溶液晶析操作の数値流動解析手法に関する基礎研究

2022.09.05 By 横浜国立大学 大学院工学研究院 機能の創生部門 三角 隆太

化学

研究概要

化学・医薬品工業での代表的な反応・分離操作の一つである晶析操作は、主に(a)溶液中の溶質濃度が飽和濃度より大きくなる場合に起こる「一次核発生」、(b)結晶粒子と撹拌翼・槽壁、および粒子どうしの衝突により起こる「二次核発生」、(c)結晶表面への溶質物質の取り込みにより起こる「結晶成長」の三要素が液相乱流場中で重畳した非常に複雑な現象です。

この溶液晶析操作について、装置内の乱流状態・輸送現象の詳細な理解に基づき、粒子衝突、核発生、結晶成長、析出反応、結晶凝集などを数値モデル化し、溶液混合、過飽和度分布、粒子分散に関する数値流動解析(CFD)に組み込むことで、製品結晶の品質予測を可能とする数値流動解析手法の構築に取り組んでいます。

アドバンテージ

晶析操作の数値流動解析手法をベースに、撹拌操作について体系化された化学工学的な装置設計手法を援用することで、「製造現場で使いやすい装置設計手法やスケールアップ手法」の構築を目指しています。同手法により医薬品等の少量サンプルをもとにしたスケールアップや、流動状態等の最適化による結晶製品の高度な品質制御方法の提案が可能になると考えています。

事例紹介

文部科学省科学研究費補助金(Nos. 17K06886 25420108,23760147, 19760112, 16760121, いずれも研究代表者)や、研究財団等による研究助成の支援を受け、さらに多くの民間企業と共同で研究を進めています。

相談に応じられるテーマ

撹拌操作全般

溶液晶析操作の数値流動解析手法に関する基礎研究溶液晶析における核発生現象に関する研究

液体混合・固液分散に関する研究液相乱流場に関する研究

主な所属学会

化学工学会 米国化学工学会(AIChE)

日本機械学会

主な論文

Method Coupling Computational Fluid Dynamics with Ternary PhaseDiagram for Anti-solvent Crystallization』 「Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn., 73, 314-321 2019/12

Investigation of Torque and Horizontal Load on a Paddle Impeller in Eccentric Mixing』 「Journal of Chemical Engineering of Japan, 51 (3), pp. 197-202 2018/3

『非溶媒中での撹拌操作に伴うカリミョウバン結晶の摩耗微結晶生成量と母結晶摩滅量の定量化法の検討』「化学工学論文集, 44 (3), pp. 147-152 2018/3

Effect of Feed Location on Particle Size Distribution in Production of Crystals in a Classified Bed Crystallizer』 「Journal of Chemical Engineering of Japan 2016/1

Optimal Seeding Condition for Semi-Batch Type Evaporative Crystallization of a High Suspension Density Sodium Chloride Slurry in a Draf

主な特許

特願2007-210521「ポリ塩化ビニルの粉体特性を評価する方法」

特許第4977892号「重合状態判定装置」

特許第4348459号「液々相系重合装置」

主な著書

「撹拌槽の中の流動・混合の計測方法」分離技術,47(1), pp.14- 18 (20171)

「第3章 固液撹拌槽内の諸現象の定量化」多様化するニーズに応えて進化するミキシング (最近の化学工学 66)pp.24-37 (20171)

「撹拌型晶析装置内での結晶粒子の浮遊挙動とスケールアップ」 分離技術,45(1), pp.9-13 (2015)

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特許情報

特願2007-210521「ポリ塩化ビニルの粉体特性を評価する方法」

JPA 2009040981-000000

特許第4977892号「重合状態判定装置」

JPB 004977892-000000

特許第4348459号「液々相系重合装置」

JPB 004348459-000000