DE1794010A1

DE1794010A1 - Method for concentrating solutions

Info

Publication number: DE1794010A1
Application number: DE19681794010
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl-Ing Wangermann
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1971-07-29

Description

Verfahren zum Konzentrieren von Lösungen Die Erfindung bezieht sich zuf ein Verfahren zum Konzentrieren von Lösungen durch kontinuierliches Ausfrieren des Lösungsmittels, wobei sich Lösungsmittelkristalls an einer gekühlten Fläche bilden, die durch Abschaben entfernt und im Gegenstrom zur ausfrieranden Lösung geführt werden, Bei den bekannten Verfahren dieser Art Werden die Lösungsmittelkristalle an Kühlfläohen gebildet, die durch fallende femperatur voneinander getrannten @efrierstufen zugsordnet sind. Die von dieser Kühflächs abgeschsbten kristalls durchlaufen einen offenen Kreislauf. Im ersten halbzyklus dieses Kreislaufs werden die Kristalle von der Lösung im Gleichstrom von Stufe zu Stufs mitgsführt und nach der letzten Stufe von dem entstandenen Konzentrat durch Ausschlaudern abgetrannt. Method of Concentrating Solutions The invention relates to to a method for concentrating solutions by continuous freezing of the solvent, whereby the solvent crystal is on a cooled surface form, which are removed by scraping and in countercurrent to the freezing-out solution In the known processes of this type, the solvent crystals formed on cooling surfaces, the @freezing stages separated from each other by falling temperature are ordered. The crystals cut off from this cooling surface pass through one open circuit. In the first half cycle of this cycle, the crystals of the solution in cocurrent from stage to stage and after the last stage separated from the resulting concentrate by centrifuging.

Im anschli@@enden zweiten Halbzyklns werden die Lösungsmittelkristalle im Gegenstrom durch die sich konzentrierende Lösung bewegt (schweizer. Patentschrift 300 928).In the subsequent second half cycle, the solvent crystals become moved in countercurrent through the concentrating solution (Swiss patent specification 300 928).

Bei diesem Verfahren gelangen die Lösungsmittelkristalle im ersten Balbzyklus in Zonen fallenden Lösungsmittelanteils.In this process, the solvent crystals get into the first Balb cycle in zones with decreasing solvent content.

Es hat sich dabei indessen der @achteil ergeben. daß die ab geschabten Kristalle beim Hindurchführen durch eine lösungemittelarme Zone nicht nur kaum wachsen, sondern daß außaudem das @euausscheiden vieler kleiner Kristalle in der lösung selbst begünstigt wird. vornehmlich entstehen umso kleinere Kristalle, je höher die Konzentration der Lösung fortgeschritten ist.In the meantime, the disadvantage has arisen. that the scraped off Crystals when passing through a low-solvent Zone Not only do they hardly grow, but also the precipitation of many small crystals in the solution itself is favored. mainly the smaller crystals are formed, the higher the concentration of the solution has progressed.

Das Entstehen einer großen Ancahl von Kristallen ist insofern unerwünscht, weil diese sich gegenesitig beim Wachsen behindern, so deß ein breiiges Gemenge entsteht, aus dem die Lösungsmittelkristalle oft nur unvollkommen abgeschieden werden könnem.The formation of a large number of crystals is undesirable, because these hinder each other in growing, the result is a pulpy mixture arises from which the solvent crystals are often only imperfectly deposited can.

Eier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, das Verfahren der eingang bezeichneten Art so weiterzubilden, daß das Ausscheiden von Kristallkeimen in der lösung weitgehend vermieden und gut abtrennbare Kristalle ersielt werden. Zur Läsung der Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Geenstromführung der Lösungsmittelkristalle unmittelber nach deren Abschaben vorsunshmen.Eggs uses the invention, which is based on the object To further develop the method of the type mentioned at the beginning so that the elimination of Crystal nuclei in the solution largely avoided and easily separable crystals be obtained. To achieve the object it is proposed according to the invention that Carry out a general flow of the solvent crystals immediately after they have been scraped off.

