JPS63218204A - 加圧冷却晶析法及び装置 - 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、特定成分を含む原料混合物から、比較的低い
操作圧力でしかも熱効率良く特定成分を晶析分離し得る
様に改善された加圧冷却晶析法、及びこの方法に有利に
通用される加圧冷却晶析装置に関するものである。

［従来の方法］ 加圧冷却晶析法とは、複数成分を含む液相又はスラリー
からなる原料を一般的には予備冷却してから高圧容器内
へ導入し、母液排出管路を閉鎖した状態で高圧力（たと
えば１０００気圧を超える様な高圧力）を加えて特定成
分の結晶を促進させる方法であり、この操作によって特
定成分の結晶と残留液（母液）からなる固液混合状態が
得られる。その時点で母液排出管路の閉鎖を解除して前
記固液共存状態にピストン圧力を加え、母液をフィルタ
経由で系外へ排出し、残った固相を圧搾しながら更に固
液を分離し母液を排出すると、高純度の特定成分を回収
することができる。

たとえば第３図は、従来の圧力晶析装置を示す概念図で
あり、原料混合物Ａは予備冷却槽１で適当な温度まで冷
却された後、スラリーポンプ２から原料供給管路Ｌ！を
通して圧力晶析装置３の高圧室４内へ送り込まれる。そ
してピストン５を駆動して高圧室４内の原料を加圧し該
原料中の特定成分結晶を増加もしくは生成させた後、液
相成分（母液）はスクリーンから母液排出管路Ｌ２を通
して圧搾・排出し、しかる後高圧室４内に残った特定成
分の結晶を回収するものである。図中Ｖ、、Ｖ２は開閉
弁、Ｎは排出ノズル、６は排液タンク、７は加圧ユニッ
トを夫々示す。

上記圧力晶析法を工程順に示すと下記の通りとなる。

！二開閉弁ｖ２を閉じ、開閉弁■１を開いて高圧室４内
へ原料混合物を供給する工程、Ｉ■：開閉弁ｖＩを閉じ
、ピストン５を作動して原料混合物に高圧を付与して特
定成分の結晶を増加もしくは発生させる工程、 ＩＩＩ　：開閉弁■２を開ぎ、高圧室４内の母液をスク
リーン及び母液排出管路Ｌ２及び排出ノズル経由で排出
させる工程、 ■：ピストン５を作動して高圧室４内に残った母液を圧
搾除去する工程、 Ｖ：高圧室４を開放して特定成分の結晶を取出す工程。

上記Ｖの工程が終了した後は再びＩの工程に戻り、この
操作を繰り返すことによって特定成分の分離・回収が連
続的に行なわれる。第４図は該操業時における操作圧力
の経時変化を概念的に示したものであり、また第５図は
同じく操業時の温度と圧力の関係を示したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 第３図において直線Ｗは特定成分（純物質）の固液平衡
線、直ｋｓｘは原料混合物の固液平衡線、Ｙは高圧晶析
により分離される母液の等濃度線、Ｚは共晶混合物の固
液平衡線を夫々示し、太実線の矢印に沿って高圧晶析分
離を行なうものとする。

即ち原料混合物をＡ点まで予備冷却した後加圧すると、
Ｂ点（直線Ｘとの交点）に達するまでは温度上昇を殆ん
ど伴なうことなく急速に昇圧するが、Ｂ点を超える圧力
になると特定成分の晶出に伴なう発熱が生ずるため、昇
圧と共にかなりの温度上昇が見られる様になる。そして
本例では原料混合物を圧力Ｐまで昇圧して特定成分の結
晶を生成乃至増加させた後結晶化しなかフた母液を濾過
排出して高純度の特定成分を回収するものであり、この
昇圧工程では特定成分の晶出に伴なう発熱によって温度
はＴまで上昇している。従来例では、この状態を得た後
開閉弁Ｖ２　　（第３図）を開いて母液を排出除去し、
更に圧搾を行なって母液をより完全に除去するものであ
るが、このとき操作圧力が直線Ｗよりも下になる様なこ
とがあると、折角晶出させた特定成分までも溶融排出さ
れてロスとなるので、排出ノズルＮの開度を調整したり
あるいは冷却することにより、操作圧力・温度の関係が
直線Ｗを下回ることのない様に制御される。

