und daher regelmäßig gerei­ nigt werden müssen.

Vorzugsweise erfolgt die Regelung der spezifischen Waschflüssig­ keitsmenge, d. h. des Verhältnisses von Waschflüssigkeitsmenge zu zugeführter Kristallmenge auf der Grundlage von produktspezifisch ermittelten empirischen Daten. Dazu wird in Vorversuchen be­ stimmt, welche spezifische Waschflüssigkeitsmenge für eine be­ stimmte Produktreinheit erforderlich ist, bzw. welcher Abreiche­ rungsfaktor für die jeweilige Verunreinigung erzielt werden kann. Auf der Grundlage dieser Daten kann im Betrieb die Waschflüssig­ keitsmenge kontinuierlich an Schwankungen der eingeleiteten Kri­ stallmenge angepaßt werden. Damit ist gewährleistet, daß die Waschkolonne jeweils mit der minimalen Menge an Waschflüssigkeit betreiben wird, die für eine bestimmte Produktreinheit erforder­ lich ist. So können übermäßige Verluste an Waschflüssigkeit ver­ mieden werden.

Es ist jedoch auch möglich, die spezifische Waschflüssigkeits­ menge so zu regeln, dass etwas mehr Waschflüssigkeit in das Kri­ stallbett zurückgeleitet wird, als nach den empirischen Daten für eine bestimmte Reinigungswirkung erforderlich ist. Ein derartiger Waschflüssigkeitsüberschuß kann beispielsweise 10 bis 20% des empirisch ermittelten Wertes betragen. Damit ist gewährleistet, dass die Waschfront unmittelbar unterhalb eines Filters angeord­ net ist, der üblicherweise zum Entfernen von Mutterlauge vorgese­ hen ist. Ein gewisser Anteil Waschflüssigkeit geht dann zwar ebenfalls über den Filter verloren, jedoch ist ohne zusätzliche Kontrolleinrichtungen gewährleistet, dass die erforderliche Pro­ duktqualität stets eingehalten wird.

Selbstverständlich kann man die Produktreinheit auch kontinuier­ lich überwachen. So kann man beispielsweise in einem üblicher­ weise am Sumpf der Waschkolonne vorgesehenen Schmelzkreislauf, in welchem die vom Kristallbett abgetragenen Kristalle aufgeschmol­ zen werden, ein geeignetes Detektionssystem zur Bestimmung der Produktreinheit, etwa Extinktionssensor, anordnen. Ein derartiges Detektionssystem kann als Sicherungssystem ausgestaltet sein, das beispielsweise einen Alarm auslöst, wenn die geforderte Produk­ treinheit nicht erreicht wird. Es ist jedoch auch möglich, die vom Detektionssystem gemessene Produktreinheit als (zusätzliche) Steuergröße für die Regelung der Waschkolonne heranzuziehen. Bei­ spielsweise kann die spezifische Waschflüssigkeitsmenge erhöht werden, wenn das Detektionssystem eine unzureichende Produktrein­ heit feststellt. Dadurch wird eine Regelung der Waschkolonne er­ möglicht, die eine vorgegebene Produktreinheit mit dem minimal erforderlichen Aufwand an Waschflüssigkeit gewährleistet.

Zur Bestimmung der in die Waschkolonne pro Zeitintervall einge­ leiteten Kristallmenge K können beispielsweise der Massenstrom (Durchfluß) der eingeleitete Kristallsuspension und der Kristall­ gehalt der Suspension gemessen werden. Allerdings kann der Wasch­ flüssigkeitsstrom (d. h. die Waschflüssigkeitsmenge W pro Zeitin­ tervall) im Normalfall nicht unmittelbar gemessen werden. Die Waschflüssigkeitsmenge W ergibt sich jedoch als Differenz aus der eingeleiteten Kristallmenge K und der pro Zeitintervall aus der Kolonne abgeführtem Menge Reinprodukt P, hier als Reinprodukt­ strom bezeichnet, gemäß der Relation W = K - P. Besonders bevor­ zugt wird daher anstelle der Waschflüssigkeitsmenge der Reinpro­ duktstrom entsprechend der jeweiligen Kristallmenge geregelt, was gemäß obiger Relation gleichbedeutend mit der Regelung der Wasch­ flüssigkeitsmenge selbst ist. Der abgeführte Reinproduktstrom kann mit an sich bekannten Meßmethoden einfach bestimmt und gere­ gelt werden.

