專利名稱：粒度分布控制結(jié)晶法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空濃縮結(jié)晶法。具體說，是在結(jié)晶母液的濃縮過程中，通過周期性升降漿溫度(料溫)，制備粒度分布范圍窄、粒度均一晶體的真空濃縮結(jié)晶法。
制備粒度分布范圍窄、粒度均一晶體的粒度分布控制結(jié)晶法，具有如下用途，所以，期待開發(fā)這種優(yōu)異的粒度分布控制結(jié)晶法。前述用途可例舉如下等。即(1)在結(jié)晶制品有粒度規(guī)格要求的場合，通過控制結(jié)晶，使獲得的析出晶體的粒度在規(guī)格內(nèi)，可提高產(chǎn)品的產(chǎn)率。(2)控制結(jié)晶，可抑制微小結(jié)晶的產(chǎn)生，提高析出晶體時(shí)的固液分離性，從而提高產(chǎn)品的純度(粘附母液減少)。(3)同樣，由于分離性提高，分離所需時(shí)間減少，從而生產(chǎn)效率提高。(4)用濾布進(jìn)行固液分離時(shí)，反復(fù)分離操作，通常在濾布上殘存致密的濾餅，分離性緩慢下降。因此，需清洗等恢復(fù)分離性，這時(shí)，部分晶體轉(zhuǎn)移至清洗液中，造成浪費(fèi)。如結(jié)晶分離性好，可減少這種浪費(fèi)，提高收率，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
另外，作為粒度分布控制結(jié)晶法，以前曾提出如下例舉的方法。
(a)、特公昭49-29821號公報(bào)記載的方法這種方法涉及用硫酸處理法從鋁礦石中提取鋁組分，將結(jié)晶性好的硫酸鋁從提取液中制備出來的方法。具體是，具有以下三道工序結(jié)合為特征的硫酸鋁的制備方法。第一道工序用硫酸鋁處理鋁礦石，冷卻所得的高溫酸性硫酸鋁溶液的一部分，使硫酸鋁結(jié)晶析出；第二道工序?qū)⒔Y(jié)晶析出硫酸鋁的溶液溫度升至其中的結(jié)晶部分溶解的程度，并保持一定時(shí)間，然后再冷卻使結(jié)晶析出，反復(fù)進(jìn)行這種操作得到六角片狀結(jié)晶；第三道工序?qū)⒌玫降牧瞧瑺罱Y(jié)晶加入到第一道工序所得到的其余部分的硫酸鋁飽和或接近飽和的酸性溶液中，然后使六角片狀的硫酸鋁結(jié)晶析出并分離。
這種方法，無需選用富含鋁組分的鋁礦石，而生成的硫酸鋁晶體具有一定厚度呈六角片狀，過濾性好，晶體上粘附的不純物容易洗凈去除。
(b)、特開昭62-247802號公報(bào)記載的方法這種方法涉及間歇式冷卻結(jié)晶法，特別是制備較大晶體的方法。具體地，是具有以下特征的結(jié)晶法。在間歇式冷卻結(jié)晶中，開始冷卻，部分溶質(zhì)結(jié)晶析出后，中止冷卻加熱升溫，在析出的晶體完全溶解之前中止加熱，然后再冷卻。
提出這種方法的理由如下。在間歇式冷卻結(jié)晶中，為制備較大晶體，以前采取調(diào)節(jié)冷卻速度、溶質(zhì)濃度和溶劑組成等方法，以至也有進(jìn)一步研究調(diào)晶劑(媒晶劑)的情況。但是，即使進(jìn)行這樣的研究，仍存在著不能改善或改變組成、濃度在操作上困難，無研究余地的情況，以至于無法制備。而這個(gè)專利方法，簡便地解決了上述問題，因此是適用性強(qiáng)的結(jié)晶方法。
(c)、特開平5-111602號公報(bào)記載的方法這種方法涉及在砂糖等加工中，可以結(jié)晶析出所需粒度的均一結(jié)晶顆粒的方法。具體地，是具有以下工序特征的結(jié)晶方法在從溶液中析出結(jié)晶顆粒方法中，在結(jié)晶罐內(nèi)結(jié)晶，用罐內(nèi)安裝的粒度計(jì)測定上述結(jié)晶顆粒的粒度分布，當(dāng)檢測出上述粒度分布中粒子數(shù)超過所設(shè)定值，根據(jù)該檢測，降低溶液的過飽和度。
提出這種方法的理由如下。即例如，在以往的砂糖結(jié)晶方法中，高效地制備均一粒徑的結(jié)晶顆粒是困難的。即為縮短結(jié)晶時(shí)間，可提高溶液的過飽和度來加快結(jié)晶顆粒的成長速度。但是，溶液的過飽和度過高，在晶種以外將重新產(chǎn)生晶核-偽晶，造成結(jié)晶顆粒的粒徑不均勻。為了除去產(chǎn)生的偽晶，可以向溶液中添加溶劑，減小過飽和度溶解除去偽晶。但是這種再溶解在偽晶成長后進(jìn)行，需要再溶解時(shí)間，而目標(biāo)結(jié)晶顆粒也被再溶解。因此，整體結(jié)晶時(shí)間增加，不能高效生產(chǎn)。因此，一邊觀察結(jié)晶狀況，一邊通過增加或減少溶劑或溶液，來控制溶液至最佳過飽和度，對于高效制備均一粒徑的結(jié)晶顆粒是重要的。