JP4521682B2 - Crystal grain size controller for crystallizer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療品関係、食品関係、光学品関係、電気デバイス素材、テープフィラー素材等の材料関係において適用される晶析装置の結晶粒度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来の晶析装置として、図10の如く上方に配設した蒸発部aと下方に配設した晶析部bとからなり、該晶析部bに、原料液を対流させて結晶の成長を促進させるための所定の固定速度で撹拌する撹拌手段cを設けたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
晶析の生成過程においては通常晶析の核となる初期の種晶過程から該種晶が基となって更に結晶が成長する結晶成長過程となって結晶が大きくなってゆくが、前記従来の晶析装置によれば、撹拌手段により過飽和状態の原料液に結晶の成長を促進させるための比較的速い一定の回転速度のまま撹拌を単に行うと、大きな結晶まで成長しても速い撹拌流によって結晶同士の衝突や撹拌翼、槽壁との衝突で破壊するものがあり、又速い撹拌流によって成長が促進状態のままであると前記の種晶過程と結晶成長過程とが分離せず同時に混在して生じ、かくて晶析された結晶の粒度は小さいものから大きいものまで多分散して巾広い分布形成となり、用途に適した粒度の揃った単峰性分布に晶析させることが困難な問題点があった。
【0004】
本発明はこれらの問題点を解消し、結晶粒径が揃った結晶粒度の単峰性分布形成を可能とする晶析装置の結晶粒度制御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべく晶析装置の晶析部に回転速度可変可能な撹拌手段を設け、該晶析部内の溶液の濁度及び濃度の情報信号を入力し前記撹拌手段の回転速度を高速にして溶液の活性化により晶析の核となる種晶の発生を促進する過程と、該回転速度を高速から低速に下げて種晶の生成の割合を増加させる過程と、該回転速度を低速から中速に上げて種晶や成長結晶の成長を促進する過程の制御プログラムによって制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1により説明する。
【0007】
図1において、1は晶析装置の晶析部を示し、該晶析部1の容器1a内で原料液1bから晶析反応により結晶を生成し、又、図示していないが該晶析部1の上方に溶液濃度を高めるための蒸発部を設けているが、用途に応じて該蒸発部を設けなくてもよい。
【0008】
2は該晶析部1に設けられている撹拌手段を示し、該撹拌手段2は撹拌翼2aと、該撹拌翼2aを回転させる駆動モータ2bとその駆動回路部2cとからなり、該撹拌翼2aの回転速度を次に述べる制御手段の制御指令により可変させて撹拌流を可変させることができる。
【0009】
3はマイコンなどの制御ユニットからなる制御手段、4は前記晶析部1に設けられ発光部4aと受光部4bとの組合せの光センサからなる濁度検出手段を示し、該濁度検出手段4が検出する濁度は光センサ4a、4b間に通過する結晶の数によって電圧や電流の出力が変化して結晶の分散状態を検知することができるようになっている。
【0010】
5は前記晶析部1に設けられている電気伝導度計からなる電気伝導度検出手段を示し、該電気伝導度計により溶液の電気伝導度を検出することにより溶液濃度を検知することができる。
【0011】
6は制御プログラムを記憶する記憶部を示し、前記制御手段3は該記憶部6に接続されていると共に前記撹拌手段2の駆動回路部2cに接続されており、更に前記濁度検出手段4と電気伝導度検出手段5にも接続されている。
【0012】
7は前記晶析部1に設けられているサーミスタ温度センサー等からなる温度検出手段、8は電熱ヒータ等からなる温度調節手段を示し、これら温度検出手段7及び温度調節手段8は前記制御手段3に接続されている。
【0013】
次に本発明の第1の実施の形態の作用を図1乃至図6により説明する。
【0014】
晶析反応は前記図1に示す晶析部1の容器1a内の原料液1bを特定温度となる様に温度検出手段7と制御手段3と温度調節手段8との温度制御系により制御すると共に、溶質の濃度を上げて過飽和状態となって結晶が形成され、この結晶の粒度は撹拌速度と撹拌時間に大きく関係し、図2は前記撹拌手段2を制御する制御プログラムの1例を示し、縦軸に高速から低速までの回転速度を、横軸は飽和濃度や過飽和濃度などの濃度に応じた生成反応の各時点の時間軸を示し、前記制御手段3は前記濁度検出手段4及び電気伝導度検出手段5からの結晶の分散状態と溶質の濃度の情報を検知して該制御プログラムに沿うように前記撹拌手段2の回転速度と撹拌時間を可変制御して後述の図3に示す単峰性の結晶粒度分布を得ることができる。
【0015】
図3は結晶粒度分布のグラフを示し、縦軸に結晶粒径別の重量、横軸に結晶粒径をとり、図4は前記図2の制御プログラムによる制御時に対応する各時点の濁度のグラフを示し、図5は同じく各時点の電気伝導度を示す。
【0016】
尚、図6は晶析生成過程における溶質の溶解度曲線のグラフを示し、縦軸に濃度、横軸に時間軸をとり原点C0、飽和濃度C1のA、G点、核が自発的に生成される過飽和状態の自発的核生成濃度C2のB、E点、最大過飽和濃度C3に近いD点の各時点を示し、濃度がB点を超えると晶析の核となる種晶が発生し、B点からE点までは撹拌などの成長促進の条件により、種晶と核種晶を基に結晶が成長する成長過程とが同時に発生し、E点からはこれら種晶や成長結晶が更に大きくなり、溶質の濃度が飽和濃度C1に限りなく近いG点まで下がると晶析反応は終息する。
【0017】
ここで、前記図2に示す制御プログラムに沿う様に制御するために、制御手段3は前記図4及び図5に示す濁度検出手段4及び電気伝導度検出手段5の情報信号により前記図6に示すA、B、D、E、Gの各時点に見合う設定点を検知して、A、B間は撹拌の回転速度を高速にして溶液の活性化により種晶の発生を促進し、もしB、D間は高速のままであると種晶と該種晶を基に結晶が成長する過程が同時に進行するので高速から低速に下げて種晶の生成の割合を増加させ、D点からE点迄は低速として結晶粒の破損を抑え、E点からは低速から中速に上げて種晶や成長結晶の成長を促進させ、電気伝導度の数値の変化が殆ど無くなることにより飽和濃度C1に近づき晶析反応が終息するG点と定め、特に前記のB、D間及びD、E間の撹拌制御により前記図3に示す単峰性の結晶粒度分布を得ることができる。
【0018】
次に本発明の第2の実施の形態を図7及び図8により説明する。
【0019】
本発明の第2の実施の形態は、前記第1の実施の形態において単峰性の結晶粒度分布を得ることができたが、前記図6の晶析反応過程のグラフのB、E間で生成される結晶の核となる種晶生成過程と該種晶を基に結晶が成長する結晶成長過程を2段階の温度帯に分離して晶析制御することにより結晶の粒度の揃った用途に最適な結晶粒を得ることができることが特徴である。
【0020】
