DE2326753A1

DE2326753A1 - Verfahren und vorrichtung zum kristallisieren von zum zusammenbacken neigenden stoffen

Info

Publication number: DE2326753A1
Application number: DE2326753A
Authority: DE
Inventors: Hans Walther
Original assignee: Joh A Benckiser GmbH
Current assignee: Joh A Benckiser GmbH
Priority date: 1972-08-15
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1974-02-28
Also published as: US3859052A; JPS4958080A; IL42815A; FR2196183B1; FR2196183A1; GB1447281A; IL42815A0; IE37955L; NL7311196A; BE803588A; BR7306287D0; IE37955B1; IT989085B

Description

Dr.B/TFE/P/Dy

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Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren von zum Zusammenbacken neigenden Stoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Kristallisieren von Stoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere von Stoffen, die zum Zusammenbacken neigen und an den Apparatewandungen anwachsen.

Bekannte kontinuierliche Verfahren zum Kristallisieren von Stoffen arbeiten mit Verdampfern, die so konstruiert,sind, daß Produkte einheitlicher Korngröße erhalten werden. Sie besitzen deshalb eine Kammer, in der sich große Kristalle absetzen können. Im Falle von Kristallen, die zum Zusammenbacken und/oder Anhaften an den Apparatex\^randungen neigen, führt die Verwendung einer Absetzkammer rasch zu Störungen. Solche herkömmlichen Vorrichtungen mit Absetzkammern, wie z.B. der sogenannte Oslo-Kristallisator, sind daher zur Kristallisation solcher Stoffe nicht geeignet. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, xtfonach die Kristalle keine Gelegenheit zum Absetzen und damit auch keine Gelegenheit zum Zusammenbacken und/oder Anhaften an der Apparatewandung haben, das aber trotzdem die Produktion von Kristallen ausreichender Größe gestattet,.

Es wurde nun gefunden, daß dies erreicht wird, wenn man die Lösung der zu kristallisierenden Substanz in einem System bestehend aus einer unter Atmosphärendruck oder i^enig darüber stehenden unteren Kristallisationszone, einer Verdampfungszone und einer oberen Vakuumzone zirkulieren läßt.

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ORlGlWAL INSPECTED

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Durch Zuführung von Wärme in die Verdampfungszone wird ein Teil der Lösung verdampft und durch den Dampf die Lösung in Zirkulation gebracht.

Der Druck in der Vakuumzone soll zwischen 10 - 76Ο Torr, vorzugsweise 20 - 55 Torr betragen.

Die zu kristallisierende Lösung kann wahlweise in die obere Vakuumzone oder in die untere Kristallisationszone eingespeist werden.

Um die Umwälzung zu erleichtern ist es wichtig, daß der Flüssigkeitsspiegel in der Vakuumzone konstant gehalten wird. Dies wird durch Regelung der Druckdifferenz zwischen Vakuum- und Kristallisationszone in Abhängigkeit von der Dichte der Kristallsuspension erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, schwierig zu kristallisierende Stoffe in hoher Reinheit und in gut ausgebildeten Kristallen zu produzieren.

Daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders auch für Kristallsuspensionen, die zum Anbacken an den Wandungen neigen, geeignet ist, war aufgrund der Veröffentlichung "Kristallisation" von D. Matz, Verlag Springer, 2. Auflage (1969), Seite 230 überraschend. Dort wird nämlich gesagt, daß es für die Verdampfungskristallisatoren, bei denen Wärmeaustauscher verwendet werden, wichtig sei, daß in den Heizrohren kein Sieden stattfindet, um Kristallanwachsungen bzw. andere Ablagerungen in den Heizrohren zu verhindern. Durch Unterdrückung der Bildung von Dampfblasen in den Heizrohren werde jedoch der Gesamtwäriiiekoeffizient herabgesetzt. Im Hinblick auf diese Lehre war es nicht zu erwarten, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die Heizrohre des Wärmeaus-

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tauschers trotz der Bildung von Dampfblasen nicht verkrusten« Als Folge der Blasenverdampfung werden erfindungsgemäß zudem sehr befriedigende Gesamtwärmeübergangskoeffizienten erzielt.

