DE2224173A1

DE2224173A1 - Kristallisationsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2224173A1
Application number: DE19722224173
Authority: DE
Inventors: Edwin B. Ft. Lauderdale Fla. Lopker (V.StA.). P
Original assignee: Pullman Inc
Current assignee: Pullman Inc
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1972-05-18
Publication date: 1972-12-07
Also published as: US3802846A; JPS536635B1; GB1368692A

Description

Patentanmeldung

der Firma

Pullman Incorporated, 200 South Michigan Avenue, Chicago, Illinois 6O6O4 (VoSt.A,)

Kristallisationsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Kristallisationsreaktionen, das allgemein gesagt als Kristallisationsverfahren bezeichnet werden kann, d„h. ein Verfahren, bei dem ein Peststoff aus einer Flüssigkeit oder einer Aufschlämmung ausgefällt bzw. abgeschieden wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere anwendbar bei der Herstellung von Nassphosphorsäure, und es wird speziell im Zusammenhang damit hier beschrieben, obwohl das erfindungsgemässe Verfahren sich auch zur Durchführung von Kristallisationsprozessen anderer Arten ganz allgemein einsetz-en lässt. So ist beispielsweise das erfindungsgemässe Verfahren brauchbar für die Herstellung von Kristallen von Ammoniumsalzen, wie beispielsweise Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat und dergleichen.

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Kristallisationsreaktionen lassen sich ganz allgemein definieren als Reaktionen, bei denen zwischen den Bestandteilen einer Aufschlämmung in einer Flüssigkeit und abgeschiedenen Kristallen eine Ausfällung bzw. Abscheidung bildende Reaktion stattfindet, und es ist erforderlich, die Reaktionskomponenten in ausreichender Weise miteinander zu vermischen und die Temperatur des Reaktionsgemisches zu regeln. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Nassphosphorsäure Schwefelsäure und Calciumphosphat-Erz miteinander zur Reaktion gebracht unter Bildung von Phosphorsäure und Calciumsulfat-Ausfällung. Wie im einzelnen beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 3;522,OCT3 und 5,522,004 der Anmelderin beschrieben, hängt der Erfolg des Verfahrens weitgehend ab von der Bildung von Calciumsulfatkristallen, die man in geeigneter Weise aus der Aufschlämmung abtrennen und von Phosphorsäure-Anteilen frei waschen kann. Die Bildung von Kristallen wiederum hängt ab von der Konzentration der Reaktionskomponenten und den Temperaturänderungen in dem System. Im allgemeinen werden dann relativ grosse und leicht abfiltrierbare Kristalle ausgebildet, wenn die Konzentrationsänderung der die Ausfällung bildenden Reaktionskomponenten relativ gering ist, was durch inniges Mischen der Reaktionskompoenten in der Aufschlämmung gefördert wird, und wenn innerhalb der gesamten Reaktionsmasse möglichst geringe Temperaturänderungen erfolgen.

Man benötigt daher zur Durchführung von Kristallisationsreaktionen t

(1) eine Kontrollmöglichkeit für das Vermischen und Zirkulieren der Aufschlämmung innerhalb des Systems, damit die Ausbildung von ruhenden Nestern Vermieden und dadurch bedingte unerwünschte grosse Konzentrationsgradienten ausgeschaltet werden, und

(2) Wärmeaustausch-Einrichtungen, damit die durch exotherme oder endotherme Reaktionen bedingten Temperaturänderungen reguliert werden können.

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Das Verfahren und die Vorrichtung, die in den zuvor erwähnten amerikanischen Patentschriften beschrieben sind, ermöglichen ein wirksames und geregeltes Vermischen dadurch, dass die gesamte Aufschlämmungsmasse mit einer hohen Geschwindigkeit in im wesentlichen kreisförmiger Richtung in laminarem Pliessen durch die Behälter gehalten wird, eine Arbeitsweise, die sich von dem ungeregelten Vermischen, wie es mit innerhalb der Aufschlämmungsmasse eingesetzten RUhrern erreicht wird, unterscheidet. In den Patentschriften ist ausserdem angegeben, dass die Aufschlämmung mit einem Verdampfungs-Kühler, durch den die Aufschlämmung zirkuliert wird, gekühlt werden kann.

Es ist bekannt und allgemein in der Technik üblich, einen Kristallisationsbehälter einzusetzen, d.h. einen Behälter, in dem die Kristallisation aus der zirkulierenden Flüssigkeit stattfindet, der einen kegelförmig geformten Boden aufweist, dessen Spitze nach unten zeigt, so dass der untere Teil des Behälters sich zu dem Auslass, von dem die kristallhaltige Aufschlämmung abgezogen wird, hin verjüngt. Der Grund dafür besteht darin, dass die in der rotierenden Flüssigkeit gebildeten Kristalle dazu neigen, sich in der Mitte des Behälters abzulagern und dort zurückgehalten.zu werden. Damit das Kristallwachstum gesteuert werden kann, müssen diese Kristalle durch das System hindurch in Bewegung gehalten werden und dürfen nicht an irgendeiner Stelle "eingefangen" werden oder zur Ruhe kommen..

Diese Tendenz der Kristalle, sich in der Mitte eines Behälters, in dem sich eine gerührte oder in Wirbelbewegung befindliche Flüssigkeit befindet, anzusammeln, lässt sich überzeugend dadurch anschaulich machen, dass man einen Teelöffel mit Zucker in einen Becher mit kaltem Wasser einstreut und mit einer ruhigen kreisförmigen Bewegung rührtj man sieht dann, dass die Kristalle, bevor die Auflösung erfolgt, sich zu einer im wesentlichen kegelförmigen Masse in dem Flüssigkeitswirbel in der Mitte des Bechers sammeln. Bei Kristallisationsreaktionen in ro-

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tierenden Aufschlämmungen bildet der kegelförmige Boden des Behälters einen Trichter, in dem die Kristalle nach unten gezogen werden, und dadurch, dass die Aufschlämmung aus dem einen nach unten gerichteten Kegel bildenden Wirbel gesammelt wird, kann ein "Einfangen" der Kristalle in dem Kristallisator während einer unerwünschten Zeitspanne ausgeschlossen werden.

Die Ausbildung des Behälters in langgestreckter Kegelform hat jedoch Nachteile, weil dadurch die Höhe des Kristallisationsbehälters beträchtlich zunimmt, so dass ein entsprechender Unterbau und angepasster Einbau benötigt werden. Beispielsweise wird für eine Anlage zur Herstellung von 500 t je Tag Nassphosphorsäure, in der ein Kristallisationstank von etwa 9* I^ m Durchmesser vorhanden ist, ein Kegel-Teil von etwa 7*935 m Höhe erforderlich. Zu dieser Höhe kommt noch hinzu die Höhe des zylindrischen Teils des Tanks, die zur Aufnahme der Aufschlämmung erforderlich 1st, sowie der benötigte freie Raum. Wenn, wie häufig erforderlich, ein Verdampfungs-Kühler zum Kühlen der Aufschlämmung benutzt wird, muss dieser aus nachstehend noch angegebenen Gründen höher angeordnet werden als der Flüssigkeitsspiegel in dem Kristallisator-Tank. Demzufolge werden die erforderlichen Höhen für das Haltegerüst, den Zugang für das Bedienungspersonal und die Einbauten sehr vergrössert, was zur Folge hat, dass der Unterbau verstärkt werden muss. Da die Einrichtung für eine grosstechnische Anlage, beispielsweise eine solche, mit der 500 t je Tag an Nassphosphorsäure produziert werden können, ein Gewicht in der Grössenordnung von mehreren hundert Tonnen hat, erkennt man, dass die Kosten für den Unterbau ganz beträchtlich sind.

