JP2008049304A

JP2008049304A - 晶析装置および方法

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Publication number: JP2008049304A
Application number: JP2006229954A
Authority: JP
Inventors: Koichi Igarashi; 幸一五十嵐; Hiroshi Oshima; 寛大嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-26
Filing date: 2006-08-26
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】短い処理時間で、粒径分布が狭く、結晶の形状が小さく、しかも目詰まりを起こしにくい晶析装置および晶析方法を提供する。
【解決手段】本発明の晶析装置は、晶析槽と、前記晶析槽内に内接して設けられた超高速攪拌装置と、前記晶析槽に第１の原料液体を供給する第１の原料液体供給口と、前記晶析槽に第２の原料液体を供給する第２の原料液体供給口と、前記晶析槽内から成長結晶を含む結晶スラリーを排出する排出口とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒径の制御が容易で、処理能力に優れる晶析装置および方法に関する。

科学技術の進展に伴い、製品には、高品質が要求されるようになってきている。晶析の分野においても、純度、結晶粒子の形態、粒子群の平均径・粒度分布などを制御した晶析装置や製造方法が要求される。工業レベルで使用できる晶析装置としては、連続式（例えば、特許文献１参照）や回分式（例えば、特許文献２参照）のものが知られている。

しかし、連続式の晶析装置は、晶析装置内では結晶成長させたい物質を溶解した液（良溶媒）と貧溶媒との混合が容易でなく、スラリーの均一性が低く、粒径分布が広くなるので、均一な結晶を得ることが難しい。また、回分式の晶析装置では、良溶媒中に貧溶媒を滴下していく。このため貧溶媒を滴下した部分において一時的に生成した結晶が再度溶解するという状態が、槽全体が結晶を生成する濃度になるまで続く。このため、処理時間が長くなるという問題がある。また、大型の晶析装置では、結晶の形状が大きくなり、使用に際し粉砕して用いなければならないという問題がある。

一方、粒経分布が制御された晶析装置としては、マイクロスケールの晶析装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。この装置を用いると微細な結晶を得ることができる。
特開２００４−１６８７５０号公報特開２００５−１３７８１号公報特開２００５−１９９２３８号公報

しかし、マイクロスケールの晶析装置では、生成した結晶が流路を塞ぎ、目詰まりを起こすという問題がある。すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、短い処理時間で、粒径分布が狭く、結晶の形状が小さく、しかも目詰まりを起こしにくい晶析装置および晶析方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、ミリリットルスケールの晶析槽に超高速攪拌機構を設け、供給された第１の原料液体と第２の原料液体とを急速に攪拌し、晶析を起こさせることにより、粒経分布が小さく、粒経が小さい結晶を得られることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は以下のとおりである。

本発明の晶析装置は、晶析槽と、前記晶析槽内壁にほぼ近接して設けられた超高速攪拌装置と、前記晶析槽に第１の原料液体を供給する第１の原料液体供給口と、前記晶析槽に第２の原料液体を供給する第２の原料液体供給口と、前記晶析槽内から成長結晶を含む結晶スラリーを排出する排出口とを備える。

本発明の晶析方法は、第１の原料液体と、第２の原料液体とをそれぞれ連続してまたは断続して晶析槽内に供給し、前記供給された原料液体を、超高速で攪拌混合し、成長結晶を含む結晶スラリーを、随時排出する。

本発明の晶析装置は、晶析槽と、前記晶析槽内壁に内接して設けられた超高速攪拌装置と、前記晶析槽に第１の原料液体を供給する第１の原料液体供給口と、前記晶析槽に第２の原料液体を供給する第２の原料液体供給口と、前記晶析槽内から成長結晶を含む結晶スラリーを排出する排出口とを備える。この結果、粒径分布が狭く、目詰まりを起こしにくい晶析装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、これらによって限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の晶析装置を説明するための模式図である。