Das Verfahren ist zur Kristallisation von Stoffen aus Wasser oder organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen, Estern, A'thern, Kohlenwasserstoffen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen geeignet«, Es lassen sich Säuren, die durch Fermentation erhalten werden, kristallisieren, so Gluconsäure, Itaconsäure, Citronensäure ₃ Fumarsäure, andere Polycarbonsäuren und ihre Salze oder auch weitere organische Säuren wie Oxalsäure, Adipinsäure, Apfelsäure, Weinsäure, Polycarbonsäuren und verschiedene Salze davon oder auch Substanzen wie Ammoniumsalze, so Ammoniumchlorid, -nitrat, -phosphat, -perchlorat oder Kaliumsalze wie Kaliumpermanganat, -chlorat, Kupfersulfat, Natriumglutamat, Borax, Anilinsalze, Melamin, Harnstoff und andere.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß aus einer Kristallisationskammer, die durch ein Steigrohr über einen Wärmeaustauscher und über ein Fallrohr direkt mit einer darüberliegenden Vakuumkammer verbunden ist und die Frischzuläufe in der Vakuumkammer und Kristallisationskammer sowie eine Austrittsöffnung im Boden der letzteren aufweist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

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Diese zeigt sehematisch eine Vorrichtung zum Kristallisieren von zum Zusammenbacken neigenden Stoffen. Eine obere Kammer und eine untere Kristallisationskammer 2 sind durch ein Fallrohr 3 und ein Steigrohr 4 mit dem Wärmeaustauscher 5 verbunden. Die Kristallisationskammer weist einen Rührer 6, einen unteren Frischzulauf 7 auf. Es ist ferner ein oberer Frischzulauf 8 für die wahlweise Beschickung der erfindungsgemäßen Kristallisationsvorrichtung vorhanden, eine Austrittsöffnung 9 zum Abziehen der Kristallsuspension, eine Verbindung 10 zu einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt), ein Druckluftanschluß 11 und ein Entspannungsventil 12 zum Regeln des Druckes in der unteren Kristallisationskammer 2 mit Hilfe des Druckreglers 14;,· der vom Niveauregler 13 gesteuert wird und schließlich ein Differenzdruckmesser 15.

Im Wärmeaustauscher 5 wird die zum Verdampfen des Lösungsmittels benötigte Wärme zugeführt. Infolgedessen verdampft ein Teil des Lösungsmittels im oberen Teil des Wärmeaustauschers 5 und die dabei gebildeten Dampfblasen bringen die über die untere Kammer 2 und die obere Kammer 1 sowie die Rohre 3 und 4 kommunizierende Flüssigkeit entsprechend den Prinzipien der Mammut-Pumpe in Umlauf.

Der Wärmeaustauscher 5 wird in der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kristallisationsvorrichtung im obersten Teil des aufsteigenden Rohres 4'angebracht, um das Entstehen von Dampfblasen in den Heizrohren zu fördern und um durch die damit verbundene turbulente Flüssigkeitsströmung einen möglichst hohen Gesamtwärmeübergangskoeffizienten zu erzielen. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme eine überhitzung der umlaufenden Kristallsuspension vermieden, da die zugeführte Wärme sofort in Verdampfungswarme umgeitfandelt wird.

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Es wurde gefunden, daß die größte Vfirksamkeit erzielt wird, wenn das Rohr U so dimensioniert wird, daß die Aufstiegsgeschwindigkeit der Suspension etwas größer ist, als die Sedimentationsgeschwindigkeit der Kristalle. Daher liegt der freie Querschnitt des aufsteigenden Rohres 4 zwischen dem 0,1 - 1,0-fachen des freien Querschnittes aller Rohre des Wärmeaustauschers 5_S vorzugsweise zwischen dem 0,3 0,7 -fachen.

