JPH0691103A - 向流式溶融物冷却精製装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶融精製塔の温度勾配を小さくして、生産能率
を高め、消費エネルギーの低減を図る。 【構成】導入部を有する冷却式結晶槽１Ａと、上部に導
入部を下部に加熱器をそれぞれ有し前記結晶槽より高い
温度で運転する竪型溶融精製塔２とを組み合せる。精製
塔２の上部の清澄液は管路３１を通して熟成槽４０に返
送される。熟成された結晶スラリーは、スラリーポンプ
１６Ｄにより固液分離器５０に供給され、ここで濃縮操
作が行われ、母液は管路６１により熟成槽４０に返送さ
れ、濃度の高くなった結晶スラリーは、溶融精製塔２の
上部に供給される。熟成槽４０の上部の液は、管路３２
を経て、第１結晶槽１Ａに導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却式結晶槽と竪型溶
融精製機とを組合せて、複数成分の溶融混合物より目的
とする一成分を純化するための向流式溶融物冷却精製方
法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多成分の物質の混合物から純粋な一成分
を得ようとする場合、蒸留法または抽出法等の単位操作
があるけれども、前者では熱エネルギーを大量に使用
し、かつ高温に晒されて品質劣化を生じる、後者では操
作が複雑でかつ純度の点で満足できないことがある。こ
れに対し、もし当該混合物を冷却すれば、ある濃度範囲
で、目的とするＡ成分の純粋な結晶が得られる場合に
は、結晶化による精製法が可能である。

【０００３】すなわち、工業的には対象とする物質を冷
却して純粋なＡ成分の結晶を得て、これを固液分離機に
よって、結晶体だけとして純粋なＡ成分を得ることがで
きる。この際、除去された母液中にはＡ成分以外の成分
が増加して行く。この母液よりさらにＡ成分を回収しよ
うとすれば、第１回の結晶温度よりもさらに低い温度で
冷却する必要がある。このために、従来は、（１）単位
結晶槽を直列に単に多段に並べて連続槽としたり、
（２）水平型攪拌結晶槽を温度勾配を付けて連続的に運
転するようにしていた。

【０００４】前述の（１）の従来の多段槽の場合には、
各槽の温度を順次低くして、この流れに沿って処理液を
流す方法が採られているが、この方法では各結晶槽では
結晶と母液とが完全混合しており、次の槽に生成された
結晶と共に移動するので、最終の槽においては、Ｂ成分
の最も濃度の高い母液とＡ成分の結晶とが混在するよう
になり、したがって固液分離装置によりＡ成分を分離し
ても、結晶に付着する母液中のＢ成分の濃度が高いの
で、純粋なＡ成分を得ることは難しい。

【０００５】このような多段槽を用いた結晶設備にあっ
ては、理想的には目的とするＡ成分の結晶とＢ成分を多
く含む母液とは向流的に操作されることが望ましい。そ
の理由は、Ｂ成分が最も少い第１槽より得られる結晶へ
のＢ成分の付着量が最も少くなるからである。

【０００６】このような向流式とする試みは既に多くな
されており、その方法のうち一番簡単な方法は、供給液
は重力によって各槽に流れていき、各槽で得られた結晶
は各槽の間に設けた固液分離機で処理して、結晶は温度
の高い方へ、母液は温度の低い方へ移動させる方法であ
る。この方法によれば、確実に結晶と母液との移動が向
流的になり、高温側では、結晶がＡ成分の多い母液と接
触し、結晶に付着するＢ成分が高温母液により希釈され
減少するので、最も好しい態様であるけれども、最大の
欠点は高価な固液分離設備（濾過機、遠心分離機等）を
必要とし、かつその運転・保守費が嵩むことである。

【０００７】他方、前述の（２）の従来法は、具体的に
は水平型ジャケット付結晶槽の内部にリボン羽根を設け
て、連続的に冷却して生成された結晶を一方向に移動さ
せ、これに対して液を向流的に連続的に流す方法であ
る。しかし、この方法では槽内で、いくら攪拌を弱くし
ても、結晶が浮遊して液に同伴してしまい、向流となら
ないことが多く、その結果、たとえば製品の溶融温度と
不純物を多く含んだ低温側の結晶析出温度との差が大き
い場合には、結晶槽の全水平長さはかなり長いものとな
り、設置スペースが大きくなるばかりでなく、結晶槽内
の結晶の移動は、各位置でその移動量が異ったものとな
り、冷却された結晶と温い母液の流れとが相対的に不安
定あるいは析出結晶量が変化してしまい、安定した運転
を期し難い問題点がある。

