分離 プロセス 書籍
 
No.2028
流体・流動解析 事例集
化学プロセスのスケールアップ、連続化

◎ 晶析、ろ過、分級、蒸留、濃縮、乾燥  ―各プロセスの特色・問題点を押さえ、条件の最適化につなげるコツ・ノウハウを解説!

分離プロセスの最適化と

スケールアップの進め方

発 刊 : 2019年11月29日   体 裁 : A4判 600頁   定 価:80,000円(税抜)   ISBN:978-4-86104-766-4


 
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■ 執筆者(敬称略)

日本大学 松田弘幸 東洋紡(株) 熊野淳夫
日本大学 日秋俊彦 日本大学 高橋智輝
東京工業大学 下山裕介 神戸大学 稲田飛鳥
広島大学 都留稔了 神戸大学 松山秀人
岩手大学 土岐規仁 宇都宮大学 伊藤直次
東京工業大学 伊東章 宇都宮大学 佐藤剛史
ピーエスイージャパン 柏屋滋 中央大学 丁青
名古屋工業大学 森秀樹 中央大学 山村寛
大陽日酸(株) 江越信明 栗田工業(株) 小野徳昭
早稲田大学 所千晴 トリプルエーマシン(株) 石戸克典
産業技術総合研究所 綱澤有輝 日清エンジニアリング(株) 秋山聡
(株)ウテナ 深澤宏 名古屋大学 山本徹也
東北大学 大田昌樹 兵庫県立大学 佐藤根大士
東北大学 青山裕紀 フルード工業(株) 小波盛佳
東京大学 船津公人 秋山錠剤(株) 阪本光男
工学院大学 高羽洋充 工機ホールディングス(株) 可児修一
プロセスインテグレーション(株) 平田賢太郎 HyChemTechno 技術士事務所 八木宏
英国法人PIL社 渡部高司 東京理科大学 大江修造
(株)KRI 阪井敦 (国研)産業技術総合研究所 山木雄大
新潟大学 三上貴司 三菱ケミカルエンジニアリング(株) 山崎幸一
早稲田大学 平沢泉 事故分析・コミュニケーション研究所 竹内亮
早稲田大学 海野城衣 巴工業(株) 平松達生
北村多形制御研究所 北村光孝 新潟食料農業大学 早川喜郎
SSCI研究所 芦澤一英 カゴメ(株) 深谷哲也
(株)三和ケミファ 丸橋和夫 カゴメ(株) 渡邉淳史
医薬研究開発コンサルテイング 橋本光紀 (株)奈良機械製作所 高島久継
月島機械(株) 森彰宏 京都大学 中川究也
カツラギ工業(株) 三木秀雄 静岡大学 立元雄治
岡山大学 島内寿徳 中村正秋技術事務所 中村正秋
岡山大学 白髭勇季 (株)島津総合サービス 三上博久
岡山大学 木村幸敬 東京工業大学 岡田哲男
三菱化工機(株) 大森一樹 日本分光(株) 堀川愛晃
大阪府立大学 岩田政司 大阪府立大学 徳本勇人
福島工業高等専門学校 羽切正英 東北大学 廣森浩祐
布目技術士事務所 布目温 東北大学 北川尚美
横浜国立大学 中村一穂 名古屋大学 片桐誠之
森永乳業(株) 渡井直樹 三菱ケミカル(株) 足立正
東洋紡(株) 三浦佑己 共和真空技術(株) 細見博
       

■ 本書のポイント

@ 目的物を正しく分離するための、最適な条件の見つけ方

  ・収率・効率の改善、精製物の品質や高純度化
 ・条件を検討する上で重要な物性値の読み方・活用法
 ・理論計算における基礎的な計算手順

A スケールアップ実験の正しい進め方・ノウハウ

 ・ラボで取得すべきデータとは?
  パイロットでの実生産設備の検討法とは?
 ・物質収支、エネルギー収支予測を各プロセス毎に事例提示!
  必要なデータやその活用法がわかる

Bモデリング・シミュレーションの活用

 ・物性値の相関・推算の事例を各プロセス毎に提示!
 ・連続生産プロセスの設計への応用
 ・インフォマティクス、AIを用いた網羅的な条件検討と最適化

C各プロセスにおけるトラブル事例とその対策
 ・晶析―核化・成長速度の制御、結晶中への不純物混入
 ・ろ過―ファウリング、膜の劣化、汚染の発生原因と対策
 ・分級―粒子の凝集・付着・摩耗、分級精度
 ・濃縮―膜のファウリング防止、コスト問題
 ・乾燥―乾燥度のバラツキ、粉粒体の付着、乾燥品の固結

■ 目  次

1章 分離プロセス設計のために知っておくべき基礎物性の測定・活用法

第2章 モデリング・シミュレーションを用いた分離プロセス設計とインフォマティクス応用

第3章 開発初期におけるラボ実験でのデータの取り方でのポイント

第4章 晶析操作の条件検討とスケールアップの正しい進め方

第5章 ろ過プロセスの条件最適化とスケールアップの進め方

第6章 分級プロセスの条件最適化とスケールアップの進め方

第7章 蒸留プロセスの条件最適化とトラブル対策

第8章 濃縮プロセスの条件最適化とトラブル対策

第9章 乾燥プロセスの条件最適化とトラブル対策

第10章 精製用クロマトグラフの条件検討とスケールアップの正しい進め方

第11章 各精製物における精製工程設計と操作・運転の最適化事例


◇第1章 分離プロセス設計のために知っておくべき基礎物性の測定・活用法◇

1節 固液平衡
1.固液平衡のタイプ
2.固液平衡の測定方法
 2.1 冷却曲線法
 2.2 目視-測温併用法
3.固液平衡の測定例
4.固液平衡の計算法

2節 気液平衡
1.相律
2.気液平衡の種類
3.気液平衡データの測定
4.気液平衡測定装置の種類
5.気液平衡データの評価

3節 液液平衡
1.液液平衡の相図
 1.1 2成分系の液液平衡
 1.2 3成分系の液液平衡
2.液液平衡の計算
 2.1 2成分系の液液平衡
 2.2 3成分系の液液平衡

