JP2003516846A - 液相から固体を分離するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、第一の液相から固体を分離するための方法及び装置であって、これによって第一の液相中の固体を第二の液相と接触させ、この固体を前記第二の液相に転移させる、前記方法及び装置に関する。この固体は向流で洗浄し、この洗浄プロセスの間に、少なくとも部分置換洗浄が起きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、液相から固体を分離するための方法及び装置に関する。

【０００２】 液相から固体を分離することは、産業では頻繁に実施しなければならない作業
である。たとえば、塩基性母液からの水酸化アルミニウム結晶の分離がある。こ
の分離では、多量の希釈洗浄液を得ることなく、できる限り完全に液相から固体
を遊離させることが重要である。

【０００３】 この液相を実際上完全に(＞99%)固体から分離しなければならない場合には、
特に分離問題が発生する。この液相は分離しなければならない非揮発性成分を含
んでいることが多い。この場合、固体を乾燥させても分離問題を解決することに
はならない。むしろ希釈洗浄液を得ないで固体を洗浄しなければならない。こで
は高沸点溶媒中の数種の高性能ポリマーの分離の場合である。本発明の方法は、
続いて中和すべき、塩または酸若しくは塩基の形成を伴う高沸点溶媒中で製造し
たポリマーに特に関連する。かかる方法の例としては、ジアミン及び二酸クロリ
ドからのポリアラミド類の製造、ジフェノール若しくはジフェノキシドとホスゲ
ンからのポリカーボネート類の製造、ジフェノキシド及びジハロゲン化芳香族炭
化水素からのポリスルホン類、ポリエーテルスルホン類若しくはポリエーテルケ
トン類の製造、またはジアリールジクロロシランとジフェノキシドからのポリア
リーレンシロキサン類の製造が挙げられる。特に、高性能ポリマー類なる用語に
は、ポリアリーレンスルフィドが含まれる。

【０００４】 ポリ(p-フェニレン)スルフィド(PPS)の製造においては、ポリマーを高沸点N-
メチルピロリドン(NMP)と、溶解しなかった副生成物と溶解した副生成物とから
遊離させなければならない。このポリマー中の残存溶媒(NMP)の割合は100ppm未
満でなければならない。希薄NMP-含有洗浄液が生成すると、蒸留するのに高い費
用が発生するので、この洗液が生成しないようにしなければならない。

【０００５】 従来技術によれば、分離は濾過、続いてフィルターケーキの洗浄によって実施
することができる。しかしながら、固体から液相を実質的に完全に除去するには
かなりの量の洗浄液が必要であり、少なからぬコストになってしまう。

【０００６】 好適には高温で、固体/液体混合物から溶媒を蒸発させることも公知である。
これではNMPなどの高沸点溶媒の場合には、時間も費用もかかってしまう。さら
に、非揮発性不純物がPPS固体中に残存し、さらなるプロセス段階でこれを除去
しなければならなくなってしまう。

【０００７】 経済的観点から、連続して操作する分離装置での上記のような分離作業の実施
に関心がもたれている。 本発明の目的は、大量の希釈洗浄液を得ることなく、固体から実質的に完全に
液相を分離する、固体/液体混合物から固体を分離するための方法及び装置を提
供することである。

【０００８】 本発明の目的は、第一の液相中の固体を向流で第二の液相と接触させ、この固
体を前記第二の液相に転移させることによって達成される。 本発明の方法は、少なくとも一つの固体/液体入口(1)、少なくとも一つの固体
/液体出口(4)、少なくとも一つの液体入口(3)及び少なくとも一つの液体出口(2)
をもつ装置中で、向流で前記第一の液相中の固体を第二の液相と接触させること
によって実施する(図１及び図３参照)。

【０００９】 前記第一の液相中の固体は固体/液体入口(1)に供給する。この第二の液相は液
体入口(3)に供給する。固体は固体/液体出口(4)を通って第二の液相中に殆ど完
全に排出される。第一の液相は殆ど完全に液体出口(2)を通して排出される。

