CN116638729A - 连续分离有机化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开描述了一种通过温度控制挤出机或冷却传送带的冷却、干燥或熔体凝固来结晶有机化学产品的连续工艺。该工艺适用于节约自然资源。
Description
技术领域
本文公开了通过挤出机分离有机化合物的技术方案,所述挤出机用于结晶、干燥和熔体凝固。本发明涉及一种用于通过以下步骤分离有机化学产物/产品(简称为“产物/产品”)的连续方法,
-结晶(冷却结晶),
-干燥,或
-熔体凝固(melt solidification)
借助于温度控制的挤出机或冷却传送带(简称“冷却带”,仅用于熔体凝固)。该方法的各种变体可以通过挤出机和/或冷却带的各种热加工变型和实施方案来实现。生产中的用户可以以化石初级产品和能源载体的形式节约能源和自然资源。
背景技术
在制药工业中已知挤出机用于在固体加工中加工活性化合物和它们的助剂。它们同样用于食品加工和聚合物加工工业(例如热塑性塑料)。迄今为止,还不知道挤出机用于连续结晶,特别是在深度冷却区域中。
冷却的和特别是深度冷却的挤出机在工业上是未知的。DE19617351A1中公开了在加热的挤出机或配混机中熔融有机物质的结晶。在EP2760658A1或DE2449787中公开了一种用于聚合物的具有脱气区(圆顶(dome))的挤出机。
发明内容
本发明包括一种通过温度控制的挤出机分离固体有机化学产品的方法,其中向挤出机中加入包含有机化学产品的前体,并且其中前体包含液体介质。
定义
根据本发明的挤出机包括至少一个螺杆或类似的机械装置,其位于外壳或通道中,用于向前输送产品。挤出机优选是螺杆挤出机。挤出机的各种实施方案是本领域技术人员已知的(螺杆挤出机、双螺杆挤出机等)。螺杆的螺纹的直径和形状可以任选地在熔体和/或不同粘度的悬浮液中取向。这里,通道优选地完全或部分地由一个或多个筒体(barrel)界定,所述筒体用作用于温度控制(加热、冷却)的元件。通道任选地具有一个或多个用于脱气的开口,优选向上(此处称为圆顶),用于排放和供应气态介质,例如用于吹扫溶剂蒸气或任选地用于逆流供应氮气或空气。挤出机优选设计为双螺杆挤出机,其中螺杆优选通过反向轴承(counterbearing)连接。
术语“进料溶液”在此表示一种液体介质,该液体介质包括以限定浓度溶解在溶剂中的有价值的产物。进料到连续方法中的前体优选包括液体溶液形式的液体介质。
术语“液体介质”在此表示主要由有机或无机化合物(>95重量%)组成的均匀液相。因此,有机介质通常包含有机溶剂及其混合物和溶解于其中的产物,任选地另外包含副产物、助剂、添加剂、残余水(<5重量%)和其它溶解组分。液体介质优选为无水液体介质,特别优选无水有机液体介质。在溶解度范围内,无机组分,例如盐,也可以作为有机介质的组分存在。或者,液体介质也可以是产物的熔体,其同样任选地包含有机溶剂的级分和任选地包含上述其它物质。
术语“有机溶剂”或“溶剂”包括本领域技术人员已知的具有至少一个碳原子的在室温下为液体的所有溶剂。通常使用环状或开链醚、环状或开链烃、卤代烃、羧酸烷基酯、芳族化合物(例如甲苯、二甲苯、苯甲醚)、酮、具有1-5个碳原子的醇(优选乙醇)等。这里溶剂优选沸点至多为200℃或更低的有机物质。溶剂优选是分子量为100g/mol或更低的物质。
术语“晶体产物(crop)”和“结晶产品”在此包括通过结晶或沉淀获得的固体产品。它可以由晶体组成或者是微晶或无定形的。它优选包含小晶体,其易于过滤且易于进一步加工。因此,有机化学产品优选是可结晶的或结晶的。它优选不是聚合物,而是单分子物质,即它具有清晰的分子组成和特定的分子量。
术语“熔体”在此包括液体形式的有机化学产品,其中如果混合物包含一定比例的溶剂,则从熔体到溶液的转变可以是流体。有机化学产品的熔体通常并优选通过借助薄膜或短程蒸发器或精馏或降膜或循环蒸发器蒸馏而预纯化,并进料到挤出机中凝固。或者,将熔体滴到冷却带上,这优选通过具有喷嘴的特殊进料头来实现。
本发明描述如下,通过以下用于分离
1.结晶,2.干燥和3.熔体凝固。
1.结晶
已知结晶或沉淀和随后的固体固/液分离经常代表化学产品纯化或分离的最后步骤。有效的结晶方法确保了产物的高纯度。取决于该方法,大部分产物损失在母液中,特别是如果产物的纯度最大化。
在优选的实施方案中,将挤出机冷却。筒体和产物流的有效冷却使得结晶的有利方法成为可能。这导致结晶或熔体凝固的简单设计、有效的溶剂分离和简单的干燥。因此,使用挤出机的方法设计用于简单的清洁,并且适合于频繁的产品改变。
有机化学产品的固体优选在挤出机中从液体介质中结晶出来。液体介质优选是溶液。液体介质优选包含有机溶剂。有机化学产品的固体优选是结晶固体。它也可以任选地是无定形固体或由非常小的微晶组成。