［装置構成］
本発明の晶析装置は、図１に示すように、晶析槽１と、この晶析槽上部１ａを貫通して晶析槽内に設けられた超高速攪拌装置２と、晶析槽下部１ｂ底部に設けられた第１の原料液体供給口３と第２の原料液体供給口４と、晶析槽１側面上部に設けられた排出口５とを備える。

晶析槽１は、上部１ａと下部１ｂとの二つの部材から構成され、両者は固定されている。晶析槽上部１ａには、開口部が設けられている。この開口部を介して、超高速攪拌装置が設けられている。晶析槽上部１ａと下部１ｂと、超高速攪拌装置２との間には、パッキン６が設けられている。これにより、晶析槽内を気密に保つことができる。

本発明においてこの晶析槽の容積１は、０．１〜５０ｍｌ、好ましくは０．５〜１０ｍｌ、さらに好ましくは、０．７〜２ｍｌである。このように容積の小さい晶析槽を用いるので、晶析槽の素材に熱伝導度の大きいものを用いれば、装置の温度管理が容易である。この結果、温度制御装置などを設けなくてもよいので、あるいは設けても簡易な装置ですむので、装置構成が簡易となる。

超高速攪拌装置２は、晶析槽１の内壁にほぼ近接するように設けられている。このような超高速攪拌装置２としては、公知のホモジナイザーなどを用いることができる。ホモジナイザーとしては、シャフトタイプのホモジナイザイーを用いるのが好ましい。

晶析槽下部１ｂの底部に設けられている第１の原料液体供給口３と第２の原料液体供給口４とを用いて、結晶化させたい物質を溶解させた溶液と、この物質の貧溶媒とを、それぞれ別個に晶析槽１内に導入する。第１の原料液体と第２の原料液体は、それぞれ図示しない第１の原料液体供給部と第２の原料液体供給部とから供給される。供給部と供給口との間には、バルブ、ポンプ等が設けられており、晶析槽内における滞留時間や、結晶化させたい物質を溶解させた溶液とこの物質の貧溶媒の供給比を制御することができる。

晶析槽１側面上部に設けられた排出口５から、晶析槽１内から成長結晶を含む結晶スラリーを排出する。排出口５は、図示しない固液分離装置に連結されている。固液分離装置としては、公知の固液分離装置を使用することができる。成長結晶は、固液分離装置により、分離され、精製される。排出口と固液分離装置との間にバルブ、ポンプ等を設けておいてもよい。排出量を制御することによっても、晶析槽１内の滞留時間を制御できる。

［晶析装置の操作］
第１の原料液体と第２の原料液体は、それぞれ連続的または断続的に、晶析槽１内に供給する。第１の原料液体と第２の原料液体の供給量、供給比は、それぞれ成長結晶させたい物質によって適宜選択すればよい。また、晶析槽１内の滞留時間も、成長結晶させたい物質によって適した時間を選択すればよい。

晶析槽１内に供給された第１の原料液体と第２の原料液体とは、超高速攪拌装置により急速に攪拌される。これにより、均一性の高いスラリーが得られる。この結果、得られる成長結晶は粒度が均一なものとなる。得られた結晶スラリーは、排出口５から随時排出される。この結果、過度な結晶化を抑制できるので、粒子径の小さい結晶を得ることができる。

本発明の晶析装置を、例えば下記実施例のＬ−アラニンの製造に用いると、晶析装置１台、平均滞留時間τ＝０．２７秒、操作時間８時間／日で、５日間稼動すると、２４ｋｇのＬ−アラニンを得ることができる。

本発明の晶析装置は、上記したように、ｍｌスケールの容積の小さいものである。一方、本発明の晶析装置は装置構成が簡易である。このため、多量に晶析を行う場合には、複数の晶析装置を用いて行えばよい。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

[滞留時間]
以下の実施例において、平均滞留時間τは、晶析槽の容積をＶ（ｍｌ）、第１の原料液体の供給速度をＦｓ（ｍｌ／ｓ）、第２の原料液体の供給速度をＦｍ（ｍｌ／ｓ）とするとき、τ＝Ｖ／（Ｆｓ＋Ｆｍ）の式を用いて求めた。

