DE2160994B2

DE2160994B2 - Kuehlkristallisator

Info

Publication number: DE2160994B2
Application number: DE19712160994
Authority: DE
Inventors: Robert Wallisellen Winkler (Schweiz)
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1977-10-13
Also published as: GB1373515A; JPS558202B1; DE2160994A1; CH525015A; FR2118645A5; DE2160994C3

Description

7. Kühlkristallisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrplatten (10,11) an ihrer Außenseite mit abnehmbaren Stirndeckeln (i7, iS) versehen sind.

8. Kühlkristallisator nach Anspruch 3,, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitung (16) zwischen zwei Ebenen liegt, welche durch die beiden den Behälter (1) begrenzenden urd zu den Achsen der Rohre (3) des Kühlers (2) parallelen Wände (12 und 13) des Behälters (1) bestimmt 'iind.

Die Erfindung betrifft einen Kühlkristallisator mit einem in einem Behälter angeordneten Kühler, welcher Rohre als Wärmeaustauscheiemente aufweist und welchem eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen eines Kühlmittels beigeordnet ist, wobei in dem Behälter neben dem Raum des Kühlers noch zwei Nebenräume freigelassen sind, welche miteinander einerseits nur über den Raum des Kühlers, andererseits mittels einer Umleitung verbunden sind, und wobei weiter zur Umwälzung der Lösung ein Rührwerk mit Propeller eingesetzt ist. Solchi: Kühlkristallisatoren werden zur Kristallisation durch !Kühlung von verschiedenen gesättigten Lösungen verwendet, wie ζ. Β zur Ausfällung von Natriumchlorid aus einer von Diaphragmaelektrolvse stammenden Natronlauge nach vorausgegangener Aufkonzentrierung auf 50% NaOH, oder zur Ausfällung von Natriumsulfat aus einer angereicherten Natriumchloridsole und weiter zur Ausfällung von anderen Produkten aus Lösungen mit den den obengenannten Lösungen ähnlichen temperaturabhängigen Löslichkeitsverhältnissen.

Es wurden oft Konstruktionen zu dem obengenannten Zweck ausgeführt, bei denen ein Kühlmittel, meistens Kühlwasser, die Außenwand der Rohre des Kühlers bespült und die zu kühlende Lösung durch die Rohre geführt wird, wobei sich eine laminare Strömung bildet.

Die genannten, relativ zähen Lösungen neigen beim Behandeln in den bisherigen K.ühlkristallisatoren zur Bildung von Verkrustungen an beiden Seiten der Wände der Rohre. Wegen der laminaren Strömungszustände sind die Wärmeübergangszustände unübersichtlich und daher sind die Bedingungen für das Kühlen der Lösung schwer zu wählen und einzustellen. Bei der Unzugänglichkeit der beiden Seiten der Wände der Rohre lassen sich die vorkommenden Vertrustungen nur schwer oder überhaupt nicht entfernen. Der Wirkungsgrad der Anlage sinkt allmählich, wenn nicht sogar wegen vollkommener Verkrustung, meistens an der Seite der Lösung, die Anlage außer Betrieb genommen werden

ow ist beispielsweise aus US-PS 16 46 454 (I s a a k sen) ein Apparat bekannt, welcher alle bereits erwähnten Nachteile aufweist. Dazu noch läßt sich dieser Apparat nur chargenweise benutzen.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, durch verbesserte Anordnung der einzelnen Elemente des Kühlkristallisators einen möglichst störungsfreien kontinuierlichen Kristallisationsprozeß zu erzielen.

Dieses Ziel wird bei dem eingangs genannten Kühlkristallisator erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Behälter prismenartig ausgebildet ist, wobei zwei einander gegenüberliegende Wände des prismenartigen Behälters als Rohrplatten für gerade, zueinander parallele, durch den Behälter geführte Rohre des Kühlers ausgebildet sind, wobei die Rohre quer oder in einem Winkel bis 10° schräg zu einer von dem Rührwerk ausgeübten Umwäbungsströmungsrichtung der Lösung angeordnet sind und an ihrer Innenwand von einem Kühlmittel und an ihrer Außenwand von der zu kühlenden Lösung bespült sind, und daß dem

Behälter eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen der Lösung beigeordnet ist.

Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Kühlkristallisators gegenüber den bekannten Apparaten sind folgende: Laminare Strömungsverhiltnisse sind in turbulente umgestaltet worden, so daß eine Krustenbildung an den Rohren besonders an der Seite der Lösung weitgehend verhindert ist. Die Wärmeaustauschbedingungen sind nun übersichtlich und können mittels der vorhandenen Vorrichtungen zum regulierbaren Zu- und Abführet, des Kühlmittels und der Lösung präzise eingestellt werden. Der Wärmeaustausch wird nicht nur an den Wärmeaustauschflächen vollzogen, sondern auch durch ständiges Beimischen der frisch eingeführten Lösung zu der bereits im Kristallisator abgekühlten und umwälzenden Lösung, so daß ein flach verlaufender Abkühlungsgradient erzielt ist. Eine Kurzschlußverbindung zwischen der Zu- und Abfuhrleitung ist unmöglich. Der Kristallisator arbeitet kontinuier.'xh. Durch einfache konstruktionelle Maßnahmen können die Wärmeaustauschflächen einfach zugänglich sein.

Eine besonders turbulente Strömung der Lösung an den Rohren des Kühlers wird dadurch erreicht, daß der Raum des Kühlers mit seinen Rohrplatten und Rohren einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks aufweist, dessen Breite höchstens ein Drittel seiner Länge ist. Besonders übersehbare Wärmeübereangsvorgänge werden dadurch erreicht, daß die Rohre bezüglich des Weges des Kühlmittels durch den Kühler in Etagen angeordnet sind, und zwar in den Etagen miteinander parallel geschaltet sind, die Etagen aber hintereinander geschaltet sind.

Es ist günstig, wenn ein Teil des Kühlens durch Beimischen der frisch zugeführten Lösung zu der bereits abgekühlten und im Behälter umgewälzten Lösung erfolgt. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Flüssigkeitsinhalt des Nebenraumes, welcher im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung dem Raum des Kühlers nachfolgt, so groß ist wie der Flüssigkeitsinhalt der Lösung im Kühler, wobei die Vorrichtung zum Zuführen der Lösung in die Umleitung einmündet und die Vorrichtung zum Abführen der Lösung an einer höheren Stelle als die Zuführung, insbesondere an der höchsten Stelle des Behälters angeordnet ist.

Die Zugänglichkeit der Rohre zur evtl. Reinigung von Vertrustungen ist dadurch gewährleistet, daß die Rohrplatten zusammen mit den Rohren aus dem Kühlkristallisator in Längsrichtung der Rohre ausziehbar sind, oder daß mindestens eine Wand des Kühler:, mit einem abdeckbaren Fensterloch für die Reinigung der Außenwand der Rohre versehen ist, und weiter, daß die beiden Rohrplatten an ihrer Außenseite mit abnehmbaren Stirndeckeln versehen sind, wodurch die Innenwand der Rohre für die Reinigung zugänglich ist.

Wenn die Umleitung zwischen zwei Ebenen liegt, welche durch die beiden den Behälter begrenzenden zu den Achsen der Rohre des Kühlers parallelen Wänden bestimmt sind, läßt sich aus den erfindungsgemäßen Kühlkristallisatoren als Baukasteneinheiten eine Kristallisationsanlage zusammenbauen, bei welcher der zur Verfügung stehende Raum wegen der prismenartigen Form der Baukasteneinheiten gut ausgenutzt wird.

Durch die auf verschiedenste Weise mögliche Kombination bei dem Zusammenstellen einer solchen Kühlkristallisationsanlage aus den erfindungsgemäßen Kühlkristallisatoren können die notwendigen physikalischen Bedingungen des gegebenen Kristallisationsprozesses genau erreicht werden. Mit dem angewendeten Baukastenprinzip können einzelne Teile ohne großen Zeitverlust bei vorkommenden Störungen ersetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dar Zeichnung näher beschrieben und erklärt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kühlkristallisator nach einer ersten Ausführung,

Fig.2 zeigt einen seitlichen Anblick auf den Kühlkristallisator in Fig. 1 aus der Richtung des zu ίο F i g. l zeigenden Pfeiles,

