Additives for faster separation in melt layer crystallization

Abstract

Der Einsatz von Hilfsstoffen für eine Verbesserung der Kinetik in der Schichtkristallisation wird erstmals detailliert untersucht. Ein Verständnis des Prozesses wird am Beispiel einer synthetischen Mischung aus Glyzerol und Wasser erlangt. Ferner wird seine Anwendung auf 2 reale industrielle Trennaufgaben, Rohglyzerol und Paraffin, untersucht. Bei der statischen Kristallisation wässriger Glyzerolschmelze erlaubten bereits wb = 5% 1 Butanol eine Erhöhung der Wachstumsrate um einen Faktor 10 ohne Reinheitsverlust. Berechnungen zeigen, dass der gemessene Effekt des Additives nicht allein durch dessen Einfluss auf Viskosität und Diffusionskoeffizienten kommt. Es verstärkt auch die freie Konvektion durch konzentrationsinduzierte Dichtegradienten und erhöht die Grenzflächenspannung an der Kristallfront. Auf dieser Erkenntnis basiert ein hier erstelltes Protokoll für die Auswahl eines geeigneten Hilfsstoffes. Für Glyzerol ist BuOH ein guter, aber nicht der ideale Hilfsstoff. Trotzdem steht seine Wirkung nicht hinter der einer erzwungenen Konvektion, wie sie nicht einmal in einem Rieselfilm realisiert wird, zurück.

The use of additives to improve the kinetics of layer crystallization is investigated in detail for the first time. An understanding of the process is obtained on the example of a synthetic binary glycerol-water mixture. Its application to 2 real industrial separation tasks, raw glycerol and paraffin, is also investigated. In aqueous glycerol, wb = 5% 1 butanol in a static crystallizer allowed increase of the growth rate by a factor 10 without loss in the separation success. Calculations reveal that the additive’s measured effect is caused not only by its influence on viscosity and diffusivity. It also enhances natural convection by concentration-polarization-induced density gradients and favourably changes the surface tension of the crystal layer. From this discussion, a protocol for choosing a suitable additive is derived. For glycerol, BuOH is a good, but not the ideal additive. However, its influence can be as large as the influence of an agitation stronger than that in a falling film.