JPH082403B2 - 圧力晶析方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力晶析方法に関し、詳細には、固液分解
工程での液相分排出の速度を制御し、調整する圧力晶析
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、近年の化学工場のファイ
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50巻
（1986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。

尚、上記晶析室（４）の胴部内面には、フィルタ（図
示していない）が配されている。又、上記減圧機構（1
0）は、後述の液相分排出速度を調節するために設けら
れており、微小口径のオリフィス、即ち減圧ノズルが使
用される。この口径は、例えば0.10〜0.45mmφであり、
目標とする液相分排出速度に応じて口径の選定が行われ
る。口径0.10φは、制作可能な最小径である。

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）に供給され、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を給液すると、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。

尚、上記液相分排出に関し、液相分は晶析室（４）の
胴部内面に配されたフィルタを経由した後、減圧機構
（10）及び弁（11）を介して配管（９）により排液タン
ク（６）に導かれるものである。又、液相分排出の速度
は、該排出時の圧力や前記減圧機構（10）として使用さ
れる減圧ノズルの口径などにより変わるものである。

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
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
器内にて混合物を加圧して固液共存状態と成し、固液分
離し、圧搾して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。

上記工程の中、固液分離工程は加圧下で液相分をフィ
ルタ経由で高圧容器外に排出するものである。この工程
において、液相分排出の速度は、製品の収率および収量
に大きく影響する。

即ち、この速度が大きい場合は、固液分離工程に要す
る時間が短くなるので、全工程（１サイクル）に要する
時間が短くなり、そのため単位時間当たりの生産量（収
量）が大きくなる。その反面、フィルタを固相分（結
晶）が通過し易くなり、そのため収率が低下する。

液相分排出の速度が小さい場合は、収量が小さく、収
率が高くなる。結晶がフィルタ部分で捕捉され易くな
り、該結晶の層が更にフィルタとしての作用を発揮する
からである。

そこで、製品の収率および収量から観て、最適と考え
られる液相分排出の速度が選定され、それに応じて減圧
ノズルの口径が選定され、該減圧ノズルが使用される。

ところが、実際に圧力晶析を行うと、製品の収率は高
いが収量が小さくなったりして、双方の調和が必ずしも
取れているとはいえない。そこで、次の圧力晶析は、上
記前回の結果に基づき液相分排出速度を選定し、それに
応じた減圧ノズル口径を選定し、該減圧ノズルを使用し
て行われる。この試行錯誤を何回か繰り返し、液相分排
出速度、それに応じた減圧ノズルの口径が最終的に決め
られることになる。

故に、減圧ノズルの口径が最終的に決められるまで
に、試行錯誤を何回か繰り返す必要があり、その度毎に
減圧ノズルの取り付け、取り外しを行わねばならないと
いう問題点がある。これは、生産性の観点から数秒の時
間短縮が望まれる圧力晶析方法において、極めて深刻で
あり、且つ重大な問題点である。

又、最終的に決められた減圧ノズルの口径に対応する
液相分排出の速度が製品の収率および収量から観て最適
であるかどうかは、下記理由により不明確であるという
問題点がある。この問題点は、最適な製品の収率および
収量を得難いという問題点に繋がる。

即ち、減圧ノズルの口径が最終的に決められるまでに
実施した圧力晶析は、製品の収量が小さいか、或いは、
製品の収率が小さいものであるので、当然に試行錯誤を
何十回、何百回となく繰り返し得ないからである。又、
例え繰り返しを多数回行ったとしても、最適な液相分排
出の速度は時間の経過に伴い変化する可能性があると考
えられ、１個の減圧ノズルだけでは、かかる経時変化に
追従し得ないからである。

