Способ получения твердого вещества из раствора путем кристаллизации и устройство для его осуществления

Способ получения твердого вещества из раствора путем кристаллизации и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ получения твердого вещества из раствора путем кристал лизации, включающий смешение исходного и маточного растворов, охлаладение полученной смеси до температуры метастабильного состояния, поддержание указанной температуры в процессе кристаллиз-ации и выделение кристаллов из суспензии и маточного раствора, отличающийся тем, что, с целью -упрощения и уде шевления процесса.получения кристаллов высокой чистоты и сокращения производственных площадей,выделение кристаллов проводят непрерывной фильтрацией, а маточный раст СП вор, не содержащий кристаллов, отводят из процесса. П 25 W / П

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Э(Я) В 01 D 9 02 Л1 .( I

H ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2897052/23-26 (22) 20.03.80 (31) R 1-704 (32) 21.03.79 (33) ВНР (46) 15. 12. 83. Бюл. Р 46 ,(72) Иштван Такач, Йожеф фелмери, Дьердь Керей, Петер Рудольф, Золтан Банош, Зндре Верецкеи и

Дьюла БошиTLTi

-(71) Рихтер Гедеон Ведьесети Дьяр PT (ВНР) . (53) 66,.065. 52 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 234352, кл. В 01 D 9/02

1967 (прототип) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ РАСТВОРА ПУТЕМ КРИСТАЛЛИМ

„„SU„„10 1 2 А

ЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ"

ВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ получения твердого вещества из раствора путем кристал лизации, включающий смешение исходного и маточного растворов, охлаждение полученной смеси до температуры метастабильного состояния, поддержание указанной температуры в процессе кристаллизации и выделение кристаллов из суспензии и маточного раствора, о тлич а ющийся тем, что, с целью .упрощения и удешевления процесса. получения крисT таллов высокой чистоты и сокращения производственных площадей,выделение кристаллов проводят непре- В рывной фильтрацией, а маточный раст вор, не содержащий кристаллов, отводят из процесса.

1061692

8. Устройство по л и ч а ю щ е е с я бан выполнен в виде нуса.

9. Устройство по личающеес я бан выполнен в виде миды. пп. 4 и 7, о ттем, что бараусеченного копп. 4 и 7, о ттем, что бараусеченной пира2 Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что количество маточного раствора, подаваемого на смешение с исходным раствором, в

2-15 раэ больше количества отводимого раствора.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что выделенные фильтрацией кристаллы, промывают жидкостью, содержащей растворитель.

4 ° Устройство для получения твердого вещества иэ раствора цутем .кристаллизации, включающее резерву" ар для смешения исходного и маточного растворов, кристаллизатор и устройство для отделения кристаллов от маточного раствора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что кристаллиэатор выполнен в виде двух секций, первая из которых снабжена барабаном, установленным с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и выполненным в виде полого тела с сужающимся поперечным сечением, боковые и торцовые поверхности которого выполнены из металлического листа, при этом меньшая торцевая поверхность барабана снабжена питающей трубой, а большая выполнена с отверстием, расположенным эксцентрично по отношению к горизонтальной оси, вторая секция выполнена в виде соединенных друг с другом барабанов, продольные оси которых образуют . зигзагообразную линию, а боковые поверхности выполнены из металлического листа, 5. Устройство по п, 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что устройство

Изобретение относится к химической и фармацевтической промышленнос-, ти, а также к отраслям, в которых важной задачей является получение кристаллических твердых веществ, rex- g нологичных в процессе дальнейшей обработки .

Известен способ получения твердого вещества из раствора путем кристаллизации, включающий смешение исходного и маточного растворов, охлаждение полученной смеси до температуры метастабильного состояния, поддержание указанной температуры в процессе кристаллизации и выделение кристаллов из суспензии и маточног@ раствора.

Указанный способ реализуется в устройстве, включающем резервуар для смешения исходного и маточного растворов, кристаллизатор и устройство 20 для отделения кристаллов от маточного раствора выполнено в виде приспособления для фильтрования.

6 ° Устройство по л. 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приспособление для фильтрования снабжено теплообменником для предварительного охлаждения раствора.

7.устройство по пп.4 и 5,о т л ич а ю щ е е. с я тем,что приспособление для фильтрования выполнено в виде двух соединенных между собой секций,одна из которых установлена с возможностью вращения относительно горизонтальной оси,и выполнена в ви— де полого тела с сужающимся сечением, боковые стенки частично перфориро.ваны, меньшая торцовая поверхность снабжена питающей трубой, а большая выполнена с отверстием, расположенным эксцентрично по отношению к горизонтальной оси, а вторая секция установлена с возможностью вращения относительно горизонтальной оси и выполнена в виде соединенных. между собой элементов призматической формы, боковые поверхности которых частично перфорированы, при этом продольнЫе оси элементов образуют зигзагообразную линию. для отделения кристаллов от маточного раствора jl) .

