JPH01210001A - 圧力晶析分離設備および圧力晶析分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力晶析用原料液を温度調整して圧力晶析分
離装置へ供給し、断熱的な加圧固化、減圧融解および固
液分離操作を組み合わせて行い、該原料液から目的成分
のみを分離精製する圧力晶析分離設備および圧力晶析分
離方法に関する。

（従来の技術） 圧力晶析法は、従来の蒸留法や冷却晶析法では分離困難
な原料系への適用に大きな可能性を有している事、高純
度の製品が得易い事、高収率が得られる事及びエネルギ
消費量が少ない事から、近年の化学工業のファイン化に
伴って大きな注目を集めている分離精製技術である。

かかる圧力晶析法の概要は、例えば、化学工業Ｖ−＞１
．５０．Ｎｏ、５．Ｐ３３１　３３５　　’圧力晶析法
と装置の概要」に記載されている。これを第２図（プロ
セスフロー図）によって説明すると、圧力容器（１）に
は、下方に蓋体（下１）（２）が設けられ、ピストン（
５）が油圧ユニット（３）の作動により容器（１）内で
上下動するように設けられ、このピストン（５）と下蓋
（２）とによって圧力容器（１）内に晶析室（４）が形
成される。

二〇晶析室（４）と排液タンク（６）とが、減圧機構０
０及び弁（１１）を介して配管（９）により連結されて
いる。又、晶析室（４）と予備晶析缶（７）とが原料供
給ポンプ（８）、弁θりを介して配管０■により連結さ
れている。

この設備において、原料は原料タンクＧ４１より予備晶
析缶（７）に送給されて圧力晶析のための種結晶を生成
する。これは種結晶を含まないままの原料を圧力晶析に
かけると、圧力晶析では過飽和圧が−ｒ的に数百゛気圧
以上と比較的高い場合が多く、初期結晶生成の為に高圧
力が必要となる恐れがあるためであり、種結晶を含んだ
スラリ状態で給液すると、かかる過飽和圧の心配がない
ばかりか加圧により核発生を伴わずに結晶の成長が期待
出来る利点がある。

次に、配管０３）から弁０２）を介して原料を晶析室（
４）に注入する。晶析室（４）内に原料が充満すると、
ピストン先端部に開口を有するオーバーフロー管０ωを
通って液流出が始まるので、これを検知して弁０２）、
Ｏωを閉じてピストン（５）による加圧を開始する。原
料液を加圧すると原料中の特定物質の結晶化が進行して
、晶析室（４）内は高圧下の固液平衡状態となる。この
とき生成する固体は一般に極めて高純度の物質である。

尚、固化の進行に伴って発生する固化潜熱により、晶析
室（４）内の温度は上昇するが、圧力晶析法では一般に
この温度上昇防止の為の冷却は行わず、断熱的に加圧す
る方法が採用される。昇温後の到達温度即ち固液分離開
始温度は、製品の純度、収率に影響を及ぼすから、これ
は原料混合物の比熱、固化潜熱等を考慮して給液温度に
より調整する。

次に、所定の圧力まで昇圧し、所定の固液比率に達する
と、油圧ユニット（３）からピストン（５）に作用する
圧力を保持して晶析室（４）内の圧力を保持したままピ
ストンの下降を続けると、晶析室（４）内の結晶粒群は
加圧圧搾され、結晶粒間の残留液体は所謂「絞り出し作
用」を受けて排液タンク（６）に排出される。

ピストン（５）の下降が更に続くと、結晶粒群は晶析室
（４）の形状に沿って一個の大きな塊状固体製品へと成
形されていく、このようにして液体を固体から略完全に
分離する段階になると、大気圧下の排液タンク（６）に
連通している晶析室（４）内の液相圧力は次第に低下し
ていくため、結晶表面は部分的に融解し、所謂「発汗洗
浄」が行われ塊状固体製品の精製がなされる。

晶析室（４）から排出される排液の圧力が所定の圧力ま
で低下すると、ピストン（５）の下降を停止し、同ピス
トンの上昇を開始すると共に高圧容器（１）も上昇させ
ると、固体製品は下蓋（２）上に載置された状態で容器
（１）から取り出される。これを製品取り出し装置（図
示せず）によって取り出し、高圧容器（１）を下降させ
て下Ｍ（２）に装着し、以下原料の注入工程に戻り、同
様の工程を繰り返す事になる。

