(57)【要約】【課題】熱伝達媒体と反応器内の媒体との間で熱交換を生じさせることで反応器内の温度を制御する化学プロセスにおいて、熱伝熱媒体の温度および流量に制約がある場合であっても、反応器内の温度を適切に制御することのできる制御方法、システムおよびプログラムを提供する。【解決手段】設定コントローラ７０は、飽和蒸気圧実績値が所定の操作可能範囲を逸脱したか否かを判断し、逸脱したタイミングで、温度コントローラ３２に対して設定する原料供給温度目標値を変更する。この際、設定コントローラ７０は、原料供給量実績値、反応器温度についての制御偏差、および、飽和蒸気圧実績値（熱媒体供給温度実績値）を用いて、反応器２における熱バランスに基づいて、新たな原料供給温度目標値を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、熱伝達媒体を循環的に供給して前記反応器内の媒体と熱交換させることで前記反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、前記反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手段とを含む化学プロセスにおける制御方法であって、
前記熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させるステップと、
前記反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出するステップと、
前記温度偏差に応じた目標値と一致するように、前記熱伝達媒体の温度を制御するステップと、
前記原料の温度についての目標値と一致するように、前記少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御するステップと、
前記第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断するステップと、
前記温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、前記反応器内の熱バランスの関係に基づいて、前記原料の温度についての目標値を変更するステップとを備える、化学プロセスにおける制御方法。
【請求項２】
前記目標値を変更するステップは、
前記反応器内へ供給される原料の供給量と、前記温度偏差と、前記熱伝達媒体の温度とを用いて、目標値の変更量を決定するステップと、
現在の目標値を当該決定された目標値の変更量で補正することで新たな目標値を決定するステップとを含む、請求項１に記載の化学プロセスの制御方法。
【請求項３】
前記目標値を変更するステップは、前記第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したと判断されたタイミングで実行される一方で、前記第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲内に復帰したタイミングでは実行されない、請求項１または２に記載の化学プロセスの制御方法。
【請求項４】
前記温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断するステップは、前記熱伝達媒体の温度が所定範囲内に存在するか否かを判断するステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学プロセスの制御方法。
【請求項５】
前記第１温度調整手段が前記反応器内を冷却するように構成されるとともに、前記第２温度調整手段が前記原料を加熱するように構成され、
前記熱伝達媒体は、水であり、
前記第１温度調整手段は、前記熱伝達媒体の循環経路上に配置された、前記熱伝達媒体を蓄えるドラムを含み、
前記熱伝達媒体の温度を制御するステップは、前記ドラム内の飽和蒸気圧を制御するステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学プロセスの制御方法。
【請求項６】
前記原料を予め設定されている供給量で前記反応器内へ供給するステップをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学プロセスの制御方法。
【請求項７】
化学プロセスを処理するためのシステムであって、
原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、
熱伝達媒体を循環的に供給して前記反応器内の媒体と熱交換させることで前記反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、
前記反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手
段と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させる手段と、
前記反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出する手段と、
前記温度偏差に応じた目標値と一致するように、前記熱伝達媒体の温度を制御する手段と、
前記原料の温度についての目標値と一致するように、前記少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御する手段と、
前記第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断する手段と、
前記温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、前記反応器内の熱バランスの関係に基づいて、前記原料の温度についての目標値を変更する手段とを含む、システム。
【請求項８】
原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、熱伝達媒体を循環的に供給して前記反応器内の媒体と熱交換させることで前記反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、前記反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手段とを含む化学プロセスを制御するためのプログラムであって、前記プログラムは、コンピュータを
前記熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させる手段、
前記反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出する手段、
前記温度偏差に応じた目標値と一致するように、前記熱伝達媒体の温度を制御する手段、
前記原料の温度についての目標値と一致するように、前記少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御する手段、
前記第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断する手段、および
前記温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、前記反応器内の熱バランスの関係に基づいて、前記原料の温度についての目標値を変更する手段、として機能させる、化学プロセスを制御するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、化学プロセスにおける制御方法、化学プロセスを処理するためのシステム、および化学プロセスを制御するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原料を反応器内に連続的に供給して化学反応を進行させる化学プロセス（連続流通型の反応器）においては、反応器内の温度を適正に制御する必要がある。たとえば、反応器内で発熱反応が生じるプロセスでは、発熱に伴う反応器内の温度上昇を制御するために、反応器内に冷却媒体を循環させることで、冷却（除熱）を行なう構成が知られている。同様に、反応器内で吸熱反応が生じるプロセスでは、吸熱に伴う反応器内の温度低下を制御するために、反応器内に加熱媒体を循環させることで、加熱（昇温）を行なう構成が知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００８−３００３３号公報（特許文献１）には、固定層反応器において、温度調整を行なう構成が開示されている。より具体的には、特許文献１には、触媒が充填された反応管を多数内蔵した反応器シェルに対して、熱伝達媒体を循環的に供給することで、温度調整（特許文献１の例では、除熱）が行なわれる化学プロセスが開示されている。また、特開２００１−１３７６８９号公報（特許文献２）や特表２００２−５３８９５１号公報（特許文献３）にも同様の化学プロセスが開示されている。なお、熱伝達媒体としては、水の他に、特許文献１に開示されるように塩浴などがよく使用される。
