特許 7371005 濾液測定による濾過のプロセス監視および制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-20

(45)【発行日】2023-10-30

(54)【発明の名称】濾液測定による濾過のプロセス監視および制御

(51)【国際特許分類】

   B01D 37/04 20060101AFI20231023BHJP

【ＦＩ】

B01D37/04

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020556887

(86)(22)【出願日】2019-04-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-08-26

(86)【国際出願番号】 EP2019058886

(87)【国際公開番号】W WO2019201661

(87)【国際公開日】2019-10-24

【審査請求日】2022-04-05

(31)【優先権主張番号】18167620.6

(32)【優先日】2018-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】516245885

【氏名又は名称】バイエル、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＹＥＲ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100126099

【弁理士】

【氏名又は名称】反町 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100141830

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 卓久

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】キャスリン、アネット、エンゲルハルト

(72)【発明者】

【氏名】ラインハルト、グロス

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１７５４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００００９５２７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許第０３８１５７４５（ＵＳ，Ａ）

【文献】SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY，2008年，59, 270-276

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ２４／００－３７／０４

Ｂ０１Ｄ９／００－９／０４

Ｂ０４Ｂ１／００－１５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーキ濾過用フィルター装置において固体バルク材料に対する濾過および洗浄操作の監視方法であって、
－前記フィルター装置は、洗浄薬剤供給と、ケーキ濾過用フィルターエレメントと、濾液流れを除去するための濾液出口と、前記濾液出口中または出口上に、前記濾液流れの１つ以上のパラメーター値を測定するための少なくとも１つの測定装置とを備え、
－前記濾過および洗浄操作中に、懸濁媒体中の前記固体バルク材料を、ケーキ濾過用フィルターエレメントを用いてケーキの形態で懸濁媒体から分離し、前記懸濁媒体を濾液流れの形態で濾液出口に導出し、前記測定装置は前記洗浄操作の期間にわたって前記濾液流れの少なくとも１つまたは２つ以上のパラメーター値を測定し、
前記測定されたパラメーター値の変化解析を所定の時間帯にわたって行い、この変化解析を使用して前記濾過および洗浄操作の終了ならびに／または前記洗浄操作の有効性を確認し、前記変化解析を、前記濾過および洗浄操作を終了するために使用し、ならびに／または表示し、
前記変化解析は、コンピュータにより実行され、
前記洗浄操作の有効性を、次のステップ：
ａ．前記洗浄操作において所定の時間帯にわたって評価システムへ測定データの測定値を転送することと、
ｂ．時間ｔ－１およびｔにおける前記測定データ間の測定曲線の一次導関数を算出することと、
ｃ．前記洗浄操作が効率的であると考えられる前記一次導関数の値の承認された所定範囲と前記一次導関数を比較することと、
ｄ．前記一次導関数がｃ）の前記値の所定範囲外である場合に、洗浄操作を終了および／またはユーザーインターフェイスを介して変動を通知することと、
ステップｄ）の代わりにまたはステップｄ）に加えて、
ｅ．前記一次導関数がｃ）からの前記値の所定範囲内である、期間Ｃを算出することと、
ｆ．ｅ）の前記期間Ｃにわたって平均傾きとして傾き値を算出することと、
ｇ．ｅ）の前記期間Ｃにわたって前記傾き値の変動を算出することと、
ｈ．ｆ）の前記傾き値が前記傾き値の所定動作範囲内であり、ｇ）の前記傾きの変動が、前記洗浄操作が効果的であると考えられる変動の所定の許容限界以下である場合に、前記洗浄操作を継続することと、
ｉ．ｆ）の前記傾き値が前記傾き値の前記値の所定範囲外であり、および／またはｇ）の前記傾きの変動が前記変動の前記所定の許容限界より大きい場合に、警告を発するおよび／または前記洗浄操作を終了することと、
によって確認する、方法。

【請求項2】

前記濾液流れのパラメーターは、屈折率と、密度と、超音波トランジットタイムと、酸化還元電位と、１つ以上の主成分または副次成分の累積分光学的特性および／または物質特異的特性と、を含む群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記濾液流れの屈折率および／または密度を測定する、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記時間帯にわたって前記パラメーター値を、前記測定データを記憶するためのアーカイブモジュールへ前記測定データとして送信し、タイムスタンプｔと共に記憶する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記洗浄操作の終了を、次のステップ：
ａ）前記評価システムへ前記測定されたパラメーター値を提供することと、
ｂ）時間ｔ－１およびｔにおける前記測定データ間の測定曲線の一次導関数を算出することと、
ｃ）ｂ）の前記一次導関数が０より大きいか、または前記方法を終了したと考えられる前記測定曲線の導関数の所定値より大きい場合、前記洗浄操作を継続し；ステップｂ）を更なる測定曲線のために反復することと、
ｄ）ｂ）の前記一次導関数が０であるか、または前記所定値以下である場合、前記洗浄操作を終了し、および／または前記洗浄操作の終了をユーザーインターフェイスにより伝えることと、
によって確認する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記洗浄操作の終了までの前記洗浄操作のために消費された洗浄薬剤量を確認し、次の洗浄操作のための洗浄薬剤の最適量として決定する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記方法を、前記洗浄操作のオンライン監視のために使用する、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記濾液流れ中の少なくとも１つの成分の少なくとも１つの濃度および／または前記濾液流れの少なくとも１つの測定可能な累積パラメーターを確認する、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

