JP2017511254A - 懸濁結晶化システムのためのモジュール式サブユニット及び当該モジュール式サブユニットを用いた懸濁結晶化方法 - Google Patents

Abstract

懸濁結晶化システム１０における結晶の生成のためのモジュール式サブユニット１が開示され、これは、第１結晶化セグメント１００と、少なくとも１つの更なる結晶化セグメント１１０と、第１混合セグメント２００と、任意選択の更なる混合セグメント２１０と、サブユニット１内に存在する任意の結晶化セグメント（１００、１１０）及び任意の混合セグメント（２００、２１０）と流体連通する入口キャップ３００及び出口キャップ４００と、結晶化セグメント（１００、１１０）及び好ましくは混合セグメント（２００、２１０）に機械的エネルギーを提供するための中央回転軸５００とを有している。サブユニット１に存在する複数の結晶化セグメントは、混合セグメントによって互いに分離されている。本発明はまた、サブユニット１を有する懸濁結晶化システム１０、及びサブユニット１を利用する懸濁結晶化方法に関する。

Description

本発明は、懸濁結晶化システム（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）における結晶の生成のためのモジュール式サブユニットに関する。本発明はまた、サブユニットを備えた懸濁結晶化システム、及びモジュール式サブユニット又は懸濁結晶化システムを用いた懸濁結晶化方法に関するものである。

懸濁結晶化及び晶析装置には、混合物及び他の組成物の成分の精製及び濃縮において、特に、食品（凍結濃縮）、及び廃水処理を含む化学工業で、多くの用途がある。

懸濁結晶化の最大のコスト要因は、スクレーパが動作している内壁を有する晶析装置である。小さな懸濁晶析装置（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ）は、高価でスクレーピング（ｓｃｒａｐｉｎｇ）のために最適化され微細に機械加工された、内壁を有しており、この内壁によって、スクレーピングされた表面の１平方メートル当たりの高い熱交換負荷が可能となる。

大きな表面積の壁とスクレーパとの一定で均一な接触を維持することは困難であるため、大きな懸濁晶析装置及び高いスループットの両立は、技術的に非常に難しい。したがって、経済的／技術的理由のために、大きな表面積の壁を機械的に加工することはできないので、大きな晶析装置の壁部のスクレーピングは、十分でないことが多い。スクレーパの均一な接触を実現するには、専用に作られた特殊な大型機械加工装置を用いた精密な機械加工が必要となるであろう。このために、かかる大きな晶析装置は、母液中の結晶化成分濃度が高い用途には、不適切か又はあまりにも不経済となる。なぜなら、これらの条件下では、結晶が壁に強固に付着するためである。完全に掻き取られていない場合、結晶層が壁に形成されて、ナイフの損傷、高い核生成率、及び、熱伝達の損失、したがって性能の損失、を招くことになる。しかし、化学物質の最終精製の分野への関心は、母液中の結晶化成分の高濃度化へ進み、その結果として、結晶が壁に強固に付着し、したがって、均一なスクレーピングが極めて重要となる。国際公開第２００８／１１３３８６号は、大スクレープ冷却面を提供するように配置構成された、いくつかの隣接する結晶化モジュールからなる、水性塩溶液中の塩及び水の同時結晶化のための晶析装置を開示している。この晶析装置は、２個の別個のスラリ出口を備え、１つは氷結晶用で最上部に、１つは塩結晶用で底部に設けられているため、この晶析装置は、水性系でのみ使用するために、特に設計されたものである。開示された晶析装置は、申し立てによると、大きなスクレーピングされる冷却面及び比較的高い熱伝達性能を有しているが、これは不十分な混合、停滞領域及び結晶凝集に伴う問題を招く。更に、冷却面の複雑な構成のために、モジュール内における、開示された同軸冷却面の均一なスクレーピングが課題であることを、当業者であれば認識するであろう。上記に開示された晶析装置を含めて、大きな晶析装置では熱伝達が発生して新たな結晶が形成される壁における懸濁層の混合が乏しく、その結果、スクレーパ構造のまわりに結晶が蓄積する。従来、例えば、欧州特許第１３９８０６４（Ｂ１）号、米国特許第３２８３５２２号、及び米国特許第４３１６３６８号に開示されるように、壁での不十分な混合の問題は、高い維持費及び運転費を伴う高価で機械的に複雑な設計によって、対処されている。一例は、逆方向に回転する同軸のミキサ及びスクレーパ及び独立した二重駆動システム（１つはスクレーパ用、及び１つはミキサ用）を備えるシステムである。ドラフトチューブ及びミキサに基づく構造は、同様に複雑かつ高価である。これらの設計のいずれかを使用すると、製造及び保守費用が急激に上昇する結果となる。

結晶化セクション及び混合セクションから構成される懸濁晶析装置のいくつかの例は、国際公開第２００８／１５５６４０（Ａ１）号又は米国特許第６，２４１，９５４号に開示されているものなどが、知られている。しかし、かかる晶析装置は、大規模に構築されると、効率的な混合及び効果的なスクレーピングが行われないなどの上述の問題を被る。

不十分な混合及び結晶凝集に関連する上述の問題は、晶析装置内の結晶閉塞という更なる問題をもたらすことが多い。かかる閉塞に対処するには通常の除霜を必要とするが、これは、時間を要し、作業者の注意を必要とするため不利である。

