CH657998A5

CH657998A5 - Verfahren und vorrichtung zum mehrstufigen umkristallisieren.

Info

Publication number: CH657998A5
Application number: CH6210/82A
Authority: CH
Inventors: Hiroshi Oka
Original assignee: Kohjin Co
Priority date: 1981-08-18
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1986-10-15
Also published as: JPS5830303A; DE3239244A1; GB2128496B; GB2128496A; JPS631881B2; US4544391A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung einer Substanz aus einem Gemisch von festen Substanzen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Abtrennung und Reinigung einer Substanz durch 30 Kristallisieren werden in der chemischen Industrie weit verbreitet durchgeführt. Insbesondere stellt die Kristallisation eine wirksame Abtrennungsmöglichkeit für eine Substanz dar, auf die Abtrennmöglichkeiten unter Anwendung eines Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts, wie die Destillation, 35 aufgrund eines niedrigen Dampfdruckes kaum anzuwenden ist. Jedoch gibt es häufig Fälle, in denen keine ausreichende Abtrennung bei einmaliger Durchführung der Kristallisation erfolgt. In derartigen Fällen wird gewöhnlich eine Methode unter wiederholtem Umkristallisieren in Laboratorien angelo wendet, um eine gewünschte Substanz mit der gewünschten Reinheit zu erzielen, jedoch kann diese Methode nur schwierig aufgrund der geringen Trennausbeute industriell angewendet werden.

Die Ausbeute kann verbessert werden durch Anwenden 45 eines Filtrats, das beim Umkristallisieren einer Substanz mit höherer Reinheit erzielt wird, als Kristallisationslösungsmittel für die Substanz mit niedrigerer Reinheit in einer vorhergehenden Stufe, und es wird ein mehrstufiges Trenn- und Kristallisationsverfahren, basierend auf dieser Idee, darge-50 legt. Das Prinzip der mehrstufigen Trennungs- und Kristallisationsmethode ist bekannt und kann durch das folgende Diagramm dargestellt werden:

3

657 998

1 bis n: Anzahl der Umkristallisationsstufen Z: Rohmaterial

C: Kristalle

M: gelöster Stoff im Umkristallisationsfiltrat L: Lösungsmittel

Bei diesem Verfahren werden jedoch feste und flüssige Phasen gehandhabt, wodurch das Verfahren kompliziert wird und eine industrielle Anwendung der Methode verhindert wird.

Als ein Verfahren, bei dem eine Trennung von festen und flüssigen Phasen nicht erforderlich ist, wird eine mehrstufige Trennungs- und Kristallisationsmethode empfohlen, bei der Kristalle an der Wand einer Kristallisationskolonne bzw. eines Kristallisationsturms als einem Kristallisator abgeschieden werden und die Mutterlauge der Kristallisation als Lösungsmittel für die Kristallisation in einem anderen Kristallisator einer früheren Stufe verwendet wird, wie in der JA-AS Nr. 41637/1978 (Tokkyo Kokoku) beschrieben. Jedoch weist dieses Verfahren den Nachteil auf, dass seine Wirksamkeit gering ist und die Arbeitsweise kompliziert ist aufgrund des ausschliesslichen Ansatzsystems unter Anwendung eines einzigen Kristallisators in jeder Stufe.

Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Abtrennung einer gewünschten Substanz in hohen Ausbeuten durch mehrstufige Umkristallisation bereitzustellen, das wirksam bei einfacher Verfahrensführung durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Abtrennung oder Reinigung durch Umkristallisieren, das kontinuierlich und wiederholt in einem einzigen Kristallisator durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Kristallisators, der eine einfache Bauweise aufweist und geeignet ist zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahrensweise.

