(57)【要約】【課題】晶析槽の液量が変動するような晶析法において、結晶性物質の粒度分布が比較的狭く、濾過性が良好な晶析法を提供すること。【解決手段】攪拌翼を備えた槽内の結晶性物質含有溶液から溶媒を蒸発させて結晶性物質を晶析させる方法であって、下式（１）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする晶析方法等。Ｎｐ・ρ・ｎ３・ｄ５・Ｖ−１・１０−３・・・（１）［式中、Ｎｐは動力数（無次元）を、ρは溶媒の密度及び結晶性物質の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎは攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄは攪拌翼の径（ｍ）、Ｖは槽内の液量（ｍ３）を表す。］【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌翼を備えた槽内の結晶性物質含有溶液から溶媒を蒸発させて結晶性物質を晶析させる方法であって、下式（１）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする晶析方法。
Ｎｐ・ρ・ｎ３・ｄ５・Ｖ−１・１０−３・・・（１）
［式中、Ｎｐは動力数（無次元）を、ρは溶媒の密度及び結晶性物質の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎは攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄは攪拌翼の径（ｍ）、Ｖは槽内の液量（ｍ３）を表す。］
【請求項２】
攪拌翼を備え且つ結晶性物質の良溶媒溶液が存在する槽中に該結晶性物質に対して貧溶媒を添加して結晶性物質を晶析させるか、又は、攪拌翼を備え且つ結晶性物質に対して貧溶媒が存在する槽中に該結晶性物質の良溶媒溶液を添加して結晶性物質を晶析させる方法であって［但し、良溶媒と貧溶媒は互いに混和する］、下式（１’）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする晶析方法。
Ｎｐ１・ρ１・ｎ１３・ｄ１５・Ｖ１−１・１０−３・・・（１’）
［式中、Ｎｐ１は動力数（無次元）、ρ１は良溶媒の密度、貧溶媒の密度及び結晶性物質の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎ１は攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄ１は攪拌翼の径（ｍ）、Ｖ１は槽内の液量（ｍ３）を表す。］
【請求項３】
攪拌翼を備え且つ反応試剤と溶媒からなる溶液が存在する槽中に原料物質及び上記溶媒からなる溶液若しくは分散液を添加して結晶性物質を晶析させる方法か、又は、攪拌翼を備え且つ原料物質及び上記溶媒からなる溶液が存在する槽中に反応試剤と溶媒からなる溶液若しくは分散液を添加して結晶性物質を晶析させる方法であって、下式（１’’）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする反応晶析方法。
Ｎｐ２・ρ２・ｎ２３・ｄ２５・Ｖ２−１・１０−３・・・（１’’）
［式中、Ｎｐ２は動力数（無次元）、ρ２は原料物質の密度、反応試剤の密度、結晶性物質の密度及び溶媒の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎ２は攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄ２は攪拌翼の径（ｍ）、Ｖ２は槽内の液量（ｍ３）を表す。］
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は晶析槽内の液量が変動するような晶析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
