DE2442934A1

DE2442934A1 - Kristallisierapparat und verfahren zur kristallisation

Info

Publication number: DE2442934A1
Application number: DE2442934A
Authority: DE
Inventors: Richard Chisholm Bennett
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-07
Publication date: 1975-03-20
Also published as: BR7407702D0; CH596865A5; ES430110A1; DD114003A5; JPS5056372A; LU70909A1; HU171447B; MY7700221A; IE39890L; NL7410956A; PL95238B1; BE819779A; RO64603A; IE39890B1; CA1021253A; AU7334574A; FR2243714A1; FI258174A; EG11307A; JPS544943B2

Description

DR.-iNG. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD

DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES Dl PL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDPSCH ÖIPL.-ING. SELTING

KOLNI₁DEICHMaNNHAUS

Köln, den 5.9.74 AvK/Ax/IM

Hercules Incorporated, S)1o Market Street, Wilmington, Del .USA

Kristallisierapparat und Verfahren zur Kristallisation

Die Kristallisation ist bekanntlich der Übergang von kristallisierbarem Material aus dem gelösten, geschmolzenen, flüssigen oder gasförmigen Zustand in einen kristallinen festen Zustand. Die Erfindung ist auf den Übergang von kristallisierbarem Material aus dem gelösten Zustand in einen kristallinen festen Zustand oder, mit anderen Worten, auf die Lösungskristallisation gerichtet.

Lösungskristallisation findet nur statt, nachdem eine Lösung, die aus dem kristallisierbaren stoff (hier als "Gelöstes" bezeichnet) und eineiu Lösungsmittel für das Gelöste besteht, übersättigt wird, d.h. mehr Gelöstes enthält als das Lösungsmittel normalerweise bei der herrschenden Temperatur des Lösungsmittels zu lösen vermag.

Auf die Übersättigung folgen Keimbildung und Kristallwachstum. Die Bildung von Kristallisationskeimen bzw. -kernen kann bewirkt werden, indem feine Kristalle des Gelösten oder ein anderes kristallines Material dem Lösungsmittel zugesetzt werden, oder sie kann spontan stattfinden. Kristallwachstum ist die Entwicklung von Kristallen aus den Keimen oder Kernen.Es hängt davon ab/ wie lange die Lösung übersättigt bleibt und wie lange die Keime und Kerne und .die wachsenden Kristalle mit der Lösung in Berührung bleiben,,wäh- , " .

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_ ο _M

rend sie übersättigt ist. :

Übersättigung der Lösung kann erreicht werden, indem die Temperatur der Lösung auf eine Temperatur geändert wird, bei der das Gelöste im Lösungsmittel weniger löslich ist (bei den meisten Lösungsmitteln und Gelösten bedeutet dies Kühlen der Lösung), das Lösungsmittel von der Lö- ■■ sung zur Konzentrierung des Gelösten abgedampft oder i gleichzeitig die Lösungstemperatur geändert und das ! Lösungsmittel abgedampft wird. Die Erfindung ist auf die Lösungskristallisation gerichtet, bei der die Übersätti- _; gung wenigstens durch Kühlen der Lösung erreicht Wird. j

Die Lösungskristallisation durch Kühlen wird als Chargenverfahren oder als kontinuierliches Verfahren durchge-

führt. Beim Chargenverfahren wird die Lösung im allge- j meinen mit einer Geschwindigkeit oder mit Geschwindig- : keiten gekühlt, die so gewählt sind, daß die Lösung in >

den übersättigten Zustand gebracht urvi darin gehalten !

wird, bis maximale Kristallisation erreicht ist, wodurch '

nach der Kristallkeimbildung das gewünschte Ausmaß des j Kristallwachstums erzielt wird. Beim kontinuierlichen Verfahren wird das heisse konzentrierte F-insatzmaterial mit einem grossen Volumen von im Kreislauf geführtem Brei bei der endgültigen Temperatur unter Bedingungen gemischt, die zu einem geringen Anstieg der Temperatur und der Konzentration für das umgewälzte Material führen. Die Übersättigung wird erreicht, indem dieses Gemisch einem niedrigeren Dampfdruck in dem System ausgesetzt wird, wodurch das Gemisch durch Abdampfen von Lösungsmittel gekühlt wird. Bei einem der bekannten kontinuierlichen Verfahren zur Kristallisation durch Kühlen (zuweilen auch als Zwangsumwälzverfahren bezeichnet) werden ein System (im vorliegenden Fall ein Kristallisationskörper oder -system), das kristallisiertes Gelöstes und Mutterlauge (flüssiger Teil der Lösung nach dem Stattfinden der Kristallisation des Gelösten) enthält,

