DE1296125B

DE1296125B - Process for crystallization from solutions by passing them through cooled tubes

Info

Publication number: DE1296125B
Application number: DEN29097A
Authority: DE
Inventors: Bartsch Adalbert
Original assignee: Norddeutsche Affinerie AG
Current assignee: Aurubis AG
Priority date: 1966-08-31
Filing date: 1966-08-31
Publication date: 1969-05-29

Description

Es ist bekannt, zum Auskristallisieren von kristallisierfähigen Substanzen aus solche in Lösung enthaltenden aggressiven Flüssigkeiten, wie z. B. zum Auskristallisieren von As203 aus heißer Schwefelsäure, die erforderliche Abkühlung auf Kristallisiertemperatur im indirekten Wärmeaustausch durchzuführen. Da sich dabei während der Kühlung leicht Ansätze aus den Kristallen an der Wandung des Kühlaggregats bilden, die bis zur vollständigen Sperrung des Durchflusses des zu kühlenden Mediums fuhren können, wurde in der Regel das Kühlmittel innerhalb der das Kühlgefäß durchziehenden Rohre bzw. Rohrschlangen und das zu kühlende Medium außerhalb der Rohre in dem leichter zugänglichen Kühlgetäß geführt. Dadurch war es möglich, die Kristallansätze relativ leicht und schnell zu entfernen. It is known to crystallize out crystallizable substances from such aggressive liquids contained in solution, such as. B. to crystallize of As203 from hot sulfuric acid, the necessary cooling to crystallization temperature to be carried out in indirect heat exchange. Since doing so easily during the cooling Approaches from the crystals on the wall of the cooling unit form that up to can lead to complete blocking of the flow of the medium to be cooled, As a rule, the coolant was inside the tubes running through the cooling vessel or pipe coils and the medium to be cooled outside the pipes in the lighter accessible cooling vessel. This made it possible to make the crystal approaches relatively easy and quick to remove.

Es gehört ferner zum Stand der Technik, in Sonderfällen Rohrbündelwärmeaustauscher für den genannten Zweck einzusetzen, bei denen das zu kühlende Medium innerhalb der Rohre fließt und die Inkrustation in Abständen durch mechanische Reinigung beseitigt wird. In manchen Fällen ist chemische Entfernung der Inkrustation möglich. Sie nimmt jedoch immer Zeit in Anspruch und bedingt dadurch längere Betriebsunterbrechung. Meistens tritt dazu noch sowohl bei der mechanischen als auch bei der chemischen Reinigung ein erhöhter Verschleiß der Apparatur auf. It also belongs to the state of the art, in special cases shell-and-tube heat exchangers to be used for the stated purpose, in which the medium to be cooled is within the pipes flows and the incrustation is removed at intervals by mechanical cleaning will. In some cases, chemical removal of the incrustation is possible. she takes however, it always takes time and consequently longer interruptions to operations. Most of the time, this occurs both in the mechanical and in the chemical Cleaning increases wear and tear on the equipment.

Während in den geschilderten Fällen die Durchführung der Kristallisation möglich, allerdings mit erheblichen Störungen verbunden ist, wurde es bisher für ganz unmöglich gehalten, das zu kühlende Medium bei solchen Prozessen durch gekrümmte und daher innen unzugängliche Austauscherrohre, insbesondere Kühlschlangen, hindurchzuführen. So konnten z. B. für das Auskristallisieren von Arsenik aus solches enthaltender, heißer Schwefelsäure nach Ansicht der Fachwelt Rohrkühler nicht eingesetzt werden. Diese Hemmung bestand, obwohl man wußte, daß man durch Vermeidung stagnierender Flüssigkeitsfilme an der Kristallisatorwandung, d. h. durch Erhöhung der Reynoldsschen Zahl und damit der Durchflußgeschwindigkeit der Lösung, auch die Krustenbildung vermeiden kann. Offenbar war es dem Fachmann aber bisher nicht möglich, zu erkennen, daß auch beim Kristallisieren innerhalb von Rohrschlangen die Möglichkeit besteht, durch Wahl geeigneter Durchflußgeschwindigkeiten unter Vermeidung von Ansätzen an den Rohrwandungen auf wirtschaftliche Weise in Apparaten von wirtschaftlich tragbaren Dimensionen und unter praktisch zulässigen Bedingungen von Druck und Temperatur Kristallisationen durchzuführen. While in the cases described, the implementation of the crystallization possible, but associated with considerable disruptions, it has so far been used for held quite impossible, the medium to be cooled in such processes by curved and therefore inside inaccessible exchanger pipes, in particular cooling coils, to pass through. So could z. B. for the crystallization of arsenic from such containing, In the opinion of experts, pipe coolers should not be used with hot sulfuric acid. This inhibition persisted even though one knew that one would stagnate by avoiding it Liquid films on the crystallizer wall, d. H. by increasing the Reynolds' The number and thus the rate of flow of the solution, including the formation of crusts can avoid. Apparently it was but so far not possible for the skilled person to recognize that even when crystallizing within coiled tubes there is the possibility of by choosing suitable flow rates while avoiding approaches the pipe walls in an economical way in apparatus of economically portable Dimensions and under practically permissible conditions of pressure and temperature To carry out crystallizations.

