JPS63147537A - 冷却方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野コ 本発明は新規な冷却方法および装置に関し、とりわけ器
壁に対する結晶や非晶質反応生成物の付着を最小限にす
ることの可能な冷却システムに係る。

［従来技術とその問題点コ 晶析を開始したスラリーなどの晶析対象物、あるい出発
物質の混合によって開始した発熱反応にともなって粘稠
な生成物を生ずる対象物の冷却を、通常の方法、例えば
普通のジャケットにブラインを流通させる方法で継続し
て行う場合、器壁面への結晶や非晶質反応生成物の付着
が生じ、器壁を通じる熱伝導が悪くなって反応や晶析の
進行に必要とされる対象物の有効な冷却を妨げる。

その上、結晶や非晶質の反応生成物の排出が困難となっ
て省力化・自動化を推進することができないばかりでな
く、得られた結晶の商品価値の低下や空気輸送の際の閉
泰等の問題点があった。

また対象物の各部分に温度差が生じ、全体として均一に
降下ξせることが出来ず、したがって反応の場合は長時
間を要し、晶析の場合は結晶型およびその大きさを自在
に制御出来なかった。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決する目的で本発明では混合によって
発熱反応を開始した出発物質あるいは晶析を開始した対
象物を密閉系で、その気相のみを選択的に冷却する手段
を採用した。

すなわち、本発明によれば密閉槽内で液相、気相および
固相の共存状態にある対象物の冷却方法において、該槽
上部空間内の気相部のみを直接冷却することを特徴とす
る冷却方法が提供きれる。

また本発明の他の側面によれば液相、気相および同相の
共存状態にある対象物を収容する密閉槽であって、該対
象物のうち気相部に対する選択的冷却手段が設けられて
いることを特徴とする冷却−装置が提供きれる。

［好ましい具体例の説明］ 本発明において「対象物、とは、たとえば、混合によっ
て発熱反応を開始したものであってよく、該冷却によっ
て反応の進行制御が計られるものである。　すなわち反
応槽側壁のみでの熱交換に全面的に依存した冷却では対
象物が均一に冷却されず、暴走反応を恐れて人為的に、
本来の速やかな反応の進行を抑制せざるを得なかったが
、本発明の冷却方法によれば、反応の進行を抑制する必
要がなくなる。

また該対象物は、晶析きせるべき溶質を過飽和に近い状
態で溶解している溶液と該溶質との混合物すなわちスラ
リーであってもよい、この場合、従来のジャケットにプ
ラインを流通させる方法では、均一に冷却することが困
難であった対象物を、その排出可能な流動性を損なうこ
とのない温度まで、冷却することができる。

そのため、具体的には、たとえば該気相部を該槽外の熱
交換機に導き、生じた凝縮液を該槽内に還流させる冷却
法を採用することができる。また、該密閉槽外壁のうち
、気相部分に対応する頂部外壁（上鏡部）のみを冷却す
る方法も可能であり、さらに両方法を併用し、先ず前者
の方法を適用し、次いで後者の方法に移行する作業態様
も採用可能である。

該冷却の進行中、実際には攪拌機軸周りからの空気の侵
入があるので、これを含めて非凝縮性ガスを間欠的に抜
き取り減圧度の低下を防ぐ必要が生しる場合がある。こ
のことは攪拌機軸を設けない場合（たとえば電磁誘導攪
拌など）考慮外であり、また攪拌機軸周りの機密性が極
めてよく空気の侵入を無視できる程であれば問題になら
ない。

本発明装置における該選択的冷却手段とは、該密閉槽外
壁を貫通して該気相部に対応する槽内空間と連通ずる気
体排出導管、凝縮液戻り導管および両導管の外側端を連
結する冷却用熱交換機によって構成きれた閉回路であっ
てよい。

また、該選択的冷却手段は、伝熱面積に制限があるが該
密閉槽の頂部外壁（上鏡部）に設けられた冷媒流通ジャ
ケットであってもよい。

冷却操作の進行中、必要に応じて該気相部中の非凝縮性
気体を断続的に除去する手段を設けることも減圧度の低
下を防ぐ点で好ましいことである。

該気相部中の非凝縮性気体を断続的に除去する手段の一
例は、真空補給手段および該密閉槽内空間と該真空補給
手段とを連通ずる導管を含む閉回路で構成されてよい。

このように、本発明では出発物質を混合した時点で発熱
反応を開始した対象物あるいは過飽和に近い状態で晶析
を開始した対象物を密閉系で、その気相のみを直接冷却
する。　その結果生じた槽内圧の低下、液相の沸騰によ
る気化潜熱を利用し対象物を均一に冷却し、結晶や非晶
質生成物の器壁付着を効果的に避けながら冷却や晶析を
促進することができる。