【０００４】
このような固定層反応器においては、温度制御を適切に行なうために、主として、反応管長手方向での触媒の充填密度や活性の適正配置や、滞留部を無くすために熱伝達媒体の流動性の円滑化などが考慮される。
【０００５】
また、国際公開第０９／０７８４９０号パンフレット（特許文献４）には、反応熱により原料に相変化が生じる化学プロセスが開示されている。この特許文献４に開示される反応器においては、化学反応によって生じる反応熱によって、液相の原料が気相へ相変化する。このような化学プロセスにおいては、除熱管やジャケットにより反応器自体の温度調整がなされる一方で、主として、原料組成を調整して発生する反応熱の熱量が調整される。特許文献４に開示される化学プロセスにおいては、反応生成物（気相）に含まれる未反応原料（液相）を回収するとともに、反応器を２分割して中間で回収した未反応原料を噴霧することで反応温度が制御される。
【０００６】
このように、原料の少なくとも一部が液相から気相へ相変化する反応器においては、気相潜熱の変化を考慮することが重要である。
【０００７】
また、国際公開第９５／２１６９２号パンフレット（特許文献５）には、流動層反応器の温度制御方法が開示されている。この温度制御方法では、流動層反応器の流動層形成部に複数の除熱管を設置し、これらの除熱管のうち少なくとも一つの除熱管には定常速度で冷媒が供給されるとともに、他の少なくとも一つの除熱管には可変速度で冷媒が供給される。
【０００８】
さらに、特開２００８−４３８９４号公報（特許文献６）および特開２００８−８０２１９号公報（特許文献７）には、気相発熱反応に用いる流動層反応器において、複数系列の除熱管を設けることで、より詳細に温度を制御するための方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３００３３号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７６８９号公報
【特許文献３】特表２００２−５３８９５１号公報
【特許文献４】国際公開第０９／０７８４９０号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９５／２１６９２号パンフレット
【特許文献６】特開２００８−４３８９４号公報
【特許文献７】特開２００８−８０２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のような反応器との間で熱を遣り取りすることで反応器内の温度を制御するプロセスにおいては、その遣り取りによって生じた熱（温熱または冷熱）を別のプロセスなどにおいて再利用する場合もある。そのような場合には、反応器内での発熱反応または吸熱反応により生じる熱の絶対量が減少した場合であっても、その熱を再利用する別プロセスでの制約上、熱の遣り取りに用いる熱伝達媒体の温度を大きく変更できないことがある。また、熱伝達媒体として塩浴を用いる場合には、その温度を塩浴の凝固点から熱分解により変質しはじめるまでの範囲内に維持する必要がある。さらに、熱伝達を効率よく行なうためには、循環する熱伝達媒体の流量を所定レベルに維持する必要もある。その結果、反応器内での温度変動が相対的に大きくなり、反応生成物の品質に影響を及ぼす可能性がある。
【００１１】
しかしながら、上述の特許文献１〜７は、いずれも、熱伝達媒体の供給能力が十分であることを前提とした技術であるため、上述のような熱伝達媒体の温度や流量について制約があるようなプロセスには適用できなかった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱伝達媒体と反応器内の媒体との間で熱交換を生じさせることで反応器内の温度を制御する化学プロセスにおいて、熱伝達媒体の温度および流量に制約がある場合であっても、反応器内の温度を適切に制御することのできる制御方法、システムおよびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のある局面によれば、原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、熱伝達媒体を循環的に供給して反応器内の媒体と熱交換させることで反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手段とを含む化学プロセスにおける制御方法を提供する。本制御方法は、熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させるステップと、反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出するステップと、温度偏差に応じた目標値と一致するように、熱伝達媒体の温度を制御するステップと、原料の温度についての目標値と一致するように、少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御するステップと、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断するステップと、温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、反応器内の熱バランスの関係に基づいて、原料の温度についての目標値を変更するステップとを含む。
【００１４】
好ましくは、目標値を変更するステップは、反応器内へ供給される原料の供給量と、温度偏差と、熱伝達媒体の温度とを用いて、目標値の変更量を決定するステップと、現在の目標値を当該決定された目標値の変更量で補正することで新たな目標値を決定するステッ
プとを含む。
【００１５】
好ましくは、目標値を変更するステップは、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したと判断されたタイミングで実行される一方で、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲内に復帰したタイミングでは実行されない。
【００１６】
好ましくは、温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断するステップは、熱伝達媒体の温度が所定範囲内に存在するか否かを判断するステップを含む。
【００１７】
好ましくは、第１温度調整手段が反応器内を冷却するように構成されるとともに、第２温度調整手段が原料を加熱するように構成され、熱伝達媒体は、水である場合に、第１温度調整手段は、熱伝達媒体の循環経路上に配置された、熱伝達媒体を蓄えるドラムを含み、熱伝達媒体の温度を制御するステップは、ドラム内の飽和蒸気圧を制御するステップを含む。
【００１８】
好ましくは、本制御方法は、原料を予め設定されている供給量で反応器内へ供給するステップをさらに含む。
【００１９】
この発明の別の局面に従えば、化学プロセスを処理するためのシステムを提供する。本システムは、原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、熱伝達媒体を循環的に供給して反応器内の媒体と熱交換させることで反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手段と、制御装置とを含む。制御装置は、熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させる手段と、反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出する手段と、温度偏差に応じた目標値と一致するように、熱伝達媒体の温度を制御する手段と、原料の温度についての目標値と一致するように、少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御する手段と、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断する手段と、温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、反応器内の熱バランスの関係に基づいて、原料の温度についての目標値を変更する手段とを含む。
