DE968452C

DE968452C - Verfahren zur Trennung von Fluessigkeiten bzw. Stoffen durch Kristallisation

Info

Publication number: DE968452C
Application number: DER7660A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Ratte
Original assignee: HEINRICH RATTE DR
Current assignee: HEINRICH RATTE DR
Priority date: 1951-11-16
Filing date: 1951-11-16
Publication date: 1958-02-20

Description

Verfahren zur Trennung von Flüssigkeiten bzw. Stoffen durch Kristallisation Es ist bekannt, organische Stoffe durch Kühlen und Auskristallisieren aus Flüssigkeiten abzutrennen und rein zu gewinnen. Vielfach wendet man auch ein mehrfaches Umlösen und Auskristallisieren an, wobei jedoch ein beachtlicher Anteil des Stoffes mit dem Lösungsmittel fortgeht.
Bei der Ausbildung eines Gegenstromverfahrens zwischen den zwei Phasen Kristallgut und Flüssigkeit in eine Anzahl Stufen kann man, wenn sich die zu trennenden Komponenten in den Phasen verschieden verteilen, ähnlich wie bei dem Trennverfahren der Destillation und Extraktion jede Komponente in viel höherer Konzentration und Ausbeute erhalten, indem man bei der Zuführung des Einsatzproduktes zu einer mittleren Stufe das frische Lösungsmittel zur ersten Kristallisationsstufe - bei der das reine Kristallgut anfällt -zugibt, wobei das Lösungsmittel mit einer gelösten Stoffmenge von Stufe zu Stufe im Gegenstrom zu dem in jeder Stufe anfallenden Kristallgut bewegt wird.
Damit in jeder Stufe trotz der Änderung der Konzentration an leicht- und schwerlöslicher Komponente ein Kristallgut anfallen kann, muß ein Temperaturgradient zwischen den Stufen vorhanden sein.
Die Anreicherung von Stufe zu Stufe ist um so größer, je mehr von dem zu trennenden Produkt durch das Lösungsmittel mitgeführt und in Abhängigkeit hiervon je mehr Kristallgut in jeder Stufe ausgeschieden und zurückgegeben wird oder in der Ausdrucksweise der Destillation, je größer der Rückfluß ist. Das Rückflußverhältnis ergibt sich aus der Menge des Lösungsmittels (im Ver- gleich zur Einsatzmenge) und der Löslichkeit der Komponenten. Es bringt nur einen kleinen Vorteil, wenn zwischen einzelnen Stufen ein großer Rückfluß vorhanden ist, während in vielen anderen wegen der ungünstigen Wahl der Temperatur nur eine geringe Konzentrationsverschiebung erreicht wird. Günstig ist ein gleichmäßig großer Rückfluß, also ein solcher Temperaturgradient zwischen den einzelnen Kristallisationsstufen, daß sich die Menge des von Stufe zu Stufe bewegten Kristallgutes sowie die im Lösungsmittel gelöste Produktmenge von der ersten Stufe bis zur mittleren Stufe und von der mittleren Stufe bis zur letzten Stufe nicht oder nur wenig ändert.
An Hand der Zeichnung soll das Verfahren für den Fall der Entparaffinierung von Schmieröl näher erläutert werden. Durch Leitung I wird paraffinhaltiges Öl in den mittleren Misch- und Kristallisationsbehälter 2 eingeführt. Durch Leitung 3 fließt ein aus Lösungsmittel, z. B. ein Aceton-Benzol-Gemisch und Öl bestehendes Filtrat einer vorhergehenden Filtrationsstufe zu, und über das Band 4 werden Paraffinkristalle als Filterrückstand der folgenden Filtrationsstufe zugegeben. Diese Produkte, Einsatzöl, Filtrat und Filtrationsrückstand, werden nach der z. B. diskontinuierlichen Einführung durchmischt und vielleicht zur schnelleren Einstellung des Gleichgewichtes auch erhitzt und schließlich auf vielleicht 100 C gekühlt. Hierauf geht das Gemisch aus Lösungsmittel mit Öl (aber anderer Zusammensetzung als im Filtrat der vorhergehenden Filtrationsstufe) und den gebildeten Kristallen (ebenfalls anderer Zusammensetzung als bei der folgenden Filtrationsstufe) durch Leitung 5 zur Zentrifuge 6 und wird hier in zum Behälter 7 gehendes Filtrat und über ein Band 8 zum Misch-und Kristallisationsbehälter g zu befördernden Rückstand getrennt. Im Behälter g wird der Rück stand mit dem durch Leitung Io zugeführten Filtrat einer vorhergehenden Filtrationsstufe vermischt, aufgelöst und bei vielleicht 20.0 C in der Zentrifuge 11 in Filtrat und Rückstand getrennt.
Das neue Filtrat geht über den Behälter I2 und die Leitung 3 zum mittleren Behälter 2; der neue Rückstand über die Fördereinrichtung I3 zum Misch- und Kristallisationsbehälter 14. Durch Leitung I5 wird frisches Lösungsmittel zugeführt. Bei vielleicht 300 C bildet sich im Behälter kristallförmiges Paraffin mit besonders geringem Ölgehalt und in großer Ausbeute, das in der Zentrifuge I6 abgetrennt und über das Band 17 fortgeleitet wird. Das Filtrat der Zentrifuge geht über den Behälter I8 und die Leitung 10 zum oben bereits erwähnten Behälter 9.
In gleicher Weise erfolgt die Mischung und Kristallisation zwischen dem über die Leitung 19 zum Behälter mit einer Kristallisationstemperatur von vielleicht oO C zugegebenen Filtrat und dem über die Fördereinrichtung 21 zugeführten Kristallisationsgut des folgenden Behälters 22 mit einer Kristallisationstemperatur von vielleicht - 100 C. Das Filtrat der letzten Stufe, das durch Leitung 23 fortgeführt wird, besteht aus Lösung mittel mit einem 01, das nur sehr geringe Mengen Paraffin enthält.
Es ist leicht einzusehen, daß das Verfahren auch vorteilhaft für die Trennung und Reingewinnung von Bestandteilen des Steinlcohlenteers und auch vielen anderen Stoffen, auch mit anderen als hier angegebenen Lösungsmitteln, vorteilhaft angewandt werden kann. Ferner ist das Verfahren auch nicht an die im Beispiel angegebenen Vorrichtungen gebunden. So können die Zentrifugen z. B. durch Filter oder Nutschen ersetzt werden.
Das Verfahren ist auch für anorganische Stoffe vorteilhaft anwendbar, wenn wie bei dem angeführten Beispiel der Entparaffinierung und bei der Trennung von Bestandteilen des Steinkohlenteers durch Isomorphie zweier oder mehrerer Komponenten Mischkristallbildung eintritt. Aus einer gemischten Lösung bildet sich ein Miscbkristall mit einer ganz bestimmten Zusammensetzung, die sich mit der Zusammensetzung der Lösung ändert.
Zu jeder Zusammensetzung der Lösung gehört eine bestimmte der festen, isomorphen Mischung. Die isomorphe Mischung gilt als eine Phase. Als allgemeine Regel hat eine isomorphe Mischung im Verhältnis mehr von der schwerer löslichen Komponente als die Lösung.
Isomorphie setzt ähnlichen kristallographischen Gitterbau der Komponenten voraus und ist bei chemisch analog zusammengesetzten Verbindungen insbesondere verwandter Elemente wie z. B.
Kalium-, Rubidium-, Caesium-, NH4-Salze, C1-, Br-, J-Verbindungen a. dgl. Verbindungen der seltenen Erden anzutreffen.
Bei Wasser als Lösungsmittel lassen sich z. B. nach diesem.Ver-fahren K N O3 und CsNO3 trennen. Folgende Mengen der reinen Komponenten in g werden von I00 g Wasser bei den angegebenen Temperaturen gelöst:

Temperatur, °C

0 10 20 30 4°

CsNO3........ 9,33 14,9 23 33,9 47,2

KNO3 ............ 13,3 120,9 3r,6 45,9 63,9

Bei z. B. fünf Kristallisationsstufen mit Temperaturen von I2, I4, I6, I8 und 200 C könnte etwa in jeder Stufe die gleiche Menge an Kristallgut gelöst sein, wobei das leichterlösliche KN03 bei der tieferen Temperatur anfällt.
Die Sulfate der seltenen Erden lassen sich nach diesem Verfahren der fraktionierten Kristallisation bei Temperaturen im Bereiche von etwa o bis 400 C ebenfalls mit Wasser als Lösungsmittel trennen. Hier ist zu berücksichtigen, daß die Löslichkeit mit steigender Temperatur sinkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Trennung von Flüssigkeiten bzw. Stoffen durch Kristallisation in mehreren Kristallisationsstufen, dadurch - gekennzeichnet, daß bei der Zuführung des Einsatzproduktes zu einer mittleren Stufe das frische Losungsmittel zur ersten Kristallisationsstufe - bei der das reine Kristallgut anfällt - zugeführt und das Lösungsmittel mit der gelösten Stoffmenge jeder Stufe von Stufe zu Stufe im Gegenstrom zu dem in jeder Stufe anfallenden Kristallgut bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturgradient und besonders vorteilhaft ein solcher zwischen den einzelnen Kristallisationsstufen vorhanden ist, der bewirkt, daß sich die Menge des von Stufe zu Stufe bewegten Kristallgutes sowie die im Lösungsmittel gelöste Produktmenge von der ersten Stufe bis zur mittleren Stufe und von der mittleren Stufe zur letzten Stufe nicht oder nur wenig ändert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 80 694, 43 484, 409 104; USA.-Patentschriften Nr. 2 I64769, 2 540 o83 französische Patentschrift Nr. 784 508.