Durch diese Maßnahme werden wenige, große und daher gut abtrennbare Löaungsmittelkristalle arhalten, weil die abgeschabtan Kristallkerne ohne nennenswerte Versögerung in lösungsmittelrsichere Zonen gelengen, in denen die Wachstumsbedingungen für die Kristalle günstig sind und eine Eimwirkung dieser Kristalle nach Art einer Impfbehandlung auf die Heubildung von Kristallkeimen in der Lösung verhindert wird. Aber auch eine auf örtlich heftige Unterkühlung beruhende Neubildung von Kristallkeimen in der Lösung wird weitgehend vermieden, de infolge der gemäß der Erfindung nach dem Abschsben aufgebrachten Eelativgesehwindigkeit zwischen den Kristallen und der Lösung sin Wärmesusgleich leicht herbeigeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist in einem raschen und kiontinuierlichen Wachsen der Kristalle zu sehen, der dadurch bedingt ist, daß diesen kristallen statig Lösung geringerer Konzentretion zugeleitet wird und mithin Leerzeiten wegfallen.As a result of this measure, there are few, large and therefore easily separable Solvent crystals persist because the scraped-off crystal cores without significant Delay in solvent-safe zones in which the growth conditions are favorable for the crystals and an effect of these crystals in the manner of a Inoculation treatment on the hay formation of crystal nuclei in the solution is prevented. But also a new formation of crystal nuclei based on locally severe hypothermia in the solution is largely avoided, de as a result of the according to the invention relative speed between the crystals and the The solution is heat compensation can easily be brought about. A Another advantage is the rapid and continuous growth of the crystals to see, which is due to the fact that these crystals are static solution less Concentration is fed and therefore idle times are eliminated.

Zum Durchführen der Verfahrens ist ein Kristallisator vorgesehen, der aus einem vorzugsweise vertikal angeordneten zylindrischen Gefrierbehälter mit Mantalkühlung und einer in diesem Behälter umlaufenden Schabevorrichtung besteht, deren Schabekörper am Behältermantel gleiten. Gemäß der Erfindung soll der Behälter im Bereich des Austragendes für das ausgefrorane Lösungsmittel eine Einlauföffnung für die zu konzentrierende Lösung und im Bereich des anderen Endes eine Ablaufäffnung fttr des Konzentrat anfressen und die Schabevorrichtung als eine in dem Behälter koaxial angeordnete Schnecke ausgebildet werden, deren schraubenföruige Stege mit Schabekörpern verschen sind.A crystallizer is provided to carry out the process, which consists of a preferably vertically arranged cylindrical freezer container with There is jacket cooling and a scraping device rotating in this container, whose scraper bodies slide on the container shell. According to the invention, the container an inlet opening for the frozen-out solvent in the area of the discharge end for the solution to be concentrated and a drain opening in the area of the other end Eat fttr the concentrate and use the scraper as one in the container coaxially arranged worm are formed, the screw-shaped webs with Cockroaches are given away.

Diese Ausbildung des Kristallisators bietet vornehmlich die Möglichkeit, die gewünschte Konzentration der Lösung in einer einzigen Stufe Zu erreichen. Ferner werden Totwasserräume und damit die hierdurch bedingte Gefahr einer örtlichen Unterkühlung der Lösung vermieden. Des weiteren ist der Kristallisator baulich einfach gestaltet und weniger störanfällig, weil die Schabevorrichtung mit der Leitvorrichtung fur die ii Gegenstroim zu führenden Kristalle zu einem einzigen drehenden Bauteil vereinigt imt. Hinzu kommt, daß die Trennung der Lösungsmittelkristalle vom Konzentrat bereits il Kristallisator erfolgt, so daß die Kristalle lediglich von der wesentlich weniger viskosen Ausgangslösung getrennt werden müssen, wodurch die Trennung erheblich erleichtert, ein Wasohen der Kristalle sich erübrigt und mithin die spezifische Trennleistung erhöht wird In der Zeichnung ist ein ausführungsbeiskpiel des Kristallisators zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung schematlsch dargestellt. zum kontinuierlichen ausfrieren des Lösungmmittelanteils aus Lösungen dient ein geschlossener, zylindrischer Gefrierbehälter 1 ilt vertikaler Achse 2, dessen Mantel 5 mit Solo oder veb dampfenden Mitteln gekühlt wird, um ein Auskristallibieren an der gekühlten Fläche zu bewirken, Zu diesem Zweok ist der Behältermantel 3 im Kühlbersich des Kristallisationeraumes 4 des Gefrierbehälters 1 doppelwandig ausgebildet und in dem Zwischanraum 5 zwischen den Wänden sind Leitfläohen 6 vorgesehen, die wendelartig umlaufende Kühlkanäle 7 bilden, durch die das Kühlmittel über Zuleitungen 8 und Ableitungen 9 zirkuliert. In diesen Kühlkanälen 7 kann die Str 2mungageschwindigkeit des Kühlmittels gleichmä@ig aufreshterhalten werden, Sie wird swechmä@ig se boch gewählt, da@ Turhulems @uftritt, um auf der Kältemittel@@ite günstige Wärmeäbergengezahlem zn erreiohen und über der gesamten Wärmeäbergamgefl-che definierte Verhältnisen zu schaffen.This design of the crystallizer primarily offers the possibility of To achieve the desired concentration of the solution in a single step. Further become dead water areas and the resulting risk of local hypothermia the solution avoided. Furthermore, the crystallizer is structurally simple and less prone to failure because the scraping device with the guide device for the ii countercurrent to be guided crystals are combined into a single rotating component imt. In addition, the separation of the solvent crystals from the Concentrate is already done il crystallizer, so that the crystals only from the much less viscous starting solution must be separated, whereby the Separation is made considerably easier, washing of the crystals is unnecessary and therefore the specific separation efficiency is increased. The drawing shows an example of execution of the crystallizer for carrying out the method according to the invention schematlsch shown. for the continuous freezing of the solvent content from solutions serves a closed, cylindrical freezer container 1 ilt vertical axis 2, the jacket 5 of which is cooled with solo or veb steaming means in order to crystallize out to effect on the cooled surface, For this purpose, the container jacket 3 is in The cooling area of the crystallization space 4 of the freezer container 1 is double-walled and in the space 5 between the walls, Leitfläohen 6 are provided which Form helical circumferential cooling channels 7 through which the coolant via supply lines 8 and derivatives 9 circulated. In these cooling channels 7, the flow can flow speed of the coolant can be maintained evenly, it will be erratic chosen because @ Turhulems @ occurs to get cheap heat on the refrigerant @@ ite zn and over the entire heat transfer area defined ratios to accomplish.

