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JP4866333B2 - Mixing stage number calculation device - Google Patents
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JP4866333B2 - Mixing stage number calculation device - Google Patents

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JP4866333B2 JP2007299755A JP2007299755A JP4866333B2 JP 4866333 B2 JP4866333 B2 JP 4866333B2 JP 2007299755 A JP2007299755 A JP 2007299755A JP 2007299755 A JP2007299755 A JP 2007299755A JP 4866333 B2 JP4866333 B2 JP 4866333B2
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Description

本発明は、逐次反応を行う反応器を完全混合槽の列としてモデル化した場合の、完全混合槽の数として表される混合段数を算出する混合段数算出装置、混合段数算出方法、混合段数算出プログラム、混合段数算出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、および、混合段数から選択率を算出する選択率算出装置に関するものである。   The present invention relates to a mixing stage number calculating device, a mixing stage number calculating method, and a mixing stage number calculation that calculate the number of mixing stages expressed as the number of complete mixing tanks when a reactor that performs a sequential reaction is modeled as a complete mixing tank column. The present invention relates to a program, a computer-readable recording medium in which a mixing stage number calculation program is recorded, and a selection rate calculation apparatus that calculates a selection rate from the number of mixing stages.

反応液を反応器の内部において一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせることにより、目的生成物を生成する場合には、反応液の流量等その流し方を適切に調整することが重要である。なぜなら、反応液の流し方によって、生成される目的生成物の量が変化するからである。   When the reaction solution is circulated in one direction inside the reactor and a multi-step chemical reaction is sequentially generated in the reaction solution to produce the target product, the flow rate of the reaction solution, etc. It is important to adjust the direction appropriately. This is because the amount of the target product produced varies depending on the flow of the reaction solution.

目的生成物の量が反応液の流し方に左右される理由について、図13に示す逐次反応を例に挙げて説明する。同図に示す逐次反応では、原料物質Aから、目的生成物である中間生成物Rが生成され、中間生成物Rからさらに副生成物Sが生成される。   The reason why the amount of the target product depends on the flow of the reaction solution will be described by taking the sequential reaction shown in FIG. 13 as an example. In the sequential reaction shown in the figure, the intermediate product R, which is the target product, is generated from the raw material A, and the by-product S is further generated from the intermediate product R.

反応液中の原料物質Aのモル濃度をCとすると、原料物質Aから中間生成物Rへの反応速度rは下記(1)式で表される。 When the molar concentration of the raw material A in the reaction solution and C A, the reaction rate r 1 from the raw material substance A to the intermediate product R is represented by the following equation (1).

=k・・・(1)
上記(1)式において、kは反応速度定数である。
r 1 = k 1 C A (1)
In the above formula (1), k 1 is a reaction rate constant.

また、反応液中の中間生成物Rのモル濃度をCとすると、中間生成物Rから副生成物Sへの反応速度rは下記(2)式で表される。 Further, when the molar concentration of the intermediate product R in the reaction solution and C R, the reaction rate r 2 from the intermediate product R to byproducts S is expressed by the following equation (2).

=k・・・(2)
上記(2)式において、kは反応速度定数である。
r 2 = k 2 C R ··· (2)
In the above (2), k 2 is the reaction rate constant.

また、原料物質Aの反応率Xを下記(3)式で表す。 Also, it represents the reaction rate X A of the raw material A by the following equation (3).

=(CA0−C)/CA0・・・(3)
上記(3)式において、CA0は、逐次反応が始まる前の原料物質Aのモル濃度である。
X A = (C A0 −C A ) / C A0 (3)
In the above formula (3), C A0 is the molar concentration of the raw material A before the sequential reaction starts.

上記(3)式が示すように、原料物質Aの反応率Xとは、逐次反応により減少した原料物質Aのモル濃度と、逐次反応が始まる前の原料物質Aのモル濃度との比である。 As shown in the above equation (3), the reaction rate X A of the raw material substance A is the ratio of the molar concentration of the raw material substance A reduced by the sequential reaction to the molar concentration of the raw material substance A before the sequential reaction starts. is there.

また、中間生成物Rの選択率Sを下記(4)式で表す。 Further, representative of the selectivity S R of the intermediate product R by the following equation (4).

=C/(CA0−C)・・・(4)
上記(4)式が示すように、中間生成物Rの選択率Sとは、逐次反応中の中間生成物Rのモル濃度と、反応により減少した原料物質Aのモル濃度との比である。つまり、選択率Sとは、反応した原料物質Aに対して、どれだけの中間生成物Rが生成されたのかを示す値である。さらに換言すれば、選択率Sとは、逐次反応において、反応した原料物質Aに対する、目的生成物Rの割合である。
S R = C R / (C A0 -C A ) (4)
(4) As shown formula, and the selectivity S R of the intermediate product R, and sequential molar concentration of the intermediate product R in the reaction is the ratio between the molar concentrations of reduced raw material A by reacting . In other words, the selectivity S R, relative to reacted starting material A, which is a value that indicates whether the intermediate product R was generated only. Further in other words, the selectivity S R, in sequential reactions, for the reacted raw material A, the ratio of the desired product R.

また、上記(2)から、Cの増加に伴いrは増加し、副生成物Sの生成量が増加する。つまり、反応率Xが増加するにつれて選択率Sは減少する。したがって、上記のような逐次反応を取り扱う場合には、反応率Xを小さく抑えることが好ましい。 Moreover, the above (2), r 2 increases with increasing C R, the amount of by-product S is increased. In other words, selectivity S R as the reaction rate X A is increased is reduced. Therefore, when dealing with successive reaction as described above, it is preferable to keep the reaction rate X A reduced.

さらに、反応速度定数kに対する反応速度定数kの比(k/k)が大きい場合には、反応率Xの値が小さい範囲における、反応率Xの増加に伴う選択率Sの減少率は高くなる。ここで、一例として、k/k=5とし、完全混合流れ(CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor))状態と、押し出し流れ(PFR(Piston Flow Reactor))状態とを仮定した場合の、反応率Xと選択率Sとの関係を図14に示す。 Furthermore, when the ratio of the reaction rate constant k 2 with respect to the reaction rate constant k 1 (k 2 / k 1 ) is large, the range value of the reaction rate X A is small, the selectivity S with increasing reaction rate X A The decrease rate of R becomes high. Here, as an example, the reaction rate when k 2 / k 1 = 5 and assuming a completely mixed flow (CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)) state and an extruded flow (PFR (Piston Flow Reactor)) state is assumed. the relationship between X a and selectivity S R shown in FIG. 14.

