１）装置内結晶核発生速度の研究：
結晶核発生現象に関する前段的研究は、過溶解度曲線の提出で始まり、引き続いて過飽和溶液内の現象を中心に19世紀末より20世紀初にかけて検討された。これらの研究は理学分野の研究者によって行われ、主として過飽和溶液の1次核発生現象との関連で行われ、結晶核生成に対する熱力学的な研究と、結晶核を構成する分子や原子の衝突に起因する速度論的な研究の二つの流れがあった。また、結晶核が発生する過飽和溶液内に不純物が存在し、それが熱力学的特性に影響を与えると、その不純物は結晶核発生速度に影響を及ぼし、その影響に対する基本的な考え方は20世紀前半には明らかになっていた。一方、結晶核発生速度は、所定の過飽和度の溶液になって以降結晶核の発生が確認されるまでの待ち時間に逆比例すると仮定して研究され、それに関する研究結果も一部では報告されていたが、工業装置内で起こっていた核発生現象を十分説明できるものはなかった。これらの研究とは別に過飽和溶液内に結晶が存在する場合としない場合では装置内で起こる核発生現象は全く異なることは経験的に知られていたが、その溶液内存在する結晶の核発生速度に対する研究が行われるようになったのは20世紀後半になってからであった。所望粒径の結晶を生産するためには装置内の小粒径結晶は過飽和溶液内で所望の粒径になるまで存在して成長しなければならない。この過程の成長結晶は装置内で新しい小結晶を発生することが経験されていたことから、工学分野の研究者や技術者は過飽和溶液内結晶の核発生現象への影響を研究しなければならないことを認識していた。同時にこの現象は装置形式や操作条件の影響も受けるので、この研究は工業操作で使用される装置形式を考慮して検討されるようになった。このような背景の下に、この研究は20世紀半ば以降に広く用いられた形式の工業晶析装置内の核発生現象を中心に行われた。20世紀半ば頃までの工業晶析装置はクリスタルオスロ型装置で代表される流動層型装置も用いられていたが、20世紀半ば以降は装置内結晶を懸濁状態に維持するための撹拌翼を装置内に設置し、それを回転させて操作するDTB型等の晶析装置形式が主流になった。この形式の装置内結晶核発生速度は装置内に懸濁する結晶と装置内で回転する撹拌翼との衝突によって発生する2次核発生現象が支配的であると考えられ、それに対する研究がアメリカでLarson, Randolph、Botsaris, Rousseauらによって、またヨーロッパではde Jong, Garside らによって行われた。その一方、クリスタルオスロ型装置はほとんど使用されておらず、日本国内で改良オスロ型装置が稼働している程度であった。その様な状況下で晶析装置内に形成される流動層種晶による結晶核発生速度の研究はほとんど行われていなかった。豊倉らは2次核化現象研究の重要性は認識していたが、欧米研究者が既に研究している形式の装置による同様な目的での2次核発生速度の研究を行うことに抵抗があって、その研究を開始する機会を模索していた。豊倉らが2次核発生現象の研究を開始した頃の核化現象に関する研究動向は1月に掲載した2005B-1,1に纏めてあるので、ここでは流動層種晶による2次核発生速度の研究結果を用いた連続流動層型晶析装置設計法提出の経過等を主に紹介する。
２）流動層種晶による2次核発生とそれを用いた連続流動層型晶析装置の設計法提出について：
流動層種晶による２次核発生速度の研究は早稲田大学でカリ明礬系を用いて初めて行った。その研究は独自に考案した実験装置で行ったので、そのオリジナルナ研究結果に対する反響は国内外であったが、その状況は2005B-1,1に、また研究実験の操作法やその結果の概要は2005B-2,1で紹介したので、ここでは晶析基礎現象結果を装置設計に適用した考え方と意義を中心に検討する。
2・1）小型実験装置で実測した2次核発生速度のデータをそのまま工業装置設計に適用できるか？：
2005B-2,1の記事に示した装置内の2次核発生速度は装置内に懸濁している結晶表面上で発生した2次結晶核をそのまま溶液に懸濁させて結晶核成長セルに到達させ、そこでその結晶核を光学顕微鏡で確認できる大きさまで成長させて発生結晶核数を計数して求めた。ここで実測した結晶数は装置内で発生した結晶核数と一致しているかどうかは確認しなかったが、結晶成長セル内で確認された結晶数はそこでの結晶の成長過程での増減はないように見られた。そのことより、ここで計数された結晶数は、結晶核発生装置で発生した結晶核が製品結晶に成長したものの数と考えた。晶析装置・操作の設計で必要な結晶数は装置内で発生した真の結晶核数そのものではなく、製品結晶に成長した有効結晶核数であり、2005B-2,1で実測された結晶数は有効結晶核数と見なして設計計算に適用することにした。
2・2）小型実験装置で発生した2次核発生速度データからの連続分級層型工業晶析装置内で発生する有効核発生速度数の推算値と所望結晶を生産する連続工業晶析装置内で必要な結晶核発生速度数の関係：
所望製品結晶を生産できる連続分級層型晶析装置の設計は化学工学29卷9号、695（1965）及び同誌30卷、4号、359（1966）に発表したＣＦＣ連続分級層型晶析装置の設計理論によって設計できる。この設計計算をするには所望製品結晶粒径と結晶生産量、対象となる系の装置設計定数、装置底部の結晶懸濁密度および操作過飽和度と装置塔頂部及び塔底部の溶液過飽和度比である。ここで特定の操作条件で所望の製品結晶を生産するためには塔底部の溶液操作過飽和度を設定する必要があり、それを設定することによって塔底部の溶液過飽和度をパラメーターに装置は設計できる。ここで定常的に操作される時に設計された装置内の結晶粒径、溶液過飽和度、結晶懸濁密度を装置底部からの高さ（計算上は装置底部の溶液過飽和度と装置底部からの所定高さの溶液過飽和度比で示した方が便利である。）に対して算出する。この計算をすると塔底部の過飽和度に対して設計された装置内の2次核発生速度は小型実験装置で得られた分級層型晶析装置内の2次結晶核発生速度と装置内の懸濁結晶粒径・結晶懸濁密度・操作過飽和度との相関式より推算出来る。一方、定常的に所望製品結晶を生産する時必要な装置内有効結晶核発生速度は製品結晶粒径（これより製品結晶1個の平均体積を算出し、それを用いる。）と結晶の生産速度より容易に算出できる。ここで算出した製品結晶の必要生産結晶個数は設計された晶析装置内で発生すると推算された有効結晶核発生速度と等しくなければ所望製品結晶を生産することは出来ない。そのことは推算された有効核発生速度と製品結晶の必要生産個数が等しくなるように操作過飽和度を決定しなければならない。この操作過飽和度が決定されるとそれを用いて晶析装置を設計すれば、有効結晶核の発生速度と結晶成長速度に基づいた連続晶析装置の設計となる。
この計算で重要なポイントは所望製品を生産する装置底部溶液の操作過飽和度の簡便な決定法であり、その方法は大学院でこの研究を行った茂木さんが提出した。その詳細はToyokura,K.,K.Yamazae,J.Mogi ﾒSecondary Nucleation Rate of Alum in Fluidized Bedﾓ AIChE Symp.Ser.,vol.72,No.153,53,(1976) に発表した。本ＨＰでは2005B-2,2でカリ明礬系を例にその方法を紹介し、この方法で計算した結果は故青山氏が実測したデータの相関関係とよく一致したことを示す。
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