【０００８】一方、通常、こうして得られた結晶と母液
とは、竪型の溶融精製機へ供給するか、遠心分離機で結
晶を取出して製品するかのいずれかである。前者の場
合、結晶機と結合させて連続処理を可能としたものが多
いが、その種のものでは、低温側へ移動する液の沈降部
（清澄部）がないため、結晶が同伴してしまい分離効率
が悪い。この点を改善しようとすれば、精製機の上部に
結晶の沈降部を設ける必要がある。

【０００９】また後者の遠心分離機を用いる場合には、
母液の付着があり、これを置換洗浄しても得られる結晶
の純度には限界がある。その理由は、遠心力で脱水され
たケーキ層の粒子間には空隙があり、その空隙は気体が
介在しているため、さらに粒子間には接触密着部分があ
るため、洗浄液をかけた場合、遠心力によって洗浄液が
加速されているので、空隙のある粒子表面を十分接触す
ることなく通過したり、前記密着部へ十分洗浄液が接触
しないからである。したがって、いずれにしても結晶化
による場合において、純度を上げようとすれば、再結晶
化を複数回行なわなければならず、運転コストが著しく
嵩む。

【００１０】そこで、本出願人は、前記従来法の問題点
を巧妙に一挙に解決したものとして、特開昭59−66305
号公報において、本発明の基礎となる提案を行った。こ
の方法または装置は、多くの化学製品の生産工場で採用
され、その高い有効性が証明されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、供給原料中の目的成分濃度が低い場合、最高の回収
率を得るためには結晶の晶析操作を、可能な限り低温域
で行わざるを得ないため、その結晶槽列における最も高
温で操作され、かつ結晶槽と直接連係されている結晶槽
の温度と精製塔の下部の高温部との温度差が大きくな
り、精製塔内における熱対流による逆混合現象、チャネ
リング、精製塔内の固結トラブル等が発生し精製塔の安
定運転、生産能力およびシステム全体としてのランニン
グコスト等の点で不利な場合が多い。

【００１２】また、精製塔内を上昇する還流液と母液と
の混合母液を上部の母液排出部から受けて、主にその還
流液を晶出させる上位結晶槽に対して、これより下位の
結晶槽に原料液を供給する場合には、これら上位結晶槽
と下位結晶槽との間で温度差が大きくなるために同じ不
具合が生じる。

【００１３】したがって、本発明の課題は、前述の公報
記載の従来の方法における結晶槽と精製塔高温部との温
度差が大きくなることにより、精製塔内における熱対流
による逆混合現象、チャネリングおよび精製塔内の固結
トラブル等が起こり精製効率の低下および安定運転がで
きなくなるという不利な点を解決するとともに、全必要
晶析エネルギーの増加がなく、結晶の性状、サイズも改
善しようとすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決した本
発明装置は、上部に母液排出部を有する冷却式結晶槽
と、上部に母液排出部を下部に加熱器をそれぞれ有し前
記結晶槽より高い温度で運転する竪型溶融精製塔とを組
み合せ、前記結晶槽に対して原料を供給するとともに、
結晶槽において生成した結晶スラリーはその下部から前
記精製塔上部の導入部へ導き、前記精製塔内において、
精製塔内を下部へ移行する結晶を下部の加熱器により溶
融し、溶融物の一部を製品として取出し、他の部分を還
流液として上昇させ、この還流液により落下してくる結
晶充填層において母液を洗い出し、純化された結晶は下
方に沈降させ、上部の母液排出部に至った還流液と母液
の混合母液は排出して下位の結晶槽の導入部に導くよう
に構成し、対象の複数成分の溶融混合物の系において、
生成結晶の流れと母液の流れとの関係に関し、塔槽類内
の流れとして、結晶槽の上方部と下方部、ならびに精製
塔の上方部と下方部との間において、ならびに塔槽類間
相互の流れとして、結晶槽から精製塔の導入部への流れ
とその精製塔の母液排出部から結晶槽の導入部への流れ
において、それぞれ向流関係とした装置において：前記
精製塔と結晶槽との間に、熟成槽を設け、この熟成槽に
精製塔からの前記混合母液を導き、この熟成槽の下部か
ら結晶スラリーを前記精製塔上部の導入部へ導き、前記
熟成槽の母液は前記結晶槽に導く構成としたことを特徴
とするものである。