【００２０】
この発明のさらに別の局面に従えば、原料を反応器内へ供給する原料供給手段と、熱伝達媒体を循環的に供給して反応器内の媒体と熱交換させることで反応器内を冷却または加熱する第１温度調整手段と、反応器内へ供給される原料を加熱または冷却する少なくとも１つの第２温度調整手段とを含む化学プロセスを制御するためのプログラムを提供する。本プログラムは、コンピュータを、熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させる手段、反応器内の温度を取得して、予め設定されている反応器内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出する手段、温度偏差に応じた目標値と一致するように、熱伝達媒体の温度を制御する手段、原料の温度についての目標値と一致するように、少なくとも１つの第２温度調整手段による温度調整量を制御する手段、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断する手段、および、温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、反応器内の熱バランスの関係に基づいて、原料の温度についての目標値を変更する手段、として機能させる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、熱伝達媒体と反応器内の媒体との間で熱交換を生じさせることで反応器内の温度を制御する化学プロセスにおいて、熱伝達媒体の温度および流量に制約がある場合であっても、反応器内の温度を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に関連する化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に従うプロセス制御に係る処理手順を提供するための機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に従うシステムにおけるプロセス制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に従う制御方法による効果を計算機シミュレーションによって評価した結果（その１）を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に従う制御方法による効果を計算機シミュレーションによって評価した結果（その２）を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に従う制御方法による効果を計算機シミュレーションによって評価した結果（その３）を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に従う制御方法を提供するためのコンピュータのハードウェア構成を示す概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例１に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例２に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例３に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
本実施の形態に従う化学プロセスの制御方法について説明する前に、先に、本発明に関連する化学プロセスの制御方法について説明する。その上で、本実施の形態に従う化学プロセスの制御方法について、この関連する化学プロセスの制御方法からの改善点を中心に説明する。
【００２５】
＜関連プロセス＞
図１は、本発明に関連する化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。図１を参照して、本発明に関連するシステム３００は、連続流通型の反応器２を中心に構成される。なお、図１に示すシステム３００においては、典型例として、供給される原料Ａが発熱反応を生じ得るプロセスを例示するが、供給される原料Ａが吸熱反応を生じるプロセスであっても、同様に適用可能である。
【００２６】
反応器２の内部には、所定量の反応原料Ｂが存在する。この原料Ｂは、予め反応器２に装填されていてもよいし、反応の進行に伴って順次追加あるいは抜き出しされてもよい。
【００２７】
反応器２の一端（図１においては、底部）から供給される原料Ａは、反応器２内の原料Ｂと触れることで、化学反応を生じる。そして、化学反応によって生成された反応生成物は、反応器２の他端（図１においては、頂部）から次工程へ送られる。すなわち、システム３００には、原料Ａを反応器２内へ供給する原料供給手段が設けられる。なお、本発明に関連する化学プロセスおよび後述する本実施の形態に従う化学プロセスは、液相反応および気相反応のいずれにも適用が可能である。そのため、原料Ａとしては、気体および液体のいずれの状態であってもよく、また、反応器２内に存在する原料Ｂについても、気体、液体、および固体のいずれであってもよい。なお、原料Ｂとしては、自身が化学反応を生じる物質の他に、化学反応を促進するための触媒を含み得る。
【００２８】
反応器２への原料Ａの供給経路２６には、予熱器１０が設けられており、原料Ａは、予熱器１０により目標温度（反応開始温度）まで昇温された状態で、反応器２へ連続的に供給される。すなわち、予熱器１０は、反応器２内へ供給される原料Ａを加熱または冷却（図１に示す例では「加熱」）する第２温度調整手段として機能する。一例として、予熱器１０は、原料Ａが外部から供給される熱伝達媒体（図１に示す例では「加熱媒体」）との間で熱交換を行なうように構成されている。この構成においては、予熱器１０における加熱能力は、予熱器１０へ供給される熱伝達媒体の流量（すなわち、原料Ａと熱交換する媒体量）を調整することで制御される。
【００２９】
この反応器２へ供給される原料Ａについては、供給量（流量）および温度が制御される。より具体的には、原料Ａを反応器２内へ供給する原料供給手段は、その流量制御系として、供給経路２６上に設置された流量計２０および流調弁２２、ならびに、流量計２０および流調弁２２に接続された流量コントローラ２４を含む。また、原料供給手段は、その温度制御系として、加熱媒体の供給経路上に設置された流調弁２８および供給経路２６上に設置された温度計３０、ならびに、温度計３０および流調弁２８に接続された温度コントローラ３２を含む。
【００３０】
流量計２０は、典型的にはオリフィスを用いた差圧型流量計であり、反応器２へ供給される原料Ａの単位時間あたりの量（流量）を検出し、その検出した値（実績値）を流量コントローラ２４へ出力する。流量コントローラ２４は、典型的にはＰＩＤ調節計であり、流量計２０からの実績値が予め設定される原料供給量目標値と一致するように、流調弁２２に対して開度指令を与える。すなわち、流量コントローラ２４は、反応器２内へ供給される原料Ａの単位時間あたりの量（流量）についてのフィードバック制御を行なう。そのため、原料Ａは、予め設定されている供給量で反応器２内へ供給される。
【００３１】
温度計３０は、典型的には熱電対温度計であり、反応器２へ供給される原料Ａの温度（原料供給温度）を検出し、その検出した値（実績値）を温度コントローラ３２へ出力する。温度コントローラ３２は、典型的にはＰＩＤ調節計であり、温度計３０からの実績値が予め設定される原料供給温度目標値と一致するように、流調弁２８に対して開度指令を与える。この流調弁２８の開度に応じて、予熱器１０を流れる加熱媒体の流量が変化するため、原料Ａに与えられる予熱量が調整できる。すなわち、温度コントローラ３２は、反応器２内へ供給される原料Ａの温度（原料供給温度）についてのフィードバック制御を行なう。
【００３２】
さらに、反応器２には、反応器２内の温度を制御するための除熱器４が設置されている。上述したように、本発明に関連する化学プロセスおよび後述する本実施の形態に従う化学プロセスにおいて生じる化学反応は、発熱反応であり、この原料Ａの化学反応によって発生する熱を除熱器４で反応器２外に取り出すことで、反応器２内の温度を適正な値に制御する。
