NO330038B1

NO330038B1 - Anordning for krystallisasjon og fremgangsmate for krystallisasjon

Info

Publication number: NO330038B1
Application number: NO20014283A
Authority: NO
Inventors: Hideo Noda; Hiroshi Ooshima
Original assignee: Kansai Chem Eng
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2011-02-07
Also published as: CA2343255C; DK1214961T3; DE60037256D1; AU3837700A; DE60037256T2; NO20014283D0; EP1214961A4; EP1214961A1; CN1327395A; IL142014A; KR100593713B1; JP3525126B2; US20010011520A1; AU765524B2; CZ303247B6; NO20014283L; TWI240772B; KR20010075300A; US6458332B2; IL142014A0

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for krystallisasjon og en fremgangsmåte for krystallisasjon. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en krystallisasjonsanordning som muliggjør en kortere induksjonstid for krystallisasjon, med tilveiebringelse av store krystaller med en snever størrelsesfordeling, så vel som en fremgangsmåte for å oppnå slike krystaller. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å styre krystallpolymorfologi.

KJENT TEKNIKK

En kjent fremgangsmåte for krystallisasjon er å heve konsentrasjonen i løsningen ved å fordampe løsemidlet. Ved denne fremgangsmåte, når konsentrasjonen i løsningen øker av materialet som skal krystalliseres, senkes fordampningsraten av løsemidlet, slik at det fremkommer en ulempe ved at krystallisasjonen gradvis går langsommere, og diameteren på de oppnådde krystaller får en bred størrelsesfordeling. Videre finnes det et problem med hensyn til kostnader, ettersom løsemidlet må fordampes over en lang tidsperiode.

Det finnes også en annen krystallisasjonsfremgangsmåte, nemlig avkjølingskrystallisasjon. Imidlertid er det med denne fremgangsmåte mange problemer, slik som: krystallisasjonen krever lang tid; separasjon er vanskelig; og en justering av partikkelstørrelsen er vanskelig. Videre er det et problem at avkjølingen er kostbar.

Videre kan en substans ta ulike krystallformer, slik som a-krystaller, P-krystaller og y-krystaller, og løseligheten av substansen varierer avhengig av krystallformen. Især innen feltet medisin er det viktig å gjøre krystallformen jevn, ettersom jevn løselighet av farmasøytikum kan oppnås ved en bestemt krystallform. Imidlertid er det vanskelig å oppnå en spesifisert krystallform (dvs. å styre krystallpolymorfologi), og det er også vanskelig å separere krystaller med en spesifikk krystallform fra en blanding av krystaller med ulike krystallformer.

Følgelig finnes et behov for en hurtig og enkel fremgangsmåte for å oppnå krystaller med jevn krystallform (dvs. at det er mulig å styre krystallpolymorfologien), snever størrelsesfordeling og store diametre.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

En anordning for krystallisasjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse inkluderer en agitasjonstank, en væskesirkulasjonsinnretning for å sirkulere en væske eller en slurry langs en vegg i agitasjonstanken, kjennetegnet ved at den videre omfatter én eller flere innretninger til dannelse av temperaturdifferanse installert på agitasjonstanken for dannelse av en temperaturdifferanse ved veggen i agitasjonstanken, og at væskesirkulasjonsinnretningen er en væskesprøyteinnretning som inkluderer et rotasjonsskaft og én eller flere væskefødeinnretninger montert til rotasjonsskaftet.

I en foretrukken utførelsesform er innretningene til dannelse av temperaturdifferanse én eller flere varmeinnretninger eller kjøleinnretninger.

I en foretrukken utførelsesform er innretningen til dannelse av temperaturdifferanse en varmeinnretning, hvilken er anbrakt i en seksjon der væske eller slurry sprøytes ut ved rotasjon av væskesprøyteinnretningen og kontakterer veggen i agitasjonstanken eller et område under nevnte område, og hvilket øker temperaturen i den utsprøytede væske eller slurry til over temperaturen i den omgivende væske eller slurry.

I en annen foretrukken utførelsesform er innretningen til dannelse av temperaturdifferanse en kjøleinnretning, hvilken er anbrakt i en seksjon der væske eller slurry utsprutet av den roterende væskespruteinnretning kontakterer veggen i agitasjonstanken eller et område under nevnte område, og hvilket senker temperaturen i den sprøytede væske eller slurry til under (over ifølge teksten) temperaturen for omgivende væske eller slurry.

I en foretrukken utførelsesform inkluderer innretningen til dannelse av temperaturdifferanse to kjøleinnretninger og en varmeinnretning, idet varmeinnretningen er anordnet under de to kjøleinnretninger, og en væske eller slurry sprøytes mot et område mellom de to kjøleinnretninger eller mot et område ved den nedre kjøleinnretning ved rotasjon av væskesprøyteinnretningen.

I en annen foretrukken utførelsesform er væsketilførselsinnretningen et kanalformet legeme, et rørlegeme, et plateformet legeme eller et legeme i form av en hul konus med utkappede åpninger.

I en foretrukken utførelsesform er anordningen til krystallisasjon en anordning for kjølekrystallisasjon.

I en annen foretrukken utførelsesform er anordningen til krystallisasjon en anordning for konsentrasjonskrystallisasjon.

En fremgangsmåte for å styre krystallpolymorfologien i henhold til den foreliggende oppfinnelsekarakterisert vedå omfatte trinnene å sprøyte en væske eller slurry inneholdende et materiale i stand til å danne krystaller med minst to spesifikke krystallformer fra en væskespøyteinnretning inneholdende et rotasjonsskaft og én eller flere væskefødeinnretninger montert til rotasjonsskaftet, å kontaktere den utsprøytede væske eller slurry med en tankvegg hvor temperaturen er forskjellig fra temperaturen i væsken eller slurryen, og å sirkulere væsken eller slurryen.

En annen måte for å styre krystallpolymorfologi omfatter å konsentrere en væske for dannelse av krystaller mens væsken sirkuleres langs en tankvegg utstyrt med innretning til dannelse av temperaturdifferanse.

