JP2001255928A - Method for simulating industrial equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータを
用いた工業機器のシミュレーションに関し、シミュレー
ションパッケージに準備されていない工業機器のモデル
を作成し、シミュレーションする方法に関する。本方法
はパッケージに準備されていない工業機器をシミュレー
ションするのに有効であり、特に複雑な工業機器、特殊
な工業機器あるいはそれらを用いたプロセスに有効であ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulation of industrial equipment using a computer, and more particularly to a method of creating and simulating a model of an industrial equipment not prepared in a simulation package. The method is effective for simulating industrial equipment not prepared in a package, and is particularly effective for complicated industrial equipment, special industrial equipment, or a process using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】市販のシミュレーションパッケージ、あ
るいはプロセスシミュレータともいう、には扱える単位
操作があらかじめ準備されている。シミュレーションを
行うためのモデル作成は対象のプロセス通りに、準備さ
れている単位操作を組み合わせる事で行われる。2. Description of the Related Art A unit operation that can be handled is prepared in advance in a commercially available simulation package or process simulator. Model creation for simulation is performed by combining prepared unit operations according to the target process.
【０００３】一般のプロセスで用いられている単位操作
の多くはシミュレーションパッケージにあらかじめ準備
されているのでシミュレーションパッケージの利用者
は、シミュレーションパッケージ開発業者が想定し、作
成したプログラム機能の範囲内で、単位操作を組み合わ
せてモデルを作成し、シミュレーションすることができ
る。これにより、利用者はコンピュータ言語によるプロ
グラム開発から解放され、簡便にシミュレーションが行
えるようになった。Many of the unit operations used in a general process are prepared in advance in a simulation package, so that a user of the simulation package can use a unit within a range of program functions assumed and created by a simulation package developer. A model can be created and simulated by combining operations. This frees the user from developing programs in a computer language and makes it easier to perform simulations.
【０００４】しかしながら、プロセスにシミュレーショ
ンパッケージに準備されていない工業機器が一つでも含
まれている場合、そのようなプロセスのシミュレーショ
ンは困難となり、シミュレーションパッケージ未対応の
当該機器のプログラムを独自に開発する必要があった。However, if a process includes at least one industrial device that is not prepared in a simulation package, it is difficult to simulate such a process, and a program for the device that does not support the simulation package is developed independently. Needed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、シミュレーションパッケージに準備されて
いない工業機器のモデル化を簡便に行い、シミュレーシ
ョンする方法を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above problems and provides a method for easily modeling and simulating industrial equipment not prepared in a simulation package.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、対象
とする工業機器が行っている操作をシミュレーションパ
ッケージに準備されている単位操作のレベルまで要素分
解し、そのおのおの基本要素にシミュレーションパッケ
ージが準備している単位操作を割り当てて適用し、それ
らの集合により対象とする工業機器の機能と同等のモデ
ルを組み上げシミュレーションする方法である。これに
より基本言語によるプログラム開発無しにモデル化する
ことが可能となる。That is, according to the present invention, the operations performed by the target industrial equipment are decomposed into elementary operations to the level of the unit operations prepared in the simulation package, and the simulation package is prepared for each basic element. This is a method of assigning and applying unit operations that are performed, and assembling and simulating a model equivalent to the function of the target industrial equipment by a set of these. This enables modeling without program development in the basic language.
【０００７】本発明はコンピューターのシミュレーショ
ンパッケージに適用することができ、特に工業プロセ
ス、工業機器に好適である。シミュレーションパッケー
ジは市販のものでも、あるいはインターネット等を通じ
て無償で配布されているものでもよい。本発明で単位操
作とはシミュレーションパッケージがサポートしている
操作、およびその操作を行う機器をも意味する。The present invention can be applied to a computer simulation package, and is particularly suitable for industrial processes and industrial equipment. The simulation package may be commercially available, or may be distributed free of charge through the Internet or the like. In the present invention, the unit operation means an operation supported by the simulation package and a device that performs the operation.
【０００８】[0008]
【０００９】シミュレーションパッケージＰＲＯ／II
Ｖ５．０１（ＳＩＭＳＣＩ社）には各種の単位操作、機
器がサポートされている。しかし、図１の外部循環式気
泡塔三相反応器（単一機器）はサポートされていない。
そのためこの工業機器のシミュレーションはできず、こ
の工業機器を有するプロセスのシミュレーションもでき
ない。Simulation package PRO / II
V5.01 (SIMSCI) supports various unit operations and devices. However, the external circulation bubble column three-phase reactor (single instrument) of FIG. 1 is not supported.
