DE1568867C3

DE1568867C3 - Verfahren zum Auskristallisieren von p-Xylol

Info

Publication number: DE1568867C3
Application number: DE1568867A
Authority: DE
Inventors: Jerzy Konrad Williamson John Skrebowski
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1965-08-18
Filing date: 1966-08-18
Publication date: 1974-07-04
Also published as: GB1104508A; BE685705A; DE1568867A1; NL6611631A; US3513212A

Description

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Beim Auskristallisieren von p-Xylol durch Ab- mittel kann beispielsweise Ammoniak, Äthylen

kühlen von Lösungen, die neben p-Xylol minde- Äthan oder Kohlendioxyd sein. Wenn jedoch nu

stens ein weiteres Xylol und/oder Äthylbenzol ent- mäßig tiefe Temperaturen erforderlich sind, dan;

halten, mit Hilfe von Kühlflächen, besteht die Mci- sind geeignete Kühlmittel Kochsalzlösung, Benzin

gung, daß sich an der Kühlfläche feste Nieder- 5 Methanol und Aceton oder vorzugsweise ein Pentan

Schläge aufbauen, die einen unzureichenden Wurme- wie /... B. n-Pentan.

übergang zur Folge haben und eine rasche Entnahme Eine Anzahl der Kühlmittel zum Kühlen de:

der p-Xylolkristalle aus dem System unmöglich Fläche (beispielsweise Ammoniak, Äthylen, Äthar

machen. Es ist bereits bekannt, mechanische Kratzer und Kohlendioxyd) verdampfen normalerweise bein'

zum Reinigen der Oberfläche vorzusehen, jedoch io Kühlprozeß und ergeben somit einen »Kocheffekt«

sind solche Systeme in ihrer Unterhaltung oft teuer dieser kann jedoch durch die Anwendung von hoher

und führen hauptsächlich zu kleinen p-Xylolkristal- Drücken unterdrückt werden. Kühlmittel dieser Ar.

len. Es wurden nun Mittel und Wege gefunden, wo- sind besonders für die Erzielung tiefer Temperatu

durch diese Schwierigkeiten beträchtlich verringert ren geeignet, welche bei der Behandlung von Gc

werden können. 15 mischen verwendet werden, die nur kleine Konzen-

Das Verfahren der Erfindung zum Auskrislalli- trationen wie 1.0 bis 30 Gewichtsprozent p-Xylo.

sieren von p-Xylol durch Abkühlen von Lösungen, enthalten.

die neben p-Xylol mindestens ein weiteres Xylol- Kühlmittel dieser Art können beispielsweise, wenr

isomeres und/oder Äthylbenzol enthalten, mit man sie sieden läßt, durch Kühlschlangen geleite:

Hilfe von Kühlflächen, die zur Vermeidung von 20 werden, die einen großen Innendurchmesser vor

Krustenbildung an der Oberfläche in Schwingun- mindestenes 38,1 mm besitzen, wobei die Kühl

gen versetzt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß schlangen in die zu behandelnde Flüssigkeit ein-

man auf die Kühlfläche Schallvibrationen einer Fre- getaucht und durch Schallwellen in Vibration ver-

quenz von 0,5 bis 100, vorzugsweise von 5 bis setzt werden. Wenn ein ausreichender Druck in der

30 kHz überträgt. 25 Rohren aufrechterhalten wird, um ein Sieden in der

Zweckmäßigerweise werden Vibratoren niedriger Schlangen zu verhindern, dann können Rohre mi:

Frequenz von 5 bis 30 kHz verwendet, da diese Fre- kleineren Innendurchmessern, wie 6,35 mm, ver

quenzen eine hohe Turbulenz in der Flüssigkeits- wendet werden; das Kühlmittel kann anschließen

schicht in der Nähe der Kühlfläche ergeben und auch durch teilweises Verdampfen wieder abgekühl

leicht mit hoher Energie hergestellt werden können. 3° werden.