I en foretrukken utførelsesform kontakteres den sprøytede væske eller slurry med en tankvegg der temperaturen er høyere enn temperaturen i væsken eller slurryen, eller den utsprøytede væske eller slurry kontakteres med en tankvegg hvor temperaturen er lavere enn temperaturen i væsken eller slurryen.

I en annen foretrukken utførelsesform omfatter å sprøyte ut en væske eller slurry inneholdende et materiale i stand til å danne krystaller med minst to spesifikke krystallformer fra en væskesprøyteinnretning innbefattende et rotasjonsskaft og én eller flere væskefødeinnretninger montert til rotasjonsskaftet; og

å kontaktere den utsprøytede væske eller slurry med en tankevegg med temperatur forskjellig fra temperaturen i væsken eller slurryen, og

å sirkulere væsken eller slurryen, hvorved materialet er i stand til å danne krystaller med minst to ulike krystalldiametere.

En foretrukken utførelsesform er å konsentrere en væske for dannelse av krystaller mens væsken sirkulerer langs en tankvegg utstyrt med en innretning til dannelse av en temperaturdifferanse.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 viser et eksempel på en anordning for krystallisasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et eksempel på en væskesprøyteinnretning installert med et kanalformet legeme som en væsketilførselsinnretning. Fig. 3 viser en annen utførelsesform av en anordning for krystallisasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er en graf som illustrerer krystallisasjonsraten av L-asparaginsyre ved bruk av en krystallisasjonsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse og ved bruk av en konvensjonell anordning. Fig. 5 er en graf som illustrerer størrelsesfordelingen av krystallene av L-asparaginsyre oppnådd med krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse og med en konvensjonell krystallisasjonsanordning. Fig. 6 er fotografier som viser krystallformer ettersom krystallisasjonen forløper. Fig. 7 er en graf som illustrerer den tidsavhengige endring av krystallformen. Fig. 8 er en graf som illustrerer den tidsavhengige endring av konsentrasjonen av L-glutaminsyre. Fig. 9 er en graf som illustrerer den tidsavhengige endring av den gjennomsnittlige diameter av krystaller av L-glutaminsyre. Fig. 10 viser grafer som illustrerer den gjennomsnittlige diameterfordeling av krystaller av L-glutaminsyre ved ulike tider under konsentrasjonen. Fig. 11 er fotografier som viser krystaller av tereftalsyre. Fig. 1 IA viser krystaller oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og Fig. 1 IB viser krystaller oppnådd med en konvensjonell anordning. Forstørrelsen på Figurene 1 IA og -B er 100 X.

BESTE UTFØRELSESFORM AV OPPFINNELSEN

Definisjoner

Gjennom denne beskrivelse betegner "væske" en væske uten innhold av krystaller, og "slurry" betegner en væske inneholdende krystaller. Videre betegner "væskesirkulasjonsinnretning" og "væskesprøyteinnretning" henholdsvis en anordning for å sirkulere og en anordning for å sprøyte en væske eller en slurry.

Krystallisasjonsanordning i henhold til oppfinnelsen

En anordning for krystallisasjon i henhold til den foreliggende oppfinnelse inkluderer en agitasjonstank, en væskesirkulasjonsinnretning for å sirkulere en væske eller en slurry langs en tankvegg i agitasjonstanken, og én eller flere innretninger til dannelse av temperaturdifferanse, kapabel til å danne en temperaturdifferanse ved veggen i agitasjonstanken, hvor innretningen til dannelse av temperaturdifferanse er installert ved agitasjonstanken.

Den mest foretrukne utførelsesform av en slik anordning for krystallisasjon inkluderer en agitasjonstank utrustet med en væskesprøyteinnretning inkludert et rotasjonsskaft og én eller flere væskefødeinnretninger montert til rotasjonsskaftet, og én eller flere innretninger til dannelse av temperaturdifferanse, kapabel til å danne en temperaturdifferanse ved veggen i agitasjonstanken.

Anordningen for krystallisasjon ifølge oppfinnelsen er særpreget ved at den har en væskesirkulasjonsinnretning, slik som en væskesprøyteinnretning, og at denne kan bringe væsken eller slurryen i kontakt med ulike temperaturer (dvs. en høyere eller en lavere temperatur). Følgelig kan anordning for krystallisasjon ifølge oppfinnelsen benytte tre variable; mengden sirkulasjonsvæske, høy temperatur og lav temperatur. Ved bruk av en anordning for krystallisasjon ifølge oppfinnelsen med de nevnte trekk, er det mulig ikke bare å styre krystallpolymorfologien, men også mulig å få vekst (fremstille et krystall) hurtig og med enkelhet oppnå krystall med snever størrelsesfordeling og stor gj ennomsnittsdiameter.

Som innretning for væskesirkulasjon benyttet med den foreliggende oppfinnelse, er det foretrukket å benytte en innretning som sirkulerer væsken eller slurryen langs tankformen i agitasjonstanken. For eksempel inkluderer en slik innretning en innretning for å løfte væsken eller slurryen til den øvre del av agitasjonstanken ved bruk av en sirkulasjonspumpe og å la væsken eller slurryen strømme langs tankveggen fra den øvre del, en innretning for å la væsken eller slurryen strømme langs tankveggen fra den øvre del i agitasjonstanken med en sprøytedyse eller lignende, og en innretning for å sprøyte væske eller slurry mot tankveggen. Blant disse er det mest foretrukket å benytte en væskesprøyteinnretning som gjør bruk av Bernoullis teorem og/eller sentrifugalkreftene til å pumpe væsken eller slurryen opp og å sprute den mot tankveggen.

Det følgende er en beskrivelse av en anordning for krystallisasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse ved bruk av en væskesprøyteinnretning. Det er innlysende at krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til eksemplene som gjør bruk av en væskesprøyteinnretning.