【００３３】
除熱器４は、典型的には、１または複数の熱交換器またはジャケットを含み、これらの熱交換器またはジャケットには、貯留ドラム６から熱伝達媒体が供給される。すなわち、貯留ドラム６に蓄えられている熱伝達媒体は、供給経路４４を介して除熱器４へ輸送されるとともに、除熱器４で反応器２内の媒体（雰囲気ガス、液相媒体、触媒など）との間の熱交換に使用され、そして、排出経路４６を介して貯留ドラム６へ戻される。このように、熱伝達媒体を循環的に供給して反応器２内の媒体と熱交換させることで、反応器２内が冷却される。なお、熱伝達媒体を循環させるために、供給経路４４には、ブースターポンプ８が設けられている。
【００３４】
なお、反応器２と除熱器４とを一体的に構成してもよい。この場合には、反応器２のシェル側に熱伝達媒体を流通させる、いわゆる多管式反応器を採用してもよい。あるいは、反応器２内に、コイル型、管型、パネル型といった各種の熱交換器を除熱器４として設けてもよい。
【００３５】
貯留ドラム６には、熱伝達媒体（冷却媒体）として飽和温度の水（熱水）が蓄えられている。そして、貯留ドラム６内のドラム圧力が後述するような制御系によって調整されることで、熱伝達媒体である熱水の飽和温度が間接的に変更される。すなわち、熱伝達媒体を蓄える貯留ドラム６は、熱伝達媒体の循環経路上に配置され、この貯留ドラム６内の飽和蒸気圧を制御することで、熱伝達媒体の温度が制御される。
【００３６】
このように、除熱器４および貯留ドラム６は、熱伝達媒体を循環的に供給して反応器２内の媒体と熱交換させることで反応器２内を冷却または加熱（図１に示す例では「冷却」）する第１温度調整手段として機能する。
【００３７】
また、ドラム圧力の調整に従って、貯留ドラム６の外へ飽和蒸気が放出されると、貯留ドラム６には、その放出に伴う熱伝達媒体の減少量に応じた量の水（熱水）が補給される。
【００３８】
本発明に関連するシステム３００においては、反応器２内の温度（反応器温度）に応じて、除熱器４へ供給される熱伝達媒体の流量、すなわち、熱伝達媒体の循環量が制御される。また、熱伝達媒体の温度、および貯留ドラム６に蓄えられている熱伝達媒体の量が制御される。
【００３９】
より具体的には、熱伝達媒体の流量制御系は、温度コントローラ５４と流量コントローラ５８とによるいわゆるカスケードループを含む。熱伝達媒体の流量制御系は、さらに、供給経路４４上に設置された流量計５６および流調弁４８と、反応器内に設置された温度計５２とを含む。
【００４０】
温度計５２は、典型的には熱電対温度計であり、反応器２内の温度を検出し、その検出した値（実績値）を温度コントローラ５４へ出力する。温度コントローラ５４は、典型的にはＰＩＤ調節計であり、予め設定される反応器温度目標値に対する温度計５２からの実績値の偏差に応じた制御出力を、流量コントローラ５８へ出力する。
【００４１】
流量計５６は、典型的にはオリフィスを用いた差圧型流量計であり、除熱器４へ供給される熱伝達媒体の単位時間あたりの量（流量）を検出し、その検出した値（実績値）を流量コントローラ５８へ出力する。流量コントローラ５８は、温度コントローラ５４からの制御出力を熱媒体供給量目標値として扱い、流量計５６からの実績値がこの熱媒体供給量目標値と一致するように、流調弁４８に対して開度指令を与える。
【００４２】
また、熱伝達媒体の温度制御系は、飽和蒸気の取り出し経路に設置された流調弁５０と、貯留ドラム６内に設置された圧力計６０と、圧力計６０および流調弁５０に接続された圧力コントローラ６２と、補給水の供給経路に設置された流調弁４０と、反応器内に設置されたレベル計６４と、レベル計６４および流調弁４０に接続されたレベルコントローラ６６とを含む。
【００４３】
圧力計６０は、典型的には半導体歪みゲージを用いた感圧式圧力計であり、貯留ドラム６内のドラム圧力（飽和蒸気圧）を検出し、その検出した値（実績値）を圧力コントローラ６２へ出力する。圧力コントローラ６２は、典型的にはＰＩＤ調節計であり、圧力計６０からの実績値が予め設定される飽和蒸気圧目標値と一致するように、流調弁５０に対し
て開度指令を与える。すなわち、圧力コントローラ６２は、貯留ドラム６内の飽和蒸気圧、すなわち、除熱器４へ供給される熱伝達媒体の温度についてのフィードバック制御を行なう。
【００４４】
レベル計６４は、典型的には静電容量式のレベル計であり、貯留ドラム６内の熱伝達媒体の貯留量（レベル）を検出し、その検出した値（実績値）をレベルコントローラ６６へ出力する。レベルコントローラ６６は、典型的にはＰＩＤ調節計であり、レベル計６４からの実績値が予め設定されるレベル目標値と一致するように、流調弁４０に対して開度指令を与える。すなわち、レベルコントローラ６６は、貯留ドラム６内の熱伝達媒体の貯留量についてのフィードバック制御を行なう。
【００４５】
＜関連プロセスについての課題＞
図１に示す本発明に関連するシステム３００においては、以下のような課題がある。
【００４６】
図１に示すシステム３００においては、除熱器４へ供給される熱伝達媒体は、その温度が一定に保たれるように制御されており、除熱量の制御は、熱伝達媒体の供給量（循環量）を調整することで実現される。そのため、反応器２内の反応度が低下して発熱量が減少した場合には、熱バランスを保つために、熱伝達媒体の循環量（除熱量）も減少させる必要がある。しかしながら、熱伝達を円滑に行なうとの観点からは、熱伝達媒体の循環量は所定レベルを維持しなければならない。これは、熱伝達媒体の循環量が低下すると、除熱器４内の熱伝達媒体中に気泡が生じることなどによって流動性が変化し、循環量の制御が困難になるためである。そのため、反応器２内を本来の温度に維持することができず、反応生成物の品質に影響を及ぼす可能性がある。また、気泡の割合が増加すると、冷却効率も低下し得る。
【００４７】
＜本実施の形態に従うプロセス＞
図２は、本発明の実施の形態に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。図２を参照して、本実施の形態に従うシステム１００は、図１に示す本発明に関連するシステム３００に比較して、（ａ）流量コントローラ５８がカスケードループからシングルループに変更された点、（ｂ）圧力コントローラ６２がシングルループからカスケードループに変更された点、（ｃ）温度コントローラ３２に対して原料供給温度目標値を動的に設定する設定コントローラ７０が付加された点、の３点が異なっている。
【００４８】
本実施の形態に従うシステム１００における反応器温度に対する操作要素としては、（ｉ）除熱器４へ供給する熱伝達媒体の温度（熱媒体供給温度）、および（ｉｉ）反応器２へ供給する原料Ａの温度（原料供給温度）が採用される。
【００４９】
一方、熱伝達を円滑に行なうとの観点から、除熱器４へ供給する熱伝達媒体の流量は、基本的には、所定の目標値に固定される。なお、この熱伝達媒体の流量についての目標値は、除熱器４（除熱管）における熱交換の効率が最もよくなるような値に設定される。
【００５０】
特に、貯留ドラム６から取り出される飽和蒸気が別のプロセスにおいて利用される場合には、飽和蒸気の圧力の操作可能範囲（すなわち、熱媒体供給温度の操作可能範囲）が制限されることが多い。
【００５１】
そこで、本実施の形態に従うシステム１００においては、主として、除熱器４へ供給する熱伝達媒体の温度（熱媒体供給温度）を調整するとともに、反応器２における反応度などの変動に応じて、反応器２へ供給する原料Ａの温度（原料供給温度）を調整する。より具体的には、後述するように、熱伝達媒体温度の調整だけでは反応器温度を十分に調整することができないと判断した場合に、原料供給温度を調整する。
【００５２】
より具体的には、温度コントローラ５４は、予め設定される反応器温度目標値に対する温度計５２からの実績値の偏差に応じた制御出力を、流量コントローラ５８ではなく、圧力コントローラ６２へ出力する。圧力コントローラ６２は、温度コントローラ５４からの制御出力を飽和蒸気圧目標値として扱い、圧力計６０からの実績値がこの飽和蒸気圧目標値と一致するように、流調弁５０に対して開度指令を与える。このように、貯留ドラム６内の飽和蒸気圧が調整されることで、貯留ドラム６に蓄えられている熱伝達媒体の温度が間接的に調整される。したがって、圧力コントローラ６２が飽和蒸気圧を制御することで、反応器２内の温度が所定の目標温度となるように、除熱器４による除熱量が制御される。すなわち、反応器２内の温度制御は、温度コントローラ５４と圧力コントローラ６２とによるいわゆるカスケードループとして提供される。
