KR20050088383A - Apparatus and method for forming crystals/precipitate/particles - Google Patents

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KR20050088383A
KR20050088383A KR1020057010956A KR20057010956A KR20050088383A KR 20050088383 A KR20050088383 A KR 20050088383A KR 1020057010956 A KR1020057010956 A KR 1020057010956A KR 20057010956 A KR20057010956 A KR 20057010956A KR 20050088383 A KR20050088383 A KR 20050088383A
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crystallization
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KR1020057010956A
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로스 에드워드 켄달
션 마크 댈지엘
아더 더블유. 엣첼스
대니얼 앨버트 그린
스테판 클로드 드 라 보
포스터 더블유. 레니
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

This invention relates to an apparatus for use in the production of particles via precipitation or crystallization and the like and methods for forming the crystals/precipitate or other particles.

Description

결정/침전/입자를 형성하는 기구 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING CRYSTALS/PRECIPITATE/PARTICLES}Apparatus and method for forming crystals / precipitations / particles {APPARATUS AND METHOD FOR FORMING CRYSTALS / PRECIPITATE / PARTICLES}

본 발명은 침전 또는 결정 등에 의한 입자의 제조에 사용하는 기구 및, 실질적으로 일정한 고유 동력 강도를 유지하면서 기구의 규모 변화를 제공하는 방법에 관한 것이다. 이러한 기구는 단백질 및 효소 등의 생물학적 제품, 약품 및 정밀 화학 제품 등의 소 유기 분자 및, 무기 염 등의 무기 물질을 결정화할 수 있도록 형성될 수 있다.The present invention relates to an apparatus for use in the production of particles by precipitation or crystallization, and to a method for providing a scale change of the apparatus while maintaining a substantially constant intrinsic power strength. Such devices can be formed to crystallize small organic molecules such as biological products such as proteins and enzymes, pharmaceuticals and fine chemicals, and inorganic materials such as inorganic salts.

드래프트 튜브 결정화 장치는 아디프산 및 펜타에리트리톨 등의 유기 화합물과, 석고, 플루오르화 칼슘, 황산 나트륨 등의 무기 화합물을 포함하나 이에 한정되지 않는 많은 다른 종류의 물질 및 입자를 생산하는 데 일반적으로 사용된다. 예를 들면, 미국특허 제 1,997,277호(Burke)는 증발성 냉각에 의해 용액으로부터 단일 핵 결정을 형성하는 기구를 기술한다.Draft tube crystallizers are generally used to produce organic compounds such as adipic acid and pentaerythritol, and many other kinds of materials and particles, including but not limited to inorganic compounds such as gypsum, calcium fluoride, sodium sulfate, and the like. Used. For example, US Pat. No. 1,997,277 (Burke) describes a mechanism for forming single nuclear crystals from solution by evaporative cooling.

입자, 특별하게는 미세 입자의 제조는, 경구, 피하, 주입 또는 흡입용 제약, 생물 약제, 기능 식품, 진단 제제, 농화학제, 안료, 식품 성분, 식품 제형물, 음료, 정밀 화학약품, 화장품, 전자 소재, 무기물 및 금속 등의 많은 용도에 사용된다. 몇몇 예에서, 현재의 침전 및 결정화 기술은 적당한 크기 및 크기 분포를 갖는 결정을 신뢰도 높게 제조하지 못한다. 몇몇 예에서, 고체/액체 분리를 용이하게 하고 제품의 분말 유동 특성을 향상시키기 위해서 큰 결정이 바람직하다. 흡입 가능한 제약 등의 다른 예에서는, 좁은 크기 범위(예를 들면, 1-5 미크론)의 미세 입자가 바람직하다.The production of particles, especially fine particles, can be used in oral, subcutaneous, infusion or inhalation pharmaceuticals, biopharmaceuticals, nutraceuticals, diagnostic agents, agrochemicals, pigments, food ingredients, food formulations, beverages, fine chemicals, cosmetics, It is used in many applications such as electronic materials, inorganic materials and metals. In some instances, current precipitation and crystallization techniques do not reliably produce crystals with the appropriate size and size distribution. In some instances, large crystals are desirable to facilitate solid / liquid separation and to improve the powder flow characteristics of the product. In other examples, such as inhalable pharmaceuticals, fine particles in a narrow size range (eg, 1-5 microns) are preferred.

입자 크기를 증가시키는 것은 결정화 공정 기술자에게 있어 어렵고도 때로는 성공적이지 못한 도전이다. 당업계의 대부분의 방법은 (i) 혼합 및 교반 시스템 및 (ii) 결정화 장치 내에서 재생, 용해 및 강화되는 다양한 크기 비율을 가능하게 하는 분류 방법과 관련되어 있다. 미세 입자를 생성하는 것이 바람직한 예에 있어서, 때로는 제분, 압착 또는 분쇄 공정이 결정화된 입자를 원하는 크기 및 분포 범위 내로 감소시키기 위한 후처리로서 필요하다. 만일 후처리 제분 단계가 아닌 결정화 장치를 조정함으로써 제품 크기가 적절하게 직접 조절된다면, 공정은 더 간단해지고, 더 튼튼해지며, 입자 표면은 더 깨끗해져 먼지가 적어지고 입자 성질(예를 들면, 유동, 정제 내로의 압밀성 등)이 향상되며, 건조 분말로 흡입되는 치료용 제품의 분산성이 향상될 것이다.Increasing particle size is a difficult and sometimes unsuccessful challenge for crystallization process technicians. Most methods in the art relate to sorting methods that enable (i) mixing and stirring systems and (ii) various size ratios to be regenerated, dissolved and enriched in the crystallization apparatus. In a preferred example of producing fine particles, sometimes a milling, compacting or grinding process is necessary as a post treatment to reduce the crystallized particles to the desired size and distribution range. If the product size is appropriately adjusted directly by adjusting the crystallization apparatus, not the post-processing milling step, the process is simpler, more robust, the surface of the particles is cleaner, less dusty and particulate properties (eg flow, purification). Consolidation, etc.), and the dispersibility of the therapeutic product inhaled as dry powder will be improved.

추가로, 결정화 장치는 통상 용기의 지름과 높이 및, 교반날의 지름과 피치 또는 두께 사이의 기하 비율이 일정하도록 설계된다. 그러나, 실제 결정화에 있어 이 일정 기하 규모화가 바람직하지 않은 경우가 많이 있다.In addition, the crystallization apparatus is usually designed such that the diameter and height of the vessel and the geometric ratio between the diameter and pitch or thickness of the stirring blades are constant. However, there are many cases where this constant geometric scaling is undesirable in actual crystallization.

결정화 장치 내의 교반 시스템의 일정 기하 규모는 최적화된 것이 아닌데, 이는 용기 내의 슬러리 펌프 작용과 슬러리로의 교반 전달 에너지의 고유 동력 강도(SPI, specific power intensity)가 서로에 대해 비례적으로 규모화되지 않아서, 단위(예를 들면, 교반 지름)의 척도를 바꾸면 펌핑 속도 및 SPI 설계 매개변수가 바뀐다. 그러므로 설계자의 수수께끼는 어떤 매개변수를 상수로 유지하고, 어떤 매개변수를 가변적으로 할 것인지, 또는 절충하여 두 매개변수 모두를 가변적으로 할 것인지 결정하는 것이다. 예를 들면, 문헌[A. W. Nienow, "The Effect of Agitation on the Crystal Growth and Nucleation Rates and on Secondary Nucleation", Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 54, pp. 205-207]을 인용한 문헌[Crystallization, Third Edition, by J. W. Mullin, Butterworth-Heinemann, 1993]은 실험실, 파일럿 및 최고 용량의 결정화 장치에서 팁 속도를 상수로 유지할 것을 추천한다. 그러나 더 큰 지름의 날개바퀴에 있어서는, 이것은 고유 동력 강도를 가변적으로 하는데, 이것은 팁 속도보다는 마찰 및 2차 핵생성 속도에 더 관련이 큰 것이다.The constant geometric scale of the stirring system in the crystallization device is not optimized because the specific power intensity (SPI) of the slurry pumping action in the vessel and the stirring transfer energy to the slurry is not scaled proportionally to each other, Changing the scale of the unit (eg stirring diameter) changes the pumping speed and SPI design parameters. The designer's puzzle, therefore, is to decide which parameters will be constant, which parameters will be variable, or trade-offs to make both parameters variable. See, eg, A. W. Nienow, "The Effect of Agitation on the Crystal Growth and Nucleation Rates and on Secondary Nucleation", Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 54, pp. Crystallization, Third Edition, by J. W. Mullin, Butterworth-Heinemann, 1993, citing 205-207, recommends keeping the tip speed constant in laboratories, pilots, and highest capacity crystallization equipment. However, for larger diameter vanes, this varies the natural power strength, which is more related to friction and secondary nucleation speeds than tip speeds.

본원 발명은 결정/침전 또는 다른 입자를 제조하는 효율적이고 용량 가변적인 기구 및 방법을 제공한다. 본원 발명에 의해 제공되는 한 장점은 높은 내부 펌핑(또는 순환) 속도인데, 이는 낮은 고유 동력 투입을 요구하는 한편, 이로 인해 좋은 물질 전달 환경 및 기계적으로 민감한 결정/침전 또는 입자에 대한 최소의 파손/마찰/손상을 가능하게 한다. 그 결과, 본 기구는 특히 생물 제품(예를 들면, 단백질) 및 제약품 등의 소 유기 분자 등 기계적으로 민감한 고체 제품에 특히 이롭다.The present invention provides an efficient and dose-variable instrument and method for making crystal / precipitate or other particles. One advantage provided by the present invention is a high internal pumping (or circulation) rate, which requires low intrinsic power input, which results in a good mass transfer environment and minimal breakage / to mechanically sensitive crystals / precipitations or particles. Enables friction / damage. As a result, the apparatus is particularly advantageous for mechanically sensitive solid products, such as small organic molecules such as biological products (eg proteins) and pharmaceuticals.

추가로, 본원 발명의 또 다른 장점은 본 기구가 결정화 용도로만이 아니라, 발효기, 추출기 및 액체/유제 분리기, 비균일 촉매화 공정용 반응기 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 용도로의 일반적인 공정 용기로도 사용될 수 있다는 것이다. 이러한 용도에 있어서, 본 기구는 (러쉬톤(Rushton) 터빈, 고정 피치 날개바퀴, 수중익, 잠수함형 날개바퀴, 로토-스테이터 등의) 다른 공정 용기에 비해 실질적으로 낮은 슬러리에의 고유 동력 투입으로도 주입 흐름의 매우 좋은 혼합 및 빠른 희석을 제공한다.In addition, another advantage of the present invention is that the apparatus is not only used for crystallization, but also as a general process vessel for applications including, but not limited to, fermenters, extractors and liquid / emulsion separators, reactors for heterogeneous catalysis processes, and the like. Can also be used. In these applications, the instrument also provides inherent power input to a slurry that is substantially lower than other process vessels (such as Rushton turbines, fixed pitch vanes, hydrofoils, submarine vanes, roto-stators, etc.). Provides very good mixing and rapid dilution of the infusion stream.

본원 발명의 또 다른 장점은 본원이 공-침전, 한층 더한 성장, 또는 코팅을 위한 시드 결정 또는 다른 입자를 포함하는 유체의 주입을 가능하게 하는 데 선택적으로 사용될 수도 있다는 데 있다.Another advantage of the present invention is that the present application may optionally be used to enable infusion of a fluid comprising seed crystals or other particles for co-precipitation, further growth, or coating.

그러므로, 본 발명은 공정 용기인 기구와, 결정/입자의 형성에 관한 향상된 조절을 가능하게 하는 실험실 규모, 파일럿 규모 또는 공업적 규모의 결정화 또는 침전 공정용 구성을 제공한다. 본원에서 논의되는 특별한 매개변수에 기반하여, 본원 발명에 따르는 기구 및 방법은 또한, 결정화/침전 공정 중 형성되는 결정/입자의 크기를, 예를 들면 드래프트 튜브 격벽 유형 결정화 장치 등의 결정화 관련 업계에서 현재 이루어진 것보다 더 잘 조절할 수 있다.Therefore, the present invention provides an apparatus that is a process vessel and a configuration for a laboratory scale, pilot scale or industrial scale crystallization or precipitation process that allows for improved control over the formation of crystals / particles. Based on the particular parameters discussed herein, the apparatus and methods according to the invention also determine the size of the crystals / particles formed during the crystallization / precipitation process, for example in the art of crystallization, such as draft tube bulkhead type crystallization apparatus. Better control than what is currently done.

추가로, 상업적인 결정화 장치는 성능에 있어 통상 결정 핵생성의 바람직한 속도보다 높아서, 제한적 또는 방해적이다. 원하는 핵생성 속도보다 빠른 것을 다루기 위한 기술은 많은 해에 걸쳐 실험되어 왔고, 대부분의 결정학 교과서에 기술되어 있다. 이러한 기술들은 미세 파괴; 순수 액체 전진 및 이중 철수 등을 포함한다. 이 세 가지 기술 각각은 결정 슬러리가 분류되는 것(예를 들면 순수 액체, 미세 및 조대 분획으로)을 필요로 한다. 이러한 분류는 통상 현탁 분리 장치 및 사이클론 등의 외부 분류 장치를 통해 달성된다.In addition, commercial crystallization apparatus are typically higher than the desired rate of crystal nucleation in performance, which is limited or disturbing. Techniques for dealing with faster than desired nucleation rates have been tested for many years and are described in most crystallography textbooks. These techniques include microdestruction; Pure liquid advancing and double withdrawal, and the like. Each of these three techniques requires the crystal slurry to be sorted (for example as pure liquid, fine and coarse fractions). This sorting is usually accomplished through external sorting devices such as suspension separation devices and cyclones.

미세 파괴의 경우에 있어서, 결정의 미세 단편은 이들을 용해하는(예를 들면, 열 교환기, 희석 장치) 시스템을 통과하고, 순수 액체가 결정화 장치로 회수된다. 이것은 배치(batch) 결정화 작업에 있어 특히 유용하나, 연속 공정에서도 광범위하게 실시된다. 순수 액체 전진의 경우, 분류는 극도에 이르는데, 분류 장치로부터 수집된 분획은 본질적으로 결정이 없으며, 몇 개의 연속 무기 결정화/침전 공정에 사용된다. 이중 철수는 연속 결정화 공정에 사용되는데, 미세 분획의 분류된 흐름 뿐 아니라, 대표적인 슬러리 스트림이 제거되고, 다운스트림의 분리 장치로 보내진다.In the case of microfracture, fine fractions of crystals pass through a system that dissolves them (eg, heat exchanger, dilution apparatus) and pure liquid is recovered to the crystallization apparatus. This is particularly useful for batch crystallization operations, but is also widely used in continuous processes. In the case of pure liquid advancing, fractionation reaches extremes, where fractions collected from the fractionator are essentially crystalless and are used in several successive inorganic crystallization / precipitation processes. Double evacuation is used in a continuous crystallization process, in which the fractionated stream of fine fractions, as well as representative slurry streams, are removed and sent to downstream separation equipment.

이러한 모든 경우에 있어서, 더 큰 생성 결정 크기가 장치로부터 발생하고, 이들은 본질적으로 바람직하며, 또한 결정화 장치의 다운스트림(예를 들면 원심분리기, 여과 프레스 등)에서 필요한 분리 장치에의 더 적은 투자를 가능하게 한다. 본원 발명의 또 다른 장점은 당업계에서 발견되는 다른 결정화 장치를 이용하는 경우보다 더 큰 결정/침전/입자가 만들어질 수 있다는 것이며, 그러므로, 제조 속도 한계에 다다른 공정에 있어, 더 큰 평균 결정 크기의 제조를 통해 더 높은 제조 속도가 같은 다운스트림 분리 장치에 대해 가능할 수 있다. 슬러리를 순수, 미세 및 조대 분획으로 분류하는 것은 이 이점을 이용하는 것을 가능하게 하는 단계이다.In all these cases, larger production crystal sizes arise from the apparatus, which are inherently desirable and also require less investment in the separation apparatus required downstream of the crystallization apparatus (eg centrifuges, filter presses, etc.). Make it possible. Another advantage of the present invention is that larger crystals / precipitates / particles can be made than with other crystallization apparatus found in the art, and therefore, for processes approaching manufacturing speed limits, larger average crystal size Higher manufacturing rates may be possible for the same downstream separation device through the manufacture of. The classification of the slurry into pure, fine and coarse fractions is a step which makes it possible to exploit this advantage.

본원 발명의 잠재적 용도는 매우 넓은데, 예를 들면, 본원 발명에 의해 생성되는 입자를 이용할 수 있는 산업은 약제, 기능 식품, 진단 제제, 중합체 중간체, 농화학제, 안료, 식품 성분, 식품 제형물, 음료, 세포 배양 및 그 생성물, 정밀 화학약품, 화장품, 전자 소재, 무기물 및 금속 등을 포함한다.The potential uses of the present invention are very wide, for example, industries that can utilize the particles produced by the present invention include pharmaceuticals, nutraceuticals, diagnostic agents, polymer intermediates, agrochemicals, pigments, food ingredients, food formulations, Beverages, cell cultures and their products, fine chemicals, cosmetics, electronic materials, minerals and metals, and the like.

발명의 요약Summary of the Invention

본원 발명은 The present invention

(a) 용기;(a) a container;

(b) 상부 플레이트와 기저 플레이트를 선택적으로 가지는 방사상 유동 교반기; 및(b) a radial flow stirrer optionally having a top plate and a base plate; And

(c) 단단히 붙어있는 다수의 격벽을 가지며, 통기관과 용기의 측벽 사이에 도관을 형성하도록 용기 내에 배치되고, 용기 지름 크기의 약 0.7배의 지름을 갖는 통기관(c) a vent pipe having a plurality of bulkheads securely attached and disposed in the container to form a conduit between the vent pipe and the side wall of the container and having a diameter of about 0.7 times the diameter of the container

을 포함하는 결정화/침전 기구에 관한 것이다.It relates to a crystallization / precipitation apparatus comprising a.