Fig. 1 viser en anordning for krystallisasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse. En motor M hvortil et rotasjonsskaft 3 er festet er montert i en agitasjonstank T. Væskesprøyteinnretningen 4 består av væskefødeinnretning 1 fremstilt av hule rør og festeinnretninger 2, og er montert til rotasjonsskaftet 3. H og J er innretninger til dannelse av temperaturdifferanse. Innretningene til dannelse av temperaturdifferanse, H og J, er innstilt til å frembringe en temperaturdifferanse. Dvs. at temperaturen for innretningen H for dannelse av temperaturdifferanse anordnet ved den øvre del av agitasjonstanken T kan innstilles til en høyere eller lavere temperatur enn temperaturen i innretningen J for dannelse av temperaturdifferanse anordnet i den nedre del av agitasjonstanken T.

De nedre åpninger 11 i innretningen for væsketilførsel 1 er anordnet under væskeoverflaten L, mens de øvre åpninger 12 i innretningene for væsketilførsel 1 er anordnet over væskeoverflaten L. Væsketilførselsinnretningene 1 er montert med en viss helning mot festeinnretningene 2. Når væskesprøyteinnretningen 4 roteres sammen med rotasjonen av rotasjonsskaftet 3, opptas væske eller slurry fra de nedre åpninger 11 i væsketilførselsinnretningene 1, hvorved væsken eller slurryen beveges gjennom væsketilførselsinnretningene 1 og sprutes ut fra de øver åpninger 12, slik at utsprutet væske bringes i kontakt med innretningene H for temperaturdifferansedannelse anordnet ved den øvre del av agitasjonstanken T.

Avhengig av innretningen for dannelse av temperaturdifferanse H, blir temperaturen av den utsprutede væske eller slurry høyere eller lavere enn omgivelsestemperaturen.

Dersom innretningen for dannelse av temperaturdifferanse H er en varmeinnretning, vil de fine krystaller oppløses ettersom slurryen føres gjennom den varmede region, og ettersom slurryen strømmer tilbake langs den indre vegg til kjøletanken, kan varmeoverføringsornrådet i den nedre del alltid benyttes fullstendig, slik at kjøleraten kan heves, idet induksjonsperioden for krystalldannelse forkortes, og krystaller med snever størrelsesfordeling og stor størrelse får vokse. En slik krystallisasjonsanordning er et eksempel på en kjølekrystallisasjonsanordning.

På den annen side, dersom innretningen H for dannelse av temperaturdifferanse er en kjøleinnretning, blir krystallisasjonen i slurryen akselerert ettersom slurryen føres gjennom den avkjølte region, og ettersom slurryen strømmer tilbake langs den indre vegg kan krystallisasjonsraten heves, hvorved induksjonsperioden for krystallgenerering forkortes, og krystaller med snever størrelsesfordeling og stor størrelse får vokse. En slik krystallisasjonsanordning er et eksempel på en konsentrasjonskrystallisasjonsanordning.

Anordningen for krystallisasjon vist på Fig. 2 er også en anordning for krystallisasjon som den vist på Fig. 1. Denne anordning for krystallisasjon er et eksempel på en krystallisasjonsanordning med et kanalformet legeme 5 som væskespruteinnretning 4. Ved rotasjon av skaftet 3 hvor de kanalformede legemer 5 er festet vil disse av rotasjonsskaftet 3 føres forover og en flat plate med seksjoner 53 følger (i retningen indikert med pil på tegningene), hvorved væsken eller slurryen heves fra de nedre åpninger 51 i de kanalformede legemer 5 og sprutes ut fra de øvre åpninger 52 og bringes i kontakt med den oppvarmede eller avkjølte region ved innretningen H til dannelse av temperaturdifferanse.

Krystallisasjonsanordningen på Fig. 3 er et eksempel på en krystallisasjonsanordning der væskesprøyteinnretningen 4 er festet til en øvre del av rotasjonsskaftet 3 og agitasjonsbladene 6 er anordnet under væskesprøyteinnretningen 4. Når væsken eller slurryen i denne innretning konsentreres til en viss grad, blir væsken ikke lenger sprøytet, slik at deretter utføres krystallisasjonen ved agitering.

På denne måte kan anordningen ifølge oppfinnelsen benyttes for både kjølekrystallisasjon og konsentrasjonskrystallisasjon. Ettersom anordningen ifølge oppfinnelsen har et stort avdampningsareal og et stort varmeoverføringsareal, blir induksjonsperioden for krystallisasjon forkortet, og det oppnås store krystaller med en snever størrelsesfordeling. Videre er det mulig å oppnå en spesifikk krystallform, dvs. det er mulig å styre krystallpolymorfologien.

Det følgende er en forklaring av de ulike elementer i en krystallisasjonsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse.

A. Væskesprøyteinnretning

Væskesprøyteinnretningen forklares i eksempels form ved hjelp av anordningen vist på Fig. 1. Væskesprøyteinnretningen 4 består av væskefødeinnretninger 1 av hule rør og festeinnretninger 2, og er montert til rotasjonsskaftet 3. De nedre åpninger 11 i væskefødeinnretningene 1 er anordnet under væskeoverflaten L, og de øvre åpninger 12 i væskefødeinnretningene 1 er anordnet over væskeoverflaten L. Væskefødeinnretningene 1 er montert med en viss helningsvinkel mot festeinnretningene 2. Når væskesprøyteinnretningen 4 roteres sammen med rotasjonen av rotasjonsskaftet 3, opptar den væske eller slurry fra de nedre åpninger 11 i væskefødeinnretningene 1 (for eksempel rør), beveger væsken eller slurryen gjennom væskefødeinnretningene 1 og spruter væsken eller slurryen fra de øvre åpninger 12, slik at utsprøytet væske bringes i kontakt med tankveggen i agitasjonstanken T.

