DE4445880A1 - Verfahren zum Reinigen chemischer Substanzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen chemischer Substanzen, die zunächst geschmolzen und in einen Behälter gegeben werden, dort unter Wärmeentzug auskristallisieren und nach Förderung durch den Behälter als gereinigtes Produkt entnehmbar ist.

Verfahren dieser Art sind bekannt (Fachbuch "Crystalliza­ tion", J. W. Mullin, 3. Auflage, Reed Internat. Books, Ox­ ford, Seite 314). Bei diesen Verfahren werden Kratzkühler, wie sie beispielsweise in der DE 36 15 776 C2 beschrieben sind, zur Erzeugung eines Breies mit einem Anteil von etwa 40 Gewichtsprozent Kristallen verwendet, der dann einer pulsie­ rend oder auch nicht pulsierend betriebenen Reinigungssäule, die als Gegenstromwascheinheit dient, zugeführt wird. Dabei werden von den Kristallflächen Verunreinigungen unter gleich­ zeitiger Bildung einer Schmelze und Rekristallisation ent­ fernt. Am unteren Ende der Säule befindet sich eine Heizung und die gereinigte Schmelze kann dort entnommen werden.

Die Zufuhr des mit Kristallen angereicherten Breies, die im übrigen auch bei anderen Kristallisationsverfahren zur Erzeu­ gung reiner Stoffe angewendet wird, führt zu einer inhomoge­ nen Verteilung der im Brei enthaltenen Kristallisationskeime und damit auch zu einem nicht gleichmäßigen Anwachsen der für die Produktion zu erzeugenden Kristalle. Man hat zwar schon vibrierende Waschsäulen mit verschiedenen, von perforierten Platten gebildeten Etagen vorgesehen, auf denen jeweils Ku­ geln vorgesehen sind, um die aus einem Kratzkühler mit dem Brei zugeführten Kristalle mechanisch zu zermahlen und um da­ durch die Gesamtoberfläche der für die Produktion zur Verfü­ gung stehenden Kristalle zu vergrößern. Es hat sich aber ge­ zeigt, daß solche Verfahren und Einrichtungen sich nur für bestimmte Stoffe eignen und daß der Aufwand für die zur Durchführung dieses Verfahrens notwendige Vorrichtung doch beträchtlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfa­ che und zuverlässige Weise große Flächen von Kristallisati­ onskeimen für die Kristallbildung zur Verfügung gestellt wer­ den.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art vorgeschlagen, daß kleine, insbesondere monodisperse und mindestens zum Teil feste Partikel in gleichmäßiger Verteilung in den Behälter eingegeben und durch diesen gefördert werden, an denen die Schmelze auskristalli­ siert. Dabei können in Weiterbildung der Erfindung die Parti­ kel zumindest aus einem Teil der Schmelze gebildet sein und nach dem Aufkristallisieren weiterer Schmelze als größere Partikel oder als aus diesen gebildete Schmelze entnommen werden. Diese Ausgestaltung verzichtet daher auf die bisher übliche Erzeugung eines mit Kristallen angereicherten Breies und sieht statt dessen die Verwendung von festen Partikeln als Saatpartikel, oder als dem eigentlichen Reinigungsvorgang vorgeschaltete Stufe die Erzeugung möglichst kleiner, aber gleich großer Partikel vor, die sich dann relativ gleichmäßig in dem an sich bekannten Gegenstrom der Schmelze verteilen lassen und daher wegen der zur Verfügung stehenden großen Kristallisationsoberflächen auf verhältnismäßig einfache Wei­ se eine gleichmäßige Strömungsführung sowie eine große Aus­ beute sicherstellen. Die auf die erfindungsgemäße Weise ver­ wendeten oder zunächst aus der Schmelze erzeugten Partikel können im Gegensatz zu den bekannten Verfahren auch in großer Menge der Reinigungssäule zugeführt werden, ohne daß ein Zu­ sammenbacken oder eine Klumpenbildung befürchtet werden muß, die die Strömungsführung und damit den Betrieb der Anlage durch axiale Rückvermischung stört. Dies ist mitverantwort­ lich für die durch das neue Verfahren zu erzielende hohe Pro­ duktion.

In Weiterbildung der Erfindung können die Partikel in einfa­ cher Weise von oben in den von unten nach oben durchströmten Behälter eingebracht werden, nach unten absinken und dort entnommen oder aufgeschmolzen werden. Diese Ausgestaltung nützt bei geeigneter Abstimmung der Strömungsverhältnisse das Eigengewicht der durch Kristallisation immer größer werdenden Partikel aus, so daß auf aufwendige Rühreinrichtungen ver­ zichtet werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung können die Partikel in einfa­ cher Weise durch Vertropfen der Schmelze auf ein Verfesti­ gungsband gewonnen werden, was in einfacher Weise durch be­ kannte Einrichtungen, z. B. nach der DE 28 53 054 C2, erfolgen kann.

