化学装置
【課題】マイクロリアクタを用いた化学プロセスの処理量のスケールアップを容易に実現できる化学装置を提供する。
【解決手段】原料の分岐部に原料タンクへ連通する送液ラインを設け、そのライン上には原料の流れを検出する手段と流れを調節する制御弁を設ける。また、複数に並列接続されたマイクロリアクタへの各分岐ラインにも原料の流量をモニタリングする手段とその流量を調整する手段を設け、各送液ラインの流量をモニタリングしつつ、各制御弁とポンプからの送液量をコンピュータによって調節することで、ラインの気泡や沈着物の影響を回避する安定な送液状態を実現する。
【解決手段】原料の分岐部に原料タンクへ連通する送液ラインを設け、そのライン上には原料の流れを検出する手段と流れを調節する制御弁を設ける。また、複数に並列接続されたマイクロリアクタへの各分岐ラインにも原料の流量をモニタリングする手段とその流量を調整する手段を設け、各送液ラインの流量をモニタリングしつつ、各制御弁とポンプからの送液量をコンピュータによって調節することで、ラインの気泡や沈着物の影響を回避する安定な送液状態を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小流路を利用した反応器（以下、マイクロリアクタと呼ぶ）の生産処理量をスケールアップするための化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシーニング技術、微小スケールでのメリットを化学プロセスへ積極的に応用するマイクロリアクタが近年盛んに研究、開発されている。マイクロリアクタでは様々なメリットが期待されているが、その一つに処理量のスケールアップの容易性が挙げられる。通常、化学製品の研究開発、製造では、ラボレベルでの研究、製品開発、テストプラントを経て、量産プラントへと生産量を段階的にスケールアップしていく。
【０００３】
一般にビーカレベルでの少量の化学反応と生産用反応槽の中での多量の化学反応では、化学反応が行われる諸条件が異なるため、ラボレベルから量産レベルへのスケールアップには技術的な課題がしばしば生じる。マイクロリアクタではこの課題を極力回避するために、ラボレベルで開発・適用した少量処理向けマイクロリアクタをそのまま量産レベルの必要量に応じて複数並列に実装することで、処理量のスケールアップを一気に行う戦略が提案されている。一つあたりの処理量は少量である単体のマイクロリアクタを、プラントへ並列実装する数によって処理量を稼ぐこの処理量スケールアップの手法は、ナンバリングアップと呼ばれることがある。
【０００４】
マイクロリアクタを用いたラボレベルの処理量からプラントでの量産レベルへの処理量のスケールアップでは、このナンバリングアップを具体的にどのような配管で各マイクロリアクタへ原料を均等に分配し、ラボレベルの処理状態を再現するかが、品質のよい生成物を得る上で重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-80306号公報
【特許文献２】特開2004-344877号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナンバリングアップによるラボレベルからプラントレベルへのスケールアップでは、特許文献１および特許文献２に開示されているように、マイクロリアクタを並列に接続して実装数を稼ぐ方法がしばしば採用される。この並列接続配管の最大のメリットは、一つの送液手段（ポンプ、ヘッダータンク）から原料を分岐させるために送液設備のコストが抑えられる点である。
【０００７】
デメリットとしては、分岐後の微細流路が毛管現象の影響による気泡の付着・残留、マイクロリアクタ内の反応物の流路壁への沈着などで閉塞した場合、その流路抵抗の不均衡が他の全ての分岐流路に及ぼされ、各マイクロリアクタへの所期の送液量が乱される点である。また、プライミング時、すなわちプラントの原料ラインおよびマイクロリアクタ内が空の状態から運転を開始し、流路が原料で置換される初期の状態において生じる置換不良、すなわち微細流路内の気相の残留は、その気泡がいつ乖離して後段へ流れていくか不確定性が高く、マイクロリアクタ内の微小空間での化学操作の性能低下の要因になり得る。
【０００８】
マイクロリアクタ内の反応物の流路壁への沈着などの問題を解決する手段の一つとして、特許文献１では各流路を流れる原料の送液状態をモニタし、その情報に基いて弁や送液手段を制御して各流路を流れる原料を所望の流量に維持する構成が開示されている。しかし、多数のマイクロリアクタが分岐して並列配管接続された場合、或るマイクロリアクタの流量変化が他のマイクロリアクタの流量に影響を及ぼすため制御が複雑となるが、その具体的な制御則については明記されていない。また、特許文献２でも並列接続配管の実施例が示されているが、上述した毛管現象の影響による気泡の付着・残留が問題となる配管構成である。
【０００９】
本発明はマイクロリアクタを並列配管してナンバリングアップした化学プラントにおいて、各配管系の上記諸問題を解決して安定な送液運転状態を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と、原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を制御する制御機を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器へ分配された原料の実際の分配流量を検知する分配流量検知手段と、その流量を調整する分配流量調整手段を備え、
分配流量検知手段で検知された原料の分配流量に応じて原料の流量を調整する制御機を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は上記の化学装置において、各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を上記制御機で制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は上記の化学装置において、各反応器への原料の調整量と測定された分配流量との関係が、反応器ごとに独立に前記制御機により制御されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は上記の化学装置において、前記制御機は原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を表す伝達特性行列の逆行列と適当な対角行列の積とからなる伝達特性行列をもつ非干渉化器を備え、この非干渉化器によって反応器ごとに非干渉化して独立に制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は上記の化学装置において、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係をあらわす伝達特性行列を、適当な調整量とそれに対応する分配流量を自動的に測定し、それらの因果関係から伝達特性行列を求め、その伝達特性に応じて制御則を調整するシステム調整部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