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung im Längsschnitt und

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Kühler eines Kühlkristallisators mit schräggeführten Rohren. Der Kühlkristallisator nach der ersten Ausführung hat einen prismenartigen Behälter 1 mit einem in diesem Behälter 1 angeordneten Kühler 2 mit Rohren 3 als Wärmeaustauschelemente. Die Rohre 3 werden an ihrer Innenwand von einem Kühlmittel und an ihrer Außenwand von einer zu kühlenden Lösung bespült. Eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen '!er Lösung (die Vorrichtung ist nicht gezeichnet) ist dem Behälter 1 beigeordnet und ist mit dem Lösungseintrittsstutzen 4 bzw. Lösungsaustrittsstutzen 5 verbunden. Weiter ist dem Behälter 1 eine auch nicht gezeichnete Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen des Kühlmittels beigeordnet, welche mit dem Kühlmitteleintrittsstutzen 6 bzw. KühlmittelaustriUsstutzen 7 verbunden ist, Ein Rührwerk 8 mit einem Propeller 9 ist eingesetzt zur Umwälzung der Lösung in dem Behälter 1. Zwei einander gegenüberliegende Wände 10 und 11 des prismenartigen Behälters 1 sind als Rohrplatten für gerade, zueinander parallele, durch den Behälter 1 geführte Rohre 3 ausgebildet. Die Rohre 3 stehen quer zu einer von dem Rührwerk 8 bzw. dem Propeller 9 ausgeübten Umwälzungsströmungsrichtung (Pfeile in F i g. 1) der Lösung.

Der Raum des Kühlers 2, welcher durch die als Rohrplatten ausgebildeten Wände 10 und 11 und weiter durch die Seitenwände 12 und 13 eingegrenzt ist und durch welchen die Rohre 3 geführt sind, weist einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks auf, dessen Breite B höchstens ein Drittel seiner Länge L ist Die Rohre 3 sind bezüglich des Weges des Kühlmittels durch den Kühler 2 so angeordnet, daß sie in horizontaler Richtung in Etagen geschaltet sind (im Längsschnitt ist die einzelne Etage nur als ein Rohr 3 zu sehen). In diesen Etagen sind die einzelnen Rohre miteinander parallel geschaltet. Die Etagen aber sind hintereinander in Reihe geschaltet. In dem Behälter sind neben dem Raum des Kühler 2 noch zwei Nebenräume 14 und 15 freigelassen. Diese Nebenräume 14 und 15 sind miteinander einerseits nur über den Raum des Kühlers 2 verbunden, während sie andererseits mittels einer außerhalb des Behälters 1 liegenden Umleitung 16 verbunden sind, in dieser Umleitung 16 ist der Propeller 9 des Rührwerks angeordnet. Die zu kühlende Lösung bewegt sich im wesentlichen im Gegenstrom zum Kühlmittel, welches durch den Kühlmitteleintrittsstutzen 6 in die Rohre 3 des Kühlers eintritt und aus diesem durch Kühlmiuelaustrittsstutzen 7 abgeführt wird. Der Flüssigkeitsinhalt des Nebenraumes 14, welcher im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung dem Raum des Kühlers 2 nachfolgt, ist so groß wie der Flüssigkeitsinhalt der Lösung im Raum des Kühlers 2. Die Vorrichtung zum Zuführen der Lösung (nicht gezeichnet) mündet in die Umleitung 16 durch den Lösungseirlrittsstutzen 4 ein. Die Vorrichtung zum

Abführen der Lösung (nicht gezeichnet) ist mit dem Lösungsaustrittsstutzen 5 verbunden, also an einer Stelle, die höher liegt als der Lösungseintrittsstutzen 4, in diesem Fall an der höchsten Stelle des Behälters t. Die Einrichtung zum Zuführen der Lösung (nicht gezeichnet) mündet durch den Lösungseintrittsstutzen 4 in die Umleitung 16 an der Stelle ein, die sich im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung vor dem Propeller 9 befindet. Der Kühler 2 mit den als Rohrplatten ausgeführten Wänden 10 und 11 ist zusammen mit den Rohren 3 als Einheit ausgebildet und ist als ganzes aus dem Behälter 1 in Längsrichtung der Rohre 3 ausziehbar (nicht gezeichnet).

Wegen der Zugänglichkeit der Außenwände der Rohre 3 ist die Seitenwand 12 des Behälters 1 abklappbar. Zu demselben Zweck könnten mindestens von einer Seite des Kühlers 2 her, d. h. in der Wand 12 und/oder 13 abdeckbare Fensterlöcher vorgesehen werden.