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und ein mit hoher Geschwindigkeit zum und vom Kristallisationssystem zirkulierender Strom ausgebildet. Der Kristallisationskörper oder das Kristallisationssystem wird in kräftige Bewegung gebracht und in kräftiger Bewegung gehalten, ^:

i und zwar entweder auf mechanischem Wege oder, wie es üblich ist, auf hydraulischem Wege, wobei man beispielsweise den umgewälzten Strom tangential in das Kristallisationssystem ; einführt, ihn tangential daraus abzieht, oder .beides, wobei ί der Abzug in Richtung der rotierenden Strömung im Kristallisationssystem erfolgt. Der Grad der Bewegung wird so ge- | wählt, daß der Kristallisationskörper ein Brei ist. Der ' Einsatzstrom aus heisser Lösung wird in den zirkulierenden Strom eingeführt, während Brei als Austrittsstrom .; entweder aus dem Kristallisationssystem oder -körper od< r aus dem umlaufenden Strom abgezogen wird. Bei einer Aus-• führungsform des Verfahrens wird der Umgebungsdruck des Kristallisationssystem so gewählt, daß Lösungsmittel vom Kristallisationssystem abgedampft und hierdurch seine Temperatur auf einer. Wert unter der Temperatur des Einsatzstroms eingestellt und bei dieser Temperatur gehalten wird. Die Durchflußgeschwindigkeit des umlaufenden Stroms ist so hoch, daß der Einsatzstrom beim Eintritt in den umlaufenden Strom adiabatisch auf di^ Temperatur des Kristallisationskörpers _: und des umlaufenden Stroms gekühlt wird.

Im Vergleich zur Chargenkristallisation hat die konti- | nuierliche Kristallisation eine Reihe von Vorteilen. Wenn jedoch das vorstehend beschriebene kontinuierliche Verfahren der Kristallisation durch Kühlen auf Lösungen an- ; gewandt wird, die Lösungsmittel enthalten, die wesentlich flüchtiger sind als Wasser und bei Temperaturen gearbeitet wird, die wesentlich höher sind als die Siedepunkte der Lösungsmittel bei Normaldruck, ergibt sich ein großer Nachteil. Die Austrittsströme enthalten feine Kristalle in Konzentrationen, die für eine wirksame Abtrennung der Kristalle aus der Mutterlauge zu hoch sind. . \

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Das Problem, das durch die Erfindung gelöst wird, besteht darin, wie die. Bildung von feinen Kristallen in solchen Fällen weitgehend ausgeschaltet werden kann.

Es wird angenommen, daß die übermässig starke Bildung von feinen Kristallen in diesen Fällen daraaf zurückzuführen ist, daß Lösungsmittel unmittelbar vor der Stelle, an der der Einsatzstrom in den wesentlich kühleren Umlaufstrom eintritt, verdampft. Es wird angenommen, daß schlagartige Verdampfung des Lösungsmittels spontane Kristallkeimbildung bewirkt. Der Kühleffekt des Umlaufstroms auf den Einsatzstrom verursacht ebenfalls spontane Kristallkeimbildung. Aufgrund der durch das Verdampfen des Lösungsmittels verursachten spontanen Kristallkeimbildung ist nicht nur eine übermässig grosse Zahl von Keimen vorhanden , auf denen Kristalle

wachsen sondern die für das Kristallwachstum verfügbare Menge des Gelösten ist auch geringer. Das Ergebnis ist eine übermässig grosse Menge an feinen Kristallen. Der Grund, weshalb das Abdampfen des Lösungsmittels stattfindet, liegt darin, daß der Flüssigkeitsdruck oder die Flüssigkeitssäule an der Stelle der Einführung des Einsatzstroms in den Umlaufstrom ungenügend ist, um Verflüchtigung des Lösungsmittels im Einsatzstrom zu verhindern, obwohl der Flüssigkeitsdruck oder die Flüssigkeitssäule genügt, Verflüchtigung des Lösungsmittels im kühleren Umlaufstrom zu verhindern.

Gemäss der Erfindung wird die Bildung von feinen Kristallen weitgehend ausgeschaltet, indem der Flüssigkeitsdruck oder die Flüssigkeitssäule des Umlaufstroms an der Stelle der Einführung des Einsatzstroms auf einen Wert eingestellt und bei einem Wert gehalten wird, der wenigstens ebenso groß und vorzugsweise größer ist als der Unterschied zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden Einsatzstroms und dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der

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Temperatur des an dieser Stelle ankommenden Umlauf-Stroms.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung, insbesondere (jedoch ohne Begrenzung darauf) bei Kühlung der Lösung durch Kühlen des Kristallisationssystems oder -körpers oder des Umlaufstroms mit Hilfe von Kühlschlangen oder eines Wärmeaustauschers, wird dies erreicht, indem das Kristallisationssystem unter einem Umgebungsdruck gehalten wird, der dem Flüssigkeitsdruck entspricht.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung, insbesondere (jedoch ohne Begrenzung darauf) bei Durchführung der Kühlung durch Abdampfen des Lösungsmittels, wird das Kristallisationssystem über der. Einfühlungsstelle des Einsatzstroms in den Umlaufstrom in einer Höhe angeordnet, ii%der der erfindungsgemäss erforderliche Flüssigkeitsdruck erhalten wird. ' !