以往，操作人員目測和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)晶。或者，為了自動(dòng)化，用粘度計(jì)測定與結(jié)晶顆粒的密度和直徑有關(guān)的粘度，從而控制過飽和度。但是，這種控制方法，存在著結(jié)晶過程的重復(fù)性差的問題。而且，通過以往的測定粒子的沉降速度等的粒度計(jì)，不能準(zhǔn)確測定結(jié)晶罐內(nèi)溶液中的結(jié)晶顆粒。這是因?yàn)?，測定時(shí)溶液及結(jié)晶顆粒從結(jié)晶罐中取出，隨溫度等變化過飽和度變化，引起結(jié)晶顆粒的溶解·成長。這個(gè)專利方法，“解決了以上問題，其目的在于，提出了重復(fù)性好，高效制備均勻粒徑的結(jié)晶顆粒的結(jié)晶法”(參照專利公報(bào)0003-0007段)。
但是，以前提出的這些控制粒度分布的結(jié)晶法，尚存在種種問題(后述)，有待進(jìn)一步解決。
在前述現(xiàn)有技術(shù)背景下，本發(fā)明的目的在于提供一種避免現(xiàn)有方法缺點(diǎn)的，優(yōu)異的粒度分布控制結(jié)晶法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明人深入研究發(fā)現(xiàn)濃縮晶析母液，使結(jié)晶析出時(shí)，在此濃縮過程中，通過周期性升降漿溫度(料溫(品溫))，可制備粒度分布范圍窄，粒度均勻的晶體。根據(jù)這種發(fā)現(xiàn)完成本發(fā)明。
即本發(fā)明涉及具有以下特征的控制粒度分布的結(jié)晶法。采用真空濃縮結(jié)晶法使結(jié)晶析出，在結(jié)晶母液濃縮過程中，周期性升降漿溫度。
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明。
眾所周知，從某種物質(zhì)的溶液中析出該物質(zhì)的結(jié)晶方法有濃縮結(jié)晶法、冷卻結(jié)晶法等其它方法。本發(fā)明的控制粒度分布的結(jié)晶法屬于濃縮結(jié)晶法。
濃縮結(jié)晶法大致分為在常壓下開放體系進(jìn)行的方法和稱為真空濃縮結(jié)晶的，利用真空濃縮結(jié)晶罐減壓進(jìn)行的方法。本發(fā)明的結(jié)晶法，從周期性升降漿溫度(料溫)時(shí)的溫度控制觀點(diǎn)看，只限于真空濃縮結(jié)晶。因?yàn)樵诔洪_放體系中，大氣壓決定沸點(diǎn)，不能任意升降溫度。如前所述，本發(fā)明的濃縮結(jié)晶法，因?yàn)樵诮Y(jié)晶母液的濃縮過程中，周期性升降漿溫度，以下，有時(shí)將此法略稱為溫度波動(dòng)(スイング)(濃縮)結(jié)晶法。而這種周期性升降溫度的操作有時(shí)略稱溫度波動(dòng)。
濃縮結(jié)晶法，在性質(zhì)上，結(jié)晶母液的漿通常處于一定的溫度。而本發(fā)明結(jié)晶法，因?yàn)橹芷谛陨禍囟?，也是在一定?上限及下限的)范圍內(nèi)變化，從整體看，可以說是在一定的溫度下進(jìn)行的。進(jìn)一步，濃縮結(jié)晶可以在下面的方式下進(jìn)行。根據(jù)結(jié)晶母液的供給方式(在此，也有根據(jù)析出結(jié)晶的排出方式)劃分的連續(xù)式、間歇式及也應(yīng)稱為介于它們之間的方式的加料間歇式(Fed-batch式。在某時(shí)以連續(xù)式持續(xù)濃縮結(jié)晶，然后中止結(jié)晶操作，全部排出結(jié)晶罐內(nèi)漿，重新開始下一個(gè)結(jié)晶操作的方式。)。而本發(fā)明的結(jié)晶法，可根據(jù)這些方式中的任何一個(gè)進(jìn)行。
本發(fā)明的溫度波動(dòng)結(jié)晶法，在濃縮結(jié)晶過程中，周期性地升降濃縮罐內(nèi)溫度(漿的料溫)，這種溫度波動(dòng)操作的溫度型式如

圖1所示。圖中(a)表示升溫過程，(b)表示降溫(冷卻)過程。
溫度波動(dòng)在真空濃縮罐內(nèi)，通過排氣管閥門的壓力調(diào)節(jié)，很容易進(jìn)行。
由于溫度波動(dòng)，在真空濃縮罐內(nèi)，溶解和析出往返進(jìn)行。此時(shí)漿的溶液濃度與溶解度的關(guān)系如圖2所示。