（平均滞留時間の影響）
［実施例１］
図１に示す晶析装置（晶析槽容積０．９ｍｌ、シャフトタイプのホモジナイザー（攪拌速度２４，０００ｒｐｍ））を用いて、L−アラニンの晶析試験をした。第１の原料液体として、Ｌ−アラニンの飽和水溶液を用い、第２の原料液体として、Ｌ−アラニンの貧溶媒であるメタノールを用いた。第１の原料液体の供給速度：Ｆｓ（ｍｌ／ｓ）と、第２の原料液体の供給速度：Ｆｍ（ｍｌ／ｓ）とをそれぞれ０．０１３３、０．１３３、１．３３（ｍｌ／ｓ）、平均滞留時間τ＝３３、３．３、０．３３（ｓ）、晶析槽内メタノール濃度を５０％に固定し、晶析槽内の温度を２５℃に固定して、晶析を行った。

各平均滞留時間におけるＬ−アラニンの回収率を表１に、成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を図１に示す。また、各平均滞留時間における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を図２に、軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を図３に示す。

表１から、平均滞留時間が短くてもほぼ90%のＬ−アラニンを回収できること、平均滞留時間が長いほどＬ−アラニンの回収率は向上することがわかった。また、図１、図２から平均滞留時間が短いほど成長結晶の粒径が小さくなることがわかった。また、図３から、平均滞留時間が短いほど成長結晶の形状が小さくなることがわかった。

［実施例２］
第１の原料液体として、グリシンの飽和水溶液を用いた以外は、実施例１と同様にしてグリシンの晶析を行った。ただし、良溶媒と貧溶媒の混合熱のために、平均滞留時間によってグリシンの溶解度が若干変化した。

各平均滞留時間におけるグリシンの回収率を表２に、成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を図４に示す。また、各平均滞留時間における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を図５に、軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を図６に示す。

表２から、平均滞留時間が短くても回収率は100%となることがわかった。また、図１、図２から平均滞留時間が短いほど成長結晶の粒径が小さくなることがわかった。得られたグリシンは全てα晶であった。また、図３から、成長結晶の形状分布を狭くする最適の平均滞留時間があることがわかった。

（貧溶媒添加率の影響）
［実施例３］
図１に示す晶析装置（晶析槽容積０．９ｍｌ、シャフトタイプのホモジナイザー（攪拌速度２４，０００ｒｐｍ））を用いて、L−アラニンの晶析試験をした。第１の原料液体として、Ｌ−アラニンの飽和水溶液を用い、第２の原料液体として、Ｌ−アラニンの貧溶媒であるメタノールを用いた。第１の原料液体の供給速度：Ｆｓ（ｍｌ／ｓ）と、第２の原料液体の供給速度：Ｆｍ（ｍｌ／ｓ）とを、Ｆｓ＋Ｆｍ＝０．１３ｍｌ／ｓ（一定）で、平均滞留時間τ＝３．３（ｓ）（一定）、晶析槽内メタノール濃度をそれぞれ５０、７８、９１％になるように調整し、晶析槽内の温度を２５℃に固定して、晶析を行った。

各メタノール濃度におけるＬ−アラニンの回収率を表３に、成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を図７に示す。また、各平均滞留時間における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を図８に、軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を図９に示す。

表３から、Ｌ−アラニンの回収率を向上させる最適のメタノール濃度があることがわかった。また、図７、図８からメタノール濃度が高いほど成長結晶の粒径が小さくなることがわかった。また、図３から、メタノール濃度が高いほど成長結晶の形状が小さくなることがわかった。これは、過飽和度が影響しているためと考えられた。

［実施例４］
第１の原料液体として、グリシンの飽和水溶液を用いた以外は、実施例３と同様にしてグリシンの晶析を行った。

各メタノール濃度におけるグリシンの回収率を表４に、成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を図１０に示す。また、各メタノール濃度における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を図１１に、軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を図１２に示す。