Dazu kommen noch die offensichtlichen wirtschaftlichen Nachteile solcher unliebsam hohen Einrichtungen, die sich infolge der Notwendigkeit der sorgfältigen Einregulierung der Verfahrensbedingungen ergeben, einschliesslich der hydraulischen Verhältnisse innerhalb des Kristallisators, die eingehalten werden müssen, damit Kristalle einer geeigneten Grosse und Konfiguration gewonnen werden können. Trotz dieser Nachteile werden

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Tanks mit kegelförmigem Boden üblicherweise bisher in der Technik als Kristallisatoren eingesetzt, insbesondere dann, wenn der Strömungsverlauf innerhalb des Kristallisators kreisförmig erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Kristallisationsreaktionen zu schaffen, bei dem die bisherigen Nachteile vermieden und ausgezeichnete hydraulische Verhältnisse erhalten werden, d.h· ein gutes Vermischen der Reaktionskomponenten und ein Abzug der festen Kristalle in der Aufschlämmung erreicht werden können in einer Vorrichtung, die gegenüber den bisher bekannten Kristallisator-Vorrichtungen beträchtlich kürzer gebaut werden kann· Diese Aufgabe wird erreicht durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus einer Flüssigkeit bzw· eine Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen, in denen als Nebenprodukt aus einer Flüssigkeit Ausfällungen abgeschieden werden, und die erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem zylindrischen Reaktionsbehälter der kegelförmige Boden mit der Spitze des Kegels nach oben gerichtet ausgebildet ist. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass durch diesen Behälter eine teilweise aus Flüssigkeit und teilweise aus ausgefällten Kristallen bestehende Aufschlämmung hindurch geleitet und ein Teil der Aufschlämmung am Boden oder nahe am Boden des Behälters durch eine im wesentlichen tangential zum Behälterumfang angeordnete und damit verbundene Ableitung abgezogen wird. Es kann eine Abstreif- bzw, Abschabeeinrichtung vorgesehen sein, die mit einer gleichen oder etwas grösseren Geschwindigkeit als die Strömungsgeschwindigkeit der zirkulierenden Aufschlämmung über den Kegel streift und mit dazu beiträgt, ein Absetzen von Feststoffen aus der Aufschlämmung zu verhindern·

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Reaktionskomponenten dem Behälter vorzugsweise am Kopf oder an einer nahe ans Behälterkopf gelegenen Stelle zugeführt und

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möglichst tangential zum Behälterumfang eingespeist. Die Aufschlämmung wird in kreisförmiger laminarer Strömung gehalten und fliesst über die äussere Fläche eines nach oben gerichteten Kegels und konzentrisch zu dessen Kegelspitze·

Die erfindungsgemässe Ausbildung hat den Vorteil, dass sie sehr wirtschaftlich ist) die erfindungsgemässe Vorrichtung ist für eine gegebene Kapazität relativ kürzer und erlaubt dennoch ausgezeichnete Überwachung des Kristallisationsverfahrens, Insbesondere vorteilhaft ist die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verwendung in Systemen, bei denen eine Aufschlämmung innerhalb des Kristallisierbehälers kreisförmig zirkuliert) jedoch ist die Erfindung auch für andere Zwecke brauchbar, sie ist auf diesen speziellen Anwendungszweck nicht beschränkt.

Bei dem erfindungsgemässen Kristallisations-Verfahren wird also eine Aufschlämmung durch einen Kristallisierbehälter zirkuliert, der eine nach innen gerichtete kegelförmige Fläche aufweist, so dass die Kristalle in einem Abzugskanal abgeleitet und nicht in der Mitte des Behälters abgefangen werden. Die erfindungsgemässe Kristallisiervorrichtung weist dementsprechend einen Behälter mit einer sich nach innen in den Behälter erstreckenden kegelförmigen Fläche auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ein mit einem Zwischenboden ausgerüsteter Kristallisator-Behälter vorgesehen, bei dem sich der kegelförmige Boden von dem Unterboden des Behälters nach innen in den Behälter erstreckt, so dass die Aufshlämmung in dem Boden des Kristallisier-Behälters zwischen der geometrischen Aussenfläche des Kegels und der Innenseite des Behälters gehalten wird und nicht, wie dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist, innerhalb der geometrischen Innenfläche des Kegels. Die kegelförmige Fläche kann vorzugsweise ein vollständiger Kegel mit «iner punktförmigen Spitze sein, jedoch kann man auch einen Kegelstumpf vorsehen, und dabei kann die obere Deckfläche flach

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oder gebogen sein. Der Kegel kann auf dem Boden des Kristallisationsbehälters aufsitzen oder einen Teil des Bodens bilden; er kann auch oberhalb des Bodens auf einem Tragteil angeordnet sein· Es ist eine wirklich kegelförmig ausgebildete Fläche vorzuziehen, Jedoch ist eine solche tatsächlich kegelförmige oder kegeistupfförmig ausgebildete Fläche nicht unbedingt erforderlich, es genügt ganz allgemein eine sich verjüngende im wesentlichen kegelförmige Fläche. Beispielsweise können die Seiten der kegelförmigen Fläche hinsichtlich der Steigung oder des Winkels in verschiedenen Abschnitten des Kegels unterschiedlich sein. Der Ausdruck "Kegel" wird in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen für alle diese Variationsarten verwendet,

Durch die Anordnung eines sich nach innen erstreckenden Kegels wird nicht nur die Gesamthöhe des Kristallisierbehälters vermindert, sondern es wird auch Möglich, die Aufschlämmung aus dem Behälter tangential zum Behälterumfang abzuziehen, und zwar an einer Stelle, die nicht niedriger als der Boden des Kristallisierbehälters gelegen ist. Dadurch ist eine weitere Verminderung der Gesamthöhe der Vorrichtung möglich, da es nicht mehr notwendig wird, die Aufschlämmung direkt unterhalb des am tiefsten gelegenen Teils des Kristallisierbehälters, d.h. unterhalb der Spitze des nach aussen und unten sich erstreckenden Kegels, abzuziehen.

Unter einem "Kristallisator¹¹ kann ganz allgemein ein beliebiger Behälter verstanden werden, in dem eine Ausfällung eines Feststoffes erfolgt oder durch den in Aufschlämmung befindliche Kristalle geführt werden, und jeder Kristallisator dieser Art kann erfindungsgemäss durch die sich nach innen erstreckende kegelförmige Fläche verbessert werden; ferner können solche erfindungsgemäss verbesserte Behälter anderen Zwecken dieser Art dienen, beispielsweise zum Lösen oder Kühlen eingesetzt werden.

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Dadurch, dass der Kegel sich in dem Behälter nach oben erstrekkend vorgesehen wird, vermindert sich die Kapazität eines Behälters mit gegebenem Durchmesser und gegebener Höhe. Im Hinblick auf eine möglichst maximale Kapazität eines Behälters mit gegebenen äusseren Dimensionen wird demzufolge der nach oben sich erstreckende Kegel so kurz wie möglich gestaltet. Andererseits 1st eine bestimmte minimale Länge erforderlich, damit mit Sicherheit das Ansammeln von Kristallen innerhalb des Wirbelstrudels der Aufschlämmung vermieden wird und die Kristalle zur vorgesehenen Zeit aus dem Kristallisator entfernt werden können. Es wurde gefunden, dass der kleinste Winkel, unter dem die Seiten des Kegels nach oben in den Behälter sich erstrecken, möglichst nicht kleiner als ;50° gegen die Horizontale ausmachen soll. Es wurde ferner gefunden, dass ein Projektionswinkel von 60° gegen die Horizontale im allgemeinen das für die wirksame Ausscheidung eines nicht erwünschten Kristall-Verbleibs innerhalb des Kristallisators erforderliche Maximum ist« Demzufolge liegt erflndungsgemäss der Projektionswinkel der Kegelseiten gegen die Horizontale zwischen 30° und 60° und insbesondere bei 45°.

Von dem Projektionswinkel des nach oben in den Behälter sich erstreckenden Kegels hängt es ab, mit welcher Wirksamkeit die Kristalldispersion in die Ableitung abgezogen wird. Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, die Wirkung des sich nach oben erstreckenden Kegels auf die Kristallzirkulation zu verstärken, wenn jeder Kristall besonders gut mit den Reaktionskomponenten in der In der Aufschlämmung vorhandenen Flüssigkeit in Kontakt kommen soll und wenn man ein unerwünschtes Verweilen der Kristalle In dem Behälter vermeiden will. In solchen Fällen ist es, wie gefunden wurde, zweckmässig, eine Abstreifeinrichtung vorzusehen, deren Arme im wesentlichen gleich gelegen sind wie die Seiten des sich nach oben erstreckenden Kegels und darüber zu streifen vermögen. Mit einer solchen Abstreifeinrichtung lassen sich die Kristalle in Bewegung halten, und es wird vermieden, dass sie innerhalb des Behälter "eingefangen" werden. Zweckmässig sollte die Geschwindigkeit der Abstreif-

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arme wenigstens ebenso gross oder etwas grosser sein als die periphere Geschwindigkeit der rotierenden Aufschlämmung über dem Kegel. Die Geschwindigkeit der Abstreifeinrichtung sollte jedoch nicht wesentlich grosser sein als die Geschwindigkeit der Aufschlämmung, andernfalls die Abstreifeinrichtung in Art eines Rührers wirken würde, was zur Folge hätte, dass eine weniger gute Regulierung der Konzentrationsgradienten der Reaktion möglich wäre und ein erneutes Vermischen der Reaktionskomponenten erfolgen würde. Demzufolge ist es erfindungsgemäss vorteilhaft, die Abstreifeinrichtung so vorzusehen, dass sie mit einer peripheren Geschwindigkeit rotiert, die annähernd gleich oder etwas grosser ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Aufschlämmung in dem Behälter! es wird dadurch ein Absetzen der Peststoffe in der Aufschlämmung verhindert. Wenn im Zusammenhang mit der peripheren Geschwindigkeit davon gesprochen wird, dass diese "etwas grosser als" die Rotationsgeschwindigkeit der Aufschlämmung sein soll, so wird darunter verstanden, dass die Geschwindigkeit der Abstreifeinrichtung nicht mehr als 110# der Rotationsgeschwindigkeit der angrenzenden Aufschlämmung beträgt.

