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化学プロセスのスケールアップ、連続化

―データ取得/装置・プロセス設計/生産性向上/トラブル対策―

レポート概要

★ 化学、電気・電子、医薬、食品、化粧品分野におけるスケールアップの具体例!

★ 医薬品業界で特に期待される、バッチ生産から連続生産への転換のヒント!

レポート詳細

執筆者(敬称略)

(株)IHI 大竹泰弘 HAZOP&プラント安全促進会 松岡俊介
SSCI研究所 芦澤一英 中央大学 新藤斎
大阪府立大学 安田昌弘 (株)明治 神谷哲
メルク(株) 伊藤隆夫 月島機械(株) 須田英希
横浜国立大学 羽深等 カツラギ工業(株) 西村靖史
京都大学 永木愛一郎 東京工業大学 西迫貴志
(株)資生堂 横川佳浩 トリプルエーマシン(株) 石戸克典
(株)ファーマトリエ 岡村元義 東洋大学 川瀬義矩
帝人ファーマ(株) 加藤喜章 JNC(株) 川邉俊行
名古屋工業大学 加藤禎人 三菱ケミカル(株) 前川和也
外山技術士事務所 外山幸雄 東京農工大学 滝山博志
静岡大学 間瀬暢之 (株)ユニティクス 池田朗
(株)三和ケミファ 丸橋和夫 横浜国立大学 中村一穂
医薬研究開発コンサルティング 橋本光紀 (国研)産業技術総合研究所 中村浩之
明治大学 金子弘昌 (株)美粒 中野満
メトラー・トレド(株) 原祐樹 大阪府立大学 仲村英也
静岡県立大学 江上寛通 マイクロ波化学(株) 塚原保徳
香川大学 荒川雅生 (株)旭製作所 渡部芳英
三井E&Sプラントエンジニアリング(株) 今井千浩 東京大学 土橋律
大川原化工機(株) 根本源太郎 ファルマハイジーンサポート 島一己
共和真空技術(株) 細見博 BS&Bセイフティ・システムズ(株) 那須貴司
(株)KRI 阪井敦 日本大学 日秋俊彦
秋山錠剤(株) 阪本光男 (株)日立製作所 富樫盛典
カツラギ工業(株) 三木秀雄 広島大学 福井国博
(株)キッツ 小岩井隆 巴工業(株) 平松達生
スペラファーマ(株) 山田雅俊 関西化学機械製作(株) 片岡邦夫
(株)神鋼環境ソリューション 山部芳 (株)トリニティーラボ 野村俊夫
高砂香料工業(株) 山本哲也 静岡大学 立元雄治
スペラファーマ(株) 山野光久 (有)プラントアルファ 菅伸介
東洋エンジニアリング(株) 若林敏祐 シーメンスPLMソフトウェア・コンピューテイショナル・ダイナミックス(株) 掛川千賀

目次

◇第1章 ラボ実験でのデータのとり方◇

1節 開発初期でのスケールアップ/ラボ検討で取得しておくべきデータ
1.プロセスの中身を知る
 1.1 反応・後処理のデータ取り
 1.2 晶析のデータ取り
 1.3 データの活用
2.プロセスの堅牢性を知る
 2.1 プロセスの安定性データを取る
 2.2 ストレステストをする
 2.3 ユーステストをする
3.プロセスの危険性を知る
4.コミュニケーション・レビューシステム

2節 現場設備の現象を考えたラボによるスケールアップ実験
1.ラボ用撹拌機のシステムと撹拌諸データの収集
2.p-Re 曲線
 2.1 短時間でのNp-Re 曲線の自動作成
 2.2 広域Np-Re曲線の作成
3.Pv一定による反応実験
 3.1 Pv一定機能の特徴
 3.2 実験方法
 3.3 実験結果と考察

3節 製造条件最適化の進め方

4節 バイオ医薬品製造におけるスケールアップ時の品質同等性確保
1.バイオ原薬製造のプラットフォーム技術
2.バイオ原薬構造・物理的化学的性質でみるべきコンパラビリティ
3.コンパラビリティ(同等性/同質性)・品質恒常性を追求した製造方法
4.スケールアップ時の留意点
5.製造変更時の規制上の取り扱いについて
6.コンパラビリティ評価の時期とリスクアセスメント

5節 原薬スケールアップにおけるパラメータの設定方法、許容値幅の考え方
1.医薬品原薬の開発の進め方とパラメータ、変更、逸脱の関係
 1.1 医薬品原薬の開発とパラメータの関係
 1.2 パラメータはどの段階で設定されるか
 1.3 パラメータと逸脱、変更の関係
 1.4 変更と変更管理について
2.パラメータ設定と許容値幅の考え方
 2.1 パラメータとスケールアップについて
   -法との関係
   -スケールアップの倍率と製造法、品質、設備仕様について
   -経済性とプロセスの安全性
   -予測的バリデーション
   -スケールアップの考え方
   -主なパラメータの例
   -スケールアップに伴う作業時間とパラメータの関係
   -開発段階と実生産との相違点
   -化学的品質、物理化学的品質の同一性の確認
 2.2 原薬の重要品質特性とパラメータの関係、許容値幅の考え方
   -原薬の規格項目とパラメータの関係(例)
   -許容値幅の考え方
 2.3 パラメータの設定の仕方、設定するための効率的な実験方法(例)
3.事例を参考にしたパラメータの考え方
 3.1 反応時間の例
 3.2 結晶多形と晶析時間の例
 3.3 類縁物質と晶析時間の例
 3.4 原料の溶解時間の例
 3.5 乾燥工程の例
 3.6 プロセスバリデーションの今後の考え方

