WO2009077346A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines grobkörnigen ammoniumsulfat-produktkristallisats - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines grobkörnigen ammoniumsulfat-produktkristallisats Download PDF

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WO2009077346A1
WO2009077346A1 PCT/EP2008/066825 EP2008066825W WO2009077346A1 WO 2009077346 A1 WO2009077346 A1 WO 2009077346A1 EP 2008066825 W EP2008066825 W EP 2008066825W WO 2009077346 A1 WO2009077346 A1 WO 2009077346A1
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WO
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solution
dtb
ammonium sulfate
line
thickener
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Application number
PCT/EP2008/066825
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Inventor
Reinhard Scholz
Udo Soschinski
Original Assignee
Gea Messo Gmbh
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/24—Sulfates of ammonium
    • C01C1/248—Preventing coalescing or controlling form or size of the crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0018—Evaporation of components of the mixture to be separated
    • B01D9/0031—Evaporation of components of the mixture to be separated by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0063—Control or regulation

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coarse-grained ammonium sulfate product crystallizate according to the preamble of patent claim 1 and to an apparatus for carrying out this method.
  • Ammonium sulfate ((NhU) 2 SO 4 ) which is mainly used as a fertilizer in agriculture for the supply of nitrogen and sulfur, must usually be produced as possible in medium or large grain size, ie while avoiding fine crystals with, for example, a grain size less than 1 mm.
  • the relative coarseness is important to ensure good throwing power and, in the case of mixing with other fertilizers, to suppress the tendency for segregation, which would be exacerbated by fines in a grain mixture.
  • the present invention aims at the production of coarse-grained, crystalline ammonium sulfate from a solution which is almost saturated with ammonium sulfate. This contains other accompanying components whose concentration is limited by a mother liquor impact, so they do not reach the crystallization.
  • the ammonium sulfate is recovered by evaporation crystallization. For energetic reasons, the heating of ammonium sulfate crystallization plants usually takes place by means of a mechanical vapor compression.
  • the crystals are separated with a centrifuge, dried and separated by sieving into a fraction with a particularly coarse product and into a fine grain fraction. If only coarse product is to be produced, the fine fraction must be dissolved again. This method has been known for many years.
  • Crystallization according to the prior art usually takes place in a so-called DTB crystallizer.
  • DT draft tube
  • B separating plate
  • Calmed down Clarification zone in which there is only a small Aufström effet, above a suspension containing only fine crystals is withdrawn, since the rate of descent of crystals having a size above the design separation grain size is higher than the Aufström york in the clarification zone. Large crystals therefore remain in the homogeneously mixed suspension zone of the DTB crystallizer.
  • the top of the clarification zone is withdrawn in an external solution circuit with an external circulation pump and mixed with the underfeed solution undersaturated in ammonium sulfate and overheated in a heat exchanger. Fine crystals contained in the upper reaches of the clarification zone are completely dissolved due to the admixture of unsaturated solution and above all due to the increase in temperature and the concomitant increase in the ammonium sulfate solubility.
  • the superheated external circulation is returned to the lower end of the guide tube or below the guide tube in the crystallizer and promoted with the quantitatively larger internal circulation through the guide tube to the phase interface of the crystallizer. There it comes because of the still existing overheating
  • the size of the crystals formed initially increases continuously, because only the ever-increasing crystals are available to reduce the supersaturation due to the fine-grain deduction.
  • the rate of supersaturation degradation on the crystals is, to a first approximation, proportional to the product of the diffusion rate and the available crystal surface area. Since with ever coarser grain the specific surface of the crystalline inventory in the Shrinking crystallizer, the supersaturation must be continuously larger in order to realize the production output given by the evaporation. Then, when the supersaturation exceeds the metastable range, spontaneous imaging with a myriad of fine crystals suddenly occurs.
  • Solution additionally a crystal suspension in the DTB crystallizer out, wherein the crystal suspension has a mean particle size of 0.1 - 1, 0 mm and a temperature up to 40 ⁇ below the temperature in the crystallizer.
  • the added amount of crystals should amount to 5 to 30% of the amount of crystals in the withdrawn crystal suspension with the product crystallizate. The added is produced
  • Crystal suspension in a process independent of the main process for example, in a separate crystallization plant.
  • the object of the present invention is to enable the continuous production of a sufficiently coarse-grained ammonium sulfate product crystallization with as little plant and operating expenditure as possible as well as simple control.
  • the invention is based on a process for producing a coarse-grained ammonium sulphate crystallizate by means of a DTB crystallization stage having an external solution loop for solution heating, which is supplied continuously from the outside with a preheated solution containing almost saturated ammonium sulphate and accompanying elements, and from which a crystal suspension is continuously added wherein mother liquor is separated from the withdrawn suspension, a small portion of the mother liquor is discharged as rejects from the process and the mother liquor is otherwise recycled back into the DTB crystallization stage, wherein further dried the crystallizate of the withdrawn suspension and to obtain a Artskristallisats with the desired grain size of a screening under separation of undersize is subjected.
  • the stated object is achieved in that the withdrawn suspension prior to separation of the mother liquor in a Waschhei- cker is treated in which the Aufström effet of the washing liquid is adjusted such that crystallisate is washed out with a size below a predetermined cut-grain boundary with the upper reaches of Wascheindickers, and that only the coarser crystals containing underflow of Wasze thickener of the separation of the mother liquor from the Artskristallisat before Drying and screening is supplied.