4節 速度差・輸送現象
1.膜分離法の分離類とメカニズム
2.膜透過と物性
3.溶解拡散モデルによる透過式 

5節 核化速度
1.一次核発生
2.二次核発生
 2.1 べき関数による二次核発生速度の表現
 2.2 二次核発生のメカニズム
  2.2.1 Contact nucleation現象
  2.2.2 物理モデル
  2.2.3 二次核の観察
3.工業プロセスへの応用

6節 濃度分極
1.膜面上の物質移動−濃度分極モデル−
2.膜濾過の透過流束を決める因子
 2.1 細孔膜の水透過抵抗
 2.2 拡散係数・リフト速度
 2.3 物質移動係数と濃度分極層厚さ
 2.4 ゲル層,粒子層の水透過抵抗
3.濃度分極と透過流束モデル


◇第2章 モデリング・シミュレーションを用いた分離プロセス設計とインフォマティクス応用◇
1節 シミュレーション・モデリングツールを用いた晶析工程の最適化
1.工業晶析技術のモデル化
 1.1 熱力学および輸送物性などの物性推算
 1.2 物質収支、熱収支、個数収支(ポピュレーションバランス)
 1.3 核生成、結晶成長、溶解速度
 1.4 流動特性
2.晶析プロセスモデリングツール(gCRYSTAL)
3.モデルを応用したプロセス改善検討手法
4.適用事例
 4.1 バッチ工業晶析技術のモデル化とその応用による運転改善
 4.2 連続工業晶析プロセスのモデル化と運転改善による能力増強

2節 シミュレーションによる蒸留操作の最適化と蒸留塔設計
1.蒸留塔モデル(平衡段モデル)
2.設計型問題と操作型問題
 2.1 自由度と蒸留問題
 2.2 高沸限界成分と低沸限界成分
 2.3 操作型問題の解法
3.分離条件の設定
 3.1 物質収支
 3.2 蒸留境界
4.操作条件の設定
 4.1 理論段数と還流比
 4.2 最適原料供給段
 4.3 蒸留塔の分離特性

3節 シミュレーションによる充填蒸留塔の設計
1.深冷空気分離プロセス
 1.1 深冷空気分離プロセスの概略
 1.2 深冷空気分離装置における蒸留塔の圧力損失と消費動力との関係
 1.3 深冷空気分離装置に用いられる規則充填蒸留塔
2.プロセス設計
 2.1 プロセスシミュレーション
 2.2 構成機器モデル
3.充填蒸留塔の設計
 3.1 充填物の選択と塔径及び充填高さの設計方法
 3.2 設計した充填蒸留塔(低圧塔)

4節 粉粒体シミュレーションを用いた分離操作の設計
1.離散要素法の概要
 1.1 離散要素法の基礎方程式
 1.2 離散要素法の計算アルゴリズム
2.離散要素法による単体分離シミュレーション
 2.1 HPGRへの離散要素法の適用
 2.2 CFSへの離散要素法の適用
3.離散要素法による物理的分離シミュレーション
 3.1 エアテーブルへの離散要素法の適用
 3.2 磁選への離散要素法の適用

5節 実験計画法を用いた分離プロセスの最適化とパラメータ設計
1.化学反応の特徴
2.反応の経過時間のk水準で反応率が計測でき,副反応がない場合
3.副反応が起こる場合
4.パラメータ設計とは
 ・パラメータ設計で取り扱う因子
 ・内側実験と外側実験の直積実験
 ・混合型直交表の利用
5.パラメータ設計の具体例
 5.1 重合反応の最適化
  5.1.1 研究の目的と実験の方法
  5.1.2 因子と水準
  5.1.3 動的機能窓法における誤差因子について
  5.1.4 解析例
  5.1.5 実験結果
 5.2 酵素反応速度に着目した油脂分解反応プロセス条件の最適化
  5.2.1 実験の目的
  5.2.2 因子と水準
  5.2.3 残存率の対数変換による動特性の基本機能
  5.2.4 解析例
  5.2.5 実験結果
6.化学分野における品質工学の役割

6節 高温高圧状態における基礎物性の相関・推算と抽出プロセスの設計
1.溶解度の概念について
2.既往の超臨界二酸化炭素中の固体溶質の溶解度相関モデル
 2.1 気固平衡モデル
 2.2 Chrastil model
 2.3 Mendez-Santiago Teja (MST) model
3.溶解度推算モデル
 3.1 predictive Dimensionless Solubility (pDS) model
 3.2 pDS modelの極性物質への対応(成分数の増加による影響の検証)

7節 連続生産プロセスの監視と制御
1.製薬業界における連続プロセス導入の動き
2.連続製造プロセスにおける分析の種類
 2.1 連続混合時にPATの役割
 2.2 造粒時のPATの役割
 2.3 スプレー缶掃除にPATの役割
 2.4 粉体移送時のPATの役割
 2.5 打錠・直打のためのPATの役割
 2.6 NIRを用いたコーティング剤濃度予測
 2.7 現在の連続プロセス向けPATの課題
3.PATの課題:モデル構築用データの取得
 3.1 IOTおよび新規IOT手法
4.PATを用いた制御
5.まとめと今後の展望

8節 マテリアルズ・インフォマティクスを応用した気体分離膜の設計
1.膜分離工学におけるマテリアルズ・インフォマティクス
2.二酸化炭素分離用の最適膜構造の設計5)
3.透過理論に基づく膜材設計7)
4.有機溶媒系分離用の高分子膜設計

9節 AIを用いた原油蒸留の運転の最適化
1.緒言
2.人工ニューラルネットワーク
3.蒸留モデリングアプローチ
 3.1 データ蒐集とデータプロセシング
 3.2 ANN構造
 3.3 ANN学習及び検証
4.ケーススタディ
 4.1 蒸留モデル
 4.2 モデル検証
 4.3 最小エネルギー所要量を考慮した最適化