【００５３】
一方、流量コントローラ５８は、予め設定された熱媒体供給量目標値に基づいて、流量計５６からの実績値がこの熱媒体供給量目標値と一致するように、流調弁４８に対して開度指令を与える。
【００５４】
また、温度コントローラ３２は、設定コントローラ７０によって設定される原料供給温度目標値に基づいて、温度計３０からの実績値がこの原料供給温度目標値と一致するように、流調弁２８に対して開度指令を与える。
【００５５】
設定コントローラ７０は、以下に詳述するように、熱媒体供給温度がその操作可能範囲を逸脱するような状況であると判断すると、温度コントローラ３２に対して設定する原料供給温度目標値を変更する。反応器２内の熱バランスを考慮して、熱媒体供給温度がその操作可能範囲内に維持されるように、原料供給温度目標値を変更する。
【００５６】
すなわち、除熱器４に対して熱伝達媒体を循環的に供給する第１温度調整手段（図１に示す例では、冷却手段）がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断し、温度調整の能力範囲を逸脱したと判断された場合に、反応器２内の熱バランスの関係に基づいて、原料供給温度目標値が変更される。
【００５７】
なお、以下の説明では、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かの判断は、熱媒体供給温度（実際は、飽和蒸気圧実績値）が操作可能範囲内に存在するか否かに基づいて行われる例を示すが、たとえば、補給水の供給量といった他のファクタを用いてもよい。
【００５８】
このように、貯留ドラム６内の飽和蒸気圧の調整による除熱量の制御と、原料供給温度の制御とを組み合わせることで、熱媒体供給温度についての操作可能範囲が制限されている場合であっても、反応器温度を適切に制御することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態に従うシステム１００においては、熱媒体供給温度の調整（第１温度調整手段による温度調整）を主制御として、原料供給温度の調整（第２温度調整手段による温度調整）を副制御としているが、両調整を並列的に実行してもよい。
【００６０】
＜制御構造＞
図３は、本発明の実施の形態に従うプロセス制御に係る処理手順を提供するための機能ブロック図である。なお、図３に示す各機能ブロックは、代表的に、後述するようにコンピュータがプログラムを実行することで実現される。
【００６１】
図３を参照して、本実施の形態に従うシステム１００は、制御構造として、レベルコントローラ（ＰＩＤ）６６と、流量コントローラ（ＰＩＤ）５８と、流量コントローラ（Ｐ
ＩＤ）２４と、温度コントローラ（ＰＩＤ）５４と、圧力コントローラ（ＰＩＤ）６２と、設定コントローラ（ＳＥＱ）７０と、温度コントローラ（ＰＩＤ）３２とを含む。
【００６２】
上述したように、レベルコントローラ６６は、ＰＩＤ制御に従って、レベル実績値が予め設定されるレベル目標値と一致するように、流調弁４０に対して開度指令（操作量）を出力する。
【００６３】
流量コントローラ５８は、ＰＩＤ制御に従って、熱媒体供給量実績値が予め設定される熱媒体供給量目標値と一致するように、流調弁４８に対して開度指令（操作量）を出力する。
【００６４】
流量コントローラ２４は、ＰＩＤ制御に従って、原料供給量実績値が予め設定される原料供給量目標値と一致するように、流調弁２２に対して開度指令（操作量）を出力する。
【００６５】
温度コントローラ５４は、ＰＩＤ制御に従って、予め設定される反応器温度目標値に対する反応器温度実績値の偏差に応じた制御量（制御偏差）を圧力コントローラ６２および設定コントローラ７０へ出力する。
【００６６】
圧力コントローラ６２は、温度コントローラ５４からの偏差出力を飽和蒸気圧目標値とみなして、ＰＩＤ制御に従って、飽和蒸気圧実績値がその飽和蒸気圧目標値と一致するように、流調弁５０に対して開度指令（操作量）を出力する。
【００６７】
設定コントローラ７０は、飽和蒸気圧実績値が所定の操作可能範囲を逸脱したか否かを判断し、逸脱したタイミングで、温度コントローラ３２に対して設定する原料供給温度目標値を変更する。この際、設定コントローラ７０は、原料供給量実績値、反応器温度についての制御偏差、および、飽和蒸気圧実績値（熱媒体供給温度実績値）を用いて、反応器２における熱バランスに基づいて、新たな原料供給温度目標値を算出する。
【００６８】
温度コントローラ３２は、ＰＩＤ制御に従って、原料供給温度実績値が設定コントローラ７０により設定される原料供給温度目標値と一致するように、流調弁２８に対して開度指令（操作量）を出力する。
【００６９】
＜原料供給温度目標値の更新処理＞
以下、図３に示す設定コントローラ７０における原料供給温度目標値の更新処理について説明する。
【００７０】
反応器２の定常状態においては、原料Ａの化学反応によって生じる反応熱は、除熱器４による除熱量、原料Ａの持ち込み熱量、反応生成物の持ち出し熱量と熱バランスする。そのため、以下に示すような（１）式が成立する。
【００７１】
Ｑｒ＝Ｕ・Ａ・（Ｔｒ−Ｔｊ）＋Ｆｉ・Ｃｐｏ・Ｔｒ−Ｆｉ・Ｃｐｉ・Ｔｉ  …（１）
ただし、Ｑｒ：反応熱、Ｕ：除熱器４の総括伝熱係数、Ａ：除熱器４の伝熱面積、Ｆｉ：原料Ａ供給量、Ｃｐｉ：原料Ａの比熱、Ｃｐｏ：反応生成物の比熱、Ｔｒ：反応器温度、Ｔｊ：熱媒体供給温度、Ｔｉ：原料供給温度である。
【００７２】
ここで、（１）式に基づいて、反応器温度Ｔｒが変動した場合（Ｔｒ→Ｔｒ＋ΔＴｒ）において、原料供給温度Ｔｉを変更する（Ｔｉ→Ｔｉ＋ΔＴｉ）ことにより、熱媒体供給温度Ｔｊを熱媒体供給温度の操作可能範囲の中央値Ｔｓに維持することを考えると、以下に示すような（２）式を導出できる。
【００７３】
Ｑｒ＝Ｕ・Ａ・（Ｔｒ＋ΔＴｒ−Ｔｓ）＋Ｆｉ・Ｃｐｏ・（Ｔｒ＋ΔＴｒ）−Ｆｉ・Ｃｐｉ・（Ｔｉ＋ΔＴｉ）  …（２）
ただし、ΔＴｒ：反応器温度変動量（制御偏差）、ΔＴｉ：原料供給温度変更量である。
【００７４】
上記（１）式と（２）式との間で差をとり、原料供給温度変更量ΔＴｉについて解くと、以下に示すような（３）式が成立する。
【００７５】
ΔＴｉ＝｛Ｕ・Ａ・（ΔＴｒ＋Ｔｊ−Ｔｓ）｝／（Ｆｉ・Ｃｐｉ）＋（Ｃｐｏ／Ｃｐｉ）・ΔＴｒ  …（３）
したがって、設定コントローラ７０は、原料供給温度目標値を更新する必要があると判断すると、上述の（３）式に従って、原料供給温度変更量ΔＴｉを算出し、変更前の原料供給温度目標値にこの算出した原料供給温度変更量ΔＴｉを加算することで、新たな原料供給温度目標値を決定する。すなわち、設定コントローラ７０は、現在の原料供給温度目標値を上記のように決定された原料供給温度変更量ΔＴｉで補正することで新たな原料供給温度目標値を決定する。
【００７６】
なお、反応器２内において、反応による相変化がない場合には、原料Ａの比熱Ｃｐｉ＝反応生成物の比熱Ｃｐｏと考えて、原料供給温度変更量ΔＴｉを算出してもさしつかえはない。
【００７７】
また、反応器２内において、反応による相変化がある（たとえば、原料の少なくとも一部を液相で供給し、反応熱により気相化する）場合には、原料Ａの比熱Ｃｐｉ≠反応生成物の比熱Ｃｐｏであるので、上述の（１）式の左辺を、原料Ａの気相潜熱量Ｑｖを用いて気相潜熱の変化について考慮した項“Ｑｒ＋Ｑｖ”に変更した上で、上述の（２）式および（３）式を解くことで、原料供給温度変更量ΔＴｉを算出できる。
【００７８】
さらに、反応器２内に対して、原料Ｂの連続的な供給が行なわれる場合には、上述の（１）式の左辺を、さらに原料Ｂの顕熱量Ｑｃを用いて原料顕熱の変化について考慮した項“Ｑｒ＋Ｑｖ＋Ｑｃ”に変更した上で、上述の（２）式および（３）式を解くことで、原料供給温度変更量ΔＴｉを決定できる。
【００７９】
＜処理手順＞
次に、本実施の形態に従う制御方法の処理手順について説明する。図４は、本発明の実施の形態に従うシステム１００におけるプロセス制御の処理手順を示すフローチャートである。図４に示す処理手順は、所定周期（たとえば、１００ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃ）で繰り返し実行される。なお、図４には、図３に示すそれぞれのコントローラを１つの制御主体上に実装した場合の処理手順（直列処理）の例を示すが、それぞれのコントローラが互いに独立して動作可能なように実装した場合には、各ステップが並列的に実行されてもよい。また、コントローラによって先に演算された結果を当該コントローラに関連付けられた他のコントローラで利用するような処理を除いて、各ステップの実行順序は図４に示すものには限定されない。