CSTR状態およびPFR状態については、非特許文献1にその説明が記載されている。CSTR状態とは、反応液が反応器に供給されると同時に完全に混合される流れの状態であり、PFR状態とは、反応液が反応器に供給されてから排出されるまで、全く混合されない状態である。   Non-patent document 1 describes the CSTR state and the PFR state. The CSTR state is a state in which the reaction liquid is completely mixed at the same time as the reaction liquid is supplied to the reactor, and the PFR state is not mixed at all until the reaction liquid is supplied to the reactor and then discharged. State.

CSTR状態の場合の反応率Xと選択率Sとの関係は、下記(6)式で表される。 The relationship between the reaction rate X A and selectivity S R in the case of CSTR conditions is expressed by the following equation (6).

Figure 0004866333
Figure 0004866333

上記(6)式において、K=k/kであり、Kは1ではない。 In the above equation (6), K = k 2 / k 1 and K is not 1.

一方、PFR状態の場合の反応率Xと選択率Sとの関係は、下記(7)式で表される。 On the other hand, the relationship between the reaction rate X A and selectivity S R in the case of PFR condition is expressed by the following equation (7).

Figure 0004866333
Figure 0004866333

上記(7)式において、K=k/kであり、Kは1ではない。 In the above equation (7), K = k 2 / k 1 and K is not 1.

CSTR状態では、反応液の混合が迅速であり、反応液中の各成分の濃度が反応器内で均一になると仮定するため、CSTR状態における選択率Sは、PFR状態における選択率Sよりも常に低くなる。 The CSTR conditions is rapid mixing of the reaction solution, since the concentration of each component in the reaction solution is assumed to be uniform in the reactor, selectivity S R in CSTR conditions, than selectivity S R in PFR state Will always be lower.

実際の反応器内を流れる反応液の流れは、CSTR状態とPFR状態との間の状態であり、反応率Xが同じでも、反応液の混合の度合いが小さいほど(PFR状態に近づくほど)選択率Sは増加する。 Flow of the reaction liquid flowing through the actual reactor is a state between the CSTR state and PFR state, also the reaction rate X A are the same, (closer to PFR state) degree the smaller the mixing of the reaction solution the selectivity S R is increased.

選択率Sを増加させることにより、反応した原料物質Aに対する、目的生成物Rの蓄積量の割合を高めることができ、経済的には、原料費、精製費および不純物処理費を節減することができる。したがって、逐次反応を行う場合には、反応液の流れの状態を適切に調整することが重要である。 By increasing the selectivity S R, for the reacted raw material A, it is possible to increase the ratio of the accumulated amount of the target product R, Economically, raw material costs, to reduce the purification costs and impurities processing costs Can do. Therefore, when performing the sequential reaction, it is important to appropriately adjust the flow state of the reaction solution.

反応液に限らず、流体の流れの状態を表す指標として混合段数(混合槽数)という値が知られている。   A value called the number of mixing stages (number of mixing tanks) is known as an index representing not only the reaction liquid but also the fluid flow state.

この混合段数とは、筒状の胴体を有する容器(流通器と称する)の中を一方向に流れる流体が、流通器を流れる間に混合される度合いを示す値であり、上記流通器を、直列に連結された互いに同一体積の複数の完全混合槽にモデル化した場合の、当該完全混合槽の数である。混合段数については、非特許文献1および2にその説明が記載されている。   The number of mixing stages is a value indicating the degree to which the fluid flowing in one direction in a container having a cylindrical body (referred to as a distributor) is mixed while flowing through the distributor, This is the number of complete mixing vessels when modeled into a plurality of complete mixing vessels of the same volume connected in series. Non-Patent Documents 1 and 2 describe the number of mixing stages.

この混合段数が1(最小)の場合が、CSTRの状態であり、混合段数が∞の場合が、PFRの状態である。実際の流通器における流体の流れの状態は、混合段数が1と∞との間の状態にある。
橋本健治、「反応工学」、改訂版、培風館、1993年3月20日、p.179−187、195―197 Octave Levenspiel, “Chemical reaction engineering”, Fifth printing, USA, John Wiley and Sons, INC., May, 1967 p.261-265
The case where the number of mixing stages is 1 (minimum) is the CSTR state, and the case where the number of mixing stages is ∞ is the PFR state. The state of the fluid flow in the actual circulation device is in a state where the number of mixing stages is between 1 and ∞.
Kenji Hashimoto, “Reaction Engineering”, revised edition, Baifukan, March 20, 1993, p. 179-187, 195-197 Octave Levenspiel, “Chemical reaction engineering”, Fifth printing, USA, John Wiley and Sons, INC., May, 1967 p.261-265

上述のように、逐次反応の選択率Sは、反応液の混合度合いがCSTR状態からPFR状態に近づくほど高まるため、逐次反応の選択率Sは、混合段数が大きいほど増加する。 As mentioned above, the selectivity S R sequential reaction, degree of mixing of the reaction solution for growing closer from CSTR state in PFR state, S R is the selectivity of the sequential reactions, increases the larger the mixing stages.

ところが、従来の混合段数の評価精度は、必ずしも十分ではない。それゆえ、混合段数から求められる選択率Sは、必ずしも正確なものではないという問題が生じる。 However, the conventional evaluation accuracy of the number of mixing stages is not always sufficient. Therefore, selectivity S R obtained from the mixing stages is a problem that not necessarily to what occurs.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、逐次反応における正確な混合段数を求めることができる混合段数算出装置および混合段数算出方法、および正確な選択率を求めることができる選択率算出装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a mixing stage number calculating apparatus and a mixing stage number calculating method capable of obtaining an accurate mixing stage number in a sequential reaction, and an accurate selectivity. An object of the present invention is to provide an apparatus for calculating a selectivity that can be obtained.