Wegen der Zugänglichkeit der Innenwände der Rohre 3 sind die beiden als Rohrplatten ausgeführten Wände 10 und 11 mit demontierbaren Stirndeckeln 17 und 18 versehen.

Der Kühlkristallisator in Fig.3 unterscheidet sich von dem eben beschriebenen lediglich dadurch, daß die ganze Konstruktion um 90° umgedreht ist. Der Lösungseintrittsstutzen ist mit 19 bezeichnet, der Lösungsaustrittsstutzen mit 20. Der Kühlmitteleintrittsstutzen ist mit 21 bezeichnet, der Kühlmittelaustrittsstutzen mit 22. Der Rührwerkpropeller ist mit 23 bezeichnet. Auch in diesem Kühlkristallisator fließt die

ίο zu kühlende Lösung im wesentlichen im Gegenstrom zum Kühlmittel.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführung des Kühlers sind die einander gegenüberliegenden Wände 24 und 25 als Rohrplatten für die geraden und zueinander parallelen Rohre 26 ausgeführt. Die Rohre 26 sind um einen Winkel bis 10° schräg durch die Rohrplatten 24 und 25 geführt. Die Umleitung 16 liegt zwischen zwei Ebenen, welche durch die zwei Wände 12 und 13 des Behälters 1 bestimmt sind. Diese Wände 12 und 13 begrenzen seitlich den Behälter 1 und verlaufen parallel zu den Längsachsen der Rohre 3 des Kühlers 2. Die Umleitung 16 ist deswegen in der F i g. 2 nicht zu sehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Kühlkristallisator mit einem in einem Behälter angeordneten Kühler, weicher Rohre als Wärmeaustauscheiemente aufweist und welchem eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen eines Kühlmittels beigeordnet ist, wobei in dem Behälter neben dem Raum des Kühlers noch zwei Nebenräume freigelassen sind, welche miteinander einerseits nur über den Raum des Kühlers, andererseits mittels einer Umleitung verbunden sind, und wobei weiter zur Umwälzung der Lösung eine Rührwerk mit Propeller eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) prismenartig ausgebildet ist, wobei zwei einander gegenüberliegende Wände (10,11 bzw. 24,25) des prismenar'.igen Behälters (1) als Rohrplatten für gerade, zueinander parallele, durch den Behälter (1) geführte Rohre (3 bzw. 26) des Kühlers (2) ausgebildet sind, wobei die Rohre (3 bzw. 26) quer oder in einem Winkel bis 10° schräg von dem Rührwerk (8) ausgeübten Umwälzungsströmungsrichtung der Lösung angeordnet sind und an ihrer Innenwand von einem Kühlmittel und an ihrer Außenwand von der zu kühlenden Lösung bespült sind, und daß dem Behälter eine Vorrichtung zum regulierbaren Zu- und Abführen der Lösung beigeordnet, ist.

2. Kühlkristallisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum des Kühlers (2) mit seinen Rohrplatten (10, 1!) und Rohren (3) einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks aufweist, dessen Breite (B) höchstens ein Drittel seiner Länge (L) ist.

3. Kühlkristallisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) bezüglich des Weges des Kühlmittels durch den Kühler (2) in Etagen angeordnet sind und zwar in den Etagen miteinander parallel geschaltet sind, die Etagen aber hintereinander geschaltet sind, und daß der Propeller (9) des Rührwerks (8) in der Umleitung (16) angeordnet ist.

4. Kühlkristallisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsinhalt des Nebenraumes (14), welcher im Sinne der Umwälzungsströmung der Lösung dem Raum des Kühlers (2) nachfolgt, so groß ist wie der Flüssigkeitsinhalt der Lösung im Kühler (2), wobei die Vorrichtung zum Zuführen der Lösung in die Umleitung (16) einmündet und die Vorrichtung zum Abführen der Lösung an einer höheren Stelle (5) als die Zuführung, insbesondere an der höchsten Stelle des Behälters (1) angeordnet ist.

5. Kühlkristallisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatten (10, 11) zusammen mit den Rohren (3) aus dem Kühlkristallisator in Längsrichtung der Rohre (3) ausziehbar sind.

6. Kühlkristallisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand (12 oder 13) des Kühlers (2) mit einem abdeckbaren Fensteiioch versehen wird, für die Reinigung der Außenwand der Rohre.