DE2160994C3

DE2160994C3 - Kühlkristallisator

Info

Publication number: DE2160994C3
Application number: DE2160994A
Authority: DE
Inventors: Robert Wallisellen Winkler (Schweiz)
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1971-12-09
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2160994A1; DE2160994B2; CH525015A; JPS558202B1; GB1373515A; FR2118645A5

Description

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

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

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

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

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

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

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

Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Kühlkristallisaton; gegenüber den bekannten Apparaten sind folgende: Laminare Strömungsverhältnisse sind in turbulente umgestaltet worden, so daß eine Krustenbildung an den Rohren besonders an der Seite der Lösung ■.veitgehend verhindert ist. Die Wärmeaustauschbedingungen sind nun übersichtlich und können mittels der vorhandenen Vorrichtungen zum regulierbaren Zu- und ro Abführen des Kühlmittels und der Lösung präzise eingestellt werden. Der Wärmeaustausch wird nicht nur an den Wärmeaustauschflächen vollzogen, sondern auch durch ständiges Beimischen der frisch eingeführten Lösung zu der bere:ts im Kristallisator abgekühlten und umwälzenden Lösung, so daß ein flach verlaufender Abkühlungsgradient erzielt ist. Eine Kurzschlußverbindung zwischen der Zu- und Abfuhrleitung ist unmöglich. Der Kristallisator arbeitet kontinuierlich. D'irch einfache konstruktioneile Maßnahmen können die Wärmeaustauschflächen einfach zugänglich sein.

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

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

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

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

Durch die auf verschiedenste Weise mögliche Kombination bei dem Zusammenstellen einer solchen Kühlkristallisationsanlage aus den erfindungsgemäßen 6* Kühlkristallisatoren können die notwendigen physikalischen Bedingungen des gegebenen Kristallisationsprozesses genau erreicht werden. Mit dem angewendeten Baukastenprinzip können einzelne Teile ohne großen Zeitverlust bei vorkommenden Störungen ersetzt werden.

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

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kühlkristallisator nach einer ersten Ausführung,

Fig. 2 zeigt einen seitlichen Anbück auf den K.ühlkristallisator in Fig. 1 aus der Richtung des zu F i g. 1 zeigenden Pfeiles,

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

Fig.4 zeigt einen Längsschnitt durch den Kühler eines Kühlkristallisators mit schräggeführten Rohren.

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

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

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

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

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

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

ίο zu kühlende Lösung im wesentlichen im Gcgenstrorr zum Kühlmittel.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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

2. Kühlkristallisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum des Kühlers (2) mit seinen Rohrplatten (10, 11) und Rohren (3) einen Durchtrittsquerschnitt in Form eines länglichen Rechtecks aufweist, dessen Breite (B) höchstens ein Drittel seiner Länge (L)ist.

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

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

(1) angeordnet ist.

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

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

7. Kühlkristaliisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrplatten (10, 11) an ihrer Außenseite mit abnehmbaren Stirndeckeln (17,18) versehen sind.

8. Kühlkristaliisator nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitung (16) zwisch π zwei Ebener, liegt, weiche durch die beiden den Behalter (1) begrenzenden und zu den Achsen der Rohre (3) des Kühlers (2) parallelen Wände (12 und 13) des Behälters (1) bestimmt sind