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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produkts durch Kristallisation
gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs
1 sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Ammoniumsulfat
((NH4)2SO4) ist ein in großem Maßstab
hergestelltes Produkt, das hauptsächlich als Düngemittel
in der Landwirtschaft zur Lieferung von Stickstoff und Schwefel
benutzt wird. In industrieller Hinsicht fällt Ammoniumsulfat
als Nebenprodukt bei einigen chemischen Prozessen, insbesondere
bei der Produktion von Caprolactam an. Um den Anforderungen als
Düngemittel zu genügen, sollte das Ammoniumsulfat
als grobkörniges Produkt (Korngröße d'
(RRSB) im Bereich von 2 bis 4 mm) zur Verfügung stehen.
Dies 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.
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Grundsätzlich
lassen sich grobkörnige Kristallisate aus Lösungen
in Kristallisatoren der Bauart DTB (Draft Tube Baffled) oder des
Oslo-Typs herstellen. In beiden Fällen tritt das Problem
auf, dass die im Kristallisator erzeugte mittlere Korngröße
des Produktkristallisats periodischen Schwankungen unterliegt, d.
h. Phasen mit hohem Grobkornanteil wechseln ab mit Phasen, in denen
vorwiegend feinkörniges Kristallisat (z. B. Korngröße
unter 1,5 mm) anfällt. Dies ist die Folge einer starken
spontanen primären Keimbildung bei erhöhter Übersättigung
im Kristallisator. In Betriebsphasen mit ausgeprägter Grobkornbildung
werden alle gebildeten Keime durch die starke Feinkristallauflösung
infolge der Temperaturerhöhung im Wärmetauscher
des externen Lösungskreislaufs eines DTB-Kristallisators
bzw. in der Umwälzung eines Oslo-Kristallisators aufgelöst.
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Aus
der gattungsbildenden
EP
0632738 B1 ist ein kontinuierliches Kristallisationsverfahren
bekannt, bei dem ein grobkörniges Ammoniumsulfat-Kristallisat
aus einer übersättigten wässrigen Ammoniumsulfat-Lösung
in einem DTB-Kristallisator herstellbar ist. In diesem Verfahren
wird eine Suspension aus übersättigter Ammoniumsulfat-Lösung
und bereits gebildetem Kristallisat innerhalb des DTB-Kristallisators
in einem internen Kreislauf ständig umgewälzt.
Durch Verdampfung des Lösungsmittels (Wasser) wird ständig
neue Übersättigung geschaffen, die infolge der
stattfindenden Kristallisation wieder abgebaut wird. Der bei der
Verdampfung entstehende Brüden wird am Kopf des DTB-Kristallistors abgezogen.
Aus einem durch Strömungsleitwände im oberen Bereich
des Kristallisationsraums des DTB-Kristallistors vom internen Kreislauf
der Suspension abgetrennten Teil, in dem im Unterschied zum Bodenbereich
des Kristallisators eine geklärte Lösung mit einem
im Wesentlichen aus Kristallisationskeimen und Feinkristallen bestehenden
Feststoffanteil vorliegt, wird ein Teilstrom an geklärter
Lösung abgezogen und nach Auflösung des darin
enthaltenen Feststoffanteils wieder in den Bodenbereich des Kristallisationsraums
zurückgeführt. Zur Auflösung des Feststoffanteils
ist in den externen Kreislauf ein Wärmetauscher eingeschaltet,
der die Temperatur der geklärten Lösung und damit
das Lösungsvermögen des Lösungsmittels
für Ammoniumsulfat erhöht. Außerdem mündet
in den externen Kreislauf vor dem Wärmetauscher auch die
Zuführleitung, durch die neue konzentrierte Ammoniumsulfat-Lösung
in den Kristallisator eingespeist werden kann. Aus dem Bodenbereich
wird kontinuierlich ein Teilstrom an Suspension mit dem darin enthaltenen
Anteil an Feststoff in der gewünschten Korngröße
des Produktkristallisats abgezogen. Das Produktkristallisat wird
von der Mutterlösung in einem Eindicker und durch anschließendes
Zentrifugieren abgetrennt und die Mutterlösung wieder in
den DTB-Kristallisator zurückgeführt. Um die Erzeugung