  • Advantageous developments of this method are given in the patent claims 2-12.
  • An apparatus for performing the method according to the invention has the features specified in claim 13.
  • Advantageous developments of this device are listed in the subclaims 14-20.
  • the invention provides a particularly economical method available, in the individual steps of the plant performance is homogenized despite fluctuating amounts of fine grain to be dissolved and the centrifuge, the dryer and the screen are relieved by a partial pre-separation of the fine grain content.
  • the process is based on an interconnection of known process operations.
  • Core of the illustrated system is a DTB crystallizer 3, which has an external solution circuit 15 with an indirect heat exchanger 2 for solution heating and at its head a vapor discharge line 23.
  • a vapor compressor 4 is turned on.
  • the vaporized by compression vapors are passed as a heating medium in the heat exchanger 2 and discharged through a condensate line 24 thereof.
  • An existing condenser for vapor condensation and all necessary pumps are not shown for reasons of simplicity, since they are familiar to the expert.
  • the crystallizate produced in the DTB crystallizer 3 can be withdrawn from its bottom area as a suspension via a suspension outlet 16.
  • a fresh ammonium sulfate solution 25 which is approximately saturated with ammonium sulfate, is first fed into a feed container 1, preferably at a constant inflow rate after preheating.
  • a feed container 1 All later to be mentioned repatriations of the process with the fresh ammonium sulfate solution 25 are homogeneously mixed.
  • the optional addition of hot vapor condensate from a branch of a condensate line 24 can ensure that crystals contained in recycled suspensions dissolve completely, provided that the degree of supersaturation of the fresh ammonium sulfate solution 25 alone should not be sufficient.
  • the hot, slightly undersaturated solution in the feed tank 1 is controlled by the level in the DTB crystallizer 3 by a solution supply line 26 preferably fed into the external solution circuit 15 of the DTB crystallizer 3 before the heat exchanger 2.
  • the solution feed line 26 could also lead directly into the crystallization space of the DTB crystallizer 3.
  • the overheated solution in the external solution circuit 15 solution is returned to the DTB crystallizer 3, the operation has been described in detail previously.
  • the suspension derivation 16 passes the generated ammonium sulfate crystal suspension, in which the particle size distribution varies depending on the cycles of the DTB crystallizer 3, from above into a wash thickener 5.
  • clarified ammonium sulfate solution is passed through the wash thickener.
  • the Aufströmgeschwin- speed in Washeinindicker 5 is adjusted so that fine crystals with a
  • a small portion of the clarified solution is discharged through a reject line 21 across the line boundary as mother liquor rejection 12 to limit the concentration of accompanying components of the ammonium sulfate.
  • the coarser crystals suspended in the underflow of the wash-thickener 5 are passed through a crystallization line 20, for example, to a centrifuge 7, dehydrated and then fed to a dryer 8.
  • the centrifugate is returned via a solution return line 17 in the feed tank 1. Due to the preliminary separation of the fine grain in the Washeinindicker 5, the centrifuge 7, the dryer 8 and a dryer 8 downstream Siebstrom 9 noticeably relieved and lowered both the investment costs and the energy consumption of these devices.
  • the set separation grain size may expediently be at least 1.4 mm.
  • the sieved undersize is in a release apparatus 10 in
  • Solution set from the fine grain resolution in the entire cycle time can be cached.
  • the DTB crystallizer 3 returns to a period of coarse grain production, the amount of solution from the fine grain dissolution decreases.
  • the solution line 27 the contents of the storage tank 1 1 can be successively fed into the feed tank 1.
  • Removal of solution from the feed tank 1 is generally greater than the sum of the fresh ammonium sulfate solution 25 supplied from the outside and the returns from the thickener 6 and the centrifugate.
  • the level of the feed container 1 is kept constant by a preferably fed by a control device corresponding make-up from the storage tank 1 1. This results in a decrease for the filling level of the storage tank 1 1 in operating phases with increased coarse grain production and an increase during phases with increased fine grain production.
  • the operating conditions of the crystallizer 3, however, are subject to no fluctuations, which ensures optimum operation.
  • the caching of the approximately saturated solution of the undersize grain in the storage tank 1 1 is an important aspect of the invention.
  • the recirculation amount of ammonium sulfate fine crystals from the thickener into the feed tank varied between about 2 t / h in the phase of pronounced coarse grain production and about 4.6 t / h in the phase of pronounced fine grain production of the crystallizer.
  • the amount of coarse ammonium sulfate product crystals produced was between about 11 t / h in the fine grain phase and about 16 t / h in the coarse grain phase.
  • the screening unit was adjusted to a separation grain size of 1.4 mm and delivered about 7 t / h during the fine grain phase and about 2 t / h in the coarse grain phase to undersize.
  • the amount of undersize from the screening plant in the fine grain phase would have been about 1 1, 6 t / h and in the coarse grain phase about 4 t / h, would thus be in the fine grain phase by 66% and in the coarse grain phase by 100% greater.
  • the centrifugal, dryer and screen aggregates could be designed correspondingly smaller and with significantly lower energy consumption. wall operated.
  • the required capacity of the undersize particles behind the screen could be significantly reduced.