圖中，(1)當(dāng)升溫時(shí)的溶解度上升[過程(a)]超過由于濃縮加入液(結(jié)晶母液)輸入帶來的濃度上升時(shí)，呈未飽和狀態(tài)，漿晶體一部分溶解。這時(shí)，由于微晶的重量/表面積較小，微晶很快溶解消失。(2)冷卻后漿溶液濃度大于溶解度[過程(b)]，由于過飽和，結(jié)晶開始成長。隨著冷卻進(jìn)行，過飽和度上升，結(jié)晶成長速度也上升。這時(shí)，漿溶液濃度處于亞穩(wěn)定過飽和區(qū)，幾乎不引起二次晶核的自然產(chǎn)生。(3)進(jìn)一步冷卻，由于濃縮過飽和度上升[過程(c)]，引起二次成核。這種循環(huán)反復(fù)進(jìn)行，引起微晶的溶解及在亞穩(wěn)定過飽和區(qū)的結(jié)晶成長，其結(jié)果，微晶僅隨[(1)的微晶溶解量-[(3)的二次成核量]的差值而減小。以上為本發(fā)明以溫度波動(dòng)結(jié)晶法控制粒度分布的原理說明。
本發(fā)明的溫度波動(dòng)結(jié)晶法中，對結(jié)晶的粒度分布影響的主要因素有溫度升降幅度[波幅或振幅]及周期。例如溫度上升，至少與在通常的由于濃縮操作使(過飽和)濃度上升相比，必將引起溶解度較快上升。而溫度升降的周期和波幅，根據(jù)原料的供給速度(即濃縮速度)，在滿足所需的粒度分布的范圍，設(shè)定即可。通過改變這些主要因素，既使用通常的簡單間歇式減壓濃縮罐，就可以進(jìn)行粒度分布控制結(jié)晶。
因此，本發(fā)明的溫度波動(dòng)結(jié)晶法，在簡易的減壓濃縮罐(真空濃縮罐)中，不需要追加設(shè)備，也無濃縮時(shí)間延長等操作條件的改變，只在溫度控制上，增加溫度波動(dòng)，既可進(jìn)行粒度分布控制結(jié)晶，所以，應(yīng)用范圍極其廣泛且實(shí)用。
本發(fā)明方法，對溶解度的溫度依賴性高的物質(zhì)的結(jié)晶特別有效。
上面說明了本發(fā)明的溫度波動(dòng)結(jié)晶法的要點(diǎn)，下面，為幫助理解本發(fā)明的溫度波動(dòng)結(jié)晶法，分項(xiàng)進(jìn)一步解釋。即(1)溫度波動(dòng)的特殊性；(2)濃縮結(jié)晶中溫度波動(dòng)的特殊性；(3)冷卻溫度波動(dòng)和濃縮溫度波動(dòng)；(4)實(shí)施溫度波動(dòng)結(jié)晶法的條件設(shè)定及控制。
(1)、溫度波動(dòng)的特殊性通常的真空濃縮結(jié)晶，從以下理由設(shè)定漿的溫度(壓力)(因?yàn)椋婵諠饪s結(jié)晶中內(nèi)部壓力(氣壓)和溫度(漿溫度)是一一對應(yīng)的)。即(a)內(nèi)部壓力一定漿溶液的過飽和度容易保持一定。避免可能引起過飽和急劇增加的操作，因那樣一般容易產(chǎn)生微晶；(b)壓力急劇變化(降低)，有爆沸造成損失的可能性；(c)通常，濃縮(蒸發(fā))時(shí)在低溫(低壓)下進(jìn)行能效高。因此，使用真空泵，考慮到密封性等裝置可能的限度下，一般在較低壓下運(yùn)行，其結(jié)果幾乎是在一定壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)、濃縮結(jié)晶中溫度波動(dòng)的特殊性(a)、與恒定壓力及溫度控制相比，為達(dá)到主動(dòng)的波動(dòng)，需要特別控制(計(jì)測裝置圖)。這種控制在本發(fā)明方法中極易進(jìn)行。
(b)、濃縮中微晶的產(chǎn)生通常是不可避免的。而在濃縮溫度波動(dòng)的情況下，由于濃縮過程中波動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，微晶持續(xù)減少。但是，波動(dòng)時(shí)在溫度下降過程中，如果某溫度下出現(xiàn)過飽和度大于濃縮結(jié)晶，也有促使微晶產(chǎn)生的可能性。在溫度波動(dòng)法中，利用有結(jié)晶成核等待時(shí)間，在引起晶核急劇產(chǎn)生之前，升溫抑制微晶的增加(初始晶核穩(wěn)定成長之前再溶解)。
(c)、想使微晶消失，現(xiàn)有的技術(shù)如DTB結(jié)晶罐等，采用了有只溶解和分離微晶功能的結(jié)晶罐。如果引入溫度波動(dòng)技術(shù)，不添加這樣復(fù)雜裝置，只用簡單的裝置，有衛(wèi)生性提高，清洗回收消耗少等優(yōu)點(diǎn)。這點(diǎn)對于醫(yī)藥品的間歇結(jié)晶特別有利。