Es wird bevorzugt, daß die Flüssigkeit mindestens Eine besonders einfache und wirksame Kühl

10 Gewichtsprozent und vorzugsweise 15 bis 85 Ge- technik, bei der das Sieden des Kühlmittels vorteil

wichtsprozent p-Xylol enthält. Die Kühloberfläche haft ist, besteht darin, das Kühlmittel einem ode:

ist zweckmäßigerweise eine thermisch leitende Wand, mehreren Fingern, d. h. Rohren mit geschlossener

die die zu kühlende Flüssigkeit von einer Kühl- 35 Enden, zuzuführen, die von einem Behälter umgebei

flüssigkeit trennt. sind, der die zu gefrierende Flüssigkeit enthält. Dit

Bei dem Verfahren der Erfindung werden bei der Kühlfinger werden in der Nähe des geschlossener gleichen Wärmeaustauschgeschwindigkeit und unter Endes in Vibration versetzt. Die Quelle der Vibra· den gleichen Verfahrensbedingungen größere Kri- tion kann innerhalb des Fingers angeordnet sein unc stalle enthalten als dies durch mechanisches Ab- 4° kann vom direkten Kontakt mit dem Kühlmittel isokratzen zur Befreiung der Oberfläche von Kristall- liert sein, indem es in einem geschlossenen Raum anniederschlägen möglich ist. Es wurde auch gefunden, geordnet ist. Andererseits kann die Quelle der Vibradaß eine höhere Wärmeaustauschgeschwindigkeit bei tion auch außerhalb des Fingers liegen. Jeder Finge: der gleichen Temperaturdifferenz zwischen der Kühl- . erstreckt sich vorzugsweise nach unten, so daß de; fläche und der Flüssigkeit erreicht werden kann, 45 Fluß des Kühlmittels in diesen hinein erleichter und daß die genannte Temperaturdifferenz beträcht- wird; er ist vom Boden des Behälters so weit ent lieh größer sein kann, bei gleichzeitiger Verwendung fernt angeordnet, daß eine Störung durch abgesetzte mechanischer Kratzer. Kristalle vermieden wird. Der Finger kann mit sei-

Geeignete Kühlflächen bestehen beispielsweise aus nem offenen Ende fest an einem anderen Teil dei einem oder aus mehreren Rohren, deren Wände 50 Vorrichtung, z. B. dem die zu behandelnde Flüssigthermisch leitend sind, wobei diese Rohre entweder keit enthaltenden Behälter, beispielsweise mittel: die zu kühlende Flüssigkeit durch ein Bad eines eines Flansches befestigt sein oder flexibel durcl Kühlmittels oder vorzugsweise ein Kühlmittel durch andere Teile der Vorrichtung gehalten werden, s< einen Behälter, der die zu kühlende Flüssigkeit ent- daß ein Verlust von Schallenergie gering gehalter hält, leiten. Derartige Rohre haben vorzugsweise 55 wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen einen Innendurchmesser von nicht weniger als fi mrn daß man das offene Ende des Fingers mit einen" und vorzugsweise nicht weniger als 12 mm. äußeren Flansch vorsieht, welcher auf elastischer

Es ist zweckmäßig, daß die Rohre eine Wendel Halterungen ruht, die vom Behälter getragen wer-

oder Schraubenlinie bilden, da diese leichter in den. Der Finger kann durch Zuleitung oder Balgt

Vibration zu versetzen sind als gerade Rohre, und 60 mit Kühlmittel gespeist werden oder wird, falls dii

da die Verwendung einer Spirale im allgemeinen Verluste an Schallcnergie hingenommen werdei wirksamer ist. Die Rohre sind lediglich elastisch mit können, am offenen Ende mit einem Kühlmittelreser

anderen Teilen der Vorrichtung verbunden, um den voir direkt verbunden.

Verlust an Vibrationsenergie zu verringern. Das Kühlmittel kann durch ein innenliegende·

Glatte und gewellte Wärmeaustauscher können 65 Rohr zum Boden des Fingers gepumpt werden; die ebenfalls verwendet werden. Die Kühlmittel zum . ist jedoch bei sich nach unten erstreckenden Fin Kühlen der Kühlfläche können in jeder herkömm- gern normalerweise unnötig, da, bei Rohren mi liehen Kühlvorrichtung gekühlt werden. Das Kühl- ausreichenden Durchmessern das llüssisie KühlmiUe

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unter dem Einfluß der Schwerkraft mit einer aus- mindestenes 15,2 cm/sec betragen und der Fluß

reichenden Geschwindigkeit in das Rohr, trotz des turbulent sein.

