DE3239244A1

DE3239244A1 - Verfahren und vorrichtung zum mehrstufigen umkristallisieren

Info

Publication number: DE3239244A1
Application number: DE19823239244
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki Kanagawa Oka
Original assignee: Kohjin Holdings Co Ltd; Kohjin Co
Current assignee: Kohjin Holdings Co Ltd; Kohjin Co
Priority date: 1981-08-18
Filing date: 1982-10-23
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPS5830303A; GB2128496B; GB2128496A; CH657998A5; US4544391A; JPS631881B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung einer Substanz durch Umkristallisieren und insbesondere ein g Verfahren zur Abtrennung einer gewünschten Substanz aus einem festen Gemisch durch wiederholtes Umkristallisieren, sowie eine Vorrichtung, die zur Anwendung bei der Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

,Q Die Abtrennung und Reinigung einer Substanz durch Kristallisieren werden in der chemischen Industrie weit verbreitet durchgeführt. Insbesondere stellt die Kristallisation eine v/irksame Abtrennungsmöglichkeit für eine Substanz dar, auf die Abtrennmöglichkeiten unter Anwen-

,g dung eines Dampf-JTüssigkeits-Gleichgewichts, wie die Destillation, aufgrund eines niedrigen Dampfdruckes kaum anzuwenden ist. Jedoch gibt es häufig JTälle, in denen keine ausreichende Abtrennung bei einmalier Durchführung der Kristallisation erfolgt. In derartigen Fällen wird gewöhnlich eine Methode unter wiederholtem Umkristallisieren in Laboratorien angewendet, um eine gewünschte Substanz mit der gewünschten Reinheit zu erzielen, jedoch kann diese Methode nur schwierig aufgrund der geringen Trennausbeute industriell angewendet werden.

Die Ausbeute kann verbessert werden durch Anwenden eines Filtrats, das beim Umkristallisieren einer Substanz mit höherer Reinheit erzielt wird, als Kristallisationslösungsmittel für die Substanz mit niedrigerer Reinheit in einer vorhergehenden Stufe, und es wird ein mehrstufiges Trenn-, und Kristallisationsverfahren, basierend auf dieser Idee, dargelegt. Das Prinzip der mehrstufigen Trennungs- und Kristallisationsmethode ist bekannt und kann durch das folgende Diagramm dargestellt werden:

	L	1	—5—	2	^C2 ^	3
Z					♦I
M ■**			+ L

	^Cn-2	n-l	. ^Gn-1 .	η	L
η-2	*^Mn-1 ^L**	M_n . _h

1 bis η: Anzahl der Umkristallisationsstufen Z : Rohmaterial

C : Kristalle

M : gelöster Stoff im Umkristallisationsfiltrat L : Lösungsmittel

Bei diesem Verfahren werden jedoch feste und flüssige Phasen gehandhabt, wodurch das Verfahren kompliziert wird und eine industrielle Anwendung der Methode verhindert wird.

Als ein Verfahren, bei dem eine Trennung von festen und flüssigen Phasen nicht erforderlich ist, wird eine mehr-■ stufige Trennungs- und Kristallisationsmethode empfohlen, • bei der Kristalle an der Wand einer Kristallisationskolonne bzw. eines Kristallisationsturms als einem Kri- ! stallisator abgeschieden werden und die Mutterlauge der Kristallisation als Lösungsmittel für die Kristallisa- ; tion in einem anderen Kristallisator einer früheren Stu- ^: fe verwendet wird, wie in der JA-AS Nr. 41637/1978 j (Tokkyo Kokoku) beschrieben. Jedoch weist dieses Verfahren den Nachteil auf, daß seine Wirksamkeit garing ist und ;die Arbeitsweise kompliziert ist aufgrund des ausschliess-'liehen Ansatzsystems unter Anwendung eines einzigen Kristallisators in jeder Stufe.

Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Abtrennung einer gewünschten Substanz in hohen Ausbeuten durch mehrstufige Umkristallisation bereitzustellen, das wirksam bei einfacher Verfahrensführung durchgeführt werden kann.

-ει Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Abtrennung oder -Reinigung durch Umkristallisieren, das kontinuierlich und wiederholt in einem einzigen Kristallisat-or durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Kristallisators, der eine einfache Bauweise aufweist und geeignet ist zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise.