eines ausreichend grobkörnigen Kristallisats zu erhöhen
und die Produktion hinsichtlich der zyklischen Schwankungen der
Korngröße zu verbessern, wird zusätzlich
zur Zuführung gesättigter Ammoniumsulfat-Lösung
in diesem Verfahren eine Kristallisat-Suspension aus Ammoniumsulfat
mit einer konstanten Zuflussrate aus einer externen Quelle in den
Kristallisator eingespeist. Es finden sich in der
EP 0632738 B1 keine Hinweise
auf die Art der Herstellung der Suspension, also ob sie etwa durch
Auflösung von zerkleinertem Produktkristallisat oder in einem
separaten Kristallisator hergestellt wurde. Es wird lediglich vorgegeben,
dass diese Suspension bestimmten Bedingungen genügen muss:
Die
Temperatur der eingespeisten Suspension darf die Betriebstemperatur
im Kristallisator nicht überschreiten. Außerdem
muss die Suspension 6–24 Vol.-% Kristallisat enthalten,
wobei mindestens 35% der Kristalle größer als
1,2 mm sind, und die Einspeisung der Suspension ist so zu bemessen,
dass das Gewicht der Kristalle in der eingespeisten Suspension im
Bereich von 4–25 % des Gewichts der Kristalle in der aus
dem Bodenbereich des Kristallisators abgezogenen Suspension mit
dem Produktkristallisat liegt.
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Diese
gezielte Einspeisung von Kristallsuspension in einen Kristallisator
zur Beeinflussung der Korngröße wird auch als
Impfen bezeichnet.
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Weiterhin
ist aus der
WO 00/56416 ein
Verfahren zur Steuerung der Korngröße bei der
kontinuierlichen Massenkristallisation bekannt, das auch für die
Erzeugung von grobkörnigem Ammoniumsulfat-Kristallisat
in einem Oslo-Kristallisator oder DTB-Kristallisator vorgesehen
ist und bei dem ähnlich wie in dem Verfahren gemäß
EP 0632738 B1 ein Impfen
mit von außen zugeführter Kristallsuspension erfolgt.
Bei dem Impfprodukt handelt es sich um ein Kristallisat, das in
seinen Parametern unabhängig vom aktuellen Kristallisationsprozess
hergestellt wird und das einen mittleren Korndurchmesser von 0,1–1,0
mm aufweist. Die Temperatur des Impfproduktes bei der Zugabe darf
auch in diesem Verfahren nicht über der Betriebstemperatur
im Kristallisator liegen, sondern muss bis zu 40°C, vorzugsweise 10–30°C,
geringer sein. Alle anderen Einspeisungen und Rückführungen
sind feststofffrei. Das bedeutet im Einzelnen, dass das Einsatzmaterial
für die Erzeugung des Ammoniumsulfat-Produktkristallisats
als vorgewärmte feststofffreie Ammoniumsulfat-Speiselösung
zugeführt wird, und dass der externe Kreislauf aus abgezogener
Lösung mit feinteiligem Feststoffanteil aus dem Kristallisator
heraus zunächst zu einem Wärmetauscher führt,
der durch Temperaturerhöhung der Lösung eine Wiederauflösung
des Feststoffanteils bewirkt, bevor die feststofffreie Lösung
dann in den Kristallisator zurückgeleitet wird. Die Wärmeenergie
zur Beheizung des Wärmetauschers wird mittels des aus dem
Kristallisator abgezogenen Dampfes, der zunächst noch durch
eine Brüdenkompression auf ein höheres Temperaturniveau
gebracht wird, bereitgestellt. Aus dem Bodenbereich des Kristallisators
wird kontinuierlich eine Suspension mit einem Feststoffanteil in
der gewünschten Korngröße abgezogen und
durch Zentrifugieren in Produktkristallisat und Mutterlösung
getrennt, wobei die Mutterlösung in einen Zwischenbehälter
gefördert und von dort in die Umwälzleitung des
externen Kreislaufs des Kristallisators zurückgespeist
wird. Das Impfprodukt wird vorzugsweise in einer Menge zugegeben,
deren Feststoffanteil 5–30 Gew.-% des aus dem Kristallisator
jeweils ausgetragenen Feststoffs beträgt. Der Feststoffanteil
des Impfprodukts kann beispielsweise durch mechanisches Zerkleinern
eines Teils des Produktkristallisats und/oder durch eine separate
Kristallisationsstufe erzeugt werden.
