WO2006111565A2 - Verfahren zur regelung einer hydraulischen waschkolonne - Google Patents

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WO2006111565A2
WO2006111565A2 PCT/EP2006/061714 EP2006061714W WO2006111565A2 WO 2006111565 A2 WO2006111565 A2 WO 2006111565A2 EP 2006061714 W EP2006061714 W EP 2006061714W WO 2006111565 A2 WO2006111565 A2 WO 2006111565A2
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column
suspension
wash
crystal bed
crystals
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PCT/EP2006/061714
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Jörg Heilek
Klaus Joachim MÜLLER-ENGEL
Ulrich Hammon
Thomas Walter
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Basf Aktiengesellschaft
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C51/43—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change of the physical state, e.g. crystallisation

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a hydraulic scrubbing column (see Fig. 1, to which the following numerical addresses and the numerical addresses refer in the claims), which has a cylindrical envelope (1) defining the column and in the extending parallel to the cylinder axis one or more filter tubes (2) through the column having in the vicinity of the second end of the column in the filter tube wall at least one filter (3), which is the only direct connection between the standing under the pressure P1 Filterrohrinneren and forms the interior of the column, in which one
  • the present invention relates to the control of a hydraulic scrubbing column operated to purify the separation of acrylic acid crystals from their suspension in contaminated acrylic acid as described in WO 01/77056, WO 04/35514, WO 03/41833, WO 02/9839 , WO 03/41832, DE-A 100 36 881, WO 02/55469 and WO 03/78378.
  • the numeric addresses in this document always refer to the figures enclosed with this document.
  • cylindrical and tubular are to be understood in this document to include all geometric shapes (bodies) whose cross-section is circular or circular (e.g., elliptical or polygonal (e.g., regular square, hexagon, or octagon).
  • mother liquor should be understood in this document to include in particular melts of the substance to be purified and impurities and / or solutions of the substance to be purified and solvents or solvent mixtures and impurities.
  • the term "melt of ablated crystals as wash liquid stream” is preferably intended to include melt of ablated crystals, but also saturated solutions of ablated crystals in solvents or solvent mixtures
  • Acrylic acid either alone or in the form of its salts or its esters, is of particular importance for the preparation of polymers for a very wide variety of applications (eg adhesives, superabsorbents, binders).
  • the desired substance usually does not fall as a pure product, but rather as part of a compound mixture which, in addition to the desired substance, contains impurities, such as unreacted starting compounds, solvents, by-products or undesired monomers.
  • the desired substance is a crystallisable compound (for example acrylic acid) which can be present after the synthesis process in a liquid compound mixture or can be converted into it (cf., for example, EP-A 1 015411, DE-A 196 06 877, DE -A 103 36 386, EP-A 792 867, DE-A 102 35 847, WO 03/078378, WO 02/055469 in the case of acrylic acid or methacrylic acid), the suspension crystallization (in particular from the melt) is recommended as a purification method for the desired substance, which is a very effective and inexpensive process to achieve high purity of a desired chemical compound.
  • a crystallisable compound for example acrylic acid
  • the suspension crystallization has the advantage over the layer crystallization that it can be carried out in a continuous process.
  • the purity of the crystals is very high due to their comparatively slow growth rate.
  • high product throughput can be achieved with suspension crystallization because crystallization is associated with a large total area available for growth due to the large number of concurrently growing crystallites.
  • the suspension crystallization can take place both from a solution and from a melt.
  • a crucial step, which decisively influences the purity of the crystallized target product, is the separation of the high-purity crystals from their mother liquor, which contains the impurities in enriched form and the uncrystallized portions of the target product, by a solid / liquid separation process.
  • washing columns have proved suitable for the above separation task. They include a, typically cylindrical, wall (envelope) which confines a process space.
  • Preceding the process space is often a distributor space into which the crystal suspension to be separated in the wash column is fed. On their way from the distributor space into the process space, the crystal suspension is distributed largely uniformly over the cross section of the process space.
  • a denser crystal bed is produced, in particular by mother liquor removal, and this is conveyed through the process space (this can be done in columns with forced transport of the crystal bed both from top to bottom and from bottom to top).
  • the cross-section of the process space is normally constant over its length.
  • As washing liquid a melt of previously separated in the column crystals (or a saturated solution thereof in solvents or solvent mixtures) is passed in countercurrent through the crystal bed.
  • washing columns with forced transport (or conveying) of the crystal bed differ in that in the conveying direction (or transport direction) of the crystal bed there is at least one promoting force which acts differently from gravity.
  • Mechanical wash columns contain a mechanical forced conveyor for the crystals.
  • this may be a semi-permeable stamp, which is impermeable to the mother liquor but impermeable to the crystals in the supplied suspension (cf., Fig. 3 of WO 03/041832) and whose displacement produces the pressure for densification and promotion of the crystal bed becomes.
  • the compression to a crystal bed and its promotion can in a mechanical Waschko- lonne but also by separation of the mother liquor through filters and mechanical transport of the crystals from the filter to the crystal bed by a rotating conveyor element (eg screws, stirrers, spirals or spirals) take place (see. Fig. 4 of WO 03/041832).
  • the filters can also be integrated into the rotating conveyor elements. Separation processes in mechanical wash columns are not the subject of the process according to the invention.
  • the crystal suspension at one end of the wash column is fed to the pressurized cylindrical wash column (e.g., by pumps (6) of Figure 1 or by hydrostatic head).
  • Parallel to the cylinder axis extends at least one filter tube ((2) in Fig. 1) through the column, pointing away from the crystal suspension supply at least one filter ((3) in Fig. 1), which is the only direct connection between the under a pressure P1 standing Filterrohrinneren and the interior of the column forms.
  • the filter tubes protrude into the washing zone, but are no longer hollow in this region of the washing column (see, for example, WO 01/77056, WO 03/41833 and WO 03/41832).
  • This part of the filter tubes is also called a filter tube displacer.
  • the liquid flow impressed by the feed column pressure P2> P1 generates a compaction of the crystals into a crystal bed and its promotion.
  • the mother liquor flows out of the wash column via the filters O 'on the side of the filter can be normal pressure, negative pressure or superatmospheric pressure prevail).
  • the crystal bed has a so-called build-up front ((11) in FIG. 1), at which crystals of the introduced crystal suspension continuously accumulate.
  • the construction front thus indicates the transition from the suspension to the crystal bed and is characterized by a relatively abrupt increase in the crystal content in the suspension. It separates the suspension zone ((17) in Fig. 1) from the crystal bed. In many cases, the construction front is also referred to as filtration front.
  • continuously washed crystals are removed ((14) in FIG. 1). This can be done for example by means of a kind of rotor blade or with the help of scrapers, which continuously remove crystals from the crystal bed.
  • the continuous removal of crystal can also be carried out as described in WO 03/063997.
  • There is a suitable pulse of the wash melt causes a continuous Deintegration of crystals from the crystal bed. Due to the continuous deposition of crystals on the build-up front on the one hand and the continuous removal of washed crystals on the opposite end of the crystal bed on the other hand, the transport direction of the crystal bed is defined (they can both top-down and from bottom to top).
  • the crystals removed from the crystal bed are, preferably after their resuspension in pure melt (or in solvent or solvent mixtures), melted by heat transfer (or dissolved, preferably saturating).
  • a part of the melt (the pure melt) is discharged as a pure product stream ((20) in Fig. 1) and another part of the pure melt is returned as a washing liquid against the transport direction of the crystal bed at its end facing away from the mounting front end in the process chamber (pushed back).
  • the washing liquid has melting point temperature.
  • the resuspension preferably takes place in a separate space (the suspending space) adjoining the crystal bed end (usually no longer attributed to the wash column), into which, for example, the rotor knife enters the removed crystals ((21) in FIG.
  • This suspension is then conveniently passed in a melt circuit ((22) in FIG. 1) via a heat carrier ((15) in FIG. 1) via which the heat required for melting the crystals is introduced indirectly.
  • a melt circuit ((22) in FIG. 1)
  • a heat carrier ((15) in FIG. 1) via which the heat required for melting the crystals is introduced indirectly.
  • 70 to 80 wt .-%, in favorable cases (eg pronounced recrystallization in the washing zone) even> 80 to 100 wt .-% of the molten crystals are removed as the pure product ((20) in Fig. 1) from the melt cycle.
  • the adjustment of the withdrawn amount of pure product is expediently carried out via a product control valve ((23) in FIG. 1).
  • the promotion in the melt circuit is advantageously carried out with a feed pump ((24) in Fig. 1).
  • the circulating amount in the melt circuit is advantageously 2 to 30, usually 5 to 20 m 3 / h per m 3 (calculated as molten) of removed purified crystals. That is, the resuspension has application technology expediently a lower crystallizate content, which favors their promotion. How much pure melt from the melt cycle as a wash melt penetrates into the wash column is suitably regulated by the pressure in the melt circuit (suspending space) (this is determined indirectly via the setting of the product control valve). As a rule, it is a subset of the amount of crystals removed.
  • the melting of the crystals to be removed can also be carried out directly in the wash column (for example via correspondingly installed devices for heating at the end of the process chamber facing away from the construction front). It is the column then removed only e ⁇ n part of the melt produced. The other part rises in the hydraulic wash column as a wash melt.
  • wash front defined as the location in the crystal bed where the highest temperature and concentration gradients In the wash front, the temperature practically jumps from the lower mother liquor temperature to the higher pure melt temperature, above and below the wash front are substantially Since pure melt and mother liquor in the wash front collide (as already mentioned) roughly at the height of the wash front, there is also a concentration jump of the unwanted impurities from mother liquor concentration to pure melt concentration
  • the front of the building is referred to as the mother liquor zone and the area from the wash front to the end of the crystal bed facing away from the construction front is referred to as the pure melt zone.
  • the cross-section of the process space of a hydraulic wash column may be circular, oval or angular (e.g., regular polygonal).
  • the wash front must be positioned at a certain minimum height above the crystal ablation.
  • the construction front must also be well positioned to ensure effective operation of a hydraulic wash column.
  • the crystal bed Since the crystal bed is transported by the force resulting from the hydraulic pressure loss of the mother liquor (mother and control liquor) in the washing zone beyond the filter, it is energetically unfavorable for the operation of a hydraulic wash column when the concentration zone (the Area of the crystal bed from the construction front to the beginning of the washing zone) is too extensive. With increasing length of the concentration zone, the friction increases and, concomitantly, the flow pressure loss increases. Conversely, an insufficient length of the concentration zone is disadvantageous in that it may not be sufficient to form a sufficiently compacted crystal bed. In addition, too low a flow pressure loss can not transport the crystal bed in a fully satisfactory manner.
  • concentration zone the Area of the crystal bed from the construction front to the beginning of the washing zone
  • Such disturbances can be, for example, fluctuations in the mass flow of the suspension, changes in the crystal content in the suspension, variations in the crystal size distribution or fluctuations in the product mixture fed to the crystallizer from the synthesis process.
  • the position of the wash front is usually regulated by the adjustment of the amount of wash melt. This can be done, for example, as described in DE-A 100 36 881 and WO 02/09839. Since the position of the build-up or filtration front is influenced by the hydraulic conditions (they determine the feed rate of the crystal bed) in the wash column, according to the teachings of DE-A 100 36 881 and WO 02/09839, it is suitable Part of the mother liquor withdrawn via the filters (and, if appropriate, wash liquor and, if appropriate, control liquor) for influencing the hydraulic pressure loss and thus influencing the feed force in the wash column as control liquor ((9) in FIG.
  • control liquor to be returned is expediently set by means of a corresponding control flow pump ((8) in FIG. 1), eg by changing the speed and / or an additional control valve.
  • a control liquor but also of mother liquor different or identical with mother liquor containing the substance to be purified, melts and / or solutions (which are preferably saturated with the substance to be purified) into consideration from external (ie, not from the wash column itself
  • Sources eg from the crystallizer and / or other process stages in the context of the preparation of the substance to be purified) can be obtained.
  • control liquor mixtures of the above and below mentioned Steuerlaugety- pen can be used.
  • the control liquor can also be pressed by hydrostatic height in the wash column.
  • both feed variants can also be used in combination.
  • mother liquor is taken directly from the crystallizer used for producing the suspension stream ((4) in FIG. 1) or the suspension contained therein.
  • the control liquor has no higher purity than the mother liquor in order to largely avoid recrystallization in the concentration zone. That is, even the starting melt used for suspension crystallization itself is considered as a control liquor.
  • suitable control oils are liquids in which the substance to be purified on the one hand is poorly or not at all soluble, and on the other hand have a fixed point which is below the temperature of the crystal suspension supplied to the wash column. If, for example, the crystal bed in the hydraulic scrubbing column according to FIG. 1 increases in continuous operation (the assembly front shifts upward), the mass flow of the control liquor (and with it the hydraulic flow pressure loss of the parent and control current liquor in the scrubbing column) is increased and with a sinking crystal bed he is reduced.
  • the change in the mass flow of the control liquor can be carried out according to a defined characteristic, for example as a linear flow rate change with time.
