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Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner
Stoffe aus Lösungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen Beim Abscheiden kristalliner
Stoffe aus Lösungen durch Erhitzen, also Konzentrieren dieser Lösungen bzw. durch
Abkühlen von bereits ausreichend konzentrierten Lösungen, treten häufig, insbesondere
bei kontinuierlicher Verfahrensführung Schwierigkeiten dadurch auf, daß die kristallinen
Niederschläge sich an den Behälterwandungen und den sonstigen, mit' der Lösung in
Berührung kommen den Flåchen, beispielsweise den Rührvorrichtungen und den Rohrleitungen
für das Heiz- oder Kühlmedium abscheiden und dort durch mehr- oder weniger geeignete
Vorrichtungen wieder entfernt-werden müssen Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen,
sind bereits die verschiedensten Vorschläge zur Verhinderung des Ansetzens der Kristalle
an diesen Flächen gemacht worden. So ist es beispielsweise bekannt, die mit der
Lösung in Berührung kommenden Flächen hochglänzend zu polieren, um die Kristallabscheidung
an Oberflächenrauhigkeiten zu verhindern. Diese hochglänzenden Oberflächen sind
aber, abgesehen von den sehr hohen Kosten der Herstellung, meist auch nur kurze.
Zeit wirksam, da sehr leicht bereits durch die sich abscheidenden Kristalle eine
Beeinträchtigung der Hochglanzpolitur erfolgen
kann. Um dies zu
vermeiden, wurden schon spezielle Rührer eingesetzt, die aufgrund einer ausreichenden
Um laufgeschwindigkeit- die, sich bildenden Kristalle sofort bei ihrer EntstehUng
on den hochglanzpolierten Flächen entfernen sollten. Durch diese RUhrer, die beispielsweise
zusammen mit einem polierten, sich um seine Achse innerhalb der Kristallisationsvorrichtung
drehenden hochglanzpolierten Hohlzylinder zur Anwendung kamen, verteuerten sich
die Herstellungskosten der bekannten Kristallisationsvorrichtungen noch mehr, da
sowohl dieser Rührer als auch der rotierende Zylinder selbst besondere EinfUhrungen
mit häufig komplizierten Dichtungen im Kristallisationsbehälter erforderlich machten,
Weiterhin ist es bekannt, die Lösung der zukristallisierenden Substanz durch dünne
Kühlrohre zu leiten, in dene eine hohe Strömungsgeschwindigkeit die Ansatzbildung
vermeiden aollteO Bei einer derartigen Vorrichtung werden beispielsweise U-förmige
Kühlrohre von 25 bs 50 mm Weite verwendet, durch die die Lösung mit einer St römungsgeschnindigkeit
von 2 m/Sek; gepumpt wird Der Nachteil dieser Vorrichtung ist,.daß bei höherer Konzentration
der zu kristallisierenden Stoffe ein sehr hoher Druck erforderlich ist, um die Strömungsgeschwindigkeit
aufrecht zu erhalten und ein Verstopfen zu vermeiden.
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Bei diesen vorrichtungen ist der Rohrverschlei# meist sehr groß,
wenn schärfkantige Kristalle ausgefällt werden. Hinzu kommt, daß es auch nicht möglich
ist, das Kristallisat getrennt in Grob- und Feinkorn der Kristallisationsvorrichtung
zu entnehmen; Der varliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Kristallisieren zu schaffen, die einerseits trotz einfacher Bauweise die, Nachteile
der bisherigen Kristallisationsvorrichtungen nicht aufweist
und
andererseits gleichzeitig auch eine getrennteEntnahme von Kristallen unterschiedlicher
Korngröße ermöglicht.
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Pie Lösung diese Aufgabe ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Abscheiden kristalliner Stoffe aus Lösungen, bestehend aus etnem zylinderförmigen
Kristallisationsg-e-. fä# 1 mit Wärmeaustauschmantel 21 das gekennzeichnet ist durch
ein im Kristallisationsgefä# 1 angeordnetes, als Wärmeaustauscher ausgebildetes
Leitrohr 4 und einem in diesem Leitrohr angeordneten Mittel zur Förderung der Kristallisationsflüssigkeit
innerhalb des Leitrohres von oben nach unten und anschlie#end mit vorzugsweise gleicher
Geschwindigkeit von unten nach oben in dem von der Au#enwand des Leitrchres und
der Innenwand des Kristallisationsgefä#es gebildeten Förderraum 5. Ein Petrieb der
Vorrichtung mit umgekehrter Strömungsrichtung ist auch wöglich.