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Schließlich
ist aus der
JP2005-194153
A eine als DTB-Kristallisator ausgeführte Anlage
zur Herstellung von Ammoniumsulfat-Kristallisat bekannt, bei der
ein an eine Klärzone des Kristallisators angeschlossener
externer Kreislauf für geklärte Lösung
vorgesehen ist, in den wahlweise zur Auflösung des enthaltenen
Feststoffanteils ein Wärmetauscher oder eine Zuleitung
für Lösungsmittel (z. B. Wasser oder untersättigte
Ammoniumsulfat-Lösung) eingebaut ist. Außerdem
ist die Klärzone direkt oder indirekt über den
externen Kreislauf an eine weitere Abzugsleitung angeschlossen,
mit der eine Suspension, die als Feststoff nur Feinkristallisat
enthält, ganz aus dem Prozess ausgeschleust werden kann,
um z. B. feinkörniges Ammoniumsulfat-Produkt zu gewinnen. Darüber
hinaus ist an den obersten Teil der Klärzone noch eine
dritte Abzugsleitung angeschlossen, durch die im Bedarfsfall ein Überschuss
an Kristallisationskeimen und feinstem Kristallisat abgezogen und
in einen Auffangbehälter geführt werden kann.
In den Auffangbehälter wird zur Auflösung der
Feststoffe Lösungsmittel gegeben. Von dort wird die erhaltene
Lösung in einen Neutralisationsbehälter geführt,
in dem sie mit Schwefelsäure und Ammoniak versetzt und durch
die damit verbundene Neutralisierungsreaktion erwärmt wird.
Die erwärmte Lösung wird dann in den Kristallisator
eingespeist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes
Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass bei möglichst
gleichbleibender Produktionsleistung und hoher Ausbeute ein grobkörniges
Ammoniumsulfat-Kristallisat mit möglichst geringem Einsatz
an zuzuführender Prozessenergie herstellbar ist; außerdem
soll eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben
werden.
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
eines grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produkts (Korngröße
d' mindestens 2,4 mm) durch Kristallisation einer Ammoniumsulfat-Lösung
in einer nach dem DTB-Prinzip betriebenen Produktkristallisationsstufe,
in der eine Suspension aus Mutterlösung und Ammoniumsulfat-Kristallen
bei Verdampfung von Wasser ständig in einem internen Kreislauf
umgewälzt wird und aus deren oberem Bereich ständig
ein geklärter Teilstrom an Lösung in einem externen
Kreislauf abgezogen und zur Auflösung der darin enthaltenen
Feststoffe erwärmt und als klare Lösung wieder
in den unteren Bereich der Produktkristallisationsstufe zurückgeführt
wird; dabei wird fortlaufend vom Kopf der Produktkristallisationsstufe
ein Brüden abgezogen, ferner wird neue Suspension von außen
zugeführt und vom unteren Bereich der Produktkristallisationsstufe
ein Teilstrom der Suspension mit dem grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produkt
abgezogen.
