DE2408800A1

DE2408800A1 - Verfahren zur kontinuierlichen kristallisation und kristallisierapparat zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2408800A1
Application number: DE19742408800
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Kato; Yoshihiro Kaya; Ryuzo Murakami
Original assignee: Shunan Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Shunan Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1974-02-23
Publication date: 1974-09-05
Also published as: GB1449928A; DE2408800B2; JPS49110573A; DE2408800C3

Description

2 4 O 88

1A-622
TS-X-42

SBUNAN PETEOCHEMICAL COMPANY, LTD., I ο iy ο , Japan

Verfahren zur kontinuierlichen Kristallisation und Kristallisierapparat zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Kristallisation eines Feststoffs aus einer Lösung durch Verdampfung des Lösungsmittels in einem mit einem Schaber ausgerüsteten Zentrifugalfilmverdampfer mit kontinuierlicher Lösungszufuhr und Entnahme des auskristallisierten Festkörpers oder einer Aufschlämmung des auskristallisierten Festkörpers, sowie einen Kristallisierapparat zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bisher wurden Festkörper aus einer lösung des Festkörpers in Wasser oder einen organischen Lösungsmittel durch Verdampfen des Lösungsmittels und Einengen der Lösung auskristallisiert. Dabei erhielt die Lösung eine Konzentration, welche oberhalb der Löslichkeit der Feststoffkomponente bei der jeweiligen Temperatur lag. In anderen Fällen wurde das Lösungsmittel vollständig abgedampft.

Bei einem derartigen Betrieb wurden z. B. Zentrifugalfilmverdampfer verwendet, welche mit einem Schaber ausgerüstet waren (japanische Patentanmeldung Nr. 9311/1960).

Wenn nun der Schmelzpunkt der Feststoffkomponente unterhalb der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels liegt oder genügend nahe an der Verdampfungstemperatur (z. B. Lösung des Phthalsäureanhydrids (Schmelzpunkt 131,8 ⁰C) oder des Malein-

409836/0867

säureanhydrids (Schmelzpunkt 52,6 ⁰C) in Benzol (Siedepunkt 80,13 ⁰C); Lösung von Piperazin (Schmelzpunkt 106 °C) in Methanol (Siedepunkt 64,65 ⁰C)), so fällt der Feststoff "beim Verdampfen des Lösungsmittels in geschmolzener Form an.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kontinuierlichen Kristallisation eines Feststoffs aus einer Lösung desselben zu schaffen, bei dem der Feststoff nicht in geschmolzener Form anfällt, sowie einen Kristallisierapparat zur Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch, ein Verfahren der genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Lösung zunächst in einer Heizzone des Verdampfers einengt und darauf die eingeengte Lösung mit einer Kühlzone kontaktiert und den Feststoff zur Kristallisation bringt und daß man den Lösungsmitteldampf durch Absaugen oder Spülen mit Inertgas austreibt um eine Rekondensation desselben in der Kühlzone zu verhindern.

Als Lösungsmittel kommen Wasser und organische Lösungsmittel oder dgl. in Frage. Das erfindungsgemäße Prinzip besteht darin, die Lösung zunächst durch Verdampfen einzuengen und danach" die konzentrierte Lösung abzukühlen, so daß der Feststoff direkt in fester Form ausfällt oder gegebenenfalls der schon in flüssiger Form ausgefallene Feststoff erstarrt. Als Feststoff komponente kommen entweder anorganische oder organische Verbindungen infrage, und vorzugsweise nicht-klebrige Verbindungen.

Der erfindungsgemäße Zentrifugalfilmverdampfer umfaßt einen Heizteil und einen Kühlteil,welche einander benachbart sind oder nur einen geringen Abstand haben. Es sollte verhindert werden, daß der Dampf des Lösungsmittel, welcher im beheizten Teil des Verdampfers gebildet wird, sieh wieder Im gekühlten Verdampferteil kondensiert. Dies geschieht durch Zufuhr eines InertgasStroms durch eine Öffnung unterhalb des

