DE1255634B - Verfahren und Vorrichtung zum Auskristallisieren eines kristallisierbaren Stoffes aus einer Fluessigkeit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOId

Deutsche Kl.: 12 c-2

1255 634
E23295IVc/12c
31.JuIi 1962
7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auskristallisieren eines kristallisierbaren Stoffes aus einer Flüssigkeit, worin dieser Stoff bei bestimmten Temperaturen löslich und bei demgegenüber niedrigeren Temperaturen unlöslich ist, bei 5 welchem man die Flüssigkeit mit einer Temperatur oberhalb der Kristallisationstemperatur in Form von Tröpfchen in einer im Gegenstrom mit einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur zugeführten, damit unmischbaren Kühlflüssigkeit abweichender Dichte dispergiert.

Das Kühlen mit nicht vermisch baren Flüssigkeiten in mit Leitflächen oder Prallplatten versehenen Türmen ist bekannt. Abgesehen davon, daß dabei zur Erzielung eines ausreichenden Kontaktes zwischen der Beschickung und dem Kühlmittel eine beträchtliche Anzahl Böden oder Prallplatten erforderlich sind, weist diese Arbeitsweise den Nachteil auf, daß die abgeschiedenen Kristalle sich in erster Linie an den Prallplatten und Böden absetzen, so daß bereits nach kurzer Betriebsdauer eine gründliche Reinigung erforderlich ist. Ferner läßt sich eine Verunreinigung der abgeschiedenen Kristalle durch in der als Kühlmittel eingesetzten Flüssigkeit dispergiert verbleibenden Tröpfchen der Lösung nicht sicher ausschalten, und außerdem kann man die Abkühlgeschwindigkeit nicht mit der für eine gute Kristallisation erforderlichen Gleichmäßigkeit regulieren.

Es ist auch bereits bekannt, die zu kristallisierende Flüssigkeit mit einer im Gegenstrom geführten, nicht mischbaren Flüssigkeit anderer Dichte durch unmittelbaren Kontakt zu kühlen, die entstehenden Kristalle abzutrennen und das Kühlmittel wieder zu verwenden oder flüssige Mischungen c'urch direkten Kontakt mit einer nicht mischbaren Flüssigkeit anderer Dichte zur Kristallisation einer Komponente im Gegenstrom derart zu kühlen, daß die Mischung in die Kühlflüssigkeit eingesprüht wird, wobei sich einzelne Tröpfchen in der zusammenhängenden Kühlflüssigkeit bilden. Da sich in den üblichen Wärmeaustausch- und Kühlvorrichtungen die den zu kristallisierenden Stoff enthaltende Flüssigkeit jedoch in Tröpfchen unterschiedlicher Größe abscheidet, ist die Kühlgeschwindigkeit dementsprechend verschieden, was zur Bildung von zum Teil so kleinen Kristallen führt, daß man diese mit üblichen Trennvorrichtungen, wie Zentrifugen, auf Grund ihrer geringen Absetzgeschwindigkeiten in der Mutterlauge nicht wirksam abtrennen kann. Außerdem haften manche kristallinen Stoffe an den Entnahmeflächen der Abscheidevorrichtung an und verursachen Verstopfungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bis-Verfahren und Vorrichtung zum
Auskristallisieren eines kristallisierbaren Stoffes
aus einer Flüssigkeit

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company,

Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. K. Th. Hegel, Patentanwalt.

Hamburg 36, Esplanade 36 a

Als Erfinder benannt:

Leonard B. Torobin, Newark, N. J.;

Donald L. Baeder,

Berkeley Heights, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1961 (135 092),

vom 29. Dezember 1961

(163 214, 163 215)

herigen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine ungleichmäßige und zu große Kühlgeschwindigkeit ausschließen und eine für alle Tröpfchen einheitlich steuerbare Kühlgeschwindigkeit ermöglichen, die zur Bildung größerer und gleichmäßiger Kristalle einer höheren Reinheit und leichteren Abtrennbarkeit sowie einem besseren Wärmeübergang führt und zudem höhere Durchsatzgeschwindigkeiten erlaubt.