본원 발명은 또한,The present invention also provides

유체가 결정화/침전될 하나 이상의 용해된 물질을 포함하는, 하나 이상의 유체를 기구에 공급하는 단계;Supplying one or more fluids to the device, the fluid comprising one or more dissolved substances to be crystallized / precipitated;

하나 이상의 용해된 물질이 상기 하나 이상의 유체로부터 입자로 결정화/침전되도록 하는, 상기 하나 이상의 유체를 교반하는 단계; 및Stirring the one or more fluids to cause one or more dissolved materials to crystallize / precipitate from the one or more fluids into particles; And

하나 이상의 유체 및 입자들이 본원 발명의 기구를 빠져나가도록 하는 단계Causing one or more fluids and particles to exit the instrument of the present invention

를 포함하는, 입자를 결정화/침전시키는 방법에 관한 것이다.It relates to a method for crystallizing / precipitating particles comprising a.

도 1은 본원 발명의 한 실시태양의 측단면도를 나타낸다.1 shows a cross-sectional side view of one embodiment of the present invention.

도 2는 본원 발명에 의한 날개바퀴의 상면도를 나타낸다.Figure 2 shows a top view of the wing wheel according to the present invention.

도 3은 본원 발명에 의한 날개바퀴의 측면도를 나타낸다.Figure 3 shows a side view of the wing wheel according to the present invention.

도 4는 본원 발명에 의한 날개바퀴의 한 실시태양의 하면도를 나타낸다.4 shows a bottom view of one embodiment of a wing wheel according to the present invention.

도 5는 본원 발명에 의한 날개바퀴의 한 실시태양의 측면도를 나타낸다.5 shows a side view of one embodiment of a wing wheel according to the present invention.

도 6은 본원 발명에 따르는 통기관의 또 다른 실시태양의 측면도를 나타낸다.6 shows a side view of another embodiment of a vent pipe according to the invention.

도 7은 본원 발명의 또 다른 실시태양의 측단면도를 나타낸다.Figure 7 shows a side cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

도 8은 본원 발명의 또 다른 실시태양의 측단면도를 나타낸다.8 is a side cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

도 9는 본원 발명을 포함하는 시스템을 나타낸다.9 shows a system incorporating the present invention.

도 10은 본원 발명을 포함하는 시스템을 나타낸다.10 illustrates a system incorporating the present invention.

본원 발명은 결정/침전 또는 다른 입자를 형성하는 기구 및 이 기구를 사용하는 방법에 관한 것이다. 일반적으로 본원 발명은 결정화될 화합물에 따라 다양한 입자의 결정/침전/입자를 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 전형적으로는, 결정/침전 또는 다른 입자들은 약 0.5미크론 내지 3000미크론 범위 내에 있으나, 결정/침전/입자 크기를 조절하는 능력에 기인하여, 더 작거나 더 큰 입자 크기 역시 본원 발명에 의해 고려될 수 있다. 그러므로, 본원 발명은 당업계의 다른 결정화 장치에 의해 일반적으로 방출되는 것보다 더 큰 결정의 제조 및, 더 좁은 크기 분포 또는 더 좁은 크기 분포의 미세 결정의 제조를 가능하게 한다.The present invention relates to an apparatus for forming crystals / precipitates or other particles and a method of using the apparatus. In general, the present invention can be used to produce crystals / precipitates / particles of various particles depending on the compound to be crystallized. Typically, however, crystal / precipitation or other particles are in the range of about 0.5 microns to 3000 microns, but due to their ability to control crystal / precipitation / particle size, smaller or larger particle sizes are also contemplated by the present invention. Can be. Therefore, the present invention enables the production of larger crystals and the production of finer crystals of narrower size distribution or narrower size distribution than is generally emitted by other crystallization apparatus in the art.

본원 발명은 또한 다른 용량의 공정 용기(예를 들면, 실험실 용량 대 제조용 용량)에서 같은 크기 및 크기 범위의 결정을 만드는 능력을 제공하는데, 이는 본원이 일정한 고유 동력 강도를 실질적으로 유지하면서, 본원 발명의 용량을 다양하게 하는 방법을 설명하고 있기 때문이다.The present invention also provides the ability to make crystals of the same size and size range in different capacity process vessels (e.g., laboratory capacity versus prefabricated capacity), while the present invention substantially maintains a constant intrinsic power strength. This is because the method of varying the dose of.

본원 발명의 기구는 배치 또는 연속 구성으로 사용될 수 있다.The instruments of the present invention can be used in a batch or continuous configuration.

본원 발명의 기구는 용매, 액체, 슬러리, 현탁액, 액화 기체, 초 임계 유체, 아임계 유체 등을 포함하나 이에 한정되지 않는, 공급물/반응물로 작용하는 다양한 유체와 함께 사용될 수 있다.The apparatus of the present invention can be used with a variety of fluids that act as feeds / reactants, including but not limited to solvents, liquids, slurries, suspensions, liquefied gases, supercritical fluids, subcritical fluids, and the like.

본원 발명은 제약, 생물 약제, 기능 식품, 진단 제제, 농화학제, 안료, 식품 성분, 식품 제형물, 음료, 정밀 화학약품, 화장품, 전자 소재, 무기물 및 금속 등을 포함하는 임의의 침전 또는 결정화되는 입자의 제조에 사용될 수 있다. 다른 공업적 분야의 결정/침전 입자들은 본원에 기술된 것과 같은 일반적인 기술들을 당업자에 의해 쉽게 변형하여 제조될 수 있다.The present invention is directed to any precipitation or crystallization, including pharmaceuticals, biopharmaceuticals, nutraceuticals, diagnostic agents, agrochemicals, pigments, food ingredients, food formulations, beverages, fine chemicals, cosmetics, electronic materials, minerals and metals, and the like. It can be used for the production of particles. Crystals / precipitated particles of other industrial fields can be prepared easily by those skilled in the art of general techniques such as those described herein.

일반적으로, 결정화 장치 교반에 대한 잠재적으로 상충하는 요구들, 예를 들면 (1) 양호한 혼합과 균일한 입자 현탁; 및 (2) 입자 손상의 최소화와 2차 결정 핵생성 등이 있다. 양호한 혼합은 일반적으로 교반기로부터의 높은 용적 유속 및 임의의 공급물 스트림의 초기 분산에 있어서의 교란 지역에 의해 제공된다. 균일한 입자 현탁은 일반적으로 비교적 높은, 특별하게는 상류에서의 유체 속도에 의해 제공된다. 그러나, 이러한 조건들을 발생시키는 것은 문제가 될 수 있는데, 이는 이것이 또한 입자를 손상시키고 2차 핵생성을 유발하는 조건의 형성을 보통 수반하기 때문이다. 본원 발명은 당업계의 이러한 문제를 경감시키는 기구 및 방법 모두를 제공한다.In general, potentially conflicting demands on crystallization apparatus agitation, such as (1) good mixing and uniform particle suspension; And (2) minimizing particle damage and secondary crystal nucleation. Good mixing is generally provided by high volumetric flow rates from the stirrer and disturbance zones in the initial dispersion of any feed streams. Homogeneous particle suspension is generally provided by fluid velocity at relatively high, especially upstream. However, generating these conditions can be problematic, as this usually also involves the formation of conditions that damage the particles and cause secondary nucleation. The present invention provides both apparatus and methods that alleviate these problems in the art.

본원에서 사용되는, 용어 "전단 영역"은 예를 들면, 날개바퀴 날의 꼭대기와 격벽 사이의 영역, 기저 플레이트 개구 및 교반기-휘저음 용적 등의 전단력에 관계되는 본원 발명 내의 모든 영역을 포함한다.As used herein, the term “shear region” includes all regions within the invention that relate to shear forces, such as, for example, the area between the top and septum of the vane blade, the base plate opening, and the stirrer-stirrer volume.

본원에서 사용되는, 용어 "전단력"은 교반기-휘저음 용적에서 발생하는 명목상의 전단 속도, 신장력, 교란, 공동 현상 및 표면의 충돌 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 본 발명의 기구에 의해 발생하는 혼합/분산 및 기계적인 힘 모두를 포괄한다.As used herein, the term "shear force" refers to mixing caused by the apparatus of the present invention, including but not limited to nominal shear rates, elongation forces, disturbances, cavitations, and collisions of surfaces occurring in agitator-stirrer volumes. Covers both dissipation and mechanical forces.

본원에서 사용되는, 용어 "결정화" 및/또는 "침전"은 전형적인 용매/반용매 결정화/침전; 온도 의존성 결정화/침전; "염석" 결정화/침전; pH 의존성 결정화/침전; "냉각 강제" 결정화/침전; 화학 및/또는 물리적 반응에 기반한 결정화/침전; 등을 포함하나 이에 한정하지 않는, 유체로부터 입자를 제조하는 임의의 방법을 포함한다.As used herein, the terms “crystallization” and / or “precipitation” refer to typical solvent / antisolvent crystallization / precipitations; Temperature dependent crystallization / precipitation; “Salt” crystallization / precipitation; pH dependent crystallization / precipitation; "Cold forced" crystallization / precipitation; Crystallization / precipitation based on chemical and / or physical reactions; And any method of preparing particles from a fluid, including but not limited to, and the like.

본원에서 사용되는, "생물 약제"는, 예를 들면 단백질, 펩티드, 백신, 핵산, 면역 글로불린, 다당류, 세포 생성물, 식물 추출물, 동물 추출물, 재조합 단백질, 효소 및 이들의 조합 등, 생물학적 출처 또는 그와 균등한 화학적으로 합성된 제품으로부터 유도되는 치료 화합물을 포함한다.As used herein, a "biological agent" refers to a biological source or the like, for example, proteins, peptides, vaccines, nucleic acids, immunoglobulins, polysaccharides, cell products, plant extracts, animal extracts, recombinant proteins, enzymes and combinations thereof, and the like. And therapeutic compounds derived from equivalent chemically synthesized products.

본원 발명은 일반적으로;The present invention generally;

(a) 용기;(a) a container;

(b) 상부 플레이트와 기저 플레이트를 선택적으로 가지는 교반기; 및(b) an agitator optionally having a top plate and a base plate; And

(c) 단단히 붙어있는 다수의 격벽을 가지며, 통기관과 용기의 측벽 사이에 도관을 형성하도록 용기 내에 배치되고, 용기 지름 크기의 약 0.7배의 지름을 갖는 통기관(c) a vent pipe having a plurality of bulkheads securely attached and disposed in the container to form a conduit between the vent pipe and the side wall of the container and having a diameter of about 0.7 times the diameter of the container

을 포함하는 기구를 제공한다.It provides a mechanism comprising a.

일반적으로, 본원 발명의 기구(30)의 치수는 (예를 들면 약 1cm에서 약 15미터 이상까지) 다양한데, 이는 본 발명이 다양한 크기로 용량화될 수 있기 때문이다. 그러므로, 치수는 본원 발명의 용량화된 버젼에 순응하기 위해 바뀔 것이다. 본원 발명의 용량은 실질적으로 바뀌어, 이러한 기구 형태가 낮은 제조 속도(예를 들면 0.0005kg/h)에서 다양한 용기 크기를 거쳐 건조 중량 기준 약 300,000kg/h 결정 제품용으로까지 설계될 수 있다.In general, the dimensions of the instrument 30 of the present invention vary (eg from about 1 cm to about 15 meters or more) because the present invention can be dosed to various sizes. Therefore, the dimensions will change to comply with the capacitive version of the present invention. The dosages of the present invention are substantially varied such that such device configurations can be designed for low manufacturability (eg 0.0005 kg / h) through various container sizes, up to about 300,000 kg / h crystalline products on a dry weight basis.

본원 발명의 용기(1)는 결정화/침전 또는 입자 형성 기술에 통상적으로 사용되는 임의의 형태일 수 있다. 그러나 바람직하게는, 용기는 측벽(2)과 분사구, 공급 관 등이 삽입될 수 있는 하나 이상의 구멍(II)을 가지는 밀폐된 원통형 외형이다.The vessel 1 of the present invention may be in any form commonly used in crystallization / precipitation or particle formation techniques. Preferably, however, the container is a closed cylindrical contour having a side wall 2 and one or more holes II into which injection holes, feed tubes and the like can be inserted.

용기는 예를 들면, 유리섬유, 강철, 바람직하게는 스테인레스강, 더욱 바람직하게는 탄소강, PVC, 유리 등의 본원 발명에 의해 형성되는 힘을 견딜 수 있는 임의의 물질로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본원 발명의 용기는 스테인레스강이다.The container may be composed of any material capable of withstanding the forces formed by the present invention, for example glass fiber, steel, preferably stainless steel, more preferably carbon steel, PVC, glass and the like. Preferably, the container of the present invention is stainless steel.

용기는 하나 이상의 구멍(11), 바람직하게는 다수의 구멍을 가져, 증기 및/또는 액체의 도입 및/또는 제거, 및/또는 용기로부터 제품의 철수 및/또는, 과정상의 위생 요구의 일부로서 세척 및/또는 멸균(적소에의)을 허용하는 하나 이상의 관 및/또는 분사구의 삽입 또는 부착을 가능하게 한다. 하나 이상의 구멍 및 그 결과로서의 하나 이상의 입구 관, 선 분사구 등은 용기 상의 어느 곳에나 위치할 수 있다.The container has one or more holes 11, preferably a plurality of holes, to introduce and / or remove vapors and / or liquids, and / or to withdraw the product from the container and / or to clean as part of the process hygiene requirements. And / or the insertion or attachment of one or more tubes and / or nozzles that allow sterilization (in place). One or more holes and consequently one or more inlet tubes, line nozzles, or the like may be located anywhere on the vessel.

용기는 또한, 통기관의 안정성 및 지지를 제공하는, 용기 측벽 및 통기관에 붙어 있는 중심 지지체(8)를 선택적으로 가질 수 있다.The container may also optionally have a central support 8 attached to the container side wall and the vent pipe, which provides stability and support of the vent pipe.

제 2 격벽(9)은 용기 측벽에 선택적으로 부착되어 담긴 공급물/반응물이 실질적으로 통기관의 내부 부분 쪽으로 하향 유동할 수 있도록 방향을 돌리는 것을 도울 수 있다.The second septum 9 can optionally be attached to the vessel sidewall to help redirect the contained feed / reactant to substantially flow downward toward the interior portion of the vent.

용기 치수는 사용되는 용량에 따라 다양하다. 당업자는 본원에 개시된 것에 비추어, 기구의 용량화에 있어 용기에 행해져야 하는 필요한 조정들을 인식하고 이해할 것이다.Vessel dimensions vary depending on the volume used. Those skilled in the art will recognize and understand the necessary adjustments that should be made to the vessel in the capacity of the instrument in light of the disclosure herein.

도 7에서 보는 것과 같이, 본원 발명의 또 다른 실시태양은 순수 액체 및/또는 미세 결정/침전/입자 분획을 외부 분류 장치의 필요 없이 분류할 수 있도록 하는 주변 침강 영역(10)을 갖는 용기를 제공한다. 주변 침전 용기(10)는 용기를 감싸서 연속 주변 지역을 형성할 수도 있고, 또는 용기의 일부분만을 감싸서 액체 수준 아래의 용기 높이를 따라 임의의 지점에 위치할 수도 있다. 주변 침강 영역(10)은 일반적으로 슬러리로 채워지지만, 용기의 나머지에서 보이는 교반의 정도에 종속되지 않으며, 그러므로, 용기 내의 슬러리의 순환으로부터 보호된다. 이러한 식으로, 주변 침강 영역(10)은 결정이 슬러리 밖에서 침강될 수 있는 영역을 제공한다. 일반적으로 더 큰 결정이 더 작은 결정보다 더 빨리 침강된다. 그 결과, 슬러리의 일부분이 주변 침강 영역의 꼭대기에서 이탈될 수 있는데(즉, 도 7에 그려진 제거 구멍을 통해), 그로 인해 순수 액체 또는 미세 분획의 분류가 가능해진다. 그러므로, 결정 크기는 내부적으로 결정될 수 있는데, 이는 예를 들어 현탁 분리 장치, 사이클론 등의 외부 분류기의 높은 가격, 구동 및 공간 필요성을 피할 수 있도록 해 준다.As shown in FIG. 7, another embodiment of the present invention provides a container having a peripheral settling region 10 that allows for fractionation of pure liquid and / or fine crystal / sedimentation / particle fractions without the need for an external sorting device. do. Peripheral settling vessel 10 may enclose the vessel to form a continuous peripheral area, or may enclose only a portion of the vessel and be positioned at any point along the vessel height below the liquid level. The surrounding settling zone 10 is generally filled with a slurry, but is not dependent on the degree of agitation seen in the rest of the vessel and therefore is protected from circulation of the slurry in the vessel. In this way, the surrounding settling region 10 provides a region where crystals can settle out of the slurry. In general, larger crystals settle faster than smaller crystals. As a result, a portion of the slurry may escape at the top of the surrounding settling zone (ie, via the removal hole depicted in FIG. 7), thereby allowing fractionation of the pure liquid or fine fraction. Therefore, the crystal size can be determined internally, which makes it possible to avoid the high cost, drive and space requirements of external classifiers such as, for example, suspension separators and cyclones.

당업자는 본원에 개시된 것에 비추어, 폭 및 깊이 등의 주변 침강 영역의 치수들이 다양해야 함을 인식하고 이해하며, 얻으려는 결정/침전 또는 다른 입자들의 유형, 크기 및 크기 분포, 결정/입자 또는 다른 입자에 대해 사용되는 유체의 유형 및 용기의 구동 조건 등의 특정한 매개변수들에 따른 조정을 할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will recognize and understand that the dimensions of the surrounding sedimentation area, such as width and depth, should be varied in light of the disclosure herein, and the type, size and size distribution, crystal / particle or other particle of the crystal / precipitate or other particles to be obtained. Adjustments may be made to specific parameters such as the type of fluid used and the operating conditions of the vessel.

