(57)【要約】  溶液に含まれる溶質を結晶化させるための、  −溶液のための相互に通じる第１のチャンバ（２）及び第２のチャンバ（１）、並びにチャンバ内を過飽和状態に保つための手段（２０）、  −小結晶粒を含む第１の液流を、第２のチャンバの静穏域（１５）から、抽出するため及びこの液流を第１のチャンバに還流させるための第１の流路、及び  −粗結晶粒を含む第２の液流を、第２のチャンバから、抽出するため及びこの第２の液流を第１のチャンバに送り込むための第２の流路、を有し、第１及び第２の液流を同じ方向で第２の流路に流入させるように、第１の流路の下流端（２６）が第２の流路と合体する、晶析装置。
2010533062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理されるべき溶液に含まれる溶質を結晶化させるための晶析装置において、前記晶析装置が、
−  処理されるべき前記溶液を保持するための第１のチャンバ（２）及び第２のチャンバ（１）、
−  前記溶液内の前記溶質の結晶粒を形成するために前記溶液の少なくとも一部を過飽和状態に保つための手段（２０）、
−  前記結晶粒を懸濁状態に保つために前記第１のチャンバから前記第２のチャンバに前記溶液を循環させるための手段、
−  前記第２のチャンバ内に存在させておきたい前記溶液の一部を、前記第２のチャンバ内で、前記第２のチャンバと通じる少なくとも１つの静穏域（１５）に隔離するための手段（１１，１３）、
−  小径溶質結晶粒子を含む第１の液流を、前記静穏域から、選択的に抽出するため、及び前記第１の液流を前記第１のチャンバに還流させるための第１の流路（１６，１７，１８，１９，２０，２３，２６，２５）、及び
−大径溶質結晶粒子を含む第２の液流を、前記第２のチャンバから、選択的に抽出するため、及び前記第２の液流を前記第１のチャンバに送り込むための第２の流路（２４，２５）、
を備え、
前記第１の流路の下流端（２６）は、前記第１の液流及び前記第２の液流が前記第２の流路において同じ方向に流されるように、前記第２の流路と合体することを特徴とする晶析装置。
【請求項２】
前記第１の流路の前記下流端部分（２６）が前記第２の流路内にほぼ同軸態様で配されることを特徴とする請求項１に記載の晶析装置。
【請求項３】
前記溶液を過飽和状態に保つための前記手段が、前記第１の流路に配された、前記第１の液流を加熱するためのヒーター、及び前記第２のチャンバに設けられた蒸気流出口（５ａ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の晶析装置。
【請求項４】
前記ヒーターが、熱媒流体（２１，２２）のための流路及び前記第１の流路の一部をなす加熱されるべき流体のための流路を有する隔壁式熱交換器（２０）を含むことを特徴とする請求項３に記載の晶析装置。
【請求項５】
発熱反応を起こす混合物を含む溶液に含まれる溶質を結晶化させるための、請求項３に記載の晶析装置において、前記溶液を過飽和状態に保つための前記手段が前記反応で放出される熱を含むことを特徴とする晶析装置。
【請求項６】
前記第１のチャンバから前記第２のチャンバに前記溶液を循環させるための前記手段が前記第１の流路に配された循環ポンプ（１８）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の晶析装置。
【請求項７】
前記晶析装置が、前記第１の液流に、あるいは前記第２のチャンバの前記静穏域または前記静穏域の内の１つに、存在する前記結晶粒の内、与えられた粒径の結晶粒、好ましくは粒径が最小の結晶粒を除去するための、第３の流路を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の晶析装置。
【請求項８】
前記第３の流路が、与えられた粒径をもつ前記結晶粒を含む第３の液流を形成するための、前記第１の流路に配された固−液分離器（２８）、及び前記結晶粒を溶解させるために前記第３の液流を加熱するための手段（３０）を含み、前記第３の流路が前記第１の流路において終端することを特徴とする請求項７に記載の晶析装置。
【請求項９】
前記第３の流路が、前記第２のチャンバの前記静穏域または前記静穏域の内の１つから与えられた粒径をもつ前記結晶粒を液流の形態で抽出するために前記第２のチャンバの前記静穏域または前記静穏域の内の前記１つに始まり、前記結晶粒を溶解させるために前記液流を加熱するための手段を含み、前記第１の流路において終端することを特徴とする請求項７に記載の晶析装置。
【請求項１０】