゛冷媒流通ジャケットを上鏡部にとりつける場合、制御
の必要が全く無い、　また外部の冷却用熱交換機を使用
する場合は、初期のみ過度の内圧低下・沸騰による発泡
を制御すれはよい。

［実施例コ １里１１： 上記したように、本発明方法では対象物の気相のみを直
接冷却することが必須の要件であり、そのための装置と
して、ａ）密閉槽外壁の気相対応部分すなわち上鏡部を
外側から冷却するもの、ｂ〕密閉槽内に収容されている
対象物のうち気相を外部に導き出して冷却するもの、お
よびＣ）両冷却を併用するものが挙げられる。ここで、
Ｃ）の併用装置は、ａ）およびｂ）の説明によって自明
となるので、ａ）およびｂ）について説明する。

ａ）上鏡冷却型： 第１図はこの型の典型的な例の略系統図であって、密閉
槽１０の頂部上鏡部にはジャケット１２を設け、これに
冷媒たとえばプラインを流通きせるための冷媒人口１４
および冷媒出口１６を併せて設けたものである。なおこ
こで１８は攪拌機軸２０のための気密軸承、２２は原料
入口、２４は製品出口であり、また２６は内圧抜口であ
る。下部ジャケットを設けてもよいが、これは在来品と
同様なので図示および説明を省略する。ｂ）導出冷却型
： 第２図はこの型の典型的な例の略系統図であって、密閉
槽３０に原料人口３２および製品出口３４と攪拌機軸４
０のだめの気密軸承４２が設けられていることは第１図
のものと共通であるが、密閉槽３０の頂部に気体排出導
管３６と凝縮液戻り導管３８が設けられている点で異な
る。気体排出導管３６の先端と凝縮液戻り導管３８の先
端とは冷却用熱交換機４４内で連結されており、熱交換
機４４には往復導管４６により冷媒たとえばブラインを
流通させている。

なお、気体排出導管３６の途中には内圧抜口４８が設け
られ、それに接続された導管５０には真空ポンプ（図示
省略）および真空リザーバ５２のいずれかを選択できる
三方弁５４が備えられている。このことは第１図のもの
の内圧抜口２６にも共通して言えること、である。

罠にヱユ： ａ）第１図の上鏡冷却型の装置として下記の機能を有す
る５０Ｌ、ステンレス反応蒸留機を用いて、スルファメ
トキサゾールの再結晶・精製を行ない続記の結果を得た
。

１）装置： 本体実容積−７３Ｌ 上鏡部伝熱面積−０，１３ｍ’ 減圧下における装置のリーク量 ＝１６−−＞３３ｍｍＨｇ／Ｈｒ （空気吸込量換算−１，７ａＬ／Ｈｒ）内圧抜口２６に
コールド・トランプを接続。

ｉ）試料の調製： スルファメトキサゾール１２Ｋｇおよびメタノール２５
．５Ｋｇを反応蒸留機内に投入し、攪拌しながら下部ジ
ャケットに蒸気を通じて加熱し、沸騰（６７°Ｃ）させ
内圧抜口２６にコールド・トラップを接続し還流しなが
ら溶解し溶液（３２％、４ＯＬ）とする。

溶解後は下部ジャケットの蒸気を止め、圧抜口２６を遮
断して反応蒸留機を密閉状態とする。

ｉ）冷却工程： 上鏡部ジャケットにプライン（−１６°Ｃ）を通し、第
３図のグラフに示す経過時間と内温および内圧との関係
を得た。図示したように約９０分までの内温および内圧
の降下はほぼ直線的であるが、以後の冷却速度は鈍くな
った。

このぶ因は冷却中のリークで内圧の降下が止まり、した
がって到達温度も下げ止まりとなったことによる。

攪拌機軸をゾールして、上記のリークを無視できる程度
にするか、内圧抜口２６を通して非凝縮性ガスを断続的
に除去すると、内温および内圧の直線的降下の範囲が拡
張され、およそ１１０分で約５°Ｃまで到達した。

リーク量は時間に依存するので、上鏡部の内壁などの４
＃１造を工夫して伝熱面積を大きくすれば、冷却時間を
短縮でき、非凝縮性蒸気の断読的な除去がなくても同様
の降下が得られる。

しかし、晶出は３５°Ｃ程度でほぼ完了し、かつこの状
態で再結晶物の器壁への付着が少なく排出が容易であっ
た０回収率は９５％以上で、在来的６５％程度であった
側壁ジャケットによる冷却に比べて大幅な改善が認めら
れた。