본원 발명의 교반기(13)는 공급물 스트림의 혼합, 농축 공급물의 용기 내용물과의 빠른 희석, 슬러리 내의 결정/침전/입자의 현탁 및 기구 전체에 대한 유체의 순환을 제공한다. 이러한 속성은 튼튼한 구동과 일정한 결정/침전/입자 형성을 위해 중요하다. 일반적으로, 본원 발명의 교반기(13)는 통기관의 상부 또는 하부 중 한 곳(또는 양쪽 모두)에 위치한 방사상 유동 날개바퀴, 통기관의 중간 부분의 축 방향 유동 추진기 또는 잠수함 추진기, 이중 추진기 또는 다중 추진기를 포함하나 이에 한정되지 않는, 필요한 액체 순환을 제공할 수 있는 임의의 구성일 수 있다. 바람직하게는, 본원 발명의 교반기는 방사상 유동 교반기, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 날, 기저 플레이트 및 선택적인 상부 플레이트를 갖는 방사상 유동 교반기이다. 전형적인 상용 결정화 장치는 일반적으로, 더 높은 분당 회전수(rpm) 및 더 작은 교반기 지름으로 사용되어 본원에서 나타나는 것보다 훨씬 더 높은 고유 동력 강도를 가져오는 축상 유동 날개바퀴를 사용한다.The stirrer 13 of the present invention provides for mixing of the feed stream, rapid dilution with the vessel contents of the concentrated feed, suspension of crystals / precipitates / particles in the slurry and circulation of the fluid throughout the apparatus. This property is important for robust driving and constant crystallization / sedimentation / particle formation. In general, the stirrer 13 of the present invention is a radial flow vane located at either (or both) of the upper or lower part of the vent pipe, an axial flow propeller or submersible propeller in the middle part of the vent pipe, a double propeller or a multi propeller. It may be any configuration capable of providing the required liquid circulation, including but not limited to. Preferably, the stirrer of the present invention is a radial flow stirrer, more preferably a radial flow stirrer having at least one blade, base plate and optional top plate. Typical commercial crystallization apparatus generally use axial flow vanes that are used at higher rpm and smaller stirrer diameters resulting in much higher intrinsic power strengths than shown here.

교반기는 예를 들면, 유리섬유, 강철, 바람직하게는 스테인레스강, PVC, 티타늄, 유리 등의 본원 발명에 의해 형성되는 힘을 견딜 수 있는 임의의 물질로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본원 발명의 교반기는 스테인레스강 또는 티타늄이다.The stirrer may be composed of any material capable of withstanding the forces formed by the present invention, for example glass fiber, steel, preferably stainless steel, PVC, titanium, glass and the like. Preferably, the stirrer of the present invention is stainless steel or titanium.

방사상 유동 날개바퀴는 예를 들면, 날의 수, 날의 크기, 날의 공격 각도 및 분당 회전수 등의, 구동자가 교란 혼합의 성질 및 결정이 노출되는 전단력을 조절하기 위해 조작되어야 하는 여러 가지 면을 가지고 있다. 그러므로, 이러한 교란 감쇠 정도의 간접 조절은 농축된 공급물 스트림의 혼합 및 희석, 결정의 현탁, 거품의 혼입 및 말단 침강 영역 등의 결정 침전 지역의 완성을 가능하게 한다.Radial floating wheels can be manipulated in various ways, for example by the number of blades, blade size, blade attack angle, and revolutions per minute, in order for the driver to manipulate the nature of the disturbing mixing and the shear force to which the crystals are exposed. Have Therefore, indirect control of the degree of disturbance damping allows for the completion of crystal precipitation zones such as mixing and dilution of concentrated feed streams, suspension of crystals, incorporation of bubbles and end settling zones.

이와 더불어, 날의 크기, rpm 및 분리도는 날개바퀴에 의해 유체로 주입되는 교란뿐 아니라, 교란의 용량(통상 입실론이라 불리는 교란 에너지 소실을 통해)에도 영향을 준다. 더 큰 날개바퀴와 동일한 동력 수준에서의 작은, 더 높은 속도의 날개바퀴는 더 높은 진동수(및 더 작은 용량)에서 더 힘찬 교란을 생성하지만, 이 교란은 더 빨리 쇠퇴한다. 이것은 결정화 장치에 있어 특히 그러한데, 이는 높은 고체 함량이 교란 속도 스펙트럼에 있어 더 높은 진동수에서 더 큰 소실을 이끌기 때문이다.In addition, blade size, rpm, and degree of separation affect not only the disturbances injected into the fluid by the vane wheels, but also the capacity of the disturbances (via the disturbance energy loss, commonly called epsilon). Smaller, higher speed vanes at the same power level as larger vanes produce stronger disturbances at higher frequencies (and smaller capacities), but these disturbances decay faster. This is particularly the case for crystallizers, since the high solids content leads to greater losses at higher frequencies in the disturbance rate spectrum.

본원 발명의 방사상 유동 날개바퀴는 여러 가지 구성을 포함할 수 있는데, 날개바퀴는 하나 이상의 날, 선택적인 상부 플레이트 및 기저 플레이트를 포함한다. 그러나, 바람직하게는, 날개바퀴는 도 2, 3, 4 및 5에 나타난 구성을 포함한다.Radial flow vanes of the present invention may include a variety of configurations, which include one or more blades, an optional top plate and a base plate. Preferably, however, the vanes include the configurations shown in FIGS. 2, 3, 4 and 5.

날개바퀴의 하나 이상의 날은 적당한 지름의 날개바퀴 및 기구 전체에 대한 유체의 순환을 위한 필요한 펌핑 속도를 제공하는 한 임의의 형태일 수 있다. 그러나, 전형적으로는, 날의 높이는 교반기 지름의 약 육 분의 1(1/6)이다. 하나 이상의 날의 폭은 날의 각도에 따라 다양하지만, 전형적으로는 교반기의 지름을 (8x날 각도의 cos)로 나눈 것과 같도록 결정된다. 예를 들면, 하나 이상의 날이 55도의 날 각도를 갖는 10피트의 지름(120인치)을 갖는 교반기를 사용하는 경우, 날의 높이는 약 120인치 x 1/6, 또는 20인치이고, 폭은 120/(8x cos 55) 또는 (8x0.574), 또는 약 26인치이다.One or more blades of the vane wheel may be of any type as long as it provides the necessary diameter of vane wheels and the necessary pumping speed for the circulation of the fluid throughout the instrument. Typically, however, the height of the blade is about one sixth (1/6) of the stirrer diameter. The width of one or more blades varies depending on the angle of the blade, but is typically determined to be equal to the diameter of the stirrer divided by (cos of 8x blade angle). For example, if one or more blades use an agitator having a diameter of 10 feet (120 inches) with a blade angle of 55 degrees, the blade height is about 120 inches by 1/6, or 20 inches, and the width is 120 / (8x cos 55) or (8x0.574), or about 26 inches.

일반적으로, 날은 기구 전체에 대한 유체의 필요한 순환을 제공할 수 있는 임의의 각도를 가질 수 있다. 그러나, 본원 발명의 날 각도는 전형적으로는 약 45도 내지 약 65도이다. 바람직하게는, 날의 각도는 약 55도이다.In general, the blades can have any angle that can provide the required circulation of fluid throughout the instrument. However, the blade angle of the present invention is typically about 45 degrees to about 65 degrees. Preferably, the angle of the blade is about 55 degrees.

날개바퀴의 날이 분리된 유동(6-10도의 낮은 각도에서의 공격 각도에서 발생하는) 상태인 한, 날의 양력(날에 가해지는 방사상 방향으로의 힘, 예를 들면 날개바퀴의 반대쪽으로 펌프되는 유체)는 본질적으로 날의 각도에 독립적이나, 날의 인력(날의 움직임의 방향으로 가해지는 힘)은 공격 각도에 의존한다. 분리된 유동은 서로 독립적인 날의 양력 및 날의 인력과 관련되어 있는데, 이 경우에는, 날의 양력이 상수라면, 인력은 날의 유효 영역과 관련되어 있다. 날의 인력으로부터의 에너지는 거의 완전하게 교란으로 전환된다. 그러므로, 날의 각도를 조절함으로써, 교란 및 혼합으로 변하는 에너지의 양을 조절할 수 있다. 유속은 날개 바퀴의 rpm, 교란 에너지는 날의 각도 및 rpm에 의해 조절된다.As long as the blades are in separate flow (occurring at attack angles at low angles of 6-10 degrees), the lift of the blades (the radial force exerted on the blades, eg pumps against the wing wheels) The fluid being applied) is essentially independent of the angle of the blade, but the attraction of the blade (the force exerted in the direction of the blade's movement) depends on the angle of attack. Separate flows are related to the lift of the blades and the attraction of the blades, which are independent of each other, in which case if the lift of the blades is constant, the attraction is related to the effective area of the blade. The energy from the attraction of the day is almost completely transformed into disturbances. Therefore, by adjusting the angle of the blade, it is possible to control the amount of energy that changes with disturbance and mixing. The flow rate is controlled by the rpm of the vane wheel, the disturbance energy by the blade angle and rpm.

교반기의 분당 회전수(RPM, revolutions per minute)는 본원 발명의 기구의 용량에 따라서 다양하다. 그러나, 일반적으로, 기구의 크기가 커짐에 따라 최대 허용 가능 RPM은 작아진다.The revolutions per minute (RPM) of the stirrer will vary depending on the capacity of the apparatus of the present invention. In general, however, as the size of the instrument increases, the maximum allowable RPM decreases.

날개바퀴의 선택적인 상부 플레이트(14)는 일반적으로 개별 날의 거리 위로 뻗어 있어, 이의 폭은 실질적으로 날의 길이와 같고, 일반적으로 고리형 구성이다. 상부 플레이트(14)의 존재는 유동에 깊은 영향을 주는데, 이는 유동은 상부 플레이트(14)를 돌아 나가서 음압과 더불어 플레이트 밑에 고도로 분리된 유동을 갖는 고도의 교란 영역을 형성해야 하기 때문이다. 이 교란 지역은 매우 높은 교란 소멸을 가지며, 전체 단면의 단지 작은 부분에 걸쳐서만 일어나지만, 에너지 효율적이지는 못하다. 플레이트의 제거, 또는 플레이트의 내부 지름을 사실상 속이 꽉 찬 디스크(고리형이 아니라)가 되는 정도까지 증가하는 것이 날개바퀴의 효율을 개선할 것이다.The optional top plate 14 of the vane generally extends over the distance of the individual blades so that the width thereof is substantially the same as the length of the blades and is generally annular in configuration. The presence of the top plate 14 has a profound effect on the flow because the flow must return the top plate 14 to form a highly disturbing region with a highly separated flow underneath the plate with negative pressure. This disturbance zone has a very high disturbance dissipation and occurs only over a small portion of the overall cross section, but is not energy efficient. Removal of the plate, or increasing the inner diameter of the plate to the extent that it becomes a virtually full disk (not ring), will improve the efficiency of the wheel.

교반기 기저 플레이트(15)는 도 3에서 나타난 것처럼, 하나 이상의 교반기 날 아래에 위치하고, 추진축을 받아들일 수 있는 구멍을 가진 실질적으로 속이 꽉 찬 구조이다.The stirrer base plate 15 is a substantially full structure, positioned under one or more stirrer blades, as shown in FIG. 3, with holes for receiving the propulsion shaft.

다른 방법으로, 기저 플레이트(15)는 또한, 기저 플레이트가 공급물 및/또는 반응물이 용기 내에서 도입 및 분배되는 비점원으로 작용할 수 있도록, 하나 이상의 개구(16를을, 바람직하게는 다수의 개구를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 도 3에서 도시하는 방사상 유동 교반기에 있어서, 비점원 공급물/반응물 첨가는 공급물/반응물을 교반기의 기저 플레이트(15) 아래로 도입함으로써 달성된다. 개선된 공급물/반응물의 희석/분산은 교반 첨가 하에서의 사용에 의해 제공되는데, 여기서 교반기 기저 플레이트는 통기관의 반지름보다 큰, 용기의 내부 반지름까지의 반지름을 가진다. 그 결과 공급물 및/또는 반응물은 이 개구(16)를 통해 흘러, 이것이 교반기의 날을 지날 때 빠른 혼합 지역을 통해 방사상으로 퍼질 수 있다. 바람직하게는 이러한 경우에, 하나 이상의 휘젓개 날(17), 바람직하게는 다수의 휘젓개 날이 사용되어 공급물 및/또는 반응물의 분배를 돕는다. 도 4 및 5에서 나타난 것처럼, 전형적으로는 다수의 휘젓개 날(17)이 기저 플레이트(15)의 아래쪽에 위치하여, 서로에게 수직으로 기저 플레이트(15)의 세로 및 가로축을 따라 축 방향으로 뻗어 있고, 임의의 길이일 수 있으나, 일반적으로는 기저 플레이트 지름보다 작거나 이와 같은 길이를 갖는다. 바람직하게는, 휘젓개 날의 높이는 추진축에서 멀어지는 방향으로 뻗어갈수록 점점 작아진다(예를 들면, 추진축에서 가장 가까운 쪽 끝은 1.75의 높이를, 반대쪽 끝은 약 1.25의 높이를 가질 수 있다).Alternatively, the base plate 15 may also include one or more openings 16, preferably a plurality of openings, such that the base plate can serve as a non-point source through which feed and / or reactants are introduced and dispensed in the vessel. Preferably, in the radial flow stirrer shown in Figure 3, the non-point source feed / reactant addition is achieved by introducing the feed / reactant below the base plate 15 of the stirrer. Dilution / dispersion of the feed / reactant is provided by use under stirring addition, where the stirrer base plate has a radius up to the inner radius of the vessel, which is larger than the radius of the vent pipe, so that the feed and / or the reactant has this opening. Flowing through (16), it can spread radially through the fast mixing zone as it passes through the blade of the stirrer. The above whisk blade 17, preferably a plurality of whisk blades, is used to help distribute the feed and / or reactants, as shown in Figures 4 and 5, typically a plurality of whisk blades 17 Located below the base plate 15 and extending in the axial direction along the longitudinal and transverse axes of the base plate 15 perpendicular to each other, and may be any length, but generally less than or equal to the base plate diameter. Preferably, the height of the whisk blade becomes smaller as it extends away from the propulsion shaft (e.g., the one closest to the propulsion shaft has a height of 1.75 and the opposite end has a height of about 1.25). have).

비점원 공급물/반응물 첨가는 상업적 실시에 있어 교반기 기저 플레이트가 통기관 반지름과 같은 반지름을 갖는 경우에 사용되어 왔으나, 본원 발명에서는 교반기 기저 플레이트(15)의 반지름을 더 늘린다. 이 신장은 교반기(13)에 의해 달성되는 내부 순환에 영향을 미치지 않는다. 신장은 교반기 기저 플레이트(15) 내의 개구를 통해 공급 유동을 우회시켜 고농도 공급물/반응물의 분율을 감소시킨다. 교반기 기저 플레이트(15)의 반지름이 클수록, 교반기(13)와 기구 용기의 내벽 사이의 간격을 통과하는 공급물/반응물이 적어진다.Non-point source feed / reactant addition has been used in commercial practice where the stirrer base plate has the same radius as the vent tube radius, but in the present invention further increases the radius of the stirrer base plate 15. This elongation does not affect the internal circulation achieved by the stirrer 13. Elongation bypasses the feed flow through the opening in stirrer base plate 15 to reduce the fraction of high feed / reactant. The larger the radius of the stirrer base plate 15, the fewer feeds / reactants passing through the gap between the stirrer 13 and the inner wall of the instrument vessel.

전형적으로, 분출 관 등의 점원(point source)이 통상 상업적 결정화 장치에 사용되지만, 이러한 유형의 공업적 장치는 배출구 근처의 높은 과포화 영역과, 그 결과 공급되는 액체가 희석되고 결정화 장치 용기 내에서 분산될 때 높은 과포화 플럼을 갖는다는 심각한 단점이 있다.Typically, a point source, such as a blowoff tube, is usually used in commercial crystallization apparatus, but this type of industrial apparatus has a high supersaturation zone near the outlet and the resulting liquid is diluted and dispersed in the crystallizer vessel. There is a serious disadvantage of having a high supersaturated plume when

기저 플레이트(15)의 개구(16)는 슬롯, 원형, 삼각형 또는 정사각형 또는 이들의 혼합을 포함하나 이에 한정되지 않는 임의의 형태 및/또는 크기일 수 있다. 이것은 유체가 전단 영역을 통과하여 유체와 친밀한 혼합을 할 수 있도록 보장해 준다. 개구(16)의 크기 및/또는 형태는 본원 발명에 따르는 생성 결정의 크기 또는 형태에 영향을 주지는 않으나, 이들의 기구 내에서의 유체의 유동 패턴에 주는 영향에 기인하여, 전단력의 생성에 영향을 준다. 결정의 크기는 유체 스트림, 날개바퀴 rpm, 다양한 입구 스트림의 유속 및 이들 서로에 대한 상대 유속의 화학을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.The openings 16 of the base plate 15 may be of any shape and / or size, including but not limited to slots, circles, triangles or squares or mixtures thereof. This ensures that the fluid passes through the shear zone to allow for intimate mixing with the fluid. The size and / or shape of the openings 16 does not affect the size or shape of the production crystals according to the present invention, but due to their influence on the flow pattern of the fluid in their apparatus, they affect the generation of shear forces. Gives. The size of the crystals can be adjusted by varying the chemistry of the fluid stream, vane rpm, the flow rates of the various inlet streams and their relative flow rates with respect to each other.

일반적으로, 본원 발명의 교반기(13)는 예를 들면, 약 10cm 내지 약 550cm의 넓은 범위의 지름을 가질 수 있고, 이는 사용되는 기구의 용량에 의존적이다. 바람직한 교반기, 날개바퀴는 (하나의 날 끝에서 반대쪽 또 다른 날 끝까지 측정하여) 사용되는 용기의 지름의 약 0.4 내지 0.7배의 지름을 가질 수 있다. 당업자는 본원에 개시된 것들에 비추어, 교반기(13)의 측정이 기구의 용량이 변화함에 따라 다양할 수 있고, 이러한 변화는 아래 제공되는 용량 다양화 방법에 의해 정의될 것이기는 하지만, 이러한 측정 변화를 어떻게 달성할 것인지 인지하고 이해할 것이다.In general, the stirrer 13 of the present invention may have a wide range of diameters, for example, from about 10 cm to about 550 cm, depending on the capacity of the appliance used. Preferred stirrers, vanes may have a diameter of about 0.4 to 0.7 times the diameter of the vessel used (measured from the end of one blade to the end of the other blade). Those skilled in the art, in light of those disclosed herein, may determine that the measurement of the stirrer 13 may vary as the instrument's capacity changes, and such changes will be defined by the capacity diversification methods provided below, You will recognize and understand how to achieve it.