Diese und andere Ziele und Gegenstände der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abtrennung einer Substanz aus einem Gemisch fester Substanzen bereitgestellt, bei dem intermittierend und im Gegenstrom ein Eohmaterial in der Form eines Gemischs von festen Substanzen von einem Endabschnitt einer Bodenkolonne bzw. eines Bödenturms und ein Lösungsmittel vom anderen Endabschnitt der Bodenkolonne bzw. des Bödenturms beschickt wird, wobei die Bodenkolonne in Kammern durch Trennböden zur Abtrennung einer Ausfällung und einer Flüssigkeit aufgeteilt ist, und das mehrstufige Umkristallisieren in zeitlich programmierter Weise, bezogen auf das intermittierende Beschicken in einen Zyklus durchgeführt wird, der aus dem Erwärmen des Lösungsmittels in Jeder Kammer zur Auflösung der festen Substanzen, der Überführung der resultierenden Lösung in jeder Kammer in die benachbarte nächste Kammer, dem Kühlen der Lösung zur Ausfällung einer gewünschten Substanz und Überführen der resultierenden Mutterlauge in jeder Kammer in die benachbarte vorhergehende Kammer, und der Entnahme der gewünschten Substanz mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Lösungsmittelbeschikkungsseite liegt und der ungewünschten Substanzen mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Rohmaterialbeschickungsseite liegt, besteht.

Durch die Erfindung wird- auch eine Vorrichtung zum mehrstufigen Umkristallisieren bereitgestellt, die eine Kolonne bzw. einen Turm mit einer Beschickungsöffnung zum Beschicken von Rohmaterial, das erste und zweite Bestandteile enthält, und einer Entnahmeöffnung zum Abführen einer Lauge, die den zweiten Bestandteil enthält, am Endabschnitt,einer Beschickungsöffnung zum Beschicken eines Lösungsmittels undelner Entnahmeöffnung zum Abführen einer Lauge, die den ersten Bestandteil enthält, am anderen Endabschnitt, mehreren porösen Trennböden, die geeignet sind, Flüssigkeit hindurchzulassen, jedoch nicht geeignet sind, Kristalle hindurchzulassen, wobei die porö* sen Trennböden vorgesehen sind, um die Kolonne bzw. den Turm in Kammern aufzuteilen, die in Reihe bzw. Serie angeordnet sind, und. Einrichtungen zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts in dem Turm, umfaßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß eine bestimmte Substanz in einfacher Verfahrensweise und mit hoher Trennwirksamkeit und bei guter Durchführbarkeit isoliert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch ausgezeichnet als Trennverfahren unter Anwendung des Löslichkeitsgleichgewichts, das einer Bektifizierverfahrensweise entspricht, unter Ausnutzung des Gas-Flüssigkeits-Gleichgewichts, da optimale Arbeitsbedingungen durch geeignete Auswahl der Beschickungsmenge eines Lösungsmittels und der Anzahl der Stufen gewählt werden können. Auch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache Struktur auf, läßt sich einfach bedienen und ist kostengünstig, der Arbeitsgang läßt sich gut aufrechterhalten und dementsprechend ist die Vorrichtung sehr wertvoll für die industrielle Anwendung.

Die beigefügte Figur stellt eine schematische Ansicht dar, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mehr*- stufen-Umkristallisations-Vorrichtung zeigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt unter Anwendung einer Bodenkolonne mit Heiz- und Kühleinrichtungen' die durch Trennböden bzw. Trennplatten zur Abtrennung eines Feststoffs und einer Flüssigkeit in Kammern unterteilt 1st. Ein festes Rohmaterial, bei dem es sich um eine Substanz handelt, die Verunreinigungen enthält, oder um ein Gemisch einer Substanz, die isoliert werden soll und einer Substanz, die entfernt werden soll, wird intermittierend vom oberen Endabschnitt der Bodenkolonne