尚、原料の注入に先立ち、前述のオーバーフロー管θつ
内の残液を、窒素ガスでパージし、次工程の注入時の満
液検知の為の準備をしておく。

以上の如く、従来の圧力晶析分離設備は、予備晶析缶（
以降、予冷槽という）と、ポンプと、圧力晶析分離装置
とがこの順に管接続されたものである。

そして圧力晶析分離は、前記予冷槽により原料液を圧力
晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）に予冷却した後、ポンプ
により圧力晶析分離装置へ供給し、該装置により断熱的
な加圧固化、減圧融解および固液分離操作を繰り返して
行うものである。

上記原料液の予冷却は、圧力晶析時の種結晶を生じさせ
るために行われるものであるので、予冷却後の原料液は
、固液共存状態のスラリ液となっている。尚、原料液の
固相濃度は、高い程収率が高くなるが、原料液の送給が
し難くなるので、ポンプの送給能力、特にポンプ吸い込
み側能力との関係により、制限される。例えば、固相濃
度が２０乃至２５％程度のスラリ液となっている。

上記原料液の種結晶の状態は、分離精製する目的成分（
目的製品）の純度、収率を決定する主要因であり、原料
液の温度と密接な関係がある。従ゲし上記圧力晶析分離
装置の圧力晶析室へ供給される原料液の温度条件は、主
に目的製品に対応して定められ、圧力晶析室での原料液
の温度を所定の温度（Ｔｏ）に制御することは極めて重
要である、同様に、給液後の加圧晶析操作、液相成分の
分離排出操作、減圧発汗操作においても、各操作に伴っ
て断熱的に変化する晶析室内の温度を維持することも極
めて重要である。そこで圧力晶析分離装置は、次のよう
な断熱的対策が採られている。

第３図に断熱的対策が採られた圧力晶析分離装置の概念
を示す、この装置は、厚肉鋼製高圧容器の胴部０７）、
下蓋部０８）およびピストン０９）等からなり、胴部０
′７）内面、フィルタ（２１）背面等の高圧容器内面の
一部又は全部に断熱材（２３）が断熱支持材（２６）に
より支持されて設けられ、更に断熱効果の助長手段、例
えばヒータ（２４）等が設けられている。これは、高圧
容器内原料又は半製品と厚肉鋼製高圧容器との熱交換を
抑制し、また、原料又は半製品の温度が不均一になるこ
とを避けるためである。

高圧容器の温度は、既に述べた通り変化する晶析室（２
５）内スラリ液の時間平均値に調整される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記断熱材（２３）の効果は、原料液が圧力
晶析骨＃装置の晶析室（２５）へ供給された後に発揮さ
れるものであり、断熱材の使用が困難な圧力晶析分離装
置の厚肉鋼製高圧容器壁内に位置する原料液供給用配管
（２２）部分では、高圧容器壁と原料液との温度差によ
り配管を介して両者の間で熱交換が行われる。従って、
原料液を予冷却して圧力晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）
にするだけでは、原料液が晶析室へ供給された時、圧力
晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）より高い温度（Ｔ、）に
上昇しているという問題点がある。この温度上昇は目的
製品の収率の低下を招くことに繋がる。一方、高圧容器
の温度を圧力晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）に調整する
ことは、液相骨の排出工程において、排出液が冷却され
、液相骨の排出配管内において結晶が析出して閉塞する
という新たな問題点が生じる。

原料液が晶析室（２５）へ供給された時温度が上昇する
という問題点に対する対策として、予冷槽で原料液を圧
力晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）よりも低い温度（Ｔ、
）に過冷却しておく方法が考えられる。

しかし、この方法は、極めて困難な予冷操作を更に困難
なものとし、また予冷槽の能力増強を必要とし、これに
対応して予冷槽の装置費の増加を招くという問題点があ
る。また、過冷却により原料液中の固相濃度（以降、ス
ラリ濃度という）が高くなるので、スラリ濃度がポンプ
吸い込み側能力により定まるスラリ濃度の制限値以上と
なることがあり、この場合は原料液の送給ができなくな
るという問題点がある。また、このとき、元の原料液中
の成分濃度を低め、過冷却後のスラリ濃度を前記ポンプ
によるスラリ濃度の制限値以下になるようにすれば、原
料液送給を可能とすることができるが、その場合はやは
り目的製品の収率の低下を招くという問題点がある。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を解
消し、予冷槽での原料液の過冷却番することなく、また
、元の原料液中の成分濃度を低めることなく、予冷槽に
より予冷却されて圧力晶析分離に必要な所定温度（Ｔｏ
）に調整された原料液（スラリ液）が圧力晶析分離装置
の晶析室へ供給され、到達した時の原料液の温度を圧力
晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）にでき、そのために予冷
操作の困難化、予冷槽の能力増強、原料液の送給不可を
招くことなく、目的製品収率の向上が図れる圧力晶析分
離設備および圧力晶析分離方法を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は次のような構成
の圧力晶析分離設備および圧力晶析分離方法としている
。すなわち、本発明は、圧力晶析分離用原料液の予冷槽
と、原料液を予冷槽から圧力晶析分離装置へ送給するポ
ンプと、送給された原料液の圧力晶析分離を行う圧力晶
析分離装置とを有する圧力晶析分離設備において、前記
ポンプと前記圧力晶析分離装置との間に、熱交換器を接
続してなることを特徴とする圧力晶析分離設備である。

