JPH06501874A - 無機物質を結晶化するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無機物質を結晶化するだめの方法および装置本発明は、結晶化しようとする物質 に過飽和された溶液か横切る結晶床を使用して無機物質を結晶化するだめの方法 に関する。

“オス口“　（ＯＳＬＯ’）結晶ｆと装置は、無機物質を結晶化するための周知 の装置である（ブリティノノユ・ケミカル・エンジニアリング、１９７１年８月 、１６す第８号、６８１〜６８５頁、ケミカル・エンジニア、１９７４年７／８ 月、４４３〜４４５頁、欧州特許公開１ｇ４１８．３４９号）。この公知の装置 は、垂直な円筒形容器と、この容器内に軸線方向に配置され、容器の底部の直ぐ 近傍で終わっている垂直管とを備えており、かくして、軸線方向管と容器の円筒 形壁部との間には、環状の垂直室か構成さ第１ている。この公知の装置の作動で は、環状室内の結晶床を使用し、結晶しようとする物質に過飽和された溶液をこ の床を通して流す（例えば、過飽和塩化ナトリウム水溶液）。この溶液は、底部 の近くて環状室に半径方向に進入し、容器の壁部に沿った１脣並進と、軸線方向 管に沿った下降並進とよりなる一般的な回転を末の結晶に受けさせるように軸線 方向管を経て装置に導入される。

この公知の装置では、球形形状の規則的な結晶粒子を生しさせ、平均直径を装置 の寸法叉ひ作動条件の適切な選択によって制御することを目的としている。しか しながら、実際には、二の公知の装置は、特に、結晶床内に発生する摩損および 結晶っ＼受ける一般的な回転のため、大きい球状の粒子を得るのにはむしろ石適 当である。

欧州特許公開迂０．３５２．８４７号（ノルヘイ＆ンー）には、上記欠点を除去 する方法および装置か記載されている。この方法および装置では、流動化床を使 用し、結晶化しようとする物質に過飽和された溶液は、ディストリビュータの上 方に流動化結晶床を発生するようにディストリビュータを横切って上方に循環さ れ、元の過飽和溶液を再構成するために過飽和された後、結晶化による母液は床 の上方に集められ、床の上流置所−＼再循環される。

本発明は、流動化床の下方での結晶形成のおそれを減少させる手段を提供するこ とにより欧州特許公開第０．３５２．８４７号の方法および装置を改良する。

−の直噴Ｊ＋１ｉ＼４１登ｉ−太司日口を千　丁すｒ−１−！ｒ苦山払士引ｆ４ 鮪ル中Ｅ亡嬰小ギィストリヒュータを横切って結晶化しようとする物質に過飽和 された溶液を上昇循環させることにより発生される流動化結晶床内て無機物質を 結晶化するための方法であって、結晶化による母液を床出口に集め、過飽和して 上記過飽和溶液を再構成する、無機物質を結晶化する方法に関し、本発明によれ ば、この方法は、母液を集める而に過飽和溶液の両分をディストリビュータの上 流で取出し、ディストリビュータの下流の箇所で再循環させることを特徴とする 。

本発明による方法では、床の結晶は過飽和溶液の脱過飽１１により無機物質の結 晶化用の種晶として機能する。これらの結晶は一般には、結晶化しようとする無 機物質の小さな規則正しい結晶である。

過飽和溶液の過飽和度は、種々のパラメータ、詳細には、無機物質の性質、その 温度および溶解不純物の存在により決まる。実際には、他のす・＼てか等しけれ ば、結晶床の上流における結晶化装置の壁部ての偶発的な結晶化および溶液内の 一次および二次種晶化を回避するために常に制限しなければならない最大の過飽 和度を設定するのか有利である。