Bei einem Verfahren zum Auskristallisieren eines kristallisierbaren Stoffes aus einer Flüssigkeit, bei welchem man diese mit einer Temperatur oberhalb der Kristallisationstemperatur in Form von Tröpfchen in einer im Gegenstrom mit einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur zugeführten, damit unmischbaren Kühlflüssigkeit abweichender Dichte dispergiert, wird diese Aufgabe gelöst, wenn erfindungsgemäß die Tröpfchen der Flüssigkeit eine gleichmäßige Größe zwischen 0,79 und 12,7 mm aufweisen und der Kühlflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit zugeführt werden, so daß sich ein Verhältnis von Tröpfchenvolumen zu Gesamtvolumen zwischen 0,35 und 0,80 und eine Kühlgeschwindigkeit der Tröpfchen zwischen etwa 0,14 und 8,35°C/min einstellt.

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Charakteristische Arbeitsbedingungen und Verfahrensergebnisse für verschiedene Beispiele sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

	Art	]	Siede bereich	3eschickung	Stockpunkt 0C	Wachsgehalt in Gewichts prozent	Einlaß tempe ratur der Beschickung 0C	Art des Kühlmittels	Einlaß tempe ratur des Kühl mittels 0C
Bei spiel Nr.	Kuwait-Mittel destillat	293 bis 338	Trü bungs- punkt 0C	4,4	12	21	28%ige Calcium- chloridlösung	-20,5
1	Schmieröl	450 bis 600	5,5	46	20	46	28%ige Calcium- chloridlösung	-20,5
2	Zelten-Rohöl	—	52	10 bis 12,8	—	32	Wasser	2,8
3	Kuwait-Schwer destillat	338 bis 388	—	4,4	10	21	28%ige Calcium- chloridlösung	-26,5
4	5,6

Bei spiel Nr.	Beschickung	Einlaßtemperatuf der Beschickung	Art des Kühlmittel»	Einlaßtemperatuf des Kühlmittels	Tröpfchen- geschwmdig- keit	Tröpfchen durohmeMM
		0C		6C	mm/sec	mm
5	frischer Orangensaft	-γ	Speiseöl	-12,2 bis -6,6	—	—
6	frische Vollmilch	-2,2 bis 0	Mitteldestillat-Kohlen wasserstoff	—20,5 bis —6,6	—	3,1 bis 9,5
7	Bier	-3,9 bis —1,1	—	—26,1 bis —6,6	—	—
8	Salzwasserlösung mit Natriumchloridge halt von 3,5 Ge wichtsprozent	-1	C11- bis C14-MiWeI- destillat-Kohlenwasser- stoff	-3,8 bis -20,5	—	—
9	Salzwasser	-0,5	Mitteldestillat	-5,66	—	—
10	Salzwasser mit etwa 4 Gewichtsprozent Natriumchlorid	-1,1	Mitteldestillat-Kohlen wasserstoff mit Siede bereich von 148 bis 2600C	-17,7 bis -6,7	—	3,1 bis 9,5

Arbeitsbedingungen

Tröpfchen- geschwindig- keit	Tröpfchen durch messer	Volumen dichte der Tröpfchen	Abkühl geschwin digkeit	Abzugs temperatur der Auf schlämmung	Abzugs temperatur des Kühl mittels	Art und Eigenschaft des bzw. der Endprodukte
mm/sec	mm	%	°C/min	0C	0C
4,5	2,1	75	1,1 bis 1,7	-17,7	18,3	entwachstes Öl mit Stockpunkt —17,7° C und Wachskonzentration von 0%, Wachs mit ölgehalt von 12 Gewichtsprozent
5,5	3,2	—	1,1	—		entöltes Wachs mit 31 Gewichtsprozent öl
6	4,76	—	1,1	4,4	30,6	entwachstes öl mit einem Stockpunkt von 4,4° C neben 8% Feststoffen
4,5	2,1	75	1,1	-17,7	18,3	—