【００１５】また、本発明の方法は、上部にそれぞれ母
液排出部を有する複数の冷却式結晶槽と、上部に母液排
出部を下部に加熱器をそれぞれ有する竪型溶融精製塔と
を備えた設備を用い、結晶槽に対して原料を供給すると
ともに、前記各結晶槽は各々異なる温度で晶析操作を行
い、前記精製塔は各結晶槽での操作温度のうち最も高い
温度よりさらに高い温度で運転し、結晶槽において生成
した結晶スラリーはそれより高い温度で晶析操作が行わ
れている結晶槽の導入部へこの順で導き、最高晶析操作
温度の結晶槽で生成した結晶スラリーは精製塔の導入部
へ導き、精製塔内を下部へ移行する結晶に対してその下
部の加熱器により溶融し、溶融物の一部を製品として取
出し、他の部分を還流液として上昇させ、前記下方へ移
行する結晶の洗浄を行い、精製塔および結晶槽の上部の
母液排出部に至る母液は晶析操作温度の高い結晶槽から
低い結晶槽への順で移行させ、最終低温結晶槽の母液は
系外に取出し、対象の複数成分の溶融混合物の系におい
て、生成結晶の流れと母液の流れとの関係に関し、塔槽
類内の流れとして、結晶槽の上方部と下方部、ならびに
精製塔の上方部と下方部との間において、ならびに塔槽
類間相互の流れとして、結晶槽から精製塔の導入部への
流れとその精製塔の母液排出部から結晶槽の導入部への
流れにおいて、それぞれ向流関係とする方法において：
前記精製塔と結晶槽との間または結晶槽間にいずれか１
個所以上に、熟成槽を設け、この熟成槽に操作温度が高
い側の精製塔または結晶槽の母液を導き、この熟成槽の
下部から結晶スラリーを前記操作温度が高い側の精製塔
または結晶槽の導入部へ導き、前記熟成槽の母液は操作
温度が低い側の結晶槽に導くことを特徴とするものであ
る。

【００１６】本発明において、熟成槽には攪拌混合手段
を具備させることができる。また、結晶槽または熟成槽
の供給側の槽から操作温度が高い側の被供給側の槽また
は塔に対して結晶スラリーを供給する間に液体サイクロ
ンなどの固液分離手段を設け、母液は前記供給側の槽に
返送することができる。

【００１７】

【作用】原料中の目的成分濃度が低い場合、目的成分が
結晶化する温度は低くなり、高い回収率を達成するため
には、原料液の晶析点から共晶点近くの低い温度まで操
作させる結晶槽を、目的の回収率を得ることができるま
で、複数シリーズに設置する必要があることが多い。

【００１８】しかし、この場合、原料液が供給される結
晶槽がこの中で最も高い温度で操作されるが、目的成分
濃度が低いため、その結晶槽の操作温度と高純度な目的
成分そのものが示す溶融温度、すなわち精製塔底部の高
温部の温度との差が大きくなり、精製塔の精製能力低下
を生じる。また同様に、前述のように、精製塔内を上昇
する還流液と母液との混合母液を上部の母液排出部から
受けて、主にその還流液を晶出させる上位結晶槽に対し
て、これより下位の結晶槽に原料液を供給する場合に
は、上位結晶槽と下位結晶槽との間で温度差が大きくな
る。

【００１９】そこで、本発明にしたがって、結晶槽と精
製塔の間に、または、精製塔からの母液または還流液を
受け入れる結晶槽と原料液が供給される結晶槽との間
に、熟成槽（ライプニングタンク、ripening tank ）を
介装することにより、この問題を解決できる。

【００２０】この原理について、図２に示す固液平衡図
で説明する。本発明例を示す図３に示す態様において、
第１結晶槽１Ａの操作温度Ｔａ、精製塔２の高温部（底
部）の温度をＴｂとする。精製塔２では、底部の高温部
で目的成分が結晶メルター（加熱溶融装置）２２で溶融
され、一部は還流液Ｒとして上昇し、下降する結晶流れ
に対して向流に流れ、結晶に付着している母液を洗い出
し、この母液と還流液Ｒとの混合母液が、前段の第１結
晶槽１Ａへと返送される。また、精製塔２の低温部（上
部）へは第１結晶槽１Ａからサイクロンなどの固液分離
濃縮手段５０を通して、第１結晶槽１Ａのスラリー濃度
より濃縮された状態で結晶スラリーが供給される。従っ
て、精製塔２の低温部の温度は、還流液Ｒと供給される
結晶スラリーの保有エンタルピーが合わさった混合平衡
状態の温度となる。

【００２１】精製塔２の低温部の温度をできるだけ高く
することが精製塔２の能力を高めることになる。従っ
て、これを達成するためには、流入する結晶スラリーの
温度を高くするか、還流液Ｒ量を増やす方法の両方が考
えられるが、還流液Ｒ量を増やすことはエネルギーの消
費量を多くすることになるので、流入する結晶スラリー
の温度を上げることが有効となる。

【００２２】ここで、熟成槽を設けない従来例を示す図
４の場合は、精製塔２の低温部の温度は、スラリーの固
液分離濃縮手段５０により濃縮された結晶スラリーと還
流液Ｒとの熱バランスでＴ₂ の温度となる。

