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溶液晶析による結晶製品の品質予測・制御を目的としたCFD晶析反応モデルの開発

开发 CFD 结晶反应模型，用于通过溶液结晶预测和控制结晶产品的质量

基本信息

批准号：
16760121
负责人：
三角隆太
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、化学・医薬品工業での代表的な分離操作の一つである晶析操作について、結晶製品の高度な品質予測・制御方法の構築、生産性の向上を目指して数値流動解析およびモデル実験を行った。得られた知見は以下の通りである。(1)「撹拌翼・邪魔板・槽壁と結晶の衝突に起因する二次核(微結晶)の発生現象」に関して、数値流動解析により撹拌槽内の乱流状態・粒子挙動の定量的な評価を行った。その結果、結晶の衝突頻度、衝突エネルギーは撹拌翼の回転方向に対して前面側で大きな値となり、翼裏面や邪魔板、槽壁に対するそれらは無視できるほど小さいことがわかった。得られた衝突に関する統計データをもとに、結晶摩耗による粒径変化を確率論的に解析する手法を構築した。これにより通常の流動解析では再現が困難な数時間にわたる結晶摩耗現象を実用的に十分な精度で再現することが可能となった。(2)「溶質の局所的な過飽和度の増大に起因すると予想される一次核発生現象」に関して、適切な温度処理のもとでは、一次核の発生温度と撹拌翼回転数との間に正の相関関係があり、さらに撹拌所要動力との間に正の比例関係があることがわかった。これらの知見は、一定の温度条件下においては既存の晶析装置において何ら付加的な設備を用いずに核発生を制御できる可能性を示すものであり、今後実生産現場での応用が期待できる。(3)「高懸濁濃度条件における結晶の浮遊分散現象」に関して、ドラフトチューブ(DT,案内円筒)の最適操作条件の検討を行った。その結果、ドラフトチューブの内外水平断面積比が60%となるようにDT径を設定し、下吐出流れのプロペラ翼を組み合わせることで、大粒径、高懸濁濃度の条件においても低動力で良好な固体粒子の浮遊分散・循環を達成することができ、その動力は汎用されるディスクタービン翼と比較して6分の1にまで低減できることがわかった。これらの知見を活用することで、通常取り扱いが困難とされる重量濃度60%、平均粒径数百ミクロン程度の晶析条件においても粒径分布が狭い良好な結晶生産が達成できる可能性が示された。

This study is a representative of the chemical and pharmaceutical industries in the separation operation, crystallization operation, crystallization product quality prediction, production method construction, upward direction, numerical flow analysis, etc. The following is a list of the most important things to know. (1)"The occurrence of secondary nuclei (microcrystals) due to the conflict between stirring blades, evil plates, tank walls and crystals" is related to numerical flow analysis, turbulence state in stirred tanks, and quantitative evaluation of particle motion. The results, crystal collision frequency, collision occurrence, and the direction of return of the stirring wing are opposite to each other. The front side of the stirring wing is opposite to each other. The inner side of the stirring wing is opposite to each other. The analysis method of particle size is established. The usual flow analysis is difficult to reproduce for a number of times, and the crystal wear phenomenon is useful for very accurate reproduction. (2)"The cause of the increase of supersaturation of solute is expected to be the phenomenon of primary nuclear generation." The relationship between the temperature of primary nuclear generation and the number of stirring blades is positive. The relationship between the necessary stirring power is positive. This knowledge shows the possibility of controlling nuclear generation in existing crystallization equipment under certain temperature conditions and the expectation of future use in production sites. (3)The optimum operation conditions for the crystallization of the suspended dispersion phenomenon under high turbidity conditions were discussed. As a result, the ratio of horizontal cross-sectional area of the inner and outer surfaces of the particles is 60%, the diameter of the particles is set, and the flow rate of the particles under the discharge flow is set. The conditions of large particle size and high turbidity concentration are medium and low. The dispersion of solid particles is good. The circulation is achieved. The dynamic force is used. The ratio of horizontal cross-sectional area of the particles to the outer surface of the discharge flow is set to 6 minutes. The ratio of horizontal cross-sectional area of the particles under the discharge flow is set to 6 minutes. This knowledge is usually used to determine the difficulty of crystallization, such as the weight concentration of 60%, the average particle size of several hundred, the crystallization conditions of narrow particle size distribution, and the possibility of achieving good crystallization production.