(57)【要約】  本発明は、固液分離効率の高い固液分離方法および固液分離装置を提供する。より詳しくは、本発明は、固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、液体の脱液状態を感知して、固液分離を終了させる時期を決定することを特徴とする固液分離方法と、固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、および液体の脱液状態を感知する手段を含む固液分離装置とを提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、液体の脱液状態を感知して、固液分離を終了させる時期を決定することを特徴とする固液分離方法。
【請求項２】
（ａ）固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程から（ｂ）洗浄液を用いて分離された固体を洗浄する工程へ移行する際に、液体の脱液状態を感知し、脱液工程から洗浄工程への移行の時期を決定することを特徴とする固液分離方法。
【請求項３】
液体の脱液状態をアコースティックエミッションセンサーで感知する請求項１または２に記載の固液分離方法。
【請求項４】
遠心ろ過によって液体を脱液する請求項１〜３のいずれか１項に記載の固液分離方法。
【請求項５】
液体が母液であり、固体が結晶である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固液分離方法。
【請求項６】
固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、および液体の脱液状態を感知する手段を含む固液分離装置。
【請求項７】
固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、洗浄液を用いて分離された固体を洗浄する手段、および液体の脱液状態を感知する手段を含む固液分離装置。
【請求項８】
液体の脱液状態をアコースティックエミッションセンサーで感知する請求項６または７に記載の固液分離装置。
【請求項９】
遠心ろ過によって液体を脱液する請求項６〜８のいずれか１項に記載の固液分離装置。
【請求項１０】
液体が母液であり、固体が結晶である請求項６〜９のいずれか１項に記載の固液分離装置。
【請求項１１】
固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、アコースティックエミッションセンサーを用いて液体の脱液状態を感知する方法。
【請求項１２】
固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、およびアコースティックエミッションセンサーを用いて液体の脱液状態を感知する手段を含む感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体および固体を含むスラリーから高純度の固体を得るための固液分離方法および固液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アミノ酸やペプチド等の天然物や合成物等の成分を含有する溶液から目的の成分を単離精製する方法として、例えば、濃縮晶析等による結晶化が行われている。このような結晶化の過程で母液および結晶を含むスラリーが得られ、このスラリーから固液分離によって結晶を回収する。【０００３】
固液分離の方法の一つに遠心ろ過が知られている。遠心ろ過には、バスケット型の遠心ろ過装置が広く使用されている。スラリーの遠心ろ過の際に、充分に母液が脱液されず、結晶に付着して残ると、製品純度の低下を引き起こすことになる。そこで、その付着した母液を洗い流すことを目的として、結晶洗浄が行なわれる。【０００４】
図１を参照して、一般的なバスケット型遠心ろ過装置を用いた従来の結晶分離および結晶洗浄の工程を説明する。