一つのポンプから送液ラインに一度に並列分岐させるのではなく、分岐部から原料タンクへ原料を戻しうる送液ラインを設け、そのライン上には原料の流れを検出する手段と流れを調節する制御弁を設ける。また、複数に並列接続されたマイクロリアクタへの各分岐ラインにも原料の流量をモニタリングする手段とその流量を調整する手段を設ける。このような構成において、各送液ラインの流れをモニタリングしつつ、各制御弁とポンプからの送液量をコンピュータによって調節することで、ラインの気泡や沈着物の影響を回避する安定な送液状態を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ（並列配管接続）によって処理量をスケールアップした化学装置において、マイクロリアクタの原料流量の乱れ（変化）を、他のマイクロリアクタへ影響を与えないので、各マイクロリアクタの流量制御が容易に安定化できる。また、経年変化によるマイクロリアクタでの気泡の付着、反応生成物の沈着による原料流量の乱れ（変化）を自動的に検知し、自動的に送液状態を修復・調整する機能が備えれば、無人で安定な化学製造プロセスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１の基本構成を説明する図。
【図２（ａ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図２（ｂ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図２（ｃ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図３（ａ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｂ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｃ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｄ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図４（ａ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｂ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｃ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｄ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｅ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｆ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図５（ａ）】同じくプラント制御系を説明する図。
【図５（ｂ）】同じくプラント制御系を説明する図。
【図６】本発明の実施例２のプラントの伝達特性を同定する方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて実施例について説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１について、配管および原料の送液制御の基本的な構成を図１に示す。本実施例は、マイクロリアクタ（反応器）内で原料Ａと原料Ｂを混合あるいは反応させ、生成物Ｃを得るための２原料１ステップ反応あるいは混合のプロセスの例である。
【００２０】
図１において、液体の原料Ａおよび原料Ｂは、それぞれ原料タンク１０１および１０２に貯蔵されており、それぞれポンプ１０３、ポンプ１０４によって送液駆動される。ポンプ１０３および１０４は、それぞれ、分岐タンク１０５、１０６及びここから分岐している送液ライン１１５、１１６を介して、各リアクタ（反応器）１０７に原料Ａおよび原料Ｂを分配する。分配された原料Ａおよび原料Ｂは、各リアクタ１０７内で混合、あるいは反応し、生成物Ｃとして回収タンク１０８に回収される。分岐タンク１０５、１０６には、分配される送液ライン１１５、１１６の他に、それぞれの原料タンク１０１、１０２に原料を戻しうるライン１０９、１１０が備えられており、これらのラインを通じて原料Ａ、Ｂが還流される。
【００２１】
上記各ライン１０９、１１０上には、原料の流量を検知する原料流量検知手段１１１、１１２と、その流れを調節あるいは、塞ぐことが可能な原料流量調整手段としての流量制御弁１１３、１１４が設置されている。また、各リアクタ１０７に接続されている各送液ライン１１５、１１６にも、分配流量を検知する分配流量検知手段１１７と、その流量を調整する分配流量調整手段としての流量制御弁１１８が備えられている。上記各流量検知手段１１１、１１２、１１７の情報は制御機１１９に送られ、ユーザコンソール１２０からの要求に従って、上記制御機１１９が上記各制御弁１１３、１１４、１１８の開度を適切に制御する。
【００２２】
次に図１に示した流体制御系の動作について説明する。まず、運転開始時のプライミング動作について述べる。運転開始時には各送液ライン１１５、１１６中にはまだ原料が流されていないので、流路が空気あるいは他の気体で満たされている。この状態から送液ライン内を全て液体原料に置換するため、本実施例では上記配管構成のもと２段階の動作パターンからなるプライミングモードを採用している。
【００２３】
まず、複数のマイクロリアクタ１０７が接続されている送液ラインの制御弁１１８を全てクローズし、それぞれの原料タンク１０１、１０２に連通しているラインの制御弁１１３、１１４をオープンにした状態で、ポンプを適当な流量で動作させる。この時の分岐タンク１０５を例にして動作を説明する。図２（ａ）はプライミング開始前の状態で、まだ液体原料が内部に満たされていない状態を示している。また、紙面上、下に向かって重力が作用しているものとする。ポンプ１０３によって分岐タンク１０５から送液ライン２０３によって原料が送液される。
【００２４】
なお、図２（ａ）に示されていないが、マイクロリアクタへ接続されている送液ライン２０１（図１の１１５、１１６に相当）、原料タンク１０１へ連通するライン２０２（図１の１０９、１１０に相当）には、図１で示した制御弁１１３、１１４、１１８が設けられてある。
【００２５】
前述のようにマイクロリアクタへ接続されている送液ライン２０１をクローズし、原料タンクへ連通する送液ライン２０２をオープンすることで、原料は図２（ｂ）に示すように、空気を原料タンクへ押し流すように送液される。このとき、原料は図１の矢印１２１、１２２のループのように流れる。このループ的な送液ラインが完全に液体原料によって置換されたか否かは原料の流れを感知する原料流量検知手段１１１、１１２によって検出される。
【００２６】
分岐タンク１０５が液体原料によって置換されたタイミング（分岐タンク１０６も同様に液体原料によって置換されている。）で、今度はマイクロリアクタが接続されている送液ライン２０１の制御弁１１８を全てオープンし、原料タンクへ連通している送液ライン２０２の制御弁１１３、１１４をクローズする。この動作によって、分岐タンク１０５内の原料は、図２（ｃ）のようにマイクロリアクタ側へ送液される。