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Bei
einem solchen Verfahren wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
dass die neue Suspension in einer der Produktkristallisationsstufe
vorgeschalteten Vorkristallisationsstufe erzeugt wird, wobei der
Feststoffanteil der neuen Suspension mittels eines klassierenden
Suspensionsabzugs ohne nennenswerten Anteil an Feinkristallisat,
das eine Korngröße unter 0,5 mm aufweist, und
an Kristallisationskeimen abgezogen und mit einem für ein
weiteres Kristallwachstum bis auf die gewünschte Korngröße ausreichenden
Anteil an untersättigter Mutterlösung aus der
Vorkristallisationsstufe unmittelbar der Produktkristallisationsstufe
zugeführt wird; weiterhin sieht die Erfindung vor, dass
die Erwärmung der geklärten Lösung im
externen Kreislauf der Produktkristallisationsstufe mittelbar oder
unmittelbar durch die Wärme der Brüden erfolgt,
die aus der Vorkristallisationsstufe abgezogenen werden. Somit ist
für den Betrieb der Produktkristallisationsstufe keine
gesonderte Wärmeenergiezufuhr von außen mehr erforderlich.
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Der
Kern der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass in der
Vorkristallisation gezielt eine Suspension aus Mutterlösung
und Ammoniumsulfat-Produktkristallisat erzeugt wird, aus der durch Klassierung
praktisch sämtliche feinteiligen Feststoffe entfernt worden
sind. Die mittlere Korngröße d' (RRSB) in der
aus der Vorkristallisationsstufe abgezogenen Suspension liegt zweckmäßig
im Bereich von 1–2 mm; bei d' = 2 mm besitzen etwa 80%
des Kristallisats eine Korngröße von mindestens
1,6 mm, wobei durch die Klassierung das Feinkorn von unter 0,8 mm,
vorzugsweise unter 1 mm, insbesondere unter 1,3 mm praktisch eliminiert
wurde. Somit wird als Eingangsmaterial der Produktkristallisation
eine Suspension bereitgestellt, die ohne die Gefahr eines unerwünschten
Feinkristallwachstums die Ausbildung eines Grobkristallisats aus
dem ursprünglich mittelgroßen Kristallisat der
zugeführten Suspension gewährleistet. Dadurch
entsteht ein Produktkristallisat mit einer von vornherein vergleichsweise
engen Korngrößenbandbreite, so dass das Verfahren
eine hohe Grobkristallisatausbeute bei geringer Unterkornmenge ermöglicht.
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Damit
das gewünschte Kristallwachstum in der Produktkristallisationsstufe
gewährleistet ist, muss die eingespeiste neue Suspension
soviel Mutterlösung mit sich führen oder soviel
Mutterlösung separat aus der Vorkristallisation in die
Produktkristallisationsstufe geführt werden, dass der Suspensionsspiegel
in der Produktkristallisationsstufe konstant bleibt und ausreichend
Kristalloberfläche für das Kornwachstum ohne Spontankeimbildung
zur Verfügung steht. Daher wird der Suspension untersättigte Mutterlösung
zugegeben oder mit der Suspension separat in die Produktkristallisationsstufe
geführt. Notfalls können zur Vermeidung von Störungen
auch kleinere Mengen an verdünnter Lösung oder
Kondensat unmittelbar in die Produktkristallisationsstufe eingespeist
werden.
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Da
die Zuführung der Suspension zur Produktkristallisationsstufe
zweckmäßigerweise ohne eine gesonderte Abkühlung
erfolgt, treten auch keine nennenswerten Wärmeverluste
auf, so dass die mitgeführte Wärme im Unterschied
etwa zu den Verfahren gemäß
EP 0632738 B1 oder
WO 00/56416 zur Lösungsmittelverdampfung
in der Produktkristallisationsstufe genutzt werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird die Vorkristallisationsstufe ebenso wie die Produktkristallisationsstufe nach
dem DTB-Prinzip betrieben. Dabei ist es besonders zweckmäßig,
die benötigte Mutterlösung durch separate Zufuhr
von konzentrierter Schwefelsäure und Ammoniak unmittelbar
in der Vorkristallisation zu erzeugen. Das hat den großen
Vorteil, dass dabei eine exotherme Reaktion stattfindet, die zur
Deckung der Prozessenergie des Verfahrens herangezogen werden kann.