前記第２のチャンバ（１）がほぼ垂直の円筒形側壁（４）を有し、上端壁（５）及び下端壁（６ａ）で閉じられ、前記第１のチャンバ（２）が前記第２のチャンバ内部をほぼ同軸態様で、前記第２のチャンバの前記下端壁（６ａ）を通過して延びる管形部分（１０）を有し、前記第２のチャンバ内の前記溶液の少なくとも一部を隔離するための前記手段が、前記第２のチャンバの少なくとも一部に沿う前記第２のチャンバの前記円筒形側壁（４）上に始まり、前記第２のチャンバの内部に向かって実質的に径方向に延び、次いで前記第１のチャンバの前記管形部分（１０）にほぼ平行に前記第１のチャンバに向かって延び、よって前記円筒形側壁とともに前記静穏域を定める、隔壁（１１，１３）を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の晶析装置。
【請求項１１】
前記第２の流路が、前記第２のチャンバの前記下端壁（６ａ）に前記第１のチャンバ（２）の前記管形部分（１０）が貫入する区域の近傍において前記第２のチャンバ（１）から始まるダクト（２４，２５）を含み、前記第２の流路が前記第１のチャンバにおいて終端することを特徴とする請求項１０に記載の晶析装置。
【請求項１２】
前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバの底部において、前記大径結晶粒を保持するための区域（８）を有し、前記大径結晶粒のための流出口（９）が前記区域に設けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の晶析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は処理されるべき溶液に含まれる溶質を結晶化させるための晶析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の晶析装置に３つのタイプがあることは一般に認知されている。
【０００３】
第１に、強制循環型晶析装置と呼ばれる晶析装置がある。強制循環型晶析装置は、処理されるべき溶液を収めるためのチャンバ及び、チャンバの底部に配された流出口からチャンバの上部に配された流入口に、溶液内に過飽和状態をつくるための熱交換器を通して、循環ポンプの作用によって循環される溶液を運ぶための、チャンバの外部にある流路を有する。このタイプの晶析装置では、結晶粒径分布が極めて広い、中程度（通常は２５０〜４００μｍ）の粒径をもつ結晶粒が得られる。
【０００４】
第２に、オスロ（Oslo）晶析装置と呼ばれる晶析装置がある。オスロ晶析装置は処理されるべき溶液を保持するためのチャンバを有し、チャンバ内で、溶液は上部から中央降流管を通って下方に流れてから、降流管の周囲でチャンバ内を上昇して戻るように循環させられ、この間に、溶液は過飽和状態をつくるための熱交換器を通過した後に溶液をチャンバの上部に運び戻す、チャンバ外部の流路により、比較的透明な、すなわち結晶含有量が低い形態でチャンバから抽出される。このタイプの晶析装置で得られる結晶粒は比較的粗く（通常は１.５〜２ｍｍ）、結晶粒径分布は広くも狭くもない。
【０００５】
第３に、ＤＴＢ（ドラフトチューブバッフル）晶析装置と呼ばれる晶析装置がある。ＤＴＢ晶析装置内で、溶液は、中央管を通って底部から上方に、次いで中央管の周囲で上部から下方に、進む動きをつくる攪拌機の効果の下で、循環させられ、この間に、溶液は、溶液の結晶含有量が低い静穏域に到達し、静穏域から抽出され、最微結晶粒（すなわち微粒）を溶解させるために再加熱され、次いで晶析装置の底に再び導入される。得られる結晶粒は微粒が除去されているため比較的粗い（通常は１〜２ｍｍ）が、攪拌機による結晶粒の機械的破壊のため粒径分布は比較的広い。さらに、攪拌機の使用には、装着が困難、封止形成が課題、いかなる故障も検出するための監視が必要、のような様々な欠点がある。
【０００６】
理解されたであろうように、上述した既存の晶析装置は、設計及び実施上の難点を有し、及び／または結晶粒径及び結晶粒径分布に関して不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、構造が簡単で、分布が狭く、任意に調節できる粒径をもつ結晶粒を得ることができる晶析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的のため、本発明にしたがう晶析装置は、
−処理されるべき溶液を保持するための第１及び第２のチャンバ、
−溶液内の溶質の結晶粒を形成するために溶液の少なくとも一部を過飽和状態に保つための手段、