Abstract

Bei der Herstellung von grobkörnigem Ammoniumsulfat in einem DTB-Kristallisator 3 unterliegt die erzielte Korngröße des Kristallisats in der aus dem Kristallisator abgezogenen Suspension starken zyklischen Schwankungen. Nach Abtrennung von Mutterlauge in einer Zentrifuge 7 wird das gewonnene Kristallisat üblicherweise in einem Trockner 8 getrocknet, anschließend wird das unerwünschte Unterkorn auf einer Siebanlage 9 abgetrennt. Entsprechend den zyklischen Korngrößenschwankungen in der Kristallsupension schwankt auch die abgetrennte Menge an Unterkorn. Gemessen an der erzeugten Menge an Produktkristallisat ist der Anlagen- und Betriebsaufwand insbesondere für die Zentrifuge, den Trockner 8 und die Siebanlage 9 beträchtlich. Die vorliegende Erfindung reduziert diesen Aufwand erheblich, indem aus der aus dem DTB-Kristallisator 3 abgezogenen Kristallsuspension zunächst ein wesentlicher Teil des enthaltenen Feinkristallisats in einem Wascheindicker 5 ausgeschwemmt wird, bevor die in ihrem Unterlauf verbleibende Suspension der Zentrifuge 7 zugeführt wird, so dass nur noch ein entsprechend reduzierter Massenstrom getrocknet und gesiebt wird. Als Waschflüssigkeit für den Wascheindicker 5 wird feststofffreie Lösung benutzt, die in einem Eindicker 6 aus dem Oberlauf des Wascheindickers 5 erzeugt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines grobkörnigen Ammoniumsulfat- Produktkristallisats
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines grobkörnigen Ammoniumsul- fat-Produktkristallisats gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ammoniumsulfat ((NhU)2SO4), das hauptsächlich als Düngemittel in der Landwirtschaft zur Lieferung von Stickstoff und Schwefel benutzt wird, muss meistens möglichst in mittlerer oder großer Korngröße hergestellt werden, also unter Vermeidung von Feinkristallisat mit z.B. einer Korngröße unter 1 mm. Die relative Grobkörnigkeit ist wichtig, um eine gute Streufähigkeit zu gewährleisten und im Falle einer Vermischung mit anderen Düngestoffen die Neigung zur Entmischung, die durch Feinanteile in einem Korngemisch verstärkt würde, zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung zielt ab auf eine möglichst ausschließliche Herstellung von grobkörnigem, kristallinem Ammoniumsulfat aus einer annähernd mit Ammoniumsulfat gesättigten Lösung. Diese enthält weitere Begleitkomponenten, deren Aufkonzentrierung durch einen Mutterlaugeabstoß begrenzt wird, damit sie nicht zur Kristallisation gelangen. Das Ammoniumsulfat wird durch eine Eindampfkristallisation gewonnen. Aus energetischen Gründen erfolgt die Beheizung von Ammoniumsulfat- Kristallisationsanlagen in der Regel mittels einer mechanischen Brüdenkompression. Die Kristalle werden mit einer Zentrifuge abgetrennt, getrocknet und durch Siebung in eine Fraktion mit besonders grobem Produkt und in eine Feinkornfraktion getrennt. Soll nur grobes Produkt erzeugt werden, muss die Feinfraktion wieder aufgelöst werden. Dieses Verfahren ist seit vielen Jahren bekannt.
Die Kristallisation findet gemäß dem Stand der Technik üblicherweise in einem sogenannten DTB-Kristallisator statt. Dieser weist eine interne Umwälzung mit Förderung der Kristallsuspension durch ein Leitrohr (im Englischen "draft tube" = DT) sowie eine interne Klärzone auf, die durch ein Trennblech (im Englischen "baffle" = B) von der intern umgewälzten Suspensionszone abgetrennt ist. Aus der beruhigten Klärzone, in der nur eine geringe Aufströmgeschwindigkeit vorliegt, wird oben eine nur feine Kristalle enthaltende Suspension abgezogen, da die Sinkgeschwindigkeit von Kristallen mit einer Größe oberhalb der auslegungsgemäßen Trennkorngröße höher ist als die Aufströmgeschwindigkeit in der Klärzone. Große Kristalle verbleiben daher in der homogen durchmischten Suspensionszone des DTB-Kristallisators. Der Oberlauf der Klärzone wird in einem externen Lösungskreislauf mit einer externen Umwälzpumpe abgezogen und mit der an Ammoniumsulfat untersättigten Einspeiselösung vermischt und in einem Wärmetauscher überhitzt. Im Oberlauf der Klärzone enthaltene feine Kristalle werden aufgrund der Beimischung von ungesättigter Lösung und vor allem aufgrund der Temperaturerhöhung und der damit einhergehenden Zunahme der Ammoniumsulfat-Löslichkeit vollständig aufgelöst. Die überhitzte externe Umwälzung wird am unteren Ende des Leitrohres beziehungsweise unterhalb des Leitrohres in den Kristallisator zurückgeführt und mit der mengenmäßig größeren internen Umwälzung durch das Leitrohr an die Phasengrenzfläche des Kristallisators gefördert. Dort kommt es aufgrund der noch bestehenden Überhitzung zur
Ausdampfung von Wasser und hierdurch zu einer Übersättigung der Lösung an Ammoniumsulfat. Durch eine entsprechend große interne Umwälzung kann das Ausmaß der Übersättigung lange innerhalb des metastabilen Bereiches gehalten werden, so dass keine spontane Keimbildung auftritt und sich die Übersättigung ausschließlich an den vorhanden groben Kristallen abbaut. Da die interne Umwälzpumpe unter anderem aufgrund der niedrigen Propellerdrehzahl für eine kornschonende Förderung ausgelegt ist, werden im DTB-Kristallisator große Kristalldurchmesser erreicht. Dennoch durch Kornzerkleinerung erzeugte kleine Kristalle werden fortwährend über die Klärzone abgezogen und wieder aufgelöst.
