배치 결정화 제어
데이터 기반 모델링을 사용해 결정 크기 제어
고순도 화학 물질 및 제약 제품을 분리하기 위해 배치 냉각 결정화가 널리 사용되고 있습니다 이런 작업을 통해 생산되는 결정 크기에 대한 전반적인 제어는 효율적인 하류 작업에 있어 매우 중요할 수 있습니다.
Amgen의 Daniel Griffin는 배치 냉각 결정화를 통해 생산된 결정의 평균 크기를 제어하는데 적합한 신규 모델 기반의 닫힌 루프 접근법을 설명합니다. 이 방법은 활용되는 모델링 전략으로 유명합니다. 집단 균형 프레임워크 내에서 결정화 모델을 개발하기 보다 새로운 관점에서 결정화 역학을 살펴볼 수 있으며 기계 학습 기법을 적용하여 측정 데이터에서 직접 도출된 경험에 의한 역학 모델을 식별할 수 있습니다. 본 모델은 낮은 차원에 속하며 동적 프로그래밍을 통해 최적의 피드백 관리 정책을 확보하여 사전 지정된 배치 실행 시간 내에서 목표로 하는 평균 결정 크기를 생산할 수 있습니다. 주어진 실험 결과를 통해 이런 방식으로 확보된 정책을 적용함으로써 특정 실행 시간 내에 원하는 평균 결정 크기를 생산할 수 있음이 입증되었습니다.
발표자
인 Daniel Griffin는 화학 및 생체분자 공학 분야로 오하이오 주립대학교에서 학사 학위를 받고 조지아 공과대학교에서 박사 학위를 받았습니다. 조지아 공과대학교에서, Dan는 Yoshiaki Kawajiri, Martha Grover 및 Ronald Rousseau의 지도하에 핵 폐기물에서 비방사성 염류를 제거하기 위해 결정화를 활용한 연구를 수행했습니다. 그러던 중 그는 현대식 데이터 시각화, 기계 학습 및 동적 프로그래밍 기법을 사용하는데 관심을 보이게 되었고 배치 냉각 결정화를 이해하고 제어할 수 있었습니다. 이런 연구를 하던 중에 도출된 제어 전략은 핵 폐기 용액 유사품에서 염류 결정화를 제어하는데 적용되었고 이 연구는 미국에서 인정을 받게 되었습니다. 에너지 부서는 Fuel Cycle Technology Award에서 혁신 상을 받았습니다.
Dan는 현재 캘리포니아 Thousand Oaks의 Amgen에서 공정 설계 및 개발 분야 선임 엔지니어로 근무하고 있습니다.
사용할 수 있는 자료
학술지
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y.and Rousseau, R. W. 2016. Data-Driven Modeling and Dynamic Programming Applied to Batch Cooling Crystallization. Industrial & Engineering Chemistry Research 55, 1361-1372
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y. and Rousseau, R. W. 2015. Mass-Count Plots for Crystal Size Control. Chemical Engineering Science 137, 338-351
Griffin, D. J., Kawajiri, Y., Grover, M. A. and Rousseau, R. W. 2015. Feedback Control of Multicomponent Salt Crystallization. Crystal Growth & Design 15, 305-317
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y. and Rousseau, R. W. 2014. Robust Multicomponent IR-to-Concentration Model Regression. Chemical Engineering Science 116, 77-90
Conference Papers
Griffin, D. J., Tang, X., and Grover, M. A. Externally-Directing Self-Assembly with Dynamic Programming. 2016. Proceedings of American Control Conference (ACC), Boston, MA, pp. 3086-3091.
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y. and Rousseau, R. W. 2015. Combining ATR-FTIR and FBRM for Feedback on Crystal Size. American Control Conference (ACC), Chicago, IL
Griffin, D. J., Grover, M. A. K., Yoshiaki and Rousseau, R. W. 2015. Controlled Crystallization of Salts from Nuclear Waste Solutions. Waste Management (WM) Conference, Phoenix, AZ.
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y. and Rousseau, R. W. 2014. Supersaturation Control During Fractional Crystallization. International Symposium on Industrial Crystallization (ISIC), Toulouse, France.
Griffin, D. J., Grover, M. A., Kawajiri, Y. and Rousseau, R. W. 2014. A Methodology for Monitoring Concentrations of Complex Waste Solutions. Waste Management (WM) Conference, Phoenix, AZ.