DE1028088B - Verfahren und Vorrichtung zum Auskristallisieren von in einer Fluessigkeit enthaltenen kristallisierbaren Verunreinigungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die zum AuskristaUisieren von kristalHsierbaren Anteilen aus Lösungen notwendige Abkühlung wird nach einem bekannten Verfahren dadurch erreicht, daß man in die Lösung eine kältere, sich nicht homogen damit vermischende Austauschflüssigkeit unmittelbar einleitet. Die nachfolgende Abtrennung der Kühlflüssigkeit erfolgt auf Grund des Unterschiedes im spezifischen Gewicht,

Demgegenüber wurde gefunden, daß es in gewissen Fällen von Vorteil ist, wenn man als Mittel für die das Auskristallisieren bewirkende Abkühlung eine bei der Temperatur der zu reinigenden Lösung verdampfende, sich nicht mit ihr mischende Kühlflüssigkeit benutzt. Man leitet daher erfindungsgemäß in Lösungen, aus denen man einen Anteil der gelösten Stoffe, beispielsweise die Verunreinigungen, durch Auskristallisieren abscheiden will, ein mit der Lösung nicht homogen vermischbares flüssiges Kühlmittel ein, das im Kontakt mit der Lösung unter Wärmeentzug in den Dampfzustand übergeht. Die Dämpfe werden nach oben abgezogen und außerhalb des Kühlgefäßes kondensiert, worauf das Kühlmittel wieder verwendet werden kann. Die abgekühlte Sole, in der die Kristallisation im allgemeinen schon begonnen hat, wird abgezogen und nach völligem Auskristallisieren der zu entfernenden Anteile geklärt.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber der früheren Methode, bei der kein Verdampfen des Lösungsmittels stattfindet, liegen auf der Hand. Vor allem ist die Kühlwirkung der Wärmeaustauschflüssigkeit viel intensiver, also die benötigte Menge geringer, wenn sie, ihre Verdampfungswärme der Lösung entziehen muß. Ferner wirken die entstehenden Dampfblasen als Rührmittel, was zu einem besonders wirkungsvollen Wärmeaustausch führt und ebenfalls die Menge der Kühlflüssigkeit herabsetzt bzw. ihre Ausnutzung verbessert. Während also der Wärmeentzug aus der Lösung intensiver ist als bei dem bekannten Verfahren, findet eine Wärmeableitung aus den Gefäßwandungen, mit denen das verdampfende Kühlmittel viel weniger in Berührung kommt als das flüssig bleibende, in bedeutend geringerem Ausmaß statt als früher. Dies hat den großen Vorteil, daß sich an den verhältnismäßig warm (d. h. wärmer als die Lösung) bleibenden Wänden kaum Kristalle ansetzen, während bei dem erwähnten und anderen bekannten Verfahren das Anhaften von Kristallen an den Wänden oft zu Schwierigkeiten führt.

Mit besonderem Vorteil kann das Verfahren bei der Erzeugung von Ammoniaksoda angewandt werden, bei der es sich darum handelt, gesättigte Chlornatriumsole von Sulfationen zu befreien, die sonst später zu störenden Abscheidungen von Calciumsulfat führen könnten.

Verfahren und Vorrichtung

zum Auskristallisieren
von in einer Flüssigkeit enthaltenen
kristallisierbaren Verunreinigungen

Anmelder;

Diamond Alkali Company,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V, St. v. Amerika vom 2Θ. Juni 1955

J. Edward Loeffler jun., Lyndhurst, Ohio,

und Edwin D. Redding, Houston, Tex. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Über diesen Spezialzweck hinaus dient das Verfahren allgemein dem Zweck, störende, durch Abkühlen kristallisierbare Stoffe (in erster Linie Verunreinigungen) aus Lösungen beliebiger Art abzuscheiden.

In der Zeichnung ist ein Kristallisiergefäß 10 mit zylindrischen S ei ten wänden 12, einem konischen Boden 14, einem Deckel 16, einem Ablaßhahn 18 und einem oberen Abzug 20 dargestellt. Die kristallinen Stoffe werden am Boden durch den Ablaß 18 abgezogen, mitgerissenes Kühlmittel durch einen Abzug 20 zum Kühlmittelaggregat zurückgeführt. Im Inneren des Gefäßes 10 ist ein Abscheider 22 angeordnet. Von ihm geht die Abzugsleitung 24 für Sole aus. Der Flüssigkeitsspiegel ist durch die gestrichelte Linie 26 wiedergegeben.