IQ eingespeist und ein Lösungsmittel wird intermittierend vom unteren Endabschnitt der Bodenkolonne eingeführt. Die Auflösung der Feststoffe durch Erwärmen und das Kristallisieren durch Kühlen werden entsprechend dem Zyklus der intermittierenden Bespeisung des Rohmaterials und des Lösungsmittels wiederholt, wodurch im Gegenstrom wiederholt umkristallisiert wird, während die resultierende Mutterlauge in Jeder Kammer erneut durch Überführen in die benachbarte obere Kammer verwendet wird. Eine gewünschte Substanz, die gewonnen werden soll, wird mit dem Lösungsmittel als eine Lösungsmittel-Lösung vom unteren Endabschnitt der Bodenkolonne entnommen und eine unerwünschte Substanz, die mit dem Lösungsmittel als Lösungsmittel-Lösung entfernt werden soll, wird vom oberen Endabschnitt der Bodenkolonne entnommen. Die Trennboden bestehen aus einem porösen Material. Zum Zeitpunkt des Erwärmens können die Platten die resultierende Lösung der festen Substanzen hindurchlassen und zum Kühlungszeitpunkt können die Platten bewirken, daß die Mutterlauge durchtreten kann, jedoch nicht die resultierenden Kristal-Ie. Die Bodenkolonne ist mit Heiz- und Kühleinrichtungen versehen. Es können in den jeweiligen Kammern mehrere Heiz- und Kühleinrichtungen vorgesehen sein, oder kann eine einzige Heiz- und Kühleinrichtung vorliegen, z. B. ein Mantel, durch den ein Heizmedium zum Zeitpunkt des Erwärmens geführt wird und ein Kühlmedium zum Zeitpunkt des Kühlens geführt wird, kann für die Bodenkolonne vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Mehrstufenkristallisiervorrichtung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Ein Kristallisator aus zehn Stufen wird als eine erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulicht, jedoch läßt sich die folgende Erläuterung auch auf Kristallisatoren mit "beliebiger Stufenanzahl anwenden. Das Verfahren wird für den Betrieb unter normalen Bedingungen erläutert, derart, daß sich die Zusammensetzung in dem Turm in einenr stetigen Zustand befindet.

Venn die Lösung in eine mehrstufige Umkristallisations-Kolonne 1 eingefüllt wird, wird ein festes Roh- bzw. Ausgangsmaterial in die oberste Kammer von einer Beschickungsöffnung 2 für die Beschickung des Rohmaterials in einer derartigen Menge eingeführt, die das Lösungsmittel in der oberen Kammer auflösen kann. Ein Heizmedium wird anschlies* send durch den Wärmeaustauscher 3 zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts des Turms geleitet, um die Feststoffe zu erwärmen und aufzulösen. Die resultierende Lösung in der Kammer jeder Stufe wird kaum mit der Lösung der benachbarten Kammern vermischt, da die Kammern durch Trenneinrichtungen 4- zur Trennung von Feststoff und Flüssigkeit unterteilt sind ,z.B. durch ein Filtermedium wie Filtertuch. Wenn die Feststoffe in dem Lösungsmittel gelöst sind, wird die Lösung in jeder Kammer in Abwärtsrichtung in die nächst-niedrigere Kammer überführt, während die Lösung in der Bodenkammer in einen abschließenden Kristallisationsbehälter 5 aus der Entleerungsöffnung zur Entnahme der Lösung, in der eine gewünschte Komponente isoliert oder gereinigt wird durch wiederholtes Umkristallisieren, gelöst ist.

Anschließend wird ein Kühlmedium durch den Wärmeaustauscher 3 geführt, um die Kristalle auszufällen und zu kühlen. Die in den abschließenden Kristallisationsbehälter 5 überführte Lösung wird ebenfalls zur Bildung von Kristallen als Endprodukt gekühlt. Es ist nicht nötig, die

"-ΙΟΙ Durchführung der abschließenden Kristallisation im Behälter 5 mit dem Auflösungs- und Kristallisationszyklus in der Kolonne abzustimmen. Die aus der Kolonne übermittelte Lösung kann in dem Behälter 5 angesammelt und zur Kristallisation in einem Klumpen unterzogen werden. Das Endprodukt wird von der Mutterlauge durch einen Separator abgetrennt und entnommen. Die abgetrennte Mutterlauge wird in einem abschließenden Mutterlaugenbehälter 7 gelagert.

