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MOOC講座

「化学プロセス・シミュレーション」

MOOC(Massive Open Online Course:世界中の大勢の人々が参加できるオンラインのオープン授業)講義を目指して。

2012.1.12(2019.12.26改定)

非常勤講師:山本博志

はじめに。(黒三角をクリックすると開きます) 非常勤講師として呼んでくださったのは横浜国立大学の中村一穂先生。大学院講義「化学プロセス・シミュレーション」を最初は3人で分担していましたが、2020年からは1人で全部を教えることになりました。

日本でしか通用しない携帯電話をガラケーというように、日本でしか通用しない労働者をガラレバ(ガラパコス労働者=Labor)というらしいです。

Pirikaは、MOOC(Massive Open Online Course:世界中の大勢の人々が参加できるオンラインのオープン授業)を(単位はあげられないが)目指しています。

アメリカのMITなどの授業がオンラインで受講(しかも,ただで)できる今、「どんな大学に在籍しているか?」は意味が無くなっていきます。どこで学んだでは無く,何を学んだかが大事になります。

コンピュータとネットワーク、後は、"やる気"さえあれば世界最先端の教育を受ける事ができるようになりました。

もちろん社会人であっても。

世界のその変化について行かれなければ、ガラレバになってしまいます。

先生であってもそれは同じでしょう。

以前なら「自分は知識があるから先生で、学生は知識が無いので教わる側」という図式が成立しました。

しかし、インターネットがwikipediaのような”集合知”となった現在、”知っている事”の優位性はもう無くなっています。

事実、講義の資料を作る際、”あの本のここらへんに書いてあったよな”と思い出して本を探すよりはネットで調べてしまいます。そうした調べ物は学生であっても同じようにできてしまうのが現在です。

先生であれ企業であれ、”知っている事”の優位性の次を考えなくてはならない時代になってしまっています。ガラレバからの脱却はMOOCのようなシステムを使い”集合知”をどのように料理するかにかかっているのでは無いでしょうか。。

横浜国大では、化学プロセスで必要な分子物性の推算を5コマ教えていました。
途中から化学工学を教えていた先生の都合がつかなくなり、化学工学もふくめ10コマ教えてきました。
今年(2020年)は16コマ全部教える事になっていた矢先にコロナ騒ぎになっています。

MOOCは主に学生を対象にしています。もちろん学生以外でも情報化学系のやり方に不慣れであるなら,目を通すのも良いでしょう。
MAGICIAN養成講座は,MOOCの内容はマスターしているのが前提です。内容は企業の研究者寄りです。

自分でやってみよう。

Heaven helps thoes who help themselves.(天は自ら助ける者を助ける)

ソフトウエアー

学生用のソフトウエアー 例年、授業の2回目に配布します。有効期限は1年半です。
MOOCの例題は全て計算できます。

HSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)を購入のユーザーの方は、最新版のパラメータでYMBとほぼ同じ計算ができます。(HSPiPのCLIライセンスを購入のユーザーはGUI無しに、バッチ計算でこれらの計算ができます。)

プロ版のソフトウエアーを購入したユーザーは、物性推算の種類、扱える原子の種類、推算式構築の時のサイズ制限などが緩和されます。

Webユーザー用の無料ソフトウエアーは、Windows用のソフトウエアーで、有効期限は2020.9.20です。
YMB-YNU20
YSB-YNU20
の2つをダウンロードして用います。
機能制限があるので、例題全てを計算できるわけではありません。
毎年、新学期に新しいバージョンをリリースして、6ヶ月間有効になります。
動作させるには、.Net Frameworksが必要になりますが、Windows10からは始めからインストールされているはずです。
ダウンロードできない。動作しないなどの不具合があった場合には下記のメールアドレスまでご一報いただければと思います。
会社ではWindowsなのだけど、自宅はMacで、自宅で自己啓発でやりたいけど、Mac用のソフトは無いかと問い合わせがありました。私自身がMacを使っていながらナンですが、訳ありですぐには対応できません。