Das neue Verfahren läßt es zu, daß die beim Absinken im Ge­ genstrom erzeugten größeren Partikel unmittelbar ausgetragen, als Produkt verwendet oder auch in einem nachgeschalteten Verfahren weiter gereinigt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die gebildeten größeren Partikel insbesondere am unteren Ende einer Waschsäule nach der Art eines Fließbett­ verfahrens im Gegenstrom zu halten, dadurch intensiv zu rei­ nigen und dann aufzuschmelzen und als Schmelze zu entnehmen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen von Vor­ richtungen zur Durchführung des Verfahrens in den Zeichnungen gezeigt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh­ rungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 die Detaildarstellung eines bei dem neuen Verfahren entstehenden Kristallpartikels,

Fig. 3 die schematische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen Konzentration und Temperatur für die Bildung der erfindungsgemäßen Kristallpartikel,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ein Bestandteil einer Schmelze aus einer Misch-Schmelze mit mehreren Bestandteilen heraus­ kristallisiert wird,

Fig. 5 die Darstellung der Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens mit der Vorrichtung der Fig. 4 an­ hand des Zustanddiagrammes und

Fig. 6 eine weitere Variante einer Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Kristallisationsbehälter (1), dessen Wandungen in nicht näher dargestellter Weise mit einem Temperiermantel versehen sind. In diesen Behälter (1) wird von unten her durch eine Zuführung (2) eine Schmelze eingeleitet, die von unten nach oben strömt und im Sinne des Pfeiles (3) als Restschmelze wieder abgenommen werden kann. Die Schmelze befindet sich in dem Behälter (1) bis zu dem Ni­ veau (4), das oberhalb der Abzugsleitung (3) liegt.

Aus der Schmelze werden nun erfindungsgemäß zunächst monodis­ perse feste Partikel (5) gebildet, die von oben her in die Schmelze eingegeben werden, und zwar so, daß ein Zusammenbac­ ken der zugegebenen Partikel (5) sicher verhindert ist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch er­ reicht, daß die Schmelze im Sinne des Pfeiles (6) einem soge­ nannten Rotoformer (gemäß DE 28 53 054 C2) zugeführt wird, der die Schmelze in Einzeltropfen auf ein darunterliegendes bewegtes Kühlband (8) aufgibt, wo sich die monodispersen Par­ tikel durch Verfestigung in großer Menge bilden können. Diese Partikel (5) werden bei der Bewegung des Bandes (8) am rech­ ten Ende abgeworfen und können dann dem Behälter (1) zuge­ führt werden.

An den auf dem Kühlband gebildeten Partikeln (5), die eine Größe auch unterhalb von 1 mm Durchmesser aufweisen können, kristallisiert innerhalb des Behälters (1) Schmelze auf, so daß die in der Fig. 2 gezeigten größeren Partikel (9) entste­ hen, die in ihrer Mitte das Partikel (5) aufweisen. Die grö­ ßeren Partikel (9) können nun nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren im Sinne des Pfeiles (10) am unteren Ende des Behäl­ ters (1), beispielsweise durch eine Austragsschnecke, entnom­ men und in einen weiteren Behälter (11) aufgenommen werden. Möglich und zweckmäßig ist es auch, die Partikel (5) nach ih­ rer Herstellung auf dem Kühlband und vor ihrer Verwendung noch einer Diffusionswäsche zu unterziehen, bei der die Par­ tikel in einer sauberen Schmelze gereinigt werden.

Bei dem Verfahren der Fig. 1 wird dabei in an sich bekannter Weise (Fig. 3) im Bereich der Verfestigungslinie (13) der verwendeten Schmelze gearbeitet, wobei durch Abkühlung im Sinne des Pfeiles (12) diese Verfestigungsgrenze bis in einen Temperaturbereich - bei vorgegebener Konzentration - unter­ schritten wird, der durch die Grenzlinie (14) angedeutet ist. Werden die Temperaturen daher im Behälter (1) in diesem Be­ reich gehalten, dann entsteht das Aufkristallisieren der Schmelze an den Partikeln (5), die zu dem Entstehen der grö­ ßeren Partikel (9) nach Fig. 2 führen.