Mit besonderem Vorteil wird zumindest der überwiegende
Teil der zuzuführenden Schwefelsäure in den externen
Suspensionskreislauf der DTB-Vorkristallisationstufe eingespeist,
und zwar auf der Druckseite (stromabwärts der Umwälzpumpe), so
dass die dabei freigesetzte Wärme eine Feststoffauflösung
im externen Lösungskreislauf bewirken kann. Diese Wirkung
wird noch durch die Wärme der Ammoniumsulfatbildung unterstützt,
wenn auch das Ammoniak ganz oder teilweise in den externen Suspensionskreislauf
eingespeist wird. Dadurch lässt sich jeglicher Aufwand
für einen separaten indirekten Wärmetausch im
externen Lösungskreislauf ersparen. Grundsätzlich
ist es aber auch möglich, die Reaktanten für die
Ammoniumsulfatbildung ganz oder teilweise in den Kristallisationsraum
der Vorkristallisation einzuleiten. Bei der Zuführung der
benötigten frischen Lösung in Form der beiden
Reaktanten in die Vorkristallisation kann der gesamte Wärmebedarf
zur Feststoffauflösung und zur Wasserverdampfung für die
Vorkristallisationsstufe und wegen der wärmetechnischen
Kopplung mit der Produktkristallisationsstufe der Wärmebedarf
des gesamten Prozesses ohne weiteres allein durch die Reaktionswärme
gedeckt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
bedarf also keiner separaten Wärmezufuhr von außen mehr.
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Für
die Versorgung der Produktkristallisationsstufe mit ausreichender
Menge an untersättigter Mutterlösung kann vorgesehen
sein, dass diese als Teilstrom aus dem externen Lösungskreislauf
der Vorkristallisationsstufe entnommen wird. Dies kann an einer
Stelle des Kreislaufs geschehen, an der in der Lösung bevorzugt
infolge einer Zugabe von Kondensat oder verdünnter Lösung
in den Kreislauf oder aber durch Temperaturerhöhung der
Lösung bereits eine Auflösung der ursprünglich
mitgeführten Feststoffe stattgefunden hat. Es kann aber
auch vorgesehen sein, zunächst einen noch feine Feststoffe
enthaltenden Teilstrom aus dem externen Lösungskreislauf
abzuziehen und diesen erst danach mit Kondensat oder verdünnter
Lösung zu untersättigen. Eine weitere Alternative
besteht in dem Abziehen eines Teilstroms an geklärter Lösung
unmittelbar aus der Vorkristallisationsstufe und dem Vermischen
dieses Teilstroms mit Kondensat oder verdünnter Lösung zur
Erzielung der Untersättigung. Auf jeden Fall ermöglicht
die gezielte Zuführung von untersättigter Mutterlösung
zur Produktkristallisationsstufe eine flexible Anpassung an sich ändernde
Prozessbedingungen.
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Die
Betriebstemperatur der Vorkristallisationsstufe sollte mindestens
10°C, vorzugsweise etwa 15–45°C höher
liegen als in der Produktkristallisationsstufe.
