JPH0283002A - 無機物質の晶出方法、晶出装置及び塩化ナトリウムの結晶 - Google Patents
無機物質の晶出方法、晶出装置及び塩化ナトリウムの結晶Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
通ることができる結晶床(bed of crys−t
als)を用いて、無機物質を結晶化(晶出)させる方
法に関する。
出装置(クリスタライザ)は良く知られている(例えば
、rBritish Chemical f!ngin
eeringJ、1971年8月、Vol、16、No
、8、第681〜685頁;rThe Chemica
l Engineer J 、1974年7月78月、
第443〜445頁;及び、英国特許第GB−^−41
8.349号参照)。この公知の装置は、垂直な円筒状
容器と、該容器内で軸線方向に配置されておりかつ前記
容器の底部の直ぐ近くに開口している垂直チューブとを
有しており、この軸線方向のチューブと前記容器の壁と
の間には垂直な環状チャンバが形成されている。この装
置を使用するとき、環状チャンバ内に結晶床が配置され
、該結晶床には、晶出させたい物質(例えば塩化ナトリ
ウム)で過飽和にされた水溶液が通されるようになって
いる。
置に導入され、このとき水溶液は、環状チャンバの底部
の近くで該環状チャンバに対し半径方向に流入して、容
器の壁に沿う上方への運動と軸線方向のチューブに沿う
下方への運動とからなる大きな回転運動を、結晶床中の
結晶に与えるようになっている。
ることを目的とし、晶出装置の寸法及び作動条件を適当
に選定することにより粒子の平均直径を制御できるよう
になっている。しかしながら、実際には、この公知の装
置は、大きな球状粒子を得るのには適していない。その
主な原因は、粒子が結晶床内で摩砕されること及び粒子
が大きな回転運動を受けることにある。特に塩化ナトリ
ウムの場合には、2〜31以上の直径をもつ球状粒子を
作ることは不可能である。また、摩砕作用により微粉が
形成されるが、この微粉は結晶化母液により結晶床から
運び出されるため、母液が再生されて晶出装置に流入す
る前に、母液から分離しておかなくてはならない。
晶出できると共に微粉の形成を減少できる新規な方法を
提供することにより、上記欠点を解消することにある。
飽和にされた溶液の流れが通ることができる結晶床を使
用した無機物質の晶出方法において、前記結晶床の下に
配置されておりかつ過飽和溶液の濃度を飽和相当濃度以
上にしない温度に維持されたディストリビュータに、過
飽和溶液の流れを通すことにより、結晶の流動床を生じ
させることを特徴とする無機物質の晶出方法に関する。
和溶液の過飽和状態を緩和することにより無機材料を晶
出させる場合の種結晶として作用する。この種結晶は、
晶出すべき無機物質からなる全体として小さく均一な結
晶である。
、無機物質の性質及び温度、及び固形物又は溶解不純物
の存在等に基づいて定められる。
合を最大限にするのが好ましいが、この場合、過飽和の
度合は、結晶床の上流側で晶出装置の壁に偶発的な晶出
を生じさせることがなくかつ溶液中に一次及び二次播種
(seeding)を生じさせることがない程度に制限
しなければならない。
例えば、温度を変化させることにより又は晶出させるべ
き物質で予め飽和させた溶液を蒸発させることにより過
飽和溶液を得ることができる。
ましい。
ら実際には、結晶床における結晶の成長速度は、溶液の
温度が高くなるのに比例して大きくなることが分かって
おり、溶液の温度は、晶出チャンバ内の圧力での沸点以
下の温度に保つべきである。例えば、本発明の方法を塩
化ナトリウムの晶出に適用する場合には、50〜100
℃の温度で0.3〜0.5g/kgの過飽和度合の塩化
ナトリウムの水溶液を用いるのがよい。過飽和の度合は
、溶液の飽和に相当するマス(mass)に対する無機
物質の過剰マスを表すものである。
1960年、Givaudon、 Massot et
