JPH0199604A - 多目的使用圧力晶析装置の運転方法 - 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、１つの圧力晶析装置を複数種の原料系に適用
する所謂多品種牛■生産用の多目的使用圧力晶析装置の
運転方法に関するものであり、特に原料系の切り替えに
も拘らず安定した品質を経済的に得られる様にした圧力
晶析装置の運転方法に関するものである。

（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、化学工学Ｖｏｌ、
５０．Ｎｏ、５．Ｐ、３３１〜３３５　ｒ圧力晶析法と
装置の概要Ｊに記載されている。これを添付図面によっ
て説明すると、圧力容器１には、下方に蓋体（下Ｍ）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２３１内で上下動する様に設けられており、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。この晶析室４と排液タンク６とは、減圧機構
１０及び弁１）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とは、原料供給ポンプ８．弁
１２を介して配管１３で連結されている。

この装置に於いて、原料は、原料タンク１４より予備晶
析缶７に送給され、ここで冷却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一般的
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おそれがあるためであり、種
結晶を含んだスラリー状態で給液すると、かかる過飽和
圧の心配が無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１３から弁１２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１５を通って液流出
が始まるので、これを検知して弁１２．１６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
発生する同化潜熱により、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、固化傾
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、油圧ユニント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。この様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。

晶析室から排出される排液の圧力が所定の圧力にまで低
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ｌ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ｌを下降させて下Ｍ２に装着し、以下原
料の法人工程に戻り、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１５
内の残液を、窒素ガス等の製品に対して不活性なガスで
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。

以上の工程を繰り返す従来法に於いて、圧力晶析装置は
、１つの原料系に対する専用装置として使用されるの場
合の他、多種類の原料系に対して使用する場合もある。

特に圧力晶析法では、ｌサイクルの時間が２〜５分程度
と短いため、内容１が１．５１程度の高圧容器を備えた
圧力晶析装置でも、年間３００ｍ’以上の原料処理能力
を有しており、年間生産量が数百Ｋｇ〜数十トン程度の
ファインケミカル分野では、この１，５１程度の装置で
も専用装置としては大き過ぎる事から多目的使用が考え
られる事になる。

ところが、装置は本来的には、特定の目的の元に設計さ
れるものであるから、゛これを多目的に使用する場合に
は、その装置の機能を充分に発揮させ得ない場合が生じ
る。圧力晶析装置においても、製品は一個の塊状固体へ
と圧搾成形されるため、その原料系での１回の収量に応
して、高圧容器の直径と高さが最適となる様に設計され
ている。

この為、特定原料系に適合すべく設計された圧力晶析装
置を多目的に使用する場合には、幾つかの圧力晶析特有
の問題が発生する。例えば、原料濃度がその装置の適性
値に比して低い場合には、塊状固体製品の形状が、直径
（Ｄ）に対して高さ（Ｈ）が著しく低い所謂板状固体と
なり、１サイクルで得られる製品収量が低くなり、高圧
容器の容禎効率が低くなるばかりか、排液時間も長くな
り、結果としてサイクルタイムも長くなるので、年間サ
イクル数も少なくなり、生産性が低下する結果となる。

一方、原料濃度がその装置の適性値に比して高い場合に
は、塊状固体の高さ（Ｈ）が高（なり過ぎて、高圧容器
から製品が取り出せなくなったり、場合によってはピス
トンの圧搾力が固体下部に伝わり難くなって、結果とし
て製品純度が不安定になる。その他、多目的に使用する
場合には、単に原料を切り換えればよいのではなく、圧
力晶析装置をの種々の問題を解決する必要がある。

（問題点を解決するための手段） （発明の構成） 本発明は、上述した様に、１つの圧力晶析装置を多目的
に使用する場合の運転方法に関するものであって、原料
系を切り換えても、安定した品質の製品が効率よく生産
できる圧力晶析装置の運転方法に係わり、具体的には、
原料系が変化しても、安定な製品品質と生産性を確保す
るために、塊状固体の高さが所定値となる様に運転条件
を選定するものであり、具体的には、原料の高圧容器へ
の供給量、同供給温度、原料組成、晶析圧力の４要素の
内、１以上の要素を調整する事によって、塊状固体の高
さが所定の範囲となる様にするものである。