本発明の第2の実施の形態で使用する装置は前記図1に示したものと全く同様であり、晶析反応濃度を特定温度帯と該特定温度帯より例えば10℃低く冷却した冷却温度帯の2段階に調節して晶析する。
【0021】
先ず種晶生成のために、原料液を特定の温度に調節して前記第1の実施の形態の場合と同様に撹拌を制御して晶析反応させ、前記図6の晶析反応過程のグラフのB、D、E間においては晶析の核となる種晶と一部は核種晶を基に結晶が成長する成長結晶とが生成され、溶質の濃度が自発的核生成濃度C2に下がり、更に飽和濃度C1に近づくG点より手前の時点から、次は、例えば10℃温度が低くなる様に中高速から高速回転で撹拌しつつ冷却すると前記飽和濃度C1に近い濃度に下がった溶質の濃度は再び過飽和状態となり、前記図6に示すA、B、D、E、G点までの晶析反応過程を撹拌制御しつつ繰り返し、前記特定温度帯で形成された図7の結晶粒度分布のグラフに示す種晶と一部の成長結晶は、該冷却温度帯において、これらの種晶と成長結晶とを新たな種晶として図8に示す結晶粒度分布グラフの如く特に数本の粒径区分の結晶重量が増加した成長結晶となり、この2段階の温度帯に分離して晶析反応の制御を行うことにより結晶の粒度の揃った用途に適した結晶粒を得ることができる。
【0022】
更に、本発明の第3の実施の形態を図9により説明する。
【0023】
本発明の第3の実施の形態は、前記第1或いは第2の実施の形態において晶析反応が終息する溶液濃度になっても、この溶液の濃度を大にする制御を継続して結晶粒径をより大きくできることが特徴である。
【0024】
本発明の第3の実施の形態で使用する装置は前記図1に示したものと全く同様であり、晶析反応が終息する飽和濃度となっても晶析部1内の溶液温度
を低下させるか、或いは蒸発部が設けられている場合では溶剤を蒸発させることにより、再び濃度を晶析反応が可能な過飽和濃度とすることができ、前記図6の溶質の溶解度曲線グラフの飽和濃度C1のG点で一旦は晶析反応が終息するが、前記温度低下や蒸発により図9において追加したグラフの飽和濃度はC1´まで下がり、G´点が新しい飽和濃度となり、晶析された結晶は更にG´点まで粒径が大きく成長する。
【0025】
又、G´点まで行ったら、再び濃度を大にして新しい飽和濃度はC1´´まで下がってG´´点まで晶析反応が繰り返されて更に結晶粒が大きくなる。
【0026】
この様に濃度を高める制御を継続することにより更に結晶粒径を大きくすることができる。
【0027】
尚、濃度を高める制御は飽和濃度のG点のみでなく、A点からG点までの過飽和濃度状態の時点で行ってもよい。
【0028】
【発明の効果】
このように本発明によると、晶析部内の濁度と濃度の情報信号を入力し、制御手段が撹拌手段の回転速度と撹拌時間を制御することにより、単峰性分布の結晶粒度となり、結晶粒径が揃った結晶粒を得る効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のシステム構成図である。
【図2】その撹拌手段の制御指令プログラムのグラフである。
【図3】結晶粒度の分布グラフである。
【図4】その濁度の検出信号のグラフである。
【図5】その電気伝導度の検出信号のグラフである。
【図6】晶析生成過程の溶質の溶解度曲線のグラフである。
【図7】本発明の第2の実施の形態の特定温度帯における晶析粒度の分布グラフである。
【図8】その冷却温度帯における結晶粒度の分布グラフである。
【図9】本発明の第3の実施の形態における溶質の溶解度曲線のグラフである。
【図10】従来の晶析装置の説明図である。
【符号の説明】
1 晶析部
1a 容器
1b 原料液
2 撹拌手段
2a 撹拌翼
2b 駆動モータ
2c 駆動回路部
3 制御手段
4 濁度検出手段
4a 発光部
4b 受光部
5 電気伝導度検出手段
6 記憶部
7 温度検出手段
8 加熱手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal grain size control device for a crystallizer applied in relation to materials such as medical products, foods, optical products, electrical device materials, tape filler materials, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a conventional crystallizer of this type, it comprises an evaporating part a disposed above and a crystallizing part b disposed below as shown in FIG. 10, and crystallized by convection of the raw material liquid into the crystallizing part b. There is known a device provided with a stirring means c for stirring at a predetermined fixed speed for promoting the growth.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the crystallization generation process, the crystal grows from the initial seed crystal process, which is the core of crystallization, to a crystal growth process in which the crystal grows further based on the seed crystal. According to the crystallizer, if stirring is simply performed at a relatively fast constant rotational speed for promoting the growth of crystals in the supersaturated raw material liquid by the stirring means, even if growing up to a large crystal, Some crystals break when collided with each other, with impingement blades, and with the tank wall, and when the growth is still accelerated by a fast stirring flow, the seed crystal process and the crystal growth process are not separated and mixed at the same time. The resulting crystallized crystals are polydispersed from small to large to form a wide distribution, making it difficult to crystallize into a unimodal distribution with a uniform particle size suitable for the application. There was a problem.
