DE102022000673A1

DE102022000673A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Isolierung von organischen Verbindungen

Info

Publication number: DE102022000673A1
Application number: DE102022000673.1A
Authority: DE
Inventors: Anke Geisen; Marc Dittmann; Arjan Meijer
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-08-24
Also published as: CN116638729A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein kontinuierliches Verfahren zur Kristallisation durch Kühlung, Trocknung oder Schmelzverfestigung von organisch-chemischen Produkten mit einem temperierten Extruder oder einem Kühlförderband. Das Verfahren ist geeignet zur Einsparung natürlicher Ressourcen.

Description

Hierin werden technische Lösungen zur Isolation von organischen Verbindungen mittels eines Extruders offenbart, die der Kristallisierung, Trocknung und der Schmelzverfestigung dienen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Isolierung durch

- Kristallisation (Kühlungskristallisation),
- Trocknung, oder
- Schmelzverfestigung

Extruder sind in der Pharmaindustrie für die Verarbeitung von Wirkstoffen und deren Hilfsmittel in der Feststoffverarbeitung bekannt. Ebenso finden sie in der Lebensmittelverarbeitenden- sowie in der polymerisationsverarbeitenden Industrie (z.B. für thermoplastische Kunststoffe) ihre Anwendung. Für die kontinuierliche Kristallisation, insbesondere im TiefkaltBereich, sind Extruder bislang nicht bekannt.
Gekühlte und insbesondere tiefgekühlte Extruder sind in der Technik nicht bekannt. Die Kristallisierung eines geschmolzenen organischen Stoffes in einem beheizten Extruder oder Kneter wird in DE 19617351 A1 offenbart. Ein Extruder für Polymere mit Entgasungszonen (Dom) wird in der EP 2760658 A1 oder DE 2449787 offenbart.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Isolierung eines organisch-chemischen Produktes als Feststoff mittels eines temperierten Extruders, wobei der Extruder mit einem Vorprodukt, das das organisch-chemischen Produkt enthält, beschickt wird, und wobei das Vorprodukt ein flüssiges Medium umfasst.
Definitionen
Ein Extruder gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens eine Schnecke oder analoge mechanische Mittel zum Vortrieb des Produktes, die sich in einem Gehäuse oder Kanal befindet. Der Extruder ist vorzugsweise ein Schneckenextruder. Verschiedene Ausführungsformen von Extrudern sind dem Fachmann bekannt (Schneckenextruder, Doppelschneckenextruder, etc.). Der Durchmesser und die Form des Gewindes der Schnecke kann optional für Schmelzen und/oder für Suspensionen unterschiedlicher Viskosität ausgerichtet sein. Der Kanal ist hier vorzugsweise ganz oder teilweise von einem oder mehreren Barrels begrenzt, die als Element(e) zur Temperierung dienen (Heizen, Kühlen). Optional umfasst der Kanal eine oder mehrere Öffnungen zur Entgasung, vorzugweise nach oben (hier als Dom bezeichnet), zum Ableiten und Zuleiten von gasförmigen Medien, beispielsweise zum Abführen von Lösemitteldampf oder ggf. zum Zuleiten von Stickstoff oder Luft im Gegenstrom. Der Extruder ist vorzugsweise als Doppelschneckenextruder ausgeführt, wobei die Schnecken vorzugweise durch ein Gegenlager verbunden sind.
Der Begriff „Feedlösung“ bedeutet hierin eine flüssiges Medium, das in einer definierten Konzentration gelöstes Wertprodukt in Lösemittel enthält. Das Vorprodukt das dem das kontinuierliche Verfahren zugeführt wird, enthält vorzugsweise ein flüssiges Medium in Form einer flüssigen Lösung.
Der Begriff „flüssiges Medium“ bedeutet hierin eine homogene flüssige Phase, die aus überwiegend (>95 Gew.%) organischen oder anorganischen Verbindungen besteht. Das organische Medium umfasst somit typischerweise organische Lösemittel und deren Gemische sowie darin gelöstes Produkt, daneben optional Nebenprodukte, Hilfsstoffe, Additive, Restwasser (< 5 Gew.%) und sonstige gelöste Komponenten. Das flüssige Medium ist bevorzugt ein wasserfreies flüssiges Medium, besonders bevorzugt ein wasserfreies organisches flüssiges Medium, Im Rahmen der Löslichkeit können auch anorganische Komponenten wie z.B. Salze als Komponenten des organischen Mediums enthalten sein. Alternativ kann das flüssige Medium auch eine Schmelze aus Produkt sein, die ebenfalls optional Anteile eines organischen Lösemittels und optional weitere der oben genannten Stoffe enthält.
Der Begriff „organisches Lösemittel“ umfasst alle dem Fachmann bekannten Lösemittel mit wenigstens einem Kohlenstoffatom, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Typischerweise werden cyclische oder offenkettige Ether, cyclische oder offenkettige Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Carbonsäurealkylester, Aromaten (z. B. Toluol, Xylol), Ketone, Alkohole mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Ethanol) etc. verwendet. Lösemittel sind hier bevorzugt organische Stoffe mit einem Siedepunkt bis zu 200 °C oder weniger.
Der Begriff „Kristallisat“ und „kristallisiertes Produkt“ umfasst hierin das durch Kristallisieren oder Ausfällen gewonnene feste Produkt. Es kann aus Kristallen bestehen, oder mikrokristallin oder amorph sein. Bevorzugt handelt es sich um kleine, leicht filtrierbare und leicht weiter zu verarbeitende Kristalle. Das organisch-chemische Produkt ist daher vorzugsweise kristallisierbar oder kristallin. Es ist bevorzugt kein Polymer, sondern ein monomolekularer Stoff, d. h. er besitzt eine eindeutige molekulare Konstitution und eine bestimmte Molmasse.
Der Begriff „Schmelze“ umfasst hierin das organisch-chemische Produkt in flüssiger Form, wobei der Übergang von Schmelze zu Lösung fließend sein kann, sofern das Gemisch einen gewissen Anteil an Lösemittel aufweist. Die Schmelze des organisch-chemischen Produktes wird typischerweise und bevorzugt zuvor über eine Destillation mittels Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfer oder Rektifikation oder Fallfilm oder Umlaufverdampfer aufgereinigt und zur Verfestigung in den Extruder geführt. Alternativ wird die Schmelze auf ein Kühlband aufgetropft, was bevorzugt mittels eines speziellen Aufgabekopfes mit Düsen erreicht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung für die Isolierung durch

