(57)【要約】【課題】ハイドロリクスを制約条件とした系で、最適な操業条件を算出する。【解決手段】蒸留塔の操業支援装置は、操業中の蒸留塔１の状態に関するデータを取得するデータ取得部１０と、データに基づいて、ウィーピングを起こすウィーピング加熱量またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出部２０と、データに基づいて、蒸留塔１から排出される組成物の成分をある範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出部３０と、理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判断部４１と、理論加熱量が、安定操業範囲にある場合には、理論加熱量を最適加熱量に決定するとともに、理論加熱量が、安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の、理論加熱量に近い端点を最適加熱量に決定する決定部４２とを備える。【選択図】  図１
2004290890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱することにより蒸留操作する蒸留塔の操業支援装置であり、
操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得手段と、
上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量および／またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出手段と、
上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分を所定の範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出手段と、
上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量より高く、フラッディング加熱量より低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定手段と、
上記理論加熱量が安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定し、上記理論加熱量が安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定手段とを備えることを特徴とする蒸留塔の操業支援装置。
【請求項２】
上記データ取得手段は、操業中の蒸留塔に設けられている計測器からデータを取得するものであることを特徴とする請求項１記載の蒸留塔の操業支援装置。
【請求項３】
上記決定手段によって決定された最適加熱量に基づいて、蒸留塔を加熱する加熱手段を制御する加熱制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸留塔の操業支援装置。
【請求項４】
上記決定手段は、複数本の蒸留塔からなる系に対して、系全体の加熱量を最適化するように、各蒸留塔の最適加熱量を決定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸留塔の操業支援装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸留塔の操業支援装置を動作させる蒸留塔の操業支援プログラムであって、コンピュータを上記の各手段として機能させるための蒸留塔の操業支援プログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の蒸留塔の操業支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項７】
操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得工程と、
上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量または還流比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量および／またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出工程と、
上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分をある範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出工程と、
上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定工程と、
上記理論加熱量が安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定し、上記理論加熱量が安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定工程とを含むことを特徴とする蒸留塔の操業支援方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数の蒸留塔を用いて蒸留操作を行う際に、好適な操業条件を決定する操業支援装置、蒸留塔の操業支援方法、蒸留塔の操業支援プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、化学工業においては、沸点の差を利用して混合液体の分離を行う蒸留操作が一般に行われている。そして、複数の蒸留塔を用いて蒸留操作を行っている。
【０００３】
このような蒸留塔、具体的には、例えば、リサイクルラインが設けられている複数の蒸留塔からなる精製系において、製品品質を維持することが望まれている。複数の蒸留塔が連なっている場合、また、蒸留操作を行うためには、それぞれの蒸留塔を加熱する必要があり、多大なエネルギーが必要となる。この点から、省エネ操業を実施することが望まれている。
【０００４】
また、一般的な化学プラント等を制御する技術としては、例えば、特許文献１〜８等がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９１５５２公報（公開日；２００２年３月２９日）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−３６３５７３公報（公開日；２００２年１２月１８日）
【０００７】
【特許文献３】
特開平１１−４３６７７号公報（公開日；１９９９年２月１６日）
【０００８】
【特許文献４】
特開平１０−２４４２８６号公報（公開日；１９９８年９月１４日）
【０００９】
【特許文献５】
特開２００２−５４８１１公報（公開日；２００２年２月２０日）
【００１０】
【特許文献６】
特開２００１−１３４３１４公報（公開日；２００１年５月１８日）
【００１１】
【特許文献７】
特開平５−１３５００２号公報（公開日；１９９３年６月１日）
【００１２】
【特許文献８】
特開平６−３４８８７３号公報（公開日；１９９４年１２月２２日）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の蒸留塔が接続されている系では、１つの蒸留塔の操業条件を変更した場合には、他の蒸留塔の操業条件も併せて変更しなければならない。さらに、これら操業条件の変更は、蒸留する物質や蒸留塔の構造、外部の温度等によって変化するため、例えば、操業者が経験的に最適な値を算出することは非常に困難である。
【００１４】
また、従来の蒸留塔の操業条件は、留出液、缶出液の組成や温度などに基づき操業者の経験によって余裕をもって決められていることが多く、一般的には、最適加熱量よりも余裕を持った操業条件にて操業を行うことが多い。従って、従来では、エネルギーを無駄（余分）に消費していることが多い。
【００１５】