  • the quantity flow of the suspension (4) itself can be increased or reduced in a corresponding manner to control the position (of the position) of the assembly front.
  • control solution is pressed into the wash column at several points (at several heights) between the end of the wash column opposite the crystal removal and at the beginning of the filter (this normally has to be done with different pressures, these can be adjusted by means of valves and correspond to the respective one) Feed point in the scrubbing column existing pressure, or are slightly above the same) (in this case, the pressed into the wash column control liquors may also have a different chemical composition, they are preferably chemically identical), an increase or decrease of the (total) control flow rate carried out so will be that each of the tax liquor streams is increased or decreased in its amount.
  • control liquor streams may also comprise "reactive currents.” These are control liquor streams whose amount is kept stable regardless of the behavior of the build-up front.They essentially make up a basic contribution to the control
  • the wash column is forced into (into the suspension zone) (with the pressure P 2) and advantageously this control flow consists exclusively of liquor (9) in the leached liquor from the washing column (FIG the control pump S ((8) in Fig. 1) is guided (pumped) in the wash column.
  • control leach stream can also be conducted into the wash column by feeding it (for example before and / or after the pump (6)) to the suspension stream (4) to be fed to the wash column.
  • both WO 02/09839 and DE-A 100 36 881 recommend optical position detection.
  • a disadvantage of an optical position detection is that at least where it has to be done, the cylindrical envelope of the wash column must be made of a transparent material (eg glass).
  • the envelope enclosing the process space of a hydraulic wash column is made of metal.
  • transparent windows can be installed in a metal wall, a pressure-tight (as is the case in the case of a hydraulic washing column) production of the same manufacturing technology is not easy and their application, especially in hazardous materials safety not safe.
  • the object of the present invention was therefore to provide an improved Verfalv ren for controlling the position of the mounting front in a hydraulic wash column, in which to determine the current at the time in the hydraulic wash column mass flow of control liquor and / or suspension a more advantageous measure than is used in the prior art.
  • a method for controlling a hydraulic scrubbing column has a cylindrical envelope (1) delimiting the column and in which one or more filter tubes (2) extend parallel to the cylinder axis through the column adjacent to the second End of the column in the filter tube wall at least one filter (3), which forms the only direct connection between the filter tube inside under pressure P1 and the interior of the column, in which one
  • the pressure differences ⁇ PSK are preferably used in their form ⁇ PSKB, which is adjusted by the hydrostatic pressure difference, for determining the mass flow of the control liquor and / or suspension (4) fed into the wash column.
  • agent e.g., rotor knife
  • pressure adjusted by the hydrostatic pressure means the pressure prevailing at a certain point of the hydraulic scrubbing column minus the “hydrostatic” pressure prevailing at this point. In terms of language, this pressure should be referred to in this document as “adjusted pressure” P.
  • hydrostatic pressure here means the pressure exerted by the weight of the column located above this point.
  • the adjusted pressure is substantially constant and is at the driving pressure level P2. Then it falls progressively down to the filter height behind the construction front within the crystal bed (within the concentration zone).
  • the adjusted pressure has a washing pressure level. This is the pressure with which the wash melt is recycled to the wash column. This pressure also drops within the wash zone (often approximately linear).
  • the driving pressure and the washing pressure are related to each other in a friction-dependent fixed relationship. If one now determines the difference between the adjusted pressure of a point within the suspension zone and the adjusted pressure of a point within the zone protruding from the construction front to the end of the crystal bed (preferably within the concentration zone), this pressure difference ⁇ PS KB is a measure of the momentary pressure Operating state of the wash column and can be used advantageously for determining the leading to the wash column flow rates of control liquor and / or suspension.
  • the immediate values .DELTA.PSK in their form which is unadjusted by the hydrostatic pressure difference (around the hydrostatic differential pressure), can be used for establishing the mass flows of the control liquor and / or suspension (4) to be fed into the scrubbing column.
  • values ⁇ PSK adjusted by the hydrostatic differential pressure i.e. values ⁇ PSKB, are used for this determination.
  • ⁇ PSK stands for " ⁇ PSK” and “ ⁇ PSKB”, unless otherwise stated. That is, everything that is valid in the following as valid for ⁇ PSK, so also applies to the associated ⁇ PS K B.
  • all reference points used to determine a ⁇ PSK, in the zone projecting from the construction front to the end of the crystal bed, are in the region between the crystal removal and the feed point of a control stream which is closest to the crystal removal and forms no reactive current.
  • this closest feed point is at least one fifth, preferably at least a quarter, and more preferably at least one third of the length of the concentration zone from the beginning of the filter (viewed from the front of the assembly).
  • ⁇ PSK changes (provided the position of the two measurement points within the wash column is maintained). If the construction front in FIG. 2 begins to move downwards, ⁇ PSK becomes smaller. This is the signal to reduce the pilot flow rate and / or increase the suspension flow (4). loading If the construction front in FIG. 2 starts to move upwards, ⁇ PSK becomes larger. This is the signal to increase the Steuerlaugemengenstrom and / or reduce the suspension flow (4).
  • ⁇ PSK is readily accessible by mounting into the cylindrical envelope two open bores (preferably at the periphery of the wash column, one above the other, i.e., equally positioned).
  • One of the two bores is at a height of the suspension zone (e.g., (8) in Fig. 2) and the other of the two bores is e.g. at a level of the concentration zone (e.g., (7) in Fig. 2), or generally at a level within the zone extending from the construction front to the end of the crystal bed.
  • Lines connecting to the open bores each lead to the measuring head, which immediately detects the pressure difference prevailing between the two boring points and which, as a rule, converts them into another signal, e.g. into an electrical signal, transformed.
  • the pressure difference detected in the measuring head normally no longer contains the hydrostatic pressure difference between the two bores, that is, it is automatically adjusted by the measuring method used. In this case, the measurement gives directly ⁇ PSKB.
  • each line can also be routed to a separate measuring head assigned to it. If the measuring heads are at the same height, the relevant ⁇ PSKB results by simply differentiating the pressures detected in the measuring heads. In a particularly simple manner ⁇ PSKB can be determined by means of a pressure difference measuring membrane. One of the two leads terminates on the left side of the membrane and the other of the two leads terminates on the right side of the membrane. The measuring head containing the membrane indicates directly ⁇ PSKB.
  • the two lines are filled with liquid, so they do not clogged.
  • suitable liquids include, for example, mother liquor and pure melt.
  • a suspension of water-soluble crystals eg of acrylic acid crystals
  • water as such filling liquid is expedient.
  • water has no tendency to undergo radical polymerization, and water also has a pronounced solubility for acrylic acid crystal growing on or in the open holes.
  • the water contains a small amount of polymerization inhibitor dissolved (eg phenothiazione, monomethyl ether of hydroquinone, p-nitrosophenol, hydroquinone, Nitrosodiethylanilin, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetrarnethylpiperidin-N-oxide and / or 4-0x0- 2,2,6,6-tetramethylpiperidine N-oxide).
  • polymerization inhibitor dissolved
  • the aqueous filling of the conduits is exchanged from time to time or continuously during the continuous operation of the scrubbing column.
  • the respective hole closes smooth on the inside of the envelope of the hydraulic scrubbing column, so as not to form any resistance in transporting the crystal bed.
  • the diameter of the inlet opening of such open bores is seen from inside the column for the purpose of measuring .DELTA.PSK in terms of application suitably ⁇ 5 mm, often ⁇ 3 mm and generally> 0.1 mm.
  • a bore diameter that tapers continuously or in a stepped manner towards the inside of the column.
  • the concentration zone there is an open hole along the concentration zone, based on the overall length thereof, at least one third of the length, more preferably at least two thirds and most preferably at least three longitudinal quarters beyond the assembly front.
  • the open bore along the concentration zone can also be at filter height. Positioning of the ⁇ PSK reference point not located in the suspension zone within the washing zone is less preferred according to the invention.
  • hydrostatic pressure differential may also be calculated (the mass densities are known) and subtracted from the measured pressure differential ⁇ PSK (for example, when the lines are routed from the open holes to pressure gauges located at different heights).
  • the ratio V of two pressure differences ( ⁇ PSK) 1 and ( ⁇ PSK) 2 (which preferably is used to determine the quantity flow of the control liquor fed into the scrubbing column or back to the scrubbing column and / or to determine the mass flow of the suspension stream (4) each being adjusted for the respective hydrostatic pressure difference), which are characterized in that their respective reference points are at different heights in the concentration zone (or generally in the zone projecting from the construction front to the end of the crystal bed). Their respective reference points in the suspension zone are preferably at the same level. In principle, however, these can also assume different altitudes from each other. Also, one and the same reference point in the suspension zone can be used for both pressure differences.
  • this ratio V is a value> 0 (the value 0 corresponds to a vanishing crystal bed length) and ⁇ 1 (the value 1 corresponds to an unlimited crystal bed length), frequently> 0.1 (or> 0.2) and ⁇ 0, 8 have. This is especially true when the two not lying in the suspension zone reference points are in the concentration zone.
  • V changes and triggers a change in the mass flow of the control liquor and / or suspension (4). If the build-up front in FIG. 1 moves upwards, V increases and triggers an increase in the added quantity of control liquor and / or a decrease in the volume flow supplied to the suspension (4). When the assembly front in FIG. 1 travels downwards, V drops and triggers a decrease in the amount of flow of control liquor added and / or an increase in the amount of flow of the suspension (4).
  • V as an indicator of a change in position of the construction front
  • a change in the position of the construction front causes different causes (eg an altered amount of liquid flowing through the crystal bed and / or altered crystal forms and / or sizes) for a change of ⁇ PSK have the same effect on ( ⁇ PSK) 1 and ( ⁇ PSK) 2, and therefore neutralize their effect on the formation of the quotient V.
  • ( ⁇ PSK) 1 and ( ⁇ PSK) 2 are possible in a simple manner, for example, in a hydraulic washing column according to FIG. 2 along the concentration zone (or generally in the zone projecting from the construction front to the end of the crystal bed).
  • the open bore (7) attaches another open bore (9) (preferably the open holes (7), (9) and (8) are not offset from each other at the periphery of the hydraulic wash column, but mounted directly below each other).
  • a plurality of, for example, up to 5 or 4 (preferably drilled to identical heights) triple at open bores (7), (8) and (9) can be mounted around the circumference of the hydraulic washing column.
  • the flow rates of control liquor and / or suspension (4) will advantageously be increased or decreased in terms of application technology only if the majority of ratios V has a metrologically resolvable deviation in the same direction.
  • the motive pressure (indicated as overpressure against atmosphere) in a hydraulic scrubbing column is often up to 10 bar, often up to 6 bar and often 1 to 5 bar or 0.5 to 4 bar.
  • the hydraulic flow pressure loss of the mother liquor is generally> 100 mbar to ⁇ 5 bar or ⁇ 10 bar.
  • the blade speed is usually at values> 0 and ⁇ 100 / min, or ⁇ 60 / min.
  • the temperature in the melt circuit is usually 0.01 to 5 0 C, often 0.1 to 3 0 C above the melting temperature of the removed washed crystals.
  • the total height of the crystal bed in a hydraulic wash column is typically 300 to 2000 mm, often 500 to 1500 mm, often 400 mm to 1000 mm.
  • the length of the filter elements is often 20 to 200 mm. Regarding the filter perforation, the explanations on page 7 of WO 03/041833 can be followed.
  • the length of the filter tube displacer is regularly 100 to 500 mm.
  • Typical internal diameters of a hydraulic scrubbing column are from 300 to 3000 mm.
  • Typical internal diameters of the filter tubes are 5 to 200 mm, often 10 to 100 mm, often 20 to 80 mm.
  • the number of filter tubes may be 3 to 200 or more in the case of a large-scale application according to the invention.
  • the length of the washing zone is typically 0.5 to 20 times, preferably 1 to 8 times and very particularly preferably 2 to 5 times the distance of the filter tube closest to the envelope to the envelope (as a rule this is Distance 25 to 500 mm, often 40 to 250 mm, often 80 to 200 mm).
  • the distance of the two preferably located in the concentration zone (or generally in the protruding from the construction front to the end of the crystal bed zone) Reference points (the distance of the corresponding open holes) 10 to 1000 mm, preferably 50 to 500 mm and more preferably 100 to 300 mm or 200 mm.
  • the distance of the mounting front nearest the two preferably located in the concentration zone reference points to the mounting front is according to the invention suitably 100 to 2000 mm, advantageously 200 to 1000 mm.
  • the advantages of the method according to the invention are, in particular, its economic efficiency and the fact that it is a continuously applicable control or control method. It is particularly applicable in hydraulic wash columns, as described in WO 03/041833 and in WO 03/041832.
  • the differential temperature between mother liquor and pure melt can be up to 15 0 C and more. In many cases, the differential temperature is 4 to 10 0 C and with low impurity content of the mother liquor often only 2 to 4 0 C.
  • the process according to the invention is suitable, in particular, for purifying separation of acrylic acid crystals (or methacrylic acid crystals) from their suspension in contaminated acrylic acid melts (or methacrylic acid melts), as described in WO 01/77056, WO 02/055469 and US Pat WO 03/078378 are described.