溶液の溶媒は重要ではないか、一般に水か好ましい。

過飽和溶液の温度は制限されない。それにしかかわらず、溶液の温度か高ければ 高いほど、床内の結晶の成長速度か高くなることか観察された。しかしなから、 溶液の温度は結晶化室内の圧力においてその沸点以下であるのか適切である。例 えば、この方法を塩化ナトリウムの結晶化に適用する場合、有利には、５０°Ｃ 〜１１０°Ｃの温度て０．３　ｇ／ｋｇ〜０．５　ｇ／ｋｇの過飽和度を存する 塩化ナトリウム水溶液を使用するのかよい。過Ｍ！和度とは、溶液の飽和に相当 する質量に対する過剰の無機物質の質量を表している。

結晶床は、一般に許容された定義に従う流動化床である（ギハウトン、マソット およびヘインモンー「ケミカル・エンジニアリング・プリンシブル」、１巻、ベ ルガー・レブラウト、ナンシー、１９６０年、３５３〜３７０頁）。床を流動化 するには、流動化法反応器についての通常の手法により過飽和溶液の流れを結晶 床の下に配置されたディストリビュータに通す。このディストリビュータは流動 化法反応器の基本的な要素である。その機能は溶液の流れを好ましくは平行な垂 直方向の薄いンエノトに分割し、さらに床の寸法、床を形成する粒子の性質およ び溶液の関数として制御される定ぬられた川内降下を与えることである（　ｌｎ ｄ、　Ｅｎｇ。

Ｃｈｅｍ、　Ｆｕｎｄａｍ、−１９８０，１９、Ｇ、　Ｐ、アガーワル等、　［ 流動化床の流体機械的解説、境界決めされた床における対流不安定性の実験的検 討」、５９〜６６頁、ノヨンＨ。

べり−、ケミカル・二゛７シニアズ・ハンドブック、４版、１９６３年、マグロ −ヒル社、２０４３〜２０．４６頁）。例えば、このディストリビュータは、規 則的に分布したオリフィスか開けられた水平板、格子すなわち水平格子、または 垂直チャンネル組立体であるのかよい。

結晶化による母液は結晶床の下流に集められる。これは、結晶化しようとする物 質に飽和された溶液である。この母液は過飽和状態に変換するために処理され、 次いてディストリビュータの上流で過飽和溶液の中に再循環される。母液の過飽 和を達成するのに使用される手段は制限されない。母液の過飽和は例えば、その 温度を変えることにより、或いは部分慕発を行うことにより達成される。

流動化床の作動、過飽和溶液、母液の再循環および過飽和溶液の再生に関する詳 細は、欧州特許公開下０．３５２．８４７号（ツルヘイ＆ンー）に記載されてい る。

本発明によれば、結晶化による母液か過飽和される前に、過飽和溶液の画分かデ ィストリビュータの上流で取り出され、ディストリビュータの下流の箇所で再循 環される。過飽和溶液から取り出された画分の機能は、過飽和溶液の部分脱退飽 和の結果としてディストリビュータの下に溜まるか形成される結晶を除去するこ とである。従って、過飽和溶液の両分は、結晶化のおそれのある過飽和溶液の帯 域で取り出される。過飽和溶液の画分を取り出すだめの適当な帯域は、ディスト リビュータの下方に結晶化装置の壁部に沿って位置決めされている。

母液を過飽和する前に、過飽和溶液から取り出された画分の再循環を行わなけれ ばならない。例えば、上記画分を流動化床の下流で流動化床または母液中・＼再 循環させる。

流動化床のディストリビュータを通る過飽和溶液の流速に対する取り出される過 飽和溶液の両分の相対流速はいろいろなパラメータ、詳細には、結晶化しようと する物質の性質、過飽和度、作動温度、および使用する装置の設計特性を含むパ ラメータにより決まる。従って、この相対流速は各特定の場合ごとに定めなけれ はならない。一般に、殆との場合、取り出される過飽和溶液の両分について選択 される流速かディストリビュータを通る過飽和溶液の流速の少なくとも１％に等 しいとき、良好な結果か得られる。取り出される過飽和溶液の両分に対する流速 についての過剰値を選択するのは、流動化床を不安定にするおそれのあるため、 有利でない。取り出される過飽和溶液の両分の流速と流動化床のディストリビュ ータを通る過飽和溶液の流速との比率については一般に１％〜ｌＯ％が適当であ る。