Posisjonen hvor den utsprøytede væske treffer tankveggen i agitasjonstanken endres ved å endre monteringsvinkelen av væskefødeinnretningene 1 i væskesprøyteinnretning 4, ved å endre rotasjonen, eller lignende. Følgelig kan vinkelen hvormed væskefødeinnretningene 1 er festet til væskesprøyteinnretning 4, og rotasjonshastigheten, endres under betraktning av innretningen for dannelse av temperaturdifferanse diskutert nedenfor.

Det bør bemerkes at væskesprøyteinnretningen 4 vist på Fig. 1 utelukkende er et eksempel. For eksempel blir innretningen beskrevet i japansk publisert patentpublikasjon JP 6-335627 benyttet som væskesprøyteinnretning 4 i krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det er ingen begrensning med hensyn til formen av væskefødeinnretningene 1 festet til væskespruteinnretningen, så lenge den har en form slik at slurry kan beveges ved rotasjon av rotasjonsskaftet 3, i henhold til Bernoullis teorem og/eller sentrifugalkrefter. I tillegg til rørene vist på Fig. 2 kan for eksempel et kanalformet legeme, et plateformet legeme, et konusformet hult legeme med utkappede åpninger, være innbefattet.

B. Innretning til dannelse av temperaturdifferanse

Innretningen til dannelse av temperaturdifferanse benyttet med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse innstilles til å frembringe en temperaturdifferanse. Det vil si at temperaturen med innretningen for dannelse av temperaturdifferanse anbragt ved den øvre del av agitasjonstanken kan innstilles til en høyere eller lavere temperatur enn temperaturen i innretningen for dannelse av temperaturdifferanse anordnet ved den nedre del av agitasjonstanken. Hvilken temperatur som settes til å være høyere kan bestemmes avhengig av den ønskede krystallform (for eksempel a-krystall, P-krystall). Krystallpolymorfologi kan styres ved å tilveiebringe en temperaturdifferanse mellom den øvre del og den nedre del av agitasjonstanken.

Innretningen til tempraturdifferansedannelse er anbragt i et område der væske sprøytes ut fra væskeutsprøytingsinnretningen og kontakterer tankveggen i agitasjonstanken eller et område under dette. Eksempler på innretninger på temperaturdifferansedannelse inkluderer elektrisk varme, elektromagnetiske induksjons varmere, varmespoler, varmeplater eller ledninger hvor en varmende gass, damp, et varmemedium, varmt vann, kaldt vann, saltløsning eller lignende kan sirkuleres. Innretningen til dannelse av temperaturdifferanse kan være plassert på utsiden av agitasjonstanken eller inne i agitasjonstanken. Videre kan innretningen for temperaturforskjellsdannelse være anbragt på en skiftbar eller flyttbar måte. Følgelig kan for eksempel varmespoler, varmeplater, kjøleplater og lignende være anbragt på innersiden av tankveggen for derved å treffes av utsprøytet væske fra væskesprøyteinnretningene.

I noen tilfeller er det foretrukket at innretningen til temperaturforskjellsdannelse er skiftbar eller flyttbar, fordi posisjonen der utsprutet væske treffer tankveggen varieres ved endring av rotasjonshastigheten i væskeutsprutningsinnretningen periodisk eller tilfeldig. Videre kan innretningene til dannelse av temperaturdifferanse være fiksert således at kun bestemte områder varmes, for eksempel datastyrt og lignende.

Væsken eller slurryen blir ikke utsprøytet når rotasjonshastigheten av væskeutsprutingsinnretningen reduseres. Dersom imidlertid to innretninger til temperaturdifferansedannelse er anbragt og temperaturen i den nedre er lav, funksjonerer denne seksjon som en kondensator, hvilket gjør det lettere å styre

krystallpolymorfologien.

Det er også foretrukket å anbringe tre eller flere innretninger til temperaturdifferansedannelse. For en konsentrasjonskrystallisasjonsanordning (som vil bli beskrevet nedenfor) er det foretrukket å anbringe for eksempel tre innretninger til dannelse av temperaturdifferanse, og å kjøle med den øvre og mellomliggende innretning og varme med den nederste innretning. Når væsken sprøytet ut fra væskesprøyteinnretningen ikke kontakterer den øverste kjøledel, men kontakterer mellomdelen, er det mulighet for at krystallene genereres ved denne mellomliggende seksjon. Ettersom den øvre seksjon kan funksjonere som en kondensator, blir imidlertid væsken kondensert og det er høy sannsynlighet for at den mellomliggende kjøleseksjon kan renses med en væske av lav konsentrasjon. Når rotasjonen i væskeutsprøytingsinnretningen reduseres, blir væsken eller slurryen ikke sprøytet ut, slik at krystallene som er blitt generert ved den mellomliggende kjøleseksjon kan renses bort med væsken som har kondensert ved den øvre kjøleseksjon. Følgelig er det også foretrukket å anbringe tre eller flere innretninger til dannelse av temperaturdifferanse.

C. Fremgangsmåte for krystallisasjon

C-l Anordning for kjølekrystallisasjon og fremgangsmåte for krystallisasjon

En anordning for kjølekrystallisasjon beskrives med henvisning til Fig. 1.1 anordningen for kjølekrystallisasjon i henhold til Fig. 1, er temperaturen i innretningen H til temperaturdifferansedannelse (ved en øvre seksjon i tankveggen) høyere enn temperaturen for innretningen J for temperaturdifferansedannelse (ved en lavereliggende seksjon av tankveggen). Det er derfor foretrukket at innretningen H til temperaturdifferansedannelse er en varmeinnretning (for eksempel en varmer eller varmespole), og at innretningen J til temperaturdifferansedannelse (ved en lavere seksjon i tankveggen) er en kjøleinnretning (for eksempel en kjølekappe).

Ved å rotere væskespruteinnretningen 4 blir slurryen inneholdende fine krystaller generert ved avkjøling sprutet mot den øvre del av agitasjonstanken T, og ettersom slurryen føres ned gjennom området som er blitt varmet med innretningen H for temperaturdifferansedannelse (varmeinnretningen), oppløses de fine krystaller i slurryen, og ettersom slurryen strømmer tilbake langs den indre vegg i kjøletanken, kan alt varmeoverføringsareal i den nedre seksjon alltid benyttes, slik at fordelene oppnås ved at kjøleraten kan heves, hvorved induksjonsperioden for krystallisasjon forkortes, og krystaller med snevrere størrelsesfordeling og stor størrelse får vokse.