Es ist ersichtlich, dass die Abstreifeinrichtung die Punktion hat, die Wirkung des Kegels zu unterstützen und die Peststoffe in dem in Rotation befindlichen Anteil der Aufschlämmung zu halten, damit sie in Bewegung bleiben und nicht in der Mittel des Wirbelstrudels sich ansammeln und in ihrem Fluss in der laminaren Schicht des Reaktionsgemisches gestoppt werden. Durch die Anordnung einer Abstreifeinrichtung ist es möglich, den Kegel kleiner vorzusehen und so für einen Behälter mit gegebenen äusseren Dimensionen eine grössere Flüssigkeitskapazität zu erreichen.

Wenn in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Kristallisations-Verfahren ein Verdampfungs-Kühler verwendet wird, zirkuliertdie Aufschlämmung aus dem Kristallisator durch den Verdampfer, es wird ein Teil der Flüssigkeit in der Aufschlämmung verdampft

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und dadurch kühlt die Aufschlämmung ab, und bei manchen Verfahren können ausserdem während der Reaktion gebildete Gase abgezogen werden. So kann man beispielsweise bei der Herstellung von Nassphosphorsäure neben Wasserdampf Fluor-enthaltende Gase und Kohlendioxid über den Verdampfungs-Kühler aus dem System abziehen. Da Vakuumbehälter stark genug gebaut werden müssen, damit sie den zwischen dem Vakuum und dem Normaldruck der Atmosphäre sich ergebenden Druckunterschied standzuhalten vermögen, werden diese Behälter beträchtlich aufwendiger als Behälter, die gegen die Atmosphäre offen sind, denn diese lassen sich allgemein mit dünnerer Wandstärke bauen und benötigen keine Sicherheitseinrichtungen, wie sie für gegen Druck stabile Behälter erforderlich sind.

Der Kristallisator arbeitet besonders vorteilhaft bei Atmosphärendruck, und dazu wird der Spiegel der Aufschlämmung in dem Verdampfungsbehälter höher gehalten als in dem Kristallisierbehälter, so dass sich eine Saugwirkung in dem oberhalb der Aufschlämmung vorhandenen Vakuum ergibt. Aus diesem Grund muss der Verdampferbehälter oberhalb des Kristallisierbehälters angeordnet werden. In einer Anlage zur Herstellung von Nassphosphorsäure ist der Spiegel der Aufschlämmung innerhalb des Verdampfers typischerweise etwa 4,6 bis 6,1 m oberhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Kristallisator angeordnet, und die 4,6 bis 6,1 m der Aufschlämmung ergeben die Druckdifferenz zwischen dem Vakuum und Atmosphärendruck.

Die Gesamthöhe des Systems ist entsprechend der gewünschten erhöhten Anordnung des Vakuumverdampfers oberhalb des Kristallisators vergrössert· Es ist demzufolge vorteilhaft, den Verdampfer nicht höhe als eben erforderlich anzuordnen, und dies lässt sich bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dadurch erreichen, dass der Verdampfer so angeordnet wird, dass dessen unterer Teil unterhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Kristallisierbehälter eingetaucht ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der

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Erfindung ruht der untere Teil des Verdampfungsbehälters auf den nach innen sich erstreckenden Seiten des Kegels. Bei dieser Aus führungs form sind in dem unteren Teil des Verdampferbehälters schlitzförmige öffnungen vorgesehen, durch die die Aufschlämmung aus dem Verdampfer in den Kristallisator fliessen kann. Die überstehende Aufschlämmung in dem Kristallisator dient als Druckabdichtung, und die Aufschlämmungsflüssigkeit in dem Kristallisator ist demzufolge, obwohl die beiden Behälter ineinander angeordnet sind, gegen die Atmosphäre offen, so dass nur der Verdampfungsbehälter unter Vakuum gehalten zu werden braucht.

Es kann bei der zuvor beschriebenen Ausbildung vorkommen, dass die Aufschlämmung aus dem Verdampfer-Behälter radial nach aussen und in die kreisförmig wirbelnd bewegte Aufschlämmung innerhalb des Kristallisators abläuft, was dazu führen kann, dass der laminare spiralförmige Fluss der Reaktionskomponenten unterbrochen wird. Um dies zu vermeiden werden bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung Blenden an den schlitzförmigen öffnungen am Boden des Verdampferbehälters angeordnet, die dazu dienen, die aus dem Verdampferbehälter austretende Aufschlämmung in laminaren kreisförmigen Fluss zu leiten. Durch die Blenden wird die Aufschlämmung aus dem Verdampferbehälter in den Kristallisierbehälter tangential und in einer Kreisbahn eingeführt, deren Durchmesser kleiner.ist als der Durehmesser des Kristallisators, und die konzentrisch um die Mitte des Kristallisators gelegen ist.

Es wurde gefunden, dass dann, wenn man die Aufschlämmung direkt aus dem Verdampfer- bzw. Kühlbehälter in den Auflösebehälter einleitet, ohne dass eine Verbindungsleitung dazwischen vorgesehen, wird, eine sehr starke Wirbelung der Aufschlämmung in dem Kühlbehälter auftritt, die durch den kegelförmigen Boden.darin nicht verhindert wird. Wenn also die in spiralförmigem laminarem Fluss in dem relativ, engen Verdampfer- oder Kühlbehälter,nach unten

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wirbelnde Aufschlämmung direkt daraus durch am Umfang dieses Behälters am Boden angeordnete Schlitzöffnungen hindurchströmt, dann besteht die Neigung, dass sich innerhalb des Verdarapferbehälters selbst ein starker Wirbelstrudel ausb-ildet und das gleiche Problem, daps die Kristalle sich ansammeln, auftritt, das in dem Kristallisator durch die Ausbildung des Bodens in Form des Kegels verhindert wird. Darüber hinaus kann sich der starke Wirbelstrudel nach unten zum Kegelboden des Verdampfers hin soweit erstrecken, dass der für die Aufrechterhaltung des Vakuums und die Druckdifferenz massgebende obere Stand der Aufschlämmungssäule in dem Verdampfer niedriger wird. Durch diese Verminderung der Höhe der Aufschlämmungssäule kann ein aus dem Kristallisator in den Verdampfer nach oben fliessender Strom von Aufschlämmung sich ausbilden, was zu einer unerwünschten Zunahme der Höhe der Aufschlämmung führt. Wenn die Aufschlämmungssäule extrem verkürzt wird, kann sogar durch die Leitung, die den Kristallisator mit dem Verdampfer verbindet, Luft in den Verdampfer angesaugt werden. Die Ausbildung eines Wirbelstrudels in dem Verdampfer lässt sich vermeiden, wenn man an einer mittleren Stelle in dem Verdampferbehälter Wirbelbrecher einbaut, die vorzugsweise aus kreuzförmigen vertikalen Platten bestehen, die sich über den Durchmesser an einem mittleren Teil des Verdampfers erstrecken.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind demzufolge Wirbelbrecher in dem Verdampferbehälter angeordnet.

Die Rotationsgeschwindigkeit der Aufschlämmung über die Oberfläche des umgestülpten Kegels beeinflusst, wie gefunden wurde, die Saugwirkung der Pumpe, mit der die Aufschlämmung am Boden des Kristallisators abgezogen wird, störend. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung lässt sich dies dadurch vermeiden, dass man die Ableitung, über die der Saugeffekt der Pumpe sich auswirkt, verbreitert vorsieht.

