JPH1147502A - 結晶性物質の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物を含有する結晶性物質供給原料を固体
状で装入する連続晶析精製方法において、比較的広い範
囲の供給原料に適用でき、連続操業が可能な効率の高い
晶析精製方法を提供する。 【解決手段】 不純物を含有する結晶性物質供給原料を
固形状で、撹拌手段を備えた塔型の連続晶析精製装置の
上部より装入し、下部に備えられた加熱手段により沈降
した結晶を融解させて生ずる融解液と向流接触させて精
製し、精製された結晶性物質を下部より融解液として抜
き出し、不純物が濃縮された母液を上部より抜き出すこ
とよりなる結晶性物質の精製方法において、供給原料結
晶を加熱して連続晶析装置に装入する。供給原料の加熱
温度は、常温＋１０℃からその融点−１０℃の範囲が好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不純物を含有する
結晶性物質の精製方法に関し、さらに詳しくは不純物を
含有する結晶性物質を固体状で連続晶析精製装置に装入
し、晶析精製する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結晶性物質を精製する方法としては、不
純物を含む結晶性物質に溶剤を添加し又は添加しないで
溶液又は融解液を形成させ、次いでこれを冷却して目的
の結晶を析出させる方法が知られている。連続晶析法に
おいては、連続晶析精製装置の下部に備えられた加熱手
段で析出した結晶を再融解し、融解液として抜き出し、
精製結晶を回収する。この晶析法は、処理能力が高く、
比較的容易に高純度に精製することができるという特長
がある。

【０００３】特公昭５８−４６３２２号公報には、撹拌
機を備え、上方に冷却帯域とその下方に精製帯域を有す
る塔型の連続晶析装置を用い、冷却帯域と精製帯域との
中間部から原料を装入し、上下方向への結晶移送力を実
質的に与えず、同一平面内のみを撹拌しながら、冷却帯
域で冷却して結晶を析出させ、生成した結晶スラリーを
精製帯域で母液との向流接触により純度を高めた結晶と
し、その下部に備えた加熱手段により融解し、融解液と
して回収する精製方法が記載されている。この精製方法
は極めて簡便な装置で実施でき、生産性が高く、比較的
小規模設備から中規模設備として実用性が高いが、結晶
性物質の種類によっては晶析精製が困難であったり、不
可能のものもあり、適用が限定されるという問題があっ
た。

【０００４】さらに、特公昭６３−３６８０２号公報に
は、上記特公昭５８−４６３２２号公報記載の塔型の連
続晶析装置と同様な装置を用い、不純物を含有する結晶
性物質をいったん融解し、冷却し、固化し、さらに細分
して得た粉・粒子の形状で装入する精製法が記載されて
いる。この精製方法によれば、連続晶析装置に装入され
る原料結晶の調製が容易であるという利点があるが、前
記と同様な問題が残ることがあることが判明した。

【０００５】

【解決を要する課題】したがって、本発明の目的は、不
純物を含有する結晶性物質供給原料を固体状で装入する
連続晶析精製方法において、比較的広い範囲の供給原料
に適用でき、連続操業が可能な効率の高い晶析精製方法
を提供することにある。

【０００６】すなわち、本発明は、不純物を含有する結
晶性物質供給原料を固体状で、撹拌手段を備えた塔型の
連続晶析精製装置の上部より装入し、下部に備えられた
加熱手段により沈降した結晶を融解させて生ずる融解液
と向流接触させて精製し、精製された結晶性物質を下部
より融解液として抜き出し、不純物が濃縮された母液を
上部より抜き出すことよりなる結晶性物質の精製方法に
おいて、供給原料結晶を加熱して連続晶析装置に装入す
る結晶性物質の精製方法である。そして、供給原料の加
熱温度としては、常温＋１０℃からその融点−１０℃の
範囲が好ましく、供給原料としては、安息香酸が一例と
して挙げられる。

【０００７】

【発明の実施の態様】図１は、本発明の結晶性物質の精
製方法を実施するための連続晶析精製装置の一例を示す
断面図であり、結晶加熱装置１とそれに連結された塔型
の連続晶析精製装置（以下、晶析塔という）２で構成さ
れる。晶析塔２は、その上部に結晶装入部３、残液抜出
部４及び撹拌羽根５を有する撹拌手段６を備え、その下
部に加熱手段７及び製品抜出部８を備えている。晶析塔
２の内部は上部に母液層、中間から下部にかけてスラリ
ー層があり、最下層に融液層があるのが典型的である
が、条件によっては明確には層が識別できないときもあ
る。