Therefore, the simulation of the industrial equipment cannot be performed, and the simulation of the process including the industrial equipment cannot be performed.
【００１０】この反応器は化合物甲を塩素化し化合物乙
を合成するのに用いられる。反応器には溶剤と水が仕込
まれている。溶剤と水は２液相を形成する。触媒は水相
に溶けている。反応原料の化合物甲と塩化水素はガスで
Ａ部にフィードされる。原料は胴部を上昇しながら水相
中に平衡分配され、水相中で反応が進む。反応は、化合
物甲と塩化水素が１モルずつ反応して化合物乙が１モル
できる主反応と化合物乙に塩化水素が更に付加した化合
物丙が副生成する反応がある。化合物丙を極力抑えて化
合物乙の反応成績を上げるのがこのシミュレーションの
目的である。生成した化合物乙はＤ部で気液分離された
ガス側から器外に出される。この様に、この単一機器は
複雑であり、このような単位操作、機器はパッケージに
はサポートされていない。This reactor is used for chlorinating the compound A to synthesize the compound B. The reactor is charged with solvent and water. The solvent and water form two liquid phases. The catalyst is dissolved in the aqueous phase. Compound A and hydrogen chloride as reaction raw materials are fed to Part A by gas. The raw materials are equilibrated and distributed in the aqueous phase while ascending the body, and the reaction proceeds in the aqueous phase. The reaction includes a main reaction in which the compound A and hydrogen chloride react by 1 mol each to form 1 mol of the compound B, and a reaction in which a compound C in which hydrogen chloride is further added to the compound B is by-produced. The purpose of this simulation is to increase the reaction performance of Compound B by minimizing Compound B. The generated compound B is discharged out of the vessel from the gas side where the gas and liquid are separated in the part D. Thus, this single device is complicated, and such a unit operation and device are not supported by the package.
【００１１】図２は単位操作に分割化しモデル化した全
モデル図である。Ａセクションが原料ガス導入部、Ｂセ
クションがインタークーラー、Ｃセクションが本体部
で、８セクション（Ｃ１〜Ｃ８）に分割してある。Ｄセ
クションが気液分離部である。FIG. 2 is an entire model diagram divided into unit operations and modeled. Section A is a source gas introduction section, section B is an intercooler, section C is a main body, and is divided into eight sections (C1 to C8). Section D is a gas-liquid separation unit.
【００１２】Ｃ１セクションを例に部分モデル化の説明
を行う。反応器胴部本体では、気液々の３相の平衡、
反応速度式に従う化合物乙の反応、別の反応速度式
に従う副生成化合物丙の反応が基本要素として挙げられ
る。この２反応は、下層液内のみで考慮する。A description will be given of partial modeling using the C1 section as an example. In the reactor body, the three-phase equilibrium of gas and liquid
The reaction of the compound B according to the reaction rate equation and the reaction of the by-product compound C according to another reaction rate equation are listed as basic elements. These two reactions are considered only in the lower layer liquid.
【００１３】セクション間の流れ制御として、上セク
ションへの主流れ、下セクションへの戻り流れ、ガ
スのショートパス流れの３流れを考慮する。これらは、
流れの分離と統合要素の組み合わせでモデル化される。
この様に分割されたおのおのの基本要素に、シミュレー
ションパッケージにあらかじめ準備されている単位操作
を１つ以上適用する。As the flow control between the sections, three flows are considered: a main flow to the upper section, a return flow to the lower section, and a short path flow of gas. They are,
It is modeled by a combination of flow separation and integration elements.
One or more unit operations prepared in advance in the simulation package are applied to each of the divided basic elements.
