晶析プロセス設計で必要な化学工学計算と条件設定手法

本講座では、化学・医薬・材料分野において不可欠な単位操作である「晶析」について、その基礎理論から設計計算の実務までを、Excelを用いた演習も交えながら体系的に解説します。晶析を初めて学ぶ方から、現場でプロセス設計や課題解決に取り組む実務経験者の方まで、幅広く対応した内容となっております。 　前半では、溶解度や相平衡、核生成・結晶成長の速度論といった晶析操作に共通する理論を整理します。その上で、物質収支計算やMSMPRモデルによる解析、装置容量設計など、設計の基本となる計算を体験していただきます。基礎的な数式が具体的な設計数値へとどのように結びつくのか、その過程を確認していくことで、初心者の方でも晶析設計の全体像を確実に把握いただけます。 　後半では、講師が研究を進めている融液晶析をケーススタディとして、最新の研究知見を交えて詳説します。融液晶析は界面の移動現象が品質に直結するため、物質・熱移動の理解を深める上で分かりやすい題材です。攪拌条件や温度条件による結晶純度の制御について解説します。 　さらに、多くの技術者が直面するスケールアップにおける課題について、回分晶析槽の冷却操作における熱収支を題材として演習を実施します。種結晶添加や結晶成長、攪拌操作が晶析槽の温度変化にどのように影響するのかを皆さんと予測します。化学工学計算に基づいて現象を捉えることで、晶析槽のスケールアップの際の設計方針を決定し、晶析操作を安定化するための視点を提供します。

1. 平衡論に基づく晶析操作領域の設定
   1. 晶析操作の目的と分離精製における位置づけ
   2. 溶解度曲線と過飽和度:操作の推進力の定量的理解
   3. 二成分単純共晶系の相平衡
   4. 【演習1】てこの原理を用いた物質収支の計算
2. 速度論モデルの考え方と晶析装置の設計計算
   1. 核生成と結晶成長の基礎理論
   2. 【演習2】回分晶析装置の容量設計の考え方
   3. 【演習3】結晶の粒径分布と代表径の考え方
   4. 【演習4】MSMPRモデルによる核生成・成長速度の解析
   5. 【演習5】混合槽型晶析装置の容量設計の考え方
3. 融液晶析 (冷却晶析) をケーススタディとして
   1. 融液晶析の基本原理と特徴
   2. 融液晶析における伝熱と結晶成長モデル
   3. 高純度化のための発汗操作
4. 研究事例紹介:二重円管型装置を用いた融液晶析
   1. 脂肪酸の層状結晶の形状と組成
   2. 攪拌操作・温度操作による結晶品質の制御
   3. 融液晶析における結晶層の成長速度と純度の予測法
5. 回分晶析の熱収支計算 – スケールアップにおける留意点 -
   1. 【演習6】混合槽の冷却挙動
   2. 【演習7】結晶析出を伴う冷却挙動
   3. 【演習8】攪拌と結晶析出を考慮した冷却挙動
• 質疑応答