JP2003532637A - 化学プロセス解析方法 - Google Patents

化学プロセス解析方法

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Abstract

(57)【要約】 表計算ソフトウェア（１）上で化学プロセス条件と化学種を入力すると、表計算ソフトウェア（１）とは別のソフトウェア（４、５、６）により化学種に応じた化学モデルが選定され、化学モデルの熱力学的物性値データが作成され、さらにこれらのデータに基づいて化学平衡が評価される。そして、その評価結果に基づき表計算ソフトウェア（１）上で化学平衡がシミュレーションされ、そのシミュレーション結果が表計算ソフトウェア（１）上に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の所属分野】
この発明は化学プロセスの解析方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
化学反応、特に水溶液系の化学物質の反応は古くから調査されているが、実験
的に純物質同士を反応させる場合でも、行われる反応は必ずしも単純なものでは
ない。特に、弱電解質が含まれている場合は、反応を正確に解析することは容易
ではない。
【０００３】 工業的なプロセスでは、多くの場合、不純物が含まれていることからこの問題
はさらに複雑になる。本願発明者の一人が所属するOLI Systems, inc.はこの問
題に古くから取り組んでおり、大型コンピュータを用いたプログラムとサポート
データベースを用いることによって、完全に種の展開をされた物質すべての熱力
学特性について計算できることを提案している。この大型コンピュータシステム
では、特に熱力学平衡状態の水溶液中の種の量を計算することができ、この計算
結果を用いて化学プロセスや装置の設計が行われる。
【０００４】 一方、プロセスの制御内容や制御結果はいわゆる分散制御システム（DCS)など
を用いて操作、表示および記録させることが多い。しかし、ソフトウェアがシス
テムの製造者の独自のものであり、さらにハードウェアも製造者の独自な場合も
あり、他のシステムとの連携は容易ではなかった。
【０００５】
【発明の概要】
しかしながら、OSI Software Inc.が開発したPI DATALINK等のソフトウェアを
用いることにより、DCS上で記憶されたデータをマイクロソフトの表計算ソフト
ウェア、Excelに表示させることができるようになった。
【０００６】 水溶液中の化学反応は、以前から盛んに研究され、主たる化学物質以外にも多
様な化学物質がその化学反応に関与していることがわかっている。そして、どの
ような化学物質からどのような化学物質種が生成するのか、その活量係数の値が
どの程度なのかは、世界的に調査研究されデータベース化されている。これらの
データベースから、所定の条件、例えば、濃度、温度、圧力に対して考えられる
化学物質種の熱力学特性を計算するソフトウェアが一部市販されている。
【０００７】 しかしそのようなソフトウェアは広く産業界に普及していない。これは、こう
したソフトウェアで所定の条件で化学プロセスをシミュレーションしても、解析
結果が実際の測定データと比べてかなりかけ離れたものとなり、実用性に欠けて
いたからである。さらに、その解析結果を市販の表計算ソフトウェア等のソフト
ウェア上に表示させることができないので、ユーザーがその解析結果をさらに有
用な化学プロセスの情報源として利用できなかったからである。
【０００８】 この発明の目的は、したがって、表計算ソフトウェア上で化学プロセスパラメ
ータを入力し、そのパラメータに基づく化学平衡のシミュレーションの結果を表
計算ソフトウェア上で表示させることができ、且つ、解析したデータから化学プ
ロセスの予測や装置の設計をすることができる化学プロセスの解析方法を提供す
ることである。
【０００９】 上記目的を達成するために、本発明は、表計算ソフトウェア上で化学プロセス
条件と化学種とを入力するステップと、前記表計算ソフトウェアとは別のソフト
ウェアにより、前記入力された化学プロセス条件及び化学種に基づき化学平衡を
評価するステップと、前記評価結果に基づき前記表計算ソフトウェア上で化学平
衡をシミュレーションするステップと、前記シミュレーションの結果を前記表計
算ソフトウェア上に表示するステップとを含んだ化学プロセス解析方法を提供す
る。
【００１０】 本発明の詳細、他の特徴及び利点は明細書の残りの部分及び添付図面に示され
る。
【００１１】
【好ましい実施例の説明】
本発明に係る化学プロセス解析方法は、 化学モデルの選定、抽出するのに必要なパラメータ（化学プロセス条件及び化
学種）を表計算ソフトウェア上で入力し、 その入力されたパラメータを表計算ソフトウェアとは別の化学平衡を評価する
ソフトウェアに受け渡し、 そのパラメータに基づいて化学平衡を評価するソフトウェアにより化学平衡を
評価し、 その評価結果を再び表計算ソフトウェアに受け渡して、 表計算ソフトウェア上で化学平衡をシミュレーションし、そのシミュレーショ
ンの結果を表計算ソフトウェア上に表示する、 ことを特徴とする。「化学平衡の評価」とは、化学モデルの特性値の計算、平衡
条件、系内の化学組成の判定を行うことを意味する。
【００１２】 以下、この発明を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】 第1の実施形態 図1はこの発明の第1の実施形態を示す概略図、図2はその作業フローを示す。
【００１４】 表計算ソフトウェア1としては、マイクロソフトの表計算ソフトウェアであるE
xcelが好ましい。Excelは、バージョン5.0以上のもので、マイクロソフトのOSで
あるWindows95以降に対応しているものが望ましい。