表４から、グリシンの回収率を向上させる最適のメタノール濃度があることがわかった。また、図１０、図１１からメタノール濃度が高いほどグリシンのβ晶が得られることがわかった。また、図１２から、メタノール濃度が高いほど成長結晶の形状が小さくなることがわかった。

（従来の晶析装置との対比）
［実施例５］
図１３に示す半回分式晶析装置（容積４０ｍｌ）と（容積はどの程度でしょうか?）、図１４に示すラボスケール連続晶析装置（容積１１４．５ｍｌ）と、本発明の晶析装置とを用いて、グリシンα晶の晶析を行った。第１の原料液体として、グリシンの飽和水溶液を用い、第２の原料液体として、グリシンの貧溶媒であるメタノールを用いた。図１３の装置では、攪拌翼を３００ｒｐｍで攪拌し、反応開始後９０分後に回収した。図１４の装置では、ホモジナイザーを２４，０００ｒｐｍで回転させ、平均滞留時間τ＝１１．５分にした。本発明の晶析装置は、第１の原料液体の供給速度：Ｆｓ（ｍｌ／ｓ）と、第２の原料液体の供給速度：Ｆｍ（ｍｌ／ｓ）とを０．１３３（ｍｌ／ｓ）、平均滞留時間τ＝３．３（ｓ）でおこなった。それぞれの晶析槽内メタノール濃度を５０％に固定し、晶析槽内の温度を２５℃に固定して、晶析を行った。成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を図１５に示す。

図１５から、成長結晶の形状は、図１３に示す半回分式晶析装置、図１４に示すラボスケール連続晶析装置、本発明の晶析装置の順で小さくなることがわかる。このことから、本発明の晶析装置は、微小な結晶を晶析させることに適することがわかった。

図１は、本発明の晶析装置を説明するための模式図である。図２は、実施例１のＬ−アラニンの成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を示す図である。図３は、実施例１のＬ−アラニンの各平均滞留時間における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を示す図である。図４は、実施例１のＬ−アラニンの各平均滞留時間における成長結晶の軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を示す図である。図５は、実施例２のグリシンの成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を示す図である。図６は、実施例２のグリシンの各平均滞留時間における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を示す図である。図７は、実施例２のグリシンの各平均滞留時間における成長結晶の軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を示す図である。図８は、実施例３のＬ−アラニンの成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を示す図である。図９は、実施例３のＬ−アラニンの各メタノール濃度における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を示す図である。図１０は、実施例３のＬ−アラニンの各メタノール濃度における成長結晶の軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を示す図である。図１１は、実施例４のグリシンの成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を示す図である。図１２は、実施例４のグリシンの各メタノール濃度における成長結晶の粒径と粒径分布の関係を示す図である。図１３は、実施例４のグリシンの各メタノール濃度における成長結晶の軸比（＝短軸長さ／長軸長さ）と形状分布の関係を示す図である。図１４は、実施例５で用いた半回分式晶析装置を示す模式図である。図１５は、実施例５で用いたラボスケール連続晶析装置を示す模式図である。図１６は、実施例５のグリシンの成長結晶の操作型電子顕微鏡写真を示す図である。

符号の説明

１晶析槽
２超高速攪拌装置
３第１の原料液体供給口
４第２の原料液体供給口
５排出口
６パッキン

Claims

晶析槽と、
前記晶析槽内壁にほぼ近接して設けられた超高速攪拌装置と、
前記晶析槽に第１の原料液体を供給する第１の原料液体供給口と、
前記晶析槽に第２の原料液体を供給する第２の原料液体供給口と、
前記晶析槽内から成長結晶を含む結晶スラリーを排出する排出口と
を備える晶析装置。
第１の原料液体と、第２の原料液体とをそれぞれ連続してまたは断続して晶析槽内に供給し、
前記供給された原料液体を、超高速で攪拌混合し、
成長結晶を含む結晶スラリーを、随時排出する晶析方法。