(3)、冷卻溫度波動(dòng)和濃縮溫度波動(dòng)的區(qū)別冷卻溫度波動(dòng)時(shí)因?yàn)榻Y(jié)晶中反復(fù)使溫度上升，與通常的冷卻結(jié)晶相比，需要更多的能量，結(jié)果存在結(jié)晶時(shí)間長，生產(chǎn)效率低等很多缺點(diǎn)。相反，真空濃縮溫度波動(dòng)時(shí)，與通常的真空濃縮結(jié)晶相比，幾乎不需要更多的能量，結(jié)晶時(shí)間也幾乎不增加，就能使微晶消失，幾乎不存在上述缺點(diǎn)。
采用真空濃縮溫度波動(dòng)，幾乎不存在冷卻溫度波動(dòng)那樣的缺點(diǎn)，順便解釋如下。即吸熱速度一定時(shí)，濃縮時(shí)間取決于總能量消耗?？偰芰肯牡扔跐饪s結(jié)束時(shí)內(nèi)部能量總合減去濃縮開始時(shí)內(nèi)部能量總合。在溫度波動(dòng)(50～60℃)和溫度不波動(dòng)(50℃)情況下，例如濃縮開始時(shí)的狀態(tài)同是50℃，消耗的能量差異在于濃縮結(jié)束時(shí)能量的差異。濃縮結(jié)束時(shí)，體系由漿和水蒸汽組成，例如漿的溶液部分都處于相同的狀態(tài)，兩者的差異在于濃縮結(jié)束時(shí)水蒸汽的狀態(tài)。水蒸汽的體積都是相同的，無波動(dòng)時(shí)蒸汽溫度是50℃，而有波動(dòng)時(shí)約為55℃。嚴(yán)格講，只有這種差異是波動(dòng)的方法所多消耗的能量。不波動(dòng)時(shí)，50℃下的蒸發(fā)熱為569Cal/g，而波動(dòng)時(shí)將50℃蒸汽加熱成55℃蒸汽只約多消耗2Cal/g。這種差異在實(shí)際中可以忽略，所以，溫度波動(dòng)和不波動(dòng)的兩種情況下，濃縮時(shí)間及消耗能量幾乎是相同的。
(4)、實(shí)施溫度波動(dòng)結(jié)晶法的條件設(shè)計(jì)及控制(a)、真空結(jié)晶中，罐內(nèi)壓力(真空度)和濃縮溫度(漿溫度)是一一對應(yīng)的。濃縮結(jié)晶的同時(shí)，通過升降罐內(nèi)壓力(調(diào)節(jié)排氣閥門)，使溫度波動(dòng)，使?jié){中的晶體溶解或析出。連續(xù)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，直接監(jiān)視壓力或者溫度，不能急劇調(diào)節(jié)。急劇降低壓力有引起爆沸的危險(xiǎn)。
(b)、為使?jié){在某時(shí)溶解，升溫速度必須大于由于濃縮產(chǎn)生的濃度上升速度。升溫時(shí)間必須是從過飽和狀態(tài)到達(dá)未飽和狀態(tài)。是否達(dá)到未飽和狀態(tài)，可以通過溶液濃度上升速度超過濃縮引起的濃度上升(結(jié)晶溶解)來確定。溶液濃度上升速度，對于氨基酸、糖液等的濃度與折射率有關(guān)的物質(zhì)，可以通過監(jiān)測濃縮罐內(nèi)部的折射率得到。
(c)、冷卻(壓力降低)時(shí)，為將伴隨冷卻微晶的產(chǎn)生抑制到最低限，考慮到結(jié)晶析出的成核等待時(shí)間，在晶核穩(wěn)定之前，必須盡量快速冷卻，然后轉(zhuǎn)移到升溫工序。而為了提高而后的升溫工序效果，在冷卻結(jié)束時(shí)，將溶液濃度降至幾乎為溶解度。在冷卻(降低壓力)條件設(shè)定時(shí)，通過折射率等監(jiān)測溶液濃度變化，在冷卻結(jié)束時(shí)，濃度幾乎降至溶解度，從而選擇盡可能快的冷卻(降低壓力)速度。
(d)、溫度波幅，相當(dāng)于想要溶解消失結(jié)晶顆粒的量的溶質(zhì)溶解條件，可從升溫時(shí)折射率的增加求得設(shè)定。
(e)、上述條件的設(shè)定，如是本行業(yè)的人員，用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備極易進(jìn)行，而在實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)廠(ベンチプラント)的模擬實(shí)驗(yàn)中，也能進(jìn)行。
最后，為進(jìn)一步幫助理解本發(fā)明的結(jié)晶方法，將本發(fā)明的結(jié)晶方法與前面所引用的，過去的技術(shù)文獻(xiàn)所記載的結(jié)晶方法進(jìn)行比較說明。
(a)、特公昭49-29821號公報(bào)記載的硫酸鋁的制造方法中，只不過由結(jié)晶母液制備晶種是依靠溫度波動(dòng)結(jié)晶法(第一及第二道工序)。晶種制成后，余下的大部分物料，依靠溫度波動(dòng)結(jié)晶法以外的方法。這樣達(dá)不到全部物料都依靠溫度波動(dòng)結(jié)晶的本發(fā)明的依靠溫度波動(dòng)的粒度分布控制結(jié)晶法的效果。另外，此公報(bào)所記載的方法是冷卻結(jié)晶，和本發(fā)明的真空濃縮溫度波動(dòng)結(jié)晶是根本不同的。
(b)、特開昭62-247802號公報(bào)記載的結(jié)晶方法是間歇式冷卻結(jié)晶法。此方法的要點(diǎn)是以冷卻結(jié)晶制備粗大晶體為目的，將自然結(jié)晶得到的晶體，在冷卻過程中，升溫(溫度波動(dòng))只將微晶溶解掉，從而得到晶種。這并不能與結(jié)晶操作過程中的二次成核相對應(yīng)。相反，本發(fā)明的結(jié)晶法是濃縮結(jié)晶法，濃縮結(jié)晶進(jìn)行過程中，因?yàn)槟康脑谟诔ゲ豢杀苊獾倪B續(xù)產(chǎn)生的二次成核的微晶，與上述公報(bào)記載的結(jié)晶法，在目的和操作上都不同。進(jìn)一步說，對于真空濃縮結(jié)晶溫度波動(dòng)，如前所述，即使溫度波動(dòng)，與以往的溫度不波動(dòng)的真空濃縮結(jié)晶法相比，所需能量也幾乎無差別。但是，冷卻結(jié)晶法采用溫度波動(dòng)，與非此狀況相比，所需能量增加。
(c)特開平5-111602號公報(bào)記載的方法要點(diǎn)在于二次成核的早期發(fā)現(xiàn)，并通過添加溶劑等溶解除去。這種方法的缺點(diǎn)是由于溶劑量的增加，增加了能量消耗及濃縮時(shí)間。相反，本發(fā)明的溫度波動(dòng)法，只通過濃縮過程中排氣閥操作，就能實(shí)現(xiàn)溫度波動(dòng)，不出現(xiàn)這樣的缺點(diǎn)。已知加熱微晶消失(溶解)，而如果溫度波動(dòng)，在降低溫度時(shí)，產(chǎn)生較大的過飽和出現(xiàn)微晶，而溫度波動(dòng)法，通過連續(xù)周期進(jìn)行溫度波動(dòng)，并調(diào)節(jié)波幅，解決了上述問題。
下面，通過實(shí)驗(yàn)例和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)驗(yàn)例1(溫度波動(dòng)對結(jié)晶粒度的影響)(1)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖C實(shí)L-精氨酸鹽酸鹽(Arg·HCl)的濃縮結(jié)晶在濃縮過程中由于溫度波動(dòng)結(jié)晶粒度分布的變化，并研究溫度波動(dòng)的幾個(gè)主要因素的變化對結(jié)晶粒度分布的影響。
(2)、實(shí)驗(yàn)方法用圖3所示的裝置，使?jié){溫度波動(dòng)，由此研究粒度分布及結(jié)晶晶核數(shù)的變化。
攪拌用回轉(zhuǎn)半徑2cm，高度1cm的攪拌漿葉，攪拌速度為200rpm。粒子數(shù)及粒子分布的監(jiān)測儀采用LASER SENSORTECHNOLOGY生產(chǎn)的「TSURTEC」，粒度分布數(shù)據(jù)使用「TSUBTEC」附屬的球形體積換算處理裝置得到。
實(shí)驗(yàn)流程圖如圖4所示。具體說，制備成50℃飽和溶液后，向其中加入所說明的模型(model)結(jié)晶樣品，按程序溫度控制，控制溫度波動(dòng)。晶體加入溶液，希望投入的晶體不溶解，得到完全飽和或少許的過飽和溶液。在此，作為接近飽和溶液的溶液，采用相當(dāng)60℃飽和的晶體在60℃溶解，再冷卻至50℃得到的稀漿。將這種漿的溶液部分視為接近飽和溶液(少許過飽和)。
上述模型(model)晶體是某批Arg·HCl產(chǎn)品篩分前的80重量組分與同產(chǎn)品125μm以下的篩分下來的晶體(微結(jié)晶)20重量組分的混合物。篩分前的產(chǎn)品及富含微晶的模型結(jié)晶用「セイシン企業(yè)」制造的「ROBOT SHIFTER」測定的粒度分布如圖5所示。
溫度波動(dòng)型式，如表1所示，按5種目標(biāo)型式(No1～5)進(jìn)行控制。
表1溫度波動(dòng)型式
ΔC結(jié)晶溶解量
(3)、結(jié)果與討論溫度(波動(dòng)的)型式(容器內(nèi)實(shí)測)和粒子數(shù)量隨時(shí)間的變化如圖6A、7A、9A、10A及11A所示。這些圖中所示的不同時(shí)刻(a)-(d)的粒度分布(粒度分布隨時(shí)間變化)如圖6B、7B、9B、10B及11B所示。