  • the thickness D of the crystals is usually in the range of 20 to 600 microns, often 50 to 300 microns.
  • the length L of the crystals is usually in the range of 50 to 1500 ⁇ m, often 200 to 800 ⁇ m.
  • suspensions e.g. obtainable by suspension crystallization of crude acrylic acids containing:
  • suspensions e.g. obtainable by suspension crystallization of crude acrylic acids containing:
  • acrylic acid > 70% by weight of acrylic acid, up to 20% by weight of water, up to 15% by weight of acetic acid, up to 5% by weight of propionic acid, up to 5% by weight of low molecular weight aldehydes, up to 3% by weight.
  • suspensions e.g. obtainable by suspension crystallization of crude acrylic acids containing:
  • acrylic acid From 90 to 98% by weight of acrylic acid, from 0.2 to 5% by weight of water, 0.001 to 3% by weight of acrolein, 0.001 to 3% by weight of methacrolein, 0.01 to 3% by weight of acetic acid, 0.001 to 3% by weight of propionic acid, 0.001 to 3% by weight of further aldehydes, and 0.001 to 3% by weight of maleic acid.
  • the suspension crystallization in at least two, or in at least three parallel operated suspension crystallizers. From these, the crystal suspensions are passed into a common buffer vessel, in which the resulting total crystal suspension is continuously homogenized, mixed.
  • at least two, particularly advantageously at least three hydraulic washing columns operated in parallel are then fed out of the buffer container. Both the start-up of the suspension crystallizers operated in parallel and the start-up of the parallel operated hydraulic washing columns can be carried out with a time delay or in parallel. Encrustations then also take place with a time delay and can be eliminated in a corresponding manner with a time delay.
  • the individual scrubbing column and the individual suspension crystallizer is thereby planned in terms of engineering so that two persons in operation can also take over the quantities of the third party, which may have failed.
  • Preferred suspension crystallizers to be used are e.g. described in WO 04/35514.
  • the method according to the invention is also suitable in the case of other crystal suspensions, as described e.g. in EP-A 97405 are described with Xylolkristallsuspensionen. It is also favorable in the case of N-vinylpyrrolidone crystal suspensions.
  • a significant advantage of the procedure according to the invention is that it can also be applied to hydraulic wash columns which have a metallic envelope.
  • These may be both pure metals, but also alloys, eg carbon steels, iron-based alloys (stainless steel, eg with Cr / Ni admixture) or nickel-base alloys (eg Hastelloy grades).
  • the substance to be removed by cleansing is acrylic acid
  • preference is given to stainless steel, in particular stainless steel 1.4571, or 1.4541, or 1.4306, or 1.4404, as the wall material.
  • the thickness of the process space limiting metal wall is suitably 3 to 30 mm, often 4 to 20 mm and usually 5 to 15 mm. The latter applies in particular in the case of stainless steel.
  • the method according to the invention is also applicable when the envelope of the hydraulic wash column is made of glass or of synthetic synthetic material.
  • Typical values ⁇ PSK or ⁇ PSKB in the process according to the invention are frequently 50 to 8000 mbar, often 100 to 4000 mbar, often 200 to 1000 rnbar, or up to 750 mbar.
  • Typical values V in the process according to the invention are 0.1 to 0.8, frequently 0.2 to 0.4.
  • control method according to the invention can be used together with the control methods disclosed in DE-A 10036881 and WO 02/09839.
  • an alternative method is also a radiometric method for determining the flow rates of control liquor and / or suspension (4) into consideration.
  • a ⁇ -emitter is used, which radiates into the crystal bed.
  • the extinction of the radiation as it passes through the crystal bed depends on the length of the crystal bed and thus on the position of the mounting front.
  • the flow rates of control liquor and / or suspension (4) can also be regulated (fixed) in the simplest manner in accordance with the weakening of the radiation signal.
  • the inventive method comprises in particular methods for controlling a hydraulic wash column, which has a cylindrical envelope (1) which delimits the column and in which extend parallel to the cylinder axis one or more filter tubes (2) through the column, in in the vicinity of the second end of the column in the filter tube wall at least one filter (3), which forms the only direct connection between the filter tube inside under pressure P1 and the interior of the column, wherein
  • At least one pressure difference ⁇ PSK is used to establish (regulate) the mass flow of the control liquor fed into the scrubbing column, which in the column is between at least one point in the front of the building front suspension zone (17) and at least one point in the Assembly front to the end of the crystal bed projecting zone (preferably in the up to the beginning of the washing zone (19) protruding concentration zone (18) of the crystal bed) consists.
  • a suspension crystallizer By continuously adding 22.5 kg / h of water to the crude acrylic acid whose water content was increased to 2.3 wt .-% and then fed at a temperature of 2O 0 C a suspension crystallizer.
  • a crystallizer a cooling disk crystallizer (manufacturer: GMF, Netherlands) with 7 cooling disks with a diameter of 1.25 m and a capacity of about 2500 1 was used.
  • This suspension was continuously driven via a rotary piston pump (speed-controlled) to a hydraulic wash column.
  • This wash column had a cylindrical process chamber with 263 mm inner diameter and had a process space limiting metal wall of stainless steel 1.4571 with 5 mm
  • the length of the filter tube was 1225 mm.
  • the filter length was 60 mm.
  • the filter was installed after a tube length of 970 mm (measured from above).
  • the crystal removal at the lower end of the wash column was carried out with a rotating knife (60 revolutions per minute).
  • the transport direction was from top to bottom.
  • the ablated crystals were resuspended in a melt circuit operating at 14 ° C. (melting point of the purified separated crystals).
  • MEHQ monomethyl ether of hydroquinone
  • air by bubbling
  • heat was indirectly introduced into the circulating suspension to largely melt the resuspended crystals therein.
  • a centrifugal pump (1500 rpm) with a double-acting mechanical seal was used.
  • the barrier liquid used was a water / glycol mixture (85/15% by volume), which was cooled indirectly with cooling water.
  • the position of the wash front in the column was monitored by a plurality of temperature measurements installed axially at different heights in the wash column and controlled by adjusting the amount of pure product withdrawn from the melt circuit.
  • the hydraulic scrubbing column was charged with a suspension flow rate of 1400 kg / h from the cooling disk crystallizer.
  • the temperature of the suspension was 8 0 C. It was an excess pressure with respect to atmosphere at the top of the washing column 2.0 to 2.2 bar a, the loading closely adjacent to the mean value of 2.05 bar.
  • the overpressure at the lower end of the column was 1.8 to 2.0 bar.
  • the in the stationary state via a control flow pump to the scrubbing column (in the feed of the suspension behind the rotary piston pump) traced back control flow (a partial flow of effluent through the filter material flow) was 1400 kg / h.
  • the purified product stream of purified acrylic acid withdrawn from the melt stream was 325 kg / h. This corresponds to a yield of 96.7 wt .-%, based on the washing column with the suspension supplied crystal mass flow.
  • the pure product had the following composition contents:
  • Benzaldehyde 2 ppm by weight, propionic acid 209 ppm by weight, phenothiazine undetectable, MEHQ 278 ppm by weight, water ⁇ 0.05% by weight.

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Waschkolonne, bei dem die Lage der Aufbaufront in der Waschkolonne mittels des Mengenstroms an in die Waschkolonne geführter Steuerlauge und/oder mittels des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Suspension positioniert wird, und die Mengenstromfestlegung mit Hilfe des Druckunterschieds erfolgt, der in der Kolonne zwischen Punkten in der vor der Aufbau- front befindlichen Suspensionzone und Punkten in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone besteht.

Description

Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Waschkolonne
Beschreibung
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Waschkolonne (vgl. Fig. 1 , auf die sich die folgenden numerischen Adressen und die numerischen Adressen in den Patentansprüchen beziehen), die eine zylindrische Einhüllende (1) aufweist, die die Kolonne begrenzt und in der sich parallel zur Zylinderachse ein oder mehrere Filterrohre (2) durch die Kolonne erstrecken, die in der Nähe des zweiten Endes der Kolonne in der Filterrohrwand wenigstens ein Filter (3) aufweisen, das die einzige direkte Verbindung zwischen dem unter dem Druck P1 stehenden Filterrohrinneren und dem Inneren der Kolonne bildet, bei dem man
wenigstens einen Strom einer Suspension (4), die in einer Mutterlauge suspen- dierte Kristalle einer zu reinigenden (einer möglichst rein abzutrennenden) Substanz enthält, am ersten Ende der Kolonne (5) mit einem Druck P2 (z.B. mittels einer Pumpe (6)), der größer als P1 ist, in selbige kontinuierlich einspeist, über die Filter Mutterlauge (7) in das Filterrohrinnere hinein und über die Filterrohre aus der Kolonne herausführt, - am ersten Ende der Kolonne und/oder zwischen diesem Ende und dem Filterbeginn gegebenenfalls Steuerlauge (9) in die Waschkolonne führt, durch die Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne ein Kristallbett (10) der zu reinigenden Substanz ausbildet, das eine dem ersten Ende der Kolonne zugewandte Aufbaufront (11) aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension ans Kristallbett anlagern, das Kristallbett durch die aus dem hydraulischen Strömungsdruckverlust der Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne resultierende Kraft an den Filtern vorbei in die zwischen den Filtern und dem zweiten Ende der Waschkolonne (12) befindliche Waschzone transportiert (13), - an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts kontinuierlich Kristalle abträgt (14), die abgetragenen Kristalle aufschmilzt (15) und einen Teil der Schmelze als Waschflüssigkeitsstrom vom zweiten Ende der Kolonne herkommend gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristallbett leitet (16), und - die Position (Lage) der Aufbaufront mit Hilfe des Mengenstroms von in die
Waschkolonne geführter Steuerlauge und/oder mit Hilfe des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Suspension (4) regelt.
Im besonderen betrifft vorliegende Erfindung die Regelung einer hydraulischen Waschkolonne, die zum reinigenden Abtrennen von Acrylsäurekristallen aus ihrer Suspension in verunreinigter Acrylsäure betrieben wird, wie es in den Schriften WO 01/77056, WO 04/35514, WO 03/41833, WO 02/9839, WO 03/41832, DE-A 100 36 881 , WO 02/55469 und WO 03/78378 beschrieben ist. Die numerischen Adressen in dieser Schrift beziehen sich stets auf die dieser Schrift beiliegenden Figuren.
Die Begriffe zylindrisch und rohrförmig sollen in dieser Schrift so verstanden werden, dass sie alle geometrischen Formen (Körper) umfassen, deren Querschnitt kreisförmig oder kreisähnlich (z.B. eliptisch oder vieleckig (z.B. regelmäßiges Viereck, Sechseck oder Achteck) ist.
Der Begriff Mutterlauge soll in dieser Schrift so verstanden werden, dass er insbesondere Schmelzen aus der zu reinigenden Substanz und Verunreinigungen und/oder aber auch Lösungen aus der zu reinigenden Substanz und Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen sowie Verunreinigungen umfasst. Ebenso soll der Begriff „Schmelze von abgetragenen Kristallen als Waschflüssigkeitsstrom" vorzugsweise Schmelze von abgetragenen Kristallen, aber auch gesättigte Lösungen von abgetragenen Kristallen in Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen umfassen. Entsprechend umfasst „aufschmelzen von abgetragenen Kristallen" auch „sättigendes lösen von abgetragenen Kristallen in Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen". Acryl- säure, entweder für sich oder in Form ihrer Salze oder ihrer Ester, ist insbesondere zur Herstellung von Polymerisaten für die verschiedensten Anwendungsgebiete (z.B. Klebstoffe, Superabsorber, Bindemittel) von Bedeutung.
Das Verfahren gemäß der Präambel dieser Schrift ist bekannt (vgl. z.B. EP-A 097 405, WO 03/041832, DE-A 100 36 881, WO 02/09839, WO 03/041833, WO 01/77056 und WO 03/063997).
Es schließt sich in der Regel an eine Suspensionskristallisation an, die ein sehr wirksames und kostengünstiges Verfahren bildet, um eine hohe Reinheit einer gewünschten chemischen Verbindung (einer chemischen Substanz) zu erzielen.
Bei der Synthese einer chemischen Verbindung fällt die gewünschte Substanz üblicherweise nämlich nicht als Reinprodukt, sondern als Teil eines Verbindungsgemisches an, das neben der gewünschten Substanz Verunreinigungen wie nicht umgesetzte Ausgangsverbindungen, Lösungsmittel, Nebenprodukte oder unerwünschte I- somere enthält.
Handelt es sich bei der gewünschten Substanz um eine kristallisierbare Verbindung (z.B. Acrylsäure), die nach dem Syntheseprozess in einem flüssigen Verbindungsgemisch vorliegt oder in ein solches überführt werden kann (vgl. z.B. EP-A 1 015411, DE-A 196 06 877, DE-A 103 36 386, EP-A 792 867, DE-A 102 35 847, WO 03/078378, WO 02/055469 im Fall von Acrylsäure bzw. Methacrylsäure), empfiehlt sich die Suspensionskristallisation (insbesondere aus der Schmelze) als Reinigungsverfahren für die gewünschte Substanz, die ein sehr wirksames und kostengünstiges Verfahren bildet, um eine hohe Reinheit einer gewünschten chemischen Verbindung zu erzielen.
