JPH0779922B2 - 圧力晶析法を用いた物質の精製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力晶析法を用いた物質の精製法に関する。

（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、高収率が得易い事、及び、エネル
ギ消費量が少ない事等から、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
り、実用されてきている。

かかる圧力晶析法の概要は、例えば、化学工業50巻（19
86年）331頁「圧力晶析法と装置の概要」に記載されて
いる。これを第１図（プロセスフロー及び装置の概念を
示す図）によって説明すると、圧力容器（１）には、下
方に蓋体（下蓋）（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）内にて上下
動するように設けられており、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（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）とは、原料供給ポンプ（８）、弁（12）を介して
配管（13）により連結されている。

この装置において、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（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、固化潜熱通を考慮して
給液温度により調整する。

次に、所定の圧力まで昇圧すると、一般的には直ちに所
定の固液比率（飽和状態）に達するので、この圧力を検
知すると直ちに弁（11）を開き、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たままピスト
ンの下降を続けると、晶析室（４）内の圧力は一定に保
持された状態で液相が晶析室（４）から排液タンク
（６）に排出される。更にピストン（５）の下降を継続
すると晶析室（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全体に分
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（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
させて下蓋（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（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ことによって製品を連続的に生産
する。

（発明が解決しようとする課題） 以上に述べたように、従来の圧力晶析方法は、高圧容器
内にて原料を加圧して晶析させて固液共存状態の混合物
と成し、続いて加圧下で液相分を排出して固液分離し、
更に該容器内の混合物（残留液体を含む結晶粒群）を圧
搾することにより、該容器内に特定成分の固体状製品を
形成させた後、該製品を取り出すものである。

かかる圧力晶析方法により得られる固体状製品の状態に
関する模式図を第２図に示す。この図に示す如く、液体
（18）（図中、黒塗り部分）が製品内部の結晶粒（17）
間に閉じ込められて残留している。この残留液体（18）
は、供給される原料は圧力晶析の各工程の操作条件によ
り一義的に定まる組成を有するので、必然的に特定成分
以外の成分（不純物）を含むものである。そのため、固
体状製品を完全な純粋物質になし得ない。又、該製品は
高度に圧搾された塊となっているので、結晶粒（17）同
志の結合力が強く、そのため該製品中の残留液体（18）
を除去し分離する事は極めて困難である。従って従来の
圧力晶析方法には製品の高純度化に自ずと限界がある。
これは、製品の高純度化が非常に要求される圧力晶析方
法において極めて重大な問題点である。

上記製品純度の限界を打破すべく、固液分離工程の一部
を封入気体または供給気体を用いて行う圧力晶析方法も
提案されている。この方法は液相分を気体で置換する事
により液相分を排出するものであり、結晶粒間の残留液
体の量を減少させ得る。然しながら、この方法は、圧力
を千数百気圧〜数千気圧にする必要があるので、従来よ
りも非常に高い耐圧強度を有する高圧容器が必要とな
り、又、そのために高圧容器形状が制限される等の装置
上の問題点がある。尚、これよりも低圧で行う事もでき
るが、この場合は結晶群中での液流路長さが大きくなる
ので、固液分離時間が長くなり、その結果として処理能
力が低下し、生産量の低下を招くことになる。又、気体
の吹き抜け現象が発生し易くなり、その結果として製品
純度が低下することになる。

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、高圧容器の耐圧強度の上昇を要することなく、
又、生産量の低下を招くことなく、従来の圧力晶析方法
での製品純度の限界を打破し得る圧力晶析法を用いた物
質の精製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
の圧力晶析法を用いた物質の精製法としている。

即ち、第１請求項に記載の方法は、特定成分を含む２種
以上の成分から成る原料を高圧容器に供給し、該容器内
原料を加圧することにより晶析させて固液共存状態の混
合物と成し、続いて加圧下で高圧容器外への液相分の排
出を開始し、高圧容器内混合物が塊状化する前に該排出
を停止し、次いで該混合物を高圧容器外に取り出し、更
に該容器外混合物に液相分の分離処理を施し、特定成分
の固体を回収することを特徴とする圧力晶析法を用いた
物質の精製法である。