◇第3章 開発初期におけるラボ実験でのデータの取り方でのポイント◇

1.物質収支の事例
 1.1 液液平衡の物質収支例
 1.2 物質収支の予測
2.平衡データ
 2.1 乾燥
 2.2 蒸発
 2.3 蒸留
 2.4 抽出
 2.5 吸収
 2.6 吸着
 2.7 晶析
3.速度データ
 3.1 吸着
 3.2 膜
 3.3 濾過


◇第4章 晶析操作の条件検討とスケールアップの正しい進め方◇

1節 各種晶析の操作法とその条件最適化
1.晶析操作の概要
2.晶析現象
 2.1 溶解度
  2.1.1 溶解度の温度依存性
  2.1.2 溶解度の測定法
 2.2 過溶解度
 2.3 核発生
  2.3.1 一次核発生
  2.3.2 二次核発生
 2.4 結晶成長
  2.4.1 結晶成長速度
  2.4.2 結晶成長速度の測定法
3.晶析操作
 3.1 操作方式
 3.2 操作指針
 3.3 冷却晶析操作
  3.3.1 制御冷却法
  3.3.2 多段冷却法
  3.3.3 温度スイング法
  3.3.4 シーディング法
 3.4 反応晶析操作
  3.4.1 溶質の供給と混合
  3.4.2 制御供給法
  3.3.3 多段供給法
  3.3.4 高分子添加法

2節 晶析工程における粒径と形状の制御
1.粒径と形状の制御を行う意義
2.回分晶析過程における粒径制御
3.晶析における粒径制御のための操作因子
4.晶析操作設計の基本的な考え方
5.形状制御の考え方

3節 晶析過程における不純物効果ならびにcocrystal形成における分子認識と多形現象
1.結晶中への不純物混入メカニズムの検討
 1.1 溶液組成と析出する結晶組成の相関
 1.2 XRDによる構造的不純物の検討
2.多形現象における不純物効果と不純物の混入
 2.1 L-グルタミン酸多形の析出挙動に及ぼすL-フェニルアラニンの影響
 2.2 多形単一結晶の成長速度におよぼす不純物濃度の影響
 2.3 不純物による結晶成長阻害のメカニズムと多形制御への応用
 2.4 不純物効果と不純物混入量ならびに不純物分子構造の相関
3.Cocrystal形成における分子認識と多形現象 
 3.1 1、2-MNの単一異性体のみを含む系からのcocrystal多形析出挙動
 3.2 1-、2-MN異性体混合系でのcocrystalの分子認識と多形現象
 3.3 異性体分離におよぼすcocrystal種晶効果

4節 晶析工程におけるスケールアップの基本的考え方
1.晶析の基礎
 1.1 溶液中における溶質の挙動
 1.2 結晶製造と晶析現象
 1.3 結晶製造
 1.4 過飽和溶液(過溶解度曲線と操作条件)
 1.5 結晶核発生現象2)
2.原薬の晶析工程
 2.1 原薬製造のプロセス研究
 2.1 原薬の晶析工程
 2.2 晶析工程の重要事項
 2.3 晶析制御工程
 2.4 小スケールで製造方法の確認実験
3.分析評価
 3.1 原薬の物性の評価
 3.2 規格および試験方法の設定
 3.3 原薬の製造バッチ
4.スケールアップ
 4.1 スケールアップ研究
 4.2 スケールアップと治験薬製造
 4.3 治験薬の製造に GMP 適用が求められる理由
5.治験用原薬製造とプロセスバリデーション

5節 晶析プロセスのスケールアップ向けたラボ実験で確認すべきデータとその活用
1.スケールアップに関する基本的な考え方
 1.1 製造法の確立
 1.2 品質の確立
 1.3 設備仕様の確立
 1.4 プロセス安全性
 1.5 技術移管、従業員の教育
 1.6 予測的バリデーション
 1.7 スケールアップの方向性
 1.8 スケールアップの難易
 1.9 パラメータの検討
 1.10 スケールアップと作業時間
 1.11 サンプリング
 1.12 化学的品質の同一性の確認(純度、不純物プロファイル)
 1.13 物理化学的品質の同一性の確認
2.ラボ実験で確認(観察)すべきデータ と活用法
 2.1 目的化合物の溶解度の確認
 2.2 スラリーの観察
 2.3 析出した結晶の状態
 2.4 スラリーに油状物質が混在しないか
 2.5 酸、溶媒、貧溶媒(例えば、水)等を滴下して晶析させる場合の時間の影響
 2.6 晶析時間の設定
 2.7 種晶が必要性な場合
 2.8 冷却速度と結晶形の関係
 2.9 使用する溶媒との相互作用
 2.10 濾過速度の確認
 2.11 濾過性に問題ないか
 2.12 結晶の融点
 2.13 得られた結晶に吸湿性はないか?
 2.14 水和物、溶媒和物の混入は無いか
 2.15 静電気の影響、粉塵爆発
3.晶析プロセスのスケールアップに関する具体的な注意点
 3.1 カルボン酸或いはその等価体(例えばテトラゾール)の塩のフリー化工程の例
 3.2 溶媒和物(水和物)とその脱溶媒法の考え方
 3.3 結晶多形と晶析時間の例
 3.4 類縁物質と晶析時間の例
 3.5 原料の溶解時間と晶析プロセスの例
 3.6 晶析プロセスと乾燥時間の関係の例

6節 パイロットスケールでのデータ取得と実生産設備検討での留意点
1.晶析の基礎
2.結晶化の問題点
3.結晶多形
 3.1 結晶多形の確認
 3.2 疑似結晶多形(Pseudopolymorphism)
 3.3 多形の選択的晶析法
 3.4 結晶多形の例
4.晶析
5.実生産に向けた設備検討
 5.1 伝熱面積
 5.2 撹拌操作とトラブル
 5.3 スケールアップにおける結晶形制御・粒径制御
 5.4 アスパルテームの工業晶析プロセス