この図からも容易に理解することができる様に、特定成
分の晶出を効率良く進めるための圧力は、原料温度が高
くなるにつれて急激に高くなるが、圧力晶析工程では前
述の如く晶出が進むにつれて凝縮により原料温度は上昇
していくので、それに応じて操作圧力を高くせざるを得
ない。その結実装置及び配管ラインの耐圧設計強度を極
端に高くしなければならないばかりでなく、加圧ユニッ
トの加圧性能も非常に大きなものとしなけらばならず、
設備費が高騰してくる。しかもこの方法では、晶析分離
時の圧力と放圧時の圧力（常圧）の圧力差が非常に大き
くなるため、最終の圧搾工程で生ずる特定物質結晶の溶
融量が多く、収率が低下するという問題もある。

本発明者らはこうした問題点を改善するための手段とし
て、第５図に破線矢印で示す様な方法を考えた。即ち原
料混合物を従来法よりも更に低温まで予測冷却してＡ°
点まで降温させておき、次いで加圧晶析を行なう方法で
あり、この方法であれば加圧開始温度を低下させている
分だけ加圧晶析後の温度（Ｔｏ）も低く抑えることがで
き、０点に示す如く先の晶析操作圧Ｐよりもかなり低い
圧力Ｐ°で同等の晶析効率を得ることができる。

しかも晶析分離時の圧力と放圧時の圧力の圧力差を少な
めに抑えることができるので、特定成分結晶の収率低下
も抑制することができる。

しかしながらこの方法では、原料混合物をＡ点からＡ°
点まで冷却するのに大きな冷却装置が必要となり、殊に
室温以下まで冷却しようとした場合通常の水冷型予備冷
却機とは別に専用の冷凍装置が必要となり、イニシャル
コスト及びランニンングコストが大幅に加重される。し
かもこの冷却工程で原料混合物中の結晶量が増大し過ぎ
る様なことがあると、高圧室４へ送給するまでの配管し
１内や開閉弁Ｖｌｘ更にはスラリーポンプ２等で管詰り
を生じ、操業不能に陥ることもある。

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、晶析操作温度を低下させることによって
晶析操作圧力の低減を可能とし、しかもそれに伴う冷凍
設備等の負担増や管路閉塞等を生ずることのない様な加
圧冷却晶析法及びかかる晶析法の実施に有利に適用され
る装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明晶析法の構成
は、 Ｉ：温度調節された原料混合物を加圧する工程、 ■■二上記加圧された原料混合物を、該加圧後の原料温
度よりも低温に保持された 高圧配管を通過させつつ冷却すること により、特定成分の結晶を発生もしく は増加させて固液分離装置内へ注入 し、次いで固液共存状態にある原料混 合物から濾過機構を介して母液を分離 ・排出させる工程、 ＩＩＩ　：固液分離装置への原料の供給を停止し、前記
母液の分離・排出工程よりも 低圧で残留母液を排出させる工程、 を含むところに要旨を有するものであり、また本発明装
置の構成は、特定成分を含む原料混合物から特定成分を
加圧冷却晶析させるための装置であって、原料混合物の
温度調節機構、原料混合物の増圧供給機構、増圧された
原料混合物搬送用の高圧配管、濾通分離機構を備えた固
液分離装置、及び流量調節機構または圧力調節機構を備
えた母液排出用配管を備えてなるところに要旨を有する
ものである。

［作用及び実施例］ 本発明者らは、第５図で説明した如く原料混合物を加圧
した時に生じる圧縮熱や潜熱によって原料混合物がかな
りの高温まで昇温するという事実に着目し、原料混合物
をまず加圧して昇温させてから冷却する方法を採用すれ
ば、通常の水温との間にかなりの温度差があり水冷によ
っても効率の良い冷却ができるのではないかと考えた。