»Kocheffekts« hineinfließt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung

Die Verwendung der oben beschriebenen Finger werden mehrere Quellen für Schallvibrationen verbietet beträchtliche Vorteile über Systeme, in wel- 5 wendet. Wenn diese nahe aneinander angeordnet chen zwei konzentrische Rohre verwendet werden, sind, dann ist es vorteilhaft, daß sie in Phase zueinwobei ein Rohr das siedende Kühlmittel leitet und ander arbeiten, wenn sie jedoch einen ausreichenden das andere die zu behandelnde Flüssigkeit enthält. Abstand voneinander aufweisen, dann ist es gleich-Bei diesen Systemen wird zweckmäßig mindestens gültig, ob sie in Phase sind oder nicht, ein Ende des inneren Rohrs akustisch vom äußeren io Es ist zweckmäßig, daß die Schallvibrationen wäh-Rohr isoliert, um einen unerwünschten Verlust an rend des Verfahrens kontinuierlich auf die Kühl-Schallenergie zu vermeiden. fläche angewendet werden, um den Aufbau von

Im allgemeinen findet die Bildung von p-Xylol- Krusten zu verhindern, da diese Krusten schwierig

kristallen sehr zweckmäßig an konvexen Flächen zu entfernen sind, wenn sie sich einmal gebildet

statt. Wenn die oben beschriebenen Kühlfinger ver- 15 haben.

wendet werden, ist es deshalb zweckmäßig, daß die Durch Anwendung des Verfahrens der Erfindung gesamte äußere Rohroberfiäche im wesentlichen können Kristallbreie, die 50 oder mehr Gewichtskonvex ist; im Hinblick auf die leichtere Herstel- prozent Feststoffe enthalten, hergestellt werden; aus lung besteht der Finger oft aus einem zylindrischen Handhabungsgründen werden jedoch solche mit Rohr mit einem flachen Boden. 20 höchstens 40 Gewichtsprozent Feststoffe bevorzugt.

Geeignete Kühloberflächen können aus jedem Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist es Material hergestellt werden, das bei den im Verfah- zweckmäßig, wenn die vibrierenden Teile der Vorren angewendeten Temperaturen beständig ist, eine richtung starr aufgehängt werden, thermische Leitfähigkeit und eine niedrige Dämpfung Die p-Xylolkristalle werden in bekannter Weise, der Schallvibration besitzt. Beispiele für solche Me- 25 beispielsweise durch Filtration oder durch Zentritalle sind Aluminium und seine Legierungen, viele fugieren aus dem Brei abgetrennt. Kupferlegierungen, insbesondere Kupfer/Beryllium- Eine Ausführungsform der, Erfindung wird nun Legierungen, und Messing; es werden jedoch Stähle an Hand der Zeichnungen erläutert, wobei Fig. 1 bevorzugt, wie z. B. rostfreier Stahl. die Verwendung einer Kühlschlange und Fig. 2 die

Es ist notwendig, die Oberfläche der Kühlfläche 30 Verwendung von Kühlfingern zeigt,

mit einer Quelle für Schallvibrationen durch Fest- F i g. 1 zeigt eine Vorkühlschlange 1 von 12,7 mm

stoffe, vorzugsweise durch Metalle, zu verbinden und Innendurchmesser, die ■ auf 3,04 m Länge zu einer

nicht einfach die Schallwellen durch die zu kühlende Wendel von 12,7 cm Durchmesser geformt ist und

Flüssigkeit zu übertragen. von einem Eis und Wasser 10 enthaltenden Behäl-

Es wird auch bevorzugt, die Schallvibrationen in 35 ter 2 umgeben ist und zu einem Hauptkühlbehälter 3 bezug auf die Oberfläche in Longituginalrichtung von 9 1 Fassungsvermögen führt. Dieser Behälter ist aufzubringen, da festgestellt wurde, daß hierbei im von einer Vermiculit-Isolation 9 umgeben und beallgemeinen weniger Vibrationsenergie benötigt wird, sitzt eine konische Unterseite, an deren Scheitelpunkt als sie bei anderen Orientierungen erforderlich ist. ein Auslaßhahn 7 angebracht ist. Der Behälter 3 ent-