Die Erfindung löst nun die Aufgabe, die oben angegebenen Nachteile zu beseitigen und außerdem den Einsatz von Rohrschlangenkühlern für das Auskristallisieren kristallisierfähiger Substanzen aus solche enthaltenden, heißen, aggressiven Flüssigkeiten zu ermöglichen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Drücke bis zu 10 atü und Temperaturen bis 100°C der Bereich sind, in dem die chemisch beständigen Pumpen, Rohrleitungen und Armaturen einsatzfähig sind, da hierfür im wesentlichen nur Kunststoffe für Armaturen und Pumpen und in vielen Fällen Blei für Kühler und Rohrleitungen als Werkstoffe in Frage kommen und bei Apparaturen aus anderen Werkstoffen, wie z. B. Edelstahl, bei höheren Drücken Verschleiß- und Abdichtungsschwierigkeiten, insbesondere an der Pumpe, auftreten. The invention now solves the problem, the disadvantages indicated above to eliminate and also the use of tube coil coolers for crystallization crystallisable substances from hot, aggressive liquids containing them to enable. It must be taken into account that pressures up to 10 atmospheres and temperatures up to 100 ° C is the area in which the chemically resistant pumps, pipelines and fittings are operational, since this is essentially only plastics for Fittings and pumps and in many cases lead for coolers and pipelines as Materials come into question and in apparatuses made of other materials, such as. B. Stainless steel, wear and sealing difficulties at higher pressures, in particular on the pump.

Es wurde nun gefunden, daß Inkrustationen beim Kristallisieren aus Lösungen durch Hindurchleiten durch gekühlte Rohre bei Drücken bis zu etwa 10 atü und Temperaturen bis 100°C dadurch vermieden werden können, daß das Hindurchleiten mit einer Turbulenz entsprechend einer Reynoldsschen Zahl von Re > 50 000 erfolgt. It has now been found that incrustations occur when crystallizing Solutions by passing them through cooled tubes at pressures up to about 10 atm and temperatures of up to 100 ° C can be avoided by passing it through takes place with a turbulence corresponding to a Reynolds number of Re> 50,000.

Es wird dadurch von Anfang an die Bildung von Ansätzen an den Rohrwandungen verhindert, so daß Reinigungsarbeiten, besondere chemische Reinigungsmethoden, Betriebsunterbrechungen, entfallen, und außerdem kann hierdurch die Kühlung mittels der besonders kühlwirksamen Rohrschlangenkühler durchgeführt werden. This leads to the formation of deposits on the pipe walls right from the start prevented, so that cleaning work, special chemical cleaning methods, business interruptions, omitted, and in addition, the cooling by means of the particularly effective cooling Pipe coil cooler can be carried out.

