DE1218403B

DE1218403B - Verfahren zum Trennen der Bestandteile fluessiger Mischungen durch fraktionierte Kristallisation

Info

Publication number: DE1218403B
Application number: DEP31913A
Authority: DE
Inventors: Frederick Leroy Stoller
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1962-07-02
Filing date: 1963-05-29
Publication date: 1966-06-08
Also published as: JPS4748106B1; GB982906A; CH440218A; US3212282A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12c-2

Nummer: 1218 403

Aktenzeichen: P31913IVc/12c

Anmeldetag: 29. Mai 1963

Auslegetag: 8. Juni 1966

Das Trennen der Bestandteile flüssiger Mischungen durch fraktionierte Kristallisation ist bekannt und dient z.B. der Konzentrierung einer wäßrigen Lösung oder Dispersion unter gleichzeitiger Erzeugung von aus dieser Lösung abgetrenntem Wasser, wie der Gewinnung von Frischwasser aus Meerwasser oder der Konzentrierung von Orangensaft, Bier, Milch u. dgl., wobei das Wasser in Form von Eiskristallen entfernt wird.

Das Verfahren ist auch von großem Wert für die Trennung von nichtwäßrigen Mischungen, z. B. für die Abtrennung von p-Xylol aus einem Gemisch von Xylolisomeren und Äthylbenzol.

Bei der fraktionierten Kristallisation wird eine Mischung von Kristallen und anhaftender Flüssigkeit durch eine Abtrennzone für die Flüssigkeit, eine Rückflußzone und eine Schmelzzone bewegt, ein Teil der Schmelze als Produkt abgezogen und ein anderer Teil der Schmelze im Gegenstrom zur Bewegung der Kristalle in diese Rückflußzone gedrückt. so

Die Kristalle werden in der Schmelzzone mittels eines Heizelementes, z. B. einem Wärmeaustauscher oder einer elektrischen Heizvorrichtung oder mittels direkten Wärmeaustausches, z. B. mit warmem Butan, geschmolzen. Dabei wird die Zufuhrgeschwindigkeit von Wärme konstant gehalten. Die Entnahmegeschwindigkeit der Schmelze aus der Kolonne kann entsprechend eines Steuerwertes gesteuert werden, der durch Messung der Temperatur der Schmelze ermittelt wird.

Um jedoch eine optimale Erzeugung von gereinigtem Produkt zu erzielen, soll es möglichst bei einer konstanten Geschwindigkeit abgezogen werden. Dabei ergaben sich Schwierigkeiten, die auf verschiedene Strömungen innerhalb der Kolonne, beispielsweise einer Kanalbildung durch das Kristallbett, zurückzuführen sind.

Die gewünschte konstante Geschwindigkeit der Entnahme der Schmelze aus der Kolonne kann aber bei einem Verfahren zum Trennen der Bestandteile flüssiger Mischungen durch fraktionierte Kristallisation in einer Kolonne, bei dem die in einer Kühlzone entstandenen Kristalle und die Mutterlauge kontinuierlich als Suspension in eine Filterzone geleitet werden, in der die Mutterlauge abgezogen wird und von der aus die Kristalle und noch zurückgebliebene Mutterlauge in eine Rückflußzone geführt und dort mit entgegenströmender Schmelze der Kristalle in Berührung gebracht werden, bei dem die Kristalle schließlich in die Schmelzzone gelangen, in der mittels einer Heizeinrichtung Wärme zum Schmelzen der Kristalle erzeugt und aus der ein Teil der Schmelze Verfahren zum Trennen der Bestandteile
flüssiger Mischungen durch fraktionierte
Kristallisation

Anmelder:

Phillips Petroleum Company,

Bartlesville, OkIa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann
und Dipl.-Chem. R. Koenigsberger,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Frederick LeRoy Stoller,
Bartlesville, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Juli 1962 (206 846)

entnommen wird und der Rest im Gegenstrom zu den Kristallen in die Rückflußzone strömt, und bei dem die Temperatur der Schmelze gemessen und der erhaltene Wert als Steuerwert benutzt wird, aufrechterhalten werden, wenn erfindungsgemäß mit dem Steuerwert die Zufuhr von Wärme in die Schmelzzone gesteuert wird, so daß die Temperatur der Schmelze konstant bleibt. In den Zeichnungen stellt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kristallreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und

F i g. 2 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 wird eine flüssige Mischung, die zwei oder mehr Bestandteile enthält, von denen einer von der Mischung durch Kristallisieren abtrennbar ist, durch die Leitung 11 geleitet und mittels der Pumpe 12 durch die Leitung 13 in den Kühlteil 14 gedrückt. Der Kühlteil 14 enthält eine innere zylindrische Hülse 15, deren eines Ende durch ein Endstück 16 verschlossen ist, und einen Kühlmantel 17, der eine Zuleitung 18 und eine Ableitung 19 aufweist. Innerhalb der zylinderförmigen Hülse 15 sind Rührer oder Abstreifer 21 angeordnet, die dazu dienen, eine Ansammlung von Feststoffen an der inneren Oberfläche der zylindrischen Hülse 15 zu verhindern. Die Abstreifer 21 können aus Metallbändern oder an-