Ettersom anordningen for krystalliasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse også kan benyttes som en konsentrasjonsanordning, dersom konsentrasjon av væsken er nødvendig før utførelse av overgangen til kjølekrystallisasjon, er det mulig å benytte innretningen J (ved en lavere seksjon i tankveggen) for temperaturdifferansdannelse som et varmeelement, for å gjøre fordampningsarealet og varmeoverføringsarealet stort, for å utøve konsentrasjonen hurtig, og for i betydelig grad å forkorte tiden nødvendig for krystallisasjonen som en helhet. Det vil si at det er mulig å innstille temperaturen i innretningen H for temperaturdifferansedannelse (ved en øvre del i tankveggen) lav og temperaturen i innretningen J for temperaturdifferansedannelse (ved den nedre seksjon i tankveggen) høyt for å utøve konsentrasjon i en viss grad, og deretter å innstille temperaturen i innretningen H for temperaturdifferansedannelse (ved en øvre seksjon i tankveggen) høy og temperaturen i innretningen J for temperaturdifferansedannelse (ved en lavere seksjon i tankveggen) lav for å utføre kjølekrystallisasjonen.

C-2 Anordning for konsentrasjonskrystallisasjon og fremgangsmåte for krystallisasjon

En anordning for konsentrasjonskrystallisasjon forklares med henvisning til Fig. 1.1 anordningen for konsentrasjonskrystallisasjon på Fig. 1 er temperaturen i innretningen H for temperaturdifferansedannelse (ved en øvre seksjon i tankveggen) lavere enn temperaturen i innretningen J for temperaturdifferansedannelse (den lavere seksjon i tankveggen). Derfor er det foretrukket at innretningen H for temperaturdifferansedannelse er en kjøleinnretning (for eksempel en kjølekappe) og at innretningen J for temperaturdifferansedannelse (ved en lavere seksjon i tankveggen) er en varmeinnretning J for temperaturdifferansedannelse (ved en lavere seksjon i tankveggen) er en varmeinnretning (for eksempel en varmer eller varmespole).

Ved rotasjon av væskespruteinnretningen 4 blir slurryen inneholdende fine krystaller generert ved kjøling sprøytet mot den øvre seksjon i agitasjonstanken T, og ettersom slurryen føres gjennom dette område som er blitt kjølt med innretningen H til temperaturdifferansedannelse (kjøleinnretning), blir krystallisasjonen i slurryen akselerert, og ettersom slurryen strømmer tilbake langs den indre vegg, slik at fordeler oppnås ved at krystallisasjonsraten kan økes, kan induksjonsperioden for krystallgenerering forkortes, og store krystaller med en snever størrelsesfordeling får vokse. For eksempel er det mulig ved krystallisering av glutaminsyre ved bruk av denne anordning å selektivt vokse metastabile krystaller, a-krystaller.

I anordningen for konsentrasjonskrystallisasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse kan videre den varmede væske sprøytes mot den øvre seksjon i tanken med væskesprøyteinnretning, slik at et stort fordampningsareal kan oppnås, hvilket gjør fordampningen av væsken effektiv og gjør det mulig å oppnå store krystaller.

Eksempler på metoder for å hindre krystaller fra å hefte seg til den nedre seksjon i krystallisasjonsanordningen inkluderer å styre vakuumgraden ved temperatur, dersom en løsning som fordamper i vakuum benyttes, eller til å senke temperaturen med fordampningsvarmen. Det er også mulig å forhindre krystaller fra å hefte seg til den nedre seksjon i krystallisasjonsanordningen ved å sirkulere en avkjølt gass.

Som beskrevet ovenfor inkluderer krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse en agitasjonstank med en væskesirkulasjonsinnretning for å sirkulere en væske eller slurry langs tankveggen i agitasjonstanken, fortrinnsvis en væskespruteinnretning fremstilt med et rotasjonsskaft og én eller flere væskefødeinnretninger montert på rotasjonsskaftet. Ved å rotere rotasjonsskaftet vil derfor væsken eller slurryen beveges fra de nedre åpninger av sentrifugalkreftene eller lignende gjennom væskefødeinnretningene og væsken eller slurryen sprutes ut fra de øvre åpninger mot den øvre seksjon i tanken.

Den utsprutede væske eller slurry kontakterer innretningen for temperaturdifferansedannelse anbragt ved tankveggen i agitasjonstanken, og temperaturen i den utsprutede væske eller slurry blir høyere eller lavere enn temperaturen i den omgivende væske eller slurry.

Dersom anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse benyttes til å utøve kjølekrystallisasjon, gjøres temperaturen i den utsprutede væske eller slurry høyere enn omgivelsestemperaturen med en varmeinnretning. Ettersom en del av denne væske eller slurry, som inkluderer fine krystaller på grunn av kjøleprosessen, varmes, og de fine krystaller oppløses ved retur langs tankveggen til morvæsken, kan alt varmeoverføringsareal i den nedre seksjon alltid benyttes på grunn av utsprutingen, slik at kjøleraten kan heves. Som et resultat kan induksjonsperioden for krystallisasjon forkortes, og krystaller med snever størrelsesfordeling og stor størrelse vil vokse.

Dersom anordningen ifølge oppfinnelsen benyttes til

konsentrasjonskrystallisasjon vil videre temperaturen i den utsprutede væske eller slurry gjøres lavere enn omgivelsestemperaturen med en kjøleinnretning. Dette gjør det ikke bare mulig å gjøre fordampningsarealet og varmeoverføringsarealet i konsentrasjonsprosessen større, men når en del av væsken eller slurryen inneholdende fine krystaller returneres langs tankveggen til morvæsken, blir den avkjølt, slik at det oppnås fordel ved at krystallisasjonsraten av krystallene i væsken kan økes, hvilket forkorter induksjonsperioden for krystallisasjon og det får vokse krystaller med snever størrelsesfordeling og stor størrelse. For eksempel når glutaminsyre krystalliseres med anordningen, er det særlig a-krystaller som forekommer.