Vorzugsweise liegt die spezifische Waschflüssigkeitsmenge im Be­ reich von 0 bis 40 Gew.-% der eingeleiteten Kristallmenge und be­ sonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% der zugeführten Kristallmenge (was einem abgeführten Reinproduktstrom von 60 bis 100 Gew.-% bzw. bevorzugt 80 bis 95 Gew.-% der zugeführten Kri­ stallmenge entspricht). Eine spezifische Waschflüssigkeitsmenge von 0 Gew.-% kann erreicht werden, wenn der gesamte durch das Kristallbett geleitete Waschflüssigkeitsstrom im Kristallbett re­ kristallisiert bevor er beispielsweise über die Filter verloren geht. Da in diesem Fall die gesamte, in die Waschkolonne einge­ leitete Kristallmenge als Reinproduktstrom abgezogen werden kann, entspricht dies in der Außenbilanz gemäß obiger Definition einer Waschflüssigkeitsmenge von 0 Gew.-%.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Trennung von Kristallen und Mutterlauge in einem Suspensions­ kristallisationsprozeß, insbesondere eine Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt eine Waschkolonne, die wenigstens eine Zuleitung für eine aus einem Kristallisator stammende Kristallsuspension, Filtrations­ mittel zum Abführen von Mutterlauge und Mittel zum Abtragen von Kristallen aus einem Kristallbett aufweist, Mittel zum Aufschmel­ zen der abgetragenen Kristalle, eine Abzugseinrichtung zum Abfüh­ ren eines Teils der Schmelze als Reinproduktstrom und Regelungs­ mittel, die mit der Abzugseinrichtung zur Regelung des Reinpro­ duktstroms zusammenwirken. Während die Regelungsmittel der be­ kannten Vorrichtungen Detektoren aufweisen, die eine Bestimmung der Lage der Waschfront ermöglichen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel mit Meßeinrichtungen zur Bestimmung der in die Waschkolonne einströ­ mende Kristallmenge derart zusammenwirken, daß der Reinprodukt­ strom in Abhängigkeit von der einströmenden Kristallmenge regel­ bar ist. Mit der Regelung des Reinproduktstroms geht, wie oben dargestellt, eine entsprechende Regelung des Waschflüssigkeits­ stroms einher. Detektoren oder Sensoren zur Bestimmung der Lage der Waschfront sind nicht erforderlich.

Die Filtrationsmittel können beispielsweise als ein oder mehrere Drainagerohre ausgebildet sein, die vertikal im Kristallbett an­ geordnet sind und auf definierter Höhe Filterelemente aufweisen, die für Mutterlauge durchlässig sind. Neben den Regelungsmitteln für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Regelung der abgezogenen Reinproduktmenge bzw. der Waschflüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der zugeführten Kristallmenge, weist die Vorrichtung an sich bekannte Mittel zur Regelung der zugeführten Schmelzwärme und, bei hydraulischen und gravitativen Waschkolonnen, zur Regelung der Lage der Aufbaufront auf, die beispielhaft weiter unten im Zusammenhang im einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung detaillierter beschrieben werden.

Vorteilhaft weisen die Meßeinrichtungen zur Bestimmung der in die Waschkolonne einströmenden Kristallmenge Mittel zur Messung des Suspensionmassenstroms oder -volumenstroms und Mittel zur Messung der Dichte der Suspension auf, die in der Zuleitung zur Waschko­ lonne angeordnet sein können. Geeignete Geräte zur Messung des Volumenstroms sind magnetische induktive Durchflussmesser, wie sie etwa von der Fa. Krohne hergestellt werden, oder Blenden- Durchflussmesser, wie sie von der Fa. Rosemount hergestellt wer­ den. Der Massenstrom kann beispielsweise mit sogenannten Corio­ lis-Durchflussmessern (Fa. Endress & Hauser) bestimmt werden, die gleichzeitig auch eine Messung der Stoffdichte ermöglichen. Die Dichtemessung der Suspension erfolgt vorzugsweise mit Online-Re­ sonanzfrequenz-Dichtemessern (Fa. Bopp & Reuther).