上記の課題を解決するために、本発明に係る混合段数算出装置は、反応液を内部に一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせる筒状の反応器を、互いに等しい体積の複数の完全混合槽が互いに直列に連結されたモデルにモデル化した場合の、上記完全混合槽の数である混合段数を算出する混合段数算出装置であって、上記反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得手段と、上記トレーサーデータ取得手段が取得したトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出手段と、上記軸方向混合係数算出手段が算出した軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出手段とを備えることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a mixing stage number calculating apparatus according to the present invention is a cylindrical reaction that causes a reaction liquid to flow in one direction inside and sequentially generates a plurality of stages of chemical reactions in the reaction liquid. A mixing stage number calculating device for calculating the number of mixing stages, which is the number of the complete mixing tanks, when the apparatus is modeled as a model in which a plurality of complete mixing tanks having the same volume are connected in series with each other. The flow rate per unit cross-sectional area in the flow direction of the vessel and the flow rate per unit time is defined as the liquid flow rate, and fluid can be flowed into any flow vessel at the same flow rate as the reaction solution flowing through the reactor. Acquire tracer data indicating the change over time in the concentration of the tracer at the fluid outlet of the flow after starting the supply of the tracer following the fluid flow to the fluid supply of the distributor To Using the tracer data acquisition means, the tracer data acquired by the tracer data acquisition means, the liquid flow velocity, and the length from the supply port to the discharge port of the distributor, the change over time of the concentration of the tracer is approximated. Axial mixing coefficient calculation means for calculating an axial mixing coefficient that defines a residence time distribution function, an axial mixing coefficient calculated by the axial mixing coefficient calculation means, the liquid flow velocity, and a tower diameter of the circulation device And a mixing stage number calculating means for calculating the mixing stage number of the reactor.

本発明に係る混合段数算出方法は、反応液を内部に一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせる筒状の反応器を、互いに等しい体積の複数の完全混合槽が互いに直列に連結されたモデルにモデル化した場合の、上記完全混合槽の数である混合段数を算出する混合段数算出装置における混合段数算出方法であって、上記反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得工程取得工程と、上記トレーサーデータ取得工程において取得されたトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出工程と、上記軸方向混合係数算出工程において算出された軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出工程とを含むことを特徴としている。   In the method for calculating the number of mixing stages according to the present invention, a cylindrical reactor that circulates a reaction solution in one direction and sequentially generates a plurality of stages of chemical reaction in the reaction solution is provided with a plurality of equal volumes. A mixing stage number calculation method in a mixing stage number calculation device for calculating the number of mixing stages, which is the number of complete mixing tanks, when modeling into a model in which complete mixing tanks are connected in series with each other, and the flow direction of the reactor The flow rate per unit cross-sectional area and per unit time is defined as the liquid flow rate, and the flow rate of fluid is the same as the flow rate of the reaction solution flowing inside the reactor, while the fluid is flowing inside any flow vessel, the above A trace for acquiring tracer data indicating a change with time in the concentration of the tracer at the fluid discharge port of the flow distributor after the supply of the tracer following the fluid flow to the fluid supply port of the flow distributor is started. -Data acquisition process acquisition process, tracer data acquired in the tracer data acquisition process, liquid flow velocity, and length from the supply port to the discharge port of the distributor, the change in the concentration of the tracer over time An axial mixing coefficient calculation step for calculating an axial mixing coefficient that defines a residence time distribution function that approximates the axial mixing coefficient, an axial mixing coefficient calculated in the axial mixing coefficient calculation step, the liquid flow velocity, and the flow And a mixing stage number calculating step of calculating the mixing stage number of the reactor using the tower diameter of the reactor.

上記の構成によれば、トレーサーデータ取得手段は、反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、流通器の供給口に対してトレーサーの供給を開始した後の、流通器の排出口におけるトレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得する。   According to the above configuration, the tracer data acquisition means can flow into the supply port of the circulation device while allowing the fluid to flow inside the optional circulation device at the same flow rate as the flow rate of the reaction solution flowing inside the reactor. On the other hand, tracer data indicating the change over time in the concentration of the tracer at the outlet of the distributor after starting the supply of the tracer is acquired.

軸方向混合係数算出手段は、トレーサーデータと、反応器の液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、供給口におけるトレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する。   The axial mixing coefficient calculation means uses the tracer data, the liquid flow rate of the reactor, and the length from the supply port to the discharge port of the circulation vessel to approximate the change over time of the concentration of the tracer at the supply port. An axial mixing coefficient that defines the time distribution function is calculated.

混合段数算出手段は、軸方向混合係数算出手段が算出した軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、反応器の混合段数を算出する。   The mixing stage number calculating means calculates the mixing stage number of the reactor using the axial mixing coefficient calculated by the axial mixing coefficient calculating means, the liquid flow velocity, and the tower diameter of the flow passage.

それゆえ、従来、熟練者の経験および勘に基づいて決められていた混合段数を計算により正確に求めることができる。また、反応器とは異なる流通器の内部に流体を流した場合の実験結果を利用できるため、例えば、反応器よりも小さな容積を有する流通器を用いて得られたトレーサーデータを利用することができ、反応器と同じ大きさの流通器を用いる場合よりも、例えば、流通器を含む実験装置の設置にかかる負荷を低減することができる。それゆえ、混合段数の算出にかかるコストを節約することができる。   Therefore, the number of mixing stages conventionally determined based on the experience and intuition of the skilled person can be accurately obtained by calculation. In addition, since the experimental results when a fluid is allowed to flow inside a flow vessel different from the reactor can be used, for example, tracer data obtained using a flow vessel having a smaller volume than the reactor can be used. For example, it is possible to reduce the load applied to the installation of the experimental apparatus including the flow vessel, compared to the case where the flow vessel having the same size as the reactor is used. Therefore, the cost for calculating the number of mixing stages can be saved.

なお、上記塔径とは、流通器の供給口から排出口へ向かう方向に対して垂直な平面で流通器を切断した場合の当該流通器の断面の直径である。   In addition, the said tower diameter is a diameter of the cross section of the said circulation device when a distribution device is cut | disconnected by the plane perpendicular | vertical with respect to the direction which goes to the discharge port from the supply port of a circulation device.

上記混合段数算出装置は、上記トレーサーデータをシミュレーションによって生成するトレーサーデータ生成手段をさらに備え、上記トレーサーデータ取得手段は、上記トレーサーデータ生成手段が生成したトレーサーデータを取得することが好ましい。   It is preferable that the mixed stage number calculating device further includes a tracer data generation unit that generates the tracer data by simulation, and the tracer data acquisition unit acquires the tracer data generated by the tracer data generation unit.