そこで、上記操業条件を決定するために、例えば、オフラインの作業にて、シミュレータ等を用いて決定する方法等が提案されている。しかしながら、上記方法を行うためには、高度な技術を有するオペレータが必要となる。また、上記操業条件の決定するには、長時間を必要としている。従って、例えば、現在の操業条件にて蒸留塔を操作している場合において、異常が発生した場合等には速やかに対処することができない。また、蒸留塔は、ウィーピングやフラッディングを起こすことなく運転されなければならない。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、最適な操業条件を算出することができる蒸留塔の操業支援装置、蒸留塔の操業支援方法、蒸留塔の操業支援プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、加熱することにより蒸留操作する蒸留塔の操業支援装置であり、操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得手段と、上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量および／またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出手段と、上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分を所定の範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出手段と、上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量より高く、かつ、フラッディング加熱量より低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定手段と、上記理論加熱量が安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定するとともに、上記理論加熱量が安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定手段とを備えることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、蒸留塔の操業支援装置は、蒸留塔の操業に関して安定に操業を行うことができる安定操業範囲の範囲内において、最適な加熱量を算出するようになっている。この安定操業範囲の範囲外となるように加熱量を設定した場合には、操業を行うことができなくなる。また、上記蒸留塔の操業支援装置では、さらに、安定操業範囲内の中で、最も操業者が望む品質を取り出すことができるようにするとともに、より少ない加熱量（エネルギー）で操業することができるように加熱量を設定している。これにより、従来の経験によって加熱量を決定する構成と比べて、省エネ化を図ることができる。
【００１９】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記データ取得手段は、操業中の蒸留塔に設けられている計測器からデータを取得するようになっている構成がより好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、操業中の蒸留塔から直接データを取得して、このデータに基づいて最適な加熱量を求めるようになっている。従って、従来のようにオフラインにて算出する構成に比べて、リアルタイムで操業中の加熱量を制御することができるとともに、迅速に最適な加熱量を算出することができる。
【００２１】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記決定手段によって決定された最適加熱量に基づいて、蒸留塔を加熱する加熱手段を制御する加熱制御手段が設けられている構成がより好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、決定された最適値に基づいて、蒸留塔を加熱している加熱手段を制御することができる。つまり、最適な加熱値に自動的に制御することができる。
【００２３】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記決定手段は、複数本の蒸留塔からなる系に対して、系全体の加熱量を最適化するように、各蒸留塔の最適加熱量を決定する構成がより好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、複数本の蒸留塔からなる系において、系全体の最適化を図ることができるので、より一層省エネを図ることができる。
【００２５】
また、上記蒸留塔から直接取得したデータに基づいて最適値を決定する構成とした場合には、蒸留塔から供給する原料の供給条件を一定にしておくことにより、自動的に理想の状態で蒸留操作を行うことができる。
【００２６】
また、本発明の蒸留塔の操業支援プログラムは、コンピュータを上記の各手段として機能させるコンピュータ・プログラムである。
【００２７】
上記の構成により、コンピュータで上記蒸留塔の操業支援装置の各手段を実現することによって、上記蒸留塔の操業支援装置を実現することができる。
【００２８】
また、本発明の蒸留塔の操業支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の各手段をコンピュータに実現させて、上記蒸留塔の操業支援装置を動作させる蒸留塔の操業支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００２９】
上記の構成により、上記記録媒体から読み出された蒸留塔の操業支援プログラムによって、上記蒸留塔の操業支援装置をコンピュータ上に実現することができる。
【００３０】
本発明の蒸留塔の操業支援方法は、操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得工程と、上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量または還流比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出工程と、上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分をある範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出工程と、上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定工程と、上記理論加熱量が、安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定するとともに、上記理論加熱量が、安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定工程とを含むことを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、最適加熱量をウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量、つまり、ハイドロリクス的な観点と、所望の純度（品質）を得るために必要な加熱量、つまり、熱力学的な観点との両方の観点から決定するようになっている。これにより、安定に操業することができ、かつ、好適な操業条件にて蒸留塔の操業を行うための支援をすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１〜図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３３】
本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置は、操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得部と、上記データに基づいて、ウィーピングを起こすウィーピング加熱量および／またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出部と、上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分をある範囲内の値にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出部と、上記ウィーピング加熱量よりも高くフラッディング加熱量よりも低い範囲内で、理論加熱量に最も近い加熱量を最適加熱量と判断する最適加熱量判定部とを備えている構成である。より具体的には、上記最適加熱量判定部は、上記理論加熱量がウィーピング加熱量よりも高くかつフラッディング加熱量よりも低い範囲内にあるか否かを判断する判定部と、上記理論加熱量がウィーピング加熱量よりも高くかつフラッディング加熱量よりも低い範囲内にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定し、上記理論加熱量がウィーピング加熱量よりも高くかつフラッディング加熱量よりも低い範囲内にない場合には、ウィーピング加熱量よりも高くフラッディング加熱量よりも低い範囲内であり、かつ、ウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量のうちの理論加熱量に近い端点近傍を最適加熱量に決定する決定部とを備える構成である。
【００３４】
本実施の形態では、図１に示すように、蒸留塔の操業支援装置６０と蒸留塔１に備えられている計測器７および加熱部６とが直接接続されているプラントが構成されている。ここで蒸留塔１について説明する。
【００３５】
図２は、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０が操業支援する蒸留塔１の概略の構成を示すブロック図である。蒸留塔１は、図２に示すように複数（３つ）の蒸留塔１（１ａ，１ｂ，１ｃ；以下特に限定する必要のない場合には、単に蒸留塔１とする）が接続されている。そして、各蒸留塔１には、蒸留塔１を加熱する加熱部（加熱手段）６…と、蒸留塔１から留出してくる気体（蒸気）を冷却する冷却部５…とが設けられている。また、蒸留塔１には、操業中のデータを取得するために計測器７が設けられている。