【００２３】一方、図３に示すように、第１結晶槽１Ａ
と精製塔２との間に、スラリー濃縮手段５１と、熟成槽
４０とを中間に設けた場合は、熟成槽４０の温度Ｔ₃ と
すると、精製塔２の低温部の温度は、温度Ｔ₃ の濃縮さ
れたスラリーと還流液Ｒとの熱バランスから、両温度の
中間温度Ｔ₁ となる。熟成槽の温度Ｔ₃ は、温度Ｔ₁で
精製塔の低温部（上部）から熟成槽４０に流入する混合
母液と、第１結晶槽１Ａからスラリー濃縮手段５１を通
って流入する濃縮スラリー（温度Ｔａ）とのエンタルピ
ーバランスから、その両者の中間温度になる。この温度
は、低温スラリーと高温母液とのエンタルピーバランス
で決まるため、低温側のスラリーの濃縮度が高い程、す
なわち還流液Ｒ量を一定とすればスラリー中の母液が少
ない程、高温側へシフトする。

【００２４】したがって、スラリー濃縮手段５０，５１
を設けることも、本発明の効果を高めるための一つの重
要なファクターである。濃縮手段または固液分離手段と
しては、液体サイクロン、ろ過機、遠心分離機等一般に
使用される手段を利用することができる。

【００２５】もう一つの有力な効果として、この熟成槽
４０では一般的に溶解度曲線が上に凸の場合、温度の異
なる２液の混合液は図５に示すように比熱が一定と近似
させると、必ず２点を結んだ直線上のどこかの点（混合
比率により変わる）Ｔｍになり、組成的には溶解度曲線
の固相側となる。これは、最終的には結晶の析出を伴
い、母液組成は低下し（Ｃ₂ となる）、系の温度は上昇
して平衡状態の母液組成温度はＴｅとなる。これは母液
だけの平衡関係であるが、本発明の方法の場合、実際に
は低温スラリー中に結晶が含まれているので、この結晶
のエンタルピーも考慮すると、その顕熱分だけ系全体の
温度は下がり、結晶の析出もその分多くなるが、結晶の
顕熱分の熱量は通常低くその影響は少ない。

【００２６】以上の原理から、強制的な冷却手段を、た
とえば冷却ジャケットを有しない熟成槽において、結晶
槽からの低温の結晶スラリーを濃縮した低温スラリーと
上流の精製塔からの高温の母液とを混合し、適度な混合
状態を一定時間保つことにより、冷却することなく、結
晶の温度上昇と再結晶によって結晶の粒度を整え、純度
の改善を行うことができる。

【００２７】かくして、図２にも示されているように、
精製塔の温度勾配（低温部と高温部との温度差）を少な
くすることができ、精製塔での精製能力が増大し省エネ
ルギーを達成することができる。

【００２８】熟成槽は結晶槽との結晶槽の間に設けるこ
ともできる。この場合、熟成槽の上流側（高温で操作さ
れる結晶槽）の結晶槽の操作温度を高めることができ、
冷却媒体（冷却水、冷媒）の温度も高いものが使用で
き、エネルギーの節約となる。

【００２９】系または供給液組成等で変わるが、この熟
成槽を設けることにより、それより高温側の結晶槽の操
作温度を通常の冷水塔循環水を使用するレベルまで上げ
ることができる場合があり、冷凍機を使用する場合より
ランニングコストを下げることも可能である。

【００３０】

【実施例】以下本発明を図１を参照しながら実施例によ
りさらに詳説する。図面は一具体例を示したもので、結
晶槽として３基の結晶槽１Ａ，１Ｂ，１Ｃを設け、これ
と竪型の溶融精製塔２とを組合わせたものである。

【００３１】第１，第２，第３結晶槽１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
は、それぞれ中間部に導入部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを
有し、下部周壁に冷却媒体１１が通される冷却ジャケッ
ト部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが設けられ、また内部に攪
拌駆動装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃによって回転駆動さ
れる伝熱面掻取羽根１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが配されて
いる。

【００３２】さらに下部には結晶スラリー抜出口１５
Ａ，１５Ｂ，１５Ｃがあり、第３結晶槽１Ｃの底部の結
晶スラリー抜出口１５Ｃから抜出された結晶スラリー
は、スラリーポンプ１６Ｃにより第２結晶槽１Ｂの導入
部１０Ｂへ、第２結晶槽１Ｂの底部の結晶スラリー抜出
口１５Ｂから抜出された結晶スラリーは、スラリーポン
プ１６Ｂにより第１結晶槽１Ａの導入部１０Ａへ、第１
結晶槽１Ａの底部の結晶スラリー抜出口１５Ａからの結
晶スラリーはスラリーポンプ１６Ａにより精製塔２の上
部の導入部２０に対して送給されるよう構成されてい
る。