【００２７】
この２段階目の動作においてある程度流量を与えれば、分岐タンク１０５、１０６、マイクロリアクタ１０７、回収タンク１０８までのラインも液体原料によって置換される。しかし、２段階目の動作で所期の流量で各マイクロリアクタに各原料を送液・置換しなければならないが、その流量が低流量の場合にはいずれかの送液ラインが完全に液体原料に置換し切れない場合がある。この場合、各送液ライン１１５、１１６上に設けた流量をモニタリングする分配流量検知手段１１７によって、どの送液ラインが置換されてないかを検出する。そして、置換されてないと検出された1個の送液ラインの制御弁をオープン状態で、それ以外の制御弁を全てクローズし、ポンプの送液量を１ライン分まで落として送液することで、液体原料に置換する。このとき、液体原料で置換ができなかったラインが複数ある場合には１ラインずつ上記の動作を繰り返せばよい。
【００２８】
次に、送液ラインが液体原料によって完全に置換された後のマイクロリアクタによる反応運転モードにおける、送液状態の安定化について説明する。各送液ライン１１５、１１６が理想的に同じ形状に製作されていれば、どの送液ラインも全て同じ流路抵抗をもつので、ポンプから送液される原料も均等に分配される。しかし、現実的にはそのような状態を実現することはほとんど不可能である。また、本化学装置（以下プラントと呼ぶ）では異なる種類の原料を混合し、もとの原料とは異なる物質を生成する。従って、液体の物性がマイクロリアクタ内で変化する場合もあり、流路の幾何学的条件だけでは均等な流量の分配、各リアクタ内での化学反応を管理することは難しい。さらに、反応生成物が流路内に沈着、堆積し送液ラインの流路抵抗の変化を引き起こす可能性もある。このように何らかの要因で配管流路の各流路抵抗の不均衡が生じた場合に対処するため、本実施例では以下に示す並列配管系流量の制御則を採用している。
【００２９】
図１に示すプラント制御系において、各マイクロリアクタに均等に原料を送液したい場合、ポンプからの送液量は、（各送液ラインに与えたい所望の流量）×（マイクロリアクタの並列数）で決まる。上述したように各送液ラインの流路抵抗が完全に等しければ、このポンプからの送液量を規定するだけで、原料を各マイクロリアクタへ均等に送液することができる。しかし、上述したように何らかの要因でその流路抵抗の不均衡が生じた場合、各送液ラインに設けた制御弁を調整して各送液ラインを流れる原料の流量を所望の流量に制御しなければならない。
【００３０】
ここで、マイクロリアクタの並列数をｎとすれば、本プラントはｎ個の入力（制御弁の開口度）と、ｎ個の出力（各送液ラインの流量）の多入出力システムとして扱うことができる。明らかに本プラントは干渉型の多入出力システム、すなわち、或る一つの制御弁の操作がその送液ラインのみならず、他の送液ラインの流量にも影響を及ぼすシステムである。従って、何らかの要因によって配管ラインの各流路抵抗の不均衡が生じた場合、その不均衡を補償するような各制御弁の調整は、マイクロリアクタの並列数が多くなるほど極めて困難となる。
【００３１】
そこで、本実施例ではこの多入出力システムを見かけ上非干渉化し、その上で各流路にフィードバック制御系を構築する制御則を考案した。
【００３２】
本プラントにおけるｎ個の制御弁の開口度をｕ（ｕ1、ｕ２、・・・、ｕn）とし、その結果生じる各送液ラインの流量をｑ（q1、q２、・・・、qn）とすれば、その入出力システムのブロック線図は、図３（ａ）のようにあらわされる。また、このブロック線図で示されたシステムに対応する伝達特性Ｐ(ｓ)は、図３（ｂ）に示すような伝達行列の形式で一般的にあらわす事ができる。ここで、伝達行列の要素ｐi、jは実数の場合もあるが、一般的には伝達関数によってあらわされる。
【００３３】
このような図３（ａ）に示す入出力特性をもつ干渉型ｎ入出力システムのプラントを見かけ上、非干渉化するために、図３（ｃ）のようなｎ入出力の非干渉化器３０１を設計する。この非干渉化器３０１の伝達特性は、図３（ｄ）に示すような伝達行列で与えられる。本非干渉化器３０１の特徴は、行列の要素が非干渉化器３０１の設計パラメータとなっており、非干渉化したいプラントの特性、すなわちＰ(ｓ)行列に応じて設計され、その設計方法が本実施例のポイントとなっている。
【００３４】
図４（ａ）に示すようにプラントの入力側に上記非干渉化器Ｇ３０１を直列に接続した場合、その入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnに対する出力q1、q２、・・・、qnは、図４（ｂ）に示した行列方程式の左辺と第２辺との関係で記述される。４０１は、プラントの入力側に上記非干渉化器３０１を直列に接続した多入出力システムを示す。
【００３５】
ここで、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnが、それぞれ対応する出力q1、q２、・・・、qnだけに影響を及ぼす要件（ｘ１がq1にのみ、ｘ２がq２にのみ、・・・、ｘｎがqｎにのみ影響を及ぼす条件）、すなわちｑi＝ｐii×ｘi (i=1、2、・・・ｎ)という要件（条件）を課すと、図４（ｂ）に示した行列方程式の、第２辺と右辺との関係に示した、対角行列と等号の関係を満たさなければならない。入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnと開口度ｕ1、ｕ２、・・・、ｕnとの関係は干渉型の多入出力となるが、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnと出力q1、q２、・・・、qnについては、見かけ上非干渉化される。
【００３６】
図４（ｂ）に示した行列方程式の、第２辺と右辺との関係を、行列記号ＰおよびＧ、入力ベクトルｘで表せば、図４（ｃ）に示す方程式となる。さらに、この方程式に対して、Ｐの逆行列を左側から両辺にかけると、図４（ｄ）のような形の方程式に変形される。ここで、任意の入力（ｘベクトル）に対して恒等的に図４（ｄ）の方程式が成立するためには、ｘベクトルの両辺の係数行列が等しい、すなわち図４（ｅ）の関係が成立しなければならない。図４（ｅ）の伝達特性行列（Ｇ）は、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を示すプラントの伝達特性行列の逆行列（Ｐ−１）と適当（適切）な対角行列の積からなる（右辺）。すなわち、図４（ｅ）の右辺は、Ｐ(s)行列の逆行列と対角行列の積からなり、両者ともプラントの伝達特性に関するものであるため、非干渉化したいプラントの具体的な伝達特性が得られ、なおかつ、制御仕様に関する適当な制御条件を付与することによってＰ（ｓ）行列の逆行列が一意に定まれば、そのプラントの入出力特性を非干渉化するための非干渉化器３０１は図４（ｅ）の式によって設計される。
【００３７】
このような非干渉化器３０１が接続されたプラント図４（ａ）の多入出力システム４０１は、その伝達特性が図４（ｆ）と等価となり、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnが、それぞれ対応する出力q1、q２、・・・、qnだけに影響を及ぼす非干渉型の多入出力システム４０２となる。
