JP2001506539A - 懸濁結晶化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は単一段階もしくは多段階の懸濁結晶化による有機化合物の分離方法に関するものであり、各段階は結晶装置と必要に応じ結晶化容器と結晶材料から液相を分離するフィルタ（７）とで構成される。フィルタ（７）にて分離された液相（８）を各結晶化段階に戻すと共に結晶材料（９、１１）をその後の段階に供給し或いは最終段階から母液を完全分離するための洗浄カラム（２０）中へ供給し、結晶化すべき異性体が枯渇した液体（２１）を各段階から放出させると共に出発化合物混合物（６ａ、６ｂ）を最終結晶化段階の背後に移送する。この方法は、最終結晶化段階から抜き取られた結晶化材料の母液の少なくとも幾分かを出発化合物混合物により徐々に置換することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 懸濁結晶化法 本発明は、懸濁結晶化による液体化合物混合物からの結晶化しうる有機化合物 の分離方法に関するものである。 有機化合物はその合成方法に基づき一般に化合物混合物の形態で生じ、この混 合物は所望の有機化合物の他に相当割合または主たる割合のたとえば溶剤、出発 化合物、副生物および／または有機化合物の異性体など他の化合物をも含有する 。多くの場合、所望の有機化合物は結晶化により混合物から分離しうる。多くの 結晶化しうる有機化合物の特徴は外来物質の低い固相溶解度であって、結晶化が しばしば分離につき選択される手段となる。 従来技術の一般的方法は特に溶液からの結晶化または化合物混合物自身からの 静的結晶化であり、単離すべき化合物は固定された冷却平面に沈殿し、次いで母 液から分離されて再び溶融させる。 両結晶化法は、結晶化のため冷却すべき或いは再び加熱すべき材料が実際に分 離すべき反応体を相当上回るため、高いエネルギー使用を必要とする。 分離につきおよび溶融結晶相としてＵＳ−Ａ ３ ７７７ ８９２号およびＵ Ｓ−Ａ ３ ８７２ ００９号によるいわゆる洗浄カラムを使用すればエネルギ ー上有利かつ静的結晶化法よりも一層良好な分離効果にて一般に懸濁物における 結晶化法を実施することができる。 基本的に、この種の懸濁結晶化法は特に食品液体からの水の除去のような水性 系につきたとえばＵＳ−Ａ ４ ００４ ８８６号、ＵＳ−Ａ ４ ３１６ ３ ６８号、ＵＳ−Ａ ４ ４３０ １０４号およびＵＳ−Ａ ４ ４５９ １４４ 号から公知である。さらにＵＳ−Ａ ４ ７８７ ９８５号によれば、化学物質 を複数段階にて精製するための懸濁結晶化法も既に提案されている。 これら方法は全て、（多段階結晶化の場合は各段階にて）熱除去により結晶を 凍結させる結晶化容器と、大きい結晶を小さい結晶の犠牲にて成長させる再結晶 化容器と、結晶を母液から分離するフィルタとを備える点で共通している。少な くとも最終段階のフィルタは洗浄カラムとして形成される。 洗浄カラムは、発生する純粋結晶相を母液から完全に分離するという課題を有 する。その際、結晶スラリーを下からカラム中へ導入し、シーブプレートとして 形成されたスタンパーにより圧縮し、母液をシーブプレートにより下から流出さ せ、シーブプレートの上方にて圧縮結晶ブロックを形成させる。結晶ブロックの 上方ではスクレーパにより母液から除去された結晶を結晶ブロックから掻き取り 、溶融させ、次いで放出させる。その際、結晶ブロックの上方には、少量の液体 が結晶ブロック中に付着母液の洗浄のため圧入されるよう溶融結晶の流体圧力が 維持される。分離された結晶相の純度は、結晶の溶融温度と洗浄カラムに供給さ れる結晶スラリーの温度との温度差に強度に依存する。従って、この種の洗浄カ ラムは、供給結晶懸濁物と溶融純粋相との間にて５℃〜最高１０℃の温度差まで しか好適に操作することができない。 これに対し有機化合物の混合物は、主として結晶化による分離が可能である限 り液相線に基づき結晶懸濁物と分離すべき純粋化合物の溶融温度との間に相当大 きい温度差もたらす混合比にて生ずる。 