Der Wärmeaustauscher 28 besteht aus einem zylindrischen Kessel mit Seitenwänden30, einem Deckel 32 und einem konischen Bodenteil 34, Die Zuleitung 36 für die Speiselösung mündet unten in die Seitenwand. Ein kurzes Abflußrohr 38 verbindet den unteren Teil des Wärmeaustauschers mit dem unteren Teil des Kristallisiergefäßes, wodurch ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Gefäßen möglich ist. Ein ähnliches Abflußrohr 40 verbindet den Wärmeaustauscher und das KristalHsiergefäß an einer höher gelegenen Stelle. Die gestrichelte Linie zeigt den Teil des Abflußrohres 40, der sich innerhalb der Wände des Kri-

709 9W251

stallisiergefäßes 10 nach abwärts erstreckt und etwa in der Mitte des Kristallisiergefäßes endigt. Der absperrbare Einlaß 42 im Boden 34 des Wärmeaustauschers dient zur Zufuhr des Kühlmittels. Der Abzug 44 im Deckel 32 des Wärmeaustauschers erlaubt den Abzug der Kühlmitteldämpfe zu einem Kühlmittelaustauscher 54. Ein Nebelabscheider 46, der aus einem Gitter oder Leitblechen besteht, dient zum Abscheiden mitgerissener Soleteilchen. Die Leitung 48 führt zu dem Ventil 20 des Kristallisiergefäßes und dient dazu, allenfalls in das Kristallisiergefäß gelangte Kühlmitteldämpfe zurückzuführen; sie mündet bei 50 in die Abzugsleitung. Der Flüssigkeitsspiegel im Wärmeaustauscher ist durch die gestrichelte Linie 52 bezeichnet.

Die entspannten Kühlmitteldämpfe aus dem Wärmeaustauscher gelangen durch die Leitung 56 in den Kühlmittelaustauscher 54. Dort kommen sie in indirekten Kontakt mit neu zugeführtem Kühlmittel, das aus einem Kompressor durch die Leitung 58 zuströmt. Die Leitung 58 tritt in den äußeren Kopf 60 des Kühlmittelaustauschers 54 ein, der im Innern mit einem doppelten Rohrsystem ausgerüstet ist. Aus dem Kopf 60 strömt das neu'zugeführte Kühlmittel in den Abschlußkopf 62 und durch eine andere Reihe von der Länge nach angeordneten Röhren in einen anderen Abschnitt des Kopfes 60 zurück, von wo es über die Leitung 64 in den Wärmeaustauscher 28 geführt wird. Diese Anordnung ist bekannt, und es werden deshalb keine Einzelheiten angeführt.

Beim Betrieb wird die zu behandelnde Lösung, z. B. eine mit Sulfaten verunreinigte NaCl-Lösung, durch die Leitung 36 in den Wärmeaustauscher 28 eingeführt und, nachdem die Sulfatverunreinigungen auskristallisiert sind, über die Leitung 24 abgezogen. Der Zu- und Abfluß wird so abgestimmt, daß ein ungefähr konstanter Spiegel aufrechterhalten bleibt. Das Kristallisiergefäß und der Wärmeaustauscher sind stets so aufeinander abgestimmt, daß die Sole gleichmäßig abgekühlt wird und genügend lange im Kristallisiergefäß bleibt, daß so gut wie alle unerwünschten Anteile abgeschieden werden. Im Beispielsfall ist das Kristallisiergefäß 10 beträchtlich größer als der Wärmeaustauscher 28; jedoch ist dies nicht immer notwendig.

In den Wärmeaustauscher, vorzugsweise in dessen unteren Teil, wird ein leicht verdampfbares Kühlmittel flüssig eingebracht, dessen Menge so gewählt ist, daß die Temperaturerniedrigung der Sole den jeweiligen Erfordernissen entspricht. Das Kühlmittel verdampft innerhalb der Sole und entzieht dieser die dazu nötige Wärme. Es strömt aufwärts und wird über dem Abzug 44 aus der Kühlzone abgezogen. Durch das Einleiten und Verdampfen des Kühlmittels wird die Sole aufgerührt, so daß alle Teile in innigen Kontakt ü5 kommen. Gegebenenfalls kann der Wärmeaustauscher auch zusätzlich mit einem Rührwerk versehen sein. Die gekühlte Sole tritt kontinuierlich durch das Abflußrohr 40 in das Kristallisiergefäß 10 über. Sie wird dort vorzugsweise nicht tiefer als etwa in der Gefäßmitte, über dem Abscheider 22, eingeführt. Die Kristallisation beginnt unter dem Einfluß von Impfkristallen, unmittelbar nachdem die Sole in den Kühlbereich gelangt. Die Kristalle gleiten über den Abscheider 22 abwärts in den unteren Teil des Kristallisiergefäßes, wo sie sich in dessen konischem Teil absetzen und durch den Ablaß 18 abgezogen werden. Der Auslaß 24 ist am Scheitelpunkt des Abscheiders angeordnet, weshalb die Sole, ehe sie das Kristallisiergefäß verläßt, wieder aufwärts strömen muß. Wegen des Unterschieds im spezifischen Gewicht zwischen Kristallen und Sole und da die Sole im wesentlichen nur durch das Gewicht der Flüssigkeitssäule in die Leitung 24 und damit aus dem Kristallisiergefäß hinausgedrückt wird, werden die Kristalle durch die abfließende Sole nicht mitgerissen.

