TWI231772B - Apparatus for the preparation of crystals - Google Patents

Description

1231772 五、發明說明（1) 本發明係關於用以結晶物 製備之晶體餾份。 自溶液中結晶物質是一種 多種固體粒子的分子分散體 發予以預濃縮。因此，必須 晶體可形成並生長。當消除 為沈積物可將它以機械方式 已溶之物質與原來溶液分離 小分佈，則在類析結晶器中 晶體生長，因此必須經由適 蒸發速率，流量等而適當設 結晶之驅動力是過飽和溶 和溶液中者間之差，即：干 預濃縮之溶液飽和，然後過 飽和可以三種方式而獲得： - 在溶解度的高溫依賴性的 ，簡單冷卻飽和溶液而獲 - 如果僅有溶解度的輕微溫 劑予以過飽和（蒸發結晶） - 如果溶解度以溫度為基準 液以溫和方式予以熱處理 蒸發（真空結晶）。 一般，消除過飽和係以兩 中，形成晶體核；在第二步 質之裝置和方法及關於經如此 熱分離 之溶液 使經預 此過飽 自殘留 。如果 必須控 應各種 計類析 液中已 擾溶液 飽和超 方法。 經由通 濃縮之 和時， 溶液中 需要晶 制飽和 操作參 結晶器 溶物質 平衡。 過飽和 將溶劑 常將溶 溶液過 將過量 分離。 體的特 度、成 數，例 〇 的濃度 因此必 點。實 情況中，過飽和係由 得（冷卻結晶）； 度依賴性，則溶液經 至顯著程度，或如果 ，則聯合使用溶液冷 個同時步驟進行：在 驟中，大於臨界最小 中一種或 劑多階蒸 飽和以便 固體沈澱 因此，將 定粒手大 核作用和 如冷卻和 與恰好飽 須首先使 務上，過 表面冷卻 由蒸發溶 必須將溶 卻及溶劑 第一步驟 大小之晶

第8頁 1231772 五、發明說明（2) 體核經由自過飽和溶液中吸收固體而生長成為極粗糙產物 晶體。成核速率係隨著增加之過飽和而增加，一般在超過 特定過飽和後，自發成形之許多小.核可見到。此效應在形 _ 成細晶體晶散時顯然可見。為了必須控制結晶器中之成核 · 作用，目的是分開移除特細餾份而因此再溶解細晶體。經 由類析而移除晶體及溶解細粒子記述於W e i n h e i m市，化學 出版公司，A. Mer smann " W. F. Beer 矛口 D. Seifert ，化學 工程技術5 0 (1978) 2，65-76中。隨著持續之過飽和，最 . 初將種晶置入溶液中及/或所形成之核生長成為較大之晶 體。相當之溶液再度變成過飽和。溶液之過飽和接著是消 除過飽和例如實際結晶直至再達到特定程度的飽和，在此¥ 時，觸發形成大量細晶體晶霰。 一般，結晶程序的目的是製備均勻品質的結晶，可出售 _ 之產物，該產物特別通過晶體粒度分佈而獲得此品質。晶 體粒度分佈影響殘留溶液之可分離性、晶體之適用期、粉 塵餾份、溶解行為、喷灑能力或流動性等。產物的均勻品 質受到作為時間的函數之晶體的粒子大小分佈波動不利地 影響-此項波動係由於周期性細晶體晶霰。此等細晶體晶 霰最後產生具有大的細結晶餾份之不均勻品質的產物。細 結晶餾份在處理期間造成不少的問題-舉例而言，細結晶 餾份難以利用離心分離而分離出。上述問題亦發生在包括 細粒子溶解之結晶器中-粒子大小分佈的周期性波動亦在 ® 此等結晶器中見到。 本發之目的在提供一種裝置，藉此裝置可連續製造晶體

