JP2008036545A

JP2008036545A - 晶析方法

Info

Publication number: JP2008036545A
Application number: JP2006214678A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Endo; 禎行遠藤
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】短時間での晶析を可能にする。
【解決手段】点Ａの溶質濃度及び温度を有する第１溶液と、点Ｂの溶質濃度及び温度を有する第２溶液とを混合して得られる第３溶液は、点Ｃの溶質濃度及び温度を有する。点Ｃは溶解度曲線の上側であるから、第３溶液は過飽和溶液であり、第３溶液からは溶質が析出することになる。したがって、混合という短時間の処理での晶析が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶液を過飽和状態にして溶質を析出させる晶析方法に関するものである。

従来から、溶解度が温度によって異なる物質の晶析方法として、冷却法が広く用いられている。冷却法は、温度の低下とともに溶質の溶解度が小さくなる溶液を冷却することによって溶質の結晶を析出させる晶析方法である。

具体的な冷却方法としては、晶析反応槽の外壁面上にジャケットを設ける方法や、晶析装置内に熱交換器を設置する方法、晶析反応槽外部に熱交換器を設置し、晶析反応槽内の結晶を含む溶液を晶析反応槽外部の熱交換器へと循環させる方法等が知られている（非特許文献１参照）。
社団法人化学工学会編、「化学工学便覧」、改訂六版、丸善株式会社、平成１１年２月２５日発行

しかしながら、冷却法には、溶液の冷却に時間を要するという問題がある。特に、工業規模の晶析では大量の溶液を均一に冷却する必要があるので、溶液の冷却には非常に長時間を要する。

また、ジャケットや熱交換器を用いて冷却する場合に溶液の冷却速度を上げると、伝熱面に溶質の結晶が付着、成長するソルティングアップが起こることがある。ソルティングアップが起こると、伝熱効率が低下し、かえって冷却速度が低下するので、冷却速度を上げることによって晶析に要する時間を短縮することは難しいという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、短時間での晶析を可能にする晶析方法を提供することにある。

本発明の晶析方法は、上記課題を解決するために、溶液を過飽和状態にして溶質を析出させる晶析方法であって、上記溶液において、溶液の温度と溶質の溶解度との関係を示す溶解度曲線は下に凸であり、上記溶質の溶液である第１溶液と、第１溶液と混合して得られる第３溶液が上記溶質の過飽和溶液となる溶質濃度及び温度をもつ第２溶液とを混合する混合工程を含むことを特徴としている。

上記の構成によると、上記溶質の溶液である第１溶液を調製すると共に、該第１溶液と混合して得られる第３溶液が上記溶質の過飽和溶液となる溶質濃度及び温度をもつ第２溶液を調製し、調製した第１溶液と第２溶液とを混合することによって上記溶質の過飽和溶液である第３溶液を得ることができる。

そして、第１溶液と第２溶液との混合時に発生する衝撃等により、第３溶液からは上記溶質の結晶が速やかに析出するので、混合という短時間の処理での晶析が可能となる。

また、上記晶析方法にて得られた結晶は、晶析反応槽等の壁面に付着したり、結晶同士が合一して結晶全体が結晶化溶液を含んだ状態で固化したりする傾向が低い。

さらに、上記溶液における上記溶質の溶解度曲線は下に凸であるから、溶解度曲線が直線である場合や、上に凸である場合と比べて第３溶液の過飽和度を高くすることができる。また、例えば第１溶液及び第２溶液の何れも過飽和溶液でない場合においても、上記溶質の過飽和溶液である第３溶液を得ることができる。

なお、溶解度曲線が下に凸となる溶液の例としては、ミョウバン（ＡｌＮＨ_４（ＳＯ_４）_２）や、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）等の水溶液が挙げられる。

また、本発明の晶析方法は、上記第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の過飽和溶液であることが好ましい。

第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方を過飽和溶液とすることで、第３溶液の溶質濃度をより高くすることができるので、より多くの量の結晶を得ることができる。

また、本発明の晶析方法は、上記第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の不飽和溶液であるようにしても良い。