【００１５】 表計算ソフトウェア1は、パラメータ入力部2、シミュレーション部9及びシミ
ュレーション結果表示部10を備える。表計算ソフトウェア1を示すブロックの外
側に表されているブロック3-8は表計算ソフトウェア1以外のソフトウェアあるい
はデータベースを示している（後述する図3、図4も同様）。
【００１６】 パラメータ入力部2では、図示しないキーボードから、化学プロセス条件と化
学種を入力することができる(ステップS1)。「化学プロセス条件」とは、濃度条
件、温度条件、圧力条件、pH条件、バブルポイント、エンタルピー、露点、溶解
限度等の条件で、これらの条件の中から少なくとも1以上を入力することができ
る。
【００１７】 「化学種」とは、化学モデルを構成する初期化学物質を表し、通常、H2O、NaO
H、HCl、CO2、H2S、NH3、FeCl3等を化学式で入力する。
【００１８】 入力された化学プロセス条件は、アドインソフトウェア7を介して化学平衡判
定部6に送信される。一方、入力された化学種は、アドインソフトウェア3を介し
て、化学モデル記憶部4へ送信される。「アドインソフトウェア」とは、表計算
ソフトウェア1に特殊な機能を追加するコマンドや関数を定義することができる
ソフトウェアを示す。
【００１９】 化学モデル記憶部4では、予め、文献値等を参考にして標準的な化学モデルの
全てが記憶されている。そして、入力された化学種に応じた化学モデルの選定お
よび抽出が演算子により行われる(ステップS2)。「化学モデル」とは、入力され
た化学種が引き起こす全ての化学反応と、中間物質を含む全ての化学物質を意味
する。
【００２０】 化学モデル記憶部4は、以下の4つの部分(a)-(d)で構成される。
【００２１】 (a) 反応に係わる初期化学物質の一覧 (b) 前記(a)の化学物質が水溶液中でどのような化学物質種になるかを示す化
学状態式 (c) 水溶液中で起こりうる反応の化学反応式 (d) 前記(b)と(c)に含まれる全ての化学物質の一覧 より具体的には、(a)の「反応に係わる初期化学物質の一覧」とは、例えば、H2 O、Na2CO3、NH3、HNO3、FeCl3等の反応系をつくりうる初期化学物質が一覧表と
なったものである。(b)の「前記(a)の化学物質が水溶液中でどのような化学物質
種になるかを示す化学状態式」とは、例えば、 H2O=H+＋OH- CO2aq＋H2O=H+＋HCO3 - NH3aq＋H2O=NH4 +＋OH- BaCO3aq=Ba2+＋C03 2- HClaq=H+＋Cl- 等の水溶液中での化学状態式である。
【００２２】 (c)の「水溶液中で起こりうる化学反応式」とは、酸化還元反応、バイオリア
クション等の水溶液中で起こりうる化学反応式であり、例えば、 NaOH＋HCl=NaCl＋H2O NaOH＋H2SO4=Na2SO4＋H2O 等の酸化還元反応式である。
【００２３】 (d)の「全ての化学物質一覧」とは、前記(b)及び(c)の反応系に含まれるすべ
ての化学物質の一覧であり、例えば、H2O、CO2aq、NH3aq、BaCO3、HCl、NaOH、H2 SO4や、H+、OH-、Na+、CO3 -、NaCO3 -、Na2CO3aq等が記憶されている。
【００２４】 化学モデル記憶部4において、入力された化合種が引き起こす全ての化学反応
と中間物質を含む全ての化学物質から、化学モデルが決定される。
【００２５】 決定された化学モデルは化学モデル物性データ記憶部5に送られる。化学モデ
ル物性データ記憶部5は前記抽出された化学モデルに基本的な条件を与え、前記
化学モデルの特性値、平衡条件、系内の化学組成を計算するのに必要な化学モデ
ルの熱力学的物性値データを作成し(ステップS3)、それを記憶する(ステップS4)
。「基本的な条件」とは、温度、圧力、濃度等の条件をいい、これらの条件の変
化に応じた熱力学的物性値データの一覧が作成される。熱力学的物性値データと
しては、活量係数、平衡定数、フガシティ係数、化学量論定数、イオン価、臨界
特性、熱容量およびそれらを決定するためのパラメータ等が作成される。
【００２６】 作成された熱力学的物性値データは化学平衡判定部6に送られる。化学平衡判
定部6では、作成された熱力学的物性値データに基づき、特性値の計算、平衡条
件の決定、反応系の化学組成の決定、が行われる(ステップS5)。
【００２７】 具体的には、入力された化学プロセス条件と作成された熱力学的物性値データ
とから演算子により、例えば、pH値、バブルポイント、飽和溶解度、沸点等など
の特性値が演算される。さらに、所定のpHでの反応系の組成、所定温度での反応
系の組成、断熱条件下での反応系の組成、飽和溶解度での反応系の組成等の各種
の条件下での化学組成も判定、決定される。
【００２８】 特性値、平衡条件及び反応系の化学組成の解析結果は、アドインソフトウェア
8を介して表計算ソフトウェア1に引き渡される。表計算ソフトウェア1上ではシ
ミュレーション部9の演算子を用いて化学プロセスのシミュレーションが実行さ
れ(ステップS6)、表計算ソフトウェア1上にその結果が表示される(ステップS7)
。シミュレーションの結果としては、シングルポイント、マルチポイントでの温
度、圧力、pH、濃度、反応系の組成等が表示される。特に、マルチポイント表示
ではシミュレーション結果をグラフで表示できる。
【００２９】 第2の実施形態 図3に第2の実施形態を示す。この解析システムは、図1に示した解析システム
に、さらに、製造現場の工場工程データを記憶し、表計算ソフトウェア1上に表
示する現場工程データ表示部16を加えたものである。
【００３０】 表計算ソフトウェア1は、パラメータ入力部2、シミュレーション部9、シミュ
レーション結果表示部10に加え、さらに現場工程データ表示部16を備えている。
【００３１】 プロセス制御システム12は、製造工程11に接続され、温度条件、濃度条件、圧