−結晶粒を懸濁状態に保つために第１のチャンバから第２のチャンバに溶液を循環させるための手段、
−第２のチャンバ内に存在させておきたい溶液の一部を、第２のチャンバ内で、第２のチャンバと通じる少なくとも１つの静穏域に隔離するための手段、
−小径溶質結晶粒子を含む第１の液流を、静穏域から、選択的に抽出するため及び第１の液流を第１のチャンバに還流させるための第１の流路、及び
−大径溶質結晶粒子を含む第２の液流を、第２のチャンバから、選択的に抽出するため及び第２の液流を第１のチャンバに送り込むための第２の流路、
を備え、
第１の流路の下流端は、第１及び第２の液流が第２の流路において同じ方向に流されるように、第２の流路と合体する。
【０００９】
第２の流路、すなわち最も粗い結晶粒子（結晶粒）を含む液流がしたがう流路には、この液流は第１の流路内で循環している第１の液流の効果の下で第１のチャンバに運ばれるであろうから、循環ポンプを使用する必要がないことが容易に理解されるであろう。
【００１０】
循環ポンプがないことから、粗結晶粒は、粗結晶粒を微結晶粒にするような、いかなる機械的応力も受けることはなく、よって結晶粒径分布が狭い、比較的粗い結晶粒を得ることが可能である。
【００１１】
一実施形態にしたがえば、第１の流路の下流端部は第２の流路にほぼ同軸態様で配される。この配置の結果、粗結晶粒を含む液流の引込み、したがって随伴が乱流を最小限に抑えて、行われ、よって粗結晶粒が破壊されるいかなるリスクも排除される。
【００１２】
溶液を過飽和状態に保つための手段は、第１の流路に配された、第１の液流を加熱するためのヒーター、及び第２のチャンバに設けられた蒸気流出口を有することが好ましい。この場合、ヒーターは、熱媒流体のための流路及び加熱されるべき液体のための流路を有する隔壁式熱交換器を有することができ、加熱されるべき液体のための流路は第１の流路の一部をなすことができる。
【００１３】
本発明にしたがう晶析装置が、発熱反応のサイトである混合物を含む溶液内に含まれる溶質を結晶化させるための装置である場合、溶液を過飽和状態に保つための手段はこの反応で放出される熱を含むことに注意すべきである。そのような溶液の例には、硫酸アンモニウムを得るための硫酸とアンモニアの混合物を挙げることができる。
【００１４】
第１のチャンバから第２のチャンバに溶液を循環させるための手段は、第１の流路に配された循環ポンプを有することが有利である。
【００１５】
知られているように、溶質結晶粒は、粗結晶粒が得られる、既存の結晶粒上への溶質の堆積、または小粒径の新しい溶質結晶粒（種結晶）の形成による、脱過飽和の結果として形成される。
【００１６】
粗溶質結晶粒が望ましければ、可能な限り微粒の形成を避けるかまたは微粒を排除することが必要であることは容易に理解されるであろう。
【００１７】
したがって、特定の一実施形態にしたがえば、本発明にしたがう晶析装置は、第１の液流に、あるいは第２のチャンバの静穏域または静穏域の内の１つに存在する結晶粒の中で粒径が最小の結晶粒であることが好ましい、与えられた粒径の結晶粒を除去するための第３の流路を有することができる。
【００１８】
この第３の流路は、与えられた粒径の結晶粒を含む第３の液流を形成するための、第１の流路に配された固−液分離器及びそのような結晶粒を溶解させるために第３の液流を加熱するための手段を含むことができ、第３の流路は第１の流路において終端する。
【００１９】
一変形にしたがえば、第３の流路は、液流の形態にある与えられた粒径をもつ結晶粒を第２のチャンバから抽出するための第２のチャンバの静穏域または静穏域の内の１つに始まり、結晶粒を溶解させるための、液流を加熱するための手段を含み、第１の流路において終端する。
【００２０】
一実施形態にしたがえば、本発明にしたがう晶析装置は、第２のチャンバがほぼ垂直の円筒形側壁を有し、上端壁及び下端壁で閉じられ、第１のチャンバが第２のチャンバ内部をほぼ同軸態様で、第２のチャンバの下端壁を通過して延びる管形部分を含み、第２のチャンバ内の溶液の少なくとも一部を隔離するための手段が、第２のチャンバの少なくとも一部に沿う第２のチャンバの円筒形側壁上に始まり、第２のチャンバの内部に向かってほぼ径方向に延び、次いで第１のチャンバの管形部分にほぼ平行に第１のチャンバに向かって延び、よって円筒形側壁とともに静穏域を定めるための、隔壁を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記実施形態の文脈内で、第２の流路は、第２のチャンバの下端壁の、第１のチャンバの管形部分が貫入する区域近傍において第２のチャンバに始まるダクトを含み、第２の流路は第１の流路において終端する。これと同じ晶析装置において、第１のチャンバは大径結晶粒を保持するための区域を第１のチャンバ底部に有し、この区域にはそのような大径結晶粒に対する流出口が備えられている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は晶析装置全体の簡略な縦断面図である。