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deren geeigneten, bekannten Materialien bestehen und können in Form einer Schraube, wie in der Zeichnung gezeigt, oder gerade gebaut sein. Jede geeignete Form kann bei den Abstreifern 21 vorgesehen werden. Die Abstreifer 21 sind auf einer drehbaren Welle22 durch die Bauteile 23 befestigt. Die Welle 22 ist in der zylindrischen Hülse 15 axial angeordnet und mit einer Kraftquelle verbunden, die den Abstreifer rotieren läßt. Diese Kraftquelle ist in der Zeichnung nicht gezeigt. Die Welle 22 ist in dem Endglied 16 durch eine Stopfbuchse abgedichtet. Die Kühlung der Beschikkung, die in den Kühlabschnitt 14 eintritt, wird durch Einleiten eines Kühlmittels durch die Einlaßleitung 18 und Abziehen des Kühlmittels durch die Ableitung 19 herbeigeführt. Die Kühlung in der Kühlzone 14 muß so wirksam sein, daß etwa 20 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent, feste Kristalle erzeugt werden. Die erhaltene Kristallaufschlämmung in der Mutterlauge wird in die Reinigungskolonne 24 geleitet, die aus der ao Filterzone 25, der Rückfiußzone 26 und der Schmelzzone 27 besteht. Die Filterzone 25 enthält eine Filterplatte oder eine Filtermasse 28 und eine Außenhülle 29, wobei letztere mit einem Auslaßrohr 31 versehen ist, durch die das Filtrat, also die Mutterlauge, aus der Kolonne herausgeleitet wird. Die Leitung 31 kann ein Druckminderventil 32 enthalten, um einen vorbestimmten Rückdruck aufrechtzuerhalten. Die verbleibende Kristallmasse wird in den Rückflußabschnitt 26 geleitet, wo sie im Gegenstrom mit einem Rückstrom der später erzeugten Schmelze in Berührung gebracht wird. Wenn sich die Kristallmasse dem Heizelement 33 im Schmelzabschnitt 27 nähert, werden nämlich die Kristalle geschmolzen. Ein Teil der Schmelze wird durch die Leitung 34 als gereinigtes Verfahrensprodukt abgezogen. Der Rest der Schmelze wird in den Rückflußteil 26 zurückgedrückt. Der Druckimpulserzeuger 35 besteht aus einem Zylinder 36, dessen eines Ende mit der Abzugsleitung 34 für das gereinigte Produkt über eine Flüssigkeit in Verbindung steht und aus einem hin und her bewegbaren Kolben 37, der sich im Zylinder 36 befindet. Der Kolben 37 ist im Zylinder 36 abgedichtet, beispielsweise durch Ringe 38, um ein Durchtreten des gereinigten Produktes zu verhindern. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 37 wird durch einen Elektromotor 39, einen Riemen 41, eine Kurbel 42 und Verbindungsstangen 43 und 44 erzeugt. Während die Kristallmasse vom Kühlabschnitt 14 durch den Filterteil 25 und den Rückflußteil 26 in den Schmelzteil 27 vorwärtsbewegt wird, wird der Kolben 37 mit ■ einer Geschwindigkeit, beispielsweise im Bereich von etwa 50 bis etwa 400 Schwingungen je Minute, hin und her bewegt, so daß ein pulsierender Druck auf den Schmelzriickfluß ausgeübt wird, der intermittierend im Gegenstrom bezüglich der Kristallmasse durch den Rückflußteil 26 zurückgedrückt wird. Ein Rückschlagventil 45 kann in der Produktabzugsleitung 34 vorgesehen werden, um das Zurückfließen von abgenommenem Produkt in die Kolonne 24 zu verhindern. Das Rückschlagventil 45 kann z.B. durch ein Solenoidventil, das synchron mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 37 zyklisch geöffnet und geschlossen wird, ersetzt oder ergänzt werden. Die Abzugsgeschwindigkeit des gereinigten Produktes in 6g der Leitung 34 wird mittels des Ventils 46, das durch den Strömungsmesser 47, der auf den Druckabfall entlang der Öffnung 48 in der Leitung 34 anspricht, betätigt wird, auf praktisch konstante Geschwindigkeit eingestellt.