【００３３】本発明では、第１結晶槽１Ａと溶融精製塔
２との間に攪拌混合手段４１を有する熟成槽４０が設け
られ、さらに第３結晶槽１Ｃ、第２結晶槽１Ｂ、第１結
晶槽１Ａ、熟成槽４０および溶融精製塔２の頂部には、
液体サイクロンなどからなる固液分離器５４，５３，５
２，５１，５０が設けられている。

【００３４】また第１結晶槽１Ａ内の適宜の位置、たと
えば上部には複数成分の溶融混合物１７、たとえばＡ成
分とＢ成分を含む共晶系の溶融混合物の供給路が設けら
れている。

【００３５】一方、精製塔２は竪型をなしており、その
上部に導入部２０を有している。また精製塔２は、上部
に導入部２０または清澄母液排出部を有することを除い
て、その精製原理は特公昭５４−３４７０５号公報等に
おいて公知のものである。すなわち、下部にはスチーム
等の熱媒２１が通される加熱器２２が設けられ、内部に
は導入部２０より下方の領域の結晶粒子層の挙動の安定
化のための攪拌装置２３が配され、駆動モータ２４によ
って運転可能となっている。さらに下部にはスクリーン
２５が配され、結晶体をここで分離しながら抜き出し液
のみとしてポンプ２６により溶融物の一部を製品２７と
して抜き出す構成とされている。

【００３６】他方、図６に示されているように、精製塔
２の上部には溢流堰などからなる母液排出部２８が形成
され、混合母液は管路３１によって重力により熟成槽４
０の適宜の位置たとえば上部に返送されるようになって
いる。熟成された結晶スラリーは、スラリーポンプ１６
Ｄにより固液分離器５０に供給され、ここで濃縮操作が
行われ、母液は管路６１により熟成槽４０に返送され、
濃度の高くなった結晶スラリーは、溶融精製塔２の上部
の導入部２０に供給される。導入部２０からの結晶スラ
リー中の結晶分は、上部の攪拌が殆ど行われない清澄部
２９Ａにおいて、静かに落下し、やがてそれより下方の
結晶充填層２９Ｂに移動する。

【００３７】熟成槽４０の上部の液は、管路３２を経
て、第１結晶槽１Ａの中段の結晶生成部または上部の導
入部１０Ａへ導かれる。この熟成槽４０の頂部において
も固液分離器５１が設けられている結果、スラリーポン
プ１６Ａにより送給される第１結晶槽１Ａの結晶スラリ
ーは固液分離器５１で濃縮操作が行われ、前述のように
母液は管路６２により第１結晶槽１Ａに返送され、濃度
の高くなった結晶スラリーは、熟成槽４０の上部に供給
される。

【００３８】以下各結晶槽１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間で同様の
操作が行われるが、その操作は図面のフローシートによ
り明らかであるので、詳述しない。最終の結晶槽、実施
例では第３結晶槽１Ｃの導入部１０Ｃからは液が管路３
５により系外へ排出されるようになっている。

【００３９】このように構成された精製設備では、第３
結晶槽１Ｃ、第２結晶槽１Ｂ、第１結晶槽１Ａおよび精
製塔２の順で順次高い温度で操作される。

【００４０】このように構成された設備においては、対
象の複数成分の溶融混合物について、生成結晶と母液と
の関係に関し、結晶槽１Ａ，１Ｂ，１Ｃの上方部と下方
部、ならびに精製塔２の上方部と下方部との間におい
て、生成結晶の流れと母液の流れに関し、各結晶槽を符
号の上で逆順に通って精製塔の上部導入部への流れと、
その精製塔の上部導入部から各結晶槽へ順の流れにおい
て、それぞれ向流関係とされている。しかも、この向流
関係は、熟成槽４０を設けた場合においても保持されて
いる。

【００４１】いま溶融混合物１７が第１結晶槽１Ａに供
給されると、その掻取冷却面で冷却され過飽和となり、
過飽和液は既に存在する結晶と接触して結晶の生成と成
長が行なわれる。このようにして得られた結晶スラリー
は、熟成槽４０を通って、精製塔２の導入部２０へ導か
れる。また第２結晶槽１Ｂの晶析操作によって得られた
結晶スラリーは、第１結晶槽の導入部１０Ａへ導かれ、
同様に第３結晶槽１Ｃの晶析操作によって得られた結晶
スラリーは、第２結晶槽の導入部１０Ｂへ導かれる。

