DE1107200B - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung grobkoerniger Salze durch Vakuumkuehlung in mehreren Stufen - Google Patents

Description

Um bei der Kristallisation in Vakuumkühlanlagen grobkörnigere Produkte zu erhalten, ist man bestrebt, das Auskristallisieren in das Gebiet der metastabilen Sättigung zu verlegen, wobei es allerdings nicht gelingt, die Neubildung von Kristallkeimen restlos zu verhindern. Zur Vermeidung hoher Übersättigungen sind vielstufige Vakuumkühlanlagen vorgeschlagen worden, in denen die Temperatursprünge von Stufe zu Stufe möglichst klein gehalten werden. Es wurde ferner vorgeschlagen, das wirksame Temperaturgefälle durch Umwälzen bestimmter Lösungsmengen in den einzelnen Kühlstufen herabzusetzen sowie die Lösungen im metastabilen Sättigungszustand durch ein Kristallbett zu leiten, wobei sich die Übersättigung an den vorhandenen Kristallen auslösen soll.

Bei diesen Vakuumkühlanlagen werden Lösung und Kristalle zusammen in der kältesten Stufe ausgetragen. Es bewegen sich also beide Komponenten im Gleichstrom durch die Vakuumkühlanlage. Tritt dabei die Lösung mit den bereits gebildeten Kristallen in die nächstkältere Stufe ein, so kühlt sich zunächst die Lösung durch Selbstverdampfung ab. Die Kristalle, die etwa die Temperatur der vorangehenden Stufe besitzen, gleichen sich der Temperatur, die der entsprechenden Stufe zugeordnet ist, durch Wärmeabgabe an die sie umgebende Lösung an. Da die Verweilzeit der Lösung in jeder Stufe begrenzt ist, wird die Temperatur, die dem entsprechenden Vakuum zugeordnet ist, nie ganz erreicht, d. h., der Siedevorgang und damit die Abkühlung beim Austritt der Lösung aus einer Kühlstufe ist noch nicht restlos beendet. Es besteht also ständig — da die Wärmeabgabe ein Zeitvorgang ist — eine Temperaturdifferenz zwischen den Kristallen und der Lösung, derart, daß diese am Eintritt größer ist als beim Austritt. Infolge der ständigen Wärmeabgabe von den Kristallen an die Lösung wird auch die unmittelbare Grenzschicht immer etwas wärmer sein als die Lösung in größerer Entfernung von den Kristallen. Das bedeutet aber, daß eine größere Tendenz zum Auskristallisieren dort gegeben ist, wo sich keine Kristalle befinden. Die Folge davon ist die Neubildung von Kristallisationskeimen und der Anfall von feinkörnigen Produkten.

Der Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, bei dem die Lösung und die aus ihr auskristallisierenden Salze erstmalig im Gegenstrom zueinander geführt werden, so daß die Kristalle die Anlage an der Eintrittsstelle der heißen Lösung verlassen. Als Folge dieser gegeneinandergerichteten Bewegung werden die Kristalle beim Übertreten in die nächstwärmere Stufe immer kälter sein als die sie um-Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung grobkörniger Salze durch Vakuumkühlung

in mehreren Stufen

Anmelder:

Wintershall Aktiengesellschaft,
Celle, Spörckenstr. 63/65

Dipl.-Ing. Hans Domning, Kassel-Ki.,
ist als Erfinder genannt worden

gebende Lösung. Die Grenzschicht wird sich durch Wärmeabgabe an die Kristalle abkühlen, wodurch eine erhöhte Tendenz zum Auskristallisieren in unmittelbarer Nähe der Kristalloberfläche entsteht. Mit dieser Gegenstromführung von Kristallen und Lösung ist auch eine Klassierung der Kristalle verbunden. Es wird dadurch erreicht, daß nur grobkörnige Kristalle bestimmter Korngröße die Anlage verlassen, wodurch das Kornspektrum des Produktes schmal wird. Alle kleineren Kristalle verbleiben in der Anlage und können weiter anwachsen. Die Klassierwirkung hat weiterhin zur Folge, daß die Lösung in den eigentlichen Verdampfräumen stark mit Kristallen angereichert ist, so daß sich Übersättigungen vorwiegend an den vorhandenen Kristallen auslösen können.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die Kristalle, welche in den kälteren Stufen entstehen, die gesamte Anlage bis zur Eintrittsstelle der heißen Lösung passieren müssen, bevor sie von der Lösung abgetrennt werden. Dieser Vorgang begünstigt das Kristallwachstum, weil dadurch die Verweilzeit dieser Kristalle in der Vakuumkühlanlage erhöht wird und außerdem die Kristallisationsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt.

Ein solcher Vorschlag ist bisher noch nicht gemacht worden. Dies liegt offenbar daran, daß der beschriebene Effekt noch nicht beobachtet und ausgewertet wurde. Eine weitere erhebliche Schwierigkeit liegt aber auch darin, daß noch keine geeignete Vorrichtung bekannt ist, in welcher das neue Verfahren zur Kristallvergröberung von Salzen durchgeführt werden kann.