「TSUBTEC」的計(jì)數(shù)(絕對數(shù))因攪拌狀況、探針(檢測部件)的位置等不同而變化。在本實(shí)驗(yàn)條件下，受結(jié)晶顆粒的消失和少許結(jié)晶產(chǎn)生的影響，結(jié)晶投入后初期約5～10分鐘，粒子數(shù)的增加不穩(wěn)定，假設(shè)初期的粒子數(shù)增加峰的粒子數(shù)為1，檢測顯示的是以此為準(zhǔn)的相對計(jì)數(shù)。
(a)、溫度模式No.1由圖6可知，升溫粒子數(shù)減少，經(jīng)過冷卻中的穩(wěn)定粒子狀態(tài)，由于二次成核，粒子數(shù)有少許增加。二次成核隨每次溫度波動(dòng)而減少。這可以解釋為由于溫度波動(dòng)，溶解速度快的微晶減少，晶體溶解量隨每次波動(dòng)而減少。
在圖6B中，溫度波動(dòng)波峰與粒子數(shù)的波谷不一致。這可以解釋為，溫度上升結(jié)束時(shí)，尚未達(dá)到飽和溶解度，冷卻開始后溶解也繼續(xù)進(jìn)行。另外，溫度波動(dòng)的波谷和二次成核(粒子數(shù)的波峰)也不一致。這可以解釋為二次成核存在等待時(shí)間，冷卻結(jié)束后(50℃)，經(jīng)過10分鐘后再進(jìn)行檢測。由于溫度波動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，100μm以下的結(jié)晶減少，大粒徑的波峰增高。
(b)、溫度型式No.2圖7所示的No.2條件與圖6所示的No.1條件相比，冷卻后馬上引起二次成核。就是說，二次成核時(shí)間早。這可以解釋為，與No.1條件相比，ΔC大，冷卻過程中達(dá)到過溶解度早(參照圖8)。經(jīng)4次冷卻后保持在50℃，這期間計(jì)數(shù)持續(xù)上升。這可以解釋為，如前項(xiàng)(a)No.1條件所述的一樣，存在成核等待時(shí)間的原因。
與圖6B所示的No.1條件相比，即使溫度波動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，100μm左右的微晶量也不怎么減少。如圖8所示，這可以解釋為，溫度波動(dòng)振幅增大，二次成核時(shí)的過飽和度增加，二次成核量也增大。
(c)、溫度型式No.3在圖9A所示的No.3條件下，溫度波動(dòng)振幅與No.1條件相同，可是，顯示二次成核的計(jì)數(shù)在冷卻結(jié)束附近開始增加，而No.1條件在冷卻波谷開始增加。這證實(shí)了如前所述成核存在等待時(shí)間。也可認(rèn)為由于冷卻速度降低，表觀過溶解度降低。另外，增加冷卻速度，相當(dāng)于漿處于亞穩(wěn)定區(qū)即結(jié)晶處于穩(wěn)定成長狀態(tài)的時(shí)間縮短。因此，可以認(rèn)為，根據(jù)物性及結(jié)晶條件，有最佳的冷卻速度。
如圖9B所示，與No.1條件相比，因冷卻速度慢，二次成核量多，100μm左右的微晶不怎么減少。在圖9A的(d)時(shí)刻，顯示二次成核的計(jì)數(shù)幾乎未增加，因此，此時(shí)刻的微晶率下降。
(d)、溫度型式No.4及5作為對比條件，將溫度恒定設(shè)置在50℃或60℃條件下，粒子數(shù)隨時(shí)間變化及粒子分布數(shù)隨時(shí)間變化如圖10A～10B所示。
可以看出，粒子數(shù)的變化，在No.4條件時(shí)有增加傾向，而在No.5條件時(shí)有減少的傾向。在No.4條件下，有增加傾向，這是因?yàn)?，如前述?shí)驗(yàn)流程(圖4)所示，作為前處理，曾一度升溫至60℃，冷卻至50℃后，繼續(xù)保持過飽和狀態(tài)的原因。在No.5條件下，有持續(xù)減少的傾向，這是因?yàn)?，?0℃投入原料漿，未達(dá)到飽和濃度，緩慢溶解的原因。
由圖10B及11B可知，兩者粒子分布幾乎都不隨時(shí)間變化。
(e)、結(jié)晶照片將No.1及No.4條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的漿，用離心分離器進(jìn)行固液分離，經(jīng)干燥所得的結(jié)晶的照片(×1)如圖12所示。與保持在恒溫50℃下的No.4條件下的情況(對比)相比，可知進(jìn)行溫度波動(dòng)(本發(fā)明)條件下的粒徑已非常大型化。
(4)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)使Arg·HCl結(jié)晶懸浮在飽和溶液中，由于溫度波動(dòng)的操作，可以消減微晶，使結(jié)晶粒徑增大。