1. Kristallisation, 2. Trocknung und 3. Schmelzverfestigung beschrieben.

1. Kristallisation
Es ist bekannt, dass das Kristallisieren oder die Fällung und die anschließende Fest-Flüssig-Trennung von Feststoffen häufig die letzte Stufe der Aufreinigung bzw. der Isolation von chemischen Produkten darstellen. Ein effektives Kristallisationsverfahren gewährleistet eine hohe Reinheit des Produktes. In der Mutterlauge geht je nach Verfahren ein beträchtlicher Teil des Produktes verloren, insbesondere wenn die Reinheit des Produktes maximiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Extruder gekühlt. Die effiziente Kühlung der Barrels und des geführten Produktstroms ermöglicht ein vorteilhaftes Verfahren für die Kristallisation. Dies führt zu einem einfachen Design für die Kristallisation oder Schmelzverfestigung, eine effiziente Lösemittelabtrennung und einfache Trocknung. Damit ist das Verfahren mit dem Extruder ausgelegt für eine einfache Reinigung und geeignet für häufigen Produktwechsel.
Bevorzugt kristallisiert der Feststoff des organisch-chemischen Produktes in dem Extruder aus dem flüssigen Medium aus. Das flüssige Medium ist dabei bevorzugt eine Lösung. Das flüssige Medium enthält vorzugsweise ein organisches Lösemittel. Der Feststoff des organisch-chemischen Produktes ist bevorzugt ein kristalliner Feststoff. Er kann optional auch ein amorpher Feststoff sein, oder aus sehr kleinen Kristalliten bestehen.
Ein bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Kristallisation eines Gemisches bestehend aus dem Feststoff eines organisch-chemischen Produktes und eines Lösemittels oder eines Lösemittelgemisches, wobei das Lösemittel / Lösemittelgemisch aus einem flüssigen organischen Medium besteht, mittels eines Extruders, der bei einer Arbeitstemperatur von -5 bis -50°C oder weniger betrieben wird,
wobei eine heiße oder vorgekühlte Lösung aus dem organischen Medium und dem Feststoff kontinuierlich dem Extruder zugeführt wird. Nachfolgend wird der feuchte Kristallbrei z.B. einem Bandfilter zugeführt, das Lösemittel abgetrennt und nachfolgend das abgetrennte Kristallisat mit einem organischen Waschmedium kontinuierlich gewaschen und oder getrocknet.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Isolierung durch Kristallisation eines festen Produktes aus einer organischen Lösung umfassend die Verfahrensoperationen:

- Kontinuierliche Kristallisation des Produktes durch Übersättigen der Lösung unter Bildung lösemittelfeuchter Kristalle,
- Herausfördern eines lösemittelfeuchten Kristallisats bei einer Temperatur von -5 °C bis -50°C oder weniger, bevorzugt wie vor und nachstehend offenbart.