【００８０】
図４を参照して、ステップＳ２において、流量計２０により検出される原料供給量実績値を取得する。続くステップＳ４において、ＰＩＤ制御に従って、取得された原料供給量実績値と予め設定されている原料供給量目標値との間の偏差から、流調弁２２に対する開度指令を算出する。
【００８１】
ステップＳ６において、流量計５６により検出される熱媒体供給量実績値を取得する。
続くステップＳ８において、ＰＩＤ制御に従って、取得された熱媒体供給量実績値と予め設定されている熱媒体供給量目標値との間の偏差から、流調弁４８に対する開度指令を算出する。すなわち、熱伝達媒体を予め設定されている供給量で循環させる。
【００８２】
ステップＳ１０において、温度計５２により検出される反応器温度実績値を取得する。続くステップＳ１２において、ＰＩＤ制御に従って、取得された反応器温度実績値と予め設定されている反応器温度目標値との間の偏差に応じた、制御偏差を算出する。すなわち、反応器２内の温度を取得して、予め設定されている反応器２内の温度についての目標値に対する温度偏差を算出する。
【００８３】
続くステップＳ１４において、圧力計６０により検出される飽和蒸気圧実績値を取得する。さらに続くステップＳ１６において、ＰＩＤ制御に従って、取得された飽和蒸気圧実績値と予め設定されている飽和蒸気圧目標値との間の偏差から、流調弁５０に対する開度指令を算出する。すなわち、反応器２内の温度偏差に応じた目標値と一致するように、熱伝達媒体の温度を制御する。
【００８４】
ステップＳ１８において、ステップＳ１４において取得された飽和蒸気圧実績値が操作可能範囲を逸脱したか否かを判断する。すなわち、前回の演算周期において飽和蒸気圧実績値が操作可能範囲内であったものが、今回の演算周期において操作可能範囲外になったか否かを判断する。このように、ステップＳ１８においては、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したか否かを判断する。飽和蒸気圧実績値が操作可能範囲を逸脱した場合には、処理はステップＳ２０へ進む。このとき、ステップＳ１６において算出された流調弁５０に対する開度指令をキャンセルし、前回の演算周期において算出された開度指令を保持する。
【００８５】
一方、飽和蒸気圧実績値が操作可能範囲を逸脱していない場合には、処理はステップＳ２４へ進む。
【００８６】
ステップＳ２０において、ステップＳ２において取得された原料供給量実績値、ステップＳ１２において算出された制御偏差、および、ステップＳ１４において取得された飽和蒸気圧実績値に基づいて、上述の（３）式に従って、原料供給温度変更量ΔＴｉを算出する。続くステップＳ２２において、算出した原料供給温度変更量ΔＴｉを用いて、原料供給温度目標値を更新する。すなわち、温度調整の能力範囲を逸脱した場合に、反応器２内の熱バランスの関係に基づいて、原料Ａの温度についての目標値を変更する。
【００８７】
上述のように、ステップＳ１８においては、前回の演算周期において飽和蒸気圧実績値が操作可能範囲内であったものが、今回の演算周期において操作可能範囲外になったか否かのみが判断されるので、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲を逸脱したと判断されたタイミングにおいて、原料Ａの温度についての目標値が変更される一方で、第１温度調整手段がその温度調整の能力範囲内に復帰したタイミングでは、原料Ａの温度についての目標値は変更されない。
【００８８】
ステップＳ２４において、温度計３０により検出される原料供給温度実績値を取得する。続くステップＳ２６において、ＰＩＤ制御に従って、取得された原料供給温度実績値と原料供給温度目標値（ステップＳ２２が実行された場合には、更新後の原料供給温度目標値）との間の偏差から、流調弁２８に対する開度指令を算出する。すなわち、原料Ａの温度についての目標値と一致するように、加熱手段である予熱器１０による加熱量を制御する。
【００８９】
ステップＳ２８において、レベル計６４により検出されるレベル実績値を取得する。続
くステップＳ３０において、ＰＩＤ制御に従って、取得されたレベル実績値と予め設定されているレベル目標値との間の偏差から、流調弁４０に対する開度指令を算出する。
【００９０】
そして、今回の演算周期における処理は終了する。
＜シミュレーション例＞
上述した本実施の形態に従う制御方法を図２に示すシステム１００に適用した場合の効果を計算機シミュレーションによって確認した結果を以下に示す。
【００９１】
図５〜図７は、本発明の実施の形態に従う制御方法による効果を計算機シミュレーションによって評価した結果を示すグラフである。
（１．原料供給温度の制御無）
図５には、図１に示すシステム３００に相当するシステムにおいて、プロセスに外乱が生じた場合の挙動を評価したグラフを示す。このプロセスの外乱としては、以下の２種類を仮定した。
【００９２】
・除熱器４の総括伝熱係数Ｕ（上述の（１）式参照）が振幅１％、振動周期３００分の正弦波で変動
・除熱器４の総括伝熱係数Ｕが、６００分の間に−５％ドリフト（実際の設備において、反応度が変化することにより発熱量が変化する場合を間接的に表現したものである）
また、プロセスの前提条件としては、以下の内容とした。
【００９３】
・原料供給量および原料供給温度は一定とする
・熱伝達媒体の飽和蒸気圧の操作可能範囲の上限値を基準値＋０．２ＭＰａ、下限値を基準値−０．２ＭＰａとする
図５（ａ）は、図１に示す温度コントローラ３２についての、原料供給温度実績値（ＰＶ）および原料供給温度目標値（ＳＶ）の時間的変化を示す。この例では、原料供給温度目標値（ＳＶ）は変更されないので、原料供給温度実績値（ＰＶ）は、この原料供給温度目標値に従って、ほぼ一定値に維持されることがわかる。
【００９４】
図５（ｂ）は、流量コントローラ５８についての飽和蒸気圧の時間的変化、ならびに、温度コントローラ５４についての反応器温度目標値（ＳＶ）および反応器温度実績値（ＰＶ）の時間的変化を示す。
【００９５】
図５（ｂ）に示すように、飽和蒸気圧が操作可能範囲内におさまっている期間（プロセス開始〜時刻Ｔ１までの間）においては、反応器温度実績値が反応器温度目標値に基づいて制御されていることがわかる。しかしながら、飽和蒸気圧が操作可能範囲を逸脱（操作可能下限値に張り付いた状態）した期間（時刻Ｔ１以降）においては、反応器温度が制御不能となっており、反応器温度実績値が反応器温度目標値から大きく離れていくことがわかる。
（２．原料供給温度の制御動作）
図６には、図２に示すシステム１００において、原料供給温度を変更した場合の挙動を評価したグラフを示す。図６におけるプロセスの前提条件としては、以下の内容とした。
【００９６】
・原料供給量を一定とし、原料供給温度については温度コントローラ３２に従って調整する
・熱伝達媒体の飽和蒸気圧の操作可能範囲の上限値を基準値＋０．２ＭＰａ、下限値を基準値−０．２ＭＰａとする
図６においては、プロセスに外乱が生じていない状態で、原料供給温度目標値（ＳＶ）をステップ的に変更した場合の挙動をシミュレーションした。より具体的には、図６（ａ）に示すように、時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の各々において、原料供給温度目標値をステップ
的に変更した。
【００９７】
図６（ａ）に示すように、いずれの時刻においても、原料供給温度目標値の変更に応答して、原料供給温度実績値が追従していることがわかる。さらに、図６（ｂ）に示すように、原料供給温度の変更に伴って、反応器２内の熱バランスを維持しようとして、飽和蒸気圧（すなわち、熱媒体供給温度）が変更されていることがわかる。この原料供給温度の変更に応じた飽和蒸気圧の追従によって、反応器内温度がほぼ一定に維持されていることがわかる。すなわち、飽和蒸気圧（熱媒体供給温度）が操作可能範囲内にあれば、反応器温度への影響は小さいことがわかる。
（３．本実施の形態の制御動作）
図７には、図２に示すシステム１００において、プロセスに外乱が生じた場合の挙動を評価したグラフを示す。
【００９８】
図７に示すシミュレーションにおいて仮定した外乱は、上述の図５と同様に、以下の内容とした。