Eksempler

Det følgende er en forklaring av den foreliggende oppfinnelse med henvisning til eksempler. Imidlertid skal det bemerkes at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til disse eksempler.

Eksempel 1: Kjølekrystallisasjon

Det ble benyttet en krystallisasjonsanordning med en varmeinnretning ved en øvre seksjon, en kjøleinnretning med en øvre seksjon, og en væskesprøyteinnretning, med kjølekrystallisasjon av L-asparaginsyre. 1,5 1 av L-asparaginsyreløsning med konsentrasjon 0,53 vekt% ble plassert i krystallisasjonsanordningen med 139,8 mm indre diameter og en kapasitet på 3 1, utrustet med en væskesprøyteinnretning med rør som væskefødeinnretningene, som vist på Fig. 1. Kjølingen ble initiert ved en rotasjonshastighet på 340 r/min. Temperaturen av væsken i anordningen ble styrt til 11,2 °C. En kappe ble anbragt på seksjonen der den utsprøytede væske eller slurry traff agitasjonstanken, og varmt vann ved 30 °C ble sirkulert gjennom kappen. Temperaturen i væsken eller slurryen i krystallisasjonsanordningen ble holdt ved 11,2 °C (dvs. en krystallisasjonstemperatur på 11,2 °C), og temperaturen i kjølekappen ble holdt ved 5 °C.

Som et sammenligningseksempel ble det benyttet en krystallisasjonsinnretning med en agitasjonstank av tilsvarende type, men med kun agitasjonsblader og ingen væskespruteinnretning og ingen varmeinnretning (heretter betegnet en konvensjonell anordning A). Temperaturen i væsken eller slurryen i den konvensjonelle anordning A ble holdt ved 11,2 °C.

Resultatene er vist på Fig. 4. De helskraverte sirkler på Fig. 4 illustrerer den tidsavhengige endring (krystallisasjonsrate) for konsentrasjonen av L-asparaginsyre når konsentrasjonen ble utført med krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og de åpne sirkler illustrerer at utøvelsen ble utført med den konvensjonelle anordning A.

Slik det fremgår av Fig. 4 blir det ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse begynnende krystallisasjon ved ca. 6 timer etter igangsettelse av kjøling, og denne krystallisasjon forløper hurtig, og det trenktes kun ca. 17 timer inntil konsentrasjonen av L-asparaginsyren var senket til ca. 3 mg/ml. På den annen side, ved bruk av den konvensjonelle anordning A, begynte krystallisasjonen etter ca. 20 timer, og det behøvdes ca. 38 timer inntil konsentrasjonen av L-asparaginsyre ble senket til ca. 3 mg/ml. Følgelig fremgår det klart at induksjonstiden for krystallgenerering ble betydelig forkortet ved bruk av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Resultatene oppnådd ved evaluering av størrelsen på de resulterende krystaller er vist i Tabell og på Fig. 5. Fig. 5 er en graf eller et søylediagram som viser fordelingene av størrelsen oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse og den konvensjonelle anordning. De skraverte kolonner indikerer krystaller oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og de åpne kolonner indikerer krystaller oppnådd med den konvensjonelle anordning A.

Disse resultater viser at krystallene av L-asparaginsyre oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse har en større størrelse og en snevrere størrelsesfordeling enn krystallene oppnådd med den konvensjonelle anordning. Dette synes å skyldes at en varmeinnretning er anbragt i den øvre del i anordningen og løsningen kontakteres med denne varmeinnretning, slik at de genererte fine krystaller oppløses igjen, og vokser til krystaller med større størrelse. Ved bruk av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er nærmere bestemt temperaturen i løsningen 11,2 °C, men ettersom løsningen varmes sirkuleres kjølevann ved 5 °C gjennom en kjølekappe, hvorved det utvikles et grensesjikt med en skarp gradient mellom kjøletankveggen og løsningen, og metningsgraden øker i grensesjiktet med skarp temperaturgradient mellom 5,6 °C og 11,2 °C, hvilket synes å akselerere kimdanningen.

I dette eksempel kunne krystaller av asparaginsyre med stor størrelse hurtig oppnås, til tross for at det ikke ble tilsatt krystallkim. Det kan forventes at når krystallkim tilføres kan det oppnås krystaller av asparginsyre med enda større størrelse til og med hurtigere.

Eksempel 2: Konsentrasjonskrystallisasjon

Med bruk av en krystallisasjonsanordning med en kjøleinnretning ved en øvre seksjon, en varmeinnretning ved en nedre seksjon og en væskesprøyteinnretning, ble det utført konsentrasjonskrystallisasjon av L-glutaminsyre. Herved ble 2 liter L-glutaminsyreløsning ved konsentrasjon 50 g/l plassert i en krystallisasjonsanordning med 139,8 mm indre diameter og kapasitet 3 1, utrustet med en væskesprøyteinnretning med rør som væskefødeinnretninger, som vist på Fig. 1. Kjølingen ble initiert ved en rotasjonshastighet på 290 r/min. Temperaturen i væsken eller slurryen i krystallisasjonsanordningen ble styrt til 29,8 °C (dvs. en krystallisasjonstemperatur på 29,8 °C). I anordningen ifølge oppfinnelsen var det anbragt en kappe ved seksjonen der utsprutet væske eller slurry treffer agitasjonstanken, og kjølevann ved 16 °C ble sirkulert gjennom kappen. Temperaturen i væsken eller slurryen i krystallisasjonsanordningen ble holdt ved 29,8 °C og temperaturen i varmekappen var 36,5 °C.