因此,本发明优选涉及一种通过在-5至-50℃或更低的工作温度下操作的挤出机使由有机化学产品固体和溶剂或溶剂混合物组成的混合物结晶的方法,其中溶剂/溶剂混合物由液体有机介质组成,
其中将有机介质和固体的热或预冷却的溶液连续地进料到挤出机中。随后将潮湿的晶体浆液例如进料至带式过滤器,分离出溶剂,随后用有机洗涤介质连续洗涤分离出的晶体产物和/或进行干燥。
本发明还涉及通过结晶从有机溶液中分离固体产物的连续方法,包括以下工艺操作:
-通过溶液的过饱和连续结晶产物,形成溶剂润湿的晶体,
-在-5℃至-50℃或更低的温度下,优选如上下文所公开的,排出溶剂润湿的晶体产物。
固体优选是结晶固体。它优选通过有机化学产品在有机介质中的结晶或沉淀来生产,其中结晶或沉淀通过冷却或混合溶液与反溶剂、运行温度斜坡(ramp)或溶液的过饱和来实现。特别优选通过结晶制备固体,其中结晶通过连续加入有机化合物在有机介质中的浓缩或饱和溶液或悬浮液进行。将以这种方式连续生产的晶体产物/溶剂溶液或悬浮液连续地进料到螺杆挤出机或连续搅拌装置或管式结晶器与挤出机的组合中。
待结晶溶液或晶体悬浮液的进料用温或热溶液或预冷却溶液进行,这取决于产物相对于结晶点的性质。在挤出机内,通过筒体建立用于溶液均匀冷却的相应温度。
特别地,已经发现冷却的双螺杆挤出机特别适合于获得格外高的纯度并且同时获得高的最终收率。
围绕挤出机的筒体的有效冷却通过接头低温恒温器或通过多个低温恒温器(特别是在低温范围内)实现,以便实现沿产品路径的特定温度分布。挤出机优选将产品冷却至5℃或更低的温度,更优选-5℃或更低,特别优选-15℃或更低。
溶剂与溶剂润湿晶体、晶体浆料或熔体的分离优选通过挤出机螺杆上方的所谓圆顶或多个圆顶进行。在此通过加热、施加真空和目标地逆流通入氮气来分离溶剂。因此,该方法优选包括挤出机,其被加热并具有一个圆顶或多个圆顶。
本发明还涉及一种螺杆挤出机,优选双螺杆挤出机,其包括用于液体介质或悬浮液的进料装置、用于加热的装置、一个或多个用于施加真空的圆顶以及用于将惰性气体供应到至少一个圆顶的区域中的管线。
在工艺区域内的低于-10℃至-50℃的温度代表了特殊的技术挑战,这在于密封件和可移动的设备部件,特别是旋转螺杆,必须保持它们的功能。具有反向轴承和相应设计的筒体的双螺杆挤出机的选择特别适合于实现非常低的温度和有机进料溶液的普遍可用性。
此外,除了温度控制之外,工艺区域的总体结构也是代表了挑战,这在于结晶以及因此收率与纯度的比率可以例如通过特别保持在不同温度(温度斜坡)的筒体来控制。安装的反向轴承使含有极少量残余溶剂的高粘度或粉状晶体浆料能够毫无问题地并且没有磨损地排出。
通过用热溶剂简单冲洗而快速清洁挤出机,这继而通过筒体的温度管理实现,提供了非凡的优点。除了完全封闭的操作模式之外,非常简单的清洁也使得产品改变成为可能而没有问题。
本发明的目的是提供一种有机化学产品的制备、纯化和分离方法,该方法以高收率和纯度得到所需产品,并且可以在工业规模上安全和廉价地进行。
令人惊奇的是,已经发现,通过根据本发明的混合物结晶方法,可以实现这个和其它没有明确说明的目的,但是这些目的可以容易地从本文介绍中讨论的相关性中衍生出或得出结论。
根据本发明,在低温下实现有效的结晶,同时确保晶体产物的纯度和相当高的收率。
根据本发明使用的挤出机是双螺杆挤出机,其可以在操作中通过用于结晶的筒体冷却。挤出机的工作温度优选通过使用单独连接的低温恒温器来冷却筒体达到非常低的温度以运行温度斜坡。
结晶过程的工作温度根据产物性质和所需的相关温度斜坡设定在+50℃至-50℃和更低的温度范围内。该材料可以作为预冷却的溶液引入挤出机中,然后冷却低至对应于其结晶点。每筒体可产生约20K的温差。因此,例如,10℃的溶液可通过3-4筒体冷却至约-50℃。该材料作为溶剂润湿的晶体浆料连续地排出,并且随后固体可以经由冷却的带式过滤器/离心机等分离,并且洗涤。
双螺杆挤出机具有多个具有各种功能(加热、冷却)的筒体(可变数量)。它具有两个螺杆,这两个螺杆通过反向轴承定中心。这意味着低粘度和高粘度材料都可以无磨损地输送。
通过本发明方法可获得的化合物以高纯度和高收率获得纯产物。此外,可以整体廉价地和以高时空收率获得产物。与杂质一起损失的产物的比例和一般的工艺损失保持低于常规工艺(在相当的努力下)。由于溶剂和能量载体的消耗较少,因此该工艺适于节约自然资源。
该方法特别适用于可以连续结晶的有机化学产品。结晶通常通过冷却进行。
形成的结晶的、溶剂润湿的产物被连续排出,并可被进料到合适的分离过程,例如带式过滤器。在最简单的情况下,这种类型的连续结晶可以通过连续搅拌釜完成。特别适合的为结晶操作定制的装置是本领域技术人员已知的。通过装置和工艺参数,以产生极少的结壳和恒定的产品品质的方式,理想地构思该工艺。