【００９９】
・除熱器４の総括伝熱係数Ｕ（上述の（１）式参照）が振幅１％、振動周期３００分の正弦波で変動
・除熱器４の総括伝熱係数Ｕが、６００分の間に−５％ドリフト
また、図７に示すシミュレーションにおけるプロセスの前提条件としては、上述の図６と同様に、以下の内容とした。
【０１００】
・原料供給量を一定とし、原料供給温度については温度コントローラ３２に従って調整する
・温度コントローラ３２に対して設定される原料供給温度目標値は、飽和蒸気圧が操作可能範囲を逸脱したタイミングで熱バランス式に基づいて更新する
・熱伝達媒体の飽和蒸気圧の操作可能範囲の上限値を基準値＋０．２ＭＰａ、下限値を基準値−０．２ＭＰａとする
図７に示すシミュレーションにおいては、上述の図５（ｂ）と同様に、プロセス開始から時刻Ｔ１が経過したタイミングで飽和蒸気圧が操作可能範囲を逸脱する。この時刻Ｔ１において、図７（ａ）に示すように、温度コントローラ３２に対して設定される原料供給温度目標値（ＳＶ）が変更される。この原料供給温度目標値の変更に伴って、原料供給温度実績値が低下するので、反応器２内の熱バランスの均衡が保たれるようになり、飽和蒸気圧（熱媒体供給温度）も、その操作可能範囲内に維持される。
【０１０１】
また、図７（ｂ）に示すように、反応器内温度実績値（ＰＶ）についても、ほぼ反応器内温度目標値（ＳＶ）と一致していることがわかる。
【０１０２】
このように、本実施の形態に従う制御方法によれば、飽和蒸気圧が操作可能範囲を逸脱することにより、反応器内温度を制御できなくなるといった状態を防止できる。
【０１０３】
＜ハードウェア構成＞
上述した本実施の形態に従う制御方法を実行するための制御機能は、代表的に、コンピュータによって提供される。
【０１０４】
図８は、本発明の実施の形態に従う制御方法を提供するためのコンピュータのハードウェア構成を示す概略構成図である。
【０１０５】
図８を参照して、コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、Ｒ
ＯＭ（Read Only Memory）１０４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６と、デジタ
ル入力Ｉ／Ｆ（Interface）１０８と、デジタル入力Ｉ／Ｆ１１０と、アナログ出力Ｉ／
Ｆ１１２と、アナログ出力Ｉ／Ｆ１１４とを含む。これらの各部は、内部バス１１６を介して相互にデータ通信可能に接続される。
【０１０６】
コンピュータでは、演算装置であるＣＰＵ１０２が、ＲＯＭ１０４などに予め定め格納されたプログラムをＲＡＭ１０６などに展開した上で実行することで、上述したような本実施の形態に従う制御方法を提供する。
【０１０７】
なお、本実施の形態に従うプログラムは、コンピュータに接続されるコンソール１５０からＲＯＭ１０４（もしくは、図示しないハードディスクドライブなど）へ転送されてもよい。あるいは、コンピュータに接続される読取装置などを介して、ＦＤ（Flexible Disk）やＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）といった記憶媒体からプログラムを読み出すようにしてもよい。さらに、図示しないネットワークインターフェイスを介して、外部サーバなどからいわゆるダウンロードの形式でプログラムを取得してもよい。
【０１０８】
デジタル入力Ｉ／Ｆ１０８、デジタル入力Ｉ／Ｆ１１０、アナログ出力Ｉ／Ｆ１１２、アナログ出力Ｉ／Ｆ１１４は、対象のプロセスに設けられるセンサやコントローラとの間で信号を遣り取りする。なお、デジタル入力Ｉ／Ｆ１０８およびデジタル入力Ｉ／Ｆ１１０は、“ＯＮ”または“ＯＦＦ”といった２値化された信号を遣り取りするために使用され、アナログ出力Ｉ／Ｆ１１２およびアナログ出力Ｉ／Ｆ１１４は、センサによる検出信号や流調弁に対する開度指令といった、アナログ信号を遣り取りするために使用される。
【０１０９】
上述したように、コンピュータには、パーソナルコンピュータベースのコンソール１５０が接続されるようにしてもよい。このコンソール１５０においては、コンピュータにおける制御実行状態などをモニタすることが可能である。
【０１１０】
なお、上述したようなコンピュータに代えて、その一部または全部を専用のハードウェアによって実現してもよい。
【０１１１】
＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、反応器２に熱交換器である除熱器４を設ける構成を例示したが、反応器２内から熱を取除くための熱交換器は、反応器２の外部に設けられてもよい。以下、このような変形例について例示する。
【０１１２】
図９は、本発明の実施の形態の変形例１に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。図９を参照して、本実施の形態の変形例１に従うシステム２００は、図２に示すシステム１００に比較して、反応器２の除熱器４に代えて、反応器２外に除熱器５を設けた点が異なっている。この除熱器５を採用したことに伴って、除熱器５の前後に、反応器２内の媒体（雰囲気ガス、液相媒体、触媒など）を抽出するための取出経路１４と、熱交換後の媒体を反応器２へ戻すための戻り経路１６とが設けられている。さらに、取出経路１４は、吸引ポンプ１２が設けられている。
【０１１３】
すなわち、吸引ポンプ１２の運転により、反応器２内の媒体が取り出されて、除熱器５において冷却されるとともに、その冷却後の媒体が反応器２へ戻される。
【０１１４】
このようなプロセスにおいても、上述の実施の形態に従う制御方法と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１５】
＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、第２温度調整手段として機能する１つの予熱器１０を用
いて、原料Ａを加熱（または冷却）する構成について例示したが、複数の予熱器を配置してもよい。すなわち、図２に示す化学プロセスにおいては、原料Ａとして調整済の原料（複数種類の原料を混合したもの）を想定したが、原料別に加熱または冷却した上で、それぞれを反応器２に対して供給するようにしてもよい。
【０１１６】
図１０は、本発明の実施の形態の変形例２に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。図１０を参照して、本実施の形態の変形例２に従うシステム１００Ａは、図２に示すシステム１００に比較して、原料を反応器２へ供給する原料供給手段を複数備える点が異なっている。すなわち、本実施の形態の変形例２に従うシステム１００Ａは、反応器２へ２種類の原料Ａ１およびＡ２を供給するように構成されている。
【０１１７】
原料Ａ１を反応器２内へ供給する原料供給手段は、その流量制御系として、供給経路２６−１上に設置された流量計２０−１および流調弁２２−１、ならびに、流量計２０−１および流調弁２２−１に接続された流量コントローラ２４−１を含む。また、原料供給手段は、その温度制御系として、加熱媒体の供給経路上に設置された流調弁２８−１および供給経路２６−１上に設置された温度計３０−１、ならびに、温度計３０−１および流調弁２８−１に接続された温度コントローラ３２−１を含む。
【０１１８】
同様に、原料Ａ２を反応器２内へ供給する原料供給手段は、その流量制御系として、供給経路２６−２上に設置された流量計２０−２および流調弁２２−２、ならびに、流量計２０−２および流調弁２２−２に接続された流量コントローラ２４−２を含む。また、原料供給手段は、その温度制御系として、加熱媒体の供給経路上に設置された流調弁２８−２および供給経路２６−２上に設置された温度計３０−２、ならびに、温度計３０−２および流調弁２８−２に接続された温度コントローラ３２−２を含む。
【０１１９】
各原料供給手段の構成および動作については、図２を参照して説明したので、詳細な説明は繰返さない。また、その他の部位の構成および動作についても、後述する設定コントローラ７０における原料供給温度変更量ΔＴｉの算出ロジックを除いて、基本的には、図２に示すシステム１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１２０】
図１０においては、２種類の原料を反応器２内へ供給する構成について例示したが、Ｎ種類の原料を反応器２内へ供給するように拡張することもできる。この場合においても、Ｎ個の原料供給手段を並列的に配置することで実現される。