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Statt den Verdampferbehälter direkt auf den sich nach oben erstreckenden Kegel des Kristallisator-Behälters anzuordnen, kann man auch, gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, den Boden des Verdampferbehälters mit einem eigenen nach oben sich erstreckenden Kegel ausbilden, und dieser braucht nicht neben dem Kegel des Kristallisationsbehälters gelegen zu sein. Bei einer solchen Ausbildungsform ist es zweckmässig, den Kegel des Kristallisierbehälters als Kegelstupf auszubilden und den sich nach oben erstreckenden Teil des Kegelstumpfes als Basis für die Kegelbodenfläche des Verdampfers vorzusehen. In diesem Fall arbeiten die beiden Kegel so zusammen, dass ein unerwünschter Verbleib von Kristallen innerhalb der kombinierten Behälter vermieden wird.

Die vorliegende Erfindung ist, wie bereits erwähnt, vorteilhaft, weil sich damit die Gesamthöhe des Kristallisator-Systems erheblich vermindern lässt; dennoch kann es sein, dass infolge des sich nach innen erstreckenden Kegels in einem Löse-Behälter gegebener äusserer Abmessungen ein Kapazitätsverlust inkauf genommen werden muss. Dieser Kapazitätsverlust in einem Behälter gegebener Höhe kann durch Vergrössern des Durchmessers kompensiert werden, wobei, wie gefunden wurde, es nicht immer notwendig ist, den Durchmesser des nach innen sich erstreckenden Kegels entsprechend zu vergrössern. Demzufolge ist es ein weiterer Gesichtspunkt des erfindungsgaßssen Verfahrens, dass der Durchmesser des sich nach innen erstreckenden Kegels nicht proportional zu dem Durchmesser des Löse-Behälters vergrössert zu werden braucht; es kann ein ringförmiger flacher Bodenteil zwischen der Basis des sich nach innen erstreckenden Kegels und dem äusseren Rand des Bodens des Kristallisationsbehälters ausgebildet sein. Dieser ringförmige freie Raum stellt auch einen Abzug für die Aufschlämmung zwischen dem Kegel und der Wand des Kristallisators dar und dient mit dazu, den störenden Einfluss auf die Saugwirkung der zum Abziehen der Aufschlämmung vorhandenen Pumpe zu beheben, von dem oben gesprochen wurde,

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Man kann alternativ oder zusätzlich den Durchmesser des oberen Teils des Kristallisator-Behälters im Vergleich zu dem Durchmesser des unteren Teils dieses Behälters grosser vorsehenj dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Kapazität des Kristallisator-Behälters erhöht werden soll. In dem oberen Teil kann dann eine grössere Menge an Aufschlämmung aus dem Verdampfer-Behälter aufgenommen werden, wenn die Anlage still gesetzt wird. Der vergrösserte Durchmesser des oberen Teils des Kristallisators wird so vorgesehen, dass er der zusätzlichen Menge an Aufschlämmung, die aus dem Verdampfer nach Aufhebung des Vakuum abgegeben wird, entspricht.

Es kann auch gemäss eimer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Abänderung der Anordnung des unteren Teils des Verdampfers innerhalb des Kristallisator-Behälters der Verdampfer oberhalb des Kristallisator-Behälters angeordnet und mit einem von dem Boden des Verdampfers nach unten zu einer Stelle unterhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem KristallJaator-Behälter führenden Arm oder Leitungskanal versehen sein· Dann ist in dem von dem Verdampfer nach unten führenden Arm oder Kanal eine schraubenförmige Schnecke mit allmählich abnehmender Gangsteigung in der Fliessrichtung der Aufschlämmung eingebaut. Die Schnecke dient dazu, die Rotationsgeschwindigkeit der Aufschlämmung, wenn diese durch den Kanal nach unten fliesst, zu erhöhen, und die Aufahlämmung in wirbelnder rotierender Bewegung in den Kristallisator-Behälter einzuführen und so dazu beizutragen, eine laminare Rotationsströmung der Aufschlämmung durch den Kristallisator-Behälter zu bewirken.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise anhand verschiedener ÄBfUhrungsformen noch näher veranschaulicht, Es zeigern
Fig. 1 eine scheraatische Aufsicht auf eine Vorrichtung ge-

mäss dem Stand der Technik; Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 2-A einen Schnitt nach 2A-2A der Fig. 2, Fig. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3-A einen Schnitt nach JA-JA der Fig. 3, Fig. 3-B eine schema tische Ansicht einer Abänderung der in

Pig· 3 gezeigten Ausführungsform, Fig. 4 eine schematisehe Ansicht einer wiederum anderen

Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4~A perspektivisch einen Teilschnitt des unteren Teils

des Verdampfers 16 in Fig. 4,

Fig. 5 einen Teil aus der Ausführungsform der Fig. 4, Fig. 5-A einen Schnitt nach 5A-5A der Flg. 5, Fig. 6 schematisch die Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 6-A einen Schnitt nach 6A-6A der Fig. 6.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entspricht der gemäss dem Stand der Technik für die Durchführung von Kristallisationsverfahren benutzten Vorrichtung und wird bekanntermassen insbesondere eingesetzt beim Verfahren zur Herstellung von Nassphosphorsäure. Es ist ein mit kegelförmigem Boden ausgebildeter Kristallisator oder Löse-Behälter (eine der Reaktionskomponenten bei der Herstellung von Nassphosphorsäure ist Phosphat-Erz, das in der in der Aufschlämmung vorhandenen Flüssigkeit gelöst wird) 10 vorgesehen. Dieser Behälter 10 hat einen üblichen kegelförmigen Boden 12, von dem eine Ableitung 14 zum Abführen einer Aufschlämmung, die teilweise aus Flüssigkeit und teilweise aus abgeschiedenen Feststoffen besteht, in Richtung des Pfeils dient. Durch die Ableitung 14 wird die Aufschlämmung dem Verdampfer-Kühler 16 zugeführt.

Mittels einer geeigneten Vakuumpumpe oder einem Verdichter wird durch eine Vakuumleitung 18 ein Vakuum in dem Verdampfer-Kühler 16 angelegt, und es wird die Luft oberhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Verdampfer-Behälter abgezogen, wie dies durch den Pfeil 20 veranschaulicht ist.

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Von der Oberfläche 22 der Aufschlämmung in dem Verdampfer-Kühler 16 verdampft Flüssigkeit, und dabei wird die Aufschlämmung gekühlt. Die Aufschlämmung zirkuliert in der durch die Pfeile innerhalb des Verdampfer-Kühlers 16 angedeuteten Richtung durch diesen Verdampfer-Kühler und durch die Rückleitung 2k wieder in den Löse-Kristallisator-Behälter 10 zurück. Durch Einführleitungen 26 und 28 werden die Reaktionskomponenten in den Kristallisator-Löse-Behälter 10 eingebracht, und durch einen Einsprüheinlass j50 werden flüssige Reaktionskomponenten in den Verdampfer-Kühler 16 eingesprüht. Der Kristallisator-Löse-Behälter 10 1st über die Leitungen 26 und 28 und/oder eine Belüftung 11 gegen die Atmosphäre offen.

Die speziell veranschaulichte Anordnung entspricht derjenigen, wie sie in den amerikanischen Patentschriften 5*522,003 und 3,522,004 der Anmelderin im Zusammenhang mit der Herstellung von Phosphorsäure beschrieben ist. Es werden dabei Calciumphosphat-enthaltendes Erz durch die Einführleitung 26 und rückgeführte Phosphorsäure durch die Leitung 28 eingebracht und Schwefelsäure wird durch den Einsprüheinlass j50 über einen Sprühkopf 32 eingesprüht. Die Aufschlämmung wird mittels einer Pumpe 3^ In zirkulierender Bewegung gehalten und als Produkt wird Aufschlämmung an einer geeigneten Stelle, beispielsweise über die Abzugsleitungen 15 und 15* abgenommen.

In den verschiedenen Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 1, 2, 3* 4 und 6 veranschaulicht sind, ist der Einsprüheinlass 30 mit einem Sprühkopf 32 für flüssige Reaktionskomponenten, und es sind die Einführleitungen 26 und 28 vorgesehen. Jedoch können selbstverständlich auch noch weitere oder weniger Einlasse für die Zuführung von festen oder flüssigen Reaktionskomponenten oder Gemischen von flüssigen und festen Reaktionskomponenten vorgesehen sein, Je nach der Art des Verfahrens, bei dem die Vorrichtung verwendet wird. Ebenso können mehr oder weniger Auslässe in Art der Abzugsleitungen I5 und 15* zum Abnehmen von Produkt aus der Vorrichtung vorgesehn sein.