일반적으로, 본원 발명의 교반기에 의해 발생하는 용적 유속(또는 펌핑 속도, 단위 시간당 펌핑되는 슬러리의 부피) 및 그로 인한 선속도(예를 들면, 평균 선속도는 교반기 펌핑 속도를 관심 영역의 단면적으로 나눈 것이다)는 교반기(13)의 지름에 따라 정해진다. 예를 들면, 약 10피트의 지름을 가지는 교반기는 일반적으로 약 112,800gpm의 용적 유속 및 약 30rpm에서 약 3.2ft/초의 선속도를 갖는다. 유사하게, 고유 동력 투입은 교반기 각속도의 세제곱을 이용하여 정해진다. 그러므로, 비교적 넓은 지름을 갖는 것은 동일한 용적 유속에 있어 교반기(13)를 비교적 천천히 돌리는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 교반기(13)의 지름을 증가시키는 것은 주어진 용적 유속 및 평균 선속도에서의 고유 동력 강도를 최소화하는 것이다. 이것은 문헌[D. A. Green in "Crystallizer Mixing: Understanding and Modeling Crystallizer Mixing and Suspension Flow" in Handbook of Industrial Crystallization, A. S. Myerson, ed. Butterworth-Heinemann, 12/01]에 기술되어 있다. 그러나, 여기에는 한계가 있는데, 교반기의 날의 끝은 용기 벽의 인접 위치에 너무 가깝게 접근할 수 없다는 것이며, 이것이 (결정 마찰에 의해) 2차 핵생성을 높일 수 있는데, 이는 일반적으로 바람직하지 않기 때문이다.In general, the volumetric flow rate (or pumping rate, volume of slurry pumped per unit time) generated by the agitator of the present invention and the resulting linear velocity (e.g., average linear velocity is the stirrer pumping velocity divided by the cross section of the region of interest). Is determined according to the diameter of the stirrer 13. For example, a stirrer with a diameter of about 10 feet typically has a volume flow rate of about 112,800 gpm and a linear speed of about 3.2 ft / sec at about 30 rpm. Similarly, the natural power input is determined using the cube of stirrer angular velocity. Therefore, having a relatively large diameter makes it possible to rotate the stirrer 13 relatively slowly at the same volume flow rate. As a result, increasing the diameter of the stirrer 13 is to minimize the intrinsic power strength at a given volume flow rate and average linear velocity. This is described in D. A. Green in "Crystallizer Mixing: Understanding and Modeling Crystallizer Mixing and Suspension Flow" in Handbook of Industrial Crystallization, A. S. Myerson, ed. Butterworth-Heinemann, 12/01. However, there is a limitation here, that the tip of the blade of the stirrer is not able to approach the adjacent position of the vessel wall too close, which can increase secondary nucleation (by crystalline friction), which is generally undesirable. Because.

교반기(13)는 회전 가능하도록 설치된 추진축(18)과 연결된다. 추진축(18)은 교대로, 일반적으로는 모터 또는 교반기를 결정화되는 용액 또는 슬러리를 혼합 및 현탁하는 데 적절할 정도로 충분한 속력으로 회전시킬 수 있는 추진력과 연결된다. 회전 가능하도록 설치된 추진축(18)은 속이 꽉 찬 축이거나, 또는 역으로, 교반기-휘저음 용적(19) 내의 유체를 침착시키는 하나 또는 다중의 내부 관으로 작용하도록 중공형일 수도 있다. 유사하게, 교반기 자체 또한 속이 비어서, 하나 이상의 유체 스트림이 교반기를 통화하여 공급되고, 여기서 교반기를 따라 하나 또는 여러 개의 지점, 예를 들면 하나 이상의 날 및/또는 날 끝에서 분산될 수 있다.The stirrer 13 is connected with the propulsion shaft 18 installed to be rotatable. The propulsion shaft 18 is in turn connected with a propulsion force which, in turn, can rotate at a speed sufficient to adequately mix and suspend a solution or slurry to be crystallized with a motor or stirrer. The rotatable propulsion shaft 18 may be a full shaft or, conversely, hollow to act as one or multiple inner tubes that deposit fluid in the stirrer-stirrer volume 19. Similarly, the stirrer itself is also hollow, so that one or more fluid streams are fed through the stirrer, where it can be dispersed at one or several points, for example one or more blades and / or blade ends.

본원 발명의 통기관(23)은 일반적으로 이를 둘러싼 유체의 순환을 인도하는 데 사용되며, 이에 의해 결정/침전/입자의 형성 및 균일한 분배를 이끄는 공급물/반응물의 밀접한 혼합을 제공한다. 더욱 특별하게는, 통기관(23)은 용기의 통기관 벽(25)의 외부 부분과 원통형 내관(26) 사이의 채널(24)을 제공한다. 방사상 유동 교반기의 휘저음 용적으로 들어온 뒤, 유체는 격벽에 의해 통기관의 상부 쪽으로 실질적으로 상향으로 인도된다. 그 뒤 유체는 채널(24)로 흐르고, 최종적으로는, 관의 상부에 부어져 넘칠 때까지 통기관(23)의 길이를 따라 이동함으로써 날개바퀴 쪽으로 되돌아간다. 선택적으로는, 그리고 배치 용도에서 특별한 용도로서, 용기 용적이 최대한 사용되지 않거나 배치 전체에 걸쳐 슬러리 충만 수준이 증가 또는 감소하는 경우, 본원 발명의 통기관(23)은 통기관의 높이를 따라 위치한 하나 이상의 윈도우(27), 바람직하게는 다수의 윈도우를 더 포함한다. 이는 통기관의 바깥쪽에서는 위쪽으로, 통기관의 안쪽에서는 아래쪽으로의 슬러리의 강제 순환을 가능하게 한다.The vent tube 23 of the present invention is generally used to guide the circulation of the fluid surrounding it, thereby providing intimate mixing of the feed / reactant which leads to the formation and uniform distribution of crystals / precipitates / particles. More particularly, the vent tube 23 provides a channel 24 between the outer portion of the vent wall 25 of the vessel and the cylindrical inner tube 26. After entering the stir volume of the radial flow stirrer, the fluid is guided substantially upward by the septum towards the top of the vent. The fluid then flows into the channel 24 and finally moves back towards the vanes by moving along the length of the vent tube 23 until it pours over the top of the tube. Optionally, and as a special use in batch applications, where the vessel volume is not used to the fullest or the slurry filling level increases or decreases throughout the batch, the vent pipe 23 of the present invention is provided with one or more windows located along the height of the vent pipe. (27), preferably further includes a plurality of windows. This allows for forced circulation of the slurry upwards on the outside of the vent and downwards on the inside of the vent.

또한, 일반적으로는 통기관(23)의 상부에의 기구 중심을 향한 유동이 분리되기 때문에, 통기관의 상부의 내부를 따르는 유동은 위쪽을 향하게 되는데, 이로 인해 상부에 있는 통기관의 약 70%만이 실제 사용되고, 이는 통기관(23)의 유효 영역을 감소시킨다. 그러나, 본원 발명의 윈도우(27)는 통기관의 더 높은 퍼센트의 사용을 가능하게 한다.In addition, since the flow towards the center of the instrument to the upper part of the vent pipe 23 is generally separated, the flow along the inside of the upper part of the vent pipe is directed upward, so that only about 70% of the vent pipe in the upper part is actually used. This reduces the effective area of the vent pipe 23. However, the window 27 of the present invention allows the use of a higher percentage of the vent.

바람직하게는, 통기관(23)은 용기 내에 집중적으로 배열되는 원통이며, 여기에서 통기관은 용기 지름의 약 0.7배의 지름을 갖는다. 이 통기관의 용도는 통상적인 결정화 장치 통기관 이상의 장점을 갖는데, 이는 기하학적으로, 이것이 통기관 내부 및 외부의 동일한 용적을 가능하게 하는 지름이기 때문이다. 바람직하게는, 통기관은 점점 가늘어지는 원통이며, 여기에서 가늘어지는 통기관은 상부 지름(28) 및 하부 지름(29)을 갖는데, 상부 지름은 하부 지름보다 크다. 통기관은 선형 또는 비-선형 방식이거나, 절두체 또는 원뿔 및 직선 원통 형태로 점점 가늘어질 수 있다. 다른 방법으로, 통기관은 상부가 나팔 또는 트럼펫의 말단처럼 생겨 깔때기 모양으로 벌어져 나온, 그로 인해 원통의 하부보다 더 큰 지름을 갖는 실질적인 직선 원통형일 수 있다. 구성은 슬러리 내의 결정/침전/입자의 침전 속도에 의해 결정되는데, 이러한 결정은 당업자에 의해 내려질 수 있다. 점점 가늘어지는 구성은 통기관의 외부를 들어올리는 반면 슬러리 유동을 촉진한다. 일반적으로 통기관 밖으로 올라오는 슬러리는 통기관 내부로 떨어지는 슬러리의 속도와 같을 수 있다. 이는 통기관의 위쪽 및 아래쪽 동일한 슬러리 유속을 수반한다. 통기관의 내부 및 외부 공급물/반응물의 동일 속력은 가속 및 감속시의 추가적인 전단력의 발생을 막는다. 유동 고유 중력에 비해 더 크고 밀한 결정의 예에서, 결정은 통기관(중력에 의한) 밖에서 결정을 포함하는 유체보다 더 느린 속도로 자랄 것이다. 이것은 통기관 바깥의 결정의 퇴적 및 비극적인 플럭게이지를 야기할 수 있다. 결정화되는 몇몇의 물질에 있어서, 점점 가늘어지는 통기관은 원통형 용기 지름의 통기관 이상의 추가적인 개량물인데, 이는 이것이 중력에 반하여 슬러리를 가속하도록 강제하고 이로 인해 통기관 밖에서의 침전 및 퇴적 현상을 극복하기 때문이다. 점점 가늘어지는 통기관의 치수를 결정하는 지침은 통기관의 용기 외부 및 내부 영역 양쪽의 용적이 본질적으로 같도록 유지하는 것이다.Preferably, the vent pipe 23 is a cylinder arranged centrally in the container, where the vent pipe has a diameter of about 0.7 times the diameter of the container. The use of this vent has advantages over conventional crystallizer vents because, geometrically, it is a diameter that enables the same volume inside and outside the vent. Preferably, the vent pipe is a taper cylinder, wherein the taper tube has an upper diameter 28 and a lower diameter 29, the upper diameter being greater than the lower diameter. The vent may be linear or non-linear, or tapered in the form of a frustum or cone and a straight cylinder. Alternatively, the vent may be a substantially straight cylindrical with a diameter larger than that of the bottom of the cylinder, with the top of the trumpet or trumpet bulging out. The composition is determined by the rate of precipitation of the crystals / precipitations / particles in the slurry, which determinations can be made by those skilled in the art. The taper construction promotes slurry flow while lifting the exterior of the vent. In general, the slurry rising out of the vent can be at the same rate as the slurry falling into the vent. This involves the same slurry flow rates up and down the vent. The same speed of the internal and external feed / reactant of the vent pipe prevents the generation of additional shear forces during acceleration and deceleration. In an example of a larger and dense crystal compared to flow intrinsic gravity, the crystal will grow at a slower rate than the fluid containing the crystal outside the vent (by gravity). This can cause deposition and tragic fluxgage of crystals outside the vent. For some materials to be crystallized, the taper vent is an additional improvement beyond the vent of a cylindrical vessel diameter, because it forces acceleration of the slurry against gravity and thereby overcomes precipitation and deposition out of the vent. A guideline for determining the dimensions of the tapered vent is to keep the volume essentially the same on both the outer and inner regions of the vessel of the vent.

더욱 바람직하게는, 통기관(23)은 액체 유동이 통기관의 상부를 향해 수직 이동하도록 인도하고 액체가 교반기에 의해 소용돌이치며 순환 이동하는 것을 막는 격벽(12)을 더 포함한다. 격벽(12)은 용기 내에 유지되는 소용돌이의 정도, 고리 내의 교란 소실률에 강한 효과를 가지며, 격벽 내의 물질의 분배에 영향을 준다.More preferably, the vent tube 23 further comprises a partition 12 which directs the liquid flow vertically toward the top of the vent tube and prevents the liquid from swirling and circulating by the stirrer. The partition 12 has a strong effect on the degree of swirl held in the vessel, the rate of disturbance loss in the rings, and affects the distribution of material in the partition.

통기관(23)은 예를 들면, 유리섬유, 강철, 바람직하게는 스테인레스강, PVC, 유리 등의 본원 발명에 의해 형성되는 힘을 견딜 수 있는 임의의 물질로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본원 발명의 통기관은 스테인레스강이다.The vent tube 23 may be made of any material capable of withstanding the forces formed by the present invention, for example glass fiber, steel, preferably stainless steel, PVC, glass, and the like. Preferably, the vent pipe of the present invention is stainless steel.

또 다른 실시태양은 통기관 벽 사이에 공동이 존재하는 중공 통기관을 포함한다. 이 공동은 공급물/반응물의 기구에의 도입 및/또는 기구 및 그 내용물을 가열 또는 냉각하기 위한 열전달 방법 등을 포함하나 이에 한정되지 않는, 여러 가지 목적으로 사용될 수 있다.Yet another embodiment includes a hollow vent that has a cavity between the vent walls. This cavity can be used for a variety of purposes, including but not limited to, introduction of feed / reactants into the apparatus and / or heat transfer methods for heating or cooling the apparatus and its contents, and the like.

또 다른 실시태양은, 말단 침강 영역을 갖는 통기관을 포함하는데, 이 영역은 용기에서 발견될 수 있는 말단 침강 영역과 동일한 구성을 갖는다. 말단 침강 영역은 통기관의 바깥쪽 또는 중공 통기관의 공동 내에서 발견될 수 있다. 그러나, 용기와 비교할 때 더 작은 크기의 통기관에 기인한, 크기, 지름, 높이 등의 차이에 대한 치수 차가 고려되어야 한다.Another embodiment includes a vent pipe having a terminal settling zone, which has the same configuration as the terminal settling zone that can be found in the vessel. The terminal settling region can be found outside of the vent or in the cavity of the hollow vent. However, dimensional differences for differences in size, diameter, height, etc., due to the smaller size of the vents compared to the container, should be considered.

용기(1) 및 통기관(23) 내의 정밀하게 균일한 입자 분배를 달성하기 위하여, 하류 영역에 비해 상류 방향에서 더 높은 속도가 필요한데, 이는 상류에서는 입자가 평균 유동 방향의 반대 방향으로 침전되나, 하류에서는 침전 속도 및 평균 유동 속도 둘 다가 동일한 방향이기 때문이다. 이는 입자 손상 및 2차 핵생성을 야기하며 통기관 밖의 비극적인 입자 퇴적을 피하게 해 준다. 그러나, 상류 대 하류의 평균 속도 비율은 현탁액의 성질, 유동 조건 및 결정/침전/입자를 형성하는 데 사용되는 공급물/반응물의 유형에 따라 다양하다. 그러므로, 일반적인 비율은 언급될 수 없고, 공정 조건의 모든 세트마다 최적화된다. 그러나, 일반적으로는, 슬러리의 선속도는 초당 약 0.1 내지 약 1.8미터, 바람직하게는 초당 약 0.9미터 범위이다. 더 높은 상류 속도는 또한 재순환 영역에서의 슬러리/액체의 혼합을 개선한다. 이 영역은 격리되기 쉬운데, 특히 현탁 수준이 통기관 상부 이상으로 너무 높아지게 되는 경우에 그러하다. 극단적인 예에서는, 거의 입자가 없는 액체층이 순환되는 현탁액 위에 형성될 수 있다. 이 문제는 더 높은 상류 현탁 속도를 이용하여 감소할 수 있다. 통기관 바깥쪽의 채널을 이탈하는 더 빠른 유체의 추진력이 유체를 통기관 위의 더 높은 영역으로 보내고 이 영역에서의 혼합을 개선한다.In order to achieve precisely uniform particle distribution in the vessel 1 and the vent pipe 23, a higher velocity is required in the upstream direction than in the downstream region, in which the particles settle in the opposite direction of the average flow direction, but downstream This is because both the sedimentation rate and the average flow rate are in the same direction. This causes particle damage and secondary nucleation and avoids catastrophic particle deposition outside the vent. However, the average velocity ratio upstream to downstream varies depending on the nature of the suspension, the flow conditions and the type of feed / reactant used to form the crystals / precipitates / particles. Therefore, general ratios cannot be mentioned and are optimized for every set of process conditions. Generally, however, the linear velocity of the slurry ranges from about 0.1 to about 1.8 meters per second, preferably about 0.9 meters per second. Higher upstream rates also improve the slurry / liquid mixing in the recycle zone. This area is easy to isolate, especially if the level of suspension becomes too high above the top of the vent. In an extreme example, a liquid layer with few particles may be formed over the circulating suspension. This problem can be reduced using higher upstream suspension rates. Faster fluid thrust leaving the channel outside the vent pipe directs the fluid to a higher area above the vent pipe and improves mixing in this area.

선택적으로는, 용기는 2차 핵생성을 최소화하고 빠른 외피 제거를 돕기 위한 영구적 또는 열 제거 가능 코팅제로 코팅된, 교반기(13), 통기관(23) 등을 포함하나 이에 한정되지 않는 임의의 내부 부품 및 내부 부위를 가질 수 있다.Optionally, the vessel may contain any internal component, including but not limited to, agitator 13, vent 23, etc., coated with a permanent or heat removable coating to minimize secondary nucleation and aid in rapid shell removal. And internal portions.

적당한 연성 코팅제는 폴리에틸렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리프로필렌, 네오프렌, 라텍스, 고무 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다.Suitable soft coating agents include, but are not limited to, polyethylene, poly (tetrafluoroethylene), polypropylene, neoprene, latex, rubber, and the like.

연성 코팅제가 본원 발명에 의해 계획되는데, 이는 결정의, 용기의 강철 벽 등 및 교반기의 날 등의 그 내부의 임의의 부품 등 단단한 표면에의 충돌이 2차 핵생성 속도에의 주요 공헌자이기 대문이다. 내부 및 유동 부품에의 연성 코팅은 충돌시의 결정의 분열을 감소시키고, 생물학적 제품에 특별한 이점을 갖는다. 그러므로, 2차 핵생성 속도는 감소할 수 있고 더 큰 결정 크기가 달성될 수 있다. 본원 발명의 기구의 내부 및 유동 부품에의 연성 코팅제의 사용은 특히 생물학적 제품과 관련 유용하다.Flexible coatings are envisioned by the present invention because collisions to hard surfaces such as crystals, steel walls of vessels, and any parts therein, such as blades of agitators, are the major contributors to the rate of secondary nucleation. . Flexible coatings on internal and moving parts reduce the disruption of crystals upon impact and have particular advantages for biological products. Therefore, the secondary nucleation rate can be reduced and larger crystal size can be achieved. The use of flexible coatings in the interior and flow parts of the apparatus of the present invention is particularly useful in connection with biological products.