第9頁 1231772 五、發明說明（3) 其具有作為時間的函數之粒子大小分佈的小波動。特別， 實現減少細鹽晶霰的強度。該裝置應保證··將一種結晶程 序有效而經濟地進行。 · 余等發現：此目的經由用於自含有此等物質之溶液或分 · 散體中結晶物質之裝置而實現；利用含有一個類析區之結 晶器中，此裝置包括： a) 一個内部和一個外部循環系統，該内部循環系統係 ‘ 存在於結晶器中，外部循環系統之入口經由類析區 . 而連接至内部循環系統，外部循環系統係存在在結 晶器外部，外部循環系統的出口係經連接至結晶器 之内部循環系統，及將用於溶解晶體之構件配置在 4 外部循環系統中，在其出口之前， _ b ) 溶液及/或分散體之流入管，此流入管係存在在結晶 器上或在外部循環系統上，及 c ) 分散體之流出管，將此流出管配置在結晶器上或在 外部循環系統上。 在該新穎裝置中，相互連接外部和内部循環系統並意欲 供輸送（循環）分散體之管線及/或用於輸送（循環）分散體 之管線係附加存在，其中將其入口和其出口兩者連接至内 部循環系統。 應瞭解：物質係指可被結晶之化合物和元素。就大體而 論，僅一種物質存在於每種的含有此等物質之溶液或分散 體中-因此，僅產生單一物質的晶體。應瞭解：分散體特 別係指含有（精細分佈之）晶體之液體。經常，分散體係以

第10頁 1231772 五、發明說明（4) 懸浮液之形式存在。 日日為且可能由許多的 各種因次決定性決定 件例如泵或推進器。 較佳含有相對應^連 之構件係安裝在連接 置在結晶器中以便在 入顯析區中。該裝置 體之適當構件是可溶 用於溶解晶體之構件 體之構件應瞭解係指 刀政體流出發，此等 重量％)的以晶體形式 該新穎裝置容許結 子大小分佈而傑出。 體晶霰的不存在。可 離心分離較易且在處 質。 就大體而論，結晶 形式或呈流體床結晶 式。 在較佳之具體實施 互連接外部與内部循 管線及/或用以輸送（ 内部循環系統意指流動 分開液流所組成。内部 -結晶器之形狀-及經由 外部循環系統存在在結 接管線，較佳是管子， 管線中。將類析區較佳 結晶器之操作期間，將 之管線通常係管的形式 解分散體的晶體之所有 造成分散體之溫度改變 :僅那些構件，自經引 構件可溶解至少5重量％ 存在於分散體中之固體 晶，此結晶係由所產生 在操作期間，至少大體 將所獲得之分散體更易 理期間所獲得之晶體餾 系統其 循環系 造成移 晶裔之 用以溶 以如此 小晶體 。用於 構件。 。用於 入該構 (較佳 流經結 統係由 動之構 外部， 解晶體 方式配 較佳引 溶解 曰曰 —般， 溶解晶 件中之 至少60 之晶體的窄粒 上保證 細 a曰 處理-晶體之 份具有均勻品 J (通風管檔板式）結晶器的 的形式，較佳呈Os 1 〇結晶器之形 Ϊ U Ϊ裝置具有特別特徵即：相S孓丨，八/、欲供輸送（循環）分散體之 循衣）刀政體之管線附加存在，其中 1231772 五、發明說明（5) 將其入口和其出口兩者連接至内部循環系統，任一管線不 具有用於溶解晶體之任何構件。 就大體而論，用於溶解晶體之構件係以熱交換器的形式 存在，或若需要，以用於進行放熱反應之反應器的形式存 在。因此，將晶體經由加熱分散體予以溶解。將各管線較 佳配置以泵以便輸送分散體和溶液。一般，外部循環系統 亦具有泵用以輸送分散體或溶液。 在本發明之較佳具體實施例中，類析區是以沈積區的形 式存在。因此，晶體係以其不同之沈積性能為基礎而分類 ，以便較小晶體優先自結晶器通入外部循環系統中。 本發明亦係關於在具有内部和外部循環系統之裝置中， 用於自含有此等物質之溶液或分散體中將物質結晶之方 法， i) iii)