したがって、懸濁結晶化システム、特に、より大きく、より高スループットのシステムであって、改善された混合及び壁スクレーピング特性を有し、従来技術のシステムに付随する機械的、動作上及び保守上の複雑さ及び費用を伴わない、懸濁結晶化システムのための改良された設計を有することは有用であろう。更に、全ての装置が良好な混合及び壁スクレーピング性能を有するさまざまなサイズの晶析装置の製造を単純化する晶析装置の設計ソリューションを有することは、望ましいであろう。大規模な除霜サイクル（動作中に形成された結晶の塊を溶融させるための晶析装置の周期的な加熱）及び保守及び／又は動作の複雑さを必要とすることなく、かかるシステム及びそのサブユニットを利用する簡単な懸濁結晶化方法を有することもまた、望ましいであろう。

国際公開第２００８／１１３３８６号 欧州特許第１３９８０６４（Ｂ１）号 米国特許第３，２８３，５２２号 米国特許第４，３１６，３６８号 国際公開第２００８／１５５６４０号 米国特許第６，２４１，９５４号

Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｂｙ Ａｌｌａｎ Ｓ．Ｍｙｅｒｓｏｎ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ Ｊａｎｕａｒｙ ９，２００２ ｂｙ Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ，Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡ ＩＳＢＮ：９７８−０７５０６７０１２８ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ａ．Ｍｅｒｓｍａｎｎ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ２００１ ｂｙ Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｂａｓｅｌ，ＩＳＢＮ：０−８２４７−０５２８−９

この従来技術から出発して、本発明の目的は、特により大きなシステム及びより高いスループットのために、上述した欠点（特に、効果的な混合及びスクレーピングの欠如）を被ることのない、懸濁結晶化システムにおける結晶生成のための改良されたサブユニットを提供することである。更なる目的は、これらの同じ利点を有する懸濁結晶化システム及び方法を提供することである。

本発明によれば、これらの目的は、懸濁結晶化システムにおける結晶生成のためのモジュール式サブユニットによって達成され、上記サブユニットは、
第１結晶化セグメントであって、
第１入口と、
結晶形成及び成長を促進するために、冷却面でスラリを冷却する冷却手段と、
結晶成長のために十分な結晶成長容積と、
冷却面をスクレーピングし、及び／又は冷却面に隣接した層をスラリのバルクと共に混合するための機械的スクレーピング手段と、
第１出口と、を有する、第１結晶化セグメントと、
第１混合セグメントであって、
第２入口と、
結晶化セグメントからのスラリを混合し、及び／又は、任意の結晶凝集物が存在する場合、そのサイズを縮小させるための、機械的混合手段と、
第２出口と、を有し、
結晶化セグメント及び混合セグメントは、結晶化セグメントの第１出口、及び混合セグメントの第２入口を介して、互いに流体連通している、第１混合セグメントと、
サブユニットのための主供給導管を備え、第３出口を有する入口キャップと、
サブユニットのための主排出導管を備え、第３入口を有する出口キャップと、
結晶化セグメントの機械的なスクレーピング手段、及び、好ましくは更に混合セグメントの機械的混合手段のための機械的エネルギーを供給する中央回転軸と、
第１結晶化セグメントに加えて少なくとも１つの更なる結晶化セグメントと、
任意選択で、第１混合セグメントに加えて少なくとも１つの更なる混合セグメントと、を備え、
サブユニットに存在する第１結晶化セグメントと任意の更なる結晶化セグメントは全て、第１混合セグメント、又は更なる混合セグメント（存在する場合には）によって互いに分離され、
中央回転軸は、任意の更なる結晶化セグメントの機械的なスクレーピング手段、好ましくは更に、任意の更なる混合セグメントの機械的混合手段、のためのエネルギーを供給し、
入口キャップは、第３出口を介して、サブユニット内に存在する任意の結晶化セグメント及び任意の混合セグメントと流体連通し、
出口キャップは、第３入口を介して、サブユニット内の任意の結晶化セグメント及び任意の混合セグメントと流体連通している。

本発明者らは、驚くべきことに、モジュール式サブユニットは、多様なサイズを有する懸濁結晶化システムの製造のために使用することができることを見出した。これらは、全て、比較的簡単で費用効果のある方法及び設計を使用して製造され、全てがそれらの動作において、良好な混合及びスクレーピング特性を有している。したがって、サブユニット及びそれに基づく懸濁結晶化システムは、従来技術のものよりも、かなり改善されている。特に、その壁は十分に小さいため、複雑な装置及び操作を必要とすることなく、円滑に精度良く機械加工することができ、したがって、スクレーピング性能が高い。更に、モジュール式サブユニットの結晶化セグメント間の混合セグメントの存在は、混合性能に有利に働いて、停滞領域及び結晶凝集に関連する問題を低減することが明らかになった。それらの好ましい混合及びスクレーピング特性を有するモジュール式サブユニットによって、また、単一の中央回転軸は、サブユニットの、機械的なスクレーピング手段及び好ましくは更に機械的混合手段の機械的エネルギーを提供することができ、したがって、構造、動作、及び保守を単純化することができる。

サブユニットが、流体相から結晶相を分離するための少なくとも１つの分離手段と流体連通しているとき、モジュール式サブユニットを含む懸濁結晶化システムの更なる目的が、提供される。かかる分離手段は、生成物の分離を可能にし、サブユニットが方法設計に組込まれることを可能にする。