본원 발명의 또 다른 실시태양은 통기관 내 (상기 언급한) 상부에의 넓은 재순환 영역을 감소시키기 위해 용기의 측벽에 붙어 있는 선택적인 제 2 격벽(9)의 사용을 계획한다. 통기관은 더 부드러운 전환을 만들기 위해 액체 방향으로 더 제 2 격벽(9)을 사용하도록 조절될 수 있는데, 이는 격벽이 통기관 상부에서 상류로부터 하류로의 전환을 만들기 때문이다. 재순환은 통가관 상부에서 상류로부터 하류로의 180도 방향 전환을 만드는 액체의 추진력으로부터의 결과이다. 액체의 유동은 즉각적으로 예리한 180도 방향 전환을 만들 수는 없으며, 특히 전환이 통기관 부근 위치에서 즉각적으로 가장 격렬한 상류 부분에서 그러하다. 그 결과, 유동은 전환하고 통기관 내부를 따라가지 않으면서 상부에서 통기관으로부터 분리되나, 그 대신 통기관 내부 및 부근의 약하게 재순환되는 영역 내부의 하류 중심을 형성한다. 이것은 하류를 고속 중심으로 압축시킨다. 점점 가늘어지는 형태의 통기관 상부는 이 영역의 크기 및 속도 모두를 감소시킨다. 이것은 또한 통기관 위의 영역으로 상류 속도를 국소적으로 증가시키는 수단인데, 이는 위에서 언급한 것처럼 이 영역의 개선된 혼합이라는 장점을 갖는다.Another embodiment of the present invention envisions the use of an optional second partition 9 attached to the side wall of the container to reduce the large recirculation area at the top (mentioned above) in the vent. The vent can be adjusted to use the second septum 9 in the liquid direction to make a smoother transition, since the septum makes a transition from upstream to downstream at the top of the vent. Recirculation is the result of the propulsion of the liquid making a 180 degree turn from upstream to downstream at the top of the canister. The flow of liquid cannot immediately produce a sharp 180 degree turn, especially in the most intense upstream portion where the change is immediately at a location near the vent. As a result, the flow diverts and separates from the vent at the top without following it inside the vent, but instead forms a downstream center inside the weakly recirculated region in and near the vent. This compresses the downstream to the high speed center. The tapered top of the vent reduces both size and speed of this region. This is also a means of locally increasing the upstream velocity to the region above the vent, which has the advantage of improved mixing of this region as mentioned above.

일반적으로, 기구(30)는 하나 이상의 구멍(11) 및/또는 하나 이상의 공급물/혼합물 관을 통해 기구 내로 도입되는 유체(공급물/반응물)를 가짐에 의해 작동한다. 유체는 용기(1) 내부에, 바람직하게는 교반기와 가까운 근접거리에 퇴적되고, 교반기로 공급된다. 유체는 교반기의 회전에 의해 교반기-휘저음 용적(19) 내부에서 빠르게 회전된다. 급회전 교반기에 의해 발생하는 원심력은 유체를 용기(1)의 측벽(2)을 향한 방사상 방향으로 퍼내고 결국에는 격벽(12)을 통과한다. 유체가 용기 측벽 및/또는 격벽에 도달하면, 이들의 유동은 격벽 및 통기관의 존재에 의해 축 방향 및 위쪽 방향으로 인도된다. 하나 이상의 구멍으로부터 교반기-휘저음 용적을 통해 격벽을 통과하고 통기관의 바깥쪽으로 이어지는 이 통로는 유동 스트림의 좋은 혼합을 유발한다. 게다가, 높은 순환 유속은 공급 스트림과 용기 내용물과의 높은 희석 속도를 가능하게 한다. 공급물/혼합물 스트림은 당장의 단일 혼합물이 유동 방향을 통기관의 상부에서 위쪽에서 아래쪽으로, 그 뒤 통기관의 내부 부분을 통과하는 아래쪽으로 전환함에 따라 더욱 혼합된다. 후속적으로 새로 형성된 결정/침전 또는 다른 입자들은 용기를 빠져나기기 전에 원하는 크기로 자라고 단리 또는 그 후의 과정에서 수집된다.In general, the device 30 operates by having fluid (feed / reactant) introduced into the device through one or more holes 11 and / or one or more feed / mixture tubes. The fluid is deposited inside the vessel 1, preferably in close proximity to the stirrer and fed to the stirrer. The fluid is rapidly rotated inside the stirrer-stirrer volume 19 by the rotation of the stirrer. The centrifugal force generated by the sharp stirrer circulates the fluid in the radial direction towards the side wall 2 of the container 1 and eventually passes through the partition 12. When the fluid reaches the container side wall and / or the partition wall, their flow is guided in the axial direction and upward direction by the presence of the partition wall and the vent pipe. This passage, which passes through the septum through the stirrer-stirrer volume from one or more holes and extends out of the vent, leads to good mixing of the flow stream. In addition, high circulation flow rates allow for high dilution rates of the feed stream and the vessel contents. The feed / mixture stream is further mixed as the current single mixture diverts the flow direction from the top to the bottom of the vent pipe and then down through the internal portion of the vent pipe. Subsequently, newly formed crystals / precipitates or other particles are grown to the desired size and collected during isolation or subsequent processing before exiting the vessel.

공급물/반응물의 화학 및 그 결과로서의 과포화는 결정의 형성 및 성장을 명령하는데, 이의 다양한 메카니즘은 아래에 기술되는 방법들을 포함하나 이에 한정되지 않는 결정/침전/입자 형성 기술로 알려진 통상적인 메카니즘을 포함한다. 당업자에게 있어, 본원 발명의 방법에 의해 수득되는 결정의 크기는 공정 매개변수를 조정하여 조절될 수 있다는 것은 자명할 것이다. 예를 들면, 결정화 장치의 rpm의 상승은 종종 더 미세한 입자를 유발하며, 첨가 및/또는 교반 속도의 조정은 과포화 및 혼합도를 변경하여 입자 크기를 변경할 것이다. 당업자는 일상적인 실험 기법을 사용하여 각각의 개별 상황에 가장 최적화된 매개변수들을 결정할 수 있다.The chemistry of the feed / reactant and consequent supersaturation directs the formation and growth of crystals, the various mechanisms of which are known by conventional mechanisms known as crystal / precipitation / particle formation techniques, including but not limited to the methods described below. Include. It will be apparent to one skilled in the art that the size of the crystals obtained by the method of the present invention can be adjusted by adjusting the process parameters. For example, an increase in rpm of the crystallizer often results in finer particles, and adjustment of the addition and / or stirring speed will change the particle size by changing the supersaturation and the degree of mixing. One skilled in the art can use routine experimental techniques to determine the parameters that are most optimized for each individual situation.

본원 발명에서, 용매의 선택은 결정화/침전될 물질의 용해도에 의존한다. 바람직하게는, 실질적으로 포화 또는 과포화된 용액이 각각의 관을 통해 공급되는 공급물/반응물 유동 스트림의 혼합에 의해 얻어진다. 당업자에게 알려진 반용매 결정/침전 기법과 마찬가지로, 하나 이상의 유체가 일반적으로 침전될 물질을 포함하는 용매이다. 하나보다 많은 공급 스트림이 관련되는 경우, 하나 이상의 연관된 제 2 유체는 반용매, 반응물, 침전물, pH 전환제, 중화제, 용해된 염 또는 완충제, 냉각 또는 가열 유체 및 압축 기체이다.In the present invention, the choice of solvent depends on the solubility of the material to be crystallized / precipitated. Preferably, substantially saturated or supersaturated solution is obtained by mixing the feed / reactant flow stream fed through each tube. As with the antisolvent crystallization / precipitation techniques known to those skilled in the art, one or more fluids are generally solvents comprising the material to be precipitated. Where more than one feed stream is involved, the one or more associated second fluids are antisolvents, reactants, precipitates, pH converting agents, neutralizing agents, dissolved salts or buffers, cooling or heating fluids and compressed gases.

결정화를 유도하기 위한 제 2 공급 첨가의 경우, 특별한 공급 스트림 및 제 2 공급 스트림(예를 들면, 반용매)의 선택은 침전되는 화합물의 용해도 특성을 고려하여 당업자에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. 예를 들면, 반용매는, 예를 들어 물에 녹는 수용성 물질일 수 있고, 적당한 수-혼합성 반용매(예를 들면, 아세톤, 이소프로판올, 디메틸 술폭사이드 등, 또는 이들의 혼합물), 예를 들면, 20중량% 메탄올과 80중량% 에탄올 등을 사용하여 침전된다. 추가적인 반용매의 예는, 예를 들면 경유 또는 에틸 아세테이트에 녹을 수 있고 예를 들면 디에틸 에테르 또는 시클로헥산에서 침전될 수 있는 덜 수용성인 물질을 포함할 수 있다.In the case of a second feed addition to induce crystallization, the selection of a particular feed stream and a second feed stream (eg antisolvent) can be readily made by one skilled in the art taking into account the solubility properties of the precipitated compound. For example, the antisolvent can be, for example, a water soluble substance that is soluble in water, and suitable water-miscible antisolvents (eg, acetone, isopropanol, dimethyl sulfoxide, etc., or mixtures thereof), for example Precipitates using 20% by weight methanol, 80% by weight ethanol and the like. Examples of additional antisolvents may include, for example, less water soluble materials that can be dissolved in light oil or ethyl acetate and precipitate for example in diethyl ether or cyclohexane.

반응성 있는 침전/결정의 예는 높은 pH에서 물에 녹고 낮은 pH의 산성화된 물에서 침전되는 물질을 포함할 수 있다. 추가적인 반응성 있는 예는 처음에는 분리된 수용액에 녹은, 두 무기 이온 간의 빠른 반응을 포함한다. 이러한 반응성 있는 침전 또는 결정화의 한 예는, 무기 염류(예를 들면 Al(OH)3 또는 Ca5(PO4)3OH, 또는 CaF2 등의 광전자 재료 등)의 형성 또는 pH 변화에 종속하는 고체 상을 형성하는 화합물(예를 들면 단백질 용액의 pH를 산 또는 염기로 단백질의 등전점을 향하여 조절하여 침전을 일으키는 것; 이에 더하여 한 예는 낮은 pH에서는 물에 잘 녹지 않으나 더 높은 pH에서는 훨씬 더 잘 녹는 이부프로펜 등의 화합물을 포함하는 카르복실산일 수 있다)의 결정/침전 등 많은 형태를 가질 수 있다.Examples of reactive precipitation / crystals may include materials that are soluble in water at high pH and precipitate in acidified water at low pH. Additional reactive examples include a rapid reaction between two inorganic ions, initially dissolved in a separate aqueous solution. One example of such reactive precipitation or crystallization is a solid that depends on the formation of inorganic salts (e.g., optoelectronic materials such as Al (OH) 3 or Ca 5 (PO 4 ) 3 OH, or CaF 2 , etc.) or changes in pH. Phase-forming compounds (e.g., by adjusting the pH of the protein solution towards the isoelectric point of the protein with acid or base to cause precipitation; in addition, one example is less soluble in water at low pH but much better at higher pH). And crystalline / precipitated carboxylic acids, including compounds such as soluble ibuprofen.

염석 침전/결정 예는 완충 수용액에 녹고 예를 들어 물에 녹는 염(염화나트륨 또는 황산 암모늄 등)의 용액과 잘 혼합하여 침전 또는 결정되는 단백질 또는 펩티드 등의 물질을 포함할 수 있다.Examples of salt precipitation / crystallization may include substances such as proteins or peptides that are dissolved in a buffered aqueous solution and are precipitated or determined by mixing with a solution of, for example, water-soluble salts (such as sodium chloride or ammonium sulfate).

냉각 강제 결정/침전 예는 용매에 녹고 충격 냉각에 의해 결정화/침전되는 물질을 포함할 수 있는데, 여기서 제 2 액체 스트림은 예를 들면 물, 에틸렌 글리콜 또는 암모니아 등의 냉장 용매일 수 있다.Examples of cold forced crystallization / precipitation may include materials that are soluble in solvent and crystallized / precipitated by impact cooling, where the second liquid stream may be a refrigerated solvent such as, for example, water, ethylene glycol or ammonia.

작동 온도는 물질의 용해도 및 그로 인한 공정 수율에 영향을 줄 수 있는 하나의 매개변수이다. 많은 물질에 있어, 수율은 낮은 온도에서의 작동에 의해 최대화될 수 있다. 그러나, 반용매의 주의 깊은 선택은 공정의 상온 작동에서의 수율 증가를 가능하게 한다. 그러나, 이 공정의 수율을 최대화하는 것은, 본원 발명의 방법의 본질적인 관점이 아니다. 본원 발명은 단지 결정화가 일어날 수 있도록 온도가 적당할 것을 필요로 할 뿐이다. 결정화가 일어나는 온도는 용해도 자료로부터 결정되는데, 몇몇의 예에서, 용해도 자료는 문헌[Handbook of Chemistry and Physics, 73rd edition, CRC Press] 또는 과학 문헌에서 찾을 수 있는 표에서 이용 가능하다.The operating temperature is one parameter that can affect the solubility of the material and thus the process yield. For many materials, yield can be maximized by operation at low temperatures. However, careful selection of antisolvents allows for increased yields at room temperature operation of the process. However, maximizing the yield of this process is not an essential aspect of the method of the present invention. The present invention merely requires that the temperature be adequate so that crystallization can take place. Temperature the crystallization takes place is determined from solubility data, in some instances, the solubility data is available in tables found in the literature [Handbook of Chemistry and Physics, 73 rd edition, CRC Press] or scientific literature.

본원 발명이 연속 공정의 일부로서 이용되는 경우, 관을 통한 용매 및 반용매의 첨가 속도는 관의 비-제한적 예 등 임의의 알려진 방법에 의해 조절될 수 있다. 일반적으로 당업자는, 조절 밸브의 사용 등을 포함하나 이에 한정되지 않는, 전형적인 결정화 장치에의 유속을 제한할 수 있는 방법들을 인지하고 이해할 것이다. 그러므로, 이러한 동일 방법이 본원 발명에 적용 가능하다. 용매 및 반용매 첨가 속도는 이를 조절하는 데 사용되는 장비에 의해서만 제한된다. 유체는 유출과 동일한 속도로 첨가되는데, 즉 용매 및 반용매의 주입 유속의 합은 공정을 빠져나가는 슬러리의 속도와 동일하다. 둘 이상의 공급물/반응물 스트림이 이용되는 경우, 둘 이상의 주입 스트림의 속도는 당업자에게 잘 알려진 물질의 상 도표에 의해 결정되는 임의의 값일 수 있다. 만일 하나 이상의 유체가 슬러리/현탁이라면, 결정/침전의 시딩이 유발될 수 있는데, 여기서 이 공정에 의한 결정/침전은 결정화/침전되는 것과 같은 물질 또는 예를 들면, 용기로 공급되는 하나 이상의 유체 스트림에 현탁된 다른 물질 위로 결정화/침전될 수 있다.When the present invention is used as part of a continuous process, the rate of addition of solvents and antisolvents through the tubes can be controlled by any known method, including non-limiting examples of the tubes. In general, those skilled in the art will recognize and understand methods that can limit the flow rate to a typical crystallization apparatus, including but not limited to the use of control valves and the like. Therefore, this same method is applicable to the present invention. Solvent and antisolvent addition rates are limited only by the equipment used to control them. The fluid is added at the same rate as the outflow, ie the sum of the injection flow rates of the solvent and the antisolvent is equal to the rate of the slurry exiting the process. If two or more feed / reactant streams are used, the rate of the two or more feed streams may be any value determined by the phase diagram of the material well known to those skilled in the art. If one or more fluids are slurries / suspensions, seeding of crystals / precipitates can be induced, where the crystals / precipitates by this process are one or more fluid streams supplied to the vessel, for example a material such as crystallized / precipitated It may be crystallized / precipitated over other materials suspended in.

본원 발명의 기구를 빠져나감에 있어, 침전/결정 입자들은 (예를 들면, 여과, 원심분리 등으로) 유체 혼합물로부터 제거될 수 있다. 선택적으로, 침전된 화합물은 당업자에게 일반적으로 알려진 통상적인 방법에 의해 건조될 수 있다. 이러한 방법의 예는 접시-건조, 오븐-건조, 가열-건조 및 공기-건조를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 건조 단계에 앞서서, 건조 및 침전 입자는, 예를 들면 여과, 침전, 원심분리 등 당업자에게 일반적으로 알려진 고체/액체 분리 기법을 사용하여 합쳐진 유체 혼합물로부터 분리될 수 있다. In exiting the apparatus of the present invention, the precipitated / crystallized particles may be removed from the fluid mixture (eg, by filtration, centrifugation, etc.). Optionally, the precipitated compound may be dried by conventional methods generally known to those skilled in the art. Examples of such methods include, but are not limited to, dish-drying, oven-drying, heat-drying, and air-drying. Optionally, prior to the drying step, the drying and precipitated particles may be separated from the combined fluid mixture using solid / liquid separation techniques commonly known to those skilled in the art, such as, for example, filtration, precipitation, centrifugation.