溫度波動(dòng)法的效果受成核等待時(shí)間、結(jié)晶溶解速度、ΔC(結(jié)晶溶解量)、二次成核(量與速度)和結(jié)晶成長速度等的影響。這些取決與待結(jié)晶物質(zhì)的物性，結(jié)晶條件、設(shè)備特性等。根據(jù)需要考慮這些主要因素，可以確定溫度波動(dòng)法的參數(shù)(振幅和周期)。實(shí)施例1用本發(fā)明的粒度分布控制結(jié)晶法進(jìn)行Arg·HCl精制。
(1)、為便于解釋，先說明一下以往的真空濃縮結(jié)晶法。即作為真空濃縮罐，使用現(xiàn)存的容積約25kL的真空濃縮罐。濃縮采用加料間歇式。濃縮過程中，為將漿溶液量維持在6.5kL，加入Arg·HCl260g/L溶液。冷凝器使用氣壓冷凝器。
(2)、作為濃縮條件，將這種以往的方法，除增加溫度波動(dòng)外，濃縮時(shí)間等其它條件全都不變更，反復(fù)操作，實(shí)施本發(fā)明結(jié)晶法。通過真空度的調(diào)節(jié)，進(jìn)行溫度波動(dòng)的溫度控制。蒸汽量在晶種輸入前約2t/hr，而晶種輸入后約降至1.3t/hr。此時(shí)濃度上升速度約為50g/L·h。為產(chǎn)生溫度波動(dòng)法的效果，由于溫度波動(dòng)法的升溫，濃度上升，速度必須超過50g/L·h(參照前面說明的溫度波動(dòng)法原理)。加料結(jié)束后，升溫至60℃濃縮結(jié)束。
在上述以往的方法及本發(fā)明的結(jié)晶法的實(shí)施時(shí)，為了確認(rèn)本發(fā)明相對以前方法的效果，研究了濃縮結(jié)晶中溫度型式及漿濃度變化與所得產(chǎn)品結(jié)晶粒度分布的關(guān)系。
溫度型式及溫度變化，用設(shè)置在濃縮罐中的K-PATENTS制在線折射儀進(jìn)行。濃度指標(biāo)采用折射率(Brix)表示。Arg·HCl濃度(10g/L)=Brix(50℃)×0.98。5℃和60℃時(shí)的Brix值的變化也被確認(rèn)，差值只不過1％左右。
將漿的結(jié)晶，用虹吸柱(サイホンビ-ラ-)分離，錐形干燥器干燥后，在篩分之前，采用“セイシン企業(yè)”制「ROBOT SHIFTER」測定結(jié)晶粒度分布。其后的圖14中各曲線表示，于各種粒徑相對應(yīng)的篩上余留物的重量對總量的比例。
包括以往濃縮結(jié)晶及本發(fā)明的濃縮結(jié)晶，合計(jì)進(jìn)行5組[組(1)～(5)]結(jié)晶。
圖13A～13E給出了上述5組結(jié)晶的溫度型式。圖14給出了這些組的結(jié)晶粒度分布?？梢宰C實(shí)，任一組結(jié)晶，由于濃縮濃度上升，Brix值上升，晶種添加后由于暫時(shí)的結(jié)晶作用，Brix值都有降低的趨勢。圖15給出了(1)組(以往法)及(2)組(本發(fā)明)的結(jié)晶照片(×26)。
附帶說明，圖13A(1)組采用的是沒有溫度波動(dòng)的以往方法。粒度分布在100μm附近和120μm附近有峰，是采用以往方法典型的實(shí)例。100μm附近的結(jié)晶以至約達(dá)10％。
圖13B(2)組是本發(fā)明組。100μm附近的結(jié)晶量非常少約3％，整體上粒徑也大，溫度波動(dòng)的效果明顯。這組的溫度型式是49～58℃(ΔT=9℃)，周期約30分鐘。初期濃度波幅是20g/L，升溫引起的上升速度是80g/L·h。因?yàn)橛蓾饪s引起的濃度上升是50g/L·h，所以說超過了此值。
圖13C(3)組，開始結(jié)晶后數(shù)小時(shí)與(2)組的情況相類似，后半部分溫度波動(dòng)振幅小，周期變大，沒有(2)組那樣的顯著效果。由此看出，即使后半部分，也能引起二次成核。
圖13(D)(4)組及圖13E(5)組，粒度分布幾乎沒有變化。這可以解釋為，因(4)組周期大，而(5)組振幅小，升溫時(shí)濃度上升速度小于濃縮引起的濃度上計(jì)，所以幾乎不引起微晶的消失。
由圖15所示的照片可知，(2)組由于溫度波動(dòng)微晶幾乎消失，粒徑大型化。
由以上結(jié)果可以確認(rèn)，本發(fā)明的溫度波動(dòng)法，在以往方法的濃縮時(shí)間等濃縮條件不變的情況下，在通常的濃縮操作基礎(chǔ)上，只增加溫度波動(dòng)，就可以調(diào)節(jié)結(jié)晶粒徑，由此可使微晶消減及粒徑大型化。本實(shí)驗(yàn)例采用的條件中，當(dāng)溫度波動(dòng)振幅48-59℃，周期30分鐘時(shí)，微結(jié)晶最少，結(jié)晶粒徑也大。篩分后(篩分下)微結(jié)晶率降至僅3％。從(2)～(5)組的結(jié)果可看出，溫度波動(dòng)法的效果受溫度波動(dòng)振幅和周期等影響，所以，必須恰當(dāng)選擇這些條件。而為了得到溫度波動(dòng)法的效果，必須使升溫時(shí)濃度上升的速度超過濃縮引起的濃度上升。
