DE102008042010B4

DE102008042010B4 - Verfahren zum Betreiben einer kontinuierlichen Abtrennung eines Zielproduktes X in Form von feinteiligem Kristallisat

Info

Publication number: DE102008042010B4
Application number: DE102008042010.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Heilek; Dr. Hammon Ulrich; Dr. Müller-Engel Klaus-Joachim; Dr. Schliephake Volker; Dieter Baumann
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2028-09-13
Also published as: BE1018574A3; US20090076286A1; DE102008042010A1; DE102007043759A1; CN101385906A; US7732624B2; CN101385906B

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung eines Zielproduktes X in Form von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X aus einer aus dem Zielprodukt X sowie aus vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen Bibestehenden flüssigen Phase P, deren Gesamtmolenbruch an Bestandteilen Biden Wert MB,Pgesaufweist,umfassend das Betreiben eines einen Sekundärraum und wenigstens einen Primärraum aufweisenden indirekten Wärmeübertragers, bei dem der Sekundärraum und der wenigstens eine Primärraum jeweils durch wenigstens eine materielle Trennwand, die als Fläche zum Übertragen von Wärme aus dem Sekundärraum heraus in den wenigstens einen Primärraum hinein dient, räumlich voneinander getrennt sind, indem man einen Strom an flüssiger Phase P in den Sekundärraum des Wärmeübertragers hineinführt,während der wenigstens eine Primärraum gleichzeitig von wenigstens einem fluiden Kühlmedium so durchströmt wird, dass sich im Sekundärraum unter Verbleib einer flüssigen Restphase R aus der flüssigen Phase P heraus feinteiliges Kristallisat des Zielproduktes X bildet, das in der verbliebenen flüssigen Restphase R, die im Vergleich mit der flüssigen Phase P die vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile mit einem Gesamtmolenbruch MB,Rges> MB,Pgesenthält und deren Gehalt an Zielprodukt X wenigstens 70 Gew.-% beträgt, unter Erhalt einer einen Kristallisationsgrad Y aufweisenden Suspension S von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X in der flüssigen Restphase R, suspendiert und dem Sekundärraum des Wärmeüberträgers kontinuierlich Suspension S mit der Temperatur Tsausentnimmt undferner umfassend das Zuführen von mit der Temperatur Tsausentnommener Suspension S in einen durchmischten Pufferbehälter, sowie mit Hilfe einer Pumpe aus dem Pufferbehälter heraus das Beschicken einer Auftrennvorrichtung mit im Pufferbehälter enthaltener Suspension von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X und das Auftrennen der der Auftrennvorrichtung zugeführten Suspension in darin enthaltenes Kristallisat und darin enthaltene Flüssigphase,wobei auf dem Weg vom Sekundärraum in den Pufferbehälter, im Pufferbehälter und/oder in einer oder mehreren aus dem Pufferbehälter heraus- und wieder in diesen hineinführenden Umpumpleitungen die Temperatur der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S mit Hilfe einer externen Energiequelle auf einen Wert TPuoberhalb von Tsausund/oder der Gesamtmolenbruch der in der flüssigen Restphase R der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S enthaltenen, vom Zielprodukt X verschiedenen, Bestandteile durch externen Zusatz an vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen auf einen Wert MB,Pugesoberhalb von MB,Rgeserhöht wird.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung eines Zielproduktes X in Form von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X aus einer aus dem Zielprodukt X sowie aus vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen B_i bestehenden flüssigen Phase P, deren Gesamtmolenbruch an Bestandteilen B_i den Wert M_B,P ^ges aufweist, umfassend das Betreiben eines einen Sekundärraum und wenigstens einen Primärraum aufweisenden indirekten Wärmeübertragers, bei dem der Sekundärraum und der wenigstens eine Primärraum jeweils durch wenigstens eine materielle Trennwand, die als Fläche zum Übertragen von Wärme aus dem Sekundärraum heraus in den wenigstens einen Primärraum hinein dient, räumlich voneinander getrennt sind, indem man einen Strom an flüssiger Phase P in den Sekundärraum des Wärmeübertragers hineinführt, während der wenigstens eine Primärraum gleichzeitig von wenigstens einem fluiden Kühlmedium so durchströmt wird, dass sich im Sekundärraum unter Verbleib einer flüssigen Restphase R aus der flüssigen Phase P heraus feinteiliges Kristallisat des Zielproduktes X bildet, das in der verbliebenen flüssigen Restphase R, die im Vergleich mit der flüssigen Phase P die vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile mit einem Gesamtmolenbruch M_B,R ^ges > M_B,P ^ges enthält und deren Gehalt an Zielprodukt X wenigstens 70 Gew.-% beträgt, unter Erhalt einer einen Kristallisationsgrad Y aufweisenden Suspension S von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X in der flüssigen Restphase R, suspendiert und dem Sekundärraum des Wärmeüberträgers kontinuierlich Suspension S mit der Temperatur T_S ^aus entnimmt und ferner umfassend das Zuführen von mit der Temperatur T_S ^aus entnommener Suspension S in einen durchmischten Pufferbehälter, sowie mit Hilfe einer Pumpe aus dem Pufferbehälter heraus das Beschicken einer Auftrennvorrichtung mit im Pufferbehälter enthaltener Suspension von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X und das Auftrennen der der Auftrennvorrichtung zugeführten Suspension in darin enthaltenes Kristallisat und darin enthaltene Flüssigphase.
Verfahren der kontinuierlichen kristallisativen Abtrennung eines Zielproduktes X aus einer das Zielprodukt X sowie vom Zielprodukt X verschiedene Bestandteile enthaltenden flüssigen Phase P durch eine Kühlungssuspensionskristallisation mit Hilfe eines einen Sekundärraum und wenigstens einen Primärraum aufweisenden Wärmeübertragers (Kühlers bzw. Kristallisators) sind ebenso bekannt (vgl. z. B. DE 103 32 758 A1 , WO 2004/035514 A1 Research Disclosure Database Number 496005 und 479008 sowie die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 004 960 A1 ), wie die sich an diese Verfahren in der Regel anschließenden Verfahren zur Auftrennung der bei ersteren gebildeten Kristallisatsuspension S in Kristallisat und Flüssigphase. Eine solche Auftrennung kann z. B. durch Filtration, durch Siebzentrifugieren und/oder in Waschkolonnen vorgenommen werden, wie es z. B. die WO 01/77056 A1 sowie der darin zitierte Stand der Technik offenbaren. Normalerweise beinhaltet eine vorgenannte Auftrennung auch eine Waschung des abgetrennten Kristallisats, um auf der Kristalloberfläche anhaftende Flüssigphase zu entfernen. Eine solche Waschung kann beispielsweise mit der Schmelze von zuvor abgetrenntem und gewaschenem Kristallisat erfolgen.
Durch die Übertragung von Wärme aus der dem Sekundärraum zugeführten, das Zielprodukt X enthaltenden, flüssigen Phase P durch die den Sekundärraum und den wenigstens einen Primärraum voneinander trennende materielle Trennwand (die Wärmeübertragungsfläche) hindurch in das in dem wenigstens einen Primärraum fließende Kühlmittel hinein, kühlt die flüssige Phase P ab, bis die Sättigungsgrenze der flüssigen Phase P mit Zielprodukt X überschritten ist und die flüssige Phase P der Übersättigung durch Ausbildung von Kristallisat des Zielproduktes X entgegenwirkt.
Der Begriff „Kristallisationsgrad“ einer feinteiliges Kristallisat in flüssiger Phase suspendiert aufweisenden Kristallisatsuspension meint in dieser Schrift den Massenbruch oder auch Massenanteil des in der Kristallisatsuspension enthaltenen feinteiligen Kristallisats an der Gesamtmasse der Kristallisatsuspension.
Der Kristallisationsgrad Y der Suspension S wird somit als Bruch aus der beim Kristallisationsgrad Y in der Suspension S enthaltenen Kristallisatmasse m_Kr,Y durch die Gesamtmasse m_S der Suspension S berechnet: $Y = \frac{m_{Kr, Y}}{m_{s}} .$
Der Kristallisationsgrad Y der Suspension S liegt somit in notwendiger Weise zwischen 0 und 1. Der Wert „0“ entspräche einer ausschließlich flüssigen Phase und der Wert 1 entspräche einer ausschließlich festen Phase (d. h., in beiden Fällen läge keine Suspension mehr vor).
Ist ein Bestandteil B_i in einer flüssigen Phase F (z. B. in der flüssigen Phase P oder in der flüssigen Restphase R) in der molaren Menge n_i (die molare Menge n_i errechnet sich dabei aus der Masse, in der der Bestandteil B_i in der flüssigen Phase F enthalten ist, dividiert durch die Molmasse des Bestandteils B_i) und das Zielprodukt X in der flüssigen Phase F in der molaren Menge n_x (die molare Menge n_x errechnet sich dabei aus der Masse, in der das Zielprodukt X in der flüssigen Phase P enthalten ist, dividiert durch die Molmasse des Zielproduktes X) enthalten, so wird unter dem Molenbruch Mⁱ _B,F des in der flüssigen Phase F enthaltenen Bestandteils B_i der Quotient aus der Molzahl n_i, dividiert durch die Summe gebildet aus der Molzahl n_x und den jeweiligen Molzahlen aller in der flüssigen Phase F enthaltenen, vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile B_i verstanden. D. h., $M_{B, F}^{i} = {\frac{n_{i}}{n_{x} + \sum_{i = 1}^{I} n_{i}}}_{,}$
unter der Annahme, dass die flüssige Phase F neben dem Zielprodukt X insgesamt I vom Zielprodukt X und voneinander verschiedene Bestandteile B_i enthält.
Ist die flüssige Phase F die flüssige Restphase R oder die flüssige Phase P, so ist in Mⁱ _B,F das „F“ in entsprechender Weise durch „P“ oder „R“ zu ersetzen.
Unter dem Gesamtmolenbruch M_B ^ges der in der flüssigen Phase F (z. B. in der flüssigen Phase P oder in der flüssigen Phase R) enthaltenen, vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile B_i, wird in dieser Schrift die Summe aus allen für die jeweiligen Bestandteile B_i errechneten Einzelwerten Mⁱ _B,F verstanden.
In entsprechender Weise ist der Molenbruch M_X, mit dem das Zielprodukt X in der flüssigen Phase F enthalten ist, definiert als $M_{X, F} = {\frac{n_{x}}{n_{x} + \sum_{i = 1}^{I} n_{i}}}_{.}$
Es gilt die Beziehung M_X,F + M_B,F ^ges = 1.
Ist die flüssige Phase F die flüssige Restphase R oder die flüssige Phase P, so ist in M_X,F das „F“ in entsprechender Weise durch „P“ oder „R“ zu ersetzen.
Eine kristallisative Abtrennung eines Zielproduktes X aus einer das Zielprodukt X sowie vom Zielprodukt X verschiedene Bestandteile enthaltenden flüssigen Phase P wird insbesondere angewendet, um das Zielprodukt X von im Rahmen seiner Herstellung gebildeten Nebenprodukten abzutrennen. Dabei kann die Herstellung des Zielproduktes X bereits unmittelbar durch chemische Reaktion in flüssiger Phase erfolgt sein. Selbstverständlich kann die Herstellung des Zielproduktes X aber auch z. B. in der Gasphase erfolgt sein, aus der das Zielprodukt X anschließend, in der Regel durch kondensative und/oder absorptive Maßnahmen, normalerweise gemeinsam mit einigen das Zielprodukt X in der Gasphase begleitenden Nebenkomponenten, in die flüssige Phase überführt wird.
Die kristallisative Abtrennung des Zielproduktes X kann nun als „scharfes“ thermisches Trennverfahren grundsätzlich unmittelbar aus der wie beschrieben im Rahmen der Herstellung von Zielprodukt X anfallenden, das Zielprodukt X und Nebenkomponenten enthaltenden, flüssigen Phase heraus erfolgen.
Häufig wird man jedoch die vorgenannte flüssige Phase vorab der Anwendung einer kristallisativen Abtrennung des Zielproduktes X zunächst wenigstens einem „unscharfen“ thermischen Trennverfahren zum Zweck der Abtrennung einer Teilmenge der vorgenannten Nebenkomponenten vom Zielprodukt X unterwerfen.