過飽和溶液の画分の取出しおよびその再循環は任意の公知手段によって行うこと かできる。１つの有利な手段は一端かディストリビュータの上流で過飽和溶液に 通し、他端かディストリビュータの下流で通じる管を使用し、取り出される過飽 和溶液の両分に与えられる流速の関数としての適切な横断面をこの管に与えるこ とよりなる。本発明のこの実施例形態ては、取り出される過飽和溶液の両分の偶 発的な部分脱退飽和による管での結晶化を回避することか重要である。この目的 のため、管を適当な方法で断熱してその壁部を加熱するのか有利である。本発明 による方法の有利な実施例では、ディストリビュータおよび流動化結晶床の少な くとも一部を通る管か使用される。本発明のこの実施例では、管の壁部は床およ び過飽和溶液の温度に水続的に保持され、それにより管での偶発的な結晶化のお それか減少する。

また、本発明は、本発明の方法によって無機物質を結晶する装置に関し、この装 置は、垂直な管状外筒と、この垂直外蒔内に軸線方向に配置され、その底部で終 わっており、かくして外箭内に環状室を構成する垂直管と、管の上端に連結され 、結晶化しようとする物質に過飽和された溶液を供給するための装置と、環状室 内の流動化法反応器用のディストリビュータとを備え、環状室はディストリビュ ータにより過飽和溶液用の底部入口室と、流動化法反応器を構成する頂部結晶化 室とに分割されている。また、上記装置は結晶化からの母液用の取出し管路を備 えており、この管路は結晶化室を供給装置に連結している。更に、上記装置は底 部入口室を頂部結晶化室に連結する少なくとも１つの管を備えている。

本発明による装置の特定な実施例では、ディストリビュータには、これを一様な 温度に維持するように機能するサーモスタンドか設けられており、上記一様な温 度はディストリビュータと接触する無機物質の自発結晶化を回避するために、使 用される過飽和溶液の温度の関数として制御される。従って、サーモスタンドは 、装置か、溶解度か温度の上昇又は低下の関数である無機物質の過飽和溶液の処 理するためのものであるかとうかに応して、ディストリビュータを加熱し或いは 冷却するための手段よりなる。流動化床のディストリビュータに関する特定な特 徴および詳細は、欧州特許公開下０．３５２．８４７号（ツルヘイ＆ノー）に記 載されている。

本発明による装置では、管の横断面は、装置の作動中、ディストリピュータを通 る過飽和溶液の流速の限定された予備設定分数に等しい流速の過飽＋ＵＪ溶液か 管内を循環するように制御される。この管は管状外商の外側に配置することかで きる。この場合、装置の作動中、この管内を循環する過飽和溶液の両分の脱退飽 和を回避するために、この管を断熱しその壁部を加熱することか一般に必要であ る。

本発明による装置τの好適な実施例形態ては、管は環状室の内部に配置され、デ ィストリビュータを通っている。本発明のこの実施例影響は、装置の作動中、管 か結晶床の温度に水続的に保持されるという利屯かある。これにより管における 偶発的な結晶化のおそれか減少する。

本発明による方法および装置によれば、無機物質をほぼ球状形状の規則正しい粒 Ｐの形態に結晶化することかできる。これらの粒子は略一体のビーズてあり、こ ねは粒子か無機物質の一体の非凝集ブロックであることを意味している。本発明 による方法および装置は、３ＩＩ］Ｔｌより木きい、例えは、３ｍｍ〜３０皿の 直径の一体の球状ビーズの形態て塩化ナトリウムの結晶を製造するために特別有 利に使用される。５ｍｍ〜１０［ｌの直径を有する塩化す１ヘリウムの結晶は、 欧州特許公開下１６２、４９０号（プルヘイ＆ノー）に記載の手法により不規則 な粒子の形態に、透明なガラス状外観の塩を製造するための重要な用途かある。