이에 더하여, 본원 발명은 액체용 담체 입자 또는 결정 또는 침전의 시드로 사용될 수 있는 임의의 다양한 작은 고 표면적 입자의 제조에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 형성되는 결정/침전은 또한, 많은 경우에 있어, 동시에 또는 후속적으로, 수분 장벽, 미각 차폐제, 또는 결정화된 약제의 특징을 강화하는 다른 첨가제로 코팅된다. 이와 비슷하게, 활성 물질의 결정/입자는 다른 제제(부형제, 계면활성제, 중합체 등)와 함께 제형되어 적당한 투약 형태(예를 들면, 정제, 캡슐 등)의 물질을 제공할 수 있다. 그러므로, 본원 발명의 방법에 있어, 물질에 더하여, 계면활성제, 유액화제 및 안정제가 또 다른 유체 스트림으로서 전단 영역으로 도입되어 침전된 분산액을 안정시킬 수 있다.In addition, the present invention can be used to prepare any of a variety of small high surface area particles that can be used as carrier particles for liquids or as seeds for crystals or precipitates. The crystals / precipitates formed by the methods of the present invention are also, in many cases, simultaneously or subsequently coated with a moisture barrier, taste masking agents, or other additives that enhance the character of the crystallized agent. Similarly, crystals / particles of the active substance can be formulated with other agents (excipients, surfactants, polymers, etc.) to provide the substance in the appropriate dosage form (eg, tablets, capsules, etc.). Therefore, in the process of the present invention, in addition to the material, surfactants, emulsions and stabilizers can be introduced into the shear zone as another fluid stream to stabilize the precipitated dispersion.

본원 발명의 기구는 또한 (i) 본 용기의 발효기로서의 사용 (ii) 발효중 액체/액체 추출용으로의 고리형 침전 영역의 사용 및 (iii) 본 용기의 비균일 촉매 반응용으로의 사용을 포함하나 이에 한정되지 않는, 결정/침전 또는 입자 형성이 아닌 공정에도 사용될 수 있다.The apparatus of the present invention also includes (i) the use of the vessel as a fermenter, (ii) the use of a cyclic precipitation zone for liquid / liquid extraction during fermentation, and (iii) the use of the vessel for non-uniform catalytic reactions. However, the present invention may be used in processes other than crystal / precipitation or particle formation, but not limited thereto.

본 용기(1)는 또한 세포 배양 목적의 발효기로 사용될 수 있다.The vessel 1 can also be used as a fermentor for cell culture purposes.

이러한 설계의 발효기로부터의 생성물의 현장(in situ) 제거는 위에서 기술된 최소한으로 교반되는 말단 침강 영역(10)을 사용하여 달성될 수 있다. 이것은 액체/액체 추출 방식을 사용하면 가능할 것이다. 더 낮은 밀도의 액체가 말단 침강 영역 상부를 향해 점진적으로 농축된다.In situ removal of the product from a fermentor of this design can be achieved using the minimally stirred terminal settling zone 10 described above. This would be possible using a liquid / liquid extraction method. Lower density liquids are gradually concentrated towards the top of the terminal settling region.

본 용기(1)를 발효기로 사용함에 있어, 교반기(13)의 최소 동력 투입 특성은 기계적으로 민감한 미생물들이 고전단력에의 노출 없이 현탁될 수 있도록 해 준다. 예를 들면, 진균 효모가 세포 배양에 사용될 수 있는데, 이는 세포 배양 과정에서 통상적으로 사용되는 교반기에 의한 다른 방법으로는 모두 부서져 버린다.In using the vessel 1 as a fermentor, the minimum power input of the stirrer 13 allows mechanically sensitive microorganisms to be suspended without exposure to high shear forces. For example, fungal yeast can be used for cell culture, which is all broken up by other methods by agitators commonly used in cell culture.

세포 생성물이 역치 농도를 초과하거나 생성물 억제를 유발하는 경우에, 세포 생성물이 사실상 세포에 독성을 띠는 발효 생성물에 있어서, 생성물의 현장 제거는 용기 내에 혼합될 수 없는 추출 용매를 유제 형태로 사용함으로써 이러한 제한을 극복하는 데 사용될 수 있다. 유제는 몇 개의 가능한 위치에서 발효기로 도입될 수 있는데, 이로써 유제는 세포, 생성물 및 배지와 함께 용기(1) 전체를 순환한다. 그러나 바람직하게는, 공급물/반응물 스트림이 교반기 기저 플레이트 아래 및/또는 통기관 내부에 교반기와 가까운 근접거리에 있는 업스트림 살포기로 도입된다. 독성 있는(또는 다른) 생성물은 추출 용매 내부로 분별될 것이다. 발효를 종료함이 없이 발효 생성물을 회수하기 위해, 추출 용매는 말단 침강 영역(10)을 사용하여 연속적으로 농축되고 제거될 수 있다. 이 영역에서, 유기 액체(비중이 세포 배양 배지보다 낮은) 등의 추출 용매는 고리 영역에서 상승하고 상부를 향해 점진적으로 농축된다. 농축 및 유착된 분산액은 말단 침강 영역(10)의 상부에 있는 제거 분사구를 통해 발효기로부터 연속적으로 제거될 수 있다. 이 물질은 추출 용매로부터 생성물을 분리하기 위한 제거 공정으로 보내어질 수 있다. 재생된 추출 용매는 유제화 단계로 되돌려진 뒤, 발효기 용기로 되돌아갈 수 있다.For fermentation products in which the cell product is substantially toxic to the cell if the cell product exceeds a threshold concentration or causes product inhibition, in situ removal of the product may be achieved by using an extraction solvent in the form of an emulsion that cannot be mixed in the vessel. It can be used to overcome this limitation. Emulsions may be introduced into the fermentor at several possible locations whereby the emulsions circulate through the vessel 1 together with the cells, products and medium. Preferably, however, the feed / reactant stream is introduced into an upstream sparger at close proximity to the stirrer below the stirrer base plate and / or inside the vent. Toxic (or other) products will be fractionated into the extraction solvent. In order to recover the fermentation product without terminating the fermentation, the extraction solvent can be continuously concentrated and removed using the terminal settling zone 10. In this region, an extraction solvent such as an organic liquid (specific gravity is lower than the cell culture medium) is raised in the ring region and gradually concentrated upwards. The concentrated and coalesced dispersion may be continuously removed from the fermentor through a removal nozzle at the top of the terminal settling zone 10. This material can be sent to a removal process to separate the product from the extraction solvent. The regenerated extraction solvent can be returned to the emulsification step and then returned to the fermentor vessel.

본원 발명은 또한 비균일 촉매 반응에 사용될 수 있는데, 이는 고속 내부 순환이 좋은 물질 전달을 가능하게 하기 때문이다. 게다가, 낮은 고유 동력 투입은 통상적인 교반 탱크 반응기보다 더 낮은 촉매 입자의 마찰을 가능하게 한다. 이러한 장점이 비균일 촉매에 있어 일반적인 유용성을 갖는데 비해, 고정된 효소 및 가교된 촉매 결정(CLECR)(알터스 주식회사의 등록상표)은 본 기구의 감소한 고유 동력 강도 특성으로부터 이익을 받는 기계적으로 민감한 비균일 촉매이다.The present invention can also be used for heterogeneous catalysis because high speed internal circulation allows good mass transfer. In addition, low intrinsic power input enables lower friction of catalyst particles than conventional stirred tank reactors. While these advantages have general utility for non-uniform catalysts, fixed enzymes and crosslinked catalyst crystals (CLEC R ) (registered trademark of Alters, Inc.) are mechanically sensitive that benefit from the reduced intrinsic power strength characteristics of the instrument. It is a heterogeneous catalyst.

생물학적 제품은 천연물, 합성물, 또는 반-합성물(예를 들면 펩티드, 단백질, 효소, 뉴클레오티드 등)이며, 벌크 용기 내에서 결정화되는 것으로 증명되어 있다(예를 들면 글루코스 이성질화 효소). 또한 생물학적 제품은 비-결정 또는 반결정 상태(예를 들면 간장 단백질 단리물)로 침전되는 것으로 증명되어 있다. 이러한 침전의 경우에 있어, 생물학적 생성물의 침전 과정의 물리적 특징은, 입자의 좋은 현탁의 이점 및 실제로 가능한 한 낮은 고유 동력 강도의 이점 등의 몇 가지의 결정화의 공정 작동 원리를 따른다. 생물학적 제품은 일반적으로 더 작은 분자, 염 또는 무기물보다 기계적인 손상에 더 민감한 입자들로 결정화된다. 그러므로 본 결정화 장치의 용기의 부드러운 교반 특징은 생물학적 제품의 결정화에 있어 특별한 유용성을 가진다. 이의 이유는 결정의 파손이 최소화된다는 것인데, 이는 현저하게 낮은 2차 핵생성 및 이로 인한 더 큰 평균 결정 크기 및 더 좁은 크기 분포를 야기한다. 더 큰 결정은 더 작은 결정보다 더 순수한 경향이 있는데, 이는 불순물들은 결정의 표면에 점착되는 모액에서 주로 발견되기 때문이다. 더 큰 결정은 더 작은 단위 부피당 표면적을 가진다. 더 큰 결정 크기는 또한 다운스트림 고체/액체 분리를 달성하기 더 쉽게 한다.Biological products are natural, synthetic, or semi-synthetic (eg peptides, proteins, enzymes, nucleotides, etc.) and have been demonstrated to crystallize in bulk containers (eg glucose isomerase). Biological products have also been demonstrated to precipitate in non-crystalline or semi-crystalline state (eg soy protein isolate). In the case of such precipitation, the physical characteristics of the precipitation process of the biological product follow some of the process operating principles of crystallization, such as the benefits of good suspension of the particles and in fact the inherent power strengths as low as possible. Biological products generally crystallize into particles that are more susceptible to mechanical damage than smaller molecules, salts or minerals. The gentle stirring characteristics of the vessel of the present crystallization device therefore have particular utility in the crystallization of biological products. The reason for this is that crystal breakage is minimized, which results in significantly lower secondary nucleation and thereby larger average crystal size and narrower size distribution. Larger crystals tend to be purer than smaller crystals because impurities are found mainly in the mother liquor that adheres to the surface of the crystal. Larger crystals have a smaller surface area per unit volume. Larger crystal sizes also make it easier to achieve downstream solid / liquid separation.

생물학적 제품의 결정화는 통상 염석 기법 또는 pH 조정법을 사용하여 달성된다. 이러한 결정화의 예에서, 농축된 염석 용액 또는 산/염기를 도입하는 방법은 핵생성 및 결정/침전의 형성 속도에 주된 영향을 미친다. 본 용기에 사용되는 비점원 공급물/반응물 기법은 생물학적 제품을 결정화하는데 있어 더 통상적인 살포기 유형의 공급물/반응물 도입 관에 비해 현저한 장점을 제공한다. 이러한 접근법은 도입점 주위의 매우 미세한 침전의 형성을 피할 수 있고, 이로 인해 더 크고 더 좋은 결정 입자의 형성을 유발한다.Crystallization of biological products is usually accomplished using salting out techniques or pH adjusting methods. In this example of crystallization, the method of introducing the concentrated salt solution or acid / base has a major influence on the rate of nucleation and formation of crystals / precipitations. The nonpoint source feed / reactant technique used in the vessel provides significant advantages over more conventional sparger type feed / reactant introduction tubes for crystallizing biological products. This approach can avoid the formation of very fine precipitates around the entry point, resulting in the formation of larger and better crystal grains.

가공을 위한 요건은 아니지만, 많은 제약학적 결정화 방법들과 마찬가지로 생물학적 제품도 배치 구동방식에 가장 적당하다. 이러한 예에서, 열적 기법에 의해 결정이 도입되는 경우를 제외하고는, 용기 내의 액체 수준은 결정화 배치의 시간 경과중 증가한다. 통기관을 가지는 용기의 경우, 낮은 액체 높이가 통기관 상부를 넘는 액체/슬러리 통로가 교반기를 향해 재순환되어 내려오는 것을 막기 때문에, 이는 배치의 초기에 액체 순환 문제를 제공한다. 이러한 제한을 극복하기 위해서, 액체/슬러리 수준이 통기관 높이보다 작은 경우에는, 통기관 내에 열린 윈도우가 위치되어 통기관의 바깥쪽으로부터 통기관의 안쪽으로의 액체/슬러리의 통로를 가능하도록 해 준다. 이것은 액체 수준이 통기관 높이보다 낮을 때, 배치 반응시간 동안의 슬러리/액체의 재순환을 가능하게 한다.While not a requirement for processing, biological products, like many pharmaceutical crystallization methods, are most suitable for batch drive. In this example, the liquid level in the vessel increases over time of the crystallization batch, except when crystals are introduced by thermal techniques. For containers with vents, this presents a problem of liquid circulation at the beginning of the batch, since the low liquid height prevents the liquid / slurry passage above the vents from being recycled down towards the stirrer. To overcome this limitation, when the liquid / slurry level is less than the ventilating height, an open window is placed in the ventilating opening to allow passage of the liquid / slurry from the outside of the ventilating into the ventilating tube. This enables recycling of the slurry / liquid during the batch reaction time when the liquid level is below the vent height.

생물학적 제품은, 예를 들면, 식품 또는 식품 원료를 포함한다. 결정화 및 침전될 수 있는 수용성 및 수 불용성 식품 및 식품 원료는 탄수화물, 다당류, 올리고당류, 이당류, 단당류, 단백질, 펩티드, 아미노산, 지질, 지방산, 식물화학물질, 비타민, 무기질, 염류, 식품 색소, 효소, 감미료, 케이킹 방지제, 항산화제, 폴리펩티드, 소유기분자 치료제, 보조인자, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, RNA 서열, DNA 서열, 백신, 면역글로불린, 단일클론 또는 다른 항체, 바이러스, 유전자 치료 벡터, 탄수화물, 다당류, 올리고당류, 이당류, 단당류, 착색제 및 다른 안료, 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다.Biological products include, for example, food or food ingredients. Water-soluble and water-insoluble foods and food ingredients that can be crystallized and precipitated include carbohydrates, polysaccharides, oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, proteins, peptides, amino acids, lipids, fatty acids, phytochemicals, vitamins, minerals, salts, food colors, enzymes , Sweeteners, anti-caking agents, antioxidants, polypeptides, oleomolecule therapeutics, cofactors, nucleotides, oligonucleotides, RNA sequences, DNA sequences, vaccines, immunoglobulins, monoclonal or other antibodies, viruses, gene therapy vectors, carbohydrates, Polysaccharides, oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, colorants and other pigments, and mixtures thereof.

본원 발명의 기구에서 결정화/침전될 수 있는 또 다른 물질들은 위에서 정의된 생물 약제, 예를 들면 곡물 보호 약품 등의 약제 화합물을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 본원 발명은 벌크 결정화(약 50미크론)에 의해 일반적으로 생산되는 것보다 더 미세하거나 더 조대한 약제 결정을 만드는 능력을 제공하며, 그러므로 본원 발명은 물에 잘 녹지 않는 약제가 제분 공정과 관련된 필요성/비용/오염 및, 시클로덱스트린 또는 계면활성제 등의 용해도 강화제의 도입의 필요성 없이도 더 높은 분산 속도를 가지는 것을 가능하게 할 것이다.Still other materials that may be crystallized / precipitated in the apparatus of the present invention include, but are not limited to, pharmaceutical compounds such as biopharmaceuticals as defined above, such as grain protection drugs. The present invention provides the ability to make finer or coarser drug crystals than are normally produced by bulk crystallization (about 50 microns), and therefore the present invention provides the necessity / It will be possible to have higher dispersion rates without the need for cost / contamination and the introduction of solubility enhancers such as cyclodextrins or surfactants.

제약학적 또는 생물 약제학적 물질은 폐 전달 기전, 비경구적 전달 기전, 경피 전달 기전, 경구 전달 기전, 안내 전달 기전, 좌약 또는 질 전달 기전, 이내 전달 기전, 비내 전달 기전 및 이식성 전달 기전을 통해 전달되는 것들일 수 있다.Pharmaceutical or biopharmaceutical substances are delivered through pulmonary delivery mechanisms, parenteral delivery mechanisms, transdermal delivery mechanisms, oral delivery mechanisms, intraocular delivery mechanisms, suppository or vaginal delivery mechanisms, intra-internal delivery mechanisms, intranasal delivery mechanisms and implantable delivery mechanisms. May be ones.

본원 발명에 의해 만들어질 수 있는 또 다른 제약학적 물질은 수용성 및 수 불용성 제약 물질, 동화 작용성 스테로이드, 강장제, 진통제, 마취제, 제산제, 항부정맥제, 항천식제, 항생제, 항우식제, 항응고제, 항파킨슨제, 항경련제, 항우울제, 항당뇨제, 지사제, 구토 억제제, 항간질작용제, 항진균제, 구충제, 항치핵제, 항히스타민제, 항호르몬제, 항고혈압제, 항저혈압제, 항염증제, 항무스카린제, 항곰팡이제, 항종양제, 항비만제, 항치석제, 항원생동물성제, 항정신제제, 방부제, 항진경제, 항혈전제, 진해제, 항바이러스제, 불안완화제, 수렴약제, 베타-아드레날린성 수용체 차단제, 담즙산, 구강 청결제, 기관제 경련 약제, 기관지 확장제, 칼슘 채널 차단제, 강심배당체, 피임약, 코르티코스테로이드, 소염제, 진단제, 소화 촉진제, 이뇨제, 도파민 작용제, 전해질, 구토제, 거담제, 지혈제, 호르몬, 호르몬 대체 치료제, 최면제, 저혈당 약제, 면역 억제제, 발기부전치료제, 완하제, 지질 조절제, 점액 용해제, 근육 이완제, 비-스테로이드성 항-염증제, 기능식품, 통증 완화제, 부교감신경 억제제, 부교감신경 유사작용약물, 프로스타글란딘, 정신흥분제, 향정신제, 진정제, 성 스테로이드제, 진경제, 스테로이드, 흥분제, 술폰아미드, 교감신경 억제제, 교감신경 유사작용약물, 교감신경 흥분제, 갑상선 유사작용약물, 갑상선 기능촉진 약물, 혈관확장제, 비타민, 크산틴 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지 않는다.Still other pharmaceutical substances that can be made by the present invention include water-soluble and water-insoluble pharmaceuticals, anabolic steroids, tonics, analgesics, anesthetics, antacids, antiarrhythmics, anti-asthma, antibiotics, anti-caries, anticoagulants, antiparkinson Anticonvulsants, antidepressants, antidiabetics, antidiabetics, anti-nausea agents, antiepileptic agents, antifungal agents, antiparasitic agents, anti-hemorrhoids, antihistamines, anti-hormones, antihypertensives, antihypertensives, anti-inflammatory, anti-muscarinic, antifungal Antitumor agent, anti-obesity agent, anti tartar agent, antigenic probiotic agent, antipsychotic agent, antiseptic agent, antifungal agent, antithrombotic agent, antitussive agent, antiviral agent, anxiolytic agent, astringent drug, beta-adrenergic receptor blocker, Bile acids, mouthwashes, tracheal spasms, bronchodilators, calcium channel blockers, cardiac glycosides, birth control pills, corticosteroids, anti-inflammatory agents, diagnostic agents, digestive stimulants, diuretics, dopamine agonists, Electrolytes, vomiting agents, expectorants, hemostatic agents, hormones, hormone replacement therapies, hypnotics, hypoglycemic agents, immunosuppressants, erectile dysfunctions, laxatives, lipid control agents, mucolytic agents, muscle relaxants, non-steroidal anti-inflammatory agents, nutraceuticals, pain Emollients, parasympathetic inhibitors, parasympathetic drugs, prostaglandins, psychostimulants, psychotropics, sedatives, sex steroids, antispasmodic, steroids, stimulants, sulfonamides, sympathomimetic agents, sympathomimetic agents, sympathetic stimulants, thyroid Similar agents, but not limited to, thyroid functioning drugs, vasodilators, vitamins, xanthines and mixtures thereof.