Vorzugsweise ist der Feststoff ein kristalliner Feststoff. Er wird vorzugsweise durch Kristallisation oder Fällung des organisch-chemischen Produktes in dem organischen Medium erzeugt, wobei die Kristallisation beziehungsweise Fällung durch Abkühlen oder Mischen mit Antisolvent, Fahren einer Temperaturrampe, einer Lösung oder Übersättigen einer Lösung herbeigeführt wird. Besonders bevorzugt wird der Feststoff durch Kristallisation hergestellt, wobei die Kristallisation durch kontinuierliche Zuführung einer konzentrierten oder gesättigten Lösung oder einer Suspension der organischen Verbindung in dem organischen Medium erfolgt. Die so kontinuierlich erzeugte Kristallisat-Lösemittel-Lösung oder Suspension wird kontinuierlich dem Schneckenextruder zugeführt oder in Kombination einer Konti-Rührwerkapparatur oder Rohr-Kristallers mit einem Extruder.
Die Zuführung der zu kristallisierenden Lösung oder Kristallsuspension erfolgt wahlweise mit einer warmen oder heißen oder einer vorgekühlten Lösung, je nach Beschaffenheit des Produktes hinsichtlich des Kristallisationspunktes. Innerhalb des Extruders werden über die Barrels die entsprechenden Temperaturen zum gleichmäßigen Herunterkühlen der Lösung eingestellt.
Insbesondere wurde gefunden, dass sich ein gekühlter Doppelschneckenextruder besonders eignet, um eine außergewöhnlich hohe Reinheit und gleichzeitig eine hohe Endausbeute zu erreichen.
Das effiziente Kühlen der Barrels, die den Extruder umfassen, wird entweder über einen gemeinsamen Kryostaten oder über mehrere Kryostaten (insbesondere im Tiefkaltbereich) zwecks Erreichen gezielter Temperaturverteilung entlang des Produktwegs erreicht. Der Extruder kühlt das Produkt vorzugsweise auf eine Temperatur von 5 °C oder weniger, auf -5°C oder tiefer oder besonders bevorzugt auf -15 °C oder tiefer.
Die Abtrennung des Lösemittels von lösemittelfeuchten Kristallen, von Kristallbrei oder Schmelze erfolgt vorzugsweise über einen sogenannte Dom oder mehrere Dome oberhalb der Schnecke des Extruders. Dabei wird durch Erhitzen, Anlegen von Vakuum und gezieltes Überleiten von Stickstoff im Gegenstromprinzip das Lösemittel abgetrennt. Das Verfahren umfasst daher vorzugweise einen Extruder, der beheizt wird und einen Dom oder mehrere Dome ausweist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schneckenextruder, bevorzugt ein Doppelschneckenextruder, umfassend eine Zuführung für flüssiges Medium oder Suspensionen, einer Vorrichtung für die Beheizung, eines oder mehrerer Dome zum Anlegen von Vakuum und einer Zuleitung für Inertgas in den Bereich wenigstens eines Doms.
Temperaturen unter -10°C bis -50°C im Prozessbereich stellen eine besondere technische Herausforderung dar, indem Dichtungen, sowie bewegliche Anlagenteile, insbesondere die drehenden Schnecken ihre Funktionalität behalten müssen. Die Auswahl des Doppelschneckenextruders mit Gegenlager und entsprechend ausgelegten Barrels ist besonders geeignet um Tiefkalttemperaturen und die universelle Einsatzbarkeit organischer Feed-Lösungen zu realisieren.
Weiterhin stellt neben der Temperierung auch der Gesamtaufbau des Prozessbereiches eine Herausforderung dar, indem z.B. mit gezielt unterschiedlich temperierten Barrels (Temperaturrampe) eine Kristallisation gesteuert und damit auch das Ausbeute- zu Reinheit-Verhältnis gesteuert werden kann. Durch das eingebaute Gegenlager, können selbst hoch viskoser oder pulvriger Kristallbrei mit wenig Restlösemittel problemlos und abriebfrei ausgetragen werden.
Einen außergewöhnlichen Vorteil bietet die schnelle Reinigung des Extruders durch einfaches Durchspülen mit heißen Lösemitteln, was wiederum durch die Temperaturführung der Barrels gelöst wird. Neben der vollständig geschlossenen Fahrweise sind durch die sehr einfache Reinigung auch die Produktwechsel problemlos möglich.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung, Reinigung und Isolierung von organisch-chemischen Produkten bereitzustellen, welches das gewünschte Produkt in hoher Ausbeute und Reinheit ergibt und im industriellen Maßstab sicher und kostengünstig durchführbar ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese, sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren der Kristallisation eines Gemisches gemäß der Erfindung gelöst werden.
Erfindungsgemäß wird eine effektive Kristallisation bei tiefen Temperaturen erreicht, und gleichzeitig die Reinheit des Kristallisats und eine gleichbleibend hohe Ausbeute sichergestellt.
Der erfindungsgemäß verwendete Extruder ist ein Doppelschneckenextruder, der für die Kristallisation im Betrieb über die vorhandenen Barrels gekühlt werden kann. Die Arbeitstemperatur des Extruders wird vorzugsweise durch die Kühlung der Barrels mit einzeln verbundenen Kryostaten für Tiefkalttemperaturen zum Fahren einer Temperaturrampe erreicht.
Die Arbeitstemperatur des Verfahrens für die Kristallisation wird im Temperaturbereich von +50°C bis -50°C und weniger festgelegt, je nach Produkteigenschaft und der damit einhergehenden notwendigen Temperaturrampe. Das Material kann als vorgekühlte Lösung in den Extruder eingetragen werden und wird dann entsprechend seinem Kristallisationspunkt herunter gekühlt. Pro Barrel kann ein Temperaturunterschied von ca. 20 K erzeugt werden. Somit kann z.B. eine Lösung von 10°C mit 3 - 4 Barrels auf ca. - 50°C heruntergekühlt werden. Das Material wird als lösemittelfeuchter Kristallbrei kontinuierlich ausgetragen und der Feststoff kann im Anschluss über einen gekühlten Bandfilter/Schleuder, etc. separiert und gewaschen werden.
Der Doppelschneckenextruder verfügt über mehrere Barrels (Anzahl variabel) mit verschiedenen Funktionen (Heizung, Kühlung). Er verfügt über zwei Schnecken, die über ein Gegenlager zentriert sind. Hieraus ergibt sich, dass sowohl niedrig viskose als auch hochviskose Materialien abriebfrei gefördert werden können.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen Verbindungen werden in hohen Reinheiten und hohen Ausbeuten an Reinprodukt erhalten. Weiterhin können die Produkte insgesamt kostengünstig und mit hoher Raum-Zeit-Ausbeute erhalten werden. Der Produktanteil, der zusammen mit Verunreinigungen verloren geht und allgemeine Prozessverluste werden geringer als in konventionellen Prozessen mit vergleichbarem Aufwand gehalten. Das Verfahren ist geeignet zur Einsparung natürlicher Ressourcen durch weniger Verbrauch an Lösemittel und Energieträgern.
Das Verfahren eignet sich besonders für kontinuierlich kristallisierbare organisch-chemische Produkte. Die Kristallisation erfolgt in der Regel durch Abkühlen.
Das entstehende kristalline, lösemittelfeuchte Produkt wird kontinuierlich abgeführt und kann einem geeigneten Trennverfahren wie dem Bandfilter zugeführt werden. Eine solche kontinuierliche Kristallisation kann im einfachsten Fall durch einen kontinuierlichen Rührkessel verwirklicht werden. Besonders geeignete Apparaturen, die auf den Kristallisationsvorgang abgestimmt sind, sind dem Fachmann bekannt. Das Verfahren wird idealerweise durch die Apparatur und Verfahrensparameter so konzipiert, dass wenig Verkrustungen und eine konstante Produktqualität erzeugt werden.
2. Trocknung
Es ist bekannt, dass das Trocknen von Feststoffen häufig die letzte Stufe vor der Produktabgabe ist. Das Trocknen erfolgt hauptsächlich über Erwärmung/Erhitzung und damit das Verdunsten des anhaftenden Lösemittels, gegebenenfalls unter vermindertem Druck, und durch Bewegung des Materials. Ein effizientes Trocknungsverfahren vereint beides.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Extruder beheizt. Beheizte Extruder sind in der Technik bekannt und finden besonders bei der Verarbeitung von thermoplastischen Polymeren ihre Anwendung. Sehr selten finden bislang Extruder mit Domen über den Extruderschnecken zur Abtrennung von Lösemittel ihre Anwendung. Beheizte Extruder mit Domen und Stickstoff im Gegenstrom finden bislang keine Anwendung.
Die feuchten Kristalle können im Anschluss über einen Bandfilter zur Fest-Flüssig-Trennung von Stoffgemischen (z. B. Taktbandfilter Fa. BHS-Sonthofen) geführt werden.
Bevorzugt ist auch ein Verfahren wobei der Feststoff kristallisiert wird und anschließend, vorzugsweise in einer eigenen Zone, im Extruder von Lösemittel durch Verdampfen des Lösemittels befreit wird. Das bevorzugte Verfahren befreit im Allgemeinen das Produkt ganz oder teilweise von flüchtigen Stoffen.
Temperaturen zwischen +20°C bis +300°C im Prozessbereich stellen eine besondere technische Herausforderung dar, indem Dichtungen, sowie bewegliche Anlagenteile, insbesondere die drehenden Schnecken ihre Funktionalität behalten müssen. Die Auswahl des Doppelschneckenextruders mit Gegenlager und entsprechend ausgelegten Barrels ist besonders geeignet, hohe Temperaturen und die universelle Einsatzbarkeit organischer Feststoffe zu realisieren.
Weiterhin stellt neben der Temperierung auch der Gesamtaufbau des Prozessbereiches eine Herausforderung dar, indem z. B. mit gezielt unterschiedlich temperierten Barrels (Temperaturrampe) eine Trocknung gesteuert und damit auch das Ausbeute- Reinheit-Verhältnis gesteuert werden kann. Durch das eingebaute Gegenlager, können niedrig viskose Schmelzen oder teilkristallines Material oder Kristalle problemlos und abriebfrei ausgetragen werden. Eine Besonderheit bietet das Einleiten von Stickstoff im Gegenstromprinzip. Dadurch wird eine hohe Effizienz der Trocknung erzielt.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher als weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Trocknung von organisch-chemischen Produkten bereitzustellen, welches das gewünschte Produkt in hoher Ausbeute und Reinheit ergibt und im industriellen Maßstab sicher und kostengünstig durchführbar ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese, sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren zur Isolierung durch Trocknung eines Gemisches erfindungsgemäß gelöst werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Trocknung eines Gemisches bestehend aus dem Feststoff eines organisch-chemischen Produktes und eines Lösemittels oder eines Lösemittelgemisches, wobei das Lösemittel / Lösemittelgemisch aus einem flüssigen organischen Medium besteht, mittels eines Extruders, der bei einer Arbeitstemperatur von +20 bis +300°C betrieben wird,
wobei ein lösemittelfeuchter Kristallbrei oder lösemittelfeuchte Kristalle kontinuierlich dem Extruder zugeführt werden. Das Material wird im Doppelschneckenextruder erwärmt oder erhitzt, so dass das anhaftende Lösemittel unter Stickstoff im Gegenstrom und unter leichtem Vakuum über einen oder mehrere Dome über der Schnecke liegend abgezogen. Die getrockneten Kristalle, Pulver oder Schmelze werden ausgetragen.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Trocknen eines Kristallbreis oder lösemittelfeuchter Kristalle umfassend die Verfahrensoperationen:

- Kontinuierliche Trocknung des Produktes im Extruder durch Abführen des Lösemittels über einen oder mehrere Dome und Überleitung von Stickstoff im Gegenstrom, und
- Herausfördern eines Pulvers, Kristalle oder Schmelze bei einer Temperatur von +20 °C bis 300°C, bevorzugt wie vor und nachstehend offenbart.