上記の構成によれば、シミュレーションデータ生成手段は、反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、反応器とは異なる流通器の内部に流体を流しながら、流通器の供給口にトレーサーを供給し、流通器の排出口におけるトレーサーの濃度の経時変化を測定するというシミュレーションを行うことによりトレーサーデータを生成する。そして、トレーサーデータ取得手段は、トレーサーデータ生成手段が生成したトレーサーデータを取得する。   According to the above configuration, the simulation data generating means allows the fluid to flow in the flow channel different from the reactor at the same flow rate as the flow rate of the reaction solution flowing in the reactor, Tracer data is generated by performing a simulation of supplying the tracer to the supply port and measuring the change with time of the concentration of the tracer at the discharge port of the distributor. Then, the tracer data acquisition unit acquires the tracer data generated by the tracer data generation unit.

それゆえ、実際に実験を行う場合よりも、短時間でトレーサーデータを得ることができる。また、シミュレーションを行うことにより、反応器とは異なる、多様な形状の流通器についてのトレーサーデータを容易に得ることができる。   Therefore, tracer data can be obtained in a shorter time than in the case of actually conducting an experiment. In addition, by performing simulation, tracer data for various shapes of distributors different from the reactors can be easily obtained.

また、上記軸方向混合係数算出手段は、下記(8)式   Further, the axial mixing coefficient calculating means is represented by the following equation (8):

Figure 0004866333
Figure 0004866333

(ただし、上記(8)式において、Cはトレーサーの濃度、Uは液流速度、zは流通器の供給口から排出口までの長さ、tは供給口にトレーサーを供給し始めてからの経過時間、Dは軸方向混合係数を意味する)を用いて上記軸方向混合係数を算出することが好ましい。 (However, in the above equation (8), C is the concentration of the tracer, U is the liquid flow velocity, z is the length from the supply port to the discharge port of the circulation device, and t is the time elapsed since the start of supplying the tracer to the supply port. It is preferable to calculate the axial mixing coefficient using time, D means an axial mixing coefficient.

上記の構成により、上記測定結果または上記シミュレーションデータから軸方向混合係数を算出することができる。   With the above configuration, the axial mixing coefficient can be calculated from the measurement result or the simulation data.

また、上記混合段数算出手段は、下記(9)式を用いてペクレ数を算出し、
Pe=Ud/D・・・(9)
(ただし、上記(9)式において、Uは液流速度、dは流通器の塔径、Dは軸方向混合係数を意味する)算出したペクレ数を下記(10)式
Further, the mixing stage number calculating means calculates the Peclet number using the following equation (9):
Pe = Ud / D (9)
(However, in the above equation (9), U is the liquid flow velocity, d is the tower diameter of the circulation device, and D is the axial mixing coefficient) The calculated Peclet number is the following equation (10)

Figure 0004866333
Figure 0004866333

(ただし、上記(10)式において、Peはペクレ数、Nは混合段数を意味する)に代入することにより上記反応器の混合段数を算出することが好ましい。 (However, in the above equation (10), it is preferable to calculate the number of mixing stages of the reactor by substituting Pe for the Peclet number and N for the number of mixing stages).

上記の構成により、軸方向混合係数から反応器の混合段数を算出することができる。   With the above configuration, the number of mixing stages of the reactor can be calculated from the axial mixing coefficient.

本発明に係る選択率算出装置は、上記の課題を解決するために、上記混合段数算出装置を搭載した選択率算出装置であって、上記混合段数算出手段が算出した混合段数に相当する数の上記完全混合槽を直列に連結することにより上記反応器をモデル化し、上記逐次反応において、反応物に対する、目的生成物の割合である選択率を算出する選択率手段を備えることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a selectivity calculation apparatus according to the present invention is a selection ratio calculation apparatus equipped with the above-described mixing stage number calculation apparatus, and has a number corresponding to the number of mixing stages calculated by the mixing stage number calculation means. The reactor is modeled by connecting the complete mixing vessels in series, and in the sequential reaction, a selectivity means for calculating a selectivity that is a ratio of a target product to a reactant is provided.

上記の構成によれば、選択率手段は、混合段数算出手段が算出した混合段数に相当する数の完全混合槽を直列に連結することにより反応器をモデル化し、目的生成物の選択率を算出する。   According to the above configuration, the selectivity means models the reactor by connecting in series the number of complete mixing tanks corresponding to the number of mixing stages calculated by the mixing stage number calculating means, and calculates the selectivity of the target product. To do.

それゆえ、混合段数算出手段が算出した混合段数から選択率を求めることができる。   Therefore, the selectivity can be obtained from the number of mixing stages calculated by the mixing stage number calculating means.

なお、上記混合段数算出装置を動作させるための混合段数算出プログラムであって、コンピュータを上記各手段として機能させるための混合段数算出プログラム、および当該混合段数算出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も本発明も技術的範囲に含まれる。   A mixing stage number calculating program for operating the mixing stage number calculating apparatus, a mixing stage number calculating program for causing a computer to function as each of the above-mentioned means, and a computer-readable recording medium on which the mixing stage number calculating program is recorded The present invention is also included in the technical scope.

以上のように、本発明に係る混合段数算出装置は、反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得手段と、上記トレーサーデータ取得手段が取得したトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出手段と、上記軸方向混合係数算出手段が算出した軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出手段とを備える構成である。   As described above, the apparatus for calculating the number of mixing stages according to the present invention uses the flow rate per unit cross-sectional area in the flow direction of the reactor and the flow rate per unit time as the liquid flow rate, and the liquid flow rate of the reaction liquid flowing inside the reactor. The flow of fluid inside the optional distributor is started at the same liquid flow speed, and the supply of the tracer that follows the flow of the fluid to the fluid supply port of the distributor is started. Tracer data acquisition means for acquiring tracer data indicating the change over time of the concentration of the tracer at the outlet, the tracer data acquired by the tracer data acquisition means, the liquid flow velocity, and from the supply port to the discharge port of the distributor. An axial mixing coefficient calculating means for calculating an axial mixing coefficient that defines a residence time distribution function that approximates a change in the concentration of the tracer with time, and the axial direction And axial mixing factor mixing coefficient calculation means has calculated, and the liquid flow rate, using a tower diameter of the through-flow device is configured to include a mixing stage number calculating means for calculating the mixing stages of the reactor.