Die folgende Tabelle zeigt die bei Kühlung arsenikhaltiger Schwefelsäure nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Bleirohren verschiedener Weite und bei Abführung einer Wärmemenge von 195 500 kcal/h einzuhaltenden bzw. sich ergebenden Werte: Durchlaufverfahren Durchlaufverfahren Rohrdurchmesser: 30 mm i. Rohrdurchmesser: 60 mm i. 50 mm a. 90 mm a. Vorgegebene stündlich abzuführende Wärmemenge Q, kcallh ...................... ...... 195 500 195 500 Für das Verfahren erforderliches Temperatur- gefälle, °C ............................ 90 # 30 90 # 30 Reynolds-Zahl Re .. . .. . .. .. ...................... 50000 50 000 Strömungsgeschwindigkeit w in m/s ...................... @ 6,3 3,18 Gestreckte Länge der Kühlschlange, m ............ 132 209 Zwangläufig erreichte Stundenleistung Q, keajih 775 000 1 580 000 Erforderlicher Druck am Kühlereintritt, kg/m2 ..... 525 600 159 826 Die Anwendung der erfindungsgemäßen Regel setzt bei gegebenem spezifischem Gewicht und gcgebener, dem zu kühlenden Medium eigener Zähigkeit entsprechend hohe (ieschwindigkeits-bzw. große Durchmesserwerte voraus, wie die Formel für die Reynoldssche Zahl w#d Re = r zeigt, wobei w die Strömungsgeschwindgkeit in Meter je Sekunde, d der Rohrdurchmesser in Millimeter und r die kinematische Zähigkeit der Flüssigkeit bedeutet.The following table shows the values to be adhered to or resulting values when cooling arsenic-containing sulfuric acid according to the method according to the invention in lead pipes of various sizes and when dissipating an amount of heat of 195 500 kcal / h: Continuous process Continuous process Pipe diameter: 30 mm i. Pipe diameter: 60 mm i. 50 mm a. 90 mm a. Specified hourly to be paid Amount of heat Q, kcallh ...................... ...... 195 500 195 500 Temperature required for the process slope, ° C ............................ 90 # 30 90 # 30 Reynolds number Re ... ... .. .. ...................... 50,000 50,000 Flow velocity w in m / s ...................... @ 6.3 3.18 Extended length of the cooling coil, m ............ 132 209 Inevitably, the hourly output Q, keajih reached 775,000 1,580,000 Required pressure at the cooler inlet, kg / m2 ..... 525 600 159 826 The application of the rule according to the invention presupposes, for a given specific weight and a given viscosity inherent in the medium to be cooled, correspondingly high (velocity or large diameter values), as the formula for the Reynolds number w # d Re = r shows, where w is the flow velocity in Meter per second, d is the pipe diameter in millimeters and r is the kinematic viscosity of the liquid.

Um im niederen Druckbereich bis 10kp/cm2 zu verbleiben, darf der Druckverlust diesen Wert nicht übersteigen. Der Druckverlust lp nimmt aber mit dem Quadrat der Geschwindigkeit w2 zu. In order to remain in the lower pressure range of up to 10kp / cm2, the Pressure loss do not exceed this value. The pressure loss lp increases with the Square of the velocity w2.

Es ist deshalb zweckmäßig, die Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich zu wählen, der einen Druckverlust von weniger als 10 kp/cm2 bewirkt. Um hierbei jedoch auf Turbulenz von Re = 50 000 zu kommen, muß der Rohrdurchmesser entsprechend erhöht werden. Bei gleicher Geschwindigkeit steigt jedoch die Durchflußmenge mit dem Quadrat des Rohrdurchmessers entsprechedn d2 # V = . It is therefore useful to control the flow rate in one Select an area that causes a pressure loss of less than 10 kp / cm2. Around However, to get a turbulence of Re = 50,000 in this case, the pipe diameter must be be increased accordingly. At the same speed, however, the flow rate increases with the square of the pipe diameter corresponding to d2 # V =.

4 Dies bewirkt, daß die Verweilzeit des zu kühlenden Mediums nicht ausreicht, um auf die zur Kristallbildung erforderliche Temperatur zu gelangen, es sei denn, die Kühlschlange würde in ihrer Länge erheblich überdimensioniert. Abgesehen davon, daß dadurch unnötige Investitions- und Instandhaltungskosten anfallen, kommt man hierdurch ebenfalls bald in einen höheren, unzulässigen, durch die Rohrlänge bedingten Druckbereich. 4 This has the effect that the dwell time of the medium to be cooled does not sufficient to reach the temperature required for crystal formation, unless the cooling coil is significantly oversized in length. Apart from the fact that this leads to unnecessary investment and maintenance costs, This also soon leads to a higher, impermissible, through the pipe length conditional print area.