도 8 및/또는 9에 나타난 것과 같이, 본원 발명은 또한 생물학적 제품 결정화 장치를 장착한 폐쇄 루프 내의 한외 여과 구동(또는 다른 교차 유동 여과 장치)의 사용을 고려한다. 과포화는 한외 여과 구동막 표면에서 농도에 의해 유도된다. 이것은 염석 또는 반응성 결정화에 비해 독특한 장점을 가지는데, 이는 더 높은 과포화가 공급물/반응물 도입 지역보다는, 막 영역에 걸쳐 잘 분포되기 때문이다. 게다가, 결정화 장치와 직렬인 막 공정의 사용은 염석이 결정화를 유도하기 위해 사용되는 더욱 묽은 선택보다 더 작은 부피의 배치가 사용되는 것을 가능하게 한다. 펩티드, 효소, 단백질 및 다당류 등을 포함하는, 각각이 한외 여과막의 기공 크기를 통과하지 못하는 거대분자형 생물학적 제품에 있어서, 농축을 위한 막 공정의 직렬식 사용은 연속 재순환을 경험하는 결정화 장치와 막 공정의 유용한 조합을 제공한다. 만일 미세 입자 파괴 시스템이 막 장치 이전에 사용된다면, 유량은 최대가 될 것이다. 만일 미세 입자 파괴 장치가 사용되지 않는다면, 교차 유동 한외 여과 장치는 막 표면의 결정의 오염을 최소화하기에 바람직할 것이다. 결정화 장치와 직렬로서의 막 공정의 유사한 유용성은 마이크로여과, 나노여과 및 역삼투압 막의 경우에 성취될 수 있다. 이러한 구성의 유용성은 생물학적 분자로 제한되지 않는다.As shown in Figures 8 and / or 9, the present invention also contemplates the use of ultrafiltration drives (or other cross-flow filtration devices) in closed loops equipped with biological product crystallization devices. Supersaturation is induced by concentration at the surface of the ultrafiltration drive membrane. This has a unique advantage over salting out or reactive crystallization, since higher supersaturation is better distributed across the membrane area than the feed / reactant introduction area. In addition, the use of a membrane process in series with the crystallization apparatus makes it possible to use a smaller volume batch than the thinner selection in which salts are used to induce crystallization. For macromolecular biological products, each containing peptides, enzymes, proteins, polysaccharides, and the like, which do not pass through the pore size of the ultrafiltration membrane, the serial use of the membrane process for concentration results in a membrane and crystallization apparatus that undergo continuous recycling. Provide a useful combination of processes. If a fine particle breaking system is used before the membrane device, the flow rate will be maximum. If no fine particle destruction device is used, a cross flow ultrafiltration device would be desirable to minimize contamination of the crystals on the membrane surface. Similar utility of the membrane process in series with the crystallization apparatus can be achieved in the case of microfiltration, nanofiltration and reverse osmosis membranes. The usefulness of this configuration is not limited to biological molecules.

배치 결정화 장치의 적절한 청결(CIP, Clean in place) 및/또는 적절한 살균(SIP, Sterilize in place) 특징은 식품 및 치료제 제품용 가공 요건을 충족하기 위해 본원 발명에서 사용될 수 있는 추가적 특징이다. 식품 등급 결정화 공정은 CIP 및 SIP 능력을 유사하게 필요로 한다. 배치의 완결 시점에서 유체의 청결 및 유체의 살균의 자동 도입을 위한 분사기 및 라인 역시 본원에서 이 시스템에 제공된다.Proper clean in place (CIP) and / or proper sterilize in place (SIP) features of the batch crystallization device are additional features that may be used in the present invention to meet processing requirements for food and therapeutic products. Food grade crystallization processes similarly require CIP and SIP capabilities. Injectors and lines are also provided herein for this system for the automatic introduction of fluid cleanliness and sterilization of the fluid at the completion of the deployment.

생물학적 제품의 결정화는 생물 공학 및 식품 공업에서 빠르게 부각되는 결정화/침전 기법의 용도이다. 여기에서 부드러운 교반 시스템, 비점원 공급물/반응물 도입 시스템 및 막 농도의 직렬적 사용 과정은 현재 사용되는 교반 탱크 유형의 결정화 장치에 비해 작동 면에서 핵심적인 장점을 제공한다. 기구의 고유 동력 강도 조절이 결정적이다. 고유 동력 강도(SPI, specific power intensity)는 종종 결정 성질을 조절하며, 예를 들면 분말 제품의 유동성 등이다. 입자 손상 및 2차 핵생성은 고유 동력 강도, 즉 교반기에 공급되는 동력을 휘저음 용적 내의 질량으로 나는 값에 의존적인 것으로 알려져 있다. 펌핑 및 분리된 전단 영역을 사용하여 두 요인을 독립적으로 다양하게 하는 결정화 장치 루프는 문헌["Influence of different scales of mixing in reaction crystallization:, by Marika Torbacke and Ake Rasmuson, Chemical Engineering Science, 56(2001) 2459-2473]에 기술되어 있다.Crystallization of biological products is the use of crystallization / precipitation techniques that are rapidly emerging in the biotechnology and food industries. The gentle agitation system, the non-point feed / reactant introduction system, and the serial use of the membrane concentration here provide a key operational advantage over the crystallizers of the stirred tank type currently used. The inherent power intensity control of the instrument is crucial. Specific power intensity (SPI) often controls the crystal properties, such as the flowability of powdered products. Particle damage and secondary nucleation are known to be dependent on the intrinsic power strength, i.e., the value of the power supplied to the stirrer as the mass in the stirrer volume. Crystallization device loops using pumped and separated shear zones to vary the two factors independently are described in Influence of different scales of mixing in reaction crystallization :, by Marika Torbacke and Ake Rasmuson, Chemical Engineering Science, 56 (2001). 2459-2473.

이는 두 요인의 조절 필요성을 도시하는 한편, 또한 본원 발명에서 행해진 것과 같은, 단일 교반기에서 어떻게 두 요인을 조절하는지 산업계에서의 이해가 부족함을 보여주기도 한다.While this illustrates the need for adjustment of both factors, it also shows a lack of understanding in the industry how to adjust both factors in a single stirrer, such as is done in the present invention.

그러므로, 본원 발명은 임의의 용량에서 필요한 펌핑 속도와 고유 동력 강도를 제공하는 교반기의 설계 방법을 제공한다.Therefore, the present invention provides a method of designing an agitator that provides the required pumping speed and inherent power strength at any capacity.

다음의 정의는 본원 발명의 방법을 더 기술하고 정의하기 위해 기술된다.The following definitions are set forth to further describe and define the methods of the present invention.

본원에서 사용된 "교반기 펌핑 속도"는 결정을 균일하게 현탁하고 과포화 생산 지역을 희석하며 이들을 원하는 결정 용적을 통틀어 가능한 한 균일하게 혼합하기 위해, 통기관 주위의 필요한 순환 유동을 기술하는 데 도움을 주는 수학식을 사용하여 정의될 수 있다. 교반기 펌핑 속도는 문헌 [Perry's Chemical Engineer's Handbook, Seventh Edition, McGraw-Hill, NY, 1997 (equation 18-2)]에서 수학식 I에 나타난 것과 같이 주어진다.As used herein, “stirrer pumping rate” is a mathematical formula that helps describe the required circulating flow around the vent to uniformly suspend the crystals, dilute the supersaturated production area, and mix them as uniformly as possible throughout the desired crystal volume. Can be defined using an expression. Stirrer pumping rates are given as shown in Equation I in Perry's Chemical Engineer's Handbook, Seventh Edition, McGraw-Hill, NY, 1997 (equation 18-2).

Q=NQ * D3 * NQ = NQ * D 3 * N

여기서 Q는 교반기 방출 속도(예를 들면 M3/초), NQ는 방출 계수(단위 없음), D는 교반기 지름(예를 들면 미터), 그리고 N은 회전속도(예를 들면 초당 회전수)이다.Where Q is the stirrer release rate (e.g. M 3 / sec), NQ is the release coefficient (unitless), D is the stirrer diameter (e.g. meter), and N is the rotational speed (e.g. revolutions per second) .

본원에서 사용된 "고유 동력 강도"(SPI)는 슬러리가 통기관로를 지날 때 (혼합 관련문헌에 종종 사용되는 용기의 평균값과 달리) 각각의 회전 중 교반기에 의해 교반기를 통과하는 슬러리에게 주어지는 혼합의 강도를 기술한다. 수학적으로는, SPI는 교반기의 동력 투입을 교반기의 휘저음 용적 내의 슬러리 질량으로 나는 값으로 정의된다. 그러므로 이는 수학식 II 형태로 표현될 수 있다.As used herein, the "intrinsic power strength" (SPI) is a measure of the mixing that is given to the slurry passing through the stirrer by the stirrer during each revolution as it passes through the duct (in contrast to the average value of the vessel often used in the mixing literature). Describe the strength. Mathematically, SPI is defined as the value of the power input of a stirrer as the mass of slurry in the stirrer volume of the stirrer. Therefore, this can be expressed in the form of Equation II.

SPI=교반기 동력 / (교반기 용적 * Rho)SPI = Agitator Power / (Agitator Volume * Rho)

여기서 교반기 동력(예를 들면 와트)은 하기 수학식 IV에 주어진 교반기로부터 슬러리로의 투입이며, 분모는 교반기의 휘저음 용적 내의 질량(이 경우에는 세제곱 미터단위를 세제곱 미터당 킬로그램으로 나눈 것, 또는 단순히 킬로그램)이다. Rho는 슬러리 밀도(예를 들면, 세제곱 미터당 킬로그램)이다.Where the stirrer power (e.g. watts) is the input from the stirrer to the slurry given in Equation IV below, and the denominator is the mass in the stirrer volume of the stirrer (in this case divided by the unit of cubic meters divided by kilograms per cubic meter, or simply Kilograms). Rho is the slurry density (eg, kilograms per cubic meter).

"교반기 용적"은 교반기의 넓이를 그 높이(단순 기하학에 의한)와 곱한 것이며, 수학식 III으로 표현된다. 그러므로, 휘저음 용적의 질량은 다음과 같다.The "stirrer volume" is the area of the stirrer multiplied by its height (by simple geometry) and is represented by equation III. Therefore, the mass of the agitation volume is

교반기 용적 내의 질량 = π * D2 * H * Rho/4Mass in stirrer volume = π * D 2 * H * Rho / 4

여기서, H는 교반기의 수직 높이(예를 들면, 미터)이다.Where H is the vertical height (eg, meter) of the stirrer.

"교반기 동력"은 문헌 [Perry's Handbook](위에서 인용한 식 18-3)에서 수학식 IV 형태로 주어진다.The “stirrer power” is given in the form of equation IV in Perry's Handbook (Equation 18-3 cited above).

P = Np * N3 * D5 * RhoP = Np * N 3 * D 5 * Rho

여기서 Np는 동력수(단위 없음), N은 회전 속도(예를 들면, 초당 회전수), D는 교반기 지름(예를 들면, 미터), 그리고 Rho는 슬러리 밀도(예를 들면, 세제곱 미터당 킬로그램)이다.Where Np is the number of powers (unitless), N is the rotational speed (e.g., revolutions per second), D is the stirrer diameter (e.g., meters), and Rho is the slurry density (e.g., kilograms per cubic meter) to be.

수학식 III 및 IV가 수학식 II로 치환되는 경우, SPI는 When Equations III and IV are substituted by Equation II, SPI is

SPI= Np * D5 * N3 * Rho / (π * D2 * H * Rho/4)SPI = Np * D 5 * N 3 * Rho / (π * D 2 * H * Rho / 4)

로 표현되고,Represented by

SPI = K * D3 * N3 / HSPI = K * D 3 * N 3 / H

로 간략화되는데, 여기서 K = 4 * Np / π 이다.It is simplified to, where K = 4 * Np / π.

일반적으로, 펌핑 속도와 고유 동력 강도(SPI) 값은 서로에 대해 비례적으로 정해지지 않으며, 그러므로 단위 용량을 바꾸면, 이러한 중요한 교반기 설계 매개변수들이 바뀌며, 설계자의 수수께끼는 어떤 매개변수를 상수로 유지하고, 어떤 매개변수를 다양하게 할 것인지, 또는 절충하여 두 매개변수 모두를 다양하게 할 것인지 결정하는 것이다. 펌핑 속도(수학식 I)는 회전 속력에 직접 비례하며, 이에 비해 고유 동력 강도(수학식 V)는 회전 속력의 세제곱에 비례하므로, 기하학적으로 규모를 확대 또는 축소하면서 둘 다를 비례적으로 동일하게 유지할 수 없다.In general, pumping speed and specific power intensity (SPI) values are not proportional to each other, so changing unit capacity changes these important stirrer design parameters, and the designer's mystery keeps certain parameters constant and The decision is to decide which parameters to vary, or trade off to vary both parameters. The pumping speed (Equation I) is directly proportional to the rotational speed, whereas the intrinsic power strength (Equation V) is proportional to the cube of the rotational speed, so geometrically scales up or down and keeps both proportionally the same. Can not.

그러므로, 본원 발명은 교반기 높이(수학식에서 H)의 변화 작용에 의해 이러한 두 주된 변수들을 조절하는 방법을 제공하는데, 이는 방출 계수 NQ 및 동력수(Np) 모두가 이 교반기에 있어 높이와 비례적으로 정해지기 때문이다. 그러므로 주어진 교반기 지름에 있어, SPI는 다른 높이의 교반기에 대해 상수를 유지하는 데 비해(치환되는 질량 역시 높이에 따라 선형으로 변하므로), 펌핑 속도는 높이에 따라 선형으로 변화한다. 이에 의해, 결정화 장치가 규모 확대 또는 축소됨에 따라 펌핑 속도 및 SPI 모두의 조절이 가능하게 된다.Therefore, the present invention provides a method of adjusting these two main variables by the action of changing the stirrer height (H in the equation), in which both the emission coefficient NQ and the power Np are proportional to the height for this stirrer. Because it is determined. Therefore, for a given stirrer diameter, the SPI remains constant for stirrers of different heights (as the mass being replaced also varies linearly with height), the pumping speed varies linearly with height. Thereby, as the crystallization apparatus is scaled up or down, it is possible to adjust both the pumping speed and the SPI.

미리 선택된 지름(D), 교반기 회전 속력(N), 동력수(Np) 및 고유 동력 강도(SPI)를 가지는 통기관 결정화 장치 교반기에서, 교반기의 높이 (H)를 결정하는 방법은 다음의 수학식에 따르는 H 값을 계산함으로써 제공된다.In the vent crystallization apparatus stirrer having a preselected diameter (D), stirrer rotational speed (N), power number (Np) and intrinsic power strength (SPI), the method of determining the height (H) of the stirrer is given by the following equation. By calculating the H value that follows.

H = K * D2 * N3 / SPIH = K * D 2 * N 3 / SPI

여기서 K = 4 * Np / π이다.Where K = 4 * Np / π.

도시의 목적으로서, 예를 들면, 다른 공급 순도의 효과를 확인하기 위해 8인치 지름, 2.5갤론 파일럿 장치를 사용하여 파일럿 시험 프로그램에서 설계되는 12피트의 지름을 가진 공장 결정화 장치가 있다고 하자. 만일 8인치 결정화 장치가 순환 속도(및 그로 인한 날 끝 속력)로 계산된다면, 다음의 결과가 나타날 것이다.For purposes of illustration, suppose there is a plant crystallization device with a diameter of 12 feet designed in a pilot test program using, for example, an 8 inch diameter, 2.5 gallon pilot device to verify the effect of different feed purity. If an 8-inch crystallization device is calculated at the circulation speed (and thus the blade tip speed), the following results will be produced.

결정화 장치Crystallization device 교반기 지름Agitator diameter 교반기 높이inStirrer height in 회전 속력 1/분Rotation speed 1 / min 순환 속도ft/초Circulation Speed ft / sec SPIW/KgSPIW / Kg 12 ft12 ft 8.4 ft8.4 ft 18.918.9 2222 2.82.8 3.53.5 8 in8 in 5.5 in5.5 in 1.031.03 403403 2.82.8 6464

이 방법은 공장 장치에 비해 매우 높은 SPI를 나타내므로, 이것은 상업용 크기의 장치보다 더 미세한 결정을 만드는 경향이 있다. 그러므로, 작은 용량 장치 내의 본래 높은 SPI는 더 높은 결정 마찰 및, 이로 인해, 더 작은 평균 결정 크기 분포를 보인다.Since this method exhibits very high SPI compared to factory devices, it tends to produce finer crystals than commercial size devices. Therefore, inherently high SPI in small capacity devices exhibits higher crystal friction and, hence, smaller average crystal size distribution.

그러나, 본원 발명에 따르는 방법을 사용함에 있어, 위에서 나타난 비교예에서와 같이 순환 속도는 상수로 유지될 수 있으나, SPI는 낮아진다. 이 교반기 설계 절차는 그러므로, 서로에게 가능한 한 가깝도록 실행하기 위한 다양한 용량 크기의 장치를 만드는 수단을 개시한다. 두 배의 높이를 가지는 파일럿 교반기의 경우, 다음의 결과가 나타난다.However, in using the method according to the invention, the circulation rate can be kept constant as in the comparative example shown above, but the SPI is lowered. This stirrer design procedure therefore discloses a means of making devices of various capacity sizes to carry out as close as possible to each other. For a pilot stirrer with twice the height, the following results are obtained.

