蒸留塔のシミュレータ

質問

始めまして。dakachoと申します。
いま、蒸留塔のシミュレータをC言語で作成することに挑戦しています。
自分なりに考えて、シーレ・ゲデス法を用い、蒸留計算をして、還流比や原料供給量を入力した時の各段の成分組成、温度分布を算出するまではなんとか作成しました。
しかしこのプログラムだと一回入力した値に対して一つの計算結果は得られますが、実際の蒸留塔のような時系列のデータ（実際の蒸留塔は時間に伴って成分組成や温度分布が刻々と変化するような気がするのですが…）が得られません。というか時間変数自体が入っていません。
このプログラムをシミュレーターとして用い、実際の蒸留塔を運転させたような時系列のデータをえるにはこれからどういう風に作っていけば良いのかわかりません。
そこで質問なのですが、そもそも、「蒸留塔のシミュレータ」を作成する方向性として「シーレゲデス法を用いた蒸留計算のプログラムを作成する」という方向で良いのでしょうか？また時系列のデータ（例えば　時間t=T1,T2,T3…[s]のそれぞれの時の成分組成、等。）はどのようにしたら得られるのでしょうか？
ちなみに、私が作成したプログラムの内容は、「大江修三著　蒸留工学」の「多成分系の段数計算（シーレゲデス法）」（41～50ページ）の内容をそのままC言語でプログラミングしたような感じです。
蒸留工学初心者のため、見当違いな質問でしたら申し訳ありません。
よろしくお願い致します。

回答No.2

kenball · ベストアンサー

こんにちは、dakachoさん！
学生に頃から、真剣に化学工学に携わっていると色々と良いことがあると思います。
私も15年前に真面目にやっていれば・・と思うことも度々！
大江先生の本は私も１５年前からのバイブルでした。
基本に戻りたいときは時々みます。今ではほとんどみませんが。

私は石油会社の製油所で生産技術の仕事をしていました。今は違いますが。
現実的なシミュレーターの存在意味を知ったほうがいいと思います。

基本的には定常状態のモデルを作り出すために使用することが多いのです。
ですから、経時的な変化は必要ありません（時系列の要素はあまり必要ありません）。
ですから、経時的要素（時間に関する変数）が入っていないと推定されますし、必要ありません。
恐らく時間的要素も入れようと思えば入れられるのでしょうが、現実問題必要ないでしょう。
必要ないから時間的要素入れないというのは理屈ではありませんが、必要ありません。

実際の現場の蒸留塔の運転では
○経時的に色々な条件が変化することを避けるのが普通です（能動的）。←制御が出来ないし、運転出来ません（笑）
○経時的に色々な条件が変わることをしません（能動的）。←タワーの運転に一苦労（笑）
　10日に一度など、フィード性情やプロダクト性情を変えるために運転条件を変更することはあります。
ですから、ある条件下での結果がほしくて、シミュレーターを走らせることが多いです。

例えば、必要に迫られ、
(1)原料の組成を変えなければいけない
(2)熱源が足りなくなった（リボイラーやFeed熱交換器）
(3)さらに、製品のスペックが変わり、プロダクトの蒸留性情を変えたい！
(4)タワーの初期性能と現状の性能を比較したい！製造メーカー（ベンダー）にクレームつけたい！（笑）

製品性情（タワーからの流出物）が基本の第一になりますが、

これらの条件を満たすことが現状のタワー（蒸留塔）で満足できることが出来るかを
計算上でもみるためにシミュレーターが使用されることが多いと言えます。
また、当然のこと新たな蒸留塔建設のための設計にも役に立ちます。
また、省エネ運転を考慮したりすることもあります。

また、シーレゲデス法やその他の方法については良くわかりません。
というのは個々のFeed性情や圧力、温度で適切な方法が使われるはずです。
物性によることが多いと思います。

私も学生の頃は良くわかりませんでしたが、実際にどのようにシミュレーターが使われることを理解すれば、
どのようなシミュレーターが必要なのかを理解出来るようになると思います。先生に聞いてみて！