本発明に係る混合段数算出方法は、反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得工程と、上記トレーサーデータ取得工程において取得されたトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出工程と、上記軸方向混合係数算出工程において算出された軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出工程とを含む構成である。   The method for calculating the number of mixing stages according to the present invention uses the flow rate per unit cross-sectional area in the flow direction of the reactor and the flow rate per unit time as the liquid flow rate, and the same liquid flow rate as the liquid flow rate of the reaction liquid flowing inside the reactor. The flow of the tracer at the fluid discharge port of the flow device after starting the supply of the tracer following the flow of the fluid to the fluid supply port of the flow device while flowing the fluid inside the optional flow device A tracer data acquisition step for acquiring tracer data indicating a change in concentration over time, the tracer data acquired in the tracer data acquisition step, the liquid flow velocity, and the length from the supply port to the discharge port of the distributor. An axial mixing coefficient calculating step for calculating an axial mixing coefficient that defines a residence time distribution function approximating a change in the concentration of the tracer with time, and the axial mixing And axial mixing coefficients calculated in number calculation step, and the liquid flow rate, using a tower diameter of the through-flow device is configured to include a mixing stage number calculation step of calculating a mixing stages of the reactor.

それゆえ、従来、熟練者の経験および勘に基づいて決められていた混合段数を計算により正確に求めることができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that the number of mixing stages that has been conventionally determined based on the experience and intuition of the skilled person can be accurately obtained by calculation.

〔実施の形態1〕
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、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
The following describes one embodiment of the present invention with reference to FIGS.

(選択率算出システム40の構成)
図2は、本実施形態の選択率算出システム40の構成を示す概略図である。同図に示すように、選択率算出システム40は、模擬装置20および選択率算出装置1を含んでいる。この選択率算出システム40は、模擬装置20によって得られた実験結果を用いて、選択率算出装置1において選択率を算出するシステムである。
(Configuration of Selectivity Calculation System 40)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the selectivity calculation system 40 of the present embodiment. As shown in the figure, the selectivity calculation system 40 includes a simulation device 20 and a selectivity calculation device 1. The selection rate calculation system 40 is a system that calculates the selection rate in the selection rate calculation device 1 using the experimental results obtained by the simulation device 20.

模擬装置20は、流通器21の内部に、トレーサーを含む流体を一方向に流通させ、トレーサーの濃度を測定することにより当該流体の混合状態を調べるための流通装置であり、逐次反応を実際に行う反応装置90を模した流通装置である。   The simulation device 20 is a flow device for checking the mixed state of the fluid by flowing the fluid containing the tracer in one direction inside the flow device 21 and measuring the concentration of the tracer. It is a distribution device imitating the reaction device 90 to be performed.

(反応装置90の構成)
図3は、反応装置90の構成を示す概略図である。同図に示すように、反応装置90は、円筒形状(または筒状)の胴体を有する反応器(反応塔)91の内部に反応液を一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせるものである。逐次反応の初発物質(原料物質)を含む反応液は、供給ポンプ93により、原料供給部95から反応器91の供給口91aに供給される。反応液の体積流量は、流量計94bによって計測される。また、調整弁92bは、反応液の流量を調節するものである。
(Configuration of reactor 90)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the reaction apparatus 90. As shown in the figure, the reaction apparatus 90 allows a reaction solution to flow in one direction inside a reactor (reaction tower) 91 having a cylindrical (or cylindrical) body, and performs a multi-stage chemical reaction. It is generated sequentially in the liquid. The reaction liquid containing the initial substance (raw material) of the sequential reaction is supplied from the raw material supply unit 95 to the supply port 91 a of the reactor 91 by the supply pump 93. The volume flow rate of the reaction solution is measured by the flow meter 94b. The adjustment valve 92b is for adjusting the flow rate of the reaction solution.

また、反応装置90は、反応器91の内部にガスを供給するガス供給部96などを備えていてもよい。反応器91に供給されるガスの量は流量計94aによって計測され、当該ガスの圧力は、圧力計97によって計測される。また、当該ガスの供給量は、調整弁92aによって調節される。   The reaction apparatus 90 may include a gas supply unit 96 that supplies gas into the reactor 91. The amount of gas supplied to the reactor 91 is measured by the flow meter 94 a, and the pressure of the gas is measured by the pressure meter 97. Further, the supply amount of the gas is adjusted by the regulating valve 92a.

供給口91aに供給された反応液は、全体としては一定の速度で反応器91の内部を流れ、排出口91bから排出される。反応液が流れる液流速度(以下、空塔速度と称する)を、反応器91の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの反応液の流量として表現する。すなわち、空塔速度Uは、下記(11)式で表される値である。   The reaction liquid supplied to the supply port 91a flows through the inside of the reactor 91 at a constant speed as a whole, and is discharged from the discharge port 91b. A liquid flow velocity at which the reaction liquid flows (hereinafter referred to as a superficial velocity) is expressed as a flow rate of the reaction liquid per unit cross-sectional area of the reactor 91 and per unit time. That is, the superficial velocity U is a value represented by the following formula (11).

U=Q/A・・・(11)
上記(11)式において、Qは、反応器91の内部を流れる反応液の体積流量値であり、Aは反応器91の長軸方向(流通方向)(供給口91aから排出口91bへ向かう方向)における断面積である。
U = Q / A (11)
In the above equation (11), Q is the volume flow rate value of the reaction liquid flowing inside the reactor 91, and A is the major axis direction (flow direction) of the reactor 91 (the direction from the supply port 91a to the discharge port 91b). ).

(模擬装置20の構成)
模擬装置20は、反応装置90が実現する空塔速度と同じ空塔速度で流体を流通器21の内部において流通させることができる。図2に示すように、模擬装置20は、流通器21、濃度計22、調整弁23a〜c、圧力計24、流量計25a〜b、トレーサータンク26、供給ポンプ29および制御装置30を備えている。
(Configuration of the simulation device 20)
The simulator 20 can circulate the fluid inside the circulation device 21 at the same superficial velocity as the superficial velocity realized by the reaction device 90. As shown in FIG. 2, the simulation device 20 includes a circulation device 21, a concentration meter 22, adjustment valves 23 a to 23 c, a pressure gauge 24, flow meters 25 a to 25 b, a tracer tank 26, a supply pump 29, and a control device 30. Yes.