7節 実生産スケールでの晶析装置に起こるトラブルと対策
1.スケーリング
 1.1 スケーリングの発生箇所とその原因
 1.2 スケーリングの対策
2.スラリー配管の閉塞
 2.1 閉塞の発生原因
 2.2 閉塞の対策
3.粒子径変動
 3.1 粒径微小化の原因
 3.2 粒径微小化の対策

8節 晶析装置の小型化と連続化
1.晶析装置の小型化と連続化に向けた最近の動向
2. 連続式MSMPR型晶析装置の小型化
 2.1 連続式MSMPR型の反応晶析・貧溶媒晶析の小型化
 2.2 連続式MSMPR型の冷却晶析の小型化
 2.3 連続式MSMPR型の真空蒸発濃縮晶析の小型化
3.PF型の連続晶析装置
 3.1 PF型の反応晶析・貧溶媒晶析
 3.2 PF型の冷却晶析
4.小型連続式晶析装置の操作条件最適化の方法
5.スケールアップに伴う問題の回避方法

9節 モデル生体膜を用いるタンパク質の晶析操作
1.タンパク質の構造安定化因子と結晶化との関係
 1.1 タンパク質の構造安定化因子
 1.2 タンパク質が形成する会合体
 1.3 結晶化やアミロイド形成に関わる表面物性
2.タンパク質の結晶化
3.結晶化現象とアミロイド形成の対比
4.脂質膜の利用
 4.1 リポソームの場合
 4.2 脂質平面膜の場合


◇第5章 ろ過プロセスの条件最適化とスケールアップの進め方 ◇

1節 化学プロセスにおける各種ろ過装置・手法と目的に応じた選択
1.化学プロセスで用いられるろ過とは
2.固液分離の基礎
 2.1 ろ過操作の分類
 2.2 合成化学プロセスにおけるろ過操作
3.ろ過装置の選定手順
 3.1 処理目的と処理物性状
 3.2 装置選定までの作業フロー
4.固液分離装置の種類
 4.1 ろ過装置の分類
 4.2 ろ過機の紹介(*1)
  4.2.1 多室型ドラムフィルタ(ブローバックフィルタ、以下BBFと略す)
  4.2.2 単室型ドラムフィルタ(ヤングフィルタ、以下YFと略す)
  4.2.3 水平ベルトフィルタ(水平ベルトフィルタ、以下HBFと略す)
  4.2.4 単板型加圧フィルタ(ヌッチェフィルタ、以下NFと略す)
  4.2.5 横型バスケット遠心ろ過機(ピーラーセントリフュージ、以下HZと略す)
5.ラボ試験
 5.1 ラボ試験のタイムサイクル
 5.2 ドラムフィルタのろ過サイクル
6.機種選定事例
 6.1 要求条件の整理
 6.2 溶剤系スラリー用の機種絞込み
  6.2.1 溶剤系スラリーのラボ試験
  6.2.2 溶剤系スラリー用ろ過機の機種選定
 6.3 水系スラリー用の機種絞込み
  6.3.1 水系スラリーのラボ試験
  6.3.2 水系スラリー用の機種選定
 6.4 機種選定結果のまとめ

2節 ろ過速度の測定によるケークろ過操作の設計
1.ろ過のメカニズム
 1.1 定圧ろ過,定速ろ過,変圧変速ろ過
 1.2 助剤ろ過
2.Ruthのろ過理論
 2.1定圧ろ過
 2.2定速ろ過
 2.3変圧変速ろ過

3節 膜のろ過・分離特性の評価
1.膜分離の基礎について
 1.1 分離膜の種類と膜分離プロセス
 1.2 デッドエンドろ過とクロスフローろ過
2.膜性能の評価方法
 2.1 直接観察法およびガス吸着法による膜細孔径の推定
 2.2 バブルポイント法による膜細孔径の推定と膜の完全性評価
 2.3 膜の分画分子量と膜細孔径の推定
 2.4 バクテリアチャレンジテストによる膜分離能の評価
 2.5 純水透過試験による膜物性の推定
3.工業規格からみた膜分離能の評価方法と評価法の実際
 3.1 初期流量の試験方法
 3.2 バブルポイント試験
 3.3 細菌捕捉性能試験

4節 精密ろ過膜(MF)の条件検討と最適化
1.粒子径と孔径
2.ろ過と精密膜ろ過
3.精密ろ過膜の外見タイプと種類
4.精密ろ過膜の孔径表示
5.精密ろ過膜の通水方法
6.ろ過性能の検討条件
7.ニュークリポアメンブレンの特徴
 7.1 製造工程
 7.2 ニュークリポアメンブレンの特性
8.スケールアップについて
9.粒子径を揃える用途
10.除菌する用途
11.膜による除菌の問題点
12.ろ過滅菌操作
13.ろ過滅菌と無菌性の保障
14.ろ過滅菌用膜使用時の留意点
15.膜試験方法
 15.1 完全性試験
 15.2 バブルポイントテスト
 15.3 エアリークチェック
16.洗浄法と殺菌法
17.UF膜
18.発熱性物質の分離
19.膜ろ過による発熱性物質除去用途
20.製薬用水のベントフィルター用途

5節 限外ろ過(UF)法の条件検討と最適化
1.UF膜と膜モジュール
 1.1 UF膜の種類と特徴
 1.2 膜モジュール
2.UF膜の分離性能 ―分画分子量―
3.UFのろ過モデル ―濃度分極モデル、ゲル分極モデル―
 3.1 限界流束
 3.2 濃度分極モデル、ゲル分極モデル
 3.3 ゲル分極モデルによる透過流束の解析
4.UFのプロセス