Dabei macht man sich zunutze, dass beim Wachstum der Kristalle in einer Flüssigkeit Verunreinigungen weitgehend aus dem Kristallgitter verdrängt werden und in der Mutterlauge zurückbleiben. Die Suspensionskristallisation weist dabei gegenüber der Schichtkristallisation den Vorteil auf, dass sie in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt werden kann. Außerdem ist die Reinheit der Kristalle aufgrund ihrer vergleichsweise langsamen Wachstumsgeschwindigkeit sehr hoch. Trotz der langsame- ren Wachstumsgeschwindigkeit kann mit der Suspensionskristallisation ein hoher Produktdurchsatz erzielt werden, da die Kristallisation aufgrund der großen Anzahl gleichzeitig wachsender Kristallite mit einer großen für das Wachstum zur Verfügung stehenden Gesamtfläche verbunden ist.
Bereits in einem einstufigen Kristallisationsprozess erhält man so hochreine Kristalle der gewünschten Verbindung. Prinzipiell kann die Suspensionskristallisation sowohl aus einer Lösung als auch aus einer Schmelze heraus erfolgen.
Ein entscheidender Schritt, der die Reinheit des kristallisierten Zielproduktes maßgeb- lieh beeinflusst, ist dabei die Abtrennung der hochreinen Kristalle von ihrer Mutterlauge, die die Verunreinigungen in angereicherter Form und die nicht kristallisierten Anteile des Zielproduktes enthält, durch einen Fest/Flüssig-Trennprozess.
Bewährt hat sich für vorstehende Trennaufgabe die Verwendung von Waschkolonnen. Sie umfassen eine, in der Regel zylindrische, Wand (Einhüllende), die einen Prozessraum begrenzt.
Dem Prozessraum vorgelagert ist häufig ein Verteilerraum, in den die in der Waschkolonne aufzutrennende Kristallsuspension zugeführt wird. Auf ihrem Weg vom Verteiler- räum in den Prozessraum wird die Kristallsuspension weitgehend gleichmäßig über den Querschnitt des Prozessraums verteilt. Im Prozessraum wird insbesondere durch Mutterlaugeentzug ein dichteres Kristallbett erzeugt und dieses durch den Prozessraum gefördert (dies kann bei Kolonnen mit erzwungenem Transport des Kristallbetts sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben erfolgen). Der Querschnitt des Prozessraums ist über seine Länge normalerweise konstant. Als Waschflüssigkeit wird eine Schmelze von zuvor in der Kolonne abgetrennten Kristallen (oder eine gesättigte Lösung derselben in Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen) im Gegenstrom durch das Kristallbett geleitet.
Zur Ausbildung eines dichten (kompakten) Kristallbetts in der Waschkolonne werden in der Praxis unterschiedliche Methoden angewendet. Bei gravitativ arbeitenden Waschkolonnen wird die Kristallsuspension von oben in die Kolonne eingeführt und das Kris- tallbett bildet sich in einem Sedimentationsprozess unter alleiniger Förderwirkung durch die Schwerkraft aus. Trennverfahren in derartigen Waschkolonnen sind nicht Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Von solchen gravimetrischen Waschkolonnen unterscheiden sich Waschkolonnen mit erzwungenem Transport (bzw. Förderung) des Kristallbetts dadurch, dass in die Förderrichtung (bzw. Transportrichtung) des Kristallbetts wenigstens eine von der Gravitation verschiedene fördernd wirkende Kraft wirkt.
Grundsätzlich unterscheidet man Waschkolonnen mit erzwungenem Transport des Kristallbetts in Druckkolonnen (auch hydraulische Waschkolonnen oder Hydraulikkolonnen genannt) und in mechanische Kolonnen.
Mechanische Waschkolonnen enthalten eine mechanische Zwangsfördereinrichtung für die Kristalle. Dies kann im einfachsten Fall ein semipermeabler Stempel sein, der für die Mutterlauge durchlässig aber für die Kristalle in der zugeführten Suspension undurchlässig ist (vgl. Fig. 3 der WO 03/041832) und durch dessen Verschiebung der Druck zur Verdichtung und Förderung des Kristallbetts erzeugt wird. Die Verdichtung zu einem Kristallbett und dessen Förderung kann bei einer mechanischen Waschko- lonne aber auch durch Abtrennung der Mutterlauge über Filter und mechanischen Transport der Kristalle vom Filter zum Kristallbett durch ein rotierendes Förderelement (z.B. Schnecken, Rührer, Wendeln oder Spiralen) erfolgen (vgl. Fig. 4 der WO 03/041832). Die Filter können dabei auch in die rotierenden Förderelemente integriert sein. Trennverfahren in mechanischen Waschkolonnen sind nicht Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei den für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten hydraulischen Waschkolonnen wird die Kristallsuspension am einen Ende der Waschkolonne in die unter Druck stehende zylinderförmige Waschkolonne gefördert (z.B. durch Pumpen (6) gemäß Fig. 1 , oder durch hydrostatische Höhe). Parallel zur Zylinderachse erstreckt sich wenigstens ein Filterrohr ((2) in Fig. 1) durch die Kolonne, das von der Kristallsuspensionszufuhr wegweisend wenigstens ein Filter ((3) in Fig. 1) aufweist, das die einzige direkte Verbindung zwischen dem unter einem Druck P1 stehenden Filterrohrinneren und dem Inneren der Kolonne bildet.
Üblicherweise ragen die Filterrohre in die Waschzone hinein, sind in diesem Bereich der Waschkolonne jedoch nicht mehr hohl (vgl. z.B. WO 01/77056, WO 03/41833 und WO 03/41832). Man bezeichnet diesen Teil der Filterrohre auch als Fiiterrohrverdrän- ger.
Die durch den Zuführkolonnendruck P2 > P1 aufgeprägte Flüssigkeitsströmung erzeugt eine Kompaktierung der Kristalle zu einem Kristallbett, sowie dessen Förderung. Die Mutterlauge strömt über die Filter aus der Waschkolonne ab O'enseits der Filter kann Normaldruck, Unterdruck oder überatmosphärischer Druck herrschen). Das Kristallbett weist eine sogenannte Aufbaufront auf ((11) in Fig. 1), an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Kristallsuspension anlagern. Die Aufbaufront bezeichnet also den Übergang von der Suspension zum Kristallbett und ist durch einen relativ abrupten Anstieg des Kristallgehalts in der Suspension gekennzeichnet. Sie trennt die Suspensionszone ((17) in Fig. 1) vom Kristallbett. Vielfach wird die Aufbaufront auch als Filtrationsfront bezeichnet.
An dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts wird kontinuierlich gewaschenes Kristallisat abgetragen ((14) in Fig. 1). Dies kann z.B. mittels einer Art Rotormesser oder mit Hilfe von Schabern erfolgen, die kontinuierlich Kristalle vom Kristallbett abtragen. Der kontinuierliche Kristallabtrag kann aber auch wie in der WO 03/063997 beschrieben erfolgen. Dort wird durch geeigneten Impuls der Wasch- schmelze eine kontinuierliche Deintegration von Kristallen aus dem Kristallbett bewirkt. Durch die kontinuierliche Anlagerung von Kristallen an der Aufbaufront einerseits und das kontinuierliche Abtragen von gewaschenen Kristallen an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts andererseits, wird die Transportrichtung des Kristallbetts definiert (sie kann sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben weisen). Die vom Kristallbett abgetragenen Kristalle werden, vorzugsweise nach ihrer Resuspendierung in Reinschmelze (bzw. in Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemischen), durch Wärmeübertragung aufgeschmolzen (bzw. gelöst, vorzugsweise sättigend). Ein Teil der Schmelze (der Reinschmelze) wird als Reinproduktstrom abgeführt ((20) in Fig. 1) und ein anderer Teil der Reinschmelze wird als Waschflüssigkeit gegen die Transportrichtung des Kristallbetts an dessen der Aufbaufront abgewandten Ende in den Prozessraum rückgeführt (zurückgedrückt). Üblicherweise weist die Waschflüssigkeit dabei Schmelzpunkttemperatur auf. Vorzugsweise erfolgt die Resuspendierung in einem an das Kristallbettende angrenzenden (üblicherweise nicht mehr der Waschkolonne zugerechneten) separaten Raum (dem Suspendierraum), in den z.B. das Ro- tormesser die abgetragenen Kristalle einträgt ((21) in Fig. 1). Diese Suspension wird dann in zweckmäßiger Weise in einem Schmelzkreislauf ((22) in Fig. 1) über einen Wärmeträger ((15) in Fig. 1) geführt, über den auf indirektem Weg die zum Schmelzen der Kristalle erforderliche Wärme eingetragen wird. Häufig 70 bis 80 Gew.-%, in günstigen Fällen (z.B. bei ausgeprägter Rekristallisation in der Waschzone) sogar > 80 bis 100 Gew.-% der geschmolzenen Kristalle werden als Reinprodukt ((20) in Fig. 1) aus dem Schmelzkreislauf abgeführt. Die Einstellung der entnommenen Menge an Reinprodukt erfolgt zweckmäßig über ein Produktregelventil ((23) in Fig. 1). Die Förderung im Schmelzkreis erfolgt vorteilhaft mit einer Förderpumpe ((24) in Fig. 1). Die Umlaufmenge im Schmelzkreis beträgt vorteilhaft 2 bis 30, meist 5 bis 20 m3/h pro m3 (ge- schmolzen gerechnet) abgetragenem gereinigtem Kristallisat. D.h., die Resuspension weist anwendungstechnisch zweckmäßig einen niederen Kristallisatgehalt auf, was ihre Förderung begünstigt. Wieviel Reinschmelze aus dem Schmelzkreis als Waschschmelze in die Waschkolonne dringt, wird zweckmäßig über den Druck im Schmelzkreis (Suspendierraum) geregelt (dieser wird indirekt über die Einstellung des Produktregelventils bestimmt). Im Regelfall ist es eine Teilmenge der abgetragenen Kristallisatmenge.
Das Aufschmelzen der abzutragenden Kristalle kann aber auch unmittelbar in der Waschkolonne vorgenommen werden (z.B. über entsprechend eingebaute Vorrichtungen zum Erwärmen am der Aufbaufront abgewandten Ende des Prozessraums). Es wird der Kolonne dann nur eϊn Teil der erzeugten Schmelze entnommen. Der andere Teil steigt in der hydraulischen Waschkolonne als Waschschmelze auf.
Durch die Förderung der Reinschmelze entgegengesetzt zur Förderrichtung des Kristallbetts wird das insbesondere mit der Mutterlauge getränkte Kristallbett praktisch in die Reinschmelze hineingedrückt (und umgekehrt) und die Mutterlauge im Kristallbett durch die Reinschmelze („unter Ausbildung einer weitgehend stabilen Phasengrenze zwischen Reinschmelze und Mutterlauge") im wesentlichen einfach zurückgedrängt.
im stationären Zustand (Betrieb) stellt sich als Ergebnis dieses Prozesses auf einer definierten Höhe des Kristallbetts (zwischen Filter und Kristallabtrag gelegen) eine Waschfront („Phasengrenze") ein, die als derjenige Ort im Kristallbett definiert ist, wo die höchsten Temperatur- und Konzentrationsgradienten auftreten (innerhalb der Waschfront erfolgt quasi der Phasenübergang von Reinschmelze nach Mutterlauge (bzw. Gemisch aus Mutter- und Steuerlauge); in der Waschfront springt die Temperatur praktisch von der tieferen Mutterlaugetemperatur auf die höhere Reinschmelzetempe- ratur; oberhalb und unterhalb der Waschfront liegen im wesentlichen konstante Temperaturen vor). Da in der Waschfront Reinschmelze und Mutterlauge (wie bereits gesagt) grob ausgedrückt aufeinanderprallen, erfolgt auf der Höhe der Waschfront auch ein Konzentrationssprung der unerwünschten Verunreinigungen von Mutterlaugenkonzentration zu Reinschmelzekonzentration. Der Bereich von der Waschfront bis zur Aufbau- front wird als Mutterlaugezone bezeichnet und der Bereich von der Waschfront bis zum der Aufbaufront abgewandten Ende des Kristallbetts wird als Reinschmelzezone bezeichnet.
Da die Kristallisationstemperatur in der verunreinigten Suspension unterhalb des Rein- produktschmelzpunktes liegt, kommt es bereits im Bereich der Waschfront außerdem zu einem Temperaturausgleich der kalten Kristalle mit der Waschschmelze, bei dem die Waschschmelze teilweise oder vollständig rekristallisiert. Dadurch wird wenigstens ein Teil der Waschschmelze zurückgewonnen. Der andere Teil verlässt die Waschkolonne gemeinsam mit der abgetrennten Mutterlauge durch die Filter und kann z.B. in die Gewinnung des zu reinigenden flüssigen Verbindungsgemisches rückgeführt, oder weitergereinigt ((25) in Fig. 1) und/oder gegebenenfalls wenigstens teilweise als im weiteren noch zu beschreibende Steuerlauge ((9) in Fig. 1) verwendet werden. Die beschriebene Rekristallisation der Waschschmelze ist um so ausgeprägter, je weiter die Kristallisationstemperatur in der Mutterlauge unterhalb der Schmelztemperatur des Reinprodukts (bzw. der Sättigungstemperatur der Waschlösung) liegt (typische Temperaturunterschiede liegen bei 5 bis 15 K). Erfolgt quantitative Rekristallisation, können aus dem bereits beschriebenen Schmelzkreislauf ((22) in Fig. 1) 100% der geschmolzenen Kristalle als Reinprodukt abgeführt werden.