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung, insbesondere dann, wenn durch Abdampfen des Lösungsmittels gekühlt wird (jedoch ohne Beschränkung ^: darauf), wird der Behälter, der das Kristallisationssystem enthält, über der Verbindungsstelle der Leitung des Einsatzstroms mit der Leitung des Umlaufstroms in einer Höhe angeordnet, bei der der erforderliche hydrostatische Druck unter normalen Betriebsbedingungen erhalten wird. i

Bei anderen Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss der Erfindung werden sowohl der Umgebungsdruck als auch die Höhe des Kristallisationssystems oder -körpers so gewählt, daß der erforderliche hydrostatische Druck an der Einführungsstelle des Einsatzstroms eingestellt wird.

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In Fällen, in denen maximale Kristallisation gewünscht wird und die Stelle der Einführung des Einsatzstroms am Boden oder in Bodennähe liegt, kann die Höhe des Kristallisationssystems über dem Boden, die erforderlich ist, um wenigstens einen wesentlichen Anteil des gewünschten hydrostatischen Drucks an der Einführungsstelle des Einsatzstroms auszubilden, zu groß sein, um praktisch durchführbar zu sein. In diesen Fällen wird die Kristallisation gemäss der Erfindung in zwei oder mehr Stufen durchgeführt. In der ersten Stufe wird das Kristallisationssystem in einer praktischen Höhe über der Einfüh- : rungsstelle des Einsatzstroms in den Umlaufstrom angeordnet, und der Kristallisationskörper und der Umlaufstrom werden auf eine Temperatur gebracht und bei einer Temperatur gehalten, bei der der Dampfdruck des Lösungsmittels ebenso hoch, vorzugsweise hoher ist als der Un- ' terschied zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels \

ι bei der Temperatur des eintretenden Einsatzstroms und dem hydrostatischen Druck des Umlaufstroms an dieser ^! Stelle. Unter diesen Bedingungen finaet nur teilweise Kristallisation des Gelösten in der ersten Stufe statt. In der zweiten Stufe wird der Kristallisationskörper in einer praktischen Höhe über der Einführungsstelle des EinsatzStroms für die zweite Stufe, der Jer Austrittsstrom der ersten Stufe ist, angeordnet, und der Kristallisationskörper und der Umlaufstrom werden auf die Temperatur gebracht und dabei gehalten, bei der der Dampfdruck des Lösungsmittels ebenso hoch und vorzugsweise höher ist als der Unterschied zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden Einsatzstroms der zweiten Stufe und dem hydrostatischen Druck des UmlaufStroms der zweiten Stufe an dieser i Stelle. Unter diesen Bedingungen wird mehr Gelöstes kristallisiert. Wenn nicht die gesamte gewünschte Menge des Gelösten in der zweiten Stufe kristallisiert v/ird, kann man eine dritte Stufe oder weitere Stufen verwenden, um das gewünschte maximale Ausmaß der Kristallisation

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zu erreichen.

Die ζ.Zt. als beste angesehene Ausführungsform der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird durch die Abbildung veranschaulicht, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines zweistufigen, mit Verdampfungskühlung arbeitenden Kristaliisierapparats gemäss der Erfindung zeigt. ' ^;

Der in der Abbildung dargestellte Kristallisierapparat umfaßt eine erste Kristallisationsstufe 1o und eine . zweite Kristallisationsstufe 12.

" "- ■ ■ j Zur ersten Kristallisationsstufe gehört ein Kristalli- ': sationsgefäß 14, das einen Kristallisationskörper 16 \ bei einem Umgebungsdruck, der über Normaldruck liegt, j enthält. Das Gefäß hat eine gewölbte Haube mit einem

Austritt für Lösungsmitteldämpfe, der mit einer Dämpfeaustrittsleitung 18 verbunden ist, in die ein Mengen- und Behälterdruckregelventil 2o eingesetzt ist. Die ' , Dämpfeaustrittsleitung 16 führt zu einem Kühler 22. ' Kondensierte Dämpfe werden aus dem Kühler 22 durch eine Kondensatleitung 2 4 ausgetragen, die in diesem Fall zu einem Eintritt im Kristallisationsgefäß 14 führt,. Das Gefäß 14 ist mit einem Austritt versehen, durch derT"ein Breistrom tangential vom Bodenbereich des Kristallisationssystems 16 abgezogen wird. Es ist ferner mit eineiu Eintritt für einen gemischten Strom versehen, durch den ein Strom tangential in Richtung der rotierenden Strömung oder Wirbelbewegung des Kristallisationssystems 16 in den oberen Teil des Kristallisationssystems, jedoch in den Bereich der dynamischen Oberfläche des Kristallisationssystems 16 unter normalen Betriebsbedingungen eingeführt wird. In Kombination mit dem Austritt und dem Eintritt des gemischten Stroms im Kristallisationsgefäß 14 sind Leitungen für den 'Umlaufstrom und eine Pumpe angeordnet. Diese Bauteile bestehen aus einer Lei-