6節 ナノろ過(NF)法の条件検討と最適化
1.NF処理に影響を与える因子
2.NF処理検討における課題
3.NF処理における透過流束の理論的解析法
 3.1 ホエイとは
 3.2 透過流束の理論的解析の手順
 3.3 ホエイ液のNF処理実験
  3.3.1 実験装置およびNF膜
  3.3.2 水透過係数の測定
  3.3.3 ホエイ液のNF処理実験による実験値測定
 3.4 ホエイの特性値を求めるための理論的解析
  3.4.1 任意のNF処理状態における透過流束
  3.4.2 NF処理進行に伴う経時的な透過流束変化の予測
4.構築した透過流束の理論的解析法の汎用性

7節 逆浸透法(RO)の条件検討と最適化
1.RO膜及び膜モジュール
 1.1 RO膜のろ過原理
 1.2 RO膜及び膜モジュールの種類と特徴
2.RO膜の理論
 2.1 浸透圧
 2.2 膜透過現象の解析モデル
 2.3 性能の操作条件
3.RO膜のシステム
 3.1 膜モジュール配列
 3.2 前処理
 3.3 ファウリングと劣化
 3.4 システム設計と最適化

8節 正浸透膜法(FO)における基礎物性の測定と条件検討
1.膜の基礎性能評価
 1.1 活性層の評価
  1.1.1 水の透過性能
  1.1.2 外部濃度分極
  1.1.3 塩の阻止性能
 1.2 支持層の評価
  1.2.1 内部濃度分極
  1.2.2 構造パラメーターS
2.駆動溶液の性能評価
 2.1 浸透圧
 2.2 拡散係数
3.実験的評価
 3.1 膜性能評価
  3.1.1 RO試験
  3.1.2 FO試験
 3.2 駆動溶液の評価
  3.2.1 浸透圧測定
  3.2.2 ビリアル係数の算出
 3.3 異なる分子量のDSを用いたFO性能評価
  3.3.1 ポリエチレングリコールをDSに用いたFO試験
  3.3.2 ビリアル係数を考慮した新規透水式の導出
  3.3.3 解析方法と試験結果

9節 メンブレンリアクターによる反応・分離工程の一体化と効率向上
1.脱水素反応用の多管式メンブレンリアクター
 1.1 水素分離と膜素材
 1.2 多管式膜反応器の試作
 1.3 反応器のCFDを利用したモデル化と解析
  1.3.1 空気恒温槽内に置いた場合の解析と改善策
  1.3.2 テープヒータ加熱の場合(加熱法の改善策)

10節 分離膜における膜ファウリングの可視化および防止策の開発
1.膜ファウリングの観察手法
 1.1 既存の膜ファウリング観察手法
 1.2 固体三次元励起蛍光スペクトル(SPF-EEM)分析
2.実験方法
 2.1 実験に用いた原水と有機物の分画
 2.2 LPF-EEMとSPF-EEM分析
 2.3 ベンチスケールの膜ろ過実験
 2.4 SPF-EEMによる膜表面のIn-situ観察
3.実験結果と考察
 3.1 有機物成分のLPF-EEMとSPF-EEM特性
 3.2 SPF-EEMによるファウリング物質のIn-situ連続観察

11節 水処理プロセスへの膜分離技術の適用事例とファウリング対策
1.膜の種類と特徴
 1.1 RO膜・NF膜
 1.2 UF膜・RO膜
 1.3 脱気膜
2.膜を用いた水処理システムの事例
 2.1 浄水処理
 2.2 超純水製造システム
 2.3 海水淡水化処理
 2.4 排水回収処理プロセス
 2.5 膜式活性汚泥法
3.膜のファウリング対策
 3.1 スライム抑制剤によるROの安定運転
 3.2 MBRでの膜汚染防止運転


◇第6章 分級プロセスの条件最適化とスケールアップの進め方◇

1節 各種分級の操作法とその条件最適化
1.分級についての概論
 1.1 各種の分級機の種類と選定
 1.2 分級機を選定するにあたり考慮すべき事柄
 1.3 サブミクロン分級のスケールアップ上の問題点
2.分級機のスケールアップ
 2.1 強制渦型遠心分級機の場合
 2.2 自由渦型遠心分級機の場合
 2.3 慣性分級機の場合
  2.3.1 分級原理
  2.3.2 構造および分級フロー
3.ハイブリッド化についての考察
 3.1 ハイブリッドシステムの機種と選定
 3.2 IDS分級粉砕機の構造7) 8) とスケールアップ
 3.3 スーパーハイブリッドミルの技術のコンセプト

2節 乾式分級による微粒子の粒子径分布制御の基礎と応用
1.分級の基礎
 1.1 性能表示法
 1.2 分級機の分類
  1.2.1 自由渦型遠心式分級機
  1.2.3 強制渦型遠心分級機
2.分級性能に影響を及ぼす因子
 2.1 ローター回転数と流体流量
 2.2 粉体流量
 2.3 凝集粒子の分散
3.分級機のスケールアップ
4.分級の応用
 4.1 スカルピング
 4.2 ナノ分級

3節 湿式分級による微粒子調製の基礎と応用
1.遠心分離機によるシリカ微粒子懸濁液の分級
2.ビーズミル分散処理によるシリカ微粒子の物性変化
3.シリカ粒子の表面電位差を利用したナノ粒子分級装置の開発

4節 湿式分級における粒子の凝集・付着トラブルの原因と対策
1.粒子の分散状態を支配する因子
 1.1 粒子と媒液の親和性
 1.2 水中における粒子の帯電
 1.3 電気二重層
 1.4 ゼータ電位
 1.5 粒子表面の吸着物質の影響
2.粒子間相互作用
 2.1 静電ポテンシャル
 2.2 ファンデルワールスポテンシャル
 2.3 全相互作用(DLVO理論)4)
3.高分子分散剤による粒子間相互作用
 3.1 高分子分散剤の種類
 3.2 高分子分散剤の粒子表面への吸着
 3.3 高分子分散剤の吸着により生じる相互作用

