内部熱交換型反応蒸留塔に関する多目的最適化に関する研究

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内部熱交換型反応蒸留塔は、反応と分離を一体的に行う反応分離プロセスの一つであり、内部で熱交換も行う新規な高効率省エネルギーシステムである。その最適な設計・操作条件の検討は重要な課題であり、目的とする指標が反応率・純度・装置サイズなど多岐にわたりまた関与する操作因子も多いため、複数の目的関数を同時に最適化可能な多目的最適化手法が必要となる。本研究では、その一つの手法である非優越ソート型遺伝的アルゴリズム(NSGA)を用いて多目的最適化を行い、系の大きさや複雑さとNSGAの適用可能性の関係などを明らかにすることを目的とした。まずモデル反応分離系として比較的単純な膜反応器プロセスを選択し、目的関数の数・種類・特性・組み合わせを変えて多目的最適化数値計算を行い、その解であるPareto optimal solution(POS)が得られるかどうかについて検討した平成17年度に引き続き、平成18年度は種々の操作条件における膜反応器プロセスについてNSGAの適用可能性に関する検討を行った。その結果、目的関数の数が2である限りNSGAにより問題なくPOSを求められることがわかった。しかしながら、目的関数の数を3にすると、ごく特殊は条件以外ではPOSを求めることは困難であったため、目的関数の数は2に固定し、膜反応器プロセスよりも複雑で規模も大きい系である内部熱交換型蒸留塔並びに内部熱交換型反応蒸留塔を対象としてNSGAによる最適化を行うことにした。時間的な制約もあり、POSを求めるところまでは至っていないが、最適化は可能であるとの見通しが得られ、今後も当グループで検討を続ける予定である。膜反応器プロセスに関する成果は、国際反応工学シンポジウムでポスター発表並びに我が国の化学工学会で口頭発表を行い、また、国際誌(Chemical Engineering Science)に投稿した論文は、査読者のコメントに沿って修正を加えることにより掲載可能との判断が示された。