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tungt 26 für den Abzug von Kristallisationsbrei, einer Pumpe 3o und einer Rückleitung 32. Die Breiabzugsleitung 26 führt von der austrittssteile des Breis im Kristallisationsgefäß 14 zur Saugseite der Pumpe 3o, während die Rückleitung 32 von der Druckseite der Pumpe nach oben zum Eintritt des gemischten Stroms im Gefäß 14 führt. Mit der Rückleitung 32 ist eine Einsatzstromleitung 34 mit einem Mengenregel- und Absperrventil 36 verbunden. Die Stelle, an der die Einsatzstromleitung 34 auf die Rückleitung 32, d.h. auf die Einführungsstelle des Einsatzstroms trifft, liegt erfindungsgemäss dort, wo unter normalen Betriebsbedingungen der hydrostatische Druck des gemischten Stroms in der Rückleitung 32 wenigstens so : hoch und vorzugsweise höher ist als der Unterschied zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden Einsatzstroms und dem Dampfdruck. des Lösungsmittels bei der herrschenden Temperatur des UmlaufStroms an dieser Stelle. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform wird dieser hydrostatische Druck erhalten, indem das Kristallisiergefäß 14 so angeordnet wird, daß der effektive Flüssigkeitsstand (durchschnittlicher Stand der dynamischen Oberseite des Kristallisationssystems 16) im Gefäß unter normalen Betriebsbedingungen in der Höhe H über der Einführungsstelle des Einsatzstroms liegt. In dieser Höhe hat eine Säule des Gemisches aus Einsatzstromlösung und umlaufendem Breistrom am Boden diesen hydrostatischen Druck. Als Folge hiervon weist die Rückleitung 32 einen nach oben verlaufenden Abschnitt 38 von der Einführungsstelle des Einsatzstroms bis zu der Höhe auf, in der der gemischte Einsatzstrom und der Uralaufstrom in das Kristallisiergefäß 14 eingeführt werden. Dieser Zweig der Leitung kann als hydrostatischer Schenkel angesehen werden.

Brei wird aus der ersten Kristallisationsstufe 1o mit einer Austragleitung 4o abgezogen, die von der Breiabzugsleitung 26 zur zweiten Kristallisationsstufe 12

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führt. In die Austragleitung 4o der ersten Stufe ist ein Mengenregel- und Absperrventil 42 eingesetzt.

Die zweite Kristallisationsstufe 12 weis't ein zweites Kristallisiergefäß 44 auf, das ein Kristallisationssystem 4 6 bei einem unter Normaldruck liegenden Umgebungsdruck enthält. Das Gefäß hat eine gewölbte Haube mit einem · Austritt für Lösungsmitteldämpfe, an den sich eine Dämpfeaustrittsleitung 48 anschließt. Die Leitung 48 fuhrt zu einem Kühler 52. Das im Kühler 52 gebildete Kondensat wird vom Kühler durch eine Kondensatleitung 54 ab-

geführt, die bei dieser Ausführungsform zu einem-Ein-

tritt im Kristallisiergefäß 44 führt. In Kombination mit der Kondensatleitung 54 ist eine Vakuumleitung 55 vorgesehen, die mit einem Vakuumregel- und Absperrventil 57 versehen ist und zu einer Vakuumquelle 59 führt, i Das Kristallisiergefäß 44 ist mit einem Austritt, aus j dem ein Breistrom tangential aus dem Bodenbereich des _s Kristallisationskörpers 46 abgezogen wird, und einem Eintritt für einen gemischten Strom versehen, durch den ein Strom tangential in Richtung der rotierenden Strömung oder Wirbelbewegung des Kristallisationskörpers 46 unterhalb, jedoch im Bereich der dynamischen Oberfläche des Kristallisationskörpers 46 unter normalen Betriebsbedingungen eingeführt wird. In Kombination mit dem Austritt und dem Eintritt des gemischten Stroms im Kristallisiergefäß 44 sind Leitungen für den Umlauf- ^: strom und eine Pumpe vorgesehen. Diese Bauteile bestehen aus einer Breiabzugsleitung 56, einer Pumpe 6o und einer Rückleitung 62. Die Breiabzugsleitung 56 verläuft vom [ Breiaustritt im Kristallisiergefäß 44 nach unten zur Saugseite der Pumpe 6o, während die Rückleitung 62 von der Druckseite der Pumpe nach oben zum Eintritt des gemischten Stroms im Gefäß 44 führt. Mit der Rückleitung . 62 ist die Austragleitung 4o der ersten Stufe verbunden. Die Stelle, an der die Austragleitung 4o der ersten Stufe auf die Rückleitung 62 trifft, d.h. die Stelle, an

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der.der Einsätzstroni erfindungsgemäss in die zweite Stufe 12 eintritt, liegt dort/ wo unter normalen Betriebsbedingungen der hydrostatische Druck des gemischten Stroms in der Rückleitung 62 wenigstens so ·: hoch und vorzugsweise höher ist als die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden Austrittsstroms der ersten Stμfe und dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der herrschenden Temperatur des UmlaufStroms an dieser Stelle. Bei der dargestellten