5節 分級性能検討における分離効率の算出と評価の考え方
1.分級の性能表現
2.部分分離効率(部分回収率)
 2,1 部分分離効率の算出
 2.2 分級精度指数
3.分級操作の物量
 3.1 物量と成分
 3.2 歩留まり率
4.分離効率
 4.1 回収率
 4.2 残留率
 4.3 除去率
5.総合効率
 5.1 ニュートン効率
 5.2 ニュートン効率 η_N の持つ意味
 5.3 有効率
6.分離粒子径(=分級点)
 6.1 分離粒子径の表現
 6.2 分離粒子径と分級の評価
 6.3 分級性能向上のための検討

6節 造粒の成功/失敗に関わる分級操作のコツとトラブル事例
1.造粒における篩い分け操作
2.ふるい分け操作のメカニズムと装置  
3.ふるい分け操作における主なトラブルと対応策
 3.1目詰りの発生と対応策
 3.2付着の発生と対応策
 3.3凝集の発生と対応策
 3.4摩耗の発生と対応策
 3.5コンタミネーションの防止
4.原料(原薬)におけるふるい分け操作の留意点
5.顆粒剤と打錠用顆粒におけるふるい分け操作の留意点
6.異物除去におけるふるい分け操作の留意点

7節 生産用遠心分離機の選択と分級への応用
1.生産用遠心分離機の種類
 1.1 バスケット型遠心機
 1.2 円筒縦型遠心機(シャープレス型)
 1.3 分離板型(ディスク型)遠心機
 1.4 デカンタ型遠心機
2.機種選択のプロセス
 2.1 分離目的
 2.2 処理量
 2.3 サンプルの性状
 2.4 沈降テスト
 2.5 パイロットテスト
 2.6 実機テスト
3.生産用遠心分離機を用いた分級への応用
 3.1 分級方法
 3.2 分級例


◇第7章 蒸留プロセスの条件最適化とトラブル対策◇

1節 各種蒸留の操作法とその操作条件
1.蒸留塔の操作
 1.1 蒸留塔スタートアップ
 1.2 蒸留塔シャットダウン
 1.3 緊急遮断
 1.4 定常運転
  1.4.1 トレイの操作条件
  1.4.2 充填塔の操作条件
 1.5 充填塔の利点と欠点
 1.6 蒸留塔の制御方法
  1.6.1 圧力制御
  1.6.2 温度制御
  1.6.3 リボイラーの制御
2.共沸蒸留
 2.1 共沸混合物の分類と特徴
  2.1.1 共沸混合物とは
  2.1.2 共沸混合物の分類
  2.1.3 共沸データの所在
 2.2 エントレーナー選択の基準
  2.2.1 共沸蒸留の考え方
  2.2.2 最低共沸を利用した分離
  2.2.3 その他の条件
 2.3 共沸蒸留における設計パラメータ
 2.4 共沸蒸留の実例
3.抽出蒸留
 3.1 抽出蒸留の考え方
 3.2 共沸蒸留との相違
 3.3 エントレーナーの選定の基準
 3.4 抽出蒸留における設計パラメータ
  3.4.1 最小エントレーナー比
  3.4.2 Frminの求め方
  3.4.3 抽出蒸留の実例
4.反応蒸留
 4.1 反応蒸留の触媒と触媒保持の方法
 4.2 反応蒸留の実施例
  4.2.1 メチルtブチルエーテル(MTBE)の製造
  4.2.2 エチレングリコールの製造
  4.2.3 エチレルベンゼン製造、クメン製造

2節 蒸留技術計算による蒸留塔の設計と運転の最適化
1.蒸留塔の理論段数
 1.1 2成分系
 1.2 多成分系
2.抽出蒸留塔の設計指針
3.蒸留塔の塔径

3節 省エネ化を考慮した蒸留プロセスの設計
1.可逆蒸留
 1.1 フロー集約型蒸留
 1.2 潜熱回収型蒸留
2.ハイブリッド蒸留
 2.1 膜分離とのハイブリッド化
 2.2 吸着分離とのハイブリッド化
 2.3 吸着分離とバッチ蒸留のハイブリッド化

4節 省エネ型蒸留と膜分離の組み合わせ
1.蒸留技術と省エネ型蒸留プロセス
 1.1 蒸留技術と課題
 1.2 省エネ型蒸留プロセス
 1.3 比較事例
2.膜分離プロセス
 2.1 膜分離プロセスの特徴
 2.2 分離膜の概要
 2.3 膜面積の計算
 2.4 膜分離装置(膜モジュール)
 2.5 膜分離プロセス
 2.4 膜分離の課題
3.蒸留と膜のハイブリッドプロセス
 3.1 蒸留と膜のハイブリッドプロセス
 3.2 相対揮発度が大きい系での注意点
 3.3 ハイブリッドプロセスの最適化
 3.4 蒸留と膜と吸着のハイブリッドプロセス

5節 蒸留工程における爆発事故の防止
1.安全な設備
 1.1 設計の基礎となる情報
 1.2 ハザードの特定
 1.3 シナリオの作成
 1.4 リスク解析
 1.5 安全対策の実装
 1.6 運転前の安全審査
2.安全な運転
 2.1 運転手順
 2.2 訓練と能力保証
 2.3 運転準備
3.安全な工事


◇第8章 濃縮プロセスの条件最適化とトラブル対策 ◇

1節 各種濃縮機の特性と選定での留意点
1.濃縮とは
2.濃縮の原理
3.ろ過濃縮と沈降濃縮
 3.1 ろ過濃縮
 3.2 沈降濃縮
4.各種濃縮機
 4.1 ろ過濃縮機
 4.2 遠心濃縮機
5.濃縮機の選定
 5.1 濃縮機の選定基準
 5.2 濃縮機の選定方法
  5.2.1 遠心濃縮テーブルテスト
  5.2.2 ろ過濃縮テーブルテスト

