Benutzer:Alfons63/Kristallisation und mechanische Entwässerung
Die Kristallisation von Stoffen aus Lösungen ist ein thermisches Trennverfahren. Stoff, gelöst in einem Lösungsmittel, wird durch Entfernen von Lösungsmittel vorkonzentriert. Diese vorkonzentrierte Lösung muss dann übersättigt werden, damit Kristalle wachsen können.
Kristallisation wird mittels sehr unterschiedlicher Prozesstechnik durchgeführt.
In allen Prozessen entsteht Übersättigung dort, wo
- der gesättigten Suspension Lösungsmittel entzogen
- oder gesättigte Suspension abgekühlt wird.
Ein Kristall wächst, wenn in der den Kristall umgebenden Grenzschicht sehr viele hydratisierte Ionen vorhanden sind. Im Falle von Tafelsalz sind das hydratisierte Na- und Cl-Ionen. Beim Einbau dieser Jonen in die Kristalloberfläche wird die Übersättigung der Grenzschicht reduziert. Weiteres Kristallwachstum kann erst entstehen, wenn entweder viele unter dem Einfluss der Brownschen Bewegung stehende hydratisierte Ionen in die Grenzschicht eindringen oder der Kristall sich selbst zu den hydratisierten Jonen bewegt. Ist ein Kristall groß genug und schwerer als die Lösung, gelingt dies. Die Erdgravitation ermöglicht diese Bewegung. Erreicht der Kristall den Boden, kommt der Kristallisationsvorgang weitgehend zum Erliegen.
Kristalle unter Einsatz mechanischer Energie in Schwebe zu halten, ist nicht die beste Lösung. Jeder Kristall kann rotieren und dabei Energie aufnehmen. Die dabei gespeicherte Energie steigt mit der fünften Potenz seiner radialen Ausdehnung. Die großen Kristalle sammeln sich bevorzugt im unteren Bereich des Behälters und kollidieren dort miteinander, erzeugen Abrieb und beeinträchtigen die Kristallbildung. Besonders bei Massenprodukten wie Kochsalz, Kalidünger oder Ammonsulfat wird auf ein grobes, enges und konstantes Kornspektrum großen Wert gelegt. Ein Behälter mit einem Rührer kann dies nicht bieten.
Somit ist
- die Konzentration der großen Kristalle in einem speziellen Bereich des Behälters ist nicht ratsam.
- die Versorgung dieses Bereichs mit mechanischer Energie ist nicht ratsam.
Dabei ist es unnötig, die Kristalle in Schwebe zu halten. Stattdessen gibt es die Möglichkeit, einen Kristall, der in der Flüssigkeit sinkt, sinken und ungestört wachsen lassen. Am Boden angelangt, kann er wieder dorthin transportiert werden, wo die Übersättigung durch Lösungsmittelentzug und Kühlung entsteht.
Dies kann mithilfe des inneren Kreislaufes erreicht werden. In einem solchen Staedy Flow Crystallizer hat der Kristall eine gleichmäßige langsame Sinkgeschwindigkeit, die nur von seinem Gewicht abhängt. Auf diese Weise wird eine sehr schonende Behandlung der Kristalle gewährleistet, deren Wachstum nur von der lokalen Übersättigung abhängt.
Literaturhinweise
- J. W. Mullin: Crystallization. Butterworth-Heinemann, Oxford, 1993
- A. Mersmann, M. Kind, J. Stichlmair: Kristallisation. Springer Verlag
- A. Mersmann: Stoffübertragung. Springer, 1986, S. 225
- C. Gahn: Die Festigkeit von Kristallen und ihr Einfluß auf die Kinetik in Suspensionskristallern. UTZ Verlag
- Grassman, Widmer: Einführung in die thermische Verfahrenstechnik. de Gruyter Verlag
- G. Hofmann, M. Kind, W. Beckmann: Kristallisation in der industriellen Praxis. Wiley Online Library
- W. Stahl: Industriezentrifugen. Band II, DrM Press, 2005
- Allan S. Myerson (Herausgeber): Handbook of Industrial Crystallisation.
- Rafael Kaiser: Flashkristallisation als neues Verfahren zur Produktgestaltung kristalliner Güter: Dissertation an der Universität, Universitätsverlag Karlsruhe, Karlsruhe, 2008.
- H. Meldau: Über die Kornzerstörung bei Schubzentrifugen. (CIT) Seite 367, 1995
- H. Meldau: Die Schubzentrifuge - Ein Torso in der Verfahrenstechnik. (CIT) Sept. 1998
- H. Meldau: Kristallisation und Prozesstechnik. Dechema Jahrestagung 17.03.2015 in Magdebur
- H. Meldau: Crystallization and Dehydration. Filtech Congress 2016 Köln