流通器21は、その内部に流体を流すことができる円筒状(または筒状)の容器であり、流体を供給するための供給口21aと流体を排出するための排出口21bを有している。この流通器21は、反応器91の容積よりも小さな容積を有している。流通器21の容積は、特に限定されず、後述する軸方向混合係数を算出するための実験を行うのに適したものであればよい。   The circulation device 21 is a cylindrical (or cylindrical) container capable of flowing a fluid therein, and has a supply port 21a for supplying fluid and a discharge port 21b for discharging fluid. . The circulation device 21 has a volume smaller than the volume of the reactor 91. The volume of the circulation device 21 is not particularly limited as long as it is suitable for performing an experiment for calculating an axial mixing coefficient described later.

なお、流通器21は、反応器91とは異ならないでもよい。すなわち、流通器21は、任意の流通器でよい。しかし、実験にかかる時間および費用を節減するという観点から、流通器21は、反応器91の容積よりも小さな容積を有しているものであることが好ましい。   The circulation device 21 may not be different from the reactor 91. That is, the distributor 21 may be any distributor. However, from the viewpoint of reducing the time and cost required for the experiment, it is preferable that the flow vessel 21 has a volume smaller than the volume of the reactor 91.

流通器21の内部を流れる流体は、供給ポンプ29により、液相供給部28から流通器21の供給口21aに供給される。模擬装置20の空塔速度は、調整弁23bを調節することにより調節できる。   The fluid flowing inside the circulation device 21 is supplied from the liquid phase supply unit 28 to the supply port 21 a of the circulation device 21 by the supply pump 29. The superficial velocity of the simulator 20 can be adjusted by adjusting the adjustment valve 23b.

また、流体の体積流量は、流量計25bによって計測できる。   The volume flow rate of the fluid can be measured by the flow meter 25b.

トレーサーは、トレーサータンク26から供給され、供給されるトレーサーの量は、調整弁23cによって調節される。トレーサータンク26から流出したトレーサーは、液相供給部28から流出した流体と混合された後、供給口21aから流通器21へ供給される。   The tracer is supplied from the tracer tank 26, and the amount of the supplied tracer is adjusted by the adjusting valve 23c. The tracer that has flowed out of the tracer tank 26 is mixed with the fluid that has flowed out of the liquid phase supply unit 28, and then supplied to the distributor 21 through the supply port 21 a.

トレーサーを含む流体は、全体としては一定の速度(空塔速度)で流通器21内を流れ、排出口21bに到達する。排出口21bにおけるトレーサーの濃度は、濃度計22によって測定される。より詳細には、濃度計22は、排出口21bにおけるトレーサー濃度の変化を、供給口21aにトレーサーを供給し始めてからの経過時間と対応付けて測定する。この濃度計22は、排出口21bにおけるトレーサー濃度と、供給口21aにトレーサーを供給し始めてからの経過時間とを対応付けた測定結果を選択率算出装置1へ出力する。   The fluid including the tracer flows in the circulation device 21 at a constant speed (empty speed) as a whole, and reaches the discharge port 21b. The concentration of the tracer at the discharge port 21 b is measured by the densitometer 22. More specifically, the densitometer 22 measures the change in the tracer concentration at the discharge port 21b in association with the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port 21a. The densitometer 22 outputs a measurement result in which the tracer concentration at the discharge port 21b is associated with the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port 21a to the selectivity calculating device 1.

なお、濃度計22が取得する測定結果は、時間的に離散した測定値によって構成されているものでよく、時間的に連続した測定値によって構成されているものでなくてもよい。また、厳密には、トレーサーの濃度そのものを測定する必要はなく、トレーサーの濃度に比例して増減する流体の物性の変化(例えば、電気伝導度)を測定すればよい。   Note that the measurement result obtained by the densitometer 22 may be configured with temporally discrete measurement values, and may not be configured with temporally continuous measurement values. Strictly speaking, it is not necessary to measure the concentration of the tracer itself, and it is only necessary to measure a change in the physical properties of the fluid that increases or decreases in proportion to the concentration of the tracer (for example, electrical conductivity).

模擬装置20に供給するトレーサーは、流体の流れに追従し、その存在量が検出できるものであればよく、特に限定されない。トレーサーとして、例えば、色素、電解質物質、放射性同位元素を用いることができる。トレーサーとして色素を用いた場合には、流通器21内を流れる、色素を含む流体を画像として捉え、当該画像を解析することにより色素の濃度を測定してもよい。   The tracer supplied to the simulation apparatus 20 is not particularly limited as long as it follows the flow of the fluid and can detect the amount of the tracer. As the tracer, for example, a dye, an electrolyte substance, and a radioisotope can be used. When a pigment is used as a tracer, the concentration of the pigment may be measured by capturing the fluid containing the pigment flowing in the circulation device 21 as an image and analyzing the image.

また、トレーサーを供給する方法として、ある時点で瞬間的にトレーサーを供給するインパルス応答方法を用いてもよいし、ある時点からトレーサーを継続的に供給するステップ応答方法を用いてもよい。また、上述した方法を組み合わせてもよい。   Further, as a method for supplying the tracer, an impulse response method for supplying the tracer instantaneously at a certain time point may be used, or a step response method for continuously supplying the tracer from a certain time point may be used. Moreover, you may combine the method mentioned above.

本実施形態では、トレーサーとして電解質物質(例えば、塩化ナトリウム)を用い、ステップ応答方法により当該電解質物質を供給する。これは、ステップ応答方法の方が、トレーサー濃度の変化が大きくなるため、トレーサー濃度の変化を測定し易いからである。よって、濃度計22は、電解質物質の濃度(電気伝導度)を測定するものである。   In this embodiment, an electrolyte substance (for example, sodium chloride) is used as a tracer, and the electrolyte substance is supplied by a step response method. This is because the change in the tracer concentration is easier to measure because the change in the tracer concentration is larger in the step response method. Therefore, the densitometer 22 measures the concentration (electric conductivity) of the electrolyte substance.

図4は、トレーサーの濃度の測定結果の一例を示すグラフである。当該グラフにおいては、縦軸に、排出口21bにおける、トレーサーである塩化ナトリウムの濃度(電気伝導度)が示され、横軸に塩化ナトリウムを供給口21aに供給してからの経過時間が示されている。   FIG. 4 is a graph showing an example of the tracer concentration measurement result. In the graph, the vertical axis shows the concentration (electric conductivity) of sodium chloride as a tracer at the discharge port 21b, and the horizontal axis shows the elapsed time since sodium chloride was supplied to the supply port 21a. ing.