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Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass üblicherweise bei Kristallisationsverfahren allgemein wenigstens ein einen kegelförmigen Boden aufweisender Behälter eingesetzt wirdj dies ist nicht nur beim Verfahren zur Herstellung von Nassphosphorsäure so. Allerdings können dann die Einzelheiten hinsichtlich Leitungen, Ventile, Anordnung der Pumpe, zusätzlicher Behälter und dergleichen je nach Verfahrensart variiere», und ebenso kann die Gestaltung entsprechend dem gegebenen Verfahren verschieden sein.

Durch das an den Verdampfer-Kühler 16 angelegte Vakuum wird ei« ne Aufsehlämmungssäule in dem Verdampfer-Kühler oberhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Löse-Kristallisator-Behälter 10 gehalten, deren Höhe h in den Zeichnungen angegeben ist_o Die Ableitungen 14 und 24 treten so tangential in die Behälter 16 und 10 ein, dass die Fliessrichtung der Aufschlämmung in dem Behälter im wesentlichen rotierend und laminar nach unten durch die Behälter 16 und 10 absteigend gerichtet ist, wie dies schematisch durch die darin gezeigten Pfeile veranschaulicht

Man erkennt, dass der Kristallisator-Löse-Behälter 10 ein typischer Behälter mit kegelförmigem Boden ist. In der in Pig; I dargestellten Ausführungsform einer bekannten Vorrichtung hat auch der Verdampfer-Kühler 16 einen kegelförmigen Boden. Die Höhe c des kegelförmigen Bodens des Kristallisator-Behälters ergibt addiert zu der Höhe d der Aufsehlämmungssäule in dem Kristallisator-Behälter 10 plus der Höhe f des freien Raums in diesem Behälter die vertikale Länge 1 des Kristallisator-Löse-Behälters 10. Man benötigt den Abstand t für das Knie der Ableitung 14, durch die Aufschlämmung aus der Spitze des Bodenkegels 12 abgezogen wird. Demzufolge muss der Abstand t auch noch der Länge 1 zugerechnet werden, wenn man die Gesamthöhe e, die für den Kristallisator-Behälter 10 dieser Ausführung notwendig ist, ermitteln will.

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— Io —

Das an den Verdampfer-Kühler 16 angelegte Vakuum ergibt, wie dies zuvor vermerkt wurde, eine Aufsehlämmungssäule der Höhe h oberhalb der Oberfläche 2j5 der Aufschlämmung in dem Kristallisator-Löse-Behälter 10_o Die Gesamthöhe des Systems T, d.h. die Höhe der höchstgelegenen Teile dieses Systems, stellt, wie erkennbar ist, die Summe der Höhe g des Spiegels 23 der Aufschlämmung plus der Höhe h der Aufsehlämmungssäule plus der Höhe f* für den freien Raum in dem Verdampfer oder Kühlbehälter dar.

Die Darstellung in Pig» 1 ist schematisch und gibt keine Konstruktionsmasse ι solche Kristallisier-Anlagen können für sehr grosse Kapazitäten ausgelegt werdenj beispielsweise ist es nicht unUblich, eine Kapazität von 500 oder 1000 t P₂O₅ je Tag in Anlagen für die Herstellung von Nassphosphorsäure vorzusehen, und in solchen Anlagen kann das Gesamtgewicht für die verschiedenen Behälter und Leitungen bis zu mehreren hundert Tonnen ausmachen. Es versteht sich, dass für Stahlrahmenwerk und Unterbau grosse Aufwendungen erforderlich sind, damit die Festigkeit der Anlage bei der dargestellten grossen Höhe gesichert ist. (In der Zeichnung sind die Stahl-Träger und die Fundamente nicht gezeigt, da deren Ausbildung selbstvaständlich dem Fachmann bekannt 1st).

In FIg, 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, und die Teile des Kristallisations-Systems, die ähnlich oder analog den in der Darstellung der Fig. 1 gezeigten Teile sind, wurden mit gleichen Kennziffern versehen.

Der Kristallisator-Behälter 10 in Fig. 2 weist in seiner äusseren Dimension im wesentlichen Zylinderform auf. Sein Boden jst flach, so dass er auf ebenem Grund aufgestellt werden kann. Man erkennt, dass der Bodenteil des Kristallisators 10 hohl ist und einen kegelförmigen Boden 12 hat, der sich nach oben und innen in den Behälter erstreckt.

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Die Aufschlämmung zirkuliert aus dem Löse- oder Kristallisier-Behälter 10 unter der Wirkung einer Pumpe }4 durch die Leitung 14, die tangential in den Verdampfer 16 einmündet· Dort erhält die Aufschlämmung eine solche Richtung, dass sie rotierend in laminarem Fluss durch den Verdampfer strömt. Durch die Vakuumleitung 18 oder in einer sonstigen Weise wird der Verdampfer evakuiert. Das Abziehen der Luft oberhalb des Spiegels 22 der Aufschlämmung ist durch den Pfeil 20 veranschaulicht. Die Aufschlämmung fliesst durch die Rückleitung 24 aus dem Verdampfer 16 abj der untere Teil dieser Rückleitung 24 erstreckt sich, wie man erkennt, unter die Oberfläche 25 der Aufschlämmung in dem Kristallisator 10. Innerhalb der RUckleitung 24 sitzt eine schraubenförmige Schnecke 36 mit allmählich abnehmender Gangsteigung, und diese verstärkt die Rotationsgeschwindigkeit der durch die Leitung 24 strömenden Aufschlämmung, und diese wird mit einer rotierenden Wirbelbewegung in den Kristallisator 10 abgegeben. Die Aufschlämmung quirl dann um die Fläche des Kegels 12, die so geformt ist, dass ein Absetzen von Kristallen an ruhigen Stellen in dem Fltissigkeitswirbel im Mittelpunkt des Kristallisators 10 ausgeschlossen ist. Zn dieser Weise werden die Aufschlämmung und die darin enthaltenen Festätoffe in rotierender Bewegung um den Kegel gehalten, und durch die Ableitung 14 in den Verdampfer 16 zurückgeführt. Ein Teil der Aufschlämmung wird als Produkt an einer günstigen Stelle, beispielsweise durch die Abzugsleitungen 15 und 15*, aus dem System abgezogen.

Je nach den bestimmten Verfahren, bei denen diese Vorrichtung eingesetzt wird, kann es vorteilhaft sein, einen Teil der abgezogenen Aufschlämmung oder einzelne Bestandteile der Aufschlämmung dem Verfahren wieder zuzuführen. So wird beispielsweise bei der Herstellung von Nassphosphorsäure ein Teil der zirkulierenden Aufschlämmung abgezogen, es werden davon die festen CaI-ciumsulfatkristalle abfiltriert, und die abfiltrierten Kristalle werden gewaschen, um daran anhaftende Phosphorsäure zurückzugewinnen. Die filtrierte Aufschlämmung, die aus Phosphorsäure besteht, wird als Produkt abgezogen, und die verdünnte Phosphorsäure, die aus der Waschlöeung der Kristalle erhalten wurde, wird

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dem Verfahren wieder zugeführt und dem Phoephat-Erz und der Schwefelsäure zugemischt. Es sei vermerkt, dass die den speziellen Verfahren entsprechenden Einzelheiten der Behälter und Leitungen nicht die Verwendung des sich nach innen und oben erstreckenden kegelförmigen Boden gemäss der Erfindung beeinträchtigen.

Wenn man die Gesamthöhe der in Fig„ 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung mit der Gesamthöhe der in Pig. I dargestellten bekannten Voidchtung vergleicht, dann eAennt man, dass die Gesamthöhe T um die Höhe c des Kegels 12 und den Abstand t für das Knie der Ableitung 14 vermindert ist. Eine weitere Verringerung der Gesamthöhe lässt sich wie nachstehend erläutert erreichen.

Es sei vermerkt, dass, wenn man den Kristallisator-Behälter mit etwas grösserem Durchmesser im Vergleich zu dem Kristallisator der in FigJL gezeigten bekannten Vorrichtung vorsieht, eine Vorrichtung vergleichbarer Kapazität erhalten werden kann, die jedoch wesentlich kürzer ist als die bekannte Vorrichtung.