一般的なバスケット型遠心ろ過装置は、全てタイマーで工程移行するようにプログラムが組まれており、スラリー給液後、一定時間母液を脱液し、固体である結晶と液体である母液を分離する。その後、結晶洗浄工程に移行する際には、遠心ろ過装置に取り付けられた洗浄ノズルから、洗浄液として、水あるいはメタノール等の有機溶媒を結晶表面に噴霧することで、付着している母液を洗い流すようになっている。洗浄もタイマーで稼動し、一定時間経過すると洗浄を終了する。その後、一定時間洗浄液を脱液する。場合によっては、洗浄および脱液を数回繰り返し、最後に所定時間脱液して、結晶洗浄を完了する。【０００５】
遠心ろ過において、結晶形の大きさが母液または洗浄液の脱液性に大きく影響する。しかし、従来の結晶分離および結晶洗浄方法では、上記のように、全てタイマーで工程移行するため、結晶形の変化に対応できずに、どのような結晶サイズでも、全て同じ設定時間で工程移行することになる。
そのため、結晶が小さく、母液の脱液性が非常に悪い場合は、母液が充分に脱液されないまま結晶分離工程が終了してしまい、乾燥や洗浄などの次工程に悪影響を及ぼし、純度が低下した結晶を取得することになる。結晶が大きく、母液の脱液性が非常に良い場合は、母液が脱液されているにもかかわらず遠心操作が続行され、無駄に時間を使っていることになる。【０００６】
また、結晶洗浄を行う際の洗浄効率を考えた場合、一般的に、洗浄液がピストンフローで母液を押し出すことが、最も効率の良い洗浄法であると考えられている。したがって、結晶表面の母液が脱液される寸前で洗浄工程に移行する必要がある。しかし、上記のように母液の脱液性が非常に良い場合、早い段階で母液が脱液され、残りの時間は高速回転による影響で付着している母液が乾燥し、母液に含まれる塩類が析出してしまい、結晶の純度を低下させるおそれがある。
一方、母液がまだ脱液されていない状態で洗浄工程に移行すると、多量の母液と洗浄液が混ざってしまい、洗浄効率が低下し、結晶の純度を低下させるおそれがある。
そこで、母液の脱液状態を感知し、理想的な状態で結晶分離工程を終了する方法、または洗浄工程へ移行する方法が求められていた。【０００７】
特開２００４−２３１６４２号公報には、遠心分離する際の操作圧力をフラッシュ冷却して晶析する工程の最終晶析圧力よりも高くすることによって高純度テレフタル酸を製造する方法が開示され、特開２００４−２６１７１０号公報には、結晶の粒度調整を行って洗浄の安定性および洗浄効率を向上した結晶の分離洗浄方法が開示されているが、いずれの方法も、母液の脱液状態を感知し、理想的な状態で結晶分離工程を終了すること、または洗浄工程へ移行することについては考慮されていない。【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２３１６４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、固液分離によって液体および固体を含むスラリーから固体を回収するために液体を脱液する工程において、液体の脱液状態を感知し、適切な時期に固体分離工程を終了すること、または固体洗浄工程に移行することによって固体の洗浄効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、（１）固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、液体の脱液状態を感知して、固液分離を終了させる時期または、（２）（ａ）固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程から（ｂ）洗浄液を用いて分離された固体を洗浄する工程への移行する際に、液体の脱液状態を感知し、脱液工程から洗浄工程への移行の時期を決定する。
上記（１）の固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程の前後に、固体の洗浄工程を行ってもよく、必要なければ行わなくてもよい。
液体および固体を含むスラリーは、特に限定されないが、例えば、母液と結晶を含むスラリーを挙げることができる。
本発明によれば、用いる固液分離の方法によって母液の脱液状態を感知し、最適な時期に結晶分離工程を終了するか、または結晶の洗浄工程に移行するので、洗浄の際に多量の母液が結晶中に残存していることもなく、過度の脱液工程により母液に含まれる塩類が結晶表面に析出することもない。【００１１】