即ち特別の冷凍装置等を使用する必要がないので経済的
でもある。この様な操作手順を第５図に従フて説明する
と、第５図に破線矢印で示した如く、たとえば常温付近
の原料混合物を常温以下（たとえばθ℃程度以下）まで
冷却するには、目標温度に応じた低温の冷媒を使用しな
ければならず、冷凍装置の使用が不可欠となるが、加圧
によりたとえば５０℃程度以上まで昇温した原料混合物
を常温付近まで降温させる場合であれば常温の工業用水
等をそのまま利用することによって冷却の目的を十分に
果たすことができるはずである。

本発明者らはこうした着想を活用し、原料をまず加圧し
である程度原料温度が上昇した段階で冷却する方法を考
えた。即ち第１図の実線矢印はこの方法を採用したとき
の圧力・温度変化を示したものであり［細鎖線矢印は第
５図の太実線矢印（従来法）に相当する］、原料混合物
をＡ点から加圧すると、Ｂ点を経た後０点方向にむかっ
て昇圧・昇温していくが、その途中のＣ゛点、即ち圧力
がｐ　’、温度がＴ　ｌ　１点に到達した時点で昇圧を
停止してＤ点まで冷却し、この時点で晶析を行なった後
母液の分離・圧搾除去を行なう様にすれば、従来法の０
点で晶析及び母液の分離・圧搾を行なったのと同様の晶
析分離効果を得ることができ、しかも操作圧力及び温度
の低下、降圧時の圧力ドロップ量の減少並びに冷却効率
の向上といった多くの効果を享受することができる。但
し加圧状態で晶析装置全体を冷却できる様にすることは
設備上の負担が大きく、また加圧・冷却により大量の結
晶が析出した状態で高圧室内へ供給しようとすると管詰
りを生じる恐れがでてくる。

この様なところから本発明では、前述の如くまず［Ｉ］
温度調節された原料混合物を加圧する。

この段階では該原料混合物中の特定成分の一部を結晶化
させてもあるいは結晶化させなくともよく、過飽和状態
あるいは未飽和状態でもかまわない０次いで［ＩＩ　］
該加圧された原料混合物を、該加圧後の原料温度よりも
低温に保持された高圧配管内を通過させながら冷却する
ことにより、特定成分の結晶を発生もしくは増加させて
固液分離装置（即ち高圧室内）へ注入し、以下従来例と
同様にして母液の分離及び圧搾濾過を行なう方法を採用
することとしている。即ち本発明では、特定成分結晶の
急増する冷却工程を高圧下の高速輸送状態で行なう方法
を採用しており、静止状態で晶析を行なった場合に比べ
て結晶が微細化されて流動性の良いスラリー状態に保つ
ことができ、管詰り現象を可及的に防止することができ
る。しかも高圧配管は常圧配管に比べて細径に構成され
ているのが昔通であるので、冷却水等による間接冷却等
も効率良く行なうことができる。かくして管詰りの問題
を生ずることなく、■操作圧力・温度の低減、■圧力ド
ロップ及びそれに伴う収率低下の防止、■冷却設備の簡
素化と冷却効率アップ、といった目的を一挙に達成し得
ることとなった。

第２図は上記方法を実施する際に使用される装置を例示
する概略フロー図であり、晶析装置本体３以降の構成は
第３図に示した従来例と実質的に同様であるので、同一
の部分には同一の符号を付すことにより重複説明は省略
する。図示例からも明らかな様に、本発明では原料混合
物を晶析装置本体３の高圧室４内へ供給するまでの工程
に主たる特徴を有するものであり、原料混合物Ａはまず
予備冷却槽１で図示しない水冷機構等によって常温付近
まで冷却された後、高圧ポンプ８ａ、８ｂによって所定
圧力まで昇圧しつつ原料供給配管し１方向へ送給される
。ここまでの加圧送給工程は、第１図におけるＡ→Ｂ−
Ｃ’の工程に相当する。面図ではピストン型の高圧ポン
プを２基並設し切換運転により連続操業できる様にした
例を示したが、予備ポンプを含めて３基以上並設したり
、あるいは１基の高圧ポンプで間欠送給する構成とする
こともでき、更にはギヤポンプ型等の他の高圧送給機構
を採用することも勿論可能である。これら高圧ポンプ８
ａ、８ｂ以降の原料供給管路Ｌ１は耐圧構造とされるほ
か、晶析装置本体３直前位置の該管路Ｌ１には冷却機構
９が付設されており、この部分では昇圧により昇温した
原料混合物の冷却が行なわれる。この冷却工程は第１図
におけるＣ゛→Ｄの工程に相当する。該冷却の行なわれ
る原料供給管路は、冷却効率向上のため蛇腹管としたり
フィン付き管とすることも勿論有効である。また冷媒と
してはアンモニアガス等を用いることも可能であるが、
冷却設備の簡素化という本発明の趣旨に照らして最も有
利なのは冷却水であり、本発明で該供給管路を流れる原
料混合物は前述の如く昇圧により相当高温となっている
ので、通常の工業用水等でも十分に冷却することができ
る。もっとも必要によっては氷水等を使用することも勿
論可能である。

