単一粒子結晶の成長現象と懸濁型晶析装置の運転操作とのミクロ-マクロブリッジ

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単一結晶の成長速度と懸濁型晶析装置(MSMPR晶析装置)を用いて測定した結晶粒子群の成長速度を定量的に比較し、過飽和度および懸濁密度の影響を検討した。結晶の成長速度を議論する場合、実験的に簡単な単一結晶を用いた成長速度の測定方法が一般に広く研究されている。しかし、実際の工業晶析では、結晶粒子群を扱うため、結晶同士の相互作用(磨耗や破損および凝集)を考慮した成長速度を議論する必要がある。したがって、それら両者の成長速度を区別し、さらに成長速度を定量的に比較することが重要である。本研究では前者を一次成長速度、後者を二次成長速度と定義することにした。二次成長速度は、さまざまな定義方法が考えられるが、本研究では篩い分けのデータから各粒径の成長速度が決定できる式(Whiteの式)を用い、さらに工業晶析で多く使用される質量基準の考えを導入し、粒子群の代表の成長速度を定義した。一次と二次の成長速度を比較した結果、同じ粒径の粒子でも、成長速度は懸濁密度に依存することがわかった。得られた製品結晶はかなりの割合で凝集しており、また、破損や磨耗を確認することができた。また、操作変数(平均滞留時間、原料濃度)との関係を考慮したところ、同一過飽和度のとき、懸濁密度が高くなるほど、一次成長速度よりも二次成長速度のほうが速くなるということがわかった。以上の結果、ミクロな成長速度である一次成長速度と、粒子群のマクロな二次成長速度との関係を操作変数の観点から整理でき、懸濁密度および過飽和度で定量的に関係付けることができた。