【００３８】
このように非干渉化器を接続することで非干渉化されたプラントに対し、フィードバック制御則を適用することで、各送液ラインの目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnを決めれば、自動的に追従する自動制御系図５（ａ）が実現される。各送液ラインの目標流量ｒは、図１に示すユーザコンソール１２０から要求として出される。
【００３９】
破線で囲まれたゾーン５０１は、図４で説明した非干渉化器３０１によって非干渉化されたプラントの入出力特性を示す。入力側には非干渉化された各ラインを見かけ上、独立にフィードバック制御するためのコントローラ５０２が接続され、出力である各流量q1、q２、・・・、qnがフィードバックされ、目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnとの偏差に基づいて、コントローラ５０２によってプラントが制御される。
【００４０】
従って、非干渉化されたプラントの特性５０１に応じて、適切にコントローラ５０２を設計することで、各マイクロリアクタの流量において、何らかの外乱が発生に対しても、自動的にその目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnを目標値に追従させる安定な制御系が実現される。プラントのもともとの伝達特性Ｐ(ｓ)を用いて、本プラント制御系のブロック線図で表記すれば、図５（ｂ）のようになる。囲まれた部分５０３が本プラント制御系の制御器１１９に相当するもので、図１の制御器１１９の内部には図５（ｂ）の５０３で示される演算機能が備えられている。
【００４１】
本プラント制御系では、制御対象のプラントの入力（制御弁の開口度）ｕに対する出力応答（各送液ラインの流量）ｑの伝達特性を如何に正確にモデル化し、伝達行列Ｐ(ｓ)の形式で記述するかがポイントとなる。この伝達行列Ｐ(ｓ)が実験等から正確に得られれば、図４および図５において説明した手順で適切な制御系が構築される。
【００４２】
しかしながら、プラントを連続で長期間操業していると、プラントを構成する機器（マイクロリアクタ、制御弁、配管なども含む）の劣化・老朽化に伴い、その入出力特性が変化して干渉型の多入出力システムになってしまう。このような状況はもはや外乱とは言えず、予想されるプラントの入出力システムパラメータ変動として対処しなければならない。そこで、図１に示した本プラント制御系の制御機１１９には、次の実施例２で示すような制御対象であるプラントのシステム同定機能を持つシステム調整部１１９ａが備えられている。
【００４３】
（実施例２）
図６でシステム同定部１１９ａでのシステム同定の一例を説明する。図６に示されている実施例２では、各送液ラインの入力側の制御弁１１８を一つづつ順次（時分割的に）短時間だけオープン（全開）して送液していき、そのときの各送液ラインの流量ｑの応答をすべて同時に分配流量検知手段１１７で測定する。この測定は、定期的に実施される。図６で、ｕ＊１〜ｕ＊ｎは、各送液ラインの入力のオープン信号を示し、ｑ＊１〜ｑ＊ｎは各送液ラインの流量を示す。図６の測定結果では、各送液ラインの送液が他の送液ラインの流量ｑに影響を及ぼしているのが分かり、本プラントは経年変化により干渉型の多入出力システムになっている。
【００４４】
本実施例では、上記測定で得られた開度ｕと流量ｑの値で示されるシステムＰ(ｓ)の入・出力特性から、適切な演算処理によってＰ(ｓ)の新たなパラメータを同定する。そして、得られたパラメータに応じて、制御系を図４および図５において説明した手順で更新して、更新された入・出力特性（新たな伝達特性行列）を制御器１９に設定すれば、上述したパラメータ変動に対しても最適なプラント制御系が実現される。これらは、制御器１９内のシステム調整部１１９ａによってなされる。
【００４５】
このようなシステム同定の機能は、プラントの自動的な異常・故障診断にも応用することができる。プラント操業中も適当な時期に上記システム同定をし、過去のシステムパラメータと比較して極端にパラメータが変動していれば、それはプラントの異常あるいは故障として取り扱う。そのパラメータの変動量がどの範囲内なら正常で、それ以外は異常あるいは故障と判断する基準は何らかの方法でそのプラントの設計者が設定する必要があることは言うまでもない。
【００４６】
以上、２種類の原料を１ステップで混合・反応させるもっとも単純な系で本発明の実施例を説明したが、複数種類の原料を複数の複数のステップで混合・反応させるより複雑なプラントシステムにおいてもその並列配管流量制御の考え方は同じであり、本発明を適用することができる。
【００４７】
なお、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変形が可能であることは当業者に理解されよう。
【符号の説明】
【００４８】
１０１、１０２…原料タンク、１０３，１０４…ポンプ、１０７…反応器（マイクロリアクタ）、１１１、１１２…原料流量検知手段、１１３、１１４…原料流量調整手段、１１７…分配流量検知手段、１１８…分配流量調整手段、１１９…制御機、１１９ａ…システム調整部、３０１…非干渉化器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小流路を利用した反応器（以下、マイクロリアクタと呼ぶ）の生産処理量をスケールアップするための化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシーニング技術、微小スケールでのメリットを化学プロセスへ積極的に応用するマイクロリアクタが近年盛んに研究、開発されている。マイクロリアクタでは様々なメリットが期待されているが、その一つに処理量のスケールアップの容易性が挙げられる。通常、化学製品の研究開発、製造では、ラボレベルでの研究、製品開発、テストプラントを経て、量産プラントへと生産量を段階的にスケールアップしていく。
【０００３】
一般にビーカレベルでの少量の化学反応と生産用反応槽の中での多量の化学反応では、化学反応が行われる諸条件が異なるため、ラボレベルから量産レベルへのスケールアップには技術的な課題がしばしば生じる。マイクロリアクタではこの課題を極力回避するために、ラボレベルで開発・適用した少量処理向けマイクロリアクタをそのまま量産レベルの必要量に応じて複数並列に実装することで、処理量のスケールアップを一気に行う戦略が提案されている。一つあたりの処理量は少量である単体のマイクロリアクタを、プラントへ並列実装する数によって処理量を稼ぐこの処理量スケールアップの手法は、ナンバリングアップと呼ばれることがある。
【０００４】
マイクロリアクタを用いたラボレベルの処理量からプラントでの量産レベルへの処理量のスケールアップでは、このナンバリングアップを具体的にどのような配管で各マイクロリアクタへ原料を均等に分配し、ラボレベルの処理状態を再現するかが、品質のよい生成物を得る上で重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-80306号公報