Die Aufgabe der zu trocknenden Kristalle erfolgt wahlweise über einen geeigneten kontinuierlichen Feststoffeintrag. Innerhalb des Extruders werden über die Barrels die entsprechenden Temperaturen zum Verdampfen des Lösemittels eingestellt.
Insbesondere wurde gefunden, dass sich ein beheizter Doppelschneckenextruder mit Dom bzw. Domen und unter Anwendung von leichtem Vakuum mit Stickstoff im Gegenstrom besonders eignet, um eine außergewöhnlich hohe Reinheit und gleichzeitig eine hohe Endausbeute zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird eine effektive Trocknung bei hohen Temperaturen erreicht, und gleichzeitig die Reinheit des Kristallisats oder der Schmelze sowie eine gleichbleibend hohe Ausbeute sichergestellt.
Es ist üblich, dass nach dem Trocknen von Feststoffen das Material zur Weiterverarbeitung oder zur Produktabgabe entsprechend in die gewünschten Behältnisse abgefüllt wird.
Der erfindungsgemäß verwendete Extruder ist bevorzugt ein Doppelschnecken-extruder, der für die Trocknung im Betrieb über die vorhandenen Barrels beheizt werden kann. Die Arbeitstemperatur des Extruders wird vorzugsweise durch die Beheizung der Barrels (Elektrisch oder mittels Thermomedium) erreicht.
Die Arbeitstemperatur des Verfahrens für die Trocknung wird im Temperaturbereich von +20°C bis +300°C festgelegt, je nach Produkteigenschaft und der damit einhergehenden notwendigen Temperaturrampe. Das Material wird als lösemittelfeuchter Kristallbrei eingetragen, über die Barrels erhitzt und das zu verdampfende Lösemittel über einen oder mehrere Dome mit Stickstoff im leichten Gegenstrom abgezogen. Das getrocknete Material wird entweder als trockenes Pulver, Kristalle oder wahlweise auch als Schmelze ausgetragen.
3. Schmelzverfestigung
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als Schmelzverfestigung durchgeführt. Dabei ist das Vorprodukt oder das darin umfasste flüssige Medium bevorzugt eine Schmelze des organisch-chemischen Produktes.
Bei der Schmelzverfestigung handelt es sich um ein spezielles Verfahren, bei dem das Wertprodukt zuvor vorzugweise durch eine Dünnschichtdestillation oder eine Kurzwegdestillation zur höchsten Reinheitsstufe aufgereinigt wurde. Das Material wird dann in herkömmlicher Weise als Schmelze in Behältnisse abgefüllt und erstarrt dort dann zu einem Block. Das wieder Aufschmelzen oder Zerkleinern ist aufwendig.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von organisch-chemischen Produkten bereitzustellen, welches das gewünschte Produkt in einfach portionierbaren Pastillen in hoher Ausbeute und Reinheit ergibt und im industriellen Maßstab sicher und kostengünstig durchführbar ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese, sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren zur Isolation durch Schmelzverfestigung einer Schmelze erfindungsgemäß gelöst werden.
Erfindungsgemäß wird eine effektive Schmelzverfestigung bei tiefen Temperaturen erreicht, und gleichzeitig die Reinheit der verfestigten Schmelze (in Form von Pastillen) und eine gleichbleibend hohe Ausbeute sichergestellt.
Der erfindungsgemäß verwendete Extruder ist vorzugsweise ein Doppelschnecken-extruder, der für die Schmelzverfestigung im Betrieb über die vorhandenen Barrels beheizt oder gekühlt werden kann. Die Arbeitstemperatur des Extruders wird vorzugsweise durch die Beheizung der Barrels (elektrisch oder Thermomedium) erreicht. Im laufenden Betrieb kann eine Kühlung über ein Kühlmedium angeschlossen sein.
Die Arbeitstemperatur des Verfahrens für die Schmelzverfestigung wird im Temperaturbereich von +50°C bis -50°C und weniger festgelegt, je nach Produkteigenschaft und der damit einhergehenden notwendigen Temperaturrampe. Das Material wird als heiße Schmelze nach z.B. einer aufreinigenden Destillation mit dem Dünnschicht- oder dem Kurzwegverdampfer zugeführt. Das Material wird dann entsprechend seinem Festpunkt heruntergekühlt. Pro Barrel kann ein Temperaturunterschied von ca. 20 K erzeugt werden. Somit kann z.B. eine Schmelze oder Lösung von 10°C mit 3 bis 4 Barrels auf ca. -50°C heruntergekühlt werden. Das Material wird als festes Pulver, Kristalle oder als verfestigter Strang („Wurstform“) ausgetragen und am Düsenaustrag über ein spezielles Schneidwerkzeug zerkleinert. Die so erzeugten Pellets, feines Pulver oder Kristalle werden dann abgefüllt.
Ein bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Verfestigung einer Schmelze eines organisch-chemischen Produktes mittels eines Extruders, der bei einer Arbeitstemperatur von +50 bis -50°C oder weniger betrieben wird, wobei eine heiße Schmelze kontinuierlich dem Extruder zugeführt wird. Die Schmelze ist vorzugsweise zuvor in einer kontinuierlichen Dünnschicht-oder Kurzwegdestillation aufgereinigt worden. Dadurch liegt das Produkt in der Regel bereits in flüssiger Form vor und ist vorbereitet zum letzten Verfahrensschritt der Isolierung.
Nachfolgend wird die verfestigte Schmelze durch einen geeigneten Düsenaustrag mit Schneidwerkzeug in Form von Pellets ausgetragen und abgefüllt.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Schmelzverfestigung organischer Produkte umfassend die Verfahrensoperationen:

- Kontinuierliche Schmelzverfestigung des Wertproduktes bei einer Temperatur von +50 °C bis - 50°C oder weniger.
- Herausfördern des Wertproduktes durch einen geeigneten Düsenaustrag mit Schneidwerkzeug in Form von Pellets

Vorzugsweise ist die Schmelze in fester Form ein kristallines Produkt.
Die Aufgabe des zu pelletierenden Produktes erfolgt mit einer heißen Schmelze je nach Beschaffenheit des Produktes hinsichtlich des Kristallisationspunktes. Innerhalb des Extruders werden über die Barrels die entsprechenden Temperaturen zum gleichmäßigen Herunterkühlen der Schmelze eingestellt.
Insbesondere wurde gefunden, dass sich ein gekühlter (auch im Tiefkaltbereich, <-10 °C) Doppelschneckenextruder besonders eignet, um aus einer heißen Schmelze ein einfach zu portionierendes Produkt in Form von Pellets mit außergewöhnlich hoher Reinheit und gleichzeitig mit einer hohen Endausbeute zu erreichen.
Bevorzugt wird die organisch-chemische Verbindung nach dem Austreten aus dem Extruder, vorzugsweise durch ein Schneidwerk, pelletiert oder granuliert.
Neben der Schmelzverfestigung mit dem Extruder wird eine weitere technische Lösung mit dem Kühlband offenbart, die eine effiziente Kühlung eines Bandes und Stickstoffüberlagerung für den Produktschutz mit einfachem Design beinhaltet.
Für die Schmelzverfestigung in portionierbare Pellets oder Pastillen stehen zwei Verfahren zur Auswahl:

a) Die Verfestigung mit einem gekühlten Extruder und einem abschließenden Schneidwerkzeug am Düsenaustrag (Spezialdüse).
b) Die Verfestigung durch ein Kühlförderband mit Abschaber.