本発明者らは、母液の脱液状態を感知する方法を鋭意研究した結果、固液分離によって母液が脱液される際に、母液が発生するアコースティックエミッション（Acoustic Emission; 以下、「ＡＥ」と略す。）を測定することで、母液の脱液状態を正確に感知できることを見出した。【００１２】
一般に、ＡＥは、材料が内部に蓄えていたひずみエネルギーを弾性波として放出する際に発生する数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの超音波領域の周波数帯域の信号と定義され、建物や配管等の非破壊検査等にＡＥ測定が行われている。ＡＥ測定には、ＡＥの発生数、周波数、またはエネルギーといった様々な測定項目がある。【００１３】
本発明の具体例として、スラリーの固液分離に一般的な遠心ろ過を用いた場合、脱液される母液が遠心ろ過装置の内壁に衝突して発生する信号のＡＥの測定値と母液の脱液状態との間に相関関係があることを見出し、ＡＥセンサーを用いてＡＥを測定することによって母液の脱液状態を瞬時に感知できることを確認した。例えば、ＡＥセンサーを用いることで、遠心ろ過装置自体から生じる騒音や振動に影響を受けずに、脱液した母液が内壁に衝突して発生する信号を感度よく感知できるため、母液の脱液状態を把握することができる。
また、ＡＥ値が最小になったとき、母液が完全に脱液された状態であると正確に判断することができる。したがって、ＡＥを測定することによって、どのような結晶形に対しても、ＡＥ値が最小となる適切な時期に結晶分離工程を終了することが可能になる。また、結晶の洗浄工程も含む結晶の分離方法においては、ＡＥ値が最小になる前の適切な時期に洗浄工程に移行することが可能となる。
すなわち、本発明は、固液分離、特に、遠心ろ過において、ＡＥセンサーによる測定値から母液の脱液状態を感知することにより、結晶の大きさにより左右される結晶分離を終了する時期を適切に決定することを特徴とする。また結晶洗浄工程も含む結晶の分離方法においては、ＡＥセンサーによる測定値から母液の脱液状態を感知し、結晶表面の母液が脱液される寸前で洗浄工程に移行することで、洗浄効率の高い結晶洗浄を行なうことを特徴とする。【００１４】
より具体的には、本発明は、以下の（１）〜（１２）に関する。
（１）  固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、液体の脱液状態を感知して、固液分離を終了させる時期を決定することを特徴とする固液分離方法。
（２）  （ａ）固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程から（ｂ）洗浄液を用いて分離された固体を洗浄する工程へ移行する際に、液体の脱液状態を感知し、脱液工程から洗浄工程への移行の時期を決定することを特徴とする固液分離方法。
（３）  液体の脱液状態をアコースティックエミッションセンサーで感知する（１）または（２）に記載の固液分離方法。
（４）  遠心ろ過によって液体を脱液する（１）〜（３）のいずれか１つに記載の固液分離方法。
（５）  液体が母液であり、固体が結晶である（１）〜（４）のいずれか１つに記載の固液分離方法。
（６）  固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、および液体の脱液状態を感知する手段を含む固液分離装置。
（７）  固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、洗浄液を用いて分離された固体を洗浄する手段、および液体の脱液状態を感知する手段を含む固液分離装置。
（８）  液体の脱液状態をアコースティックエミッションセンサーで感知する（６）または（７）に記載の固液分離装置。
（９）  遠心ろ過によって液体を脱液する（６）〜（８）のいずれか１つに記載の固液分離装置。
（１０）
液体が母液であり、固体が結晶である（６）〜（９）のいずれか１つに記載の固液分離装置。
（１１）  固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する工程において、アコースティックエミッションセンサーを用いて液体の脱液状態を感知する方法。