2.干燥
已知固体的干燥通常是产品释放前的最后步骤。干燥主要通过温热/加热并因此蒸发粘附的溶剂,任选在减压下,并通过搅拌材料来进行。有效的干燥过程将两者结合起来。
在优选的实施方案中,挤出机被加热。加热的挤出机在本领域中是已知的,并且特别用于热塑性聚合物的加工。在挤出机螺杆上具有圆顶的挤出机迄今很少用于除去溶剂。迄今为止,还没有使用圆顶和氮气逆流的加热挤出机。
还优选这样的方法,其中使固体结晶,随后在挤出机中通过蒸发溶剂而除去溶剂,优选在单独的区中进行。优选的方法通常使产物完全或部分不含挥发性物质。在这方面,挥发性物质是沸点至多为200℃(在大气压下),优选至多为160℃的有机溶剂或物质。
在工艺区域中+20℃至+300℃之间的温度代表了特别的技术挑战,这在于密封件和可移动的设备(plant)部件,特别是旋转螺杆,必须保持它们的功能性。选择具有反向轴承和相应设计的筒体的双螺杆挤出机特别适合于实现有机固体的高温和通用性。
此外,除了温度控制之外,工艺区域的总体构造也代表了挑战,这在于干燥以及因此收率/纯度比可以例如通过特别地保持在不同温度(温度斜坡)的筒体来控制。安装的反向轴承能够毫无问题地并且无磨损地排出低粘度的熔体或部分结晶的材料或晶体。通过逆流引入氮气提供了特别的特征。这导致高的干燥效率。
因此,本发明的另一个目的是提供一种用于干燥有机化学产品的方法,该方法以高收率和纯度得到所需产品,并且可以在工业规模上安全和廉价地进行。
令人惊奇的是,已经发现,根据本发明,通过干燥混合物进行分离的方法,可以实现这个目的和其它没有明确说明但可以容易地从本文介绍中讨论的相关性中衍生出或得出结论的目的。
因此,本发明还涉及一种通过在+20至+300℃的工作温度下操作的挤出机干燥由有机化学产品的固体和溶剂或溶剂混合物组成的混合物的方法,其中溶剂/溶剂混合物由液体有机介质组成,
其中溶剂润湿的晶体浆料或溶剂润湿的晶体连续地进料到挤出机中。在双螺杆挤出机中温热或加热该材料,使得在逆流氮气下和/或在轻微真空下通过位于螺杆上方的一个或多个圆顶除去粘附的溶剂。同样,包含在产物(溶剂化物)中的溶剂通过在挤出机中加热容易地除去。这有利地已经在低于产物的熔融温度(这里称为产物的软化温度或溶剂化物的分解温度)的温度下进行。排出干燥的晶体、粉末或熔体。
本发明还涉及一种用于干燥晶体浆料或溶剂润湿晶体的连续方法,包括以下工艺操作:
-通过经由一个或多个圆顶和/或逆流通过氮气来移除所述溶剂,在所述挤出机中连续干燥所述产物,
以及
-在+20℃至300℃的温度下,优选地如上文和下文所公开的,排出粉末、晶体或熔体。
待干燥晶体的进料任选地通过合适的连续固体进料进行。通过筒体在挤出机内建立溶剂蒸发的相应温度。
特别地,已经发现具有一个或多个圆顶并且使用带有逆流氮气的轻微真空的加热双螺杆挤出机特别适合于实现格外高的纯度并且同时实现高的最终收率。
在一个实施方案中,将氮气或合适的惰性气体通入挤出机中,特别是与产品流的方向逆流。由此除去挥发性成分,例如溶剂,并加速干燥过程。此外,防止了形成易燃的溶剂/空气混合物。
根据本发明,在高温下实现了有效的干燥,同时确保了晶体产物或熔体的纯度和恒定的高收率。
在固体干燥之后,通常将材料相应地转移到所需容器中以进一步加工或释放产品。
在干燥的方法变体的情况下,在一个实施方案中,前体包含固体,其优选是结晶的,其中包含溶剂,其中前体在挤出机中干燥,挤出机被加热,使得产物中包含的溶剂的含量降低。与常规干燥相比,这种除去含溶剂固体的方法特别有利。由此大大简化了顽固溶剂化物的去除。即使在相对低的温度下也能成功地去除。连续工艺对空间要求低,是快速的并对产物温和。通过减少潜在易燃溶剂蒸气的体积来增加安全性。
根据本发明使用的挤出机优选是双螺杆挤出机,其为了干燥可以在操作中通过存在的筒体加热。挤出机的工作温度优选通过筒体的加热(电或通过热介质)来实现。
干燥过程的工作温度根据产物性质和所需的相关温度斜坡设定在+20℃至+300℃的温度范围内。该过程优选在高于存在的溶剂的沸点下进行。该过程优选在产物熔点附近的温度范围内进行,特别优选在低于熔点(以℃计)80℃至高于熔点100℃的范围内进行。在优选的实施方案中,该方法在熔点以下进行以使分解反应最小化。令人惊奇的是,即使在这些温和的温度下,存在于产物中的溶剂溶剂化物也会通过挤出机中的方法排出。
干燥性能通常随着挤出机中的温度升高而提高。挤出机中的方法还允许在高于产物的熔点(或熔融/软化范围)的温度下(即,完全或部分为液体产物相)的方法。为了最大程度地干燥产物,优选在高于产物熔点的温度下完全或部分地进行该方法。