本発明のモジュール式サブユニット又は懸濁結晶化システムを使用する懸濁結晶化方法の別の目的は、
第１結晶化セグメントの冷却面でスラリを冷却して、結晶の形成及び成長を促進するステップと、
第１結晶化セグメントで結晶を成長させるステップと、
機械的スクレーピング及び／又は混合手段を用いて、冷却面をスクレーピングし、及び／又は冷却面に隣接した層をスラリのバルクと共に混合するステップと、
スラリを更なる結晶化セグメントに供給する前に、第１混合セグメントを用いて、第１結晶化セグメントからのスラリを混合するステップと、
少なくとも１つの更なる結晶化セグメントを用いて、第１混合セグメントからのスラリを冷却して、更なる結晶の形成及び成長を促進するステップと、
更なる結晶化セグメントにおいて結晶を成長させるステップと、
任意選択で、更なる混合セグメント（存在する場合）を使用して、更なる結晶化セグメント（存在する場合）間でスラリを混合するステップと、を備える方法によって達成される。

本発明のこれらの更なる目的は、本発明のモジュール式サブユニットによって得られる利点、即ち、良好な混合及びスクレーピング特性、を共有している。更に、サブユニットの壁を容易に機械加工してサブユニットの組立品を生成できる能力のおかげで、本発明のシステムは、種々のサイズ及び形状で、比較的容易かつ安価に製造することができる。更に、本発明の方法は、任意の結晶凝集物が存在する場合に、そのサイズを有利に縮小させることができる。

一実施形態では、モジュール式サブユニットは、断面が実質的に円形であり、第１結晶化セグメントの円筒形の壁の少なくとも一部は、冷却面を備えている。実質的に円形の形状は、他の形状に比べて、円滑に加工するのが比較的容易であるという利点を、この実施形態は有している。また、円形の形状は、正方形の形状及び他の形状に比べて、スクレーピングが比較的容易である。存在する更なる結晶化セグメントの円筒形の壁の少なくとも一部もまた冷却面を備えれば、いずれかの更なる結晶化セグメントにとって、同様に有利であろうことを、当業者であれば理解するであろう。

別の実施形態において、第１結晶化セグメント、第１混合セグメント、少なくとも１つの更なる結晶化セグメント及び任意の更なる混合セグメント（存在する場合）、並びに入口及び出口キャップは、全て互いに実質的に垂直又は実質的に水平に配置されており、好ましくは、実質的に垂直に配置されている。セグメントの垂直な配置は、水平又はその他の配置に比べて、力を分散させ、サブユニット全体を通じて重量を支持するという点で有利である。垂直配置はまた、クレーンによる構成部品の分解及び再組立てを容易にすることによって、保守作業に有利であり、垂直配置はまた、サブユニット及びそれに基づくシステムの設置面積を削減するように作用する。

更に別の実施形態では、方向は実質的に垂直であり、入口キャップは、サブユニットの頂部又はサブユニットの底部のいずれかにある。第１の代替構成は、結晶化される物質の結晶相の密度が、その液相よりも高い場合の精製又は濃縮方法の用途に有利であり、第２の代替構成は、結晶化される物質の結晶相の密度が、その液相よりも低い場合の精製又は濃縮方法の用途に有利である。これらの構成は、重力の効果を最適に考慮している。

モジュール式サブユニットは、第１結晶化セグメントに加えて少なくとも１つの更なる結晶化セグメントを有している。更に別のいくぶん関連する実施形態では、第１混合セグメントに加えて少なくとも１つの更なる混合セグメントを有している。追加のセグメントを含めると、サブユニットの柔軟性及び性能が増加する。先に示したように、結晶化セグメントは、常に混合セグメントによって相互に分離される。

モジュール式サブユニットの更なる実施形態では、第１混合セグメント又は更なる混合セグメントは、混合セグメント内のスラリから結晶含有量を低減した、好ましくは、実質的に結晶を含まない流れをサブユニットから抽出するために好適なフィルタ手段を備えている。結晶含有量は、目視、光学顕微鏡、及び濁度測定を含む従来の方法に基づいて決定することができることを、当業者であれば理解するであろう。

単一段（シングル・ステージ）プロセスに関するモジュール式サブユニットの一実施形態では、結晶化セグメントの全て、混合セグメントの全て、入口キャップ及び出口キャップは、全て、流体連通しており、この流体連通は、相互接続する外部配管を必要としないように具現化されている。外部配管をなくすれば、構造、保守及び封止が簡素になる。統合されたモジュール式システムは、ドライブ及び配管の節約をもたらす。更に、外部配管及びポンプを介する間接的な流体連通は、セグメントの直接的な流体連通のほど良好に混合することができない。

モジュール式サブユニットの別の実施形態では、少なくとも第１及び更なる結晶化セグメントは、中間壁の存在によって、相互に直接流体連通されず、直接流体連通しない結晶化セグメント間の間接的な連通は、外部配管を経由して提供される。この実施形態によれば、標準化されたモジュール式サブユニットをこの構成のために利用可能にすることによって、多段プロセスに関する結晶化システムの安価で、単純かつ堅牢な構成が容易となる。多段プロセスを１つのモジュール式サブユニットで実施することができ、それによって、付随するパイプ及びポンプを伴う複数の晶析装置の使用、及びそれらの関連する欠点を回避できることは、好都合である。関連する特定の実施形態では、モジュール式サブユニットは、総プロセス段数が、中間壁の数に１を加えた数に等しい使用法として具現化されている。

本発明の方法の実施形態では、サブユニット内のスラリを調整するステップが、第１又は更なる混合セグメント内で行われる。このように、比較的暖かい供給原料を供給すれば、より小さな結晶を溶融させ、これによって、分離手段における後続の固液分離ステップを改善する。