上述のように、第３溶液は過飽和溶液である。ここで、該第３溶液が過飽和溶液となる範囲において、上記第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の不飽和溶液である場合、不飽和溶液からは溶質結晶が析出しないので、例えば、第１溶液及び第２溶液を調製する溶液槽や、第１溶液及び第２溶液を輸送する輸送管等にソルティングアップが発生することを防ぐことができる。

また、本発明の晶析方法は、混合工程で得られた溶液をさらに冷却する工程を含んでいても良い。

混合工程では溶質結晶が析出するので、混合工程で得られた溶液をさらに冷却することにより、混合工程にて析出した結晶を種晶として用いた冷却晶析を行うことができ、より粒径の大きい結晶を得ることができる。

これに対し、一般的に、種晶を成長させて粒径の大きい結晶を調製する場合、種晶を成長させる成長槽とは別の種晶調製槽にて種晶を調製し、調製した種晶を成長槽で成長させる。

また、この場合、混合工程を行った晶析反応槽内で引き続き冷却晶析を行うことができるので、結晶を別途調製する必要がなく、外部から種晶を投入しないので異物が混入するおそれもない。

本発明の晶析方法は、以上のように、溶液を過飽和状態にして溶質を析出させる晶析方法であって、上記溶液において、溶液の温度と溶質の溶解度との関係を示す溶解度曲線は下に凸であり、上記溶質の溶液である第１溶液と、第１溶液と混合して得られる第３溶液が上記溶質の過飽和溶液となる溶質濃度及び温度をもつ第２溶液とを混合する混合工程を含むので、混合という短時間の処理での晶析が可能となる。

本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すると以下の通りである。
本実施形態の晶析方法は、溶液を過飽和状態にして溶質を析出させる晶析方法であって、上記溶液において、溶液の温度と溶質の溶解度との関係を示す溶解度曲線は下に凸であり、上記溶質の溶液である第１溶液と、第１溶液と混合して得られる第３溶液が上記溶質の過飽和溶液となる溶質濃度及び温度をもつ第２溶液とを混合する混合工程を含む晶析方法である。

この晶析方法の概略を、図１に基づいて説明する。図１は、上記溶質の溶解度曲線及び過溶解度曲線と、第１〜第３溶液における溶質濃度及び温度との関係を示す図である。なお、図１では、第１〜第３溶液における溶質濃度及び温度を示す点をそれぞれ点Ａ〜Ｃとして表している。

図示のように、上記溶解度曲線は、温度が高いほど溶解度が高い右上がりの曲線であり、下に凸となっている。そして、点Ａ及び点Ｂは溶解度曲線の下側に位置しているので、第１溶液及び第２溶液は両方共に飽和点に達していない。したがって、この状態では、第１溶液及び第２溶液から溶質が析出することはない。

ここで、図１に示す過溶解度曲線について説明する。図１に示すような、高温で溶解度が高く、低温で溶解度が低くなる溶質を結晶化させるためには、理論上は、溶質濃度を溶解度より大きくすれば良い。すなわち図１で言うと、溶解度曲線を横切るまで液温を下げれば良い。しかしながら、実際には、溶解度曲線を横切った後もしばらくは結晶が析出しない過飽和状態が存在する。例えば、点Ａの状態の溶液を点Ａ´の状態まで冷却したときには、溶液の濃度が溶解度よりも大きいにも関わらず、結晶は析出しない。

そこで、実際に結晶が析出する点を結んで曲線としたものが、同図に破線で示される過溶解度曲線である。例えば、点Ａ´から更に冷却し、過溶解度曲線を横切った後の点Ｄでは結晶が析出する。すなわち、図１では、溶液の状態が過溶解度曲線の上側となるように変化した場合に、溶液から溶質が析出することになる。

ここで、それぞれ点Ａ及び点Ｂの溶質濃度及び温度を有する第１溶液と第２溶液とを混合した第３溶液は、図１の点Ｃの溶質濃度及び温度を有する状態となる。点Ｃは、過溶解度曲線の上側に位置するので、第１溶液と第２溶液との混合時の衝撃等により、第３溶液からは溶質の結晶が速やかに析出することになる。なお、このときの析出量は、点Ｃから溶解度軸方向に下がって溶解度曲線と接する点と、点Ｃとの距離で表される。