在一个实施方案中,通过将干燥的产品再一次输送通过挤出机来重复该方法。这对应于延伸的工艺区,并且如果需要的话可以进一步增加干燥程度。
将该材料作为溶剂润湿的晶体浆料引入,经由筒体加热,并且经由一个或多个圆顶用氮气在温和逆流中除去待蒸发的溶剂。干燥的材料作为干粉、晶体或任选地也作为熔体排出。
此外,根据本发明的干燥方法的优点是在该方法中的停留时间短,因此对产物的热负荷较小,并且具有高的通过量(throughput),同时空间要求低和物质积累极少。
在该方法的优选实施方案中,有机化学产品首先在挤出机中通过蒸发溶剂而结晶为固体且不含溶剂。后者优选在单独的区中进行,优选加热,而结晶在上游区或单独的上游挤出机中进行。
3.熔体凝固
在进一步优选的实施方案中,该方法以熔体凝固的形式进行。在此,前体或其中存在的液体介质优选是有机化学产品的熔体。
熔体凝固是一种特殊的方法,其中有价值的产物优选通过薄膜蒸馏或短程蒸馏预纯化至最高纯度等级。然后将该材料以通常的方式作为熔体转移到容器中,然后在其中凝固以形成块。这种产品块的再熔化或粉碎是费力的。
因此,本发明的目的是提供一种制备有机化学产品的方法,该方法以高收率和纯度在可易于分份的锭剂中得到所需产品,并且可以在工业规模上安全和廉价地进行。
令人惊奇的是,已经发现,这个和其它没有明确说明但可以容易地从本文介绍中讨论的相关性衍生出或得出结论的目的,可以根据本发明通过熔体的熔体凝固进行分离的方法来实现。
根据本发明,在低温下实现有效的熔体凝固,并且同时确保凝固熔体(呈锭剂形式)的纯度和恒定的高收率。
根据本发明使用的挤出机优选是双螺杆挤出机,其可以在操作中通过存在的用于熔体凝固的筒体加热或冷却。挤出机的工作温度优选通过加热筒体(电或热介质)来实现。在运行操作中可随后通过冷却介质进行冷却。
根据产品性质和所需的相关温度斜坡,熔体凝固方法的工作温度设定在+50℃至-50℃和更低的温度范围内。在例如使用薄膜或短程蒸发器纯化蒸馏之后,将材料作为热熔体供应。然后将材料冷却到其凝固点。每筒体可产生约20K的温差。因此,例如,10℃的熔体或溶液可以使用3至4筒体冷却至约-50℃。该材料作为固体粉末、晶体或作为凝固的挤出物(“香肠状”)排出,并在喷嘴出口处通过特殊的切割工具粉碎。然后将这样制备的粒料、细粉或晶体转移到容器中。
因此,本发明优选涉及一种通过在+50至-50℃或更低的工作温度下操作的挤出机使有机化学产品熔体凝固的方法,其中将热熔体连续进料至挤出机。熔体优选在连续薄膜或短程蒸馏中预纯化。因此,产物通常已经是液体形式,并且已经为最后的分离工艺步骤而制备。
凝固的熔体随后以粒料的形式通过具有切割工具的合适的喷嘴出口排出并转移到容器中。
本发明还涉及一种用于有机产物的熔体凝固的连续方法,包括以下工艺操作:
-在+50℃至-50℃或更低的温度下连续熔体凝固有价值的产物。
-通过合适的喷嘴出口用切割工具排出颗粒形式的有价值的产物。
固体形式的熔体优选为结晶产物。
根据产品的关于结晶点的性质,用热熔体进行待造粒的产品的进料。通过筒体在挤出机内建立用于熔体均匀冷却的相应温度。
特别地,已经发现冷却(也在低温范围,<-10℃)双螺杆挤出机特别适合于获得粒料形式的易于分份的产品,该产品具有格外高的纯度并且同时具有来自热熔体的高最终收率。
在离开挤出机之后,有机化合物优选通过切割工具造粒或粒化。
除了使用挤出机的熔体凝固之外,还公开了使用冷却带的进一步的技术方案,其包括带的有效冷却和用于产品保护的具有简单设计的氮气覆盖。
有两种方法可用于选择熔体凝固成为可分份的丸粒或锭剂:
a)使用冷却的挤出机和在喷嘴出口(特殊喷嘴)的最终切割工具凝固。
b)用带刮刀的冷却输送带进行凝固。
a)挤出机:
在工艺区域中低于+50℃至-50℃的温度代表了特别的技术挑战,这在于密封件和可移动设备部件,特别是旋转螺杆,必须保持它们的功能。选择具有反向轴承和相应设计的筒体的双螺杆挤出机使得可以实现非常低的温度和有机熔体的通用性。
此外,除了温度控制之外,工艺区域的整体构造也代表了挑战,这在于例如借助于特别地保持在不同温度(温度斜坡)的筒体来控制熔体凝固,并且容易分份的最终产品通过合适的产品出口(具有切割工具的特殊喷嘴)被无磨损地排出。
通过用热溶剂简单冲洗来快速清洁挤出机提供了非凡的优点,这通过具有反向轴承的螺杆和通过筒体的温度管理来实现。除了完全封闭的操作模式之外,非常简单的清洁也使得毫无问题地使得产物改变成为可能。
因此,本发明的目的是提供一种有机化学产品的分离方法,该方法以高收率和纯度得到易于分份的颗粒形式的所需产品,并且可以在工业规模上安全和廉价地进行。
令人惊奇的是,已经发现,根据本发明,通过熔体的熔体凝固方法,可以实现这个目的和其它没有明确说明但可以容易地从本文介绍中讨论的相关性衍生出或得出结论的目的。