本方法の別の実施形態では、サブユニットは、流体相から結晶相を分離するための１つ以上の分離手段と流体連通し、本方法は、流体相から結晶相を分離する追加のステップを備えている。

本発明のさまざまな請求項及び実施形態の主題の組み合わせは、かかる組み合わせが技術的に実現可能な範囲で、本発明において制限なく可能であることを、当業者であれば理解するであろう。この組み合わせでは、任意の１つの請求項の主題は、他の請求項の１つ以上の主題と、組み合わせることができる。この主題の組み合わせでは、任意の１つの方法の請求項の主題は、１つ以上の他の方法の請求項の主題、又は１つ以上のモジュール式サブユニット若しくは懸濁結晶化システムの請求項の主題、又は、１つ以上の方法の請求項及び、サブユニット若しくはシステムの請求項の混合の主題と、組み合わせてもよい。同様に、任意の１つのサブユニット若しくはシステムの請求項の主題は、１つ以上の他のサブユニット若しくはシステムの請求項の主題、又は１つ以上の方法の請求項の主題又は、１つ以上のサブユニット若しくはシステムの請求項と方法の請求項との混合の主題と、組み合わせてもよい。例として、任意の１つの請求項の主題は、かかる組み合わせが技術的に実現可能な範囲で、制限なく、任意の数の他の請求項の主題と組み合わせてもよい。

本発明において、制限なく、本発明のさまざまな実施形態の主題の組み合わせが可能であることを、当業者であれば理解するであろう。例えば、上述の方法の実施形態のうちの１つの主題は、技術的に実現可能な限り、制限なく、上述の他のサブユニット若しくはシステムの実施形態の１つ以上の主題と、組み合わせてもよく、またその逆も可能である。

以下、本発明のさまざまな実施形態並びに図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。概略図は以下のとおりである。

結晶化セグメント及び混合セグメントを備えたモジュール式サブユニットの実施形態の概略図（Ａ）を示す。 結晶化セグメント及び混合セグメントを備えたモジュール式サブユニットの実施形態の概略図（Ｂ）を示す。 第１結晶化セグメント、第１混合セグメント、１つの更なる結晶化セグメント、フィルタ手段及び、その頂部（Ａ）にある入口、を備えた本発明に係るモジュール式サブユニットの実施形態の概略図（Ａ）を示す。 第１結晶化セグメント、第１混合セグメント、１つの更なる結晶化セグメント、フィルタ手段及び、その底部（Ｂ）にある入口、を備えた本発明に係るモジュール式サブユニットの実施形態の概略図（Ｂ）を示す。 中間壁と外部配管を有する２段プロセスに好適な本発明に係るモジュール式サブユニットの実施形態の概略図を示す。 本発明に係る懸濁結晶化システムの実施形態の概略図を示す。 本発明のモジュール式サブユニットを備える本発明に係る懸濁結晶化システムの実施形態の概略図を示す。 ２段プロセスに好適で４つのモジュール式サブユニットを備える、本発明に係る結晶化システムの実施形態の概略図を示す。

（定義）
本出願の明細書及び特許請求の範囲において使用されるときには、以下の定義を適用しなければならない。

先行詞としての「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを示さない限り、単数又は複数のいずれを意味してもよい。

「中間壁」は、液密シールを提供することによって、隣接するセグメント間の流体の流れを実質的に遮断する。

「実質的に円形」とは、適用される製造方法の許容誤差の範囲内での円形形状からの偏差を含むことを意味する。

「実質的に垂直」又は「実質的に水平」とは、それぞれ中心線が垂直又は水平から５度以内であることを意味する。

「スラリ」という用語は、初期供給溶液、又は本プロセス内で生成される懸濁液若しくはスラリのいずれかを指すことができる。「流体」という用語は、化学工業において広く使用されている用語である母液、又は、食品又は飲料産業で広く使用されている用語である濃縮物のことを指す。

「重量％」は、スラリ中の結晶の重量パーセントを意味する。

「低結晶含有量」は、５重量％以下を意味し、好ましくは４重量％以下、より好ましくは３重量％以下、最も好ましくは２重量％以下であり、「実質的に結晶を含まない」とは、１重量％以下を意味する。

「調整ステップ」は、第１又は更なる混合セグメントを経由して、モジュール式サブユニットに比較的暖かい供給原料を供給することを意味する。

本出願における数値は、平均値に関係する。更に、特に断りのない限り、数値は、有効数字を同じ数に揃えたときに同一となる数値、並びに標記の値との差が、本願に記載され数値の測定に用いた種類の従来の測定技術の実験誤差未満でしかない数値を包含するものと、理解されなければならない。

次に、図面を参照して、本発明が、より詳細に説明される。図１は、モジュール式サブユニット１の２つの実施形態の概略図である。図示されたモジュール式サブユニット１は、１つの結晶化セグメント１００、１つの混合セグメント２００、入口キャップ３００、出口キャップ４００及び中央回転軸５００を有している。他の実施形態では、追加のセグメントが存在してもよい。モジュール式サブユニット１には、通常、プロセスの開始時に、結晶を含まない溶液が供給されることを、当業者であれば理解するであろう。プロセスが進行して結晶の形成が始まると、懸濁液又はスラリが形成されることになる。