例えば、第１溶液の溶質濃度が２０（ｇ／１００ｇ溶媒）、第２溶液の溶質濃度が６０（ｇ／１００ｇ溶媒）であり、点Ｃの温度における溶解度が３０（ｇ／１００ｇ溶媒）、過溶解度が３５（ｇ／１００ｇ溶媒）であるとし、この第１溶液１２０ｇ（溶質２０ｇ、溶媒１００ｇ）と、第２溶液１６０ｇ（溶質６０ｇ、溶媒１００ｇ）とを混合する場合を考える。

第１溶液と第２溶液とを混合した第３溶液の溶質濃度は、４０（ｇ／１００ｇ溶媒）となる。ここで、点Ｃの温度では、過溶解度が３５（ｇ／１００ｇ溶媒）であるから、第３溶液の溶質濃度は、該第３溶液の温度における過溶解度を上回っており、溶質が結晶として析出する。なお、析出量は、点Ｃにおける溶解度が３０（ｇ／１００ｇ溶媒）であり、第３溶液の溶媒量が２００ｇであることから、{４０（ｇ／１００ｇ溶媒）−３０（ｇ／１００ｇ溶媒）}×２＝２０ｇとなる。

次に、点Ｃの溶質濃度及び温度を有する第３溶液を得るための第１溶液及び第２溶液の調製方法の一例について説明する。

まず、図１に示す座標平面において、適当な位置に点Ａをとる。点Ａの位置は特に限定されないが、過溶解度曲線の上側となる位置に点Ａをとった場合、第１溶液から溶質が析出してしまうので、点Ａは、過溶解度曲線の下側にとることが好ましい。また、第１溶液の飽和度が低いほど第２溶液の飽和度を高くしなければならなくなるので、点Ａは、溶解度曲線付近にとることが好ましい。

次に、上記座標平面上において、点Ａを通り、溶解度曲線と２点で交わる直線を引き、この直線上に点Ｂをとる。点Ｂの位置は線分ＡＢ上に溶解度曲線よりも上側となる点Ｃがとれるような位置であれば特に限定されないが、過溶解度曲線の上側となる位置に点Ｂをとった場合、第２溶液から溶質が析出してしまうので、点Ｂは過溶解度曲線の下側にとることが好ましい。

このようにして求めた点Ａ及び点Ｂの溶質濃度及び温度を有する第１溶液及び第２溶液を調製し、これらを適量ずつ混合することによって、第３溶液を点Ｃの溶質濃度及び温度とすることができる。すなわち、第１溶液と第２溶液とを混合して得られる第３溶液を上記溶質の過飽和溶液とすることができる。

ここで、第１溶液及び第２溶液の混合量について説明する。図１における線分ＡＢ上の点Ｃの位置は、第１溶液及び第２溶液の混合量の比によって決定される。例えば、第１溶液及び第２溶液の比重及び比熱が等しい場合、第１溶液及び第２溶液をそれぞれ等量混合して得られる第３溶液は、線分ＡＢの中点となる点Ｃの溶質濃度及び温度となる。すなわち、第１溶液及び第２溶液の混合量を調節することで、線分ＡＢ上の所望の状態を有する第３溶液を得ることができる。

本実施形態の晶析方法では、以上のように、溶解度曲線が下に凸であるから、点Ａを通り、溶解度曲線と２点で交わる直線を引くことができる。すなわち、本実施形態の晶析方法では、共に不飽和の第１溶液及び第２溶液から過飽和の第３溶液を得ることができる。一方、溶解度曲線が下に凸ではない場合、第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方を過飽和溶液としなければ、過飽和の第３溶液を得ることはできない。

すなわち、本実施形態の晶析方法では、溶解度曲線が下に凸であることにより、過飽和溶液ではない第１溶液及び第２溶液を混合して過飽和溶液である第３溶液を得ることができる。