Недостатками известного способа и устройства являются сложность проведения процесса, большие затраты на его реализацию, недостаточно высокая чистота получаемых кристаллов, а также отведение больших производственных площадей.

Цель изобретения — упрощение и удешевление процесса, получение крис.таллов высокой чистоты и сокращение производственных площадей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему смешение исходного и маточного растворов, охлаждение полученной смеси до температуры метастабильного состояния, поддержание указанной температуры в процессе кри=таллиза10б1б92 ции и выделение кристаллов из суспензии и маточного раствора, последнее проводят непрерывной фильтрацией, а маточный раствор, не содержащий кристаллов, отводят из процесса.

Целесообразно количество маточного раствора, подаваемого на смешение с исходным раствором, брать в

2-15 раз больше количества отводимого раствора, а выделенные фильтрацией кристаллы промывать жид-. костью, содержащей растворитель.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, включающем резервуар для смешения. исходного и маточ° ного раствора, кристаллизатор и 15 устройство для отделения кристаллов от маточного раствора, кристаллиэа.тор выполнен в виде двух секций, первая из которых снабжена барабаном установленным с возможностью враще- 2п ния вокруг горизонтальной оси и выполненным в виде полого тела с су- . жающимся поперечным сечением, боковые.и торцовые поверхности которого выполнены из металлического листа, 25 при этом меньшая торцовая поверхность барабана снабжена питающей трубой, а большая выполнена с отвер— . стием, расположенным эксцентрично по отношению к горизонтальной оси, вто рая секция выполнена в виде соединенных друг с другом барабанов,продольные оси которых. образуют зигзагообразную линию, а боковые поверхности выполнены из металлического листа.

Целесообразно устройство для отделения кристаллов от маточного раствора выполнить в виде приспособления для фильтрования и снабдить теплообменником для предваритель- 40 ного, охлаждения раствора.

Приспособление для фильтрования целесообразно выполнить в виде двух соединенных между собой секций, од-, 45 на из которых установлена с воэможностью вращения относительно горизонтальной оси, и выполнена в ви-— де полого тела с сужающимся сечением, боковые стенки частично перфорированы, меньшая торцовая поверхность снабжена нитающей трубой, а большая — выполнена с отверстием, расположенным эксцентрично по отношению к горизонтальной оси, а вторая секция установлена с возможностью вращения вокруг горизонталь-. ной оси, и выполнена в виде соединен ных между собой элементов призматической формы, боковые поверхности которых частично перфорированы, при 60 этом продольные оси элементов обра-, зуют зигзагообразную линию.

Целесообразно также барабан .выполнить в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды. 65

На черте>ке схематически представлено предлагаемое устройство.

Устройство для получения твердого вещества из раствора путем кристаллизации включает резервуар 1, в который сверху введен служащий для > подачи свежего раствора труббпро-. вод 2, а также трубопровод 3 для подачи маточного раствора, нижняя часть которого в виде конуса в своей самой низкой точке соединена с насосом 4, к которому йрисоединен трубопровод 5, служащий для дальнейшего отвода маточной фазы. В трубопровод 5 включен теплообменник б, имеющий снизу входной патрубок и сверху выходной. В вертикально расположенном цилиндрическом резервуаре 7 теплообменника б концентрически проходит труба 8. Трубопровод 5 соединен с загрузочной воронко 9, к которой снизу подсоединен шнековый питатель 10. Цилиндрический корпус 11 шнекового питателя 10 слу- жит механической осью вращения приспособления .12 для получения суспензии кристаллов и маточного раствора, ось вращения которого совпадает с горизонтальной геометрической продольной осью Х. Приспособление 12 для получения суспенэии кристаллов и маточного раствора содержит две секции. Первая секция состоит иэ барабана 13, имеющего форму усеченного конуса, а вторая сбстоит из входящих друг в друга жестко соединенных между собой и с барабаном 13 элементов 14 — 17, имеющих форму мнЬгоугольной призмы. Барабан 13 и элементы 14 — 17 вместе образуют полый корпус 18, который вращается вокруг геометрической продольной оси Х посредством привода 19.