6節 化学プロセスの設計、スケールアップの効率化に向けたExcel活用術
1.化学プロセス計算に使えるExcel
 1.1 組み込み関数
 1.2 近似曲線の追加
 1.3 ゴールシーク
 1.4 ソルバー
 1.5 VBA (Visual Basic for Application)
2.Excelによる化学プロセスのシミュレーションとスケールアップの例
 2.1 分離プロセス:蒸留
 2.2 反応工学

7節 化学プロセス設計におけるCFDの有効性と活用例
1.設計探査への期待
2.事例1:スリム型多段撹拌槽
3.事例2:バーナー設計
4.事例3:総括反応メカニズムの最適化

◇第2章 攪拌・混合プロセスの装置設計、操作条件設定とスケールアップ◇

1節 撹拌型反応機の設計とスケールアップのポイント
1.撹拌機のスケールアップ
 1.1 基本的なスケールアップ手法
 1.2 諸操作に対するスケールアップ手法
   -固体粒子の分散に対するスケールアップ
   -液滴分散に対するスケールアップ
   -通気撹拌に対するスケールアップ
   -表面ガス吸収に対するスケールアップ
   -高粘度液のスケールアップ
   -混合時間一定のスケールアップ
2.伝熱面でのスケールアップ
 2.1 hiの向上
 2.2 hoの向上
 2.3 hwの向上

2節 撹拌操作・スケールアップの基礎と混合メカニズムと応用
1.撹拌槽の構成
 1.1 撹拌翼の種類
 1.2 大型翼
2.乱流撹拌における撹拌所要動力の重要性
3.撹拌所要動力
4.流脈の可視化による層流混合の評価

3節 乳化・分散工程の最適化とスケールアップ手法
1.ローター・ステーター型ミキサーの概要
2.性能評価指標について
3.性能評価指標の導出
 3.1 隙間部分のエネルギー消散率の導出
 3.2 開口部分のエネルギー消散率の導出
 3.3 総括乱流エネルギー消散率の導出
4.指標の妥当性確認
5.スケールアップへの応用
6.スケールアップの精度

4節 撹拌混合による乳液製造のスケールアップと流体解析の活用
1.撹拌混合に対する流体解析の適用
 1.1 MPS法の特徴
2.撹拌が流体に与えるせん断力の評価
 2.1 ホモミキサーの最大せん断力分布
 2.2 ディスパー翼の最大せん断力分布
3.粘度変化を伴う乳化現象の解析
 3.1領域指定による粘度変化プログラム

5節 ナノ粒子分散の理論とスケールアップ技術
1.分散の定義
2.力の種類と方向
 2.1 力の定義:縦方向
 2.2 力の定義:横方向
3.分散の基本:力のかかり方、濡れ性と分散性と空洞化との関係

◇第3章 反応プロセスの装置設計、スケールアップとトラブル対策◇

1節 反応装置内の輸送現象解析と設計
1.反応装置内の輸送現象
 1.1 解析すべき対象
 1.2 輸送現象の基本法則
   -剪断応力(ニュートンの法則)
   -熱伝導(フーリエの法則)
   -熱放射(ステファン・ボルツマンの法則)
   -拡散(フィックの法則)
   -熱伝達係数と物質移動係数
 1.3 流れの状態
   -慣性と粘性
   -層流と乱流
   -レイノルズ数
   -無次元数
 1.4 支配方程式
2.解析と設計の例
 2.1 化学反応の設計と反応物の輸送
 2.2 輸送現象と化学反応の数値解析
 2.3 輸送現象解析の要点

2節 反応器の設計とスケールアップ
1.反応器の基本(Reactor Principles)
2.反応器の種類(Reactor Type)
3.空間速度と空間時間(Space Velocity and Space Time)
4.バッチ反応器(Batch Reactors)
5.押出し流れ反応器(Tubular Plug-Flow Reactors)
6.完全混合流れ反応器(Continuous Stirred Tank Reactors)
7.非理想反応器(Nonideality of Reactors)
8.滞留時間分布(Residence Time Distribution)
9.槽列モデル(Tanks-In-Series Model)
10.回分式から連続式への転換(From Batch to Continuous processing)
11.新規連続式反応器(Novel Continuous Tubular Reactor)

3節 乳化重合・懸濁重合による粒子径制御とスケールアップにおける装置設計
1.高分子の生成
2.高分子合成の基礎
3.反応動力学と反応平衡および熱化学
4.付加重合による高分子の合成
5.ラジカル重合
6.ラジカル重合の速度論(重合反応初期から中期)
7.ラジカル重合の速度論(重合反応中期から末期)
8.不均一重合反応(乳化重合と懸濁重合)の重合反応速度論
 8.1 乳化重合の反応機構
 8.2 単分散粒子の合成
    -分散重合法
    -膨潤シード法
    -二段階膨潤を伴うシード重合法(シード重合法)
 8.3 懸濁重合の反応機構
    -懸濁重合法と攪拌
    -懸濁重合法の重合反応速度
9.乳化重合および懸濁重合における粒子径制御
10.スケールアップについて
11.マクロモノマーを用いたシード重合による重合末期の重合速度論の解析
 11.1 MAX-nと低分子量モノマーとのシード共重合
 11.2 シード共重合における粒子内のラジカル濃度の収支式
 11.3 ラジカル分子の伸長反応
 11.4 ラジカル分子の停止反応
 11.5 MAX-nとメタクリル酸メチルとのシード共重合における各モノマーの反応速度解析
 11.6 MAX-nと低分子量モノマーとのシード共重合の反応機構解析
 11.7 MAX-nとスチレンとのシード共重合における各モノマーの反応速度