また、溶解度曲線が下に凸であるほど、溶解度曲線が直線または上に凸である場合と比べて、点Ｃの位置を溶解度曲線の上側により離れた位置とすることができる。すなわち、溶解度曲線が下に凸であるほど、第３溶液の過飽和度をより高めることができる。

第１溶液及び第２溶液の例としては、ミョウバン（ＡｌＮＨ_４（ＳＯ_４）_２）水溶液や硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液等が挙げられる。ミョウバン水溶液及び硝酸カリウム水溶液の溶解度曲線を図２に示す。図示のように、溶解度曲線が下に凸となっているので、溶解度曲線の下側に点Ａ及び点Ｂをとった場合、すなわち、第１溶液及び第２溶液を共に不飽和溶液とした場合でも、点Ｃを溶解度曲線の上側として、第３溶液から結晶を析出させることができる。また、溶解度曲線が下に凸であることにより、点Ｃの位置を溶解度曲線の上側により離れた位置として、第３溶液の過飽和度をより高めることができる。

なお、第１溶液及び第２溶液の調製方法は、第１溶液及び第２溶液を混合して得られる第３溶液が過飽和溶液となるものであれば良く、上述の例に限られない。例えば、溶質の溶解度曲線が下に凸となる溶液において、異なる温度の飽和溶液をそれぞれ第１溶液及び第２溶液としても良い。この場合、点Ａ及び点Ｂはどちらも溶解度曲線上の点となる。そして、第３溶液の溶質濃度及び温度を示す点Ｃは線分ＡＢ上に存在することになる。ここで、溶解度曲線が下に凸であるから、点Ｃは溶解度曲線の上側となり、第３溶液は過飽和溶液となる。

また、例えば、第１溶液及び第２溶液の何れか一方を過飽和溶液とし、他方を飽和溶液とした場合や、第１溶液及び第２溶液の両方を過飽和溶液とした場合も、第３溶液は過飽和溶液となる。

次に、第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の過飽和溶液である場合について説明する。例えば、第１溶液を、図１の点Ａ´で示される状態の溶液とし、第２溶液を点Ｂで示される状態の溶液とした場合、第１溶液と第２溶液とを混合して得られる第３溶液は、同図の点Ｃ´の状態となる。

点Ｃ´は、過溶解度曲線の上側となるので、溶質が結晶として析出することになり、このときの析出量は、点Ｃ´から溶解度軸方向に下がって溶解度曲線と接する点と、点Ｃ´との距離で表される。ここで、点Ｃと点Ｃ´とを比較すると、点Ｃ´の方が溶解度曲線からの距離が遠くなる。すなわち、第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方を過飽和溶液とすることで、より多くの量の結晶を得ることができる。

本実施形態では、点Ｃや点Ｃ´が図１の過溶解度曲線の上側となる例を示した。しかしながら、点Ｃや点Ｃ´は、溶解度曲線の上側となる必要があるが、必ずしも図１に示す過溶解度曲線の上側となる必要はない。すなわち、図１の溶解度曲線と過溶解度曲線とで挟まれる領域に位置する点Ｃや点Ｃ´の状態の第３溶液からも結晶を析出させることができる。

これは、上記非特許文献１の第４９１頁に記載されているように、溶解度以上に溶質が溶けた状態である過飽和状態は準安定状態であり、過溶解度曲線は溶液の冷却速度、攪拌の有無などの晶析条件により変動するものである。したがって、晶析条件を最適化して図１に示す過溶解度曲線を下方にシフトさせることによって、図１の溶解度曲線と過溶解度曲線とで挟まれる領域に位置する点Ｃや点Ｃ´の状態の第３溶液から結晶を析出させることができる。

また、同非特許文献１には、過飽和状態が存在する理由として、結晶核発生にエネルギー的な障壁が存在することが挙げられている。したがって、図１の溶解度曲線と過溶解度曲線とで挟まれる領域に位置する点Ｃや点Ｃ´の状態の第３溶液に、例えば超音波を照射するなどして結晶核発生に必要なエネルギーを補ってやることで結晶を析出させることが可能である。