Das Ktihlmittel fließt in den wendelartig den Behältermantel 3 umlaufenden Kühlkanälen 7 nach Art eines Kreuzstromes zu der im Gefrierbehälter 1 geförderten Flüssigkeit, diese wird als Rohlösung über eine im oberen Teil des Gefrierbehälters 1 angeordnete ringförmige Einlauföffnung 10 dem Kristallisationsraum 4 gleichmäßig über den Umfang verteilt zudosiert. Die Rohlösung sickert infolge der Schwerkraft und eines aufgeprägten Druckgefälles durch die gemäß der Erfindung im Gegenstrom geführten Lösungsmittelkristalle nach unten. Dabei werden diese gewaschen und wachsen zu großen Kristallen heran. Außerdem werden an der Kühlfläche weitere Kristellkerne ausgeschisden.The coolant flows into the spiral around the container jacket 3 Cooling channels 7 in the manner of a cross flow to that conveyed in the freezer container 1 Liquid, this is delivered as a raw solution via a in the upper part of the freezer 1 arranged annular inlet opening 10 the crystallization space 4 evenly dosed over the circumference. The raw solution seeps due to gravity and an imposed pressure gradient through the countercurrent according to the invention led solvent crystals down. These are washed and grow large crystals. In addition, there are further crystal cores on the cooling surface retired.

Infolge des Ausscheidens dieser Kristallkarne und des Wachsens der vorhandenen Kristalle konzentriert sich die Lösung auf ihrem weg nach unten auf. am Boden des Gefrierbehälters 1 sammelt sieh das entstandene Konzentrat infolge seines gegenüber der Vordünnung höheren spezifischen Gewichtes an und verläßt über abenso wie die Einlauföffnung 10 für die zu konzentrierende Lö-Sung ringartig ausgebildete Ablauföffnungen 11 den Gefrierbehälter 1. Beide Öffnungen 10, 11 weisen einen Bost 12 nach Art eines Spaltsiebes auf, der evtl. zugeführte Kristalle zurückhält.As a result of the precipitation of these crystal beads and the growth of the Any crystals present concentrate the solution on its way down. at the bottom of the freezer container 1 see the resulting concentrate collects its specific weight, which is higher than that of the pre-thinning, and leaves over Abenso like the inlet opening 10 for the solution to be concentrated is ring-shaped Drain openings 11 the freezer container 1. Both openings 10, 11 have a Bost 12 in the manner of a wedge wire screen, which holds back any crystals that may have been introduced.