（作　　用） 先ず、圧力晶析法における製品固体の大きさの持つ意味
について説明する。圧力晶析法においては、前述の通り
、製品はピストンによって圧搾されて略円柱状の塊状固
体に成形されるが、その高さ（Ｈ）と直径（Ｄ）との比
（Ｈ／Ｄ）が大き過ぎると、ピストンの圧搾力が製品下
部に伝達され難くなって、塊状固体内の母液含有率が下
部程高くなり、平均製品純度を低下させる恐れがある。

出願人による各種試験の結果では、Ｈ／Ｄが２以下であ
れば品質に格別なバラツキは生じない事が確認されてい
るので、Ｈ／Ｄは２以下となる様に後述する運転条件を
設定する事が肝要である。−方、Ｈ／Ｄが小さ過ぎると
、ピストンによる圧搾力不足の問題はないので、品質上
の問題は生じないが、高圧容器から母液を排出するため
の固液分離に要する時間が長くなり、結果として、１サ
イクルに要する時間が長くなるので、１時間当たりのサ
イクル数が少なくなって、生産性が低下する事になる。

Ｓち、Ｈ／Ｄが小さ過ぎると、１サイクルの収量が少な
くなるばかりでなく、サイクルタイムをも長くする事か
ら相乗的に生産性を低下させる事になるので、生産性の
観点からは、１サイクルの収量とサイクルタイムの関係
上、Ｈ／Ｄが０．５以上である事が好ましい。従って、
圧力晶析装置においては、その原料系に応じた適正な容
器サイズが存在する事になると言える。尚、ファインケ
ミカルの分野に於いては、生産性よりも、より高純度の
製品を生産する事の方が、遥かに重要な場合があり、こ
の場合には、Ｈ／Ｄが０．５以下でも問題にならない。

圧力晶析法に於いて、特定の原料用に設計された圧力晶
析装置を多目的に使用するためには、先ずこの製品高さ
が前述の所定の範囲、即ちＨ／Ｄが２以下となる様に配
慮する必要がある。同一容器を用いる限り、製品高さは
製品収量に比例するから、原料系が変わっても製品収量
が一定となる様にすればよいと言える。この製品収量に
影響を与える主な要素としては、■原料組成、■高圧容
器への原料供給量、・■高圧容器への原料供給温度、■
晶析圧力、の４要素がある。以下に夫々の要素について
説明する。

■原料組成について、 通常の冷却晶析法においては、晶析缶内を撹拌する必要
がある為、自ずと晶析缶内のスラリー濃度に限界がある
。一般にこのスラリー濃度は２５〜３０％が限界と言わ
れている。このため、通常の冷却晶析法においては、原
料４度が高くなってもそれに応じてスラリー濃度を上げ
て収量を高くするには限界があるが、圧力晶析法におい
ては、高圧容器内での撹拌は不用であり、スラリー濃度
に限界はないから、原料中の目的成分の濃度が高ければ
高い程、圧力晶析によるスラリー濃度を高めて製品収量
が高くする事が可能となる。逆に原料濃度を下げれば、
それに連れて製品収量を低くする事が出来る。そこで、
本発明に於いては、この原料組成を前述の固体高さとな
る様に予め濃縮或いは希釈する事になる。

■高圧容器へ原料供給量について、 圧力晶析法におけるＩサイクルの収量は、１サイクルの
原料処理量に比例する。この原料処理１は、高圧容器へ
の原料供給量となる。又、高圧容器へ原料供給量は、高
圧容器の下蓋に対するピストン上昇端の位置によって決
まる。従って、本発明に於いては、袷？（ＩＵを増加さ
せる必要があるときは、ピストン上昇端を高く設定し、
逆に給液■を減少させたいときは、ピストン上昇端を低
く設定する事になる。