Elektrische Energie wird zu dem elektrischen Heizelement 33 von einer elektrischen Energiequelle 49 über einen Energieregler 51 übertragen. Die Stellung des Energiereglers 51 wird durch den Temperaturregler 52, der auf die Temperatur der durch die Leitung 34 geleiteten Schmelze anspricht, gesteuert. Diese Temperatur wird an der Stelle 53 gemessen, z. B. mit einem Thermoelement.

In F i g. 2 ist die Heizvorrichtung für den Schmelzteil 27 eine Wärmeaustauschschlange 55, durch welche eine Heizflüssigkeit mittels einer Pumpe 56 geleitet wird, z. B. Wasser, das beim Durchleiten durch einen Wärmeaustauscher 60 mit Dampf in der Leitung 57 erhitzt wird. Ein Temperaturregler mit Schreiber 58 reguliert das Ventil 59, das in der Leitung 57 liegt, um die Strömungsgeschwindigkeit von Dampf durch die Leitung 57 in Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze im Schmelzteil 27, die durch den Temperaturfühler 61 gemessen wird, zu steuern.

Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen in Fig. 1.

Beispiel 1

Bier normaler Stärke mit einem Gehalt von 3,5 Gewichtsprozent Alkohol wird zu einem Kühler 14 durch die Beschickungsleitung 11 mit einer Geschwindigkeit von 4540 kg/Std. geleitet. Das Bier wird im Kühler 14 auf eine Temperatur von —3,33° C durch Verdampfen von flüssigem Propan in dem Kühlmantel abgekühlt. Die Aufschlämmung von Eiskristallen im so erzeugten flüssigen Bierkonzentrat enthält 40 Gewichtsprozent Eiskristalle. Die dicke Aufschlämmung gelangt in die Kolonne, aus welcher 2716 kg Bierkonzentrat mit einem Gehalt von 5,85 Gewichtsprozent Alkohol durch das Filter 25 für die Mutterlauge entfernt werden. Dieses Konzentrat kann durch Durchleiten durch eine oder mehrere Kristallisationsstufen weiter konzentriert werden. Das Eiskristallbett wird am Ende der Säule, wie in Fig. 1 gezeigt, durch Zufuhr von elektrischer Energie geschmolzen. Wasser wird von der Kolonne über die Leitung 34 mit einer Geschwindigkeit von 1814 kg/Std. entfernt, was durch das Steuergerät 45 gesteuert wird. Das Wasser hat eine Reinheit von 99,8 °/o und eine Temperatur von 10° C. Das Thermoelement 53 überträgt ein Signal auf den Temperaturregler 52, der den motorbetriebenen Energieregler 51 derart einstellt, daß der Energieeingang verändert wird, um die durch das Thermoelement 53 gemessene Temperatur zu halten. Wenn diese Temperatur unter 10° C fällt, wird die Energieaufnahme vergrößert, während die Energieaufnahme herabgesetzt wird, wenn die Temperatur über 10° C steigt.

Beispiel 2

In dem im Beispiel 1 angegebenen System und unter Anwendung der Schmelzschemas von F i g. 2 an Stelle des elektrischen Heizelementes werden .die Eiskristalle durch Zirkulieren von warmem Wasser durch die Schlange 55 mit einer Geschwindigkeit von 454 l/Min, geschmolzen. Das Wasser gelangt mit 21,1° C in die Heizschlange und verläßt sie mit 12,8° C. Dampf wird im Wärmeaustauscher 60 mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 60,5 kg/Min, kondensiert, wobei die Geschwindigkeit durch den

Temperaturregler 58 in Abhängigkeit vom Ausgang des Thermoelementes 61 eingestellt wird. Die Temperatur am Thermoelement 61 soll konstant bei 10° C gehalten werden. Die anderen Strömungsbedingungen sind die gleichen wie im Beispiel 1.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Trennen der Bestandteile flüssiger Mischungen durch fraktionierte Kristallisation in einer Kolonne, bei dem die in einer Kühlzone entstandenen Kristalle und die Mutterlauge kontinuierlich als Suspension in eine Filterzone geleitet werden, in der die Mutterlauge abgezogen wird und von der aus die Kristalle und noch zurückgebliebene Mutterlauge in eine Rückflußzone geführt und dort mit entgegenströmender Schmelze der Kristalle in Berührung gebracht werden, bei dem die Kristalle schließlich in die Schmelzzone gelangen, in der mittels einer Heizeinrichtung Wärme zum Schmelzen der Kristalle erzeugt und aus der ein Teil der Schmelze entnommen wird und der Rest im Gegenstrom zu den Kristallen in die Rückflußzone strömt, und bei dem die Temperatur der Schmelze gemessen und der erhaltene Wert als Steuerwert benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steuerwert die Zufuhr von Wärme in die Schmelzzone gesteuert wird, so daß die Temperatur der Schmelze konstant bleibt, wobei die Schmelze der Kolonne mit konstanter Geschwindigkeit entnommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 919 991.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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