Diese und andere Ziele und Gegenstände der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Erfindungsgemäss wird ein Verfahren zur Abtrennung einer Substanz aus einem Gemisch fester Substanzen bereitgestellt, bei dem intermittierend und im Gegenstrom ein Rohmaterial in der Form eines Gemischs von festen Substanzen von einem Endabschnitt einer Bödenkolonne bzw. eines Bödenturms und ein Lösungsmittel vom anderen Endabschnitt der Bödenkolonne bzw. des Bödenturms zugeführt wird, wobei die Bödenkolonne in Kammern durch Trennböden zur Abtrennung einer Ausfällung und einer Flüssigkeit aufgeteilt ist, und das mehrstufige Umkristallisieren in zeitlich abgestimmter Weise, bezogen auf das intermittierende Zuführen, in einem Zyklus durchgeführt wird, der aus dem Erwärmen des Lösungsmittels injeder Kammer zur Auflösung der festen Substanzen, der Überführung der resultierenden Lösung injeder Kammer in die benachbarte nächste Kammer, dem Kühlen der Lösung zur Ausfällung einer gewünschten Substanz und Überführen der resultierenden Mutterlauge injeder Kammer in die benachbarte vorhergehende Kammer und der Entnahme der gewünschten Substanz mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Lösungsmittelzuführungsseite liegt, und der unerwünschten Substanzen mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Rohmaterialzuführungsseite liegt, besteht.

Durch die Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bereitgestellt, die eine Kolonne bzw. einen Turm mit einer Beschik-kungsöffnung zum Beschicken mit Rohmaterial, das erste und zweite Bestandteile enthält, und einer Entnahmeöffnung zum Abführen einer Lauge, die den zweiten Bestandteil enthält, am einen Endabschnitt, einer Beschickungsöffnung zum Beschicken mit einem Lösungsmittel und einer Entnahmeöffnung zum Abführen einer Lauge, die den ersten Bestandteil enthält, am anderen Endabschnitt, mehreren porösen Trennböden, die geeignet sind, Flüssigkeit hindurchzulassen, jedoch nicht geeignet sind, Kristalle hindurchzulas-5 sen, wobei die porösen Trennböden vorgesehen sind, um die Kolonne bzw. den Turm in Kammern aufzuteilen, die in Reihe bzw. Serie angeordnet sind, und Einrichtungen zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts in dem Turm, umfasst.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist den Vorteil auf, io dass eine bestimmte Substanz in einfacher Verfahrensweise und mit hoher Trennwirksamkeit und bei guter Durchführbarkeit isoliert wird. Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch ausgezeichnet als Trennverfahren unter Anwendung des Löslichkeitsgieichgewichts, das einer Rektifizierverfah-i5 rensweise entspricht, unter Ausnutzung des Gas-Flüssigkeits-Gleichgewichts, da optimale Arbeitsbedingungen durch geeignete Auswahl der Beschickungsmenge eines Lösungsmittels und der Anzahl der Stufen gewählt werden können. Auch weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine 2o einfache Struktur auf, lässt sich einfach bedienen und ist kostengünstig, der Arbeitsgang lässt sich gut aufrechterhalten und dementsprechend ist die Vorrichtung sehr wertvoll für die industrielle Anwendung.

Die beigefügte Figur stellt eine schematische Ansicht dar, 25 die eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Mehrstu-fen-Umkristallisations-Vorrichtung zeigt.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird durchgeführt unter Anwendung einer Bödenkolonne mit Heiz- und Kühleinrichtungen, die durch Trennböden bzw. Trennplatten zur 30 Abtrennung eines Feststoffs und einer Flüssigkeit in Kammern unterteilt ist. Ein festes Rohmaterial, bei dem es sich um eine Substanz handelt, die Verunreinigungen enthält,