また、模擬装置20は、流通器21の内部にガスを供給するガス供給部27などを備えていてもよい。流通器21に供給されるガスの量は流量計25aによって計測され、当該ガスの圧力は、圧力計24によって計測される。また、当該ガスの供給量は、調整弁23aによって調節される。   Moreover, the simulation apparatus 20 may include a gas supply unit 27 that supplies gas into the circulation device 21. The amount of gas supplied to the circulation device 21 is measured by the flow meter 25 a, and the pressure of the gas is measured by the pressure gauge 24. Further, the supply amount of the gas is adjusted by the regulating valve 23a.

(選択率算出装置1の構成)
図1は、選択率算出装置1の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、選択率算出装置1は、入力制御部(トレーサーデータ取得手段)3、軸方向混合係数算出部(トレーサーデータ取得手段、軸方向混合係数算出手段)4、混合段数算出部(混合段数算出手段)5、選択率算出部(選択率算出手段)6、記憶部7、入力部8、表示制御部9および表示部10を備えている。
(Configuration of Selectivity Calculation Device 1)
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the selection rate calculation apparatus 1. As shown in the figure, the selectivity calculation apparatus 1 includes an input control unit (tracer data acquisition unit) 3, an axial direction mixing coefficient calculation unit (tracer data acquisition unit, axial direction mixing coefficient calculation unit) 4, and a mixing stage number calculation unit. (Mixing stage number calculation means) 5, selection rate calculation unit (selection rate calculation means) 6, storage unit 7, input unit 8, display control unit 9 and display unit 10.

入力制御部3は、濃度計22から出力された、排出口21bにおけるトレーサー濃度と、供給口21aにトレーサーを供給し始めてからの経過時間とを対応付けた測定結果を取得し、当該測定結果を記憶部7に格納する。図1において、当該測定結果は、測定結果71として図示されている。   The input control unit 3 obtains a measurement result that is output from the densitometer 22 and associates the tracer concentration at the discharge port 21b with the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port 21a. Store in the storage unit 7. In FIG. 1, the measurement result is illustrated as a measurement result 71.

すなわち、入力制御部3は、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で流通器21の内部に流体を流しながら、流通器21の供給口21aにトレーサーを供給開始した後に、流通器21の排出口21bにおけるトレーサーの濃度を経時的に測定した測定結果(トレーサーデータ)を取得する。   That is, the input control unit 3 starts supplying the tracer to the supply port 21a of the circulation device 21 while flowing the fluid into the circulation device 21 at the same superficial velocity as the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91. After that, a measurement result (tracer data) obtained by measuring the concentration of the tracer at the discharge port 21b of the distributor 21 over time is acquired.

また、入力制御部3は、入力部8を介して、ユーザから、反応装置90の空塔速度、流通器21の供給口21aから排出口21bまでの長さ(以下、軸方向長さと称する)、流通器21の、長軸方向(供給口21aから排出口21bへ向かう方向)に対して垂直な平面で流通器21を切断した場合の、流通器21の断面の直径(以下、塔径と称する)、後述する反応速度定数および原料物質Aの反応前の濃度CA0を取得し、当該値を記憶部7に格納する。 Further, the input control unit 3 is connected via the input unit 8 from the user to the superficial velocity of the reaction apparatus 90 and the length from the supply port 21a to the discharge port 21b of the circulation device 21 (hereinafter referred to as the axial length). The diameter of the cross section of the circulation device 21 when the circulation device 21 is cut in a plane perpendicular to the major axis direction (the direction from the supply port 21a to the discharge port 21b) of the circulation device 21 (hereinafter referred to as the tower diameter). And a concentration C A0 of the raw material A before the reaction is acquired, and the values are stored in the storage unit 7.

入力部8は、ユーザが空塔速度等の値を入力できるものであればよく、例えば、操作キーまたはタッチパネルである。   The input unit 8 only needs to allow the user to input a value such as a superficial velocity, and is, for example, an operation key or a touch panel.

なお、記憶部7は、選択率算出装置1に対して脱着可能なものでもよく、例えば、フラッシュメモリであってもよい。また、上記測定結果が格納された記憶手段をユーザが選択率算出装置1に挿入することにより、軸方向混合係数算出部4が上記測定結果を取得可能となる構成としてもよい。この場合には、軸方向混合係数算出部4が、トレーサーデータ取得手段として機能する。   Note that the storage unit 7 may be detachable from the selection rate calculation apparatus 1, and may be a flash memory, for example. Moreover, it is good also as a structure by which the axial direction mixing coefficient calculation part 4 can acquire the said measurement result, when a user inserts the memory | storage means in which the said measurement result was stored in the selection rate calculation apparatus 1. FIG. In this case, the axial direction mixing coefficient calculation unit 4 functions as a tracer data acquisition unit.

軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納された測定結果、上記空塔速度および上記軸方向長さを用いて、後述する方法により、トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出し、算出した軸方向混合係数を混合段数算出部5へ出力する。   The axial mixing coefficient calculation unit 4 uses the measurement result stored in the storage unit 7, the superficial velocity and the axial length, and a residence time that approximates the change over time of the tracer concentration by a method described later. An axial mixing coefficient that defines the distribution function is calculated, and the calculated axial mixing coefficient is output to the mixing stage number calculation unit 5.

混合段数算出部5は、軸方向混合係数算出部4から出力された軸方向混合係数、および、記憶部7から取得した空塔速度および流通器21の塔径を用いて、後述する方法により、反応器91の混合段数を算出し、算出した混合段数を選択率算出部6へ出力する。反応器91の混合段数とは、反応器91を、等しい体積の複数の完全混合槽が直列に連結されたモデルにモデル化した場合の、上記完全混合槽の数である。   The mixing stage number calculation unit 5 uses the axial mixing coefficient output from the axial mixing coefficient calculation unit 4 and the superficial velocity acquired from the storage unit 7 and the tower diameter of the flow vessel 21 by a method described later, The number of mixing stages of the reactor 91 is calculated, and the calculated number of mixing stages is output to the selectivity calculating unit 6. The number of mixing stages of the reactor 91 is the number of the complete mixing tanks when the reactor 91 is modeled as a model in which a plurality of complete mixing tanks of equal volume are connected in series.