【０００８】図１において、常温で供給される原料結晶
は、先ず結晶加熱装置１でその融点以下の温度に加熱さ
れた後、固体状のままで晶析塔２に送られる。この結晶
の加熱は、原料結晶に顕熱を与えるために行うものであ
るが、必要以上に温度を高くすると晶析塔２の上部温度
が高くなって結晶の析出量が低下する。したがって、加
熱温度の上限はその結晶の融点より１０℃以上低い温
度、好ましくは２０℃以上低い温度とする。また、温度
が低すぎると、原料結晶が母液層を降下する際、周囲の
母液を急激に冷却し、微細な結晶を多数発生させ、ダマ
と称される羽毛状の結晶を生じやすくする。したがっ
て、加熱温度の下限は常温より１０℃以上高い温度、好
ましくは室温より２０℃以上高い温度とする。なお、処
理量が増えると温度低下が大きくなるので、処理量に応
じて加熱温度を制御することがよい。

【０００９】また、例えば安息香酸製造装置や安息香酸
回収設備から取り出される高温結晶である場合は、これ
を加熱せずにそのまま晶析塔２に装入してもよいが、晶
析温度を一定にしないと塔内の熱バランスが変動するの
で、加熱装置１又は保温装置（図示せず）を通して装入
することが好ましい。

【００１０】結晶加熱装置１で所定温度に加熱され、ま
だ固体状の原料結晶は、結晶装入部３から晶析塔２に装
入される。装入された原料結晶は、塔内を上昇してきた
母液の最上部に落下し、母液との比重差によりゆっくり
降下してスラリー層の上部に達すると共に一部は母液に
溶解しする。また、同時にその周囲の温度を低下させて
結晶を析出させる。この母液層を結晶降下帯域Ａとい
う。結晶降下帯域Ａの下方部は、スラリー状の結晶が存
在するスラリー層となっており、この結晶が上昇する母
液と接触して降下する間に溶解、析出をくり返し、晶析
精製が行われる。なお、この結晶降下帯域Ａにおいて
は、原料結晶の顕熱や融解熱により母液は冷却されるの
で、結晶降下帯域Ａを外部から強制冷却する必要はない
が、必要により外部冷却を加えてもよい。

【００１１】結晶降下帯域Ａの下方部のスラリー層の結
晶は、母液との比重差により更に降下する際、結晶の溶
解と再結晶が無数に繰り返され、結晶中の不純物は結晶
から母液に移行して結晶精製が行われるので、この帯域
を結晶精製帯域Ｂという。結晶降下帯域Ａと結晶精製帯
域Ｂは、明確な区分はなく、図１に示すように、結晶降
下帯域Ａの下端部と結晶精製帯域Ｂの上端部は重なり合
っている。

【００１２】結晶精製帯域Ｂにおいて、結晶精製を効率
的に行うには、スラリー層が安定に存在することが重要
であり、それには結晶の密度、形状等が関係する。特
に、スラリー層上部にできる結晶の性状が重要であり、
比較的密度の大きい、引き締った結晶を作ることが望ま
しい。そのためには、装入する原料結晶の温度を所定の
範囲に制御することが重要である。スラリー層が不安定
であると母液との向流接触が不十分となったり、ダマと
なったりして晶析精製が殆ど不能となる。また、塔内に
おいて、下部の温度が高く、上部の温度が低いという温
度勾配を有する部分があることが望ましいが、これもス
ラリー層の安定性に関係する。

【００１３】更に、撹拌もスラリー層の晶析精製効果を
高めるのに重要である。撹拌は、上下方向への結晶移送
力を実質的に与えず、同一平面内のみを撹拌することが
肝要である。このため、晶析塔２内には、晶析塔２の上
下に連通して設置され、モーター等で駆動される回転軸
に棒状体の撹拌羽根５を多数取り付けた撹拌手段６を設
置する。この撹拌羽根５の断面形状は特に限定されない
が、断面が円形、楕円形、矩形、三角形等の適当形状の
棒状体が好ましい。更に、該棒状体には、その先端に晶
析塔２の内壁に付着する結晶の掻取刃を取り付けたり、
その中間に直交する棒状体を取り付けたりしてもよい。
このような撹拌手段６を設置することにより、スラリー
層を安定化し、ブリッジ等の生成を防止し、温度勾配を
保持し、晶析精製効果を高める。

【００１４】結晶精製帯域Ｂで精製された高純度結晶
は、結晶融解帯域Ｃに降下し、ここで融解され、一部は
還流する母液となり、残余は液状で製品抜出部８から晶
析塔２から抜き出される。このため、晶析塔２の下部に
は、スチーム等の熱媒体や電熱加熱等の加熱手段８が設
置されている。結晶精製帯域Ｂと結晶融解帯域Ｃも、明
確な区分があるのではなく、図１に示すように、結晶精
製帯域Ｂの下端部と結晶融解帯域Ｃは重なり合ってい
る。なお、結晶融解帯域Ｃは狭い方が有利である。液状
で製品抜出部８から晶析塔２から抜き出された高純度品
は、フレーカー等の固化装置により製品とされる。

