制御 (コントロール, Control) 制御の種類 制御とは? どうして制御が必要か? 化学の分野のどこで制御が必要になるか? 実際の(化学)プラント 実際の(化学)プラント プロセスシステム 化学工学・プロセスシステム・制御で大事なこと プラントのライフサイクル プラントの制御の必要性 制御してみよう 流体加熱プロセス 今後、必要なもの
化学プロセスシステム工学第1回2018年9月27日 (木)0理工学部 応用化学科データ化学工学研究室 専任講師 ⾦⼦ 弘昌
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制御 (コントロール, Control)制御はどんなイメージ︖⾝の回りにはどのような制御があるでしょうか︖• 洗濯機• シャワー• ⾞1
制御の種類手動制御• (古いタイプの) シャワー、⾞自動制御• シーケンス制御⁃ あらかじめ決められた順番通りに、各段階を進めていく制御• 洗濯機• フィードバック制御⁃ 制御したいモノを目標とする値と比べて、それらを一致させるように操作をする制御• シャワー、(最近の) ⾞• (フィードフォワード制御・・・これは後ほど)• (最近の) ⾞2
制御とは︖JIS (日本工業規格) の定義 [Z 8116]• 「ある目的に適合するように、制御対象に所要の操作を加えること」3望みのとおりになりそうなモノを、何かすることで、望みどおりにすること望みのとおりにならなそうなモノを、何かすることで、望みどおりにすること望みのとおりになりそうなモノを、何もしないで、望みどおりにすること✕✕
どうして制御が必要か︖“何もしないで、望みどおりにする” ほうがいいじゃないか︕もちろん、そうなるようにしているが、実際はどうか︖• シャワー• ⾞4外乱があるため、制御が必要になる・・・望みどおりにしたいモノを乱すもの 水温の変化 (シャワー) 水量の変化 (シャワー) 他の⾞ (⾞) 道の変化 (⾞)もちろん設定値の変更をしたいときも制御︕
化学の分野のどこで制御が必要になるか︖(化学)製品・プラントの一生[ゆりかごから墓場まで]• 医薬品• ペットボトル• 蒸留塔など5計画設計作成運用廃棄開発制御制御
実際の(化学)プラント 6⽯油精製の常圧蒸留塔⽯油化学での蒸留塔群
実際の(化学)プラント 7溶剤回収での蒸留塔群
プロセスシステムすべての化学製品は化学プラントで作られる製品を作る、とは︖• 原料から製品に変える• 原料に、物理変化・化学変化 (化学反応) をさせる物理操作・化学操作 → 単位操作• 単位操作︓反応、 蒸留、 熱交換、 粉砕、 混合、・・・• 装置︓ 反応器、蒸留塔、熱交換器、粉砕器、混合機、・・・プロセスシステム・・・単位操作のプロセス (工程) を組み合わせたものプラント・・・装置を組み合わせたもの今回の講義では、プロセスを制御できるようになることが第一目標︕• 時間があれば、設計もあつかう8
化学工学・プロセスシステム・制御で大事なことモデリング (モデル化)シミュレーション最適化9
プラントのライフサイクルプラントの一生[ゆりかごから墓場まで]• 反応器• 熱交換器• 蒸留塔など10計画設計作成運用廃棄開発制御これらを制御する︕
プラントの制御の必要性設定値の変更外乱• プラントを乱すものは何か、考えてみよう︕11
制御してみよう最初の対象をどうするか︖応用化学実験4でもやった、(完全混合型) 流体加熱プロセス• ヒーターによる加熱で、温度を制御する12
流体加熱プロセス 13熱水 お湯
今後、必要なもの実際に、パソコン上で制御のシミュレーションをしながら進めようと考えています• ノートパソコン• プログラミング言語⁃ 今回はPythonでやろうと思います。⁃ Anaconda https://www.anaconda.com/download/14