【００１４】下セクションからの上昇流（B_OUT）と上
セクションからの下降流（C2_BK）がミキサー（C1_FEED
_MIX）で混合され、フラッシュ缶（C1_FLASH1）でガ
ス、上層、下層の３相に分離される。反応は下層のみで
行われると仮定し、下層のみが反応器（C1_X_REAC）で
化合物乙の反応計算が行われる。この時の反応率は反応
率計算機（C1_X_CALC）により与えられる。反応後の３
相がフラッシュ缶（C1_FLASH2）で再度３相に分離さ
れ、下層液が反応器（C1_Y_REAC）にフィードされて化
合物丙の反応計算が行われる。この時の反応率は反応率
計算機（C1_Y_CALC）により与えられる。反応後の３相
がフラッシュ缶（C1_FLASH3）で再度３相に分離され、
スプリッターとミキサーで構成される、図中の上下流分
離部で上セクションへの流れ、下セクションへの戻り流
れ、ガスのショートパス流れに分離される。各流れの流
量は、図中の流量制御部の計６個のユニットで調整され
る。The upward flow (B_OUT) from the lower section and the downward flow (C2_BK) from the upper section are converted by a mixer (C1_FEED).
_MIX) and separated into three phases: gas, upper layer and lower layer in a flash can (C1_FLASH1). Assuming that the reaction is performed only in the lower layer, only the lower layer calculates the reaction of the compound B in the reactor (C1_X_REAC). The reaction rate at this time is given by a reaction rate calculator (C1_X_CALC). 3 after reaction
The phases are separated again into three phases in a flash can (C1_FLASH2), and the lower layer solution is fed to the reactor (C1_Y_REAC) to calculate the reaction of the compound C. The reaction rate at this time is given by a reaction rate calculator (C1_Y_CALC). The three phases after the reaction are separated again into three phases in a flash can (C1_FLASH3),
In the upper and lower separation sections in the figure, which are composed of a splitter and a mixer, the flow is separated into a flow to the upper section, a return flow to the lower section, and a short path flow of gas. The flow rate of each flow is adjusted by a total of six units of the flow rate control unit in the figure.
【００１５】この様に本発明は、機器の各部分で行われ
ている操作の内容をシミュレーションパッケージであら
かじめ用意してある単位操作レベルまで要素分解し、等
価なモデルを組み上げるものである。本実施例の他のセ
クションも同様の考え方で作成され、図２のような単位
操作の集合体としてのモデル化が可能となる。As described above, in the present invention, the contents of the operation performed in each part of the device are decomposed into unit operation levels prepared in advance by a simulation package, and an equivalent model is assembled. Other sections of this embodiment are created in the same way, and can be modeled as an aggregate of unit operations as shown in FIG.
【００１６】セクション分割数や要素分割のレベルは、
シミュレーションの目的や必要精度に応じて自由に決定
される。本発明では、セクション数、要素分割数に制限
はない。The number of section divisions and the level of element division are as follows:
It is freely determined according to the purpose of the simulation and the required accuracy. In the present invention, the number of sections and the number of element divisions are not limited.
【００１７】（実施例２）次にセメント焼成工程（プロ
セス全体）のモデル化に対する実施例を示す。図４で１
ＣＹ〜４ＣＹがサイクロン式原料予熱器、ＳＣが仮燃焼
炉、ＭＣがミキシングチャンバー部である。サイクロン
は、操作としては、燃焼ガスの熱を利用する、ガス・原
料混合式の原料予熱を行っている。そして、原料中の主
成分である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）は８００℃以
上で脱炭酸反応（温度とＣＯ2分圧の関数）を起こすの
で、このサイクロンは通常の除塵操作よりもむしろ、熱
交換と反応の操作を行っていることになる。また、サイ
クロンであるから除塵操作（固気分離）も行われる。そ
の他、外部への放熱や、ショートパス、熱交換不良（熱
的非平衡）など、解析目的にあったシミュレーションを
行う上で必要な操作を組み込む必要がある。(Embodiment 2) Next, an embodiment for modeling a cement firing step (entire process) will be described. 4 in FIG.
CY to 4CY are cyclone type raw material preheaters, SC is a temporary combustion furnace, and MC is a mixing chamber part. The operation of the cyclone is a gas / raw material mixture preheating method utilizing the heat of the combustion gas. Calcium carbonate (CaCO 3 ), which is the main component in the raw material, undergoes a decarboxylation reaction (a function of temperature and partial pressure of CO 2 ) at 800 ° C. or higher. And the operation of the reaction. In addition, since it is a cyclone, dust removal operation (solid-gas separation) is also performed. In addition, it is necessary to incorporate operations necessary for performing a simulation for the purpose of analysis, such as heat radiation to the outside, a short path, and poor heat exchange (thermal non-equilibrium).