Bevorzugt umfassen die Regelungsmittel einen Verhältnisregler, der aus von den Mitteln zur Messung des Suspensionsmassenstroms und den Mittel zur Messung der Dichte des Suspension gelieferten Daten, unter Einbeziehung der empirisch ermittelten Vorgaben, ein Steuersignal für einen Sollwert für den Reinproduktstrom berech­ net, der über ein Steuerglied eingestellt wird. Auch der Massen- oder Volumenstrom des abgezogenen Reinprodukts kann mit den oben beschriebenen Geräten gemessen und auf den Sollwert eingestellt werden.

Die Abzugseinrichtung, mit der das aufgeschmolzene Reinprodukt aus der Waschkolonne abgeführt wird, umfaßt vorzugsweise ein ver­ stellbares Ventil, das von dem Steuerglied betätigt und so gere­ gelt wird, dass der jeweilige Sollwert des Reinproduktstroms bei­ behalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrich­ tung eignen sich insbesondere für alle Arten von Waschkolonnen, bei denen eine Schmelze des gewünschten Reinprodukts als Wasch­ flüssigkeit verwendet wird. Besonders bevorzugt sind hydrauli­ schen Waschkolonnen, bei denen das Kristallbett in der Waschko­ lonne als Festbett ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein in den beigefügten Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbei­ spiel ausführlicher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Suspen­ sionskristallisationsprozesses;

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer in dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren verwendbaren Waschkolonne des Standes der Technik;

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung einer in dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren verwendbaren erfindungsgemäßen Waschkolonne mit Einrichtungen zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein erstes Diagramm zur Abreicherung von Nebenkomponenten bei der Acrylsäuresynthese in Abhängigkeit vom Waschauf­ wand;

Fig. 5 ein zweites Diagramm zur Abreicherung von Nebenkomponen­ ten bei der Acrylsäuresynthese in Abhängigkeit vom Wa­ schaufwand.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau einer an sich bekannten Anlage zur Reinigung von Syntheseprodukten durch Suspensionskri­ stallisation dargestellt. Ein aus einem (nicht dargestellten) Syntheseprozeß stammendes flüssiges Produktgemisch wird über eine Leitung 10 einem Kristallisator 11 zugeführt. In dem Kristallisa­ tor 11 befindet sich ein Wärmeübertrager 12, der dem Produktge­ misch Wärme entzieht. In der Flüssigkeit beginnen Kristalle der gewünschten Verbindung zu wachsen. Die im Kristallisator 11 ent­ standene Kristallsuspension (Kristalle und Mutterlauge) wird mit­ tels einer in einer Verbindungsleitung 13 angeordneten Pumpe 14 in eine Waschkolonne 15 gefördert, die im dargestellten Beispiel als hydraulische Waschkolonne ausgebildet ist. Die Funktionsweise der Waschkolonne 15 wird unten im Zusammenhang mit der detail­ lierteren Darstellung der Fig. 2 (für eine Waschkolonne des Standes der Technik) bzw. der Fig. 3 (für eine erfindungsgemäße Waschkolonne) näher erläutert. Im wesentlichen werden die Kri­ stalle der zugeführten Suspension in der Waschkolonne 15 zu einem dichten Kristallbett kompaktiert, das im Fall der dargestellten hydraulischen Waschkolonne als Festbett 16 ausgebildet ist. Am unteren Ende des Festbettes 16 ist ein durch einen Motor 17 ange­ triebener Schaber 18 angeordnet, der kontinuierlich Kristalle von dem Festbett abträgt. Die Kristalle gelangen in einen Schmelz­ kreislauf 19, in welchem ein Wärmeübertrager 20 und eine Pumpe 21 angeordnet sind und werden dort aufgeschmolzen. Über ein ein­ stellbares Produktventil 22 wird ein Teil der Schmelze als ge­ wünschtes Reinprodukt durch eine Leitung 23 aus dem Schmelzkreis­ lauf 19 abgezogen. Der andere Teil der Schmelze wird über einen Leitungsabschnitt 24 des Schmelzkreislaufs 19 in die Waschkolonne 15 zurückgeleitet und kann das Festbett 16 teilweise als Wasch­ flüssigkeit im Gegenstrom zur Transportrichtung der Kristalle durchströmen. Die Strömungsrichtung der Waschflüssigkeit ist in Fig. 1 durch einen Pfeil 25 symbolisiert.