講義資料

2020年の授業は全てオンライン授業になりました。
一方通行のビデオ授業、ZOOMなどの双方向授業などが検討されています。
MOOCでの話も流用するために、10年分の講義を単元ごとにまとめ直しました。色々な事を話して来たなーと自分でも感心してしまいます。

今回まとめ直したのは、2020年9月以降にZOOM授業の追加として使うからです。
正式な授業は8月25日に終わります。 その後に希望する学生に追加の授業を行います。
ここにあるテーマは既に過去の授業で取り扱ったものなので、手間なしに追加授業に使えます。
興味ある分野を学生に募っているところです。

MOOC-001 ソフトのダウンロードと使い方

まず,ソフトウエアーをダウンロードしましょう。
化学プロセス・シミュレーション」を行うためには、様々な物性値が必要になります。
簡単な使い方を学びましょう。

先に進む前にMOOC-002、重回帰法の基礎を学んでおきましょう。

化学プロセス・シミュレーション」を行うためには、モデル式を構築する必要があります。
基本的な使い方を学びましょう。

蒸気圧

LiB耐圧 2015 2017
Antoine T社 2016 2017
富士山 2016
Troutone 2017

蒸留

化学工学の中で最も重要なのは蒸留でしょう。

蒸留について考えてみよう。

抽出蒸留 DMF-BD 2013
Margules EtOH 2015

気分を変えるために、蒸留の際に飛び回る分子をMDで見てみよう

塗る太陽電池”だってお手のものだ。

抽出

重要な分離操作として、抽出を考えてみましょう。

これは溶解性が基本だ。
カテキン 2015

超臨界抽出

Heavy Oil 2015
カプサイシン 2014,2013、2015 2016
カフェイン 2013
ビタミン 2013

HPLCは連続抽出

酸、アルデヒド 2014、2013 2016
ビタミン 2013
防腐剤 2015
酸化防止剤 2016
日本酒 2016 2017

吸収・吸着

吸収で重要なのは、ヘンリー定数です。
Pirikaのヘンリー定数に関する記事はよく理解しておいてください。

活性炭 2013
しそ 2014

GC

ニオイエビネ 2013
アレルゲン 2013, 2014, 2015

膜分離

酸素富化膜、限外濾過膜など様々な膜がありますが、悪臭のバリアー膜について考えてみましょう。

O2透過 2014, 2015
パッケージ 2013
東レ分離膜 2015

調湿・乾燥

溶解

BioOxidant 16-7

攪拌

Pirikaの化学工学のページでは、攪拌翼の違いによる攪拌動力の推算方法について解説しています。
同じ様に攪拌翼を自分でモデル化してシミュレータを作成してみましょう。(2016年講義から)
液体を攪拌するのであれば、液体の粘度を知る事は重要です。

PPG 粘度 2015 2016

粒子系操作・晶析

晶析 2016 2018
ゼオライト 2015 2017
食塩晶析 2016、2017 2018

りん 2015
超臨界晶析 2017

環境関連

MOOC-003、引火点を考えてみましょう

引火点の推算方法はpirikaの物性推算の中にもありますが、練習がてら推算式を構築してみましょう。
分子の構造と物性(引火点)の相関をYMB、YSBでとらえる練習をしましょう。
ここでは、モデル式を構築して、予測して、何故合わないのかを考え、改良するを繰り返します。
LiB用の溶媒、モノマー類、VOC化合物などを対象にします。自然発火温度の予測にも挑戦しましょう。

燃焼 2015
オクタン 2015

シックハウス問題。

コストアップにつながると考えてはいけない。新しいビジネス・チャンスに満ちている。

溶媒をグリーンソルベントに置き換える試みは色々なされている。

印刷所で使われるインクの洗浄剤、ジクロロプロパンは胆管ガンの原因物質ではないかと疑われている。

アメリカでは、発行部数が1,500部以上の新聞のうち95%が大豆インクを使って印刷を行っている。大豆油の脂肪酸組成はリノール酸約50%、オレイン酸20%強、パルミチン酸約10%、リノレン酸約10%、ステアリン酸約5%と不飽和カルボン酸がほとんどだ。