力条件、pH条件等の製造現場（工場）の工程データをコンピュータ上で管理する
。工程データは、プロセスデータ記憶部13に転送され、記憶される。
【００３２】 プロセスデータ記憶部13は、例えばPI-DATALINK(OSI Software Inc.)等の市販
のソフトウェア14により、OSとアドインソフトウェア15を介して、表計算ソフト
ウェア1上に製造現場の工程データを表示する。表計算ソフトウェア1上に表示す
る工程データとしては、温度、圧力、濃度、pH等がある。
【００３３】 この解析システムでは、さらに、工程データを表計算ソフトウェア1上で、演
算子によりパラメータ入力部2にデータを引き渡し、工程データに基づいた化学
プロセスのシミュレーションを実行することができる。
【００３４】 第3の実施形態 図4に第3の実施形態を示す。この解析システムは、図1に示した解析システム
に、さらに、製造製品あるいは工程中間品の検査結果を記憶し、表計算ソフトウ
ェア1上に表示する製品検査結果データ記憶部19と、製品検査結果データ表示部2
2と、を加えたものである。
【００３５】 表計算ソフトウェア1は、パラメータ入力部2、シミュレーション部9、シミュ
レーション結果表示部10を備え、さらに、製品毎の検査結果データを検索するの
に必要なパラメータを入力するパラメータ入力部17と、その結果を表示するため
の製品検査結果データ表示部22と、を備えている。第2の実施形態で説明した現
場工程データ表示部16も備えている。
【００３６】 製品毎の製品検査結果データを検索するのに必要なパラメータを入力するパラ
メータ入力部17では、例えば、製品のロット番号、製品名、顧客名、製造年月日
、製造現場等をキーボード等から入力する。必要なパラメータを入力することに
より、アドインソフトウェア18を介して、製品検査結果データ記憶部19にアクセ
スできる。
【００３７】 製品検査結果データ記憶部19には、例えば、製品規格値、合格品及び不合格品
の製品検査結果データ、検査成績書番号、顧客名、製造年月日、製品ロット番号
、検査成績書等が記憶されている。
【００３８】 また、製品検査結果データ記憶部19は、検査成績書番号、製品名、顧客名、製
造年月日、製造現場に関連づけて製品検査結果を検索することができる製品検査
結果データ検索データベース20を備えている。製品検査結果データ検索データベ
ース20では、表計算ソフトウェア1上で入力されたパラメータに基づいて検索が
行われ、該当するデータがアドインソフトウェア21を介して表計算ソフトウェア
1上の製品検査結果データ表示部22に表示される。
【００３９】 製品検査結果データ表示部22に表示される項目としては、例えば、製品検査結
果の検査項目別の検査データ、検査ロット別の検査結果データ、顧客名別の検査
結果データ、製造年月日別等の検査結果データ等である。これらは、テーブルと
して表示させたり、またグラフで表示させたりすることができる。
【００４０】 この解析システムでは、表計算ソフトウェア上で、シミュレーションを実行す
るのに必要な化学プロセスパラメータを入力し、シミュレーションの結果を表計
算ソフトウェア上に表示できることに加え、製造現場の工程データや製品品質検
査結果のデータも表計算ソフトウェア上に表示できる。したがって、それらのデ
ータを比較することにより、化学プロセスを解析し、化学プロセスの予測や装置
の設計に利用できる。さらに、製造現場の品質管理、反応条件の管理及び解析、
化学プロセスの設計にも利用することができる。
【００４１】 さらに、この解析システムを利用することにより、日本の「特定化学物質の環
境への排出量の把握及び管理の改善の促進に関する法律」で調査することが求め
られている排水中の化学物質量を実データを用いて容易に且つ厳密に計算するこ
ともできる 第4の実施形態 上述した第1から第3の実施形態に係る化学プロセス解析方法を実行するための
プログラムを記憶媒体に記憶する。
【００４２】 以下、この発明を実施例により詳細に説明する。
【００４３】 第1の実施例 温度;25℃、圧力;1.0×105Pa(1.0bar)、H2O;55.5(mol/hour)、FeC13;1.0(mol/
hour)での平衡pHをシミュレーションする。以下、図2の作業フローに従って説明
する。
【００４４】 [ステップS1] パラメータとして、化学種としてH2O、FeCl3を入力し、化学プロセス条件とし
て温度;25℃、圧力;1.0×105Pa、H2O;55.5(mol/hour)、FeCl3;1.0(mol/hour)を
入力した。
【００４５】 [ステップS2] 下記の化学モデルが選定、抽出された。抽出された化学モデルを以下に示す。 ; ***INPUT*** ; INPUT:7 H2OIN:Water:H2O:18.015341 FECL3IN:Iron(III) chloride:FeCl3:162.205994 FECL3.6H2OIN:Iron(III) chloride hexahydrate:FeCl3.6H2O:270.298035 FECL3.2H2OIN:Iron(III) chloride dihydrate:FeCl3.2H2O:198.236679 FECL3.2.5H2OIN:Iron(III) chloride 2.5 hydrate:FeCl3.2.5H2O:207.244354 HCLIN:Hydrogen chloride: HCl:36.460972 FEIIIOH3IN:Iron(III) hydroxide:Fe(OH)3:106.869110 ; ; ***SPECIES*** ; SPECIES:22 H2O:Water:H2O:18.015341 FECL3AQ:Iron(III) chloride:FeCl3:162.205994 