ケーキ濾過用フィルター装置における固体バルク材料に対する濾過および洗浄操作の監視システムであって、前記システムは：
－前記濾過および洗浄操作の期間にわたって前記フィルター装置の濾液出口中または出口上の少なくとも１つの測定装置から送信されたタイムスタンプｔと共に濾液流れのパラメーター値を記憶するように、および評価システムに測定値を転送するように構成されたアーカイブモジュール、
－前記アーカイブモジュールと接続されており、所定の時間帯にわたってパラメーター値変化を解析するように、ならびにこの変化解析を使用して前記濾過および洗浄操作の終了ならびに／または前記洗浄操作の有効性を確認するように構成された評価システム、
－前記濾過および洗浄操作を終了する制御コマンドを発するための要素、ならびに／または
－前記濾過および洗浄操作の終了ならびに／または前記洗浄操作の有効性のための表示要素、
を備え、
前記変化解析は、コンピュータにより実行され、
前記洗浄操作の有効性を、次のステップ：
ａ．前記洗浄操作において所定の時間帯にわたって前記評価システムへ測定データの測定値を転送することと、
ｂ．時間ｔ－１およびｔにおける前記測定データ間の測定曲線の一次導関数を算出することと、
ｃ．前記洗浄操作が効率的であると考えられる前記一次導関数の値の承認された所定範囲と前記一次導関数を比較することと、
ｄ．前記一次導関数がｃ）の前記値の所定範囲外である場合に、洗浄操作を終了および／またはユーザーインターフェイスを介して変動を通知することと、
ステップｄ）の代わりにまたはステップｄ）に加えて、
ｅ．前記一次導関数がｃ）からの前記値の所定範囲内である、期間Ｃを算出することと、
ｆ．ｅ）の前記期間Ｃにわたって平均傾きとして傾き値を算出することと、
ｇ．ｅ）の前記期間Ｃにわたって前記傾き値の変動を算出することと、
ｈ．ｆ）の前記傾き値が前記傾き値の所定動作範囲内であり、ｇ）の前記傾きの変動が、前記洗浄操作が効果的であると考えられる変動の所定の許容限界以下である場合に、前記洗浄操作を継続することと、
ｉ．ｆ）の前記傾き値が前記傾き値の前記値の所定範囲外であり、および／またはｇ）の前記傾きの変動が前記変動の前記所定の許容限界より大きい場合に、警告を発するおよび／または前記洗浄操作を終了することと、
によって確認する、システム。

【請求項10】

洗浄薬剤供給と、ケーキ濾過用フィルターエレメントと、濾液出口と、前記濾液出口中または出口上に設置された前記濾液流れにおけるパラメーター値の測定のための少なくとも１つの測定装置と、請求項９に記載のシステムとを備えるフィルター装置。

【請求項11】

前記測定装置は、屈折率、密度、超音波トランジットタイム、ｐＨ、電導度、酸化還元電位、および／または累積パラメーターとしての前記濾液流れあるいは前記濾液流れ中の少なくとも１つの代表的成分の分光学的特性、から成る群から選択される１つ以上のパラメーターを測定することができる、請求項１０に記載のフィルター装置。

【請求項12】

吸引漏斗、遠心機、ブフナー漏斗、フリット、濾過るつぼ、ドラムフィルター、ディスクフィルター、ベルトフィルター、およびフィルタープレス、から成る群から選択される、請求項１０または１１に記載のフィルター装置。

【請求項13】

前記フィルター装置は、前記洗浄薬剤供給を開くまたは閉じるためのコマンドを受けることができる制御可能な洗浄薬剤供給を備える、請求項１０に記載のフィルター装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、固形物濾過、特に、濾過プラントにおけるこれらの固形物の洗浄操作のプロセス制御および監視に関する解決法に関する。固形物は、易流動性材料、典型的には、顆粒状または粉末状の結晶化または沈降の結果であり、概して、固体バルク材料とも呼ばれる。

【背景技術】

【0002】

先の結晶化または沈降からの固体活性成分の製造のための通例の製造方法は、次のように更に分けられる：
１．結晶化／沈降、固体形成とも呼ばれる：製造方法のこのステップは、母液中に懸濁された固形物を形成し、
２．濾過：圧、真空または遠心濾過のためのフィルター装置（以後、まとめてフィルター装置とも呼ぶ）において母液から、固形物を分離する。