409836/0887

~x

"beheizten Teils oder durch Absaugung des Dampfes durch eine Öffnung des Dampfes des Lösungsmittels oberhalb des beheizten Teils. Die Zufuhr des Inertgases kann in jedem Bereich des Verdampferkörpers vorgenommen werden, solange die Zufuhröffnung nur unterhalb dem Beheizungsteil liegt. Die Wärmeaustausehfläehe im Heizteil oder im Kühlteil kann je nach den physikalischen Eigenschaften der Lösung, der Menge der Lösung, der Menge des Heizmediums oder der Menge des Kühlmediums und der Menge der Temperatur im Heizteil oder im Kühlteil ausgewählt werden. Es ist möglich, das Heizen und Kühlen in einem Vielstufensystem vorzunehmen, um die Heiz- und Kühlvorgänge allmählich zu gestalten. Wenn die Differenz zwischen Heiztempearatur und Kühltemperatur groß ist, so ist es bevorzugt, die konzentrierte Lösung allmählich abzukühlen, indem man Kühlmedien mit abnehmenden Temperaturen in einem Vielstuf enkühlteil einsetzt.

Die Raumgeschwindigkeit des Inertgases, welches eingeführt wird und des Lösungsmittel-dampfes oder die Raumgeschwindigkeit des Lösungsmitteldampfes, welcher im Heizteil abgesaugt wird, sollte genügend groß sein, um ein vollständiges Austreiben des Lösungsmitteldampfeβ durch den Lösungsmittelauslaß im oberen Teil des Verdampfers zu gewährleisten. Andererseits sollte die Raumgeschwindigkeit des Inertgases oder des abgesaugten Lösungsmitteldampfes unterhalb einem kritischen Wert bleiben, bei dem das erhaltene getrocknete Pestprodukt durch die obere Öffnung des Verdampfers ausgeblasen würde. Die Raumgeschwindigkeit des Inertgases und des Lösungsmitteldampfes kann im Bereich von 5 m/sec bis 0,01 m/see und vorzugsweise im Bereich von 1m/sec bis 0,05 m/sec ausgewählt werden. Die Raumgeschwindigkeit ist abhängig von den Betriebsbedingungen, d. h. der Menge der eingeführten Lösung, sowie der Löslichkeit der feststoffkomponente in der Lösung und der Dampfdichte des verdampften Lösungsmittels oder dgl.

409836/0867

Wenn die Geschwindigkeit der Verdampfung des Lösungsmittels groß ist, so ist auch die Raumgeschwindigkeit des Inertgases oder des Lösungsmitteldampfes groß. Die Verdampfung des Lö'sungsmittels wird aufgrund der Temperatur der beheizten Zone verdampft. Der Lösungsmitteldampf strömt durch den Auslaß des Verdampfers aus und kann außerhalb wieder zum Lösungsmittel kondensiert werden. Das Austreiben des Lösungsmitteldampfes geschieht vorzugsweise durch eine Vakuumpumpe oder ein als Austreibmittel dienendes Inertgas. Wenn ein Inertgas eingeleitet wird, so strömt dieses Inertgas zusammen mit dem Lösungsmitteldampf aus und der Dampf des Lösungsmittels wird abgekühlt und kondensiert.

Als Zentrifugalfilmverdampfer mit einem Schaber können alle herkömmlichen Typen dieser Art verwendet werden. Die einzige Abweichung besteht darin, daß stromab vom beheizten Teil in Richtung des Lösungsstroms eine Kühlzone vorgesehen ist und daß der Dampf des Lösungsmittels durch einen Auslaß oberhalb der Heizzone ausgetrieben wird und so eine Kondensation des Lösungsmitteldampfes in der Kühlzone verhindert wird. Der Verdampfer kann horizontal oder vertikal liegen. Die Kühlzone sollte jedoch stets stromab von der beheizten Zone liegen. Eine einzige Schaberschaufel ist zwar ausreichend, es ist jedocäi bevorzugt wenn eine Vielzahl von Schab er schaufeln vorgesehen sind. Die Schaberschaufeln können feststehen oder drehbar sein. Bevorzugt ist ein vertikaler Verdampfer mit drehbaren Schabern.