4節 不斉水素化反応のスケールアップ事例
1.背景
2.製造プロセス検討のための課題
3.不斉水素化反応プロセスの開発
 3.1 光学純度の精製のためのジアステレオマー塩の探索
 3.2 工業的な不斉水素化方法の確立(第一世代法)
 3.3 工業的な不斉水素化方法の確立(第二世代法)
   -代替塩基および不斉水素化基質の高純度化検討
   -光学純度の向上のために精製条件の設定
   -反応温度の設定
   -反応溶媒中の溶存酸素濃度の影響
4.プロセスバリデーション製造への適用とコスト削減への影響

5節 マイクロ波リアクターの適用事例とスケールアップ
1.テクノロジー
2.標準化へのロードマップ
3.エンジニアリング
4.医薬への展開
5.宇宙への展開

◇第4章 分離プロセスのスケールアップと省エネルギー化、トラブル対策◇

1節 分離・蒸留プロセスの装置設計とスケールアップ
1.気液平衡の基礎
 1.1 相律
 1.2 理想溶液の気液平衡
 1.3 実在溶液の気液平衡
2.気液平衡の相関
 2.1 活量係数式
 2.2 Margules式
 2.3 Wilson式
 2.4 NRTL式
 2.5 UNIQUAC式
3.気液平衡の測定
4.気液平衡の熱力学的健全性テスト
 4.1 ポイントテスト
 4.2 面積テスト

2節 蒸留プロセスの省エネルギー化事例
1.省エネルギー蒸留技術の俯瞰
2.SUPERHIDICの商業機
 2.1 SUPERHIDICの概念
 2.2 SUPERHIDICの商業運転における性能

3節 内部循環流機構を組み込んだ多段連続式流下液膜蒸発装置
1.流下液膜流の基礎
 1.1 流下液膜の流動と伝熱の基礎的問題
 1.2 流下液膜の流動形態と内部循環流の付与効果
 1.3 WW蒸発装置の構造
 1.4 多段化の必要性とメリット
2.多段化と連続化によるWWムートン蒸発装置
 2.1 基本構造とフロー
 2.2 内部循環流量
3.蒸発伝熱特性
 3.1 流下液膜への非定常性付与効果
 3.1 循環流と界面更新効果との関係
4.多段化による濃縮効果
 4.1 減圧蒸留装置
 4.2 適用性解析

4節 圧力容器の構造、種類と設計・評価法
1.圧力容器の種類・構造
 1.1 圧力容器とは
 1.2 圧力容器の種類
 1.3 圧力容器の構造形式
2.圧力容器の強度評価
 2.1 応力とひずみ
 2.2 材料の降伏条件と多軸応力状態
 2.3 熱応力
 2.4 各種破壊様式とその防止
3.圧力容器の設計
 3.1 応力容器の設計の考え方
 3.2 圧力容器の規格・基準
 3.3 設計規格における許容応力
 3.4 公式による設計
 3.5 解析による設計
 3.6 圧力容器に対する設計手順

5節 スケールアップでの濾過実験装置と濾過速度の測定法
1.ノーマル・フロー・フィルトレーション(NFF)のスケールアップ
 1.1 NFFの装置構成と濾過抵抗と透過性の測定
 1.2 濾過理論の適用
 1.3 スケーラビリティ
 1.4 多段濾過
 1.5 吸着破過の影響
2.タンジェンシャル・フロー・フィルトレーション(TFF)のスケールアップ
 2.1 TFFの装置構成及び膜間差圧と透過流束の測定
 2.2 濃縮とダイアフィルトレーション
 2.3 TFFシステムの圧力特性と最小循環容量

6節 濾過のメカニズムとプロセス設計
1.濾過のメカニズムと濾過性能
2.濾過抵抗と圧力損失場の構造
3.濾過のモデル
 3.1 濾材閉塞濾過の一般式
 3.2 ケーク濾過のモデル
 3.3 標準閉塞濾過モデル
 3.4 深層濾過のモデル

7節 分離・脱水のメカニズムとスケールアップ
1.分離、脱水とは
2.分離の原理
3.ろ過
 3.1 ろ過による分離
 3.2 ろ材ろ過とケークろ過
 3.3 定圧ろ過と定速ろ過
4.圧搾
 4.1 圧搾による脱水
 4.2 圧搾のメカニズム
5.遠心分離
 5.1 重力場での粒子の沈降
 5.2 遠心力場での粒子の沈降
 5.3 遠心脱水機の脱水機構
6.実装置例
 6.1 分離機
   -スクリーン式ろ過分離機(回転ドラムスクリーン)
   -円筒型遠心分離機
 6.2 濃縮機
   -ベルト式ろ過濃縮機
   -遠心濃縮機
 6.3 脱水機
   -ベルトプレス型脱水機
   -回転加圧脱水機
   -スクリュープレス
   -フィルタープレス
   -真空脱水機
   -デカンタ型遠心脱水機
7.スケールアップ
 7.1 分離機、脱水機のスケールアップ
 7.2 テーブルテスト
   -回転加圧脱水機のテーブルテスト
   -遠心濃縮機のテーブルテスト
   -遠心脱水機のテーブルテスト
 7.3 遠心分離機のスケールアップ

8節 PV・VPプロセスのスケールアップ
1.分離機構
2.ZEBREXを用いた脱水装置の実例紹介
3.スケールアップ
 3.1 膜のモジュール化
 3.2 モジュールサイズの選定
 3.3 製品濃度まで脱水するための必要膜面積の計算
 3.4 透過蒸気の回収・排出方法
 3.5 その他一般的な化学工学知識
4.経済性評価