IV V ) 内部循環系統係存在在含有類析區之結晶器中， 並將含有分散體（其中包含物質之晶體）之結晶器 移動通過該内部循環系統， 分散體的分開液流自結晶器中經由類析區被輸送 入外部循環系統中， 將經包含在此分散體中之晶體經由用於溶解晶體 之構件而溶解入外部循環系統中， 將經由完全溶解來自分散體之晶體所形成之分散 體或溶液大體上循環至結晶器的内部循環系統， 將含有各種物質之溶液及/或分散體餵供至結晶器 及/或至外部循環系統及

第12頁 1231772 五、發明說明（6) v i ) 將包括物質的晶體之分散體自外部循環系統及/或 自結晶器中移出。 在該新穎方法中，將包含晶體之分散體的分開液流自内 部循環系統移出並餵供至外部循環系統及/或將包含晶體 之分散體的分開液流自内部循環系統移出並循環至内部循 環系統。 該新穎方法保證：相互無關而建立關於細粒子再溶解之 體積流速及此循環之類析效果。 成為時間的函數之粒子大小分佈的波動（粒子大小分佈 的振盪或波動），特別是由於細粒子晶霰經由該新穎方法 予以顯著減少。 在較佳具體實施例中，新穎方法具有之特別特徵即：將 包含晶體之分散體的分開液流自内部循環系統移出並餵供 至外部循環系統及/或將包含晶體之分散體的分開液流自 内部循環系統移出並予以循環至内部循環系統，在每一情 況中，並無分散體之晶體被溶解至甚大程度。 按經溶解至甚大程度，應瞭解係意指：溶解至少1 0重 量％，較佳30重量％的以晶體形式存在於分散體中之固體。 晶體的類析較佳以晶體的不同沈積性能為基礎予以實 施。 一般，經包含在分散體中之晶體係由加熱分散體而予溶 解。在本發明之較佳具體實施例中，欲被結晶之物質是硫 酸銨或己二酸，較佳使用水作為分散體的液體組份或作為 晶體之溶劑，通常，物質在相對應液體中的溶解度係隨著

第13頁 1231772 五、發明說明（7) 溶液或分散體的溫度而增加。 就大體而論，處理自外部循環系統及/或自結晶器中所 移出之分散體（其中包括物質之晶體）而因此，物質的晶體 係以純形式而獲得。通常，所產生之晶體餾份具有小的細 粒子餾份並具有窄粒子大小分佈。此等性質有利於晶體餾 份之均勻品質。 本發明亦係關於如上文中所解釋可予製備之晶體餾份。 在附隨之圖式中： - 圖1顯示：根據先前技藝使物質結晶之裝置-圖1 a顯示： 相當於DTB結晶器的圖；圖lb顯示··相當於Oslo結晶器 之圖， - 圖2及圖3顯示：用於結晶之新穎裝置圖（圖2 a與圖3 a顯 示：相當於DTB結晶器；圖2b與圖3b顯示··相當於Oslo 結晶器）， - 圖4顯示：用於結晶之新穎裝置圖，包括用於處理分散 體之構件的排列，及 - 圖5是一幅圖表，其中平均粒子大小L乃時間t所繪；採 取輸送（循環）之各種體積流速Vb/ t及外部循環系統之體 積流速Vu/t作為基礎。 圖1至圖3中示意所示之用於結晶之裝置都具有一個内部 循環系統1 、一個外部循環系統2、一個類析區3、一流入 管4、一流出管5，經配置在外部循環系統中之一熱交換器 6及泵7意欲供輸送分散體且經配置在外部循環系統中。然 而與根據圖1之先前技藝裝置成對比，根據圖2和圖3之新