【００３６】
上記加熱部６…は、蒸留塔１を加熱することができるものであればよく、例えば、蒸留塔底部から抜き出した混合液体を加熱して、蒸留塔１内に蒸気を供給する加熱器や、蒸留塔底部内に直接コイル状の配管等で熱源を流通させる加熱器等が挙げられる。
【００３７】
ここで、蒸留操作の一例について説明する。なお、以下の説明では３成分の混合液体（沸点ａ度の成分Ａ、沸点ｂ度の成分Ｂ、沸点ｃ度の成分Ｃ（ａ＜ｂ＜ｃとする））について説明する。そして、蒸留を行う混合液体が塔１に供給され、蒸留塔１ａで蒸留操作が行われることにより、混合液体は、缶出液（釜残）１と留出液１とに分離される。具体的には、成分Ｃと成分Ｂとが含まれている蒸気と、成分Ａを含む缶出液１とに分離されることとなる。そして、上記蒸気は、冷却されて液化し、一部が還流液として塔頂に戻され、残部が留出液１となる。また、このとき、気化状態のイナート（不活性）ガスが併せて除去されることもある。なお、蒸留操作の通常の操業条件によっては、留出液１に若干量の成分Ａが含まれ、缶出液１に若干量の成分Ｃおよび／または成分Ｂが含まれる。そして、これらが、留出または缶出における不純物であり、蒸留塔への加熱量等の操作者条件を変更して希望する値まで不純物の量を調整することとなる。缶出液１はそのまま取り出される一方、留出液１は、蒸留塔１ｂに供給されて蒸留操作が行われる。
【００３８】
蒸留塔１ｂに供給された成分Ｃと成分Ｂとを含む留出液１は、蒸留操作により、成分Ｂを含む缶出液２と成分Ｃとを含む留出液２とに分離される。このとき、通常は、留出液２には、若干量の成分Ｂが含まれる。そして、缶出液２はそのまま取り出される一方、留出液２は、蒸留塔１ｃに供給されて蒸留操作が行われる。
【００３９】
蒸留塔１ｃに供給された成分Ｃを含む留出液２は、さらに純度を上げるために蒸留操作が行われる。そして、所望の純度になった成分Ｃを製品として取り出し、成分Ｃから見て不純物を多く含む缶出液３は、再び蒸留塔１ａに戻されることとなる。
【００４０】
このようにして、蒸留操作を行って製品を取り出すにあたり、各蒸留塔１では、混合液体の加熱を行っている。蒸留塔１の数が増えれば増えるほど、加熱に必要なエネルギーは増大することになり、操業条件の最適化が求められている。換言すると、所望の純度での製品を取り出すとともに、操業に必要なエネルギーをより少なくすることが求められている。なお、蒸留塔１に供給して蒸留操作を行う混合液体や留出液を原料と称する。
【００４１】
これまででは、操業者の経験によって、蒸留塔１を加熱する加熱量を決定したり、所望の純度を得るために必要な加熱量よりも余裕のある状態での操業を行ったりしている。この理由として、蒸留塔１には、該蒸留塔１を加熱する加熱量（エネルギー）は、熱力学的のみで決定することはできず、ハイドロリクス（水力学）的な条件も加味して加熱量を決定する必要があるためである。これについて以下に説明する。
【００４２】
蒸留塔１を操業するにあたり、該蒸留塔１の構成（蒸留塔１の種類や段の形状）、蒸留を行う混合液体の組成や供給量、および、加熱量によっては、ウィーピングまたはフラッディングという現象が発生する場合がある。ウィーピングは、塔底から蒸気の上昇速度が小さいときに、段に形成された孔から液が下に垂れる現象である。
【００４３】
上記フラッディングとは、具体的には、蒸留塔１の塔底付近からの蒸気量が著しく多くなると、上記底部から上昇してくる蒸気の勢いが強くなり、蒸留塔１の塔頂部付近で冷却された液体が、蒸留塔１の底部に戻ることができなくなり、最後には蒸留塔１から溢れてしまう現象である。
【００４４】
このように蒸留塔１の操業では、上記ウィーピングおよびフラッディングが発生すると安定した操業を行うことができない。すなわち、ウィーピングおよびフラッディングを起こさない範囲内が蒸留塔１の安定操作範囲となる。従って、操業者が求める製品の品質を得るために必要な操業条件が、安定操作範囲外である場合には、所望の品質を得られないばかりか、蒸留操作を行うことができない。この安定操作範囲は、蒸留塔１の加熱量、具体的には、蒸留塔１内の蒸気量および液流量により決定される。
【００４５】
図３は、蒸留塔１の安定操作範囲を示すグラフである。液流量が一定である場合には、安定操作範囲は、図３に示すように、圧力損失と蒸気量との関数になる。つまり、蒸留塔１に供給する混合液体の液流量を一定とした場合には、蒸留塔１内の塔底から塔頂に向かって流れる蒸気の量、または、圧力損失を測定することにより、現在の操業状態が安定操作範囲の範囲内であるか否かを判断することができる。
【００４６】
本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０は、上記製品として得られる所望な品質の蒸留物を、熱力学的な観点とハイドロリクス的な観点との両方から最適な操業条件を算出するようになっている。そのために、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０は、以下に説明する構成を備えている。
【００４７】
図１は、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０の、概略の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０は、データ取得部（データ取得手段）１０と、閾値算出部（閾値算出手段）２０と、理論加熱量算出部（理論加熱量算出手段）３０と、最適加熱量決定部４０とを備える構成である。そして、上記最適加熱量決定部４０は、判断部（判定手段）４１と決定部（決定手段）４２とを備えている。また、上記蒸留塔の操業支援装置６０は、必要に応じて、表示部９０、データ入力部８０、加熱制御部（加熱制御手段）７０等が設けられていてもよい。そして、本実施の形態では、データ取得部１０と、閾値算出部２０と、理論加熱量算出部３０と、最適加熱量決定部４０とによって制御部５０が構成されている。
【００４８】
上記データ取得部１０は、操業中の蒸留塔１の状態に関するデータを取得するものである。上記操業中の蒸留塔１の状態に関するデータとは、操業条件および蒸留塔１を操業することにより得られるデータ等である。上記データとしては、具体的には、例えば、加熱温度や、蒸留を行う混合液体の供給量、蒸留塔１内の温度、圧力、留出液・缶出液の組成および濃度等のデータが挙げられる。また、上記データに加えて、蒸留塔１の構成（蒸留塔の種類等）に関するデータが、操業中の蒸留塔１の状態に関するデータに含まれていても良い。
【００４９】
また、上記操業中の蒸留塔１の状態に関するデータは、現在、操業している最中のデータであってもよく、過去に蒸留塔１を操業した際に得られたデータであってもよい。つまり、上記データ取得部１０は、操業中の蒸留塔１から直接データをリアルタイムにて取得するようになっていてもよく、また、例えば、操業者によって、入力された過去に蒸留塔１を操業した際のデータを取得するようになっていても良い。なお、現在、操業している最中のデータを取得する場合には、上記データ取得部１０は、蒸留塔１に設けられている種々の計測器７からリアルタイムで送られてくるデータを取得するようになっている。そして、上記計測器７にて測定するデータとは、例えば、図２に示すように蒸留塔が３つ接続されている構成の場合には、表１に示すように、原料（フィード）に関する、温度、流量（単位時間あたりの供給量）；蒸留塔１ａに関する、塔頂圧力、塔底圧力、留出液１の留出量、缶出液１の缶出量、リサイクル量；スチーム量蒸留塔１ｂに関する塔頂圧力、塔底圧力、留出液２の留出量（デカンター油相流量）、缶出液２の缶出量、還流量、スチーム量；蒸留塔１ｃに関する、塔頂圧力、塔底圧力、留出液３の留出量、缶出液３の缶出量、リサイクル量；スチーム量等である。
【００５０】
【表１】
2004290890.tif 000003
【００５１】
なお、蒸留塔１の構成、つまり、操業条件ではない蒸留塔１固有の情報については、記録装置等（図示せず）に予め記録しておき、この記録装置から読み出すようにしてもよい。
【００５２】
閾値算出部２０は、上記データ取得部１０により取得されたデータに基づいて、操業条件を一定とした場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出するものである。具体的には、入力されたデータに基づいて、蒸留塔１に供給する混合液体（原料）および留出液、還流液の液量を一定とした場合におけるウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量を算出するものである。
【００５３】
なお、上記ウィーピング加熱量を求める式としては種々の式があるが、例えば、Ｈｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｄｓｏｎの式およびＬｅｉｂｓｏｎの式が利用できるまた、フラッディング加熱量を求める式としても種々の式があるが、本実施の形態では、Ｆａｉｒの相関式を用いている。そして、そして、上記式を用いて操業中の蒸留塔１の塔底から塔頂に向かって流れる蒸気の流速（蒸気量）を計算することにより、ウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量を算出している。以下、上記算出されたウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い範囲内を、安定操業範囲と称することとする。