2節 食品製造における膜分離プロセスの条件検討と最適化
1.膜技術導入までのプロセス
2.ファウリングによる膜機能への影響
 2.1 透過流束の低下および分画性能(阻止性能)の変化が生じる
 2.2 衛生管理とメンテナンスが難しい。
3.膜分離プロセスの設計
 3.1 原液に適した膜・モジュールの選定
  3.1.1 膜材質の選定
  3.1.2 孔径の選定
 3.2 液組成の調査と前処理
  3.2.1 液組成の調査
  3.2.2 前処理
 3.3 膜分離システムおよび運転条件の最適化
  3.3.1 膜分離システムの設計
  3.3.2 膜分離システムの例
  3.3.3 運転条件の設定と最適化
 3.4 適切な洗浄・滅菌条件の設定
  3.4.1 膜の洗浄
  3.4.2 膜の殺菌
 3.5 日常管理とメンテナンス
  3.5.1 ハード面、ソフト面での維持・管理の重要性
  3.5.2 膜分離装置設計段階での考慮点
  3.5.3 膜装置の日常管理
  3.5.4 システムの保存
  3.5.5 運転データの管理
4.経済性評価

3節 逆浸透膜(RO膜)を活用したトマトジュース濃縮の実例
1.RO膜を用いた濃縮プロセスの概要
2.カゴメにおけるRO膜を活用したトマトジュース濃縮への取り組み
3.具体的な実用例
4.今後の技術課題


◇第9章 乾燥プロセスの条件最適化とトラブル対策◇

1節 乾燥装置の特徴と選定での留意点
1.乾燥装置の種類
 1.1 乾燥装置の分類
 1.2 乾燥曲線
 1.3 直接加熱(熱風受熱)と間接加熱(伝導伝熱)
2.最適機種選定
 2.1 乾燥品の仕上がり状態の問題
 2.2 粉粒体の付着の問題
 2.3 乾燥品の固結問題
 2.4 微粒子である場合の問題
 2.5 装置排気系の問題
 2.6 粉粒体乾燥装置選定のチェックポイント
3.直接加熱(熱風受熱)型乾燥装置
 3.1.熱風搬送型(気流乾燥装置)
  3.1.1 機械的攪拌分散機構付き気流乾燥装置
  3.1.2 旋回気流乾燥装置(トルネッシュドライヤー)
 3.2 流動層乾燥装置
  3.2.1 バッチ式流動層乾燥装置
  3.2.2 伝熱体内装連続流動層乾燥装置
 3.3 通気縦型乾燥装置(ホッパードライヤー)
4.間接加熱(伝導伝熱)型乾燥装置
 4.1 材料攪拌型(溝形攪拌乾燥装置)
 4.2 減率乾燥を含む乾燥特性(ピストンフロー性)
 4.3 減率乾燥専用の溝形攪拌乾燥装置

2節 乾燥操作の基礎理論
1.乾燥操作の概要
2.乾燥操作の基礎
 2.1 調湿
  2.1.1 飽和蒸気圧
  2.1.2 絶対湿度
  2.1.3 相対湿度(関係湿度)
  2.1.4 湿り比熱
  2.1.5 湿り比容
  2.1.7 湿球温度
  2.1.8 露点
  2.1.9 湿度図表
 2.2.乾燥
  2.2.1 定率乾燥期間と減率乾燥期間
  2.2.2 湿球温度の推算
 2.3.熱風乾燥器(トンネル乾燥器)
  2.3.1 装置内部の温度分布・湿度分布・含水率変化
  2.3.2 乾燥器容積の設計(熱風乾燥器)

3節 乾燥速度向上および省エネルギー化のポイント
1.乾燥速度向上のポイント
 1.1 材料の加熱機構と乾燥速度向上
  1.1.1 対流伝熱乾燥機
  1.1.2 伝導伝熱乾燥機
  1.1.3 放射(輻射)伝熱乾燥機
  1.1.4 加熱機構から見た乾燥速度向上のまとめ
 1.2 乾燥過程と乾燥速度向上
  1.2.1 定率乾燥期間
  1.2.2 減率乾燥期間
 1.3 熱源との接触と乾燥速度向上
2.省エネルギー化のポイント
 2.1 前処理による省エネルギー化
  2.1.1 脱水(脱液)操作
  2.1.2 粉砕および含液率調整
 2.2 排熱風の持つ熱の有効利用による省エネルギー化
  2.2.1 熱風循環による熱利用
  2.2.2 ヒートポンプによる熱回収
 2.3 省エネルギー化のその他留意点

4節 Excelを使った乾燥技術の評価
1.連続式・並流型・熱風乾燥機
 1.1 物質収支と熱収支
 1.2 予熱期間の乾燥機容積
 1.3 表面蒸発(定率乾燥)期間の乾燥機容積
 1.4 減率乾燥期間の乾燥機容積
 1.5 乾燥機の全容積
 1.6 熱風および材料の出口温度
2.連続式・並流型・熱風乾燥機の計算例
 2.1 予熱期間終了時の熱風温度T2と材料温度TM2
 2.2 予熱期間の乾燥機容積
 2.3 表面蒸発期間終了時の絶対湿度H3
 2.4 表面蒸発期間の乾燥機容積
 2.5 減率乾燥期間終了時の絶対湿度H4
 2.6 減率乾燥期間の乾燥機容積
 2.7乾燥機の全容積
 2.8 熱風および材料の出口温度
3.Excelを使った解法
 3.1 連続式・並流型・熱風乾燥機のExcelシート
 3.2 第1ステップの操作
 3.3 第2ステップの操作
 3.4 第3ステップの操作
 3.5 結果の一覧
4.連続式・並流型・熱風乾燥機のスケールアップ
 4.1 熱風の流量 FG を一定に保ち,材料の流量 FS を変える
 4.2 熱風の流量 FG と材料の流量FSの比(FG / FS)を一定に保ち,材料の流量 FS を変える
 4.3 熱風の流量 FG を一定に保ち,熱風の入口温度T1と材料の流量 FS を変える
 4.4 省エネルギーな乾燥方法