Эксцентрично к оси Х расположено отверстие 20 на большей торцовой стороне 21 барабана 13 и к атому отверстию 20 присоединен призмати ческий элемент 14 таким образом, что его геометрическая продольная ось (не показана) пересекает геометрическую продольную ось Х общего полого корпуса 18 за пределами барабана 13. Геометрические про дольные оси элементов 14 — 17 об" разуют друг с другом зигзагообразную линию и ось каждого из этих элементов пересекается с геометрической продольной осью Х вне барабана 13. Элементы 14 — 17 вместе образуют форму зубьев пилы.. Последний призматический элемент 17 оканчивается в кольце, вращающемся в. неподвижном подшипнике 22. Подшипник 22 закреплен в стенке установленного по высоте кожуха 23. В другой боковой стороне кожуха размещена ocb 24 ,:общего полого корпуса 18. Эта ось

1061692 соединена с приводом 19. Шнековый питатель 10 через меньшую торцовую крышку барабана 13 выступает внутрь барабана 13, В последнем помещена снабженная лопастями 25 мешалка 26, при этом лопасти проходят вдоль внутренней поверхности конусной рубашки на незначительном расстоянии параллельно образующей конуса. Мешалка имеет направление движения противоположное вращению барабана.

Вращение мешалки 26 осуществляется„ например, от оси шнекового питателя 10 приводом 27 этого питателя, Стенки как барабана 13, так и призматических элементов 14 — 17 выполнены из плотного материала (т.е, неперфорированы) и каждая стенка

15 двойная, так что к стенкам по трубо30

Приспособление для фильтрования

36 включает полый корпус 37 и имеет замкнутый кожух 38, снабженный лотками 39 и 40. Из крышки кожуха 23 выведена трубка 41, которая соединена с теплообменником 42. Полый корпус 37 размещен в замкнутом кожухе 38 в продольном направлении и состоит из двух секций. Первая секция состоит иэ барабана 43 в форме усеченной пирамиды, через меньшую торцовую сторону 44 которого внутрь барабана 43 проходит шнековый кон40 вейер 34, а на большей торцовой сто-роне 45 выполнено многоульное отверстие 46. Отверстие 46 расположено 45 эксцентрично к геометрической оси вращения у общего полого корпуса 37.

Вторая секция состоит из четырех жестко соединенных друг с другом входящих друг в друга элементов 47—

50 в форме полигональных призм, геометрически продольные оси которых образуют друг с другом зигзагообразную линию, так что элементы 47 — 50 вместе имеют форму зубьев пилы. Первый элемент 47 жестко соединен с эксцентрическим отверстием 46 барабана 43, так что его геометрическая продольная ось, пересекает продольную ось общего полого корпуса 37 эа пределами барабана 43, также как и продольные геометрические оси остальных элементов 48,49 и 50. Стен-: ки барабана 43 и элементов 47 — 50 выполнены из фильтрованной пластивыполнены из фильтровальной пласти60 проводу 28 можно подводить, например хлада гент, а н агре вше е ся охлаждаю- 20 щее средство можно отвести по трубопроводу 29 ° Двойные пространства 30 соединены между собой трубками 31.

Барабан 13 имеет меньшую торцовую крышку 32. Из нижней части кожуха ?3 75 выходит вниз труба 33, соединенная со шнековым конвейером 34. Шнековый конвейер имеет цилиндрический корпус 35. ны или сита 51 (например из перфори— рованной жести, сетчатого материала), Последний призматический элемент 50 входит в кожух 52 и имеет кольцо 53 на конце. Элемент 50 установлен с возможностью вращения в подшипнике (не показан), закрепленном в боковой стенке установленного по выссте кожуха 52. Кожух 52 открыт снизу и имеет вверху выступающую трубку 54. В трех последних элементах

48,49 и 50 размещено промывочное при способление 55, на трубопроводе 56 которого расположены головки 57 для разбрызгивания. Трубопровод 56 BEiIведен из полого корпуса 37 через кожух 52 наружу и соединен с источником жидкости (не показан). Приспособление для промывки 55 вращается вместе с полым корпусом 37. Привод полого корпуса 37 на чертеже не нанесен.

Из лотка 40 отходит трубопровод 3 который соединен с резервуаром 1. От лотка 39 ответвляется трубопровод 58, который также соединен с резервуаром 59.

В трубопровод 2, подводящий свежий раствор в резервуар 1 ниже уровня жидкости, вмонтировано находящееся вне резервуара 1 регулирующее приспособление 60, На высоте уровня жидкости из резервуара 1 выходит трубопровод

61, в который встроен регулировочный орган 62. Из резервуара 1 сверху отходит трубопровод 63 для удаления газов. От трубопровода 5 перед теплообменником 6 отходит трубопровод 64, который соединен снова с трубопроводом 5 за теплообменником и перед приспособлением 12 для получения суспензии кристаллов и маточного раст-вора, В резервуаре 7 теплообменника 6 можно иметь в зависимости от требуемого отвода тепла более одной трубки 8, а вместо описанного потока оцного направления можно применять также и противоток жидкости для охлаждения, устройство работает следующим образом.