Es ist ferner sehr erwünscht, daß das aufsteigende Rohr 4 tief in die untere Kristallisationskammer 2 reicht, damit eine Suspension mit durchschnittlichem Kristallgehält in diesem Rohr aufsteigt und außerdem ein Durchschlagen der Gasphase aus der unteren Kammer 2 in die obere Kammer 1 mit Sicherheit vermieden wird. Sollte die Strömungsgeschwindigkeit der zirkulierenden Kristallsuspension zu gering werden, dann kann man zeitweise den gesamten Frischzulauf oder auch Teilmengen hiervon in die untere Kristallisationskammer 2. einspeisen. Auf diese V/eise wird die im absteigenden Rohr 3 nach unten fließende Suspension nicht oder nur wenig verdünnt und die Umwälzgeschwindigkeit wird infolge der größeren Dichte der in Rohr 3 abwärts strömenden Suspension erhöht. Das kann z.B. beim Anfahren der Vorrichtung erforderlich sein. Der untere Frischzulauf 7 kann direkt mit dem unteren Teil des aufsteigenden Rohres 4 verbunden werden oder aber mit der unteren Kristallisationskammer 2. Da der Zulauf 7 nur zeitweise benutzt wird, neigen Kristallklumpen dazu, sich im toten Rohrende anzusammeln, wenn der Anschluß am aufsteigenden Rohr 4 hergestellt wird. Es ist daher vor-'teilhaft, den Zulauf 7 an den oberen Teil der unteren Kristallisationskammer 2 anzuschließen. In der Regel wird der Frischzulauf über den Zulauf 8 in die obere Kammer 1 einge-

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In der oberen Kammer 1 können die bei konstantem Flüssigkeitsniveau insbesondere in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche auftretenden Verkrustungen sehr wirksam durch Spülen der Wandungen mit Zugaben von Frischzulauf verhindert werden. Der obere Frischzulauf 8 besteht daher zweckmäßigerweise aus einem gelochten Rohr. Da die Wandverkrustungen nicht gleichmäßig über den Umfang der oberen Kammer 1 verteilt sind, ist der Frischaulauf 8 vorzugsweise in einzelne gelochte Rohrsegmente unterteilt ₉ die je nach Bedarf und wahlweise mit Frischzulauf beschickt werden können, um die Bildung von Verkrustungen zu minimieren. Obwohl der Frischzulauf aus einer fast gesättigten Lösung besteht ₉ genügt das Bespülen der Wände, um das Anwachsen von Kristallen in Grenzen zu halten.

Der in der unteren Kristallisationskammer 2 angebrachte Rührer hält die Kristalle in Suspension und verhindert so durch seine Rührwirkung das Absetzen und damit das Zusammenbacken und/oder Anhaften der Kristalle an den Wänden der unteren Kristallisationskammer 2. In der erfindungsgemäßen Kristaiiisationsvorrichtung findet der Hauptteil der Kristallisation in der unteren Kristallisationskammer 2 statt, wie durch Messung der hierbei entstehenden Kristallisationswärme festgestellt wurde. Obwohl die Kristallisation hauptsächlich in der Kammer 2 stattfindet und der Rührer 6 die Kristalle in Suspension hält, erhält man überraschenderweise an der Austrittsöffnung 9 große Kristalle mit befriedigender Korngrößenverteilung* Vor allem aber zeigen die Kristalle eine erwünschte Härte.

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Die untere Kristallisationskaramer 2 ist entsprechend einer

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bevorzugten Seite der Erfindung so dimensioniert, daß sie den gesamten Flüssigkeitsinhalt der Kristallisationsvorrichtung aufnehmen kann. Dies macht es unnötig, die Vorrichtung bei kurzen Unterbrechungen su entleeren und gestattet bei der Wiederinbetriebnahme die rasche Wiederherstellung des ursprünglichen Gleichgewichtszustandes im gesamten System. Es ist dann nicht notwendig, den langsamen Vorgang des Einstellens der gewünschten Betriebsparameter_s wie z»B. Dichte oder Kristallgehalt der Suspension, Kristallgröße usw., zu durchlaufen, v/as erforderlich wäre, wenn die Apparatur unter Befüllung mit Frischzulauf neu angefahren werden müßte. Darüber hinaus ist diese Dimensionierung der unteren Kristallisationskammer 2 auch beim chargenweisen Betrieb der Kristallisationsvorrichtung vorteilhaft. Am Ende einer Füllung oder Charge ist es möglich, das partielle Vakuum in der oberen Kammer 1 aufzuheben und so den Flüssigkeitsinhalt schlagartig in die untere Kristallisationskammer 2.abzulassen _s wodurch die Bildung von Kristallablagerungen insbesondere im Wärmeaustauscher 5 verhindert wird-