oder um ein Gemisch einer Substanz, die isoliert werden soll und einer Substanz, die entfernt werden soll, wird intermit-35 tierend vom oberen Endabschnitt der Bödenkolonne eingespeist und ein Lösungsmittel wird intermittierend vom unteren Endabschnitt der Bödenkolonne eingeführt. Die Auflösung der Feststoffe durch Erwärmen und das Kristallisieren durch Kühlen werden entsprechend dem Zyklus der inter-40 mittierenden Bespeisung des Rohmaterials und des Lösungsmittels wiederholt, wodurch im Gegenstrom wiederholt umkristallisiert wird, während die resultierende Mutterlauge in jeder Kammer erneut durch Überführen in die benachbarte obere Kammer verwendet wird. Eine gewünschte Substanz, 45 die gewonnen werden soll, wird mit dem Lösungsmittel als eine Lösungsmittel-Lösung vom unteren Endabschnitt der Bödenkolonne entnommen und eine unerwünschte Substanz, die mit dem Lösungsmittel als Lösungsmittel-Lösung entfernt werden soll, wird vom oberen Endabschnitt der Boso denkolonne entnommen. Die Trennböden bestehen aus einem porösen Material. Zum Zeitpunkt des Erwärmens können die Platten die resultierende Lösung der festen Substanzen hindurchlassen und zum Kühlungszeitpunkt können die Platten bewirken, dass die Mutterlauge durchtreten kann, je-55 doch nicht die resultierenden Kristalle. Die Bödenkolonne ist mit Heiz- und Kühleinrichtungen versehen. Es können in den jeweiligen Kammern mehrere Heiz- und Kühleinrichtungen vorgesehen sein, oder es kann eine einzige Heiz- und Kühleinrichtung vorliegen, z.B. ein Mantel, durch den ein 60 Heizmedium zum Zeitpunkt des Erwärmens geführt wird und ein Kühlmedium zum Zeitpunkt des Kühlens geführt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Mehrstufenkristallisiervorrichtung werden im folgen-65 den unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Ein Kristallisator aus zehn Stufen wird als eine erfindungsgemässe Ausführungsform veranschaulicht, jedoch lässt sich die folgende Erläuterung auch auf Kristallisatoren

657 998

4

mit beliebiger Stufenanzahl anwenden. Das Verfahren wird für den Betrieb unter normalen Bedingungen erläutert, derart, dass sich die Zusammensetzung in dem Turm in einem stetigen Zustand befindet.

Wenn die Lösung in eine mehrstufige Umkristallisations-Kolonne 1 eingefüllt wird, wird ein festes Roh- bzw. Ausgangsmaterial in die oberste Kammer von einer Beschik-kungsöffnung 2 für die Beschickung mit Rohmaterial in einer derartigen Menge eingeführt, die das Lösungsmittel in der oberen Kammer auflösen kann. Ein Heizmedium wird anschliessend durch den Wärmeaustauscher 3 zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts des Turms geleitet, um die Feststoffe zu erwärmen und aufzulösen. Die resultierende Lösung in der Kammer jeder Stufe wird kaum mit der Lösung der benachbarten Kammern vermischt, da die Kammern durch Trenneinrichtungen 4 zur Trennung von Feststoff und Flüssigkeit unterteilt sind, z.B. durch ein Filtermedium wie Filtertuch. Wenn die Feststoffe in dem Lösungsmittel gelöst sind, wird die Lösung injeder Kammer in Abwärtsrichtung in die nächst-niedrigere Kammer überführt, während die Lösung in der Bodenkammer in einen abschliessenden Kristallisationsbehälter 5 aus der Entleerungsöffnung zur Entnahme der Lösung, in der eine gewünschte Komponente isoliert oder gereinigt wird durch wiederholtes Umkristallisieren, gelöst ist.

Anschliessend wird ein Kühlmedium durch den Wärmeaustauscher 3 geführt, um die Kristalle auszufällen und zu kühlen. Die in den abschliessenden Kristallisationsbehälter 5 überführte Lösung wird ebenfalls zur Bildung von Kristallen als Endprodukt gekühlt. Es ist nicht nötig, die Durchführung der abschliessenden Kristallisation im Behälter 5 mit dem Auflösungs- und Kristallisationszyklus in der Kolonne abzustimmen. Die aus der Kolonne übermittelte Lösung kann in dem Behälter 5 angesammelt und zur Kristallisation in einem Klumpen unterzogen werden. Das Endprodukt wird von der Mutterlauge durch einen Separator 6 abgetrennt und entnommen. Die abgetrennte Mutterlauge wird in einem abschliessenden Mutterlaugenbehälter 7 gelagert.