この様にして加圧・冷却された原料混合物は、開閉弁ｖ
Ｉから高圧室４へ送り込まれ、引き続き開閉弁Ｖ、を閉
、開閉弁■２を開とし、排出ノズルの開度調整の後、図
示しないスクリーンを通して母液の分離・排出が行なわ
れる。その後高圧室４内の圧力が上記圧力よりも若干低
くなった時点でピストン５を作動して圧搾を行なうと、
高圧室４内の結晶表面に付着した母液は、降圧によりわ
ずかに表層部から溶融した特定成分と共にしぼり出され
、高圧室４内には高純度の特定成分の結晶のみが残るこ
ととなる。従ってその後高圧室４を開放してケーキ状の
特定成分を取り出し、あるいは高圧室４を放圧後加温し
て特定成分の結晶を一旦溶融した後、別途設けた排出管
路を通して取り出せばよい。

上記説明からも容易に理解できる様に、本発明では基本
的には高圧ポンプ８ａ、８ｂによって晶析操作圧力を確
保すると共に冷却機構９にょフて晶析操作温度を確保す
るものであり、晶析装置本体３内での昇圧及び降温は起
こらずピストン５は圧搾時のみ使用される。従って原料
混合物中の特定成分含量が少ない（晶析量が母液に対し
て相対的に少ない）場合は、原料混合物を加圧冷却しつ
つ高圧室４内へ供給すると共に、フィルターを通して継
続的に母液を排出し、高圧室４内に一定量の特定成分結
晶が蓄積した時点で圧搾分離工程へ移る様にすれば、特
定成分結晶の取り出し開度（即ち高圧室４の開放回数）
を少なくすることができ、生産性、操業性を共に高める
ことができるので好ましい。この場合、高圧室４の原料
入口側に圧力計Ｐ１を、また母液出口側に圧力計Ｐ２を
設けると共に、これらＰｓ、Ｐｚを差圧センサーＱ＋　
に接続しておき、高圧室４内に所定量の結晶が蓄積した
ことを該差圧センサーＱ＋　によって検知して圧搾（即
ちピストン５の作動）を開始する様に自動制御回路を組
んでおけば、結晶の蓄積に応じた圧搾開始時期の設定を
正確にコントロールすることができる。

また最終の圧搾分離工程で母液排出側管路を一気に大気
圧まで放圧すると、該放圧の影響が高圧室４内に及んで
特定成分結晶の溶融量が増大し回収率が低下してくる恐
れがあるが、たとえば母液排出側ラインに複数の放圧ノ
ズルを直列に配設する等の手段を講じ、該圧搾分離工程
で母液排出側を連続的もしくは段階的に降圧させる様に
すれば、特定成分結晶の溶融圧搾ロスを必要最小限に抑
えることができる。

ところで本発明では、前述の如く高圧流動状態で冷却す
る方法を採用しており、晶出物による管詰りは生じ難い
が、操業時に過圧もしくは過冷却状態が生じた様な場合
には、晶出物の急増により管詰りを生ずる恐れも皆無と
は言えないので、かかる状況を想定した対策を講じてお
くに越したことはない。この様な観点から第２図の例で
は、原料供給ラインの管詰りを自動検知することのでき
る機構も付加されている。即ち高圧ポンプ８ａ。