Für ein optimales Ergebnis ist es am besten, wenn erfindungsgemäß das Flüssigkeitsniveau in der oberen·Kammer 1 im wesentlichen auf einer solchen Höhe konstant gehalten wird, bei der die Flüssigkeitszirkulation über den Wärmeaustauscher 5 und die Rohre 3 und h am wirksamsten arbeitet. Dies wird in Übereinstimmung mit einer besonders beachtenswerten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Anteil der in der unteren Kristallisationskammer 2 befindlichen Suspension nach oben in die obere Kammer 1 gedrückt wird, sobald das Flüssigkeitsniveau dort zu niedrig ist und umgekehrt, eine entsprechende Flüssigkeitsmenge in die untere Kristallisationskammer 2 abgelassen wird_$ wenn das Flüssigkeitsniveau in

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Kammer 1 zu hoch ist. Dies kann leicht durch Einführen von Druckluft in den Gasraum über der Flüssigkeit in der unteren Kristallisationskammer 2 erreicht Vierden bzw. durch entsprechende Druckminderung in diesem Gasraum. Zu diesem Zweck ist an der unteren Kristallisationskammer 2 ein Druckluftanschluß 11 angebracht sowie ein Entlüftungs- (Entspannungs-) ventil 12, die in üblicher Weise vom Druckregler 14 betätigt werden. Die Tätigkeit des Druckreglers 14 wiederum wird vom Niveauregler 13 überwacht, so daß das Flüssigkeitsniveau in der oberen Kammer 1 vorzugsweise kontinuierlich auf einer konstanten vorgegebenen Höhe gehalten wird. Selbstverständlich kann anstelle von Druckluft auch ein anderes Gas verwendet werden,-,z.B. ein Inertgas wie Freon.

Durch Messen der Druckdifferenz zwischen den Gasräumen in der oberen Kammer 1 und der unteren Kristallisationskammer ist es möglich, bei bekannter Flüssigkeitsniveaudifferenz zwischen beiden Kammern die Dichte der Kristallsuspension und damit den Kristallgehalt oder alternativ den Grad der Eiridampfung zu bestimmen. Dies ist ein Vorteil beim Betrieb der erfindungsgemäßen Kristallisationsvorrichtung.

Der Kristallgehalt der Suspension kann mittels der Beziehung zu ihrem spezifischen Gewicht wie folgt bestimmt werden.

Es ist allgemein bekannt, daß in kommuni'zierenden Rohren die Parameter Flüssigkeitshöhe, Druck und spezifisches Gewicht folgendermaßen miteinander in Beziehung stehen:

(1) H₁ . γ + P₁ = H₂ . γ + P₂

wobei H₁ und H₂ die Höhen der Flüssigkeitsspiegel in den

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entsprechenden Rohren sind, P₁ und P₂ sind die Drücke in den Gasphasen in den Rohren oberhalb der Flüssigkeitsspiegel und γ ist das spezifische Gewicht der Flüssigkeit.

Gleichung (1) kann algebraisch folgendermaßen umgeformt werden:

(2) >f = ^P2 " ^Pl

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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellen P₁ und H₁ den Gasdruck bzw. die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der oberen Kammer 1 dar, P₂ und H₂ die entsprechenden Größen in der unteren Kammer 2.

Die Flüssigkeitsspiegel H₁ und Hp sind überwachte Größen, und ihre Differenz wird bestimmt. Die Druckdifferenz P₂ - P₁ wird mit Hilfe des Differenzdruckmessers 15 erfaßt. Aus diesen Werten kann der Wert für /f und damit dann der Kristallgehalt leicht abgeleitet werden.

Die Länge der Rohre 3 und 4 ist primär vom Unterdruck im Gasraum der Kammer 1 und vom spezifischen Gewicht der· zu kristallisierenden Lösung bzw. der entstehenden Kristallsuspension abhängig; die Länge ist so zu wählen, daß die Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsspiegels in Kammer 1 durch die Anwendung eines geringfügig über dem Atmosphärendruck liegenden Gasdruckes im Gasraum der Kammer ermöglicht wird. Dies bietet überdies Vorteile bei der Abdichtung der Wellendurchführung des Rührers 6.