槽内の液量が変動するような晶析方法としては、例えば食塩水溶液を減圧下に濃縮する際に、晶析槽における攪拌翼の回転速度を一定にし、攪拌所要動力の変動を波形解析して、晶析の最適終点を検出する方法が公知である（特許文献１の特許請求の範囲及び段落番号００３８参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−７１１０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、晶析槽の液量が変動するような晶析法においては、攪拌翼の回転速度を一定にすると、結晶性物質の粒度分布が幅広くなって濾過性が悪化するか、スラリーを排出する際に晶析槽底部に接続された配管を閉塞する結果、生産効率が低下するという問題があった。また、結晶性物質が槽の底部に沈降して堆積する結果、品質にバラツキが生じるという問題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討した結果、上記の晶析槽の液量が変動するような晶析法において、晶析槽における液量の変動に応じて単位体積当りの攪拌動力が一定になるように攪拌翼の回転数を制御すると、上記問題点が解決できることを見出して、本発明を完成した。
【０００６】
即ち、本発明は、
（イ）攪拌翼を備えた槽内の結晶性物質含有溶液から溶媒を蒸発させて結晶性物質を晶析させる方法であって、下式（１）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする晶析方法
【０００７】
Ｎｐ・ρ・ｎ３・ｄ５・Ｖ−１・１０−３・・・（１）
［式中、Ｎｐは動力数（無次元）、ρは溶媒の密度及び結晶性物質の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎは攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄは攪拌翼の径（ｍ）、Ｖは槽内の液量（ｍ３）を表す。］、
【０００８】
（ロ）攪拌翼を備え且つ結晶性物質の良溶媒溶液が存在する槽中に該結晶性物質に対して貧溶媒を添加して結晶性物質を晶析させるか、又は、攪拌翼を備え且つ結晶性物質に対して貧溶媒が存在する槽中に該結晶性物質の良溶媒溶液を添加して結晶性物質を晶析させる方法であって［但し、良溶媒と貧溶媒は互いに混和する］、下式（１’）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする晶析方法
【０００９】
Ｎｐ１・ρ１・ｎ１３・ｄ１５・Ｖ１−１・１０−３・・・（１’）
［式中、Ｎｐ１は動力数（無次元）、ρ１は良溶媒の密度、貧溶媒の密度及び結晶性物質の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎ１は攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄ１は攪拌翼の径（ｍ）、Ｖ１は槽内の液量（ｍ３）を表す。］、
並びに、
【００１０】
（ハ）攪拌翼を備え且つ反応試剤と溶媒からなる溶液が存在する槽中に原料物質及び上記溶媒からなる溶液若しくは分散液を添加して結晶性物質を晶析させる方法か、又は、攪拌翼を備え且つ原料物質及び上記溶媒からなる溶液が存在する槽中に反応試剤と溶媒からなる溶液若しくは分散液を添加して結晶性物質を晶析させる方法であって、下式（１’’）で算出される単位体積当りの攪拌動力（ｋＷ／ｍ３）が一定になるように、槽内液量の変動に応じて攪拌翼の回転数を制御することを特徴とする反応晶析方法
【００１１】
Ｎｐ２・ρ２・ｎ２３・ｄ２５・Ｖ２−１・１０−３・・・（１’’）
［式中、Ｎｐ２は動力数（無次元）、ρ２は原料物質の密度、反応試剤の密度、結晶性物質の密度及び溶媒の密度の加重平均値（ｋｇ／ｍ３）、ｎ２は攪拌翼の回転数（ｓｅｃ−１）、ｄ２は攪拌翼の径（ｍ）、Ｖ２は槽内の液量（ｍ３）を表す。］
【００１２】
を提供するものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の（イ）、（ロ）及び（ハ）の晶析方法はバッチ形式で行われる。
本発明の（イ）は、晶析槽内の結晶性物質含有溶液を攪拌下に蒸発させる蒸発晶析法である。上記方法（イ）において、好ましい結晶性物質としては、例えば、香料、医薬及び農薬等の工業製品、或いはその中間体として有用な有機化合物等が挙げられる。又、好ましい溶媒としては、例えば、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系及び炭化水素系等の有機溶媒が挙げられる。
なお、式（１）におけるρは、例えば、溶媒の密度が１ｋｇ／ｍ３、結晶性物質の密度が３ｋｇ／ｍ３であり、溶媒と結晶性物質の重量比が０．８：０．２である場合、次式のように算出される。
（１×０．８＋３×０．２）／（０．８＋０．２）＝１．４ｋｇ／ｍ３
【００１４】