Ausführungsform wird dieser hydrostatische Druck erhalten, indem das Kristallisiergefäß 44 so angeordnet wird, daß der effektive Flüssigkeitsstand (durchschnittlicher Stand der dynamischen Oberseite des Kristallisations- ' körpers 46) im Gefäß unter normalen Betriebsbedingungen sich in der Höhe H¹ über der Einführungsstelle des Einsatzstroms befindet. In dieser Höhe hat eine Säule des

Gemisches aus Austrittsbreistroir> der ersten Stufe und j Umlaufbreistrom der zweiten Stufe am Boden diesen hydrostatischen Druck. Als Ergebnis hat die Rückleitung 62 einen Zweig 68, der von der Einführungsstelle des Austrittsstroms der ersten Stufe nach oben bis in die Höhe führt, in der das Gemisch aus Austrittsstrom der ersten Stufe und Umlaufstrom der zweiten Stufe in das Kristallisiergefäß 4 4 eingeführt wird. Dieser Zweig kann auch als

hydrostatischer Schenkel angesehen werden. j

Brei wird aus der zweiten Kristallisationsstufe 12 durch eine Austragleitung 7o, in die ein Mengenregel- und Absperrventil 72 eingesetzt ist, abgezogen. Diese Leitung führt bei einigen Ausführungsformen zu einer oder mehreren zusätzlichen Kristallisationsstufen. Bei der dargestellten Aasführungsform führt sie jedoch zur Kristallabscheidungsstufe 74, in der Kristalle und Mutterlauge getrennt werden. \

Im Betrieb des in der Abbildung dargestellten zweistufigen Kristallisierapparates wird der Einsatzstrom der

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heissen Lösung bei einer Temperatur, die wesentlich über der Siedetemperatur des darin enthaltenen Lösungsmittels bei Normaldruck liegt, durch die Einsatzstromleitung 34 in die Rückleitung 32 der ersten Stufe einge-führt. Der Einsatzstrom wird hierbei schlagartig adiabatisch auf die herrschende Temperatur des durch die Rückleitung 32 fließenden UmlaufStroms gekühlt. Aufgrund des hydrostatischen Drucks an der Stelle der Einführung des Einsatzstroms in den ümlaufstrom findet keine schlagartige Verdampfung des Lösungsmittels im Einsatzstrom statt. Eine etwaige Kristallisationskeimbildung, die in dem gemischten Strom stattfindet, der durch Vereinigung des EinsatzStroms mit dem Umlaufstrom gebildet ; wird, ist eine Folge der Kühlung des Einsatzstroms. Die Bedingungen für das Kristallwachstum sind, somit maximal. Wenn der gemischte Strom in den Krictallisationskörper eintritt, findet Verdampfung von Lösungsmittel statt, wodurch Wärme aus dem Kristallisationssystem 16 abgeführt wird. Das Ausmaß der Verdampfung und somit die ; abgeführte Wärmemenge(und damit die Temperatur des Kristallisationssystems 16) werden durch Regelung der durch die Dämpfeaustrittsleitung 18 austretenden Menge der Lösungsmitteldämpfe und damit des Innenürucks des Kri- ^! stallisiergefäßes 14 geregelt. Durch Regelung des Drucks in dieser Weise wird das Ausmaß der Lösungsmittelverdampfung aus dem Kristallisationssystem und damit die . Temperatur des Kristallisationssystems geregelt. Brei wird aus dem Kristallisationssystem durch die B-reiabzugsleitung 26 in einer durch die Förderleistung der ^; Pumpe 3o und Regelung der Fördermenge der Pumpe 3o geregelten Menge abgezogen, bei der der Umlaufstrom durch die Pumpe 3o und die Rückleitung 32 in einer solchen Menge strömt, daß er im wesentlichen die Temperatur des Kristallisationskörpers 16 hat und das durch den hydrostatischen Schenkel 38 nach oben fließende Gemisch aus Einsatzstrom und Umlaufstrom im wesentlichen die gleiche

-Temperatur wie der. Kristallisationskörper 1.6 hat. Der..;

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Kristallisationskörper 16 wird auf eine Temperatur eingestellt und bei einer Temperatur gehalten, bei der der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der im Umlaufstrom herrschenden Temperatur wenigstens ebenso hoch und vorzugsweise höher ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden Einsatzstroms der Einsatzstromleitung 34 abzüglich des hydrostatischen Drucks am Boden des hydrostatischen Schenkels 38.