Ein unscharfes Trennverfahren ist dabei als ein Trennverfahren definiert, bei dem aus thermodynamischer Sicht die Zusammensetzung der sich bei Anwendung des Trennverfahrens bildenden, Zielprodukt X angereichert enthaltenden, Phase in thermodynamisch notwendiger Weise von der Zusammensetzung des dem Trennverfahren zu unterwerfenden Gemischs ausgeprägt abhängig ist (vgl. z. B. Mc-Cabe-Thiele-Diagramm). Zu den unscharfen thermischen Trennverfahren gehören z. B. die einfache Destillation, die Rektifikation, die Absorption, die fraktionierende Kondensation, die Desorption, die Extraktion, die Strippung, die azeotrope Rektifikation etc..
Im Unterschied dazu ist die kristallisative Abtrennung insofern ein scharfes thermisches Trennverfahren, als die Zusammensetzung der sich bildenden Kristalle aus thermodynamischer Sicht weitestgehend unabhängig von der Zusammensetzung des flüssigen Ausgangsgemischs ist (vgl. auch DE 10 2005 009 890 A1 und DE 103 00 816 A1 ).
Der Vorteil der unscharfen Trennverfahren liegt in der Regel darin begründet, dass sie mit hoher Raum-Zeit-Ausbeute betrieben werden können. Nachteilig an unscharfen Trennverfahren ist jedoch, dass die mit ihnen erzielte Trennwirkung eine vergleichsweise beschränkte ist.
Nachteilig an scharfen Trennverfahren ist ihre normalerweise vergleichsweise beschränkte Raum-Zeit-Ausbeute, bei im Normalfall jedoch höchster Trennwirkung.
Vor vorgenanntem Hintergrund werden daher beide Trennprinzipien häufig auch in folgender Kombinationsweise angewendet.
Auf das im Rahmen der Herstellung des Zielproduktes X anfallende Produktgemisch wird zunächst wenigstens ein unscharfes thermisches Trennverfahren angewendet und dabei flüssige Phase P erzeugt, die das Zielprodukt X, verglichen mit seinem Gewichtsanteil im Produktgemisch, bereits angereichert enthält. Diese flüssige Phase P, die neben dem Zielprodukt X noch immer vom Zielprodukt X verschiedene Nebenkomponenten enthält, wird anschließend einer kristallisativen Abtrennung des Zielproduktes X unterworfen, und die dabei verbleibende flüssige Restphase R (die häufig auch Mutterlauge genannt wird), die die Nebenkomponenten vergleichsweise angereichert enthält, wenigstens teilweise in wenigstens eines der zuvor angewendeten unscharfen thermischen Trennverfahren rückgeführt. Auf diese Weise können die Vorteile beider Trennprinzipien simultan zur Geltung gebracht werden.
In vielen Fällen enthält daher eine ein Zielprodukt X aufweisende, einer kristallisativen Abtrennung des Zielproduktes X zu unterwerfende flüssige Phase P (und dies trifft so auch auf die in dieser Anmeldung relevanten flüssigen Phasen P zu) wenigstens zwei, vielfach wenigstens drei oder vier, häufig wenigstens fünf oder sechs und oft wenigstens sieben oder acht, bzw. wenigstens neun oder zehn vom Zielprodukt X verschiedene Nebenkomponenten (derartige Nebenkomponenten sind im Sinne dieser Anmeldung dann in der flüssigen Phase P enthalten, wenn sie als Bestandteil derselben z. B. gaschromatographisch, flüssigkeitschromatographisch oder anderweitig (z. B. wie Wasser durch Titration nach Karl Fischer) nachweisbar sind).
Zusätzlich zu für das Zielprodukt X herstellungsbedingt charakteristischen Nebenprodukten, kann die das Zielprodukt X enthaltende flüssige Phase P aber auch noch Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch und/oder im Rahmen von zur Abtrennung des Zielproduktes X aus einem Reaktionsproduktgemisch im Rahmen der Erzeugung der flüssigen Phase P mitverwendete Hilfsmittel (z. B. Absorptionsmittel, Extraktionsmittel etc.) enthalten. D. h., bei der flüssigen Restphase R kann es sich z. B. sowohl um Schmelzen aus dem Zielprodukt X und Verunreinigungen als auch um Lösungen aus Zielprodukt X und Lösungsmitteln (bzw. Lösungsmittelgemischen) sowie in der Regel Verunreinigungen handeln.
Der bei einem wie eingangs dieser Schrift beschriebenen Verfahren mitverwendete Pufferbehälter verfolgt primär den Zweck, die Flexibilität bei der Herstellung von Zielprodukt X zu erhöhen.
Fällt beispielsweise die Abtrennung des Zielproduktes X im indirekten Wärmeübertrager aufgrund einer Störung für begrenzte Zeit aus, kann die Produktion von Zielprodukt X dann trotzdem kontinuierlich fortgesetzt werden, wenn der Pufferbehälter in gewissem Umfang eine Vorratsmenge an Kristallisatsuspension des Zielproduktes X enthält.
Häufig werden auch mehrere Suspensionskristallisatoren und mehrere Auftrennvorrichtungen in gleicher Weise parallel betrieben. Fällt z. B. eine der parallel betriebenen Auftrennvorrichtungen aufgrund einer Störung für begrenzte Zeit aus, können alle Suspensionskristallistoren dann trotzdem weiterbetrieben werden, wenn das Fassungsvermögen eines z. B. gemeinsamen Pufferberhälters so beschaffen ist, dass er für begrenzte Zeit den Produktionsstrom eines Suspensionskristallisators aufzunehmen vermag, ohne ihn an eine Auftrennvorrichtung weitergeben zu müssen.
Ist die Anzahl von parallel betriebenen Suspensionskristallisatoren größer als die Anzahl der nachgeschalteten und gleichfalls parallel betriebenen Auftrennvorrichtungen, ist es in natürlicher Weise angesagt, die aus den Suspensionskristallisatoren herausgeführten Kristallisatsuspensionen zunächst in einem Pufferbehälter zusammenzuführen und nachfolgend aus dem Pufferbehälter heraus auf die parallel betriebenen Auftrennvorrichtungen zu verteilen.
Darüber hinaus können bei parallel betriebenen Suspensionskristallisatoren im einzelnen Suspensionskristallisator einhergehende Qualitätsschwankungen dadurch in gewissem Umfang aufgefangen werden, dass die in den einzelnen Suspensionskristallisatoren erzeugten Kristallisatsuspensionen einem gemeinsamen Pufferbehälter zugeführt werden, in welchem man sie miteinander vermischt und aus dem man nachfolgend Kristallisatsuspension zum Zweck ihrer Auftrennung entnimmt.
Als nachteilig am Konzept der Zwischenpufferung hat sich jedoch erwiesen, dass sich die aus dem Sekundärraum des Wärmeübertragers kontinuierlich entnommene (Kristallisat)Suspension S normalerweise nicht vollständig im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, sondern in begrenztem Umfang noch eine Übersättigung an Zielprodukt X aufweist.
Führt man solchermaßen an Zielprodukt X übersättigte, die Temperatur T_s ^aus aufweisende (Kristallisat)Suspension S in den normalerweise gegenüber seiner Umgebung thermisch isolierten Pufferbehälter, so baut sich im Pufferbehälter die Übersättigung durch weitergehende Kristallisatbildung ab.
Nachteilig an einer im Pufferbehälter erfolgenden Kristallisatbildung ist jedoch, dass sie, im Unterschied zur Suspensionskristallisation im dafür ausgestalteten indirekt gekühlten Wärmeübertrager, unkontrolliert erfolgt.
Dies kann z. B. dazu führen, dass auf der Innenwand des Pufferbehälters oder, falls der Inhalt des Pufferbehälters mit einem Rührer durchmischt wird, auf dem Rührer größere Kristallisatagglomerate aufwachsen, die sich mit zunehmender Größe ablösen und z. B. den reibungslosen Betrieb der Förderung der im Pufferbehälter befindlichen Kristallisatsuspension in die Auftrennvorrichtung hinein mittels der entsprechenden Förderpumpe stören oder in ungünstigen Fällen sogar vollständig unterbinden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, dem vorgenannten Problem wenigstens teilweise oder vollständig abzuhelfen.
Demgemäß wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung eines Zielproduktes X in Form von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X aus einer aus dem Zielprodukt X sowie aus vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile B_i bestehenden flüssigen Phase P, deren Gesamtmolenbruch an Bestandteilen B_i den Wert M_B,P ^ges aufweist, umfassend das Betreiben eines einen Sekundärraum und wenigstens einen Primärraum aufweisenden indirekten Wärmeübertragers, bei dem der Sekundärraum und der wenigstens eine Primärraum jeweils durch wenigstens eine materielle Trennwand, die als Fläche zum Übertragen von Wärme aus dem Sekundärraum heraus in den wenigstens einen Primärraum hinein dient, räumlich voneinander getrennt sind, indem man einen Strom an flüssiger Phase P in den Sekundärraum des Wärmeübertragers hineinführt, während der wenigstens eine Primärraum gleichzeitig von wenigstens einem fluiden Kühlmedium so durchströmt wird, dass sich im Sekundärraum unter Verbleib einer flüssigen Restphase R aus der flüssigen Phase P heraus feinteiliges Kristallisat des Zielproduktes X bildet, das in der verbliebenen flüssigen Restphase R, die im Vergleich mit der flüssigen Phase P die vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile mit einem Gesamtmolenbruch M_B,R ^ges > M_B,P ^ges enthält und deren Gehalt an Zielprodukt X wenigstens 70 Gew.-% beträgt, unter Erhalt einer einen Kristallisationsgrad Y aufweisenden Suspension S von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X in der flüssigen Restphase R, suspendiert und dem Sekundärraum des Wärmeüberträgers kontinuierlich Suspension S mit der Temperatur T_s ^aus entnimmt und ferner umfassend das Zuführen von mit der Temperatur T_s ^aus (aus dem Sekundärraum) entnommener Suspension S in einen durchmischten Pufferbehälter, sowie mit Hilfe einer Pumpe aus dem Pufferbehälter heraus das Beschicken einer Auftrennvorrichtung mit im Pufferbehälter enthaltener Suspension von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X und das Auftrennen der der Auftrennvorrichtung zugeführten Suspension in darin enthaltenes Kristallisat und darin enthaltene Flüssigphase, zur Verfügung gestellt, wobei auf dem Weg vom Sekundärraum in den Pufferbehälter, im Pufferbehälter und/oder in einer oder mehreren aus dem Pufferbehälter heraus- und wieder in diesen hineinführenden Umpumpleitungen (über solche Umpumpleitungen können dann auch z. B. die Pumpen in Betrieb gehalten werden, die die Auftrennvorrichtung mit Kristallisatsuspension aus dem Pufferbehälter versorgen, wenn die Auftrennvorrichtung kurzzeitig ausfällt; auf diese Weise wird einem Absetzen des Kristallisats in der Pumpe entgegengewirkt) die Temperatur der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S mit Hilfe einer externen Energiequelle auf einen Wert T^Pu oberhalb von T_s ^aus und/oder der Gesamtmolenbruch der in der flüssigen Restphase R der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S enthaltenen, vom Zielprodukt X verschiedenen, Bestandteile durch externen (von außerhalb in die Kristallisatsuspension S hinein) Zusatz an vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen auf einen Wert M_B,Pu ^ges oberhalb von M_B,R ^ges erhöht wird.
In der Regel wird T^Pu - T_s ^aus > 0,1 K betragen. Um die zuvor im indirekten Wärmeübertrager durchgeführte Suspensionskristallisation jedoch nicht zu konterkarieren, wird T^Pu - T_s ^aus normalerweise ≤ 3 K, vorzugsweise ≤ 2 K und in der Regel ≤ 1 K betragen. Häufig wird T^Pu - T_s ^aus sogar ≤ 0,7 K oder ≤ 0,5 K betragen.
In entsprechender Weise wird die Erhöhung von M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges (mit M_B,R ^ges als Bezugsbasis) normalerweise ≥ 0,1 % betragen. Um die zuvor im indirekten Wärmeübertrager durchgeführte Suspensionskristallisation jedoch nicht zu konterkarieren, wird die vorgenannten Erhöhung in der Regel jedoch ≤ 5 %, üblicherweise ≤ 3 % und meist ≤ 1 % betragen.
Selbstverständlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren die Erhöhung von T_s ^aus auf T^Pu und die Erhöhung von M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges auch kombiniert angewendet werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird der Abbau der in der Suspension S enthaltenen Übersättigung jedoch durch alleinige Erhöhung von T_s ^aus auf T^Pu durchgeführt.
Dabei kann die vorstehende Temperaturerhöhung sowohl durch direkte und/oder indirekte Energie (z. B. Wärme)zufuhr vorgenommen werden.
Der Begriff „extern“ meint dabei, dass die bei einem Abbau der Übersättigung durch weitergehende Kristallisation des Zielproduktes X freigesetzte Kristallisationswärme als Energie- bzw. Wärmequelle ausgeschlossen sein soll.
Eine direkte Energie- z. B. Wärmezufuhr ist z. B. dadurch möglich, dass man in den Pufferbehälter hinein und/oder in die Zuleitung zum Pufferbehälter Substanzen zudosiert, deren Temperatur sich oberhalb von T_s ^aus befindet.
Als eine solche Substanz kommt z. B. in entsprechender Weise erwärmtes Zielprodukt X selbst in Betracht. Vorzugsweise solches Zielprodukt X, das vorab im Rahmen einer erfindungsgemäßen Abtrennung gewonnen wurde. Alternativ kommen erwärmte Zielprodukt X enthaltende Gemische für diesen Zweck in Betracht, wobei die flüssige Phase P und die flüssige Restphase R bevorzugte solche Gemische sind. Grundsätzlich kommt als ein solches Gemisch aber auch Sauerwasser (vgl. z. B. WO 2004/035514 A1 , EP 1 818 324 A1 , DE 102 43 625 A1 und DE 10 2007 004 960 A1 ) in Betracht.
Selbstverständlich können zum Zweck einer direkten Wärmezufuhr aber auch in entsprechender Weise erwärmte Substanzen zudosiert werden, die von ihrer Substanzart einem einzelnen Bestandteil B_i oder einem Gemisch von mehreren Bestandteilen B_i entsprechen, die herstellungsbedingt in der flüssigen Phase P sowieso enthalten sind. Grundsätzlich kommen für eine direkte Erwärmung aber auch in entsprechender Weise erwärmte Substanzen in Betracht, die von ihrer Substanzart keinen herstellungsbedingten Bestandteil der flüssigen Phase P bilden. Für eine direkte Erwärmung günstig ist (wie bereits gesagt) z. B. in entsprechender Weise erwärmte, vorab aus der Suspension abgetrennte flüssige Restphase R. Wesentlich bei einer direkten Wärmezufuhr, die nicht als Zufuhr von entsprechend erwärmtem Zielprodukt X erfolgt, ist, dass mit ihr automatisch gleichzeitig eine Erhöhung von M_B,R ^ges einhergeht. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird man daher zum Zweck einer direkten Erwärmung vorzugsweise Substanzen verwenden, deren Molekulargewicht kleiner als das Dreifache, besser kleiner als das Zweifache und bevorzugt kleiner als das Einfache des Molekulargewichts des Zielproduktes X ist (z. B. Wasser).
Vorzugsweise lösen sich die zum Zweck einer direkten Erwärmung zudosierten Substanzen in der flüssigen Restphase R.
Wie bereits erwähnt, wird die bei der Auftrennung der aus dem Pufferbehälter herausgeführten Kristallisatsuspension in darin enthaltenes Kristallisat des Zielproduktes X und darin enthaltene Flüssigphase anfallende Flüssigphase zum Zweck der Ausbeutesteigerung an Zielprodukt X mit Vorteil in das Verfahren zur Herstellung der flüssigen Phase P rückgeführt. Mit Vorzug erfolgt diese Rückführung in ein im Rahmen der Herstellung der flüssigen Phase P vielfach mitverwendetes unscharfes Trennverfahren hinein (vgl. z. B. 5 der WO 01/77056 A1 ). Es empfiehl sich daher als erfindungsgemäß einzusetzende direkte Wärmequelle solche Substanzen zuzudosieren, die entweder im Rahmen des vorgenannten unscharfen Trennverfahrens verhältnismäßig einfach von Zielprodukt X abtrennbar sind, oder solche Substanzen, die im Rahmen der erfindungsgemäßen kristallisativen Abtrennung des Zielproduktes X einen hohen (wenigstens ≥ 5, bevorzugt ≥ 10 und besonders bevorzugt ≥ 15) Abreicherungskoeffizienten A^Bi aufweisen. Unter dem Abreicherungskoeffizienten A^Bi wird dabei das Konzentrationsverhältnis von bei der erfindungsgemäßen kristallisativen Abtrennung des Zielproduktes X aus der dieses enthaltenden flüssigen Phase P in der Mutterlauge (in der flüssigen Restphase R) verbliebener Konzentration des Bestandteils B_i zu im Kristallisat verbliebener Konzentration des Bestandteils B_i verstanden (jeweils ausgedrückt als Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an verbliebener Mutterlauge (bzw. flüssiger Restphase R) bzw. die Gesamtmenge an gebildetem Kristallisat).
Eine Kristallisat-/Mutterlaugenabtrennung zu mehr als 90 gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 95 Gew.-%, oder 97, oder 98, oder 99 Gew.-% der Mutterlaugengesamtmenge ist zur Bestimmung von A^Bi in der Regel ausreichend (der Einfluss der Restfeuchte auf dem Kristallisat ist in der Regel vernachlässigbar). Vorzugsweise beziehen sich vorgenannte Werte für A^Bi auf die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandte Kombination aus Suspensionskristallisation und nachfolgender Auftrennung der dabei gebildeten Suspension S.
Eine direkte Energie- bzw. Wärmezufuhr ist aber z. B. auch dadurch möglich, dass sich im Pufferbehälter in der Zufuhrleitung zum Pufferbehälter oder in einer Umpumpleitung eine z. B. elektrische Widerstandsbeheizung befindet, über die unmittelbar Wärme in die dem Pufferbehälter zugeführte und/oder in die im Pufferbehälter befindliche Kristallisatsuspension im gewünschten Umfang eingetragen wird. Selbstverständlich kann eine direkte Energiezufuhr aber auch durch ein Eindüsen von warmen Gasen, oder durch das Einwirken von elektromagnetischer Strahlung (z. B. Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrahlung) vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt die Energie- bzw. Wärmezufuhr indirekt. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine von außen begleitbeheizte Zuleitung (oder eine begleitbeheizte Umpumpleitung) zur Förderung der Kristallisatsuspension in den Pufferbehälter angewendet werden.
Ganz besonders bevorzugt wird man die Begleitheizung jedoch so ausführen, dass man den Pufferbehälter mit einer Doppelwand ausrüstet (alternativ können auf die Pufferbehälterwand auch entsprechend fluidleitende Halbrohrschlangen oder Vollrohrschlangen aufgebracht (z. B. aufgeschweißt oder aufgelegt) werden), durch deren Innenraum ein fluider Wärmeträger geführt wird, der wenigstens die gewünschte Zieltemperatur für den Inhalt des Pufferbehälters aufweist. Grundsätzlich ist es dabei häufig ausreichend, wenn der Boden des Pufferbehälters doppelwandig oder mit Halbrohr- bzw. Vollrohrschlangen ausgerüstet ist.
Der Pufferbehälter bzw. Puffertank ist ferner anwendungstechnisch zweckmäßig mit einem Rührer (vorteilhaft einem Wendelrührer oder einem anderen suspendierenden Rührer) ausgestattet, der die im Pufferbehälter befindliche Kristallisatsuspension durchmischt. Alternativ kann zum Zweck des Durchmischens (sowie gegebenenfalls gleichzeitig zum Zweck der Energiezufuhr) auch ein inertes Gas durch die Kristallisatsuspension geführt (geperlt) werden.
Selbstverständlich kann die Durchmischung aber auch nach den in den Schriften DE 10 2006 045 088 A1 und DE 10 2006 045 089 A1 beschriebenen Durchmischungsvarianten verwirklicht sein. Auch kann das Durchmischen durch Umpumpen erfolgen. Als fluide Wärmeträger kommen für vorgenannte indirekte Begleitheizung grundsätzlich die gleichen Materialien in Betracht, die in dieser Schrift als fluide Kühlmedien für den Suspensionskristallisator empfohlen werden.
Die Erhöhung von M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges betreffend, können grundsätzlich auch vom Zielprodukt X verschiedene Bestandteile B_i zudosiert werden, die eine Temperatur ≤ T_s ^aus aufweisen. Im übrigen gilt das bereits im Zusammenhang mit der direkten Wärmezufuhr zur Erhöhung von T_s ^aus auf T^Pu Gesagte.
Bevorzugtes Konstruktionsmaterial für den Puffertank ist aufgrund seiner günstigen Wärmeleitfähigkeit Edelstahl. Bevorzugte Edelstähle sind dabei diejenigen der DIN-Werkstoff-Nr. 14541 und 1.4571. Die Wandstärke beträgt in typischer Weise 3 bis 30 mm.
Die Entnahme von (Kristallisat)Supension S aus dem Sekundärraum erfolgt vorteilhaft überlaufgeregelt mit Hilfe eines höhenverstellbaren Überlaufwehrs. Sie kann aber auch standgeregelt durch ein getauchtes Rohr hindurch erfolgen.
Sowohl der Suspensionskristallisator als auch der Puffertank und die Auftrennvorrichtung werden normalerweise durch auf deren Einhüllende aufgebrachte Wärmedämmmaterialien (z. B. Styropor^®) und auf diese aufgeklebte Wasserdampfsperren (z. B. Alu-Butyl-Folie der Fa. WeGo Systembaustoffe, Niederlassung VTI in D-67014 Ludwigshafen/Rhein) sowohl wärmegedämmt als auch wasserdampfabgedichtet betrieben.
Als Pumpe zum Beschicken der Auftrennvorrichtung mit aus dem Puffertank herausgeförderter Kristallisatsuspension kommen grundsätzlich Förderpumpen jedweder Art in Betracht. Erfindungsgemäß vorteilhaft werden Radialkreiselpumpen verwendet. Unter diesen sind diejenigen vorteilhaft, die in der DE 103 53 014 A1 empfohlen werden. Besonders günstig sind unter diesen Kreiselpumpen vom Typ Kanalrad. Die Mengensteuerung erfolgt normalerweise über eine Drehzahlregelung der Pumpen.
Die Förderbewegung der im Sekundärraum des indirekten Wärmeübertragers (des Suspensionskristallisators) befindlichen fluiden Phase durch den selbigen hindurch ist in vielen Fällen bereits ausreichend, um eine Suspendierung des im Sekundärraum abgetrennten Kristallisats des Zielproduktes X zu bedingen.
In der Regel weist der Sekundärraum aber zusätzlich eine oder mehrere Mischvorrichtungen auf. Dies kann im einfachsten Fall ein Durchperlen mit einem Hilfsgas (z. B. Luft), ein oder mehrere Rührer, eine Wischvorrichtung zum Freihalten der Trennwand zwischen Sekundärraum und Primärraum von Kristallisat und/oder ein Umpumpen sein. Die Förderung des dem Sekundärraum zugeführten Massenstroms durch den selbigen hindurch, wird normalerweise dadurch bewerkstelligt, dass die flüssige Phase P mit Hilfe von Pumpen in den Sekundärraum hineingedrückt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen grundsätzlich alle Arten von indirekten Wärmeübertragern (sie weisen definitionsgemäß die erfindungsgemäß erforderliche Primärraum-/Sekundärraum-Struktur auf) in Betracht (vgl. z. B. Kristallisation, Grundlage und Technik, Günther Metz, Springer-Verlag, Berlin 1969, S. 214 ff sowie Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, Verfahrenstechnik I, Verlag Chemie Weinheim, 4. Auflage, 1972, Seite 672-682, sowie der in diesen Standardwerken erwähnte Stand der Technik).
Erfindungsgemäß bevorzugt wird als indirekter Wärmeübertrager ein solcher verwendet, bei dem die dem Sekundärraum zugewandte Seite der den wenigstens einen Primärraum vom Sekundärraum jeweils trennenden wenigstens einen Trennwand gewischt betrieben wird (kontinuierliches Abkratzen der relevanten wärmeübertragenden Fläche mit Hilfe von geeigneten Wischvorrichtungen). Derartige indirekte Wärmeübertrager (Kristallisatoren, Kühler) werden häufig auch als Kratzkühler bezeichnet. Der wenigstens eine Primärraum kann im indirekten Wärmeübertrager sowohl unbeweglich als auch beweglich (z. B. herausnehmbare Kühlscheiben) eingebracht sein. Im letzteren Fall können die beweglichen Primärraumelemente von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden.
Als beispielhafte Auswahl können für das erfindungsgemäße Verfahren als Suspensionskristallisatoren eingesetzt werden:

- Drehrohrkristallisatoren (der Sekundärraum ist der Rohrinnenraum; die Rohreinhüllende ist ein Doppelmantel, in welchem das Kühlmittel im Gleich- oder im Gegenstrom zum Massenstrom im Rohrinneren geführt wird; vorzugsweise ist das Rohrinnere leicht gegen die Horizontale geneigt; auf der Rohrinnenwand sich gegebenenfalls ausbildende Kristallisatkrusten können kontinuierlich abgeklopft (z. B. mit Ketten) und/oder abgekratzt (z. B. mit radialen Wischern) werden; die flüssige Phase P wird in das eine Ende des Rohres kontinuierlich eingespeist, die Suspension S wird am anderen Ende des Rohres kontinuierlich herausgeführt);
- ein Behälter mit eingehängten Kühlelementen (in einen nicht gerührten Behälter werden Kühlelemente (z. B. Kühlscheiben) eingehängt; die flüssige Phase P wird z. B. links unten in den Behälter hineingeführt und rechts oben die Suspension S überlaufgeregelt aus dem Behälter herausgeführt; gegebenenfalls Verkrustungen aufweisende Kühlelemente werden durch frische Kühlelemente ersetzt);
- Rührwerksbehälter (dies sind z. B. Behälter, die von einem Kühlmantel umgeben und/oder mit Kühlelementen (Kühlschlangen, Kühlscheiben) ausgerüstet sind; zusätzlich weisen sie ein Rührwerk auf, das den Inhalt des nicht von den Kühlelementen eingenommenen Innenraums kontinuierlich durch Rühren durchmischt; die flüssige Phase P wird durch Pumpen zugeführt und die Suspension S durch Überlauf herausgeführt);
- Votator (mantelgekühltes ruhendes Rohr, dessen Wandung durch ebene, mit Federn angepresste Kratzblätter abgeschabt wird; die flüssige Phase P wird an einem Ende hineingepumpt, die Suspension S fließt am anderen Ende heraus);
- Teller-Kristallisator (trogartiger Behälter mit horizontal gelagerter Welle, auf der in regelmäßigen Abständen Hohlteller (Hohlscheiben) angebracht sind, die vom Kühlmedium in der Regel im Gegenstrom zur kristallisierenden flüssigen Phase P durchflossen werden und die für den Durchtritt der flüssigen Phase P bzw. Kristallisatsuspension sektorenförmige Ausschnitte haben; sanftes Durchrühren der Kristallisatsuspension durch die Teller und die sie verbindenden Kühlmitteleitungen; die flüssige Phase P wird auf der einen Seite durch Pumpen in den Teller-Kristallisator hineingeführt und auf der gegenüberliegenden Seite überlaufgeregelt aus dem Teller-Kristallisator herausgeführt);
- Zwangsumlaufkristallisator der Fa. Swenson oder Messo Chemietechnik.