9節 晶析の基礎・原理とスケールアップへの応用
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

10節 晶析条件の設計、品質制御とスケールアップ
1.晶析操作と結晶品質
 1.1 晶析操作の種類
   -冷却晶析法
   -濃縮晶析法
   -貧溶媒(第3成分)晶析法
   -反応晶析法
 1.2 晶析に求められる品質
   -純度
   -結晶粒径・粒度分布
   -結晶形状
 1.3 晶析装置の種類と結晶品質
2.バッチ晶析装置のスケールアップ
 2.1 バッチ晶析の特性
 2.2 スケールアップ手法
 2.3 製品品質に関わるスケールアップ上の注意点
   -撹拌の過不足
   -結晶破砕増加
   -伝熱面積不足
3.連続晶析装置のスケールアップ
 3.1 撹拌槽型
 3.2 ドラフトチューブ型
 3.3 連続晶析の一般的なスケールアップファクター
   -操作過飽和度
   -滞留時間
   -スラリー濃度
   -インペラチップスピード
 3.4 連続晶析の一般的なスケールアップ手順
   -ベンチテストでデータ採取
   -スラリー容量決定
   -必要な内部循環量を求める
   -撹拌機回転数を求める
 3.5 製品品質に関わるスケールアップ上のポイント
   -系の特性を把握する
   -スケールアップにともなう不安定因子の減少
   -淀みゾーンの減少
   -生産性増加
   -撹拌効率アップ
   -スケールアップ倍率
   -スケールアップに適さない例

11節 スケールアップでの晶析におけるスケーリングの種類と発生対策
1.スケーリングの主な原因と発生するトラブル
2.間接冷却式晶析装置のスケーリング
 2.1 間接冷却式晶析装置のスケーリング原因と発生個所
 2.2 間接冷却式晶析装置のスケーリング発生対策
3.真空冷却式あるいは真空蒸発式晶析装置のスケーリング
 3.1 真空冷却・蒸発式晶析装置のスケーリング原因と発生個所
 3.2 真空冷却・蒸発式晶析装置のスケーリング発生対策
4.その他形式の晶析装置のスケーリング
 4.1 その他形式の晶析装置のスケーリング原因と発生対策

◇第5章 粉体プロセスのスケールアップと品質制御、トラブル対策◇

1節 分級機のスケールアップとトラブル対策
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
   -分級原理
   -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分級粉砕機の構造とスケールアップ
4 分級におけるトラブルとその対策
 4.1 分級と付着・凝集・分散
 4.2 摩耗とコンタミネーション
 4.3 温度・湿度による影響

2節 造粒のスケールアップでの問題点と効率的な進め方
1.造粒方法
 1.1 湿式造粒法
   -攪拌造粒
   -流動層造粒
   -押し出し造粒
   -転動造粒
   -噴霧乾燥造粒
 1.2 乾式造粒法
2.撹拌造粒および流動層造粒のスケールアップにおける問題点
 2.1 撹拌造粒のスケールアップと問題点
 2.2 流動層造粒のスケールアップと問題点
3.撹拌造粒および流動層造粒のスケールアップ
 3.1 撹拌造粒におけるスケールアップ
 3.2 流動層造粒におけるスケールアップ

3節 数値シミュレーションを活用した造粒プロセスのスケールアップ
1.従来のスケールアップ手法とその課題
2.離散要素法(Discrete Element Method: DEM)
3.DEMで解析できる攪拌造粒プロセスの特性
 3.1 幾何学的特性
 3.2 運動学的特性
 3.3 力学的特性
4.実際の研究事例

4節 粉粒体の固結要因、メカニズムとその抑制
1.固結のメカニズム
 1.1 小さな粒が不安定な理由 ―表面エネルギーの効果―
 1.2 水分による固体表面原子の動き
 1.3 固結過程の直接観察
 1.4 結晶水を含む場合
2.様々な固結防止剤
 2.1 水分の浸透の計測
 2.2 固結防止剤の作用

5節 集塵技術の基本と集じん装置の分類、選定
1.集じんの基礎
 1.1 はじめに
 1.2 集じん装置選定の考え方
 1.3 集じんの基本原理
 1.4 気中分散単一粒子の運動
 1.5 粒子に働く力と粒子運動
   -重力と遠心力
   -静電気力
   -慣性力
2.集じん装置の評価と分類
 2.1 集じん装置の性能評価項目
   -圧力損失
   -集じん率
 2.2 集じん装置の種類と分類
   -流通形式集じん装置の特徴
   -障害物形式集じん装置の特徴
   -隔壁形式集じん装置の特徴
 2.3 遠心力集じん装置(サイクロン)の詳細

◇第6章 乾燥プロセスのスケールアップと品質制御、トラブル対策◇

1節 乾燥操作の基本原理と乾燥機の種類、選定、設計法
1.乾燥操作の基本原理
 1.1 含液率・乾燥速度
 1.2 乾燥の進行
2.乾燥装置の種類
 2.1 乾燥装置の分類
 2.2 乾燥装置の選定
3.乾燥装置設計の基礎
 3.1 乾燥に必要なエネルギー
 3.2 乾燥装置所要容積の概算
 3.3 回分式熱風乾燥装置の乾燥所要時間
   -予熱時間
   -定率乾燥に要する時間
   -減率乾燥に要する時間
 3.4 連続式・並流型熱風乾燥装置の所要容積
   -乾燥装置内の物質収支,熱収支
   -定率乾燥時の材料温度
   -予熱期間に要する乾燥装置容積
   -定率乾燥期間に要する乾燥装置容積
   -減率乾燥期間に要する乾燥装置容積
   -熱風および材料の出口温度
 3.5 連続式・向流型熱風乾燥装置の所要容積