■高圧容器への原料供給温度について、圧力晶析法に於
いて、初期結晶析出圧力（固化圧）は、温度が高くなる
程高くなり、温度が低くなる程低くなる。この事は、一
定圧力まで加圧したときの結晶生成量は、圧力晶析開始
温度即ち原料供給温度が低ければ低い程多くなる事を意
味している。この結晶生成量は製品収量に比例するから
、原料供給温度が低ければ低い程製品収撥も多くなる。

この事は、原料を種結晶を含むスラリーで供給する場合
にも同しである。従って、本発明に於いては、製品高さ
が所定の範囲となる様に、原料供給温度を調整する事に
なる。

０晶析圧力について、 圧力晶析は、従来の冷却晶析における冷却操作に替えて
、加圧操作を採用したものであり、この背景には、晶析
の観点からは冷却操作と加圧操作とは基本的に同等であ
るとの原理がある。従って、製品高さをする即ち収量を
増加させるには、冷却晶析では冷却温度を下げると同様
に圧力晶析では晶析圧力を高めればよいと言える。尚、
前述の如く、冷却晶析ではスラリー濃度に限界がある事
からむやみに温度を下げる事が出来ないが、圧力晶析で
は、スラリー濃度に限界がない事がら、晶析圧力を変化
させる事により、製品収量を比較的容易に変化させる事
が出来る。従って、本発明に於いては、製品高さを高く
する必要があるときは、晶析圧力を高く設定し、逆に製
品高さを低くする必要があるときには、晶析圧力を低く
設定する事になる。

以上の通り、上記４要素は、夫々単独で製品収量即ち製
品高さを調整する作用を有しているが、これらを適宜組
み合わせて選択する事により、運転条件をより容易にす
る事が可能である０例えば、原料系を切り換えるに当た
り、先の原料系の運転条件では新原料系では原料濃度が
低すぎる場合に於いて、上記■の要素である原料濃度の
みで対応しようとすると、その濃縮が困難であったり、
濃縮設備の設置が必要であったりする。又、■の要素で
ある晶析圧力を高めようとしても相当高い圧力が必要に
なり、その装置能力の限界を越えている様な場合も生じ
る。この様な場合には、■。

■の要素を主要素として選択する事になる。即ち、原料
供給量を増加させると共に、原料供給温度についても可
能な限り下げる方法を採用し、更に必要に応じて、■の
晶析圧力を高める操作を選定してやればよい。　又、原
料濃度が高過ぎて、製品高さが所定範囲に入り難い様な
場合には、これを希釈する事も本発明による対応の１つ
であるが、前工程で蒸留により濃縮している場合には、
より節易な蒸留法に変更して濃度を下げるのも１つの方
法である。しかし乍ら蒸留条件を変更する事が困難な場
合も多く、この場合には、原料供給量を下げたり、原料
供給温度を高めたり、晶析圧力を下げたり、或いはこれ
らを組み合わせて対応する方が合理的である。　面、こ
れらの条件選定に当たり、各原料系での高圧物性からそ
の圧力晶析装置に適した運転条件を選定する事になる。

（実　施　例） 以下に出願人が所存する内径（Ｄ）が８０ｍｍ、原料供
給量はビストンストロークによって可変の圧力晶析パイ
ロンドブラントの運転例により実施例を説明する。尚パ
イロットプラントの構成は添付図面と同一である。

〔標準例〕

ｐ−成分８０％のｍ、ｐ−クレゾール混合物を１５°Ｃ
に冷却してスラリー状態とし、これを上記圧力晶析装置
にｉｐ供給して、純度９９，５％以上を目標に断熱的に
１５００気圧まで昇圧して圧力晶析を行い、続いてこの
圧力を保ちつつ固液分離を行った後、引き続いて６００
気圧まで減圧発汗を行った。得られた製品の高さは７１
ｍｍ（Ｈ／Ｄ＝０．８９）、　　ρ−クレゾールの純度
は９９７０％であり、目標純度を充分に満足していたこ
の運転法を標準例とし、以下に原料系が変化した場合の
例として、原料組成が変わった場合の対応例について示
す。