【０１２１】
次に、図１０に示すようなＮ個の原料供給手段を有するシステムにおいて、設定コントローラ７０が原料供給温度目標値を更新するための算出ロジックについて説明する。
【０１２２】
各原料供給手段（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）における、対応する原料の供給量をＦｉｎ（Ｆｉ１，Ｆｉ２，・・・，ＦｉＮ）とし、対応する原料の比熱をＣｐｉｎ（Ｃｐｉ１，Ｃｐｉ２，・・・，ＣｐＮ）とし、対応する原料の原料供給温度をＴｉｎ（Ｔｉ１，Ｔｉ２，・・・，ＴｉＮ）とすると、上述の（１）式に相当する熱バランス式は、以下に示すような（４）式のように表すことができる。
【０１２３】
Ｑｒ＝Ｕ・Ａ・（Ｔｒ−Ｔｊ）＋Ｃｐｏ・Ｔｒ・Σ（Ｆｉｎ）−Σ（Ｆｉｎ・Ｃｐｉｎ・Ｔｉｎ）  …（４）
ただし、Σは、ｎ＝１〜Ｎまでの積算を意味する（以下、同様である）。
【０１２４】
ここで、（４）式に基づいて、反応器温度Ｔｒが変動した場合（Ｔｒ→Ｔｒ＋ΔＴｒ）において、原料供給温度Ｔｉｎを変更する（Ｔｉｎ→Ｔｉｎ＋ΔＴｉｎ）ことにより、熱媒体供給温度Ｔｊを熱媒体供給温度の操作可能範囲の中央値Ｔｓに維持することを考える
と、以下に示すような（５）式を導出できる。
【０１２５】
Ｑｒ＝Ｕ・Ａ・（Ｔｒ＋ΔＴｒ−Ｔｓ）＋Ｃｐｏ・（Ｔｒ＋ΔＴｒ）・Σ（Ｆｉｎ）−Σ｛Ｆｉｎ・Ｃｐｉｎ・（Ｔｉｎ＋ΔＴｉｎ）｝  …（５）
上記（４）式と（５）式との間で差をとると、以下に示すような（６）式が成立する。
【０１２６】
Δ（Ｆｉｎ・Ｃｐｉｎ・ΔＴｉｎ）＝Ｕ・Ａ・（ΔＴｒ＋Ｔｊ−Ｔｓ）＋Ｃｐｏ・ΔＴｒ・ΣＦｉｎ  …（６）
上述の（６）式では、Ｎ種類の原料供給温度変更量ΔＴｉｎを決定するための自由度があるが、典型的には、原料供給手段の間での原料供給温度変更量ΔＴｉｎを互いに同じような値に設定、すなわち、すべての原料について、ほぼ同じ温度だけ変更するように制御することで、原料供給温度変更量ΔＴｉｎを比較的容易に算出できる。あるいは、各原料供給手段における温度変更に伴うコストＣｎが既知であれば、Ｎ個の原料供給手段で生じるコスト増分の総和（ΣＣｎ・ΔＴｉｎ）が最小値となるように、原料供給温度変更量ΔＴｉｎをそれぞれ決定してもよい。このような決定には、公知の線形計画法などを適用することができる。さらに、原料供給手段における温度範囲に制約がある場合には、その制約の範囲内で原料供給温度変更量ΔＴｉｎを決定してもよい。
【０１２７】
したがって、設定コントローラ７０は、原料供給温度目標値を更新する必要があると判断すると、上述の（６）式に従って、Ｎ個の原料供給手段のそれぞれにおける原料供給温度変更量ΔＴｉｎをそれぞれ算出し、変更前のそれぞれの原料供給温度目標値に対応する原料供給温度変更量ΔＴｉｎを加算することで、新たな原料供給温度目標値をそれぞれ決定する。
【０１２８】
その他の処理については、上述した実施の形態と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１２９】
＜変形例３＞
上述の変形例２に従うシステム１００Ａでは、各原料供給手段が互いに独立に反応器２へ原料を供給する構成について例示したが、反応器２の前段でそれぞれの原料を混合することが好ましい場合もある。このような場合には、以下に説明するようなシステムが好適である。
【０１３０】
図１１は、本発明の実施の形態の変形例３に従う化学プロセスのシステム構成図の概要を示す図である。図１１を参照して、本実施の形態の変形例３に従うシステム１００Ｂは、図１０に示すシステム１００Ａに比較して、加熱後の原料Ａ１および原料Ａ２を混合するためのミキサー２９と、ミキサー２９の出側に設置された温度計３１とをさらに備える点が異なっている。すなわち、本実施の形態の変形例３に従うシステム１００Ｂでは、反応器２へ原料を供給する前に、２種類の原料Ａ１およびＡ２を混合するように構成されている。その他については、上述のシステム１００Ａと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１３１】
さらに、図１１に示すシステム１００Ｂにおいても、Ｎ種類の原料を反応器２内へ供給するように拡張することもできる。
【０１３２】
図１１に示すシステム１００Ｂにおいても、設定コントローラ７０は、原料供給温度目標値を更新する必要があると判断すると、Ｎ個の原料供給手段のそれぞれにおける原料供給温度変更量ΔＴｉｎを算出する。
【０１３３】
図１１に示す例では、ミキサー２９の出側に設けられた温度計３１が混合後（調整済）
の原料の温度を測定するので、この温度計３１により検出された温度を原料供給温度として上述の（３）式を適用することで、新たな原料供給温度目標値を決定できる。
【０１３４】
あるいは、ミキサー２９の出側の温度を測定しない構成を採用することもできる。この場合には、図１１に示すシステム１００Ｂが図２に示すシステム１００の原料の供給経路を拡張したものであるので、上述の（６）式を適用することで、新たな原料供給温度目標値を決定できる。
【０１３５】
その他の処理については、上述した実施の形態と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１３６】
＜変形例４＞
上述の変形例２および３に示すような複数種類の原料を反応器２内へ供給するような構成を、上述の変形例１に適用することもできる。
【０１３７】
＜変形例５＞
上述の実施の形態およびその変形例では、第１温度調整手段が熱伝達媒体を循環的に供給して反応器２内の媒体と熱交換させることで反応器２内を冷却するように構成され、第２温度調整手段が反応器２内へ供給される原料を加熱するように構成されたシステムを例示したが、本発明は、第１温度調整手段が熱伝達媒体を循環的に供給して反応器２内の媒体と熱交換させることで反応器２内を加熱するように構成され、第２温度調整手段が反応器２内へ供給される原料を冷却するように構成されたシステムにも適用可能である。
【０１３８】
この場合には、たとえば、図２などに示す貯留ドラム６において、熱伝達媒体を加熱する機構を設け、さらに、図２などに示す予熱器１０に冷却媒体を通じるようにすればよい。
【０１３９】
＜本実施の形態による作用・効果＞
本発明の実施の形態によれば、反応器２の除熱器４に循環供給される熱伝達媒体の流量を必要なレベルに維持したまま、その熱伝達媒体の温度を調整することで、反応器２内でのプロセス変動（反応度の変動や除熱器４における熱交換能力の変動）などに対応する。その上で、熱伝達媒体の温度が操作可能範囲を逸脱した場合には、それを補うために、原料Ａの予熱温度が調整される。
【０１４０】
このように、除熱器４へ供給される熱伝達媒体の温度および反応器２内へ供給される原料Ａの温度をそれぞれ適切に調整することで、除熱器４へ供給される熱伝達媒体の温度および流量に制約がある場合であっても、反応器２内の温度を適切に制御できる。
【０１４１】
また、除熱器４を循環する熱伝達媒体の流量を適正レベルに維持できるので、効率よく熱を伝達することができる。
【０１４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４３】
２  反応器、４，５  除熱器、６  貯留ドラム、８  ブースターポンプ、１０，１０−１，１０−２  予熱器、１２  吸引ポンプ、１４  取出経路、１６  経路、２０，２０−１，２０−２，５６  流量計、２２，２２−１，２２−２，２８，２８−１，２８−２，
４０，４８，５０  流調弁、２４，２４−１，２４−２，５８  流量コントローラ、２６，２６−１，２６−２，４４  供給経路、３０，３０−１，３０−２，３１，５２  温度計、３２，３２−１，３２−２，５４  温度コントローラ、４６  排出経路、６０  圧力計、６２  圧力コントローラ、６４  レベル計、６６  レベルコントローラ、７０  設定コントローラ、１００，１００Ａ，１００Ｂ，２００，３００  システム、１０２  ＣＰＵ、１０４  ＲＯＭ、１０６  ＲＡＭ、１０８  デジタル入力Ｉ／Ｆ、１１０  デジタル入力Ｉ／Ｆ、１１２  アナログ出力Ｉ／Ｆ、１１４  アナログ出力Ｉ／Ｆ、１１６  内部バス、１５０  コンソール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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