Die an der Kühlfläche ausgeschieden Kristallkerne werden mittels einer Schabevorrichtung abgetragen und die abgelösten Kristalle gemäß der Erfindung unmittelbar anschließend im Gegenstrom durch die bereits mehr oder minder konzentrierte Lösung bewegt. Hierzu ist ii Innern des Gefrierbehölters 1 eine zu diesem kozxials Schnecke 13 vorgeschen. Diese schnekke wird mittels eines außerhalb des Gefrierbehälters 1 angeordneten Treibrades 14 in'Drehung versetzt, so daß eine nach oben gerichtete Förderkraft auf die abgelösten Kristallkerne ausgeübt wird. Die Schnecke 13 weist im kühlenden Bereich des Behältermantels 3 Stege 15 und an deren oberen Ende Leitglieder 16 nach Art von Pumpenschaufeln auf. Die Schneckenstege 15 reichen radial bis zum Behältermantel 3 und reisen an der oberen Seite als Schabekörper 17 dienende Messerkanten auf. Beim Drehen der Schnecke 13 gleiten die Schabekörper 17 an Behältermantel 3 und tragen die an diesem abge#stzten Lösungsmitteslkristalle ab. Es ist daher günstig, die Drehbewegung der Schnecke 13 sehr langsam vorzunehmen, um eine nechenisch. Zer störung der am Behältermantel 9 abgesetzten Kristalle und die auf dieser Ursache beruhende Vermehrung der ristallkeime möglichst zu vermeiden, Die abgeschabten kristallkerme werden nun von der Schnecke 13 entgegen dem Strom der su konzentrierenden Lösung langsam nach oben bewegt, bis sie in den Bereich der Pumpenschaufeln 16 gelsangen und von diesen über eine spiralförmig sich erweiternde Austragrinne 18 aus dem Kristallisationsraum 4 entfernt werden. Das Gemisch aus Lösungsmittelkristallen und Ausgangslösung wird in einer nachgeschalteten Zentrifuge getrennt.The crystal nuclei precipitated on the cooling surface are removed by means of a Scraper removed and the detached crystals according to the invention immediately then in countercurrent through the already more or less concentrated solution emotional. For this purpose, inside the freezer 1 there is a screw coaxial with it 13 before. This snail is done by means of an outside of the Freezer container 1 arranged drive wheel 14 in'Drehung so that one after upward conveying force is exerted on the detached crystal cores. the Screw 13 has in the cooling area of the container shell 3 webs 15 and on their upper end guide members 16 in the manner of pump blades. The spiral webs 15 extend radially to the container jacket 3 and travel on the upper side as a scraper body 17 serving knife edges. When the worm 13 rotates, the scraper bodies slide 17 on container jacket 3 and carry the solvent crystals deposited on it away. It is therefore advantageous to make the rotational movement of the screw 13 very slowly, to a nechenisch. Destruction of the settled on the container shell 9 crystals and to avoid the increase in crystal germs based on this cause as far as possible, The scraped-off crystal cores are now moved by the screw 13 against the current The su concentrating solution slowly moves upwards until it is in the area the pump blades 16 gelsangen and from these over a spiral widening Discharge channel 18 can be removed from the crystallization space 4. The mixture of Solvent crystals and starting solution are in a downstream centrifuge separated.

Um in dem kristallisationsraum 4 das Entstehen von Totwasserrämen zu verringern und eine möglichst gleic hmäßige Durohkühlung der abwärts fließenden Lösung ZU erzielen, ist die Welle 19 der Schnecke 13 als Verdrängungskörper ansgebildet, derart, daß der von der Schneckenwelle 19 und dem Behältermantel 3 begranste rignförmige kristallisationsraum 4 verhältmimmäßig sohmal auxfällt.To the emergence of dead water spaces in the crystallization space 4 to reduce and as uniform as possible a constant cooling of the downward flowing To achieve the solution, the shaft 19 of the screw 13 is formed as a displacement body, such that the rigniform begranste of the screw shaft 19 and the container shell 3 Crystallization space 4 is relatively moderate as soon as it falls.

Claims

Claims 1. A method for concentrating solutions by continuous out of the solvent, whereby solvent crystals Form on a cooled surface that is removed by scraping and countercurrently led to the freezing solution, characterized by the fact that the countercurrent the solvent crystal is initiated immediately after it is scraped off.

2. Crystallizer for carrying out the process according to claim 1, consisting of a preferably vertically arranged cylindrical freezer container with jacket cooling and a scraping device rotating in this container. whose Scraper body slide on the container jacket, characterized in that the freezer container (1) An inlet opening in the area of the discharge end for the frozen solvent (10) for the solution to be concentrated and a drainage opening in the area of the other bundle (11) for the concentrate and the scraper device as one in the container (1) koariml arranged screw (13) is formed, the helical webs (15) with scraper bodies (17) are given away.

3. Crystallizer according to claim 2, characterized in that the Shaft (19) of the worm (13) as a displacement body trained is, such that that of the worm shaft (19) and the container jacket (3) was covered with grass Crystallization space (4) has a relatively small radial extension.

4. Crystallizers according to Amspruch 2 or 3, thereby gakannziehnet that the corner (13) in the area of the discharge belt for the frozen solvent crystals Has guide members (16) in the manner of pump paddles.

5. Crystallizer according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized it is known that the inlet opening (10) and the outlet opening (11) each have preferably two @@ as Spal @ mich zugebildsten grate (12) assign.

6. Kristallisater according to one of the preceding claims 2 to 5, thereby gekennzeiohzet that in the container (3) helically circulating channels (7) in the Krammstron are provided with the coolant supplied to the solution to be frozen.