〔実施例−１〕 ｐ−成分８５％のｍ、ｐ−クレゾール混合物を原料とし
、これを２０°Ｃに冷却してスラリー状態で１）供給し
、１５００気圧まで加圧して圧力晶析した。その他の条
件は標準例と同一である。

得られた製品高さは７３ｍｍ″ｉ？Ｈ／Ｄ＝０．９１で
あり、純度は９９．８５％であった。尚、本例は原料濃
度が高くなった事に対応して原料供給温度を高めてＨ／
Ｄを標準例と同程度にし、純度も充分に満足させた例で
ある。

〔実施例−２〕 実施例−１と同一原料を、１９°Ｃで０．９ｆｆ供給し
た。その他の条件は実施例−１と同一である得られた製
品直さば７０ｍｍで＋（／Ｄ＝０．　８８、純度は９９
．８０％であった。本例は原料濃度が高くなった事に対
応して原料供給温度を高め且つ原料供給量を少なくして
Ｈ／Ｄを標準例と同程度にし、純度も充分に満足させた
例である。

〔実施例−３〕 実施例−１と同一原料を、１９°Ｃで１）供給し、１３
００気圧まで昇圧して圧力晶析を行った。

その他の条件は標準例と同一である。

得られた製品高さは７６ｍｍでＨ／Ｄ−０，９５、純度
は９９．７２％であった０本例は原料濃度が高くなった
事に対応して原料供給温度を高め且つ晶析圧力を低くし
て製品純度を標準例と同程度にした例である。

〔実施例−４〕 ｐ−成分７６％のｍ、　　ｐ−クレゾール混合物を原料
とし、これを１０’Ｃに冷却してスラリー状態で１２供
給し、１８００気圧まで加圧して圧力晶析した。その他
の条件は標準例と同一である。

得られた製品高さは７４ｍｍでＨ／Ｄ−０，９３、純度
は９９．６５％であった。本例は、標準例に比較して原
料濃度が低くなった事に対応して原料供給温度を下げ且
つ晶析圧力量を高くして、製品高さ及び純度を満足させ
た例である。

（実施例−５〕 実施例−４と同一原料を、１３°Ｃで１．２１供給し、
１５００気圧まで昇圧して圧力晶析を行った。その他の
条件は標準例と同一である。

得られた製品高さは７３ｍｍでＨ／Ｄ＝０．９１５純度
は９９．６５％であった。本例は原料濃度が低くなった
事に対応して原料供給温度を下げ且つ原料供給量を増加
させて製品純度及び高さを標準例と同程度にした例であ
る。

以上の例は、ｍ、ｐ−クレゾール混合物を原料とし、同
−圧力晶析装置を用いて異なる原料組成に切り換えつつ
純度９９，５％以上の同一製品を製造する場合の運転条
件の対応例であるが、次に製品自体が異なった場合の例
について示す。

［実施例−６］ ｐ−成分８０％のｍ、ｐ−キンレン混合物より９９．５
％以上のｐ・−キシレンを同一装置により製造する事を
目的とし、この原料を１　”Ｃのスラリー状態で１）供
給して２０００気圧まで昇圧して圧力晶析を行い、続い
て前述と同様に固液分離。

減圧発汗洗浄を行った。得られた製品の高さは８１ｍｍ
でＨ／Ｄ＝１．０１．純度は９９．８８％であった。

〔実施例−７〕 圧力晶析を１５００気圧とする以外は実施例−６と同一
条件で圧力晶析を行った。得られた製品の高さは７７ｍ
ｍでＨ／Ｄ−０，９６，純度は９９．５１％であった。

本例は、実施例−６では純度が高くなり過ぎていたので
、操作圧力を下げて純度を目標値にまで下げる様に掻作
条件を変更した例である。

〔実施例−８〕 ｐ−成分７５％のｍ、ｐ−キシレン混合物を一３°Ｃの
スラリー状態で１）供給して２０００気圧まで昇圧して
圧力晶析を行った。その他の条件は実施例−６と同一で
ある。得られた製品の高さは８２ｍｍでＨ／Ｄ＝１．０
３．純度は９９．６９％であった。