Es wird deshalb zur optimalen Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung die Kühlfläche des Kühlaggregats so klein gehalten, daß zur Erreichung einer Turbulenz entsprechend Re # 50 000 Druckverluste von über 10 atü nicht erforderlich sind und das zu kühlende Medium bis zur ausreichenden Abkühlung auf Kristallisationstemperatur im Kreislauf geführt. It is therefore the optimal implementation of the method according to the Invention, the cooling surface of the cooling unit kept so small that to achieve a turbulence corresponding to Re # 50 000 pressure losses of over 10 atü are not necessary and the medium to be cooled until it has cooled down sufficiently to the crystallization temperature circulated.

Die Durchführung der Erfindung unter Kreislaufführung der Säure wird an Hand einer schematischen Abbildung im folgenden näher erläutert: 90gradige arsenikhaltige Säure wird aus Druckgefäß 1 in den Vorlaufbehälter 2 gedrückt. Die Säure trifft auf eine abgekühlte Restmenge, die ununterbrochenen Umlauf gewährleistet. The implementation of the invention with recycling of the acid is explained in more detail below using a schematic illustration: 90-degree arsenic-containing Acid is pressed from pressure vessel 1 into feed tank 2. The acid hits to a cooled residue that ensures uninterrupted circulation.

Der Umlauf erfolgt durch Pumpen 3 über Kühler 4 in den Vorlaufbehälter. The circulation is carried out by pumps 3 via cooler 4 into the feed tank.

Die Säure erreicht während des Zulaufens eine maximale Mischtemperatur von etwa 60°C und sinkt im weiteren Verlauf degressiv ab. The acid reaches a maximum mixing temperature during the addition of about 60 ° C and decreases degressively in the further course.

Bei Erreichen von 350 C wird aus dem Vorlaufbehälter 2 auf den Rührwerksstapelbehälter 5 ab- gelassen. Lange Verweilzeit darin bei weiterer geringer Temperaturabsenkung wirkt sich förderlich auf das Wachstum der Kristalle aus. Aus Behälter 4 läuft die kristallhaltige Säure auf die Nutschen 6 über und nimmt den bisher üblichen Weg über Druckfaß 7. Die bei der Durchführung dieses Beispiels eingehalten bzw. erhaltenen Werte waren die folgenden: Umlaufverfahren Rohrdurchmesser: 60 mm i. 90 mm a. Vorgegebene stündlich abzuführende Wärme- menge ...... Q, kcaVh Für das Verfahren erforderliches Tem- peraturgefälle, "C ..... 90 # 30 Reynolds-Zahl Re................ 50 000 Strömungsgeschwindigkeit w in m/s ...................... 3,18 Gestreckte Länge der Kühlschlange, m 77 Zwangläufig erreichte Stundenleistung Q, kcaVh ... 195 500 Erforderlicher Druck am Kühlereintritt, kgSm2... 55 519 Dieses Verfahren hat wesentliche Vorteile gegenüber den bisherigen: größere Leistungsfähigkeit bei kleinerer Aggregateinheit, bessere und einfachere Instandhaltung, geringere Investitionskosten mit etwa 60°/o Einsparung.When 350 ° C. is reached, the flow container 2 is let down onto the agitator stacked container 5. Long dwell time in it with a further slight decrease in temperature has a beneficial effect on the growth of the crystals. The acid containing crystals overflows from container 4 onto suction filters 6 and takes the previously usual route via pressure vessel 7. The values observed or obtained when carrying out this example were as follows: Circulation procedure Pipe diameter: 60 mm i. 90 mm a. Given hourly heat to be dissipated quantity ...... Q, kcaVh For the procedure required temperature temperature gradient, "C ..... 90 # 30 Reynolds number Re ................ 50,000 Flow velocity w in m / s ...................... 3.18 Extended length of the Cooling coil, m 77 Inevitably reached Hourly output Q, kcaVh ... 195 500 Required pressure on Cooler inlet, kgSm2 ... 55 519 This method has significant advantages over the previous ones: greater efficiency with a smaller unit, better and simpler maintenance, lower investment costs with savings of around 60%.

Claims

Claims: 1. A method for crystallizing from solutions Passing through cooled pipes at pressures up to about 10 atmospheres and temperatures up to 100 ° C, characterized in that the passage with a corresponding turbulence a Reynolds number of Re> 50000 takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling surface of the cooling unit is kept so small that to achieve turbulence accordingly Re 5 50 000 pressure losses of over 10 atü are not required and that is to be cooled Medium until it has cooled down sufficiently to crystallization temperature in the circuit to be led.