【００５４】
なお、上記ウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量については、蒸留塔１に供給する混合液体または留出液の供給量、および、上記蒸気量（加熱量）によって変化するため、上記供給量または加熱量が変化した場合には、直ちに再計算されるか、自動的に更新される。
【００５５】
理論加熱量算出部３０は、最終的得られる製品の品質（純度）、または、取り出される缶出液の品質（純度）等の、蒸留塔１から取り出される成分のうちの、任意の成分を特定の範囲内にするために必要な蒸気量（理論加熱量）を算出するものである。具体的には、製品の純度を、例えば９０％以上とするために必要な蒸気量等を算出するものである。上記特定の範囲内は、操業者が任意に設定すればよく、また、特定の値に設定すればよい。つまり、特定の範囲内とは、ある１点の場合も含むものとする。上記理論加熱量算出部３０により算出される理論加熱量は、蒸留塔１の構成（種類や形状等）や、供給する混合液体の液量およびその組成等によって決まる。
【００５６】
最適加熱量決定部４０は、閾値算出部２０によって算出されたウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量と理論加熱量算出部３０により算出された理論加熱量とから、現在の蒸留塔１の操業における最適な加熱量（以下、最適加熱量と称する）、換言すると、最適な操業条件の１つを決定するものである。具体的には、判断部４１と決定部４２とによって最適加熱量を決定している。
【００５７】
判断部４１は、理論加熱量算出部３０により算出された理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断するものである。具体的には、判断部４１は、理論加熱量をウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量と比較して、理論加熱量がどの範囲にあるかを判断するようになっている。
【００５８】
決定部４２は、上記判断部４１によって判断された結果に基づいて、最適加熱量を決定するものである。決定部４２は、理論加熱量が安定操業範囲にあるか否かで最適加熱量を決定するプロセスを異ならせている。具体的には、上記判断部４１によって理論加熱量が安定操業範囲にあると判断された場合には、決定部４２は、その理論加熱量を最適加熱量と決定する。一方、判断部４１によって理論加熱量が安定操業範囲にないと判断された場合には、決定部４２は、その理論加熱量を最適加熱量とせずに、安定操業範囲の最大値および最小値の当該上記理論加熱量に近い方の値、すなわち、図３のグラフにおいて当該上記理論加熱量に近い方の端点（ＡまたはＢ）を最適加熱量とする。これについて以下に説明する。
【００５９】
上記理論加熱量が安定操業範囲の範囲内にある場合に、理論加熱量で蒸留塔１の操業を行った場合には、安定に操業ができるので、該理論加熱量が蒸留塔１の操業における最適加熱量となる。つまり、安定な操業を行うことができるとともに、所望の品質（純度）のもの（製品または缶出液）が得られる。
【００６０】
本実施の形態では、最適加熱量を迅速かつ簡単に求めることができるので、所望の品質の製品（缶出液）を得ることができるとともに、従来と比べて、省エネルギーを図ることができる。
【００６１】
一方で、理論加熱量が安定操業範囲の範囲内にない場合に、該理論加熱量で蒸留塔１の操業を行った場合には、操業を（安定して）行うことができない。つまり、最適加熱量は、安定操業範囲の範囲内である必要がある。そこで、決定部４２は、安定操業範囲の範囲内の、最も理論加熱量に近い点を最適加熱量に決定するようになっている。具体的には、理論加熱量が、フラッディング加熱量よりも高い場合には、最適加熱量は、安定操業範囲の範囲内であり、かつ、フラッディング加熱量側の端点となる。また、理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも低い場合には、最適加熱量は、安定操業範囲の範囲内であり、かつ、ウィーピング加熱量側の端点となる。
【００６２】
つまり、理論加熱量が安定操業範囲の範囲内にない場合には、所望の品質（純度）のもの（製品または缶出液）が得られないこととなり、安定に操業が行える範囲内で最適な加熱量を選択するようになっている。これにより、現在の操業条件において最適な加熱量を算出することができる。なお、上記の場合において所望の品質を得たい場合には、加熱量以外の蒸留条件を変更できる場合には、理論加熱量が安定操業範囲に存在するようにその条件を変更すればよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、必要に応じて、加熱制御部７０が設けられていることがより好ましい。該加熱制御部７０とは、最適加熱量決定部４０によって決定された最適加熱量に基づいて、蒸留塔１を加熱している加熱部６の加熱量を制御するものである。また、上記加熱制御部７０は、加熱部６によって発生する蒸気量を制御するものであってもよい。この加熱制御部７０が設けられていることにより、常に最適な加熱量で蒸留塔１の操業を行うことができる。
【００６４】
さらに、上記加熱制御部７０が設けられており、かつ、データ取得部１０が操業中の蒸留塔１からリアルタイムに操業中の蒸留塔１の状態に関するデータを取得する構成とする場合には、蒸留塔１の操業中、常に理想的な加熱量を実現することができる。
【００６５】
さらに、必要に応じて表示部９０が設けられている構成としてもよい。該表示部９０は、取得された操業条件等のデータや決定された最適加熱量を算出するものである。また、例えば、操業条件等を手動で入力する場合には、データ入力部８０が設けられている。
【００６６】
なお、上記制御部５０は、各ブロック（データ取得部１０、閾値算出部２０、理論加熱量算出部３０、最適加熱量決定部４０（および加熱制御部７０））が、ハードウェアロジックによって実現されてもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現されてもよい。
【００６７】
すなわち、蒸留塔の操業支援装置６０である制御部５０は、各ブロックの機能を実現する蒸留塔の操業支援方法の命令を実行するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、制御部５０は、上述した機能を実現するソフトウェアである蒸留塔の操業支援装置６０の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、制御部５０に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、実現可能である。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
【００６８】
このように本明細書において、手段（部）とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能がソフトウェアによって実現される場合も包含する。さらに、１つの手段の機能が、二つ以上の物理的手段により実現されても、もしくは、二つ以上の手段の機能が、１つの物理的手段により実現されてもよい。
【００６９】
次に、上記最適加熱量を決定する処理について、図４〜７のフローチャートを参照して説明する。なお、図４は、本実施の形態にかかる最適加熱量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【００７０】
最適加熱量を求めるには、図４に示すように、操業データ取得工程（データ取得工程）（Ｓ１０）、シミュレーション工程（閾値算出工程）（Ｓ２０）および最適化計算工程（理論加熱量算出工程、判定工程、決定工程）（Ｓ３０）を行う。また、必要に応じて、最適化計算工程の後に、最適化結果を表示部９０に表示する省エネ操業条件提示工程（Ｓ３５）や、最適化結果に基づいて蒸留塔１の操業を行う省エネ操業工程（Ｓ５０）を行っても良い。以下に、各工程について説明する。なお、以下の説明においては、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０は、操業中の蒸留塔１から直接データを取得する、すなわち、蒸留塔１に設けられている種々の計測器７から直接データを取得して、この取得したデータに基づいて、最適加熱量を算出して、上記蒸留塔１を加熱する加熱部６を制御する方法について説明する。
【００７１】
図５は、操業データ取得工程の処理の流れを示すフローチャートである。図５を参照して、操業データ取得工程におけるデータ取得方法の一例について説明する。
【００７２】