結晶懸濁物の液相における濃度を最終段階にて洗浄カラム前に多段階結晶化法 により、到達する母液の液体温度がほぼ出発混合物の液相温度に相当する程度ま で増大させることも可能であるが、これは装置技術上相当な出費をもたらし、こ れにより静的プロセスに比べた懸濁結晶化の利点を相殺する。 有機化合物は一般に極めて低い固相溶解度を互いに示し、従って分離につき本 質的に１段階の懸濁結晶化法につき適している。 本発明の課題は、必要個数の結晶化段階を懸濁結晶化に際し減少させうる方法 を提供することにある。 本発明の主題は、１段階もしくは多段階の懸濁結晶化により有機化合物を分離 するに際し、各段階は結晶化装置と必要に応じ再結晶化容器と結晶スラリーから 液相を分離するためのフィルタとからなり、フィルタにて分離された液相を各結 晶化段階に戻し、結晶スラリーを次の段階に移送し、または最終段階から母液を 完全分離するための洗浄カラムに移送すると共に第１段階から結晶化すべき化合 物が枯渇した液体を放出させ、出発化合物混合物を最終結晶化段階の背後に供給 する有機化合物の分離方法において、最終結晶化段階からの結晶スラリーの母液 を少なくとも部分的に出発化合物混合物につき緩徐に交換させることを特徴とす る有機化合物の分離方法である。 交換は少なくとも２段階にて段階的に行うことができる。 好ましくは交換は緩徐かつ連続的に行われ、すなわち微少段階にて絶えず行わ れる。これは両側にシーブとして形成された壁部を有する流路にて行うことがで き、一方の側から出発化合物混合物を一方のシーブに流過させると共に他方の側 にて他方のシーブを介し母液を抜き取る。 特に好適な具体例によれば、流路はリング状流路を有し、これは同心シーブ管 により形成される。好適な交換装置は３個の同心チューブからなり、両内側チュ ーブはシーブとして形成される。最終結晶化段階から流出する結晶スラリーを中 心チューブに流過させ、外側チューブには出発化合物混合物を導入すると共に最 内チューブから母液を抜き取る。 特に好適には、出発化合物混合物の供給および母液の導出を切替弁によって交 換自在とする。このようにして、流動方向はシーブ開孔部を通る変換されて必要 に応じ閉塞が効果的に回避される。 好ましくは交換は、結晶スラリーを搬送する母液が結晶化化合物にて不飽和と なるよう、すなわち母液中に結晶相の１部が再溶解するよう行われる。不飽和は 好ましくは、結晶相の２〜５％が再び溶解するよう選択される。これにより、交 換装置にて結晶の固化が生じないよう防止される。 交換により抜き取られた母液は１段階結晶化法にて結晶化装置に再び給送され る。多段階結晶化法においては、交換母液は、好ましくは事前の結晶化段階に戻 される。特に好ましくは、これは相応の母液の交換のため事前の段階で使用され る。 本発明による方法は、好ましくは単一の結晶化段階でのみ実施される。 特に好ましくは本発明による方法はイソシアネートの異性体分離につき使用さ れ、特に２，４−トルイレンジイソシアネートもしくは４，４’−ジフェニルメ タンジイソシアネートを２，６−トルイレンジイソシアネートと２，４’−ジフ ェニルメタンジイソシアネートとの異性体混合物から異性体純粋に獲得すべく用 いられる。 トルイレンジイソシアネートは、８０％の２，４−ＴＤＩと２０％の２，６− ＴＤＩとを含有する異性体混合物として得られる。混合物の液相温度は１３．５ ℃である。純２，４−ＴＤＩの融点は２２℃である。ポリウレタンを製造するた めの重付加反応におけるＴＤＩの使用に際し種々異なる反応条件に基づき、一方 では異性体純粋な２，４−ＴＤＩおよび他方では６５〜６９％の２，４−ＴＤＩ と３５〜３１％の２，６−ＴＤＩとの異性体混合物が様々に用いられる。６５％ の２，６−ＴＤＩを含む異性体混合物の液相温度は約６．３℃である。１段階の 懸濁結晶化法の結晶スラリーは従って６．３℃の温度を有する。