【特許文献２】特開2004-344877号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナンバリングアップによるラボレベルからプラントレベルへのスケールアップでは、特許文献１および特許文献２に開示されているように、マイクロリアクタを並列に接続して実装数を稼ぐ方法がしばしば採用される。この並列接続配管の最大のメリットは、一つの送液手段（ポンプ、ヘッダータンク）から原料を分岐させるために送液設備のコストが抑えられる点である。
【０００７】
デメリットとしては、分岐後の微細流路が毛管現象の影響による気泡の付着・残留、マイクロリアクタ内の反応物の流路壁への沈着などで閉塞した場合、その流路抵抗の不均衡が他の全ての分岐流路に及ぼされ、各マイクロリアクタへの所期の送液量が乱される点である。また、プライミング時、すなわちプラントの原料ラインおよびマイクロリアクタ内が空の状態から運転を開始し、流路が原料で置換される初期の状態において生じる置換不良、すなわち微細流路内の気相の残留は、その気泡がいつ乖離して後段へ流れていくか不確定性が高く、マイクロリアクタ内の微小空間での化学操作の性能低下の要因になり得る。
【０００８】
マイクロリアクタ内の反応物の流路壁への沈着などの問題を解決する手段の一つとして、特許文献１では各流路を流れる原料の送液状態をモニタし、その情報に基いて弁や送液手段を制御して各流路を流れる原料を所望の流量に維持する構成が開示されている。しかし、多数のマイクロリアクタが分岐して並列配管接続された場合、或るマイクロリアクタの流量変化が他のマイクロリアクタの流量に影響を及ぼすため制御が複雑となるが、その具体的な制御則については明記されていない。また、特許文献２でも並列接続配管の実施例が示されているが、上述した毛管現象の影響による気泡の付着・残留が問題となる配管構成である。
【０００９】
本発明はマイクロリアクタを並列配管してナンバリングアップした化学プラントにおいて、各配管系の上記諸問題を解決して安定な送液運転状態を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と、原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を制御する制御機を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器へ分配された原料の実際の分配流量を検知する分配流量検知手段と、その流量を調整する分配流量調整手段を備え、
分配流量検知手段で検知された原料の分配流量に応じて原料の流量を調整する制御機を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は上記の化学装置において、各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を上記制御機で制御することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は上記の化学装置において、各反応器への原料の調整量と測定された分配流量との関係が、反応器ごとに独立に前記制御機により制御されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は上記の化学装置において、前記制御機は原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を表す伝達特性行列の逆行列と適当な対角行列の積とからなる伝達特性行列をもつ非干渉化器を備え、この非干渉化器によって反応器ごとに非干渉化して独立に制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は上記の化学装置において、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係をあらわす伝達特性行列を、適当な調整量とそれに対応する分配流量を自動的に測定し、それらの因果関係から伝達特性行列を求め、その伝達特性に応じて制御則を調整するシステム調整部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
一つのポンプから送液ラインに一度に並列分岐させるのではなく、分岐部から原料タンクへ原料を戻しうる送液ラインを設け、そのライン上には原料の流れを検出する手段と流れを調節する制御弁を設ける。また、複数に並列接続されたマイクロリアクタへの各分岐ラインにも原料の流量をモニタリングする手段とその流量を調整する手段を設ける。このような構成において、各送液ラインの流れをモニタリングしつつ、各制御弁とポンプからの送液量をコンピュータによって調節することで、ラインの気泡や沈着物の影響を回避する安定な送液状態を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ（並列配管接続）によって処理量をスケールアップした化学装置において、マイクロリアクタの原料流量の乱れ（変化）を、他のマイクロリアクタへ影響を与えないので、各マイクロリアクタの流量制御が容易に安定化できる。また、経年変化によるマイクロリアクタでの気泡の付着、反応生成物の沈着による原料流量の乱れ（変化）を自動的に検知し、自動的に送液状態を修復・調整する機能が備えれば、無人で安定な化学製造プロセスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１の基本構成を説明する図。
【図２（ａ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図２（ｂ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図２（ｃ）】同じく分岐タンクの動作を説明する図。
【図３（ａ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｂ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｃ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図３（ｄ）】同じく制御機の設計に必要なプラントおよび非干渉化器の伝達特性を説明する図。
【図４（ａ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｂ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｃ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｄ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｅ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図４（ｆ）】同じく非干渉化器をプラントに接続した際の効果を説明図する図。
【図５（ａ）】同じくプラント制御系を説明する図。
【図５（ｂ）】同じくプラント制御系を説明する図。
