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ダイナミックシミュレーションの活用と課題
（気液平衡ドラムと蒸留塔について） 東洋エンジニアリング株式会社 鈴木剛， 佐々木正和 分離技術会 年会 ２００６ （早稲田大学） 分離プロセス・システム・シミュレーション S8-01 より抜粋
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ダイナミックシミュレータの種類 ・ 集中定数 ・ 分布定数 ・ CFD ・ 定性
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ダイナミックシミュレータの活用 教育 異常・変更時の挙動把握 ．．． 設計・運転 範囲 ・単位操作の一部 ・単位操作 ・ユニット ・複数のユニット
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ダイナミックシミュレータの活用上の事例と問題点
緊急脱圧操作 蒸留塔のコンデンサーのモデリング 運転訓練シミュレータ
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緊急脱圧操作 緊急脱圧操作は、プラント異常運転時に一定時間内に内容物を系外に排出する操作。
緊急脱圧操作は、プラント異常運転時に一定時間内に内容物を系外に排出する操作。 API Recommended Practice 521では、15分で、設計圧力の50%または100psig(690kPa)のどちらか低い方まで緊急脱圧する。 軽質炭化水素（液化ガスなど）の場合、脱圧に伴うJoule-Thomson効果で、温度が変わり、材料選定に影響する。
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緊急脱圧操作模擬試験 内容物 Methane 64% Ethane 6% Propane 28% Butane 2% 初期温度 20degC
初期圧力 118barA （超臨界状態） 1.13m 2.75m Material : CS Total Mass : 5.3 tonnes
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緊急脱圧モデル Model A Model B 気相および液相の温度は同じ 気相と液相は完全混合 （明確な気液界面はなし） 同左
気相と液相は完全混合 （明確な気液界面はなし） 同左 気液界面が存在し、気相および液相と容器メタルと各々熱交換する。 注： 脱圧中に減圧による液の発生が推算される
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緊急脱圧操作模擬試験結果
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緊急脱圧操作模擬試験結果
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緊急脱圧操作模擬試験結果
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緊急脱圧操作模擬試験結果 流体温度については、Model Aが実験値を説明しやすい。
メタル温度については、Model Bが良く実験値に合っている。 実際の現象では 脱圧時の飛沫同伴の影響は？ 液面が存在するとき、沸騰はどこで起きるのか？ （気液界面ではなく、液ヘッドがかかっている容器底部での核沸騰） 液だまりの場所
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蒸留塔のコンデンサー (Total Condenserの場合)
・応答が比較的速い コンデンサーの伝熱面積を調節する ・冷媒の流速を一定に保持することが可能
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蒸留塔のコンデンサー (Total Condenserの場合)
モデリングに必要な変数
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蒸留塔のコンデンサー (Total Condenserの場合)
冷媒側で制御するか伝熱面積で制御するか？
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蒸留塔のコンデンサー (Total Condenserの場合)
Dew-Bubble-Pointの差が大きい場合 冷却水の流速の確保 応答性
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運転訓練シミュレータ DCS画面 インストラクタパネル
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運転訓練シミュレータ 課題 圧流バランス 差圧の小さい部分の取り扱い （積分ステップサイズと誤差の関係）
プロセスプラントに於ける教育訓練の目的では、 現在のダイナミックシミュレータは目的をある程度達成しているが、 実際の挙動とのチューニングが必要であり、 また、運転データの無い領域のチューニングも課題である。 課題 圧流バランス 差圧の小さい部分の取り扱い （積分ステップサイズと誤差の関係） 単位操作 単位操作を分割する必要が良くある。 さらにモデルのカスタマイズも。 気液2相流 Mixing、気液非平衡（ドラム滞留液）、 エントレイメントの影響。 流れの伝播 液流れの伝播（ダウンカマー）、 気相の滞留量（蒸留塔内のガスホールド アップの問題）など。 集中定数系と分布定数系 ハイブリッドシミュレータの必要性 定常シミュレータとの関連 定常解の活用 詳細な運転トレースとこれに関連したデータ収集 今後の改良？
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まとめ 安全の検討や教育(技術・技能伝承）のニーズは今後ますます増加すると考えられシミュレータの発展には今後も期待している。
連続系石油・石化プロセスにおけるダイナミックシミュレーションに関して、現時点ではツールは種々市販され適用範囲も拡大しているが多方面の目的をカバーするため個別のツールを工夫しながら使いこなす場合が存在する。 安全の検討や教育(技術・技能伝承）のニーズは今後ますます増加すると考えられシミュレータの発展には今後も期待している。
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