Свежий раствор, содержащий растворенное в теплом органическом растворителе твердое вещество,по трубопроводу 2 ниже уровня жидкости пода ется в резервуар 1 в количестве,регулируемом приспособлением 60, а ря,цом по трубопроводу 3 поступает образующийся вследствие непрерывного процесса кристаллизации в приспособлении для фильтрования 36, содержа" щий кристаллы и возможно также не-. значительное количество зародышей кристаллизации маточный раствор. Из маточного раствора осаждаются на дно резервуара 1 зерна кристаллов более высокого удельного веса, а с

1061692 более низким удельным весом-, не содержащий более зерен кристаллов отводится из резервуара 1 через трубопровод "61 в количестве, регулируемом регулирующим приспособлением 62. Собранная на дне резервуара маточная. фаза с поь рщью винтового насоса 4 подается в трубопровод 5 проводится через теплообменник 6 и там охлаждается. Хладагент поступает в теплообменник снизу через ниж- 10 ний входной штуцер и после нагрева вверху выходит через верхний штуцер в то время как протекающая вверх по трубе 8 маточная фаза охлаждается до температуры, требуемой уста- 15 новленным технологическим процессом, после чего маточная фаза поступает в загрузочную воронку 9 (В случае, если не требуется предварительного охлаждения, маточная фаза по трубо- 20 проводу 64 может поступать прямо в загрузочную воронку, минуя теплообменник).

Маточная фаза посредством шнекового питателя 10 препровождается во 25 вращающееся приспособление 12 для получения суспензии кристаллов и маточного раствора, внутреннее пространство которого через двойные стен ки охлаждается, например, холодной жидкостью. В барабане 13, т.е. в пер вой секции, маточная фаза при одновременном охлаждении перемешивается с помощью мешалки 26, и барабан передает частично уже кристаллизирующийся материал в первый призматический элемент 14 второй секции порционно.

65

В элементах 14 — 17 второй секции, образующих форму зубьев пилы,. вслед- 40 ствие вращения элементов охлаждения

:пересьпценный раствор-суспензия кристаллов и маточного раствора — во время своего продвижения при непрерыв. ном разделении принуждается к возвратно-поступательному движению,соскальзывает на гладких внутренних по-верхностях (которые целесообразно выполнять из гладкого неадгезивного материала, например политетрафторэтилена), вследствие чего увеличивается время пребывания суспензии кристаллов и маточного раствора в приспособлении для их получения 12, т.е. увеличивается смачиваемая жидкостью удельная внутренняя поверхность призматических элементов 14. — .

17. Как-следствие постоянного разделяющего скольжения и, соответственно, действия мешалки 26, внутренние поверхности полого корпуса 18 60 непрерывно обновляются, твердая фаза суспензии не может прилипнуть к поверхности, не наступает пересыщения маточной фазы у .поверхности охлаждения, маточная фаза остается в метастабильной зоне и можно также не считаться с образованием кристаллов на поверхности охлаждения„

Поскольку зти движения материала в большой степени щадящие, то исключается не только слипание кристаллов, но и измельчение последних.

Йз последнего призматического элемента 17 приспособления для получения суспензии кристаллов и маточного раствора 12 суспензия, содержащая зерна кристаллов различного размера, охлажденная в кожухе 23, поступает оттуда в шнековый конвейер 34. Выходящие из маточной фазы пары из верхней части кожуха 23 по трубопроводу 41 отводятся в теплообменник 42 (конденсатор, охладитель), там они конденсируются, возможно охлаждаются и собираются в жидком виде (как растворитель).

С помощью сортировочно.-о шне ка 34 суспензия кристаллов и маточ— ,ного раствора подается в фильтровальное приспособление 36, а именно,во вращающийся полый корпус 37, располо-: женный в замкнутом кожухе 38, Сначала материал поступает в барабан 43 первой секции приспособления для фильтрования, где отфильтровываются зерна кристаллов больших размеров. Отфильтрованная масса, состоящая еще из влажных зерен кристаллов, из барабана 43 поступает в первый призматический элемент 47 второй секции и этот материал проводится через вращающиеся, образующие вместе форму зубьев пйлы призматические элементы 47 — 50 второй секции таким образом, что они принуждается к возвратно-поступательному движению и к повторному соскальзыванию, благодаря чему фильтрующие поверхности или поверхности сита 51 постоянно обновляются. Тем самим повышается время пребывания материала, а вместе с тем и существенно увеличивается удельная поверхность фильтра.