本例は、実施例−６に比して原料濃度が低下しているの
で、原料供給温度を下げて対応した例である。

〔実施例−９〕 ｐ−成分９０％のｍ、ｐ−キシレン混合物を６．５°Ｃ
のスラリー状態で０．８Ｎ供給して１５００気圧にて圧
力晶析を行った。その他の条件は実施例−６と同一であ
る。得られた製品の高さは８１ｍｍでＨ／Ｄ＝１．０１
．純度は９９．８２％であった。

本例は、実施例−６に比して原料濃度が高くなっている
ので、原料供給温度を上げ且つ原ｆ１供給量を下げると
共に加圧圧力をも低下させて対応した例である。

〔実施例−１０〕 実施例−９と同一原料を１０°Ｃの液体状Ｂ（ノンスラ
リー）で１２供給して圧力晶析を行った。

加圧圧力その他は実施例−６と同一である。得られた製
品の高さは３７ｍｍで、Ｈ／Ｄ−０，４６、純度は９９
．９９％であった。

本例は、実施例−６に比して原料濃度が上がったにも拘
らず供給温度を上げた例であり、純度は必要以上に向上
しているが、製品高さは低（なりＨ／Ｄは０．５以下と
なっている。部ち本例は純度的には目標を達成している
が収率は掻端に低下している。一般的にはＨ／　Ｄの値
が０．５以下となると純度的には向上する方向にあるが
、収率面で問題があり、高圧容器の作業効率を低下させ
る事になるので、−船釣にはＨ／　Ｄは０５０以上とな
る範囲で運転条件を選定する事が得策である。（発明の
効果） 以上の通り、本発明によれば、一つの圧力晶析装置への
供給原料を変えて使用したい場合に、その目的製品のＨ
／Ｄが２以下となる様に、運転条件の内■原料組成、■
高圧容器への原料供給量。

■高圧容器への原料供給温度、■晶析圧力を適宜選択し
て決定する事により、その圧力晶析装置が合理的に使用
出来る事になる。従って、小容量乍ら大量処理可能な圧
力晶析装置を多目的に使用する事が可能となり、圧力晶
析装置の用途を拡大出来るのみならず、圧力晶析装置の
稼ｌ！ｌｌ＊を高める事が出来る事から製品コストをも
低下させる事が出来る等の効果が期待される。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、圧力晶析装置の一例を示す概念図である。 （１）　−一高圧容器、　　　　　　（２）−下蓋、（
３１−油圧ユニット、　　　　（４）−晶析室、（５）
　−ピストン、　　　（６）・−−−−一排液タンク、
（７）　−予備晶析缶、　　　　（８）・−ｍ−−・ポ
ンプ、（９）　、　　（１３）　、　　（１５）　−一
配管、（１０）、（１））、（１２）、（１６）　・弁
、（１４）−・−原料タンク。 特許出願人　株式会社神戸製鋼所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状高圧容器１と該容器に装着された蓋体２と
   加圧用ピストン５からなる圧力晶析装置の該容器１内に
   原料を封入して加圧晶析した後、母液を該容器外に排出
   すると共に該容器内固体に前記加圧用ピストン５による
   圧搾力を作用させて、該容器内に塊状固体製品を生成す
   る圧力晶析法において、同一圧力晶析装置を２種以上の
   原料系に切り替え使用するに当たり、原料系の切り替え
   に拘らず、前記塊状固体製品の高さ（Ｈ）と直径（Ｄ）
   の比（Ｈ／Ｄ）が２以下となる様に、各原料系の高圧容
   器１への給液量、同給液温度、原料組成及び晶析圧力の
   ４要素の内、１以上の要素を調整して圧力晶析する事を
   特徴とする多目的使用圧力晶析装置の運転方法。
2. （２）前記塊状固体製品の高さと直径の比（Ｈ／Ｄ）が
   ０．５〜２である特許請求の範囲第（１）項に記載の方
   法。
3. （３）原料を予め冷却してスラリー状態で高圧容器に供
   給する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載
   の方法。