Der Querschnitt des Prozessraums einer hydraulischen Waschkolonne kann kreisförmig, oval oder eckig (z.B. regelmäßig vieleckig) sein.
Zur Erzielung einer adäquaten Reinigungswirkung in der Waschzone (der Teil des Kristallbetts der sich beginnend am Kristallabtrag bis zum Beginn des Filters erstreckt) muss die Waschfront in einer bestimmten Mindesthöhe oberhalb des Kristallabtrags positioniert sein. In ähnlicher Weise muss auch die Aufbaufront wohlpositioniert sein, um einen effektiven Betrieb einer hydraulischen Waschkolonne zu gewährleisten.
Da das Kristallbett durch die aus dem hydraulischen Strömungsdruckverlust der Mutterlauge (bzw. Mutter- und Steuerlauge) resultierende Kraft an den Filtern vorbei in die Waschzone jenseits der Filter transportiert wird, ist es für den Betrieb einer hydraulischen Waschkolonne energetisch ungünstig, wenn die Konzentrierungszone (der Bereich des Kristallbetts von der Aufbaufront bis zum Beginn der Waschzone) zu ausgedehnt ist. Mit zunehmender Länge der Konzentrierungszone wächst die Reibung und damit einhergehend der Strömungsdruckverlust. Umgekehrt ist eine unzureichende Länge der Konzentrierungszone insofern von Nachteil, als sie zur Ausbildung eines genügend kompaktierten Kristallbetts gegebenenfalls nicht ausreicht. Außerdem vermag ein zu geringer Strömungsdruckverlust das Kristallbett nicht in voll befriedigender Weise zu transportieren.
Zur Gewährleistung eines stabilen Betriebs einer hydraulischen Waschkolonne, d.h., zur Gewährleistung einer definierten Raum-Zeit-Ausbeute bei konstant guter Reinigungswirkung, ist eine stetige Kompensation äußerer Störgrößen erforderlich, die sich auf die Position von Wasch- und Aufbaufront auswirken. Derartige Störgrößen können beispielsweise Schwankungen des Mengenstroms der Suspension, Änderungen des Kristallgehalts in der Suspension, Variationen der Kristallgrößenverteilung oder auch Schwankungen in dem dem Kristallisator zugeführten Produktgemisch aus dem Syn- theseprozess sein.
Die Position der Waschfront wird dabei üblicherweise durch die Einstellung der Waschschmelzemenge geregelt. Dies kann z.B. wie in den Schriften DE-A 100 36 881 und WO 02/09839 beschrieben erfolgen. Da die Lage der Aufbau- bzw. Filtrationsfront durch die hydraulischen Verhältnisse (sie bestimmen die Vorschubgeschwindigkeit des Kristallbettes) in der Waschkolonne be- einflusst wird, bietet es sich gemäß den Lehren der DE-A 100 36 881 und WO 02/09839 an, einen Teil der über die Filter abgezogenen Mutterlauge (und gege- benenfalls Waschschmelze sowie gegebenenfalls Steuerlauge) zur Beeinflussung des hydraulischen Druckverlusts und damit zur Beeinflussung der Vorschubkraft in der Waschkolonne als Steuerlauge ((9) in Fig. 1) an dem zum Kristallabtrag entgegengesetzten Ende der Waschkolonne und/oder zwischen diesem Ende und dem Filterbeginn in diese zurückzupumpen (gegebenenfalls wird an mehreren Stellen gleichzeitig Steuerlauge zugepumpt). Der zurückzuführende Mengenstrom an Steuerlauge wird dabei zweckmäßig mittels einer entsprechenden Steuerstrompumpe ((8) in Fig. 1), z.B. durch Drehzahländerung und/oder ein zusätzliches Regelventil, eingestellt. Prinzipiell kommen als Steuerlauge aber auch von Mutterlauge verschiedene oder mit Mutterlauge identische, die zu reinigende Substanz enthaltende, Schmelzen und/oder Lösungen (die vorzugsweise mit der zu reinigenden Substanz gesättigt sind) in Betracht, die aus externen (d.h., nicht aus der Waschkolonne selbst bezogenen) Quellen (z.B. aus dem Kristallisator und/oder anderen Prozessstufen im Rahmen der Herstellung der zu reinigenden Substanz) bezogen werden können. Selbstverständlich können als Steuerlauge auch Gemische aus vorstehend und nachstehend angesprochenen Steuerlaugety- pen eingesetzt werden. Anstelle mittels einer Pumpe kann die Steuerlauge auch durch hydrostatische Höhe in die Waschkolonne gedrückt werden. Natürlich können beide Zufuhrvarianten auch kombiniert angewendet werden. Beispielsweise kann als Steuerlauge auch Mutterlauge verwendet werden, die man unmittelbar aus dem zur Herstellung des Suspensionsstroms ((4) in Fig. 1) verwendeten Kristailisator bzw. der darin befindlichen Suspension entnimmt. Vorzugsweise weist die Steuerlauge keine höhere Reinheit auf als die Mutterlauge, um Rekristallisation in der Konzentrierungszone weitgehend zu vermeiden. D.h., auch die zur Suspensionskristallisation eingesetzte Ausgangsschmelze selbst kommt als Steuerlauge in Betracht. Ferner kommen als Steuerlauge Flüssigkeiten in Betracht, in denen die zu reinigende Substanz einerseits schlecht bis gar nicht löslich ist, und die andererseits einen Festpunkt aufweisen, der unterhalb der Temperatur der der Waschkolonne zugeführten Kristallsuspension liegt. Steigt z.B. beim kontinuierlichen Betrieb das Kristallbett in der hydraulischen Waschkolonne gemäß Figur 1 an (verschiebt sich die Aufbaufront nach oben), wird der Mengenstrom der Steuerlauge (und mit diesem der hydraulische Strömungsdruckverlust der Mutter- und Steuerstromlauge in der Waschkolonne) erhöht und bei absinkendem Kristallbett wird er reduziert. Die Änderung des Mengenstroms der Steuerlauge kann dabei nach einer definierten Charakteristik durchgeführt werden, z.B. als eine lineare Mengenstromänderung mit der Zeit. Alternativ oder zusätzlich kann zur Regelung der Lage (der Position) der Aufbaufront in entsprechender Weise der Mengenstrom der Suspension (4) selbst erhöht oder reduziert werden. Wird zwischen dem zum Kristallabtrag entgegensetzten Ende der Waschkolonne und dem Filterbeginn an mehreren Stellen (auf mehreren Höhen) Steuerlauge in die Waschkolonne gedrückt (dies muss dann normalerweise mit unterschiedlichen Drucken erfolgen; zweckmäßig können diese über Ventile eingestellt werden und entspre- chen dem an der jeweiligen Zuführstelle in der Waschkolonne bestehenden Druck, bzw. liegen geringfügig oberhalb desselben) (dabei können die in die Waschkolonne gedrückten Steuerlaugen auch eine voneinander verschiedene chemische Zusammensetzung aufweisen; bevorzugt sind sie chemisch identisch) kann eine Erhöhung bzw. Verringerung des (Gesamt) Steuermengenstroms so ausgeführt werden, dass jeder einzelne der Steuerlaugenströme in seinem Betrag erhöht bzw. verringert wird. Mit Vorteil erfolgt vorgenannte Erhöhung bzw. Verringerung dabei so, dass das Verhältnis der an den unterschiedlichen Stellen pro Zeiteinheit zugeführten Steuerstromvolumina untereinander konstant bleibt. Selbstredend können die Steuerlaugenströme auch „Blindströme" umfassen. Dies sind Steuerlaugenströme, deren Betrag unabhängig vom Verhalten der Aufbaufront stabil gehalten wird. Sie bilden quasi einen Grundbeitrag zur Steuerung. Vorzugsweise wird man nur einen Steuerstrom verwenden, und diesen vorzugsweise am zum Kristallabtrag entgegengesetzten Ende der Waschkolonne in diese (in die Suspensionszone) drücken (pumpen) (mit dem Druck P 2). Mit Vorteil besteht dieser Steuerstrom ausschließlich aus über die Filterrohre aus der Waschko- lonne herausgeführter Lauge ((9) in Fig. 1) und wird zweckmäßig über die Steuerpumpe S ((8) in Fig. 1) in die Waschkolonne geführt (gepumpt).
Prinzipiell kann der Steuerlaugestrom aber auch dadurch in die Waschkolonne geführt werden, dass man ihn (z.B. vor und/oder nach der Pumpe (6)) dem der Waschkolonne zuzuführenden Suspensionsstrom (4) zuführt.
Zur Überwachung der Position der Aufbau- bzw. Filtrationsfront empfehlen sowohl die WO 02/09839 als auch die DE-A 100 36 881 eine optische Positionsdetektierung. Nachteilig an einer optischen Positionsdetektierung ist jedoch, dass wenigstens dort, wo sie zu erfolgen hat, die zylindrische Einhüllende der Waschkolonne aus einem transparenten Material (z.B. Glas) bestehen muss. Bevorzugt (vgl. z.B. WO 03/041832) ist die den Prozessraum einer hydraulischen Waschkolonne Einhüllende jedoch aus Metall gefertigt. Zwar können in einer Metallwand prinzipiell transparente Fenster eingebaut werden, doch ist eine druckdichte (wie es im Fall einer hydraulischen Waschko- lonne erforderlich ist) Fertigung derselben fertigungstechnisch nicht einfach und ihre Anwendung insbesondere bei Gefahrstoffen sicherheitstechnisch nicht unbedenklich. Darüber hinaus ist eine punktuelle Überwachung durch Fenster mit begrenzter Sicht hindurch nicht voll befriedigend. Erstrebenswert ist vielmehr eine Überwachungsvariante, die die gesamte Länge der Konzentrierungszone erfasst (einblickt). Zusätzlich sind optische Sensoren vergleichsweise teuer. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein verbessertes Verfalv ren zur Regelung der Position der Aufbaufront in einer hydraulischen Waschkolonne zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Festlegung des zum jeweiligen Zeitpunkt in die hydraulische Waschkolonne zu führenden Mengenstroms an Steuerlauge und/oder Suspension eine vorteilhaftere Messgröße als im Stand der Technik verwendet wird.
Demgemäss wurde ein Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Waschkolonne, die eine zylindrische Einhüllende (1) aufweist, die die Kolonne begrenzt und in der sich parallel zur Zylinderachse ein oder mehrere Filterrohre (2) durch die Kolonne erstre- cken, die in der Nähe des zweiten Endes der Kolonne in der Filterrohrwand wenigstens ein Filter (3) aufweisen, das die einzige direkte Verbindung zwischen dem unter Druck P1 stehenden Filterrohrinneren und dem Inneren der Kolonne bildet, bei dem man
wenigstens einen Strom einer Suspension (4), die in einer Mutterlauge suspen- dierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz enthält, am ersten Ende der Kolonne (5) mit einem Druck P2 (z.B. mittels einer Pumpe (6)), der größer als P1 ist, in selbige kontinuierlich einspeist, über die Filter Mutterlauge (7) in das Filterrohrinnere hinein und über die Filterrohre aus der Kolonne herausführt, - am ersten Ende der Kolonne und/oder zwischen diesem Ende und dem Filterbeginn gegebenenfalls Steuerlauge (9) in die Waschkolonne führt, durch die Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne ein Kristallbett (10) der zu reinigenden Substanz ausbildet, das eine dem ersten Ende der Kolonne zugewandte Aufbaufront (11) aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension an das Kristallbett anlagern, das Kristallbett durch die aus dem hydraulischen Strömungsdruckverlust der Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne resultierende Kraft an den Filtern vorbei in die zwischen den Filtern und dem zweiten Ende der Waschkolonne (12) befindliche Waschzone transportiert (13), - an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts kontinuierlich Kristalle abträgt (14), die abgetragenen Kristalle aufschmilzt (15) und einen Teil der Schmelze als Waschflüssigkeitsstrom vom zweiten Ende der Kolonne herkommend gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristallbett leitet (16) und - die Position der Aufbaufront mit Hilfe des Mengenstroms von in die Waschkolonne geführter Steuerlauge und/oder mit Hilfe des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Suspension (4) regelt, gefunden,
das dadurch gekennzeichnet ist,
dass man zur Festlegung (Regelung) der Mengenströme der in die Waschkolonne geführten Steuerlauge und/oder Suspension (4) wenigstens einen Druckun- terschied ΔPSK verwendet (heranzieht), der in der Kolonne zwischen wenigstens einem Punkt in der vor der Aufbaufront befindlichen Suspensionszone (17) und wenigstens einem Punkt in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone (vorzugsweise in der bis zum Beginn der Waschzone (19) ragenden Konzentrierungszone (18) des Kristallbetts) besteht.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden die Druckunterschiede ΔPSK in ihrer um den hydrostatischen Druckunterschied bereinigten Form ΔPSKB zur Festlegung des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Steuerlauge und/oder Suspension (4) he- rangezogen.