また、圧力晶析分離に必要な温度に予冷却された原料液
を原料液送給用ポンプで圧力晶析分離装置へ供給し、圧
力晶析分離を行う圧力晶析分離方法において、前記予冷
却された原料液から、原料液が圧力晶析分離装置の高圧
容器壁内に位置する原料液供給用配管内を通過する際に
高圧容器壁から受ける入熱量に相当する熱量を、原料液
送給用ポンプと圧力晶析分離装置との間で除去しながら
供給することを特徴とする圧力晶析分離方法である。

（作　用） 本発明の圧力晶析分離設備は、以上のような構成として
いるので、該設備を圧力晶析分離に使用すれば、予冷槽
により圧力晶析分離用原料液が所定温度（Ｔｏ）に予冷
却され、その後ポンプにより予冷槽から原料液が送給さ
れると、ポンプと圧力晶析分離装置との間に接続された
熱交換器により、原料液から熱量が除去され、原料液は
前記温度（Ｔｏ）よりも低い温度（Ｔ、）になり、そし
て圧力晶析分離装置へ供給されることになる。この原料
液供給時、圧力晶析分離装置の高圧容器壁内に位置する
原料液供給用配管部分において、原料液と高圧容器との
間の温度差により配管を介して熱交換が行われるので、
原料液はその温度が前記温度（Ｔ、）より高い温度（Ｔ
４）になり、晶析室に供給される。

従って、原料液と高圧容器との間の熱交換により原料液
が受ける入熱量と、熱交換器で原料液から除去される熱
量とを等しくすれば、圧力晶析室に供給された原料液の
温度（Ｔ４）を所定温度（Ｔｏ）に等しくし得る。

本発明の圧力晶析分離方法は、圧力晶析分離に必要な温
度（Ｔ、）に予冷却された原料液から、前記原料液と高
圧容器との間の熱交換により原料液が受ける入熱量に相
当する熱量を、原料液送給用ポンプと圧力晶析分離装置
との間で除去（以降、予冷却復熱量除去という）しなが
ら圧力晶析分離装置へ供給するようにしている。このよ
うに、原料液と高圧容器との間の熱交換により原料液が
受ける入熱量と、予冷却復熱量除去により原料液から除
去される熱量とを等しくなるようにしている。

従って、晶析室に供給された原料液の温度（Ｔ４）は圧
力晶析分離に必要な温度（Ｔｏ）にし得る。

熱交換器は、前記の如く、ポンプと圧力晶析骨Ｉ装置と
の間に接続されている。また、予冷却復熱量除去は、ポ
ンプと圧力晶析分離装置との間で行われる必要がある。

この理由を、以下に説明する。

予冷却復熱量除去された原料液は、過冷却により更にス
ラリ濃度が高くなる。一方、ポンプによるスラリ濃度の
制限値はポンプの吸い込み側で定まる値であるので、吸
い込み側でこの値を越えていると、原料液の送給ができ
なくなる。従って、もしも予冷却復熱量除去が予冷槽と
ポンプとの間において行われれば、過冷却によるスラリ
濃度の上昇はポンプの吸い込み側で生じることになるの
で、そのスラリ濃度が前記制限値以上となったとき、原
料液の送給ができなくなる。故に、過冷却により更にス
ラリ濃度が高（なっても、常に原料液の送給ができるよ
うにするためには、過冷却によるスラリ濃度の上昇は、
ポンプの吐出側で生じさせる必要がある。また、ポンプ
の吐出側でのスラリ濃度の上昇も送給の抵抗となるが、
それは吐出圧を増強すれば簡単に解決されるものである
。