【００１０】 本発明の方法では、ほんの少量の第一の液相しか、固体/液体出口(4)を通して
第二の液相中の固体と一緒に排出されない。出口(4)を通って排出される固体/液
体混合物中の、第二の液相をベースとする第一の液相の割合は、50重量%未満、
好ましくは10重量%未満、特に好ましくは１重量%未満である。

【００１１】 本発明の方法では、第一の液相は第二の液相で大きくは希釈されない。出口(2
)を通って排出される液体中の、第一の液相をベースとした第二の液相の割合は
、80重量%未満、好ましくは50重量%未満、特に好ましくは30重量%未満である。

【００１２】 一般的に、本発明の方法では、出口(2)を通って排出される液体中にはほんの
少量の固体しか運ばれない。固体のこの割合は、固体/液体入口(1)を通って導入
される固体をベースとして、好ましくは30重量%未満、特に好ましくは10重量%未
満である。

【００１３】 本発明の方法では、固体は重力下での沈降によって装置内を移動する。本発明
の好ましい態様では、固体/液体混合物の固体は装置内で少なくとも一回沈降し
、沈降した固体は第二の液相中で向流で洗浄される。

【００１４】 本発明の方法では、第一の液相は好ましくは有機溶媒であり、第二の液相は好
ましくは水である。使用した有機溶媒としては、たとえば極性非プロトン性溶媒
、好ましくはNMPがある。

【００１５】 本発明の方法では、第一の液相と第二の液相とが混和性であるのが好ましい。 前記固体は一種以上の構成要素からなることができる。前記固体の主構成要素
は、好ましくはポリアリーレンスルフィドなどのポリマーであり、非常に好まし
くはPPSである。

【００１６】 前記構成要素が第一の液相及び第二の液相中で異なる溶解性を持つ場合には、
本発明の方法は、固体混合物を分離することもできる。 前記第一の液相にも前記第二の液相にも溶解しない固体の主構成要素が好まし
い。分離すべき前記固体または前記固相の第二の構成要素は、前記第二の液相中
で高い溶解性をもつのが好ましい。

【００１７】 特に好ましい態様では、分離すべき且つ精製すべきポリマー、たとえばPPSは
、本発明のプロセス条件下で前記第一及び第二の液相中に不溶性であり、同時に
除去すべき不純物、たとえば塩と高沸点溶媒は前記第二の液相に溶解する。

【００１８】 本発明の方法の特に都合の良い点は、高温及び過圧下で連続的に固体除去の機
会を提供するということである。 本発明の方法では、前記固体の密度は第一の液相の密度とも第二の液相の密度
とも異なる。

【００１９】 本発明の目的は、本発明のプロセスの装置が、少なくとも一つの上部区分、少
なくとも一つの底部区分及び、ｎ個の沈降トレーをもつ少なくとも一つの中間区
分を含むプロセスによって達成される。

【００２０】 本発明の第一の好ましい態様は、沈殿物出口をもつ少なくとも一つの沈降漏斗
、少なくとも一つの流動領域及び少なくとも一つの上清液体出口を含む、少なく
とも一つの沈降トレー(ST)をもつ装置を使用するプロセスである。

【００２１】 この固体を、前記沈降漏斗のそれぞれの沈降トレーで沈降させ、流動領域で洗
浄する。これをｎ個の段階で連続して繰り返す。この沈降トレーは、固体/液体
出口を表す底部出口に漏斗様構造及び端部をもつ。上部区分は、最上部の沈降ト
レーにつながる固体/液体混合物用の入口をもつ。この上部区分は、最上部の沈
降トレーからの上清液体を排出するための出口ももつ。

【００２２】 本発明のプロセスの装置は、固体と一緒に運ばれる第一の液相の割合が沈降ト
レーの数が増加するに連れて減少するように、混合物から固体を分離することが
できる。