Quelle der Schallvibrationen kann beispielsweise 40 hält eine Kühlschlange 4 aus einem Kupferrohr von eine piezoelektrische Vorrichtung oder ein elektri- 4,57 m Länge und 12,7 mm Innendurchmesser, das scher Stromgenerator mit einer Frequenz von 0,5 die Form einer Wendel mit einem Durchmesser von. bis 100 kHz sein, der mit einer an den Generator 12,7 cm hat; die Kühlschlange 4 ist mit Hilfe von angeschlossenen Wicklung zusammenarbeitet, die mit (nicht gezeigten) nachgiebigen, beispielsweise balgeneinem Kern aus magnetostriktivem Material um- 45 artigen Zuleitungen sowohl am Einlaß als auch am geben ist, wobei ein Ende des Kerns entweder direkt Auslaß mit einem (ebenfalls nicht gezeigten) Kreisoder indirekt beispielsweise mit einem Geschwindig- lauf eines Kühlmittels verbunden. Sowohl an der keitswandler, um die Vibrationen zu vergrößern, mit Einlaß- als auch an der Auslaßseite der Schlange 4 der thermisch leitenden Wand verbunden ist. sind Ultraschallüberträger 5 angeschweißt, so daß

Das Verbinden des Kerns und/oder des Geschwin- 50 Vibrationen in der Achse des Rohrs übermittelt wer-

digkeitswandlers mit dem vibrierenden Teil der Vor- den. Ein Rührer 6 ist im Behälter 3 vorgesehen,

richtung kann durch Schweißen bewerkstelligt In F i g. 2 umschließt ein Behälter 15 zwei zylindri-

werden. sehe Finger 19 von 11,4 cm Außendurchmesser und

Vorzugsweise haben die Schallvibrationen eine 1,52 m Länge (es ist nur einer gezeigt), denen ein Energie von 0,53 bis 21,5 Watt/dm² Kühlfläche. Be- 55 innerer Schwingkopf 21 am Boden festgeschweißt sonders werden 1,08 Watt/dm² bis 10,8 Watt/dm² ist, an deren Oberseite zwei Ultraschallüberträger 18 verwendet. Die gekühlte Oberfläche kann eine Tem- angeschweißt sind. Eine Kapsel 17 umgibt die Überperatur von 0,5 bis 30 oder sogar 50° C, Vorzugs- träger und ist an einem Knotenpunkt 20 am Schwingweise 5 bis 20° C, unterhalb des Kristallisations- kopf 21 angeschweißt. Ein Rohr 16 ist in der Oberpunktes der abzukühlenden Flüssigkeit haben. Eine 60 seite der Kapsel eingelassen und dient als Leitungsbevorzugte Temperaturdifferenz ist 10 bis 15° C. Im rohr für ein elektrisches Kabel 12. allgemeinen ist eine um so größere Schallvibrations- Ein Rohr 13 für die Einführung eines Kühlmittels energie erforderlich, je größer die Temperaturdiffe- in die Finger führt zur Unterseite des Fingers und renz~ist. Je höher die Konzentration des p-Xylols ist, besitzt einen äußeren Flansch an der Oberseite. Ein um so kleiner ist die praktische Temperaturdifferenz. 65 zweites Rohr 14, welches ebenfalls an seiner Oberseite

Es ist zweckmäßig, daß die Flüssigkeit über die einen Flansch aufweist, ist angebracht, damit Kühl-Xühlfläche fließt, was beispielsweise durch Rühren mitteldampf entweichen kann. Nicht gezeigte, nacherreicht wird. Die lineare Fließgeschwindigkeit soll giebige Zuleitungen, die mit Flanschvorsprüngen 11

versehen sind, sind mit den Rohren 13 und 14 vermittels derer Flansche verbunden. Das Gewicht des Fingers 19 und seines Inhalts wird von einer elastischen Halterung (nicht gezeigt) getragen, welche die Flansche sowohl des Rohrs 13 als auch des Rohrs 14 halten. Ein lose passender Deckel bedeckt die obere Öffnung des Behälters 15, um Staub fernzuhalten.