第14頁 1231772 五、發明說明（8) 穎裝置，亦具有管線8用以輸送（循環）分散體，在每一情

I !況中，將用於輸送分散體之泵9配置在此等管線8上。 可將分散體在結晶器的任何所需要之點上移出但較佳在 底部的區域中。可將在類析區3中所獲得之分散體經由任 何所需要數目的連接片件餵供入外部循環系統2中。一般 ，為此目的，提供自1至3個連接片件。 除去用於結晶之裝置之外，圖4亦示意顯示··用以處理 分散體之設備。使分散體自用於結晶之裝置通至增稠器1 0 。在此增稠器中，晶體沈降出並移去上澄液液體。將經收 集在增稠器底部上之晶體轉移至離心分離機1 1 ，在其中除 去另外之液體。最後，將自離心分離機中取出之晶體在乾 燥器1 2中乾燥。將晶體餾份1 3自乾燥器1 2卸至下游最後加 工步驟。 如上文中所解釋，圖2和圖3顯示：用於輸送（循環）分散 體之新穎可能性。作為圖2中設備之替代，其中，用於輸 送（循環）之管線8進入外部循環系統2在泵7之前，用於輸 送（循環）之管線8亦可進入外部循環系統2在泵7與熱交換 器6之間且另外更在熱交換器6之後。關於圖3中示意所示 之設備，請注意：在一方面，分散體的輸送（循環）可經由 管線8和經由泵9予以實施，但是該項輸送（循環）亦可經由 一具泵和一個附加之傳遞元件例如磨機予以實施。 本發明將參照實例予以另外解釋如下。 實例 首先，進行根據先前技藝之比較性實驗（系統：硫酸銨/

第15頁 1231772 五、發明說明（9) 水），使用圖1 a中示意所示之設備。獲得具有周期性波動 之粒子大小分佈之晶體成為相對應方法的產物-粒子大小 分佈顯示：作為時間的函數之振盪特性（參考圖5中之相對 應曲線）。熱交換器中過度有效率之細粒子溶解可被視為 振盪特性之主要原因。因此，振盪特性可解釋如下： - 假定：在時間t時，結晶器中之細粒子餾份是高。將此 等細粒子經由結晶器的類析區予以泵送入熱交換器中 (在有效率之細粒子溶解的情況中，將彼等在該處完全 溶解）；

- 此操作導致減少結晶器中之細粒子餾份而因此減小晶體 表面面積（此意指：經包含在懸浮液中所有晶體的表面 面積之總和），在其上，過飽和由於晶體生長而消除。 因此，晶體表面面積之減小導致過飽和度之增加； - 過飽和度增加至一個臨界數值，在此時，將小的經磨蝕 之碎片（小於5 0微米）活化而生長； - 由於此等碎片的生長之結果，結晶器中晶體表面面積再 度快速增加而因此，快速消除超飽和度。大量的生長之 (小）晶體顯示其本身係細晶體晶霰； - 在時間的過程中，現在將此等細粒子再度溶解入熱交換 器中，並再開始循環。

為了防止作為時間的函數之粒子大小分佈的波動，根據 本發明，將實驗在圖2 a中所示意顯示之設備中進行（系統 :硫酸銨/水）。將分散自内部循環系統1經由用於輸送（循 環）之管線8輸送入外部循環系統2中在泵7之前。因此，