HCLAQ:Hydrogen chloride:HCl:36.460972 FEIIIOH3AQ:Iron(III) hydroxide:Fe(OH)3:106.869110 HION:Hydrogen ion(+1):H+1:1.007970 OHION:Hydroxide ion(-1):OH-1:17.007370 FEIIICLION:Iron(III) monochloride ion(+2):FeCl2+2:91.300003 FEIII2OH2ION:Diiron(III) dihydroxide ion(+4):Fe2(OH)2+4:145.708740 FEIIICL4ION:Iron(III) tetrachloride ion(-1):FeCl41:197.658997 FEIIIOH4ION:Iron(III) tetrahydroxide ion(-1):Fe(OH)4-1:123.876480 FEIIICL2ION:Iron(III) dichloride ion(+1):FeCl2+1:126.752998 FEIIIOH2ION:Iron(III) dihydroxide ion(+1):Fe(OH)2+1:89.861740 CLION:Chloride ion(-1):Cl-1:35.452999 FEIIIION:Iron ion(+3):Fe+3:55.847000 FEIIIOHION:Iron (III) monohydroxide ion(+2):FeOH+2:72.854370 H2OVAP:Water:H2O:18.015341 HCLVAP:Hydrogen chloride:HCl:36.460972 FECL3.6H2O:Iron(III) chloride hexahydrate:FeCl3.6H2O:270.298035 FECL3.2H2O:Iron (III) chloride dihydrate:FeCl3.2H2O:198.236679 FECL3.2.5H2O:Iron(III) chloride2.5 hydrate:FeC13.2.5H2O:207.244354 FECL3PPT:Iron(III) chloride:FeCl3:162.205994 FEIIIOH3PPT:Iron(III) hydroxide:Fe(OH)3:106.869110 ; ; ***SOLID SCALING TENDENCY*** ; SOLIDS ALL ; ; ***EQUILIBRIUM EQUATIONS*** ; EQUILIBRIUM H2O=HION+OHION FECL3AQ=FEIIICL2ION+CLION HCLAQ=HION+CLION FEIIIOH3AQ=FEIIIOH2ION+OHION FEIIICLION=FEIIIION+CLION FEIII2OH2ION=2FEIIIION+2OHION FEIIICL4ION=FECL3AQ+CLION FEIIIOH4ION=FEIIIOH3AQ+OHION FEIIICL2ION=FEIIICLION+CLION FEIIIOH2ION=FEIIIOHION+OHION FEIIIOHION=FEIIIION+OHION H2OVAP=H2O HCLVAP=HCLAQ FECL3.6H2O=FEIIIION+3CLION+6H2O FECL3.2H2O =FEIIIION+3CLION+2H2O FECL3.2.5H2O=FEIIIION+3CLION+2.5H2O FECL3PPT=FEIIII0N+3CLION FEIIIOH3PPT=FEIIIION+3OHION ; ; ***REDOX*** ; ; ; ***EQUATIONS*** ; EQUATIONS ; ; ***KINETICS*** ; ; ; ***REGRESSION*** ; ; ; ***EXCHANGE*** ; ; ; ***BIOREACTION*** ; ; ; ***COPRECIPITATION*** ; END [ステップS3〜7] ステップS2で抽出された化学モデルに基づき熱力学物性値データが作成され(
ステップS3)、記憶された(ステップS4)。
【００４６】 次に、作成された熱力学物性値データに基づき反応系内の化学組成が決定され
、平衡pHが計算された(ステップS5)。表計算ソフトウェア1上でシミュレーショ
ンが実行され(ステップS6)。表計算ソフトウェア1上には図5に示すグラフが表示
された(ステップS7)。
【００４７】 図5の結果より、平衡pHは2.2であることが解った。
【００４８】 [プラント試験実測値と解析結果との比較] 実際のプラントで、図6に示されるように、この化学モデルを使った反応を行
った。
【００４９】 このプロセスにおいては、回分式の溶解槽には、始め純水が入れられており、
これにFeCl3が添加される。添加したFeCl3の量は溶解槽全体の質量をロードセル
で測定することによって求めることができる。溶解槽内のpH、温度、圧力(気圧)
は槽内に挿入されたpH計、温度計、圧力計でそれぞれ測定することができる。
【００５０】 このプロセスのデータを表計算ソフトウェア1上に表示し、同時に添加したFeC
13量、温度、圧力からpHを求める解析を行った。
【００５１】 pH計で計測したpHと、解析値とを比較してみると、添加初期は実測pHの方が解
析値よりも大きな値を示し、ある程度、添加を続けると実測値と解析値の偏差は
一定となった。
【００５２】 実験後、pH計を較正してみると、この偏差はpH計の較正誤差であることが判明
した。すなわち、解析値は実測値とずれていたものの、解析は正確に行われてい
たことになる。実際のプロセスでは解析値（理論値）と実測値が食い違うことが
あり、それが本例のように測定上の問題であることもしばしばである。