a) Extruder:
Temperaturen unter +50°C bis - 50°C im Prozessbereich stellen eine besondere technische Herausforderung dar, indem Dichtungen, sowie bewegliche Anlagenteile, insbesondere die drehenden Schnecken ihre Funktionalität behalten müssen. Die Auswahl des Doppelschneckenextruders mit Gegenlager und entsprechend ausgelegten Barrels ermöglicht es, Tiefkalttemperaturen und die universelle Einsatzbarkeit organischer Schmelzen zu realisieren.
Weiterhin stellt neben der Temperierung auch der Gesamtaufbau des Prozessbereiches eine Herausforderung dar, indem z.B. mit gezielt unterschiedlich temperierten Barrels (Temperaturrampe) eine Schmelzverfestigung gesteuert und durch einen geeigneten Produktaustrag - eine Spezialdüse mit Schneidwerkzeug - ein einfach zu portionierendes Endprodukt abriebfrei ausgetragen wird.
Einen außergewöhnlichen Vorteil bietet die schnelle Reinigung des Extruders durch einfaches Durchspülen mit heißen Lösemitteln, was durch die Schnecken mit Gegenlager und durch die Temperaturführung der Barrels gelöst wird. Neben der vollständig geschlossenen Fahrweise sind durch die sehr einfache Reinigung auch die Produktwechsel problemlos möglich.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Isolierung von organisch-chemischen Produkten bereitzustellen, welches das gewünschte Produkt in einfach portionierbare Pellets in hoher Ausbeute und Reinheit ergibt und im industriellen Maßstab sicher und kostengünstig durchführbar ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese, sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne Weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch Verfahren der Schmelzverfestigung einer Schmelze erfindungsgemäß gelöst werden.
Erfindungsgemäß wird eine effektive Schmelzverfestigung bei tiefen Temperaturen erreicht, und gleichzeitig die Reinheit der verfestigten Schmelze (in Form von Pellets) und eine gleichbleibend hohe Ausbeute sichergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst daher in einer Ausführungsform (a) ein Verfahren mittels eines temperierten Extruders, bevorzugt eines gekühlten Extruders, wobei der Extruder vorzugsweise durch eine unmittelbar vorangehende Destillation gespeist wird, die hochsiedende Anteile abtrennt. Geeignete Destillationsmethoden sind die vorangehend angeführten, sowie weitere dem Fachmann vertraute Methoden und Apparaturen.
b) Kühlband
Insbesondere wurde gefunden, dass sich ein Kühlförderband besonders eignet, um aus einer heißen Schmelze ein einfach zu portionierendes Produkt in Form von Pastillen mit außergewöhnlich hoher Reinheit und gleichzeitig mit einer hohen Endausbeute zu erreichen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Verfestigung einer Schmelze eines organisch-chemischen Produktes mittels eines Kühlförderbandes, das bei einer Arbeitstemperatur von +50 bis -50°C betrieben wird, wobei eine heiße Schmelze kontinuierlich über beheizte Düsen auf das gekühlte Band aufgetropft wird. Die Schmelze wird vorzugsweise vorangehend in einer kontinuierlichen Dünnschicht- oder Kurzwegdestillation aufgereinigt.
Temperaturen unter +50°C bis - 50°C im Prozessbereich stellen eine besondere technische Herausforderung dar, indem Dichtungen, Bandmaterial sowie bewegliche Anlagenteile, insbesondere das geführte und drehende Band ihre Funktionalität behalten müssen. Die Verwendung eines Kühlförderbandes mit entsprechend beheizten Düsen am Aufgabekopf ermöglicht es, den universellen Einsatz heißer organischer Schmelzen in Kombination mit Tiefkalttemperaturen zu realisieren.
Weiterhin stellt neben der Temperierung auch der Gesamtaufbau des Prozessbereiches eine Herausforderung dar, indem z.B. die heiße Schmelze mit entsprechend ausgelegtem Düsenkopf gezielt auf das gekühlte Band aufgetropft wird. Die Schmelzverfestigung erfolgt immer aus einer Kombination aus Schmelztemperatur (Produkteigenschaft), Kühlbandtemperatur und Bandlänge mit einem geeigneten Produktaustrag, womit ein einfach zu portionierendes Endprodukt in Form von Pastillen abriebfrei ausgetragen wird. Für den Produktschutz wird der gesamte Prozessbereich vorzugsweise mit Stickstoff überlagert.
Das verwendete Kühlförderband ist ein gekühltes Förderband, das ebenfalls für die Schmelzverfestigung im Betrieb durch geeigneten Auftrag der Schmelze auf das Kühlband Verwendung hat. Die Arbeitstemperatur des Kühlbandes wird durch die Kühlung des Metallblocks auf dem das Förderband aufliegt im Temperaturbereich von +50°C bis -50°C erreicht. Der Auftrag der heißen Schmelze auf das gekühlte Band erfolgt über einen speziell konstruierten und beheizten Düsenkopf mit ein oder mehrerer beheizter Düsen, die die Schmelze in Form von Tropfen aufbringt. Die heiße Schmelze erstarrt auf dem gekühlten Band und die erzeugten Pastillen werden über einen Abschaber abgetragen und entsprechend abgefüllt.
Nachfolgend wird die verfestigte Schmelze in Form von Pastillen ausgetragen und abgefüllt.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Schmelzverfestigung organischer Produkte umfassend die Verfahrensoperationen:

- Auftrag der Schmelze durch geeignete, beheizte Düsen (variable Anzahl von Düsen) in Form von Tropfen,
- kontinuierliche Schmelzverfestigung des Wertproduktes bei einer Temperatur von +50 °C bis - 50°C oder weniger, und
- Herausfördern des Wertproduktes in Form von Pastillen.