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、試行錯誤に伴う減圧ノズルの取り付け・取り外
しを行うことなく、製品の収率および収量から観て最適
な液相分排出速度を明確にし得る圧力晶析方法を提供し
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
成の圧力晶析方法としている。即ち、第１請求項の方法
は、特定成分を含む２種以上の成分から成る混合物を高
圧容器に供給し、該容器内にて該混合物を加圧して固液
共存状態と成し、続いて加圧下で液相分を該容器外に排
出して固液分離し、次いで圧搾して残留液を絞り出すと
共に該容器外に排出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、該容器より該製品を取り
出す圧力晶析方法において、流体に対する可変抵抗を有
する無段階変速機構により液相分排出速度を制御して前
記液相分の排出を行うことを特徴とする圧力晶析方法で
ある。

又、第２請求項の方法は、前記液相分排出速度を、製
品の収率および収量に基づく液相分排出速度の最適値に
調整する第１請求項に記載の圧力晶析方法である。

（作 用） 本発明に係る圧力晶析方法は、以上説明したように、
流体に対する可変抵抗を有する無段階変速機構により液
相分排出速度を制御して液相分の排出を行うようにして
いるので、液相分排出速度を一定にし得るし、又、経時
変化させ得るようになる。

一方、製品の収率および収量に及ぼす液相分排出速度
の影響を検討したところ、液相分排出の初期はフィルタ
表面での結晶捕捉層が薄いため、結晶もフィルタを通過
し、排出の進行に伴って結晶捕捉層が厚くなるため、微
細な結晶もフィルタを通過し難くなるという知見を得
た。又、そのため、液相分排出の初期は液相分排出速度
を小さくし、排出の進行に伴って液相分排出速度を大き
くするのが、製品の収率および収量から見て望ましいと
いう知見を得た。

上記の如く最適な液相分排出の速度は一定ではなく、
経時変化するものであり、又、本発明に係る圧力晶析方
法は、前記の如く液相分排出速度を経時変化させ得るの
で、最適な液相分排出速度に調整し得るようになる。

本発明に係る圧力晶析方法は、例えば下記のようにし
て行われる。即ち、先ず第１回目の圧力晶析を行い、製
品の収率および収量を求める。このときの液相分排出速
度は、製品の収率および収量から観て最適と考えられる
液相分排出速度の経時変化に追従させる。

第２回目の圧力晶析は、上記前回の結果に基づき最適
と考えられる液相分排出速度の経時変化を選定し、その
経時変化に実際の液相分排出速度を追従させて行い、製
品の収率および収量を求める。但し、その他の条件は前
回と同様にする。

この試行錯誤を何回か繰り返し、液相分排出速度の経
時変化を最終的に決める。

故に、この試行錯誤の繰り返しに依り、製品の収率お
よび収量から観て最適な液相分排出速度を明確にし得る
ようになる。或いは、目的に適合した液相分排出速度を
求めることができるようになる。

又、前記の如く無段階変速機構により液相分排出速度
を制御するので、従来法の如き試行錯誤に伴う減圧ノズ
ルの取り付け・取り外しを行う必要がない。

尚、前記液相分排出速度を、製品の収率および収量に
基づく液相分排出速度の最適値に調整する事が望まし
い。目的の製品の収率および収量が得られるからであ
る。

（実施例） 実施例１ 実施例１に使用した装置は、一部を除いて第１図と同
様のものである。即ち、第１図の減圧機構（10）即ち減
圧ノズルに代えて、流体に対する可変抵抗を有する無段
階変速機構を設けたものである。この無段階変速機構の
主要部を第２図に示す。第２図から判るように、この主
要部はノズル本体（17）と、穴（18）を有するレンズ状
弁座（19）と、円錐形状のピン（20）即ち弁棒とから成
る。該ピン（20）は駆動装置（図示していない）によ
り、図面の上下に動き、穴（18）を開閉する。即ち、ピ
ン（20）とレンズ状弁座（19）との間の隙間の大きさを
無段階に変化させ得るものである。上記変速機構の前後
には配管（９）が接続されており、流体は穴（18）の下
から入り、上方に流れる。尚、図中Ｎはレンズ状弁座
（19）の押え材、Ｐはシールパッキン、Psはパッキン押
え材、Li,Loは流体を示すものである。