Aus der zuvor beschriebenen Funktionsweise eines DTB-Kristallisators ergibt sich aber auch seine wohlbekannte typische Charakteristik bezüglich zyklischer Schwankungen in der Korngröße, die wie folgt begründet ist:
Im Lauf der Betriebszeit nimmt die Größe der gebildeten Kristalle zunächst fortlaufend zu, da aufgrund des Feinkornabzuges nur die immer größer werdenden Kristalle zum Abbau der Übersättigung zur Verfügung stehen. Die Geschwindigkeit des Übersättigungsabbaus an den Kristallen ist in erster Näherung proportional zum Produkt der Diffusionsgeschwindigkeit und der verfügbaren Kristalloberfläche. Da sich mit immer gröber werdendem Korn die spezifische Oberfläche des Kristallinventars im Kristallisator verkleinert, muss die Übersättigung fortwährend größer werden, um die durch die Verdampfung vorgegebene Produktionsleistung zu realisieren. Wenn dann die Übersättigung den metastabilen Bereich überschreitet, kommt es schlagartig zu einer Spontankeimbildung mit einer Unzahl von feinen Kristallen. Diese werden zwar großenteils im externen Lösungskreislauf wieder aufgelöst, dennoch verbleibt aber ein gewisser Anteil der feinen Kristalle im internen Umwälzkreislauf und wächst dort bis zu einer Korngröße heran, die nicht mehr über die Klärzone ausgetragen wird, zunächst im Mittel aber noch deutlich kleiner ist als die für das Produkt angestrebte Korngröße. Mit der Zeit wachsen diese Kristalle dann wieder zu der erwünschten Korngröße an. Nach weiterer Zunahme der Korngröße erfolgt erneut die Spontankeimbildung und der beschriebene Zyklus startet erneut.
Als Fazit aus dem zuvor beschriebenen Betriebsverhalten eines DTB-Kristallisators ergibt sich, dass dieser Kristallisatortyp besonders grobes Korn produzieren kann, aber die Korngröße zyklischen Schwankungen unterliegt. Wenn ausschließlich besonders grobes Produkt erzeugt werden soll, muss nach der Trocknung eine Siebung stattfinden. Die Unterkornfraktion, deren Menge erheblichen Schwankungen unterliegt, wird dann wieder aufgelöst und muss erneut kristallisiert werden. Somit ist für die Behandlung des unerwünschten Feinkornanteils stets ein beträchtlicher Anlagen- und Betriebsaufwand (z.B. Aggregategröße, Energieverbrauch) insbesondere bei der Abtrennung des Kristallisats von der Mutterlauge (z.B. Zentrifuge) sowie bei der Trocknung und Siebung erforderlich.
Aus der EP 0632738 B1 ist ein Kristallisationsverfahren mit einem DTB-Kristallisator bekannt, bei dem die zyklischen Schwankungen der Korngröße im Kristallisator weitgehend geglättet werden sollen, indem in den DTB-Kristallisator zusätzlich zur kontinuierlich zugeführten frischen Lösung auch noch ein fortlaufender Strom einer Kristallsuspension geführt wird, in der mindestens 35% der Kristalle eine Größe von mehr als 1 ,4 mm haben und deren enthaltene Kristallisatmenge 4 - 25% der Menge beträgt, die in der aus dem Kristallisator fortlaufend abgezogenen Suspension mit dem Produktkristallisat enthalten ist. Zur Entlastung der für die Abtrennung des Produktkristallisats von der Mutterlauge vorgesehenen Zentrifuge ist dieser noch ein Eindicker vorgeschaltet, dessen Oberlauf zusammen mit der eingespeisten Kristallsuspension in den DTB-Kristallisator geführt wird. Über die Herstellung der zugespeisten Kristallsuspension, insbesondere ob diese aus einem Teil des Produktkristallisats hergestellt wird, werden in dieser Schrift keine Angaben gemacht.
Ein im Grundsatz ähnlicher Lösungsweg ist aus der WO 00/56416 bekannt. Dort wird ebenfalls zur Vermeidung einer spontanen Feinkristallisatbildung außer frischer
Lösung zuaätzlich eine Kristallsuspension in den DTB-Kristallisator geführt, wobei die Kristallsuspension eine mittlere Korngröße von 0,1 - 1 ,0 mm und eine Temperatur bis zu 40^ unter der Temperatur im Kristallisator aufweist. Die zugesetzte Menge an Kristallisat soll 5 - 30% der Menge an Kristallisat in der abgezogenen Kristallsuspen- sion mit dem Produktkristallisat betragen. Hergestellt wird die zugesetzte
Kristallsuspension in einem vom Hauptprozess unabhängigen Nebenprozess, beispielsweise in einer separaten Kristallisationsanlage.