In der Waschkolonne 15 sind ein oder mehrere vertikale Drainage­ rohre 26 angeordnet, die jeweils auf definierter Höhe mit einem Filter 27 versehen sind. Über die Filter 27 wird im wesentlichen die Mutterlauge, aber gegebenenfalls auch ein Teil der als Wasch­ flüssigkeit vom unteren Bereich der Kolonne zu den Filtern strö­ menden Schmelze (Pfeil 25) oder sehr kleine Kristallite, welche die Filter passieren können, über eine Leitung 28 aus der Wasch­ kolonne 15 abgezogen. Größere Kristalle können die Filter 27 aber nicht passieren. Ein Teil der über die Leitung 28 die Waschko­ lonne 15 verlassenden Mutterlauge wird mittels einer Steuerstrom­ pumpe 29 über eine Rückflußleitung 30 in den oberen Bereich der Waschkolonne 15 zurückgeführt. Dadurch ist es möglich, die hy­ draulischen Bedingungen in der Waschkolonne 15 zu regulieren. Die übrige abgezogene Flüssigkeit fließt über eine Leitung 31 ab.

In Fig. 2 ist der Aufbau einer an sich bekannten hydraulischen Waschkolonne 15, wie sie in der Anlage der Fig. 1 eingesetzt werden kann, etwas detaillierter dargestellt. Elemente und Bau­ teile, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurden, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die aus dem Kristal­ lisator über die Leitung 13 abgezogene Kristallsuspension 32 wird mittels der Pumpe 14 (oder über hydrostatischen Druck) in die Waschkolonne 15 eingespeist. Im oberen Teil der hydraulischen Waschkolonne ist ein Fluidregister 33 angeordnet, das zwei Funk­ tionen erfüllt: Über Durchgangsöffnungen 34 vom oberen zum un­ teren Kolonnenteil wird die Suspension 32 über den Querschnitt der Waschkolonne 15 verteilt. Der zusammenhängende Innenraum 35 des Fluidregisters dient als Sammler für die abgeführten Flüssig­ keiten, insbesondere Mutterlauge und Waschflüssigkeit. Dazu sind am unteren Ende des Fluidregisters 33 die bereits oben erwähnten Drainagerohre 26 angeordnet, die mit dem Innenraum 35 des Flui­ dregisters 33 verbunden sind. Die Drainagerohre 26 weisen auf definierter Höhe die Filter 27 auf, durch welche die Flüssigkei­ ten aus der Waschkolonne abgeführt werden.

Nach dem Anfahren der Waschkolonne 15 bildet sich ein kompaktes Kristallbett 16 aus. Das Kristallbett wird durch die aus dem hy­ draulischen Strömungsdruckverlust der Mutterlauge resultierende Kraft vorbei an den Filtern 27 in eine sogenannte Waschzone 36 unterhalb der Filter transportiert. Die Rückführung eines Teils der Mutterlauge zurück in die Kolonne mittels der Steuerpumpe 29 ermöglicht die Regelung dieser Transportkraft. Schwankungen des Kristallgehalts der zugeführten Suspension oder Änderungen der Kristallgrößenverteilung, die wesentlich den Strömungsdruckver­ lust beeinflussen, können dadurch kompensiert werden. Erkennbar sind solche Schwankungen durch die Lage der sogenannten Aufbau- bzw. Filtrationsfront, die in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 37 angedeutet ist. Die Filtrationsfront 37 zeichnet sich durch einen relativ abrupten Anstieg des Kristallgehalts aus und wird herkömmlicherweise mit Hilfe von optischen Positionsdetekto­ ren 38 (beispielsweise faseroptischen Remissionssonden) über­ wacht. Durch eine gestrichelte Linie ist angedeutet, daß eine Änderung der Lage der Filtrationsfront 37 zu einer Änderung des Steuerstroms der Pumpe 29 führt.