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In Gleichstrom-Vakuumkühlanlagen ist die Kri- werden, bis die Strömungsgeschwindigkeit in einer

Stallkonzentration in den Lösungen wesentlich gerin- bestimmten Einschniirstelle kleiner wird als deren

ger. Da die auskristallisierte Salzmenge mit fort- Sinkgeschwindigkeit.

schreitender Abkühlung zunimmt, kann der Salz- Von diesem Augenblick an bewegen sich die Krigehalt in den ersten Stufen naturgemäß nur sehr 5 stalle im Gegenstrom zu der aufsteigenden Flüssiggering sein. Selbst in der kältesten Stufe kann in der keit nach unten und werden über die Umlaufleitung 7 Lösung nur so viel Salz suspendiert sein, wie auf der vorhergehenden heißeren Verdampfstufe zuge-Grund der Gesamtkühlspanne auskristallisieren kann. führt. In dieser Stufe werden die Kristalle durch die

Man hat daher versucht, diese ungünstigen Ver- hier aufsteigende Lösung in Schwebe gehalten, bis sie

hältnisse dadurch zu verbessern, daß man die Kri- io sich so weit vergrößert haben, daß ihre Sinkgeschwin-

stalle durch ständiges Verrühren möglichst gleich- digkeit größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit

mäßig in der Lösung verteilt oder die Kristallkonzen- in der Einschnürstelle. Dieser Vorgang wiederholt

tration künstlich durch Zugabe von sogenannten sich so lange, bis die Kristalle in der Lage sind, gegen

Keimkristallen erhöht. Eine ins Gewicht fallende die Strömung im Steigrohr 3 der Stufe I in das An-

Kornverbesserung konnte jedoch durch diese Maß- 15 sauggefäß 2 abzusinken. Die hier anfallenden Kri-

nahme nicht erreicht werden. stalle besitzen eine einheitliche Korngröße. Sie wer-

Nach dem Verfahren der Erfindung wird mit den den mit einer schrägliegenden Förderschnecke 11

Kristallen, die von einer kälteren in die nächstwär- über die Austragöffnung 12 aus dem Ansauggefäß

mere Stufe transportiert werden, eine bestimmte Lö- entfernt.

sungsmenge im Kreise geführt. Durch die Größe 20 Der Transport der in den einzelnen Stufen gegen

dieser Umlaufmenge kann die Kühlspanne in jeder die aufsteigende Lösung absinkenden Kristalle in die

Stufe so weit herabgesetzt werden, daß sich die Lö- jeweils vorhergehende wärmere Stufe wird mittels einer

sung bei der Abkühlung vorwiegend im metastabilen ständig über die Leitung 5, den konusförmigen Fuß 6

Sättigungszustand befindet. der nachfolgenden Stufe und die Leitung 7 im Kreislauf

Es ist in der Praxis nicht zu vermeiden, daß die 25 gehaltenen Lösungsmenge durchgeführt. Dieser Kreiskalte Lösung beim Austritt aus der letzten Stufe eine lauf kann aufrechterhalten werden durch Einsaugen bekleine Menge feinster Kristalle mitführt. Diese wer- stimmter Luftmengen über das Ventil 10 in die Leiden zweckmäßig in die heißeste Stufe zurückgegeben, tung 7 oder auch durch Verwendung einer mechaninachdem sie vorher von der kalten Lösung weit- sehen Pumpe. Die zur Förderung erforderlichen Luftgehend abgetrennt wurden. 30 mengen sind sehr klein, da keine effektiven Förder-

Diese Kristalle dienen dazu, die praktisch nicht höhen zu überwinden sind. Förderluft, Lösung und

ganz gesättigte heiße Lösung vor dem Eintritt in die Kristalle strömen über das zentrale Rohrstück 8 in

Vakuumkühlanlage aufzusättigen. Der Kornanteil, den Verdampfkörper ein und erzeugen eine Zirku-

welcher sich dabei nicht mitauflöst, dient als Keim lation innerhalb des Flüssigkeitsraumes des Ver-

für die Erzeugung grobkristalliner Salze. 35 dampfers, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrich- Kristalle in der Lösung erreicht wird,

tung zur Durchführung des beschriebenen Ver- Eine Hartsalzlauge der Kaliindustrie (Hartsalz ist

fahrens. ein Gemisch aus Sylvin, Steinsalz und Kieserit) ergibt

Die Vakuumkühlanlage besteht aus zahlreichen bei Kristallisation in einer üblichen vielstufigen Va-