【００５３】 第2の実施例 C02;0.42-1.6mol、H2S;0.04-0.4mol、NH3;1.10-2.2mol、温度;20℃及び60℃で
のC02、H2S、NH3の分圧をシミュレーションし、シミュレーションで得た結果と
実験値とを比較した。以下、図2の作業フローに従って説明する。
【００５４】 [ステップS1] パラメータとして、化学種としてC02,H2S,NH3を入力し、化学プロセス条件欄
にC02;0.42-1.6mol、H2S;0.04-O.4mol、NH3;1.10-2.2mol、温度;20℃、60℃を入
力した。
【００５５】 [ステップS2] 下記の化学モデルが選定、抽出された。抽出された化学モデルを以下に示す。 ; ***INPUT*** ; INPUT:12 H2OIN:Water:H2O:18.015341 CO2IN:Carbon dioxide:CO2:44.009899 H2SIN:Hydrogen sulfide:H2S:34.081940 NH31N:Ammonia:NH3:17.030609 H2CO3IN:Carbonic acid:H2CO3:62.025242 NH4OHIN:Ammonium hydroxide:NH4OH:35.045952 NH4HSIN:Ammonium bisulfide:NH4HS:51.112549 NH4HCO3IN:Ammonium bicarbonate:NH4HCO3:79.055847 NH44H2CO33IN:Ammonium sesquicarbonate:(NH4)2CO3.2NH4HCO3:254.198166 NH42SIN:Ammonium sulfide:(NH4)2S:68.143158 NH42CO3IN:Ammonium carbonate:(NH4)2CO3:96.086456 HNH2CO2IN:Carbamic acid:CH3NO2:61.040508 ; ; ***SPECIES*** ; SPECIES:19 H2O:Water:H2O:18.015341 CO2AQ:Carbon dioxide:CO2:44.009899 H2SAQ:Hydrogen sulfide:H2S:34.081940 NH3AQ:Ammonia:NH3:17.030609 HION:Hydrogen ion(+1):H+1:1.007970 OHION:Hydroxide ion(-1):OH-1:17.007370 HCO3ION:Bicarbonate ion(-1):HCO3-1:61.017269 CO3ION:Carbonate ion(-2):CO3-2:60.009300 SION:Sulfide ion(-2):S-2:32.066002 HSION:Hydrogen sulfide ion (-1):HS-1:33.073971 NH4ION:Ammonium ion(+1):NH4+1:18.038580 NH2CO2ION:Carbamate ion(-1):NH2CO2-1:60.032539 H2OVAP:Water:H2O:18.015341 CO2VAP:Carbon dioxide:CO2:44.009899 H2SVAP:Hydrogen sulfide:H2S:34.081940 NH3VAP:Ammonia:NH3:17.030609 NH4HSPPT:Ammonium bisulfide:NH4HS:51.112549 NH4HCO3PPT:Ammonium bicarbonate:NH4HCO3:79.055847 NH44H2CO33PPT:Ammonium sesquicarbonate:(NH4)2C03.2NH4HCO3:254.198166 ; ; ***SOLID SCALING TENDENCY*** ; SOLIDS ALL ; ; ***EQUILIBRIUM EQUATIONS*** ; EQUILIBRIUM H2O=HION+OHION CO2AQ+H2O=HION+HCO3ION H2SAQ=HION+HSION NH3AQ+H2O=NH4ION+OHION HCO3ION=HION+CO3ION HSION=HION+SION NH2CO2ION+H2O=NH3AQ+HCO3ION H2OVAP=H2O CO2VAP=CO2AQ H2SVAP=H2SAQ NH3VAP=NH3AQ NH4HSPPT=NH4ION+HSION NH4HCO3PPT=NH4ION+HCO3ION NH44H2CO33PPT=4NH4ION+2HCO3ION+CO3ION ; ; ***REDOX*** ; ; ; ***EQUATIONS*** ; EQUATIONS ; ; ***KINETICS*** ; ; ; ***REGRESSION***; ; ; ; ***EXCHANGE*** ; ; ; ***BIOREACTION*** ; ; ; ***COPRECIPITATION*** ; END [ステップS3〜7] ステップS2で抽出された化学モデルから熱力学物性値データが作成され、記憶
された(ステップS3,S4)。
【００５６】 次に、反応系内の化学組成が決定され、各成分の分圧が計算された(ステップS
5)。
【００５７】 次に、表計算ソフトウェア1上でシミュレーションが実行され(ステップS6)、
表計算ソフトウェア1上には図7及び図8に示すグラフが表示された(ステップS7)
。
【００５８】 図7はヘンリーの法則による計算値と実験値とを比較したグラフである。図8は
本発明の解析方法による解析値と実験値とを比較したものである。どちらのグラ
フでも、プロットされたデータが斜線Ｌに近いほど、実験値と近似していること
を示す。
【００５９】 図7と図8から、本発明に係る解析方法を用いたものは、実験値と解析結果とが
よく一致しており、一方、ヘンリーの法則を用いたものは、実験値と計算値との