2節 ドラムドライヤを用いた乾燥技術と真空式の連続化技術
1.ドラムドライヤを用いた乾燥技術
 1.1 ダブルドラム型
 1.2 ツインドラム型
 1.3 シングルドラム型
   -ディップ(浸積)フィード式
   -サイドロールフィード式
   -スプラッシュフィード式
   -上部多段ロールフィード式
   -下部ロールフィード式
2.真空式ドラムドライヤの連続化技術
 2.1 真空式ダブルドラム式ドライヤの原理
   -真空式ドラムドライヤ(ダブルドラム型)の問題点
   -問題点の解決策
 2.2 装置フロー概要
 2.3 使用実績例
 2.4 真空式ドラムドライヤ用途展開

3節 凍結乾燥の特徴とスケールアップの実験例及びプログラム設定
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?
 4.3 スケールアップの実験例?
 4.4 生産機へのスケールアップ条件の検討
   -生産機の棚温プログラム設定
   -乾燥庫真空度の設定
   -機械室の室温の影響

4節 噴霧乾燥におけるスケールアップ
1.スプレードライヤにおける乾燥
2.スプレードライヤの運転と粒子形状
 2.1 運転方法による粒子制御
 2.2 運転条件と粒子形状
3.乾燥室形状
 3.1 並流型
 3.2 向流型
 3.3 並向流型(混合型)
4.微粒化機器
 4.1 回転円盤(ディスク)
   -ピン型回転円盤
   -ベーンスリット型回転円盤
   -ベーンノズル型回転円盤
   -ケスナー型回転円盤
 4.2 圧力ノズル(一流体ノズル、加圧ノズル)
 4.3 二流体ノズル
 4.4 改良型の二流体ノズル
5.噴霧乾燥におけるスケールアップについて
 5.1 回転円盤
 5.2 噴霧ノズル

5節 試験機の凍結乾燥から生産機へのスケールアップと事例
1.凍結乾燥
 1.1 凍結乾燥製剤の利点と欠点
 1.2 凍結乾燥製剤の特性
 1.3 凍結乾燥装置の構成
 1.4 凍結乾燥プログラム
2. 試験機から生産機へスケールアップするための凍結乾燥プログラムの構築
 2.1 試験機による凍結乾燥プログラムの設定
 2.2 試験機による凍結乾燥プログラムの設定パラメータの選定
 2.3 試験機から生産機へスケールアップするための凍結乾燥プログラムの構築
 2.4 凍結乾燥機の機械特性と生産機へスケールアップする際の要因
 2.5 暫定パラメータによる凍結乾燥プログラムの設定
3.最適プログラムの選定
 3.1 暫定プログラムの評価 (最適化検討)
 3.2 生産機のフルスケールでの検討
 3.3 最適プログラムの選定
4.生産機での凍結乾燥プロセスパラメータの検証
 4.1 設定パラメータとプロセスパラメータの評価
 4.2 プロセスパラメータとバリデーション項目
5.スケールアップ事例:<凍結乾燥製剤のプロセスバリデーション>
 5.1 凍結乾燥製剤の製造
 5.2 凍結乾燥製剤のプロセスバリデーション
 5.3 凍結乾燥機のバリデーションを行う上での課題
 5.4 凍結乾燥工程のプロセスバリデーション実施項目
 5.5 凍結乾燥プロセスのパラメータ測定に関して考慮すべき点
 5.6 リーク量の設定に関して
6. 無菌製剤の検討事例:<結晶化による製剤の安定化研究>
 6.1 結晶性を利用した製剤の安定化
 6.2 晶析工程を含む凍結真空乾燥による用時溶解剤の製造
 6.3 真空下におけるセフクリジン水和物の結晶転移
 6.4 結晶化度と化学的安定性の関係
 6.5 安定性改善のまとめ

◇第7章 プロセス、プラントの安全性向上と危険性評価◇

1節 HAZOPを活用したプラント安全性評価
1.プラントの安全性評価
 1.1 プラントの設計・運転と安全性評価
 1.2 安全性評価の概要
 1.3 安全性評価の手法
2.連続プロセス系HAZOP
 2.1 HAZOPの基本概念
 2.2 連続プロセス系HAZOPの特徴および適用
 2.3 連続プロセス系HAZOPの実施手順
3.非定常操作系HAZOP
 3.1 非定常操作系HAZOPの特徴および適用
 3.2 操作のずれの創出
 3.3 非定常操作系HAZOPの実施手順
4.HAZOPスタディの計画、準備および事後作業
 4.1 HAZOPの計画、準備
 4.2 HAZOP事後作業

2節 FMEAとRCMによるプラント設備のリスクマネジメント
1.プラント設備におけるリスク
2.リスク管理の基礎
3.信頼性の基礎概念
4.機能と機能故障への着目
5.故障影響の評価
6.目的に応じたFMEAの実施
7.RCMの基礎
8.RCMにおけるメンテナンス方針の決定
9.FMEAとRCMの成功のために

3節 単位操作機器の設計、スケールアップにおける温度制御のポイント
1.スケールアップの検討
2.スケールアップの問題点
3.温度制御のポイント
4.スケールアップの留意点
5.操作性のよいフローシートとは
6.スケールアップのトラブル対策

4節 粉じん爆発、粉体火災の発生現象と危険性評価
1.火災・爆発災害と燃焼現象
 1.1 燃焼の形態と火災・爆発災害
 1.2 火災、爆発災害における燃焼現象
2.火災・爆発の危険性評価と防止・抑制対策
 2.1 火災・爆発災害の現象と危険性評価
 2.2 危険性評価と特性値
   -爆発災害に関する特性値(可燃性気体、粉じん)
   -火災に関する特性値
   -危険性評価の特性値の例
3.火災・爆発災害の防止・抑制対策
 3.1 火災の防止・抑制対策
   -発生防止対策の例
   -被害抑制対策の例
 3.2 爆発災害の防止・抑制対策
   -発生防止対策の例
   -被害抑制対策の例