Bensimon社発行、“Pr6cis de g
6nie chimique(化学工学の要約) ’
、Vol、1. Berger−Levrault、
Nancy著、第353〜370頁参照)に従う流動床
である。結晶床を流動化するには、流動床リアクタの通
常の技術に従がい、過飽和溶液の流れが、結晶床の下に
配置されたディストリビュータに通される。ディストリ
ビュータは、流動床リアクタの基本的部材である。ディ
ストリビュータの機能は、溶液の流れを薄いジェット(
平行で垂直なジェットが好ましい)に分割すること、更
に、溶液の流れに対し、結晶床の寸法及び結晶床を形成
する粒子及び溶液の性質の関数として制御される一定の
圧力降下を生じさせることにある(Ind、 Eng、
Chem、 Fundam。
alその他著、“Fluid mechanical
description of fluidized
beds、Experimental invest
igation of convect−ive 1n
stabilities in bounded be
ds”、第59〜66頁、及び、1963年、McGr
aiv−Hill Book Company社発行%
John H,Perry著、”Chemical
EngineersHandbook”、第4版、第2
0.43〜20.46頁参照)。
ス孔が穿けられた水平なプレート、グリッド又は水平メ
ツシュ、又は垂直ノズルの組立体で構成することができ
る。
濃度が飽和に相当する濃度(飽和相当濃度)に等しいか
それ以下になるような一定の温度に維持される。すなわ
ち、本発明の方法においては、ディストリビュータの温
度と、該ディストリビュータの上流側の過飽和溶液の温
度とは異なっており、過飽和溶液が、同一の単一無機物
質と同一の単一溶媒とからなる場合、ディストリビュー
タの温度は、前記過飽和溶液の濃度を飽和溶液の濃度に
ほぼ等しいかそれ以下にする温度(この温度はディスト
リビュータの温度に安定している)に選定される。この
ため、無機物質がディストリビュータ上に晶出すること
を回避できる。ディストリビュータ温度の選定は、晶出
させるべき無機物質、溶液の溶媒及び過飽和の度合に基
づいて厳格に行われる。従って、溶媒中への溶解度が温
度の上昇と共に増大する物質(例えば、塩化ナトリウム
又は塩化カリウム)の水溶液の場合には、ディストリビ
ュータの温度は、過飽和溶液の温度よりも高い温度にし
なければならない。これに対し、溶媒中への溶解度が温
度の上昇と共に低下する物質(例えば、炭酸ナトリウム
の一価の水和物)の水溶液の場合には、ディストリビュ
ータの温度を、過飽和溶液の温度よりも低くしなければ
ならない。
ュータと接触する過飽和溶液が過大な温度変化を受けな
いようにする必要性から調節される(過飽和溶液に過大
な温度変化があると、過飽和の度合が大幅に低下するか
らである)。このため、ディストリビュータの温度は、
該ディストリビュータ中での溶液の流れが、完全に過飽
和状態が緩和されてしまうには不充分な程度の温度変化
を受けるように制御されなくてはならない。実際には、
ディストリビュータの温度は、各々の特定の場合におい
て、特に、溶液の過飽和の度合と必要な生産効率との関
数として決定される。また、ディストリビュータの温度
の選定は、ディストリビュータの伝熱係数、溶液の流量
及び温度、及び溶液の比熱等の種々のファクタに基づい
て選定される。
温度は、計算と経験とにより困難なく決定することがで
きる。
る。この母液は、過飽和状態にすべく処理された後、本
発明の方法に再生使用される。この目的のため、本発明
の方法の特別な実施例においては、結晶床の下流側に収
集された母液を加熱し、結晶床において晶出された量に
等しい無機物質の補足量を母液に付加し、次いでこの混
合物を冷却して過飽和溶液を再構成するようになってい
る。本発明のこの実施例は、特に、溶液中への溶解度が
温度変化と同じ方向に変化する無機物質(すなわち、温
度の上昇(又は低下)と共に溶解度も増大(又は減少)