【図２】図２は図１の線II-IIに沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ここでは、例として与えられるだけであって、添付図面に表される、特定の一実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２４】
図１及び２は下部チャンバ２上に載っている上部チャンバを有する晶析装置を示す。
【００２５】
上部チャンバ１は切頭円錐形の下部３を有し、切頭円錐形下部３の上側の大きな底面は蒸気流出口５ａが設けられた上端面５によって上端で閉じられた垂直円筒形壁体４に結合される。
【００２６】
下部チャンバ２自体は切頭円錐形部分７の基部で終端するほぼ垂直な円筒形側壁６を有し、切頭円錐形部分７基部の下側の小さな底面は、下部で閉じられた円筒形部分８により下方に延長され、この閉止部近傍に、粗結晶粒を大量に含有する液体のための流出口９が設けられる。
【００２７】
下部チャンバ２の円筒形側壁６は上部で切頭円錐形下部３の下側の小さな底面に結合されてから、切頭円錐形壁体６ａにより延長され、切頭円錐形壁体６ａの小さな底面は上部チャンバ１の内側にほぼ同軸態様で配される垂直管１０で終端する。
【００２８】
垂直管１０の高さは、その上端が晶析装置において処理されるべき溶液の液面より若干下になるように選ばれる。
【００２９】
さらに、円筒形隔壁１１が、垂直管１０を囲んで、上部チャンバ１内に同軸態様で配される。この隔壁１１は、上部周縁１２により、上向傾斜面１３を介して側壁４に結合される。
【００３０】
隔壁１１の下部周縁１４は、隔壁１１，側壁４及び傾斜面１３の間に定められる区域１５が、この区域１５の外側に存在する乱流によって攪乱されない、静穏域であるように、上部チャンバ１の下端から十分な距離にあることに注意すべきである。
【００３１】
側壁４には、区域１５において、ポンプ１８の吸入側１７に連結される液体流出口１６が設けられ、ポンプ１８の送出側１９は、隔壁式熱交換器２０の、加熱されるべき液体の流路の流入口に通じ、熱交換器２０の熱媒流体（例えば水蒸気）流路は流入口２１及び流出口２２を含む。
【００３２】
熱交換器２０の加熱された液体の流路の流出口は熱交換器２０からの加熱された液体を下部チャンバ２に戻すための配管２３に結合される。
【００３３】
本発明の一本質的特徴にしたがえば、ダクト２５を介して下部チャンバ２の内部と通じる流出口２４が切頭円錐形部分３に設けられる。
【００３４】
配管２３は、配管２３の下流端２６がダクト２５内に同軸態様で配され、ダクト２５内の液体が流れ出して下部チャンバ２に流入するように、ダクト２５と合体する。このように、説明された晶析装置は処理されるべき溶液の取入口２７により完結し、取入口２７は熱交換器２０の上流に配される。
【００３５】
本発明の晶析装置の動作は以下の通りである。
【００３６】
その溶質を結晶化させたい、処理されるべき溶液が、上部チャンバ１内で所望に液面に達するように、取入口２７を介して晶析装置に注入され、ポンプ１８は稼働している。この溶液の溶質濃度は当然溶質の性質に依存し、溶液が飽和に近い状態にあるように選ばれる。
【００３７】
当然、上部チャンバ１内の液面は、例えば取入口２７を介して送り込まれる新鮮溶液の流量を調節するか、または本発明の装置のいずれかのポイントにおいて濾過液を抽出することによって、結晶化動作期間にわたってほぼ一定に保たれる。
【００３８】
所望の液面に達するとすぐに熱交換器２０が稼働させられる。熱交換器は、溶液の少なくとも一部が過飽和に達するに十分に液体を蒸発させるように調節される。適切であれば、蒸気流出口５ａを真空源に連結することによって蒸発を容易にすることができる。
【００３９】
上記状況の下で、種結晶が生じるか、あるいは小結晶粒が溶液内に既に存在していれば、小結晶粒が大きくなる。
【００４０】
上部チャンバ１及び下部チャンバ２内の流量は、結晶粒及び形成された種結晶を懸濁状態に保つために、可変流量ポンプであることが好ましい、ポンプ１８を用いて調節され、粒径が閾値以下の種結晶及び結晶粒だけが流出口１６に運ばれて、流出口１６を通して区域１５から除去される。
【００４１】