Volumen dichte der Tröpfchen	Abkühl geschwindigkeit	Abzugstemperatur der Aufschlämmung	Abzugstemperatur des Kühlmittels	Art und Eigenschaft des bzw. der Endprodukte
%	0C	0C	0C
—	0,55 bis 2,2	—	—	auf 50 Volumprozent eingeengter konzentrier ter Orangensaft neben praktisch reinen Eis- kristallen einer Größe von 200 bis 500 Mikron
65 bis 75	0,55 bis 1,67	-12,2 bis -3,8	-1,1	um etwa 75% des Anfangsvolumens einge engtes Milchkonzentrat
—	—	-23,3 bis -9,4	-9,4 bis -3,8	Volumenverminderung des Bieres um 65 bis 75 Volumprozent
—	0,28 bis 1,11			10 bis 30 Volumprozent der Beschickung in Form von Eiskristallen in einer Größe von 150 bis 1000 Mikron mit weniger als 300 bis 500 ppm an Natriumchlorid
—	—	-2,2	-1,1	10 Gewichtsprozent der Beschickung in Form von Eiskristallen mit weniger als 500 ppm Natriumchloridgehalt
35 bis 60	2,2 bis 4,5	-3,3 bis -2,2	-3,9 bis -2,2	10 bis 20 Volumprozent der Beschickung in Form von Eiskristallen mit weniger als 500 ppm Natriumchloridgehalt

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Als Flüssigkeit kann man eine wachshaltige Erdöl- anderen Ende angeordneten Zuführungen für die

fraktion, insbesondere ein zwischen 238 und 360⁰C Kühlflüssigkeit sowie Ableitungen an dem jeweils den

siedendes Erdöldestillat mit einem Wachsgehalt zwi- Zuführungen entgegengesetzten Ende und ist erfin-

schen 6 und 12 Gewichtsprozent, verwenden. dungsgemäß gekennzeichnet durch einen Sprühkopf

Man kann auch eine Beschickung aus einer einen zu 5 mit einer Vielzahl von vorspringenden Öffnungen und

kristallisierenden Stoff enthaltenden wäßrigen Lösung einer am Sprühkopfrand ringförmig umlaufenden

von Orangensaft behandeln. Man erreicht damit, daß Leitfläche. Zweckmäßig weist eine solche Vorrichtung

die wärmeempfindlichen und leicht verdampfbaren einen am unteren Ende der Kolonne angeordneten

Geschmacksstoffe und/oder Vitamine, die in der Be- Sprühkopf, eine das Oberteil der Kolonne ringförmig

Schickung enthalten sind, unbeeinträchtigt bleiben, io umschließende, mit dieser durch radiale Leitungen

und als Verfahrensprodukt erhält man hochkonzen- verbundene, thermisch. isolierte Absetzkammer mit

trierte Lösungen optimaler Qualität. an deren Oberteil angeordneten Abzugsleitungen

Weiterhin kann man als Einsatzmaterial beim sowie eine vorzugsweise durch einen Gasraum von der erfindungsgemäßen Verfahren Salzwasser, beispiels- Kühlflüssigkeit getrennte Zuführung für die Kühlweise Seewasser, mit einem Gehalt von etwa 4 Ge- 15 flüssigkeit auf.

wichtsprozent Natriumchlorid und einem Gefrier- Eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichpunkt zwischen —3 und —1°C, aufarbeiten. Als tung ist in der Zeichnung dargestellt.
Kühlmittel kann man dabei außer einem Kohlen- Der Sprühkopf 24, in den die Beschickung durch die Wasserstoffdestillat mittlerer Siedelage vorteilhaft auch Leitung 1 eingeführt wird, hat vorstehende Öffnungen pflanzliche Speiseöle, Baumwollsamenöle und unter 20 39 und weist an seinem äußeren Rand eine ring-Normalbedingungen gasförmige leichte Kohlenwasser- förmige Leitfläche 30 auf, die sich von dem äußeren stoffe sowie unter Normalbedingungen gasförmige Rand bis zu einer Entfernung von etwa einem Sechfluorierte Kohlenwasserstoffe verwenden. zehntel bis drei Sechzehntel, vorzugsweise einem