洗浄カラムにお ける純粋結晶相の効果的分離には、洗浄カラムに純２，４−ＴＤＩ相の溶融温度 を考慮して少なくとも１２℃の結晶懸濁物を供給せねばならない。液相曲線に従 い、これは母液における７７％の２，４−ＴＤＩの含有量に相当する。好ましく は３０％以下の結晶含有量を有するポンピング可能な混合物の追加要件に鑑み、 この種の濃度の調整は出発異性体混合物を単に非経済的に高い少なくとも５０％ の結晶相の再溶解を許容してのみ或いは多段階結晶化によってのみ結晶スラリー に添加して可能となる。 本発明の出発異性体混合物による母液の連続−緩徐な交換により、他方ではさ らにプロセス技術上有利な２．５〜５％の再溶解のみを許容して、必要な出発母 液濃度および洗浄カラム用の温度を用いることも可能である。所望の６７％の２ ，４−ＴＤＩを含む２，４−ＴＤＩの枯渇した相が生成物として所望されれば出 発異性体混合物の１部のみを母液で交換すると共に出発異性体混合物の残部を結 晶スラリーと混合するだけで充分である。６７％のＴＤＩを含む生成物が望まし ければ、出発異性体混合物と母液との交換を２段階で行えば充分であり、出発異 性体混合物および結晶スラリーの１部を連続混合すると共に、次いで母液をフィ ルタで除去した後、残留出発異性体混合物を他の容器にて結晶スラリーと混合す る。過剰の母液は、別途のフィルタにより或いは洗浄カラムにて直接的に最終交 換段階から除去することができる。 以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図１は２段階交換を含む本発明による１段階結晶化法を図示する。 図２は緩徐な交換を含む１段階結晶化法を図示する。 図３は本発明による２段階結晶化法を図示する。 図４は両段階にて母液交換を含む２段階結晶化を示す。 図５は本発明による好適な交換装置を示す。 図１は結晶化装置１を図示し、ここで冷却外套２を介し内部に存在する結晶懸 濁物の熱が除去される。冷却外套２は冷却装置３を介して冷却される。結晶懸濁 物は配管４を介し交換容器５に給送され、この容器は母液のための交換段階とし て機能する。配管６ａを介し交換容器５には出発化合物混合物の１部（好ましく は約４０〜６０％）が供給される。フィルタ７により交換母液は配管８を介し結 晶化装置１に戻される。配管９を介し交換容器５から結晶懸濁物が引き抜かれ、 その母液は配管４を介し結晶化容器１から流出する結晶懸濁物よりも高い濃度の 結晶化すべき化合物を有する。配管８を流過する量の流れは、配管９にて良好に ポンピングしうる結晶懸濁物が存在するよう、すなわち配管９における結晶懸濁 物が２５〜３５％の固形物含有量を有するよう制御される。配管６ａを介し給送 された出発物質混合物は、配管４を介し給送された結晶懸濁物との混合後に混合 物が容易に不飽和となるような温度にて給送される。残留部分の出発化合物混合 物は配管６ｂを介し混合容器１０に導入され、ここには配管９を介し結晶懸濁物 も交換容器５から導入される。混合容器１０は、緩徐な母液交換のための第２段 階として作用する。混合容器１０の出口にはフィルタを設けることができ、これ を介し過剰の母液を分離すると共に結晶化装置１に戻す。図示した実施例におい て、フィルタの機能は洗浄カラム２０により引き継がれる。結晶懸濁物は配管１ １および洗浄カラム２０のシーブプレート１３の上方における往復ポンプ１２の 中空軸線を介し洗浄カラム中へ供給される。往復ポンプ１２はシーブプレート１ ３を定期的に上方向へ移動させ、母液はシーブプレート１３中を下方向へ流下す る。シーブプレートの移動に基づき、シーブプレート１３の上方には圧縮された 結晶ブロックが形成される。結晶ブロックの上方ではスプレータ１４により純結 晶が結晶ブロックから掻き取られ、熱交換器１５にて少なくとも部分的に溶解さ れると共に弁１６を介し矢印１７の方向に純粋な結晶化しうる化合物として放出 される。溶融した純粋な結晶化しうる化合物の１２部はポンプ１８を介し、掻き 取られた結晶のための輸送媒体として洗浄カラム２０の頂部に戻される。