Die Temperatur des Heizteils und des KUhlteils kann anhand des Heizmediums bzw. des Kühlmediums je nach der Art des Lösungsmittels und der Jeststoffkomponente eingestellt werden. Der Druck im Verdampfer liegt gewöhnlich in der Nähe des At- · mosphärendrucks. Es ist jedoch auch möglich, daß der Druck im Verdampfer oberhalb Atmosphärendruck liegt oder unterhalb Atmosphärendruck. Der erhöhte Druck kann durch Inertgaszufuhr aufgebaut werden und der verminderte Druck kann durch

409836/0867

Absaugen der Luft und des Lösungsmitteldampfes bewirkt werden_o Zur Behandlung einer Methanollösung wird z. B. der Heiateil auf mehr als 64,65 ⁰C und vorzugsweise auf mehr als 75 ⁰C erhitzt und der Kühlteil wird auf weniger als 64,65 ⁰C und vorzugsweise weniger als 55 ⁰C gekühlt. Der Unterschied zwischen dem Siedepunkt des Lösungsmittels und der Temperatur der erhitzten Teile oder der Temperatur der gekühlten Teile beträgt gewöhnlieh mehr als 10 ⁰C. Es können eine Vielzahl von Inertgas-Einlässen vorgesehen sein, und ferner auch eire Vielzahl von Auslassen für den Lösungsmitteldampf. Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß der Lösungsmitteldampf durch den Auslass entlassen wird, ohne daß es zu einer Kondensation des Dampfes im Kühlteil kommt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kristallisationsapparates anhand der Figur erläutert.

Eine Lösung eines Feststoffs in Wasser oder einem organischen. Lösungsmittel wird über ein Regelventil 2 in einen Zentrifugalfilmverdampfer 1 eingeführt. Ein Schaber 7 ist an einem unteren Lager 8 gelagert und wird durch einen Motor 6 angetrieben. Ein Heizmedium strömt über ein Regelventil 3 in einen Heizmantel J-1, wodurch der beheizte Teil auf einer Temperatur gehalten wird, bei der die Lösung eingeengt wird. Ein Kühlmedium wird über ein Regelventil 4 durch einen Kühlmantel J-2 geleitet, so daß der gekühlte Teil auf einer Temperatur gehalten wird, bei der die Lösung genügend stark abgekühlt wird. Die durch das Regelventil 2 strömende Ausgangslösung bildet einen dünnen Film an der Wandung des Verdampfers, und zwar aufgrund der Zentrifugalkraft des rotierenden Schabers. Dieser Lösungsfilm fällt an der Wand herab und wird dabei durch Verdampfung des Lösungsmittels aufgrund der Hitze des Heizmantels J-1 eingeengt. Die konzentrierte Lösung wird sodann im Kühlteil abgekühlt und die Feststoffkomponente kristallisiert aus. Erfindungsgemäß wird ein herabfallen des Lösungsmittelsdampfes in den Kühlteil durch Zufuhr eines Inertgases durch ein Regelventil 5 oder durch Absaugen

409836/0867

des Lösungsmitteldampfes im oberen Teil "verhindert. Der Lösungsmitteldampf strömt gegebenenfalls zusammen mit dem Inertgas durch einen Auslaß 9 aus. Aufgrund der Konzentration der Lösung und aufgrund des Kühleffektes im Kühlteil kristallisiert der Festkörper aus. Dieser wird an sich oder in Form einer konzentrierten Aufschlämmung kontinuierlich entnommen und hierzu von der Wandung des Verdampfers mit dem Schaber abgeschabt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Lösung von 50 Gewichtsteilen Methanol (Siedepunkt 64,65 ⁰C) und 50 Gewichtsteilen Piperazin (Siedepunkt 148,5 ⁰C; Schmelzpunkt 106 ⁰C) wird kontinuierlich durch ein Regelventil 2 in einen vertikal stehenden Zentrifugalfilmverdampfer 1 mit einem Schaberblatt eingeführt. Der Verdampfer ist mit einem Heizteil (0,15 m² Heizfläche) und einem Kühlteil (0,15 m² Kühlfläche) ausgerüstet, sowie mit einem Schaber, welcher durch einen Motor mit 1,5 KW und 580 Umdrehungen/min angetrieben wird. Hei-ßes Wasser wird durch ein Regelventil 3 in den Heizmantel J-I eingeführt,und zwar mit einer 'Temperatur von etwa 95 C und einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 1000 kg/h. Kühlwasser wird durch ein Regelventil 4 in den Kühlmantel J-2 des Kühlteils eingeführt, und zwar hei einer Temperatur von etwa 30 ⁰C und mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 kg/h. Die Methanollösung des Piperazins wird im Heizteil erhitzt, wobei das Methanol verdampft und die konzentrierte Lösung des Piperazins wird im Kühlteil abgekühlt, wobei das Piperazin auskristallisiert.