依據(jù)本實(shí)施例，用L-賴氨酸的醋酸鹽(Lys·AcOH)代替Arg·HCl進(jìn)行濃縮結(jié)晶時(shí)，也獲得了同樣的粒度分布控制的效果。但冷凝器使用了表面冷凝器。
依照本發(fā)明，如前所述，在簡單的減壓濃縮罐(真空濃縮罐)中，不需要追加設(shè)備，也無濃縮時(shí)間延長等的條件改變，只在溫度控制上，增加溫度波動(dòng)，就可以進(jìn)行粒度分布控制結(jié)晶，所以，本發(fā)明應(yīng)用范圍極其廣泛且實(shí)用。
圖1表示溫度波動(dòng)操作中的溫度型式。
圖2表示溫度波動(dòng)法中操作濃度與溶解度的關(guān)系。
圖3表示溫度波動(dòng)效果測試裝置(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖4表示實(shí)驗(yàn)流程(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖5表示模型結(jié)晶等的粒度分布。
圖6A表示No.1條件下粒子數(shù)隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖6B表示No.1條件下粒子分布隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖7A表示No.2條件下粒子數(shù)隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖7B表示No.2條件下粒子分布隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖8表示不同溫度振幅與二次成核溫度的關(guān)系(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖9A表示No.3條件下粒子數(shù)隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖9B表示No.3條件下粒子分布隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖10A表示No.4條件下粒子數(shù)隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖10B表示No.4條件下粒子分布隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖11A表示No.5條件下粒子數(shù)隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖11B表示No.5條件下粒子分布隨時(shí)間的變化(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖12表示結(jié)晶照片(×1)(實(shí)驗(yàn)例1)。
圖13A表示濃縮結(jié)晶的溫度型式(實(shí)施例1)。
圖13B表示濃縮結(jié)晶的溫度型式(實(shí)施例1)。
圖13C表示濃縮結(jié)晶的溫度型式(實(shí)施例1)。
圖13D表示濃縮結(jié)晶的溫度型式(實(shí)施例1)。
圖13E表示濃縮結(jié)晶的溫度型式(實(shí)施例1)。
圖14表示產(chǎn)品的粒度分布(實(shí)施例1)。
圖15表示結(jié)晶的照片(×26)(實(shí)施例1)。
權(quán)利要求
1．一種粒度分布控制結(jié)晶法，其特征在于采用真空濃縮結(jié)晶法使結(jié)晶析出時(shí)，在結(jié)晶母液濃縮過程中，周期性升降漿溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種優(yōu)異的粒度分布控制結(jié)晶法。該方法避免了現(xiàn)有方法的缺點(diǎn),采用真空濃縮結(jié)晶法使結(jié)晶析出時(shí),在結(jié)晶母液濃縮過程中,周期性升降漿溫度(料溫),進(jìn)行粒度分布控制。
文檔編號C13B25/00GK1236657SQ9910385
公開日1999年12月1日 申請日期1999年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者上田洋, 福士博司, 小澤宗之 申請人:味之素株式會(huì)社