장치Device 교반기 지름Agitator diameter 교반기 높이inStirrer height in 회전 속력 1/분Rotation speed 1 / min 순환 속도ft/초Circulation Speed ft / sec SPIW/KgSPIW / Kg 12 ft12 ft 4 ft4 ft 18.918.9 2222 2.82.8 3.53.5 8 in8 in 5.5 in5.5 in 2.062.06 202202 2.82.8 8.08.0

이렇게 SPI는 8분의 1로 낮아졌다. 원한다면, 이 8-in 장치는 절반의 속력으로 사용될 수 있다. 그러나 SPI를 더욱 낮추는 것이 바람직하다면(아마도, 예를 들면, 이러한 결정은 매우 깨지기 쉬운 바늘이다), 높이가 3배인 파일럿 교반기를 원 속력의 1/3로 운전하면 다음의 결과를 얻는다.Thus, the SPI has fallen to one eighth. If desired, this 8-in device can be used at half speed. However, if it is desirable to further lower the SPI (perhaps, for example, this crystal is a very fragile needle), running a pilot stirrer three times the height at 1/3 of the original speed gives the following results.

장치Device 교반기 지름Agitator diameter 교반기 높이inStirrer height in 회전 속력 1/분Rotation speed 1 / min 순환 속도ft/초Circulation Speed ft / sec SPIW/KgSPIW / Kg 12 ft12 ft 8.4 ft8.4 ft 18.918.9 2222 2.82.8 3.53.5 8 in8 in 5.5 in5.5 in 3.13.1 134134 2.82.8 2.42.4

3.1-인치의 높이를 갖는 교반기는 사업적 크기의 장치보다 낮은 SPI를 제공하며, 높이에서의 작은 감소 및 속력에서의 비례적인 증가는 기구의 설계가 같은 유동 및 SPI를 가지는 상업적 크기의 장치와 동일하도록 하는 결과를 가져온다.Agitators with a height of 3.1-inch provide lower SPI than commercial size devices, with a small reduction in height and a proportional increase in speed, which is identical to commercial size devices with the same flow and SPI design. Will result in

실시예 1 - 휘젓개 날 실험Example 1-Whisk Blade Experiment

이 실시예는 본원 발명의 기구의 사용이 당업계의 다른 결정화 장치를 사용하여 나타나는 것보다 더 나은 순환 및 결정 현탁을 가져온다는 것을 보여 준다. 결정화 장치는 36인치 지름, 25인치 지름의 깨끗한 용기, 점점 가늘어지지 않는(곧은) 통기관 및 동력원으로서 가변 속력 추진기를 사용하는 25인치 지름의 방사상 유동 교반기를 가진다. 교반기는 가변 속력 DC 추진기를 사용하여 바닥에서 추진되었다. 도 4에서 나타나는 것처럼 하부 플레이트 쪽으로 네 개의 10.5인치 길이의 휘젓개 날이 아래에 붙어 있었다. 이들의 높이는 점점 가늘어져서, 추진축 끝에서는 1.75 인치였으며, 반대편 끝에서는 1.25 인치였다. 실험에서 사용되는 입자들은 150 내지 200미크론, 비중 2.9g/cm3, 1중량%의 모래 입자의 물인 유체 용액이었다. 측정 결과는 아래 표 1에 나타내었다.This example shows that the use of the apparatus of the present invention results in better circulation and crystal suspension than is seen with other crystallization apparatus in the art. The crystallization apparatus has a 36 inch diameter, 25 inch diameter clean vessel, a tapered (straight) vent and a 25 inch diameter radial flow stirrer using a variable speed propeller as the power source. The stirrer was propelled from the bottom using a variable speed DC propeller. As shown in Figure 4, four 10.5 inch long whisk blades were attached downwards towards the bottom plate. Their tapered heights were 1.75 inches at the propelling shaft end and 1.25 inches at the opposite end. The particles used in the experiment were a fluid solution, water of 150 to 200 microns, specific gravity of 2.9 g / cm 3 , sand particles of 1% by weight. The measurement results are shown in Table 1 below.

RPMRPM % 현탁된 고체 (대조군)% Suspended solids (control) % 현탁된 고체 (휘젓개 날을 사용)% Suspended solids (using whisk blade) 4040 6060 7070 5050 7070 8080 6060 8080 9090 8080 9090 9595 100100 9292 9999

이 결과를 외삽하면, 대조군의 기구의 경우 약 122 RPM이 모든 모래 입자를 현탁하는데 필요하나, 휘젓개 날을 사용한 기구에서는 약 100 RPM만이 필요하다는 것을 예상할 수 있다. 22 RPM의 차이는 미미해 보일지 모르나, 동력이 RPM의 세제곱에 비례한다는 사실에 비추어 볼 때, 모래 입자를 물속에 현탁시키고 용기 바닥으로부터 떨어내는데 대조군의 기구는 휘젓개 날을 사용한 기구보다 73%(1.2^3/1)의 동력을 더 필요로 하는 것이다.Extrapolating these results, it can be expected that about 122 RPM is required for suspending all sand particles for the control instrument but only about 100 RPM is required for the instrument using the whisk blade. The difference in 22 RPM may seem small, but in light of the fact that the power is proportional to the cube of RPM, the sand particles are suspended in water and removed from the bottom of the vessel. It needs more power.

실시예 2 - 합성 석고 공정Example 2 Synthetic Gypsum Process

이온 교환수지 재생으로부터의 3중량%, 40gpm의 약한 황산 스트림을 20중량 석회 슬러리를 사용하여 중화시켜 다음의 반응식으로 나타나는 합성 또는 화학적 석고를 생산하였다.A 3 wt%, 40 gpm, weak sulfuric acid stream from ion exchange resin regeneration was neutralized using a 20 wt% lime slurry to produce a synthetic or chemical gypsum represented by the following scheme.

H2SO4 + Ca(OH)2 -> CaSO4:2H2OH 2 SO 4 + Ca (OH) 2- > CaSO 4 : 2H 2 O

10리터의 통기관 파일럿 결정화 장치를 사용하였는데, 여기서 통기관은 약 200rpm에서 5.5인치의 지름을 가지며, 약 8W/Kg의 SPI를 제공하였다. 생성되는 결정은 바늘 형이었고, 비교적 미세하였다(100미크론보다 작은 평균 지름, 중량%(쿠울터 카운터(Coulter Counter, 등록상표)에 의함). 이중 철수 절차는 체류 시간을 두 배로 하고(농도를 두 배로 함으로써) 결정을 농축하는 데 사용하였는데, 이는 결정 크기를 극적으로 높이는 결과가 되었다. 후속적으로, 10 ft 용기 지름의 부르크(Burke) 유형의 장치를 상부에 침강 영역을 첨가하여 사용하였다. CC에 의해 생성된 결정의 평균 지름은 400미크론보다 컸다(중량 % 기준).A 10 liter vent pipe pilot crystallization device was used, where the vent pipe had a diameter of 5.5 inches at about 200 rpm and provided an SPI of about 8 W / Kg. The resulting crystals were needle-shaped and relatively fine (average diameter less than 100 microns, weight percent (by Coulter Counter®). The double withdrawal procedure doubles residence time (double concentration). Crystals were used to concentrate the crystals, which resulted in a dramatic increase in crystal size Subsequently, a Burke type device of 10 ft vessel diameter was used with the addition of a settling zone on top. The average diameter of the crystals produced by was greater than 400 microns (based on weight percent).

발명의 배경Background of the Invention

Claims (27)

(a) 용기;(a) a container; (b) 상부 플레이트와 기저 플레이트를 선택적으로 가지는 방사상 유동 교반기; 및(b) a radial flow stirrer optionally having a top plate and a base plate; And (c) 단단히 붙어있는 다수의 격벽을 가지며, 통기관과 용기의 측벽 사이에 도관을 형성하도록 용기 내에 배치되고, 용기 지름 크기의 약 0.7배의 지름을 갖는 통기관(c) a vent pipe having a plurality of bulkheads securely attached and disposed in the container to form a conduit between the vent pipe and the side wall of the container and having a diameter of about 0.7 times the diameter of the container 을 포함하는 결정화/침전 기구.Crystallization / precipitation apparatus comprising a. 제 1항에 있어서, 용기가 강철, 유리, 유리섬유 및 PVC를 포함하는 군으로부터 선택되는 물질로 구성되는 기구.The appliance of claim 1 wherein the vessel is comprised of a material selected from the group comprising steel, glass, fiberglass, and PVC. 제 1항에 있어서, 용기가 말단 침강 영역을 더 포함하는 기구.The apparatus of claim 1 wherein the vessel further comprises a terminal settling region. 제 1항에 있어서, 용기가 통기관 위로 용기 측벽에 붙어 있는 하나 이상의 제 2 격벽을 더 포함하는 기구.2. The appliance of claim 1 wherein the vessel further comprises at least one second partition wall attached to the vessel sidewall over the vent. 제 1항에 있어서, 용기가 중심 지지체를 더 포함하는 기구.The apparatus of claim 1 wherein the vessel further comprises a central support. 제 1항에 있어서, 교반기가 방사상 유동 날개바퀴인 기구.The apparatus of claim 1 wherein the stirrer is a radial flow vane. 제 1항에 있어서, 교반기가 강철, 유리섬유, 티타늄, 유리 및 PVC를 포함하는 군으로부터 선택되는 물질로 구성되는 기구.The appliance of claim 1 wherein the stirrer is comprised of a material selected from the group comprising steel, fiberglass, titanium, glass, and PVC. 제 1항에 있어서, 기저 플레이트가 하나 이상의 개구를 더 포함하는 기구.The instrument of claim 1 wherein the base plate further comprises one or more openings. 제 1항에 있어서, 기저 플레이트가 하나 이상의 휘젓개 날을 더 포함하는 기구.The instrument of claim 1 wherein the base plate further comprises one or more whisk blades. 제 1항에 있어서, 기저 플레이트가 통기관의 지름보다 크거나 같은 반지름을 갖는 기구.The instrument of claim 1 wherein the base plate has a radius greater than or equal to the diameter of the vent pipe. 제 1항에 있어서, 통기관이 원통형인 기구.The instrument of claim 1 wherein the vent pipe is cylindrical. 제 1항에 있어서, 통기관이 점점 가늘어지는 기구.2. The appliance of claim 1 wherein the vent pipe is tapered. 제 1항에 있어서, 통기관이 중공형인 기구.2. The appliance of claim 1 wherein the vent pipe is hollow. 제 13항에 있어서, 중공 통기관이 말단 침강 영역을 더 포함하는 기구.14. The appliance of claim 13 wherein the hollow vent further comprises a terminal settling region. 제 13항에 있어서, 중공 통기관이 열 교환기를 더 포함하는 기구.The apparatus of claim 13, wherein the hollow vent further includes a heat exchanger. 제 1항에 있어서, 통기관이 말단 침강 영역을 더 포함하는 기구.The instrument of claim 1 wherein the vent pipe further comprises a terminal settling region. 제 1항에 있어서, 통기관이 하나 이상의 윈도우를 더 포함하는 기구.The appliance of claim 1 wherein the vent further comprises one or more windows. 제 1항에 있어서, 통기관이 강철, 유리섬유, 유리 및 PVC를 포함하는 군으로부터 선택되는 물질로 구성되는 기구.The appliance of claim 1 wherein the vent pipe is comprised of a material selected from the group comprising steel, fiberglass, glass, and PVC. 제 1항에 있어서, 용기, 교반기, 통기관 및 이들에 견고하게 붙어 있는 다수 격벽의 하나 이상의 내부 부분이 적당한 연성 코팅제로 코팅된 기구.2. The appliance of claim 1 wherein at least one interior portion of the vessel, stirrer, vent and multiple bulkheads firmly attached thereto are coated with a suitable soft coating. 제 19항에 있어서, 적당한 연성 코팅제가 폴리에틸렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리프로필렌, 네오프렌, 라텍스 및 고무를 포함하는 군으로부터 선택되는 기구.20. The apparatus of claim 19, wherein the suitable soft coating agent is selected from the group comprising polyethylene, poly (tetrafluoroethylene), polypropylene, neoprene, latex, and rubber. 제 1항의 기구를 포함하는 발효기.A fermentor comprising the apparatus of claim 1. 제 1항의 기구를 포함하는 비균일 촉매 반응 용기.A non-uniform catalytic reaction vessel comprising the apparatus of claim 1. 유체가 결정화/침전될 하나 이상의 용해된 물질을 포함하는 하나 이상의 유체를 제 1항의 기구에 공급하는 단계;Supplying one or more fluids to the device of claim 1 comprising one or more dissolved materials for which the fluid is crystallized / precipitated; 하나 이상의 용해된 물질이 상기 하나 이상의 유체로부터 입자로 결정화/침전되도록 하는, 상기 하나 이상의 유체를 교반하는 단계; 및Stirring the one or more fluids to cause one or more dissolved materials to crystallize / precipitate from the one or more fluids into particles; And 하나 이상의 유체 및 입자들이 제 1항의 기구를 빠져나가도록 하는 단계Causing one or more fluids and particles to exit the instrument of claim 1 를 포함하는, 입자를 결정화/침전시키는 방법.Comprising, crystallizing / precipitating the particles. 제 23항에 있어서, 하나 이상의 용해된 물질이 생물학적 제품, 제약학적 물질 및 생물 약제학적 물질을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 23, wherein the one or more dissolved substances is selected from the group comprising biological products, pharmaceutical substances, and biopharmaceutical substances. 제 24항에 있어서, 생물학적 제품이 천연물, 합성물, 또는 반-합성물인 방법.The method of claim 24, wherein the biological product is natural, synthetic, or semi-synthetic. 제 25항에 있어서, 생물학적 제품이 단백질, 효소, 펩티드, 폴리펩티드, 아미노산, 소유기분자 치료제, 보조인자, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, RNA 서열, DNA 서열, 백신, 면역글로불린, 단일클론 또는 다른 항체, 바이러스, 유전자 치료 벡터, 탄수화물, 다당류, 올리고당류, 이당류, 단당류, 지질, 지방산, 식물화학물질, 비타민, 무기질, 염류, 식품 색소 및 다른 안료, 감미료, 케이킹 방지제, 증점제, 유액화제, 안정제, 항-미생물 제제, 항산화제 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 25, wherein the biological product is a protein, enzyme, peptide, polypeptide, amino acid, oleomolecule therapeutic agent, cofactor, nucleotide, oligonucleotide, RNA sequence, DNA sequence, vaccine, immunoglobulin, monoclonal or other antibody, virus , Gene therapy vectors, carbohydrates, polysaccharides, oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, lipids, fatty acids, phytochemicals, vitamins, minerals, salts, food colorings and other pigments, sweeteners, anticaking agents, thickeners, emulsions, stabilizers, anti -Microbial agents, antioxidants and mixtures thereof. 제 24항에 있어서, 제약학적 물질이 동화 작용성 스테로이드, 강장제, 진통제, 마취제, 제산제, 항부정맥제, 항천식제, 항생제, 항우식제, 항응고제, 항파킨슨제, 항경련제, 항우울제, 항당뇨제, 지사제, 구토 억제제, 항간질작용제, 항진균제, 구충제, 항치핵제, 항히스타민제, 항호르몬제, 항고혈압제, 항저혈압제, 항염증제, 항무스카린제, 항곰팡이제, 항종양제, 항비만제, 항치석제, 항원생동물성제, 항정신제제, 방부제, 항진경제, 항혈전제, 진해제, 항바이러스제, 불안완화제, 수렴약제, 베타-아드레날린성 수용체 차단제, 담즙산, 구강 청결제, 기관제 경련 약제, 기관지 확장제, 칼슘 채널 차단제, 강심배당체, 피임약, 코르티코스테로이드, 소염제, 진단제, 소화 촉진제, 이뇨제, 도파민 작용제, 전해질, 구토제, 거담제, 지혈제, 호르몬, 호르몬 대체 치료제, 최면제, 저혈당 약제, 면역 억제제, 발기부전치료제, 완하제, 지질 조절제, 점액 용해제, 근육 이완제, 비-스테로이드성 항-염증제, 기능식품, 통증 완화제, 부교감신경 억제제, 부교감신경 유사작용약물, 프로스타글란딘, 정신흥분제, 향정신제, 진정제, 성 스테로이드제, 진경제, 스테로이드, 흥분제, 술폰아미드, 교감신경 억제제, 교감신경 유사작용약물, 교감신경 흥분제, 갑상선 유사작용약물, 갑상선 기능촉진 약물, 혈관확장제, 비타민, 크산틴 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.25. The method of claim 24, wherein the pharmaceutical agent is an anabolic steroid, tonic, analgesic, anesthetic, antacid, antiarrhythmic, antiasthmatic, antibiotic, anticarious, anticoagulant, antiparkinson, anticonvulsant, antidepressant, antidiabetic, antidiabetic , Anti-emetic agent, antiepileptic, antifungal, antiparasitic, anti-hemorrhoidal, antihistamine, anti-hormonal, antihypertensive, antihypertensive, anti-inflammatory, anti-muscarinic, antifungal, anti-tumor, anti-obesity, anti Tartar, Antibiotic, Antipsychotic, Antiseptic, Antifungal, Antithrombotic, Antitussive, Antiviral, Anxiolytic, Astringent, Beta-adrenergic receptor blocker, Bile acid, Mouthwash, Tracheal spasms, Bronchial Dilators, calcium channel blockers, cardiac glycosides, birth control pills, corticosteroids, anti-inflammatory drugs, diagnostic agents, digestive stimulants, diuretics, dopamine agonists, electrolytes, nausea, expectorants, hemostatic agents, hormones, hormone replacement Drugs, hypnotics, hypoglycemic agents, immunosuppressants, erectile dysfunctions, laxatives, lipid modulators, mucolytic agents, muscle relaxants, non-steroidal anti-inflammatory agents, nutraceuticals, pain relief agents, parasympathetic agents, parasympathetic agents, prostaglandins , Psychotropics, psychotropics, sedatives, sex steroids, antispasmodic, steroids, stimulants, sulfonamides, sympathomimetic agents, sympathomimetic drugs, sympathomimetic agents, thyroid-like drugs, thyroid functioning drugs, vasodilators, vitamins , Xanthine and mixtures thereof.
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