Verdampfungsstufen, insbesondere aus zehn bis fünf- 40 kuumkühlanlage nach dem Gleichstromprinzip fol-

zehn, die in der Höhenlage entsprechend den Unter- gende Korngröße:

drücken in den einzelnen Stufen und den daraus re- _n r _u· _{Λ mm Λ nfl/}

,.. , „. , .. „ ,.., . _ , 0,5 bis 1 mm l,U°/o

sultierenden effektiven Saughohen gestaffelt ange- λ, bis 0 5 mm 3 5°/

ordnet sind. πΌ u· ni ~,™ 1 nnm

_..,.„_.. .... ,. τ . ^, . 0,2 bis 0,3 mm lü,ü°/o

Die heiße Losung tritt über die Leitung 1 m das 45 q j ^js q 2 ram 44 5°/

Ansauggefäß2 ein. Infolge des vorgegebenen Unter- ₀'₀₆bis 01 mm 320%

druckes in der Stufe I wird die Lösung bis zu der _u^_{ter q}'q_{6 mm 9}'q_0/o

dem Vakuum entsprechenden Saughöhe α angesaugt, ' '

wobei sie sich durch Selbstverdampfung um einen be- Der Korngrößenkennwert (nach Rosin-Ramm-

stimmten Betrag abkühlt. Die abgekühlte Lösung 50 ler) beträgt 0,15 bis 0,2 mm. Dagegen gibt die

fließt dann über die Ablaufleitung 5 dem konusförmi- gleiche Lauge nach dem Verfahren gemäß der Er-

gen Fuß 6 der Verdampfungsstufe II zu und wird findung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung

dann durch das Vakuum dieser Verdampfungsstufe beispielsweise ein Kristalhsat mit 63,9% KCl, dessen

auf das Niveau b angesaugt, wobei wiederum eine Korngrößenkennwert (nach Rosin-Rammler) bei

Abkühlung entsprechend der Druckdifferenz zwi- 55 etwa 0,8 mm hegt. Dieses Kristallisat hat beispiels-

schen Stufe I und II stattfindet. Auf diese Weise fließt weise folgende Zusammensetzung:

die Lösung durch alle Stufen der Vakuumkühlanlage ^_εΓ ^ _mm ^ q_0/

und verläßt sie mit der vorbestimmten Endkühl- _{0 75 bis χ mm} ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ₄₇;_0fl;_n

temperatur, beispielsweise in Stufe X über das Ab- _{Q 5 bis QJ5 mm 3g Q}

η ^₁-, , a-u α λ- ρ- ⁶⁰ 04 Hs 05 mm

Die Steigleitungen 3 und insbesondere die Ein- q, bis 0 4 mm 2 0°/

schnürungen 4 sind so dimensioniert, daß bei einer q^ u-.„ q\ _mm l'o^fl/°

gegebenen Lösungsmenge die Strömungsgeschwindig- _Q\ _{big 0}'_{2 mm 0}'_5<l/*

keiten in den Einschnürungen von Stufe zu Stufe ab- unter 01 mm 05%

nehmen, d. h., die Rohrquerschnitte vergrößern sich 65 ' '

entsprechend. Dadurch wird bewirkt, daß kleine Kri- Eine Sylvinlauge der Zusammensetzung KCl 247,

stalle, die sich beispielsweise in der Stufe I bilden, NaCl 205, MgCl₂ 5, H₂ O 787 (g/l, 94°) ergibt nach

mit der durchfließenden Lösung so lange mitgeführt dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der

Claims (5)

5 6 Erfindung ein hochprozentiges Kalidüngesalz mit kälteren in die nächstwärmere Stufe transportiert 93,2% KCl und 6,8 % NaCl mit dem Korngrößen- werden, ein Teil der Lösung mitgeführt wird, kennwert (nach Rosin-Rammler) von 0,87 mm. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch Dieses Kristallisat hat beispielsweise folgende Zu- gekennzeichnet, daß feinste Kristalle, die mit der sammensetzung: 5 kalten Lösung aus der letzten Stufe ausgetragen werden, nach Abtrennung in die heißeste Stufe über lmm 15,üfl/o zurückgeführt werden. 0>75bislrnm 40,0°/o 4 Vorrichtung zur Durchführung des Ver- n uiS nc mm inai fahrens nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus in 0,4 bis 0,5 mm /,U/o 10 der Höhenlage entsprechend den Unterdrücken ■nl u-S η ο m inn/ in den einzelnen Stufen und den daraus resultie- ' bis U1J mm 1,0/o renden Saughöhen gestaffelten Verdampfungs- 0,1 bis 0,2 mm 0,5 /o stufen mit Steigleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die der Zuführung der abzukühlenden Patentansprüche· 1s Lösun§ dienenden Steigleitungen (3) eine Einschnürung (4) und einen konusförmigen Fuß (6),

1. Verfahren zur Gewinnung grobkristalliner der über eine in ein Rohr (8) mündende Leitung Salze durch Vakuumkühlung einer Lösung in (7) mit einem an sich bekannten Luftventil (10) mehreren Stufen unter ständiger Klassierung und für die Rückführung der Kristallsuspension und damit verbundener Anreicherung von Kristallen 20 einer Leitung (5) für die in der nächsten Stufe in den Verdampfungsräumen, dadurch gekenn- weiter abzukühlende Lösung mit der vorherzeichnet, daß die in einer Stufe auskristallisierten gehenden Stufe verbunden ist, aufweisen.

Salze jeweils in die vorhergehende wärmere Stufe

geführt und aus der ersten Stufe, in welche die In Betracht gezogene Druckschriften:

Lösung eingeführt wird, entnommen werden. 25 Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 052 539,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- I 036 814;

kennzeichnet, daß mit den Kristallen, die von der USA.-Patentschrift Nr. 2 448 802.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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