する無機物質)に適している。母液は、無機物質の上記
補足量を母液中に充分溶解できる温度に加熱されなくて
はならない。
か、減圧して混合物の一部を蒸発させることにより行う
ことができる。減圧により冷却する場合には、溶媒の補
足量を母液に付加して、減圧により蒸2発された量を補
足する必要がある。
の溶解度が温度変化とは逆の方向に変化する無機物質(
すなわち、温度の上昇(又は低下)とは逆に、溶解度が
減少(又は増大)する無機物質)に適しており、この実
施例では、結晶床の下流側に収集された母液が冷却され
、晶出された量に等しい無機物質の補足量を母液に付加
し、次いでこれを加熱して過飽和溶液を再構成するよう
になっている。
施する装置に関するものでもあり、本発明の装置は、垂
直な管状包囲体と、垂直なチューブとを有しており、該
チューブは、前記包囲体内において軸線方向に配置され
ておりかつ前記包囲体の底部の近くに開口していて、前
記包囲体内に環状チャンバを形成しており、前記チュー
ブは、その上端部が、晶出させるべき物質で過飽和にさ
れた溶液を供給する装置に連結されており、前記環状チ
ャンバが、流動床リアクタのディストリビュータにより
、過飽和溶液を導入する下方の入口チャンバと、流動床
リアクタを形成する上方の晶出チャンバとに区分されて
おり、前記ディストリビュータにはサーモスタットが設
けられている。
使用する過飽和溶液の温度の関数として制御することに
より、ディストリビュータを一定の温度に維持し、該デ
ィストリビュータと接触する無機物質が自然に晶出して
しまうことを防止することにある。従って、このサーモ
スタットは、本発明の装置が、温度の上昇による溶解度
の増大機能をもつ無機物質の過飽和溶液の処理を行う装
置であるか、温度の上昇による溶解度の減少機能をもつ
無機物質の過飽和溶液の処理を行う装置であるかに応じ
て、ディストリビュータを加熱(又は冷却)する手段と
して構成することができる。
ビュータが、2枚の横向きプレートを結合しかつこれら
の水平プレートを貫通している垂直又は傾斜ノズルによ
り構成されており、前記プレートが、前記チューブと前
記管状包囲体の壁とを連結して、前記サーモスタットを
形成する熱媒液(例えば水又は蒸気)の供給源に連結さ
れたチャンバを形成している。
を有している。第1の機能は、流動床が晶出環境を形成
することであり、第2の機能は、結晶を、同一の粒子サ
イズからなる層として結晶床中に分布させ、粒子サイズ
の分級を行うことである。
をなす均一な粒の形状に晶出させることができる。これ
らの結晶は、全体として単一ビーズ(モノリシックビー
ズ)の形態をなしており、このことは、結晶が、無機物
質からなる単一の非凝集ブロックであることを意味して
いる。本発明の方法及び装置は、3mm以上(例えば3
〜30mm)の直径をもつモノリシックな球状ビーズの
形状をなす塩化ナトリウムの結晶を製造するのに特に適
している。5〜10mmの範囲の直径をもつ塩化ナトリ
ウムの結晶は、欧州公開特許I!P−A−162.49
0号(Solvay & Cie社)に記載の技術を用
いて、半透明でガラス質の外観を呈する非均−な粒子の
形状をなす塩の製造に優れた適用を見出すことができる
。
べる以下の説明により明らかになるであろう。
」形の晶出装置(クリスタライザ)である。この晶出装
置は垂直な管状包囲体lを有しており、該包囲体1内に
は、下部が拡がった垂直なチューブ4が軸線方向に配置
されている。これにより、チューブ4は、包囲体l内に
おいて、円筒状の上部2と截頭円錐状の下部3とからな
る環状チャンバを形成し、截頭円錐状の下部3の底部1
6は、軸心円錐体(axial central co
ne)の回りの環状面(toric 5urface)
からなる形状を有している。包囲体1はカバー6により
閉鎖されており、該カバー6をチューブ4が貫通して減
圧チャンバ7に開口している。環状チャンバの上部2の
ヘッドスペースと減圧チャンバ7との間には、専管9.