Für das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise geeignete Kristallisatoren (insbesondere im Fall von Acrylsäure, Methacrylsäure, p-Xylol oder N-Vinylpyrrolidon als Zielprodukt X) sind Kühlscheibenkristallisatoren (im Sekundärraum befindliche Kühlscheiben enthalten die Primärräume), z. B. jene die in Research Disclosure Database Number 496005 (published in August 2005) und in Research Disclosure Database Number 479008 (published in March 2004) beschrieben sind.
Als fluide Kühlmittel (bzw. Hilfsmittel) können sowohl Gase als auch Flüssigkeiten verwendet werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden flüssige Kühlmittel (bzw. Heizmittel) verwendet. Als solche flüssigen Kühlmittel (bzw. Heizmittel) kommen z. B. Wärmeträgeröle, Wasser, Lösungen von Salzen in Wasser, ein- oder mehrwertige organische Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Glykol und/oder Glycerin, aber auch Mischungen aus einem oder mehreren der vorgenannten Kühlmittel wie z. B. Wasser/Methanol-Mischungen oder Wasser-Glykol-Mischungen (z. B. mit 10 bis 60 Gew.-% Glykol) in Betracht.
Die Temperatur T_K ^ein (die Temperatur mit der das fluide Kühlmedium dem wenigstens einen Primärraum zugeführt wird) wird bei einer erfindungsgemäßen Kühlungskristallisation in typischer Weise 0 bis 20 K, oft 1 bis 15 K und meist 2 bis 10 K unter T_s ^aus (diejenige Temperatur, mit der die Suspension S aus dem Sekundärraum entnommen wird) eingestellt. T_K ^ein liegt in notwendiger Weise unterhalb derjenigen Temperatur, mit der gleichzeitig die flüssige Phase P dem Sekundärraum des Wärmeübertragers zugeführt wird.
In vielen Fällen verbleiben jedoch Trennwandflächenelemente, die nicht oder nur schwer gewischt werden können. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn es sich beim Primärraum um den Innenraum einer kreisförmigen Kühlscheibe handelt, die sich z. B. in einfacher Weise in die im Sekundärraum strömende flüssige Phase eingetaucht befindet. Während die Vorder- und die Rückseite der Kühlscheibe in vergleichsweise einfacher Weise einer Wischung zugänglich sind, trifft dies auf die Mantelfläche der Kühlscheibe normalerweise nicht mehr zu. Derartige Flächenelemente werden daher in der Regel einer Begleitheizung unterworfen, die ihre Verkrustung mit Kristallisat unterdrücken soll. Bei einer solchen Begleitheizung kann es sich z. B. um eine Widerstandsbegleitheizung handeln. Selbstverständlich lässt sich eine solche Begleitheizung aber auch durch indirekten Wärmeaustausch realisieren (z. B. Durchströmen eines aufgebrachten Hohlprofils mit einem fluiden Heizmedium).
Die Kristalle des bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sich ausbildenden Suspensionskristallisats weisen in typischer Weise eine Längstausdehnung (längste direkte geradlinige Verbindungslinie zweier auf der Kristalloberfläche befindlicher Punkte) im Bereich von 1 bis 10000 µm, oft 10 bis 1000 µm, häufig 100 bis 800 µm und vielfach 300 bis 600 µm auf.
Im übrigen kann die kristallisative Abtrennung wie die im Stand der Technik ausgeführten Suspensionskristallisationen durchgeführt werden.
Die Erhöhung von T_s ^aus auf T^Pu und/oder von M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges wird man im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der Regel nur in dem Umfang vornehmen, wie es zum Abbau der Übersättigung in der Suspension S erforderlich ist. Andernfalls würde die Wirkung der Suspensionskristallisation in gewissem Umfang konterkariert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann geeignet, wenn der Gehalt der in der dem Sekundärraum entnommenen Suspension S enthaltenen flüssigen Restphase R (Mutterlauge) an Zielprodukt X > 70 Gew.-% beträgt. Es ist aber auch dann geeignet, wenn der vorgenannte Gehalt an Zielprodukt X in der flüssigen Restphase R ≥ 80 Gew.-%, oder ≥ 85 Gew.-%, oder ≥ 87 Gew.-%, oder ≥ 90 Gew.-%, oder ≥ 92 Gew.-%, oder ≥ 94 Gew.-%, oder ≥ 95 Gew.-%, oder ≥ 96 Gew.-%, oder ≥ 97 Gew.-%, oder ≥ 98 Gew.-%, oder ≥ 99 Gew.-% beträgt.
D. h., das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im Fall von solchen flüssigen Phasen P, deren Gehalt an Zielprodukt X > 70 Gew.-%, oder ≥ 75 Gew.-%, oder ≥ 80 Gew.-%, oder ≥ 85 Gew.-%, oder ≥ 87 Gew.-%, oder ≥ 90 Gew.-%, oder ≥ 92 Gew.-%, oder ≥ 94 Gew.-%, oder ≥ 95 Gew.-%, oder ≥ 96 Gew.-%, oder ≥ 98 Gew.-%, oder ≥ 99 Gew.-% beträgt. In der Regel wird der vorgenannte Gehalt der beim erfindungsgemäßen Verfahren dem Sekundärraum des Wärmeübertragers zugeführten flüssigen Phase P an Zielprodukt X jedoch ≤ 99,995 Gew.-%, meist ≤ 99,99 Gew.-% betragen.
Als Zielprodukt X kommen für die erfindungsgemäß als Kühlungskristallisation ausgeführte Suspensionskristallisation z. B. gesättigte oder ungesättigte Carbonsäuren wie Essigsäure, Propionsäure, Acrylsäure und Methacrylsäure, oder substituierte Aromaten (mit z. B. Hologenen, Methyl-, Carboxyl-, Hydroxyl- und/oder Stickstoffgruppen (z. B. -NH₂) als Substituenten) wie p-Xylol, Kresol und Chlorbenzol, oder mehrkernige Aromatenverbindungen wie Naphtalin und Bisphenol A, oder Isocyanate wie TDI und MDI, oder Vinylverbindungen wie N-Vinylpyrrolidon, oder Formaldehyd-Oligomere wie Trioxan oder anorganische Salze wie Na- oder K-Salze (z. B. die Sulfate, Chloride, Bromide und Jodide) in Betracht.
Im besonderen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren im Fall von Acrylsäure, Methacrylsäure, p-Xylol oder N-Vinylpyrrolidon als Zielprodukt X.
Ist Acrylsäure das Zielprodukt X, so bilden beispielsweise Wasser, Diacrylsäure (Michael-Addukte), Methacrylsäure, Benzoesäure, Essigsäure, und Propionsäure erfindungsgemäß geeignete Substanzen, um durch externen Zusatz M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges zu erhöhen. Erfindungsgemäß vorteilhaft kann im Fall von Acrylsäure als Zielprodukt X zum Zweck der vorgenannten Erhöhung von M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges auch sogenanntes Sauerwasser (vielfach auch als „saures Wasser“ bezeichnet) verwendet werden, wie es im Rahmen einer Abtrennung von Acrylsäure aus dem Produktgasgemisch einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation einer C₃-Vorläuferverbindung von Acrylsäure (z. B. Propan, Propylen, Acrolein, Propionsäure, Propanol, Glycerin und/oder Propionaldehyd) normalerweise anfällt (vgl. z. B. WO 2004/035514 A1 , die deutsche Anmeldung DE 10 2007 004 960 A1 , DE 102 43 625 A1 ). In der Regel enthält Sauerwasser wenigstens 60 Gew.-% (häufig wenigstens 70 Gew.-%, meist wenigstens 75 Gew.-%, vielfach wenigstens 80 Gew.-%) an Wasser und wenigstens 3 Gew.-% (häufig wenigstens 5 Gew.-%, oft wenigstens 7 Gew.-%, vielfach wenigstens 9 Gew.-% oder wenigstens 11 Gew.-%) an Acrylsäure.
Ist Methacrylsäure das Zielprodukt X, so bilden beispielsweise Wasser, Acrylsäure und Essigsäure erfindungsgemäß geeignete Substanzen, um durch externen Zusatz M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges zu erhöhen.
Ist p-Xylol das Zielprodukt X, so bilden beispielsweise Wasser sowie m- und o-Xylol erfindungsgemäß geeignete Substanzen, um durch externen Zusatz M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges zu erhöhen.
Ist N-Vinylpyrrolidon (auch 1-Vinyl-2-pyrrolidon) das Zielprodukt X, so bilden beispielsweise Wasser und 2-Pyrrolidon erfindungsgemäß geeignete Substanzen, um durch externen Zusatz M_B,R ^ges auf M_B,Pu ^ges zu erhöhen.