本発明の（ロ）は、結晶性物質の良溶媒溶液が存在する晶析槽中に攪拌下に貧溶媒を添加して結晶性物質を晶析させる添加晶析法、又は、結晶性物質の良溶媒溶液を攪拌下に晶析槽内の貧溶媒中に添加する添加晶析法である。上記方法（ロ）において、好ましい結晶性物質としては、例えば、有機カルボン酸、有機スルホン酸、有機アミン、及び、これらの誘導体（例えば、カルボン酸の金属塩、カルボン酸のアンモニウム塩、カルボン酸のアミン塩、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物、カルボン酸アミド、スルホン酸の金属塩、スルホン酸のアンモニウム塩、スルホン酸アミド、有機アミンの鉱酸塩、４級アンモニウム塩等）等の化合物が挙げられる。
【００１５】
結晶性物質と貧溶媒及び良溶媒との組合せは特に限定されるものではなく、晶析性物質が、例えば、アルコールによく溶けるが水に溶けない物質には、アルコールと水の組合せ、アセトンによく溶けるが水に溶けない物質には、アセトンと水の組合せ、酢酸によく溶けるが水に溶けない物質には、酢酸と水の組合せ、エーテルによく溶けるがアルコールに溶けない物質には、エーテルとアルコールの組合せ、アルコールによく溶けるがアセトンに溶けない物質には、アルコールとアセトンの組合せ、エーテルによく溶けるが石油系溶媒に溶けない物質には、エーテルと石油系溶媒の組合せ、ベンゼン若しくはトルエンによく溶けるが石油系溶媒に溶けない物質には、ベンゼン若しくはトルエンと石油系溶媒の組合せ、ベンゼン若しくはトルエンによく溶けるがアルコールに溶けない物質には、ベンゼン若しくはトルエンとアルコールの組合せ、又は、クロロホルムによく溶けるが石油系溶媒に溶けない物質には、クロロホルムと石油系溶媒の組合せが用いられる。
【００１６】
更に上記の貧溶媒及び良溶媒が逆になった組合せ、すなわち晶析性物質が、例えば、水によく溶けるがアルコールに溶けない物質には、水とアルコールの組合せ、水によく溶けるがアセトンに溶けない物質には、水とアセトンの組合せ、水によく溶けるが酢酸に溶けない物質には、水と酢酸の組合せ、アルコールによく溶けるがエーテルに溶けない物質には、アルコールとエーテルの組合せ、アセトンによく溶けるがアルコールに溶けない物質には、アセトンとアルコールの組合せ、石油系溶媒によく溶けるが、エーテルに溶けない物質には、石油系溶媒とエーテルの組合せ、石油系溶媒によく溶けるが、ベンゼン若しくはトルエンに溶けない物質には、石油系溶媒とベンゼン若しくはトルエンの組合せ、アルコールによく溶けるが、ベンゼン若しくはトルエンに溶けない物質には、アルコールとベンゼン若しくはトルエンの組合せ、又は、石油系溶媒によく溶けるが、クロロホルムに溶けない物質には、石油系溶媒とクロロホルムの組合せが用いられる。
なお、式（１’）におけるρ１は、例えば、良溶媒の密度が１ｋｇ／ｍ３、貧溶媒の密度が２ｋｇ／ｍ３、結晶性物質の密度が３ｋｇ／ｍ３であり、良溶媒と貧溶媒と結晶性物質の重量比が０．２：０．５：０．３である場合、次式のように算出される。
（１×０．２＋２×０．５＋３×０．３）／（０．２＋０．５＋０．３）＝２．１ｋｇ／ｍ３
【００１７】
本発明の（ハ）は、反応試剤の溶液中に原料物質の溶液を添加する反応晶析法、又は、原料物質の溶液中に反応試剤の溶液を添加する反応晶析方法である。上記方法（ハ）において、好ましい原料物質としては、例えば、アルミン酸のアルカリ金属塩、コバルト酸のアルカリ金属塩やニッケル酸のアルカリ金属塩のような無機化合物、及び、安息香酸、アントラニル酸、ナフトエ酸、カプリン酸、ラウリン酸、２，２，３，３−テトラメチルシクロプロパンカルボン酸やニコチン酸のアルカリ金属塩等のような有機化合物が挙げられる。
好ましい反応試剤としては、例えば、炭酸、硫酸、塩酸及び硝酸等のような酸や、炭酸ニッケル、炭酸カルシウム及び炭酸バリウムのような炭酸塩等が挙げられる。
また、溶媒としては、例えば、水、エタノールやプロパノール等のアルコール類、メチルエチルケトン等のケトン類、及び、これらの水とアルコール類及び／又はケトン類との混合溶媒が挙げられる。
なお、式（１’’）におけるρ２は、例えば、原料物質の密度が１ｋｇ／ｍ３、反応試剤の密度が２ｋｇ／ｍ３、結晶性物質の密度が３ｋｇ／ｍ３、溶媒の密度が０．５ｋｇ／ｍ３であり、原料物質と反応試剤と結晶性物質と溶媒の重量比が０．２：０．１：０．３：０．４である場合、次式のように算出される。
（１×０．２＋２×０．１＋３×０．３＋０．５×０．４）／（０．２＋０．１＋０．３＋０．４）
＝１．５ｋｇ／ｍ３
【００１８】
本発明の晶析法は、蒸発晶析法、添加晶析法及び反応晶析法において、それぞれ、式（１）、（１’）及び（１’’）における単位体積当りの攪拌動力が一定になるように攪拌翼の回転数を制御する方法である。