なお、第１溶液及び第２溶液は、溶質は同じである必要があるが、溶媒は必ずしも同じでなくても良い。溶媒は、水系、有機溶媒系等、溶質に合わせて任意の溶媒を用いることができる。

次に、上記晶析方法に好適に用いられる晶析装置について説明する。図３に示す回分式晶析装置１は、晶析反応に用いられる晶析反応槽２と、該晶析反応槽２内に溶液Ａを供給する第１供給管３と、該晶析反応槽２内に溶液Ｂを供給する第２供給管４とを備えている。

なお、ここでは、図１に点Ａ、Ａ´、Ｂ、Ｃ、及びＣ´の溶質濃度及び温度を有する溶液を、それぞれ溶液Ａ、溶液Ａ´、溶液Ｂ、溶液Ｃ、及び溶液Ｃ´と称する。

晶析反応槽２は、該晶析反応槽２内に導入された溶液Ａ及び溶液Ｂを混合、攪拌する攪拌器５を備えている。攪拌器５は、溶液を短時間で均一に攪拌できることが好ましく、例えばディスクタービン翼、パドル翼、後退翼、アンカー翼等の攪拌翼によって溶液を攪拌する攪拌器を適用することができる。

また、晶析反応槽２は、その外壁側に、温水、冷水等の熱媒または冷媒の出入口となる導通口を有するジャケット６を備えている。晶析反応槽２が、ジャケット６を備えている場合、晶析反応槽２内の溶液の温度を一定に保つことができるので、晶析反応を一定の条件下で安定して行うことができる。なお、晶析反応槽２は、必ずしもジャケット６を備えている必要は無いが、ジャケット６を備えている場合、晶析を行う温度を所望の温度に保つことができるので、晶析反応槽２はジャケット６を備えていることが好ましい。

第１供給管３は、中空の管で形成されており、図示しない第１溶液槽と、晶析反応槽２とを接続している。また、第１供給管３上には、該第１供給管３の外壁に沿って、熱交換器７が設けられており、熱交換器７によって、第１供給管３内を流れる溶液を所望の温度とすることができる。さらに、第１供給管３は、上記第１溶液槽中の溶液を晶析反応槽２に送出するポンプを備えている（図示せず）。

また、第２供給管４も、第１供給管３と同様に、中空の管で形成されており、図示しない第２溶液槽と、晶析反応槽２とを接続している。第２供給管４上にも、該第２供給管４の外壁に沿って、熱交換器７が設けられており、熱交換器７によって、第２供給管４中の溶液を所望の温度とすることができる。また、第２供給管４も、上記第２溶液槽中の溶液を晶析反応槽２に送出するポンプを備えている（図示せず）。

次に、上記回分式晶析装置１を用いた晶析動作の一例について以下に説明する。
まず、溶液Ａ及び溶液Ｂをそれぞれ第１溶液槽及び第２溶液槽に仕込む。続いて、図示しないポンプを用いて、第１溶液槽及び第２溶液槽内の溶液Ａ及び溶液Ｂを、それぞれ第１供給管３及び第２供給管４を介して晶析反応槽２に送出する。なお、第１供給管３及び第２供給管４中の溶液Ａ及び溶液Ｂは、熱交換器７によって、それぞれ図１の点Ａ及び点Ｂの温度に保たれているものとする。

晶析反応槽２に送り込まれた溶液Ａ及び溶液Ｂは、攪拌器５によって混合、攪拌されて図１に点Ｃで示す状態の溶液Ｃとなる。点Ｃは、過溶解度曲線の上側であるから、溶液Ｃからは即座に結晶が析出する。なお、ここでは、晶析反応槽２の温度は、ジャケット６によって点Ｃの温度と等しい温度に保たれているものとする。

なお、本発明の晶析方法にて得られた結晶は、晶析反応槽２の壁面等に付着する傾向が低く、また、析出した結晶同士が合一して結晶全体が結晶化溶液を含んだ状態で固化する傾向が低いという結果が得られた。