Schließlich entfällt durch den Überdruck in Kammer 2 die

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Notwendigkeit einer Austragspumpe für Kristallbrei und außerdem kann die Wandstärke der unteren Kristallisationskammer 2 bei Drücken, die nur unwesentlich über dem Atmosphärendruck liegen, wesentlich geringer sein, als unter Vakuumbedingungen.

In der Vorrichtung kann eine Hilfspumpe installiert werden, um die Kristallsuspension durch das System zu fördern, falls sich der thermische Kreislauf als unzureichend erweisen sollte. Gleicherweise kann Druckluft in das aufsteigende Rohr 4 eingespeist werden_s um die Zirkulation zu fördern, z.B. wenn beim Betreiben der Vorrichtung mit verminderter Kapazität die Wärmezufuhr zu gering wird«,

Die vorher beschriebene Besiehung zwischen spezifischem Gewicht, Druckdifferenzen und Niveaudifferenzen kann auch als Grundlage für eine automatische Regelung des spezifischen Gewichtes dienen. Dies beruht auf der oben angeführten Gleichung (2), aus der man entnehmen kann, daß das spezifische Gewicht S/ eine Funktion der Druckdifferenz P₂ - P₁ wird, wenn man den Niveauunterschied H₁ - H₂ konstant hält. Hält man andererseits P- - P₁ konstant, dann wird λ^ιeine Funktion des Niveauunterschiedes H₁ --Hp. Diese Zusammenhänge können wie unten beschrieben genutzt werden, wobei folgender allgemein anwendbarer Fahrweise der Vorzug gegeben wird.

Bei chargenweisem Betrieb der Kristallisationsvorrichtung (was dem Anfahrzustand im kontinuierlichen Betrieb gleichzusetzen ist) wird Flüssigkeit in das System eingespeist, bis die eingespeiste Flüssigkeitsmenge dia in die Kammer 2 eintauchenden Rohre 3 und 4 soweit bedeckt., daß ein Durchschlagen des Gases aus dem Gasraum der Kammer 2 beim Hociiaiehen des Spiegels EL mit Sicherheit vermieden wird,,

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Anschließend wird das Vakuum in Kammer 1 aufgebaut, wobei die Flüssigkeit über die Rohre 3 und 4 zur oberen Kammer 1 steigt und gleichzeitig das Niveau H₂ absinkt. Ist dann zwar das Endvakuum in Kammer 1 erreicht«, jedoch aber die Niveauhöhe H₁ noch unter dem vorgegebenen Wert,, wird über Ventil Druckluft in den Gasraum der Kammer 2 eingeführt und durch die nun erfolgende Druckerhöhung das gewünschte Niveau H. eingestellt und gehalten. Nun.wird dem Wärmeaustauscher 5 Y/ärrne zugeführt und der Prozeß beginnt. Mit fortschreitender Eindampfung und damit fortschreitendem Ansteigen des spezifischen Gewichtes wird langsam Frischlösung nachgespeist, jedoch nur in einem Maße, daß der Differenzdruck gleichzeitig ansteigt, bis er den Endwert P_? - P. erreicht hat. Danach erfolgt die Einspeisung von Prischzulauf zur Konstanthaltung des Niveaus HL bei konstanter Druckdifferenz P„ - P^ solange, bis die gewünschte Spiegelhöhe H„ in der unteren Kammer 2 erreicht ist.

Die nun vorliegenden Meßwerte entsprechen dem Endzustand der Charge und die in der Kristallisationsvorrichtung enthaltene Suspensionsmenge hat die gewünschte Dichte; nun kann die Charge abgelassen xverden oder man kann zu kontinuierlicher Fahrweise der Kristallisationsvorrichtung übergehen.