【００２３】 前記沈降トレーは、相互に他方の上に配置する。一つの沈降トレーの上清液体
出口は、その上の次の沈降トレーの流動領域に接続される。沈降トレーの上清液
体は、前記第一の液相と前記第二の液相との混合物を含む。流動領域では、上清
液体は、正確に画定された幾何学的配置で沈降する固体内を通過し、固体の少な
くとも部分置換がおきる。このようにして、一つの沈降トレーの上清液体をその
上の沈降トレー用の洗浄液として使用する。新しい洗浄液体を、純粋な第二の液
相の形で液体入口(3)を通して最下部の沈降トレーの流動領域に供給する。上部
から下方へ本発明のプロセスの装置を通って固体が通過するに連れて、洗浄液体
は底部から上方へ流動する。この向流原理によって、固体からの第一の液相の分
離が特に効果的に実施できる。

【００２４】 前記流動領域の幾何学的配置は、前記固体が個々の沈降トレーの上行性洗浄液
体の流れに対して正反対の方向に沈降しないように選択する。洗浄液は別個の上
清液体出口を通って次の高次沈降トレーの流動領域に運ばれるので、次の沈降ト
レーへの固体の通過は、向流で装置内を通過する洗浄液によって妨害されない。
このようにして、沈降がスムーズに妨げられることなく実施され、その結果、低
い沈降速度の固体も分離することができる。

【００２５】 本発明のプロセスの装置の分離効率は、本質的に沈降トレーの数に依存する。
分離効率は、沈降トレーの数によって個々の沈降作業に適合させることができる
。沈降トレー数の増加に連れて、分離効率が増加する。

【００２６】 本発明の好ましい態様は、ｎ個の沈降トレーをもつ装置(ｎは２〜1000である)
である。 本発明の特に好ましい態様は、ｎが３〜200の整数である装置である。

【００２７】 本発明の非常に好ましい態様は、ｎが４〜100の整数である装置である。 本発明の第二の好ましい態様は、中心撹拌シャフトをもつ垂直管を含む装置を
使用するプロセスである。前記撹拌シャフトは少なくとも一つのレベルに腕木撹
拌機を保持する。この腕木撹拌機の水平面には、複数の撹拌ブレードまたは撹拌
アームが配置される。

【００２８】 固体/液体入口を通して入る固体が上部から下方へ本発明のプロセス装置内を
移動する間に、洗浄液体は下部から上方へ流動する。上部から下方へ連続して増
加する第二の液相によって第一の液相を置換することにより、固体と一緒に運ば
れる第一の液相の割合が減少するように、混合物から固体を分離することができ
る。新しい洗浄液体は、純粋な第二の液相の形態で液体入口(3)を通して中間区
分の下端で装置内に供給する。この向流原理の結果として、固体から第一の液相
を非常に効果的に分離できる。

【００２９】 腕木撹拌機の幾何学的配置は、上行性の液相２での流れの形成を大きく抑圧す
るように選択する。特に撹拌ブレードは、垂直管の内壁に殆ど到達するようにす
る。流れが形成すると、本発明のプロセスの洗浄効率が損なわれる。腕木撹拌機
のレベル当たり少なくとも二つの撹拌ブレードまたは撹拌アームが有用であるこ
とが知見された。好ましい態様では、前記腕木撹拌機は、レベル当たり３〜８個
、特に好ましくは４個の撹拌ブレードまたは撹拌アームを保持する。

【００３０】 本発明のプロセスの装置の分離効率は、腕木撹拌機のレベルの数及び間隔に本
質的に依存する。分離効率は、レベルの数によって個々の分離作業に適合するよ
うにできる。レベルの数が増加するにつれて、分離効率が増加する。

【００３１】 操作の間、腕木撹拌機は中速で回転する。回転速度は通常、0.1〜1000rpmであ
り、好ましくは１〜200rpmであり、特に好ましくは５〜50rpmである。 最上部の沈降トレーまたは装置の上部区分にとって、下方の沈降トレーよりも
直径が大きい方が好都合なことが多い。この寸法であると、最上部の沈降トレー
の上清液体出口を形成する出口(2)を通って排出される液体中の固体の割合が減
少する。