これらの晶析法における晶析槽や攪拌翼は、一般に化学工業において用いられているものであればよい。晶析槽としては、例えば、半球型底面円筒槽、皿型底面円筒槽、偏平底面円筒槽、底面邪魔板付偏平底面円筒槽、槽壁邪魔板付偏平底面円筒槽や槽壁邪魔板付皿型底面円筒槽等が挙げられる。
又、攪拌翼としては、例えば、アンカー翼、平型パドル翼（傾斜角９０°）、傾斜型パドル翼（傾斜角４５°）や三方後退翼が挙げられるが、スラリー中の晶析性物質の濃度が低濃度であるときは、三方後退翼が好ましい。
攪拌翼径と晶析槽内径との好ましい比率は、晶析槽の種類、攪拌翼の種類及びこれらの組合せにより若干異なるが、概ね０．３５〜０．９の範囲である。同様に、攪拌翼の取付け高さ（槽底と攪拌翼とのクリアランス）及び晶析槽内径の好ましい比率は、晶析槽の種類、攪拌翼の種類及びこれらの組合せにより若干異なるが、概ね０．０５〜０．２の範囲である。
攪拌翼の取付け高さ及び槽高さの好ましい比率は、晶析槽の種類、攪拌翼の種類及びこれらの組合せにより若干異なるが、概ね０．０５〜０．４５の範囲である。
なお、動力数Ｎｐ、Ｎｐ１及びＮｐ２は、例えば、「改訂五版  化学工学便覧（昭和６３年３月１８日丸善株式会社発行）」の８９５頁、図２０・８記載の曲線から求められる。通常の晶析はレイノルズ数が１０４以上で行なわれるため、上記レイノルズ数の範囲では、事実上、上記動力数は攪拌翼の種類、邪魔板の有無によって決定される定数とみなされる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例等により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例により限定されるものではない。
【００２０】
比較例１
苛性ソーダ１６８重量部を７５０重量部の水に溶解し、水酸化アルミニウム１８０重量部を加えて加熱、溶解せしめた後、アルミン酸ソーダ液を調製した。
別途、ビーバーテールバッフル付の３枚後退翼を有する円筒状槽に、平均粒径１０μｍの水酸化アルミニウムを１００重量部含んだ種晶含有スラリーの１１００重量部を仕込み、４０℃に保ちながら、上記のアルミン酸ソーダ調製液を１６時間かけて滴下した。アルミン酸ソーダ溶液の滴下終了後、８時間熟成し、得られたスラリーを円筒状槽の底部から抜き出した。このスラリーを、濾過器（直径１０ｃｍ）を用いて１００ｋＰａで濾過した結果、濾過時間約１３００秒で、濾液７２１ｍｌを得た。この結果とＲｕｔｈの式を用いて算出した濾過時の比抵抗αは、８．６×１０１０ｍ／ｋｇであった。
なお、上記円筒状槽における３枚後退翼の径は０．０６３ｍ、アルミン酸ソーダ溶液の密度は１２００ｋｇ／ｍ３、種晶含有スラリーの密度は１３００ｋｇ／ｍ３、滴下したアルミン酸ソーダ溶液の体積は９１７ｍｌ、種晶含有スラリーの体積は８４６ｍｌ、滴下時における攪拌翼の回転数は毎秒１０回転であった。
【００２１】
攪拌動力数は０．４７、単位体積当りの攪拌動力は、滴下開始時に０．８１ｋＷ／ｍ３であり、滴下終了時に０．３３ｋＷ／ｍ３であった。
【００２２】
実施例１
［本発明の（ハ）に対応］
円筒状槽内の種晶含有スラリーに対してアルミン酸ソーダ調製液を滴下する際に、３枚後退翼の回転数を下記のように徐々に増加させて晶析する以外は、比較例１と同様に晶析操作を行った［攪拌動力は０．３３ｋＷ／ｍ３であり、アルミン酸ソーダ調製液の滴下中は、一定であった］。
【００２３】
滴下開始〜２．５時間目・・・毎秒７．６回転、
２．５時間目〜５時間目・・・・毎秒８．２回転、
５時間目〜７．５時間目・・・・毎秒８．７回転、
７．５時間目〜１０時間目・・・毎秒９．１回転、
１０時間目〜１２．５時間目・・毎秒９．６回転、
１２．５時間目〜１５時間目・・毎秒１０回転
［８時間熟成中・・毎秒１０回転］
【００２４】
８時間熟成後、得られたスラリーを円筒状槽の底部から抜き出した。このスラリーを、濾過器（直径１０ｃｍ）を用いて１００ｋＰａで濾過した結果、濾過時間５５０秒であった。Ｒｕｔｈの式を用いて算出した濾過時の比抵抗αは、３．６×１０１０ｍ／ｋｇであった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の（イ）〜（ハ）によれば、粒度の揃った濾過性の良好な結晶性物質が得られ、スラリーを排出する際にも晶析槽底部に接続された配管を閉塞しないので、生産効率が向上する。また、結晶性物質が槽の底部に沈降することもないので、結晶性物質の品質が安定する。