間でずれが大きいことがわかる。本発明の解析方法を用いることにより、より高
精度な解析が可能である。
【００６０】 第3の実施例 本発明に係る解析方法を用いて、蒸発器内で生成されるフッ化カリウム（ＫＦ
）量と蒸発器内の圧力との関係を解析した。
【００６１】 図9にフッ化カリウムの生産プロセスの簡略図を示す。
【００６２】 なお、このプロセスにおいて、フッ化カリウムは、下記反応式に従って製造さ
れる。
【００６３】 HF + KOH → KF↓ + H2O フッ化水素、水酸化カリウムを反応槽31に入れ、次に、反応槽31の温度と蒸発
器32の温度を設定する。反応槽31からの生成物は、蒸発器32に送られる。蒸発器
32は吸引機により減圧状態に設定される。蒸発器32で生成物を濃縮して水を取り
除き、除去された水は再び反応槽31へ送られる。
【００６４】 [ステップS1] 化学種としてH2O、HF、KOH及びKFを入力した。化学プロセス条件欄にはH2O;18
8kg/hour、HF;25kg/hour、KOH;71kg/hour、KF;40kg/hour、温度;80.0℃、蒸発器
32内の圧力範囲;0.02×105-1.0×105Pa(0.02-1.0atm)を入力した。
【００６５】 [ステップS2] 下記の化学モデルが選定、抽出された。抽出された化学モデルを以下に示す。 ; ***INPUT*** ; INPUT:10 H2OIN:Water:H2O:18.015341 HFIN:Hydrogen fluoride:HF:20.006372 KOHIN:Potassium hydroxide:KOH:56.105671 KFIN:Potassium fluoride:KF:58.096703 H6F6IN:Hydrogen fluoride, hexamer:(HF)6:120.038239 H2F2IN:Hydrofluoride, dimer:(HF)2:40.012745 KOH.2H2OIN:Potassium hydroxide dihydrate:KOH.2H2O:92.136353 KF.4H2OIN:Potassium fluoride tetrahydrate:KF.4H2O:130.158066 KOH.1H2OIN:Potassium hydroxide monohydrate:KOH.1H2O:74.121010 KF.2H2OIN:Potassium fluoride dihydrate:KF.2H2O:94.127380 ; ; ***SPECIES*** ; SPECIES:17 H2O:Water:H2O:18.015341 H2F2AQ:Hydrofluoride, dimer:(HF)2:40.012745 HFAQ:Hydrogen fluoride:HF:20.006372 HION:Hydrogen ion(+1):H+1:1.007970 OHION:Hydroxide ion (-1):OH-1:17.007370 FION:Fluoride ion (-1):F-1:18.998404 HF2ION:Hydrogen difluoride ion(-1):HF2-1:39.004776 KION:Potassium ion(+1):K+1:39.098301 H2OVAP:Water:H2O:18.015341 H2F2VAP:Hydrofluoride,dimer:(HF)2:40.012745 HFVAP:Hydrogen fluoride:HF:20.006372 KOHPPT:Potassium hydroxide:KOH:56.105671 KOH.2H2O:Potassium hydroxide dihydrate:KOH.2H2O:92.136353 KF.4H2O:Potassium fluoride tetrahydrate:KF.4H2O:130.158066 KOH.1H2O:Potassium hydroxide monohydrate:KOH.1H2O:74.121010 KF.2H2O:Potassium fluoride dihydrate:KF.2H2O:94.127380 KFPPT:Potassium fluoride:KF:58.096703 ; ; ***SOLID SCALING TENDENCY*** ; SOLIDS ALL ; ; ***EQUILIBRIUM EQUATIONS*** ; EQUILIBRIUM H2O=HION+OHION H2F2AQ=2HFAQ HFAQ=HION+FION GEN HF2ION=FION+HFAQ H2OVAP=H2O H2F2VAP=H2F2AQ HFVAP=HFAQ KOHPPT=KION+OHION KOH.2H2O=KION+OHION+2H2O KF.4H2O=KION+FION+4H2O KOH.1H2O=KION+OHION+1H2O KF.2H2O=KION+FION+2H2O KFPPT=KION+FION ; ; ***REDOX*** ; ; ; ***EQUATIONS*** ; EQUATIONS ; ; ***KINETICS*** ; ; ; ***REGRESSION*** ; ; ; ***EXCHANGE*** ; ; ; ***BIOREACTION*** ; ; ; ***COPRECIPITATION*** ; END [ステップS3〜7] ステップS2で抽出された化学モデルから熱力学物性値データが作成され、記憶
された(ステップS3,S4)。
【００６６】 次に、蒸発器32内の混合物の構成および熱力学的物性が計算された(ステップS
5)。表計算ソフトウェア1上でシミュレーションが実行された(ステップS6)。表
計算ソフトウェア1上には図10に示すグラフが表示された(ステップS7)。
【００６７】 図10に示されるように、蒸発器32内の圧力をある値よりもわずかに下げればＫ