第２請求項に記載の方法は、前記高圧容器外混合物の液
相分の分離処理をした後、更に溶媒洗浄を施し、該洗浄
後に特定成分の固体を回収することを特徴とする第１請
求項に記載の圧力晶析法を用いた物質の精製法である。

第３請求項に記載の方法は前記高圧容器外混合物の液相
分の分離処理を、液相分を気体で置換することにより行
う第１請求項又は第２請求項に記載の圧力晶析法を用い
た物質の精製法である。

第４請求項に記載の方法は高圧容器外混合物を濾過する
事により前記置換を行う第３請求項に記載の圧力晶析法
を用いた物質の精製法である。

第５請求項に記載の方法は、高圧容器外混合物を遠心分
離処理する事により前記置換を行う第３請求項に記載の
圧力晶析法を用いた物質の精製法である。

第６請求項に記載の方法は、前記濾過を真空濾過器で行
う第４請求項に記載の圧力晶析法を用いた物質の精製法
である。

第７請求項に記載の方法は、前記濾過を加圧気体を用い
て行う第４請求項に記載の圧力晶析法を用いた物質の精
製法である。

（作 用） 本発明に係る圧力晶析方法は、以上説明したように、高
圧容器内原料を加圧晶析させて固液共存状態の混合物と
成し、続いて加圧下で高圧容器外への液相分の排出を開
始し、高圧容器内混合物が塊状化する前に該排出を停止
するようにしている。このようにすると液相分の一部乃
至は殆どが高圧容器外へ排出されるが、該排出後の高圧
容器内混合物は固い塊ではなく、スラリ状乃至は軟質状
のものとなる。

次いでかかる高圧容器内混合物を高圧容器外に取り出す
ようにしている。該高圧容器外混合物は、必然的にスラ
リ状乃至は軟質状のものであるので、結晶同志の結合力
が弱く、そのため混合物中の残留液体を除去し分離する
事は極めて容易なものである。

かかる容器外混合物に液相分の分離処理を施し、特定成
分の固体を回収するようにしている。このように液相分
の分離処理は容器外で行われるので、大気圧下でなし
得、そのため機械的な圧搾分離法に限定されることな
く、最も効果的な分離処理を選択することが可能とな
る。又、上記混合物は前記の如く残留液体の除去・分離
が極めて容易なものである。故に、この分離処理によ
り、液相分の殆ど全てを分離し除去し得るようになる。
従って、回収される特定成分の固体（製品）の純度を高
くし得、従来の圧力晶析方法での製品純度の限界を打破
し得るようになる。

又、第２請求項に記載の方法は、前記高圧容器外混合物
の液相分の分離処理をした後、更に溶媒洗浄を施し、該
洗浄後に特定成分の固体を回収するようにしているの
で、より確実に高純度化し得るようになる。

以上に記述した方法は、当然に高圧容器の耐圧強度の上
昇を要することなく、又、生産量の低下を招くことなく
行い得るものである。

本発明に係る方法において、前記高圧容器外混合物の液
相分の分離処理は、液相分を気体で置換する方法により
行うことができ、該置換法によるのが望ましい。該置換
法は他の方法よりも容易に実施し得、且つ液相分の分離
量を高め得るからである。

上記置換は、より具体的には濾過法や遠心分離法により
行えばよい。

この濾過法は真空濾過器を用いる方法か、或いは加圧気
体を用いる方法によるのが好ましい。これは、液相分の
分離速度が大きくなり、生産量が向上されるようになる
からである。両者の選択は結晶の形状および寸法により
決められる。

（実施例） 本発明に係る実施例を説明する。尚、実施例に使用した
圧力晶析装置は、1.5のパイロットプラントであり、
その構成内容は規模（容量）を除いて前記第１図で説明
したものと同様である。

実施例１ クレゾール混合物（ｐ−クレゾール80％、残部がｍ−ク
レゾール）を、予備晶析缶で15℃に冷却してスラリ状態
と成し、高圧容器（晶析室）に注入した後、容器内原料
を1500気圧まで加圧して晶析させた。引き続き圧力を15
00気圧に保持しつつ容器外への液相分の排出を開始し、
液相分の半量が排出された時点で液相分排出を停止し
た。次いで大気圧まで減圧し、容器内混合物（略スラリ
状）を容器外に取り出し、遠心分離機に移して液相分の
分離処理を施し、その後固体を回収した。