【００１５】晶析塔２の本体は、塔型の円筒形状でよい
が、例えば結晶降下帯域Ａにおける滞留時間を長くして
晶析条件をより穏やかにする場合等においては、この結
晶降下帯域Ａの内径を他部より大きくするなど変形して
もよい。また、晶析塔２の長さは、原料結晶の組成と結
晶成分の物性、撹拌手段６の撹拌効果、生産性及び要求
される純度など種々の要因に支配されるが、高純度製品
を得るには結晶精製帯域Ｂの長さを長くすればよく、適
宜設定できる。

【００１６】本発明の精製方法が適用される結晶性物質
としては、晶析精製が可能なものであれば、有機、無機
を問わず格別な制限はないが、常温で固体である化合物
が好ましい。このような化合物としては、ナフタレン、
安息香酸、ジクロルベンゼン等の多数の結晶性化合物が
挙げられる。特に、本発明は、結晶の性状が悪いため、
従来連続晶析精製が困難であった安息香酸などに対して
も有効である。

【００１７】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づき、本発明の
具体例を説明する。 実施例１ トルエンの液相酸化によって得られた粗製安息香酸結晶
を、図１に示す連続晶析精製装置により精製した。粗製
安息香酸結晶は、ホッパー状の結晶加熱装置１から晶析
塔２の上部へ装入した。晶析塔２には、内径５０ｍｍ、
長さ６００ｍｍのガラス製円筒を用い、その外周をジャ
ケットとし、熱媒体を循環させて温度調整可能とした。
また、塔底には結晶を融解させるための熱媒体が循環す
る加熱手段７を設けた。また、晶析塔２の頂部付近に残
液抜出部４を、底部に製品抜出部８をそれぞれ設けると
共に、円筒棒状の撹拌羽根５を塔内壁に接触するギリギ
リに５０ｍｍ間隔で取付けてなる撹拌手段６を頂部に設
けた。

【００１８】結晶加熱装置１により、平均粒径２ｍｍの
フレーク状の粗製安息香酸結晶（安息香酸純度９８．５
重量％、融点約１１５〜１２０℃）を５０℃に加熱し、
晶析塔２の頂部から固体状で４００ｇ／ｈｒで装入し、
連続晶析精製した定常状態での晶析塔２の結晶降下帯域
Ａの高さを約１５０ｍｍ、結晶精製帯域Ｂの高さを約４
００ｍｍとし、撹拌手段６の回転数を５０ｒｐｍとして
運転を行った。晶析塔２の上部の温度は１１８℃、中段
の温度は１１９℃、下部の温度は１２２℃であった。製
品抜出部８から精製された安息香酸の融解液を製品とし
て１８０ｇ／ｈｒで抜き出し、残液抜出部４から母液を
２２０ｇ／ｈｒで抜き出した。製品の純度は９９．９９
％であり、母液中の安息香酸濃度は９６％であった。

【００１９】実施例２ 粗製安息香酸結晶を６０℃に加熱し、装入量を５００ｇ
／ｈｒとし、精製された安息香酸を２００ｇ／ｈｒで抜
き出し、母液を３００ｇ／ｈｒで抜き出した他は実施例
１と同様にして精製を行った。製品の純度は９９．９０
％であった。

【００２０】比較例１ 粗製安息香酸結晶の温度を室温の２０℃とした他は、実
施例２と同様な実験を行った。晶析塔２の母液表面には
ダマが生成し、安定状態にもちこむことができなかっ
た。

【００２１】

【発明の効果】本発明の連続晶析精製方法によれば、比
較的結晶の性状が悪いとされる原料化合物であっても、
晶析塔内に良好な結晶を生成させることができ、高純度
の結晶製品を高い製品歩留で得ることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の結晶性物質の精製方法を実施するため
の連続晶析精製装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ： 結晶加熱装置 ２ ： 晶析塔 ３ ： 結晶装入部 ４ ： 残液抜出部 ５ ： 撹拌羽根 ６ ： 撹拌手段 ７ ： 加熱手段 ８ ： 製品抜出部

フロントページの続き (72)発明者 竹内 正和 福岡県行橋市二塚851−９ (72)発明者 秋丸 行雄 福岡県京都郡勝山町大字大久保2656−１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物を含有する結晶性物質供給原料を
   固体状で、撹拌手段を備えた塔型の連続晶析精製装置の
   上部より装入し、下部に備えられた加熱手段により沈降
   した結晶を融解させて生ずる融解液と向流接触させて精
   製し、精製された結晶性物質を下部より融解液として抜
   き出し、不純物が濃縮された母液を上部より抜き出すこ
   とよりなる結晶性物質の精製方法において、供給原料結
   晶を加熱して連続晶析装置に装入することを特徴とする
   結晶性物質の精製方法。
2. 【請求項２】 供給原料結晶の加熱温度が常温＋１０℃
   からその融点−１０℃の範囲である請求項１記載の結晶
   性物質の精製方法。
3. 【請求項３】 供給原料が安息香酸である請求項１又は
   ２記載の結晶性物質の精製方法。