Ｆの生成量が安定することがわかる。
【００６８】
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明に係る化学プロセス解析方法は、表計算ソフトウ
ェア上で化学プロセスパラメータを入力し、そのパラメータに基づく化学プロセ
スのシミュレーションの結果を表計算フトウェア上で表示させ、そのシミュレー
ション結果から化学プロセスの予測や装置の設計をするのに有用である。
【００６９】 さらに、現場の工程データや製品検査結果を表計算ソフトウェア上に表示させ
、シミュレーション結果と比較し、検討するのにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第1の実施形態に係る化学プロセスの解析方法を用いた解析システム
を示す概略図である。
【図２】 解析システムの作業フロー図である。
【図３】 図1に類似するが本発明の第2の実施形態を示す。
【図４】 図2に類似するが本発明の第3の実施形態を示す。
【図５】 第1の実施例において、表計算ソフトウェア上に表示された塩化鉄濃度とpHの
関係を示すグラフである。
【図６】 第1の実施例のプラント試験で用いた装置の概略図である。
【図７】 第2の実施例において、表計算ソフトウェア上に表示された ヘンリーの法則を
用いて各組成の分圧を計算した際の計算値と 実験値との関係を示す図である。
【図８】 第2の実施例において、表計算ソフトウェア上に表示された 本発明に係る化学
プロセス解析方法により各組成の分圧をシミュレーションした際の解析値と実験
値との関係を示す図である。
【図９】 第3の実施例のフッ化カリウムの生産プロセスの簡略図である。
【図１０】 第3の実施例において、表計算ソフトウェア上に表示された 蒸発器中のKF量と
圧力との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ターナー ハンプ アメリカ合衆国 ニュージャージー 07950 モーリス プレインズ アメリカ ン ロード 108 アメリカン エンター プライズ パーク オーエルアイ システ ムズ インク Ｆターム(参考） 4H006 AA05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学プロセス解析方法において、 表計算ソフトウェア（１）上で化学プロセス条件と化学種とを入力するステッ
    プと、 前記表計算ソフトウェア（１）とは別のソフトウェア（４，６）により、前記
    入力された化学プロセス条件及び化学種に基づき化学平衡を評価するステップと
    、 前記評価結果に基づき前記表計算ソフトウェア（１）上で化学平衡をシミュレ
    ーションするステップと、 前記シミュレーションの結果を前記表計算ソフトウェア（１）上に表示するス
    テップと、 を含むことを特徴とする化学プロセス解析方法。
  2. 【請求項２】 前記化学平衡を評価するステップが、前記表計算ソフトウェア（１）とは別の
    ソフトウェア（４，６）により、前記入力された化学プロセス条件及び化学種に
    基づき特性値の演算、平衡条件の決定、反応系の化学組成の決定を行うことを特
    徴とする請求項１に記載の化学プロセス解析方法。
  3. 【請求項３】 前記化学平衡を評価するステップが、前記表計算ソフトウェア（１）とは別の
    ソフトウェア（４，６）により、 前記入力された化学種が引き起こす全ての化学反応と中間物質を含む全ての化
    学物質に基づき化学モデルを選定し抽出し、 前記化学モデルに基本的な条件を与え、前記化学モデルの熱力学的物性値デー
    タを抽出し、 前記入力された化学プロセス条件と前記抽出された熱力学的物性値データとに
    基づいて前記化学モデルの特性値、平衡条件の決定、反応系の化学組成の決定を
    行うことを特徴とする請求項１に記載の化学プロセス解析方法。
  4. 【請求項４】 前記化学モデルの熱力学的物性値データを記憶するステップをさらに含むこと
    を特徴とする請求項３に記載の化学プロセス解析方法。
  5. 【請求項５】 前記入力される化学プロセス条件が、濃度条件、温度条件、圧力条件、pH条件
    、バブルポイント、エンタルピー、露点、溶解限度の中の少なくとも一つである
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の化学プロセス解析方法
    。
  6. 【請求項６】 前記入力される化学種が、化学モデルを構成する初期化学物質であることを特
    徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の化学プロセス解析方法。
  7. 【請求項７】 製造現場の工程データを記憶するステップと、 前記記憶された工程データを前記表計算ソフトウェア（１）上に表示するステ
    ップと、 をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の化学プロ
    セス解析方法。
  8. 【請求項８】 製造製品あるいは工程中間品の検査結果を記憶するステップと、 前記記憶された検査結果データを前記表計算ソフトウェア（１）上に表示する
    ステップと、 をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の化学プロ
    セス解析方法。
  9. 【請求項９】 化学プロセス解析システムにおいて、 表計算ソフトウェア（１）上で化学プロセス条件と化学種とを入力する手段と
    、 前記表計算ソフトウェア（１）とは別のソフトウェア（４，６）により、前記
    入力された化学プロセス条件及び化学種に基づき化学平衡を評価する手段と、 前記評価結果に基づき前記表計算ソフトウェア（１）上で化学平衡をシミュレ