弁１６ の相応の調節により洗浄カラムの頂部には純粋な結晶化しうる化合物の１部が圧 縮結晶ブロックに対し洗浄液として圧入させるような圧力を維持し続ける。 洗浄カラムにて分離された母液は配管１９を介し結晶化装置１に戻される。結 晶化しうる化合物が枯渇した母液は、フィルタ２２および配管２１を介し結晶化 装置から除去される。図１による装置は、２，４−ＴＤＩを８０％の２，４−Ｔ ＤＩを含有する出発異性体混合物から分離すると共に上記したように６９％の２ ，４−ＴＤＩをまだ含有する枯渇した異性体混合物を得るのに適する。図２にお いては図１と比べ、交換容器５は連続的かつ緩徐な母液交換のための交換カラム ５により代替される。交換カラム５については一層詳細に以下説明する。図２に 示した装置は、２，４−ＴＤＩを８０％の２，４−ＴＤＩを含有する出発異性体 混合物から得ると同時に６５％の２，４−ＴＤＩ（配管２１を介して放出）を有 する枯渇した異性体混合物を得るのに適する。出発異性体混合物は全て好ましく は配管６ａを介し交換カラムに導入される。 図３による２段階結晶化法においては、交換カラム５から流出する交換母液を 配管８を介し第１段階（Ｉ）に戻すと共に、混合容器４０にて第１段階の結晶化 装置３１から流出する結晶懸濁物と混合する。混合容器４０より配管４１を介し 流出する母液からフィルタ４７にて過剰（ポンピング性に関し）の母液を分離す ると共に結晶化装置３１に戻す。結晶懸濁物は第１段階の結晶化装置１に戻され る。結晶化しうる化合物が枯渇した化合物混合物は配管５１を介し第２段階の結 晶化装置３１から放出される。 図３による方法は特にジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）の異性体 分離に適している。ＭＤＩは製造法に基づき９０％の４，４’−ＭＤＩと１０％ の２，４’−ＭＤＩとの出発異性体混合物として生じ、ここにはさらに少量の２ ，２’−ＭＤＩも存在することができる。出発異性体混合物の液体温度は約３６ ℃である。純４，４’−ＭＤＩは４０℃の融点を有する。放出すべき４，４’− ＭＤＩ枯渇した異性体混合物はまだ５５重量％の４，４’−ＭＤＩを有し、その 液体温度は１８℃である。相応に、結晶化装置３１に残留する結晶懸濁物は１８ ℃の温度を有する。第２結晶化段階１は２７℃の温度にて操作される。これには ７２％の４，４’−ＭＤＩを含有する母液が対応する。この母液は配管４を介し 交換カラム５に導入される。配管６を介し、９０％の４，４’−ＭＤＩを有する と共に４０℃の温度を有する出発異性体混合物を交換カラム５中へ導入する。配 管８を介し、７６％の４，４’−ＭＤＩを有する交換された母液が流出する。交 換カラム５から配管９を介し流出する結晶懸濁物は８０％の４，４’−ＭＤＩを 含む３２℃の液体温度に相当する母液を有する。配管６を介し給送された出発異 性体混合物の１００部当たり配管１７を介して７７．８部の純４，４’−ＭＤＩ が放出され、さらに配管５１を介し２２．２部の異性体混合物（これはまだ５５ ％の４，４’−ＭＤＩを含有する）が放出される。配管８および配管４９におけ る流れの量を制御することにより、配管４、９および１１にて３０％の固形物含 有量に調整される。第１段階の結晶化装置３１から流出する結晶懸濁物の固形物 含有量は僅か２３％である。図４による本発明の実施例において、両段階Ｉおよ び１１にはそれぞれ１個の交換カラム５もしくは３５を設ける。これにより、混 合容器４０および配管４１における母液濃度が高まり、従って配管３４および４ １における固形物含有量も増大し、すなわちＭＤＩの異性体分離の際の物質流が 減少する。さらに図４による装置を用いて化合物混合物を２段階で分離すること もでき、この場合はＭＤＩの異性体分離の場合よりも一層強度に配管５１を介し 放出すべき混合物の枯渇が生ずる。