【００３２】 好適な固体/液体混合物は、重力下で固体が沈降するような混合物である。固
体含量の上限は、その混合物の流動性によって決定される。この装置は、非常に
少ない割合の固体も分離することができる。

【００３３】 固体の密度は液相の密度とは異なる。液相中の固体の沈降速度は１mm/分を超
えなければならない。固体が沈む速度は、固体と液相との間の密度の差、平均粒
径、粒径分布及び液相の粘度に依存する。本発明のプロセスの装置は、＞１μm
の粒径を持つ固体を分離することができる。粒径を増加させ、密度差を大きくす
ることによって、分離を促進する。

【００３４】 本発明のプロセスの装置の分離効率は、装置の構造を変えたり、操作条件を調
整することによって広範囲なそれぞれの分離作業に適合させることができる。第
一の好ましい態様では、沈降トレーの数ｎ、沈降漏斗の傾斜、沈降物出口及び上
清液体出口の幾何学的配置、並びに流動領域の幾何学的配置も調節することによ
って、装置の構造を変えることができる。第二の好ましい態様では、本装置の構
造は、腕木撹拌機のレベルの数ｎ、レベルの垂直間隔及び撹拌機ブレードまたは
撹拌機アームの形状を調節することによって、変えることができる。

【００３５】 固体/液体混合物の流入速度及び流出速度、第二の液相の流入速度または腕木
撹拌機の回転速度を調節することによって、好都合な操作条件を達成する。 連続して接続されている複数の装置を使用することも可能である。この配置に
よって、所定の生産高に関して分離効率を改善できる。

【００３６】 本発明を図面及び実施例によって詳細に説明する。 図１及び図２の装置は、沈降出口(D)を備えた少なくとも一つの沈降漏斗(A)、
少なくとも一つの流動領域(B)及び少なくとも一つの上清液体出口(C)をもつ。

【００３７】 図１に示されている底部区分(BT)は漏斗様構造をもち、同時に固体/液体出口(
4)を表す底部出口で終端する。上部区分(KT)は固体/液体混合物(1)用の入口をも
つ。上部区分(KT)はさらに、液体出口(2)をもつ。中間区分(MT)はｎ個の沈降ト
レーをもち、液体入口(3)をもつ。

【００３８】 図２に示されている沈降トレー(ST)は、沈降物出口(D)をもつ沈降漏斗(A)、流
動領域(B)及び上清液体出口(C)をもつ。流動領域(B)では、第一の液相と第二の
液相の混合物が固体の堅く締まっていない床を通って次の下の段階の上清液体出
口(C)から流れ、少なくとも部分的置換洗浄を実施する。図２に示されている沈
降漏斗は、内部漏斗セグメント(A1)と外部漏斗セグメント(A2)とを含む。内部漏
斗セグメント(A2)は回転可能な中心シャフト(E)に固定されている。

【００３９】 図３の装置は垂直管(F)と中心撹拌シャフト(G)とをもつ。この撹拌シャフトは
、多数のレベルに相互に他方の上に配置された腕木撹拌機を保持する。それぞれ
のレベルは殆ど壁まで伸張する少なくとも４個の丸い撹拌アームをもつ。

【００４０】 図３に示されている装置の底部区分(BT)は、漏斗様形状をもち、固体/液体出
口(4)を表す底部出口で終端する。上部区分(KT)には液体出口(2)が備えられてい
る。管(F)の上端部には固体/液体混合物(1)用の入口がある。洗浄液体は入口(3)
を経て導入される。