In speziellen Fällen kann man aber auch nach Erreichen des Endvakuums in Kammer 1 durch Aufsehalten der Druckluft über Ventil 11 eine vorgegebene Druckdifferenz P„ - P. einstellen, die für das Erzielen des gewünschten Endwertes des spezifischen Gewichtes der Kristallsuspension notwendig ist. Das Einspeisen wird fortgesetzt, bis das gewünschte Niveau H₁ in der oberen Kammer 1 erreicht ist. Mit fortschreitender Eindampfung steigt das spezifische Gewicht - was steigenden. Kristallgehalt bedeutet - und das Niveau der Flüssigkeit in der Vakuumkammer sinkt. Wenn dies beob'achtfijt ^

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mittels des Niveaureglers 13, wird weitere Suspension über den Frischzulauf 7 zugegeben, bis das Niveau H„ in der Kammer 2 soweit angestiegen ist, daß der Flüssigkeitsstand

1 in der Kammer 1 wieder auf der gewünschten Höhe eingestellt ist. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis das Niveau H in der Kammer 2 seine gewünschte Höhe, bei gleichzeitigem Vorhandensein der gewünschten Druckdifferenz P_? - P. und des gewünschten Wertes für H erreicht hat.

Wenn die Vorrichtung kontinuierlich betrieben wird, kann eine vorbestimmte Konzentration, gekennzeichnet durch einen ausgewählten Wert des spezifischen Gewichtes folgendermaßen aufrechterhalten werden.

Die Leistung der Anlage wird bei konstanter Niveaudifferenz H₁ - Hp durch eine konstante Menge Frischzulauf vorgegeben. Über einen an die untere Kammer 2 angeschlossenen zweiten Niveauregler wird über Austrittsvorrichtung 9 soviel Material abgezogen, daß der Spiegel H„ und damit das Betriebsvolumen konstant gehalten werden. Bei einem Ansteigen des spezifischen Gewichtes muß über das Druckluftventil 11 der Druck im Gasraum der Kammer 2 erhöht werden, um das Flüssigkeitsniveau H. in der oberen Kammer 1 auf der vorgegebenen Höhe zu halten, es stellt sich somit ein höherer Differenzdruck Έ - P ein. Diese Abweichung wird über den Differenzdruckmesser 15 erfaßt und gibt Hinweis auf das Ansteigen des spezifischen Gewichtes. Als Reaktion auf das Ansteigen des Differenzdruckes wird bei weiterhin konstanter Einspeisung von Frischzulauf die zugeführte Wärmemenge und damit die Verdampfungsleistung in Abhängigkeit vom steigenden Differenzdruck ?„ ~ ^i herabgesetzt, wodurch das spezifische Gewicht wieder absinkt.

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Umgekehrt löst sinkendes spezifisches Gewicht ein Absinken des Differenzdruckes P_? - P. aus. Dementsprechend wird die Wärmezufuhr und damit die Verdampfungsleistung bei konstantem Frischzulauf in Abhängigkeit vom sinkenden Differenzdruck erhöht und das spezifische Gewicht steigt x^ieder an.

Regeleinrichtungen, die die oben erwähnten Regelaufgaben durchführen können, sind handelsüblich. Die Druckdifferenz P„ - P₁ wird mittels der Differenzdruck-Meßeinrichtung 15 erfaßt, die die Wärmezufuhr zum Wärmeaustauscher 5 regelt. Die Druckdifferenz selbst ist von der Stellung des Druckluftventiles 11 und des Entlüftungs- (Entspannungs-) ventiles abhängig. Diese beiden Ventile werden vom Druckregler 14 gesteuert. Das Flüssigkeitsniveau EL wird dabei vom Niveauregler 13 kontrolliert und durch Einwirkung dieses Reglers auf den Druckregler 14 konstant gehalten. Das Niveau H_? wird durch einen gesonderten, an die Kammer 2 angeschlossenen Niveauregler, der - wie erwähnt - auf die Abzugsöffnung 9 einviirkt, ebenfalls konstant gehalten.

Eine andere mögliche Fahrweise ist folgende:

Wiederum wird eine Druckdifferenz Pp - P₁ aufrechterhalten. Sollte das spezifische Gewicht über den gewünschten Wert ansteigen, wird H₁ absinken und damit die N-iveaudifferenz H₁ - Hp vermindern. Als Reaktion.auf dieses Absinken wird Frischzulauf über Zugabestelle 7 eingespeist, wodurch sowohl H als auch Hp ansteigen. Durch Abzug über Austrittsöffnung 9 kann H_ gleichzeitig auf der vorgegebenen Höhe gehalten werden und sowohl H ,. als auch die Differenz H₁ - H_? können hierdurch wieder auf ihre ursprünglich gewünschten Werte zurückgebracht v/erden.