グリーソルベントを製造するプロセスの最適化を考えてみよう。

プロセスデータのモデル化が必要になる。

OH ラジカル 大気寿命 2013

省エネルギー

MOOC-008、プロセスの合理化に対して何ができるか考えてみよう。

今の日本の化学界ではコスト競争は不可避だ。

Microwave加熱 2015 2016

ヒートパイプ、ヒートテック 2014 2015

リサイクル

タイヤ 2015
塩ビ 2015

表示部材

MOOC、液晶の相転移温度を考えてみましょう。

ポリマーであっても、それは適用できます。

有機EL化合物など。

これは韓国との争いの中でホットな話題だ。

MOOC-006、E-Inkも最近はカラーのものもできたとか。

これにはシリコーン・オイルが使われている。YMBではケイ素化合物は一番精度のでにくい化合物だ。どう言うやり方で問題解決を図るかやってみよう。

Si 2013, 2015

インクジェット

安全な溶媒を使ってディスプレー素材や太陽電池素材を塗るインクジェット技術は日本のお家芸とも言える。

粘度や表面張力、化学工学の知識は不可欠だ。

CNT ink 2014 
Cu Ink 2015 2017 2018
香り 2016 2017

高分子

自分がもと高分子屋のせいもあるがポリマーにはこだわりたい。

MOOC-004、フッ素ゴムの設計を例に計算してみましょう。

セルロース・アセテート 2013 2015
ポリカーボネート 2013,2014
ニトロセルロース 2014,2015
PVAc 2014,2015
SBR 2014
PVdF 2014
PAN-炭素繊維 2015 2016
モノマー・燃焼 2015
モノマー燃焼 2015
EVOH-エチレン 2015 2017
Lumiflon 2015
tBuOO 2015
VAc重合溶媒効果 2015
ブチラール Microwave 2015

製造

石鹸、スチーム
ゼオライト製法 2016
パラフィン接触分解 2016

PLAdehydro 2016

エネルギー

シェールガス革命で炭化水素とその異性体の物性も重要になってきている。

化学、化学工学の基礎中の基礎だ。

水素製造、水素貯留 2015, 2016

リフォーミング Pt担持 2015 2016,2017

食品・サプリメント

食品、医薬品、サプリメントにもYMBの利用は有効だ。

ドリンク剤 ポカリ 2014
ラズベリーケトン 2013 2016 2017
お茶 2013
アントシアニン 2015
ホイッピング 2016,2017 2018

医薬品

MOOC-007、界面活性剤や医薬品の水和について考えてみよう。

医薬品を考える時には水への溶解度が重要だ。 しかしそれは結構難しい。場合によると界面活性剤を利用した溶解性の向上が重要になってくる。 医薬品を合成する際には、合成用の溶媒が体内に入る可能性もあるので使用できる溶媒に制限がある。

風邪薬、エフェドリン 2014
化粧品 防腐剤 2013
再結晶 イブプロフェン 2015 
イブプロフェン 2015

炭素材料

日本の化学のお家芸とも言える炭素材料について考えてみましょう。  

LiBや炭素繊維、吸着剤様々な所に使われている。

C60 2014
炭素繊維+エポキシ 2014
CNT 2014
乾留 2015,2016

プラント事故

アクリル酸
宇部ABS 2013
いろいろ 2015

総合化学

香り
悪臭

ガラス

Appen 2016

化学計算

JOBACK 2016
工場スティーム
ビール売り上げ 2016
プラスティック強度 2016
硝酸生成 2016
Sin 2016
troutone 2017
変換温度 粘度 2017

SOM

動物 2016
共同作業 2016
プラスチック判別 2017
日本酒、ブランデー判別 2017

その他

酸化防止剤
乳酸
イオン液体

このようにPirikaで扱う物性化学の基本を押さえると様々な事に使えます。
最も大事なのは分子間力でしょう。

自然現象はただ2つの基本的な力で説明できる。それは愛と憎しみで、愛は物を引き寄せ、憎しみは物を引き離す(紀元前450年、ギリシャ, Empedocles)。

これはCharles M. Hansenの、”似た(HSPの)ものは似た(HSPの)ものを溶かす”へと引き継がれて定量的に評価が可能になったといえます。


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