Движение при этом в значительной мере щадящее, кристаллы не измельчаются, они не могут также слипаться и осаждаться на поверхностях фильтра.

Во вТорой секции нет приспособления для промывки, так что маточный раствор (кристаллическая суспензия) удаляется, собирается в лотке 40 и оттуда по трубопроводу 3 непрерывно возвращается в резервуар 1. На участке второй секции, где размещены призматические элементы 48,49 и

50, находится приспособление для йромывки 55, посредством коroporo промывочная жидкость, например ор— ганический растворитель, распыляется на находящийся в скользящем движении кристалиический материал.

Прошедшую через сита загрязненную

1061692

Составитель Л.Эпштейн

Редактор А,Долинич Техред А,Бабинец Корректор И.Эрдейи

Заказ 10063/59 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 промывочную жидКость собирают в лотке 39 и оттуда по трубопроводу 58 отводят в резервуар 59, Из замкнутого кожуха 33 выходящие иэ суспензии кристаллов пары отводятся по трубопроводу 54. Отделенные кристаллы больших размеров и одинаковой крупности по трубе .52 непрерывно отводятся и могут, например, подвергаться сушке.

Пример. Кристаллизация фенилбутаэона. Концентрация раствора:58 r фенилбутаэана на 1 л растворителя при 50 С. Состан растворителя:80% этилового спирта, 20% воды. Температура свежего раствора на входе +50 С. Рециркуляционное отношение маточного раствора 9=10 °

Предварительное охлаждение не применяют, В приспособлении для получения суспензии кристаллов и маточного раствора в обеих его секциях температура поддерживается равной

10 С. Температура выходящей суспензии 22 С. Выход составляет 98%. о

Объемный вес полученного кристаллического вещества 25-3? г/100 мл.

Кристаллы крупные, хорошей формы и

;легко таблетируются при дальнейшей переработке.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить выделенный фильтрацией продукт высокого качест ва, распределение зерен кристаллов однородное, их размеры большие при

° наличии предпочтительной формы.

Загрязнение с кристаллов удаляется просто в процессе фильтрации. Установка не требует больших производственных площадей, экономична в эксплуатации и требуемые затраты капиталовложений невелики. Несмотря на то, что транспорт материала в процессе обработки осуществляется медленно,на стенках не образуется отложений из-за выпадения кристаллов иэ раствора благодаря непрерывному скользящему движению материала, Регулируемое охлаждение ведет к тому, что не образуется большого количества зародышей кристаллизации и мелких кристаллов. В приспособлении для получения смеси кристаллов и маточного раствора имеет место

\ постоянный рост кристаллов, отсутстнует высокий температурный градиент между поверхностью охлаждения и смесью кристаллов и маточного раст вора, так что на поверхности не осаждаются мелкие кристаллы или образовавшиеся центры кристаллизации.

Осторожное движение материала предотвращает измельчение более крупных кристаллов и когезию более мелких кристалЛов. Раствор не нужно эатравI0 лять центрами кристаллизации, так как в резервуаре для маточного раствора в имеющейся там суспензии кристаллов и маточного раствора содержится достаточное количество крис15 таллов с более мелкими размерами зерен, чтобы вызвать образонание кристаллов, а свежий раствор постоянно поступает в эту совокупность кристаллов и маточного раствора,так что процесс являеТся самозарождающимся. Внутри устройства для получения совокупности кристаллон и маточного раствора крайне благоприятный коэффициент теплоотдачи как следствие перемешивания, Соответствующее предъявляемым требованиям качество зерен (размеры, форма) зависит также от отношения маточной фазы к маточному раствору, от числа оборотон корпуса устройства для получения совокупности кристаллов и маточного раствора, от угла наклона устройства для получения совокупности маточного раствора и кристаллов и/или приспособления для фильтрования горизонтальной плоскости и может регулироваться изменением этих характеристик.

Улетучивающийся иэ установки растворитель можно вернуть в процесс

40 путем конденсации паров. На размеры кристаллов можно влиять также тем, что поддерживают высокое отношение между вводимой в сортировочное и фильтровальное устройства суспен45 эий и маточного раствора и возвращенным иэ устройства для осаждения под действием гравитационных сил раствором, не содержащим твердого вещества, т.е. рециркуляционное отношение. В этом случае зерна кристаллов, например, могут быть крупными, но они могут быть получены в этом процессе лишь в сравнительно небольшом количестве.