Sowohl das aus der EP 0632738 B1 als auch das aus der WO 00/56416 bekannte Verfahren erfordern für die Bereitstellung und Einspeisung der Kristallsuspension in den DTB-Kristallisator einen beträchtlichen Anlagen-, Regelungs- und Betriebsaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die kontinuierliche Herstellung eines ausreichend grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produktkristallisats mit möglichst geringem Anlagen- und Betriebsaufwand sowie einfacher Regelung zu ermöglichen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Kristallisats mit Hilfe einer einen externen Lösungskreislauf zur Lösungserwärmung aufweisenden DTB-Kristallisationsstufe, welcher kontinuierlich von außen eine an Ammoniumsulfat nahezu gesättigte und Begleitelemente enthaltende, vorgewärmte Lösung zugeführt wird und aus der kontinuierlich eine Kristallsuspension abgezogen wird, wobei Mutterlauge aus der abgezogenen Suspension abgetrennt, ein geringer Teil der Mutterlauge als Abstoß aus dem Verfahren herausgeführt und die Mutterlauge im übrigen wieder in die DTB- Kristallisationsstufe zurückgeführt wird, wobei ferner das Kristallisat der abgezogenen Suspension getrocknet und zur Gewinnung eines Produktkristallisats mit der gewünschten Korngröße einer Siebung unter Abtrennung von Unterkorn unterzogen wird. In einem solchen Verfahren wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die abgezogene Suspension vor der Abtrennung der Mutterlauge in einem Wascheindi- cker behandelt wird, in welchem die Aufströmgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit derart eingestellt ist, dass Kristallisat mit einer Größe unterhalb einer vorgegebenen Trennkorngrenze mit dem Oberlauf des Wascheindickers ausgeschwemmt wird, und dass nur der das gröbere Kristallisat enthaltende Unterlauf des Wascheindickers der Abtrennung der Mutterlauge vom Produktkristallisat vor dessen Trocknung und Siebung zugeführt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 - 12 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die im Patentanspruch 13 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unterans- prüchen 14 - 20 aufgeführt.
Die Erfindung stellt ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung, in dessen Einzelschritten die Anlagenleistung trotz schwankender Mengen an aufzulösendem Feinkorn vergleichmäßigt wird und die Zentrifuge, der Trockner und das Sieb durch eine partielle Vorabtrennung des Feinkornanteils entlastet werden. Der Prozess beruht dabei auf einer Zusammenschaltung an sich bekannter Verfahrensoperationen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der einzigen Figur, die ein vereinfachtes Schema einer erfindungsgemäßen Anlage zeigt, näher erläutert.
Kern der dargestellten Anlage ist ein DTB-Kristallisator 3, der einen externen Lösungskreislauf 15 mit einem indirekten Wärmetauscher 2 zur Lösungserwärmung und an seinem Kopf eine Brüdenabzugsleitung 23 aufweist. In die Brüdenabzugslei- tung 23 ist ein Brüdenkompressor 4 eingeschaltet. Die durch Kompression erwärmten Brüden werden als Heizmedium in den Wärmetauscher 2 geleitet und durch eine Kondensatleitung 24 daraus abgeführt. Ein vorhandener Kondensator zur Brüdenkondensation sowie sämtliche erforderlichen Pumpen sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt, da sie dem Fachmann geläufig sind. Das im DTB-Kristallisator 3 erzeugte Kristallisat kann aus dessen Bodenbereich als Suspension über eine Suspensionsableitung 16 abgezogen werden.
Als Einspeiselösung wird eine annähernd mit Ammoniumsulfat gesättigte frische Ammoniumsulfat-Lösung 25 vorzugsweise mit konstanter Zuflussrate nach Vorwärmung zunächst in einen Feedbehälter 1 eingespeist. In diesem Feedbehälter 1 werden alle später noch zu erwähnenden Rückführungen des Prozesses mit der frischen Ammoniumsulfat-Lösung 25 homogen vermischt. Durch die optionale Zugabe von heißem Brüdenkondensat aus einem Abzweig einer Kondensatleitung 24 kann sichergestellt werden, dass in zurückgeführten Suspensionen enthaltene Kristalle sich vollständig auflösen, sofern der Grad der Untersättigung der frischen Ammoniumsulfat-Lösung 25 hierzu allein nicht ausreichen sollte.
Die heiße, leicht untersättigte Lösung im Feedbehälter 1 wird geregelt vom Füllstand in dem DTB-Kristallisator 3 durch eine Lösungszuleitung 26 vorzugsweise in den externen Lösungskreislauf 15 des DTB-Kristallisators 3 vor dem Wärmetauscher 2 eingespeist. Alternativ könnte die Lösungszuleitung 26 auch unmittelbar in den Kristallisationsraum des DTB-Kristallisators 3 führen. Die im externen Lösungskreislauf 15 überhitzte Lösung wird in den DTB Kristallisator 3 zurückgeführt, dessen Funktionsweise im Einzelnen schon zuvor beschrieben wurde.