Vorzugsweise ist die Schmelze in fester Form ein kristallines Produkt.
Die Aufgabe des zu pastillierenden Produktes erfolgt mit einer heißen Schmelze je nach Beschaffenheit des Produktes hinsichtlich des Kristallisationspunktes. Das Kühlband wird über einen entsprechend gekühlten Metallblock, auf dem das Band aufliegt, gekühlt. Die Pastillen werden am Bandende mittels eines Abschabers vom Band abgelöst und abgefüllt. Das Wertprodukt wird unter Stickstoffatmosphäre verfestigt und dient dem Produktschutz. Durch die Länge des Bandes, der Kühltemperatur und Tropfgeschwindigkeit wird die Verfestigung entsprechend gesteuert.
Zweckmäßige Abwandlungen der erfindungsgemäßen Verfahren werden außerdem in den auf Anspruch 1 rückbezogenen abhängigen Ansprüchen und Kombinationen der Ansprüche offenbart und unter Schutz gestellt.
Vorzugsweise werden die Verfahrensvarianten Kristallisation, Trocknung und Schmelzverfestigung auch vorteilhaft kombiniert. Entsprechend kann eine Trocknung vorteilhaft auf eine Kristallisation folgen. Ein Aufschmelzen und verfestigen kann ebenfalls auf eine Trocknung und/oder Kristallisation folgen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn die Kristallmasse sehr fein und staubförmig anfällt.
Die Kombination der Verfahrensvarianten in mehrere Stufen erfolgt in entsprechenden Extrudern in Reihe oder vorteilhaft in einem kombinierten Extruder mit mehreren Zonen zur Kühlung und Heizung und gegebenenfalls zur Be- und Entgasung mit Schutzgas und Vakuum entlang des Produktpfades. Entsprechend ist gegebenenfalls ein Dom oder mehrere Dome mit Zuführungen an entsprechender Stelle installiert.
Die erfindungsgemäß isolierten Produkte für Kristallisation, Trocknung und Schmelzverfestigung sind vorzugsweise cycloaliphatische oder aromatische organische Verbindungen. Typischerweise handelt es sich dabei um Spezialchemikalien für die Elektronikindustrie oder pharmazeutische Verbindungen, die in relativ großer Menge und gleichzeitig hoher Reinheit benötigt werden.
Besonders bevorzugte Produkte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, gereinigt oder isoliert werden, sind ausgewählt aus den folgenden Strukturen der Formel I, II, III-1/-2/-3 oder IV: R¹-(A¹-Z¹)_m-A²-R² I worin

m: 0, 1, 2, 3 oder 4, bevorzugt 1 oder 2,
R1: einen Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 bzw. 2 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-,

-O-, -S-, -CO-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O/S-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und worin auch ein oder mehrere H-Atome durch Halogen ersetzt sein können, H, oder einen polymerisierbaren Rest, bevorzugt Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen oder Cyclopentyl,
R2: einen Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 bzw. 2 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-,

-O-, -S-, -CO-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O/S-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, H, F, -CF₃, -OCF₃, -NCS,
A1, A2: jeweils unabhängig, ausgewählt aus a), b) und c), a) 1,4-Phenylen, worin eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und worin auch ein oder mehrere H-Atome gegen Br, Cl, F, CN, Methyl, Methoxy oder eine ein- oder mehrfach fluorierte Methyl- oder Methoxygruppe ersetzt sein können, b) trans-1,4-Cyclohexylen oder Cyclohexenylen, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können und worin auch ein oder mehrere H-Atome durch eine Gruppe L ersetzt sein können, c) eine Gruppe ausgewählt aus den Formeln
L: jeweils unabhängig voneinander, F, Cl, Br, I, -CN, -NO₂, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl, Alkylcarbonyloxy oder Alkoxycarbonyloxy mit 1 bis 25 C-Atomen, worin auch ein oder mehrere H-Atome durch F, CI oder -OSi(R⁰)₃ ersetzt sein können bedeutet, wobei R⁰ jeweils unabhängig voneinander Alkyl mit 1 bis 12 C-Atomen bedeutet. und
Z1, Z2: jeweils unabhängig eine Einfachbindung, -CH₂O-, -(CO)O-, -CF₂O-, -CH₂CH₂CF₂O-, -CF₂CF₂-, -CH₂CF₂-, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- oder -C=C-, wobei asymmetrische Brücken nach beiden Seiten orientiert sein können, bevorzugt ein Einfachbindung oder -CH₂O-,

Die Ringgruppen A¹ und A² sind unabhängig bevorzugt ausgewählt aus den Strukturen der Formeln:
Die Verbindungen der Formel I sind in der Regel gut kristallisierbar und für das Verfahren besonders geeignet.

worin in Formel II, III-1/2/3 und IV jeweils unabhängig bedeuten:

R1, R2, R4: ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, D, F, Cl, Br, I, CN, Si(R³)₃, einer geradkettigen Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkylgruppe mit 1 bis 40 C-Atomen oder einer verzweigten oder cyclischen Alkyl-, Alkoxy- oder Thioalkylgruppe mit 3 bis 40 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R³ substituiert sein kann, wobei jeweils eine oder mehrere nicht-benachbarte CH₂-Gruppen durch Si(R³)₂, C=NR³, P(=O)(R³), SO, SO₂, NR³, O, S oder CONR³ ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, CI, Br oder I ersetzt sein können, einem aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem mit 6 bis 60 C-Atomen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Naphthalin, Phenanthren, Fluoren, Spirobifluoren, Dibenzofuran und Dibenzothiophen, das jeweils mit einem oder mehreren Resten R³ substituiert sein kann, oder einer Kombination aus zwei, drei, vier oder fünf dieser Gruppen, die jeweils gleich oder verschieden sein können, einer Aryloxygruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die mit einem oder mehreren Resten R³ substituiert sein kann, oder einer Aralkylgruppe mit 5 bis 60 aromatischen Ringatomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R³ substituiert sein kann, wobei optional zwei oder mehr benachbarte Substituenten R^1/2/4 ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches Ringsystem bilden können, das mit einem oder mehreren Resten R³ substituiert sein kann;
Ar: ist gleich oder verschieden bei jedem Auftreten ein aromatisches Ringsystem, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Naphthalin, Phenanthren, Fluoren, Spirobifluoren, Dibenzofuran und Dibenzothiophen, welches jeweils mit einem oder mehreren Resten R¹ substituiert sein kann; dabei kann auch Ar mit Ar¹ und/oder mit Ar² durch eine Gruppe E verbunden sein;
Ar1, Ar2: ist gleich oder verschieden bei jedem Auftreten ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 6 bis 60 C-Atomen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Naphthalin, Phenanthren, Fluoren, Dibenzofuran, Dibenzothiophen, das jeweils auch durch einen oder mehrere Reste R¹ substituiert sein kann, oder unsubstituiertem Spirobifluoren oder einer Kombination aus zwei, drei, vier oder fünf dieser Gruppen, die jeweils gleich oder verschieden sein können; dabei können Ar¹ und Ar² miteinander und/oder Ar¹ mit Ar und/oder Ar² mit Ar durch eine Gruppe E verbunden sein;
E: ist gleich oder verschieden bei jedem Auftreten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C(R¹)₂, O, S und NR¹;
R3: ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, D, F, einem aliphatischem Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, einem aromatischem Ringsystem mit 6 bis 30 C-Atomen, in dem ein oder mehrere H-Atome durch D oder F ersetzt sein können, wobei zwei oder mehr benachbarte Substituenten R³ miteinander ein mono- oder polycyclisches, aliphatisches, Ringsystem bilden können;
p: ist 0, 1 oder 2; wobei