Der den auskristallisierenden Stoff enthaltenden Achtel, des Sprühplattendurchmessers senkrecht nach Flüssigkeit können Verdünnungsmittel, wie Alkohole, 25 oben erstreckt. Die Öffnungslöcher 39 werden vor-Glykole, Ketone, aromatische Kohlenwasserstoffe, stehend ausgebildet, um ein Benetzen der Sprühkopf-Wasser oder aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe, züge- oberfläche zu Verhindern. Die Vermischung zwischen setzt werden, was vorteilhaft sein kann, um die Visko- der durch diesen Sprühkopf eingesprühten Flüssigkeit sität zu regulieren und die Kristallisation zu unter- und der am Kopf des Kristallisationsturms 2 durch stützen. Als Verdünnungsmittel können sowohl Lö- 30 die Leitung 4 und über einen Verteilerkopf 28 in den sungsmittel als auch Nichtlöser für den auszukristalli- Luftraum 27 des Innenraums 21 des Kristallisationssierenden Stoff verwendet werden. turms 2 eingebrachten und über die Leitung 7 wieder

Auch das Kühlmittel kann beim erfindungsgemäßen abgeführten Kühlflüssigkeit wird weitgehend verhin-

Verfahren mit Verdünnungsmitteln verschnitten wer- dert. dadurch, daß man das Material gleichmäßig

den. Dazu können Lösungsmittel für das Kühlmittel, 35 durch eine Luftschleuse einleitet. Zur wirksamen

beispielsweise aromatische oder aliphatische Kohlen- Trennung eines leichteren Materials von dem schwere-

wasserstoffe, und Nichtlöser für den auszukristalli- ren Material, das durch die Luftschleuse eingeführt

sierenden Stoff eingesetzt werden. wird, ist eine Einrichtung zum Abfangen des schwereren

Das Kühlmittel kann eine geringere oder eine Materials und zum teilweisen Abtrennen desselben von größere Dichte als die jeweils zu behandelnde, den 40 dem leichteren Material vorgesehen. Diese Salzlösungsauszukristallisierenden Stoff enthaltende Lösung auf- falle 23 befindet sich am Kopf des Kristallisationsweisen, turms 2 und umfaßt eine ringförmige Kammer 32,

Die Tröpfchen der den zu kristallisierenden Stoff die sich vollständig um den Kopf des Kristallisationsenthaltenden Flüssigkeit werden beim erfindungs- turms 2 herum und über einen Teil der Länge des gemäßen Verfahren sorgfältig auf die angegebene 45 Kopfes des senkrechten zylindrischen Turms 2 erGröße zwischen 0,79 und 12,7 mm, insbesondere streckt. Das obere Ende der Kammer 32 liegt ungefähr zwischen 1,1 und 9,5 mm und vorzugsweise zwischen in der gleichen Ebene wie das obere Ende des Kristalli-1,3 und 6,3 mm, eingestellt. Dadurch ist es möglich, sationsturms 2. Die Kammer 32 erstreckt sich bis zu die Volumendichte der dispergierten Tröpfchen und ihrem unteren Ende über einen Teil der Länge des damit die Abkühlgeschwindigkeit der Lösung zu 50 Turms 2 nach unten, und der Boden der Kammer 32 steuern. Die Tröpfchen sind beim erfindungsgemäßen steht mit dem Turminneren 21 durch radiale Öffnun-Verfahren zwar dicht gepackt, sie agglomerieren gen in der Außenfläche des Turms 2 und entsprechende jedoch nicht, solange eine Bewegung der kontinuier- radiale Öffnungen in der Innenfläche der Kammer 32 liehen Kühlmittelphase, in der die Tröpfchen disper- in Verbindung. Die Öffnungen bilden miteinander giert sind, stattfindet. Der Dichteunterschied zwischen 55 eine radiale Leitung 29, die sich durch den Turm 2 den miteinander in Berührung stehenden nicht misch- und die ringförmige Kammer 32 erstreckt. Die ringbaren flüssigen Phasen reicht für eine Schweretrennung förmige Kammer 32 ist getrennt und thermisch isoliert der Flüssigkeiten aus. Die Abkühlgeschwindigkeit von dem Turm 2 angeordnet. Vom oberen Teil der wird innerhalb des Bereiches von 0,14 bis 8,35°C/min, ringförmigen Kammer 32 radial ausgehend und mit zweckmäßig zwischen 0,28 und 3,9° C/min und vor- 60 der Kammer 32 durch Öffnungen 33 in Verbindung teilhaft zwischen 0,55 bis l,57°C/min, gewählt. Das Ver- stehend befinden sich Abzugsleitungen 51, die sich hältnis von Tröpfchenvolumen zu Gesamtvolumen liegt über eine kurze Strecke horizontal und dann senkrecht dabei zwischen 0,35 und 0,80, vorzugsweise zwischen nach unten bis etwa zum Boden der Kammer 32 0,55 bis 0,77. erstrecken. Durch die Abzugsleitungen 51 wird das Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des 65 aus dem Turm 2 austretende Material über eine Leierfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer senk- tung zu der Abtrennvorrichtung geführt,
rechten zylindrischen Gegenstromkolonne mit einem Die durch den Sprühkopf 24 in den Innenraum 21 am einen Ende angeordneten Sprühkopf und am des Kristallisationsturms 2 eingesprühte Lösung tritt