Som et sammenligningseksempel ble det benyttet en krystallisasjonsanordning med en tank av tilsvarende form, men kun med agitasjonsblader og ingen væskesprøyteanordning og ingen kjøleinnretning (konvensjonell anordning B). Temperaturen i væsken (krystallisasjonstemperaturen) i den konvensjonelle anordning B ble holdt ved 29,8 °C.

Fig. 6 viser en sammenligning av krystallformen i løsningen ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse og krystallformen i løsningen ved bruk av den konvensjonelle krystallisasjonsanordning B. Figurene 6(A) P.8h, (C) P.12h, og (E) P.16h er fotografier som viser krystallformen etter henholdsvis 8, 12 og 16 timer ved bruk av den konvensjonelle anordning B. Figurene 6(B) P.W.W.8h,

(D) P.W.W. 12h, og (F) P.W.W.16h er fotografier som viser krystallformen etter henholdsvis 8, 12 og 16 timer ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den

foreliggende oppfinnelse.

Ved krystallisasjon med den konvensjonelle anordning, slik det fremgår av Fig. 6, foreligger det etter 8 timer (A) store a-krystaller og små P-krystaller som en blanding, og etter 16 timer (E) er nesten alt gått over til P-krystaller.

På den annen side, ved å observere situasjonen etter 8 timer (B) og 12 timer (D) ved bruk av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, ble det kun observert a-krystaller etter 8 timer (B), og meget lite p-krystaller ble observert etter 12 timer (D). Også etter 16 timer (F) var mengden P-krystaller liten. Dette indikerer at det er mulig å oppnå kun a-krystaller ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 7 illustrerer den tidsavhengige endring av krystallformen av L-glutaminsyre ved krystallisasjonen. De lukkede sirkler på Fig. 7 illustrerer endring av krystallformen når konsentrasjonen ble utført med krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og de åpne sirkler indikerer konsentrasjonen utført med den konvensjonelle anordning. Andelen a-krystaller ble bestemt ved pulver-røntgendiffraksjon. Det kan ses fra Fig. 7 at kun a-krystaller er til stede ved opp til 10 timer ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Disse resultater viser at det er mulig å oppnå kun den ønskede krystallform (det vil si a-krystaller i tilfellet L-glutaminsyre) ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Videre illustrerer Fig. 8 den tidsavhengige endring av konsentrasjonen av L-glutaminsyre (krystallisasjonsrate). De lukkede sirkler illustrerer tilfellet der konsentrasjonen ble utøvd med krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og de åpne sirkler illustrerer konsentrasjonen utøvd med den konvensjonelle anordning. Løseligheten av a-krystaller (16 mg/l) ble oppnådd noe hurtigere ved bruk av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Derved synes det som om at når anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse benyttes senkes konsentrasjonen i løsningen hurtigere, slik at den sekundære kimdanning undertrykkes og det kun genereres a-krystaller. Ettersom anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er utstyrt med kjøleinnretning blir en del av løsningen kjølt. Derfor blir metningsgraden hevet, og kimdanningen av a-krystaller i denne seksjon akselereres og krystallene vokser hurtig. Dette synes å være en årsak til den hurtige krystallisasjon.

Fig. 9 illustrerer den gjennomsnittlige krystalldiameter for krystallene av L-glutaminsyre. De lukkede sirkler illustrerer tilfellet da krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse ble benyttet, og de åpne sirkler da konsentrasjonen ble utøvd med den konvensjonelle anordning. Det fremgår at den gjennomsnittlige krystalldiameter blir større ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Videre illustreres på Fig. 10 gjennomsnittlig krystalldiameterfordeling av krystallene av L-glutaminsyre over tid. Det fremgår at gjennomsnittlig krystalldiameter av krystallene av L-glutaminsyre alltid var større ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse (skraverte kolonner på Fig. 10).

Disse resultater viser at ved en konsentrasjonskrystallisasjon hvorved det er utrustet en kjøleinnretning ved den øvre seksjon, blir a-krystallkimdanningen akselerert og P-krystallkimdanningen undertrykt, dvs. at krystallpolymorfologien kan styres. Videre vises med disse resultater at krystaller kan vokse hurtigere og til større størrelse ved bruk av krystallisasjonsanordninger ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det synes som om én årsak til det faktum at det er mulig å undertrykke overgangen fra a-krystaller til P-krystaller av L-glutaminsyre og til å styre krystallpolymorfologien, er at krystallene ikke oppløses så lett på grunn av den store krystallstørrelse.

Eksempel 3

Krystallisasjon av tereftalsyre ble utført med anordningen i henhold til Fig. 2. 40 liter etylenglykol ved 16 volum% ved vekt (vekt/volum%) ble plassert i en agitasjonstank med kapasitet 100 liter og 400 mm indre diameter, hvortil væskespruteinnretningen vist på Fig. 2 ble festet. Den opprinnelige temperatur (ved null timer) i den øvre innretning H til dannelse av temperaturdifferanse (øvre kappe) var 100 °C, og temperaturen i den nedre innretning J til temperaturdifferansedannelse (nedre kappe) var 74 °C. Temperaturen i den øvre kappe ble holdt ved 74 °C i 4 timer, og temperaturen i den nedre kappe ble gradvis senket. Disse temperaturbetingelser er vist i Tabell 2.

For sammenligning ble det benyttet en krystallisasjonsanordning med en tank av tilsvarende form, men med kun agitasjonsblader og ingen væskesprøyteinnretning og ingen varmeinnretninger (konvensjonell anordning C). I dette tilfelle ble kjøling utført slik at temperaturen i etylenglykolet (bulktemperatur) ble den samme som vist i Tabell 2.