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Als Mittel zur Förderung der Kristallisationsflüssigkeit innerhalb
des Leitrohres und des Förderrraumes kann vorzugsweise ein innerhalb des Leitrohres
arbeitender Propellerrührer 3 eingesetzt werden, doch kann die Bewegung der Kristallisationsflüssigkeit
beispielsweise auch durch einen Schraubenspindelrührer oder durch eine Pumpe bewirket
werden.
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Diese Vorrichtung zum kontinuierlichen Abscheiden kristalliner Stoffe
kann erfindungsgemä# mit besonderem Erfolg betrieben werden wenn die Geschwindigkeit
des im Leitrohr absteigenden und im Förderraum aufsteigenden Flüssigkeitsstromes
gleich cder nahezu gleich ist Die. ad dadurch erreicht daß der freie Querschnitt
des Leitrchres praktisch gleich ist der rreien Fläche zwischen Leitrohr und Innenwand
des Kristallisationsgefä#es Diese Dimensionen sind auch beim Einbau weiterer Wärmeaustauscherflächen
einzuhalten
In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung gemäß
der Erfindung als Beispiel dargestellt. In das gegebenenfalls mit einem Deckel verschließbaren
Kristallisationsgefäß 1 mit Wärmeaustauschmantel 2 wird ein Propeller rührer 3 und
ein Leitrohr 4, das mit den als Zuleitungen für das Heiz- oder Kühlmedium ausgestatteten
Halterungen 6 im Deckel des Gefäßes befestigt sein kann, eingeführt.
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Der Propeller 7 des Rührers endet in jedem Falle innerhalb des Leitrohres.
Ein Heiz- bzw. Kühlmedium wird durch 8 in den Mantel des Kristallisationsgefäßes
ein- und durch 9 aus diesem herausgeführt. Die Geschwindigkeit des Rührers ist über
einen in der Zeichnung nicht dargestellten Motor regelbar. Die bei der Kristallisation
gebildeten Feststoffteilchen können aus dem Kristalli sationsgerfä# an zwei Stellen
abgezogen werden, und zwar einmal am unteren in diesem Fall konisch ausgebildeten
Teil des Kristallisationsgefäßes bei 10 und zum anderen auch an der im oberen Teil
des Kristallisationsgefäßes vorgesehen Öffnung 11.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtungen bei der kontinuierlichen Abscheidung
kristalliner Stoffe durch Kühlen der Lösung ist die folgende : Das Kristallisationsgefä#
wird mit Mutterlauge und so viel kristallisierendem Stoff, beispielsweise einem
Salz gefüllt, wie es dem Verhältnis Flüssigkeit zu Feststoff im Gleichgewichtszustand
bei kontinuierlichem Petrieb entspricht. Darauf wird in die Wärmeaustauseher ein
Kühlmedium eingeleitet und nach Erreichen der Betriebstemperatur von beispielsweise
20°C eine bestimmte Menge der zu kristallisierenden Lösung, die sich beispielsweise
auf einer Temperatur von 80°C befindet unter ständigem Rühren zugeführt; im gleichen
Ma#e werden Kristallisat und Mutterlauge abgezbgen.
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Wird nur ein feinkörniges Kristallisat gewünscht, so entnimmt man
die aus Kristallen und Mutterlauge bestehende
Suspension am oberen
Teil des Kristallisati onsgefäßes, Sollen daneben auch gröbere Kristalle gewonnen
werden, so Wird ein Teil der Suspension am Konus abgezogen, In diesem Falle wird
die Geschwindigkeit der innerhalb des Kreis tallisationsgefä#es umgewälzten Menge
an Suspension so eingestellt, daß. die entsprechend gröbere Kornklasse sich im Konus
absetzen kann Beispielsweise beträgt bei diesem Verfahren die mittlere Korngröße
des im oberen Teil des Kristallisationsgefä#es abgezogenen hutes 0,2 mm und die
des im Konus sedimentierten Gutes o, 6 mm bei einem Mengenverhältnis tron-Fein-
zu Grobkristallen von 1 : « Selbstverständlich ist es auch möglich, die Korngröße
durch Vergrößerung des Volumens des Kristallisationsgefä#es un damit der mittleren
Verweilzeit zu erhdhen Zur näheren Erläuterung soll im folgenden die Arbeitsweise
der Vorrichtung gemäß cler Erfindung anhand der Bildung von Kristallen aus einer
Oxalsäurelösung geschildert werden.