[0004]
An object of the present invention is to provide a crystal grain size control device for a crystallizer that solves these problems and enables formation of a unimodal distribution of crystal grain sizes with uniform crystal grain sizes.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a stirring means capable of changing the rotation speed in the crystallization part of the crystallizer, and inputs information signals of the turbidity and concentration of the solution in the crystallizing part to rotate the stirring means. a step of promoting the generation of seed crystals to be crystallized nuclear activation solution to the speed to high speed, the steps of increasing the rate of production of seed by lowering the rotational speed to a high speed to low speed, the It is characterized by comprising control means for controlling by a control program of a process for promoting the growth of seed crystals and grown crystals by increasing the rotation speed from low speed to medium speed .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0007]
In FIG. 1,
[0008]
[0009]
3 is a control means comprising a control unit such as a microcomputer, and 4 is a turbidity detecting means provided in the
[0010]
[0011]
Reference numeral 6 denotes a storage unit that stores a control program. The
[0012]
[0013]
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
The crystallization reaction is controlled by the temperature control system of the temperature detection means 7, the control means 3, and the temperature adjustment means 8 so that the raw material liquid 1b in the container 1a of the
[0015]
FIG. 3 shows a graph of the crystal grain size distribution, the vertical axis represents the weight for each crystal grain size, the horizontal axis represents the crystal grain size, and FIG. 4 shows the turbidity at each time point corresponding to the control by the control program of FIG. A graph is shown, and FIG. 5 also shows the electrical conductivity at each time point.
[0016]
FIG. 6 is a graph of the solubility curve of the solute in the crystallization formation process. The concentration is plotted on the vertical axis, the time axis is plotted on the horizontal axis, and the origin C 0 , saturation concentration C 1 points A, G, and nuclei are spontaneous. Spontaneous nucleation concentration in the supersaturated state generated C 2 point B, E point, each point of D point near the maximum supersaturation concentration C 3 shows the seed crystal that becomes the nucleus of crystallization when the concentration exceeds B point From the point B to the point E, a growth process in which a crystal grows based on the seed crystal and the nuclei seed crystal occurs at the same time depending on the conditions of growth promotion such as stirring. further increases, decreases the crystallization reaction the concentration of the solute to the G point as close as possible to saturation concentration C 1 is ceased.