【００４２】精製塔２内では次のような操作が行なわれ
る。すなわち導入部２０では、導かれた結晶スラリー中
の結晶と母液は、上昇する純度の高い母液によって分散
され、希釈洗浄され、その後下方の結晶充填層２９Ｂへ
移行する。結晶充填層２９Ｂでは、ゆっくり結晶が降下
し、その際上昇する溶融還流液Ｒと接触しながら、同時
に結晶表面が溶融洗浄されながら、加熱器２２の溶融部
に至り、そこで溶融され、一部は製品２７として抜き出
される。抜き出し以外の溶融物は還流液Ｒとなって塔内
を上昇し、降下する結晶の洗浄と母液の洗い出しに供さ
れる。このような操作が連続的に行なわれる。

【００４３】精製塔２の清澄部２９Ａで、還流液Ｒと結
晶スラリーとして導入された母液とが混合し、混合母液
は、母液排出部２８から流出し、さらに熟成槽４０を通
って、第１結晶槽１Ａの導入部１０Ａへ返送され、晶析
に供せられる。

【００４４】第１結晶槽１Ａの構造（第２および第３結
晶槽においても構造は同様）は、たとえば図７に示すよ
うに、伝熱面掻取羽根１４Ａの上方に首部があり、この
首部より上方が伝熱面掻取羽根１４Ａによる攪拌力が実
質的に及ばない清澄部３となり、首部より下方は伝熱面
掻取羽根１４Ａの混合力による完全混合相４となってい
る。

【００４５】さらに第１結晶槽１Ａの導入部１０Ａに
は、第２結晶槽１Ｂからの結晶スラリーも導かれ、下部
の完全混合相４において混合されるとともに、母液がじ
っくり上昇し、下方の完全混合相４において結晶が下降
する。一方、第１結晶槽１Ａの析出条件で得られた母液
は、さらに冷却温度を下げて目的のＡ成分を回収する必
要があるため、母液排出部５からオーバーフローにより
流出して、第２結晶槽１Ｂの導入部１０Ｂへ導かれ、第
２結晶槽１Ｂにおいて同様な晶析操作が実行される。以
後第３結晶槽１Ｃにおいても同様の操作が行われ、最終
のＢ成分を多く含む母液は、管路３５により系外へ取り
出される。

【００４６】以上のように、本発明法では、結晶と母液
が確実に向流接触するので、精製効率はきわめて高いも
のとなる。本発明では、必らずしも固液分離装置を必要
としない。しかし、温度差を大きく取るため、ならびに
高温側に移行するスラリー中の母液量を減じ、高温側の
導入部から向流的にオーバーフローする清澄母液との向
流接触効率を高めるために、固液分離手段を設けるのが
望ましい。この固液分離手段としては、濾過機または遠
心分離機等の固液分離装置であってもよいが、メンテナ
ンスなどの点で液体サイクロンが有利である。

【００４７】ところで、固液分離装置を設けない場合、
晶析部から導入部へ結晶スラリーがほぼそのままのスラ
リー濃度で移行するため、結晶槽間または精製塔との間
で温度差が取れない。もし、どうしても温度差を取りた
いのであれば、蒸発缶により蒸発を行い、結晶のみを導
入部へ移行させる方法もあるが、この場合熱エネルギー
が必要となるし、母液が無駄になる。そこで、温度差を
取る必要がある場合には、濾過機またはサイクロンを設
けて、結晶のみを導入部へ移行させればよい。

【００４８】濾過機を用いる場合、最大30℃、サイクロ
ンを用いる場合、通常は10℃程度、最大15〜20℃程度の
温度差を取ることが可能である。分離後の母液は、濾過
機の場合には結晶槽の清澄部へ、サイクロンの場合は結
晶が母液に一部同伴するので導入部または晶析部（完全
混合相部分）へ返送するのが望ましい。したがって、本
発明における結晶槽の導入部とは、本来の完全混合相へ
の導入部分のほか、完全混合相内部も含む意味である。

【００４９】原料たる共晶物の供給位置は、第１結晶槽
１Ａに供給するほか、供給濃度によって選定すればよ
く、純度の高いものは高温側の結晶槽に、低いものは低
温側の結晶槽へ供給することができる。さらに再結晶を
繰り返して純度を向上せんとする場合には、同設備での
運転を複数回繰返せばよい。しかし、本発明法による場
合、純度の高いものが容易に得られるので、通常その必
要はない。

【００５０】上記例は結晶槽として３基を設けた例であ
るが、さらに増してもよいし、減じて２基または単に１
基で精製塔と組み合せたものでもよい。要は、得ようと
する純度と、Ａ成分をどの程度まで回収しようとするか
によって結晶槽の基数が選定される。