Es sei ferner vermerkt, dass die Basis des Kegels 12 einen etwas kleineren Durchmesser hat als der Kristallisationsbehälter 10, so dass ein Ringraum Γ5 am Boden des Kristallisators 10 vorhanden ist. Dieser Ringraum sichert den Zufluss zu der Ableitung 14, wie dies am besten aus Figo 2-A zu erkennen ist. In Fig. 2-A ist die Fliessrichtung der Aufschlämmung durch einen Pfeil veranschaulicht, und man erkennt, dass der Ringraum 13, der am Boden des Kristallisators 10 zwischen dem Kegel 12 und den Wänden des Kristallisator-Behälters 10 gebildet ist, einen ungehinderten Fluss der Aufschlämmung in die Ableitung 14 ermöglichst. Die Ableitung 14 ist im wesentlichen tangential zu dem Durchmesser des Kristallisators 10 angeordnet.

Die in Fig. j5 veranschaulichte abgeänderte Ausführungsform der Erfindung zeigt einen Krlstallisator-Behälter 10 mit nach innen und oben sich erstreckendem Kegel 12, der in einem Winkel α,

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der vorzugsweise zwischen 30° und 60° liegt, zu der Horizontalen ansteigt· In der dargestellten Aisführungsform ist der geringste Wineklwert 30°· Dadurch wird sichergestellt, dass die Ausbildung des Kegels ein möglichst geringes Volumen des Kristallisators 10 verdrängt. Wegen der flachen Ausbildung des Kegels 12 ist eine Abstreifeinrichtung, bestehend aus einem Schaft 40 und Abstreifarmen 42 vorgesehen. Die Abstreifeinrichtung wird mittels eines nicht gezeigten Motors angetrieben und rotiert in der gleichen Richtung wie die quirlende Aufschlämmung, wie dies durch Pfeile veranschaulicht ist· Die Geschwindigkeit, mit der der Schaft 40 rotiert, ist wenigstens so gross, vorzugsweise etwas grosser, als die Rotationsgeschwindigkeit der Aufschlämmung um den Kegel 12, so dass der laminare spiralförmige Fluss der Aufschlämmung nicht dadurch gestört wird, dass die Aufschlämmung über die Abstreifarme hinweg ströemen muss. Die Rührwirkung der Abstreifeinrichtung trägt dazu bei, die Feststoffe in Suspension zu halten und deren Absetzen in dem Kristallisator 10 auf der Oberfläche des Kegels 12 zu verhindern. Eine Abstreifeinrichtung lässt sich in jeder Ausführungsform der Erfindung verwenden, sie ist jedoch vorteilhaft insbesondere dann, wenn, wie hier gezeigt, der Winkel α dem tiefsten Wert oder einem Wert aus dem unteren Bereich zwischen 30° und 60° entspricht. Der relativ flache Kegel ist weniger effektiv als ein steiler Kegel, wenn es darum geht, die Kristalle zu dispergieren, und aus diesem Grund kann die Mitwirkung einer Abstreifeinrichtung zweckmässig und erforderlich sein, um die Feststoffe in Suspension zu halten.

In Fig. 3-A ist eine Draufsicht auf din Kristallisator 10 veranschaulicht, und man sieht, dass die Abstreifarme 42 sich von dem Schaft 40 weg erstrecken. Es sind vier Abstreifarme gezeigt, jedoch können auch mehr oder weniger solcher Arme vorgesehen werden. Im allgemeinen sieht man möglichst wenige, beispielsweise zwei Arme vor, und wenn mehr Arme erforderlich sind, werden zweckmäesig Stützstreben 44 vorgesehen. Solche Stutzstreben empfehlen sich, wenn der Durchmesser des Kristallisators IO so

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gross ist, dass zusätzliche Unterstützung erforderlich ist, um ein Vibrieren der Abstreifarme zu verhindern· Dabei muss bedacht werden, dass die Aufschlämmung nicht gerührt werden soll, da ein Rühren RUckmischung und Verlust der eingestellten laminaren Strömung der Aufschlämmung verursachen würde. Dementsprechend werden, wenn der Durchmesser des Kristallisators gross ist, Stützarme 44 zur Verstärkung der Abstreifarme eingebaut. In einem solchen Fall müssen ausreichend viele Abstreifarme vorhanden sein, so dass die Stutzstreben 44 die Oberfläche des Kegels 12 in dem Maße, wie der Rührer Rotiert, blank halten.

Es sei ferner vermerkt, dass bei dieser AusfUhrungsform der Erfindung kein Ringraum am Boden des Kegels 12 und des Kristallisators 10 vorhanden ist. Wie bei den übrigen Ausführungsformen sieht man, dass die Gesamthöhe des Kristallisators 10 dadurch, dass die Höhe des Kegels 12 innerhalb der Höhe des Behälters 10 gelegen ist und der Abstand für das Knie der Ableitung 14 nicht benötigt wird, erheblich vermindert ist.

In Fig. 3-B ist eine abgeänderte Ausführung der Vorrichtung der Fig· 3 gezeigt, in der der Verdampfer, ebenso wie der Kristallisator mit einer nach innen gerichteten Kegelfläche am Boden ausgebildet ist. Ein Vergleich der Fig. 3 und 3-B lässt die Einsparung hinsichtlich der Gesamthöhe der Anlage erkennen, die erreicht werden kann, wenn der Kühler (in der dargestellten Ausführungsform ein Verdampfungs-Kühler) ebenso wie der Kifesifcllisator mit naach innen gerichteter Kegelboden-Fläche gemäss der Erfindung versehen ist. In Fig. 3-B ist die Höhe χ bis zum Boden des Verdampfers 16 beachtlich geringer als die entsprechende Höhe x* in Fig. 3· Noch bedeutsamer ist der Umstand, dass, während bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsfora die Höhe h der durch das Vakuum bedingten AufschläMBungssKule grosser sein muss als die Höhe c des Kegels, eine solche Begrenzung für die Auführungsfora genäsa Fig. 3-B nicht gegeben ist. Die Höhe h

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wird für eine gegebene Flüssigkeit lediglich durch das Vakuum bestimmt, das seinerseits die Siedetemperatur bedingt. Bei einem bestimmten Verfahren kann sich für die optimale Abmessung des Kegels am Boden z.B. eine Hohe von 6,1 η Meter ergeben, während die Höhe des Vakuums nur zu einer Aufschlämmungssäule von etwa 5*5 m führen wird. In diesem Fall kann die optimale Konstruktion bei den bekannten Vorrichtungen nicht vorgesehen werden, da die Aufschlämmung wenigstens den kegelförmigen Boden des Behälters füllen muss. Diese Schwierigkeit ist, wenn man erfindungsgemäss den umgekehrten Kegel vorsieht, behoben, denn nun wird die gegenseitige Abhängigkeit der Höhe des Kegels und der Höhe der Aufsehlämmungssäule als Konstruktionsfaktor ausgeschaltet. Abgesehen von dem Unterschied in Fig. 3-B, dass eine zweiarmige Abstreifeinrichtung in dem Kirstallisator 10 gezeigt ist, sind die beiden Ausführungsformen gleich₀

Die kegelförmige Bodenfläche 12* ist bei der Ausführungsform der Fig. 3-B innerhalb des Kühlers 16 gelegen. Die RUckleitung 24 ist tangential zum Umfang der Wand des Kühlers 16 angeordnet, und die Aufschlämmung fliesst aus 6em Kühler. 16 in die Rückleitung 14, deren Aufnahmeteil nicht niedriger als der Boden des Kühlers 16 angeordnet zu werden braucht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist vergrössert in Fig. 4 gezeigt. Es ist dort ein Verdampfer-Kühler-Behälter so angeordnet, dass dessen unterer Teil in den Krietallieator hineinragt und sich unter die Oberfläche 23 der Aufschlämmung erstreckt. Auf diese Weise lässt sich eine weitere Verminderung der Gesamthöhe erreichen, denn nun kann auf die nach unten führende Leitung zwischen dem Verdampfer 16 und dem Kristallisator 10 verzichtet werden. Durch Abziehen der Luft durch die Vakuumleitung 18 in Richtung des Pfeiles 20 wird ein Vakuum in dem Vakuumverdampfer 16 eingestellt. Die Aufschlämmung wird mittels der Pumpe 34 im Kreis geführt und tritt tangential in den Verdampfer 16 ein, wodurch sei eine Wirbelbewegung

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erhält, wie dies durch die Pfeile veranschaulicht ist. Wie bereits gesagt ist keine eigene Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer 16 und dem Behälter 10 vorgesehen, vielmehr befindet sich der untere Teil 16* des Verdampfer-Behälters innerhalb des Kristallisators 10'und unterhalb der Oberfläche 2? der darin.vorhandenen Aufschlämmung. In dieser Ausführungsform ruht der Verdampfer-Kühler 16 direkt auf dem Kegel 12 des Behälters 10 und wird von diesem getragen. Geeignete Verstärkungen 19 können vorgesehen sein, um das Gewicht des Verdampfers mit aufzunehmen.