Am unteren Ende der Waschkolonne werden die Kristalle mittels des Schabers 18 vom Kristallbett 16 abgetragen und in Reinprodukt­ schmelze resuspendiert. Diese Suspension 39 wird in dem bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Schmelzkreislauf 19 über den Wärmeübertrager 20 geführt, der die zum Schmelzen der Kristalle erforderliche Wärme in die Suspension einträgt. Der entsprechende Wärmeeintrag wird üblicherweise ebenfalls geregelt (vergl. Bezugsziffer 49 in Fig. 3). Typischerweise werden 60-95 Gew.-% der Schmelze als gereinigter Reinproduktstrom über das Pro­ duktventil 22 aus dem Schmelzkreislauf 19 abgeführt. Die restli­ che Produktschmelze verbleibt als Waschflüssigkeit in der Kolonne 15 und strömt dort entgegen dem Kristallbett zu den Filtern 27, wodurch eine Gegenstromwäsche der Kristalle erfolgt (Pfeil 25).

Im stationären Betrieb stellt sich auf einer definierten Höhe der Waschzone 36 eine sogenannte Waschfront ein, die in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie 40 angedeutet ist. Als Waschfront ist derjenige Ort in der Waschkolonne definiert, wo die höchsten Tem­ peratur- und Konzentrationsgradienten auftreten. Auf Höhe der Waschfront findet in der das Kristallbett umgebenden Flüssigkeit ein Konzentrationsübergang von Mutterlaugenkonzentration (ober­ halb der Waschfront) zu Reinschmelzekonzentration (unterhalb der Waschfront) statt. Die Temperatur des Festbetts oberhalb der Waschfront entspricht in etwa der Kristallisationstemperatur der Ausgangsflüssigkeit, während die Temperatur des Festbetts unter­ halb der Waschfront der (höheren) Schmelztemperatur der Reinsub­ stanz entspricht. Im Bereich der Waschfront 40 kommt es daher zu einem Temperaturausgleich der kalten Kristalle mit der reinen Waschflüssigkeit, bei dem die Waschflüssigkeit teilweise oder vollständig rekristallisiert. Der nicht rekristallisierte Anteil der Waschflüssigkeit geht über die Filter 27 verloren. Die Wasch­ front 40 muß zur Erzielung einer adäquaten Reinigungswirkung in einer bestimmten Mindesthöhe oberhalb des Schabers 18 positio­ niert sein. Die Position der Waschfront stellt sich als dynami­ sches Gleichgewicht aus der mit dem Festbett 16 transportierten Mutterlauge und dem entgegenströmenden Waschflüssigkeitsstrom (Pfeil 25) ein und wird - gemäß Stand der Technik - mittels opti­ scher Sensoren 41 und/oder Temperatursensoren 42 überwacht. Stel­ len die Sensoren eine Abweichung der Waschfront 40 von der Soll­ höhe fest, so wird über das Produktventil 22 der abgezogene Rein­ produktstrom und damit auch die Waschflüssigkeitsmenge entspre­ chend geregelt (beispielsweise bei einem Absinken der Waschfront durch eine Erhöhung der Waschflüssigkeitsmenge). Die entspre­ chende Steuerung des Produktventils 22 ist durch die gestrichel­ ten Linien angedeutet.

In Fig. 3 ist schließlich eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Waschkolonne 15 dargestellt, die geeignete Mit­ tel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens aufweist. Der grundsätzliche Aufbau der Waschkolonne 15 der Fig. 3 entspricht weitgehend dem der in Fig. 2 dargestellten bekann­ ten Waschkolonne. Die übereinstimmenden Bauteile sind mit densel­ ben Bezugsziffern versehen und werden im folgenden nicht oder nur kurz erläutert. Man erkennt, dass zur Detektion der Filtrations­ front 37, wie bei der herkömmlichen Waschkolonne der Fig. 2 auch, optische Positionsdetektoren 38 in der Wand der Waschko­ lonne angeordnet sind. Üblicherweise erfolgt die Regelung so, dass die Lage der Aufbau- bzw. Filtrationsfront zwischen zwei (in den Fig. 2 und 3 als gefüllte Rechtecke dargestellten) Positi­ onsdetektoren 38 festgelegt wird, während oberhalb und unterhalb dieser zur Regelung herangezogenen Detektoren aus Gründen der Be­ triebssicherheit jeweils ein weiterer (in den Zeichnungen als um­ randetes Rechteck dargestellter) Detektor 38 angeordnet ist. Die beiden zusätzlichen Detektoren können bei außergewöhnlichen Be­ triebsstörungen oder bei einem Versagen der Regelung einen Alarm auslösen und/oder die Anlage abschalten. Auf der Grundlage der von den Positionsdetektoren 38 gelieferten Signale steuert eine Kontrolleinrichtung 43 die Leistung der Pumpe 29, die einen Teil der über die Leitung 28 abgezogenen Mutterlauge mit einem ein­ stellbaren Druck wieder in die Waschkolonne zurückfördert.