Grundlage für das erfindungsgemäße Verfahren sind die in Fig. 2 für eine hydraulische Waschkolonne schematisch dargestellten, um den hydrostatischen Druck bereinigten, Druckverhältnisse. Dabei ist die Bedeutung der numerischen Adressen wie folgt:
1 = Mittel (z.B. Rotormesser) zum kontinuierlichen Abtragen von Kristallen vom Kristallbett
2 = Kristallbett
3 = Suspensionszone 4 = Aufbaufront
5 = Filterrohr
6 = um den hydrostatischen Druck bereinigter Druck innerhalb der hydraulischen Waschkolonne in Abhängigkeit von deren Länge
Der Wortlaut „um den hydrostatischen Druck bereinigter Druck" meint dabei den an einem bestimmten Punkt der hydraulischen Waschkolonne herrschenden Druck abzüglich des in diesem Punkt herrschenden „hydrostatischen" Druckes. Sprachlich vereinfacht soll dieser Druck in dieser Schrift als „bereinigter Druck" P bezeichnet werden. Der Begriff hydrostatischer Druck meint dabei den durch das Gewicht der über diesem Punkt befindlichen Säule ausgeübten Druck.
Innerhalb der Suspensionszone ist der bereinigte Druck im wesentlichen konstant und befindet sich auf Treibdruckniveau P2. Anschließend fällt er hinter der Aufbaufront in- nerhalb des Kristallbetts (innerhalb der Konzentrierungszone) bis auf Filterhöhe progressiv ab.
Auf Höhe des Kristallabtrags weist der bereinigte Druck Waschdruckniveau auf. Das ist der Druck, mit dem die Waschschmelze in die Waschkolonne rückgeführt wird. Dieser Druck fällt innerhalb der Waschzone gleichfalls ab (häufig annähernd linear). Treibdruck und Waschdruck stehen in einem von der Reibung abhängigen festen Verhältnis zueinander. Bestimmt man nun die Differenz zwischen dem bereinigten Druck eines Punktes innerhalb der Suspensionszone und dem bereinigten Druck eines Punktes innerhalb der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone (vorzugsweise innerhalb der Konzentrationszone), so ist dieser Druckunterschied ΔPSKB ein Maß für den momentanen Betriebszustand der Waschkolonne und kann in vorteilhafter Weise zur Festlegung der in die Waschkolonne zu führenden Mengenströme an Steuerlauge und/oder Suspension herangezogen werden.
Bei großen Werten ΔPSKB, wie sie in der Praxis aus Gründen einer möglichst hohen Raum-Zeit-Ausbeute und daraus resultierend möglichst hohen Kolonnendurchsätzen bzw. Treibdrucken häufig vorliegen, ist der aus der hydrostatischen Druckdifferenz resultierende Anteil am zu einem ΔPsκB-Wert gehörigen unbereinigten ΔPsκ-Wert klein und in der erforderlichen bzw. angestrebten Regelschärfe vernachlässigbar.
In diesen Fällen können für das erfindungsgemäße Verfahren auch die unmittelbaren Werte ΔPSK in ihrer um die hydrostatische Druckdifferenz (um den hydrostatischen Differenzdruck) unbereinigten Form zur Festlegung der Mengenströme der in die Waschkolonne zu führenden Steuerlauge und/oder Suspension (4) herangezogen werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden jedoch, insbesondere im Sinne einer Regelung der der Waschkolonne zuzuführenden Mengenströme an Steuerlauge und/oder Suspension (4) mit erhöhter Präzision, um den hydrostatischen Differenzdruck bereinigte Werte ΔPSK, d.h., Werte ΔPSKB, für diese Festlegung herangezogen.
In den nachfolgenden Ausführungen steht daher ΔPSK stellvertretend für „ΔPSK" und „ΔPSKB", soweit nichts anderes gesagt wird. D.h., alles was im folgenden als für ΔPSK gültig ausgeführt wird, gilt so auch für das zugehörige ΔPSKB.
Erfindungsgemäß bevorzugt befinden sich alle zur Bestimmung eines ΔPSK herange- zogenen, in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone liegenden, Bezugspunkte im Bereich zwischen dem Kristallabtrag und der dem Kristallabtrag nächstliegenden Zufuhrstelle eines Steuerstroms, der keinen Blindstrom bildet. Erfindungsgemäß zweckmäßig ist diese nächstliegende Zufuhrstelle um wenigstens ein Fünftel, vorzugsweise um wenigstens ein Viertel, und besonders bevorzugt um wenigstens ein Drittel der Länge der Konzentrierungszone vom Filterbeginn entfernt (von der Aufbaufront her betrachtet).
Verschiebt sich nun die Lage der Aufbaufront innerhalb der Waschkolonne aufgrund einer Störung, so ändert sich der Wert für ΔPSK (vorausgesetzt die Position der beiden Messpunkte innerhalb der Waschkolonne wird beibehalten). Beginnt die Aufbaufront in Figur 2 nach unten zu wandern, wird ΔPSK kleiner. Dies ist das Signal, den Steuerlau- gemengenstrom zu verringern und/oder den Suspensionsstrom (4) zu erhöhen. Be- ginnt die Aufbaufront in Figur 2 nach oben zu wandern, wird ΔPSK größer. Dies ist das Signal, den Steuerlaugemengenstrom zu erhöhen und/oder den Suspensionsstrom (4) zu verringern.
Experimentell ist ΔPSK in einfacher Weise dadurch zugänglich, dass man in die zylindrische Einhüllende zwei offene (am Umfang der Waschkolonne vorzugsweise übereinander, d.h. gleich positionierte) Bohrungen anbringt. Die eine der beiden Bohrungen befindet sich auf einer Höhe der Suspensionszone (z.B. (8) in Fig. 2) und die andere der beiden Bohrungen befindet sich z.B. auf einer Höhe der Konzentrierungszone (z.B. (7) in Fig. 2) bzw. allgemein auf einer Höhe innerhalb der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone. Sich an die offenen Bohrungen anschließende Leitungen führen jeweils zum Messkopf, der unmittelbar die zwischen beiden Bohrstellen herrschende Druckdifferenz feststellt und diese in der Regel in ein anderes Signal, z.B. in ein elektrisches Signal, umformt.
Werden die beiden Leitungen am Messkopf auf ein und dieselbe Höhe geführt, enthält die im Messkopf detektierte Druckdifferenz den zwischen den beiden Bohrungen bestehenden hydrostatischen Druckunterschied normalerweise nicht mehr, d.h., sie ist durch das angewandte Messverfahren automatisch um selbigen bereinigt. In diesem Fall liefert die Messung unmittelbar ΔPSKB. Selbstverständlich kann auch jede Leitung zu einem ihr zugeordneten separaten Messkopf geführt werden. Befinden sich die Messköpfe auf gleicher Höhe, resultiert das relevante ΔPSKB durch einfache Differenzbildung der in den Messköpfen festgestellten Drucke. In besonders einfacher Weise kann ΔPSKB mit Hilfe einer Druckdifferenzmessmembran ermittelt werden. Eine der bei- den Leitungen endet auf der linken Seite der Membran und die andere der beiden Leitungen endet auf der rechten Seite der Membran. Der die Membran enthaltende Messkopf zeigt unmittelbar ΔPSKB an.
Vorzugsweise sind die beiden Leitungen mit Flüssigkeit gefüllt, damit sie nicht verstop- fen. Als solche Flüssigkeiten kommen z.B. Mutterlauge und Reinschmelze in Betracht. Im Fall einer Suspension von wasserlöslichen Kristallen (z.B. von Acrylsäurekristallen) ist aber auch eine Verwendung von Wasser als solche Füllflüssigkeit zweckmäßig. Zum einen verfügt Wasser im Unterschied zu Acrylsäure über keine Neigung zur radikalischen Polymerisation und außerdem verfügt Wasser über ein ausgeprägtes Lö- sungsvermögen für an oder in den offenen Bohrungen anwachsende Acrylsäurekristal- Ie. Vorzugsweise enthält das Wasser eine geringe Menge an Polymerisationsinhibitor gelöst (z.B. Phenothiazion, Monomethylether des Hydrochinons, p-Nitrosophenol, Hydrochinon, Nitrosodiethylanilin, 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetrarnethylpiperidin-N-Oxid und/oder 4-0x0-2,2,6, 6-tetramethylpiperidin-N-Oxid). Zweckmäßig wird die wässrige Füllung der Leitungen während des kontinuierlichen Betriebs der Waschkolonne von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich ausgetauscht. Mit Vorteil schließt die jeweilige Bohrung auf der Innenseite der Einhüllenden der hydraulischen Waschkolonne glatt ab, um keinen Widerstand beim Transport des Kristallbetts zu bilden.
Der Durchmesser der Eintrittsöffnung solcher offenen Bohrungen beträgt vom Kolon- neninneren her gesehen zum Zweck der Messung von ΔPSK anwendungstechnisch zweckmäßig < 5mm, oft < 3mm und in der Regel > 0,1 mm. Durch die Wandung hindurch kann anwendungstechnisch zweckmäßig ein sich zum Kolonneninneren hin kontinuierlich oder stufenförmig verjüngender Bohrungsdurchmesser angewendet werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt befindet sich eine längs der Konzentrierungszone angebrachte offene Bohrung, bezogen auf die Gesamtlänge derselben, wenigstens ein Längendrittel, besonders bevorzugt wenigstens zwei Längendrittel und ganz besonders bevorzugt wenigstens drei Längenviertel jenseits der Aufbaufront. Selbstverständlich kann sich die offene Bohrung längs der Konzentrierungszone auch auf Filterhöhe be- finden. Eine Positionierung des nicht in der Suspensionszone befindlichen ΔPSK Bezugspunktes innerhalb der Waschzone ist erfindungsgemäß weniger bevorzugt.
Natürlich kann der hydrostatische Druckunterschied auch rechnerisch (die Massendichten sind bekannt) ermittelt und vom gemessenen Druckunterschied ΔPSK abgezo- gen werden (z.B. dann, wenn die Leitungen von den offenen Bohrungen zu auf unterschiedlichen Höhen befindlichen Druckmessköpfen geführt werden).
Selbstverständlich können auf ein- und derselben Höhe längs der Konzentrierungszone (bzw. allgemein längs der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ra- genden Zone), um den Umfang der hydraulischen Waschkolonne (vorzugsweise gleichmäßig) verteilt, auch mehrere offene Bohrungen angebracht werden. Auf diese Weise können simultan mehrere Druckunterschiede ΔPSK gleichzeitig ermittelt und zur Festlegung (Regelung) des Steuerlaugemengenstroms und/oder Suspensionsstroms (4) herangezogen werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft verwendet man zur Festlegung des Mengenstoms der in die Waschkolonne geführten bzw. zurückgepumpten Steuerlauge und/oder zur Festlegung des Mengenstroms des in die Waschkolonne geführten Suspensionsstroms (4) das Verhältnis V zweier Druckunterschiede (ΔPSK)1 und (ΔPSK)2 (die vorzugsweise bei- de um den jeweils zugehörigen hydrostatischen Druckunterschied bereinigt sind), die dadurch ausgezeichnet sind, dass sich ihre jeweiligen Bezugspunkte in der Konzentrierungszone (bzw. allgemein in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone) auf unterschiedlicher Höhe befinden. Ihre jeweiligen Bezugspunkte in der Suspensionszone befinden sich bevorzugt auf gleicher Höhe. Prinzipiell können diese jedoch auch voneinander verschiedene Höhenlagen einnehmen. Auch kann für beide Druckunterschiede ein- und derselbe Bezugspunkt in der Suspensionszone verwendet werden. Im stationären Betriebszustand wird dieses Verhältnis V einen Wert > 0 (der Wert 0 entspricht einer verschwindenden Kristallbettlänge) und < 1 (der Wert 1 entspricht einer unbegrenzten Kristallbettlänge), häufig > 0,1 (bzw. > 0,2) und < 0,8 aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die beiden nicht in der Suspensionszone liegenden Bezugspunkte in der Konzentrierungszone liegen.
Verändert sich die Lage der Aufbaufront, verändert sich der Wert von V und löst eine Veränderung des Mengenstroms der Steuerlauge und/oder Suspension (4) aus. Wandert die Aufbaufront in Figur 1 nach oben, wächst V und löst eine Zunahme des zuge- führten Mengenstroms an Steuerlauge und/oder eine Abnahme des zugeführten Mengenstroms der Suspension (4) aus. Wandert die Aufbaufront in Figur 1 nach unten, sinkt V und löst eine Abnahme des zugeführten Mengenstroms an Steuerlauge und/oder eine Zunahme des zugeführten Mengenstroms der Suspension (4) aus.