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Ein
im Hinblick auf den Energieeinsatz besonders vorteilhafter Verfahrensablauf
ergibt sich, wenn die Produktkristallisationsstufe aus mindestens zwei
Teil-Kristallisationsstufen gebildet ist, die hinsichtlich der Zufuhr
der neuen Suspension und des Abzugs der Suspension mit dem grobkörnigen
Ammoniumsulfat-Produkt parallel geschaltet und hinsichtlich der
indirekten Beheizung ihres externen Lösungskreislaufs jeweils
in der Weise hintereinander geschaltet sind, dass nur die erste
Teilstufe unmittelbar mit den Brüden der Vorkristallisationsstufe
beheizt wird, während die nachgeschalteten Teilstufen jeweils
mit den Brüden der unmittelbar vorgeschalteten Teilstufe
beheizt werden. Zweckmäßigerweise werden die Brüden
aufgefangen und kondensiert zur zumindest teilweisen Wiederverwendung
im Verfahren.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht
vor, dass das grobkörnige Ammoniumsulfat-Produkt der aus
der Produktkristallisationsstufe abgezogenen Suspension von der
Mutterlösung abgetrennt und anschließend zur Verdrängung
anhaftender Mutterlösung gewaschen, getrocknet und schließlich
einer Siebung unterzogen wird, wobei das in der Siebung abgetrennte
Unterkorn mit Kondensat wieder aufgelöst und in die Produktkristallisationsstufe
zurückgeführt wird.
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Eine
Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weist die im Anspruch 18 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte
Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen 19–30.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der einzigen Figur, die eine schematisch
dargestellte Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt,
näher erläutert.
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Die
dargestellte Anlage weist einen Vorkristallisator (1a)
und in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung zwei parallele Produktkristallisatoren
(1b, 1c) auf, die alle nach dem DTB-Prinzip arbeiten,
also jeweils mit einem Strömungsleitrohr 2a, b,
c und einer internen Pumpe 7a, b, c für einen
jeweils durch eingezeichnete Pfeile angedeuteten internen Suspensionskreislauf
ausgestattet sind. Weiter verfügen die Kristallisatoren 1a,
b, c jeweils über einen externen Lösungskreislauf 3a,
b, c, der durch eine Pumpe 4a, b, c aufrechterhalten wird
und dessen Umwälzvolumen wesentlich kleiner ist als dasjenige
des internen Suspensionskreislaufs (üblicherweise etwa
20% des internen Kreislaufvolumens). Die Leitungen der externen
Lösungskreisläufe 3a, b, c, die jeweils
von einer Klärzone im oberen Bereich des Kristallisators 1a,
b, c ausgehen und im Bodenbereich 6a, b, c des Kristallisators 1a,
b, c enden, sind jeweils mit einer Kondensatzuleitung 13a,
b, c versehen, durch die je nach Bedarf Kondensat zur Lösungsverdünnung
zugesetzt werden kann. Während die beiden externen Lösungskreisläufe 3b,
c der beiden Produktkristallisatoren 1b, c jeweils einen
indirekten Wärmetauscher 12b, c zur Feststoffauflösung
besitzen, fehlt ein solcher beim Vorkristallisator 1a.
Dessen externer Lösungskreislauf 3a ist stattdessen
mit einer Zuführung 9 für konzentrierte
Schwefelsäure und einer Zuführung 10 für
Ammoniak ausgestattet; beide Zuführungen 10, 11 liegen
zweckmäßig im Bereich der Druckseite hinter der
Pumpe 4a. Der Vorkristallisator 1a ist in seinem
Bodenbereich 6a mit einem Klassierstutzen 8 versehen,
in dessen unteren Teil zur Bewirkung eines Aufströmeffekts
eine Zweigleitung 3a' des externen Lösungskreislaufs 3a mündet,
wobei die Leitung 3a' vorzugsweise vor den Zuführungen 9, 10 abzweigt,
da sie dann eine Lösung führt, die zwar durch
die Kondensatzugabe untersättigt, aber noch nicht durch
Reaktionswärme erhitzt wurde und somit das Kristallisat
im Klassierstutzen 8 nicht so stark anlösen kann.