係る理由から、熱交換器はポンプと圧力晶析分離装置と
の間に接続され、また、予冷却復熱量除去はポンプと圧
力晶析分離装置との間で行われるようにしているのであ
る。

尚、予冷却復熱量除去された後の原料液は、圧力晶析時
の種結晶の他に、過冷却によって新たに生じた結晶を含
有しているが、この新生結晶は前記圧力容器壁から受け
る入熱量によって再融解する性状の結晶であるので、予
冷却復熱量除去は目的製品の純度、収率に何ら影響を及
ぼすものではない。

（実施例） 本発明に係る実施例を、図を参照しながら説明する。

スＪＬＬＬ 第１図に、本発明の実施例に係るプロセスフローを示す
、使用した圧力晶析分離設備は、晶析室容量１．５　ｆ
ｆｉのパイロットプラントであり、予冷槽（２７）と、
ポンプ（２８）と、熱交換器（２９）と、圧力晶析分離
装置（３２）とを、この順に管接続されたちのである。

尚、熱交換器（２９）には冷却用熱媒槽（３ｏ）および
保温用熱媒槽（３Ｉ）が付帯しており、原料液を圧力晶
析装置に供給している間は冷却用熱媒を、原料液供給を
停止している間は保温用熱媒を供給する。熱交換器（２
９）は二重前型であり、１．５＋ｍ”の伝熱面積を有す
るものである。予冷槽（２７）の容積は１００Ｎであり
、そして圧力晶析装置の運転が約５０回連続してできる
ものである。ポツプ（２）の送給能力は最大１０１／ｓ
ｉｎのものである。

圧力晶析分離装置（３２）は、第３図に示すものと同様
であり、厚肉鋼製高圧容器の胴部０り、下蓋部０８）、
ピストン０９およびフィルタ（２１）等からなり、胴部
０力内面、フィルタ（２１）背面等の高圧容器内面に断
熱板（２３）が設けられ、更にヒータ（２４）が設けら
れている。そして給液容１１．！Ｍの晶析室（２５）が
形成されている。第１図においてＡ　Ｉｔ　Ａ　ｚ、　
Ａ　ｓは温度測定器である。

上記圧力晶析分離設備を用いて、Ｐ−クレゾールの成分
を８０２．　ｔａ−クレゾールの成分を２０χ含む圧力
晶析分離用の原料液（異性体混合物）についてＰ−クレ
ゾールを目的製品とする圧力晶析分離を、下記のように
して行った。

先ず、過去のデータに基づき、原料液が分離装置の高圧
容器壁内、即ち下蓋部ＯＲ）に位置する原料液供給用配
管（２２）内を通過する際に圧力容器壁から受ける入熱
量を求め、その入熱量として３．７２Ｋｃａ　ｌの値を
得た。また、圧力晶析分離の最適温度を求め、それを１
５　’Ｃに設定した０次に、原料液を予冷槽（１）にて
１５°Ｃに予冷却した。予冷却後のスラリ濃度は、１８
．３％であった。

予冷却後、配管のバルブを開き、ポンプ（２８）を作動
させるとともに、冷却用熱媒槽（３０）から熱媒を熱交
換器（２９）に循環して熱交換器（２９）を作動させ、
予冷却された原料液を３．０１．／ｓｉｎの流速で熱交
換器（２９）に送給し、熱交換器（２９）を通過させな
がら予冷却復熱量除去を行った。尚、除去熱量は３．７
２　Ｋｃａｌであった。また熱量除去直後の原料液の温
度は１３°Ｃであった。この温度におけるスラリ濃度は
、２７．８％となる。

予冷却復熱量除去された原料液は熱交換器（２９）から
更に圧力晶析分離装置（３２）へ供給された。晶析室（
２５）に到達したときの原料液の温度は１５　’Ｃであ
り、予冷却後の温度、即ち、圧力晶析分離の一最適温度
と同等であった。

晶析室（２５）における原料液の量が満たされた時点で
原料液の供給を停止し、ついで圧力晶析分離を行った。

この圧力晶析分離は、ピストン０！を下降させて１５０
０　Ｋｇ／ｃｍ”まで加圧してスラリ濃度を更に高めた
後、更にピストン０９を下降させて液相成分をフィルタ
（２１）、排出管路（至）を介して分離排出し、引き続
いて液相にかかる圧力を調整しながら、減圧発汗現象に
より生じる液相成分の分離圧縮をして行った。この減圧
発汗操作は、液相にかかる圧力が大気圧近傍にてほぼ一
定値となるまで継続した。圧搾のための最大差圧は６０
（１Ｋｇ／ｃｍＺとした。かくの如き圧力晶析分離の結
果、目的製品とするＰ−クレゾールが６４９　ｇｒ得ら
れた。その収率は、４３．３％であり、下記比較例１で
の収率に比較して極めて高いものであった。尚、製品の
純度は、９９．５％であった。