Ganz besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren im Fall von Acrylsäure als Zielprodukt X und einer Roh-Acrylsäure als flüssiger Phase P, die einen der nachfolgenden Sätze an Gehalten aufweist:

> 70 Gew.-%	Acrylsäure,
bis zu 15 Gew.-%	Essigsäure,
bis zu 5 Gew.-%	Propionsäure,
bis zu 5 Gew.-%	niedermolekulare Aldehyde,
bis zu 3 Gew.-%	Polymerisationsinhibitoren,
0 bis 5 Gew.-%	Diacrylsäure (Michael-Addukt), und
bis zu 25 Gew.-%	Wasser;

oder

≥ 80 Gew.-%	Acrylsäure,
≥ 100 Gew.ppm bis ≤ 15 Gew.-%	Essigsäure,
≥ 10 Gew.ppm bis ≤ 5 Gew.-%	Propionsäure,
bis zu 5 Gew.-%	niedermolekulare Aldehyde,
bis zu 3 Gew.-%	Polymerisationsinhibitoren, und
0 bis 5 Gew.-%	Diacrylsäure (Michael-Addukt),
und
bis zu 15 Gew.-%	Wasser;

oder

≥ 85 Gew.-%	Acrylsäure,
≥ 100 Gew.ppm bis ≤ 10 Gew.-%	Essigsäure,
≥ 10 Gew.ppm bis ≤ 5 Gew.-%	Propionsäure,
bis zu 5 Gew.-%	niedermolekulare Aldehyde,
bis zu 3 Gew.-%	Polymerisationsinhibitoren,
0 bis 5 Gew.-%	Diacrylsäure (Michael-Addukt),
und
bis zu 10 Gew.-%	Wasser;

oder

≥ 90 Gew.-%	Acrylsäure,
≥ 100 Gew.ppm bis ≤ 5 Gew.-%	Essigsäure,
≥ 10 Gew.ppm bis ≤ 2 Gew.-%	Propionsäure,
bis zu 2 Gew.-%	niedermolekulare Aldehyde,
bis zu 2 Gew.-%	Polymerisationsinhibitoren,
0 bis 3 Gew.-%	Diacrylsäure (Michael-Addukt),
und
bis zu 9 Gew.-%	Wasser;

oder

≥ 95 Gew.%	Acrylsäure,
≥ 100 Gew.ppm bis ≤ 3 Gew.-%	Essigsäure,
≥ 10 Gew.ppm bis ≤ 2 Gew.-%	Propionsäure,
bis zu 2 Gew.-%	niedermolekulare Aldehyde,
bis zu 2 Gew.-%	Polymerisationsinhibitoren,
0 bis 2 Gew.-%	Diacrylsäure (Michael-Addukt),
und
bis zu 4,9 Gew.-%	Wasser;

oder

93 bis 98 Gew.-%	Acrylsäure,
1 bis 5 Gew.-%	Wasser,
0,001 bis 3 Gew.-%	Acrolein,
≥ 0 bis 3 Gew.-%	Methacrolein,
≥ 0 bis 3 Gew.-%	Methacrylsäure,
0,1 bis 3 Gew.-%	Essigsäure,
0,01 bis 3 Gew.-%	Propionsäure,
0,001 bis 3 Gew.-%	Formaldeyhd,
0,001 bis 3 Gew.-%	von Formaldehyd verschiedene Aldehyde,
0,01 bis 3 Gew.-%	Maleinsäure, und
≥ 0 bis 3 Gew.-%	Protoanemonin.

Erhältlich sind Roh-Acrylsäuren z. B. nach den bekannten Verfahren des Standes der Technik (vgl. z. B. EP A 1 818 324 A1, WO 01/77056 A1 , DE 103 32 758 A1 , DE 102 43 625 A1 , die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 057 631 A1 , die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 062 258 A1 , die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 004 960 A1 , WO 2004/035514 A1 , die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2006 049 939 A1 , WO 03/041832 A1 und DE 10 2005 015 639 A1 sowie den in diesen Schriften zitierten Stand der Technik).
Dabei handelt es sich in der Regel um Roh-Acrylsäuren, die aus dem Produktgasgemisch einer heterogen katalysierten Partialoxidation wenigstens einer C₃-Vorläuferverbindung der Acrylsäure (z. B. Propan, Propylen, Glycerin, Acrolein, Propionsäure, Propanol und/oder Propionaldehyd) gewonnen werden (auf diese zurückgehen).
Dabei kommt für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung der flüssigen Phase P insbesondere eine solche Roh-Acrylsäure in Betracht, die aus dem Produktgasgemisch einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation wenigstens einer C₃-Vorläuferverbindung unter Anwendung wenigstens eines unscharfen Trennverfahrens erzeugt worden ist. Dies insbesondere dann, wenn man die bei der erfindungsgemäßen Auftrennung anfallende Flüssigphase wenigstens teilweise in wenigstens eines der zur Herstellung der Roh-Acrylsäure aus dem Produktgasgemisch der Gasphasenpartialoxidation angewandten unscharfen Trennverfahren rückführt.
Die Grundstruktur einer solchen kombinierten Anwendung von unscharfen Trennverfahren und dem scharfen Trennverfahren der Kristallisation lehren z. B. die DE 196 06 877 A1 , die EP 0 792 867 A2 sowie die EP 1 484 308 A1 , die EP 1 116 709 A1 , die EP 1 818 324 A1 und insbesondere die EP 1 015 410 A1 .
Im einfachsten Fall kann die für die Gewinnung der flüssigen Phase P einzusetzende Roh-Acrylsäure das Absorbat und/oder partielle und/oder fraktionierend erhaltene Kondensat einer absorptiven und/oder kondensativen Abtrennung der Acrylsäure aus dem Produktgasgemisch einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation wenigstens eines der in dieser Schrift aufgeführten C₃-Vorläufer sein. Eine Rückführung der in der erfindungsgemäßen Auftrennung anfallenden Flüssigphase erfolgt dann zweckmäßig in die Absorption und/oder Kondensation hinein (vgl. EP 1 818 324 A1 ).
Mit Vorteil geht die als Zielprodukt X in der flüssigen Phase P enthaltene Acrylsäure auf ein Partialoxidationsproduktgasgemisch zurück, das enthält:

1 bis 30 Vol.-% Acrylsäure,
≥ 0 bis bzw. 0,005 bis 10 Vol.-% Propylen,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% Acrolein,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% Methacrolein,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% Methacrylsäure,
≥ 0 bzw. 0,005 bis 10 Vol.-% molekularer Sauerstoff,
≥ 0 bzw. 0,005 bis 3 Vol.-% Essigsäure,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% Propionsäure,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% Formaldehyd,
≥ 0 bzw. 0,001 bis 2 Vol.-% sonstige Aldehyde,
und 10 bis 98 bzw. 50 bis 98 Vol.-% (inerte) Verdünnungsgase.

Die Verdünnungsgase können z. B. enthalten:

≥ 0 bzw. 0,005 bis 90 Vol.-% gesättigte C₁- C₆-Kohlenwasserstoffe (insbesondere Propan, Methan und/oder Ethan),
≥ 0 bzw. 0,05 bis 30 Vol.-% Wasserdampf,
≥ 0 bzw. 0,05 bis 15 Vol.-% Kohlenoxide (CO und/oder CO₂),
und ≥ 0 bzw. 1 bis 90 Vol.-% molekularer Stickstoff.

DE 10 2004 032 129 A1

DE 102 45 585 A1

WO 03/076370 A1

WO 01/96271 A2

WO 03/011804 A2

WO 01/96270 A2

Zur Auftrennung der aus dem Pufferbehälter der Auftrennvorrichtung zugeführten Kristallisatsuspension in darin enthaltenes Kristallisat und darin enthaltene Flüssigphase kommen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz generell alle in den Schriften WO 2006/111565 A2 , WO 02/055469 A1 , sowie WO 03/078378 A1 aufgeführten Verfahren in Betracht (z. B. mechanische Trennverfahren wie Zentrifugieren). Mit Vorteil handelt es sich dabei um eine Waschkolonne mit erzwungenem Transport der abgeschiedenen Kristalle (z. B. Acrylsäurekristalle). Der Kristallisatvolumenanteil im Kristallisatbett erreicht dabei in der Regel Werte > 0,5. Im Regelfall wird die Waschkolonne bei Werten von 0,6 bis 0,75 betrieben. Als Waschflüssigkeit wird mit Vorteil die Schmelze von in der Waschkolonne vorab gereinigten (abgetrennten) Kristallen (z. B. Acrylsäurekristallen) verwendet. Die Wäsche erfolgt normalerweise im Gegenstrom.
Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren solche Verfahren, bei denen die flüssige Phase P > 70 Gew.-%, oder ≥ 75 Gew.-%, oder ≥ 80 Gew.-%, ≥ 85 Gew.-% Acrylsäure, oder ≥ 90 Gew.-% Acrylsäure, oder ≥ 95 Gew.-% Acrylsäure aufweist.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn der Wassergehalt der Acrylsäure als Zielprodukt X enthaltenden flüssigen Phase P, bezogen auf in der flüssigen Phase P enthaltene Acrylsäure, 0,2 bzw. 0,4 bis 8, bzw. bis 10, bzw. bis 20, bzw. bis 30 Gew.-%, bzw. 0,60 bis 5 Gew.-%, bzw. 0,60 bis 3 Gew.-% beträgt.
Selbstredend ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf alle Roh-Acrylsäuren der WO 98/01414 A1 sowie auf alle rohen p-Xylole der EP 0 097 405 A1 als flüssige Phase P anwendbar.
In der Regel liegt die Temperatur der (Kristallisat)Suspension S bei ihrer Entnahme aus dem Sekundärraum (T_S ^aus) bei einer Verwendung von Roh-Acrylsäure als Zielprodukt X enthaltender flüssiger Phase P beim erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich von -25 °C bis +14 °C, insbesondere im Bereich von -5 °C bis +12 °C und mit besonderem Vorteil im Bereich von 4 bzw. von 6 bis 9 °C.
Selbstverständlich werden alle Verfahrensschritte, in die Acrylsäure involviert ist, polymerisationsinhibiert durchgeführt. Dabei kann wie im Stand der Technik beschrieben vorgegangen werden. Eine herausragende Position unter der Gesamtmenge der verfügbaren Acrylsäure-Prozessstabilisatoren nehmen dabei Dibenzo-1,4-thiazin (PTZ), 4-Hydroxy-2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidin-1oxyl (4-OH-TEMPO) und p-Methoxyphenol (MEHQ) ein, die entweder jeweils für sich, paarweise oder als Dreiergemisch Bestandteil der flüssigen Phase P (z. B. der Roh-Acrylsäure) sein können. Üblicherweise beträgt ihre Gesamtmenge bezogen auf in der flüssigen Phase P enthaltene Acrylsäure 0,001 bis 2 Gew.-%.
In entsprechender Weise wie für Acrylsäure beispielhaft ausgeführt, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in den Herstellprozess anderer Zielprodukte X integriert werden.
Im besonderen umfasst vorliegende Erfindung daher Verfahren, bei denen aus dem Pufferbehälter heraus als Auftrennvorrichtung mit der im Pufferbehälter enthaltenen Kristallisatsuspension eine Waschkolonne beschickt wird, wobei