    ーションする手段と、 前記シミュレーションの結果を前記表計算ソフトウェア（１）上に表示する手
    段と、 を備えたことを特徴とする化学プロセス解析システム。
  10. 【請求項１０】 化学プロセス解析方法のステップを実行するコンピュータで実行可能な命令か
    らなるプログラムを実現する、コンピュータで読み込み可能なプログラム記憶デ
    バイスにおいて、前記ステップが、 表計算ソフトウェア（１）上で化学プロセス条件と化学種とを入力するステッ
    プと、 前記表計算ソフトウェア（１）とは別のソフトウェア（４，６）により、前記
    入力された化学プロセス条件及び化学種に基づき化学平衡を評価するステップと
    、 前記評価結果に基づき前記表計算ソフトウェア（１）上で化学平衡をシミュレ
    ーションするステップと、 前記シミュレーションの結果を前記表計算ソフトウェア（１）上に表示するス
    テップと、 を含むことを特徴とするプログラム記憶デバイス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060059512A1 (en) * 2002-11-15 2006-03-16 Pugel Michael A Methods for controlling apparatuses having an emergency alert function
DE10253700B4 (de) * 2002-11-18 2005-11-17 Siemens Ag Verfahren zum Durchführen einer Qualitätskontrolle für einen Analyseprozess und Verwendung des Verfahrens
GB2412992B (en) * 2003-03-10 2006-10-04 Dynochem Ip Ltd A physiocochemical process modelling system
US20070005318A1 (en) * 2005-06-20 2007-01-04 Dimenna Richard A System and method for chemical process simulations
US20080033227A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-07 David Campbell Graves Recovery of sulfur value in an alkylation process
US7389186B2 (en) 2006-08-11 2008-06-17 Exxonmobil Research And Engineering Company Prediction of stream composition and properties in near real time
US9053260B2 (en) * 2009-04-13 2015-06-09 Honeywell International Inc. Utilizing spreadsheet user interfaces with flowsheets of a CPI simulation system
US10553304B2 (en) 2011-04-13 2020-02-04 Ansys, Inc. Method and apparatus for reducing chemical reaction mechanisms
US11132621B2 (en) 2017-11-15 2021-09-28 International Business Machines Corporation Correction of reaction rules databases by active learning

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5893123A (en) * 1995-06-22 1999-04-06 Tuinenga; Paul W. System and method of integrating a spreadsheet and external program having output data calculated automatically in response to input data from the spreadsheet

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5893123A (en) * 1995-06-22 1999-04-06 Tuinenga; Paul W. System and method of integrating a spreadsheet and external program having output data calculated automatically in response to input data from the spreadsheet

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266955A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Petroleum Energy Center 水硫化アンモニウム環境下における材料の耐腐食性評価方法
JP4596947B2 (ja) * 2005-03-25 2010-12-15 財団法人石油産業活性化センター 水硫化アンモニウム環境下における材料の耐腐食性評価方法

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