Der Vorteil einer Verwendung von V als Indikator für eine Lageveränderung der Aufbaufront besteht darin, dass von einer Veränderung der Lage der Aufbaufront verschiedene Ursachen (z.B. eine veränderte durch das Kristallbett strömende Flüssigkeitsmenge und/oder geänderte Kristallformen und/oder -großen) für eine Veränderung von ΔPSK sich in gleicher Weise auf (ΔPSK)1 und (ΔPSK)2 auswirken und sich des- halb bei der Bildung des Quotienten V in ihrer Auswirkung auf diesen neutralisieren.
Die experimentelle Zugänglichkeit von (ΔPSK)1 und (ΔPSK)2 ist in einfacher Weise z.B. dadurch möglich, dass man in einer hydraulischen Waschkolonne gemäß Figur 2 längs der Konzentrierungszone (bzw. allgemein in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone) oberhalb der offenen Bohrung (7) eine weitere offene Bohrung (9) anbringt (vorzugsweise werden die offenen Bohrungen (7), (9) und (8) am Umfang der hydraulischen Waschkolonne nicht gegeneinander versetzt, sondern unmittelbar untereinander befindlich angebracht).
Von der offenen Bohrung (8) führt dann z.B. eine sich verzweigende Druckleitung mit je einem der beiden Zweige zur linken Seite je einer Druckmessmembran. Auf die rechte Seite der einen Druckmessmembran führt dann z.B. die Druckleitung von der offenen Bohrung (9) und auf die rechte Seite der anderen Druckmessmembran führt in entsprechender Weise die Druckleitung von der offenen Bohrung (7).
Selbstredend können um den Umfang der hydraulischen Waschkolonne mehrere, z.B. bis zu 5 oder 4 (vorzugsweise auf identische Höhen gebohrte) Tripel an offenen Bohrungen (7), (8) und (9) angebracht sein. Auf diese Weise ist simultan ein ganzer Satz von Verhältnissen V erhältlich. Die Mengenströme an Steuerlauge und/oder Suspensi- on (4) wird man anwendungstechnisch zweckmäßig nur dann erhöhen oder verringern, wenn die Mehrzahl der Verhältnisse V eine messtechnisch auflösbare Abweichung in die gleiche Richtung aufweist. Der Treibdruck (angegeben als Überdruck gegen Atmosphäre) in einer hydraulischen Waschkolonne beträgt häufig bis zu 10 bar, vielfach bis zu 6 bar und oft 1 bis 5 bar bzw. 0,5 bis 4 bar. Der hydraulische Strömungsdruckverlust der Mutterlauge beträgt in der Regel > 100 mbar bis < 5 bar bzw. < 10 bar.
Die Messerdrehzahl liegt meist bei Werten > 0 und < 100/min, bzw. < 60/min. Die Temperatur im Schmelzkreis liegt üblicherweise 0,01 bis 50C, häufig 0,1 bis 30C oberhalb der Schmelztemperatur der abgetragenen gewaschenen Kristalle.
Die Gesamthöhe des Kristallbetts in einer hydraulischen Waschkolonne beträgt typisch 300 bis 2000 mm, häufig 500 bis 1500 mm, vielfach 400 mm bis 1000 mm. Die Länge der Filterelemente beträgt häufig 20 bis 200 mm. Die Filterperforation betreffend kann den Ausführungen auf Seite 7 der WO 03/041833 gefolgt werden. Die Länge der Filter- rohrverdränger beträgt regelmäßig 100 bis 500 mm. Typische Innendurchmesser einer hydraulischen Waschkolonne liegen bei 300 bis 3000 mm. Typische Innendurchmesser der Filterrohre betragen 5 bis 200 mm, häufig 10 bis 100 mm, vielfach 20 bis 80 mm.
Die Anzahl der Filterrohre kann im Fall einer großtechnischen Anwendung erfindungsgemäß 3 bis 200 oder mehr betragen. Die Länge der Waschzone liegt typisch beim 0,5- bis 20-fachen, bevorzugt beim 1- bis 8-fachen und ganz besonders bevorzugt beim 2- bis 5-fachen des Abstandes des der Einhüllenden nächstliegenden Filterrohres zur Einhüllenden (in der Regel beträgt dieser Abstand 25 bis 500 mm, häufig 40 bis 250 mm, oft 80 bis 200 mm).
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn beim Verhältnis V zweier (vorzugsweise bereinigter) Druckunterschiede (ΔPSK)1 und (ΔPsκ)2der Abstand der beiden vorzugsweise in der Konzentrierungszone (bzw. allgemein in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone) befindlichen Bezugspunkte (der Abstand der entsprechenden offenen Bohrungen) 10 bis 1000 mm, vorzugsweise 50 bis 500 mm und be- sonders bevorzugt 100 bis 300 mm bzw. 200 mm beträgt. Der Abstand des der Aufbaufront nächstliegenden der beiden vorzugsweise in der Konzentrierungszone befindlichen Bezugspunkte zur Aufbaufront beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig 100 bis 2000 mm, vorteilhaft 200 bis 1000 mm.
Die Vorzüge der erfindungsgemäßen Verfahrensweise liegen insbesondere in seiner Wirtschaftlichkeit und in der Tatsache, dass es sich um ein kontinuierlich anwendbares Regel- bzw. Steuerverfahren handelt. Es ist insbesondere in hydraulischen Waschkolonnen anwendbar, wie sie in der WO 03/041833 und in der WO 03/041832 beschrieben sind. Die Differenztemperatur zwischen Mutterlauge und Reinschmelze kann bis zu 150C und mehr betragen. Vielfach beträgt die Differenztemperatur 4 bis 100C und bei geringem Verunreinigungsgehalt der Mutterlauge oft auch nur 2 bis 40C. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wie bereits erwähnt, insbesondere zum reinigenden Abtrennen von Acrylsäurekristallen (bzw. Methacryisäurekristallen) aus ihrer Suspension in verunreinigten Acrylsäureschmelzen (bzw. Methacrylsäureschmel- zen), wie sie in der WO 01/77056, WO 02/055469 und der WO 03/078378 beschrieben sind. Dies vor allem dann, wenn die Acrylsäure-Kristalle eine Würfel- bis quaderförmige Erscheinungsform aufweisen, und dabei ein Länge (L) zu Dicke (D) Verhältnis im Bereich L:D = 1 :1 bis L:D = 6:1 , bevorzugt im Bereich 1 :1 bis 4:1 , und besonders bevorzugt im Bereich 1 ,5:1 bis 3,5:1 zeigen. Die Dicke D der Kristalle liegt dabei üblicherweise im Bereich von 20 bis 600 μm, oft 50 bis 300 μm. Die Länge L der Kristalle liegt üblicherweise im Bereich von 50 bis 1500 μm, oft bei 200 bis 800 μm.
Das sind insbesondere Suspensionen, die z.B. durch Suspensionskristallisation von Rohacrylsäuren erhältlich sind, die enthalten:
65, oder 70, oder 75, oder 85 bis 99,5 Gew.-% Acrylsäure,
> 0, in der Regel 0,1 bis 40 Gew.-%, oder bis 20 Gew.-% Wasser,
> 0, in der Regel 0,001 bis 5 Gew.-% Acrolein,
> 0, in der Regel 0,001 bis 10 Gew.-% Methacrolein,
> 0, in der Regel 0,001 bis 10 Gew-% Methacrylsäure, > 0, in der Regel 0,01 bis 5 Gew.-% Essigsäure,
> 0, in der Regel 0,01 bis 5 Gew.-% Propionsäure,
> 0, in der Regel 0,001 bis 5 Gew.-% Formaldehyd,
> 0, in der Regel 0,001 bis 5 Gew.-% weitere Aldehyde (unter Umständen auch je Aldehyd, z.B. Benzaldehyd), und > 0, in der Regel 0,01 bis 5 Gew.-% Maleinsäure.
Insbesondere sind es Suspensionen, die z.B. durch Suspensionskristallisation von Rohacrylsäuren erhältlich sind, die enthalten:
> 70 Gew.-% Acrylsäure, bis zu 20 Gew.-% Wasser, bis zu 15 Gew.-% Essigsäure, bis zu 5 Gew.-% Propionsäure, bis zu 5 Gew.-% niedermolekulare Aldehyde, bis zu 3 Gew.-% Polymerisationsinhibitoren und bis zu 5 Gew.-% Acrylsäure-Oligomere (Michael-Addukte).
Vor allem sind es Suspensionen, die z.B. durch Suspensionskristallisation von Rohacrylsäuren erhältlich sind, die enthalten:
90 bis 98 Gew.-% Acrylsäure, 0,2 bis 5 Gew.-% Wasser, 0,001 bis 3 Gew.-% Acrolein, 0,001 bis 3 Gew.-% Methacrolein, 0,01 bis 3 Gew.-% Essigsäure, 0,001 bis 3 Gew.-% Propionsäure, 0,001 bis 3 Gew.-% weitere Aldehyde, und 0,001 bis 3 Gew.-% Maleinsäure.
Dabei ist es vorteilhaft, die Suspensionskristallisation in wenigstens zwei, oder in wenigstens drei parallel betriebenen Suspensionskristallisatoren durchzuführen. Aus die- sen werden die Kristallsuspensionen in einen gemeinsamen Pufferbehälter geführt, in welchem die resultierende Gesamtkristallsuspension kontinuierlich homogenisiert, gemischt wird. Aus dem Pufferbehälter heraus werden dann vorteilhaft wenigstens zwei, besonders vorteilhaft wenigstens drei parallel betriebene hydraulische Waschkolonnen gespeist. Sowohl die Inbetriebnahme der parallel betriebenen Suspensionskristallisato- ren, als auch die Inbetriebnahme der parallel betriebenen hydraulischen Waschkolonnen kann untereinander zeitversetzt oder parallel erfolgen. Verkrustungsbildungen erfolgen dann ebenfalls zeitversetzt und können in entsprechender Weise zeitversetzt beseitigt werden.
Die einzelne Waschkolonne und der einzelne Suspensionskristallisator wird dabei ingenieurmäßig so geplant, dass zwei in Betrieb befindliche auch die Mengen des Dritten, gegebenenfalls ausgefallenen, übernehmen können.
Bevorzugt zu verwendende Suspensionskristallisatoren sind z.B. in der WO 04/35514 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch im Fall anderer Kristallsuspensionen, wie sie z.B. in der EP-A 97405 mit Xylolkristallsuspensionen beschrieben sind. Günstig ist es auch im Fall von N-Vinylpyrrolidonkristallsuspensionen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist, dass sie auch bei hydraulischen Waschkolonnen, die eine metallische Einhüllende aufweisen, angewendet werden kann. Dabei kann es sich sowohl um Reinmetalle, aber auch um Legierungen, z.B. Kohlenstoffstähle, Eisenbasislegierungen (Edelstahl, z.B. mit Cr/Ni- Zumischung) oder um Nickelbasislegierungen (z.B. Hastelloy Qualitäten) handeln. Handelt es sich bei der reinigend abzutrennenden Substanz um Acrylsäure, wird als Wandmaterial Edelstahl, insbesondere Edelstahl 1.4571, oder 1.4541, oder 1.4306, oder 1.4404 bevorzugt. Die Stärke der den Prozessraum begrenzenden Metallwand beträgt in zweckmäßiger Weise 3 bis 30 mm, häufig 4 bis 20 mm und meist 5 bis 15 mm. Letzteres gilt insbesondere im Fall von Edelstahl. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch dann anwendbar, wenn die Einhüllende der hydraulischen Waschkolonne aus Glas oder aus synthetischem Kunststoff gefertigt ist.
Typische Werte ΔPSK oder ΔPSKB betragen beim erfindungsgemäßen Verfahren häufig 50 bis 8000 mbar, vielfach 100 bis 4000 mbar, oft 200 bis 1000 rnbar, bzw. bis 750 mbar.
Typische Werte V betragen beim erfindungsgemäßen Verfahren 0,1 bis 0,8, häufig 0,2 bis 0,4.
Auf vorgenannte Werte kann beim erfindungsgemäßen Verfahren geregelt werden.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Regelverfahren gemeinsam mit den in der DE-A 10036881 und WO 02/09839 offenbarten Regelverfahren angewendet werden.
Als solches alternatives Verfahren kommt auch eine radiometrische Methode zur Festlegung der Mengenströme an Steuerlauge und/oder Suspension (4) in Betracht. Dabei wird ein γ-Strahler eingesetzt, der in das Kristallbett hineinstrahlt. Die Extinktion der Strahlung beim Durchgang durch das Kristallbett ist von der Länge des Kristallbetts und damit von der Position der Aufbaufront abhängig. Damit können die Mengenströme an Steuerlauge und/oder Suspension (4) auch in einfachster Weise gemäß der Schwächung des Strahlungssignals geregelt (festgelegt) werden.