⁴

Besonders bevorzugte Strukturen der Produkte sind beispielsweise ausgewählt aus den folgenden Formeln:

worin R¹ und R² wie für Formel I definiert sind,
Weitere Kombinationen der Ausführungsformen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und Kombinationen von einem oder mehreren der Ansprüche.
In der vorliegenden Anmeldung, bedeutet, wenn nicht ausdrücklich anders die Pluralform eines Begriffs sowohl die Singularform als auch die Pluralform, und umgekehrt.
„Beinhalten“ oder „umfassen“ oder „aufweisen“ bedeutet, dass neben den aufgezählten Merkmalen und/ oder Bestandteilen noch weitere Merkmale, Verfahrensschritte und/oder Bestandteile vorhanden sein können, d.h. eine nicht abschließende Aufzählung vorliegt.
Weitere bevorzugte Verfahrensvarianten lassen sich den Beispielen entnehmen, deren Details - auch verallgemeinert nach allgemeiner Fachkenntnis - repräsentativ für bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahren und seiner Produkte sind.
Beispiele
Beschreibung der Apparaturen:
Der verwendete Extruder basiert auf einem kommerziellen Gerät (bis 240 kg/h).
Er besitzt Doppelschnecken mit Gegenlager. Für die Kristallisation und die Schmelzverfestigung werden zur Realisierung der Kühlung die Barrels mit Kryostaten gekühlt - wahlweise jedes Barrel einzeln verschaltet, falls eine Temperaturrampe notwendig ist. Für die Schmelzverfestigung wird - je nach Beschaffenheit des Wertproduktes - ein Schneidwerkzeug am Düsenaustrag installiert, damit Pellets und somit portionierbares Material erzeugt werden können.
Für die Trocknung wurden ein oder mehrere Dome zur Lösemittelabtrennung konstruiert und der Extruder mit Stickstoff im leichten Gegenstrom für eine hohe Effizienz beaufschlagt. Zur Realisierung der hohen Temperaturen der Barrels wurden diese entweder elektrisch oder über einen Thermostaten erhitzt.
Das verwendete Kühlband basiert auf einem kommerziellen Gerät.
Der beheizbare Düsenkopf mit einer oder mehreren beheizbaren Düsen ist eine Spezialkonstruktion. Das Kühlband ist eingehaust und wird mit Stickstoff überlagert, was dem Produktschutz dient. Das Band besteht aus einem thermisch schweißbaren, lösungsmittelfesten und tieftemperaturgeeigneten Gewebe (PTFE-beschichtetes Glasfiberband, Fa. Vomatex).
Beispiel 1. Kontinuierliche Kristallisation mit dem Extruder
In den vorliegenden Beispielen wird als Produkt des Verfahrens eine Difluorbenzolverbindung der Formel 1
durch Addition eines lithiierten Difluorbenzolderivats an 4-Propoylcyclohexanon hergestellt und nach üblicher Aufarbeitung und Vorreinigung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in reiner Form aus Ethanol/Heptan in einer kontinuierlichen Weise kristallisiert und isoliert.
Für die Kristallisation wird der Extruder kontinuierlich mit kalter Lösung mit einem Durchsatz von ca. 0,5 - 2 kg/h beaufschlagt. Die Lösung wird durch die gekühlten Barrels im Bereich von ca. -15°C bis -35°C heruntergekühlt. Das auskristallisierte lösemittelfeuchte Material wird kontinuierlich ausgetragen und über eine kontinuierliche Fest-/Flüssig-Trennung (z.B. einen Bandfilter) aufgearbeitet und separiert. Im Versuchsbeispiel wird das Material über ein Nutsche separiert. Selbstverständlich sind dem Fachmann hier viele Varianten der Fest-/Flüssig-Trennung zugänglich.
In der Praxis zeigt sich, dass Durchsätze von bis zu 150 kg/h Lösung abriebfrei mit Gegenlager gefördert werden können.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, wird die Temperatur der Lösung sehr schnell von ca. 56°C auf -18°C und weiter bis -35°C herunter gekühlt. Diesen zeitlichen Vorteil in Kombination mit der unkomplizierten Weiterförderung des Materials (auch bei sehr hohen Viskositäten) durch den Extruder bietet gegenwärtig so keine andere Technologie. Tabelle 1: Kristallisationsversuche

Kristallisation	Probe A (10% Gehalt)	Probe B (10% Gehalt)
Durchsatz	0,5 kq/h	2 kq/h
Temperatur Lösung	56°C	56°C
Temperatur Barrel 1	-18°C
Temperatur Barrel 2	-23°C
Temperatur Barrel 3	-25°C
Temperatur Barrel 4	-29°C
Temperatur Barrel 5	-32°C
Temperatur Barrel 6	-33°C
Temperatur Barrel 7	-30°C

Für die weitere Verarbeitung werden die Kristalle über eine Nutsche filtriert und isoliert.
Vergleich kontinuierlicher Kristallisationsverfahren:

Unter Verwendung des Extruders treten keine Verblockungen auf. Die Schnecke der Apparatur fördert auch Material mit hoher Viskosität ohne Totvolumen. Gleichzeitig ist ein Extruder relativ einfach zu reinigen gegenüber Rohrsystemen. Kontinuierliche Vergleichsbeispiele wie die Kristallisation im Rohreaktor / Rohrkristaller führen in der Regel zu Verblockungen. Um solche zu umgehen benötigt man in der Regel Strömungsgeschwindigkeiten größer 2 m/h. Bei diesen hohen Strömungsgeschwindigkeiten findet allerdings keine ausreichende Kristallisation statt. Eine kontinuierliche Rührkesselkaskade bietet zwar längere Abkühlzeiten, also längere Kristallisationszeiten, aber damit auch nicht den Vorteil des Extruders. Eine hohe Feststoffbeladung ist bei konventionellen Rührkesseln meist mit Ablagerungen an Wand und Rührer verbunden.

Durch die kontinuierliche Fahrweise können die Abmessungen der Prozesseinheiten deutlich gesenkt werden. Das bedeutet, dass das Gewicht und die Oberfläche um bis zu Faktor 5 gesenkt wird - im Vergleich zu durchsatzgleichen Batchprozessen. Einhergehend mit der Reduzierung von Gewicht und Oberfläche können Energieverluste reduziert werden.
Analog zu Beispiel 1 werden die folgenden Verbindungen im Extruder durch Kristallisation isoliert:
Kristallisation:

Ausbeute ≥96 %;
Reinheit ≥99,9 % (GC)

Vergleichsbeispiel 1. Konventionelle Aufreinigung im Batchbetrieb
Bei der Reinigung durch Kristallisation und Absaugen des Kristalle, Waschen mit tiefgekühltem Ethanol/Heptan und Trocknen erhält man eine Gesamtausbeute von 88% (Gehalt 99 %). Das Verfahren benötigt in etwa die vierfache Menge an Lösemitteln für die Kristallisation und Isolierung verglichen mit Beispiel 1.
Beispiel 2: Kontinuierliche Trocknung
In den vorliegenden Beispielen wird als Produkt des Verfahrens eine Difluorbenzolverbindung der Formel 2
durch Addition eines lithiierten Difluorbenzolderivats an 4-Propylcyclohexanonphenol hergestellt und nach üblicher Aufarbeitung und Vorreinigung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in reiner Form aus Ethanol/Heptan in einer kontinuierlichen Weise kristallisiert, isoliert und getrocknet.

