2018年度 化学プロセスシステム工学 第１回

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

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1. 化学プロセスシステム工学
   第１回
   2018年9月27日 (木)
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   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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2. 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
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3. 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
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4. 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」
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   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
   ✕
   ✕
   

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5. 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︕
   

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6. 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
   

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7. 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
   

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8. 実際の(化学)プラント 7
   溶剤回収での蒸留塔群
   

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9. 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
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10. 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
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11. 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︕
    

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12. 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︕
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13. 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
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14. 流体加熱プロセス 13
    熱
    水 お湯
    

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15. 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/
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