Erfindungsgemäß bevorzugt wählt man einen im wesentlichen stationären Suspensionsstrom (4) und regelt die Position der Aufbaufront im wesentlichen ausschließlich über den Betrag des Mengenstroms der Steuerlauge. D.h., das erfindungsgemäße Verfahren umfasst insbesondere Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Wasch- kolonne, die eine zylindrische Einhüllende (1) aufweist, die die Kolonne begrenzt und in der sich parallel zur Zylinderachse ein oder mehrere Filterrohre (2) durch die Kolonne erstrecken, die in der Nähe des zweiten Endes der Kolonne in der Filterrohrwand wenigstens ein Filter (3) aufweisen, das die einzige direkte Verbindung zwischen dem unter Druck P1 stehenden Filterrohrinneren und dem Inneren der Kolonne bildet, bei dem man
wenigstens einen Strom einer Suspension (4), die in einer Mutterlauge suspendierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz enthält, am ersten Ende der Kolonne (5) mit einem Druck P2 (z.B. mittels einer Pumpe (6)), der größer als P1 ist, in selbige kontinuierliche einspeist, über die Filter Mutterlauge (7) in das Filterrohrinnere hinein und über die Filterrohre aus der Kolonne herausführt, am ersten Ende der Kolonne und/oder zwischen diesem Ende und dem Filterbeginn Steuerlauge (9) in die Waschkolonne führt, durch die Mutter- und Steuerlaugeführung in der Kolonne ein Kristallbett (10) der zu reinigenden Substanz ausbildet, das eine dem ersten Ende der Kolonne zu- gewandte Aufbaufront (11) aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension an das Kristallbett anlagern, das Kristallbett durch die aus dem hydraulischen Strömungsdruckverlust der Mutter- und Steuerlaugeführung in der Kolonne resultierende Kraft an den Filtern vorbei in die zwischen den Filtern und dem zweiten Ende der Waschkolonne (12) befindliche Waschzone transportiert (13), an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts kontinuierlich Kristalle abträgt (14), die abgetragenen Kristalle aufschmilzt (15) und einen Teil der Schmelze als Waschflüssigkeitsstrom vom zweiten Ende der Kolonne herkommend gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristallbett leitet (16) und die Position der Aufbaufront mit Hilfe des Mengenstroms von in die Waschkolonne geführter Steuerlauge regelt,
die dadurch gekennzeichnet sind,
dass man zur Festlegung (Regelung) des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Steuerlauge wenigstens einen Druckunterschied ΔPSK verwendet (heranzieht), der in der Kolonne zwischen wenigstens einem Punkt in der vor der Aufbaufront befindlichen Suspensionszone (17) und wenigstens einem Punkt in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone (vorzugsweise in der bis zum Beginn der Waschzone (19) ragenden Konzentrierungszone (18) des Kristallbetts) besteht.
Beispiel
Durch fraktionierende Kondensation eines Produktgasgemisches einer zweistufigen heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Propen wurden im Seitenabzug einer fraktionierenden Kondensationskolonne pro Stunde 1 ,5 1 einer Rohacrylsäure der folgenden Zusammensetzungsgehalte abgezogen:
Acrylsäure 96,1 Gew.-%
Acrolein 446 Gew.ppm
Allylacrylat 20 Gew.ppm
Diacrylsäure 3764 Gew.ppm Essigsäure 7460 Gew.ppm
Furfural 6719 Gew.ppm
Benzaldehyd 7131 Gew.ppm Propionsäure 751 Gew.ppm
Phenothiazin 91 Gew.ppm
MEHQ 247 Gew.ppm
Wasser 0,83 Gew.-%.
Durch kontinuierliche Zugabe von 22,5 kg/h Wasser zu der Rohacrylsäure wurde deren Wassergehalt auf 2,3 Gew.-% erhöht und anschließend mit einer Temperatur von 2O0C einem Suspensionskristallisator zugeführt. Als Kristallisator wurde ein Kühlschei- benkristallisator (Hersteller: Firma GMF, Niederlande) mit 7 Kühlscheiben mit einem Durchmesser von 1,25 m und einem Fassungsvermögen von etwa 2500 1 eingesetzt. Als Kühlmittel wurde ein Wasser/Glykol-Gemisch (70/30 Vol.-%) durch die Kühlscheiben gefahren (Eingangstemperatur = 1 ,5 bis 20C). Schmelze und Kühlmittel wurden im Gegenstrom geführt. Die Schmelze wurde beim Durchgang durch den Kristallisator auf 80C abgekühlt, wobei, bezogen auf die Suspensionsgesamtmasse, etwa 24 Gew.-% Kristalle entstanden.
Ein Teil dieser Suspension wurde kontinuierlich über eine Kreiskolbenpumpe (drehzahlgeregelt) auf eine hydraulische Waschkolonne gefahren. Diese Waschkolonne wies einen zylindrischen Prozessraum mit 263 mm Innendurchmesser auf und besaß eine den Prozessraum begrenzende Metallwand aus Edelstahl 1.4571 mit 5 mm
Wandstärke. Zum Flüssigkeitsabzug wurde in der Waschkolonne ein zentral eingebautes Filterrohr (aus demselben Edelstahl) mit einem Außendurchmesser von 48 mm verwendet (Wanddicke = 2 mm). Die Länge des Prozessraums betrug 1230 mm.
Die Länge des Filterrohrs betrug 1225 mm. Die Filterlänge betrug 60 mm. Der Filter war nach einer Rohrlänge von 970 mm (von oben gemessen) eingebaut. Der Kristallabtrag am unteren Ende der Waschkolonne erfolgte mit einem rotierenden Messer (60 Umdrehungen pro Minute). Die Transportrichtung war von oben nach unten.
Die abgetragenen Kristalle wurden in einem Schmelzkreis, der bei 140C (Schmelzpunkt der reinigend abgetrennten Kristalle) betrieben wurde, resuspendiert. Dabei wurden als Polymerisationsinhibitoren MEHQ (Monomethylether des Hydrochinons) und Luft (durch Einperlung) in die im Kreis geführte Suspension eingebracht (278 Gew.ppm MEHQ). Über einen Wärmetauscher wurde auf indirektem Weg Wärme in die im Kreis gefahrene Suspension eingetragen, um die darin resuspendierten Kristalle weitgehend aufzuschmelzen. Als Pumpe im Schmelzkreis wurde eine Kreiselpumpe (1500 U/min) mit doppeltwirkender Gleitringdichtung verwendet. Als Sperrflüssigkeit kam eine Was- ser/Glykol-Mischung (85/15 Vol.-%) zum Einsatz, die indirekt mit Kühlwasser gekühlt wurde. Die Lage der Waschfront in der Kolonne wurde durch mehrere, axial auf unter- schiedlicher Höhe in der Waschkolonne eingebaute, Temperaturmessungen überwacht und unter Anpassung der aus dem Schmelzkreis abgezogenen Reinproduktmenge geregelt. Die Kontrolle der Kristallbetthöhe (der Aufbaufront) erfolgte auf den bereinig- ten Druckunterschied ΔPSKB = 250 mbar geregelt, der zwischen einer ersten offenen Bohrung innerhalb der Suspensionszone und einer zweiten offenen Bohrung 300 mm unterhalb der ersten offenen Bohrung im stationären Zustand bestand (Figur 3 zeigt einen typischen Verlauf von ΔPSKB (Ordinate, mbar) in Abhängigkeit von der Entfernung (Abszisse, mm) zwischen Aufbaufront und zweiter offener Bohrung bei gleichbleibender Position der ersten offenen Bohrung). Die hydraulische Waschkolonne wurde mit einem Suspensionsmengenstrom von 1400 kg/h aus dem Kühlscheibenkristallisator beschickt. Die Temperatur der Suspension lag bei 80C. Es stellte sich ein Überdruck gegen Atmosphäre am Kopf der Waschkolonne von 2,0 bis 2,2 bar ein, der eng be- grenzt um den Mittelwert von 2,05 bar schwankte. Der Überdruck am unteren Ende der Kolonne betrug 1 ,8 bis 2,0 bar. Der im stationären Zustand über eine Steuerstrompumpe auf die Waschkolonne (in den Zulauf der Suspension hinter der Kreiskolbenpumpe) zurückgefahrene Steuerstrom (ein Teilstrom des über das Filter abfließenden Stoffstroms) betrug 1400 kg/h.
Der aus dem Schmelzkreis abgezogene Reinproduktstrom an gereinigter Acrylsäure lag bei 325 kg/h. Dies entspricht einer Ausbeute von 96,7 Gew.-%, bezogen auf den der Waschkolonne mit der Suspension zugeführten Kristallmassenstrom. Das Reinprodukt wies folgende Zusammensetzungsgehalte auf:
Acrylsäure 99,75 Gew.-%, Acrolein nicht nachweisbar,
Allylacrylat nicht nachweisbar, Essigsäure 1457 Gew.-ppm Furfural 3 Gew.-ppm,
Benzaldehyd 2 Gew.-ppm, Propionsäure 209 Gew.-ppm, Phenothiazin nicht nachweisbar, MEHQ 278 Gew.-ppm, Wasser < 0,05 Gew.-%.
Waschfront und Aufbaufront waren während des gesamten Versuches von befriedigender Stabilität.
US Provisional Patent Application No. 60/673339 (eingereicht am 21.04.05) ist eingefügt in die vorliegende Patentanmeldung durch Literaturhinweis. Im Hinblick auf die obengenannten Lehren sind zahlreiche Änderungen und Abweichungen von der vorliegenden Erfindung möglich. Man kann deshalb davon ausgehen, dass die Erfindung, im Rahmen der beigefügten Ansprüche, anders als hierin spezifisch beschrieben, ausge- führt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer hydraulischen Waschkolonne, die eine zylindrische Einhüllende (1) aufweist, die die Kolonne begrenzt und in der sich parallel zur Zylinderachse ein oder mehrere Filterrohre (2) durch die Kolonne erstrecken, die in der Nähe des zweiten Endes der Kolonne in der Filterrohrwand wenigstens ein Filter (3) aufweisen, das die einzige direkte Verbindung zwischen dem unter dem Druck P1 stehenden Filterrohrinneren und dem Inneren der Kolonne bildet, bei dem man
wenigstens einen Strom einer Suspension (4), die in einer Mutterlauge suspendierte Kristalle einer zu reinigenden Substanz enthält, am ersten Ende der Kolonne (5) mit einem Druck P2 der größer als P1 ist, in selbige kontinuierlich einspeist, - über die Filter Mutterlauge (7) in das Filterrohrinnere hinein und über die Filterrohre aus der Kolonne heraus führt, am ersten Ende der Kolonne und/oder zwischen diesem Ende und dem Filterbeginn gegebenenfalls Steuerlauge (9) in die Waschkolonne führt, durch die Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne ein Kristallbett (10) der zu reinigenden Substanz ausbildet, das eine dem ersten Ende der Kolonne zugewandte Aufbaufront (11) aufweist, an der sich kontinuierlich Kristalle der eingeleiteten Suspension ans Kristallbett anlagern, das Kristallbett durch die aus dem hydraulischen Strömungsdruckverlust der Mutter- und gegebenenfalls Steuerlaugeführung in der Kolonne resultierende Kraft an den Filtern vorbei in die zwischen den Filtern und dem zweiten Ende der Waschkolonne (12) befindliche Waschzone transportiert (13), an dem der Aufbaufront gegenüberliegenden Ende des Kristallbetts kontinuierliche Kristalle abträgt (14), - die abgetragenen Kristalle aufschmilzt (15) und einen Teil der Schmelze als
Waschflüssigkeitsstrom vom zweiten Ende der Kolonne herkommend gegen die Transportrichtung der Kristalle durch das Kristailbett leitet (16) und die Position der Aufbaufront mit Hilfe des Mengenstroms von in die Waschkolonne geführter Steuerlauge und/oder mit Hilfe des Mengenstroms der in die Waschkolonne geführten Suspension (4) regelt,
dadurch gekennzeichnet,
dass man zur Festlegung (Regelung) der Mengenströme der in die Wasch- kolonne geführten Steuerlauge und/oder Suspension (4) wenigstens einen
Druckunterschied ΔPSK verwendet (heranzieht), der in der Kolonne zwischen wenigstens einem Punkt in der vor der Aufbaufront befindlichen Sus- pensionszone (17) und wenigstens einem Punkt in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone (vorzugsweise in der bis zum Beginn der Waschzone (19) ragenden Konzentrierungszone (18) des Kristallbetts) besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man zur Festlegung der Mengenströme der in die Waschkolonne geführten Steuerlauge und/oder Suspension (4) das Verhältnis V zweier Druckunterschiede (ΔPSK)1 und (ΔPSK)2 verwendet, deren jeweilige Bezugspunkte in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone sich auf unterschiedlicher Höhe befinden.
3.. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ΔPSK 50 bis 8000 mbar beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass V 0,1 bis 0,8 beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Bezugspunkte in der von der Aufbaufront bis zum Ende des Kristallbetts ragenden Zone 10 bis 1000 mm beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige verwendete Druckunterschied ΔPSK in seiner um den jeweils zugehörigen hydrostatischen Druckunterschied bereinigten Form ΔPSKB verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Suspensionsstrom suspendierten Kristalle Acrlysäurekristalle sind.
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