根据本发明,在低温下实现有效的熔体凝固,并且同时确保凝固熔体(以粒料形式)的纯度和恒定的高收率。
因此,本发明的方法在一个实施方案中包括(a)一种通过温度控制挤出机,优选冷却挤出机的方法,其中将前体蒸馏以除去较高沸点的杂质,然后将纯化的前体优选进料至挤出机中以用于进一步处理,优选干燥、通过冷却凝固。合适的蒸馏方法是上述方法和装置以及本领域技术人员熟悉的其它方法和装置。高沸点组分是沸点高于产物沸点的组分。
b)冷却带
特别地,已经发现冷却传送带特别适合于从热熔体获得具有格外高纯度并且同时具有高最终收率的锭剂形式的易于分份的产品。
因此,本发明还涉及一种通过在+50至-50℃的工作温度下操作的冷却传送带使有机化学产品的熔体凝固的方法,其中通过加热的喷嘴将热熔体连续滴到冷却的带上。优选在连续薄膜或短程蒸馏中预纯化熔体。
在工艺区域中低于+50℃至-50℃的温度代表了特别的技术挑战,这在于密封件、带材料和可移动的设备部件,特别是引导的和旋转的带,必须保持它们的功能性。在进料头上使用具有相应加热喷嘴的冷却传送带使得能够实现热有机熔体的通用与非常低的温度的结合。
此外,除了温度控制之外,工艺区域的整体构造也代表了挑战,这在于例如通过相应设计的喷嘴头将热熔体专门滴到冷却带上。熔体凝固总是由熔体温度(产品特性)、冷却带温度以及具有合适的产品出口的带长度的组合而发生,借助于其,呈锭剂形式的易于分份的最终产品在无磨损的情况下被排出。为了保护产品,整个工艺区域优选用氮气覆盖。
所使用的冷却传送带是冷却的传送带,其同样用于在操作中通过将熔体适当地施加到冷却带上而进行熔体凝固。冷却带的工作温度通过在+50℃至-50℃的温度范围内冷却金属块(传送带位于金属块上)来实现。通过具有一个或多个加热喷嘴的特别设计的和加热的喷嘴头将热熔体施加到冷却带上,所述加热喷嘴以液滴的形式施加熔体。热熔体在冷却的带上凝固,并且通过刮刀将产生的锭剂移除并相应地转移到容器中。
凝固的熔体随后以锭剂形式排出并转移到容器中。
本发明还涉及一种用于有机产物的熔体凝固的连续方法,包括以下工艺操作:
-以液滴的形式通过合适的加热的喷嘴(喷嘴的数量可变)进料熔体,
-在+50℃至-50℃或更低的温度下连续熔体凝固有价值的产物,和
-以锭剂的形式排出所述有价值的产物。
固体形式的熔体优选为结晶产物。
根据产品的关于结晶点的性质,通过热熔体将待转化的产品施加为锭剂。冷却带通过相应冷却的金属块冷却,该带位于金属块上。锭剂在带端部通过刮刀从带上分离,并转移到容器中。在氮气气氛(用于产物保护)下凝固有价值的产物。凝固通过带的长度、冷却温度和滴落速率相应地控制。
根据本发明的方法的有利变型另外被公开,并且在基于权利要求1的从属权利要求和权利要求的组合中受到保护。
优选地,也有利地将工艺变体结晶、干燥和熔体凝固组合。相应地,干燥可有利地在结晶之后。在干燥和/或结晶之后同样可以进行熔融和凝固。例如,如果晶体物质以非常细和粉尘的形式获得,则这可能是合适的。
在多个步骤中的方法变体的组合在相应的挤出机中串联进行,或有利地在具有多个用于冷却和加热以及任选地用于沿着产物路径用保护气体和真空脱气和充气的区的组合挤出机中进行。相应地,在相应的位置上任选地安装一个或多个具有供给管线的圆顶。
根据本发明分离的用于结晶、干燥和熔体凝固的产物优选是脂环族或芳族有机化合物,即具有一个或多个环的非芳族或芳族环状化合物,其在每种情况下任选被取代。它们通常是用于电子工业或药物化合物的特种化学品,需要相对大量同时需要高纯度的所述化学品。
通过本发明方法制备、纯化或分离的特别优选的产物选自下列式I、II、III-1/-2/-3或IV的结构:
R1-(A1-Z1)m-A2-R2 I
其中
m表示0、1、2、3或4,优选1或2,
R1代表分别具有1-15或2-15个C原子的烷基或烯基,其中,另外,在这些基团中的一个或多个CH2基团在每种情况下可以彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、 -O-、-S-、-CO-O-或-O-CO-以O/S原子不彼此直接连接的方式替代,并且其中,另外,一个或多个H原子可以被卤素替代,或表示H或可聚合基团,
优选具有至多8个碳原子的烷基、烷氧基、烯基或烯氧基,或环戊基,
R2表示分别具有1-15或2-15个C原子的烷基或烯基,其中另外,在这些基团中的一个或多个CH2基团在每种情况下可以彼此独立地被-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、 -O-、-S-、-CO-O-、或-O-CO-以O/S原子不彼此直接连接的方式替代,或表示H、F、-CF3、-OCF3或-NCS,