Nach dem Kristallisieren durch Kühlen werden eine Mutterlaugenmenge, die für eine Kammer ausreicht und eine geeignete Menge frisches Lösungsmittel von dem abschliessenden Mutterlaugenbehälter 7 und einem Behälter für frisches Lösungsmittel 8 zu der Bodenkammer durch eine Beschickungsöffnung zur Beschickung mit Lösungsmittel, die sich im unteren Endabschnitt der Kolonne 1 befindet, beschickt. Durch das Beschicken mit Mutterlauge, bzw. mit gebrauchtem Lösungsmittel und frischem Lösungsmittel, wird die Mutterlauge in der Kolonne 1 nach Aufwärts in entsprechender Menge zur beschickten Flüssigkeit geführt, nämlich in einer Menge, die dem Gesamtvolumen einer Kammer und dem zusätzlichen frischen Lösungsmittel entspricht, während die Kristalle, die injeder Kammer abgeschieden sind, aufgrund der Anwesenheit der Trenneinrichtungen 4 für Feststoffe und Flüssigkeiten, darin verbleiben. Ausserdem strömt die Mutterlauge in der obersten Kammer durch eine

Entnahmeöffnung 9 in einer Menge entsprechend dem zusätzlichen frischen Lösungsmittel über. Die überströmende Lauge enthält eine Substanz, die aus dem Rohmaterial entfernt werden soll.

Der Trennbetrieb eines Zyklus wird auf diese Weise erzielt. Die Trennung wird durch Wiederholen des vorstehenden Arbeitsgangs fortgeführt. Das in die oberste Kammer beschickte Rohmaterial wird nacheinander von einer oberen in die benachbarte nächst-niedrigere Kammer und schliesslich in die Bodenkammer überführt, wobei das Umkristallisieren wiederholt wird, wodurch die gewünschte Komponente abgeschieden wird.

Ein Rührer 10 ist nicht notwendig, wird jedoch bevorzugt in der Kolonne 1 vorgesehen, um die Wirksamkeit des Wärmeaustauschs beim Erwärmen und Kühlen zum Zeitpunkt der Auflösung und der Kristallisation zu erhöhen.

Das zum Beschicken verwendete Lösungsmittel kann frisches Lösungsmittel allein oder ein Gemisch des gebrauchten Lösungsmittels und eines frischen Lösungsmittels sein. Vorzugsweise wird mit Lösungsmittel in einer Menge beschickt, die grösser ist als das Volumen einer Kammer, derart, dass die Lösung, die ungewünschte Substanzen enthält, die entfernt werden sollen, aus dem oberen Anteil der Kolonne entnommen wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf einem sehr breiten Bereich von Gebieten anwendbar, z.B. bei der Reinigung verschiedener chemischer Substanzen und bei der Spaltung optisch aktiver Diastereomerer durch Kristallisieren.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

In einen achtstufigen Kristallisator in dem das Volumen einer Kammer jeder Stufe 100 ml beträgt, wurden 15 g/ Zyklus chemisch hergestelltes rohes Guanin (Reinheit 97%, Weissgrad 70) als Rohmaterial und 100 ml/Zyklus einer 20 Gew.-% wässrigen Lösung von Natriumhydroxid als Lösungsmittel vom oberen Ende bzw. vom Boden des Kristallisators her eingeführt. Nach dem Auflösen von Guanin in dem Lösungsmittel bei 70 °C wurde die resultierende Lösung in dem Kristallisator um 100 ml nach abwärts geführt. Zum gleichen Zeitpunkt wurde die Lösung in der achten Bodenkammer in einen Behälter überführt. Die Lösung in dem Kristallisator und dem Behälter wurde anschliessend bei 15 °C gekühlt, um Guanin auszufallen und die Mutterlauge in dem Kristallisator wurde nach aufwärts durch Beschicken mit 100 ml der wässrigen Lösung von Natriumhydroxid vom Boden des Kristallisators her bewegt.

Das Natriummetallsalz von Guanin, das in dem Behälter ausfiel, wurde entnommen und mit einer Säure neutralisiert unter Bildung von gereinigtem Guanin mit einer Reinheit von nicht weniger als 99,5% und einem Weissgrad von nicht weniger als 90. Die Ausbeute betrug 94%.