Eine kleine Menge Stickstoffgas wird durch ein Regelventil derart eingeleitet, daß eine Kondensation des verdampften Methanols im Kühlteil verhindert wird und das gesamte Methanol zusammen mit dem Stickstoffgas aus dem Verdampfer ausströmt

409836/0867

und in einem äußeren Kühler kondensiert wird. Das Methanol wird mit einer Geschwindigkeit von 22 kg/h zurückgewonnen. Die pulverförmigen Kristalle des Piperazins werden am Boden des Verdampfers in einer Menge von 23 kg/h entnommen. Diese Kristalle enthalten etwa 10 Gewichtsteile Methanol. Dieses kann in einer nachfolgenden Trocknungsstufe vollständig entfernt werden.

Beispiel 2

Eine Lösung von 50 Gewichtsteilen Methanol und 50 Gewichtsteilen Triäthylendiamin (Siedepunkt 174 ⁰G; Schmelzpunkt 160 ⁰C)wird kontinuierlich durch ein Regelventil 2 in einen vertikal'stehenden Zentrifugalfilmverdampfer 1 eingeführt, welcher mit einem Schaber gemäß Beispiel 1 ausgerüstet ist. Die Zufuhrgeschwindigkeit beträgt 50 kg/h. Dampf mit einem Druck von 1 kg/cm (Überdruck) wird durch ein Regelventil 3 in den Heizmantel J-1 des Heizteils in einer Menge von 60 - 70 kg/h und bei einer Temperatur von etwa 120 ⁰C eingeführt. Kühlwasser wird durch ein Hegelventil 4 in den Kühlmantel J-2 des Kühlteils bei etwa 30 °C in einer Geschwindigkeit von etwa 1000 kg/h eingeführt. Wie Jn Beispiel 1 wird das Methanol verdampft und der Methanoldampf wird durch den Dampf auslass im oberen Teil des Gerätes abgesaugt, so daß ein verminderter Druck aufrechterhalten wird. Hierdurch wird ein Herabfallen des Methanoldampfes in den Kühlteil und eine Kondensation des Methanols in dem Kühlteil verhindert. Das Methanol wird in einer Menge von 22 kg/h zurückgewonnen und Kristalle des Triäthylendiamins kristallisieren im Kühlteil aus und werden am Boden des Kühlteils mit einer Geschwindigkeit von 22 kg/h entnommen. Die Kristalle enthalten etwa 10 Gewichtsteile Methanol.

409836/086 7

Claims

- 8 PA TEIi TAIS PEÜÖ HE

1. Verfahren zur kontinuierlichen Kristallisation eines Feststoffs aus einer Lösung durch. Verdampfung des Lösungsmittels in einem mit einem Schaber ausgerüsteten Zentrifugalfilmverdampfer mit kontinuierlicher Lösungszufuhr und Entnahme des auskristallisierten Feststoffs oder einer Aufschlämmung des Feststoffs, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung zunächst in einer Heizzone des Verdampfers einengt, worauf man die eingeengte Lösung mit einer Kühlzone kontaktiert, und den Feststoff zur Kristallisation bringt und

aA$ /frn'ttel
daß man/·«*«- Lösung/durch Absaugen oder Spülen mit Inertgas austreibt, um eine Rekondensation des Lößungsmittels in der Kühlζone zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülen mit Inertgas oder das Absaugen des Lösungsmitteldampfes mit einer Geschwindigkeit geschieht, bei der der Gesamtlösungsmitteldampf aus dem Verdampferteil herausgeführt

3. Kristallisierapparatur zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mit einem Schaber (7) ausgerüsteten Zentrifugalfilmverdampfer (1), welcher in Richtung des Lösungsstroms stromab von einem Heizteil (J-1) einen Kühlteil (J-2) aufweist, sowie zur Verhinderung einer Kondensation des Lösungsmitteldampfes im Kühlteil (J-2) einen Inertgaseinlass (5) stromab vom Heizteil (J-1) oder eine Absaugeinriehtung am Dampfauslass (9) stromauf vom Heizteil (J-1) aufweist.

4. Kristallisierapparat nach Anspruch 3, mit einem durch Dampf oder eine Heizflüssigkeit geheizten Heizmantel und einem durch ein Kühlmedium gekühlten Kühlmantel.

409836/0867