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Bas Kristallisationsgefä# mit 1,5 m3 Inhalt wird mit Mut terlauge
und so viel Oxalsäure gefüllt, wie es dem Verhältnis Flüssigkeit zu Feststoff im
Gleichgewichtszustand bei kontinuierlichem Eetrie-b entspricht, also im vorliegenden
Falle mit 7=0 kg Diese Suspension wird innerhalb der Kristallisationsgefä#es mit
einer Strömungsgeschwindigkeit won etwa 1 m/Sek, umgewälzt ; Sowohl der Wärmeaustauschmantel
des Kristallisationsge@ fä#es als auch das als Wärmeaustauscher ausgebildete Leitrohr
wird mit Wasser von 5 bis 10°C beschickt.
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Ist die Betriebstemperatur von 20°C in der Suspension erreicht, Wird
die ist kristallisierende Lösung mit einer Sättigungstemperatur von 80°C und in
einer Menge von 1,25 m3/Stdvon oben kontinuierlich in das Kristallisationsgefä
#
eingeführt Lä#t wan die sich bildende@ Kristalli sat-Suspension an der oberen Öffnung
des Kristallisationsgefä#es fret ablaufen, so kann man nach der Fest-Flüssig-Trennung
und Trocknung der Feststoffteilchen etwa 500 kg/Stieiner feinkristallinen Gxalsäure
mit einer mittleren Korngrö#e von 0,2 mm gewinnen.
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Sollen auch gröbere Kristalle gewonnen werden so wird die Strömungsgeschwindigkeit
so eingestellt, da# die entsprechend gröbere Kornkalsse sich in Konus des Kristallisationsgeä#es
absetzt und dort abgezogen werden kaiin Wird beispielsweise die suspension jin Kriztallisationsgefä#
mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m Sek umgewältzt, und die Hälfte der
Kristallisat-Suspension im Konus abgezogen, so werden etwa 230 kg, Sid, Oxalsäure
einer mittleren Korngrö#e von 0,6 mm neben 250 kg des feinkristallinen Produktes
gewonne.
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Das Kristallisationsversfahren gemä# der Erfindung kann natü@lich
auch durchgeführt werden, indem statt des Kühlmediums eine Hinzflüszigkeit in die
Wärmeaustauscher eingeführt wird. Hierbei ist es selbstverständlich, auch möglich,
den Kristallisationsbenälter dicht zu @erschliessen und die Kristallisation unter
vermindertem Druck durchzuführen. Weitterhin ist t es möglich, mehrere Kristallisationsgefä#e
hintereinander in Kaskadenform anzaordnen und iII den einzelnen Pehältern mit ab--estufter
Ei is tal lisations temperature zil arbeiten, indem beispielsweise ili drei in Reihe
angeordneten Kristallisationsgefä#en bei Temperaturen von 60, 50 und 40°C gearbeitet
wird.
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Die Vorrichtung gemä# der Erfindung arbeitet trotz ihrer gegenüber
den bekannten Kristallisationsvorrichtungen einfachen Bauweise au#erordentlich sicher
und
@rmöglicht eine weitgehend wartungsfreie kontinuierliche Verfahrensfülnung
bei der Abscheidung kristalliner Stoffe aus gesättigten Lösungen da in jedem Fall
die Wärmeaustauschflächen scwohl am Kristallisationsgefä# als auch am Leitrohr frei
von Ansätzen der auskristallisierenden Steife bleiben, weil die Übersättigung der
Dösung an der Welzahl der im Umlauf befindlichen Kristalle aufgehoben wird.