Es ist natürlich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens nicht unbedingt notwendig, die Partikel (5) durch ei­ nen Rotoformer (7) und ein Kühlband (8) zu bilden, obwohl dies zur Erzeugung der gewünschten einheitlichen Saatkri­ stallgrößen sehr vorteilhaft ist. Möglich wäre es auch, die Partikel durch andere bekannte Verfahren herzustellen, bei­ spielsweise in einem Prillturm oder dgl. Die Verwendung eines Rotoformers (7) bringt allerdings den Vorteil mit sich, daß die Gewähr der Erzeugung monodisperser Partikel gegeben ist.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens insofern gezeigt, als hier in einem Behälter (15) eine Trennung von zwei Bestandteilen (A) und (B) einer im Sinne des Pfeiles (16) zugegebenen Schmelze erfolgen kann. Hier werden Partikel (5) nur aus dem Bestandteil (A) der Schmelze (A, B) hergestellt und im Sinne des Pfeiles (17) in den Behälter (15) gegeben. Der Bestandteil (A) der Schmelze wächst an den Partikeln (5) auf, so daß diese größeren Parti­ kel (18), die nur aus dem Bestandteil (A) bestehen, im Sinne der Pfeile (19) dem Behälter entweder, wie mit (20) angedeu­ tet, unmittelbar entnommen und ähnlich Fig. 1 in einem weite­ ren Behälter gespeichert oder weiter verarbeitet werden kann oder im Sinne des Pfeiles (21) dann noch einer nachgeschalte­ ten Waschsäule (22) zugeführt werden, die mit einem Tempe­ riermantel (23) versehen ist und dazu dient, die gewonnenen Partikel (18) noch weiter zu reinigen, um sie dann im Sinne des Pfeiles (24) als Schmelze entnehmen zu können.

Dabei wird nach Fig. 5 so gearbeitet, daß die Zufuhr der aus den Bestandteilen (A) und (B) bestehenden Schmelze im Sinne des Pfeiles (25) unter Abkühlung auf die Temperatur (T1) er­ folgt, so daß das gewünschte Aufkristallisieren des Bestand­ teiles (A) erreicht wird.

Die Fig. 6 schließlich zeigt eine Variante einer Ausführungs­ form zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Partikel (5) im Halsbereich eines Behälters (25) durch ein Temperiermantel kurzzeitig auf eine Temperatur grö­ ßer als ihre Schmelztemperatur gebracht werden, so daß ihre Außenschicht leicht angelöst wird. Die so vorbehandelten Par­ tikel wandern dann im Gegenstrom in dem Behälter nach unten und werden, da hier die Temperatur zur Erreichung des meta­ stabilen Gebietes ein bißchen kleiner als die Schmelztempera­ tur gehalten wird, zu größeren Partikeln anwachsen, wie das auch bereits bei den vorher geschilderten Einrichtungen der Fall ist. Die Schmelze selbst, die aus einem oder auch aus mehreren Bestandteilen bestehen kann, wird im Sinne des Pfei­ les (27) oberhalb eines Beruhigungsraumes (28) dem Behälter (25) so zugegeben, daß in dem gestrichelt angedeuteten Be­ reich (29) die größer gewordenen Partikel (30) in einer Art Wirbelschicht gehalten und durch die Gegenströmung gereinigt werden. In den Beruhigungsraum (28) kann die Temperatur der Schmelztemperatur entsprechen, so daß gereinigte Schmelze im Sinne des Pfeiles (31) entnommen werden kann. Die Restschmel­ ze wird im Sinne des Pfeiles (32) im oberen Bereich des Be­ hälters (25) abgeführt.

Es wäre auch möglich, wie gestrichelt angedeutet ist, die ge­ reinigte Schmelze nicht im Sinne des Pfeiles (31) unmittelbar zu entnehmen, sondern noch nicht vollständig aufgeschmolzene Partikel (30) einer weiteren Reinigung in einer nachgeschal­ teten Waschsäule zu unterwerfen.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Partikel (5) der gezeigten Ausführungsformen nicht aus der zu reinigenden Schmelze oder einem Teil davon herzustellen. Es ist auch mög­ lich, monodisperse Partikel aus einem inerten Material, also z. B. auch kleine Glaskügelchen, zu verwenden, an denen dann die Schmelze auskristallisiert und anschließend von ihrem inerten Kern abgeschmolzen werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Reinigen chemischer Substanzen, die zu­ nächst geschmolzen und in einen Behälter gegeben werden, dort unter Wärmeentzug auskristallisieren und nach Förde­ rung durch den Behälter als gereinigtes Produkt entnehm­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß kleine, insbesonde­ re monodisperse und mindestens zum Teil feste Partikel in gleichmäßiger Verteilung in den Behälter eingegeben und durch diesen gefördert werden, an denen die Schmelze aus­ kristallisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (5) zumindest aus einem Teil der Schmelze gebildet sind und nach dem Aufkristallisieren weiterer Schmelze als größere Partikel (9, 18, 30) oder als aus diesen gebildete Schmelze entnommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (5) von oben in den von unten nach oben durchströmten Behälter (1, 15, 25) eingebracht werden, nach unten absinken und dort entnommen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (5) durch Vertropfen der Schmelze auf ein Verfestigungsband (8) gewonnen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der anderen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Partikel (18) anschließend einem Waschvorgang unterworfen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Partikel (30) in einer Art Fließbettverfah­ ren einer weiteren Reinigung unterworfen und dann aufge­ schmolzen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (5) erst durch eine Diffusionswäsche gerei­ nigt werden, ehe sie durch Aufkristallisieren zu Produkt­ partikeln werden.