本発明の特定な特徴および詳細は添付図面を参照しての下記説明から明らかにな るであろう。

第１［Ｎは、本発明による装置の特定な実施例を横断垂直断面で示している。第 ２［４は、本発明による装置の■２実施例の第１図と同等な図である。第３図は 、本発明による装置の好適な実施例形態の第」図と同等な図である。これらの図 では、同し参翌符号は同し要素を示している。

第１図に示す装置は欧州特許公開第０３５２８４７号（ノルヘー＆ノー）に記載 され、本発明により変形された１類の結晶化装置である。この装置は垂直な管状 外筒１を備えており、この外筒１内には、下部分か広くなっている垂直管４か軸 線方向に配置されている。かくして、管４は外＝ｒ内に環状室を構成しており、 この環状室は円筒形の上帯域２と切頭円錐形の下帯域３とよりなり、下帯域３の 底部１６は中央の軸線方向円錐体のまわりに環状面体状表面の輪郭を有している 。外筒」はカバー６により閉鎖されており、保持室７に通している管４かこのか ノ＼−６を貫通している。上帯域２と膨張室７との間には、管路９．１０および 循環ポンプ１１を介して再加熱器８か設けられている。

上帯域２は結晶床１４を有しており、流動化法反応器として使用されるようにな っている。この目的のため、上帯域２は流動化法反応器用のディストリビュータ １２により下帯域３から分離されている。第１図の装置では、環状の上帯域２は 結晶化室を構成しており、環状の下帯域３は結晶化しようとする無機物質に過飽 和された溶液用の入口室として機能する。

本発明によれば、管２２か２つ゛の環状室２．３を連結している。

第１Ｕ！Ｊに示す装置は、塩化ナトリウムを球状ビーズの形態に結晶化するのに 特に適している。この目的のため、装置には、結晶化室２か溢れるように塩化ナ トリウム水溶液を液位１３まて膨張室Ｔ内に満たす。また、結晶化室２は、ディ ストリビュータ１２の上方に塩化ナトリウムの結晶床１４を収容している。

装置の作動中、塩化ナトリウムの水溶液をポンプにより矢印Ｘの方向に循環させ る。塩化ナトリウムに飽和された溶液は室２の出口で管路９を経て再加熱器８を 通ってその温度を上昇させ、次いて膨張室７に入り、そこでフラッシュにより部 分的に気化され、それにより冷却され、過飽和される。放出された水蒸気は、膨 張室７の類オリフィス１５から除去される。過飽相承溶液は管４内を垂直方向に 流下し、環状面体状底部１６に沿って室３に半径方向に入る。室１ては、過飽和 溶液は２つの別の流れに分かれ、主流はディストリビュータＩ２を通って結晶床 １４に入り、そこで流動化し、同時に低流速の流れは管２２を通して取り出され 、流動化床１４内・＼再循環され、そこで流動化床１４を通過する間に次第に脱 退飽和され、その結果、その結晶か成長して粒度測定寸法の関数としての水平な 帝に再分配される。粗い粒度測定画分は床内を下方に進み、排出管路５を通して 周期的に取り出される。室２の頂部に達する結晶化による母液は塩化すトリウム に飽和された（或いはわずかに過飽和された）水溶液である。この母液は管路９ を通して再加熱器８に再循環され、そこで、この母液は分岐管１８によって飽和 塩化ナトリウム水溶液を補充される。塩化ナトリウム水溶液の補充は、床１４て 結晶化した塩化ナトリウムの量と、膨張室７て蒸発により排出された水の量とを 補償するように制御される。上記のような装置の作動中、ディストリビュータ１ ２は、溶液と接触しているその壁部かディストリビュータ１２の上流の帯域３内 の過飽和溶液の温度より高い温度になるように加熱される。このようにして、デ ィストリビュータ−＼の結晶化か回避される。ディストリビュータ１２の設計お よび加熱に関する情報は欧州特許公開第０．３５２．８４７号（ツルベイ＆ンー ）に記載されている。

第１図の装置ては、管２２を通して取り出される溶液の流速は管寸法の適切な選 択によって制御される。変更例として、制御可能な開口部を有する弁を管２２に 取ｆすけることかできる。更に、管２２は、これを循環する過飽和塩化ナトリウ ム溶液かそこで冷却を受けて寄生結晶化しないように断熱されなければならない 。