Für die Trocknung wird der Extruder kontinuierlich mit lösemittelfeuchtem Kristallbrei des Produktes 2 (ca. 5 Gew% Restfeuchte), mit einem Durchsatz von ca. 0,3 kg/h beaufschlagt. Das Material wird zuvor über eine Feststoffdosierung eingetragen und anschließend in den Barrels auf ca. 130°C bis 140°C erhitzt. Das Lösemittel wird über einen Dom und Stickstoff im Gegenstrom und unter Ansetzten von leichtem Vakuum (ca. 50 mbar Unterdruck) verdampft und abgezogen. Der getrocknete Feststoff (99,9% GC) wird als Schmelze ausgeführt, über das Kühlband schmelzverfestigt und das Material in Form von Pastillen abgefüllt (siehe Tabelle 3). Tabelle 1. Versuchsergebnisse der Trocknung mit dem Extruder

	Durchsatz g/h	Tinnen [°C]	Drehzahl [rpm]	Gegenstrom N₂ [l/min]	Gehalt GC (Produkt)	Gehalt GC (Lösemittel)
Rohprodukt					95,49	4,36
Trocknung 1	200	130	50	6	99,92	0,00
Trocknung 2	160	140	50	12	99,92	0,00
Trocknung 3	300	140	50	16	99,92	0,00

Die mittlere Verweilzeit des Produktes der Verfahren liegt bei ca. 10 s bzw. 90 s für die entsprechende Drehzahlen von 300 rpm bzw. 40 rpm. Die entstandenen Schmelze wird bei -10 °C zu Pastillen verfestigt.
Nach Kristallisation, Filtration des Feststoffes, Destillation und Trocknung im kontinuierlichen Verfahren erhält man das Produkt in ≥ 90 Ausbeute mit einer Reinheit von ≥ 99,9 % (GC).
Ausbeute ≥ 95 %, Reinheit >99,9 % (GC).
Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Extrudertechnologie bieten die kurzen Verweilzeiten (produktschonend), schmale Verweilzeitverteilungen und die einfache Reinigung des Extruders, indem beheiztes Lösemittel durchgeleitet wird. Damit ist ein uneingeschränkter, häufiger und flexibler Produktwechsel möglich.
Analog zu Beispiel 2 werden die folgenden Verbindungen im Extruder durch Trocknung isoliert:
Kristallisation:

Ausbeute ≥96 %;
Reinheit ≥99,9 % (GC)

Vergleichsbeispiele

Als Vergleich werden in der Tabelle 4 die Verfahrensvarianten Wirbelschichttrocknung und Dünnschichttrocknung wiedergegeben. Tabelle 4. Vergleich der Trocknungsmethoden

	Vorteile	Nachteile
Extruder	→ sehr kurze Verweilzeiten
	→ enge Verweilzeitverteilungen (siehe )
	→ Einfache Reinigbarkeit
Wirbelschichttrocknung	→ große Oberflächen	→ Partikelabrieb
		→ Erosion des des Reaktormaterials
		→ schlechte Reinigbarkeit
Dünnschichttrocknung	→ relativ kurze Verweilzeiten	→ schlechte Reinigbarkeit

Beispiel 3: Schmelzverfestigung
Für die Schmelzverfestigung wird wahlweise direkt der Extruder oder das Kühlförderband oder beides zusammen verwendet. Die Auswahl ist in erster Linie von den Produkteigenschaften bzw. von dem jeweiligen Prozessschritt abhängig.
In den vorliegenden Beispielen wird als Produkt des Verfahrens eine Verbindung der Formel 3
mit der letzten Verfahrens-Stufe kristallisiert und getrocknet.
Das Material kann herkömmlich nur eingeschränkt durch Kristallisation aufgereinigt werden und wird deshalb destillativ über einen Kurzwegverdampfer aufgereinigt. Dabei wird das Material am Ausgang der Destillation bei ca. 120°C ausgetragen und über einen beheizten Düsenkopf mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von ca. 2 kg/h auf das auf ca. -20°C gekühlte Kühlband aufgetropft und schmelzverfestigt. Das Material wird schließlich in Form von Pastillen abgefüllt.
Die Schmelzverfestigung kann auch direkt im Extruder erfolgen. Dabei wird heiße Schmelze in den durch die Barrels gekühlten Extruder eingetragen, verfestigt und wahlweise - ja nach Kristallisationseigenschaften und Phasenübergänge des Materials - als Pulver, Kristalle oder über einen schneidbaren wurstförmigen Strang als Pellets ausgetragen.
Durch die direkte Schmelzverfestigung im Extruder, bzw. je nach Materialbeschaffenheit, auch ein Austrag als Kristalle oder Pulver, wird das Material in portionierbarer Form und somit in einer leicht weiter verarbeitbaren Form erzeugt. Die erstarrte Schmelze kann am Austrag des Extruders mittels eines Schneidwerkzeugs optional in gut handhabbare und staubarme Pellets umgewandelt werden. Ein Erstarren am Block und eine nachfolgende Zerkleinerung wird somit vermieden und ein weiterer aufwendiger Prozessschritt eingespart.
Analog zu Beispiel 3 werden die folgenden Verbindungen aufgereinigt, isoliert und schmelzverfestigt:
Kristallisation:

Ausbeute ≥96 %;
Reinheit ≥99,9 % (GC)
Ausbeute ≥96 %;
Reinheit ≥99,9 % (GC)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19617351 A1 [0003]
EP 2760658 A1 [0003]
DE 2449787 [0003]

Claims

Verfahren zur Isolierung eines organisch-chemischen Produktes als Feststoff mittels eines temperierten Extruders, wobei der Extruder mit einem Vorprodukt, das das organisch-chemische Produkt enthält, beschickt wird, und wobei das Vorprodukt ein flüssiges Medium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das organisch-chemische Produkt eine cycloaliphatische oder aromatische organische Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder gekühlt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff des organisch-chemischen Produktes in dem Extruder aus dem flüssigen Medium auskristallisiert.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das flüssige Medium mindestens ein organisches Lösemittel enthält.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Feststoff ein kristalliner Feststoff ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Extruder das Produkt auf eine Temperatur von -15 °C oder tiefer kühlt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder beheizt wird und einen Dom oder mehrere Dome umfasst.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei das flüssige Medium eine Schmelze des organischen Produktes ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Extruder durch eine unmittelbar vorangehende Destillation des Vorproduktes gespeist wird, die hochsiedende Anteile abtrennt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organisch-chemische Produkt, optional nachdem es als Feststoff kristallisiert ist und vorzugsweise in einer eigenen Zone, im Extruder von Lösemittel durch Verdampfen des Lösemittels befreit wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organisch-chemische Produkt im Extruder von flüchtigen Stoffen befreit wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Feststoff der organischen Verbindung nach dem Austreten aus Extruder, vorzugsweise durch ein Schneidwerk, pelletiert oder granuliert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Feststoff der organischen Verbindung nach dem Austreten aus Extruder über ein Band geführt und dabei getrocknet oder durch Abkühlen verfestigt wird.
Extruder umfassend eine Zuführung für flüssiges Medium oder Suspensionen, einer Vorrichtung für die Beheizung, eines oder mehrerer Dome zum Anlegen von Vakuum und einer Zuleitung für Inertgas in den Bereich wenigstens eines Doms.