まず、データ取得部１０は、データを取得する開始時間を設定する（Ｓ１１）。この開始時間の設定については、例えば、操業者からの指示により、開始時間を設定してもよく、蒸留操作を介してから所定の時間経過後に自動的に任意の開始時間を設定しても良い。そして、データ取得部１０は、上記ステップＳ１１にて設定された開始時間から１時間後までの間、任意の時間間隔で、蒸留塔１に設けられている計測器７にて測定されたデータを取得する（Ｓ１２）。また、このとき、データ取得部１０は、例えば、操業者からの要求等に応じて、取得しているデータをグラフ化して、表示部９０に表示させてもよい。また、データ取得部１０は、取得したデータを記録媒体等に記憶するようになっている。そして、データ取得部１０は、１時間の間、任意の間隔で取得したデータのリコンシリエーションを行う（Ｓ１３）。ここで、リコンシリエーションとは、得られたデータを補正することである。具体的には、例えば、装置（蒸留塔）周りで冗長なデータが取得できている場合、つまり、フィード流量、留出流量、缶出流量が全て測定できている場合には、フィード流量＝留出流量＋缶出流量の関係から、これらデータの１つまたは全流量を補正する必要がある。そこで、例えば、以下の手法を用いて対処する。
【００７３】
（ア）操業者の経験上、あるセンサーに問題ありと判断される場合には、そのセンサーの値を破棄する（フィード流量、缶出流量が正しいと判断され、留出流量に精度がないと判断される場合には、センサーから出力される、留出流量の値を破棄して、代わりにフィード流量から缶出液を差し引いた値を、真の留出流量として採用する）。
【００７４】
（イ）上記（ア）の手法では操業者が判断できない場合、流量の絶対値の比率に応じて誤差を平滑化する。または、センサーのメーカーの提示する誤差精度の比に応じて誤差を平滑化する。
【００７５】
このような方法により、データのリコンシリエーションを行う。
【００７６】
そして、データ取得部１０は、取得したデータの定常性を評価する（Ｓ１４）。以上の処理により、データ取得部１０は、操業中の蒸留塔１の状態に関するデータを取得する。なお、上記データ取得工程については、例えば、市販されているソフトウェアを用いて取得するようにしてもよい。
【００７７】
なお、操業者によって入力されたデータを取得する場合には、データ取得部１０は、この操業者によって入力された操業中の蒸留塔１の状態に関するデータを、取り込むようになっている。
【００７８】
図６は、シミュレーション工程の処理の流れを示すフローチャートである。次に、シミュレーション工程（Ｓ２０）について図６を参照して説明する。
【００７９】
まず、閾値算出部２０は、上記データ取得工程（Ｓ１０）にて取得したデータの正当性チェックを行う（Ｓ２１）。具体的には、閾値算出部２０は、予め取得する、例えば温度や流速等のデータに対して、個々に上限値および／または下限値を設定しておき、先のステップＳ１０にて取得されたそれぞれのデータが、この予め設定された範囲内に入っているか否かをチェックする。
【００８０】
次に、ステップＳ２１にて、取得されたデータは正常であると判断すると、閾値算出部２０は、シミュレーションモデルをオープンする（Ｓ２２）。具体的には、閾値算出部２０は、取得されたデータに基づいて、ウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量を算出するために、上記それぞれの加熱量を算出するためのシミュレーションモデルを記録媒体から選択して呼び出す。また、ステップＳ２１にて、取得されたデータは正常でないと判断すると、閾値算出部２０は、処理を後述するステップＳ２７に進める。なお、上記シミュレーションモデルについては、物理法則に基づく計算式を用いればよく、市販のソフトウェアを用いてもよい。
【００８１】
次に、閾値算出部２０は、選択したシミュレーションモデルに代入するデータを選択して、この選択したデータをシミュレーションモデルに転送する（Ｓ２３）。そして、閾値算出部２０は、シミュレーションを実行し（Ｓ２４）、このシミュレーションが正常に終了したか否かを判断する（Ｓ２５）。
【００８２】
ステップＳ２５にて、シミュレーションが正常に終了したと判断すると、閾値算出部２０は、計算結果を表示部９０に表示する（Ｓ２６）とともに、計算結果をウィーピング加熱量またはフラッディング加熱量として設定する。具体的には、用いたシミュレーションモデルに応じて、計算結果を、ウィーピング加熱量またはフラッディング加熱量として設定する。そして、シミュレーション工程を終了する。なお、このとき、計算されたウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量は、蒸留塔１に供給する原料の供給条件（供給量、温度等）を一定とした場合における加熱量を示している。
【００８３】
上記ステップＳ２５にて、シミュレーションが正常に終了していないと判断すると、閾値算出部２０は、エラーメッセージを表示部９０に表示して（Ｓ２７）上記工程を終了する。
【００８４】
次に、最適化計算工程（Ｓ３０）について、図７を参照して説明する。図７は、最適化計算工程の処理の流れを示すフローチャートである。
【００８５】
まず、判断部４１は、データ取得部１０によって取得されたデータを用いて、現在、蒸留塔１を加熱している加熱量（現在加熱量と称する）を算出する。さらに、判断部４１は、先のシミュレーション工程（Ｓ２０）にて算出されたウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量を取得する。そして、判断部４１は、現在加熱量と、上記ハイドロリクス計算によって算出されたウィーピング加熱量およびフラッディング加熱量とを比較する（Ｓ３１）。すなわち、判断部４１は、現在加熱量が、ウィーピング加熱量以下、ウィーピング加熱量より高くかつフラッディング加熱量よりも低い範囲（現在加熱量における安定操業範囲）、または、フラッディング加熱量以上のどれに相当するかを判断する。
【００８６】
ステップＳ３１にて、現在加熱量が、現在加熱量における安定操業範囲の範囲内にあると判断した場合、判断部４１は、理論加熱量算出部３０を動作させて、蒸留塔１から排出される、ある組成物の成分を特定の範囲内にするために必要な加熱量（理論加熱量）を算出する（理論加熱量算出工程）（Ｓ３２）。上記ある組成物の成分とは、蒸留塔１から排出される製品または缶出液を示している。そして、特定の範囲内とは、操業者によって予め設定されている。つまり、上記理論加熱量算出部３０は、操業者が、特定の品質を有する組成物を得るために必要な加熱量を算出する。なお、この算出方法は、熱力学的に算出して得られるものであり、ハイドロリクス的な計算は含まれない。つまり、判断部４１は、対象となる組成物が、蒸留操作によって所望の組成となるために必要な加熱量を理論加熱量算出部３０に算出させる。なお、以下の説明では、操業者によって設定された組成物が缶出液中の高沸点物である場合について説明する。また、上記Ｓ３１およびＳ３２の処理については後述する。
【００８７】
次に判断部４１は、ステップＳ３２にて算出された理論加熱量と現在加熱量とを比較する（Ｓ３３）。具体的には、判断部４１は、現在加熱量が理論加熱量と同じであるか否か、そして、同じでない場合には、現在加熱量が理論加熱量よりも大きいか小さいかを判断する。
【００８８】
ステップＳ３３にて、判断部４１により現在加熱量と理論加熱量とが同じであると判断された場合には、決定部４２は、現在加熱量を最適加熱量に決定する（Ｓ３４）。この最適加熱量とは、熱力学的な観点とハイドロリクス的な観点との両方の観点から算出された加熱量である。
【００８９】
その後、決定部４２は、表示部９０を動作させて、例えば、図８に示すような、最適加熱量およびその他の情報を表示する（Ｓ３５）。なお、上記その他の情報とは、例えば、系内マテリアルバランス、各蒸留塔１の出口組成、各塔のフラッディング余裕、各塔のウィーピング余裕、省エネ効果および制約条件等である。上記フラッディング余裕とは、最適加熱量とフラッティング加熱量との比に基づく値である。また、上記ウィーピング余裕とは最適加熱量とウィーピング加熱量との比に基づく値である。そして、最適化計算工程を終了する。なお、このステップＳ３５は、省エネ操業条件提示工程に相当する。
【００９０】
上記ステップＳ３１において、現在加熱量がフラッディング加熱量よりも高いと判断すると、判断部４１は、安定操業範囲になるまで加熱量を下げる指示を作成（Ｓ３６）した後、表示部９０を動作させて上記旨を表示（Ｓ３５）するとともに操業者に警告する。これは、現在操業中の状態ではフラッディングが起こっているか、または、このまま操業を継続するとフラッディングが起こる可能性が高いことを示しており、操業者に対して警告を促す必要があるためである。
【００９１】
また、上記ステップＳ３１において、現在加熱量がウィーピング加熱量よりも低いと判断した場合には、判断部４１は、安定操業範囲になるまで加熱量を上げる指示を作成（Ｓ３７）した後、表示部９０を動作させて上記旨を表示（Ｓ３５）するとともに操業者に警告する。これは、現在操業中の状態ではウィーピングが起こっているか、または、このまま操業を継続するとウィーピングが起こる可能性が高いことを示しており、操業者に対して警告を促す必要があるためである。
【００９２】