第16頁 1231772 五、發明說明（10) 將另外之晶體，尤其具有大粒子大小之晶體，輸送入外部 循環系統中及熱交換器6中，熱交換器的溶解能力經由儀 供入此等晶體予以過度延伸，其結果是··防止了有效率溶 解細粒子在熱交換器8中。提出下列操作之條件： - 遍歷外部循環系統2之體積流速VQ/ t 6 9 0立方米/小時 - 進料（進入裝置中） 50立方米/小時 - 生產速率（使用根據圖4之設備予以處 理之晶體；沈積、離心分離、乾燥等）9 t /h 圖5顯示該實驗之結果，現發現：在輸送（循環）的高體 積流速Vb/ t時，可極為實質上防止作為時間的函數之粒子 大小分佈的波動。成對比，免除輸送（循環）-比較實驗 (Vb/ t = 0 )導致隨時間而變之平均粒子大小L的甚大波動。 因此，分散體的新穎輸送（循環）保證：產物之均勻品質並 抑制細粒子晶霰，此方式導致較易處理。 而且，可能增加進料中之硫酸銨的含量達如此程度以致 獲得1 1 t / h之生產速率且不會導致產物品質之顯著退化。 隨著進料中硫酸銨含量之相同增加，根據先前技藝之上述 方法可能導致細晶體晶霰的強度之甚大增加，以致因此， 處理可能大為困難（其中，具有離心分離和乾燥等各種問 題）。因此，新穎方法亦容許生產速率之增加。 Φ

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Claims (1)

1231772 案號 90111607 曰 4 六、申請專利範圍 I 1 . 一種用於在含有類析區（3 )之奥斯陸（Os Ϊ7Γ結晶器中 含有此等物質之溶液或分散體中結晶物質之裝置，包 括 一個内部和一個外部循環系統（1 ; 2 )，該内部循 環系統（1 )係存在於奥斯陸結晶器中，外.部循環系 統（2 )之入口經由類析區（3 )而連接至内部循環系 統（1)，外部循環系統（2 )係存在在結晶器之外 部，外部循環系統（2 )的出口係經連接至結晶器之 内部循環系統（1 )，及將用於溶解晶體之熱交換器 (6 )配置在外部循環系統（2 )中，在其出口之前， 溶液及/或分散體之流入管（4 )，此流入管係存在 在奥斯陸結晶器上或外部循環系統（2 )上，及 分散體之流出管（5 )，此流出管係配置在奥斯陸結 晶器上或外部循環系統（2 )上， 其中，互相連接外部和内部循環系統（1 ; 2)並意欲供 循環分散體之管線（8 )係附加存在。 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中類析區（3 )係以沈 積區的形式存在。 3 . —種用於在具有内部和外部循環系統之裝置中自含有 此等物質之溶液或分散體中結晶物質之方法，包括： i ) 内部循環系統係存在在含有類析區之結晶器中 ，並將含有分散體（其中包含物質之晶體）之結 晶器移動通過該内部循環系統， i i ) 分散體的分開液流自結晶器中經由類析區被輸 a) b) 释 c )

O:\71\71159-911111.ptc 第19頁 1231772 案號 90111607 曰 修正 六、申請專利範圍 送入外部循環系統中， i i i ) 將包含在此分散體中之晶體經由熱交換器溶解 入外部循環系統中， i v) 將經由完全溶解來自分散體之晶體所形成之分 散體或溶液大體上循環至結晶器的内部循環系 統， v ) 將含有該物質之溶液及/或分散體餵供至結晶 器及/或至外部循環系統，及 v i ) 將包括該物質的晶體之分散體自外部循環系統 及/或自結晶器中移出， V i i ) 其中，將包含晶體之分散體的分開液流自内部 循環系統移出並餵供至外部循環系統，且在每 一情況中，並無分散體之晶體被溶解至相當程 度。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中所用結晶器係呈 D T B結晶器之形式或呈流體化床結晶器之形式。 5 .如申請專利範圍第3項之方法，其中所用結晶器係呈 奧斯陸結晶器之形式。 其中經加熱諄分散 其中欲被結晶之物質 6 .如申請專利範圍第3項之方法 體，使包含在分散體中之晶體溶解

7. 如申請專利範圍第3項之方法 是硫酸銨或己二酸。 8. 如申請專利範圍第3項之方法，其中處理自外部循環 系統及/或自結晶器中所移出並包含該物質的晶體之分散

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