Nach dem Kristallisieren durch Kühlen werden eine Mutterlaugenmenge, die für eine Kammer ausreicht und eine geeignete Menge frisches Lösungsmittel von dem abschließenden Mutterlaugenbehälter 7 und einem Behälter für frisches Lösungsmittel 8 zu der Bodenkammer durch eine Beschickungsöffnung zur Beschickung von Lösungsmittel, die sich im unteren Endabschnitt der Kolonne 1 befindet, beschickt. Durch das Beschicken der Mutterlauge, d. h. von gebrauchtem Lösungsmittel und frischem Lösungsmittel, wird die Mutterlauge in der Kolonne 1 nach Aufwärts in entsprechender Menge zur beschickten Flüssigkeit geführt, nämlich in einer Menge, die dem Gesamtvolumen einer Kammer und dem zusätzlichen frischen Lösungsmittel entspricht, während die Kristalle, die in jeder Kammer abgeschieden sind, aufgrund der Anwesenheit der Trenneinrichtungen 4· für Peststoffe und Flüssigkeiten, darin verbleiben. Außerdem strömt die Mutterlauge in der obersten Kammer durch eine Entnahmeöffnung 9 in einer Menge entsprechend dem zusätzlichen frischen Lösungsmittel über. Die überströmende Lauge enthält eine Substanz, die' aus dem Rohmaterial entfernt werden soll.

Der Trennbetrieb eines Zyklus wird auf diese Weise erzielt. Die Trennung wird durch Wiederholen des vorstehenden Arbeitsgangs fortgeführt. Das in die oberste Kammer beschickte fiohmaterial wird nacheinander von einer oberen in die benachbarte nächst-niedrigere Kammer und schließlich in die Bodenkammer überführt, wobei das

Umkristallisieren wiederholt wird, wodurch die gewünschte Komponente abgeschieden wird.

Ein Rührer 10 ist nicht notwendig, wird (jedoch bevorzugt in der Kolonne 1 vorgesehen, um die Wirksamkeit des Wärmeaustauschs beim Erwärmen und Kühlen zum Zeitpunkt der Auflösung und der Kristallisation zu erhöhen.

Das beschickte Lösungsmittel kann frisches Lösungsmittel allein oder ein Gemisch des gebrauchten Lösungsmittels und eines frischen Lösungsmittels sein. Vorzugsweise wird das Lösungsmittel in einer Menge beschickt, die größer ist als das Volumen einer Kammer, derart, daß die Lösung, die ungewünschte Substanzen enthält, die entfernt werden sollen, aus dem oberen Anteil der Kolonne entnommen wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf einem sehr breiten Bereich von Gebieten anwendbar, z. B. bei der Reinigung verschiedener chemischer Substanzen und bei der Spaltung optisch aktiver Diastereomerer durch Kristallisieren.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

In einen achtstufigen Kristallisatoi? in dem das Volumen einer Kammer jeder Stufe 100 ml beträgt, wurden 15 g/ Zyklus chemisch hergestelltes rohes Guanin (Reinheit 97 %, Veißgrad 70) als Rohmaterial und 100 ml/Zyklus einer 20 Gew.-% wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid als Lösungsmittel vom oberen Ende bzw. vom Boden des Kristallisators .her eingeführt. Nach dem Auflösen von Guanin in dem Lösungsmittel bei 70 ⁰C wurde die resultierende Lösung in dem Kristallisator um 100 ml nach abwärts geführt. Zum gleichen Zeitpunkt wurde die Lösung in der achten Bodenkammer in einen Behälter überführt. Die Lösung in dem Kristallisator und dem Behälter wurde

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anschließend "bei 15 ⁰C gekühlt, um Guanin auszufällen und die Mutterlauge in dem Kristallisator wurde nach aufwärts durch Beschicken von 100 ml der wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid vom Bqden des Kristallisators her bewegt.

Das Natriummetallsalz von Guanin, das in dem Behälter ausfiel, wurde entnommen und mit einer Säure neutralisiert unter Bildung von gereinigtem Guanin mit einer Heinheit von nicht weniger als 99,5 % und einem Veißgrad von nicht weniger als 90. Die Ausbeute betrug 9^ %·

Das vorstehende Beispiel kann mit anderen Elementen und Bestandteilen, wie in der Beschreibung erläutert, durchgeführt werden.

