[发明专利]通过蒸发和蒸汽冷凝的结晶

说明书

本发明涉及一种需分离材料的结晶方法，它通过从熔化物或溶液中蒸发流体和在液体材料中冷凝已蒸发的流体(蒸汽)以形成液体混合物而实现，其中熔化物或溶液含有需分离材料，流体和其它可能的成分。

在许多方法中将结晶方法用于有机或无机物的固体形成和／或纯化。这方面的例子有氯化钠，糖，硫酸铵，苏打和己二酸的结晶方法。

根据其中固体形成所需的超饱和的产生方法，冷却结晶方法和蒸发结晶方法之间有一定的区别。当在冷却结晶的情况下，作为冷却需结晶的溶液／熔化物的结果而出现固体的形成，在蒸发结晶的情况下，通过溶液／熔化物中一个或多个成分的蒸发(溶剂的去除)而使得超过溶液／熔化物中需结晶固体的溶解度极限。在蒸发结晶中离开结晶装置的蒸汽通常在冷凝装置中进行冷凝。

如果需要，可使冷凝蒸汽部分或完全地返回到结晶装置中(冷凝液的回流)。由于在结晶的回流方法中，如果有的话，仅除去部了分溶剂，但是在任何情况下都通过蒸发除去热量，此方法也称为沸腾冷却。可将沸腾冷却分为纯冷却或纯蒸发方法两种类型(无冷凝蒸汽的再循环)。

与通过热交换器采用非直接冷却的冷却结晶方法相比，沸腾冷却方法在直接冷却需结晶溶液／熔化物(从需结晶的溶液／熔化物中直接除去蒸发热)方面具有许多好处。这避免了在非直接冷却所用热交换器中经常出现的结壳的操作问题。

日本公开专利申请JP07082210-A中公开了一种丙烯酸的纯化方法，其中将水加入到含少量或不含水的粗丙烯酸中。蒸发部分丙烯酸／水的混合物，以在减压下进行绝热冷却，这导致被分离出的丙烯酸晶体的沉淀。这里，共存母液的水含量为2-10％(重量)。在蒸发中，当丙烯酸在冷凝器表面流动时，使蒸汽通过冷凝器，以防止形成冰。或者，水在冷凝器表面流动以防止丙烯酸晶体的沉淀。

US-A-5061306中描述了一种多步骤进行的VFVPE方法(真空冷冻蒸汽压力增强)。在此方法中，在低于三相点的压力下从稀释水溶液中蒸发水。将水蒸气吸收到高浓缩的含水冷凝混合物中(例如溴化锂，氯化钙)，此混合物比结晶溶液的温度高但是有较低的水蒸气分压。在压力值高于三相点压力下将吸收热应用到蒸发纯水中(压力增强)。在此方法中，水也结晶出来。在《热和质量转移》(Heat and Mass Transfer)，31，(1996)，291-299的一篇文章中也描述了此VFVPE方法的用途实施例，此文章涉及在冷凝混合物内，在吸收水蒸气的过程中质量和热的转移。在脱盐(Desalination)，104(1996)，155-163的文章中，将水蒸气在作为冷凝混合物的相对高浓缩盐溶液(NaCl)中冷凝／吸收。将此方法描述为“真空冷冻”或“冷冻浓缩”。将它用于食品的冷冻浓缩或水的脱盐中。在三个参考文献中公开的所有方法中，水作为结晶和蒸发的物质。

本发明的一个目的是改进蒸发结晶和通过沸腾冷却结晶的方法，从而获得比原有已知方法应用领域更宽和从这些方法的经济性而言得到许多好处。

我们已发现可通过结晶需分离的材料而实现本发明的目的，这通过从熔化物或溶液中蒸发流体和在液体材料中冷凝或吸收蒸发流体(蒸汽)来进行，其中熔化物或溶液含有需分离的材料和流体。以此形成一液体混合物，在其上面需冷凝／吸收的流体成分具有的分压要比这些组分在结晶溶液／熔化物上的分压低，并且它的凝固点比冷凝／吸收温度低。

因此本发明提供了一种需分离材料的结晶方法，它通过从熔化物或溶液中蒸发流体和在液体材料中冷凝或吸收蒸发的流体(蒸汽)以形成液体混合物而实现，其中熔化物或溶液含有需分离的材料，流体和其它可能的成分，其中需分离的材料选自如下的组：(a)无机盐和有机化合物的盐类和它们的溶剂化物，优选为水合物，它们与水和／或有机溶剂(作为流体)混合存在，(b)与有机化合物和／或水共同存在于窄沸混合物中的有机成分，其中在结晶压力和温度下保持平衡的气相和液相在需分离材料，有机化合物和／或水方面具有＜10％(重量)的浓度差。(c)与水和／或有机化合物混合存在的链烷二醇，和(d)与有机化合物和／或水混合存在的有机组分，其中需分离的有机组分沸点比有机化合物和／或水的低。

其中在液体混合物上需冷凝／吸收的流体成分的分压低于在结晶溶液／熔化物上的这些成分的分压，并且液体混合物的凝固点低于液体混合物中的冷凝／吸收温度。