10及び循環ポンプ1)を介して再熱器8が配置されて
いる。
を収容して流動床リアクタとして使用することを意図し
たものである。この目的のため、環状チャンバの上部2
は、流動床リアクタのディストリビュータ12により下
部3から分離されている。第1図に示す装置の場合、環
状の上部2は晶出チャンバを形成しており、環状の下部
3は、晶出させたい無機物質で過飽和にされた溶液の入
口チャンバとして機能する。
リウムを晶出させるのに特に適している。
ャンバ7内のレベル13まで充填され、これにより、晶
出チャンバ(環状チャンバの上部)2は塩化ナトリウム
の水溶液で充満される。また、この晶出チャンバ2内に
は、ディストリビュータ12の上に塩化ナトリウムの結
晶床14が入れられる。
が、ポンプ1)により矢印Xで示す方向に循環される。
晶出チャンバ2から排出された後、再熱器8に通される
。従って水溶液は、その温度が上昇した後に減圧チャン
バ7内に流入する。これにより、水溶液は、減圧により
その−部が気化するため、冷却されると共に過飽和の状
態にされる。放出される水蒸気は、減圧チャンバ7の上
部オリフィス15から除去される。過飽和水溶液は、チ
ューブ4を垂直に下降して、環状底部16に沿ってチャ
ンバ(環状チャンバの下部)3に対し半径方向に流入し
、更にディストリビュータ12を通って結晶床14に流
入し、該結晶床14を本発明に従って流動化する。この
流動床(結晶床)14を水溶液が通過する間に、水溶液
の為飽和状態が徐々に緩和され、その結果、結晶床の結
晶が成長して、結晶粒のサイズに応じて水平な層に分布
される。大きな粒子サイズのフラクション(分級物)は
結晶床の底部に移行し、排出導管5から一定の時間間隔
をおいて除去される。
化ナトリウムで飽和(又は僅かに過飽和)された水溶液
である。この水溶液は導管9を通して再熱器8に送られ
て再生されるが、導管9においては、塩化ナトリウムで
飽和された水溶液の補足骨が、パイプ18から追加され
る。塩化ナトリウム水溶液の補足骨は、結晶床14にお
いて晶出された塩化ナトリウムの量及び減圧チャンバ7
内での蒸発により除去された水の量を補うことができる
ように制御される。
ータ12が加熱され、水溶液と接触しているディストリ
ビュータ12の壁の温度が、ディストリビュータ12の
上流側にある下部チャンバ3内の過飽和水溶液の温度よ
り高くなるようにする。
熱することができる。
しである。ディストリビュータ12は、多数の賄い垂直
ノズル17と、2枚の水平プレート18とにより構成さ
れており、水平プレート18は、該プレート18を貫通
している垂直ノズル17により互いに連結されている。
ンバ2の円筒状周壁との間に挿入されて、低い環状チャ
ンバ19を形成しており、該チャンバ19をノズル17
が通っている。2つのチューブ20は、熱い移送流体(
例えば蒸気)をチャンバ19内で循環させるためのもの
である。
ィストリビュータ12を加熱する場合の条件と同じ条件
で加熱される。この目的のため、底部16は、熱い流体
(一般には蒸気)を運ぶジャケットでカバーすることが
できる。
状であり、従って、晶出チャンバ2はその全高さに亘っ
て均一な横断面形状を有している。
ャンバ2は、結晶床14の自由面21 (第1図)の上
方の部分において、下方から上方に向かってその横断面
形状が大きくなる形状を有している。この実施例におい
て晶出チャンバ2の上方部分の横断面形状を大きくする
目的は、結晶床14の上方の晶出チャンバ2内での水溶
液の速度を、チャンバ3内での水溶液の速度より小さく
することにある。このようにすれば、ディストリビュー
タ12の下にあるチャンバ3内での妨害的な流動床の形
成を防止できる。ディストリビュータ12と結晶床14
の自由面21との間に形成される流動床セクション14
においては、晶出チャンバ2の横断面形状を均一にする
こともできるし、下から上に向かって徐々に減少させる
こともできる。
を出る水溶液に同伴される微細結晶を保留させるべく設
計された装置が、導管9に設けられている。この装置は
、例えば、沈澱チャンバ又はサイクロンで構成すること
ができる。
出チャンバ2内に、0.5〜2fflII+の間の平均
直径をもつ約3,000kgの塩化ナトリウムの結晶床
14が導入された。120℃の蒸気の流れによりディス
トリビュータ12を加熱し、入口チャンバ3には、塩化
ナトリウムで過飽和された約1)0℃の水溶液を、結晶
床14を流動化するのに充分な上向き速度で導入した。
0.4g/kgであった。
理され、その温度が約1℃だけ上昇された。
7内で減圧制御されて約1)0℃にされ、元の過飽和度
合(0,4g/kg)に戻された。次いで、この過飽和