Beispiel 1

IO

Es wird ein Gemisch aus isomeren Xylolen und Äthylbenzol, welches 70 Gewichtsprozent p-Xylol enthält, durch die Schlange 1 (Fig. 1) mit einer Geschwindigkeit von 18 l/St geführt und in den Hauptkühlbehälter 3 mit einer Temperatur von 3 bis 4° C entleert. Das Methanol wird durch die Kühlschlange 4 mit einer Geschwindigkeit von 3001/Std. geführt, deren Eintrittstemperatur —17° C und deren Austrittstemperatur —13° C ist, während die Ultraschallüberträger mit einer Frequenz von 13 kHz und mit einer elektrischen Energie von 40 Watt betrieben werden, welche eine geschätzte Gesamtabgabe von 50 Watt Ultraschallenergie an die Schlange abgeben. Der Rührer 6 wird mit einer ausreichenden Geschwindigkeit angetrieben, so daß eine beträchtliche Kristallabscheidung verhindert wird.

Periodisch wurde ein Brei, der 40 bis 50 Gewichtsprozent p-Xylolkristalle enthielt, durch den Hahn 7 abgelassen. Die durchschnittliche Kristallgröße wurde zu 340 μ mit einer Standardabweichung von 140 μ gefunden. Die Ausbeute an Kristallen je dm² äußere Schlangenoberfläche betrug 1,08 kg je Stunde.

Der gebildete Brei wurde in einer Zentrifuge, die unterhalb des Hahns 7 angeordnet war, zentrifugiert, um kristallines p-Xylol zu gewinnen.

Beispiel 2

Der Behälter 15 (Fig. 2) wurde mit 5001 gemischter Xylole gefüllt, welche 20,5 Gewichtsprozent p-Xylol enthielten. 1001 frische Speisung wurden je Stunde eingeführt, wobei eine gleiche Menge Xylole abgezogen wurde. Jeder Finger wurde mit flüssigem Äthylen gespeist, wobei die Siedegeschwindigkeit und somit die Temperatur durch Einstellung des Drucks des Äthylens gesteuert wurde.

Die Xylole wurde mit einer Geschwindigkeit von 8°C/Std. gekühlt, bis eine Temperatur von — 40⁰C erreicht war, bei der die Kristallisation einsetzte. Dann wurde mit einer Geschwindigkeit von 4° C/St während 2 Stunden weiter abgekühlt und anschließend die Temperatur konstant gehalten. Die Temperatur wurde vom Beginn der Kristallisation an auf -60° C gehalten.

Ultraschallvibration mit einer Frequenz von 13 kHz und einer Energie (bezogen auf Stromzufuhr) von 300 Watt/Finger entsprechend einer Schallenergie von 200 Watt je Finger, wurde dauernd angewendet.

Während des gesamten Versuchs wurde die Xylollösung mit 150 Umdrehungen/min gerührt, und zwar durch eine 35,6 cm Schaufel und durch zwei 17,8 cm Schaufeln mit vier Flächen, weiche auf einer Welle montiert waren.

Der Kristallbrei, der zu jeder vollen Stunde des Versuchs abgezogen wurde, enthielt 6 Gewichtsprozent p-Xylolkristalle, wobei die mittlere Kristallgröße ungefähr 300 μ betrug. Die Kristalle wurden in einer Hochleistungszentrifuge zentrifugiert und mit Pentan gewaschen. Die Kristalle wurden dann geschmolzen, und das Pentan wurde abdestilliert, wobei ein Produkt erhalten wurde, das über 99 Gewichtsprozent p-Xylol enthielt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskristallisieren von p-Xylol durch Abkühlen von Lösungen, die neben p-Xylol mindestens ein weiteres Xylolisomeres und/oder Äthylbenzol enthalten, mit Hilfe von Kühlflächen, die zur Vermeidung von Krustenbildung an der Oberfläche in Schwingungen versetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Kühlfläche Schallvibrationen einer Frequenz von 0,5 bis 100, vorzugsweise von 5 bis 30 kHz je dm² Kühlfläche überträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schallvibrationen mit einer Energie von 0,53 bis 21,5, besonders von 1,08 bis 10,8 Watt je dm² Kühlfläche überträgt..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen