CS270389B1 - Mechanicky promíchávaný krystalisátor pro přípravu nálorozpustných sloučenin - Google Patents

Abstract

Mechanicky proníchávaný krystalisátor je opatřen narážka·!, aziálnín rychloběžným níchadlea, usněmovačen toku, profilovaným dnen a stěnani a pratencovýni segnenty, u kterého ae a rostoucí výškou^ hladiny vsádky zvětšuje i výška usněmovače toku a frekvence otáčení rychloběžného níchadla či aněr otáčení níchadla. Kouliinací těchto prvků lze připravit řízenou krystalizaci sráženín soubory krystalů s extráaně úzkou distribuční funkcí velikostí částic.

Description

Vynález ee týká zařízen! pro přípravu krystalů nálorozpustných sloučenin řízenou krystalizací srážení·.

Řízená krystalizace srážení· představuje důležitou operaci pro přípravu aateriálů s novýai vlastnost*!. Přednosti uvedeného vynálezu budou dokumentovány na systéau halogenidostříbrných fotografických eaulzí připravených řízenou krystalizací srážení·.

Z důležitých faktorů, které ausí být kontrolovány při řízené kryztalizaci srážení·, se Jedná předevšía o: rychlost přítoku reaktantů, koncentraci stříbrných iontů (pAg), koncentraci vodíkových iontů (pH), koncentraci a vzájeaný poaěr halogenidových iontů, stěsnání krystalů v krystalisátoru, teplotu srážení, přítoanost rozpouštědel a aodifikátorů růstu, způsob smíšení reaktantů, intensita vsádky v krystalisátoru. Tudíž faktory, které ovlivňují řízené srážení, lze rozdělit na dvě skupiny:

1. reakční podaínky, 2. způsob saíSení reaktantů a intenzita cirkulace vsádky.

V případě řízeného srážení halogenidostříbzných eaulzí Jo známo, že i způsob saílení reaktantů a intensita cirkulace aíchané vsádky ovlivňuje výsledek přípravy aonodisperzních koapozitních krystalů halogenidů stříbrných, kdy se požaduje:

1. extréaně úzká distribuce velikostí krystalů (aonodispersní distribuce),

2. stejný koncentrační profil halogenidů a dopantů v objeau u každého krystalu halogenidů stříbrného,

3. stejný stav na povrchu všech krystalů halogenidů stříbrných v suspenzi (aorfologie, epitaxie a pod.).

První· požadavkem, kladený· na řízenou krystalizaci srážením, Je příprava monodisperzních eaulzí. Jako aonodisparzní emulze se označují takové soubory krystalů, pokud jejich variační koeficient C_T Je menší než 10 %. Variační koeficient 0_γ Je definován:

směrodatná odchylka _{χ 100} ^r střední velikost krystalu

Druhý· požadavke· Je vytvoření stejného koncentračního profilu halogenidů a dopantů v objemu každého krystalu AgX při přípravě koapozitních krystalů, kdy koncentrační profil se mění bud plynule nebo skokem, přičemž tloušťka Jednotlivých vrstev Bůže být od Jednotek nanometrů až ke stovkám nanometrů.

Třetí· požadavke·, kladený· na řízenou kxyetalizaoi srážení·, Je vytvoření stejného stavu na povrchu všech rostoucích krystalů: aorfologie krystalů, epitaxie, adsorpce fotograficky aktivních látek a pod.

Tyto tři podaínky lze splnit Jednak nalezení· vhodných reakčních podaínek, Jednak provedení· srážecí reakce ve vhodné· aparátu.

Analýzou zveřejněných prací se ukázalo, že vývoj aparátu spěje k nalezení takového provedení krystalizátoru, Jenž zabezpečí splnění dvou požadovaných funkcí:

1. ryhlé a homogenní saísení proudů dvou či více vysoce koncentrovaných roztoků reakčních partnerů,

2. účinné promíchávání celé vsádky krystalisátoru.

Tyto dvě podaínky lze splnit o aparátech s vnitřními vestavba·!, které svojí konstrukcí napomáhají i intenzívní cirkulaci vsádky v krystalisátoru. Typ a tvar vnitřních vestaveb Je volen tak, aby uvnitř saěšovače (v primární ní sici zóně) vznikla saísení· reaktantů nuklea halogenidů stříbrných, která se po převodu do celkového objeau krystalizátoru rozpouštějí a růstové částice přecházejí difúzí přes fázi roztoku na povrch Již existujících krystalů (tzv. Berryho model, řízené srážení).

Nalezení vhodného uspořádání krystalizátoru, ktezý by umožnil definované saísení reaktantů a dokonalé proaíaení celého objemu cirkulující vsádky, by eliminovalo odchylky ve velikosti krystalů halogenidů stříbrných aezi Jednotlivými šaržemi a přispělo by k pří

CS 270 389 B1 pravě souborů krystalů halogenidů stříbrných s užší distribucí velikostí částic a rovnoměrnějším koncentračním profilem halogenidů a dopantů v objemu různých krystalů halogenidů stříbrných.

Předmětem vynálezu Je zařízení vedoucí k zúžení distribuce velikostí krystalů a dosažení stejného koncentračního profilu ▼ objemu každého z krystalů připravených řízenou krystalizací srážením.

Uvedeného účelu se dosáhne tím, že u mechanicky promíchávaného krystalizátoru opatřeného narážkami, axiálním rychloběžným mí chad lem, usměrňovačem toku, profilovaným dnem, profilovanými stěnami krystalyzátoru a prstencovými segmenty se s rostoucí výškou hladiny vsádky zvětšuje i výška usměrňovače toku plynule či skokově nebo se zvyšuje frekvence otáčení rychloběžného míehadla axiálního typu nebo se mění směr otáčení axiálního míehadla. Vhodnou kombinací uvedených prvků zařízení a poetupu lze připravit řízenou krystalizací srážením soubory krystalů s extrémně úzkou distribuční funkcí velikostí částic (C_v< 10 %).

Znakem vynálezu Je spojení funkce směšovače a usměrňovače toku použitím mechanického rychloběžného axiálního míehadla a usměrňovače toku takového tvaru, který Jednak ohraničuje primární mísící zónu, v níž vznikají míšením reaktantů nuklea, Jednak zabezpečuje účinnou cirkulaci celé vsádky v krystalizátoru.

Dalším znakem vynálezu Je profilování dna a profilování stěn krystalizátoru, Jehož smyslem Je odstranění mrtvých nepromíchaných zón (viz obr. 1, část a), v nichž Je účinnost míšení (homogenizace) nízká (viz obr. 1, část b).

Dalším znakem vynálezu Je zvětšování výšky usměrňovače toku plynule nebo skokově pomocí válcovitých prstenců nebo zvyšování frekvence otáčení rychloběžného axiálního míchadla s rostoucí výškou hladiny vsádky nebo volba směru otáčení rychloběžného axiálního míehadla, aby míchadlo čerpalo kapalinu směrem ke dnu či směrem k hladině (vzhůru), čímž se dosáhne účinné cirkulace vzrůstajícího objemu vsádky během přítoku reaktantů.

Navrhované úpravy mechanicky promíchávaného krystalizátoru, způsob využití a získaný efekt předkládaného vynálezu budou objasněny na následujících příkladech. Výsledek Jednotlivých příkladů bude shrnut v tabulce I.

Srovnávací příklad

Reakční podmínky byly zvoleny obdobné s příkladem 1 v Eur. Pat. Appl. 0 072 217 s tím rozdílem, že byla připravována emulze s kubickými krystaly o složení Ag Brl (1 = 4 mol %) a byly použity dvakrát koncentrovanější roztoky.

Emulze byly připravovány použitím následujících roztoků:

Roztok A v krystalizátoru: destilovaná voda........ 6 000 ml inertní želatina............................................ 60 g

10% ethanolový roztok tributylfosfátu ........... 10 ml pAg = 4,0 pH = 1,5 (nastaveno 10% H₂SO^) t = 60 °C

Roztok B

0,2 M AgNO₃ .................. 1 450 ml

Roztok C

M AgNO₃ ................................................................ 1 830 ml

Roztok D 0,2 Μ KX (0,192 M KBr + 0,008 Μ Π) ........... 1 440 ml inertní želatina .......... 29 g

10% ethanolový roztok TBF ......... 2 ml

OS 270 389 Bl 3 pH = 1,2(nastaveno 10% HgSO^)

Roztok £

Μ KX (3,84 M KBr + 0,16 M KI) ........................................ 1 800 ml inertní želatina................ 36 g

10% ethanolový roztok TBF.............. 2,5 ml pH = 1,2 (nastaveno 10% HgSO^) Roztok F

0,2 KBr v automatické byretě pro udržování pAg « konst.

Roztoky B a D byly přidávány k roztoku A při 60 °C po dobu 30 minut tin způsobe·, že rychlost přítoku do krystalisátoru byla postupně zvyšována. Potě byly přidávány do krystalizátoru roztoky 0 a B po dobu 83 minut. Běhen celého srážení byla hodnota pAg 4,0 udržována na konstantní výši regulovaným přítokem roztoku F. Po ukončení srážení byl odebrán vzorek a pomocí elektronového mikroskopu byla určena morfologie krystalů, střední velikost a variační koeficient 0_T· Výsledky vis tabulka I.

Krystalizace srážením ve srovnávacím příkladu byla provedena v krystalisátoru vyobrazeném na obr. 2. Rozměry krystalizátoru byly tyto: ' průměr nádoby: D s 250 mm počáteční výška hladiny: H « 0,5 D axiální šestilopatkové míohadlo o průměru d “ D/3 s rovnými šikmo skloněnými lopatkami o šířce lopatky h » d/5 se sklonem lopatky 45° výška umístění míchadla nade dnem H₁ 0,2 B narážky o šířce b » D/10 a vzdálenosti od stěn a dna f₁ D/100 přítoky byly realizovány dvěma proudy umístěnými symetricky k míchadlu ve vzdálenosti: rozteč = 2/3 d výška nad míchadlem 1/5 d frekvence otáčení míchadla 500 ot min**¹ konstantní po celou dobu přítoku reaktantů.

V důsledku přítoku reaktantů se zvýšila výška hladiny vsádky z počáteční hodnoty H na konečnou hodnotu H_e (cca 250 mm).

Příklad 1

Krystalizace srážením halogenidů stříbrných byla provedena obdobným způsobem Jako ve srovnávacím příkladu a tím rozdílem, že do krystalizátoru byl vložen usměrňovač toku a navíc profilováním bylo upraveno dno nádoby a stěny krystalisátoru (viz obr. 3).

Pro optimální tvar profilování dna a stěn krystalizátoru Je možno odvodit vztah pro

výpočet průtočných ploch kolem usměrňovače toku (viz	obr. 4):
01/4^ =7^·, (D, +	cos -8)	( 1 )
a úpravou této kvadratické rovnice se získá:
r1 D, (1(1 + cos -8)	- 1) /2 cos 8-	( 2 )

Na základě uvedených podmínek byla určena tato geometrie usměrňovače toku a profilovaného krystalizátoru (viz obr. 3):

D₁ = 92 mm, D₂ = 177 mm, H^ » 32 mm, Hg » 84 mm, = 44 mm.

Příklad 2

Krystalizace srážením halogenidů stříbra byla provedena obdobným způsobem Jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že byl vyjmut usměrňovač toku (viz obr. 5).

Příklad 3 .

Krystalizace srážením halogenidů stříbrných byla provedena obdobným způsobem Jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že s růstem výšky hladiny se zvyšovala i výška usměrňovače toku spouštěním prstenců o průměru a výšce » 30 mm. Prstence byly spouštěny na horní podstavu usměrňovače toku po

1. prstenec H+

2. prstenec H+

3. prstenec H+

4. prstenec H+

Uložení vestaveb na

CS 270 389 B1 dosažení výSky vsádky:

mm

120 nm.

i srážení znázorňuje obr. 6.

Příklad 4

Krystalizace srážení· halogenidů stříbrných byla provedena obdobným způsobem jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že byl zvolen opačný smysl otáčení míchadla, takže emulze byla tlačena k hladině.

Vyhodnocení uvedených příkladů je shrnuto v tabulce I.

Tabulka I

Vliv vestaveb na hodnotu variačního koeficientu

Příklad

Vestavby

Směr proudění kapaliny Variační čerpané míchadlem koeficient

Porovnávací narážky | 18 narážky profilování dna a stěn, usměrňovač toku v narážky profilování dna a stěn narážky profilování dna a stěn, usměrňovač toku, prstence narážky profilování dna a stěn, usměrňovač toku

Claims (1)

1. OS 270 389 B1 PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Mechanicky prošlehávaný kryatalisátor pro přípravu sálorozpuatných sloučenin, opatřený rychloběžný· síchadles a frekvencí otáčení v rozsahu 50 až 2000 ot/sin, osově uaíatěnýa v uaaěrňovači toku ve tvaru válce či kosolého kužele nebo vícebokého hranolu či koaoláho jehlanu, průměry jehož podstav leží v intervalu 0,2 až 0,9 D, kde D je průměr krystalizátoru, jehož počáteční výěka leží v intervalu 0,4 až 0,8 H, kde H je počáteční výSka hladiny ▼ krystalizátoru a jehož pracovní výška leží v intervalu 0,3 až 0,9 H,* kde H*je rostoucí výěka hladiny v průběhu Šarže, přičemž současně dno krystalizátoru je profilované do tvaru uasěrňovacího kužele či jehlanu v ose nádoby, vyznačující ee tin, že je opatřen v části od dna až k úrovni horní podstavy usměrňovače toku profilovanou stěnou spojitě navazující od úrovně spodní podstavy usměrňovače toku na profilované dno nádoby.