得られた固体は純度99.85％のｐ−クレゾールであっ
た。この純度は、従来法による場合（例えば次に示す比
較例１）の純度99.70％に比較して大差ないように見受
けられるが、この水準の純度領域としての差異を考慮す
ると上記の如き純度上昇は極めて大きな効果であり、工
業的には極めて大きな意義を有するものである。

尚、上記実施例は高圧容器内混合物が略スラリ状である
時点で液相分排出を停止したが、この実施例の他に高圧
容器内混合物が軟質の固体状ケーキとなった時点、又
は、かかるケーキとなる前の時点で液相分排出を停止し
ても、上記実施例と同様の効果が得られる。

また、液相分の分離処理は遠心分離機により行ったが、
この他濾過法によっても上記実施例と同様の効果が得ら
れる。

更に、容器外に取り出された混合物をそのまま液相分の
分離処理したが、容器外に取り出された混合物が軟質の
固体状ケーキの場合には、該混合物中液相分と同一組成
の液、又は、それより不純物が少ない液を添加してスラ
リ化した後、液相分の分離処理をすれば、分離処理し易
くなる。又、容器外に取り出された混合物が略スラリ状
である場合でも、上記と同様の液添加を行ってよりスラ
リ化した後、液相分の分離処理をすれば、より分離処理
し易くなる。これらの場合、製品純度については上記実
施例と同様の効果が得られる。

比較例１ 実施例１と同様、原料を15℃に冷却し、高圧容器に注入
し、1500気圧まで加圧し、引き続きこの圧力を保持しつ
つ液相分を排出して固液分離した後、圧搾し、600気圧
まで減圧発汗させ、容器内に形成された固体を取り出し
た。

得られた上記固体の純度は99.70％であった。

（発明の効果） 本発明に係る圧力晶析法を用いた物質の精製法によれ
ば、高圧容器の耐圧強度の上昇を要することなく、又、
生産量の低下を招くことなく、従来の圧力晶析方法での
製品純度の限界を打破し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力晶析方法に係るプロセスフロー及び
装置の概念を示す図、第２図は従来の圧力晶析方法によ
り得られる固体状製品の状態に関する模式図である。 （１）……圧力容器、（２）……下蓋 （３）……油圧ユニット、（４）……晶析室 （５）……ピストン、（６）……排液タンク （７）……予備晶析缶、（８）……原料供給ポンプ （９）（13）……配管、（10）……減圧機構 （11）（12）（16）……弁、（14）……原料タンク （15）……オーバーフロー管、（17）……結晶粒 （18）……残留液体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定成分を含む２種以上の成分から成る原
   料を高圧容器に供給し、該容器内原料を加圧することに
   より晶析させて固液共存状態の混合物と成し、続いて加
   圧下で高圧容器外への液相分の排出を開始し、高圧容器
   内混合物が塊状化する前に該排出を停止し、次いで該混
   合物を高圧容器外に取り出し、更に該容器外混合物に液
   相分の分離処理を施し、特定成分の固体を回収すること
   を特徴とする圧力晶析法を用いた物質の精製法。
2. 【請求項２】前記高圧容器外混合物の液相分の分離処理
   をした後、更に溶媒洗浄を施し、該洗浄後に特定成分の
   固体を回収することを特徴とする第１請求項に記載の圧
   力晶析法を用いた物質の精製法。
3. 【請求項３】前記高圧容器外混合物の液相分の分離処理
   を、液相分を気体で置換することにより行う第１請求項
   又は第２請求項に記載の圧力晶析法を用いた物質の精製
   法。
4. 【請求項４】高圧容器外混合物を濾過する事により前記
   置換を行う第３請求項に記載の圧力晶析法を用いた物質
   の精製法。
5. 【請求項５】高圧容器外混合物を遠心分離処理する事に
   より前記置換を行う第３請求項に記載の圧力晶析法を用
   いた物質の精製法。
6. 【請求項６】前記濾過を真空濾過器で行う第４請求項に
   記載の圧力晶析法を用いた物質の精製法。
7. 【請求項７】前記濾過を加圧気体を用いて行う第４請求
   項に記載の圧力晶析法を用いた物質の精製法。