NL1008812C2

NL1008812C2 - Kristallisatiewerkwijze en -inrichting.

Info

Publication number: NL1008812C2
Application number: NL1008812A
Authority: NL
Inventors: Halbe Anne Jansen; Johannes Josephus Andre Jansen
Original assignee: Niro Process Technology Bv
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-07
Also published as: DE69920558D1; EP0948984A1; US6241954B1; JPH11342302A; EP0948984B1; DE69920558T2; CA2268591A1

Description

Kristallisatiewerkwijze en -inrichting.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het kristalliseren van een vloeistof uit een moederloog omvattende een oplossing, een 5 suspensie of een mengsel van vloeistoffen, omvattende de stappen van: toevoer van de moederloog naar een zone voor het vormen van een kristalbrij afVoer van de kristalbrij uit de zone via een kristalbrij-afvoerleiding en toevoer daarvan aan een scheidingsinrichting.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het kristalliseren van 10 een vloeistof uit een oplossing, een suspensie of een mengsel van vloeistoffen, omvattende: een kristallisator verbonden met een toevoerleiding voor toevoer van de oplossing, de suspensie of het mengsel, omvattende een vat met een koelorgaan voor het in het vat vormen van kristallen, 15 - een in het vat gelegen filter dat is verbonden met een afvoerieiding voor uit het vat gefilterde vloeistof en een met het vat verbonden kristalbrij-afvoerleiding voor het afvoeren van een suspensie van kristallen uit het vat.

Uit de Nederlandse ter inzage legging nr. 8104086, ten name van aanvraagster, is 20 een rekristallisatievat bekend waarin een wandgeschraapte warmtewisselaar binnen het vat is opgenomen. De wandgeschraapte warmte-wisselaar vormt een afzonderlijke nucleatiezone voor de kristallen met een gemiddelde verblijftijd van de moederloog tussen ongeveer 10 en 100 seconden. De ijskristallen worden na nucleatie vanuit de warmtewisselaar toegevoerd aan het rijpingsvat waar de gemiddelde verblijftijd in de orde van 25 vele uren bedraagt. Op het vat zijn een of meer gecombineerde zeef-wasinrichtingen, zoals een waskolom, geplaatst voor het scheiden van gevormde kristallen van de moederloog. In het vat zijn tevens een roerder alsmede een vast opgesteld filter geplaatst. Door het filter wordt de moederloog aan het vat onttrokken en via een pomp teruggevoerd naar de toevoer van de warmtewisselaar. De via het filter uit het vat verwijderde en 30 verarmde moederloog kan eveneens door een afvoerieiding aan het circuit worden onttrokken. Een nadeel van een dergelijke inrichting is dat het filter ten gevolge van de gescheiden nucleatie en groei van de kristallen en de daartrij optredende verschillen in verblijftijd in de respectieve gescheiden nucleatie- en rijpingszones, grote volumestromen 10088 1 2 2 moet verwerken en in deze opstelling een kritisch element is.

Voor een efficiënte scheiding van de kristallen uit de moederloog met een waskolom mag de moederloog in de rekristallisatie-inrichting niet te viskeus zijn en mag het verschil tussen de smelttemperatuur van de uitgekristalliseerde stof en de 5 evenwichtstemperatuur van de moederloog niet te groot zijn. Beide nemen toe naarmate het gehalte aan de te winnen stof afneemt. Bij een te groot verschil in smelttemperatuur kan het scheiden van de kristallen uit de geconcentreerde moederloog door middel van gepakt bed waskolommen niet meer op efficiënte wijze plaatsvinden. Verder dienen de gevormde kristallen zo goed mogelijk bolvormig te zijn met een geschikte afmeting rond 10 300 pm en moet de grootteverdeling uniform zijn. Wanneer de te winnen zuivere stof water is, wordt een zeer goed resultaat verkregen met gescheiden nucleatie en groei, zoals bijvoorbeeld beschreven in Nederlandse octrooiaanvrage nr. 8104086 ten name van aanvraagster.

Voor de meeste andere in aanmerking komende producten is een dergelijk systeem 15 echter minder geschikt, omdat de in de nucleatiezone gevormde kristallen door hun vorm niet snel genoeg smelten in het rijpingsvat. Als deze kristallen in het rijpingsvat niet smelten, wordt de gemiddelde kristalgrootte veel kleiner, wat sterk beperkend werkt op de capaciteit van de kristal-moederloog scheidingsinrichting zoals een waskolom.