Ved bruk av krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse hadde krystallutfelling begynt etter tre timer. Etter seks timer ble 1 liter hver tatt ut for prøvetaking fra krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse og fra den konvensjonelle anordning C. Prøvene fikk stå i to timer og utfellingene ble observert idet bulktettheten var ca. 40 % (dvs. faststoffandelen utgjorde de nedre 40 %) i tilfellet for anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. På den annen side var bulktettheten ca. 80 % (dvs. faststoffandelen utgjorde de nedre 80 %) i tilfellet med den konvensjonelle anordning C. Dette viser at krystallene oppnådd med den konvensjonelle anordning C var mindre. Ovennevnte resultat ble bekreftet ved observasjon i mikroskop av at krystallene av tereftalsyre oppnådd med anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse var større enn krystallene av tereftalsyre oppnådd med den konvensjonelle anordning C (se Fig. 11).

INDUSTRIELL ANVENDBARHET

Krystallisasjonsanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse har en væskesprøyteinnretning og en innretning til dannelse av temperaturdifferanse, slik at det kan oppnås en høy krystallisasjonsrate ved å styre temperaturen med innretningen for dannelse av temperaturdifferanse. Følgelig kan det hurtig oppnås vekst av store krystaller. Videre er det også mulig å styre polymorfologien, dvs. oppnå krystaller med ønsket struktur blant ulike krystallstrukturer. Videre kan anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse benyttes både som en kjølekrystallisasjonsanordning og som en konsentrasjonskrystallisasjonsanordning, og det er mulig å styre krystallformen og å få vekst av store krystaller.

Claims

1. Anordning for krystallisasjon, omfattende: en agitasjonstank (T), en væskesirkulasjonsinnretning for å sirkulere en væske eller en slurry langs veggen i agitasjonstanken (T), karakterisert vedat den videre omfatter: én eller flere innretninger (H) til dannelse av temperaturdifferanse, installert på agitasjonstanken (T) for dannelse av en temperaturdifferanse ved veggen i agitasjonstanken (T), og væskesirkulasjonsinnretningen er en væskesprøyteinnretning (4) som inkluderer et rotasjonsskaft (3) og én eller flere væskefødeinnretninger (1) montert til rotasjonsskaftet (3).

2. Anordning for krystallisasjon ifølge krav 1, karakterisert vedat innretningen (H) til dannelse av temperaturdifferanse er én eller flere varmeinnretninger eller kjøleinnretninger.

3. Anordning for krystallisasjon ifølge krav 2, karakterisert vedat innretningen H for dannelse av temperaturdifferanse er en varmeinnretning, hvilken er anbragt i en seksjon hvor væske eller slurry sprøytet ut ved rotasjon av væskesprøyteinnretningen (4) kontakterer veggen i agitasjonstanken eller et område under nevnte seksjon, og hvilket øker temperaturen i den utsprøytede væske eller slurry til over temperaturen av den omgivende væske eller slurry, eller innretningen (H) til dannelse av temperaturdifferanse er en kjøleinnretning, hvilken er anbragt ved en seksjon der væske eller slurry utsprutet ved rotasjon av væskesprøyteinnretningen (4) kontakterer veggen i agitasjonstanken eller et område under nevnte seksjon, og hvilket senker temperaturen i den utsprøytede væske eller slurry til lavere enn temperaturen av den omgivende væske eller slurry.

4. Anordning for krystallisasjons ifølge krav 2, karakterisert vedat innretningen (H) til dannelse av temperaturdifferanse inkluderer to kjøleinnretninger og én varmeinnretning; hvorved varmeinnretningen er anordnet under de to kjøleinnretninger; og hvorved en væske eller slurry sprøytes ut mot en seksjon mellom de to kjøleinnretninger eller mot en seksjon mot den nedre kjøleinnretning ved rotasjon av væskesprøyteinnretningen (4).

5. Anordning for krystallisasjon ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4,karakterisert vedat væskefødeinnretningen (1) er et kanalformet legeme, et rørlegeme, et plateformet legeme eller et konisk formet hult legeme med utkappede åpninger.

6. Anordning for krystallisasjon ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3 eller 5,karakterisert vedat krystallisasjonsanordningen er en kjølekrystallisasjonsanordning.

7. Anordning for krystallisasjon ifølge hvilket som helst av kravene 1, 3, 4 eller 5,karakterisert vedat krystallisasjonsanordningen er en konsentrasj onskrystallisasj onsanordning.

8. Fremgangsmåte for å styre krystallpolymorfologi, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: å sprøyte en væske eller slurry inneholdende et materiale i stand til å danne krystaller med minst to spesifikke krystallformer fra en væskesprøyteinnretning (4) inneholdende et rotasjonsskaft (3) og én eller flere væskefødeinnretninger (1) montert til rotasjonsskaftet; og å kontaktere den utsprøytede væske eller slurry med en tankvegg hvor temperaturen er forskjellig fra temperaturen i væsken eller slurryen, og å sirkulere væsken eller slurryen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat den videre omfatter å konsentrere en væske for dannelse av krystaller mens væsken sirkuleres langs en tankvegg utstyrt med en innretning (H) til dannelse av en temperaturdifferanse.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert vedat den utsprøytede væske eller slurry kontakteres med en tankvegg hvor temperaturen er høyere enn temperaturen i væsken eller slurryen, eller den utsprøytede væske eller slurry kontakteres med en tankvegg hvor temperaturen er lavere enn temperaturen i væsken eller slurryen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8 for vekst av krystaller med stor gjennomsnittlig krystalldiameter, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: å sprøyte ut en væske eller slurry inneholdende et materiale i stand til å danne krystaller med minst to spesifikke krystallformer fra en væskesprøyteinnretning (4) innbefattende et rotasjonsskaft (3) og én eller flere væskefødeinnretninger (1) montert til rotasjonsskaftet; og å kontaktere den utsprøytede væske eller slurry med en tankvegg med temperatur forskjellig fra temperaturen i væsken eller slurryen, og å sirkulere væsken eller slurryen, hvorved materialet er i stand til å danne krystaller med minst to ulike krystalldiametere.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert vedat den videre omfatter å konsentrere en væske for dannelse av krystaller mens væsken sirkulerer langs en tankvegg utstyrt med en innretning (H) til dannelse av en temperaturdifferanse.