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Sollte umgekehrt das spezifische Gewicht sinken, erhöht sich H. - Η». Da H durch die Einspeisung zusätzlichen Frischzulaufes auf Niveau gehalten wird, wird H absinken. Als Reaktion auf dieses Absinken wird der Abzug von Material -über die Austrittsöffnung 9 solange unterbrochen, bis die gewünschte Differenz H. - Hp wieder hergestellt ist.

Andere Einzelheiten der verschiedenen Atrs'fuhrungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung sind folgende. Der Frischzulauf, der wahlweise in die untere und/oder obere Kammer eingespeist wird, wird auf die Betriebstemperatur des Kristallisators vorgewärmt, im Falle wässriger Lösungen auf Temperaturen zwischen 15 und 120° C, vorzugsweise auf 30 60° C. Auch höhere Temperaturen sind, wenn erforderlich möglich, z.B. bei nicht-wässrigen Lösungen. Die im Einzelfall gewählte Temperatur hängt im allgemeinen von der Konzentration des in die Kristallisationsvorrichtung eingespeisten Frischzulaufes, von der Lösliphkeit des daraus zu kristallisierenden Feststoffes, vom Siedepunkt des Lösungsmittels und von anderen, ähnlichen Faktoren ab. Die obere Grenze der Konzentration des Frischzulaufes ist durch die Sättigungskonzentration des gelösten und zu kristallisierenden Feststoffes bei der gegebenen Zulauftemperatur bestimmt. Die Feststoffkonzentration des Frischzulaufes wird im allgemeinen auf Werte eingestellt werden, die dem jeweiligen Verfahren am besten entsprechen. Die Konzentration beträgt gewöhnlich 25 - ca. 90 %₃ für Zitronensäure 25 - 70 %. Die Vakuumzone 1 wird bei einem Unterdruck gehalten, der von der gewünschten Kristallisationstemperatur bestimmt wird; ein solcher Unterdruck liegt im allgemeinen in einem Bereich von 10 - 76O Torr, für wässrige Lösungen vorzugsweise zwischen 20 und 55 Torr.

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Zur Anordnung der Kammern 1 und 2 muß bemerkt werden, daß Kammer. 1 nicht nur vertikal über-Kammer 2 angebracht werden kann, beliebige Verschiebungen in der durch Kammer 1 zu legenden horizontalen Ebene sind möglich* Der Vertikalabstand zwischen Kammer 1 und 2 hängt vom Unterdruck in Kammer 1, vom Druck im Gasraum der Kammer 2 und vom spezifischen Gewicht der Kristallsuspension ab und'wird daher von der durchzuführenden Kristallisation bestimmt* Das Vorhandensein einer adäquaten Niveaudifferenz zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in den Kammern 1 und 2 ist dabei Voraussetzung.

Es muß auch festgehalten werden, daß eine Heizzone nicht notwendigerweise ein Bestandteil der er findungs. gemäßen Vor-' richtung oder des \^rerfahrens zu sein braucht, sofern die als Prischzulauf eingespeiste Lösung eine Temperatur besitzt, die hoch genug ist, um beim Eintritt in die Vakuumzone Verdampfung des Lösungsmittels zu bewirken. Es kann daher anstelle der Heizzone 5 ein geeigneter-Zulauf für heißen Prischzulauf

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vorgesehen werden, der dann beim Eintritt in die Vakuumzone, wie oben beschriebenj Lösungsmittel zur Verdampfung bringt. Jede andere geeignete Energiequelle, welche aus der zu konzentrierenden Flüssigkeit Lösungsmittel in Dampf überzuführen in der Lage ist, ist verwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gut geeignet für fraktionierte Kristallisation, wobei eine Reihe solcher Kristallisations- und Vakuumkammern hintereinandergesehaltet werden können, wodurch aufeinander folgende Kristallisationen aus Lösungen erzielt werden, die mehr als einen Feststoff enthalten. In einer solchen Anordnung wird die Flüssigkeit aus der Kammer 2, nachdem sie im wesentliehen vom ersten Feststoff befreit wurde, anschließend in eine andere Kammer 2 übergeführt, die dann mit einem dem oben beschriebenen System ähnlichen System verbunden ist. Anstelle des Überführens der·vom Feststoff befreiten Lösung aus Kammer 2 in ein ähnlich arbeitendes System, bietet sich das System der vorliegenden Erfindung.selbst in hervorragender Weise zur Abtrennung eines Feststoffes aus der Lösung und zur anschließenden Fortsetzung des Verfahrens zur Abtrennung des 2. Kristallisates an.