Das vorstehende Beispiel kann mit anderen Elementen und Bestandteilen, wie in der Beschreibung erläutert, durchgeführt werden.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

1 Blatt Zeichnungen

Claims

657 998

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Abtrennung einer Substanz aus einem Gemisch von festen Substanzen durch intermittierendes Zuführen im Gegenstrom eines Rohmaterials in Form eines Gemischs fester Substanzen von einem Endabschnitt einer Bödenkolonne und eines Lösungsmittels vom anderen Endabschnitt der Bödenkolonne, wobei die Bödenkolonne durch Trennböden zur Trennung einer Ausfällung und einer Flüssigkeit in Kammern aufgeteilt ist, wobei man eine mehrstufige Umkristallisation in zeitlich abgestimmter Weise, bezogen auf die intermittierende Zuführung, in einem Zyklus durchführt, der aus dem Erwärmen des Lösungsmittels in jeder Kammer zur Auflösung der festen Substanzen, der Überführung der resultierenden Lösung in jeder Kammer zu der benachbarten nächsten Kammer, dem Kühlen der Lösung zur Ausfällung einer gewünschten Substanz und dem Überführen der resultierenden Mutterlauge in jeder Kammer in die benachbarte vorhergehende Kammer und der Entnahme der gewünschten Substanz mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Lösungsmittelzuführungsseite liegt, und der unerwünschten Substanzen mit dem Lösungsmittel aus der Kammer, die an der Zuführungsseite des Rohmaterials liegt, besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel ein frisches Lösungsmittel zuführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel ein Gemisch eines frischen Lösungsmittels und des gebrauchten Lösungsmittels, das man aus der Kammer, die an der Lösungsmittelzuführungsseite liegt, entnimmt und gewinnt, zuführt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösungsmittelmenge zuführt, die grösser ist als die Menge des entnommenen Lösungsmittels.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die mehrstufige Umkristallisation durchführt durch wiederholtes Umkristallisieren in einem Zyklus, der darin besteht, das Rohmaterial von dem oberen Teil der Kolonne in einer derartigen Menge zuzuführen, dass es in dem Lösungsmittel in der obersten Kammer gelöst wird, den Feststoff in jeder Kammer in dem Lösungsmittel durch Erwärmen zu lösen, die resultierende Lösung um eine Kammer abwärts zu führen, während die Lösung in der untersten Kammer zu einem abschliessenden Kristallisationsbehälter geführt wird, das Innere der Kolonne zur Ausfällung von Kristallen zu kühlen und im gekühlten Zustand vom Bodenabschnitt der Kolonne her ein frisches Lösungsmittel in willkürlicher Menge und die Mutterlauge, die man aus dem abschliessenden Kristallisationsbehälter durch Kühlen der Lösung darin und Abtrennen von den resultierenden Kristallen als ein Endprodukt erhält, in einer Menge entsprechend dem Volumen einer der Kammern zuzuführen, wodurch die Mutterlauge in jeder Kammer in Aufwärtsrichtung übertragen wird, ohne die Kristalle zu übertragen, während die Mutterlauge in der obersten Kammer, die die s zu entfernenden Substanzen enthält, vom obersten Teil der Kolonne in einer Menge entsprechend dem zugesetzten frischen Lösungsmittel überströmt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Kolonne bzw. einem Turm mit einer io Beschickungsöffnung zur Zuführung eines Rohmaterials, das erste und zweite Komponenten enthält, und einer Entnahmeöffnung zum Abführen einer Lauge, die die zweite Komponente enthält, an einem der Endabschnitte, einer Beschickungsöffnung zur Zuführung eines Lösungsmittels und 15 einer Entnahmeöffnung zur Abfuhr einer Lauge, die die erste Komponente enthält, am anderen Endabschnitt, mehreren porösen Trennböden, die geeignet sind, eine Flüssigkeit durchzulassen, nicht jedoch Kristalle durchzulassen, wobei die porösen Trennböden vorgesehen sind, um die Kolonne 20 bzw. den Turm in in Reihe angeordnete Kammern aufzuteilen, sowie Einrichtungen zum Erwärmen und Kühlen des Inhalts der Kolonne bzw. des Turms.

25