5節 粉体ハンドリング設備の爆発防護技術
1.爆発事故事例の教訓
2.爆発のメカニズム
3.爆発防護技術の検討
 3.1 爆発特性値の測定
 3.2 爆発防護技術の種類
 3.3 爆発予防技術
 3.4 爆発防護技術の種類
4.爆発放散設備
 4.1 爆発放散設備の種類と設置例
 4.2 爆発放散設備の設計
 4.3 爆発放散設備の設計例(集じん機への設置例)
 4.4 蝶番ドア式及び離脱パネル式爆発放散設備の危険性と問題点
5. フレームフリー爆発放散設備
 5.1 フレームフリー爆発放散設備の種類と設置例
 5.2 フレームフリー爆発放散設備の設計と注意点
6.爆発抑制システム
7.火花検知(スパーク検知・消火)システム
8.爆発しゃ断システム
 8.1 化学式(ケミカル)しゃ断システム
 8.2 機械式 フロート式しゃ断システム(VENTEX)
 8.3 機械式 フラップ式しゃ断システム(FLAP)
 8.4 機械式 スライドゲート式しゃ断システム(RSV)
 8.5 機械式ピンチバルブ式しゃ断システム(IVE)
 8.6 爆発放散設備としゃ断システムの組み合わせ例
9.関連法規
 9.1 関連法規による安全装置の必要性

6節 封じ込め対応濾過工程のスケールアップ
1.原薬プロセスにおける濾過工程と封じ込め
2.濾過器運用に関する問題点
 2.1 濾過作業における問題
 2.2 濾過後の回収作業における問題
   -加圧濾過器の場合
   -濾過乾燥機の場合
 2.3 濾盤まわりの洗浄作業における問題
 2.4 封じ込めの必要性
3.濾過器のエンジニアリング
 3.1 本体材質
 3.2 洗浄排水
 3.3 メンテナンス時の撹拌軸の扱い
 3.4 熱源
 3.5 吸引部のダストコレクター
4.封じ込め方式の検討~概論
5.加圧濾過器の封じ込め
 5.1 全体をエンクロージャ内に設置する方式
   -ハードタイプアイソレータを利用する場合
   -ソフトエンクロージャで被う場合
 5.2 ソフトエンクロージャを部分的に用いる方式
6.濾過乾燥機の封じ込め
 6.1 粉体取り出し口にエンクロージャを取り付ける方式
   -ハードタイプアイソレータを利用する場合
   -ソフトエンクロージャを利用する場合
 6.2 濾盤部までをアイソレータに収納する方式

◇第8章 フロー合成によるプロセスの連続化技術◇

1節 フローマイクロリアクターを用いた有機合成反応とその選択的制御
1.フローマイクロリアクターの特長
2.高速混合に基づいた反応の選択性制御
 2.1 生成物に対する競争的逐次反応の選択性制御
   -Friedel-Craftsアルキル化反応
   -芳香族のヨウ素化反応
   -選択的[4+2]付加環化反応
   -シュウ酸ジエチルに対するフェニルリチウムの求核付加反応
   -ジアルデヒドに対するフェニルリチウムの求核付加反応
   -トリメチルボレートへの有機金属種の求核付加反応によるボリル化反応
   -エステルのDIBAL-H による選択的還元反応
 2.2 競争的逐次反応の制御による中間体の選択的発生
   -ジブロモビフェニル化合物のモノリチオ化反応
 2.3 フローマイクロリアクターを用いた付加重合
   -フローマイクロリアクターを用いたリビングカチオン重合
   -フローマイクロリアクターを用いたリビングアニオン重合
 2.4 競争的並列反応の選択性制御
   -異なる官能基に対する求核付加反応
3.精密滞留時間制御に基づいた反応の選択性制御
 3.1 フローマイクロリアクターによる異性化制御
   -フローマイクロリアクターによる位置異性体の選択性制御
   -フローマイクロリアクターによるジアステレオマーの選択性制御
   -フローマイクロリアクターによるエナンチオマーの選択性制御
   -フローマイクロリアクターを用いたフリース転位反応の選択性制御 

2節 フロー型マイクロ波照射装置を用いる有機合成
1.フロー型マイクロ波照射装置
 1.1 装置の概要
 1.2 有機溶媒の加熱特性
2.フロー型マイクロ波照射装置を用いた有機合成反応の例
 2.1 Fischerインドール合成
 2.2 Biginelli反応
 2.3 Hantzschジヒドロピリジン合成
 2.4 エステルのアミド化反応
 2.5 アルコール類のアセチル化
 2.6 Diels-Alder反応
 2.7 フラーレンのインデンによる修飾反応
 2.8 Johnson-Claisen反応
 2.9 芳香族求核置換反応
 2.10 Williamsonエーテル合成反応
 2.11 アミド類のスチレン類への付加反応
 2.12 Wolf転位-Staudinger環化の連続反応
 2.13 溝呂木-Heck反応

3節 フロー型マイクロ波装置を用いた実験計画法に基づく反応条件の迅速最適化
1.フロー法による反応条件最適化をするにあたって
2.アセチル化反応の最適化
3.フィッシャーインドール合成の最適化
4.ディールズ?アルダー反応の最適化