かくして得られた溶液Ｃを濾過に供することにより析出した結晶を分離することができる。濾過方式としては、例えば遠心濾過、加圧濾過、減圧濾過、自然流下式濾過等、いずれの濾過方法を採用しても良い。

ここで、図１に示したように、溶液Ａ及び溶液Ｂの濃度は、共に溶解度曲線の下側であるから、第１溶液槽及び第２溶液槽や、第１供給管３及び第２供給管４に、溶質の結晶が付着、成長するソルティングアップが起こりにくい。また、ジャケット６は、溶液Ｃと等しい温度に設定しているので、ジャケット６と晶析反応槽２との接触面でソルティングアップが起こる可能性は低い。したがって、回分式晶析装置１は長時間の連続使用が可能であり、また、装置のメンテナンス作業が容易である。

これに対して、例えばジャケットで溶液を冷却する冷却晶析では、晶析反応槽と、ジャケットが接する伝熱面にソルティングアップが起こりやすく、連続操業に支障をきたすことがあり、また、晶析反応槽に付着した結晶を除去するメンテナンス作業は非常に手間が掛かる。

なお、第１溶液及び第２溶液の供給時間や供給方法については、特に限定されるものではなく、溶液Ａ及び溶液Ｂの供給には、必ずしも上記の構成を有する第１供給管３あるいは第２供給管４を用いる必要はない。例えば、第１溶液及び第２溶液槽中の溶液Ａ及び溶液Ｂを、第１供給管３及び第２供給管４を介さずに、直接、晶析反応槽２に添加して混合しても良い。

ただし、溶液Ａ及び溶液Ｂを短時間で均一に混合することによって、粒径の揃った結晶を得ることができるので、第１供給管３及び第２供給管４を介して溶液Ａ及び溶液Ｂを混合することが好ましい。

また、上記回分式晶析装置１を構成する各部材の材質や大きさ等は、溶液Ａ及び溶液Ｂの混合に用いることができるものであれば特に限定されない。

さらに、第１溶液及び第２溶液の混合時間や温度、圧力等の条件も、溶液Ａ及び溶液Ｂの種類や量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。

次に、本発明の晶析方法に好適に用いられる晶析装置の他の例を示す。図４は、本発明の他の晶析装置である連続式晶析装置８の概要を示す図である。図３に示した回分式晶析装置１では、晶析反応槽２内で溶液Ａ及び溶液Ｂを混合したが、連続式晶析装置８では、晶析反応を連続して行うために、溶液Ａ及び溶液Ｂをミキサー９内で混合、攪拌する。ミキサー９は、第１注入口、第２注入口、バッフルを備えた混合部、及び混合溶液を排出する排出口を備えている。

第１溶液及び第２溶液槽内のＡ溶液及びＢ溶液は、図示しないポンプによりミキサー９の第１注入口及び第２注入口へと送られる。Ａ溶液及びＢ溶液は、混合部のバッフルにより混合、攪拌されて溶液Ｃとなり、溶液Ｃは排出口から排出される。溶液Ｃがミキサー９外へと排出されるので、晶析反応を連続して行うことができる。

ミキサー９は、溶液Ａ及び溶液Ｂを混合し、混合された溶液Ｃを排出することができるものであれば、特に限定されない。例えば、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテッド）や、静止混合分散器（株式会社フジキン）等を用いることができる。

また、ミキサー９は、その外壁側に、例えば冷媒または熱媒の導通により上記反応容器を通じてミキサー９内の溶液の冷却または加熱が可能なジャケットを有していても良い。ミキサー９がジャケットを備えている場合、ミキサー９内の溶液の温度を一定に保つことができるので、晶析反応を一定の条件下で安定して行うことができる。また、ミキサー９は、溶液Ａ及び溶液Ｂの混合を良くするために、上記混合部の流路幅は狭いことが望ましい。

次に、本発明の他の晶析方法に好適に用いられるさらに他の晶析装置について、図５に基づいて説明する。図５に示す回分式晶析装置１０は、第１供給管３を備えていない以外は、図２に示した回分式晶析装置１と同様の構成である。