以上

お礼

とても詳しく説明して頂いてありがとうございました。
実際のシミュレーターの用途や経時的な要素があまり問題ではないことなど、あまり参考書には載っていないので全くわかりませんでした。
ですが実際に現場におられた方の回答を聞くことができ、とても勉強になりました！
これで卒業研究が少し進みそうです
本当にありがとうございました。

補足

kenballさん始めまして。よろしくお願い致します！
実際のシミュレーターの用途や、「定常状態」が問題になるので、経時的なところは問題にならない、そもそも入出力が変化するような状態を考えないという所の説明が良く分りました。

なぜ時系列の要素が必要ではないのかと思ったのかというと、私の今やろうとしているテーマ（実は大学の卒業研究のテーマなんです）が「蒸留塔の異常診断」というもので、シミュレーターから取ったデータを実際の蒸留塔のデータの代わりに診断の対象として用いようと思っています。それで、テーマが「異常診断」なので「異常な状態」もシミュレートしたいのです。ですので、「入力値」や「蒸留塔内の液流量などの条件」が異常により変化したら…という場合も考慮に入れる必要があります。それで、その異常が起こった時の変化が分るようなグラフ、例えば横軸に「時間」縦軸に「留出量」等のグラフを求めようとしたとき、横軸を「時間」にしたいので経時的な要素が必要ではないかと思ったんです。
ですがそもそも異常が起こったとしても異常なりの「定常状態」に落ち着くのだし、結局は時系列は考えなくても良いということなのかなと思いました。
それで、もし横軸が「時間」のグラフが欲しいのなら、サンプル時間ごとに「入力値や蒸留塔内の係数」（異常が起こった時は異常な入力値や異常な蒸留塔内の係数）、を逐次用意してその都度出力結果を求め、最後にその結果を結んでグラフにすれば良いのかなぁと思ったのですが…自信はありません。

変な文章になってすいません。

回答No.1

gorousi

はじめまして。gorousiです。
gorousiは昔大江先生の研究室にいました。
まじめではなかったので内容はすっかり忘れました。
蒸留の計算では、通常ある気圧・温度で平衡に達しているというのが条件のため、（平衡に達しさえすれば目的の組成が得られるから）理論段数などを計算する場合途中の時間などは考慮していないのだと思います。
厳密に言えば何度・何時間で平衡に達すると言うのは計算できると思うのですが、まず十分な平衡に達することが必要であるから途中経過で組成がどうであっても対して関係なかったと思います。
（あくまで、理論的な式の上では。実際のプラントでは重要だと思います）
dakachoさんは、大江先生の授業を受けている方でしょうか？だとしたら、先生に聞けば一番よく教えてくれると思います。（って出来るならそうしてますよね・・ごめんなさい）
そうでなかったとしたら、メールで質問してみるのはどうでしょう？すでにご存知かもしれませんが先生のサイトがあります。
あまりお役に立てず申し訳ありません。

参考URL：

http://www.s-ohe.com/index.htm

お礼

gorousiさん、回答どうもありがとうございました。
大江先生の授業を受けておられた方という事で驚きました！！
私は大江先生の授業は受けていませんし、大学も別の所です。。今は大学の卒業研究で蒸留塔の事を勉強していて（まだ全然理解できていませんが）、「蒸留工学」の本はおそらく一番参考にしています。

なるほど…途中経過は考慮せずに平衡状態になった時だけを考えればいいんですか…ということはプラントを動かしていて、もし入力値（原料供給量とか全圧とか）が時間と共に微妙に変化する場合、その都度その入力値で計算させて、逐次、結果を求めればいいという事になるのでしょうか。それなら一応このプログラムでもいいのかなあと思いました。

あと大江先生のHPも教えていただいてありがとうございます。メールで直に質問…かなり緊張します…

お礼の書きこみが遅くなり申し訳ありませんでした。
とても参考になりました。本当にありがとうございました。