【図６】本発明の実施例２のプラントの伝達特性を同定する方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて実施例について説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１について、配管および原料の送液制御の基本的な構成を図１に示す。本実施例は、マイクロリアクタ（反応器）内で原料Ａと原料Ｂを混合あるいは反応させ、生成物Ｃを得るための２原料１ステップ反応あるいは混合のプロセスの例である。
【００２０】
図１において、液体の原料Ａおよび原料Ｂは、それぞれ原料タンク１０１および１０２に貯蔵されており、それぞれポンプ１０３、ポンプ１０４によって送液駆動される。ポンプ１０３および１０４は、それぞれ、分岐タンク１０５、１０６及びここから分岐している送液ライン１１５、１１６を介して、各リアクタ（反応器）１０７に原料Ａおよび原料Ｂを分配する。分配された原料Ａおよび原料Ｂは、各リアクタ１０７内で混合、あるいは反応し、生成物Ｃとして回収タンク１０８に回収される。分岐タンク１０５、１０６には、分配される送液ライン１１５、１１６の他に、それぞれの原料タンク１０１、１０２に原料を戻しうるライン１０９、１１０が備えられており、これらのラインを通じて原料Ａ、Ｂが還流される。
【００２１】
上記各ライン１０９、１１０上には、原料の流量を検知する原料流量検知手段１１１、１１２と、その流れを調節あるいは、塞ぐことが可能な原料流量調整手段としての流量制御弁１１３、１１４が設置されている。また、各リアクタ１０７に接続されている各送液ライン１１５、１１６にも、分配流量を検知する分配流量検知手段１１７と、その流量を調整する分配流量調整手段としての流量制御弁１１８が備えられている。上記各流量検知手段１１１、１１２、１１７の情報は制御機１１９に送られ、ユーザコンソール１２０からの要求に従って、上記制御機１１９が上記各制御弁１１３、１１４、１１８の開度を適切に制御する。
【００２２】
次に図１に示した流体制御系の動作について説明する。まず、運転開始時のプライミング動作について述べる。運転開始時には各送液ライン１１５、１１６中にはまだ原料が流されていないので、流路が空気あるいは他の気体で満たされている。この状態から送液ライン内を全て液体原料に置換するため、本実施例では上記配管構成のもと２段階の動作パターンからなるプライミングモードを採用している。
【００２３】
まず、複数のマイクロリアクタ１０７が接続されている送液ラインの制御弁１１８を全てクローズし、それぞれの原料タンク１０１、１０２に連通しているラインの制御弁１１３、１１４をオープンにした状態で、ポンプを適当な流量で動作させる。この時の分岐タンク１０５を例にして動作を説明する。図２（ａ）はプライミング開始前の状態で、まだ液体原料が内部に満たされていない状態を示している。また、紙面上、下に向かって重力が作用しているものとする。ポンプ１０３によって分岐タンク１０５から送液ライン２０３によって原料が送液される。
【００２４】
なお、図２（ａ）に示されていないが、マイクロリアクタへ接続されている送液ライン２０１（図１の１１５、１１６に相当）、原料タンク１０１へ連通するライン２０２（図１の１０９、１１０に相当）には、図１で示した制御弁１１３、１１４、１１８が設けられてある。
【００２５】
前述のようにマイクロリアクタへ接続されている送液ライン２０１をクローズし、原料タンクへ連通する送液ライン２０２をオープンすることで、原料は図２（ｂ）に示すように、空気を原料タンクへ押し流すように送液される。このとき、原料は図１の矢印１２１、１２２のループのように流れる。このループ的な送液ラインが完全に液体原料によって置換されたか否かは原料の流れを感知する原料流量検知手段１１１、１１２によって検出される。
【００２６】
分岐タンク１０５が液体原料によって置換されたタイミング（分岐タンク１０６も同様に液体原料によって置換されている。）で、今度はマイクロリアクタが接続されている送液ライン２０１の制御弁１１８を全てオープンし、原料タンクへ連通している送液ライン２０２の制御弁１１３、１１４をクローズする。この動作によって、分岐タンク１０５内の原料は、図２（ｃ）のようにマイクロリアクタ側へ送液される。
【００２７】
この２段階目の動作においてある程度流量を与えれば、分岐タンク１０５、１０６、マイクロリアクタ１０７、回収タンク１０８までのラインも液体原料によって置換される。しかし、２段階目の動作で所期の流量で各マイクロリアクタに各原料を送液・置換しなければならないが、その流量が低流量の場合にはいずれかの送液ラインが完全に液体原料に置換し切れない場合がある。この場合、各送液ライン１１５、１１６上に設けた流量をモニタリングする分配流量検知手段１１７によって、どの送液ラインが置換されてないかを検出する。そして、置換されてないと検出された1個の送液ラインの制御弁をオープン状態で、それ以外の制御弁を全てクローズし、ポンプの送液量を１ライン分まで落として送液することで、液体原料に置換する。このとき、液体原料で置換ができなかったラインが複数ある場合には１ラインずつ上記の動作を繰り返せばよい。
【００２８】
次に、送液ラインが液体原料によって完全に置換された後のマイクロリアクタによる反応運転モードにおける、送液状態の安定化について説明する。各送液ライン１１５、１１６が理想的に同じ形状に製作されていれば、どの送液ラインも全て同じ流路抵抗をもつので、ポンプから送液される原料も均等に分配される。しかし、現実的にはそのような状態を実現することはほとんど不可能である。また、本化学装置（以下プラントと呼ぶ）では異なる種類の原料を混合し、もとの原料とは異なる物質を生成する。従って、液体の物性がマイクロリアクタ内で変化する場合もあり、流路の幾何学的条件だけでは均等な流量の分配、各リアクタ内での化学反応を管理することは難しい。さらに、反応生成物が流路内に沈着、堆積し送液ラインの流路抵抗の変化を引き起こす可能性もある。このように何らかの要因で配管流路の各流路抵抗の不均衡が生じた場合に対処するため、本実施例では以下に示す並列配管系流量の制御則を採用している。
【００２９】
図１に示すプラント制御系において、各マイクロリアクタに均等に原料を送液したい場合、ポンプからの送液量は、（各送液ラインに与えたい所望の流量）×（マイクロリアクタの並列数）で決まる。上述したように各送液ラインの流路抵抗が完全に等しければ、このポンプからの送液量を規定するだけで、原料を各マイクロリアクタへ均等に送液することができる。しかし、上述したように何らかの要因でその流路抵抗の不均衡が生じた場合、各送液ラインに設けた制御弁を調整して各送液ラインを流れる原料の流量を所望の流量に制御しなければならない。
【００３０】
ここで、マイクロリアクタの並列数をｎとすれば、本プラントはｎ個の入力（制御弁の開口度）と、ｎ個の出力（各送液ラインの流量）の多入出力システムとして扱うことができる。明らかに本プラントは干渉型の多入出力システム、すなわち、或る一つの制御弁の操作がその送液ラインのみならず、他の送液ラインの流量にも影響を及ぼすシステムである。従って、何らかの要因によって配管ラインの各流路抵抗の不均衡が生じた場合、その不均衡を補償するような各制御弁の調整は、マイクロリアクタの並列数が多くなるほど極めて困難となる。
【００３１】
そこで、本実施例ではこの多入出力システムを見かけ上非干渉化し、その上で各流路にフィードバック制御系を構築する制御則を考案した。