◇第10章 精製用クロマトグラフの条件検討とスケールアップの正しい進め方◇

1節 逆相クロマトグラフィーの条件検討と最適化
1.分離の最適化と基本パラメーター
 1.1 基本パラメーターの定義と意味
  1.1.1 保持係数
  1.1.2 理論段数
  1.1.3 分離度
  1.1.4 分離係数
 1.2 分離最適化の基礎
  1.2.1 保持係数の寄与
  1.2.2 理論段数の寄与
  1.2.3 分離係数の寄与
2.逆相クロマトグラフィーにおける分離の最適化
 2.1 充?剤の選択
  2.1.1 基材
  2.1.2 固定相
 2.2 移動相の選択
  2.2.1 有機溶媒種
  2.2.2 pH
  2.2.3 イオン対試薬
3.スケールアップの要点
 3.1 分析用カラムでの精製量の見積り
 3.2 精製用カラムへの移行
 3.2 試料溶媒と注入体積

2節 イオン交換液体クロマトグラフィーの条件検討と最適化
1.イオン交換体
 1.1 イオン交換体基材
 1.2 イオン交換基
2.イオン交換平衡
3.イオン交換クロマトグラフィーの実施例
4.イオン交換選択性
5.分離の最適化 
 5.1 分離度と保持係数
 5.2 イオン交換での分離最適化

3節 超臨界流体クロマトグラフィーの条件検討と最適化
1.超臨界流体
2.超臨界流体クロマトグラフィー
 2.1 超臨界流体クロマトグラフィーシステム
 2.2 超臨界流体クロマトグラフィーの特長
 2.3 SFCのカラムと分離パラメーター
  2.3.1 カラム
  2.3.2 分離パラメーター
 2.4 SFCの分離条件の探索方法
3.分析SFCの応用例
4.分取SFCの応用例

4節 クロマト分離プロセスのスケールアップの基本的考え方と実験の進め方
1.緒言
2.クロマト分離の原理
3. 基礎データ取得方法
 3.1 収着平衡
 3.2 層空隙率
 3.3 破過曲線
4. クロマト分離の連続化
 4.1 実施例
 4.2 連続化の必要性
5. 擬似移動層の工業化スケールアップ
 5.1 工業化マップ
 5.2 シミュレーションモデル
 5.3 ベンチ実験
 5.4 パイロットテスト
 5.5 スケールアップ
 5.6 改良ロータリーバルブ法の特長


◇第11章 各精製物における精製工程設計と操作・運転の最適化事例◇

1節 バイオマスにおける各種分離技術の開発と組み合わせ
1.大阪府立大学学内資源循環プロセスの概要
2.有機性廃棄物のバイオガス変換と利活用
 2.1 食品厨芥の回収とバイオガス変換
 2.2 バイオガスの精製と利活用
  2.2.1 バイオガスの貯蔵
  2.2.2 バイオガスの精製
  2.2.3 バイオガスの利活用
3.廃食用油のバイオディーゼル燃料変換プロセスと利活用
 3.1 廃食用油の回収とバイオディーゼル燃料化
 3.2 大阪府立大学馬術部を中心とした学内循環プロセスの実施

2節 バイオマスからの生理活性物質の高効率分離精製技術の開発
1.フェノール性化合物の分離精製技術の現状と問題点
2.濃縮工程の開発
3.精製工程の開発
4.プロセスのスケールアップと有効性の検討

3節 アフィニティ膜濾過法によるプラスミドDNAの精製
1.プラスミドDNAの膜濾過
 1.1 精密濾過
 1.2 限外濾過
2.プラスミドDNAのアフィニティ膜濾過
 2.1 リガンドの選定
 2.2 プラスミドDNAの吸・脱着濾過
 2.3 プラスミドDNA精製プロセスの設計

4節 ペプチドのクロマトグラフィー精製工程
1.クロマトグラフィー分離モードとその選択
  1.1 クロマトグラフィー分離モード
  1.2 分離精製対象ペプチドの分子量によるクロマトグラフィー分離モードの選択
2.ペプチドのクロマトグラフィー精製条件の選定
  2.1 保健機能食品・食品添加物用途
 2.2 医薬品用途
3.クロマトグラフィー精製工程のスケールアップ
 3.1 スケールアップの基本
 3.2 粒子径の影響
 3.3 Overload Elution Chromatographyの適用
 3.4 アンチラングミュア型吸着挙動の活用
 3.5 クロマトグラフィー精製工程の経済性評価
4.ペプチドの工業的クロマトグラフィー精製事例
 4.1 保健機能食品・食品添加物用途の事例
 4.2 医薬品用途の事例

5節 医薬品の凍結乾燥
1.凍結乾燥の特徴 
 1.1 凍結乾燥の利点
 1.2 凍結乾燥の難点
 1.3 凍結乾燥の工程
2.スケールアップの注意点
 2.1 装置基本性能の差
 2.2 装置サイズによる状態変化
 2.3 測定機器の違い
 2.4 熱容量及び熱伝導の差
 2.5 環境条件による差
 2.6 搬送条件による差
 2.7サンプリング位置の検討
3.試験機の凍結乾燥から生産機へのスケールアップ検討
 3.1 被乾燥物への入熱量
 3.2 端部バイアルへの入熱量の差
 3.3 スケールアップ時の諸影響要素
 3.4 入熱量と諸要素との関係
4.スケールアップの実験例
 4.1 装置スペック
 4.2 スケールアップの実験例T
 4.3 スケールアップの実験例U
 4.4 生産機へのスケールアップ条件の検討
  4.4.1 生産機の棚温プログラム設定
  4.4.2 乾燥庫真空度の設定
  4.4.3 機械室の室温の影響


 

分離 プロセス 晶析