[发明专利]半连续结晶方法和装置

说明书

用于从液体进料混合物中分离物质并通过分级层式结晶提纯所述物质的方法，其中液体进料混合物以小于50重量%的浓度包含待分离和提纯的物质，所述方法以给定次序包括以下步骤：（a）将液体进料混合物进料到结晶区中，在所述结晶区中提供至少一个表面，以使至少一部分表面接触该液体进料混合物，（b）将该结晶区的至少一个表面冷却至低于该液体进料混合物的平衡冻结温度的温度，以便在至少一个冷却的表面上沉积富含待分离和提纯的物质的晶体层，由此由该液体进料混合物形成母液，所述母液相比于液体进料混合物具有较低的待分离和提纯的物质的浓度，（c）从结晶区中移除至少一部分母液，（d）向结晶区中添加另一部分液体进料混合物，（e）允许在至少一个冷却的表面上进一步沉积富含待分离和提纯的物质的晶体层，（f）任选进行发汗阶段并移除发汗残余物，和（g）使晶体层熔融以获得经分离和提纯的物质。

本发明涉及从液体进料混合物中分离物质和通过结晶且特别通过分级层式结晶（fractional layer crystallization）提纯该物质的方法和装置，其中该液体进料混合物以小于50重量%的浓度包含待分离和提纯的物质。

结晶是除蒸馏和提取之外用于从其中以高、中或甚至低浓度含有待提纯物质的混合物中分离和提纯物质的最重要的工业方法之一。更具体而言，富含待分离和提纯的物质的固体晶体在结晶过程中从溶液或熔体中沉淀，条件是纯形式的待分离和提纯的物质具有比分别包含在溶液或熔体中的所述物质与其它物质的混合物更高的冻结温度。由于结晶特别是与蒸馏相比具有能够用于在相当低的温度下分离和提纯热敏性物质、仅需要相当成本有效的设备和相当能量有效的优点，结晶过程在工业中越来越重要。

通常，结晶方法细分为层式结晶和悬浮结晶。

在悬浮结晶过程中，在容器中冷却包含至少两种不同化合物的熔体，从而形成晶体，由此获得结晶粒子的悬浮液，其富含待提纯的物质并分散在待提纯物质贫化的熔体中。代替冷却，可以通过蒸发混合物的化合物之一以便将溶质溶度提高至高于溶解度阈值来实现晶体的沉淀。在结晶完成后，将晶体从悬浮液中分离，并在需要的情况下进一步提纯，如在二次结晶步骤中或通过另一种提纯方法来进行。

与此不同，在分级层式结晶过程中，晶体在冷却的壁表面上生长，其中所产生的结晶热通过晶体层传送。因此，在分级层式结晶法中，晶体比熔体更冷，而在悬浮结晶法中，晶体具有与熔体至少基本相同的温度。由于这个原因，在分级层式结晶法过程中，在晶体层与熔体之间产生温度梯度，其中该温度梯度是结晶的驱动力。分级层式结晶法在工业上特别重要。

目前，已知两种通用类的分级层式结晶，即静态结晶和降膜结晶，这两种方法通常均以分批法的形式进行。

例如，降膜结晶法通常在结晶容器中进行，所述结晶容器包括至少基本垂直布置并从结晶容器的上部延伸到结晶容器的底部区域中的管件。将包含特定浓度的待分离和提纯的物质以及一种或多种其它（不需要的）物质的液体进料混合物填充到该结晶容器的底部区域中，随后开始进行该结晶方法。在该结晶方法过程中，通过一个或多个泵将一部分的所述液体进料混合物连续地从结晶容器的底部区域泵送至结晶容器的上部并引入管件的上端，使其以降膜形式在管件中下落回到结晶容器的底部区域。同时，通过使冷传热介质以降膜形式沿管件的外表面向下流动，将管件的外壁冷却至低于该液体进料混合物的平衡冻结温度的温度，由此使得富含待分离和提纯的物质的晶体层沉积在管件的冷却的内壁表面上。由于待分离和提纯的物质的晶体沉积在管件的冷却的内壁表面上，导致该物质在液体混合物中贫化，由该液体进料混合物形成母液，所述母液相比于液体进料混合物具有较低的待分离和提纯的物质的浓度。母液循环进行必要长的时间以便从母液中分离所需量的待分离和提纯的物质并使其以晶体形式沉积在管件的内壁表面上。在结晶完成后，将母液从结晶容器中完全移除，使沉积在管件的内壁表面上的结晶层熔融并随后从结晶容器中取出以获得分离和提纯的物质。任选地，为了提高目标产物的纯度，在使晶体熔融之前，可以通过将结晶层温和加热至接近提纯物质熔融温度的温度以部分熔融晶体来使结晶层发汗（sweatened）。如果需要的话，所获得的物质可以通过另一结晶过程或通过不同的方法如蒸馏来进一步提纯。由于连续强制地使液相穿过管件并由此在晶体层周围移动的事实，降膜结晶被认为是一种动态结晶过程。