ステップＳ３３にて、現在加熱量が理論加熱量よりも少ないと判断した場合には、判断部４１は、閾値算出部２０を動作させて、理論加熱量におけるフラッディング加熱量を算出する（Ｓ３８）。そして、判断部４１は、理論加熱量で操業した場合、フラッディングが起きるか否かを判断する（Ｓ３９）。具体的には、理論加熱量が、ステップＳ３８にて算出したフラッディング加熱量以上であるか否かを判断する。このステップＳ３８、Ｓ３９について以下に説明する。
【００９３】
現在加熱量が理論加熱量よりも少ない場合、操業者が設定した缶出液の品質（純度）を所望の値にするためには、加熱量を増加させる必要がある。しかしながら、単に加熱量を増加させた場合には、フラッディングを起こす場合がある。そこで、理論加熱量にした場合に、フラッディングが起きるか否かを判断する必要がある。従って、上記ステップＳ３８、３９の操作を行うことにより、理論加熱量での操業が可能か否かを判断している。
【００９４】
ステップＳ３９において、判断部４１により、理論加熱量がステップＳ３８にて算出したフラッディング加熱量よりも小さい、換言するとフラッディングは起きない（ＮＯ）と判断された場合、決定部４２は、理論加熱量を最適加熱量に設定する（Ｓ４０）。つまり、理論加熱量で操業を行った場合でもフラッディング（およびウィーピング）を起こすことがないので、理論加熱量が最適加熱量となる。その後、処理はステップＳ３５に進む。
【００９５】
一方、ステップＳ３９において、判断部４１により、理論加熱量がステップＳ３８にて算出したフラッディング加熱量以上、換言するとフラッディングが起きる（ＹＥＳ）と判断された場合、決定部４２は、安定操業範囲の範囲内におけるフラッディング加熱量側の端点を最適加熱量として設定する（Ｓ４１）。つまり、理論加熱量で操業した場合には、フラッディングを起こすので、フラッディングを起こさない加熱量、具体的にはフラッディング加熱量に最も近い端点を最適加熱量として設定する。その後、処理はステップＳ３５に進む。
【００９６】
ステップＳ３３にて、現在加熱量が理論加熱量よりも多いと判断した場合には、判断部４１は、閾値算出部２０を動作させて、理論加熱量におけるウィーピング加熱量を算出する（Ｓ４２）。そして、判断部４１は、理論加熱量で操業した場合、ウィーピングが起きるか否かを判断する（Ｓ４３）。具体的には、理論加熱量が、ステップＳ４２にて算出したウィーピング加熱量以上であるか否かを判断する。このステップＳ４２、Ｓ４３について以下に説明する。
【００９７】
現在加熱量が理論加熱量よりも多い場合、操業者が設定した缶出液の品質（純度）に上限がない場合には、現在加熱量で操業してもよい。しかしながら、熱エネルギー的な見地では、無駄なエネルギーを消費していることになる。そこで、所望の品質を得るとともに熱エネルギー的に効率よく蒸留操作を行うには、加熱量を減少させる必要がある。しかしながら、単に加熱量を減少させた場合には、ウィーピングを起こす場合がある。そこで、理論加熱量にした場合に、ウィーピングが起きるか否かを判断する必要がある。従って、上記ステップＳ４２、４３の操作を行うことにより、理論加熱量での操業が可能か否かを判断している。
【００９８】
ステップＳ４３において、判断部４１によって、理論加熱量がステップＳ４２にて算出したウィーピング加熱量よりも大きい、換言するとウィーピングは起きない（ＮＯ）と判断された場合、決定部４２は、理論加熱量を最適加熱量に設定する（Ｓ４４）。つまり、理論加熱量で操業を行った場合でもウィーピング（およびフラッディング）を起こすことがないので、理論加熱量が最適加熱量となる。その後、処理はステップＳ３５に進む。
【００９９】
一方、ステップＳ４３において、判断部４１により、理論加熱量がステップＳ４２にて算出したウィーピング加熱量以下、換言するとウィーピングが起きる（ＹＥＳ）と判断された場合、決定部４２は、安定操業範囲の範囲内におけるウィーピング加熱量側の端点を最適加熱量として設定する（Ｓ４５）。つまり、理論加熱量で操業した場合には、ウィーピングを起こすので、ウィーピングを起こさない範囲内のウィーピング加熱量に最も近い端点を最適加熱量として設定する。具体的には、ウィーピング加熱量よりも若干高い値を最適加熱量として設定することとなる。その後、処理はステップＳ３５に進む。
【０１００】
このようにして、最適化計算工程により、最適加熱量が決定される。また、省エネ操業工程（Ｓ５０）を行うには、加熱制御部７０が、最適化計算工程（Ｓ３０）上記決定された最適加熱量に基づいて、蒸留塔１に設けられている加熱部６を制御すればよい。
【０１０１】
ここで、上記Ｓ３１およびＳ４３におけるＨｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｄｓｏｎの式およびＬｅｉｂｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法、Ｆａｉｒの相関式を用いたフラッディング加熱量の算出方法について説明する。
【０１０２】
（Ｉ）Ｈｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｄｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法
Ｈｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｄｓｏｎ式を用いたウィーピング加熱量の算出方法では、以下の数式（１）〜（６）を用いてウィーピング加熱量を算出する。
【０１０３】
【数１】
2004290890.tif 000004
【０１０４】
なお、上記数式（１）〜（６）において用いる係数は以下の通りである。
【０１０５】
Ｆｖ：蒸気流量、ＦＬ：液流量
ρｖ：蒸気密度、ρＬ：液密度
ｈ０，ｍｉｎ：乾き圧損
Ｕ０：蒸気速度
Ｕ：限界蒸気速度
Ｕｏｐｔ：理論蒸気速度
Ｆ：Ｆファクター
ｈｏｗ：清澄高さ
Ａ０：全孔面積、ｄ０：孔径、ｌｗ：堰長さ、ｈｗ：堰高さ、β：開効率、ｔ：板厚
以下に、上記数式（１）〜（６）を用いて、ウィーピング加熱量を決定して、理論加熱量を求める処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のステップＳ５１〜ステップＳ５７は、閾値算出部２０における処理であり、シミュレーション工程（Ｓ２０）を具体的に説明している。
【０１０６】
まず、蒸留塔操作条件（フィード量（流量・温度・圧力・組成）、留出量、缶出量、還流量）からシミュレータを用いて蒸気流量Ｆｖ，蒸気密度ρｖおよび蒸留塔の仕様データにより既知である全孔面積Ａ０を用いて蒸留塔各段の蒸気速度（Ｕ０（＝Ｆｖ／（ρｖＡ０））を算出する（Ｓ５１）。なお、全孔面積Ａ０は、予め図示しない記憶装置に格納されているデータを使用すればよい。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１０７】
次に、上記数式（１）中の液高さｈｌを数式（５）を用いて蒸留塔各段について算出する（Ｓ５２）。また、上記数式（５）中のｈｏｗは、清澄液高さであり、数式（４）を用いて求める。また、堰高さｈｗは蒸留塔の仕様より既知であり、上記記憶装置に格納されているデータを使用すればよい。
【０１０８】
次に、ステップＳ５２の結果および数式（１）により蒸留塔各段の乾き圧損ｈ０，ｍｉｎを算出する（Ｓ５３）。
【０１０９】
そして、数式（３）より数式（２）中の蒸留塔各段の１／Ｃ０２を算出する（Ｓ５４）。
【０１１０】
次に、ステップＳ５３およびステップＳ５４の結果を用いて数式（２）より、蒸留塔各段のＦファクター（数式（２）中のＦ）を算出する（Ｓ５５）。
【０１１１】
次に、ステップＳ５５の結果を用いて、数式（６）より、蒸留塔各段のウィーピング限界蒸気速度Ｕを算出する（Ｓ５６）。
【０１１２】
そして、上記ステップＳ５１およびステップＳ５６より、Ｕ／Ｕ０を算出して、蒸留塔各段のウィーピング余裕率（ｍ）を算出する（Ｓ５７）。
【０１１３】
以上のステップＳ５１〜ステップＳ５７までの処理が、ハイドロリクス計算に相当する。そして、このハイドロリクス計算結果に基づいて、判断部４１は、Ｓ３１にて、現在加熱量での操業が安定操作範囲内であるか否かを判断することができる。具体的には、判断部４１は、上記Ｓ５７にて算出された蒸留塔各段のウィーピング余裕率（ｍ）から、現在の操業状態においてウィーピングが起こっているか否かを判断することができる。
【０１１４】
次に、この結果（ウィーピング余裕率）に基づいて理論加熱量を求める処理について説明する。なお、以下のステップＳ５８〜ステップＳ６１は、理論加熱量算出部３０における処理である。
【０１１５】
上記ステップＳ５７にて求めたウィーピング余裕率を用いて、理論蒸気速度Ｕｏｐｔ（＝Ｕ／ｍ）を求める（Ｓ５８）。
【０１１６】
そして、上記ステップＳ５８で求めた理論蒸気速度を用いて、理論蒸気流量（Ｆｖ，ｏｐｔ＝ＵｏｐｔρｖＡ０）を算出する（Ｓ５９）。このとき、ρｖは一定とする。
【０１１７】
そして、ステップＳ５９にて求めた理論蒸気量における蒸発エンタルピーをシミュレータの物理モデルを用いて求める（Ｓ６０）。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１１８】
