プロセス構造最適化による革新的な蒸留プロセス設計手法の開発

蒸留操作の省エネルギー化を目指して、これまでに、定性的な考察や数多の試行錯誤を通して、さまざまなプロセス構造が提案されてきた。また、各々の設計条件に応じた適切なプロセス構造の選択が重要であることも示されてきた。本研究全体の目的は、潜在的な省エネルギー性を最大限引き出せるよう、従来の経験則に基づく方法では扱いきれない膨大な数のプロセス構造の中から最適な構造を導出する方法論を構築することである。本研究では、気液平衡計算を最適化の前に行い、プロセス合成問題を線形な式のみで表現するというアプローチを取ることで、この大規模な最適化を現実的な計算時間で行える手法を構築した。本年度の取り組みでは、前年度終了時に未解決であった2つの課題を解決した。1つ目は、「対象プロセス内で扱う成分数が増えた場合に、必要な計算時間が飛躍的に増大する」という問題である。この問題に対しては、本年度前半に、米国・マサチューセッツ工科大学に赴き、プロセスシステム工学分野の泰斗であるRichard D. Braatz教授の助力を得て、対象とする最適化問題の数学的構造をうまく活用した効率的な求解アルゴリズムの開発に取り組んだ。この成果については、同教授との共著で、学会発表を行うとともに、学術論文にまとめた。2つ目は設計対象のさらなる拡張である。本年度の取り組みでは、蒸留操作のみならず反応操作も同時に行われるようなプロセスに対して、提案する方法論を拡張した。そして、構築した手法を実在する反応系に適用してケーススタディを行ったところ、これまで提案されていたものよりも効率が高い、新しいプロセス構造が導出された。この成果は近日中に学術論文にまとめられる予定である。

蒸留操作の省エネルギー化を目指して、これまでに、定性的な考察や数多の試行錯誤を通して、さまざまなプロセス構造が提案されてきた。また、各々の設計条件に応じた適切なプロセス構造の選択が重要であることも示されてきた。本研究全体の目的は、潜在的な省エネルギー性を最大限引き出せるよう、従来の経験則に基づく方法では扱いきれない膨大な数のプロセス構造の中から最適な構造を導出する方法論を構築することである。本研究では、気液平衡計算を最適化の前に行い、プロセス合成問題を線形な式のみで表現するというアプローチを取ることで、この大規模な最適化を現実的な計算時間で行える手法を構築した。本年度の取り組みでは、前年度終了時に未解決であった2つの課題を解決した。1つ目は、「対象プロセス内で扱う成分数が増えた場合に、必要な計算時間が飛躍的に増大する」という問題である。この問題に対しては、本年度前半に、米国・マサチューセッツ工科大学に赴き、プロセスシステム工学分野の泰斗であるRichard D. Braatz教授の助力を得て、対象とする最適化問題の数学的構造をうまく活用した効率的な求解アルゴリズムの開発に取り組んだ。この成果については、同教授との共著で、学会発表を行うとともに、学術論文にまとめた。2つ目は設計対象のさらなる拡張である。本年度の取り組みでは、蒸留操作のみならず反応操作も同時に行われるようなプロセスに対して、提案する方法論を拡張した。そして、構築した手法を実在する反応系に適用してケーススタディを行ったところ、これまで提案されていたものよりも効率が高い、新しいプロセス構造が導出された。この成果は近日中に学術論文にまとめられる予定である。