A1、A2在每种情况下独立地选自a)、b)和c),
a)1,4-亚苯基,其中一个或两个CH基团可以被N代替,并且其中一个或多个H原子可以被Br、Cl、F、CN、甲基、甲氧基或单氟化或多氟化甲基或甲氧基代替,
b)反式-1,4-亚环己基或亚环己烯基,其中另外一个或多个不相邻的CH2-基团可被-O-和/或-S-替代,并且其中另外一个或多个H原子可被基团L替代,
c)选自下式的基团
L在每种情况下彼此独立地表示F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、具有1-25个C原子的直链或支链烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基,其中另外一个或多个H原子可以被F、Cl或-OSi(R0)3代替,其中R0在每种情况下彼此独立地表示具有1-12个C原子的烷基,
以及
Z1、Z2在每种情况下独立地表示单键、-CH2O-、-(CO)O-、-CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-CF2CF2-、-CH2CF2-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CH=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或-C≡C-,其中不对称桥可以向两侧取向,优选单键或-CH2O-。
环基团A1和A2优选独立地选自下式的结构:
式I化合物通常易于结晶,特别适用于该方法。
其中在式II、III-1/2/3和IV中的基团和指数在每种情况下独立地具有以下含义:
R1,R2,R4在每次出现时相同或不同地选自H,D,F,Cl,Br,I,CN,Si(R3)3,具有1-40个C原子的直链烷基,烷氧基或硫代烷基,或具有3-40个C原子的支链或环状烷基,烷氧基或硫代烷基,其在每种情况下可以被一个或多个基团R3取代,其中一个或多个不相邻的CH2基团在每种情况下可以被Si(R3)2、C=NR3、P(=O)(R3)、SO、SO2、NR3、O、S或CONR3替代,并且其中一个或多个H原子可以被D,F,Cl,Br或I替代,具有6-60个C原子的芳族或杂芳族环体系,其选自苯,萘,菲,芴,螺二芴,二苯并呋喃和二苯并噻吩,其在每种情况下可以被一个或多个基团R3取代,或这些基团中二、三、四或五个的组合,其在每种情况下相同或不同地为具有5-60个芳环原子的芳氧基,其可以被一个或多个基团R3取代,或具有5-60个芳环原子的芳烷基,在每种情况下,其可被一个或多个基团R3取代,其中两个或更多个相邻的取代基R1/2/4可任选地形成单环或多环脂环体系,其可由一个或多个基团R3取代;
优选H、D和具有1-40个C原子,特别是具有1-5个C原子的直链或支链烷基,
Ar在每次出现时相同或不同地是选自苯、萘、菲、芴、螺二芴、二苯并呋喃和二苯并噻吩的芳族环系,其在每种情况下可以被一个或多个基团R1取代;此外,Ar可以通过基团E连接到Ar1和/或Ar2;
Ar1、Ar2在每次出现时相同或不同地为具有6-60个C原子的芳族或杂芳族环系,选自苯、萘、菲、芴、二苯并呋喃、二苯并噻吩,它们在每种情况下也可被一个或多个基团R1取代,或未取代的螺二芴,或这些基团中的两个、三个、四个或五个的组合,它们在每种情况下可以相同或不同;Ar1和Ar2可彼此连接和/或Ar1可连接至Ar和/或Ar2可连接至Ar(通过基团E);
E在每次出现时相同或不同地选自H/H或由C(R1)2、O、S和NR1组成的组;
R3选自H、D、F、具有1-20个碳原子的脂族烃基、具有6-30个碳原子的芳族环系,其中一个或多个H原子可被D或F代替,其中两个或多个相邻的取代基R3可彼此形成单环或多环的脂族环系;
p是0、1或2;
其中
优选表示部分式A-1至A-6之一:/>
其中R4在每种情况下独立地如上所定义。
特别优选的产物结构选自例如下式:
/>
其中R1和R2如式I中所定义,
/>
/>
除非另有说明,上文所示的式还包括完全或部分氘化的化合物。
本发明的实施方案和变体的进一步组合由权利要求和一个或多个权利要求的组合产生。
在本申请中,除非另外明确说明,术语的复数形式表示单数形式和复数形式,反之亦然。
“包括”或“包含”或“含有”是指除了所列的特征和/或成分之外,还可存在其它特征、工艺步骤和/或成分,即这是非穷举性的列表。
其它优选的方法/工艺变体通过实施例揭示,其细节(也根据一般专家知识归纳)代表根据本发明的方法及其产物/产品的优选实施方案。
具体实施方式
实施例
装置的描述:
所用的挤出机基于商业设备(unit)(至多240kg/h)。
它具有带反向轴承的双螺杆。为了结晶和熔体凝固,使用低温恒温器冷却筒体以实现冷却,如果温度斜坡是必要的,任选地单独连接每个筒体。为了熔体凝固,取决于有价值的产物的性质,在喷嘴出口处安装切割工具,以便能够生产粒料并因此生产可分份的材料。
为了干燥,构造一个或多个圆顶以除去溶剂,并且为了高效,以温和的逆流将氮气充入挤出机中。为了实现筒体的高温,这些筒体被电加热或通过恒温器加热。
所用的冷却带是基于商业设备。
具有一个或多个可加热喷嘴的可加热喷嘴头是特殊设计。冷却带被包住并用氮气覆盖,氮气用于产品保护。该带由可热焊接的、耐溶剂的织物构成,该织物适用于低温(PTFE涂覆的玻璃纤维带,Vomatex)。
实施例1.使用挤出机的连续结晶
在本发明的实施例中,通过锂化二氟苯衍生物与4-丙基环己酮的加成反应制备式1的二氟苯化合物作为工艺产物
并且在常规的后处理和预纯化之后,从乙醇/庚烷中连续结晶并通过本发明的方法以纯形式分离。
为了结晶,挤出机连续地加入冷溶液,通过量为约0.5-2kg/h。溶液通过冷却的筒体冷却至约-15℃至-35℃。将已结晶出来的溶剂润湿的材料连续排出,并通过连续的固/液分离(例如带式过滤器)进行后处理和分离。在实验实施例中,通过吸滤器分离材料。当然,本领域技术人员可以获得固/液分离的许多变体。实际上,已经发现,可以用反向轴承输送至多150kg/h的溶液通过量而没有磨损。
如表1所示,溶液的温度非常迅速地从约56℃降低到-18℃和进一步降低到-35℃。这次与通过挤出机的材料的不复杂的进一步输送(即使在非常高粘度的情况下)结合的优点目前没有由任何其它技术提供。
表1:结晶实验
结晶 | 样品A(含量10%) | 样品B(含量10%) |
通过量 | 0.5kg/h | 2kg/h |
溶液温度 | 56℃ | 56℃ |
筒体的温度1 | -18℃ | |
筒体的温度2 | -23℃ | |
筒体的温度3 | -25℃ | |
筒体的温度4 | -29℃ | |
筒体的温度5 | -32℃ | |
筒体的温度6 | -33℃ | |
筒体的温度7 | -30℃ |
为了进一步处理,将晶体通过吸滤器过滤并分离。
连续结晶过程的比较:
当使用挤出机时,不会发生堵塞。该装置的螺杆甚至输送具有高粘度的材料而没有无效区(dead space)。同时,与管状系统相比,挤出机相对容易清洁。连续的比较例,例如在管式反应器/管式结晶器中的结晶,通常导致堵塞。为了避免后者,通常需要大于2m/h的流速。然而,在这些高流速下,不发生充分的结晶。尽管连续搅拌釜级联提供更长的冷却时间,即更长的结晶时间,然而它不能提供挤出机的优点。在常规搅拌釜的情况下,高固体载量通常伴随着在壁和搅拌器上的沉积物。
连续操作模式使得处理单元的尺寸能够显著减小。这意味着与具有相同通过量的分批法相比,重量和表面积可以减少至多五分之四。随着重量和表面积的减少,能量损失可以减少。
类似于实施例1,通过在挤出机中结晶分离以下化合物:
结晶:
收率≥96%;
纯度≥99.9%(GC)
/>
比较例1.分批操作中的常规纯化
在通过结晶纯化和通过抽吸除去晶体、用非常冷的乙醇/庚烷洗涤并干燥的情况下,获得88%的总收率(含量99%)。与实施例1相比,该方法需要大约四倍的溶剂量来结晶和分离。
实施例2:连续干燥
在本发明的实施例中,通过锂化二氟苯衍生物与4-丙基环己酮酚的加成反应制备式2的二氟苯化合物作为工艺产物
并在常规的后处理和预纯化之后,从乙醇/庚烷中连续结晶,以纯的形式分离并通过根据本发明的方法干燥。
为了干燥,挤出机连续地以约0.3kg/h的通过量装入产物2的溶剂润湿的晶体浆料(残留水分含量约5重量%)。该材料预先通过熔体计量加入,随后在筒体中加热到约130℃-140℃。通过圆顶和逆流的氮气并施加轻微真空(约50毫巴的减压)蒸发并除去溶剂。干燥的固体(99.9% GC)作为熔体被输送出,经由冷却带熔体凝固,并且锭剂形式的材料被转移到容器中(参见表2)。
表2.使用挤出机的干燥实验结果
对于相应的300rpm和40rpm的转速,工艺产物的平均停留时间分别为约10s或90s。形成的熔体在-10℃下凝固以得到锭剂。
在连续方法中,在结晶、固体过滤、蒸馏和干燥之后,获得的产物的收率≥90%,纯度≥99.9%(GC)。
根据本发明的挤出机技术的必要优点是短的停留时间(对产物温和)、窄的停留时间分布和通过用加热的溶剂冲洗而简单地清洁挤出机。因此,可以不受限制地、频繁地和灵活地改变产物。
类似于实施例2,通过在挤出机中干燥分离以下化合物:
结晶:
收率≥96%;
纯度≥99.9%(GC)
比较例
作为比较,流化床干燥和薄膜干燥的方法变体示于表3中。
表3.干燥方法的比较