【００４１】

【実施例】

実施例１ 直径120mmの図１に示されている型の実験装置を使用した。この装置は20個の
沈降トレーを備えていた。

【００４２】 N-メチルピロリドン(水５重量%含有)中に懸濁させたポリフェニレンスルフィ
ド25重量%と固体塩化ナトリウム５重量%との混合物を、400g/分で、図１に示さ
れている装置の固体/液体入口(1)に温度65℃で供給した。同時に水を300ml/分で
、液体入口(3)に温度50℃で供給した。水200g中のポリフェニレンスルフィド100
gの懸濁液を300g/分で固体/液体出口(4)で取りだした。取りだした水中のポリフ
ェニレンスルフィド懸濁液は、導入した塩化ナトリウムの0.5重量%未満を含有し
ていた。固体/液体出口(4)で取りだした水性液体相のNMP含有量は１%未満であっ
た。

【００４３】 液体出口(2)では、導入した塩化ナトリウムの99.5%を超えて含有する水とNMP
との混合物を排出した。NMP/水混合物は、65重量%を超えるNMPを含有していた。
液体出口(2)を通るPPS固体の測定可能な排出量は観察されなかった。ポリフェニ
レンスルフィドを単離するために、この混合物を乾燥した。NMP/水混合物を蒸留
し、NMPを回収した。

【００４４】 実施例２ この沈降装置は、直径60mm、長さ600mmで、その撹拌ブレードが殆ど壁まで伸
張する複数の腕木撹拌機を備えた垂直管を含んでいた。垂直撹拌シャフトに沿っ
た撹拌ブレードのレベル間隔は50mmであった。上部区分及び底部区分を備えた沈
降装置を図３に示す。

【００４５】 撹拌機速度を100rpmに設定した。N-メチルピロリドン(５重量%水を含有)に懸
濁させたポリフェニレンスルフィド25重量%と固体塩化ナトリウム５重量%との混
合物を180g/分で、図２に示されている装置の固体/液体入口(1)に温度65℃で供
給した。同時に水を110ml/分で液体入口(3)に温度65℃で供給した。水80g中のポ
リフェニレンスルフィド45gの懸濁液を125g/分で固体/液体出口(4)から取りだし
た。取りだした水中のポリフェニレンスルフィド懸濁液は、導入した塩化ナトリ
ウムの0.2重量%未満を含有していた。固体/液体出口で取りだした水性液体相のN
MP含有量は0.5重量%未満であった。

【００４６】 液体出口(2)では、導入した塩化ナトリウムの99.5%を超えて含有する水とNMP
との混合物を排出した。このNMP/水混合物は65重量%を超えるNMPを含有していた
。液体出口(2)を通る測定可能な量のPPS固体の排出は観察されなかった。ポリフ
ェニレンスルフィドを単離するために、出口(4)で取りだしたPPS/水混合物を乾
燥した。NMP/水混合物を蒸留し、NMPを回収した。

【００４７】 これらの実施例は、高度に希釈洗浄液を得ることなく、沈降装置でNMP中に懸
濁させた塩化ナトリウムで混合物からポリフェニレンスルフィドを分離し得るこ
とを示した。多量の水を蒸発させることなく、NMPは蒸留によって完全に回収す
ることができる。PPSからのNMPと塩化ナトリウムとの分離は、有意に99%を超え
ていた。

【００４８】 NMPが好都合に回収でき、且つPPSの損失が少ない本発明の方法は、工業的に重
要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、沈降装置としての本発明のプロセスの装置の第一の好まし
い態様の例示である。

