DE841744C

DE841744C - Kristallisationsverfahren

Info

Publication number: DE841744C
Application number: DEI1725A
Authority: DE
Inventors: Robert Reid Coats
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1949-08-12
Filing date: 1950-08-13
Publication date: 1952-06-19
Also published as: FR1023931A; US2701266A; GB698870A; NL75853C

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 19. JUNI 1952

/ 1725 IVb j 12c

Kristallisationsverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Kristallisationsverfahren.

Bei Kristallisationsapparaturen, welche in der Weise arbeiten, daß die zu behandelnde Flüssigkeit auf Kühloberflächen, beispielsweise Schlangen, gekühlt wird, besteht eine allgemein festgestellte Schwierigkeit darin, daß sich der auskristallisierende Stoff als fester Körper auf den Kühloberflächen abscheidet. Hierdurch wild die Kühlwirkung verringert, und infolgedessen sinkt auch das Ausbringen an Kristallen, und dies ist auch häufig mit dem übelstand verbunden, daß der auskristallisierte feste Stoff von den Kühloberflächen nur sehr schwierig entfernt werden kann. Es war daher bisher häufig notwendig, langsam zu arbeiten oder eine außerordentlich große Kühlfläche vorzusehen, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und der gekühlten Flüssigkeit gering ist. Dies erfordett jedoch verhältnismäßig hohe Kapitalkosten und vergrößert trotzdem die Wirtschaftlichkeit nicht wesentlich. ao

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Kristallisationsverfahren vorgeschlagen, bei dem eine gekühlte Oberfläche oder Oberflächen verwendet werden und die Herstellung des gewünschten kristallinen Produktes dadurch vereinfacht wird, daß eine Zwischen- a$ erhitzung einer Kühloberfläche oder von Kühloberflächen auf elektrischem Wege erfolgt, beispielsweise dadurch, daß ein elektrischer Strom in ausgewählten Zeitintervallen hindurchgeschickt wird, und zwar für kurze Perioden, die in ihrer Dauer ausreichend sind, um den festen Stoff, welcher unmittelbar an der Kühloberfläche oder den Kühloberflächen liegt, zu schmelzen, worauf der kristallisierte feste Stoff von den Oberflächen entfernt wird, beispielsweise durch

Ablösen, oder um eine Abscheidung an diesen Flächen zu verhindern.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Erwärmung der Kühloberfläche so rasch, daß die Wärmemenge, welche auf das Kühlmedium oder die gekühlte Flüssigkeit während der Erwärmungsperiode übertragen wird, so klein wie nur möglich gehalten wird und bei einer wirtschaftlichen Arbeitsweise in Kauf genommen werden kann. Dies kann dadurch erfolgen, daß geeignete Spannungen, Zeitintervalle und eine Häufigkeit der Erwärmung gewählt werden.

Eine geeignete Arbeitsweise zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Kühlschlange zu einem Teil eines elektrischen Stromkreises gemacht t5 wird und ein starker elektrischer Strom durch die Schlange über ein sehr kurzes Zeitintervall durchgeleitet wird, so daß in der Masse der Schlange Wärme erzeugt wird. Wenn ein Wechselstrom von Radiofrequenz angewandt wird, ist es möglich, die Heizwirkung im wesentlichen auf die Oberfläche des Metalls zu beschränken, wodurch eine wirkungsvolle Anwendung des Stromes erzielt wird und die Schlange schnell wieder die ihr eigene Funktion als Kühlmittel ausüben kann. Wenn eine mit einem Mantel versehene Kristallisationsvorrichtung verwendet wird, kann der Strom zweckmäßig induktiv in der Kesselwandung erzeugt werden.

Bei einer geeigneten Einrichtung ist ein mit einem Mantel versehenes Kühlgefäß vorgesehen, das eine Rührvorrichtung besitzt und einen Schlangenkühler aus nichtrostendem Stahl, der einen Teil eines elektrischen Stromkreises bildet, welcher die sekundäre Wicklung eines Transformators einschließt. Der Strom wird auf die Kühlschlange dadurch übertragen, daß der primäre Stromkreis des Transformators mit Hilfe eines entsprechenden Schalters geschlossen wird. Unter Umständen kann der Strom auf die Kühlschlange mit Hilfe eines durch ein Thyratron gesteuerten Stromkreises oder eines Ignitronstromkreises aufgebracht werden, der durch ein geeignetes Zeitsteuermittel geregelt wird, beispielsweise durch einen Zeitschalter oder durch ein Thyratron. Ein Ignitronstromkreis ist besonders wünschenswert, wenn elektrische Ströme mit einer hohen Amperezahl verwendet werden sollen. Der Grundgedanke, auf dem die Erfindung beruht, besteht darin, daß in Intervallen kurze elektrische Stromstöße angewandt werden, so daß Wärme entwickelt wird, wodurch ein Aufschmelzen des abgeschiedenen festen Stoffes erfolgt und nur in geringem Ausmaß eine Beeinflussung der Kühlungswirkung der Schlange stattfindet.