【００３２】
本プラントにおけるｎ個の制御弁の開口度をｕ（ｕ1、ｕ２、・・・、ｕn）とし、その結果生じる各送液ラインの流量をｑ（q1、q２、・・・、qn）とすれば、その入出力システムのブロック線図は、図３（ａ）のようにあらわされる。また、このブロック線図で示されたシステムに対応する伝達特性Ｐ(ｓ)は、図３（ｂ）に示すような伝達行列の形式で一般的にあらわす事ができる。ここで、伝達行列の要素ｐi、jは実数の場合もあるが、一般的には伝達関数によってあらわされる。
【００３３】
このような図３（ａ）に示す入出力特性をもつ干渉型ｎ入出力システムのプラントを見かけ上、非干渉化するために、図３（ｃ）のようなｎ入出力の非干渉化器３０１を設計する。この非干渉化器３０１の伝達特性は、図３（ｄ）に示すような伝達行列で与えられる。本非干渉化器３０１の特徴は、行列の要素が非干渉化器３０１の設計パラメータとなっており、非干渉化したいプラントの特性、すなわちＰ(ｓ)行列に応じて設計され、その設計方法が本実施例のポイントとなっている。
【００３４】
図４（ａ）に示すようにプラントの入力側に上記非干渉化器Ｇ３０１を直列に接続した場合、その入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnに対する出力q1、q２、・・・、qnは、図４（ｂ）に示した行列方程式の左辺と第２辺との関係で記述される。４０１は、プラントの入力側に上記非干渉化器３０１を直列に接続した多入出力システムを示す。
【００３５】
ここで、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnが、それぞれ対応する出力q1、q２、・・・、qnだけに影響を及ぼす要件（ｘ１がq1にのみ、ｘ２がq２にのみ、・・・、ｘｎがqｎにのみ影響を及ぼす条件）、すなわちｑi＝ｐii×ｘi (i=1、2、・・・ｎ)という要件（条件）を課すと、図４（ｂ）に示した行列方程式の、第２辺と右辺との関係に示した、対角行列と等号の関係を満たさなければならない。入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnと開口度ｕ1、ｕ２、・・・、ｕnとの関係は干渉型の多入出力となるが、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnと出力q1、q２、・・・、qnについては、見かけ上非干渉化される。
【００３６】
図４（ｂ）に示した行列方程式の、第２辺と右辺との関係を、行列記号ＰおよびＧ、入力ベクトルｘで表せば、図４（ｃ）に示す方程式となる。さらに、この方程式に対して、Ｐの逆行列を左側から両辺にかけると、図４（ｄ）のような形の方程式に変形される。ここで、任意の入力（ｘベクトル）に対して恒等的に図４（ｄ）の方程式が成立するためには、ｘベクトルの両辺の係数行列が等しい、すなわち図４（ｅ）の関係が成立しなければならない。図４（ｅ）の伝達特性行列（Ｇ）は、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を示すプラントの伝達特性行列の逆行列（Ｐ−１）と適当（適切）な対角行列の積からなる（右辺）。すなわち、図４（ｅ）の右辺は、Ｐ(s)行列の逆行列と対角行列の積からなり、両者ともプラントの伝達特性に関するものであるため、非干渉化したいプラントの具体的な伝達特性が得られ、なおかつ、制御仕様に関する適当な制御条件を付与することによってＰ（ｓ）行列の逆行列が一意に定まれば、そのプラントの入出力特性を非干渉化するための非干渉化器３０１は図４（ｅ）の式によって設計される。
【００３７】
このような非干渉化器３０１が接続されたプラント図４（ａ）の多入出力システム４０１は、その伝達特性が図４（ｆ）と等価となり、入力ｘ1、ｘ２、・・・、ｘnが、それぞれ対応する出力q1、q２、・・・、qnだけに影響を及ぼす非干渉型の多入出力システム４０２となる。
【００３８】
このように非干渉化器を接続することで非干渉化されたプラントに対し、フィードバック制御則を適用することで、各送液ラインの目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnを決めれば、自動的に追従する自動制御系図５（ａ）が実現される。各送液ラインの目標流量ｒは、図１に示すユーザコンソール１２０から要求として出される。
【００３９】
破線で囲まれたゾーン５０１は、図４で説明した非干渉化器３０１によって非干渉化されたプラントの入出力特性を示す。入力側には非干渉化された各ラインを見かけ上、独立にフィードバック制御するためのコントローラ５０２が接続され、出力である各流量q1、q２、・・・、qnがフィードバックされ、目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnとの偏差に基づいて、コントローラ５０２によってプラントが制御される。
【００４０】
従って、非干渉化されたプラントの特性５０１に応じて、適切にコントローラ５０２を設計することで、各マイクロリアクタの流量において、何らかの外乱が発生に対しても、自動的にその目標流量ｒ1、ｒ２、・・・、ｒnを目標値に追従させる安定な制御系が実現される。プラントのもともとの伝達特性Ｐ(ｓ)を用いて、本プラント制御系のブロック線図で表記すれば、図５（ｂ）のようになる。囲まれた部分５０３が本プラント制御系の制御器１１９に相当するもので、図１の制御器１１９の内部には図５（ｂ）の５０３で示される演算機能が備えられている。
【００４１】
本プラント制御系では、制御対象のプラントの入力（制御弁の開口度）ｕに対する出力応答（各送液ラインの流量）ｑの伝達特性を如何に正確にモデル化し、伝達行列Ｐ(ｓ)の形式で記述するかがポイントとなる。この伝達行列Ｐ(ｓ)が実験等から正確に得られれば、図４および図５において説明した手順で適切な制御系が構築される。
【００４２】
しかしながら、プラントを連続で長期間操業していると、プラントを構成する機器（マイクロリアクタ、制御弁、配管なども含む）の劣化・老朽化に伴い、その入出力特性が変化して干渉型の多入出力システムになってしまう。このような状況はもはや外乱とは言えず、予想されるプラントの入出力システムパラメータ変動として対処しなければならない。そこで、図１に示した本プラント制御系の制御機１１９には、次の実施例２で示すような制御対象であるプラントのシステム同定機能を持つシステム調整部１１９ａが備えられている。
【００４３】
（実施例２）
図６でシステム同定部１１９ａでのシステム同定の一例を説明する。図６に示されている実施例２では、各送液ラインの入力側の制御弁１１８を一つづつ順次（時分割的に）短時間だけオープン（全開）して送液していき、そのときの各送液ラインの流量ｑの応答をすべて同時に分配流量検知手段１１７で測定する。この測定は、定期的に実施される。図６で、ｕ＊１〜ｕ＊ｎは、各送液ラインの入力のオープン信号を示し、ｑ＊１〜ｑ＊ｎは各送液ラインの流量を示す。図６の測定結果では、各送液ラインの送液が他の送液ラインの流量ｑに影響を及ぼしているのが分かり、本プラントは経年変化により干渉型の多入出力システムになっている。
【００４４】