そして、ステップＳ５９およびステップＳ６０の結果より、理論上記量と蒸発エンタルピーとの積により理論加熱量を求める（Ｓ６１）。
【０１１９】
以上のようにステップＳ５８〜ステップＳ６１までの処理がステップＳ４３に相当することとなる。
【０１２０】
（ＩＩ）Ｌｅｉｂｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法
Ｌｅｉｂｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法では、以下の数式（７）を用いてウィーピング加熱量を算出する。
【０１２１】
【数２】
2004290890.tif 000005
【０１２２】
なお、上記数式（７）において用いる係数は以下の通りである。また、下記以外の係数については、上記数式（１）〜（６）に記載の係数と同じである。
【０１２３】
Ｃ０２：オリフィス係数
ｈ０：乾き圧損
ｕ０，ｏｐｔ：理論蒸気速度
以下に、上記数式（７）を用いて、ウィーピング加熱量を決定して、理論加熱量を求める処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のステップＳ６２〜ステップＳ６６は、閾値算出部２０における処理であり、シミュレーション工程（Ｓ２０）を具体的に説明している。
【０１２４】
まず、数式（７）中の多孔板のオリフィス係数Ｃ０を読み取る。具体的には、上記記憶装置に格納されているデータから、上記多孔板のオリフィス係数Ｃ０を読み取る（Ｓ６２）。なお、上記多孔板のオリフィス係数Ｃ０は、例えば、化学工学便覧（改定第４版６２５頁図７・３３；出版社：丸善）に記載されたデータ等である。
【０１２５】
次に、蒸留塔操作条件（フィード量（流量・温度・圧力・組成）、留出量、缶出量、還流量）からシミュレータを用いて蒸気流量Ｆｖ，蒸気密度ρｖおよび蒸留塔の仕様データにより既知である全孔面積Ａ０を用いて蒸留塔各段の蒸気速度（ｕ０（＝Ｆｖ／（ρｖＡ０））を算出する（Ｓ６３）。なお、全孔面積Ａ０は、予め図示しない記憶装置に格納されているデータを使用すればよい。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１２６】
次に、ステップＳ６２およびステップＳ６３の結果に基づいて、数式（７）より蒸留塔各段の乾き圧損（ｈ０）を算出する（Ｓ６４）。
【０１２７】
次に、蒸留塔各段の圧損限界（ｈ０，ｌｉｍ）を読み取る（Ｓ６５）。具体的には、上記記憶装置に格納されているデータから、蒸留塔各段の圧損限界を読み取る（Ｓ６２）。上記蒸留塔各段の圧損限界は、例えば、化学工学便覧（改定第４版６２７頁図７・３６；出版社：丸善）に記載されたデータ等である。
【０１２８】
次に、ステップＳ６４およびステップＳ６５の結果を用いて、（ｈ０，ｌｉｍ／ｈ０）を求めることにより、ウィーピング余裕率（ｍ）を算出する（Ｓ６６）。
【０１２９】
以上のステップＳ６２〜ステップＳ６６までの処理が、ハイドロリクス計算に相当する。そして、このハイドロリクス計算結果に基づいて、判断部４１は、Ｓ３１にて、現在加熱量での操業が安定操作範囲内であるか否かを判断することができる。具体的には、判断部４１は、上記Ｓ６６にて算出された蒸留塔各段のウィーピング余裕率（ｍ）から、現在の操業状態においてウィーピングが起こっているか否かを判断することができる。
【０１３０】
次に、この結果（ウィーピング余裕率）に基づいて理論加熱量を求める処理について説明する。なお、以下のステップＳ６７〜ステップＳ７１は、理論加熱量算出部３０における処理である。
【０１３１】
まず、上記ステップＳ６６にて求めたウィーピング余裕率を用いて、理論圧損ｈ０，ｏｐｔ（＝ｈ０／ｍ）を求める（Ｓ６７）。
【０１３２】
そして、上記ステップＳ６７で求めた理論圧損、および、数式（７）を用いて、理論蒸気速度（ｕ０，ｏｐｔ）を算出する（Ｓ６８）。このとき、ρｖρＬは一定とする。
【０１３３】
そして、上記ステップＳ６８で求めた理論蒸気速度を用いて、理論蒸気流量（Ｆｖ，ｏｐｔ＝ｕ０，ｏｐｔρｖＡ０）を算出する（Ｓ６９）。このとき、ρｖは一定とする。
【０１３４】
そして、ステップＳ６９にて求めた理論蒸気量における蒸発エンタルピーをシミュレータの物理モデルを用いて求める（Ｓ７０）。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１３５】
そして、ステップＳ６９およびステップＳ７０の結果より、理論上記量と蒸発エンタルピーとの積により理論加熱量を求める（Ｓ７１）。
【０１３６】
以上のようにステップＳ６７〜ステップＳ７１までの処理がステップＳ４３に相当することとなる。
【０１３７】
（ＩＩＩ）Ｆａｉｒの相関式を用いたフラッディング加熱量の算出方法
Ｆａｉｒの相関式を用いたフラッディング加熱量の算出方法では、以下の数式（８）〜（１０）を用いてフラッディング加熱量を算出する。
【０１３８】
【数３】
2004290890.tif 000006
【０１３９】
なお、上記数式（８）〜（１０）において用いる係数は以下の通りである。また、下記以外の係数については、上記数式（１）〜（７）に記載の係数と同じである。
【０１４０】
ｆｂ：開孔比に対する補正係数…回収部の開孔比およそ８％でｆｂ＝１．０
Ｃｎ：相関係数
ρＬ：表面張力
ｘ：気液比
Ｕ：蒸気速度、Ｕａｆ：最大蒸気速度、Ｕｏｐｔ：理論蒸気速度
Ａｄ：ダウンカマー面積
以下に、上記数式（７）および数式（８）〜（１０）を用いて、フラッディング加熱量を決定して、理論加熱量を求める処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、以下のステップＳ７２〜ステップＳ７８は、閾値算出部２０における処理であり、シミュレーション工程（Ｓ２０）を具体的に説明している。
【０１４１】
まず、蒸留塔操作条件（フィード量（流量・温度・圧力・組成）、留出量、缶出量、還流量）からシミュレータを用いて蒸気流量Ｆｖ、蒸気密度ρｖ、液流量Ｆおよび液密度ρＬを計算する。そして、これらの値を用いて蒸留塔各段の気液比ｘ＝ＦＬ／ＦＶ（ρｖ／ρＬ）０．５を算出する（Ｓ７２）。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１４２】
次にステップＳ７２の結果を用いて数式（１０）より、蒸留塔各段の相関係数（Ｃｎ）を算出する（Ｓ７３）。
【０１４３】
次に蒸留塔操作条件からシミュレータを用いて計算した表面張力σＬと上記スッテプＳ７３の結果を用いて、数式（８）より、蒸留塔各段のＣｆを算出する（Ｓ７４）。
【０１４４】
次に、ステップＳ７４の結果を用いて、数式（７）より蒸留塔各段の最大蒸気速度（Ｕａｆ）を算出する（Ｓ７５）。
【０１４５】
そして、蒸留塔格段について、塔断面積（Ａ０）とダウンカマー面積（Ａｄ）の産を算出する（Ｓ７６）。
【０１４６】
次に、ステップＳ７６の結果と、ステップＳ７２で算出したＦｖ、ρｖより蒸留塔各段の蒸気速度（Ｕ）を算出する（Ｓ７７）。
【０１４７】
次に、ステップＳ７５およびステップＳ７７の結果より（Ｕ／Ｕａｆ）を求めることによりフラッディング余裕率（ｍ）を算出する（Ｓ７８）。
【０１４８】
以上のステップＳ７２〜ステップＳ７８までの処理が、ハイドロリクス計算に相当する。そして、このハイドロリクス計算結果に基づいて、判断部４１は、Ｓ３１にて、現在加熱量での操業が安定操作範囲内であるか否かを判断することができる。具体的には、判断部４１は、上記Ｓ７８にて算出された蒸留塔各段のフラッディング余裕率（ｍ）から、現在の操業状態においてフラッディングが起こっているか否かを判断することができる。
【０１４９】
次に、この結果（フラッディング余裕率）に基づいて理論加熱量を求める処理について説明する。なお、以下のステップＳ７９〜ステップＳ８２は、理論加熱量算出部３０における処理である。
【０１５０】
上記ステップＳ７８にて求めたフラッディング余裕率を用いて、理論蒸気速度Ｕｏｐｔ（＝Ｕａｆ／ｍ）を求める（Ｓ７９）。
【０１５１】
そして、上記ステップＳ７９で求めた理論蒸気速度を用いて、理論蒸気流量（Ｆｖ，ｏｐｔ＝ＵｏｐｔρｖＡ０）を算出する（Ｓ８０）。このとき、ρｖは一定とする。
【０１５２】
そして、ステップＳ８０にて求めた理論蒸気量における蒸発エンタルピーをシミュレータの物理モデルを用いて求める（Ｓ８１）。なお、上記シミュレータとは物理則に基づく式である。
【０１５３】
そして、ステップＳ８０およびステップＳ８１の結果より、理論上記量と蒸発エンタルピーとの積により理論加熱量を求める（Ｓ８２）。
【０１５４】
以上のようにステップＳ７９〜ステップＳ８２までの処理がステップＳ４３に相当することとなる。
【０１５５】
また、上記省エネ操業工程を手動で行うには、操業者は、ステップＳ３５で示された最適化結果、すなわち、上記図８の画面に示された最適操業条件の炊き上げ量に基づいて、蒸留塔１を加熱している加熱量を制御することにより、最適な条件での蒸留塔１の操業を行うことができる。
【０１５６】
