マイクロリアクタープロセス運転操作のためのソフトセンシングシステムの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750693
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 松本 秀行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90313345)
• Keywords: マイクロリアクター / ソフトセンシング / ハイブリッドシミュレーション / フリーフロー電気泳動 / 輸送現象 / 柔軟性

Research Abstract

微小空間に多数のセンサーを配置することが難しいと想定されるマイクロリアクタープロセスの運転操作を効率よく行うための、ユーザー指向ソフトセンシングシステムの構築を目標とし、フリーフロー電気泳動法を用いたマイクロ分離プロセスを対象とした、ハイブリッドモデルシミュレーションシステムの構築ならびに同システムのソフトセンシングシステムとしての有用性の検討を行うことで、以下の成果をあげることができた。
1.汎用流体解析ソフトウェアを用いた二次元マイクロフリーフロー電気泳動(mFFE)装置内部の輸送現象シミュレーションにおいて、Navier-Stokes方程式モデルとエネルギー方程式モデルに、電気浸透流速度の推算モデルと電極付近発熱量の推算モデルの両マクロ的モデルを融合させることで、高電圧負荷操作を考慮に入れたシミュレーションシステムを構築した。さらに、既往の研究で実験結果として報告されている装置表面上の不均一な温度分布とシミュレーション結果との間に、定性的に良好な一致が認められたことで、同システムの有効性を見出すことができた。
2.CBB水溶液等を用いたmFFE装置内部の輸送現象可視化実験を行い、mFFE装置の材質、その内部構造、電極や配管といったユーティリティシステムの構造などと、種々の操作変数との間の相関関係を構築することで、前述のシミュレーションシステムに関して、新たなミクロ的モデル(例:局所的電流密度の推算モデル)と現存のモデル群との柔軟な融合の必要性が見出された。さらに、同システムのセンシング目的変更に対応しうるための機能の付加に関しては、マイクロ化学プロセス集積化のためのマルチエージェント指向シミュレーション手法の開発を試みることで、種々のモデルの階層化機能だけでなくモデル選択の柔軟な意思決定機能の重要性が認められた。

Research Products

• [Publications] Matsumoto, Hideyuki: "Numerical Simulation of Dynamic Behavior in a Reactor using a Hybrid Model"Theoretical and Applied Mechanics Japan. 51. 301-306 (2002)
• [Publications] Kimura, Naoki: "Multiagent-oriented Decision Making Framework for Assembly and Operation of Micro Chemical Processes"Knowledge-Based Intelligent Information Engineering Systems & Allied Technologies KES 2002. 853-857 (2002)
• [Publications] 木村, 直樹: "マイクロ化学プロセス集積化のためのマルチエージェント指向シミュレーションシステム"第6回化学とマイクロ・ナノシステム研究会講演予稿集. 45 (2002)
• [Publications] 金井, 悟: "光学異性体のマイクロ分離場における流動状態の解析"化学工学会第68年会研究発表講演要旨集. C115 (2003)