Ein Teil des aus dem Kristallisationssystem durch die Breiabzugsleitung 26 abgezogenen Breis wird durch die Breiaustragleitung 4o in die zweite Kristallisationsstufe geführt. In dieser Stufe wird das Kristallisationssystem 46 unter vermindertem Druck gehalten. Durch Regelung der Größe des angelegten Vakuums mit Hilfe des Ventils 57 in der Vakuumleitung werden der Druck des Kristallisationssystems 46, das Ausmaß der Abdampfung von Lösungsmittel aus dem Kristallisationssystem und damit die Temperatur des Kristallisationssystems 46 geregelt. Der Brei wird aus dem Kristallisationssystem 46 über eine Breiabzugsleitung 56 in einer durch die Fördermenge der Pumpe und Regelung der Drehzahl der Pumpe 6o eingestellten Menge abgezogen, bei der die Durchflußmenge des Umlaufstroms durch die Pumpe 6o und die Rückleitung 62 und des durch den hydrostatischen Schenkel 68 fließenden Gemisches aus Austrittsstrom der ersten Stufe und Umlaufstrora der zweiten Stufe derart ist, daß sie im wesentlichen die gleiche Temperatur haben wie das Kristallisationssystem 46. Die Temperatur des Kristallisationssystems .46 wird hierdurch auf einen Wert gebracht und bei einem Wert gehalten, bei dem der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des UmlaufStroms, der an der Einführungsstelle des Austrittsstroms der ersten Stufe ankommt, wenigstens ebenso hoch und vorzugsweise höher ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Austritts,Stroms der ersten Stufe in der Leitung 4o abzüglich des hydrosta-

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H 3- '

tischen Drucks am Boden des hydrostatischen Schenkels 68. ■ ' ^;.

dem vorstehend beschriebenen Kristallisierapparat ist eine gewünschte maximale Kristallisation des gelösten Stoffs aus dem ursprünglichen Einsatzstrom bei minimaler Bildung feiner Kristalle erzielbar.

Eine typische Anwendung dieses zweistufigen Kristallisationssystems ist die Kristallisation von Dimethylterephthalat (DMT) aus Methanol. Die Löslichkeitswerte für DMT in Methanol und die Dampfdrücke von Methanol bei verschiedenen Temperaturen sind in der folgenden Tabelle genannt.

Dampfdruck von Methanol ΰ. mm Methanol,

4.4 6_Λ9 . 10.7 16.2 23.2 32.7 44.8 61.1

χ) ^nter der Annahme einer konstante ι Dichte des Methanols von o,79 g/ml und Vernachlässigung von Lösungseffekten. ;

■' ■ »·■·· ί j ι

Aus diesen Werten kann berechnet werden, daß für einen einstufigen Kristallisierapparat gemäss der Erfindung mit einem Einsatzstrom, der aus einer gesättigten Lösung von DMT in Methanol bei 1oo°C besteht, und mit einer Temperatur des Kristallisationssystems von 5o C das Kristallisationssystem in einer solchen Höhe angeordnet werden muss, daß die Höhe des effektiven Flüssigkeitsstandes des Kristallisationssystems unter normalen

Temp.	Löslichkeit	Dampfd
⁰C	g DMT/1oo g	mm Hg
	Lösung
40	2.1	255
50	3.5	400
60	5.7	620
70	9.8	940
80	16.0	1,350
90	27.0	1,900
100 '	44.0	2,600
110	70.0	3,550

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Bedingungen wenigstens 37,9 m über der Einführungsstelle des Einsatzstroms in den Umlaufstrom betragen muss. Bei einer Temperatur des Kristallisationssysteitis von 42° muss die Höhe des effektiven Flüssigkeitsstandes des Kristallisationssystems unter normalem Arbeitsbedingungen wenigstens (durch Interpolation der vorstehenden Werte, die als Logarithmus des Drucks in Abhängigkeit vom reziproken Wert der absoluten Temperatur graphisch darge- ; stellt sind) 39,9 m über der Einführungsstelle des Ein- : satzStroms in den Umlaufstrom betragen. Die Anordnung von Kristallisiergefäßen in Höhen, in denen die Kri- ■ stallisationssysteme diese normalen effektiven Höhen der Flüssigkeitsstände haben, ist im allgemeinen nicht zweckmässig und durchführbar. Demzufolge wird unter diesen Bedingungen ein mehrstufiger Kristallisierapparat bevorzugt.

Für die Kristallisation einer gesättigten Methanollösung von Dimethylterephthalat in dem in der Abbildung dargestellten zweistufigen, kontinuierlicn arbeitenden Kristallisierapparat sind die folgenden normalen Arbeitsbedingungen typisch:
Temperatur des Einsatzstroms 34 1oo°C

Umgebungsdruck des Kristallisationssystems 16 1ooo mm Hg abs.

Temperäiar des Kristallisationssystems 16 71,2°C

H = wenigstens 27,5 m (9o,2 Fuß)

umgebungsdruck des Kristallisationssystems 46 28o mm Hg abs.

Temperatur des Kristallisationssystems 46 42,o°C

H¹ wenigstens 12,5 m (41,ο Fuß)

Unter diesen Bedingungen wird eine übermässig starke Bildung \on feinen DMT-Kristallen weitgehend ausgeschaltet.