Am unteren Ende des Klassierstutzens 8 ist eine Suspensionsleitung 14 angeschlossen,
die sich verzweigt und jeweils in den Bodenbereich 6b,
c der beiden insoweit parallel geschalteten Produktkristallisatoren 1b,
c führt. Von der Zweigleitung 3a' geht eine Mutterlösungsleitung 29 ab,
durch die untersättigte Mutterlösung in der für
das weitere Kristallwachstum erforderlichen Menge in die Suspensionsleitung 14 geführt
werden kann; diese Mutterlösungsleitung 29 könnte
auch direkt in die beiden Produktkristallisatoren 1b, c
führen. Statt der Mutterlösungsleitung 29 kann
auch (gestrichelt dargestellt) eine Mutterlösungsleitung 30 direkt
aus der Klärzone des Vorkristallisators 1a zur
Suspensionsleitung 14 bzw. direkt zu den Produktkristallisatoren 1b,
c geführt sein. Optional kann auch ein Abzweig in den Klassierstutzen 8 geführt
sein. Eine Förderpumpe und Ventile zur Regulierung der
Durchflussmenge in der Mutterlösungsleitung 29 sind
nicht dargestellt.
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Auch
im Hinblick auf den Suspensionsabzug sind die beiden Kristallisatoren 1b,
c parallel geschaltet, und zwar über die von den Bodenbereichen 6b,
c ausgehenden und sich vereinigenden Suspensionsabzugsleitungen 15b,
c. In Bezug auf die Beheizung der Wärmetauscher 12b,
c sind die beiden Produktkristallisatoren 1b, c jedoch
hintereinander geschaltet, da der Wärmetauscher 12b des
ersten Produktkristallisators 1b an die vom Kopf 5a des
Vorkristallisators 1a ausgehende Brüdenleitung 11a angeschlossen
ist, während der Wärmetauscher 12c des zweiten
Produktkristallisators 1c an die vom Kopf 5b des
ersten Produktkristallisators 1b ausgehende Brüdenleitung 11b angeschlossen
ist.
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Die
Brüdenleitungen 11a, b laufen hinter den beiden
Wärmetauschern 12b, c zur Sammlung des beim Wärmetausch
gebildeten Kondensats zu einem Kondensatsammelbehälter 19,
wohingegen eine Brüdenleitung 11c, die vom Kopf 5c des
zweiten Produktkristallisators 1c ausgeht, zu einem Kondensator 16 führt,
der zweckmäßig zur Auffangung und Kondensierung
von Brüden des Prozesses vorgesehen ist und über
eine Kühlwasserzuleitung 17 und eine Kühlwasserableitung 18 verfügt.
Der Kondensator 16 ist mit dem Kondensatsammelbehälter 19 leitungsmäßig
verbunden. Für den Fall, dass einer der beiden Produktkristallisatoren 1b,
c vorübergehend außer Betrieb genommen werden
muss, sind optional zwei Bypass-Leitungen 11a', b' zur
Umgehung der Wärmetauscher 12b, c und direkten
Einleitung der Brüden in den Kondensator 16 vorgesehen.
Grundsätzlich möglich wäre es, noch weitere
als nur die beiden Produktkristallisatoren 1b, c in der
dargestellten Weise hinsichtlich Suspensionszuleitung und -ableitung
parallel und hinsichtlich Beheizung hintereinander zu schalten.
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Zur
Gewinnung eines verkaufsfähigen grobkörnigen Aluminiumsulfat-Produkts
wird die aus den Produktkristallisatoren 1b, c durch die
Suspensionsabzugsleitungen 15a, b abgezogene Suspension
zunächst in eine fest/flüssig-Trenneinrichtung 23 geführt,
die beispielsweise aus einem Hydrozyklon und einer nachgeschalteten
Zentrifuge bestehen kann und in der auch eine Kristallisatwäsche
vorgenommen werden kann. Die fest/flüssig-Trenneinrichtung 23 ist
zur Abförderung der abgetrennten Mutterlösung
bzw. der Waschflüssigkeit durch eine Rückführung 27 mit
einem Mischbehälter 20 verbunden. Das feuchte
Kristallisat gelangt in eine nachgeschaltete Trockeneinrichtung 24 und
von dort in eine Siebeinrichtung 25, in der das vorhandene,
nur einen geringen Mengenanteil ausmachende Unterkorn vom verkaufsfähigen
grobkörnigen Ammoniumsulfat-Produktkristallisat abgetrennt
werden kann. Das abgetrennte Feinkristallisat ist über
eine Rückführung 28 in den Mischbehälter 20 transportierbar,
in dem es mit Kondensat wieder aufgelöst werden kann, welches
aus dem Kondensatsammelbehälter 19 durch eine
Leitung ebenfalls in den Mischbehälter 20 einleitbar
ist. Durch die Lösungsleitungen 22 und 22b,
c kann die in dem Mischbehälter 20 gebildete Lösung mittels
der Pumpe 21 zur Kristallisation in die Produktkristallisatoren 1b,
c zurückgeführt werden. Hinsichtlich der Betriebstemperaturen
sind etwa 100°C für den Vorkristallisator 1a,
etwa 80°C für der ersten und etwa 60°C
für den zweiten Produktkristallisator 1b bzw. 1c als
zweckmäßig anzusehen.