Die Suspensionsableitung 16 leitet die erzeugte Ammoniumsulfat-Kristallsuspension, in der die Korngrößenverteilung abhängig von den Zyklen des DTB-Kristallisators 3 variiert, von oben in einen Wascheindicker 5 ein. Im Gegenstrom wird durch den Wascheindicker 5 geklärte Ammoniumsulfat-Lösung geführt. Die Aufströmgeschwin- digkeit im Wascheindicker 5 wird derart eingestellt, dass feine Kristalle mit einer
Korngröße unterhalb der Trennkorngröße, die zweckmäßig z.B. mindestens 0,4 mm beträgt, mit dem Oberlauf des Wascheindickers 5 ausgeschwemmt werden. Der feststoffhaltige Oberlauf des Wascheindickers 5 wird durch eine Feinkristallsupen- sionsleitung 18 in einen Eindicker 6 geführt und darin geklärt. Der feststofffreie Oberlauf des Eindickers 6 wird großenteils für die Gegenstromwäsche genutzt und hierzu durch eine Wäscherleitung 19 von unten in den Wascheindicker 5 eingeleitet. Überschüssige geklärte Lösung und der kristallhaltige Unterlauf des Eindickers 6 werden durch eine Mutterlaugenrückleitung 22 bzw. eine Feinkristallisatableitung 28 in den Feedbehälter 1 zurückgeführt. Ein geringer Teil der geklärten Lösung wird durch eine Abstoßleitung 21 über die Anlagengrenze hinweg als Mutterlaugenabstoß 12 abgeleitet, um die Aufkonzentrierung von Begleitkomponenten des Ammoniumsulfats zu begrenzen. Die im Unterlauf des Wascheindickers 5 suspendierten gröberen Kristalle werden durch eine Kristallisatleitung 20 z.B. zu einer Zentrifuge 7 geleitet, entwässert und dann einem Trockner 8 zugeführt. Das Zentrifugat wird über eine Lösungsrückleitung 17 in den Feedbehälter 1 zurückgeführt. Durch die Vorabtrennung des Feinkorns im Wascheindicker 5 werden die Zentrifuge 7, der Trockner 8 und eine dem Trockner 8 nachgeschaltete Siebanlage 9 merkbar entlastet und sowohl die Investitionskosten als auch der Energiebedarf dieser Apparate gesenkt.
Durch geeignete Auswahl der Siebbleche in der Siebanlage 9 wird sichergestellt, dass das Kornspektrum des Ammoniumsulfat-Produktkristallisats 13 die Anforderungen an die Korngröße erfüllt. Die eingestellte Trennkorngröße kann zweckmäßig mindestens 1 ,4 mm betragen. Das abgesiebte Unterkorn wird in einem Löseapparat 10 in
Brüdenkondensat, das über die Kondensatleitung 24 zuführbar ist, wieder aufgelöst. Überschüssiges Kondensat 14 kann aus der Anlage abgeführt werden. Die resultierende, annähernd gesättigte Lösung aus dem Löseapparat 10 wird zunächst einem Speichertank 1 1 zugeführt. Dessen Volumen ist derart bemessen, dass die während der zyklischen Produktion von feinerem Produkt vermehrt anfallende
Lösungsmenge aus der Feinkornauflösung in der gesamten Zykluszeit zwischengespeichert werden kann. Wenn der DTB-Kristallisator 3 wieder in eine Periode mit Grobkornproduktion zurückkehrt, vermindert sich die Lösungsmenge aus der Feinkornauflösung. Durch die Lösungsleitung 27 kann der Inhalt des Speichertanks 1 1 sukzessive in den Feedbehälter 1 geleitet werden.
Zur Abarbeitung der im Speichertank 1 1 zwischengelagerten Lösung wird die über die Druckerhöhung des Brüdenkompressors 4 regelbare Verdampfungsleistung des Kristallisators 3 derart eingestellt, dass nicht nur die in der eingespeisten frischen Ammoniumsulfat-Lösung 25 enthaltene Wassermenge sondern auch die im Mittel für die Feinkornlösung erforderliche Wassermenge verdampft wird. Damit ist die
Entnahme an Lösung aus dem Feedbehälter 1 grundsätzlich größer als die Summe der von außen zugeführten frischen Ammoniumsulfat-Lösung 25 und der Rückläufe vom Eindicker 6 und des Zentrifugates. Der Füllstand des Feedbehälters 1 wird durch eine vorzugsweise durch eine Regeleinrichtung veranlasste entsprechende Nachspeisung aus dem Speichertank 1 1 konstant gehalten. Hierdurch ergibt sich für den Füllstand des Speichertanks 1 1 in Betriebsphasen mit vermehrter Grobkornproduktion eine Abnahme und während Phasen mit vermehrter Feinkornproduktion eine Zunahme. Die Betriebsbedingungen des Kristallisators 3 unterliegen hingegen keinerlei Schwankungen, was einen optimalen Betrieb sicherstellt. Die Zwischenspeicherung der annähernd gesättigten Lösung aus der Unterkornauflösung im Speichertank 1 1 ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung. In Verbindung mit der fortlaufenden Einspeisung von Lösung in den DTB-Kristallisator 3 ausschließlich aus dem Feedbehälter 1 als einziger Speisequelle gewährleistet dies eine sehr einfache Regelung des gesamten Prozesses. Die Zuführung von Ammoniumsulfat-Lösung aus dem Feedbehälter 1 richtet sich nur nach dem Füllstand des DTB-Kristallisators 3, bleibt also bei konstantem Suspensionsabzug durch die Suspensionsabzugsleitung 16 ebenso konstant wie die Verdampfungsleistung des DTB-Kristallisators 3. Starken zyklischen Schwankungen unterliegt dagegen die Feinkristallisatzufuhr durch die Feinkristallisatableitung 28 in den Feedbehälter 1. Diese Schwankungen werden durch eine entsprechend variierte Entnahme der Menge an Ammoniumsulfat-Lösung aus dem Speichertank 1 1 ausgeglichen, indem der Füllstand im Feedbehälter 1 über die Zykluszeit, die in einer Größenordnung von 24 h liegt, konstant gehalten wird.