In de praktijk worden voor deze andere producten kristallisatie-inrichtingen 20 gebruikt, waarbij geen onderscheid meer wordt gemaakt tussen nucleatie en groeizones. Niet de moederloog maar de kristalbrij wordt hier langs een geschraapte warmtewisselende wand gevoerd. In sommige uitvoeringen is deze wand in het vat opgenomen, bij andere uitvoeringen wordt de kristalbrij over een of meer externe geschraapte warmtewisselaars gevoerd.

25 Beide uitvoeringen hebben als nadeel dat het niet mogelijk is om het kristalgehalte in het vat te regelen onafhankelijk van de vriespuntslijn in het fasendiagram van het product. Men is bij dergelijke inrichtingen daarom gedwongen om ver van het procestechnisch wenselijke kristalgehalte te opereren. Buiten het vat geplaatste filterinrichtingen worden wel toegepast, maar dit heeft als groot nadeel dat een gedeelte 30 van de kristallen breken, wat weer resulteert in een kleine gemiddelde kristalgrootte.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze en inrichting voor het scheiden van oplossingen, mengsels van vloeistoffen of suspensies onder kristallisatie van het oplosmiddel waarbij een betere beheersing van het f0088 1 2 3 kristalgehalte in de kristallisator mogelijk is en waarbij een aanzienlijke verbetering van de capaciteit kan worden bereikt.

Hiertoe is de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de zone een zone van gecombineerde nucleatie en groei is, moederloog via een in de zone 5 gelegen filter uit de zone wordt onttrokken via een afVoerleiding.

De inrichting volgens onderhavige uitvinding is gekenmerkt doordat het koelorgaan is ingericht om de gehele inhoud van het vat te koelen, waarbij het vat één ruimte vormt voor zowel nucleatie als groei van de kristallen.

De combinatie van de filterinrichting in het vat zoals bekend bij de aanvraagster uit 10 de gescheiden nucleatie en groeisystemen met de gecombineerde nucleatie zoals hierboven omschreven, leidt tot onverwacht goede resultaten. De mogelijkheid om kristallisatie-inrichtingen te bedrijven bij procestechnisch optimale kristalgehaltes verhoogt de capaciteit van bestaande inrichtingen aanzienlijk en brengt de investeringskosten van nieuwe inrichtingen omlaag.

15 Doordat nucleatie en groei volgens de onderhavige uitvinding in één vat plaatsvinden, is het niet langer noodzakelijk om grote volumestromen door het vat te recirculeren via het filter zoals volgens de stand van de techniek. Met de inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan via de afVoerleiding een relatief kleine hoeveelheid verarmde moederloog aan het vat worden onttrokken, waardoor het kristalgehalte in de 20 gecombineerde nucleatie en groeizone kan worden geregeld.

Via de afVoerleiding van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, die bij voorkeur niet is teruggeleid naar het vat van de kristallisator, wordt per uur niet meer dan 30%, bij voorkeur niet meer dan 10% van het volume van het vat afgevoerd. In tegenstelling tot de recirculatiestroom van de bekende inrichting, waarbij per uur 25 bijvoorbeeld minstens tweemaal de inhoud van het rijpingsvat over de nucleatiezone (en daarom ook over het filter) wordt gerecirculeerd, is de hoeveelheid over het filter afgevoerde moederloog in de inrichting volgens de uitvinding relatief klein. Hierdoor wordt schade aan de kristallen op het filter geminimaliseerd.

Bij voorkeur is de kristalbrij-afvoerleiding van de inrichting volgens de 30 onderhavige uitvinding verbonden met een mengvat dat tevens is verbonden met een voedingsleiding voor toevoer van de moederloog aan het mengvat, vanuit een voorraadhouder. In het mengvat worden de kristallen gemengd met de moederloog alvorens te worden afgescheiden. Hierdoor wordt de viscositeit van de kristalbrij verlaagd 10088 1 2 4 en wordt het vriespunt verhoogd zodat de capaciteit van de waskolom toeneemt. Doordat de kristalbrij in het mengvat wordt vermengd met verse moederloog, is de uit de waskolom afgescheiden oplossing nog relatief rijk aan af te scheiden stof, zodat deze niet wordt afgevoerd maar via de toevoerleiding wordt teruggeleid naar de kristallisator.

