JP2011161375A

JP2011161375A - 晶析装置

Info

Publication number: JP2011161375A
Application number: JP2010027150A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oshima; 寛大嶋; Koichi Igarashi; 幸一五十嵐; Tatsuya Morikita; 達弥森北; Goro Nishimura; 午良西村; Hideo Noda; 秀夫野田
Original assignee: Kansai Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Kansai Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP5695831B2

Abstract

【課題】微結晶を含む液体、スラリーなどを撹拌槽の内壁に散布することなく微結晶が溶解し、粒径の揃った大きな結晶が得られる晶析装置を提供すること。
【解決手段】本発明の晶析装置は、撹拌槽と、撹拌軸と、結晶溶解手段と、該結晶溶解手段を加熱するための加熱手段とを備え、該結晶溶解手段が、該撹拌槽の内部において、該撹拌軸の周りを回転するように備えられており、該結晶溶解手段の回転に伴って、該撹拌槽内の内容物が、該結晶溶解手段に導入されて、該内容物中の微結晶が溶解するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、晶析装置に関する。さらに詳しくは、内部循環型微結晶溶解機能を有する晶析装置に関する。本発明の晶析装置は、特に冷却晶析および貧溶媒晶析の場合に有効である。

結晶化の方法として、溶媒を蒸発させ溶質の濃度を上げて結晶化させる方法などが知られている。また、溶液を冷却し、溶解度を下げることによって結晶を成長させる晶析法、溶液と貧溶媒とを混合して溶解度を下げることによって結晶を成長させる晶析法、これらを組み合わせる晶析法などが一般的である。ろ過性を重視する晶析工程においては、通常、微結晶の少ない粒径の揃った大きな結晶が望まれる。

しかし、溶媒を蒸発させて結晶化させる方法では、結晶化すべき物質の溶液中の濃度が高くなり、撹拌混合が十分でない場合は、特に溶媒の蒸発速度が低下するため徐々にしか結晶化が進まず、得られる結晶粒子の粒径の分布もブロードなものになるという問題がある。さらに、長時間溶媒を蒸発させなければならないというコスト面の問題もある。冷却晶析および貧溶媒晶析の場合には、冷却または貧溶媒との混合に伴って微小な結晶が発生し、ろ過が困難になる場合がある。

このような問題を解消するために、特許文献１には、冷却晶析または貧溶媒晶析を行う場合に、撹拌槽の壁に加熱手段を設け、液体噴出装置を用いて、微結晶を含む液体、スラリーなどを撹拌槽の内壁に散布して微結晶を溶解する晶析装置が記載されている。

しかし、特許文献１に記載の晶析装置は、スラリーを撹拌槽の内壁に散布するため、例えば、粘度の低い液体、スラリーなどが、撹拌槽の内壁からすぐに流れ落ち、十分に微結晶を溶解できない場合がある。また、結晶を含む液を内壁に散布するため、飛散した結晶が内壁面に付着して残る場合がある。さらに、微小な結晶を溶解するために撹拌槽の外壁に加熱ジャケットなどを設置する必要があり、既設の晶析装置では設置が困難である。

国際公開第２００１／１４０３７号

本発明の目的は、微結晶を含む液体、スラリーなどを撹拌槽の内壁に散布することなく微結晶を溶解することができ、粒径の揃った大きな結晶が得られる晶析装置を提供することにある。

本発明は、撹拌槽と、撹拌軸と、結晶溶解手段と、該結晶溶解手段を加熱するための加熱手段とを備える晶析装置であって、該結晶溶解手段は、該撹拌軸の周りを回転するように備えられており、該結晶溶解手段の回転に伴って、該撹拌槽内の内容物は、該結晶溶解手段に導入されて、該内容物中の微結晶が溶解するように構成されている晶析装置を提供する。

１つの実施態様では、上記結晶溶解手段は、中空構造の円錐台形；または中空構造の円錐台部と円筒部とから構成され、該円錐台部の外径の大きい端部と該円筒部の一端とが接続された形状を有し、上記撹拌槽内の内容物は、該円錐台部の外径の小さい端部から該結晶溶解手段に導入される。

ある実施態様では、上記加熱手段は、上記結晶溶解手段の外壁面または内壁面に設けられている。

別の実施態様では、上記加熱手段は、ケーブル状ヒーター、電磁誘導加熱、蒸気または熱媒である。

本発明によれば、微結晶を含む液体、スラリーなどを撹拌槽の内壁に散布することなく微結晶を溶解することができ、粒径の揃った大きな結晶が得られる晶析装置を提供することができる。

本発明の晶析装置の一実施態様を示す概略図である。本発明の晶析装置において、撹拌槽に、撹拌軸、結晶溶解手段および結晶溶解手段固定軸を備えた時の一実施態様を示し、（ａ）は上面断面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’の縦断面図を示し、そして（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’の縦断面図を示す。本発明の晶析装置を用いて得られたグリシン結晶の累積重量分布を示すグラフである。