必要ならば、管を加熱しなければならない。管２２を通して取り出される溶液の 流れの機能は、蓄積される室３の結晶を抽出する二とである。この目的のため、 管２２は結晶化のおそれかあるような室３の帯域に連結されている。必要ならば 、室３の別個の帯域に連結された複数の管を設けることかできる。

第２図に示す装置では、管２２は流動化床１４の自由表面２１の上方で室２に連 結されている。管２２内に通しる管路２３は管２２を通る過飽和溶液の両分を脱 退飽和するために一定量の水を添ｔｍするのに役立つ。

第３図に示す実施例形感では、管２２は外面Ｉの内部に位置決めされ、格子１２ を通っている。その下端部は好ましくは広ぐなっており、結晶化のおそれかある ような下方室３の壁部の帯域の近傍に位置決めされている。この管の上端部は好 ましくは広くなっていて、流動化床内に通している。この実施例態様は、管２２ か外筒１の内部の温度に維持されるという利点かあり、それにより管の内部での 結晶化の恐れを減少させる。有利には、装置は、格子１２を通り、外筒１内に分 布されている複数の管２２を備えている。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．下方に位置決めされた流動化床反応器のディストリビュータを横切って結晶 化しようとする物質に過飽和された溶液を上昇循環させることによって発生され る流動化結晶床内て無機物質を結晶化するための方法てあって、結晶化による母 液を床出口に集め、過飽和して上記過飽和溶液を再構成する、無機物質を結晶化 するための方法において、 母液を集める前に過飽和溶液の画分をディストリビュータの上流で取出し、ディ ストリビュータの下流の箇所で再循環させることを特徴とする方法。
2. ２．過飽和溶液の画分を床の中へ再循環させることを特徴とする、請求の範囲第 １項に記載の方法。
3. ３．過飽和溶液の画分を、脱過飽和した後、床の下流で母液の中へ再循環させる ことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．過飽和溶液の画分の取り出しが結晶化の位置であることを特徴とする、請求 の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに記載の方法。
5. ５．過飽和溶液の画分の流速はディストリビュータを通る過飽和溶液の流速の１ ％〜１０％であることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１ つに記載の方法。
6. ６．過飽和溶液に画分の取出しおよび再循環のために、この画分をディストリビ ュータを通る少なくとも１つの管内を循環させることを特徴とする、請求の範囲 第１項乃至第５項のいずれか１つに記載の方法。
7. ７．塩化ナトリウムの結晶床および過飽和塩化ナトリウム水溶液を使用すること を特徴とする、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに記載の方法。
8. ８．垂直な管状外筒（１）と、該垂直外筒内に軸線方向に配置され、その底部（ １６）て終わっており、かくして外筒（１）内に環状室（２、３）を構成する垂 直管（４）と、該管（４）の上端に連結されていて、結晶化しようとする物質に 過飽和された溶液を供給するための装置（７）と、環状室内の流動化床反応器用 のディストリビュータ（１２）とを備え、環状室がディストリビュータにより過 飽和溶液用の底部入口室（３）と、流動化床反応器を構成する頂部結晶化室（３ ）とに分割されており、また、結晶化からの母液用の取出し管路（９）を備えて おり、該管路が結晶化室（２）を供給装置（７）に連結している、請求の範囲第 １項乃至第７項のいずれか１つに記載の方法により無機物質を結晶化するための 装置において、 底部入口室（３）を頂部結晶化室（２）に連結する少なくとも１つの管（２２） を更に備えていることを特徴とする装置。
9. ９．管（２２）は環状室（２、３）の内部に配置されており、ディストリビュー タ（１２）を通っていることを特徴とする、請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．管（２２）の下端部は底部入口室（３）においてテーパになっている管状 外筒（１）の壁部に位置決めされており、管（２２）の上端部は流動化床（１４ ）の頂液位（２１）の下方で結晶化室（２）の中へ通じていることを特徴とする 、請求の範囲第９項に記載の装置。