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

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