次に、回分式晶析装置１０を用いた晶析動作の一例について以下に説明する。
回分式晶析装置１０では、溶液Ａは晶析反応槽２内に仕込み、溶液Ｂは図示しない第２溶液槽内に仕込む。

続いて、攪拌器５で溶液Ａを攪拌しながら、ジャケット６内に冷却液を流すことによって溶液Ａを冷却してゆく。溶液Ａが、過飽和状態（図１の点Ａ´の状態）に達した時、図示しないポンプを用いて、第２溶液槽から第２供給管４を介して晶析反応槽２へと溶液Ｂを送出する。なお、図１の点Ａ´の状態に達した溶液Ａを溶液Ａ´と称する。

晶析反応槽２に送り込まれた溶液Ｂは、攪拌器５によって晶析反応槽２内の溶液Ａ´と、混合、攪拌されて図１に点Ｃ´で示す状態の溶液Ｃ´となる。点Ｃ´は過溶解度曲線の上側であるから、溶液Ｃ´からは即座に結晶が析出する。ここで、点Ｃと点Ｃ´とを比較すると、Ｃ´の方が溶解度曲線からの距離が遠いので、溶液Ｃ´では、溶液Ｃよりも大量の結晶が析出することになる。

また、本発明の晶析方法は、上記混合工程で得られた溶液をさらに冷却する工程を含んでいてもよい。具体的には、混合工程を行った晶析反応槽２内でそのまま冷却工程を行う方法や、混合工程で得られた溶液を別の冷却槽や冷却管などの冷却装置に移したのち、該冷却装置にて冷却する方法等を挙げることができる。

混合工程で得られた溶液では結晶が既に析出しているので、混合工程で得られた溶液を冷却することにより、上記結晶を１次核（種晶）として成長させることができ、さらに大きな結晶を調製することができる。

また、種晶を成長させる場合、晶析反応槽２等の壁面に結晶が付着したり、結晶同士が合一して結晶全体が結晶化溶液を含んだ状態で固化したりする傾向をさらに低減することができる。さらに、種晶を成長させる際に、外部から種晶を投入しないので異物が混入するおそれもない。

以上のように、本実施形態によれば、上記の各晶析方法により晶析することで、冷却晶析と比べて短時間で結晶を得ることができる。また、本発明の晶析方法で得られた結晶は、晶析反応槽２等の壁面に付着したり、析出した結晶同士が合一して結晶全体が結晶化溶液を含んだ状態で固化したりする傾向が低い。

さらに、本晶析方法によって析出した結晶を種晶として用い、引き続いて冷却晶析した場合、より粒径の大きい結晶を調製することができる。また、別途調製された種晶を外部から投入する場合と異なり、同一の晶析反応槽内で種晶を調製し、成長させることができ、また、外部から種晶を投入しないので異物が混入するおそれもない。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。まず、図６に基づいて、本発明の実施例１〜３について説明する。

〔実施例１〕
ミョウバンの２０℃における飽和水溶液Ａ（第１溶液）、及びミョウバンの６０℃における飽和水溶液Ｂ（第２溶液）を調製し、調製した飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂをそれぞれ２０ｍｌずつ、シリンジポンプ１１に注入した。

シリンジポンプ１１を用いて、飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂを各２．０ｍｌ／ｓの流速でビーカー１２内に注入した。注入された溶液は、攪拌器１３によって攪拌した。なお、本実施例では、シリンジポンプ１１及びビーカー１２を断熱した状態で晶析を行った。

２０ｍｌの飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂを全てビーカー１２内に注入した後、ただちにビーカー１２内の水溶液Ｃを濾紙で濾過し、濾紙上の結晶を乾燥して重量を計測したところ、得られたミョウバン結晶の重量は、１．６ｇであった。

〔実施例２〕
実施例１と同様にして調製した飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂをそれぞれ１００ｍｌずつシリンジポンプ１１に注入し、飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂを各１０ｍｌ／ｓの流速でビーカー１２内に注入した。