本実施例では、上記測定で得られた開度ｕと流量ｑの値で示されるシステムＰ(ｓ)の入・出力特性から、適切な演算処理によってＰ(ｓ)の新たなパラメータを同定する。そして、得られたパラメータに応じて、制御系を図４および図５において説明した手順で更新して、更新された入・出力特性（新たな伝達特性行列）を制御器１９に設定すれば、上述したパラメータ変動に対しても最適なプラント制御系が実現される。これらは、制御器１９内のシステム調整部１１９ａによってなされる。
【００４５】
このようなシステム同定の機能は、プラントの自動的な異常・故障診断にも応用することができる。プラント操業中も適当な時期に上記システム同定をし、過去のシステムパラメータと比較して極端にパラメータが変動していれば、それはプラントの異常あるいは故障として取り扱う。そのパラメータの変動量がどの範囲内なら正常で、それ以外は異常あるいは故障と判断する基準は何らかの方法でそのプラントの設計者が設定する必要があることは言うまでもない。
【００４６】
以上、２種類の原料を１ステップで混合・反応させるもっとも単純な系で本発明の実施例を説明したが、複数種類の原料を複数の複数のステップで混合・反応させるより複雑なプラントシステムにおいてもその並列配管流量制御の考え方は同じであり、本発明を適用することができる。
【００４７】
なお、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変形が可能であることは当業者に理解されよう。
【符号の説明】
【００４８】
１０１、１０２…原料タンク、１０３，１０４…ポンプ、１０７…反応器（マイクロリアクタ）、１１１、１１２…原料流量検知手段、１１３、１１４…原料流量調整手段、１１７…分配流量検知手段、１１８…分配流量調整手段、１１９…制御機、１１９ａ…システム調整部、３０１…非干渉化器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と、原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を制御する制御機を備えたことを特徴とする化学装置。
【請求項２】
並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応容器へ分配された原料の実際の分配流量を検知する分配流量検知手段と、その流量を調整する分配流量調整手段を備え、
分配流量検知手段で検知された原料の分配流量に応じて原料の流量を調整する制御機を備えたことを特徴とする化学装置。
【請求項３】
請求項２記載の化学装置において、各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を上記制御機で制御することを特徴とする化学装置。
【請求項４】
請求項２記載の化学装置において、各反応容器への原料の調整量と測定された分配流量との関係が、反応器ごとに独立に前記制御機により制御されることを特徴とする化学装置。
【請求項５】
請求項４記載の化学装置において、前記制御機は原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を表す伝達特性行列の逆行列と適当な対角行列の積とからなる伝達特性行列をもつ非干渉化器を備え、この非干渉化器によって反応器ごとに非干渉化して独立に制御することを特徴とする化学装置。
【請求項６】
請求項５記載の化学装置において、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係をあらわす伝達特性行列を、適当な調整量とそれに対応する分配流量を自動的に測定し、それらの因果関係から伝達特性行列を求め、その伝達特性に応じて制御則を調整するシステム調整部を備えたことを特徴とした化学装置。
【請求項１】
並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と、原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を制御する制御機を備えたことを特徴とする化学装置。
【請求項２】
並列に配管された複数の反応器とそれらに原料を供給する複数の原料タンクとその原料を送液する複数のポンプからなる化学装置において、
各反応容器へ分配された原料の実際の分配流量を検知する分配流量検知手段と、その流量を調整する分配流量調整手段を備え、
分配流量検知手段で検知された原料の分配流量に応じて原料の流量を調整する制御機を備えたことを特徴とする化学装置。
【請求項３】
請求項２記載の化学装置において、各反応器に原料が分岐される部分の一部が原料タンクに連通しており、
原料タンクに連通した流路上に原料の実際の流量を検知する原料流量検知手段と原料の流量を調整する原料流量調整手段を備え、
上記で検知された原料の実際の流量に応じて、原料の流量を調整するように上記原料流量調整手段を上記制御機で制御することを特徴とする化学装置。
【請求項４】
請求項２記載の化学装置において、各反応容器への原料の調整量と測定された分配流量との関係が、反応器ごとに独立に前記制御機により制御されることを特徴とする化学装置。
【請求項５】
請求項４記載の化学装置において、前記制御機は原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係を表す伝達特性行列の逆行列と適当な対角行列の積とからなる伝達特性行列をもつ非干渉化器を備え、この非干渉化器によって反応器ごとに非干渉化して独立に制御することを特徴とする化学装置。
【請求項６】
請求項５記載の化学装置において、原料の各反応器への調整量と測定された分配流量との関係をあらわす伝達特性行列を、適当な調整量とそれに対応する分配流量を自動的に測定し、それらの因果関係から伝達特性行列を求め、その伝達特性に応じて制御則を調整するシステム調整部を備えたことを特徴とした化学装置。
【図１】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図２（ｃ）】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図３（ｄ）】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図４（ｆ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図２（ｃ）】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図３（ｄ）】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図４（ｅ）】
【図４（ｆ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６７７８９（Ｐ２０１１−６７７８９Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２５８１（Ｐ２００９−２２２５８１）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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