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Es
versteht sich von selbst, dass das dargestellte Ausführungsbeispiel
nur schematisiert ist und nicht alle Einzelheiten enthält,
die für den Fachmann zur Verfahrensführung selbstverständlich
sind. So fehlt beispielsweise ein Abstoß aus dem Verfahren für
die Begrenzung des Gehalts an Verunreinigungen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren hat sich als äußerst
vorteilhaft erwiesen, da es auf die separate Zuführung
von Prozesswärme von außen völlig verzichten
kann und somit niedrige Produktionskosten ermöglicht. Es
liefert bei hoher Produktionsleistung ein vergleichsweise nur geringe
Mengen an Feinkristallisat enthaltendes Produktkristallisat und ermöglicht
den Kristallisationsbetrieb unter weitestgehender Vermeidung von
Spontankeimbildung, da stets eine ausreichende Menge an Suspension
mit im Wesentlichen mittlerer Korngröße zugeführt
wird, die eine genügend große Kristalloberfläche
für das gezielte Kristallwachstum auf die gewünschte
Grobkorngröße bietet. Bei gezielter Nutzung von
Reaktionswärme in der Vorkristallisation kann dort auf
den Einsatz eines Wärmetauschers völlig verzichtet
werden, so dass der Anlagenaufwand entsprechend verringert wird.
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- 1a
- Vorkristallisator
- 1b,
c
- Produktkristallisator
- 2a,
b, c
- Stömungsleitrohr
- 3a,
b, c
- externe
Kreislaufleitung
- 3a'
- Zweigleitung
- 4a,
b, c
- Pumpe
- 5a,
b, c
- Kopf
des Kristallisators
- 6a,
b, c
- Bodenbereich
des Kristallisators
- 7a,
b, c
- interne
Pumpe
- 8
- Klassierstutzen
- 9
- Zuführung
für Schwefelsäure
- 10
- Zuführung
für Ammoniak
- 11a,
b, c
- Brüdenleitung
- 11a',
b'
- Bypass-Leitung
- 12b,
c
- Wärmetauscher
- 13a,
a', b, c
- Kondensatzuleitung
- 14
- Suspensionsleitung
- 15b,
c
- Suspensionsabzugsleitung
- 16
- Kondensator
- 17
- Kühlwasserzuleitung
- 18
- Kühlwasserableitung
- 19
- Kondensatsammelbehälter
- 20
- Mischbehälter
- 21
- Pumpe
- 22
- Lösungsleitung
- 22b,
c
- Lösungsleitung
- 23
- fest/flüssig-Trenneinrichtung
- 24
- Trockeneinrichtung
- 25
- Siebeinrichtung
- 26
- Ammoniumsulfat-Produktkristallisat
- 27
- Rückführung
Mutterlösung
- 28
- Rückführung
Feinkristallisat
- 29
- Mutterlösungsleitung
- 30
- Mutterlösungsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0632738
B1 [0004, 0004, 0006, 0013]
- - WO 00/56416 [0006, 0013]
- - JP 2005-194153 A [0007]