本発明の晶析装置を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の晶析装置の一実施態様を示す概略図である。図１の晶析装置１は、撹拌槽２、撹拌軸３、結晶溶解手段４、および結晶溶解手段を加熱するための加熱手段（以下、単に加熱手段と記載する場合がある）６を備える。本発明の晶析装置は、貧溶媒晶析に用いられる場合は、溶液と貧溶媒とを混合する装置をさらに備える。

撹拌槽２は、液体、スラリーなどの撹拌に使用できる槽であれば、材質、形状など特に限定されない。撹拌槽２の大きさ（容量）は、結晶化させる物質、量などによって適宜設定され得る。

撹拌槽２は、好ましくはその外壁面に冷却手段が設けられる。冷却手段としては、例えば、図１に示すような水冷式の冷却手段などが挙げられる。

撹拌軸３は、通常、少なくとも１つの撹拌翼を備え、撹拌槽２内の内容物を撹拌し得るように構成されている。撹拌翼は、撹拌槽２内の内容物を撹拌し得る大きさ、形状などであれば、特に限定されない。撹拌軸３は、撹拌翼と結晶溶解手段４とを独立して駆動し得るように二軸構造にすることが好ましい。

撹拌軸３の一端は、撹拌槽２の上部でモーターなどの回転手段に接続されている。撹拌軸３の他端は、撹拌槽２の底部に接続されていないが、撹拌槽２の底部付近に位置している。上記撹拌翼は、好ましくは撹拌軸３の他端付近に備えられる。

撹拌軸３の長さおよび外径は、特に限定されず、撹拌槽２の大きさ、形状などによって適宜設定され得る。

結晶溶解手段４は、撹拌槽２内の内容物に含まれる微結晶を溶解する。なお、本明細書において「微結晶」とは、粒径に分布を持って生成する結晶のうちの小さな粒径画分をいい、その粒径は結晶化させる物質の特性による。

結晶溶解手段４は、撹拌槽２の内部において、撹拌軸３の周りを回転するように備えられている。例えば、図１に示すように、結晶溶解手段４は、撹拌軸３を覆うように設けられた結晶溶解手段固定軸５に固定されており、撹拌軸３と結晶溶解手段固定軸５とは独立して回転するように構成されている。

結晶溶解手段４の大きさは、撹拌槽２の内部に入る大きさであれば特に限定されず、撹拌槽２の大きさによって、適宜設定され得る。

結晶溶解手段４は、加熱によって微結晶を溶解するため、金属製（例えば、アルミニウム、ステンレス、ハステロイなど）であることが好ましい。耐薬品性の点から、ステンレス製であることがより好ましい。

結晶溶解手段４は、結晶溶解手段固定軸５を回転させることによって回転し、回転力を利用して撹拌槽２内の内容物を汲み上げる。結晶溶解手段４に汲み上げられて、結晶溶解手段４に導入された撹拌槽２内の内容物は加熱されて、内容物に含まれる微結晶が溶解される。

結晶溶解手段４は、撹拌槽２内の内容物が、結晶溶解手段４に導入されて滞留し、内容物中の微結晶が溶解するように構成されていれば、特に限定されない。例えば、結晶溶解手段４の内部に撹拌翼を設けたり、結晶溶解手段４の内壁を螺旋状に加工したりすることによって、結晶溶解手段４が回転すると揚水力が得られ、撹拌槽２内の内容物が結晶溶解手段４に汲み上げられる。

結晶溶解手段４に撹拌槽内２内の内容物を導入し滞留させるために、結晶溶解手段４の回転数（すなわち、結晶溶解手段固定軸５の回転数）は、内容物の粘度、撹拌槽２の大きさなどによって異なる。すなわち、結晶溶解手段４に撹拌槽内２内の内容物を導入するために遠心力を利用するので、撹拌槽２が小さい場合は回転数を速くする必要があり、撹拌槽２が大きい場合は回転数を遅くしてもよい。回転数は、通常５０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍが好ましく、６０ｒｐｍ〜４００ｒｐｍがより好ましい。

結晶溶解手段４は、例えば、図１に示すように、中空構造の円錐台部４１と円筒部４２とから構成され、円錐台部４１の外径の大きい端部と円筒部４２の一端とが接続されている形状が好ましい。このような形状によって、撹拌槽内２内の内容物が円錐台部４１の外径の小さい端部から結晶溶解手段４に導入される。結晶溶解手段４に導入された内容物は滞留し、微結晶が容易に溶解され得る。微結晶が溶解した内容物は、円筒部４２の上部（すなわち、円錐台部４１との接続部と反対の端部）から撹拌槽２に戻る。また、撹拌槽２の大きさ、内容物の粘度などによって、結晶溶解手段４は、円錐台部４１のみの形状（円錐台形）でもよい。