（１２）  固液分離によって液体および固体を含むスラリーから液体を脱液する手段、およびアコースティックエミッションセンサーを用いて液体の脱液状態を感知する手段を含む感知装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、固液分離によって液体および固体を含むスラリーから固体を分離する際、好ましくは母液および結晶を含むスラリーから結晶を分離する際、液体の脱液状態を正確に感知することができるので、固体の分離に必要な時間を最適化できる。
さらに、本発明によれば、固体洗浄を行う際、洗浄効率を向上させて、高純度の固体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】スラリーから結晶を固液分離するための遠心ろ過工程の流れ図。
【図２】本発明の装置の構成を示す概略図。
【図３】本発明による結晶の分離洗浄の具体例を説明する概略図。
【図４】本発明による結晶の分離洗浄の具体例を説明する概略図。
【図５】ＡＥ測定値の一例を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００１７】
１  遠心ろ過装置
１０  外槽
１１  内槽
１２  スラリー給液口
１３  結晶洗浄ノズル
１４  ろ液排出口
１５  ＡＥセンサー
２  ＡＥデータ解析部
３  スラリー
３０  結晶
３１  ろ液
４  洗浄液
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の固液分離装置としては、固液分離が可能な装置であれば特に制限はなく、好ましくは結晶分離装置が挙げられる。また、本発明の固液分離装置には、固液洗浄機能、好ましくは、結晶洗浄機能を有している装置も含まれる。
本発明の固液分離装置は、図２に示すごとく、遠心ろ過装置１およびＡＥデータ解析部２から構成される。
図２に示す遠心ろ過装置１は一般的なバスケット型遠心ろ過装置であるが、それに限るものではない。この遠心ろ過装置１の本体は外槽１０および内槽１１からなる。外槽１０は筐体（図示せず）に固定され、内槽１１は微小孔が多数設けられた回転筒であり、高速回転させることができる。遠心ろ過装置１には、さらに、図３に示すスラリー３を内槽１１内に給液するためのスラリー給液口１２、遠心ろ過によりスラリー３から分離された結晶３０を洗浄するための洗浄液４を噴霧する結晶洗浄ノズル１３、および遠心ろ過によって分離された母液または洗浄液のろ液３１を排出するろ液排出口１４が取り付けられている。
また、外槽１０の外壁には、遠心ろ過によりスラリー３から脱液されたろ液３１が外槽１０の内壁に衝突する際に発生する信号を検出するためのＡＥセンサー１５が取り付けられ、このＡＥセンサー１５はＡＥデータ解析部２に接続されている。検出された信号はＡＥデータ解析部２に送られ、解析される。
ＡＥデータ解析部２は、例えば、ＡＥ信号を取り込み、データを解析するためのＡＥ専用ボードを内蔵したパソコンである。ＡＥセンサーにより測定された信号の測定値をディスプレイに表示することができる。【００１９】
本発明法も従来法と同様に図１に示す工程により結晶の分離工程から洗浄工程に移行し、結晶の洗浄が行われる。従来法ではスラリー給液後、タイマーで各工程が進んでいくが、本発明法では、母液脱液から洗浄に移行するタイミングが、ＡＥセンサーの測定値によって決定される。そうすることで、最適な時期に結晶分離を終了することが可能となり、また理想的な洗浄を行なうことが可能となった。
さらに、従来法では決まった時間、脱液を行なっていたのに対し、本発明法では、脱液状態に応じて任意に時間を変化させるため、どのような結晶形に対しても、最適な時期に結晶分離を終了することが可能であり、結晶の洗浄を行う場合でも、常に理想的な状態で洗浄工程に移行することが可能である。また、無駄な時間を省くことができ、遠心ろ過工程時間の短縮にも繋がる。【００２０】
図２、図３および図４を参照して、本発明法によりスラリーから結晶を分離する工程、およびこの工程から結晶を洗浄する工程に移行する過程を具体的に説明する。