【００５１】本発明における熟成槽は、通常は上部に清
澄部を生成させる条件で混合を図ることが有効である
が、上部に清澄部を有しない状態で完全混合を図ること
もできる。この場合は、熟成槽から被供給側の槽または
塔との間に設けた固液分離手段において、熟成槽からの
結晶スラリーを分離した後の母液を、結晶槽または熟成
槽の供給側の槽に返送することができる。すなわち、図
８に示すように、第１結晶槽１Ａと溶融精製塔２との間
に熟成槽４０を設ける例の場合には、溶融精製塔２との
間に設けた固液分離手段５０において、熟成槽４０から
の結晶スラリーを分離した後の母液を、管路６１’によ
り第１結晶槽１Ａに返送することができる。各結晶槽間
に設ける場合も同様である。

【００５２】次に比較例および実施例を示す。 （比較例１）熟成槽を設けない図９に示す設備におい
て、パラジクロルベンゼン（以下、ＰＤＣＢと略す）７
２％、オルトジクロルベンゼン（以下、ＯＤＣＢと略
す）２８％を含む原料から99.9％純度のナフタリンを得
た。この場合の操作条件を同図に示した。精製塔の上下
の温度差は、53.1℃−33.6℃＝19.5℃であった。なお、
熱量Ｑの単位はKcal／hr、供給または排出量Ｗの単位は
kg／hrである。

【００５３】（実施例１）熟成槽を設けた図１０に概要
を示す設備により、99.9％純度のＰＤＣＢを得た。操作
条件を同図に示した。精製塔の上下の温度差は、53.1℃
−37.3℃＝15.8℃であった。なお、比較例１および実施
例１のいずれの場合もスラリーの濃縮手段の出口スラリ
ーは４０％であった。

【００５４】（考察）以上のように、熟成槽を濃縮設備
と共に設置することにより、消費エネルギー（冷却又は
加熱エネルギー）を変えることなく精製塔内の温度勾配
を下げることが可能にすることができた。このことによ
り、比較例では精製塔の能力が1,000kg／m²hrであった
ものが、実施例１では、熟成槽を設けることにより、1,
500 kg/m²hrに能力が増加した。

【００５５】（比較例２）従来の方式において、すなわ
ち本発明のように熟成槽を設けないで、精製塔の温度勾
配を、本発明の熟成槽を設けた場合と同じ15.8℃程度と
するために還流比を徐々に上げていった。その結果、図
１１に示すバランスとなった。生産量については、還流
量の増加分があり、精製塔内の相対速度的な限界値に達
したため1,000 kg／m²hr以上にはならなかった。

【００５６】（考察）以上の実施例、比較例から、本発
明の方式により、冷却および還流液用の加熱エネルギー
を増加することなく精製塔の温度勾配を少なくし、精製
能力の増加が可能であることが実証された。精製塔の能
力は、温度勾配が大きくなると、逆混合現象やチャネリ
ングおよび塔内での固結等のトラブルをもたらすため、
低下する。これらの不利な点を本発明により解決でき、
生産能力増強と省エネルギー効果をもたらす。

【００５７】また、本発明に係る熟成槽は、いずれの場
所において介在させても、エンタルピーバランスから、
上記実施例と同じ昇温効果をもたらすことは明らかであ
り、供給条件や結晶性状等から最適な場所に入れること
ができる。

【００５８】さらに、ここに示した実施例以外に、ナフ
タリン、パラニトロクロルベンゼン、パラキシレン、ア
クリル酸、ＭＭＡ（メタメチルアクリレート）等あらゆ
る系に適用できることを本発明者らは確認している。

【００５９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、設備費お
よび運転費を低減できるとともに、精製効率および生産
効率の高い運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例の全体装置例のフローシートである。