１００ｍｌの飽和水溶液Ａ及び飽和水溶液Ｂを全てビーカー１２内に注入した後、ただちにビーカー１２内の水溶液Ｃを濾紙で濾過し、濾紙上の結晶を乾燥して重量を計測したところ、得られたミョウバン結晶の重量は、８．４ｇであった。

〔実施例３〕
飽和水溶液Ａとして、２０℃の硝酸カリウム飽和水溶液を用い、飽和水溶液Ｂとして６０℃の硝酸カリウム飽和水溶液を用いる以外は、実施例１と同様にして晶析を行った。得られた硝酸カリウム結晶の重量は、１．９ｇであった。

〔実施例４〕
次に、図７に基づいて実施例４について説明する。ビーカー１２中で３０℃のミョウバン飽和水溶液２０ｍｌを調製し、ビーカー１４中で８０℃のミョウバン飽和水溶液２０ｍｌを調製した。ビーカー１２中の３０℃のミョウバン飽和水溶液２０ｍｌを、攪拌器１３で攪拌しながら冷却装置１５を用いて冷却し、約０．３℃／分で溶液の温度を下げた。飽和溶液を冷却することによって該溶液は過飽和溶液Ａ´となる。

溶液の温度が２５℃に達した時に、ビーカー１４中の８０℃のミョウバン飽和水溶液２０ｍｌをビーカー１２中に加えた。混合後、約５秒で結晶の析出が目視確認できた。ビーカー１２中の溶液をろ過して得られた結晶を乾燥して重量を計測したところ、得られたミョウバン結晶の重量は、約８ｇであった。

〔比較例〕
実施例４と同様に、３０℃のミョウバン飽和水溶液２０ｍｌをビーカー１２に入れ、攪拌器１３で攪拌しながら、冷却装置１５を用いて、毎分約０．３℃ずつ溶液の温度を下げた。

溶液の温度が約２０℃に達した時に結晶の発生が目視確認できたが、発生したミョウバン結晶は、ごく微量であった。

本発明は、短時間で結晶を得ることができる晶析方法に関するものであり、医薬品製造業、農薬品製造業、食品製造業、添加剤などの工業薬品製造業等の各種化学工業において利用可能である。

本発明の晶析方法を説明する図であり、溶質の溶解度曲線及び過溶解度曲線と、第１〜第３溶液における溶質濃度及び温度との関係を示す図である。下に凸となる溶解度曲線をもつ溶液における溶解度曲線の例を示す図である。本発明の晶析方法に好適な晶析装置の一例を示す図であり、回分式晶析装置の概要を示す図である。本発明の晶析方法に好適な晶析装置の他の例を示す図であり、ミキサーで溶液を混合する連続式晶析装置の概要を示す図である。本発明の晶析方法に好適な晶析装置のさらに他の例を示す図であり、溶液供給管が１つである晶析装置の概要を示す図である。本発明の実施例を示す図であり、飽和水溶液Ａと飽和水溶液Ｂとを混合する様子を示す図である。本発明の実施例を示す図であり、過飽和水溶液Ａ´と飽和水溶液とを混合する様子を示す図である。

符号の説明

１回分式晶析装置
２晶析反応槽
３第１供給管
４第２供給管
５攪拌器
６ジャケット
７熱交換器
８連続式晶析装置
９ミキサー
１０晶析装置
１１シリンジポンプ
１２ビーカー
１３攪拌器
１４ビーカー
１５冷却装置

Claims

溶液を過飽和状態にして溶質を析出させる晶析方法であって、
上記溶液において、溶液の温度と溶質の溶解度との関係を示す溶解度曲線は下に凸であり、
上記溶質の溶液である第１溶液と、第１溶液と混合して得られる第３溶液が上記溶質の過飽和溶液となる溶質濃度及び温度をもつ第２溶液とを混合する混合工程を含むことを特徴とする晶析方法。
上記第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の過飽和溶液であることを特徴とする請求項１に記載の晶析方法。
上記第１溶液及び第２溶液の少なくとも一方が上記溶質の不飽和溶液であることを特徴とする請求項１に記載の晶析方法。
混合工程で得られた溶液をさらに冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の晶析方法。