まず、結晶３０および母液を含むスラリー３をスラリー給液口１２から内槽１１内に給液する（図３ａ）。所定量のスラリーを給液後、内槽１１を回転させて、スラリー３の遠心分離を開始する。結晶３０は遠心力により内槽１１の内壁に張り付けられ、一方、母液はろ液３１として内槽１１に設けられた多数の微小孔を通って外槽１０内に脱液される（図３ｂ）。
ここでは、スラリー３を給液した後、内槽１１の回転を開始したが、内槽１１を所定の回転数で回転させて、その中にスラリー３を給液することもできる。回転する内槽にスラリーを給液すれば、内槽１１の内壁に均一に結晶が張り付き、洗浄効率が向上するので好ましい。
また、スラリーを給液したときに、スラリーを均一に飛散させる目的で、内槽１１の底部中心に、例えば、円錐型の突出部を設けることができる。【００２１】
脱液されたろ液３１（ここでは、母液）は外槽１０の内壁に衝突して信号を発生する。このとき発生した信号がＡＥセンサー１５で検出され、データ解析部２に送られる。結晶分離のみ行う場合は、ＡＥ信号の解析結果に従って、脱液が完了したと判断されれば、内槽１１の回転を止めて、結晶分離を終了する。
また、引き続き結晶洗浄を行う場合、ＡＥ信号の解析結果に従って、所定水準まで脱液されたと判断されれば、洗浄ノズル４から結晶表面に洗浄液４を噴霧する（図３ｃ）。タイマーの設定時間洗浄液４を噴霧した後、噴霧を終了する（図４ａ）。洗浄液の噴霧終了後、ろ液３１（ここでは、洗浄液）からのＡＥ信号の解析結果に従って、脱液が完了したと判断されれば、内槽１１の回転を止めて、脱液を終了する（図４ｂ）。必要であれば、洗浄および脱液工程（図３ｃおよび図４ａ）を繰り返し、脱液を終了する。【００２２】
図５は、本発明の方法による遠心ろ過操作の際のＡＥ測定の一例を示す。この測定では、内槽１１を回転させつつスラリーを給液しているため、スラリー給液と同時にＡＥ測定値は上昇する。スラリー給液中（Ａ領域）は、母液が常に遠心ろ過装置内壁に衝突しているため、ＡＥ測定値は高い値を示している。
スラリー給液が終了し、脱液工程（Ｂ領域）に移行すると、徐々に母液が脱液され、遠心ろ過装置内壁に衝突する母液の量が減少してくるため、ＡＥ測定値も減少する。
次に洗浄工程に入ると、噴霧された洗浄液が脱液されてくるため、再度ＡＥ測定値は上昇する。洗浄液の噴霧を中断して脱液工程に入ると、ＡＥ測定値は減少してくる。これを数回繰り返す（Ｃ領域）。洗浄完了後、最終的に脱液を行い（Ｄ領域）、結晶を回収する。
図５のＢ領域においてＡＥ値が減少しつつある段階（ＡＥ値：約０．０９Ｖ→約０．０２Ｖ）では、結晶表面上に母液が残存していると判断できる。このＡＥ値減少段階で、母液の脱液工程から洗浄工程に移行することができるが、母液が完全に脱液していない、ＡＥ値の減少率が大幅に緩和される時期で移行することが好ましい。
一方、Ｃ領域の脱液工程やＤ領域の最終段階では、最小のＡＥ値（約０．０１５Ｖ）を示しているが、このとき、完全に脱液された状態である。そこで、予め最小ＡＥ値を把握していれば、洗浄の際に多量の母液が結晶中に残存していることもなく、過度の脱液工程により母液に含まれる塩類が結晶表面に析出することもない最適な状態をより正確に判断することができる。
このように、ＡＥセンサーを用いれば、遠心ろ過の脱液状態を感知することが可能である。上記の結晶分離工程を終了する適切な時期、および脱液工程から洗浄工程に移行する適切な時期は、脱液するスラリーの状態、量、含まれる物質、目的とする結晶純度、用いる固液分離装置に依存する。【００２３】
本発明により分離または洗浄される固体としては、固液分離装置で液体と分離できる固体であればいずれでもかまわないが、例えば、アミノ酸、ペプチド、核酸関連物質などの天然物や化学合成物などを挙げることができる。具体的には、バリン、ロイシン、イソロイシン、グルタミン、アルギニン、セリン、プロリン、スレオニン、トリプトファン、フェニルアラニン、シトルリン、チロシン、グリシン、メチオニン、シスチン、システイン、アスパラギン、ヒスチジン、リジン、グルタミン酸、アスパラギン酸、ヒドロキシプロリン、オルニチン、アラニルグルタミン、グルタチオン、アデニン、アデノシン一リン酸、アデノシン三リン酸、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、フラビンアデニンジヌクレオチド、オロチン酸、ウラシル、リボフラビン、シチコリンなどを挙げることができる。【００２４】