【図２】 図２は、図１の装置の部分(繰り返し単位)を示す。

【図３】 図３は、本発明の方法を実施するための装置の第二の好ましい態様
を示す。

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一の液相中の固体を向流で第二の液相と接触させ、前記固体
   を前記第二の液相に転移させる、第一の液相から固体を分離する方法。
2. 【請求項２】 前記第一の液相中の固体を装置内において向流で第二の液相と
   接触させ、前記装置が、 a) 少なくとも一つの固体/液体入口、 b) 少なくとも一つの固体/液体出口、 c) 少なくとも一つの液体入口、及び d) 少なくとも一つの液体出口 を備えている、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記固体を向流で洗浄し、前記固体を洗浄している間に少なく
   とも部分的な置換洗浄が起きる、請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記第一の液相が主構成要素として有機溶媒を含み、前記第二
   の液相が主構成要素として水を含む、請求項１〜３の１項以上に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記固体の主構成要素がポリマーである、請求項１〜４の１項
   以上に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記固体の主構成要素がポリアリーレンスルフィド、特にPPS
   である、請求項１〜５の１項以上に記載の方法。
7. 【請求項７】 出口(4)を通して排出される固体/液体混合物中の前記第一の液
   相の割合が、前記第二の液相をベースとして、50重量%未満、好ましくは10重量%
   未満、特に好ましくは１重量%未満である、請求項１〜６の１項以上に記載の方
   法。
8. 【請求項８】 出口(2)を通して排出される液体中の前記第二の液相の割合が
   、前記第一の液相をベースとして、80重量%未満、好ましくは50重量%未満、特に
   好ましくは30重量%未満である、請求項１〜７の１項以上に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記第一の液相と前記第二の液相とが混和可能である、請求項
   １〜８の１項以上に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記固体の密度が、前記第一の液相と前記第二の液相の密度
    とは異なる、請求項１〜９の１項以上に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記装置がｎ個の段階をもち、ｎは整数＞１である、請求項
    １〜１０の１項以上に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記固体が、重力下での沈降により装置内を移動する、請求
    項１〜１１の１項以上に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記固体が、それぞれの沈降トレーの上行性洗浄液の流れに
    対して正反対の方向には沈降しない、請求項１〜１２の１項以上に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記装置が少なくとも一つの上部区分(KT)、少なくとも一つ
    の底部区分(BT)、及びこれらの間にｎ個の沈降トレーをもつ少なくとも一つの中
    間区分(MT)を含む、請求項１〜１３の１項以上に記載の方法。
15. 【請求項１５】 多数の装置が直接または並列で接続されている、請求項１〜
    １４の１項以上に記載の方法。
16. 【請求項１６】 第一の液相中の固体を向流で第二の液相と接触させ、前記固
    体を第二の液相に転移させる、第一の液相から固体を分離するための装置。
17. 【請求項１７】 前記第一液相中の固体が向流で第二の液相と接触せしめられ
    、 a) 少なくとも一つの固体/液体入口、 b) 少なくとも一つの固体/液体出口、 c) 少なくとも一つの液体入口、及び d) 少なくとも一つの液体出口 を備える、請求項１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記固体を向流で洗浄し、前記固体を洗浄している間に少な
    くとも部分的な置換洗浄が起きる、請求項１６または１７に記載の装置。
19. 【請求項１９】 少なくとも一つの沈降トレー(ST)を含む請求項１６〜１８に
    記載の装置であって、このトレーが沈降出口を持つ少なくとも一つの沈降漏斗、
    少なくとも一つの流動領域及び少なくとも一つの上清液体出口を含む、前記装置
    。
20. 【請求項２０】 沈降トレーの前記上清液体出口が次の高次沈降トレーの流動
    領域に接続される、請求項１６〜１９の１項以上に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記固体が、それぞれの沈降トレーの上行性洗浄液の流れに
    対して正反対の方向には沈降しない、請求項１６〜２０の１項以上に記載の装置
    。
22. 【請求項２２】 少なくとも一つの上部区分(KT)、少なくとも一つの底部区分
    (BT)及びこれらの間にｎ個の沈降トレーをもつ少なくとも一つの中間区分(MT)を
    含む、請求項１６〜２１の１項以上に記載の装置。
23. 【請求項２３】 内部回転可能なシャフト(E)をもつ、請求項１６〜２２の１
    項以上に記載の装置。
24. 【請求項２４】 多数の装置が直接または並列で接続される、請求項１６〜２
    ３の１項以上に記載の装置。
25. 【請求項２５】 液体中に懸濁された固体を分離するための請求項１６〜２４
    の１項以上に記載の装置の使用。