【図２】固液平衡図である。

【図３】本発明例の概要図である。

【図４】従来例の概要図である。

【図５】固液平衡図である。

【図６】精製塔上部の挙動を示す説明図である。

【図７】結晶槽の概要を示す概要図である。

【図８】熟成槽において完全混合を図る場合の例の概要
図である。

【図９】比較例１の操作条件の説明図である。

【図１０】実施例１の操作条件の説明図である。

【図１１】比較例２の操作条件の説明図である。

【符号の説明】

１Ａ…第１結晶槽、１Ｂ…第２結晶槽、１Ｃ…第３結晶
槽、２…精製塔、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２０…導入
部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…冷却ジャケット、１７…
溶融混合物（原料）、２２…加熱器、２３…攪拌装置、
２７…製品、４０…熟成槽、５０〜５３…液体サイクロ
ン（固液分離手段）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部に母液排出部を有する冷却式結晶槽
   と、上部に母液排出部を下部に加熱器をそれぞれ有し前
   記結晶槽より高い温度で運転する竪型溶融精製塔とを組
   み合せ、 前記結晶槽に対して原料を供給するとともに、結晶槽に
   おいて生成した結晶スラリーはその下部から前記精製塔
   上部の導入部へ導き、 前記精製塔内において、精製塔内を下部へ移行する結晶
   を下部の加熱器により溶融し、溶融物の一部を製品とし
   て取出し、他の部分を還流液として上昇させ、この還流
   液により落下してくる結晶充填層において母液を洗い出
   し、純化された結晶は下方に沈降させ、上部の母液排出
   部に至った還流液と母液の混合母液は排出して下位の結
   晶槽の導入部に導くように構成し、 対象の複数成分の溶融混合物の系において、生成結晶の
   流れと母液の流れとの関係に関し、塔槽類内の流れとし
   て、結晶槽の上方部と下方部、ならびに精製塔の上方部
   と下方部との間において、ならびに塔槽類間相互の流れ
   として、結晶槽から精製塔の導入部への流れとその精製
   塔の母液排出部から結晶槽の導入部への流れにおいて、
   それぞれ向流関係とした装置において：前記精製塔と結
   晶槽との間に、熟成槽を設け、この熟成槽に精製塔から
   の前記混合母液を導き、この熟成槽の下部から結晶スラ
   リーを前記精製塔上部の導入部へ導き、 前記熟成槽の母液は前記結晶槽に導く構成としたことを
   特徴とする向流式溶融物冷却精製装置。
2. 【請求項２】熟成槽は攪拌混合手段を有する請求項１記
   載の向流式溶融物冷却精製装置。
3. 【請求項３】上部にそれぞれ母液排出部を有する複数の
   冷却式結晶槽と、上部に母液排出部を下部に加熱器をそ
   れぞれ有する竪型溶融精製塔とを備えた設備を用い、 結晶槽に対して原料を供給するとともに、前記各結晶槽
   は各々異なる温度で晶析操作を行い、前記精製塔は各結
   晶槽での操作温度のうち最も高い温度よりさらに高い温
   度で運転し、結晶槽において生成した結晶スラリーはそ
   れより高い温度で晶析操作が行われている結晶槽の導入
   部へこの順で導き、最高晶析操作温度の結晶槽で生成し
   た結晶スラリーは精製塔の導入部へ導き、精製塔内を下
   部へ移行する結晶に対してその下部の加熱器により溶融
   し、溶融物の一部を製品として取出し、他の部分を還流
   液として上昇させ、前記下方へ移行する結晶の洗浄を行
   い、精製塔および結晶槽の上部の母液排出部に至る母液
   は晶析操作温度の高い結晶槽から低い結晶槽への順で移
   行させ、最終低温結晶槽の母液は系外に取出し、 対象の複数成分の溶融混合物の系において、生成結晶の
   流れと母液の流れとの関係に関し、塔槽類内の流れとし
   て、結晶槽の上方部と下方部、ならびに精製塔の上方部
   と下方部との間において、ならびに塔槽類間相互の流れ
   として、結晶槽から精製塔の導入部への流れとその精製
   塔の母液排出部から結晶槽の導入部への流れにおいて、
   それぞれ向流関係とする方法において：前記精製塔と結
   晶槽との間または結晶槽間にいずれか１個所以上に、熟
   成槽を設け、この熟成槽に操作温度が高い側の精製塔ま
   たは結晶槽の母液を導き、この熟成槽の下部から結晶ス
   ラリーを前記操作温度が高い側の精製塔または結晶槽の
   導入部へ導き、 前記熟成槽の母液は操作温度が低い側の結晶槽に導くこ
   とを特徴とする向流式溶融物冷却精製方法。
4. 【請求項４】熟成槽において、その上部において清澄部
   分を生成させる条件で攪拌混合を行う請求項３記載の向
   流式溶融物冷却精製方法。
5. 【請求項５】結晶槽または熟成槽の供給側の槽から操作
   温度が高い側の被供給側の槽または塔に対して結晶スラ
   リーを供給する間に固液分離手段を設け、分離された母
   液は前記供給側の槽に返送するようにした請求項３記載
   の向流式溶融物冷却精製方法。
6. 【請求項６】熟成槽では清澄部を有しない状態で完全混
   合を図り、熟成槽から操作温度が高い側の結晶スラリー
   の被供給側の槽または塔との間に設けた固液分離手段に
   おいて、熟成槽からの結晶スラリーを分離した後の母液
   を、操作温度が低い側の結晶槽に返送するようにした請
   求項５記載の向流式溶融物冷却精製方法。
7. 【請求項７】固液分離手段は、液体サイクロンである請
   求項５または６記載の向流式溶融物冷却精製方法。