Bei der erfindungsgemäßen Waschkolonne 15 der Fig. 3 sind jedoch die bei der Waschkolonne der Fig. 2 dargestellten optischen oder thermischen Positionsdetektoren (Bezugsziffern 41, 42 in Fig. 2) zur Bestimmung der Waschfront 40 nicht erforderlich. An deren Stelle tritt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Außenbilanzrege­ lung der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge. Dazu wird die pro Zeiteinheit abgezogene Menge an Reinproduktschmelze (und damit gemäß der Relation W = K-P auch die Menge an Waschflüssigkeit) in Abhängigkeit von der über die Zufuhrleitung 13 in die Waschko­ lonne 15 eingeleiteten Kristallmenge geregelt. Zur Messung der Kristallmenge sind an der Zufuhrleitung 13 ein magnetisch induk­ tiver Durchflussmesser 44 zur Messung des Suspensionsvolumen­ stroms und ein Online-Resonanzfrequenz-Dichtemesser 45 zur Mes­ sung des Kristallgehalts der Suspension angeordnet. Eine Kontrol­ leinrichtung 46 berechnet aus den von den Meßgeräten 44, 45 ge­ lieferten Werten, die in einem bestimmten Zeitintervall zuge­ führte Kristallmenge und bestimmt auf der Grundlage von produkt­ spezifischen, empirisch ermittelten Daten den für eine bestimmte zu erzielende Produktreinheit erforderlichen Sollwert der Wasch­ flüssigkeitsmenge. In der Praxis wird dazu der Sollwert des aus dem Schmelzkreislauf 19 abzuziehenden Reinproduktstroms bestimmt, der aber mit der Waschflüssigkeitsmenge verknüpft ist. Zur Mes­ sung und Steuerung des erforderlichen Reinproduktstroms sind an der Produktabfuhrleitung 23 ein Durchflussmesser 47 und ein zuge­ ordnetes Stellglied angeordnet, die den von der Kontrolleinrich­ tung 46 vorgegebenen Sollwert durch entsprechende Einstellung des Produktventils 22 regeln.

Die Verhältnisregelung kann so ausgelegt sein, dass ausgehend von den empirischen Daten die erforderliche Waschflüssigkeitsmenge mit einem Sicherheitsfaktor, der beispielsweise 1,1 oder 1,2 be­ tragen kann, berechnet wird. Bei einer solchen Regelung mit einem Überschuß an Waschflüssigkeit liegt die Waschfront (wie auch in Fig. 3 angedeutet) typischerweise auf Höhe der Filter 27, so daß gewährleistet ist, daß eine bestimmte Produktreinheit stets ein­ gehalten wird.

Zur Einhaltung und Kontrolle der Produktreinheit kann man die Qualität des Reinprodukts aber auch kontinuierlich messen. Die Messung kann beispielsweise mittels eines optischen Extinktions­ sensors 48, der in einem geeigneten Spektralbereich arbeitet, di­ rekt in der Produktleitung (wie in Fig. 3 gezeigt) oder einem (nicht dargestellten) Bypass erfolgen. Wenn die Qualitätsmessung in dem Schmelzkreislauf 19 erfolgt, kann sie auch für das Anfah­ ren der Waschkolonne genutzt werden.

In Fig. 3 ist außerdem noch angedeutet, daß man in dem Schmelz­ kreislauf 19 üblicherweise auch den Eintrag der zum Schmelzen der Kristalle erforderlichen Wärmemenge regelt. Durch einen Tempera­ turregler 49 wird in der dargestellten Ausführungsform gewährlei­ stet, daß der Wärmeübertrager 20 gerade soviel Energie in den Kreislauf einträgt, daß die Temperatur unmittelbar nach dem Wärmeübertrager 1 bis 5 K über dem Reinproduktschmelzpunkt liegt.