5 In een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat de kristallisator een roerder met op de roeras het filter dat roteerbaar is langs een stationaire schraper. Door middel van het interne, roterende filter kan de moederloog uit het kristallisatievat worden onttrokken zonder dat de kristallen worden beschadigd. De filterkoek blijft hierbij relatief klein zodat deze zonder nadelige gevolg 10 kan worden opgemengd met de in het vat aanwezige kristallen.

In een uitvoeringsvorm is het koelorgaan langs de wand van het kristallisatievat geplaatst. Bij deze opstelling kunnen de roerder, het roterende filter en de schraper voor het verwijderen van kristallen van de wand als een integrale eenheid worden uitgevoerd. Een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting voor het kristalliseren van een vloeistof 15 volgens de onderhavige uitvinding zal nader worden beschreven aan de hand van de bijgevoegde enkele figuur.

De figuur toont een inrichting 1 volgens onderhavige uitvinding die is voorzien van een kristallisator 2 omvattende een vat 3 dat aan de buitenzijde is voorzien van een koelorgaan 4. In het vat bevindt zich een roterende roerder/schraper 5 die zich op de wand 20 vormende kristallen afschraapt en deze tot een homogene suspensie vermengt. Een toevoerleiding 6 voor de moederloog is enerzijds verbonden met het vat 3 en anderzijds met een scheidingsinrichting 14. De inhoud van het kristallisatievat 3 wordt via een kristalafVoerleiding 8 toegevoerd aan een mengvat 7. Het mengvat 7 is via een afvoer 7' verbonden met de scheidingsinrichting 14, zoals een gepakt bed waskolom. Een 25 voedingsleiding 15 mondt uit in het mengvat 7 voor toevoer van verse moederloog aan het mengvat vanuit een voorraadhouder. Via een afvoer 16 van de waskolom 14 worden zuivere kristallen (in suspensie of in gesmolten toestand) afgevoerd. De verarmde moederloog wordt vanuit de waskolom 14 door de toevoerleiding 6 naar het vat 3 van de kristallisator teruggevoerd.

30 De roerder 5 in het vat 3 is voorzien van een roeras 13 aan het einde waarvan een filter 10 is opgehangen. Door de roeras 13 loopt de met het filter 10 verbonden afvoerleiding 9 voor afvoer van verarmde moederloog uit het vat 3, via het filter 10. De roeras 13 wordt met het filter 10 in rotatie aangedreven door een op het vat 2 geplaatste 1008812 5 motor 11. Het filter 10 wordt langs een vast opgestelde schraper 12 geroteerd voor verwijdering van de filterkoek.

Doordat de kristalbrij in het mengvat 7 wordt vermengd met via de voedingsleiding 15 vers toegevoerde moederloog, worden de viscositeit en concentratie geoptimaliseerd 5 voor scheiding van de kristallen met behulp van de gepakt bed waskolom 14. Doordat de uit de waskolom 14 tredende moederloog door deze opmenging nog steeds rijk is aan af te scheiden stoffen wordt deze moederloog via de toevoerleiding 6 aan de kristallisator 2 toegevoerd. In de kristallisator bevindt de meest verarmde moederloog zich tussen de kristallen op het filter. 10 en wordt daar via de afvoerleiding 9 onttrokken en uit het proces 10 afgevoerd. Deze afvoer van relatief kleine volumes via het filter 10 geeft een zeer geringe verstoring van de condities binnen de kristallisator zodat de kristalvorming hierin niet wordt verstoord en kristallen met de gewenste grootte, met de gewenste bolvorm en met een uniforme grote verdeling kunnen worden gevormd, welke optimaal geschikt zijn voor afscheiding in een gepakt bed waskolom 14.

1008812

Claims

1. Werkwijze voor het kristalliseren van een vloeistof uit een moederloog omvattende een oplossing, een suspensie of een mengsel van vloeistoffen, omvattende de stappen van 5 toevoer van de moederloog naar een zone (3) voor het vormen van een kristalbrij, afvoer van de kristalbrij uit de zone (3) via een kristalbrij-afvoerleiding (8) en 10 toevoer daarvan aan een scheidingsinrichting (14), met het kenmerk, dat de zone (3) een zone van gecombineerde nucleatie en groei is, waarbij de moederloog via een in de zone (3) gelegen filter uit de zone wordt onttrokken via een afVoerleiding (9).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onttrokken moederloog niet wordt teruggeleid naar de zone (3).