８ｂの原料吐出側ラインに夫々圧力計Ｐａ、Ｐｂを設け
ると共に、高圧室４への原料入側ラインに設けた前記圧
力計ＰＩを活用し、これらＰａ。

ｐｂとＰｌを差圧センサーＱ２に接続しておき、両者の
差圧を常時検知しておく。Ｐａ又はｐｂとＰＬの間の原
料供給管路ＬＩ内で管詰りが生じると差圧センサーＱ２
によって検知される差圧が急増するので、この差圧を検
知することによって管詰りを直ちに知ることができる。

従ってこの様な現象が生じたときは、加圧ポンプ８ａ、
８ｂの駆動を停止して原料供給管路Ｌ１内を放圧するか
、あるいは冷却機構９の内部に温水等を供給して該管路
Ｌｌ内を加温し、該管路Ｌ１内の結晶を溶融させれば、
管詰りを即座に解消することができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると次の通りである。

■原料混合物を加圧し昇温した状態で冷却する方法を採
用しているので常温程度の冷却水でも十分に効率良く冷
却することができ、格別の冷凍設備等が全く不要であり
、ランニングコストも低減できる。

■圧力晶析を比較的低い温度で行なうことができるので
過度に昇圧する必要がなく、設備全体の耐圧強度を低め
に設計することができ、設備費の低減及び操業性及び安
全性を高めることができる。

■加圧冷却晶析時と放圧取り出し時の圧力ドロップを少
なくすることができ、特定成分の溶融ロスを必要な最小
限に抑えることができる。

■上記■〜■に示した本発明の特徴は、昇圧による温度
上昇の大きい物質の加圧冷却晶析分離に最大限有効に発
揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を採用したときの圧力と温度の推移を
示す説明図、第２図は本発明の実施例を示す概略フロー
図、第３図は従来法を示す概念図、第４図は従来法を採
用したときの経時的圧力変化を示すグラフ、第５図は従
来法及び改善法を採用したときの圧力と温度の推移を示
す説明図である。 １：予備冷却槽　　　　２ニスラリ−ポンプ３：圧力晶
析装置本体　４：高圧室 ５：ピストン　　　　　６：母液タンク７：加圧ユニッ
ト ８ａ、８ｂ：加圧ポンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１） I ：温度調節された原料混合物を加圧する工程
   、 II：上記加圧された原料混合物を、該加圧後の原料温度
   よりも低温に保持された高圧配管を通過させつつ冷却す
   ることにより、特定成分の結晶を発生もしくは増加させ
   て固液分離装置内へ注入し、次いで固液共存状態にある
   原料混合物から濾過機構を介して母液を分離・排出させ
   る工程、 III：固液分離装置への原料の供給を停止し、前記母液
   の分離・排出工程よりも低圧で残留母液を排出させる工
   程、 を含むことを特徴とする特定物質の加圧冷却晶析法。
2. （２）原料混合物の加圧、固液分離装置への注入及び固
   液分離装置による母液の分離を継続的に行なう特許請求
   の範囲第１項に記載の加圧冷却晶析法。
3. （３）上記IIIの工程において、固液分離装置内の結晶
   を加圧下に圧搾しつつ、母液は連続的もしくは段階的に
   減圧しつつ排出させる特許請求の範囲第１または２項に
   記載の加圧冷却晶析法。
4. （４）特定成分を含む原料混合物から特定成分を加圧冷
   却晶析させるための装置であって、原料混合物の温度調
   節機構、原料混合物の増圧供給機構、増圧された原料混
   合物搬送用の高圧配管、濾過分離機構を備えた固液分離
   装置、及び流量調節機構または圧力調節機構を備えた母
   液排出用配管を備えてなることを特徴とする加圧冷却晶
   析装置。
5. （５）固液分離装置の原料入口側圧力と母液出口側圧力
   の差圧を検知する差圧センサーを備え、且つ該センサー
   によって検知される差圧が所定値に達した時点で、前記
   固液分離装置における原料の圧搾を開始する機構を備え
   てなることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   加圧冷却晶析装置。
6. （６）増圧機構の出口部圧力と、固液分離装置の原料入
   口側圧力の差圧を検知する圧力センサーを備え、且つ該
   センサーによって検知される差圧により前記高圧配管内
   の詰まりを検知し得る様にした特許請求の範囲第４また
   は５項に記載の加圧冷却晶析装置。