Beispiel Abreicherung von Nebenkomponenten bei der Acrylsäureherstellung

Acrylsäure wurde durch Gasphasenoxidation aus Propen und Luftsau­ erstoff hergestellt und lag nach fraktionierter Kondensation des Reaktionsgases in Form einer acrylsäurereichen Flüssigfraktion vor. Die Flüssigfraktion enthielt 97,2 Gew.-% Acrylsäure, 1,5 Gew.-% Wasser, 5000 ppm Furan-2-Aldehyd (Furfural), 4000 ppm Es­ sigsäure, 619 ppm Propionsäure und weitere Verunreinigungen. Die Acrylsäure in diesem Feedstrom wurde in einem Kristallisator (Be­ zugsziffer 11 in Fig. 1) durch Wärmeentzug zur Kristallisation gebracht, wodurch eine ca. 20-40 Gew.-% Acrylsäurekristalle ent­ haltende Suspension gebildet wurde. Diese Suspension wurde einer erfindungsgemäßen hydraulischen Waschkolonne, wie sie in Fig. 3 unter der Bezugsziffer 15 dargestellt ist, zugeführt, in der durch Filtration, gefolgt von einer Gegenstromwäsche eine nahezu vollständige Trennung der Kristalle von ihrer Mutterlauge durch­ geführt wurde. Die reinen Acrylsäurekristalle wurden im Schmelz­ kreislauf 19 aufgeschmolzen. Durch entsprechende Einstellung des Produktventils 22 wurde ein Teil der Schmelze als Waschflüssig­ keit für die Gegenstromwäsche aufgewendet und verließ die Kolonne 15 zusammen mit der Mutterlauge über die Drainagerohre 26 und die Leitung 31. Der andere Teil der Schmelze wurde über die Leitung 23 als Reinprodukt gewonnen.

In Fig. 4 ist die Abreicherung A von Furan-2-Aldehyd in Abhän­ gigkeit vom Waschflüssigkeitsaufwand w dargestellt. Als Abreiche­ rung A ist dabei das Verhältnis der Konzentration von Furan-2-Al­ dehyd in dem dem Kristallisator zugeführten Feedstrom xF zur Kon­ zentration in der aus dem Schmelzkreislauf 19 abgezogenen Rein­ produktschmelze xP definiert. Der Waschflüssigkeitsaufwand w ent­ spricht der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge und ist als Ver­ hältnis von im Schmelzkreislauf 19 zurückgeführter Waschflüssig­ keitsmenge W zu der der Waschkolonne zugeführten Kristallmenge K definiert (K-W ist dann die aus dem Schmelzkreislauf abgezogene Reinproduktmenge). Die Mengenangabe beziehen sich dabei stets auf ein bestimmtes Zeitintervall.

Die in Fig. 4 dargestellten Ergebnisse wurden mit einer Waschko­ lonne im Technikumsmaßstab und einer spezifischen Kristallzufuhr von 4200 kg/ (m² h) gewonnen. Es zeigt sich, daß bereits bei einem Waschaufwand w von 0,15 eine ca. 500-fache Abreicherung von Fu­ ran-2-Aldehyd erzielt wurde, die sich auch bei höherem Waschauf­ wand nicht signifikant verbesserte.

Das Diagramm der Fig. 5 zeigt die entsprechenden Resultate für die Abreicherung A von Essigsäure (Meßpunkte in Fig. 5 durch Dreiecke dargestellt) bzw. Propionsäure (Meßpunkte in Fig. 5 durch Quadrate dargestellt) in Abhängigkeit vom Waschflüssig­ keitsaufwand w. Auch hier stellt man fest, daß bei einem Wa­ schaufwand w von 0,15 die maximale Abreicherung im wesentlichen erreicht ist (A ≈ 5 für Essigsäure, A ≈ 4 für Propionsäure).

Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde die Waschkolonne ohne Überwachung der Waschfront durch optische Sensoren oder Tempera­ tursensoren betrieben. Statt dessen wurde die erfindungsgemäße Außenbilanzregelung der spezifischen Waschflüssigkeitsmenge ver­ wirklicht: Dazu wurden der zugeführte Suspensionsstrom und die Kristallkonzentration in der Suspension kontinuierlich gemessen und aus der daraus berechneten zugeführten Kristallmasse K die erforderliche Waschflüssigkeitsmenge W durch Steuerung des Pro­ duktventils (22 in Fig. 3) so geregelt, daß w = W/K = 0,2 kon­ stant gehalten wurde. Mit dieser Regelungsstrategie konnten auch bei Schwankungen in der zugeführten Suspension kontinuierlich 80% der zugeführten Acrylsäurekristallmasse als Schmelze mit einer Reinheit von 99,7% abgezogen werden. 20% der zugeführten Kri­ stallmasse ging als Waschflüssigkeit durch die Filter verloren.

Claims (11)

1. Verfahren zur Regelung einer Waschkolonne in einem Schmelz­ kristallisationsprozeß, bei dem man
eine Suspension, die in einer Mutterlauge suspen­ dierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz enthält, kon­ tinuierlich in eine Waschkolonne leitet,
in der Waschkolonne ein Kristallbett der zu reini­ genden Substanz ausbildet, wobei das Kristallbett eine Auf­ baufront aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension anlagern,
an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts kontinuierlich Kristalle abträgt, die abgetra­ genen Kristalle aufschmilzt, einen Teil der Schmelze als Reinproduktstrom abführt und einen anderen Teil der Schmelze als Waschflüssigkeitsstrom gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristallbett leitet
dadurch gekennzeichnet, daß
man die Waschflüssigkeitsmenge kontinuierlich in Abhängigkeit von der in die Waschkolonne eingeleiteten Kristallmenge re­ gelt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kristallbett in der Waschkolonne als Festbett ausbildet.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man das Verhältnis von Waschflüssigkeitsmenge zu eingeleiteter Kristallmenge auf der Grundlage von empi­ risch für eine bestimmte Reinheit der Reinproduktschmelze er­ mittelten Daten regelt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Reinheit der Reinproduktschmelze konti­ nuierlich mißt.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die in die Waschkolonne eingeleiteten Kri­ stallmenge durch Messen des Massenstroms und des Kristallge­ halts der eingeleitete Suspension bestimmt.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Waschflüssigkeitsmenge durch Regelung des Reinproduktstroms regelt.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis von zurückgeleiteter Waschflüs­ sigkeitsmenge zu eingeleiteter Kristallmenge im Bereich von 0 bis 0,4 und bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,2 liegt.

8. Vorrichtung zur Trennung von Kristallen und Mutterlauge in einem Suspensionskristallisationsprozeß, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
einer Waschkolonne (15), die wenigstens eine Zu­ leitung (13) für eine Kristallsuspension, Filtrationsmittel (26, 27) zum Abführen von Mutterlauge und Mittel (18) zum Ab­ tragen von Kristallen aus einem Kristallbett aufweist,
Mitteln (20) zum Aufschmelzen der abgetragenen Kristalle,
einer Abzugseinrichtung (22, 23) zum Abführen eines Teils der Schmelze als Reinproduktstrom,
Regelungsmitteln (46, 47), die mit der Abzugsein­ richtung (22, 23) zur Regelung des Reinproduktstroms zusammen­ wirken,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelungsmittel (46, 47) mit Meßeinrichtungen (44, 45) zur Bestimmung der in die Waschkolonne (15) einströmende Kri­ stallmenge derart zusammenwirken, daß der Reinproduktstrom in Abhängigkeit von der einströmenden Kristallmenge regelbar ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (44, 45) an der Zuleitung (13) angeordnete Mittel (44) zur Messung des Suspensionsmassenstroms und Mit­ tel (45) zur Messung der Dichte des Suspension aufweisen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel (46, 47) einen Verhältnisregler (46) umfassen, der aus von den Mitteln (44) zur Messung des Suspensionsmas­ senstroms und den Mittel (45) zur Messung der Dichte des Sus­ pension gelieferten Daten einen Sollwert für den Reinprodukt­ strom berechnet, der über ein Steuerglied (47) eingestellt wird.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugseinrichtung ein verstellbares Ventil (22) umfaßt, das von dem Steuerglied (47) betätigt wird.