[0017]
Here, in order to control in accordance with the control program shown in FIG. 2, the control means 3 uses the information signals of the turbidity detection means 4 and the electrical conductivity detection means 5 shown in FIGS. If the set points corresponding to each time point A, B, D, E, and G shown in FIG. 5 are detected, the rotation speed of stirring is increased between A and B, and the activation of the solution promotes the generation of seed crystals. B, D between the increasing proportions of production of seed crystals is lowered because the high speed to the low speed traveling process of growing crystals on the basis of seed and seed crystal if there remains a high speed at the same time, from point D Slow concentration up to point E suppresses breakage of crystal grains, and from point E increases from low to medium speed to promote growth of seed crystals and growth crystals, and the change in the value of electrical conductivity is almost eliminated, so that saturation concentration C1 Is determined as the G point at which the crystallization reaction ends, especially between B and D and between D and E. It is possible to obtain a crystal grain size distribution of the unimodal shown in FIG. 3 by your.
[0018]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
The second embodiment of the present invention was able to obtain a monomodal crystal grain size distribution in the first embodiment, but between B and E in the graph of the crystallization reaction process of FIG. For use in which the grain size of crystals is uniform by controlling the crystallization by separating the seed crystal generation process that forms the nucleus of the crystal to be generated and the crystal growth process in which the crystal grows based on the seed crystal into two temperature zones. It is a feature that optimum crystal grains can be obtained.
[0020]
The apparatus used in the second embodiment of the present invention is exactly the same as that shown in FIG. 1, and the crystallization reaction concentration is cooled to a specific temperature zone and, for example, 10 ° C. lower than the specific temperature zone. Crystallize by adjusting to the two stages.
[0021]
First, in order to produce a seed crystal, the raw material liquid is adjusted to a specific temperature, and the crystallization reaction is performed by controlling the stirring as in the case of the first embodiment, and the graph of the crystallization reaction process of FIG. Between B, D, and E, a seed crystal that is the nucleus of crystallization and a part of the crystal that grows based on the nuclear seed crystal are formed, and the solute concentration is lowered to the spontaneous nucleation concentration C 2 . Further, from the point before the point G approaching the saturated concentration C 1 , next, for example, when cooling with stirring at medium to high speed rotation so as to lower the temperature by 10 ° C., the concentration decreased to the concentration close to the saturated concentration C 1 . The solute concentration again becomes supersaturated, and the crystallization reaction process up to points A, B, D, E, and G shown in FIG. 6 is repeated with stirring control, and the crystal grain size of FIG. The seed crystals and some of the grown crystals shown in the distribution graph are As a new seed crystal, the seed crystal and the growth crystal are used as a crystal grain size distribution graph shown in FIG. 8 to obtain a growth crystal in which the crystal weights of several grain sizes are increased. The crystal is separated into these two temperature zones. By controlling the deposition reaction, it is possible to obtain crystal grains suitable for applications having uniform crystal grain sizes.
[0022]
Further, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0023]
In the third embodiment of the present invention, even when the solution concentration at which the crystallization reaction ends in the first or second embodiment, the control for increasing the concentration of the solution is continued. The feature is that the diameter can be further increased.
[0024]
The apparatus used in the third embodiment of the present invention is exactly the same as that shown in FIG. 1, and lowers the solution temperature in the
[0025]
When the process is performed up to the point G ′, the concentration is increased again, the new saturation concentration is decreased to C 1 ″, and the crystallization reaction is repeated up to the point G ″ to further increase the crystal grains.
[0026]
Thus, the crystal grain size can be further increased by continuing the control for increasing the concentration.
[0027]
The control for increasing the concentration may be performed not only at the saturated concentration point G but also at the time of the supersaturated concentration state from the point A to the point G.
[0028]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, the turbidity and concentration information signal in the crystallization part is input, and the control means controls the rotation speed and the stirring time of the stirring means, so that the grain size of the unimodal distribution is obtained. It has the effect of obtaining crystal grains with uniform grain sizes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a first embodiment of this invention.
FIG. 2 is a graph of a control command program for the stirring means.
FIG. 3 is a distribution graph of crystal grain size.
FIG. 4 is a graph of the turbidity detection signal.
FIG. 5 is a graph of a detection signal of the electrical conductivity.
FIG. 6 is a graph of a solubility curve of a solute during a crystallization generation process.
FIG. 7 is a distribution graph of crystallization particle size in a specific temperature zone according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a distribution graph of crystal grain size in the cooling temperature zone.
FIG. 9 is a graph of a solubility curve of a solute in the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional crystallization apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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