結晶化セグメント１００は、第１入口１０１、冷却手段１０２、結晶成長容積１０３、機械的スクレーピング手段１０４、及び第１出口１０５を備えている。冷却手段１０２によって、スラリを冷却面１０２１で冷却することができ、その結果として、その上に結晶が形成される。好適な冷却手段として、グリコールなどの冷媒を循環させるか、又は空気冷却を使用するなどの従来の方法が挙げられる。結晶成長のために適切で十分な結晶成長容積１０３は、使用するプロセス条件に基づいて選択されることができることを、当業者であれば理解するであろう。機械的なスクレーピング手段１０４は、冷却面で新たに形成された結晶のスクレーピングを可能にし、冷却面１０２１の近くの層とスラリのバルクとの混合を促進する。好適な機械的スクレーピング手段として、ブレードが挙げられる。

混合セグメント２００には、第２入口２０１、機械的混合手段２０２及び第２出口２０３が設けられている。混合手段２０２は、停滞領域（即ち、結晶が互いに対して移動しない領域）を防止し、厚い塊又は結晶凝集物の形成を低減又は防止するが、これらの存在は、例えばふるい分け（ｓｉｅｖｉｎｇ）、光学顕微鏡又はレーザー回折によって、調べることができる。本発明の好適な機械的混合手段２０２は、１つ以上の撹拌機、１つ以上のバッフル、又はこれらの組み合わせを備えてもよい。機械的混合手段２０２が撹拌機を備えている場合、この攪拌機は、中央回転軸５００に接続される。バッフルは、施工が簡単であり、機械的なスクレーピング手段１０４又は攪拌機を回転させることにより引き起こされるスラリの回転運動を効果的に破断するので、都合が良い。

スラリは、主供給導管３０１を備える入口キャップ３００を経由して、モジュール式サブユニット１に供給される。スラリは、入口キャップ３００から、第３出口３０２を経由して、結晶化セグメント１００の第１入口１０１に搬送されることができる。スラリは、結晶化セグメント１００から、第１出口１０５を経由して引き出され、第２入口２０１を経由して、混合セグメント２００に搬送されることができる。結果として生じた混合物は、混合セグメント２００から、第２出口２０３を経由して引き出され、第３入口４０２を経由して出口キャップ４００に導入されることができる。そこで、スラリは、モジュール式サブユニット１から、主排出導管４０１を経由して、引き出される。

中央回転軸５００は、結晶化セグメント１００の機械的スクレーピング手段１０４、及び、好ましくは混合セグメント２００の機械的混合手段２０２のための機械的エネルギーを供給する。中央回転軸５００は、電気モータなどの従来の手段によって、好適に駆動することができる。

モジュール式サブユニット１の各セグメントは、製造及びコスト上の利点を得るために、標準化され、かつ実質的に円形であることが好ましい。モジュール式サブユニット１のさまざまなセグメント（例えば１００及び２００）及びキャップ（即ち、３００及び４００）は、互いに、実質的に垂直又は実質的に水平に配置されてもよく、実質的に垂直に配置されることが好ましい。上述したように、モジュール式サブユニット１のセグメント（例えば、１００及び２００）及びキャップ（即ち、３００及び４００）は、好ましくは、互いに直接流体連通する、即ち、それぞれの出口と入口とが、互いに直接接続されるようにすることができる。

図１Ａは、機械的混合手段２０２としての撹拌機を有するモジュール式サブユニット１を概略的に表す一方、図１Ｂは、機械的混合手段２０２としてのバッフルを有するモジュール式サブユニット１を示す。

晶析装置及びその動作に関する追加情報は、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｂｙ Ａｌｌａｎ Ｓ．Ｍｙｅｒｓｏｎ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ Ｊａｎｕａｒｙ ９，２００２ ｂｙ Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ，Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡ ＩＳＢＮ：９７８−０７５０６７０１２８」及び「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ａ．Ｍｅｒｓｍａｎｎ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ２００１ ｂｙ Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｂａｓｅｌ，ＩＳＢＮ：０−８２４７−０５２８−９」に開示されている。

図２は、本発明に係るモジュール式サブユニット１の一実施形態の概略図である。ここで、図１に記載されたモジュール式サブユニット１は、第１結晶化セグメント１００と実質的に同一であって、第１混合セグメント２００によって、第１結晶化セグメント１００から分離された１つの更なる結晶化セグメント１１０を備えている。同様に、モジュール式サブユニット１は、少なくとも１つの更なる混合セグメント２１０（図示せず）を備えることができ、第１混合セグメント２００と実質的に同一であることが好ましい。同様に、更なる結晶化セグメント１１０を追加することができ（図示せず）、前述したように、結晶化セグメントは、常に混合セグメントによって、図２〜図５でも示されるように、互いに分離される。混合セグメント（２００、２１０）のうちの１つ以上は、更に、混合セグメント内のスラリから結晶含有量を低減した、好ましくは、実質的に結晶を含まない流れをモジュール式サブユニット１から抽出するために好適なフィルタ手段２００１を備えてもよい。更なる混合セグメント（２１０）又は更なる結晶化セグメント（１１０）を含めると、更なるセグメントのための追加の入口及び出口が必要となるであろうことを、当業者であれば理解するであろう。

図２Ｂのサブユニット１は、結晶（例えば、凍った水）が液相よりも低い密度を有するシステムと共に使用するためのものである一方、図２Ａのサブユニット１は、結晶が液相よりも高い密度を有するシステムと共に使用するためのものである。図２Ａ及び図２Ｂは、入口キャップ３００と出口キャップ４００との配置が異なっている。

図３は、本発明のモジュール式サブユニット１の別の好ましい実施形態の概略図である。ここで、図１に記載されたモジュール型サブユニット１の第１混合セグメント２００は、更に、中間壁２０４を備え、第１結晶化セグメント１００と実質的に同一である１つの更なる結晶化セグメント１１０との直接の流体連通を防止している。代わりに、直接連通しないセグメント間の間接的な流体の交換が、外部配管構成要素によって提供される。