- diese eine Waschkolonnenwand aufweist, die einen Prozessraum umhüllt,
- unter Zurückhaltung des in der Kristallisatsuspension enthaltenen Kristallisats und unter Ausbildung eines Kristallisatbetts im Prozessraum aus der in den Prozessraum geführten Kristallisatsuspension Flüssigphase aus dem Prozessraum abgegeben wird,
- das Kristallisatbett im Prozessraum gefördert wird,
- im Prozessraum in die Förderrichtung des Kristallisatbetts wenigstens eine von der Gravitation verschiedene Kraft wirkt, die das Kristallisatbett im Prozessraum fördert,
- im Prozessraum im Gegenstrom zum Kristallisatbett aus aufgeschmolzenem und nach diesem Waschkolonnentrennverfahren zuvor abgetrenntem Kristallisat bestehende Reinschmelze so geführt wird, dass sich im Kristallisatbett eine Waschfront ausbildet, die das Kristallisatbett in eine Flüssigphasenzone und in eine Reinschmelzezone aufteilt, und an dem der Zufuhr der Kristallisatsuspension gegenüberliegende Ende der Waschkolonne kontinuierlich in der Waschkolonne gewaschenes Kristallisat in fester und/oder geschmolzener Form ausgetragen wird.

Das Vorgenannte gilt vor allem dann, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren das Zielprodukt X Acrylsäure ist. In der Regel schließt sich in diesem Fall nach der Abtrennung des feinteiligen Acrylsäurekristallisats ein weiteres Verfahren an, bei dem abgetrenntes Acrylsäurekristallisat aufgeschmolzen und anschließend einer Polymerisation (vorzugsweise einer radikalischen) mit sich oder mit anderen wenigstens einfach ethylenisch ungesättigten Verbindungen (z. B. einer Lösungspolymerisation, Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Gasphasenpolymerisation, oder Substanzpolymerisation) unterworfen wird. Ein solches Verfahren kann sich auch anschließen, wenn die Auftrennung der Kristallisatsuspension in Kristallisat und Flüssigphase auf andere Art und Weise als mit einer Waschkolonne vorgenommen wird.
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der dem Sekundärraum eines indirekten Wärmeübertragers zugeführte Massenstrom an flüssiger Phase P 2 bis 80 t/h betragen. Dem entsprechen dem Sekundärraum als Bestandteil der flüssigen Phase P zugeführte Massenströme ṁ_x von 1,4 bis 79,8 t/h.
In Abhängigkeit vom jeweiligen Trennproblem (einschließlich der verwendeten Auftrennvorrichtung) sowie der Art und Größe der das Kristallisat konstituierenden Kristalle liegt der Kristallisationsgrad Y der Suspension S häufig im Bereich von 0,10 bis 0,50, mit größerer Häufigkeit im Bereich von 0,20 bis 0,40 und besonders häufig beträgt er 0,25 bis 0,35 bzw. 0,30.
Beispiel und Vergleichsbeispiel
Beispiel
Es wurden zwei baugleiche gerührte und gewischte Kühlscheibenkristallisatoren der in Research Disclosure Database Number 496005 (published in August 2005) beschriebenen Bauart parallel betrieben. Bei diesen handelte es sich um einen Trog, in welchem 24 gewischte kreisförmige Kühlplatten (Kühlscheiben) im äquidistanten Abstand von 30±1 cm hintereinander hängend angeordnet waren. Der Plattendurchmesser betrug 3,3 m. Die Plattendicke lag bei 5,2 cm.
Als Kühlmittel wurde für jeden der beiden Kristallisatoren ein Gemisch aus 70 Gew.-% Wasser und 30 Gew.-% Glykol verwendet. Das Kühlmittel wurde im jeweiligen Kristallisator im Gegenstrom zur dem Kristallisator zugeführten flüssigen Phase P durch den Kristallisator geführt und dabei von Kühlscheibe zu übernächster Kühlscheibe weitergereicht. D. h., das Kühlmittel wurde bei jedem der beiden Kristallisatoren in Gestalt zweier gleich großer paralleler Ströme über die Kühlplatten des jeweiligen Kristallisators aufgeteilt geführt. Ein hälftiger Teilstrom führte durch die numerisch geraden Kühlplatten, der andere hälftige Teilstrom führte durch die numerisch ungeraden Kühlplatten (Bezifferung der Kühlscheiben in Strömungsrichtung des Kühlmittels mit 1 beginnend). Die Kühlflächen waren aus Edelstahl gefertigt (DIN-Werkstoff 1.4541). Die Wanddicke der Edelstahlkühlflächen war 4 mm. Die Drehzahl der Wischer betrug 5 bis 6 Umdrehungen je Minute. Die die Wischer antreibende, zentriert durch die Kühlscheiben geführte Welle war mit wassergespülten Stopfbuchspackungen (Packungsschnüre aus Teflon; Spülmenge = wenige Liter pro Stunde bis einige 10 I/h je Dichtung) abgedichtet. Auf dem Umfang jeder Kühlscheibe, wo nicht gewischt werden kann, war ein Hohlprofil aufgebracht (ein Rohr aufgeschweißt; (Material: Edelstahl (DIN-Werkstoff 1.4541), Wanddicke = 3,6 mm). Das Hohlprofil der einzelnen Kühlscheiben eines Kristallisators wurde zum Zweck deren Begleitheizung parallel mit einem flüssigen Heizmittel I angeströmt, das ebenfalls aus 70 Gew.-% Wasser und 30 Gew.-% Glykol zusammengesetzt war.
Die Wischer waren in radialer Richtung segmentiert (4 Segmente).
Die spezifische Anpresskraft der Wischer lag im eingebauten Zustand senkrecht zur Kühlfläche bei etwa 4 N pro cm aktiver Wischkantenlänge. Als Wischermaterial wurde Multilene^® PE 1000 verwendet. Zusätzlich zu den Wischern trieb die Welle Paddel an (zwischen zwei Kühlscheiben und vor der ersten und letzten Kühlscheibe, jeweils in symmetrischer Anordnung) die eine verbesserte Durchmischung bewirkten. Im in Förderrichtung der Kristallisatsuspension hinteren Teil des jeweiligen Kristallisators (hinter der letzten Kühlscheibe) floss die im einzelnen Kristallisator gebildete (Kristallisat)Suspension S jeweils über ein Überlaufwehr in einen mit einem Wendelrührer gerührten Puffertank (aus Edelstahl des DIN-Werkstoffs-Nr. 1.4541; Innenvolumen: 20 m³ _; Wanddicke: 10 mm; Innendurchmesser = 2,58 m; der Boden des Pufferbehälters war mit aufgeschweißter Halbrohrschlange ausgeführt; durch den Halbrohrschlangenraum wurde als flüssiges Heizmittel II ein Gemisch aus 70 Gew.-% Wasser und 30 Gew.-% Glykol geführt; der stationäre Füllinhalt des Puffertanks an Kristallisatsuspension betrug 16 m³), von dem aus zwei baugleiche hydraulische Schmelze-Waschkolonnen mit aus dem Puffertank entnommener Kristallisatsuspension (nach Auftrennung des dem Puffertank entnommenen Massenstromes an Suspension S (die Stärke des Entnahmestromes entsprach der Stärke des Gesamtzufuhrstromes aus den Kristallisatoren) auf die zwei Waschkolonnen folgte jeweils noch vor dem Eintritt in die jeweilige Waschkolonne die Durchströmung eines Coriolis-Massendurchflussmessers zum Zweck der Bestimmung des Kristallisationsgrades Y über die Massendichte des jeweiligen Teilmassenstromes) zum Zweck der Auftrennung derselben in Flüssigphase und Kristallisat parallel beschickt wurden. Die Auftrennung in den Schmelze-Waschkolonnen erfolgte wie in den Schriften EP 1 272 453 A1 , EP 1 448 283 A1 , WO 03/041833 A1 , EP 1 305 097 A1 , DE 101 56 016 A1 , DE 10 2005 018 702 A1 , DE 102 23 058 A1 und der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2007 004 960 A1 beschrieben. Der Innendurchmesser der einzelnen Waschkolonne war 1,4 m. Die Beschickung der Waschkolonnen mit Kristallisatsuspension erfolgte jeweils mittels einer Kreiselpumpe (Typ Kanalrad, Fa. KSB), wobei die Mengensteuerung über eine Drehzahlregelung der Pumpen erfolgte. Die in den Waschkolonnen abgetrennte Flüssigphase wurde über einen weiteren Pufferbehälter wie in 5 der WO 01/77056 A1 bzw. wie in der deutschen Anmeldung DE 10 2007 004 960 A1 beschrieben in die zur Herstellung der Acrylsäure als Zielprodukt enthaltenden flüssigen Phase P mitverwendete fraktionierende Kondensation rückgeführt.
Jeder der beiden Kristallisatoren wies eine Überdachung auf (Edelstahl (DIN-Werkstoff 1.4541)) und war gegen einen Zutritt von Umgebungsluft abgeschlossen. Sowohl die ebenfalls aus Edelstahl (DIN-Werkstoff 1.4541, 10 mm Wandstärke) gefertigten Waschkolonnen als auch die Kristallisatoren und der Puffertank waren durch auf ihre Edelstahleinhüllenden aufgebrachtes Styropor und darauf aufgeklebte Alu-Butyl-Folie der Fa. WeGo Systembaustoffe, Niederlassung VTI in 67014 Ludwigshafen/Rhein wärmegedämmt und wasserdampfgesperrt.
Die Waschkolonnen, der Puffertank und die Kristallisatoren waren in einer gemeinsamen Umhausung untergebracht. Die Lufttemperatur in der gesamten Umhausung betrug zwischen 25 °C und 28 °C. Der Stofftransport aus den Kristallisatoren in den Puffertank und aus diesem heraus in die Waschkolonne erfolgte ebenfalls von der Umgebungsluft abgeschlossen sowie wärmegedämmt und wasserdampfabgedichtet. Der Kristallisationsgrad Y wurde für jeden der beiden parallel betriebenen Kristallisatoren eigenständig auf 0,28 eingestellt. Einer Regelabweichung entgegengewirkt wurde in beiden Fällen durch Erhöhung oder Erniedrigung des jeweiligen T_K ^ein.
Der Betriebszustand der beiden Kristallisatoren war durch die nachfolgenden Rahmenbedingungen charakterisiert:

Zielprodukt X = Acrylsäure.

Den Kristallisatoren zugeführte Phase P = Roh-Acrylsäure, die auf eine fraktionierende Kondensation eines Produktgasgemischs einer zweistufigen heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von chemical grade Propylen zur Acrylsäure zurückging. Ihr Gehalt an Acrylsäure betrug 94,44 Gew.-%. M_B,P ^ges betrug 0,1483 .
Die Eintrittstemperatur des Kühlmittels in den Primärraumbereich des jeweiligen Kristallisators T_K ^ein betrug ca. 2,1 °C.
Die Austrittstemperatur des Kühlmittels aus dem Primärraumbereich des jeweiligen Kristallisators T_K ^aus betrug ca. 4,7 °C.
Der dem Primärraum des jeweiligen Kristallisators zugeführte Kühlmittelmassenstrom ṁ_K betrugt ca. 208 t/h.
Die Eintrittstemperatur des Heizmittels in das jeweilige Hohlprofil der Kühlscheiben des jeweiligen Kristallisators T_H,I ^ein betrug ca. 12 °C.
Die Austrittstemperatur des Heizmittels I aus dem jeweiligen Hohlprofil der Kühlscheiben des jeweiligen Kristallisators T_H,I ^aus betrug ca. 10,4 °C.
Der den Hohlprofilen der Kühlscheiben des jeweiligen Kristallisators insgesamt zugeführte Heizmittelmassenstrom I ṁ_H,I betrug ca. 43 t/h.
Die Eintrittstemperatur der flüssigen Phase P in den jeweiligen Sekundärraum, T_P ^ein betrug ca. 14 °C.
Die Temperatur der Suspension S bei ihrer Entnahme aus dem jeweiligen Sekundärraum T_s ^aus betrug ca. 7,0 °C.
Der Acrylsäuregehalt der flüssigen Restphase R in der dem Sekundärraum entnommenen Suspension S betrug 92,34 Gew.-%.
Der Gesamtmolenbruch M_B,R ^ges der von Acrylsäure verschiedenen Bestandteile in der vorgenannten flüssigen Restphase R betrug 0,1991.
Die Massenstromstärke ṁ_p, mit der die flüssige Phase P dem Sekundärraum des jeweiligen Kristallisators zugeführt und die Suspension S aus dem Sekundärraum des jeweiligen Kristallisators herausgeführt wurde, betrug ca. 26,5 t/h. Daraus ergab sich ein ṁ_x von ca. 25,0 t/h für jeden Sekundärraum.
Die Eintrittstemperatur des Heizmittels II in den Halbrohrschlangenraum des Puffertankbodens T_H,II ^ein betrug ca. 32 °C. Die Austrittstemperatur des Heizmittels II aus dem Halbrohrschlangenraum des Puffertankbodens T_H,II ^aus betrug ca. 26 °C. Der dem Halbrohrschlangenraum des Puffertankbodens insgesamt zugeführte Heizmittelmassenstrom II betrug ca. 5 t/h.
Die Temperatur T^Pu der im Puffertank befindlichen Kristallisatsuspension betrug 7,7 °C.
Der vorstehend beschriebene Betriebszustand wurde mit üblichen Schwankungen wie vorstehend beschrieben über einen Zeitraum von 2 Wochen ohne Schwierigkeiten aufrechterhalten. Der Übersättigungsabbau wurde dabei kontinuierlich beibehalten.
Vergleichsbeispiel
Es wurde wie im Beispiel verfahren, der Heizmittelstrom II wurde dem Halbrohrschlangenraum des Puffertankbodens jedoch nicht zugeführt.
Statt dessen enthielt der verschlossene Halbrohrschlangenraum des Puffertankbodens stehendes, flüssiges Heizmittel II. Die Temperatur der im Puffertank befindlichen Kristallisatsuspension entsprach im wesentlichen der Temperatur der Suspension S bei ihrer Entnahme aus dem jeweiligen Sekundärraum T_S ^aus. Es erfolgte kein Übersättigungsabbau wie im Beispiel beschrieben.
Nach einer Betriebsdauer von 4 Tagen musste der Betrieb unterbrochen werden, da eine zum Beschicken der Waschkolonne mit Kristallisatsuspension verwendete Kanalradpumpe keine Förderung der Suspension S mehr bewirkte (Verstopfung der Leitung und/oder Pumpe).
Im Hinblick auf die obengenannten Lehren sind zahlreiche Änderungen und Abweichungen von der vorliegenden Erfindung möglich. Man kann deshalb davon ausgehen, dass die Erfindung, im Rahmen der beigefügten Ansprüche, auch anders als hierin spezifisch beschrieben, ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung eines Zielproduktes X in Form von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X aus einer aus dem Zielprodukt X sowie aus vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen B_i bestehenden flüssigen Phase P, deren Gesamtmolenbruch an Bestandteilen B_i den Wert M_B,P ^ges aufweist, umfassend das Betreiben eines einen Sekundärraum und wenigstens einen Primärraum aufweisenden indirekten Wärmeübertragers, bei dem der Sekundärraum und der wenigstens eine Primärraum jeweils durch wenigstens eine materielle Trennwand, die als Fläche zum Übertragen von Wärme aus dem Sekundärraum heraus in den wenigstens einen Primärraum hinein dient, räumlich voneinander getrennt sind, indem man einen Strom an flüssiger Phase P in den Sekundärraum des Wärmeübertragers hineinführt, während der wenigstens eine Primärraum gleichzeitig von wenigstens einem fluiden Kühlmedium so durchströmt wird, dass sich im Sekundärraum unter Verbleib einer flüssigen Restphase R aus der flüssigen Phase P heraus feinteiliges Kristallisat des Zielproduktes X bildet, das in der verbliebenen flüssigen Restphase R, die im Vergleich mit der flüssigen Phase P die vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteile mit einem Gesamtmolenbruch M_B,R ^ges > M_B,P ^ges enthält und deren Gehalt an Zielprodukt X wenigstens 70 Gew.-% beträgt, unter Erhalt einer einen Kristallisationsgrad Y aufweisenden Suspension S von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X in der flüssigen Restphase R, suspendiert und dem Sekundärraum des Wärmeüberträgers kontinuierlich Suspension S mit der Temperatur T_s ^aus entnimmt und ferner umfassend das Zuführen von mit der Temperatur T_s ^aus entnommener Suspension S in einen durchmischten Pufferbehälter, sowie mit Hilfe einer Pumpe aus dem Pufferbehälter heraus das Beschicken einer Auftrennvorrichtung mit im Pufferbehälter enthaltener Suspension von feinteiligem Kristallisat des Zielproduktes X und das Auftrennen der der Auftrennvorrichtung zugeführten Suspension in darin enthaltenes Kristallisat und darin enthaltene Flüssigphase, wobei auf dem Weg vom Sekundärraum in den Pufferbehälter, im Pufferbehälter und/oder in einer oder mehreren aus dem Pufferbehälter heraus- und wieder in diesen hineinführenden Umpumpleitungen die Temperatur der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S mit Hilfe einer externen Energiequelle auf einen Wert T^Pu oberhalb von T_s ^aus und/oder der Gesamtmolenbruch der in der flüssigen Restphase R der dem Pufferbehälter zugeführten Suspension S enthaltenen, vom Zielprodukt X verschiedenen, Bestandteile durch externen Zusatz an vom Zielprodukt X verschiedenen Bestandteilen auf einen Wert M_B,Pu ^ges oberhalb von M_B,R ^ges erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass T^Pu - T_s ^aus ≥ 0,1 K beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung von M _B,R ^ges auf M _B,Pu ^ges, bezogen auf M _B,R ^ges, ≥ 0,1 % beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielprodukt X Acrylsäure, Methacrylsäure, N-Vinylpyrrolidon oder o-Xylol ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der flüssigen Restphase R an Zielprodukt X ≥ 80 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der flüssigen Restphase R an Zielprodukt X ≥ 90 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallisationsgrad Y 0,20 bis 0,40 beträgt.