化学品を安価に製造することを「合理化」と言います。化学メーカーでは、製品を安く製造して利益を増やすために、できるだけ合理化したいと考えます。
化学品の製造プロセスにおける合理化には、様々な方法があり、それらを組み合わせることで大きなコスト削減が可能です。これらの方法を積極的に導入することで、より競争力のある製品を提供できるようになります。
化学品の製造プロセスの6種類の合理化（コストダウン）方法
この記事では、化学品の製造プロセスの6種類の合理化方法をわかりやすく説明します。
- 原料のコストダウン
- 収率の向上
- スケールアップ
- 高コストプロセスの回避
- 製法の簡略化
- 溶媒の再利用
原料のコストダウン
原料のコストダウンは基本的な合理化方法です。コスト低下幅が大きいほど、また、使用量が多い原料であるほど、合理化の効果が大きくなります。
ただし、安価な原料であれば何でもいいわけではありません。原料を切り替えても製品の品質や性能に悪影響がないことが前提です。純度が低い原料や不純物が多い原料へ切り替えた場合、製品の品質や性能に悪影響があるかもしれないため品質を確認する必要があります。
収率の向上
収率を向上させることで、同じ量の原料からより多くの製品を得ることができます。つまり、製品を製造するための原料を減らすことができるため、コスト削減につながります。
一般的に、反応条件や精製条件の最適化によって、収率を向上させます。ただし、効率的に収率を向上させるために何をすればいいかは、個別のプロセス次第です。どれだけ収率を向上できるかは、プロセス化学者の腕の見せ所です。
- 反応条件の最適化：原料比率、触媒種、触媒量、溶媒種、溶媒量、温度、時間の最適化
- 精製条件の最適化：精製方法、溶媒種、溶媒量、温度、時間の最適化
スケールアップ
プロセスをスケールアップすることで、1回の製造で得られる製品の量が増加し、作業回数や分析回数を減らせます。これにより、効率が向上し、コスト削減に寄与します。
スケールアップすると、合理化になるだけでなく、工場の生産性向上にもなります。
高コストプロセスの回避
ラボでは問題なくても、工場での製造にはコストがかかりすぎて不適切なプロセスがあります。このようなプロセスは、分液や晶析などほかの精製方法で代替できるように工夫します。
- カラム精製：大量の吸着剤と展開溶媒を使用しますし、これらの廃棄物量も大量になります。
- 脱水剤、脱色剤、濾過助剤の使用：少量であればいいですが、一般的に大量になります。
製法の簡略化
製法の簡略化は、作業時間、投入する原料・溶媒、エネルギーを減らすことで、コストを削減できます。製法の簡略化ができるのは、原料のコストダウンと同様に、製品の品質や性能に悪影響がない場合に限られます。
- 精製工程省略：省略しても問題ない精製工程の省略
- 乾燥工程省略：乾燥工程を省略し、時間とエネルギーを節約
- 溶媒統一：製造で使用する溶媒を統一することで、タンク数や回収の手間を削減
- ワンポット合成：ひとつの反応器に原料を順に投入することで、多段階の反応を行う合成手法
- ワンポット精製：複数の精製工程を、ひとつの反応器で実施する手法
- 固体取り出し回避：複数の反応工程や精製工程を、途中で固体として取り出すことなく、最終製品まで製造する手法（工場では液体で取り扱うほうがやりやすい）
溶媒の再利用
溶媒は使用量が多いため、製造コストの中で意外と大きな割合を占めます。溶媒を再利用すればコカ的な合理化になります。また、環境面でも有益です。
そのまま再利用する方法や、一度蒸留精製してから再利用する方法があります。
溶媒を再利用するためには、溶媒を分離精製しやすい状態で取り出す必要があります。目的の溶媒以外の化合物ができるだけ混ざらないようなプロセスにします。どうしても溶媒に混ざってしまう場合は、あとから分離精製しやすいもの、例えば水（分液で水を除去）や沸点差のある溶媒（上流で除去）であれば後から除去することができます。
化学品の製造プロセスの合理化に関係する部署
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まとめ
この記事では、化学品の製造プロセスの6種類の合理化方法をわかりやすく説明しました。