本発明に用いられるスラリーとしては、上記のような物質の結晶と液体との混合物であればどのようなものでもかまわないが、具体的には、アミノ酸発酵液から菌体を分離したろ液を濃縮し、そのアミノ酸が結晶として析出した溶液などを挙げることができる。【００２５】
実施例１
Ｌ−バリン発酵液から菌体を分離したろ過液から、濃縮晶析によりＬ−バリン結晶を析出させた。その後、ＡＥセンサー（日本フィジカルアコースティクス社製  Win-PCI2システム）を取り付けたバスケット型遠心ろ過装置（タナベウィルテック社製）で、結晶と母液を分離した。母液脱液工程において、従来法と本発明法の２通りのパターンで試験を行なった。従来法では、ＡＥセンサーを使用せず、全工程ともタイマー設定に従って終了させた。一方、本発明法では、母液脱液工程にＡＥセンサーを使用し、ＡＥ測定値が減少しつつある時点（０．０６Ｖ）で終了させた。その後、タイマー設定に従って結晶洗浄工程および脱液工程を終了させた。また、比較試験のため、従来法での結晶洗浄工程無しの試験も実施した。表１に示すように、本発明法では従来法の母液脱液時間を１／２に短縮できた。【００２６】
【表１】
2007034825.tif 000002
【００２７】
結晶に付着した母液に熱がかかることで、結晶は着色することが知られている。したがって、加熱した結晶の着色度を測定すれば結晶に付着した母液の量を定量することができ、それによって、結晶の洗浄効率を数値化し得る。
具体的には、表１の各方法で最終的に得られたＬ−バリン結晶を、１０５℃の乾熱器で、１時間または２４時間加熱した。加熱されたＬ−バリン結晶を脱イオン水に溶解して得られた２５ｇ／Ｌ溶液の４３０ｎｍにおける吸光度（ＯＤ４３０）を測定し、その値を着色度とした。結果を表２に示す。【００２８】
【表２】
2007034825.tif 000003
【００２９】
表２に示すように、本発明法では従来法に比べ低い値を示したので、付着した母液の量が少なく、洗浄効率が高いということが分かった。したがって、ＡＥ測定で最適な時期に母液脱液工程を終了することにより、脱液工程時間の短縮効果だけでなく、純度の高い結晶を得ることができた。【００３０】
実施例２
Ｌ−ロイシンでは、母液脱液工程と１回目の洗浄工程後の脱液工程（脱液１）の各脱液工程ごとに従来法と本発明法の２通りのパターンでの試験を実施した。従来法では、ＡＥセンサーを使用せず、全行程をタイマー設定に従って終了させた。一方、本発明法では母液脱液工程と１回目の結晶洗浄工程後の脱液工程（脱液１）にＡＥセンサーを使用し、その後タイマー設定に従って結晶洗浄２工程および脱液２工程を終了させた。また、比較試験のため、従来法での結晶洗浄無しの試験も実施した。
表３に示すように、本発明法では、母液脱液工程および脱液１工程で従来法に比べて脱液工程時間を短縮することができた。【００３１】
【表３】
2007034825.tif 000004
【００３２】
各方法で最終的に得られたＬ−ロイシン結晶を６０℃、真空で約１２時間乾燥した。加熱されたＬ−ロイシン結晶を１規定の塩酸に溶解して得られた５０ｇ／Ｌ溶液の４３０ｎｍにおける吸光度（ＯＤ４３０）を測定し、その値を着色度とした。結果を表４に示す。【００３３】
【表４】
2007034825.tif 000005
【００３４】
表４に示すように、本発明法では従来法に比べ低い値を示したので、付着した母液の量が少なく、洗浄効率が高いということが分かった。したがって、ＡＥ測定で最適な時期に母液脱液工程と結晶洗浄後の脱液工程を終了することにより、各脱液工程時間の短縮効果だけでなく、純度の高い結晶を得ることができた。
【図１】
2007034825.tif 000006
【図２】
2007034825.tif 000007
【図３】
2007034825.tif 000008
【図４】
2007034825.tif 000009
【図５】
2007034825.tif 000010
【国際調査報告】
2007034825.tif 000011
2007034825.tif 000012
2007034825.tif 000013
2007034825.tif 000014