実際、この区域において、結晶化粒子は粒径勾配にしたがって分布し、最も微細な粒子は最上部にある。
【００４２】
流出口１６から出てくる透明な、すなわち微細粒子含有量が比較的低い、液体は次いで、ポンプ１８の作用により、熱交換器２０に送られ、熱交換器２０において適切な温度に加熱されてから部材２３，２５及び２６を介して上部チャンバ１に注入される。
【００４３】
上部チャンバ１に戻る前に、上部チャンバ１，垂直管１０，下部チャンバ２及び区域１５を通って結晶粒及び種結晶が移動する間に、結晶粒及び種結晶は粗大になり、十分な粒径に達するまでこのサイクルを行い、そのようにして形成された、十分な粒径をこえる粗結晶粒は上部チャンバ１の底部に下部チャンバ２に集まり、流出口２４を通して、配管２３の下流端２６から流出する液体の吸引／随伴効果の下で、下部チャンバ２に取り出される。
【００４４】
ダクト２３，２４，２６の相対口径は上部チャンバ１からの結晶粒の取出しを妨げないような口径であることに注意すべきである。
【００４５】
そのような粗結晶粒にかかる機械的応力がなければ、結晶粒の破壊または分裂の問題はおこらず、結晶粒は円筒形部分８にそのまま集められ、円筒形部分８から流出口９を介して抽出される。
【００４６】
本発明の別の特徴にしたがえば、粒径がさらに大きい結晶粒が望ましい場合、流出口１６とポンプ１８の吸引側１７の間に固−液分離器２８が備えられる。
【００４７】
結晶粒濃度が最も低い液分はポンプ１８に向かってそのまま進み続ける。
【００４８】
結晶粒濃度が最も高い液分（通常、分離器に入る液体の約１/１０〜１/１５を表す）は循環ポンプ２９によって熱交換器３０に取り入れられ、そこで結晶粒を溶解させるに十分な温度まで加熱されてから、液分は配管３１を介して配管２３に戻される。
【００４９】
そのような状況下においては、脱過飽和時に、溶質は最も微細な粒子（すなわち微粒）上ではなく、より粗い結晶粒上に堆積して、最終的に粗結晶粒が得られることになる。
【００５０】
一別形にしたがえば、分離器２８は省略されて、ポンプ２９の吸入側は静穏域１５に、好ましくは流出口１６からある程度距離をおいて、直接に連結される。
【００５１】
他の別形にしたがえば、流路１６-１７-１８-１９-２０-２３-２６と同じ構造であるが、静穏域１５の別のポイントから始まり、流路２４-２５と同等の、それ自体は流出口２４からある程度距離をおいて下部チャンバ２の底から始まる、流路において終端する少なくとも１つの別の流路を上部チャンバ１及び下部チャンバ２の外部に設けることが可能であろう。
【００５２】
本発明は、
−狭い結晶粒径分布を得ることが可能である、
−排除される微粒の量を変えることによって結晶粒径を任意に修正することが可能であり、そのような排除を行わないと、微粒を排除して得られる結晶粒より小さな結晶粒が得られる、
−上部チャンバ１の円筒形側壁４の内面上に溶質塊ができた場合、そのような溶質塊は、壁面から外れても、下部チャンバ２の下部円筒形部分８に落ち込むことができず、したがって結晶粒の抽出を妨げない、
−本発明にしたがう技術は小容量晶析装置及び大容量晶析装置に用いることができる、
−液体及び結晶粒の循環は（ＤＴＢの場合におけるような）攪拌機が存在しない「準リニア」であるから、パイロット試験からの外挿が容易である、
−大粒径結晶粒が得られる、（微粒を破壊しない）強制循環型晶析装置、または（微粒を破壊する）ＤＴＢ晶析装置としての使用が可能である、
−本発明の晶析装置は、（溶液が反応性混合物であり、その生成物が結晶化される必要がある場合の）晶析−反応装置として、（純化が必要とされる場合の）晶析−分離装置として、または（溶質が結晶の形態にあることが求められる場合の）単純な晶析装置として、用いることができる、
を含む多くの利点がある。
【符号の説明】
【００５３】
１    第２のチャンバ
２    第１のチャンバ
４    円筒形側壁
５    上端壁
５ａ    蒸気抽出口
６ａ    下端壁
９    結晶粒流出口
１０    管形部分
１１，１３    隔壁
１５    静穏域
１６，１７，１９，２０，２３    第１の流路
１８    循環ポンプ
２１，２２    熱媒液
２４，２５    第２の流路
２６    第１の流路の下流端
２８    固−液分離器
３０    熱交換器
【図１】
2010533062.tif 000003
【図２】
2010533062.tif 000004
【国際調査報告】
2010533062.tif 000005
2010533062.tif 000006
2010533062.tif 000007
2010533062.tif 000008