Ｋ腋廻ユニ 第２図の導出冷却型の装置で第１ｒ５！Ｊの装置の基本
機能を備え、かつ容積５Ｌ、伝熱面積０．５ｍ２のコン
デンサ（熱交換機）を付設した装置を用い、実験例１、
ｉ）で述べたのと同様の操作を行なって溶液を得た。

溶解後、コンデンサへのブライン（−１６゜Ｃ）流通を
止め、コンデンサ内に蒸気を充満させる。′：＋ンデン
サのトップ（屋外への通気ライン）から蒸気が出始めた
ら、加熱を止め、コンデンサのトップにある弁を閉じ、
反応蒸留機およびコンデンサを密閉状態とする。

ｉ）冷却工程： コンデンサヘブライン（−１６６Ｃ）を流通きせると内
容物が？ｌ！ｉＢしながら還流して内温および内圧が降
下する。　その状況として、第４図のグラフに示す経過
時間と内温および内圧との関係を得た。コンデンサの伝
熱面積は　０．５ｍ’と上鏡の伝熱面積０．１３ｍ’に
くらべ大幅に大きいので、図示のように内温および内圧
は急速に降下し約２０分で限界に到達するが、リークが
大きいため所望の冷却が得られない。これはコンデンサ
内の非凝縮性ガス濃度（侵入空気）がだんだん高くなり
、そのガス抵抗でメタノール蒸気がコンデンサ内に進入
しにくくなるためである。

そこで、コンデンサ（熱交換機４４）内の蒸気／凝縮液
導管３６／３８の一部から非凝縮性ガスを抜き取り（三
方弁５４を通じ℃真空リザーバに接続する）内圧を下げ
る。

急激な吸引は突沸を招くことがあるので、慎重な制御の
もとに間欠的に行なうことが好ましく、熱交換機４４の
伝熱面積と冷媒の温度および流速によって冷却速度を制
御すればスムースに進行する。　具体的には、吸引によ
る沸騰の開始を検知するセンサからの信号によって三方
弁５４を操作し、常に沸騰開始の状態を維持しておけば
よい。

こうして得られた経過時間と内温および内圧との関係を
第５ＵＩ！Ｊのグラフに示す。

第５図の内圧カーブ上の黒丸は真空吸引した時期を示す
もので数字はその積算回数を示している。図示のように
、この場合も５°Ｃまでの冷却が可能であった。

〜）停止： 内温が目的の温度に到達すれば、内圧抜口４８を開いて
槽内を常圧（大気Ｅ）に戻す。　ここで沸騰と冷却は、
ただちに停止きれ、次工程処理（例えば濾過）に移る。

及象五ユニ 第２図に略系統を示した基本構成を有する装置に下記仕
様の改造を施したＩＬ、ステンレス反応蒸留機を用いて
、３−アミノ−５−メチルインキサソールと４−アセチ
ルアミノフェニルスルホニルクロリドとの反応を実施し
、統記の結果を得た。

記 ｉ）装置； 密閉槽３０実容積−１，５６Ｌ 減圧下における槽のリーク量− ５−−）４２ｍｍＨｇ／Ｈｒ 熱交換機４４伝熱面積−０，０１ｍ’ 原料人口３２に実容積０．６Ｌの副原料リザーバを取り
付ける。

ｉ）試料の調製： ３−アミノ−５−メチルイソキサゾール（以下、アミン
という）５０ｇｒを密閉槽３０内に装入しピリジン８０
．６ｇｒを加え常温（２６゜Ｃ）、常圧で完全に溶解し
た、ついで三方弁５４を操作し内部を減圧（２８ｍｍＨ
ｇ）に保っておく、　一方、副原料リザーバには、４−
アセチルアミノフェニルスルホニルクロリＦ（以下、ク
ロリドという）１２６．１ｇｒを装入し、これも同様に
減圧（２ｓｍｍＨｇ）に保っておく。

ｉ）反応： 原料入口３２の弁を開いて副原料リザーバ内のクロリド
を約１２秒かけて密閉槽３０内に導入した。　この間、
槽３０内の温度は２６°Ｃから５８°Ｃに、圧力は２８
ｍｍＨｇから１２０ｍｍＨｇに上昇した。

ついで減圧（１２０＝２００ｍｍＨｇ　）下に両者を３
分間反応蒸留させた。　この間密閉槽３０は全く冷却せ
ず熱交換機４４による蒸発ピリジンの冷却のみであった
が温度は５８°Ｃから最高８００Ｃに上昇したものの、
３分後５５°Ｃに低下した。　　ピリジンの蒸発量は計
算値で５７．２ｇｒ、蒸発潜熱は６．６５ＫＣａ１．で
あった。