Claims

Pat entansprüche

1./ Verfahren zur Abtrennung einer Substanz aus einem Gemisch von festen Substanzen durch intermittierendes Beschicken eines Rohmaterials im Gegenstrom in Form eines Gemischs fester Substanzen von einem Endabschnitt einer Bödenkolonne und eines Lösungsmittels vom anderen Endabschnitt der Bodenkolonne, wobei die Bodenkolonne durch Trennböden zur Trennung einer Ausfällung und einer Flüssigkeit in Kammern aufgeteilt ist , wobei man eine mehrstufige Umkristallisation in zeitlich regulierter Weise , bezogen auf die intermittierende Beschickung, in einen Zyklus durchführt, der aus dem Erwärmen des Lösungsmittels in Jeder Kammer zur Auflösung der festen Substanzen, der Überführung der resultierenden Lösung in jeder Kammer zu der benachbarten nächsten Kammer', dem Kühlen der Lösung, zur Ausfällung einer gewünschten Substanz und

Überführen der resultierenden Mutterlauge in jeder Kammer in die benachbarte vorhergehende Kammer und der Entnahme der gewünschten Substanz mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Lösungsmittelbeschikkungsseite liegt, und der unerwünschten Substanzen mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Beschikkungsseite des Rohmaterials liegt, besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel ein frisches Lösungsmittel beschickt.

35. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

man als Lösungsmittel ein Gemisch eines frischen 2g Lösungsmittels und des gebrauchten Lösungsmittels beschickt, das man aus der Kammer, die an der Lösungs-r mittelbeschickungsseite liegt, entnimmt und gewinnt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^man eine Lösungsmittelmenge beschickt, die größer ist als die Menge des entnommenen Lösungsmittels.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die mehrstufige Umkristallisation durchführt durch wiederholtes Umkristallisieren in einem Zyklus, der darin besteht, das !Rohmaterial von dem oberen Teil der Kolonne in einer derartigen Menge zu beschicken, daß es in dem Lösungsmittel in der obersten Kammer gelöst wird, den Feststoff in jeder Kammer in dem Losungsmittel durch Erwärmen zu lösen, die resultierende

Lösung um eine Kammer abwärts zu führen, • während die Lösung in der Bodenkammer zu einem abschließenden Krxstallxsationsbehälter geführt wird, das Innere der Kolonne zur Ausfällung von Kristallen zu kühlen und im gekühlten Zustand vom Bodenabschnitt der Kolonne 'ein frisches Lösungsmittel in willkürlicher Menge und die Mutterlauge, die man aus dem abschließenden Kristallisationsbehälter durch Kühlen der

Lösung darin und Abtrennen von den resultierenden Kristallen als ein Endprodukt erhält, in einer Menge entsprechend dem Volumen einer Kammer, zu beschicken, wodurch die Mutterlauge in jeder Kammer in Aufwärtsrichtung übertragen wird, ohne die Kristalle zu übertragen, während die Mutterlauge in der obersten Kammer, die zu entfernende Substanzen enthält, vom obersten Teil der Kolonne in einer Menge entsprechend dem zugesetzten frischen Lösungsmittel, überströmt*

6. Vorrichtung zur mehrstufigen Umkristallisation, mit einer Kolonne bzw. einem Turm mit einer Beschickungsöffnung zur Beschickung eines Rohmaterials, das erste und zweite Bestandteile enthält> und einer Entnahmeöffnung, zum Abführen einer Lauge, die die zweite Komponente enthält, an einem Endabschnitt, einer Beschikkungsöffnung zur Beschickung eines Lösungsmittels und einer Entnahmeöffnung zur Abfuhr einer Lauge, die die erste Komponente enthält, am anderen Endabschnitt, mehreren porösen Trennböden, die geeignet sind, eine Flüssigkeit durchzulassen, nicht jedoch Kristalle durchzulassen, wobei die porösen Trennböden vorgesehen sind, um die Kolonne bzw. den Turm in in Reihe angeordnete Kammern aufzuteilen, sowie Einrichtungen zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts der Kolonne bzw. des Turms.