【0003】

通例のフィルター装置は、例えば、吸引漏斗、遠心機、ドラムまたはディスクフィルターなどだけでなく、平らなふるい面もしくはフリットまたは別の多孔質フィルターエレメントを備える磁製またはガラス製漏斗もある。吸引漏斗を使用する場合、例えば、濾過しようとする懸濁液を装置に移し、濾液を圧または真空下固形物から分離し、導出した（led off）。吸引漏斗を、図１に一例として模式的に示す。

【0004】

通常、固形物濾過のステップ３において、その後、「固形物をきれいに洗う」、すなわち、固形物として必要な品質特性を得るために、フィルターケーキを置換洗浄および／または再懸濁洗浄操作で洗浄する。このステップでは、通常、定量の溶媒（新鮮または再利用）は、固定回数の洗浄ステップにおいてフィルターケーキ上に一様に分布する。洗浄回数は、固形物の必要な純度に依存する。概して、フィルター装置は洗浄ステップ間で開放されないので、このことおよび他の理由によってフィルターケーキをサンプリングすることができない。

【0005】

固形物を、ステップ４において乾燥する。同様に加圧吸引漏斗（減圧乾燥機）あるいは別の乾燥ステップで、これを通常行う。

【0006】

ステップ３と４間において、配合ステップ、例えば、可塑剤、安定剤などの添加を行ってもよい。

【0007】

通常、濾過および洗浄操作は、試行錯誤によって最適化される「ブラックボックス」とされる（Ruslim et al., Chemical Engineering Science 62 (2007) 3951 － 3961）。Ｒｕｓｌｉｍらは、濾過および洗浄操作における洗浄薬剤の不均質分布の問題に取り組んでいる。Ｒｕｓｌｉｍは、フィルターケーキのオンライン測定を研究したが、オフライン測定を選び、濾液流れの測定よりはむしろ、フィルターケーキの測定が良好であると記載している。Ｒｕｓｌｉｍは、単に不純物の精密検査に対して濾液流れの測定を使用している。

【0008】

ＬＯＵＨＩ－ＫＵＬＴＡＮＥＮらは、フィルターケーキにおいて測定を同様に行うラマン分光計を用いた濾過および洗浄操作の制御のための方法および測定装置を記載している。これは、局所測定（ケーキ表面）またはフィルターケーキにダメージを与える侵襲的測定方法（液浸光学）である。さらに、ラマン分光計の測定限界は１％であるので、この方法は微量測定をすることができない。ＬＯＵＨＩ－ＫＵＬＴＡＮＥＮらは、濾液フローの測定に対して助言をしていない（LOUHI-KULTANEN et al.: "Filter cake washing: Partial dissolution of organic particles and real-time monitoring based on Raman spectroscopy", SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, NL, vol. 59, no. 3, 4 February 2008 (2008-02-04), pages 270-276, XP022453823, ISSN: 1383-5866, DOI: 10.1016/J.SEPPUR.2007.06.017）。

【0009】

現在の最新技術によれば、フィルター装置中に存在する（すなわち、ポイント２または３）間の固形物の品質管理は、工業的濾過および洗浄操作プロセスにおいて行われない。概して、ステップ４完了後にのみ分析を行う。通常、固体サンプルを乾燥フィルターケーキから採取され、通常クロマトグラフィーによって研究室で分析される。直接的フィルターケーキ分析によってのみフィルターケーキの品質を確認することができることは、専門家分野において一般に想定される。結果として、濾過プロセスにおけるフィルターケーキの品質監視は、現在まで、オンライン測定技術の進歩によっても行われていない。したがって、被検フィルターケーキが規格値を満たさない場合、乾燥製品は再処理、廃棄または溶解しなければならない。洗浄薬剤量および洗浄ストラテジー（置換洗浄、対流かすり洗浄またはスラリー洗浄）は、通常、一旦実験的に確認され、フィルターケーキの分析によって検証される。

【0010】

固形物の初期品質管理が可能である場合、不良品質の場合に即座に反応および、例えば、追加洗浄を行う（但し、不純物を洗い出して結晶中に含有されないことが可能であるならば）ことは可能であろう。非常に良好な品質の場合、場合によっては、または洗浄薬剤、それ故に溶媒あるいは水を用いないことも可能であろう。両方の変法は、費用および時間の有意な節約を直接的に可能とするだろう。

【0011】

Ｋｏｐｒａらは、屈折計を用いたパルプ洗浄における製紙工業に関する濾過および洗浄操作の制御のための方法および測定装置を開示している。この方法では、洗浄薬剤が再利用することができるかどうかを確認する目的として、フィルター装置に導入されてフィルター装置から出る洗浄薬剤の屈折率が決定される。望まれない洗浄損失を避けるために、測定を使用して、洗浄薬剤供給量を調整する。Ｋｏｐｒａらは、洗浄操作の進行またはフィルターケーキの品質に関する成果を得るためのこれらの測定の利用について一つも助言をしていない。フィルター装置の観点から、それぞれの洗浄ゾーンから個別の測定をしないので、いずれにしても、これは不可能であろう。（Kopra et al. "Application of the refractometer in the measurement and monitoring of brown stock washing, doctoral dissertation", 1 January 2015 (2015-01-01)、XP055374630, URL:https://aaltodoc.aalto.fi/bitstream/handle/123456789/15451/is bn9789526061344.pdf?sequence=l&isAllowed=y).]

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

したがって、取り組まれた問題は、オンライン監視に有用であり、プロセスの進行、特に、フィルターケーキの品質に関する成果を可能とし、フィルターケーキの品質管理のための洗浄プロセスの中断を必要とせず、フィルターケーキに対するダメージを引き起こさない、濾過および洗浄プロセスの監視に関する解決方法を提供することであった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

濾過および洗浄操作の期間にわたって濾液流れのパラメーター値を測定し、これらの変化を経時的に分析する、フィルター装置からの濾液流れの測定のための測定技術を使用することによって、目的を達成した。驚くべきことに、濾過中のこの分析は、濾過および洗浄プロセスの進行および品質に関する成果を可能とすることが分かった。

【0014】

第一に、本願は、請求項１およびその従属クレームに記載のケーキ濾過のためのフィルター装置における固体バルク材料の濾過および洗浄操作の監視方法および制御方法であって、少なくとも１つの測定装置を、洗浄操作中のケーキ濾過のためのフィルター装置からの濾液流れの１つ以上のパラメーター値を測定するフィルター装置の濾液出口中または出口上に取り付け、測定されたパラメーター値変化を経時的に分析する、方法を提供する。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本願に関連する濾液流れの適切な測定可能なパラメーターは、特に、屈折率と、密度と、超音波トランジットタイムと、酸化還元電位と、濾液流れ（主成分および／または副次成分）中の少なくとも１つの代表的成分の分光学的累積特性および／または物質特異的特性、例えば、濾液の吸収、インピーダンス、色もしくは蛍光シグナルである。水性媒体では、ｐＨおよび／または電導率を使用することも可能である。

【0016】

しかしながら、測定方法の選択は、プロセスで使用される物質（特に、製品および／または副生成物）に依存する。濾過および洗浄の間に濾液の屈折率および／または密度の測定を使用することは特に好ましい。上記方法の１つ以上を組み合わせることもできる。品質管理のため、純粋な測定値（生データ）だけでなく、それ以前に確認された校正関数を使用して（副次）成分濃度を確認することも同様に可能である。

【0017】

方法の好ましい実施形態では、屈折率および当技術分野において通例の濾液質量の測定値（ＶＤＩガイドライン２７６２に従って）の並列記録を行う。

【0018】

方法は、連続式方法の監視およびバッチ式方法の監視の両方に適している。本願の目的のための連続式洗浄方法では、フィルターケーキがその全域にわたって一様に被覆されるように、洗浄薬剤をフィルターケーキ上に連続的に量り入れる。バッチ式方法では、所定量の洗浄薬剤を、洗浄のためにフィルターケーキに適用する。

【0019】

好ましくは、方法は、測定データ解析のためのコンピュータ実行ステップを含む。通常、これらのステップを、適切に構成されたコンピュータシステムによって行う。

【0020】

測定データ解析のため、測定装置から、例えば、データインターフェイス（ＯＰＣ、ＳＱＬ、フィールドバス、例えば、プロフィバス、モドバス、イーサネット、アナログ信号など）経由でこれらを送信し；アーカイブモジュール、例えば、測定データおよびタイムスタンプｔ、好ましくは製造バッチの切断指示信号に関する全情報を記録するデータベースモジュールに移入測定データを蓄積する。

【0021】

データベースモジュールを評価システムに接続する。本願に関連した評価システムは、測定制御システムまたは方法ステップを行うために構成されたコンピュータである。

【0022】

したがって、本願は、ケーキ濾過のためのフィルター装置において固体バルク材料に対する濾過および洗浄操作を制御するためのコンピュータシステムであって、該コンピュータシステムは：
－濾過および洗浄操作の期間にわたってフィルター装置の濾液出口中または出口上の少なくとも１つの測定装置から送信されたタイムスタンプｔと共に濾液流れのパラメーター値を記憶、および評価システムにこれらを転送するように構成されたアーカイブモジュール、
－該アーカイブモジュールと接続されており、経時的にパラメーター値変化を解析、ならびにこの変化解析を使用して濾過および洗浄操作の終了ならびに／または洗浄操作の有効性を確認するように構成された評価システム、
－濾過および洗浄操作の終了ならびに／または洗浄操作の有効性のための表示要素、ならびに／または
－濾過および洗浄操作の終了までコマンドを送るための要素
を含むコンピュータシステムを更に提供する。

【0023】

通常、評価システムを、洗浄薬剤供給の制御用システムと接続し、洗浄薬剤供給の継続または終了のためのコマンドを送ることができるように構成する。

【0024】

さらに好ましくは、洗浄薬剤の供給を、評価システムを活用して開始、終了するか、または新しい洗浄操作を、制御可能な洗浄薬剤供給（例えば、バルブ）へ対応するコマンドを送る評価システムによって制御する。通常、洗浄薬剤供給量は、洗浄薬剤供給量制御のための１つ以上の制御要素（例えば、プロセス制御システム）により制御可能である。

【0025】

方法の特定の実施形態では、限界値評価および／または変化解析を行う。

【0026】

生データまたはそれから算出された濃度値の限界値評価では、測定データ解析は、通常、次のステップを含む：
１．少なくとも前以て実験的にまたは経験から確認され、フィルターケーキの所望の品質に対応する所定パラメーター値を得るまで濾過および洗浄プロセスにおいて所定の時間にわたって評価システムへ、濾液流れの監視されたパラメーターの測定値を転送すること。この値を得る場合、規格値に従ってフィルターケーキを洗浄し；洗浄操作を終了することができると想定することができる。
１．１．連続式方法では、パラメーター値を１から得た時点で、洗浄薬剤の供給を終了し；フィルターケーキを更に処理する。
１．２．バッチ式方法では、洗浄プロセスを終了したことを伝える。更なるフィルターケーキの次のバッチ式洗浄のため、必要に応じて、１からの所定のパラメーターに従って、洗浄薬剤の量を調整（通常、減らす）することができる。洗浄薬剤量の調整方法は、更に下記に詳述する。

【0027】

２．所定のパラメーター値（１．参照）が得られない場合、フィルターケーキは最適に洗浄されておらず；以下によって洗浄操作を継続することが想定することができる：
２．１．連続式方法では、洗浄薬剤供給を延長する。
２．２．バッチ式方法では、既に洗浄されたケーキに対して追加の洗浄を続いて行ってよい。新しいフィルターケーキと共に次のバッチでは、洗浄薬剤量を増量することができる。

【0028】

記載されている測定値（２．１．または２．２．参照）にもかかわらず、所定のパラメーター値が得られない場合、母液の置換による単独の精製は不充分である。通常、洗浄ストラテジーを変更し；例えば、スラリー洗浄（懸濁洗浄）または置換およびスラリー洗浄の組合せを行うことができる。

【0029】

限界値評価の代わりにまたは限界値評価に加えて、方法は、生データまたは生データから確認された濃度値の変化解析のステップを含む。

【0030】

生データまたはそれから算出された濃度値の変化解析では、測定データ解析は、通常、次のステップを含む：
３．濾過および洗浄プロセスにおける所定時間所定時間にわたって評価システムへ濾液流れの監視パラメーターの測定値の転送。測定値から生成された曲線の一次導関数の算出。測定値曲線の一次導関数（＝傾き）が変化しなくなるか、または所定値未満になる場合、次の測定値となる：
３．１．連続式プロセスでは、洗浄薬剤の供給は止まる。１．（到達／未到達）から限界値評価によれば、更なる測定値を必要に応じて取る、例えば、洗浄ストラテジーの変更。
３．２．バッチ式プロセスでは、洗浄プロセスを終了したことを伝える。次の洗浄ステップのため、１．からの限界値評価に従って、洗浄薬剤量を、必要に応じて、調整する（減らすまたは増やす）。

【0031】

方法の特定の実施形態では、洗浄品質は、１つ以上の更なるデータ解析によって測定データから確認される。この目的のため、好ましくは、測定曲線の傾き（２つの測定間例えば、タイムスタンプｔ－１およびｔの測定間）を期間Ｃにおいて算出する。算出された傾きを、認められたものとして事前に定められた傾きの値の範囲（動作範囲）と比較し；これは、通常、満足する品質を有する事前の洗浄から確認される。起こり得る変動があり、したがって、傾きが洗浄過程にわたって動作範囲から出る場合、洗浄操作または洗浄の有効性における欠陥となる。

【0032】

ａ）傾きが、あまりに平坦であると、例えば、フィルターケーキ中の亀裂によって引き起こされる
ｂ）傾きが、不均一であると、例えば、フィルターケーキ中の穴または溝によって引き起こされる
場合に、起こり得る欠陥がある。

【0033】

傾きの評価は、適切な対策を開始することができるように、プロセスの理解または監視を可能とする。これらは、例えば：フィルターケーキの（不）飽和を注目すること、欠陥について使用される濾過剤をチェックすること、フィルターケーキを滑らかにすることなどであり得る。

【0034】

概して、傾きは、洗浄速度Δ濃度／Δ時間、あるいはΔ測定信号／Δ時間（式中、Δ＝変化量）と等しい。これは、プロセス最適化を可能とし、例えば、
ａ）高傾きは高洗浄速度を意味し、例えば、高圧によって達成することができる。これは、より短い洗浄時間をもたらし、サイクル時間を短縮する。
ｂ）低傾きは増加された洗浄時間を意味する。これは、固体細孔系への洗浄薬剤の拡散時間を増加し、洗浄有効性を増大することができる。

【0035】

欠陥が認識される場合、システムは警告を発し；システムは、必要に応じて、洗浄操作を終了する。

【0036】

－洗浄の有効性
方法の特定の実施形態では、洗浄操作の有効性を、以下のステップ：
ａ）所定値Ｘ以上の傾きと共に測定曲線が変化する期間Ｃを、測定曲線（図２参照）から確認し、
ｂ）傾き値を、ａ）から期間Ｃにわたって平均の傾きとして算出し、
ｃ）ａ）からセクションＣにおける傾きの変動を算出し、
ｄ）傾き値が所定の動作範囲内であり、傾きの変動がＸ未満である場合、洗浄操作は効率的に進み；傾き値が充分な洗浄品質のための所定値に達するまで洗浄操作を継続し、
ｅ）傾き値が≦所定の最小値（平らな傾き）および／または傾き値の変動が高い場合、ケーキ中に勾配形成または不連続部の疑いがあり、警告を発し、および／または濾過圧を増大すること
によって確認する。

【0037】

最適な洗浄比をその後にバッチのため、洗浄曲線の解析から決定する（図３または５、洗浄比による測定）。更なる測定変化がない場合、最適洗浄比、すなわち、洗浄薬剤の最適量を越えている。

【0038】

本発明の方法の特定の実施形態では、洗浄操作の算出された終わりまでに洗浄操作のために消費された洗浄薬剤量を確認し、次の洗浄操作のための洗浄薬剤の最適量として決定する。バッチ式洗浄操作の場合、フィルターケーキの洗浄のための洗浄薬剤の新しい量を添加する。連続式方法では、洗浄薬剤量をオンラインで算出し、例えば、万が一洗浄薬剤の最適量が超過する場合には、警告を与える。

【0039】

オンラインあるいは続く全部のいずれかで、測定値を考慮／解釈してよい（プロセス最適化）。

【0040】

さらに詳細には、ケーキ濾過のためのフィルター装置からの濾液流れの測定値および得られた測定値のその後の解析は、濾液流れ中の副次成分の濃度または濾液流れの測定可能な累積パラメーターに関連するフィルターケーキ品質の製品特異的検証を行うことができる。

【0041】

本発明の方法は、特に、プロセス進行に関する以下の情報を提供する：
・プロセス進行の評価、
・停止／終点判断基準の特定、
・プロセス欠陥、例えば、不規則なフィルターケーキ構造の特定：
・プロセス安定性
・洗浄薬剤量の最適化のための指針。

【0042】

この情報を使用して、間接的フィルターケーキ解析を行う。

【0043】

本発明の方法の第一実施形態では、屈折率の決定を、副次成分に関する累積信号として使用する。

【0044】

フィルター装置において対応して位置する測定装置を使用して、オンライン測定値、例えば、濾液流れにおける屈折率を決定する。好ましくは、濾液出口５－加圧しないで、あるいは必要に応じて圧力導管中に測定装置を設置する（図１）。

【0045】

測定値およびその経時変動を、品質管理の特徴として使用することができる。通常、オンライン測定された値を、測定値および副次成分／製品品質間のそれ以前に確認された校正関数と比較する（図２）。

【0046】

本願は、洗浄薬剤供給（wash medium feed）と、フィルターエレメントと、濾液出口と、濾液流れ中の測定のための測定装置とを備えるフィルター装置であって、測定装置は、１つ以上のパラメーター、例えば、屈折率、密度、超音波トランジットタイム、ｐＨ、電導度、酸化還元電位、および／または濾液流れの分光学的特性の測定値のために選択される、フィルター装置を更に提供する。本発明によれば、測定装置を、濾液出口中または出口上に設置する。通常、測定装置を、フィルター装置の濾液導管中に設置する。

【0047】

好ましくは、フィルター装置は、濾液の質量を測定するための測定装置を更に備える。天秤を用いて、濾液採取溶液中の濾液の質量を確認／記録する。あるいは、流量計を用いて体積流量／質量流量から濾液の質量を確認／記録する。

【0048】

好ましくは、本発明の測定を、濾液の質量の測定と組み合わせる。

【0049】

適切なフィルター装置は、吸引漏斗、遠心機、ブフナー漏斗、フリット、濾過るつぼ、ドラムフィルター、ディスクフィルター、ベルトフィルターおよびフィルタープレスであるが、これらに限定されない。

【0050】

固体洗浄の定性評価のための実施例Ａ：
第一セットの実験では、洗浄濾液の検査を、屈折率を用いて置換洗浄で検査し、Ｓｉｖａｎｔｏ製品を使用して、一例として例証する。

【0051】

この目的のため、濾過／洗浄では、確定された接合部において濾液流れからサンプルを少し採取した。屈折計（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社のＡｂｂｅｍａｔ３００）を使用してオフラインで屈折率を測定し、これを洗浄溶液の屈折率と比較した（図３）。プロセスの規則的進行を考えると、測定は、洗浄溶液の屈折率にほぼ等しくなるだろう。第一に、濾液は母液から成り、したがって、屈折率の経過においてプラトーが観察された。母液が置換洗浄において洗浄薬剤により徐々に置換される場合、屈折率は一定値に達するまで低下する。好ましくは、この値は、使用された洗浄薬剤の値に達する。

【0052】

したがって、屈折率は濾液中の濃度減少を検出するために累積信号として適しており；濃度期待値からの変動および単位時間当たりの濾過速度を示し認識することができることが分かった。

【0053】

フィルターケーキの品質との相関は、個々の場合で検査することであり、Ｓｉｖａｎｔｏについて可能であった。洗浄中の濾液流れからのサンプルおよびフィルターケーキを、洗浄終了後の都度（洗浄薬剤の異なる量で各実験を行った）、ＨＰＬＣによって分析した。

【0054】

更なる実験では、プロセス屈折計を、オンライン測定技術として濾過のための実験室試験床の濾液出口中に組み込んだ。この目的のため、ｎＤ１．３２～１．５３の測定範囲を有するＫＰａｔｅｎｔｓ社のＰＲ－４３タイプのプロセス屈折計を使用した。実験室実験のため、フローアダプターを使用した。

【0055】

モデル粒子に関する固体洗浄の定性評価および定量評価のための実施例Ｂ：
ｉ．実験手順：
ＶＤＩガイドライン２７６２に従って、０．２バールゲージおよび室温において１００ｃｍ^２実験加圧フィルターで、濾過および洗浄実験を行った。プロセス屈折計（Ａｎｔｏｎ社のＡｂｂｅｍａｔ３００）を、濾液導管中に組み込んだ。時間分解法で、濾液の屈折率および質量を記録した。実験終了後、フィルターケーキの高さおよび質量を決定した。

【0056】

Ｓ＝１のフィルターケーキの飽和Ｓにおいて濾過を終了し、超純水をフィルターケーキ上に注意深く層状にし、次いで、洗浄および機械的脱湿を行った。実験終了後、濾過母液および洗浄濾液の屈折率を、Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社のＡｂｂｅｍａｔ３００を用いて、２３℃において決定した。

【0057】

（オンラインで）確認された屈折率をＮａＣｌ濃度および質量に換算するため、オフライン屈折計を用いて校正線を記録した。

【0058】

使用されたモデル粒子は、ＳｉＬｉビーズタイプＳ ０～５０μｍガラス製ビーズ（Ｓｉｇｍｕｎｄ Ｌｉｎｄｎｅｒ ＧｍｂＨから供給される）であった。固形分濃度は、４００ｇ／ｋｇであった。使用された不純物は、２００ｇ／ｋｇの濃度のＮａＣｌであった。適用された懸濁液量は、約１０００ｇであった、すなわち、１２０ｇのＮａＣｌを溶存不純物として系中に添加した。洗浄のため、非常にきれいなフィルターケーキを得るために、１１９２ｇの超純水を使用した（洗浄比が乾燥フィルターケーキ１ｌ当たり４．３ｌの水に相当する）。

【0059】

乾燥フィルターケーキを、超純水中に再懸濁し、抽出撹拌を行った。遠心分離後、上澄み液の屈折率を決定した。これは、水の値に相当した。加えて、上澄み液中の遊離Ｃｌ^－を、キュベット試験を用いて０であると決定した。これは、この実施例における洗浄されたフィルターケーキは、ＮａＣｌを含まなかった。

【0060】

ｉｉ．
ｉｉｉ．実験評価：
・オンライン分析：定性評価
濾液質量および屈折率の並列記録では、図４に従った進行の実験で以下の観察を行う：
－濾液質量は、濾過および洗浄中に増加した後、実験終了時においてフィルターケーキからの脱湿の間、一定のままである。母液だけがフィルターケーキを残すので、濾過の間、屈折率は一定のままである。その後の洗浄では、屈折率は、母液の値から純粋な洗浄薬剤の値へ減少する。

【0061】

ほとんど純粋な洗浄薬剤のプラトー値に達する場合、更なる置換洗浄によってフィルターケーキは洗い出されないと想定することができる。言い換えれば、更なる精製のため、別の洗浄ストラテジー、例えば、スラリー洗浄を検討する必要がある。屈折率の値の更なる変化がない場合、洗浄を終了することができる。

【0062】

上記データが洗浄比に基づく場合、洗浄薬剤の必要量を直接的に確認することができる（下記説明参照）。

【0063】

図５は、洗浄比に対する屈折率（ＲＩ）の進行を示す。濾過母液の一定の測定値は、水の量の増加により低くなることは明白に明らかである。洗浄終了時、プラトー値に達する。

【0064】

ＲＩの低下および一定値における沈降は、更なる洗浄効果を得ることはできないことを示している。言い換えれば、より大きな洗浄比でさえ、フィルターケーキの洗い出し効果は更に改善しない。この完全に定性的な評価を利用して、１．５の洗浄比においてこの実施例における洗浄を終了することができる。これは、時間および洗浄薬剤の費用を直接的に節約する。操作におけるかかるデータの記録は、洗浄時間および洗浄薬剤消費に関する最適化のために充分なデータ根拠を創出することができる。

【0065】

定量評価は、実際の製品の複雑さのより高い程度で影響を受け得る。モデルプロジェクトのため、以後にこれを説明する。
・オンライン分析：定量評価
オンライン測定データの定量評価のため、濾過および洗浄に関する時間に対するＲＩおよび濾液質量のプロットを選択する（図５参照）。各時間帯について、ＮａＣｌ濃度－屈折率校正線により記録データから、濾液質量およびＮａＣｌの質量を算出することができる。

【0066】

【数1】

【0067】

あるいは、曲線の積分を以下のように行うこともできる：
各時間帯について秒＊ｇ／ｋｇの単位でカバーされる面積を確認することができるように、台形公式によって、曲線下面積を決定することができる。

【0068】

【数2】

【0069】

時間間隔およびこの時間間隔における記録された濾液質量を参照することによって、時間帯におけるＮａＣｌの質量を決定することができる（表１および２参照）。

【0070】

【数3】

【0071】

【表1】

【0072】

【表2】

【0073】

それぞれの期間のＮａＣｌの質量の全てを合計する－すなわち、測定曲線を積分する－場合、結果は、実験全体を通して洗い出されたＮａＣｌの質量である。この実施例では、これは合計１１６ｇのＮａＣｌになり、使用されたＮａＣｌ量から約３％の変動に相当する。

【0074】

・オフライン測定からの質量バランス：
オンライン測定から質量バランスを検証するために、採取された濾液中の濾液質量および屈折率を決定した。これを使用して質量バランスを算出することができる。詳細な実験において、１２０ｇのＮａＣｌを使用した。２００ｇ／ｋｇ ＮａＣｌの濃度を有する４１４ｇの濾過母液および２４ｇ／ｋｇ ＮａＣｌの濃度を有する１３４７ｇの洗浄濾液を採取した。結果は、濾過母液中に溶解された８３ｇのＮａＣｌおよび洗浄濾液中に溶解された３２ｇのＮａＣｌである。フィルターケーキ中にＮａＣｌは検出することができないので、測定技術によって濾液中の１１５ｇのＮａＣｌを回収することができた。

【0075】

・実施された洗浄品質に関する結論
屈折率は、洗浄の間に、洗浄終了時において母液の（開始）値からより低い（プラトー）値へ減少する。したがって、曲線は、特定の傾きで降下する。この傾きに変化がある場合、それから洗浄品質を推論することができる。
上記モデル系を用いて下記に実施例を説明する。
フィルターケーキ中に溝を人工的に生成するために、適用された懸濁液中にロッドを挿入した。母液濾過後、フィルターケーキから水分を除去した（図６Ａ）。図７は、進行、特に、屈折率の増加を示す。これは、フィルターケーキを洗浄フロント（wash front）がフィルターケーキを貫いて均一に存在しないが、不連続部－ここでは溝－が形成していることを示唆している。図６Ｂに明らかなように、これは、洗浄後、フィルターケーキの目視検査からだけでは外見上分からないだろう。技術的に可能な限り、上記からフィルターケーキの検査では、フィルターケーキ内に隠れている亀裂、溝、その他を見ることは不可能である。

【図面の簡単な説明】

【0076】

【図1】加圧吸引漏斗の概略図 １．加圧吸引漏斗、２．フィルターケーキ、３．測定ユニット（例えば、ＲＩ）

【図2】以下のプロセスフェーズに分割された時間に対する測定値（ＲＩ）の傾向性の代表：Ａー母液の置換、Ｂ－中間領域、Ｃ－承認領域、Ｄ－核酸領域、Ｅ－洗浄効果終了。

【図3】製品Ｓｉｖａｎｔｏに関する屈折率（□）および副次成分の累計（○）の比較。２０℃における純ブタノールの屈折率は、１．３９９３２である。（実施例Ａ）。

【図4】時間ｔの関数としての濾液質量Ｍ（○）および屈折率ＲＩ（黒□）。領域１：濾過；領域２：洗浄。

【図5】洗浄比の関数としてのＮａＣｌ濃度（黒□）および屈折率ＲＩ（○）。

【図6A】溝を含むフィルターケーキ、母液濾過後の脱湿。

【図6B】洗浄後の機械的脱湿後のフィルターケーキ。

【図7】時間（ｔ）の関数としての□質量（Ｍ）および●屈折率（ＲＩ）。

【図8】洗浄操作の制御方法のブロックダイヤグラム。

【0077】

１－測定データの入力
２－一次導関数の算出
３－一次導関数＞０または所定値より大きいか？
４－洗浄操作の終了
５－エラーメッセージ
６－所定範囲Ｃ内の一次導関数？
７－平均傾きおよび変動の算出（ステップｅ～ｇ）
８－所定範囲内の平均傾きおよび変動？

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A-6B】

【図7】

【図8】