【００１８】図５に焼成工程モデルの要である原料予熱
用サイクロン１ＣＹのモデル例を示す。セメント焼成工
程で用いられるサイクロンの基本要素は、前述のように
通常のサイクロンで行われる固気分離操作の他、ガス−
原料の熱交換（原料の予熱）と炭酸カルシウムの分解反
応操作が行われる。また、モデルの必要性能として、ガ
スと原料の熱交換が不十分な状況と大気への放熱を考慮
可能とする必要がある。FIG. 5 shows an example of a model of the cyclone 1CY for raw material preheating, which is the key to the firing process model. The basic elements of the cyclone used in the cement firing process include gas-solid separation operation performed in a normal cyclone as described above,
The heat exchange of the raw materials (preheating of the raw materials) and the decomposition reaction operation of calcium carbonate are performed. In addition, as the required performance of the model, it is necessary to be able to consider the situation where the heat exchange between the gas and the raw material is insufficient and the heat radiation to the atmosphere.
【００１９】原料フィードと下段から上がってくるガス
は、ソリッドセパレータ付きフラッシュ（1CY_F_MX）で
混合、熱交換される。この結果の温度より、反応率計算
機（1CY_DCR_CA）で脱炭酸反応率が計算され、この反応
率で反応器（1DC）において脱炭酸反応が行われる。１
ＣＹにて固気分離操作が行われる。１ＣＹＶがガス側の
流れで、１ＣＹＳが固体側の流れである。ガス側の流れ
（1CYV）中には固体回収率計算機（1CY）で指定される
未捕集の原料粉が同伴される。The raw material feed and the gas coming from the lower stage are mixed and heat-exchanged by a flash with solid separator (1CY_F_MX). From the temperature thus obtained, a decarboxylation reaction rate is calculated by a reaction rate calculator (1CY_DCR_CA), and a decarboxylation reaction is performed in the reactor (1DC) at this reaction rate. 1
A solid-gas separation operation is performed in the CY. 1CYV is the flow on the gas side, and 1CYS is the flow on the solid side. Uncollected raw material powder specified by the solid recovery calculator (1CY) accompanies the gas side flow (1CYV).
【００２０】図中のガス−原料の熱非平衡状態指定部で
ガスと固体原料の熱交換不良状態を作り出している。固
体側のソリッドセパレータ付きフラッシュ（1SNHE）の
受熱量はガス側のソリッドセパレータ付きフラッシュ
（1VNHE）の受熱量の符号を反転（プラスが加熱、マイ
ナスが放熱）したものとなっており、ガスと原料間の熱
の授受が成立している。In the figure, a gas-raw material thermal non-equilibrium state designation section creates a poor heat exchange state between a gas and a solid raw material. The amount of heat received by the flash with solid separator on the solid side (1SNHE) is the reverse of the sign of the amount of heat received by the flash with solid separator on the gas side (1VNHE). The exchange of heat between the two has been established.
【００２１】熱的な非平衡条件（例：ガスと固体原料の
温度差が１０℃）を指定しているコントローラ（1NHEC
T）ではガス側のソリッドセパレータ付きフラッシュ（1
VNHE）の受熱量を変数に制御をかけている。A controller (1NHEC) that specifies thermal non-equilibrium conditions (eg, the temperature difference between gas and solid raw material is 10 ° C.)
At T) flush with gas side solid separator (1
VNHE) is controlled by the amount of heat received.
【００２２】放熱量は図中の放熱量計算部の熱交換器
（1CY_RH）でガス温度より計算され、固気分離操作ユニ
ット（１ＣＹ）に与えられて除熱計算される。The amount of heat radiation is calculated from the gas temperature in the heat exchanger (1CY_RH) of the heat radiation amount calculation section in the figure, and given to the solid-gas separation operation unit (1CY) for heat removal calculation.
【００２３】固体側の流れは、主原料ライン（１段下の
サイクロンへのフィード）の他にプロセス上に存在する
ショートパス（２段下のサイクロンに落ちる）ラインが
考慮されている。ショートパスはＲ２により分離され
る。ショートパス率はショートパス率指定計算機（R2_S
PR）で指定される。The flow on the solid side takes into account a short-path line (dropping into a cyclone two stages below) existing in the process in addition to the main raw material line (feed to the cyclone one stage below). Short paths are separated by R2. The short pass rate is calculated by the short pass rate designation computer (R2_S
PR).