in Tropfen 20 gleichförmiger Größe im Sprühkopf 24 aus; die kontinuierliche Phase wird durch die ringförmige Leitfläche 30 von den Öffnungslöchern 39 weg an die Außenkante der Sprühkopfplatte abgelenkt und bildet dort stehende Wirbel 31.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil bei etwa Atmosphärendruck durchgeführt werden. Man kann jedoch auch bei anderen Drücken arbeiten, die sich danach richten, ob ein Lösungsmittel mitverwendet wird, um die Viskosität des Kühlmittels herabzusetzen, oder ob die Kristallisation der behandelten Lösung gefördert werden soll.

Vorteilhafte Anwendungszwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise das Entwachsen wachshaltiger Erdölfraktionen, die Gewinnung von Trinkwasser durch Auskristallisieren des Wassers als Eis aus gelöste Feststoffe enthaltenden wäßrigen Lösungen, z. B. aus Seewasser, das Einengen von wäßrigen Lösungen, wie beispielsweise Fruchtsäften, Milch, Abwässern, Sulfitablaugen u. dgl., die ao Konzentrierung von alkoholischen Getränken, wie Bier, Wein oder Ale, oder auch die Gewinnung kleiner Mengen gelöster Feststoffe in technischen Verfahrensströmen und die Gewinnung von Mineralien aus Süß- und Salzwasser. as

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Dehydratisieren von wärmeempfindlichen Chemikalien, Arzneimitteln, Vitaminen, Antibiotika und anderen pharmazeutisch wertvollen Verbindungen eingesetzt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskristallisieren eines kristallisierbaren Stoffes aus einer Flüssigkeit, bei welchem man diese mit einer Temperatur oberhalb der Kristallisationstemperatur in Form von Tröpfchen in einer im Gegenstrom mit einer Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur zugeführten, damit unmischbaren Kühlflüssigkeit abweichender Dichte dispergiert, dadurch gekennzeichnet, daß die eine gleichmäßige Größe zwischen 0,79 und 12,7 mm aufweisenden Tröpfchen der Flüssigkeit der Kühlflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit zugeführt werden, so daß sich ein Verhältnis von Tröpfchenvolumen zu Gesamtvolumen zwischen 0,35 und 0,80 und eine Kühlgeschwindigkeit der Tröpfchen zwischen etwa 0,14 und 8,35°C/min einstellt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer senkrechten zylindrischen Gegenstromkolonne mit einem am einen Ende angeordneten Sprühkopf und am anderen Ende angeordneten Zuführungen für die Kühlflüssigkeit sowie Ableitungen an dem jeweils den Zuführungen entgegengesetzten Ende, gekennzeichnet durch einen Sprühkopf (24) mit einer Vielzahl von vorspringenden Öffnungen und einer am Sprühkopfrand ringförmig umlaufenden Leitfläche (30).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen am unteren Ende der Kolonne (2) angeordneten Sprühkopf (24), eine das Oberteil der Kolonne (2) ringförmig umschließende, mit dieser durch radiale Leitungen (29) verbundene, thermisch isolierte Absetzkammer (32) mit an deren Oberteil angeordneten Abzugsleitungen (51) sowie einer vorzugsweise durch einen Gasraum (27) von der Kühlflüssigkeit getrennten Zuführung (28) für die Kühlflüssigkeit.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 407 772, 552 584;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 073 448;
USA.-Patentschrift Nr. 2 886 603.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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