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データサイエンス手法を活用したプロセス強化:反応クロマトグラフィーのモデリング

研究課題

研究課題/領域番号 18H01776
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

川尻 喜章  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20811087)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワードプロセスモデリング / 逐次モンテカルロ法 / クロマトグラフィー / 吸着 / データサイエンス / ベイズ推定 / 反応分離 / 統計 / プロセス強化 / 化学工学 / モデリング
研究成果の概要

化学工学におけるプロセス開発とプロセス強化を目的とした、データサイエンス手法を応用したモデリング手法の開発を行った。特に尤度テンパリングによる逐次モンテカルロ法を使い、並列計算が可能となるベイズ推定による不確実性定量化手法を開発した。更にはクロマトグラフィー分離プロセス、および反応分離クロマトグラフィープロセスの実験を実施し、その実験データに提案手法を適用することで実証例を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

化学産業におけるプロセス開発と、それを強化することを目的としたデータサイエンス手法を開発した。化学プロセスを設計し運転するためにはコンピュータによる予測が不可欠であるが、この予測に不可欠であるモデリングの手法を効率化し、計算時間を短縮する手法を開発した。提案手法は分離精製プロセスであるクロマトグラフィープロセスに適用され、実験を自ら行うことにより有効性を実証することに成功した。同手法は他の化学プロセスへの波及と展開が期待される。

報告書

(4件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 10件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] ジョージア工科大学/米国国立エネルギー技術研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ジョージア工科大学/国立エネルギー技術研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ジョージア工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Uncertainty quantification for chromatography model parameters by Bayesian inference using sequential Monte Carlo method2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Yota、Yajima Tomoyuki、Kawajiri Yoshiaki
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Research and Design

      巻: 175 ページ: 223-237

    • DOI

      10.1016/j.cherd.2021.09.003

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Hierarchical Bayesian estimation for adsorption isotherm parameter determination2020

    • 著者名/発表者名
      Shih Chunkai、Park Jongwoo、Sholl David S.、Realff Matthew J.、Yajima Tomoyuki、Kawajiri Yoshiaki
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Science

      巻: 214 ページ: 115435-115435

    • DOI

      10.1016/j.ces.2019.115435

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Model-based optimization strategies for chromatographic processes: a review2020

    • 著者名/発表者名
      Kawajiri Yoshiaki
    • 雑誌名

      Adsorption

      巻: 27 号: 1 ページ: 1-26

    • DOI

      10.1007/s10450-020-00251-2

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bayesian design of experiments for adsorption isotherm modeling2020

    • 著者名/発表者名
      Kalyanaraman Jayashree、Kawajiri Yoshiaki、Realff Matthew J.
    • 雑誌名

      Computers & Chemical Engineering

      巻: 135 ページ: 106774-106774

    • DOI

      10.1016/j.compchemeng.2020.106774

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] How Well Do Approximate Models of Adsorption-Based CO2 Capture Processes Predict Results of Detailed Process Models?2019

    • 著者名/発表者名
      Park Jongwoo、Rubiera Landa Hector Octavio、Kawajiri Yoshiaki、Realff Matthew J.、Lively Ryan P.、Sholl David S.
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 59 号: 15 ページ: 7097-7108

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.9b05363

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design for dynamic operation - A review and new perspectives for a dynamic manufacturing environment2018

    • 著者名/発表者名
      C. L. E. Swartz Y. Kawajiri
    • 雑誌名

      Computer Aided Chemical Engineering: Proceedings of International Symposium on Process Systems Engineering

      巻: 44 ページ: 43-52

    • DOI

      10.1016/b978-0-444-64241-7.50005-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Quantification of Variations in Experimental and Molecular Simulation Data for CO2 Adsorption Isotherm By Hierarchical Bayesian Estimation.2021

    • 著者名/発表者名
      Sotaro Kojima Jongwoo Park Matthew Realff David Sholl Tomoyuki Yajima Junpei Fujiki Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Parameter Estimation of Chromatography By Bayesian Inference Using Two Monte Carlo Methods2021

    • 著者名/発表者名
      Ziting Yuan Yota Yamamoto Tomoyuki Yajima Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bayesian approaches for adsorption isotherm and process modeling2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      International Adsorption Society Online Webinar Series
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 化学プロセス開発におけるデータ活用技術2021

    • 著者名/発表者名
      川尻喜章
    • 学会等名
      INCHEM Tokyo
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 疑似移動層クロマトグラフィ分離プロセスのsuperstructureを用いたモデリングと運転最適化2021

    • 著者名/発表者名
      関下紘介 鈴木健介 矢嶌智之 川尻喜章
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ベイズ推定による反応クロマトグラフィー プロセスモデルのパラメータ推定2021

    • 著者名/発表者名
      杉山 輝 山本 陽多,矢嶌 智之,川尻 喜章
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 グリーン・サステイナブル ケミストリー シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Parameter Estimation by Bayesian Inference Using Monte Carlo Sampling for Liquid Chromatography Process Model2020

    • 著者名/発表者名
      Yota Yamamoto Tomoyuki Yajima Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      Asian Symposium on Process Systems Engineering (PSE Asia)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bayesian approaches for chemical process modeling2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      Asian Symposium on Process Systems Engineering (PSE Asia)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modeling of nucleation, growth, and dissolution kinetics of paracetamol from ethanol solution for unseeded batch cooling crystallization with temperature cycling strategy2020

    • 著者名/発表者名
      Youngjo Kim Ronald Rousseau Yoshiaki Kawajiri Martha Grover
    • 学会等名
      AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Uncertainty Quantification for Estimating Molecular Weight Distribution by Gel Permeation Chromatography2020

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Wakita Tomoyuki Yajima Yoshiaki Kawajiri
    • 学会等名
      Asian Symposium on Process Systems Engineering (PSE Asia)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bayesian Approach for Adsorption Process Modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Isobe Y. Yamamoto K. Suzuki T. Yajima Y. Kawajiri
    • 学会等名
      Fundamentals of Adsorption
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hierarchical Bayesian Estimation for Adsorption Isotherm Parameter Determination and Applications to CO2 Capture2018

    • 著者名/発表者名
      C. Shii J. Park D. Sholl M. Realff T. Yajima Y. Kawajiri
    • 学会等名
      AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 擬似移動層クロマトグラフィー分離装置における運転データからのモデルパラメータ推定2018

    • 著者名/発表者名
      原田秀喜 佐藤 康平 岡田 一夫 鶴田 正樹 矢嶌 智之 川尻 喜章
    • 学会等名
      化学工学会 第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法を用いた吸着プロセスのパラメータ推定2018

    • 著者名/発表者名
      磯部 祐輝 矢嶌 智之 川尻喜章
    • 学会等名
      化学工学会 第50回秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] データ科学手法を援用したプロセス開発2018

    • 著者名/発表者名
      川尻喜章
    • 学会等名
      スマートエンジニアリングTOKYO 産学官マッチングフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学プロセス開発におけるデータ活用2018

    • 著者名/発表者名
      川尻喜章
    • 学会等名
      材料バックキャストテクノロジーシンポジウム: 未来を拓くものづくり
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] データサイエンス手法を援用した化学プロセス開発の新展開2018

    • 著者名/発表者名
      川尻喜章
    • 学会等名
      インフォマティクスと連携したモノづくりと計測技術 日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部学術討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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