Die Erfindung ist auf Kristallisationsverfahren anwendbar, die innerhalb eines weiten Temperaturbereiches durchgeführt werden, beispielsweise von + ioo° bis herunter auf — ioo° und ist besonders geeignet zur Abscheidung von p-Xylol aus gemischten Xylolen bei Temperaturen von -f- 13⁰ und darunter. Vorzugsweise besitzen die Kühlelemente, beispielsweise die Schlangen, eine geringe Gesamtwärmekapazität. Die Dauer eines jeden Stromstoßes sollte möglichst kurz sein, beispielsweise bis zu 10 Sekunden und vorzugsweise geringer als 5 Sekunden. Der Zuschuß an Wärmeenergie sollte ausreichend sein, jedoch nicht im Überschuß'vorliegen, als gerade erforderlich ist, um die Schlange von der Abscheidung zu befreien, und die Stromstöße sollten ausreichend häufig auftreten, um die Abscheidung einer harten, dicken Verkrustung zu verhindern, welche nicht leicht abgeschält werden kann.

Wenn Stromstöße von einer hohen Amperezahl angewandt werden, wird es vorgezogen, ein Ignitron an Stelle eines mechanischen Schalters oder eines Kontaktes zu verwenden, weil nämlich bei den letzteren leicht eine mechanische Abnutzung und ein Verbrennen der Kontakte auftritt.

Ein geeigneter Ignitronstromkreis für einphasige Arbeitsweise ist schematisch in der Fig. 1 dargestellt und er enthält zwei Ignitrone 1, 1', von denen jeder eine halbe Periode steuert, und von denen jeder mit Ignitoren A, A' und Metallgleichrichtern B, B' und mit einem gemeinsamen geeigneten Schalter S ausgestattet ist. L und N bezeichnen die Linien uud neutralen Sammelschienen und W, W bezeichnen die Leitungen, welche zu der Schlange in dem Kühlgefäß oder zu dem Transformator führen, welcher diese Schlange mit Strom speist.

Wenn die Dauer des Stromimpulses der Größenordnung von etwa 1 Sekunde ist, kann der Schalter S ein in geeigneter Weise durch einen Nocken gesteuerter ' Kontakt sein, der vorzugsweise durch einen Synchron- go motor angetrieben wird.

Wenn ein Stromstoß von kürzerer Dauer als 1 Sekunde erwünscht ist, wird es vorgezogen, an Stelle eines Schalters S einen durch einen Kondensator zur Entladung gebrachten Stromkreis vorzusehen, welcher eine Diode enthält.

Ein Beispiel eines geeigneten, durch einen Kondensator entladenen Stromkreises, der der Einfachheit halber nur für eine halbe Welle dargestellt ist, ist in Fig. 2 wiedergegeben, worin M und M' die direkten Stromleitungen bezeichnen, C einen Kondensator und r¹ und r² veränderliche Widerstände, von denen r² kleiner ist als r¹, V eine mit Gas gefüllte Diode, / ein Ignitron, L, N die Linien- und neutralen Sammelschienen und W, W die zu der Schlange führende Leitung, welche sich in dem Kühlgefäß befindet, die aber auch mit dem Transformator verbunden sein kann, welcher die Kühlschlange speist. Falls erwünscht, kann der Widerstand r² auch durch ein magnetisches Relais ersetzt werden, das einen mechanischen Schalter betätigt, der das Ignitron steuert, obwohl im allgemeinen mit einer derartigen Einrichtung nicht so gute Ergebnisse erzielt werden.

Für Stromstöße von noch kürzerer Dauer und kürzerer Periode kann auch ein durch ein Thyratron gesteuert es Ignitron verwendet werden. Im folgenden Beispiel ist eine Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Beispiel

4 1 einer gemischten Xylolfraktion, welche 42% des p-Isomers, 25% des o-Isomers und 33% des m-Isomers enthält, wurden in ein Dewardsches Vakuumgefäß von 3 1 Inhalt eingegeben, dessen Innendurchmesser 15 cm und dessen Höhe 25 cm betrug, und in das eine Kühlschlange von 7,5 cm Innendurchmesser und 10 cm

641

Gesamtlänge eingesetzt war. Diese Kühlschlange bestand aus einem rostsicheren Stahlrohr von 6 mm Außendurchmesser und 4,7 mm Innendurchmesser, und durch die Schlange wurde ein Kühlmittel geleitet. Diese Schlange war mit den sekundären Windungen eines Transformators verbunden, der einen Strom von 200 Amp. und 20 Volt liefern konnte. In das Gefäß wurde ein Schaufelrührer eingesetzt, dessen Spindel innerhalb der Schlange lag, und die Anoidnung war

ίο so getroffen, daß die Flüssigkeit in der Nähe der Schlangenwindungen in starke Bewegungen versetzt wurde. Um bei einem kontinuierlichen Veifahren gleichmäßige Arbeitsbedingungen zu erreichen und gleichzeitig eine Entfernung von kristallinem p-Xylol durch Zentrifugieren zu erwirken, wobei auch frische Xylolmischung zugeführt wurde, wurde ein kleiner Erhitzer vorgesehen, der maximal 100 Watt lieferte und der durch einen Rheostaten gesteuert wurde, der in der Nähe des Bodens des Gefäßes angebracht war.