/>
实施例3:熔体凝固
对于熔体凝固,直接使用挤出机或使用冷却传送带或两者一起使用。选择主要取决于产物性质或取决于相应的工艺步骤。
在本发明的实施例中,结晶作为工艺产物的式3的化合物并在最后的工艺步骤中干燥
使用常规方法,该材料仅能通过结晶纯化至有限的程度,因此通过短程蒸发器蒸馏纯化。材料在蒸馏出口处以约120℃排出,并以约2kg/h的通过速率经由加热的喷嘴头滴到冷却至约-20℃的冷却带上,并熔体凝固。最后,将锭剂形式的材料转移到容器中。
熔体凝固也可直接在挤出机中进行。在这种情况下,热熔体被引入到由筒体冷却的挤出机中,凝固,并且任选地(取决于材料的结晶性质和相变)作为粉末、晶体或作为粒料经由可切割香肠状挤出物排出。
在挤出机中直接熔体凝固,或者根据材料的性质,以晶体或粉末形式排出,得到多孔形式的材料,因此得到可容易地进一步加工的形式。凝固的熔体可以任选地在挤出机出口处通过切割工具转化为容易处理的低粉尘粒料。因此避免了在块上的凝固和随后的粉碎,并且节省了进一步的费力的工艺步骤。
类似于实施例3,纯化、分离和熔体凝固以下化合物:
结晶:
收率≥96%;
纯度≥99.9%(GC)
/>
收率≥96%;
纯度≥99.9%(GC)
实施例4:连续干燥
在本申请的实施例中,将溶剂润湿形式(11%的苯甲醚)的式4化合物作为工艺产物引入挤出机(450g/h,120rpm,用N2冲洗)中,并在所示温度下除去粘附的溶剂和包含的溶剂。
结果
加热温度Tmax表示最热区(筒体)的温度。
/>
化合物4的熔点为约230℃。
比较例4:在干燥箱中干燥
在本发明实施例中,来自实施例4的溶剂润湿形式(11%的苯甲醚)的式4化合物作为工艺产物在干燥箱中在80℃和5毫巴下干燥120小时。产物仍含有5.5%的苯甲醚,其作为溶剂化物包含在产物中。
类似于实施例4,在加热的挤出机中除去下列化合物的粘合剂和所含的溶剂:
/>
/>
/>
Claims (17)
1.一种通过温度控制的挤出机分离固体有机化学产物的方法,
其中向挤出机中加入包含有机化学产物的前体,并且其中该前体包含液体介质。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述有机化学产物是脂环族或芳族有机化合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于将挤出机冷却。
4.根据权利要求1至3中一项或多项所述的方法,其特征在于该有机化学产物的固体在挤出机中从液体介质中结晶出来。
5.根据权利要求1至4中一项或多项所述的方法,其中该液体介质包含至少一种有机溶剂。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述挤出机被加热。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的方法,其中所述有机化学产物是结晶固体。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法,其特征在于,在挤出机中有机化学产物不含沸点至多为200℃的挥发性物质和有机溶剂。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的方法,其中该前体包含其中包括溶剂的固体形式的产物,其中该前体在挤出机中干燥,使得产物中包括的溶剂的含量降低。
10.根据权利要求1至9中一项或多项所述的方法,其中所述方法在低于所述产物的熔点下进行。
11.根据权利要求1至10中一项或多项所述的方法,其中该挤出机将产物冷却至-15℃或更低的温度。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述挤出机被加热并且包含一个圆顶或多个圆顶。
13.根据权利要求1至12中一项或多项所述的方法,其中液体介质是有机-化学产物的熔体。
14.根据权利要求1至13中一项或多项所述的方法,其中将前体蒸馏以除去较高沸点的杂质,然后将纯化的前体进料至挤出机中以用于进一步处理,优选干燥、通过冷却凝固。
15.根据权利要求1至14中一项或多项所述的方法,其中该有机化学产物的固体在离开挤出机之后优选通过切割工具造粒或粒化。
16.根据权利要求1至15中一项或多项所述的方法,其中该有机化学产物的固体在离开挤出机之后在带上通过,并由此通过冷却凝固或干燥。
17.挤出机,包括用于液体介质或悬浮液的进料管线、用于加热的装置、用于施加真空的一个或多个圆顶以及用于将惰性气体供应到至少一个圆顶的区域中的管线。
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