以上のような処理によって最適加熱量を算出している。つまり、本実施の形態にかかる蒸留塔の操業支援装置６０は、蒸留塔１の操業に関して、実際に操業が行える範囲内で最適加熱量を算出することにより、操業者が希望する組成物の品質を得るために、より効率よく操業することができるように支援することができる。また、ハイドロリクス的に安定な条件、換言すると、通常の蒸留操作が行える範囲内では、操業者が希望する組成の品質を得ることができない場合には、操業者の希望により近い状態で操業を行うことができるように支援することができる。
【０１５７】
このように、熱力学的な観点とハイドロリクス的な観点との両方から最適な加熱条件を決定することができるので、操業不能になるという状況を回避することができるとともに、より効率よく蒸留操作を行うことができる。
【０１５８】
なお、上記の説明では、缶出液３を塔１に戻す構成について説明している。しかしながら、缶出液を戻す構成、すなわち、リサイクルラインを設ける構成では、戻す場所については特に限定されるものではない。例えば、蒸留操作を行う物質や操業条件によっては、缶出液３を塔２に戻してもよい。また、上記の説明では、３成分の混合液体の蒸留を行っているが、蒸留する混合液体の数としては特に限定されるものではなく、２成分や４成分の混合液体を蒸留してもよい。さらに、蒸留塔１の数や操業条件についても蒸留を行う物質の特性によって適宜設定すればよい。
【０１５９】
また、蒸留塔１が、例えば図２に示すように、複数連続して設けられている場合には、まず、蒸留を行う混合液体を供給する塔側から順次最適化を行えばよい。具体的には、例えば、後段の塔より前段の塔へのリサイクルがない場合、前段の塔より上記の計算処理により最適化計算を実施すればよい。また、リサイクルがある場合には、１つの塔の条件を最適化計算で変更した場合、後段の塔のフィード条件にリサイクルラインを通じて変化が生じることとなる。このため、全塔について繰り返し計算処理を行い、各塔における最適化計算をすればよい。
【０１６０】
このとき、各蒸留塔１を最適化した場合と、全ての蒸留塔１を１つの系として見た場合における最適化との結果が異なる場合には、系全体の最適化を優先させて加熱量を制御すればよい。つまり、系全体が最適化されるように加熱量を制御することがより好ましい。具体的には、上記決定部４２が、複数本の蒸留塔１からなる系に対して、系全体の加熱量を最適化するように、各蒸留塔１の最適加熱量を決定するようになっていることがより好ましい。
【０１６１】
なお、上記の説明では、安定操業範囲の下限値をウィーピングとして説明しているが、蒸留塔１が充填塔の場合には、チャネリングと称する場合もある。また、上記蒸留塔１は、例えば、精留塔であってもよい。さらに、蒸留塔１の種類については、特に限定されるものではなく、段塔であってもよく、また、充填塔等であってもよい。
【０１６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得手段と、上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出手段と、上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分をある範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出手段と、上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定手段と、上記理論加熱量が、安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定するとともに、上記理論加熱量が、安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定手段とを備える構成である。
【０１６３】
それゆえ、蒸留塔の操業に関して安定に操業を行うことができる安定操業範囲の範囲内において、最適な加熱量を算出することができるという効果を奏する。
【０１６４】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記データ取得手段は、操業中の蒸留塔に設けられている計測器７からデータを取得するようになっている構成とすることにより、従来のようにオフラインにて算出する構成に比べて、リアルタイムで操業中の加熱量を制御することができるとともに、迅速に最適な加熱量を算出することができる。
【０１６５】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記決定手段によって決定された最適加熱量に基づいて、蒸留塔を加熱する加熱手段を制御する加熱制御手段が設けられている構成とすることにより、最適な加熱値に自動的に制御することができる。
【０１６６】
さらに、本発明の蒸留塔の操業支援装置は、上記決定手段は、複数本の蒸留塔からなる系に対して、系全体の加熱量を最適化するように、各蒸留塔の最適加熱量を決定する構成とすることにより、より一層省エネを図ることができる。
【０１６７】
また、本発明の蒸留塔の操業支援プログラムは、コンピュータを上記の各手段として機能させるコンピュータ・プログラムである。これにより、コンピュータで上記蒸留塔の操業支援装置の各手段を実現することによって、上記蒸留塔の操業支援装置を実現することができる。
【０１６８】
また、本発明の蒸留塔の操業支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の各手段をコンピュータに実現させて、上記蒸留塔の操業支援装置を動作させる蒸留塔の操業支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。これにより、上記記録媒体から読み出された蒸留塔の操業支援プログラムによって、上記蒸留塔の操業支援装置をコンピュータ上に実現することができる。
【０１６９】
本発明の蒸留塔の操業支援方法は、操業中の蒸留塔の状態に関するデータを取得するデータ取得工程と、上記データに基づいて、蒸留塔に供給する原料の供給条件と、留出量と、還流量または還流比とが一定である場合におけるウィーピングを起こすウィーピング加熱量またはフラッディングを起こすフラッディング加熱量を算出する閾値算出工程と、上記データに基づいて、蒸留塔から排出される組成物の成分をある範囲内にするために必要な理論加熱量を算出する理論加熱量算出工程と、上記理論加熱量が、ウィーピング加熱量よりも高く、かつ、フラッディング加熱量よりも低い安定操業範囲にあるか否かを判断する判定工程と、上記理論加熱量が、安定操業範囲にある場合には、該理論加熱量を最適加熱量に決定するとともに、上記理論加熱量が、安定操業範囲にない場合には、安定操業範囲の最大値および最小値の、理論加熱量に近い方の端点を最適加熱量に決定する決定工程とを含む構成である。
【０１７０】
それゆえ、安定に操業することができ、かつ、好適な操業条件にて蒸留塔の操業を行うための支援をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸留塔の操業支援装置の、概略の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】上記蒸留塔の操業支援装置が操業支援する蒸留塔の概略の構成を示すブロック図である。
【図３】上記蒸留塔の安定操作範囲を示すグラフである。
【図４】最適加熱量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】操業データ取得工程の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】シミュレーション工程の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】最適化計算工程の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】最適加熱量およびその他の情報を表示部に表示した際の表示画面の正面図である。
【図９】Ｈｕａｎｇ  ａｎｄ  Ｈｏｄｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法を示すフローチャートである。
【図１０】Ｌｅｉｂｓｏｎの式を用いたウィーピング加熱量の算出方法を示すフローチャートである。
【図１１】Ｆａｉｒの相関式を用いたフラッディング加熱量の算出方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ  蒸留塔
６      加熱部（加熱部）
７      計測器
１０    データ取得部（データ取得手段）
２０    閾値算出部（閾値算出手段）
３０    理論加熱量算出部（理論加熱量算出手段）
４０    最適加熱量決定部
４１    判断部（判定手段）
４２    決定部（決定手段）
５０    制御部
６０    蒸留塔の操業支援装置
７０    加熱制御部（加熱制御手段）
１００  プラント
【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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