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Claims

-15-Patentansprüche

1. Kristallisierapparat für die kontinuierliche Kristallisation von kristallisierbaren gelösten Stoffen aus einer Lösung,dieser Stoffe in einem Lösungsmittel, das wesentlich flüchtiger ist als Wasser, bei einer wesentlich über dem Siedepunkt des Lösungsmittels bei Normaldruck liegenden Temperatur, wobei die Kristallisation durch Kühlen der Lösung erfolgt und der Kristallisierapparat versehen ist mit einem ein kristallisierbares System enthaltenden Gefäß mit normalem effektivem Flüssigkeitsstand, einem Austritt für den Abzug eines Breistroms aus dem Kristallisationssystem und einem Eintritt für die Einführung eines gemischten Stroms in das Kristallisationssystem unter dem normalen effektiven Flüssigkeitsstand, einer Leitung für einen umlaufstrom und einer mit dem Breiaustritt und dem Eintritt für den gemischten Strom kombinierten Pumpe, die einen Breistrom durch den Breiaustritt mit hoher Geschwindigkeit abzieht und wenigstens einen wesentlichen Teil des Breis als Umlaufstrom in das Kristallisationssystem durch den Eintritt für den gemischten Strom zurückführt, einem Kühler, der das Kristallisationssystem und/oder den Umlaufstrom kühle, einer Austragvorrichtung zur Entfernung eines Breistroms aus dem Kristallisationssystem und/oder dem Umlauf"-? strom und einem Bauteil zur Einführung eines aus der Lösung bestehenden Einsatzstroms in den Umlaufstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung einer übermässig starken Bildung feiner Kristalle Mittel vorhanden sind, die den hydrostatischen Druck des Umlaufstroms an. der Stelle, an der die Bauteile (34, 36) die Lösung in die Leitung (32) des UmlaufStroms und in die Pumpe (3o) " einführen, wenigstens ebenso hoch halten wie die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Umlaufstroms und dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des an dieser Stelle ankommenden

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-16-UralaufStroms.

2. Kristallisierapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation durch Kühlen der Lösung durch Abdampfen von Lösungsmittel aus der Lösung erfolgt und das Gefäß (14) mit einem Austritt für dampfförmiges Lösungsmittel, das vom Kristallisationssystem (16) verdampft ist, und Mitteln (18, 2o) zum Abziehen des Stroms der Lösungsmitteldämpfe durch den Austritt für die Lösungsmitteldämpfe versehen ist.

3. Kristallisierapparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (14) über der Ver- ^; bindungssteile der Zuführungsleitung (34) des Einsatz- ; Stroms mit der Leitung (32) des UmlaufStroms und der Pumpe (3o)in einer Höhe angeordnet ist, in der der hydrostatische Druck des Umlaufstroms an der Verbindungsstelle wenigstens ebenso hoch ist wie die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Einsatzstroms und dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des andieser Stelle ankommenden Umlaufstroms.

4. Kristallisierapparat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung für den Umlaufstrom und die Pumpe unter dem Gefäß (14) angeordnet j sind und die Umlaufleitung aus einer vom Breiaustritt zur Saugseite der Pumpe (3o) führenden Abzugsleitung(26) und einer von der Druckseite der Pumpe (3o) zum Eintritt des gemischten Stroms in das Gefäß führenden Rückleitung (32) besteht und die Zuführungsleitung (34) für den Einsatzstrom mit der Rückleitung (32) verbunden ist. ,

5. Kristallisierapparat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Austrag des Breistroms eine Leitung (4o) vorhanden ist, die mit der Breiabzugsleitung (26) verbunden ist. . ~~_s

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6. Kristallisierapparat nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein zweites Gefäß (44), das ein zweites Kristallisationssystem.(46) mit normalem effektivem Flüssigkeitsstand enthält und mit einem Austritt für einen dampfförmigen Strom von Lösungsmittel, das vom zweiten Kristallisationssystem verdampft wird, einem Austritt für eien Breistrom aus dem zweiten Kristallisationssystem (46) und einem Eintritt für einen gemischten Strom in das zweite Kristallisationssystem (46) unter dessen normalem effektivem Flüssigkeitsstand versehen ist, Mittel (48) zum Abziehen des Lösungsmitteldämpfestroms durch den Austritt für dampfförmiges Lösungsmittel aus dem ^: zweiten Gefäß (44), mit dem Breiaustritt des zweiten Gefäßes (44) und dem Eintritt für den gemischten Strom in das zweite Gefäß (44) kombinierte Leitungen (56, 62) für den Umlaufstrom und eine damit kombinierte Pumpe (6o) für den schnellen Abzug eines Breistroms aus dem Breiaustritt des zweiten Gefäßes (44) und die Rückführung wenigstens eines wesentlichen Teils des ümlaufstroms in das zweite Kristallisationssystem (46) durch den Eintritt für den gemischten Strom im zweiten Gefäß (44), eine Verbindungsleitung (4o), die den Austragstrom aus der umlaufleitung (26) vom ersten Kristallisiergefäß (14) in die Rückleitung (62) einführt und eine Pumpe (6o), die den Austragstrom aus dem ersten Kristallisiergefäß (14) in den zweiten Umlaufstrom einführt, wobei das Gefäß (44) über der Verbindungsstelle der Verbindungsleitung (4o) mit der Rückleitung (62) des zweiten Gefäßes (44) in einer Höhe angeordnet ist, in der der hydrostatische Druck des zweiten UmlaufStroms in der zweiten Umlaufstromleitung (62) und in der Pumpe (6o) an dieser Verbindungsstelle wenigstens ebenso hoch ist wie die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Austragstroms aus dem ersten Kristallisiergefäß (14) und4em Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des an dieser Stelle ankommenden zweiten Umlauf Stroms, und eine zweite A,us tragleitung (7o),