Die Aufschlämmung fliesst in laminarem Fluss im Verdapfer 16 nach unten und strömt durch die Durchbrüche 50, bei denen es sich um im wesentlichen vertikale Langlöcher handelt, die über den Umfang am unteren Teil des Verdampfer-Kühler-Behälters vorgesehen sind.

In Pig. 4-A ist ein Teilausschnitt der Fig. 4 an der Stelle, an der der Verdampfer-Kühler 16 mit dem Kegel 12 zusammentrifft, vergrössert gezeigti der obere Teil des Kegels 12 wird von dem unteren Teil 16* des Verdampfer-Kühlers 16 umfasst. Eine Anzahl von Vertikalen Durchbrüchen 50 ist in der Peripherie des unteren Teils 16^f des Verdampfer-Kühlers 16 ausgespart. Die Aufschlämmung strömt aus dem Verdampfer durch die Durchbrüche 50 in der durch Pfeile veranschaulichten Richtung. Es sind Blenden/gezeigt, die an der Peripherie des Verdampfer-Behälters 16 sitzen. Teile der Blenden sind zwecks Verdeutlichung der Durchbrüche 50 abgebrochen dargestellt.

Die Aufschlämmung wird über die Ableitung 14 abgezogen und dann nach oben zum Kopf des Verdampfer-Behälters 16 geleitet, wie dies am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist.

Man kann einen Teil der Aufschlämmung an irgendeiner geeigneten Stelle, z.B. durch die Abzugsleitung 15 (Fig. 4) aus dem Verfahren entfernen. Die in den Fig. 4 und 4-A veranschaulichte Aus-

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führungsform ist besonders dadurch vorteilhaft, dass die Länge der Leitung zwischen dem Verdampfer und dem Kristallisator-Behälter noch entfällt und sowohl der Kegel als auch der Teil des Verdampfers, der unterhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Kristallisator 10 gelegen ist, in die Höhe des Kristallisators 10 passend eingebaut ist, wodurch eine ganz erhebliche Einsparung an Gesamthöhe und durch diese bedingte Baustahl-Träger erreicht wird.

Wenn auch die Blenden 52 eine unliebsame Unterbrechung des laminaren rotierenden Pliessens der Aufschlämmung verhindern, wenn diese tangential in den Kristallisator 10 eingeleitet wird, kann beim Einführen der Aufschlämmung aus dem Verdampfer direkt auf die Fläche des Kegels 12 die Saugwirkung der . Pumpe JtK beeinträchtigt werden. Dies lässt sich dadurch beheben, dass die Ableitung 14 so gestaltet wird, wie dies in der in den Figo 5 und 5-A dargestellten Teilansicht gezeigt ist»

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt mit der Ableitung 14 und einem Teil des Kristallisators 10«, Man erkennt, dass die Ableitung 14 abgeschrägt ausgebildet ist und die Aufschlämmung in Richtung der Pfeile durch die Abschrägung hindurchströrat.

Wie in Fig„ 5-A gezeigt, ist die Ableitung Ik auch in vertikaler Richtung abgeschrägt, so dass sich ein vergrösserter Querschnitt ergibt und ein verbreiterter Eintrittsbereich in die Ableitung 14 vorhanden ist, wodurch der andernfalls auftretenden Beeinträchtigung der Pumpenwirkung durch die tangential der Oberfläche des Kegels zugeführte Aufschlämmung entgegengewirkt wird.

In Fig«, 6 ist eine wiederum abgeänderte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei ist der Kristallisator-Behälter 10

in seinem oberen Teil grosser ausgebildet, was den Vorteilhat,

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dass beim Stillsetzen der Anlage zusätzliche Speicherkapazität zur Verfügung steht, um die Aufschlämmung aufzufangen, die beim Abschalten des Vakuums in dem Verdampfer 16 nach unten absinkt.

Weiterhin enthält in der Ausführungsform gemäss Fig. 6 der Bodenteil des Verdampfer-Kühler-Behälters 16 eine Kegelfläche 12*, die nicht übergeht in die Kegelfläche 12, die am Boden des Kristalllsator-Behälters 10 vorhanden ist. Zwischen den beiden Kegel«Sektionen 12 und 12* befindet sich ein im wesentlichen zylinderförmiges Teilstück 17; der Kegel 12 ist ein Kegelstupf, und der zylindrische Teil 17 erstreckt sich von dem Kegelstumpf des Kegels 12 ausgehend. Es sind innen gelegene Stahlträger-Verstärkungen 19 vorhanden, die zur Stützung des Verdampfers 16 beitragen.

Wenn der Verdampfer 16 direkt oberhalb des Kegels 12 angeordnet 1st und die Aufschlämmung aus dem Verdampfer 16 direkt auf die Fläche des Kegels 12 abgezogen wird, dann kann es vorkommen, dass in dem Verdampfer 16 eine starke Wirbelung entsteht. Wenn dabei ein sehr starker Wirbelstrudel gebildet wird, kann in dem Verdampfer l6 das Problem, das durch den Kegel 12 in dem Kristallisator 10 verhindert werden soll, auftreten; es können Kristalle eingefangen werden. Dies lässt sich dadurch verhindern, dass in dem Verdampfer 16 eine Einrichtung zum Brechen der Wirbel vorgesehen wird. Der Witfbelbrecher besteht einfach aus einer Brechplatte, die die Wirbelwirkung etwas unterbricht. Dadurch verhindert der Wirbelbrecher eine zu starke Wirbelung und dient mit dazu, das Problem des Einfangs von Kristallen zu beheben.

Die in den Fig. 6 und 6-A gezeigte Darstellung lässt erkennen, dass der Wirbelbrecher 60 im wesentlichen aus zwei vertikal gegeneinander angeordneten sich schneidenden Platten besteht, die sich über den Durchmesser des Verdampfer-Behälters 16 erstrecken. Eine zweite Platte 6l ist im wesentlichen senkrecht zu einer ersten Platte 62 so angeordnet, dass, wie man aus

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Pig. 6-A erkennt, eine kreuzförmige Prellplatte durch den Wirbelbrecher gebildet ist, die die Wirbelwirkung der Aufschlämmung vermindert, wenn diese laminar nach unten durch den Verdampfer 16 strömt. Es sei vermerkt, dass durch den Wirbelbrecher nicht vollständig die rotierende laminare Bewegung, die erwünscht ist, ausgeschaltet wird, sondern dass lediglich verhindert wird, dass diese Bewegung solche Geschwindigkeiten erreicht, die zu einer unerwünschten Strudelbildung der Aufschlämmung und der daraus sich ergebenden Retention der Kristalle oberhalb des Kegels in der Mitte des Verdampfer-Kühler-Behälters 16 führen.

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Claims

Patentansprüche

"ΤίΙ^ΤΓ TB *Ϊ7! Τΐ5 "T "Τ^Π^Γΐ^Τ^ΤΤΤ^^ "TT *™""*ΤΤ1Τ*Τ

1, Verfahren zur Durchführung von Kristallisationsreaktionen, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Aufschlämmung in einen mit nach innen kegelförmig aufragender Fläche ausgebildeten Kristallisator einbringt, die Aufschlämmung in dem Kristallisator rotierend um die Aussenfläche des nach innen ragenden Kegels führt und die Aufschlämmung dann aus dem Kristallisator abzieht«

2β Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der abgezogenen Aufschlämmung einem Kühler zugeführt, die Aufschlämmung darin gekühlt und wenigstens ein Teil der gekühlten Aufschlämmung in den Kristallisator geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühler ein Verdampfer-Kühler verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung In dem an der kegelfrömigen Fläche gelegenen Bereich mit einer Rotationsgeschwindigkeit gerührt wird, die gleich oder grosser ist als die Geschwindigkeit, mit der die Aufschlämmung über die Kegelfläche fliesst.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rühren mittels über die Kegelfläche rotierenden Abstreifarmen vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung in einer tangential zu der rotierenden Bewegung der Aufschlämmung über die Aussenfläche des Kegels gelegenen Richtung in den Kristallisator eingeführt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung in dem Kristallisator nach unten geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühler verwendet wird, der eine nach innen sich erstreckende kegelförmige Fläche enthält.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kristallisationsreaktion die Gewinnung von Nassphosphorsäure benutzt wird.