4節 フローマイクロリアクターを用いた高分子合成反応とその連続運転
1.マイクロリアクターを用いた付加重合
2.マイクロリアクターを用いたカチオン重合
 2.1 単独重合
 2.2 ブロック重合
 2.3 精密構造制御ポリマー合成
3.マイクロリアクターを用いたアニオン重合
 3.1 単独重合
   -スチレン類の単独重合
   -(メタ)アクリル酸エステル類の単独重合
 3.2 ブロック重合
   -スチレン類のブロック重合
   -(メタ)アクリル酸エステル類のブロック重合
   -スチレン類と(メタ)アクリル酸エステル類のブロック重合
 3.3 精密構造制御ポリマー合成
 3.4 アニオン重合連続運転システムの構築
 3.5 モノマー濃度/開始剤濃度の比率がポリマー分子量に与える影響の評価
 3.6 ポリスチレンのアニオン重合をモデルとした連続運転システムの検証

5節 不斉水素化反応へのマイクロリアクターの適用
1.高速不斉水素化触媒RUCYとマイクロリアクター
2.不斉水素化反応へのマイクロリアクターの適用
 2.1 マイクロリアクター方式とバッチ方式の比較
 2.2 触媒溶液の安定性改善
 2.3 反応に対する流路径の影響確認
 2.4 気液導入部の反応に対する影響
 2.5 in situ FT-IRによる流動状態の評価
 2.6 ハイスループット化および除熱性能の検証

6節 マイクロ流路デバイスを用いた液滴生産とそのスケールアップ
1.マイクロ流路を用いた液滴生成技術
 1.1 技術の特徴
 1.2 先行技術との相違
 1.3 実用化動向
2.各種微粒子生成への応用例
 2.1 均質・球状微粒子
 2.2 マイクロカプセル
 2.3 ヤヌス粒子
 2.4 非球形粒子
3.生産量スケールアップのためのナンバリングアップ技術
 3.1 生産量スケールアップの必要性
   -装置の概要
   -円配置デバイス
   -行列配置デバイス
   -流路並列化チップと流量分配装置の分離
 3.2 ナンバリングアップ装置の実例

7節 微結晶粒子群の連続フロー製造技術
1.結晶粒子群製造
 1.1 結晶成長の推進力
 1.2 過飽和と結晶成長
2.連続槽型晶析装置
 2.1 連続晶析装置の結晶粒径分布
   -Population Balance
   -連続晶析での定常状態の結晶粒径分布
3.連続フロー晶析
 3.1 連続フロー晶析の研究例

8節 フロー・マイクロリアクターによるナノ粒子合成
1.ナノ粒子の特性制御とフロー・マイクロリアクター
 1.1 ナノ粒子の特性と制御
 1.2 フロー・マイクロリアクターによるナノ粒子合成
2.ナノ粒子合成のための迅速最適条件探索
3.ナノ粒子合成プロセスのスケールアップに関する議論

9節 フローデバイスの作製と化学プロセスの最適化 ?3Dプリンタ―とシミュレーション活用?
1.フローデバイス
2.フローデバイスの材質と特徴
3.デバイス加工のデジタル化の歴史
4.3Dプリンターによるデバイス加工の方法
5.3Dプリンターによるフローデバイスの作製事例
6.シミュレーション活用による化学プロセス最適化

10節 マイクロフローリアクターを用いた連続プロセスの検討例
1.はじめに
 1.1 バッチプロセスから連続プロセスへの転換の取り組み
 1.2 連続プロセスへの転換の手段
2.検討に使用する技術・機器
 2.1 マイクロフローリアクター(M.F.R.)
 2.2 CofloreR ACR
3 .連続プロセスの検討例
 3.1 検討ターゲット 
 3.2 反応工程の連続化検討
 3.3 抽出工程の連続化検討
 3.4 付加体形成工程の連続化検討
 3.5 結論

◇第9章 プラントの設計、運転、設備管理とスマート化◇

1節 化学プロセスにおける研究開発時のコスト試算と事業採算性検討
1.コスト試算
 1.1 コスト感覚
   -初期段階でも概算できるコスト
   -開発商品の販売価格
   -市場と販売単価
 1.2 変動費の算出
   -原単位算出と変動費
   -コスト低減案
   -コスト低減するための設備
 1.3 設備投資額の算出
   -類推見積り
   -係数見積り
 1.4 製造コスト試算
2.事業採算性検討
 2.1 フィジビリティスタディの考え方
 2.2 ディスカントキャッシュフロー法
   -ディスカントキャッシュフロー法の考え方
   -一般的なディスカントキャッシュフロー計算
 2.3 リスク把握と感度分析