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durch die ein Breistrom aus dem zweiten Kristallisationssystem (46) und dem zweiten Umlaufstrom. (56) ausgetragen wird. I

7. Kristallisierapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umlaufleitung (56, 62) und die zweite Pumpe (6o) unter dem zweiten Kristallisiergefäß (4 4) angeordnet sind und die Umlaufleitung aus ^: einer zweiten Breiabzugsleitung (56), die vom Breiaustritt des zweiten Kristallisiergefäßes (44) zur Saugseite der zweiten Pumpe (6o) führt, und einer zweiten Breirückleitung (62), die von der Druckseite der Pumpe (6o) ; zum Eintritt für den gemischten Strom am zweiten Kristallisiergefäß (44) führt, besteht, wobei die Austragleitung (4o) für den Brei aus dem ersten Kristallisiergefäß (14) mit der zweiten Breirückführleitung (62) verbunden ist. ι

8. Kristallisierapparat nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Austragleitung (7o) mit der zweiten Breiabzugsleitung (56) verbunden ist.

9. Verwendung des Kristallisierapparats nach Anspruch 1 bis 8 für die Kristallisation von Dimethylterephthalat aus Methanol. ',

10. Verfahren zur Kristallisation von kristallisierbaren gelösten Stoffen aus einer Lösung dieser Stoffe in einem Lösungsmittel, das wesentlich flüchtiger ist als Wasser, bei einer wesentlich über dem Siedepunkt der Lösung bei Normaldruck liegenden Temperatur durch Kühlen der Lösung, wobei man aus einem Kristallisationssystem oder -körper einen Umlaufstrom abzieht und wieder in das Kristallisationssystem zurückführt, einen aus der Lösung bestehenden Einsatzstrom, der eine wesentlich höhere Temperatur hat als der Umlaufstrom, in den Umlaufstrom einführt und einen Austragstrom aus dem Kristallisations-

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system und/oder dem Umlaufstrom abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man eine übermässige Bildung feiner Kristalle weitgehend ausschaltet> indem man den hydrostatischen Druck des UmlaufStroms an der Stelle, an der er sich mit dem Einsatzstrom vereinigt, wenigstens ebenso hoch hält · wie die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Einsatzstroms und dem ; Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des an dieser Stelle ankommenden UmlaufStroms.

11. Verfahren zur Kristallisation von kristallisierbaren Stoffen aus Lösungen dieser Stoffe in einem lösungsmittel, das wesentlich flüchtiger ist als Wasser bei einer wesentlich über dem Siedepunkt der. Lösung bei Normaldruck liegenden Temperatur durch verdampfende Kühlung der Lösung, wobei man aus einem Kristallisationssystem oder -körper einen Umlaufstroin abzieht und wieder _; zum Kristallisationssystem zurückführt, einen Dämpfestrom aus vom Kristallisationssystem verdampften Lösungsmittel abzieht, einen aus der Lösung bestehenden Einsatzstrom, der eine wesentlich höhere Temperatur als der Umlaufstrom hat, in den Umlaufstrom einführt und einen _: Austragstrom aus dem Kristallisationssystem oder -körper und/oder dem Umlaufstrom abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß man die übermässig starke Bildung feher Kristalle weitgehend ausschaltet, indem raan das Kristallisationssystem über der Stelle, an der der Einsatzstrom sich mit dem Umlaufstrom vereinigt, in einer Höhe anordnet, in der der hydrostatische Druck des Umlaufstroms an dieser Stelle wenigstens ebenso hoch ist wie die Differenz zwischen : dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des eintretenden EinsatzStroms und dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des ai dieser Stelle ankommenden UmlaufStroms.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zweites Kristallisationssystem bei einem

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ümgebungsdruck hält, bei dem Lösungsmittel vom zweiten Kristallisationssystem verdampft wird, einen Dämpfestrom von Lösungsmittel, das vom zweiten Kristallisationssystem verdampft wird, abzieht, einen vom zweiten Kristallisationssystem abgezogenen Umlaufstrom mit dem vom ersten Kristallisationssystem abgezogenen Austragstrom ver- j einigt und das zweite Kristallisationssystem über der . Stelle, an der der Austragstrom aus dem ersten Kristallisa tionssystem/m£c dem zweiten Uml'aufstrom vereinigt, in ! einer solchen Höhe anordnet, daß der hydrostatische Druck an der Vereinigungsstelle wenigstens ebenso hoch ist wie die Differenz zwischen dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Austragstroms aus dem ersten i Kristallisationssystem und dem Dampfdruck des Lösungs-

mittels bei der Temperatur des an dieser Stelle ankommenden zweiten Umlaufstroms und aus dem zweiten Kristalli- ,

sat ions system und/oder dem zweiton Urclaufstrom einen zweiten Austragstrom abzieht.

B. Verfahren nach anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß man Dimethylterephthalat aus Methanol kristallisiert.

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