図４は、モジュール式サブユニット１を備える懸濁結晶化システム１０の実施形態を示している。システムの基本的な動作は、米国特許第６，７１９，９５４号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。ここでは、モジュール式サブユニット１は、循環中のスラリ側流の固液分離のための少なくとも１つの分離手段７００と流体連通している。循環を達成するために、本発明に係る懸濁結晶化システムは、パイプＳ１１と循環ポンプ７１０を有する外部回路ループを備える。この実施形態では、パイプＳ１１は、モジュール式サブユニット１と、一端は主供給導管３０１を介して、他の端は、主排出導管４０１を介して、接続される。分離手段７００は、ハイドロサイクロン、遠心分離機、洗浄塔、又はフィルタであってもよい。個々のサブユニット１は、後で図５に示すような多段システムの場合、同一又は異なる分離手段７００を有してもよい。分離手段７００で、結晶が液相から分離される。その後、液相の一部をシステムから除去することができる。残りのスラリは、更なる処理のために、モジュール式サブユニット１に再導入される。

図５に示す２段の懸濁結晶化システム１０は、本発明の別の好ましい実施形態を概略的に例示する。ここで、システム１０は、１つの段をＡ、他の段をＢとそれぞれ表す２段のモジュール式サブユニット１を備え、これらは、中間壁２０４によって、互いに分離されている。２段の各々は、供給タンク（７３０Ａ、７３０Ｂ）、結晶化セグメント（１００Ａ、１００Ｂ）、混合セグメント（２００Ａ、２００Ｂ）、分離手段（７００Ａ、７００Ｂ）、及び循環ポンプ（７１０Ａ、７１０Ｂ）を備える外部循環パイプ（Ｓ１１、Ｓ２１）で、それぞれ実行される。段Ａの循環を達成するために、外部循環パイプＳ１１は、一端が、混合セグメント２００Ａの出口２０６Ａを介して、他の端が、主供給導管３０１を介して、モジュール式サブユニット１と接続される。同様に、段Ｂの外部循環の場合、外部循環パイプＳ２１は、一端が、主排出導管４０１を介して、他の端が、結晶化セグメント１００Ｂの入口１０６Ｂを介して、モジュール式サブユニット１と接続される。当業者であれば、図５及びその説明から、サブユニット１が、適切な追加の中間壁２０４など、及び更なるプロセス段を提供するための追加のセグメントを備え得る方法について、理解するであろう。

外部循環ループを有する図５の実施形態に係るシステム１０は、本質的に以下のように動作する。供給原料は、パイプＳ１０を経由して、タンク７３０Ａから引き出され、第１混合セグメント２００Ａの入口２０５Ａを介してモジュール式サブユニット１に導入される。このように供給すれば、比較的暖かい供給原料によって、より小さな結晶が、第１混合セグメント２００中で溶解し、それによって、分離手段７００Ａ（図示のように、外部循環パイプＳ１１から取られたスラリが供給される）における後続の固液分離ステップが改善されるという利点がある。分離手段７００Ａで、純粋な結晶が液相から分離され、システム１０から引き出される。実質的に結晶を含まない液相は、更なる結晶化によって液相中の不純物を更に濃縮するため、パイプＳ１２を経由して、第２段Ｂの供給タンク７３０Ｂに搬送される。両方の段Ａ及びＢの供給タンクは、接続パイプＳ１３を介して相互に流体連通している。接続パイプＳ１３は、タンク７３０Ａ及び７３０Ｂの双方のそれぞれにおける液体レベルを制御するための簡単な手段を提供する。

第２段Ｂの供給原料は、パイプＳ２０を経由して、タンク７３０Ｂから引き出され、他の第１混合セグメント２００Ｂの入口２０５Ｂを介して、モジュール式サブユニット１に導入される。ここでもまた、このように供給すれば、比較的暖かい供給原料によって、より小さな結晶が、混合セグメント２００Ｂ中で溶解し、それによって、分離手段７００Ｂ（図示のように、外部循環パイプＳ２１から取られたスラリが供給される）における後続の固液分離ステップが改善されるという利点がある。分離手段７００Ｂで、結晶が液相から分離される。続いて、液相の一部が、システム１０から引き出される。残りの液相は、パイプＳ２３を経由して外部循環パイプＳ２１に戻される。この第２段Ｂの分離された結晶部分は、パイプＳ２２を経由して段Ａの循環スラリに搬送され、それと混合する。このように、２つの段Ａ及びＢの機器は、非常に類似している場合が多いことが図５から分かる。

更に、図１〜図５は、互いに実質的に垂直に配置された、さまざまなキャップ及びセグメントを示している。実質的に垂直又は実質的に水平に配置すれば、単一の中央回転軸５００によって、混合セグメントの撹拌機及び結晶化セグメントの回転する機械的スクレーピング手段１０４の両方を駆動することができる、という利点がある。

図６に示される複数晶析装置２段懸濁結晶化システム１０は、本発明の別の好ましい実施形態を概略的に例示する。ここで、図５に記載される結晶化システム１０は、バッファタンク７２０を経由して分離手段７００に接続されている複数のモジュール式サブユニット（１及び１’）を備えている。このように、本実施形態（図５の実施形態と比較して）では、外部循環ループは、更に、バッファタンク７２０を含んでいる。バッファタンク７２０によって、一定の品質の均質な供給原料を、分離手段７００及びモジュール式サブユニット（１及び１’）に、供給することができる。サブユニット（１及び１’）の関連する配管及びポンプはまた、ｘ又はｘ’などの用語を用いて表されている。