Die Wirksamkeit des Verfahrens wird an folgendem Beispiel deutlich:
In den Feedbehälter einer Ammoniumsulfat-Kristallisationsanlage entsprechend dem Anlagenschema der Figur wurden von außen kontinuierlich 35,6 t/h einer etwa 43% Ammoniumsulfat enthaltenden wässrigen Lösung eingespeist, was einer Ammoniumsulfat-Zufuhr von etwa 15,3 t/h entspricht. Der DTB-Kristallisator wurde mit konstanter Verdampfungsleistung betrieben. Die Trennkorngröße des Eindickers war auf 0,4 mm eingestellt. Die Rückführmenge an Ammoniumsulfat-Feinkristallisat aus dem Eindicker in den Feedbehälter schwankte zwischen etwa 2 t/h in der Phase ausgeprägter Grobkornproduktion und etwa 4,6 t/h in der Phase ausgeprägter Feinkornproduktion des Kristallisators. Die Menge an erzeugtem grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produktkristallisat lag zwischen etwa 1 1 t/h in der Feinkornphase und etwa 16 t/h in der Grobkornphase. Die Siebanlage war dabei auf eine Trennkorngröße von 1 ,4 mm eingestellt und lieferte während der Feinkornphase etwa 7 t/h und in der Grobkornphase etwa 2 t/h an Unterkorn. Ohne die erfindungsgemäße Vorabtrennung von Feinkristallisat in der Kombination von Wascheindicker und Eindicker hätte die Menge an Unterkorn aus der Siebanlage in der Feinkornphase dagegen bei etwa 1 1 ,6 t/h und in der Grobkornphase bei etwa 4t/h gelegen, wäre also in der Feinkornphase um 66% und in der Grobkornphase um 100% größer gewesen. Durch die Erfindung konnten die Aggregate Zentrifuge, Trockner und Siebanlage entsprechend deutlich kleiner ausgelegt und mit wesentlich geringerem Energieauf- wand betrieben werden. Außerdem konnte die erforderliche Kapazität der Unterkornauflösung hinter der Siebanlage deutlich verkleinert werden.
Bezugszeichenliste
Feedbehälter
Wärmetauscher
DTB- Kristallisator
Brüdenkompressor
Wascheindicker
Eindicker
Zentrifuge
Trockner
Siebanlage
Löseapparat
Speichertank
Mutterlaugenabstoß
Ammoniumsulfat-Produktkristallisat
Kondensat
Externer Lösungskreislauf
Suspensionsableitung
Lösungsrückleitung
Feinkristallsuspensionsleitung
Wäscherleitung
Kristallisatleitung
Abstoßleitung
Mutterlaugenrückleitung
Brüdenabzugsleitung
Kondensatleitung
Frische Ammoniumsulfat-Lösung
Lösungszuleitung
Lösungsleitung
Feinkristallisatableitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Kristallisats mit Hilfe einer einen externen Lösungskreislauf zur Lösungserwärmung aufweisenden DTB-Kristallisationsstufe, welcher kontinuierlich von außen eine an Ammoniumsulfat nahezu gesättigte und Begleitelemente enthaltende, vorgewärmte Lösung zugeführt wird und aus der kontinuierlich eine Kristallsuspension abgezogen wird, wobei Mutterlauge aus der abgezogenen Suspension abgetrennt, ein geringer Teil der Mutterlauge als Abstoß aus dem Verfahren herausgeführt und die Mutterlauge im übrigen wieder in die DTB- Kristallisationsstufe zurückgeführt wird, wobei ferner das Kristallisat der abgezogenen Suspension getrocknet und zur Gewinnung eines Produktkristallisats mit der gewünschten Korngröße einer Siebung unter Abtrennung von Unterkorn unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die abgezogene Suspension vor der Abtrennung der Mutterlauge in einem Wascheindicker behandelt wird, in welchem die Aufströmgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit derart eingestellt ist, dass Kristallisat mit einer Größe unterhalb einer vorgegebenen Trennkorngrenze mit dem Oberlauf des Wascheindickers ausgeschwemmt wird, und dass nur der das gröbere Kristallisat enthaltende Unterlauf des Wascheindickers der Abtrennung der Mutterlauge vom Produktkristallisat vor dessen Trocknung und Siebung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Oberlauf des Wascheindickers zur Klärung in einen Eindicker geleitet wird, von dessen feststofffreiem Oberlauf ein Teil zur Gegenstromwäsche des
Kristallisats dem Wascheindicker zugeführt, ein geringer Teil als Abstoß abgeführt und ein verbleibender Rest in die DTB-Kristallisationsstufe zurückgeführt wird, wobei der Unterlauf des Eindickers ebenfalls in die DTB-Kristallisationsstufe zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der Mutterlauge des Unterlaufs des Wascheindickers durch Zentrifugieren erfolgt und das Zentrifugat in die DTB-Kristallisationsstufe zurück- geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung der DTB-Kristallisationsstufe mit den aus dieser Stufe abge- zogenen Brüden erfolgt, nachdem diese Brüden durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau gebracht worden sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Siebung abgetrennte Unterkorn mit aus den Brüden der DTB-