Die Kristallisation kann zum Teil bereits im Wärmeaustauscher vor sich gehen. In diesem Fall gleiten die gebildeten Kristalle aus dem Kühlgefiß durch das Abflußrohr 38, das mit dem unteren Teil des Kristallisiergefäßes in Verbindung steht. Diese Anordnung ist wichtig, weil sich sonst im Wärmeaustauscher eine Kristallschicht absetzt, die besonders nach längerer Betriebszeit alle volumetrisehen Berechnungen zunichte machen würde, aus denen das optimale Verhältnis für Fließgeschwindigkeit und Kristallisationszeit ermittelt wird.

Die Kühlmitteldämpfe, die den Wärmeaustauscher durch die Leitung 56 zusammen mit gegebenenfalls aus der Leitung 48 kommenden zusätzlichen Kühlmitteldämpfen verlassen, werden im Austauscher 54 wieder gekühlt, verdichtet und in das System zurückgeführt.

Zur Durchführung des Prozesses können verschiedene Kühlmittel benutzt werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß das Kühlmittel mit der Lösung nicht homogen vermischbar und vollkommen inert ist, so daß keine Verunreinigungen in die Sole eingeschleppt und jede chemische Reaktion vermieden wird. Ebenso sollte das Kühlmittel Wasser gegenüber stabil sein und mit ihm keine Hydrate bilden. Geeignete Kühlmittel sind Kohlenwasserstoffe, besonders Butan und Isobutan. Die Auswahl des Kühlmittels hängt auch von der Temperatur der zu reinigenden Lösung ab, die im Beispielsfall normalerweise etwa 27° C beträgt. Um die Sulfatverunreinigungen zum Kristallisieren zu bringen, muß die Temperatur um mindestens 25° C, d. h. auf + 2 bis — 7° C, erniedrigt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskristallisieren von in einer Flüssigkeit gelösten kristallisierbaren Verunreinigungen durch direkten Wärmeaustausch mit einer damit nicht mischbaren Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung in einer Kühlzone mit einem unter den Bedingungen des angewandten Verfahrens verdampfbaren Kühlmittel direkt in Kontakt bringt, das verdampfte Kühlmittel vom Kopf der Kühlzone und die Kristalle enthaltende Flüssigkeit aus dem unteren Teil der Kühlzone abzieht.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Wärmeaustauscher (28) mit einem Einlaß (36) für die zu kühlende Flüssigkeit sowie einem Ein- und einem Auslaß (42,44) für das Kühlmittel und durch ein Kristallisiergefäß (10) mit einem Auslaß (24) für die behandelte Flüssigkeit, einem Auslaß (18) für das kristalline Produkt und einem Auslaß für verdampftes Kühlmittel (20); ferner durch Abführleitungen (38 und 40), welche den Wärmeaustauscher mit der Kristallisationszone verbinden, wobei die Leitung (40) über dem Auslaß für die Kristalle im Kristallisiergefäß mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (36) in der Nähe des Bodens des Wärmeaustauschers (28), der Einlaß (42) zur Einführung des Kühlmittels sowie die Abführleitung (38) unterhalb und die Abführtet

tung (40) sowie der Abzug (44) für die Kühlmitteldämpfe oberhalb des Einlasses (36) angeordnet sind und daß am Kristallisiergefäß die Ableitung (40) an einer verhältnismäßig hoch liegenden Stelle eingeführt und der Auslaß (18) am Gefäßboden, der Auslaß (24) über dem Auslaß (18) und der Abzug (48) für restliche Kühlmitteldämpfe an der Spitze des Kristallisiergefäßes angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Abfluß der Flüssigkeit aus dem Wärmeaustauscher (28) dienenden Leitungen (38) und (40) nach abwärts gerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslaß (24) nach dem Gefäßinneren zu eine sich nach unten erweiternde konische Leitfläche (22) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 552 584.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ι 70S 960/251 +.58