原料の混合物は、ｐ−クレゾール80％、残部がｍ−ク
レゾールにして成るクレゾール溶液である。

先ず、上記クレゾール溶液を予備晶析缶（７）で冷却
し、晶析室（４）に注入した後、1500気圧まで加圧し、
続いて1500気圧の圧力下にて液相分を該容器外に排出し
て固液分離した。次いで、圧搾して残留液を取り出し、
排出した後、該容器より特定成分の固体状製品を取り出
した。尚、上記固液分離工程での液相分排出速度は、無
段階変速機構により制御し、目標の液相分排出速度に調
整した。第３図に該目標および実績の速度を示す。第３
図において点線は目標速度を示し、実線は実績速度を示
すものである（以下、同様）。この図に示す如く、液相
分排出速度は経時変化を有する。

上記第１回目の圧力晶析の結果、製品（ｐ−クレゾー
ル）の収率は35.6％、収量は15.3g/minであった。

第２回目の圧力晶析は、上記前回の結果に基づき最適
と考えられる液相分排出の目標速度を定め、それに実際
の液相分排出速度を追従させて行った。該目標および実
績速度は第３図に示される。上記排出速度以外の条件
は、第１回目の圧力晶析での条件と同様である。この結
果、製品の収率は36.3％、収量は14.5g/minであった。

上記の如き圧力晶析を繰り返して行い、第５回目の圧
力晶析において、製品の収率:36.3％、収量:17.5g/min
という結果を得た。

この第５回目の圧力晶析を終了する迄に要した時間
は、後記比較例１の場合の1/10に短縮された。

比較例１ 比較例１に使用した装置は、第１図と同様のものであ
る。即ち、減圧機構（10）には減圧ノズルを使用し、圧
力晶析の都度、口径の異なるものに交換した。その口径
は、0.10〜0.45mmφである。

上記減圧ノズルの交換により、液相分排出速度が圧力
晶析の都度かわる事になる。この液相分排出速度以外の
条件は、実施例１の第１回目の圧力晶析での条件と同様
である。

第１回目の圧力晶析における液相分排出速度は、0.3
/minにした。製品の収率は37.5％，収量は14.8g/min
であった。

第２回目の圧力晶析における液相分排出速度は、0.9
/minにした。製品の収率は34.5％，収量は16.8g/min
であった。

上記の如き圧力晶析を25回繰り返して行ったが、実施
例１の第５回目の場合と同様の製品の収率および収量は
得られず、第25回目の製品の収率は36.0％、収量は17.0
g/minてあった。

又、第25回目の圧力晶析を終了する迄に要した時間
は、前記実施例１の場合の20倍であった。

又、第５回目迄に要した時間でみても、前記実施例１
の場合の10倍であった。これは、減圧ノズルの交換に時
間を要したためである。

（発明の効果） 本発明に係る圧力晶析方法によれば、固液分離工程で
の最適な液相分排出速度を求める際に、従来のような試
行錯誤に伴う減圧ノズルの交換を行うことなく、製品の
収率および収量から観て最適な液相分排出速度を明確に
し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は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図は流体に対する可変抵抗を有する
無段階変速機構の主要部を示す図、第３図は液相分排出
速度の目標および実績を示す図である。 （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）……ノズル本体、（18）……穴、（19）……レン
ズ状弁座 （20）……円錐形状のピン、Ｎ……弁座（19）の押え材 Ｐ……シールパッキン、Ps……パッキン押え材 Li,Lo……流体

Claims (2)

【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混
   合物を高圧容器に供給し、該容器内にて該混合物を加圧
   して固液共存状態と成し、続いて加圧下で液相分を該容
   器外に排出して固液分離し、次いで圧搾して残留液を絞
   り出すと共に該容器外に排出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、該容器より該製
   品を取り出す圧力晶析方法において、流体に対する可変
   抵抗を有する無段階変速機構により液相分排出速度を制
   御して前記液相分の排出を行うことを特徴とする圧力晶
   析方法。
2. 【請求項２】前記液相分排出速度を、製品の収率および
   収量に基づく液相分排出速度の最適値に調整する第１請
   求項に記載の圧力晶析方法。