波線で示した配管６ｂ、８ｂおよび４９は極 く少量の流れを示し、これはプロセスを制御し或いは解決すべき具体的問題にこ の方法を適用させるのに役立つ。 図５は、３本の同心チューブ６１、６２および６３で構成される本発明により 使用しうる母液交換チューブ５を示し、ここで内側チューブ６１および６２はシ ーブチューブとして形成される。結晶化装置から到来する結晶懸濁物は、両シー ブ６１と６２との間のリング路６４を流下する。矢印６の方向にて出発異性体混 合物は外側リング路６５に導入され、シーブチューブ６２を介しリング路６４中 へ流入する。同時に母液は内側シーブチューブ６１中へ圧入され、配管８を介し て放出される。同時切替弁６６および６７を介し、シーブチューブ６１および６ ２を通る流れ方向を切り替えることができ、従って定期的切り替えによりシーブ 開口部の閉塞に対処することができ、或いは配管６もしくは８にて検出された圧 力変化によりシーブ開口部の閉塞が解消される。切り替えによりその都度生ずる リング路６４における母液濃度変化は、それぞれの場合に下流の混合容器１０に て均一化される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 265/14 Ｃ０７Ｃ 265/14 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ヘツツエル，ハルトムート ドイツ連邦共和国デイー50858 ケルン、 トリーラー・シユトラーセ 37アー (72)発明者 シヤール，ハンス−ペーター ドイツ連邦共和国デイー41539 ドルマー ゲン、ゲーテシユトラーセ ６アー (72)発明者 ヴエーゲナー，ゲルハルト ドイツ連邦共和国デイー40822 メツトマ ン、ヘンデルシユトラーセ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． １段階もしくは多段階の懸濁結晶化により有機化合物を分離するに際し、 各段階は結晶化装置と必要に応じ再結晶化容器と結晶スラリーから液相を分離す るためのフィルタとからなり、フィルタにて分離された液相を各結晶化段階に戻 し、結晶スラリーを次の段階に移送しまたは最終段階から母液を完全分離するた めの洗浄カラムに移送すると共にこの段階から結晶化すべき異性体が枯渇した液 体を放出させ、出発化合物混合物を最終結晶化段階の背後に供給する有機化合物 の分離方法において、最終結晶化段階からの結晶スラリーの母液を少なくとも部 分的に出発化合物混合物につき緩徐に交換させることを特徴とする有機化合物の 分離方法。 ２． 交換を両側にシーブとして形成された壁部を備える流路にて行い、一方の 側から出発化合物混合物をシーブ中に流過させると共に他方の側にて母液をシー ブを介し抜き取ることを特徴とする請求の範囲第項１記載の方法。 ３． 流路がリング状断面を有し、これを集中シーブ管により形成する請求の範 囲第項２に記載の方法。 ４． シーブの閉塞を回避するため、切替弁を出発化合物混合物の供給および母 液の抜き取りの各側を切り替えるため設けたことを特徴とする請求の範囲第２項 または第３項に記載の方法。 ５． 出発化合物混合物として、有機化合物の異性体混合物を使用する請求の範 囲第１項に記載の方法。 ６． 出発異性体混合物として８０％の２，４−トルイレンジイソシアネートと ２０％の２，６−トルイレンジイソシアネートとの混合物を使用し、純２，４− トルイレンジイソシアネートを得るため１つのみの結晶化段階を用いることを特 徴とする請求の範囲第１〜５項のいずれか一項に記載の方法。 ７． 出発異性体混合物として９０％の４，４’−ジフェニルメタンジイソシア ネートと１０％の２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物を使 用し、純４，４’−ＭＤＩと５５％の４，４’−ＭＤＩを含有する混合物とを放 出させ、２つの結晶化段階を用いることを特徴とする請求の範囲第１〜５項のい ずれか一項に記載の方法。