2節 バルブトラブルの要因、事例とその対策
1.トラブル事例と対策
2.バルブの選定
 2.1 配管材料と配管の構成
 2.2 バルブの選定
 2.3 バルブ選定の要素
3.バルブの保守保全
 3.1 保守・保全の考え方
 3.2 事後保全と予防保全
 3.3 偶発故障と劣化故障
 3.4 バルブの耐用年数と保証期間
 3.5 修理系と交換系
 3.6 保証期間と故障の取り扱い
4.実際に発生した化学工場での人身事故例からの教訓
 4.1 発生状況
 4.2 要因分析と注意すべき事項
 4.3 教訓
5.汎用流体におけるバルブトラブルの要因、事例とその対策
 5.1 バルブの特性(種類・構造・材料など)によるトラブル
 5.2 バルブからのウォータハンマ発生によるトラブル
 5.3 流体の凍結によるトラブル
 5.4 流体の異常昇圧によるトラブル
 5.5 バルブの配管設置上の(偏流・渦流による)トラブル
 5.6 バルブの養生・配管取付工事上のトラブル
 5.7 異種金属接触腐食トラブルへの対応
 5.8 流体蒸気使用特有のトラブル
 5.9 樹脂やゴム材料特有のトラブル
 5.10 埋設配管時のバルブトラブル
 5.11 オーステナイト系ステンレス鋼のかじりトラブル
 5.12 バルブの固着に関するトラブル
 5.13 配管・バルブの結露トラブル
6.プロセス流体におけるバルブトラブルの要因、事例とその対策
 6.1 腐食性で特に注意を要する高腐食性流体によるトラブル
 6.2 高速流によるシート部エロージョン(摩食)トラブル
 6.3 細菌侵入トラブル、液だまりの解消
 6.4 高粘度流体への対応
 6.5 高圧ガス(取締法)への対応
 6.6 要求されるユーザー独自仕様(技術基準)への対応
 6.7 設置雰囲気への対応(防爆仕様、防錆など)
7.自動弁におけるバルブトラブルの要因、事例とその対策
 7.1 電動操作機への水の侵入または操作機内部結露によるトラブル
 7.2 電気接点不良によるトラブル(シリコンガス雰囲気・微弱電流など)
 7.3 計装用圧縮空気の結露・凍結によるトラブル
 7.4 落雷によるノイズ伝播トラブル
 7.5 調節弁キャビテーションとダメージトラブル
 7.6 電動弁の高頻度操作によるトラブル
8.バルブの故障診断と計装リモート通信について

3節 遠心ポンプとその保護装置の種類・選定及び保守管理
1.遠心ポンプとその保護装置の種類・選定
 1.1 ポンプの種類
 1.2 ポンプの特徴
 1.3 ポンプの用途
 1.4 ポンプ選定の現状
 1.5 ポンプ選定のポイント
 1.6 保護装置の種類・選定
   -保護装置の必要性
   -保護装置の種類と選定
2.遠心ポンプの保守管理
 2.1 ポンプの点検
 2.2 ポンプの全分解点検と間隔
 2.3 ポンプの修理と改造
 2.4 ポンプの取替え
 2.5 ポンプの予備品
 2.6 ポンプの長期保管

4節 多目的最適化手法によるプラントの配置設計
1.満足化トレードオフ法
2.順序決定問題
3.PSO
4.配置設計

5節 プラント配管設計の要点と要素技術
1.仕様書の作成ポイント
 1.1 配管設計基準
 1.2 配管材料基準
2.ローデイングデータの作成ポイント
 2.1 パイプラックL/D
 2.2 ラック構造の検討、スチール製or コンクリート製
 2.3 パイプサポートL/D
 2.4 架構 L/D
3.配管計画のポイント
 3.1 Tower 廻り計画
 3.2 立型槽の配管計画
 3.3 横型槽の配管計画
 3.4 熱交廻り計画
 3.5 ポンプ廻り計画
 3.6 パイプラック配管計画
 3.7 加熱炉廻り配管計画
 3.8 エアーフィンクーラー廻り配管計画
 3.9 高温スチームタービン廻り配管計画

6節 ソフトセンサーを活用したプラントのスマート化事例
1.はじめに~ソフトセンサーとは?~
2.モデルの適用範囲
3. 適応型ソフトセンサー
4. 時系列データのスムージング (平滑化) によるソフトセンサーの推定性能向上
5. ソフトセンサーの推定性能の検証

7節 化学工場における運転状況のリアルタイム監視と生産情報の統合化
1.はじめに
 1.1 製造業全体のトレンド「インダストリー4.0」と産業の流れについて
 1.2 化学工場における当社基礎技術の適応について
2.近年における“情報技術”、”生産技術”
 2.1 “情報技術”の加速度的な進化
 2.2 “生産技術”の発展
3.化学工場以外のシステム 
 3.1 遠隔監視システムの考察 
   -遠隔監視システム タイプ1
   -遠隔監視システム タイプ2
 3.2 生産管理システムの考察 
4.化学工場におけるプラント監視/制御の変化の流れ 
 4.1 パネル計器から専用の分散制御システム(DCS)へ
 4.2 専用の分散制御システム(DCS)からPCベースシステムへ
 4.3 最近のプラント監視/制御システム(DCS)
 4.4 プラント監視/制御システム(DCS)発展の考察
5.リアルタイム遠隔監視システム
6.当社の“統合化理念”と生産システムによる分散制御
 6.1 当社の“統合化理念”
 6.2 当社が確立した“統合化理念”
 6.3 リアルタイム監視と統合管理
 6.4 クラウド環境を構成する技術概要
 6.5 当社の基礎技術 “分散オブジェクトの共有技術”
7.当社が考える近未来生産システムの詳細
 7.1 近未来生産システムの構成概要
 7.2 「近未来生産システム」の技術要素
 7.3 「近未来生産システム」のシステムインフラ
 7.4 「近未来生産システム」の構築手法
 7.5 「近未来生産システム」の運用手順
8.「多角的統合」に向けて
 8.1 多角的統合による取組み
 8.2 近未来オペレーション

8節 医薬品の連続生産におけるPATの適用
1.PATの概要
 1.1 はじめに
 1.2 PATとは
 1.3 なぜPATが注目されるのか
 1.4 PATの特徴
 1.5 in situ リアルタイム FTIR ReactIRTM
 1.6 PATと連続生産
2.ケーススタディー
 2.1 6-Hydroxybuspironeの製造のための安全でスケーラブルで連続的なプロセスの開発
 2.2 連続フロー合成の初期検討から商業生産まで - Cellular Process Chemistry社のマイクロフローリアクター

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発刊日

2019/03/29

体裁

A4 / 696ページ

販売価格

86,400 円
(本体80,000円 消費税6,400円)

発行

株式会社技術情報協会

関連カテゴリ

医薬品原料・製剤 / バイオ・ゲノム・再生医療 / その他

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