本発明のサブユニット１及びシステム１０は、結晶化技術分野で従来知られているような補助設備（ポンプ、供給原料タンク、熱交換器、制御システム、電源、冷却及び加熱流体の供給及び分配手段、バルブ、パイプ、配管、バッファタンク、及び、流量、温度、レベルなどのパラメータを測定するセンサ、を含む）を備えてもよい。本発明の方法及びサブユニット１及びシステム１０は、コンピュータインターフェースによって、簡便に制御することができる。

説明の目的のために、さまざまな実施形態を述べてきたが、上述の説明は、本発明の範囲を限定するものと見なしてはならない。したがって、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多様な変更、改変及び代替を、当業者であれば想起することができる。

１ モジュール式サブユニット
４ 頂部
６ 底部
１０ 懸濁結晶化システム
１００ 第１結晶化セグメント
１０１ 第１結晶化セグメントの第１入口
１０２ 冷却手段
１０２１ 冷却面
１０３ 結晶成長容積
１０４ 機械的スクレーピング及び／又は混合手段
１０５ 第１結晶化セグメントの第１出口
１１０ 更なる結晶化セグメント
２００ 第１混合セグメント
２０１ 第１混合セグメントの第２入口
２０２ 機械的混合手段
２０３ 第１混合セグメントの第２出口
２０４ 中間壁
２１０ 更なる混合セグメント
３００ 入口キャップ
３０１ 主供給導管
３０２ 入口キャップの第３出口
４００ 出口キャップ
４０２ 出口キャップの第３入口
５００ 中央回転軸
７００ 分離手段
７１０ 循環ポンプ
７２０ バッファタンク
７３０ 供給タンク
２００１ フィルタ手段
Ｓ１０ 段Ａの供給タンクと混合セグメントとの間のパイプ
Ｓ１１、Ｓ２１ それぞれ段Ａ、Ｂの外部循環パイプ
Ｓ１２ 段Ａの分離手段と段Ｂの供給タンクとの間のパイプ
Ｓ１３ 供給タンクＡとＢとの間の接続パイプ
Ｓ１４ 段Ａのバッファタンクと段Ａの分離手段との間のパイプ
Ｓ１５ 段Ａの供給タンクと段Ａのバッファタンクとの間のパイプ
Ｓ２０ 段Ｂの供給タンクと混合セグメントとの間のパイプ
Ｓ２２ 段Ｂの分離手段と段Ａの外部循環パイプ（Ｓ１１）の間のパイプ
Ｓ２３ 段Ｂの分離手段と段Ｂの外部循環パイプ（Ｓ２１）との間のパイプ
Ｓ２４ 段Ｂのバッファタンクと段Ｂの分離手段との間のパイプ
Ｓ２５ 段Ｂの供給タンクと段Ｂのバッファタンクとの間のパイプ
Ｓ２６ 段Ｂの分離手段と段Ａのバッファタンクとの間のパイプ

Claims (15)