このようにしてアセチルスルファメトキサゾール１４４
．４ｇｒ（収率９５．９％）を得た。

これは、密閉槽３０下部の製品出口３４（内径約５ｍｍ
）から、約１０分間で自然に排出きせることが出来た。

■）対照実験： 比較のため、前記装置と同一構成ではあるが、通常の底
部／側面壁に冷却：、′ヤケメトを有する密閉槽を用い
て同一の反応を実施した。底／側壁冷却ンヤケ／トには
一１６°Ｃブラインを流通させ、熱交換機４４には２５
°Ｃの水道水を流通許せた。

この操作ではクロリドの滴下に際して、槽内が局部的に
高温（１２７°Ｃ）となるため、滴下速度の制限を余儀
なくされ、滴下およびその後の反応に長時間（滴下：５
０分間／反応＝２０分間）を要した。

また、反応混合物の内壁面への付着量も多く、排出に長
時間（約１５分間）を要し、しかも残存付着物が６８ｇ
ｒ（２６，５％）程度あった。

［効果コ 本発明によれば、出発物質の混合によって反応を開始し
た対象物、あるいは過飽和に近い状態で晶析を開始した
液、気および同相が共存状態にある対象物は、密閉系で
その気相のみを選択的に直接冷却される。　対象物は、
気相のみの冷却によって生じた槽内圧の低下、液相の沸
騰による気化潜熱によって均一に冷却され、望ましくな
い皓晶や非晶質生成物の器壁付着が効果的に避けられる
ため、生成物の冷却を促進し、また再結晶物の回収率を
向上することができた。

この選択的直接冷却のため冷媒流通ジャケントを上鏡部
にとりつける場合、制御の必要が全く無く、また外部の
冷却用熱交換機を使用する場合も、初期のみ過度の内圧
低下・沸騰による発泡を制御すればよい。　　したがっ
て最小限の手段によって有効に制御可能であり、工業的
′Ａ朱の大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１および第２図は、それぞれ本発明方法を実施するだ
めの装置の一例の略系統図、 第３〜５図は、それぞれ本発明の作用・効果を説明する
ためのグラフである。 １０．３０−ｍ−密閉槽：１２−−−ジャケット：１４
−−一冷媒入ロ：１６−−−冷媒出口：１８．４２−−
一気密軸承：２０．４０−ｍ−攪拌機軸＝２２．３２−
ｍ−原料入口：２４．３４−ｍ−製品出口：２６．４Ｂ
−−−内圧抜口：３６−−−気体排出導管：３Ｂ−一一
凝縮液戻り導管：４４−−一熱交換機＝４６−−−冷媒
往復導管：５０−−一重管、５２−−一真空リザーバ：
５４−−−三方弁。 −２−Ｌ田 一￥３６ 禄ム吟関（携） ヤ７￥Ｖ 琵湿り吾闇邑）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）密閉槽内で液相、気相および固相の共存状態にある
   対象物の冷却方法において、該槽上部空間内の気相部の
   みを直接冷却することを特徴とする冷却方法。 ２）該対象物が発熱反応進行中の混合物であつて該冷却
   によつて反応の進行制御を計るものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の冷却方法。 ３）該対象物が晶析させるべき溶質を過飽和に近い状態
   で溶解している溶液と該溶質との混合物であつて、その
   排出可能な流動性を損なうことのない温度まで、冷却す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷却方
   法。 ４）該気相部を該槽外の熱交換機に導き、生じた凝縮液
   を該槽内に還流することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の冷却方法。 ５）該密閉槽外壁のうち、頂部外壁（上鏡部）のみを冷
   却することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷
   却方法。 ６）該冷却の進行中、該気相部中の非凝縮性気体を断続
   的に除去することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の冷却方法。 ７）液相、気相および固相の共存状態にある対象物を収
   容する密閉槽であつて、該対象物のうち気相部に対する
   選択的冷却手段が設けられていることを特徴とする冷却
   装置。 ８）該対象物が晶析を開始しつつあることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項記載の冷却装置。 ９）該対象物が発熱反応進行中の混合物であつて該冷却
   による反応の進行制御を要するものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載の冷却装置。 １０）該選択的冷却手段が、該密閉槽外壁を貫通して該
   気相部に対応する槽内空間と連通する気体排出導管、凝
   縮液戻り導管および両導管の外側端を連結する冷却用熱
   交換機によつて構成された閉回路であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の冷却装置。 １１）該選択的冷却手段が、該密閉槽の頂部外壁（上鏡
   部）に設けられた冷媒流通ジャケットであることを特徴
   とする特許請求の範囲第７項記載の冷却装置。 １２）晶析操作の進行中、該気相部中の非凝縮性気体を
   断続的に除去する手段が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の冷却装置。 １３）該除去する手段が、真空補給手段および該密閉槽
   内空間と真空補給手段とを連通する導管を含む閉回路で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の冷
   却装置。