Die Mischung von Xylolen enthielt eine genügende Menge p-Xylol, um einen Schlamm zu ergeben, welcher 20 Gewichtsprozent feste Stoffe bei — 38⁰, d. h. bei der Arbeitstemperatur enthielt. Durch die Schlange wurde mit einer Geschwindigkeit von 60 1/Std. Methanol geleitet, um hierdurch die Xylolmischung zu kühlen. Der Rührer wurde mit 200 Umläufen pro Minute in Drehung versetzt. Unter diesen Bedingungen konnte die Temperaturdifferenz zwischen der Mischung und dem in die Schlange eingeführten Methanol in einfächer Weise auf 20⁰ eingestellt werden, indem die Wärmezufuhr aus dem Erhitzer entsprechend geregelt wurde. Die Dauer der Stromstöße und die Anzahl von Stromstößen pro Minute konnte durch einen Druckknopfschalter in dem Primärstromkreis des Transformators geregelt werden. Die Stromstöße wurden in Intervallen von gleichen Zeitabständen angewandt.

Wenn in der oben angegebenen Weise gearbeitet wurde, wurden folgende Werte erhalten:

Ver such Nr.	Beschreibung der Stromstöße Dauer in. ^Anz^^hl Sekunden ,_r. . Minute	I I I 2	mittlere Xylol- temperatur	Mittlere Temperatur differenz zwischen Xylol und ein geführtem Methano Min. Max.
I 2 3 4 5	3 j I I	-36° *~3f* — 38" -38^J -38°	IO 20 10 25 IO 20 II IS 13 l6

Es wurden folgende Beobachtungen gemacht, welche die Vorteile der Anwendung der angegebenen periodischen Erhitzung erkennen lassen:

Versuch 1

Starke Abscheidung von p-Xylol an der äußeren Oberfläche der Schlangen nach 30 Minuten und sehr starke Abscheidung nach 45 Minuten.

Versuch 2

Die äußere Oberfläche der Schlangen war frei von festen Abscheidungen nach 2 stündiger Laufdauer. Die Temperaturerhöhung in dem Gefäßinhalt, welche durch einen einzigen 3 Sekunden dauernden Stromstoß erzielt wurde, betrug etwa i°.

Versuch 3

Die äußere Oberfläche der Schlangen war frei von Abscheidungen nach 2 Stunden.

Versuch 4

Die äußere Oberfläche der Schlangen war frei von Abscheidungen nach 60 Minuten, jedoch wurde die kritische Bedingung nahezu erreicht, indem eine gewisse Menge der Verkrustung auf der Schlange oberhalb des Flüssigkeitsspiegels zurückblieb, wo ein Verspritzen oder Hochkriechen der Flüssigkeit stattgefunden hat.

Versuch 5

Die Oberflächenbedingungen der Schlangen nach Minuten waren ähnlich derjenigen nach Versuch 4 nach der gleichen Zeit.

Obwohl Stromstärken von 10 Amp. und mehr angewandt werden können, ist vorzugsweise die Amperezahl des angewandten Stromes bei dem Verfahren 100 oder mehr.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung von Gesamtwärmekapazität die Rede ist, so wird darunter das Wasseräquivalent verstanden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kristallisationsverfahren unter Anwendung gekühlter Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Ablösung der Kristalle von der Oberfläche der Kühlrohre oder anderen Kühloberflächen ein kurzer elektrischer Stromstoß in bestimmten Zeitintervallen durch die Rohre geleitet wird und das Abstreifen der Kristalle durch Bewegung der Flüssigkeit erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtwärmekapazität der Kühloberfläche oder der Kühloberflächen gering ist und eine Stromstärke von nicht weniger als 100 Amp. angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstrom von Radiofrequenz angewandt wird, so daß die Heizwirkung im wesentlichen auf die Oberfläche des Metalls der Kühlröhren beschränkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Mantel versehenes Kristallisationsgefäß angewandt wird und der Strom induktiv in der Kesselwandung erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stromstöße einer hohen Amperezahl angewandt werden und der die Strom- iao stoße steuernde Kontakt aus einem Igintron besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5056 6.