1. 懸濁結晶化システム（１０）における結晶生成のためのモジュール式サブユニット（１）であって、
   第１結晶化セグメント（１００）であって、
   第１入口（１０１）、
   結晶の形成及び成長を促進するために冷却面（１０２１）でスラリを冷却するための冷却手段（１０２）、
   前記結晶の成長に十分な結晶成長容積（１０３）、
   前記冷却面（１０２１）をスクレーピングするため、及び／又は前記冷却面（１０２１）に隣接した層を前記スラリのバルクと共に混合するための機械的スクレーピング手段（１０４）、及び
   第１出口（１０５）
   を有する第１結晶化セグメント（１００）と、
   第１混合セグメント（２００）であって、
   第２入口（２０１）、
   前記結晶化セグメント（１００）からの前記スラリを混合するため、及び／又は結晶凝集物が存在する場合にそのサイズを縮小させるための機械的混合手段（２０２）、及び
   第２出口（２０３）
   を有し、前記結晶化セグメント（１００）及び前記混合セグメント（２００）が、前記結晶化セグメント（１００）の前記第１出口（１０５）及び前記混合セグメント（２００）の前記第２入口（２０１）によって互いに流体連通している、第１混合セグメント（２００）と、
   前記サブユニット（１）のための主供給導管（３０１）を有し、且つ第３出口（３０２）を有する入口キャップ（３００）と、
   前記サブユニット（１）のための主排出導管（４０１）を有し、且つ第３入口（４０２）を有する出口キャップ（４００）と、
   前記結晶化セグメント（１００）の前記機械的スクレーピング手段（１０４）に、及び好適には前記混合セグメント（２００）の前記機械的混合手段（２０２）にもエネルギーを提供する中央回転軸（５００）と、
   前記第１結晶化セグメント（１００）に加えて、少なくとも１つの更なる結晶化セグメント（１１０）と、
   任意選択で、前記第１混合セグメント（２００）に加えて、少なくとも１つの更なる混合セグメント（２１０）と
   を有しているモジュール式サブユニット（１）において、
   前記サブユニット（１）に存在する前記第１結晶化セグメント（１００）及び更なる結晶化セグメント（１１０）は全て、前記第１混合セグメント（２００）によって、又は存在する場合には更なる混合セグメント（２１０）によって、互いに分離され、
   前記中央回転軸（５００）は、更なる結晶化セグメント（１１０）の機械的なスクレーピング手段（１０４）に、及び好適には更なる混合セグメント（２１０）の機械的混合手段（２０２）にもエネルギーを提供し、
   前記入口キャップ（３００）は、前記第３出口（３０２）によって、前記サブユニット（１）内に存在する任意の結晶化セグメント（１００及び１１０）及び任意の混合セグメント（２００、２１０）と流体連通し、
   前記出口キャップ（４００）は、前記第３入口（４０２）によって、前記サブユニット（１）内の任意の結晶化セグメント（１００及び１１０）及び任意の混合セグメント（２００、２１０）と流体連通している
   モジュール式サブユニット（１）。
2. 前記モジュール式サブユニット（１）は、断面が実質的に円形であり、前記第１結晶化セグメント（１００）の円筒形の壁の少なくとも一部が前記冷却面（１０２１）を有している、請求項１に記載のモジュール式サブユニット（１）。
3. 前記第１結晶化セグメント（１００）、前記第１混合セグメント（２００）、前記少なくとも１つの更なる結晶化セグメント（１１０）及び任意選択の更なる混合セグメント（２１０）、並びに前記入口及び出口キャップ（３００、４００）は、互いに実質的に垂直又は実質的に水平に配置され、好適には実質的に垂直に配置されている、請求項１又は２に記載のモジュール式サブユニット（１）。
4. 前記配向が実質的に垂直であり、前記入口キャップ（３００）は、前記サブユニット（１）の頂部（４）又は前記サブユニット（１）の底部（６）のいずれかにある、請求項３に記載のモジュール式サブユニット（１）。
5. 前記サブユニット（１）は、前記第１混合セグメント（２００）に加えて少なくとも１つの更なる混合セグメント（２１０）を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモジュール式サブユニット（１）。
6. 前記第１混合セグメント（２００）又は更なる混合セグメント（２１０）は、前記混合セグメント（２００、２１０）内の前記スラリから、結晶含有量を低減した流れ、好適には実質的に結晶を含まない流れを前記サブユニット（１）から抽出するのに適したフィルタ手段（２００１）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のモジュール式サブユニット（１）。
7. 前記結晶化セグメント（１００、１１０）の全て、前記混合セグメント（２００、２１０）の全て、前記入口キャップ（３００）及び前記出口キャップ（４００）は、全て流体連通しており、前記流体連通は、相互接続する外部配管を必要としないように具現化されている、単一段プロセスのために具現化された請求項１から６のいずれか一項に記載のモジュール式サブユニット（１）。
8. 少なくとも第１及び更なる結晶化セグメント（１００、１１０）は、中間壁（２０４）の存在によって相互に直接流体連通されず、前記直接流体連通しない結晶化セグメント（１００、１１０）間の間接的な連通は、外部配管を経由して提供される、複数段プロセスのために具現化された請求項１から６のいずれか一項に記載のモジュール式サブユニット（１）。
9. 前記モジュール式サブユニットは、中間壁（２０４）の数に１を加えた数に等しい総プロセス段数のために具現化されている請求項８に記載のモジュール式サブユニット（１）。
10. 前記サブユニット（１）は、流体相から結晶相を分離するための少なくとも１つの分離手段（７００）と流体連通している、請求項１から９のいずれか一項に記載の前記モジュール式サブユニット（１）を有する懸濁結晶化システム（１０）。
11. 前記システム（１０）は、前記サブユニット（１）と前記分離手段（７００）との間で流体連通しているバッファタンク（７２０）を更に有する、請求項１０に記載の懸濁結晶化システム（１０）。
12. 前記分離手段（７００）は、遠心分離機又は洗浄塔の中から選択される、請求項１０又は１１に記載の懸濁結晶化システム（１０）。
13. 請求項１から９のいずれか一項に記載の前記モジュール式サブユニット（１）、又は請求項１０から１２に記載の前記懸濁結晶化システム（１００）を用いた懸濁結晶化方法であって、
    前記第１結晶化セグメント（１００）の前記冷却面（１０２１）でスラリを冷却して結晶の形成及び成長を促進するステップと、
    前記第１結晶化セグメント（１００）で結晶を成長させるステップと、
    前記冷却面（１０２１）をスクレーピングするため、及び／又は前記冷却面（１０２１）に隣接した層を前記スラリのバルクと共に混合するために、機械的スクレーピング及び／又は混合手段を用いるステップと、
    前記スラリを前記更なる結晶化セグメント（１１０）に供給する前に、前記第１結晶化セグメント（１００）からの前記スラリを混合するように第１混合セグメント（２００）を用いるステップと、
    前記第１混合セグメント（２００）からの前記スラリを冷却して、更なる結晶の形成及び成長を促進するように、前記少なくとも１つの更なる結晶化セグメント（１１０）を用いるステップと、
    前記更なる結晶化セグメント（１１０）で結晶を成長させるステップと、
    任意選択で、更なる結晶化セグメントがある場合にそれらの間で前記スラリを混合するために、更なる混合セグメントがある場合にそれを用いるステップと
    を含む懸濁結晶化方法。
14. 前記サブユニット内のスラリを調整するステップが、前記第１又は更なる混合セグメント（２００、２１０）内で実行される、請求項１３に記載の懸濁結晶化方法。
15. 前記サブユニット（１）は、流体相から結晶相を分離するための１つ以上の分離手段（７００）と流体連通しており、前記方法は、流体相から結晶相を分離する前記追加のステップを含む、請求項１３又は１４に記載の懸濁結晶化方法。