10« Verfahren zur Durchführung von Kristallisationsreaktionen in einem im wesentlichen zylinderförmigen Kristallisationsbehälter, der eine nach innen sich erstreckende kegelförmige Fläche enthält und der mit einem Kühler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass man eine abgekühlte Aufschlämmung in den Kristallisator einführt, die Aufschlämmung rotierend über die Aussenfläche der Kegelfläche fliesseh lässt, aus dem Krlstallisaöjt;r Aufschlämmung abzieht und wenigstes einen Teil davon dem Kühler zuleitet, gekühlte Aufschlämmung aus dem Kühler abzieht und wenigstens einen Teil davon als gekühlte Aufschlämmung dem Kristallisator zuführt, dem System Reaktionskonpoenten zugibt und einen Teil der Aufschlämmung als Produkt aus dem System abzieht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kristallisationsreaktion die Herstellung von Nassphosphorsäure und als Reaktionskomponenten Galciumphosphat-Erz und Schwefelsäure benutzt werden·

12, Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung in im wesentlichen tangentialer Richtung zu dem rotierenden Fllessen der Aufsehl&wiung über die Kegelfläche in den Kristallis*tor eingefüJirt wird«

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13t Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Kühler in den Kristallisator geführten Aufschlämmung eine rotierende Bewegung gegeben und.deren Geschwindigkeit erhöht wird und dazu die Aufschlämmung durch eine Leitung geführt wird, die eine schraubenförmige Schnecke mit in Richtung des Aufschlämraungs-Flusses abnehmender Ganghöhe enthält·

l4o Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühler ein Verdampfungs-Kühler verwendet wird_e

15« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine' solche kegelförmige Fläche benutzt wird, die in einem Winkel zwischen etwa 30° und 60° zur Horizontalen sich vom Boden des Kristallisators nach oben erstreckt»

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine solche kegelförmige Fläche verwendet wird, die sich in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen nach oben erstreckt.

17· Kristallisator-Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Behälter mit einer nach Innen projektierten kegelförmigen Fläche, einen Einlass zur Einführung der Aufschlämmung in den Behälter und einen Auslass zum Abziehen von Aufschlämmung aus dem Behälter, wobei Einlass und Auslass in Realtion zu der kegelförmigen Fläche so in dem Behälter angeordnet sind, dass die durch den Behälter geleitete Aufschlämmung rotierend über die kegelförmige Fläche flieset«

18. Vorrichtung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich in dem Behälter nach oben erstreckt, der Einlass als in dem Behälter oberhalb des Auslasses angeordnete Leitung und der Auslass als im unteren Teil des Behälters praktisch angrenzend an die B«is der kegelföKigen Fläche gelegene Leitung ausgebildet sind.

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19» Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich vom Boden des Kristallisator-Behälters nach oben erstreckt und wenigstens einen Teil der Bodenfläche des Behälters bildet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstreifeinrichtung vorhanden ist, deren Arme Über im wesentlichen die gesamte kegelförmige Fläche in mit der Fliessrichtung der Aufschlämmung über die kegelförmige Fläche gleicher Richtung rotierbar sind.

21. Für die Durchleitung einer Aufschlämmung geeignete Kristallisator-Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Kristallisator-Behälter, der eine sich nach oben und innen vom Boden des Behälters erstreckende kegelförmige Fläche enthält, und einen in leitender Verbindung mit dem Behälter stehenden Kühler, wodurch ein zyklischer Fluss zwischen dem Behälter und dem Kühler auf« recht erhalten werden kann.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass des Kühlers über eine Leitung mit dem Kristallisator in Verbindung steht und diese Leitung eine schraubenförmige Schnecke mit absteigender Ganghöhe in Fliessrichtung durch diese Leitung enthält, wodurch der Aufschlämmung, wenn diese durch die Leitung strömt, eine"erhöhte Fliessgeschwiüigkeit gegeben wird.

25· Vorrichtung nah Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler ein Verdampfungs-Kühler ist.

2'4. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungs-Kühler duxh eine erste und eine zweite Leitung mit dem Behälter in Verbindung steht, die erste Leitung den Auslass für die Aufschlämmung aus dem Behälter mit dem Einlass für die Aufschlämmung in den Verdampfer-Kühler verbindet und die zweite Leitung den Auslass für die Aufschlämmung aus dem Verdampfer-Kühler mit dem Einlass für die Aufschlämmung in den Behälter verbindet.

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25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des Verdampfer-Kühlers Kontakt hat mit der kegelförmigen Fläche unterhalb des Spiegels der Aufschlämmung in dem Behälter, dass in dem unteren Teil des Verdampfer-Kühlers öffnungen für den Durchfluss der Aufschlämmung aus dem Verdampfer-Kühler in den Behälter vorhanden sind, und dass eine Ableitung zwischen dem Behälter und dem Verdampfer-Kühler vorhanden ist, die als Verbindung für den Fluss der Aufschlämmung dient«

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass an den öffnungen Blenden vorgesehen sind, die zur Ausrichtung des Aufschläramungsflusses beim Austritt aus dem Verdampfer-Kühler in im wesentlichen rotierende Richtung über die kegelförmige Fläche dienen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche des Kristallisators sich durchgehend nach oben in den unteren Teil des Verdampfer-Kühlers erstreckt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Ableitung, die an dem Kristallisator-Behälter ansitzt, einen verbreiterten Querschnitt hat.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirbelbrecher-Einrichtung innerhalb des Verdampfer-Kühlers angeordnet ist.

30· Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche als Kegelstumpf ausgebildet ist, und der kegeistumpfförmige Teil sich über eine Strecke nach oben erstreckt und von diesem sich erstreckenden kegelstumpfförmigen Teil in dem unteren Teil des Verdampfer-Kühlers eine zweite kegelförmige Fläche getragen ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallisator-Behälter einen oberen Teil mit grösserem Durchmesser im Vergleich zu dem unteren Teil des Kristallisator-

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Behälters aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 2I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Basis der kegelförmigen Fläche schmäler 1st als der Durchmesser des Kristallisatar-Behälters,

33« Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche im wesentlichen konzentrisch zu dem Kristallisator-Behälter gelegen ist,

34· Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich in einem Winkel zwischen etwa 30° und 60° zur Horizontalen nach oben erstreckt,

35„ Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen nach oben erstreckt,

360 Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen, bei denen eine Ausfällung gebildet wird, gekennzeichnet durch einen Kristallisator-Behälter, der eine im wesentlichen kegelförmige sich nach oben und innen erstreckende Fläche enthält, eine erste an. dem Kristallisator ansitzende Leitung, über die Aufschlämmung aus dem unteren Teil des Kristallisators in der Nähe der kegelfö»migen Fläche mittels fiiner in dieser Leitung angeordneten Pumpe abgezogen werden kann, einen Vwdarapfer-Kühler, der mit dieser ersten Leitung verbunden ist, und eine zweite die Verln·* dung zwischen Kühler und Behälter bildende Leitung, über die Aufschlämmung aus dem Verdampfer-KÜMtj? in den Kris ta,llis,a top fliesstt ■ ·■ ■■■-·..-

37« Vonichtung nach Anspruch 36, dadurch geicennifichnet, daats der an dem Kristallisator ansitzende (Peil der Leitungen im we» sentlichen tangential zum Umfang des KristQlliisi^tors angeordnet

ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstreifeinrichtung vorhanden ist, deren Arme rotierbar über im wesentlich» die gesamte Fläche der kegelförmigen Fläche in einer der Fliessrichtung der Aufschlämmung Über die kegelförmige Fläche gleichen Richtung angeordnet sind.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38* dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich in einem Winkel zwischen etwa 30° und 60 zur Horizontalen nach oben erstreckt»

40. Vorrichtung nach Anspruch 39* dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Fläche sich in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen nach oben erstreckt.

41. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler eine sich von dessen Boden nach oben und innen erstreckende kegelförmige Fläehe enthält.

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