加熱手段６は、結晶溶解手段４を加熱するために用いられる。加熱手段６は特に限定されず、例えば、結晶溶解手段４の外壁面に設けられるケーブル状ヒーター、回転軸３（または結晶溶解手段固定軸５）から蒸気（水蒸気など）、熱媒（熱媒油、温水など）などを結晶溶解手段４に供給する手段（図２を参照のこと）、撹拌槽２の外部から電磁誘導によって結晶溶解手段４を発熱させる手段などが挙げられる。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すような晶析装置を用いて、グリシンの結晶化を行った。

容量が３．０Ｌの撹拌槽に撹拌軸を取り付け、撹拌軸の一端をモーターに固定した。グリシンを２５０ｍｇ／ｍＬの割合で、７０℃にて溶解した溶液１．７Ｌを撹拌槽に投入した。次いで、中空構造のアルミニウム製の円錐台部とアルミニウム製の円筒部とから構成され、円錐台部の外径の大きい端部と円筒部の一端とが接続された形状の結晶溶解手段を、円錐台部の外径の小さい端部がグリシン溶液に浸かるように、結晶溶解手段固定軸に固定した。なお、結晶溶解手段の外壁面には、ケーブル状ヒーターを巻き付けた。

次いで、グリシン溶液を４０℃まで冷却した後、過飽和となる２５℃まで１時間に１０℃の割合で冷却した。撹拌軸を４００ｒｐｍおよび結晶溶解手段固定軸を４００ｒｐｍの回転数で回転させ、グリシン溶液を冷却しながら、ケーブル状ヒーターの出力が１５０Ｗとなるように制御して結晶溶解手段を加熱した。

撹拌槽内の溶液の温度が２５℃に達してから３０分間は、引き続き撹拌軸および結晶溶解手段固定軸の両方を回転させた。その後、結晶溶解手段の加熱および結晶溶解手段固定軸の回転を停止し、撹拌軸のみを回転させて、さらに１時間グリシン溶液を撹拌した。結晶溶解手段の加熱を停止した後、１時間溶液を撹拌するのは、加熱によって溶解したグリシンを、再度、結晶成長させるためである。なお、結晶溶解手段の加熱を停止した後、撹拌を続けることによって結晶が破砕され微結晶が増加する場合には、この撹拌を続ける必要はない。

得られたグリシンの結晶を吸引ろ過し、結晶を乾燥してからふるいによって結晶の粒径および粒径分布を計測した。結果を図３に示す。なお、図３中の０Ｗは、結晶溶解手段を加熱せず、回転もさせなかった結果（対照実験）を示す。

（実施例２）
ケーブル状ヒーターの出力を２１０Ｗにしたこと以外は、実施例１と同様の手順でグリシンの結晶を得、結晶の粒径および粒径分布を計測した。結果を図３に示す。

（実施例３）
ケーブル状ヒーターの出力を２７０Ｗにしたこと以外は、実施例１と同様の手順でグリシンの結晶を得、結晶の粒径および粒径分布を計測した。結果を図３に示す。

図３に示すように、ケーブル状ヒーターの出力が１５０Ｗ、２１０Ｗおよび２７０Ｗいずれの場合も、微結晶の割合が減少し、大きな結晶の割合が増加していることがわかる。特に、１５０Ｗの場合よりも２１０Ｗの場合の方が、より微結晶が少ないことが分かる。これは、２１０Ｗの方が、結晶溶解手段の温度が高くなり、微結晶が十分に溶解したためと推測される。また、２１０Ｗおよび２７０Ｗにおいて、粒径分布にほとんど差がないのは、いずれの場合も微結晶が十分に溶解したためと推測される。なお、得られた結晶量は、実施例１〜３のいずれの場合もほぼ等量であった。

１晶析装置
２撹拌槽
３撹拌軸
４結晶溶解手段
４１中空構造の円錐台部
４２円筒部
５結晶溶解手段固定軸
６加熱手段

Claims

撹拌槽と、撹拌軸と、結晶溶解手段と、該結晶溶解手段を加熱するための加熱手段とを備える晶析装置であって、
該結晶溶解手段が、該撹拌槽の内部において、該撹拌軸の周りを回転するように備えられており、
該結晶溶解手段の回転に伴って、該撹拌槽内の内容物が、該結晶溶解手段に導入されて、該内容物中の微結晶が溶解するように構成されている、晶析装置。
前記結晶溶解手段が、中空構造の円錐台形；または中空構造の円錐台部と円筒部とから構成され、該円錐台部の外径の大きい端部と該円筒部の一端とが接続された形状を有し、前記撹拌槽内の内容物が、該円錐台部の外径の小さい端部から該結晶溶解手段に導入される、請求項１に記載の晶析装置。
前記加熱手段が、前記結晶溶解手段の外壁面または内壁面に設けられている、請求項１または２に記載の晶析装置。
前記加熱手段が、ケーブル状ヒーター、電磁誘導加熱、蒸気または熱媒である、請求項１から３のいずれかの項に記載の晶析装置。