【００２４】この様に、フローシート全体のモデル化の
際にも、各機器で行われている操作の内容をシミュレー
ションパッケージであらかじめ用意してある単位操作レ
ベルまで要素分解し、各要素に単位操作を適用する事
で、等価なモデルを組み上げる事が可能となる。他のセ
クションも同様の考え方でモデル化することができる。As described above, when modeling the entire flow sheet, the contents of the operations performed by each device are decomposed into the unit operation levels prepared in advance by the simulation package, and the unit operation is performed for each element. By applying, it is possible to build up an equivalent model. Other sections can be modeled in a similar way.
【００２５】[0025]
【発明の効果】従来はシミュレーションパッケージにあ
らかじめ準備されていない単位操作を含むシミュレーシ
ョンモデルの作成には、シミュレーションパッケージが
未対応の単位操作を独自にＦＯＲＴＲＡＮ等の基本言語
によりプログラミングしなければならず大きな困難を伴
った。しかし本発明手法を用いれば、シミュレーション
パッケージに準備されていない機器のモデル化において
も、基本言語によるプログラム開発無しに、効率的かつ
簡便にモデルを作成できる。Conventionally, in order to create a simulation model including a unit operation not previously prepared in a simulation package, a unit operation that the simulation package does not support must be independently programmed in a basic language such as FORTRAN. With difficulty. However, by using the method of the present invention, it is possible to create a model efficiently and easily without modeling a program in a basic language even in modeling a device not prepared in a simulation package.
【図１】外部循環式気泡塔三相反応器Fig. 1 External circulation type bubble column three-phase reactor
【図２】外部循環式気泡塔三相反応器に本発明を適用し
て作成した全体モデルFIG. 2 is an overall model created by applying the present invention to an external circulation type bubble column three-phase reactor.
【図３】外部循環式気泡塔三相反応器の１セクション
（Ｃ１セクション）に本発明を適用して作成した部分モ
デルFIG. 3 is a partial model created by applying the present invention to one section (C1 section) of an external circulation type bubble column three-phase reactor.
【図４】セメント焼成工程Fig. 4 Cement firing process
【図５】セメント焼成工程プロセスの原料予熱用サイク
ロンに本発明を適用して作成した部分モデルFIG. 5 is a partial model created by applying the present invention to a material preheating cyclone in a cement firing process.
【図６】外部循環式気泡塔三相反応器の１セクション
（Ａセクション）に本発明を適用して作成した部分モデ
ルFIG. 6 is a partial model created by applying the present invention to one section (A section) of an external circulation type bubble column three-phase reactor.
【図７】外部循環式気泡塔三相反応器の１セクション
（Ｂセクション）に本発明を適用して作成した部分モデ
ルFIG. 7 is a partial model created by applying the present invention to one section (section B) of an external circulation type bubble column three-phase reactor.
【図８】外部循環式気泡塔三相反応器の１セクション
（Ｄセクション）に本発明を適用して作成した部分モデ
ルFIG. 8 is a partial model created by applying the present invention to one section (D section) of an external circulation type bubble column three-phase reactor.
Claims (1)
機器をシミュレーションする方法であって、該工業機器
をシミュレーションパッケージにある単位操作に分け、
単位操作の集合体をもって、該工業機器をシミュレーシ
ョンする方法。1. A method for simulating an industrial device not in a simulation package, comprising dividing the industrial device into unit operations in a simulation package,
A method of simulating the industrial equipment with a set of unit operations.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000069734A JP2001255928A (en) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Method for simulating industrial equipment |
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| JP (1) | JP2001255928A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006016216A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Mitsubishi Materials Corp | Simulation method, simulation program, and storage medium |
| JP2007176716A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Materials Corp | Operation control method for cement kiln and manufacturing method for cement |
| WO2023153147A1 (en) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | イーセップ株式会社 | Membrane reactor development assisting method and development assisting program |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000069734A patent/JP2001255928A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2023153147A1 (en) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | イーセップ株式会社 | Membrane reactor development assisting method and development assisting program |
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