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat via de afvoerleiding (9) niet meer dan 30%, bij voorkeur niet meer dan 10 % vna het volume van de zone (3) 20 wordt afgevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat de kristalbrij wordt toegevoerd aan een mengvat (7) waaraan tevens moederloog wordt toegevoerd.

5. Inrichting voor het kristalliseren van een vloeistof uit een oplossing, een suspensie of een mengsel van vloeistoffen, omvattende: een kristallisator (2) verbonden met een toevoerleiding (6) voor de oplossing, de suspensie of het mengsel, omvattende een vat (3) met een koelorgaan (4) voor het in het vat vormen van kristallen, 30. een in het vat gelegen filter (10) dat is verbonden met een afvoerleiding (9) voor afvoer van gefilterde vloeistof uit het vat en een met het vat (3) verbonden kristalbrij-afvoerleiding (8) voor het afvoeren van een suspensie van kristallen uit het vat, : 1008812 met het kenmerk, dat het koelorgaan (4) is ingericht om de gehele inhoud van het vat te koelen, waarbij het vat één ruimte vormt voor zowel nucleatie als groei van de kristallen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de afvoerleiding (9) niet is teruggeleid naar het vat (3).

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de afvoerleiding (9) is ingericht om per uur niet meer dan 30%, bij voorkeur niet meer dan 10% van het volume 10 van het vat (3) af te voeren.

8. Inrichting volgens conclusie 5,6 of 7, met het kenmerk, dat de kristalbrij-afVoerleiding (8) is verbonden met een mengvat (7) dat tevens is verbonden met een voedingsleiding (15) voor toevoer van de oplossing, de suspensie of het mengsel van 15 vloeistoffen vanuit een voorraadhouder aan het mengvat (7).

9. Inrichting volgens conclusie 5,6,7 of 8, met het kenmerk, dat een scheidingsinrichting (14) voor het scheiden van de oplossing en de kristallen is verbonden met het mengvat (7), waarbij de toevoerleiding (6) is verbonden met de 20 scheidingsinrichting voor het toevoeren van de afgescheiden oplossing vanuit de scheidingsinrichting (14) aan het vat (3).

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de scheidingsinrichting (14) een waskolom omvat. 25

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 5 t/m 10, met het kenmerk, dat de kristallisator (2) een roerder (5) omvat met een roeras (13) en aan het uiteinde van de roeras (13) het filter (10), dat roteerbaar is langs een schraaporgaan (12).

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de as (13) van de roerder (5) hol is uitgevoerd en de afvoerleiding (9) omvat.

13. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 12, met het kenmerk, dat het 1008812 koelorgaan (4) tegen de wand van het vat (3) is geplaatst, en dat het vat (3) is voorzien van een schraper voor verwijdering van kristallen van de wand.

14. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 13, met het kenmerk, dat het vat (3) is 5 verbonden met een buiten het vat (3) gelegen geschraapte warmtewisselaar.

15. Kristallisator (2) omvattende een vat (3) met een koelorgaan (4) voor het in het vat vormen van kristallen, een in het vat gelegen filter (10) verbonden met een afvoerleiding (9) voor afvoer 10 van gefilterde vloeistof uit het vat en een met het vat (3) verbonden kristal-afVoerleiding (8) voor het afVoeren van een suspensie van kristallen uit het vat, met het kenmerk, dat het koelorgaan is ingericht om de gehele inhoud van het vat te koelen, waarbij het vat één ruimte vormt voor zowel nucleatie als groei van de kristallen. 15

16. Kristallisator (2) volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de kristallisator een roerder (5) omvat met een roeras (13) en aan het uiteinde van de roeras het filter (10), dat roteerbaar is langs een schraaporgaan (12).

17. Kristallisator volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk, dat de as (13) van de roerder (5) hol is uitgevoerd en de afVoerleiding (9) omvat.

18. Kristallisator volgens conclusie 15, 16 of 17 met het kenmerk, dat het koelorgaan (4) tegen de wand van het vat (3) is geplaatst. 1008812