Gemäß dem erfindungsgemäßen. Verfahren und der Vorrichtung kann die untere oder Kristallisationskammer entweder unter Atmosphärendruck oder unter einem Überdruck stehen. Es ist notwendig, daß zwischen den-Gasräumen der Kristallisationskammer und der Vakuumkammer eine Druckdifferenz hergestellt wird. Vorzugsweise soll der Druck im Gasraum der Kristallisationskammer zumindest dem Atmosphärendruck entsprechen.

Aus der Formel (2) lassen sich die für bestimmte Betriebsbedingungen einzustellenden Parameter errechnen.

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Beispiel:

In einer erfindungsgemäßen Anordnung für die Kristallisation von Zitronensäure soll die Niveaudifferenz EL - HL = Λ Η zwischen den Flüssigkeitsspiegeln in der Vakuumkammer und in der Kristallisationskammer für den Anfahrzustand errechnet werden.

Gegeben	ist:	12,	5 m	Wassersäule
^P2 ⁼	1,25 ata	0,	75 m	Wassersäule
^pi ·'	55 Torr . =

Dichte der Zitronensäurekristallsuspension ./'" = 1,4

Aus Umformung der Formel (2) ergibt sich:

(P₂ - P₁)

(H. - Hp) =/\ H = , bzw. mit den Zahlen des Beispiels

12,5 - 0,75 11,75 '\ H = = = 8,4 m

' 1,4 1,4

Die im Beispiel aufgeführte Anordnung zur Kristallisation von Zitronensäure zeigt nach Füllen mit Lösung und Hochziehen des Spiegels 1 unter den gegebenen Bedingungen zwischen den Kammern und 2 eine Niveaudif-ferenz von 8,4 m.

Wenn der Prozeß bei Atmosphärendruck in der Kristallisationskammer durchgeführt wird, so ist:

P₂ = 1 atm = 760 mm Hg '= 10,33 m WS \ H = 6,84 m "

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Anstelle des Rührers 6 in der Kristallisationskammer können die Kristalle auch auf andere Weise in Suspension gehalten werden, so z.B. durch Einleiten von Luft usw.

Die Kammer 2 kann zur Atmosphäre hin offen sein und in diesem Fall wird die Niveaudifferenz zwischen den beiden Kammern vom Unterdruck in Kammer 1 und vom spezifischen Gewicht der Kristallsuspension bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit jeder Flüssigkeit betrieben werden, aus der man einen Feststoff auskristallisieren will und es v/erden gut ausgebildete Kristalle von großer Reinheit produziert.

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Claims

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1. Verfahren zur Kristallisation von Stoffen aus Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung der zu kristallisierenden Substanz in einem System bestehend aus einer unter Atmosphärendruck oder wenig darüber stehenden unteren Kristallisationszone, einer •Verdampfungszone und einer oberen Vakuumsone zirkulieren läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Vakuumzone zvrischen 10 - .76Ο Torr, vorzugsweise 20 - 55 Torr beträgt. .

3. Verfahren nach Anspruch 1 - 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß die zu kristallisierende Lösung"wahlweise in die obere Vakuumzone oder in die untere Kristallisationszone eingespeist wird»

4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3_S dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufpressen oder Ablassen eines Gases, vorzugsweise Preßluft, in die'untere Kristallisationskammer der Flüssigkeitsspiegel in der Vakuumkammer, gesteuert über ein Mveaumeßgerät, konstant gehalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-4 bestehend aus einer Kristallisationskammer, die durch

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ein Steigrohr über einen Wärmeaustauscher und über ein Fallrohr direkt mit einer darüberliegenden Vakuumkammer verbunden ist und die Frischzuläufe in der Vakuumkammer und Kristallisationskammer sowie eine Austrittsöffnung im Boden der letzteren aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher am obersten Teil des aufsteigenden Rohres angebracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer und die Kristallisationskammer durch einen Differenzdruckmesser zur Bestimmung der Dichte der Suspension verbunden sind.

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