水溶液を、上記のようにして軸線方向のチューブ4を通
して入口チャンバ3に導入して再使用した。
の底部から連続的に排出された。同時に、塩化ナトリウ
ムで飽和された水溶液の補足骨を、結晶床から取り出さ
れた塩化ナトリウム及び減圧により除去された水蒸気を
補うべ(制御された量だけ、再熱器8に導入した。
で得られた結晶を示すものである。これらの結晶は、塩
化ナトリウムのモノリシック粒子であり、その直径は実
質的に10〜15mm(第3図)及び18〜23mm(
第4図)である。
縦断面図である。 第2図は、第1図の晶出装置の一部を詳細に示す拡大図
である。 第3図及び第4図は、本発明の方法により得られた塩化
ナトリウム粒子を1/1スケールで示す写真である。 1・・・包囲体、 2・・・チャンバの上部 3・・・チャンバの下部 4・・・チューブ、 6・・・カバー 8・・・再熱器、 1)・・・循環ポンプ、 13・・・レベル、 15・・・上部オリフィ (晶出チャンバ)、 (入口チャンバ)、 5・・・排出導管、 7・・・減圧チャンバ、 9.10・・・導管、 12・・・ディストリビュータ、 14・・・結晶床、 ス、 ・・・入口チャンバの底部、 ・・・垂直ノズル、 18・・・水平プレート、・・・
チャンバ、 20・・・チューブ、・・・自由面。 第5図 第4図
Claims (10)
- (1)液体溶媒中に晶出させるべき物質で過飽和にされ
た溶液の流れが通ることができる結晶床を使用した無機
物質の晶出方法において、前記結晶床の下に配置されて
おりかつ過飽和溶液の濃度を飽和相当濃度以上にしない
温度に維持されたディストリビュータに、過飽和溶液の
流れを通すことにより、結晶の流動床を生じさせること
を特徴とする無機物質の晶出方法。 - (2)前記過飽和溶液の溶媒中の無機物質の溶解度が温
度上昇と共に増大する場合には、前記ディストリビュー
タの温度を前記過飽和溶液の温度以上に維持することを
特徴とする請求項1に記載の方法。 - (3)前記結晶床を出るときに収集された結晶化母液を
加熱し、前記結晶床において晶出された量に等しい無機
物質の補足量を前記結晶化母液に付加し、この混合物を
冷却して過飽和溶液を再生することを特徴とする請求項
1又は2に記載の方法。 - (4)前記混合物を冷却するのに、該混合物を減圧して
その一部を蒸発させ、この蒸発量に等しい量の溶媒を前
記母液に付加することを特徴とする請求項3に記載の方
法。 - (5)塩化ナトリウムの結晶床と、塩化ナトリウムで飽
和された水溶液とを使用することを特徴とする請求項4
に記載の方法。 - (6)上記請求項1〜5のいずれか1項に記載の無機物
質の晶出方法を実施するための無機物質の晶出装置であ
って、垂直な管状包囲体(1)と、垂直なチューブ(4
)とを有しており、該チューブ(4)は、前記包囲体(
1)内において軸線方向に配置されておりかつ前記包囲
体(1)の底部(16)の近くに開口していて、前記包
囲体(1)内に環状チャンバ(2、3)を形成しており
、前記チューブ(4)の上端部が、晶出させるべき物質
で過飽和にされた溶液を供給する装置(7)に連結され
ている無機物質の晶出装置において、前記環状チャンバ
(2、3)が、流動床リアクタのディストリビュータ(
12)により、過飽和溶液を導入する下方の入口チャン
バ(3)と、流動床リアクタを形成する上方の晶出チャ
ンバ(2)とに区分されており、前記ディストリビュー
タ(12)にはサーモスタットが設けられていることを
特徴とする無機物質の晶出装置。 - (7)前記晶出チャンバ(2)の横断面形状が、前記流
動床の自由面(21)の上方において、下から上に向か
って大きくなっていることを特徴とする請求項6に記載
の装置。 - (8)前記上方の晶出チャンバ(2)が、結晶化母液を
再熱器(8)に導びく導管(9)を備えており、前記再
熱器(8)が、過飽和溶液を供給する前記装置(7)を
形成する減圧チャンバに連通していることを特徴とする
請求項6又は7に記載の装置。 - (9)前記ディストリビュータ(12)が、2枚の水平
プレートを結合しかつこれらの水平プレートを貫通して
いる垂直ノズルにより構成されており、前記水平プレー
トが、前記垂直なチューブ(4)と前記管状包囲体(1
)の壁との間に挿入され、前記サーモスタットを形成す
る熱媒液の供給源に連結されたチャンバを形成している
ことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の
装置。 - (10)上記請求項5に記載の方法により製造された3
mm以上の直径のビーズ状の塩化ナトリウムの結晶。
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