比ｊ２ＪＬｌ 比較例１（従来法）に使用した圧力晶析分離設備は、予
冷槽と、ポンプと、圧力晶析分離装置とを、この順に管
接続されたものである。上記予冷槽、ポンプ及び圧力晶
析分離装置の構成、能力等、また、圧力晶析分離用の原
料液及び目的製品等は、全て実施例１と同様である。

原料液を予冷槽にて１５°Ｃに予冷却した。予冷却後の
スラリ濃度は、１８．３％であった。予冷却後、配管の
バルブを開き、ポンプを作動させ、予冷却された原料液
を３．Ｏｊ！／ｍｉｎの流速で圧力晶析分離装置へ供給
した。晶析室に到達したときの原料液の温度は１７．０
６Ｃであり、予冷後の温度より高くなった。晶析室に原
料液が満たされた時点で原料液の供給を停止し、ついで
圧力晶析分離を行った。この圧力晶析分離は、実施例１
と同様の操作方法により行った。圧力晶析分離の結果、
目的製品とするＰ−クレゾールが５２９　ｇｒ得られた
。その収率は３５．３％である。尚、製品の純度は９９
．５％であった。

（発明の効果） 本発明の圧力晶析分離設備および圧力晶析分離方法は、
予冷槽により予冷却されて圧力晶析分離に必要な所定温
度に調整された原料液が圧力晶析分離装置の晶析室へ供
給され、到達した時の原料液の温度を圧力晶析分離に必
要な温度にできる。

従って、本発明によれば、予冷操作の困難化、予冷槽の
能力増強、原料液の送給不可などを招くことなく、目的
製品収率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るプロセスフローを示す
図、第２図は、従来のプロセスフローを示す図、第３図
は、圧力晶析分離装置の概念を示す図である。 （１１−−−一圧力容器　（２）−一一一下蓋　（３）
−−−一油圧ユニット　（４）−−−一晶析室　　（５
）　−−−−ピストン　　（６）　−−排液タンク　（
７）−−−一子備晶析缶　（８）−−−一原料供給ポン
プ　（９）面一−−一配管　０■−−−一減圧機構　（
ＩＩ）０２１Ｇ６１−−−一弁　（＋４１−−−一原料
タンク　００−一一一オーバーフロー管　０７）−−−
一高圧容器の胴部　側−−−一高圧容器の下蓋部　０９
）−−−−ピストン　Ｑトーー排出管路（２１）−−−
−フィルタ　（２２）−−−一原料液供給用配管（２３
）−−−御所熱板　（２４）−−−−ヒータ　（２５）
−−−一晶析室　（２６）−−−御所熱支持材　（２７
）−−−一子冷槽　（２８）−一一一ポンプ　（２９）
−−−一熱交換器　（３０）−−−一冷却用熱媒槽　（
３１）−−−一保温用熱媒槽　（３２）−−−一圧力晶
析分離装置、　　Ａ　＋、　Ａ　ｚ、　Ａ　３−−−一
温度測定器。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代　理　人　　弁理士　　金丸　章−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力晶析分離用原料液の予冷槽と、原料液を予冷
   槽から圧力晶析分離装置へ送給するポンプと、送給され
   た原料液の圧力晶析分離を行う圧力晶析分離装置とを有
   する圧力晶析分離設備において、前記ポンプと前記圧力
   晶析分離装置との間に、熱交換器を接続してなることを
   特徴とする圧力晶析分離設備。
2. （２）圧力晶析分離に必要な温度に予冷却された原料液
   を原料液送給用ポンプで圧力晶析分離装置へ供給し、圧
   力晶析分離を行う圧力晶析分離方法において、前記予冷
   却された原料液から、原料液が圧力晶析分離装置の高圧
   容器壁内に位置する原料液供給用配管内を通過する際に
   高圧容器壁から受ける入熱量に相当する熱量を、原料液
   送給用ポンプと圧力晶析分離装置との間で除去しながら
   供給することを特徴とする圧力晶析分離方法。