Kristallisationsstufe gewonnenem Kondensat wieder aufgelöst und in die DTB- Kristallisationsstufe zurückgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Unterkorn erzeugte Ammoniumsulfat-Lösung vor der Rückführung in die DTB-Kristallisationsstufe zunächst in einen Speichertank geführt wird, dessen Volumen derart bemessen ist, dass die während der zyklischen Produktion von feinerem Kristallisat vermehrt anfallende Lösungsmenge der Unterkornauflösung in der gesamten Zykluszeit zwischengespeichert werden kann.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung von Ammoniumsulfat-Lösung in die DTB-Kristallisationsstufe ausschließlich aus einem Feedbehälter heraus erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Feedbehälters im Verlauf der Zykluszeit durch entspre- chende Mengenvariierung der Nachspeisung von Lösung aus dem Speichertank konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von Ammoniumsulfat-Lösung in die DTB- Kristallisationsstufe mit konstanter Zuflussrate erfolgt und die DTB- Kristallisationsstufe mit konstanter Verdampfungsleistung betrieben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von au ßen zugeführte Ammoniumsulfat-Lösung mit konstanter Zuflussrate in den Feedbehälter eingespeist wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der Ammoniumsulfat-Lösung in die DTB- Kristallisationsstufe in deren externen Lösungskreislauf hinein erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkorngrenze des Wascheindickers auf einen Wert von mindestens 0,4 mm eingestellt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einem DTB- Kristallisator (3), der einen mit einem Wärmetauscher (2) versehenen externen Lösungskreislauf (15), ferner eine Zuleitung für die Zufuhr frischer erwärmter Ammoniumsulfat-Lösung von au ßen sowie eine Suspensionsableitung (16) für den Abzug einer Kristallsuspension und eine Brüdenabzugsleitung (23) aufweist, ferner mit einer insbesondere als Zentrifuge (7) ausgebildeten Feststoff/Flüssigkeit-Trenneinrichtung für die Trennung von Mutterlauge und Kristallisat, die eine Lösungsrückleitung (17) für die Rückführung der Mutterlauge in den DTB-Kristallisator (3) aufweist, und mit einem Trockner (8) für das abgetrennte Kristallisat sowie mit einer Siebanlage (9) zur Abtrennung von Unterkorn aus dem getrock- neten Kristallisat, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsableitung (16) in einen Wascheindicker (5) geführt ist, in welchem die Aufströmgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit derart einstellbar ist, dass Kristallisat mit einer Größe unterhalb einer vorgegebenen Trennkorngrenze mit dem Oberlauf des Wascheindickers (5) ausschwemmbar ist, und dass nur der das gröbere Kristallisat enthaltende Unterlauf des Wascheindickers (5) über eine Kristallisatleitung (20) in die Feststoff/Flüssigkeit- Trenneinrichtung einleitbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberlauf des Wascheindickers (5) durch eine Feinkristallsupensionslei- tung (18) in einen Eindicker (6) einleitbar ist, wobei ein Teil des Oberlaufs des Eindickers (6) über eine Wäscherleitung (19) als feststofffreie Waschflüssigkeit für die Gegenstromwäsche in den Wascheindicker (5) einleitbar ist, ein anderer Teil des Oberlaufs des Eindickers (6) über ein Abstoßleitung (21 ) über die Anlagengrenze abstoßbar ist und ein verbleibender Rest des Oberlaufs des Eindickers (6) über eine Mutterlaugenrückleitung (22) zum DTB-Kristallisator (3) rückführbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Brüdenabzugsleitung (23) ein Brüdenkompressor (4) eingeschaltet ist und der Wärmetauscher (2) des externen Lösungskreislaufs (15) indirekt mit den komprimierten Brüden beheizbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass an die Siebanlage (9) zur Auflösung von Unterkorn ein Löseapparat (10) angeschlossen ist, der mit einer Kondensatleitung (24) für die Zuführung kondensierter Brüden des DTB-Kristallisators (3) verbunden und an eine Lösungsleitung (27) für die Rückführung der Lösung zum DTB-Kristallisator (3) angeschlossen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die Lösungsleitung (27) ein Speichertank (1 1 ) eingeschaltet ist, dessen Volumen so bemessen ist, dass die während der zyklischen Produktion von feinerem Kristallisat vermehrt anfallende Lösungsmenge aus dem Löseapparat
(10) in der gesamten Zykluszeit zwischenspeicherbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feedbehälter (1 ) vorgesehen ist, in den die Zuleitung für frische Ammoniumsulfat-Lösung (25) sowie sämtliche Rückführungen für Ammoniumsulfat (Lösungsrückleitung 17, Mutterlaugenrückleitung, Lösungsleitung 27, Feinkristal- lisatableitung 28) münden, und der Feedbehälter (1 ) die einzige Speisequelle für die Einleitung neuer Lösung durch eine Lösungszuleitung (26) in den DTB- Kristallisator (3) bildet.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass in den Feedbehälter (1 ) eine Abzweigung von der Kondensatleitung (24) mündet.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedbehälter (1 ) eine Regeleinrichtung aufweist, durch die zur Konstan- thaltung des Füllstandes des Feedbehälters (1 ) die Zuflussrate an Lösung aus der Lösungsleitung (27) beeinflussbar ist.
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