選択率算出部6は、混合段数算出部5が算出した混合段数に相当する数の完全混合槽を直列に連結することにより反応器91をモデル化し、逐次反応において、反応物に対する目的生成物の割合である選択率選択率を算出する。選択率算出部6における選択率の算出方法については後述する。   The selectivity calculating unit 6 models the reactor 91 by connecting in series the number of complete mixing tanks corresponding to the number of mixing stages calculated by the mixing stage number calculating unit 5, and in the sequential reaction, the target product for the reactants is modeled. The selectivity selection rate which is a ratio is calculated. A method of calculating the selection rate in the selection rate calculation unit 6 will be described later.

選択率算出部6が算出した選択率は、表示制御部9へ出力され、表示制御部9は、表示部10を制御することにより当該選択率を表示する。なお、選択率は、プリンタによって紙に印刷されてもよいし、通信回線を介して他の装置へ送信されてもよい。   The selection rate calculated by the selection rate calculation unit 6 is output to the display control unit 9, and the display control unit 9 displays the selection rate by controlling the display unit 10. Note that the selection rate may be printed on paper by a printer, or may be transmitted to another device via a communication line.

(軸方向混合係数算出部4における軸方向混合係数の算出方法)
排出口21bにおけるトレーサーの濃度変化は、下記(12)式でモデル化することができる。
(Calculation method of the axial mixing coefficient in the axial mixing coefficient calculation unit 4)
The change in the concentration of the tracer at the discharge port 21b can be modeled by the following equation (12).

Figure 0004866333
Figure 0004866333

ただし、上記(12)式において、Cはトレーサーの濃度、Uは空塔速度、zは軸方向長さ、tは供給口21aにトレーサーを供給し始めてからの経過時間、Dは軸方向混合係数を意味する。   However, in the above equation (12), C is the concentration of the tracer, U is the superficial velocity, z is the axial length, t is the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port 21a, and D is the axial mixing coefficient. Means.

換言すれば、上記(12)式を用いて軸方向混合係数を算出できる。軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納された測定結果、空塔速度および軸方向長さを用いて、トレーサーの濃度の時間変化が、測定結果と一致する軸方向混合係数を試行錯誤的に求める。すなわち、軸方向混合係数算出部4は、軸方向混合係数を最適化する。   In other words, the axial mixing coefficient can be calculated using the above equation (12). The axial mixing coefficient calculation unit 4 uses the measurement result, the superficial velocity and the axial length stored in the storage unit 7 to try the axial mixing coefficient whose tracer concentration changes with the measurement result. Ask for mistakes. That is, the axial mixing coefficient calculation unit 4 optimizes the axial mixing coefficient.

図5は、軸方向混合係数と、トレーサーの濃度の経時変化との関係を示すグラフである。同図に示すように、軸方向混合係数Dが0の場合は、流通器21内の流体の混合が全く起こらないことを意味しており、空塔速度と同じ速度で全てのトレーサーが排出口21bに到達する。このような流れをプラグフローとも称する。軸方向混合係数Dが0の場合は、トレーサーの平均滞留時間は、軸方向長さを空塔速度で割った時間と等しくなる。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the axial mixing coefficient and the change in the tracer concentration over time. As shown in the figure, when the axial mixing coefficient D is 0, it means that the fluid in the flow vessel 21 does not mix at all, and all the tracers are discharged at the same speed as the superficial velocity. 21b is reached. Such a flow is also referred to as a plug flow. When the axial mixing coefficient D is 0, the average residence time of the tracer is equal to the time obtained by dividing the axial length by the superficial velocity.

一方、軸方向混合係数Dが大きくなると、排出口21bにおけるトレーサーの濃度は、軸方向混合係数Dが0の場合の平均滞留時間よりも早い時点からゆっくりと増加する。   On the other hand, when the axial mixing coefficient D increases, the concentration of the tracer at the discharge port 21b slowly increases from a point earlier than the average residence time when the axial mixing coefficient D is zero.

このように、軸方向混合係数は、トレーサーの濃度の経時的変化を示すグラフのカーブと近似したカーブを描く滞留時間分布関数を規定するものであり、この軸方向混合係数を求めることにより、流通器21を流れる流体の混合状態を知ることができる。   Thus, the axial mixing coefficient defines a residence time distribution function that draws a curve that approximates the curve of the graph showing the change in the tracer concentration over time. The mixing state of the fluid flowing through the vessel 21 can be known.

(混合段数算出部5における混合段数の算出方法)
混合段数は、非特許文献2に記載されているように、下記(13)式から求めることができる。
(Method for calculating the number of mixing stages in the mixing stage number calculating section 5)
As described in Non-Patent Document 2, the number of mixing stages can be obtained from the following equation (13).

Figure 0004866333
Figure 0004866333

上記(13)式において、Peは、ペクレ数であり、下記(14)式によって定義される値である。   In the above equation (13), Pe is a Peclet number and is a value defined by the following equation (14).

Pe=Ud/D・・・(14)
上記(14)式において、dは流通器21の塔径であり、Dは軸方向混合係数であり、Uは模擬装置20の空塔速度である。空塔速度Uは、下記(15)式で表される値である。
Pe = Ud / D (14)
In the above equation (14), d is the tower diameter of the circulation device 21, D is the axial mixing coefficient, and U is the superficial velocity of the simulator 20. The superficial velocity U is a value represented by the following equation (15).

U=Q/A・・・(15)
上記(15)式において、Qは流通器21の内部を流れる流体の体積流量であり、Aは流通器21の長軸方向における断面積である。
U = Q / A (15)
In the above equation (15), Q is the volume flow rate of the fluid flowing through the inside of the circulation device 21, and A is the cross-sectional area in the major axis direction of the circulation device 21.

ただし、模擬装置20の空塔速度は、反応装置90の空塔速度と同じ速度に設定されているため、模擬装置20の空塔速度として、記憶部7に格納された、反応装置90の空塔速度を用いればよい。   However, since the superficial velocity of the simulation apparatus 20 is set to the same speed as the superficial velocity of the reaction apparatus 90, the empty space of the reaction apparatus 90 stored in the storage unit 7 is stored as the superficial speed of the simulation apparatus 20. The tower speed may be used.

図1に示すように、混合段数算出部5は、第1演算部51および第2演算部52を備えている。   As shown in FIG. 1, the mixing stage number calculation unit 5 includes a first calculation unit 51 and a second calculation unit 52.

第1演算部51は、軸方向混合係数算出部4が算出した軸方向混合係数D、、記憶部7から取得した空塔速度Uおよび流通器21の塔径dを上記(14)式に代入することによりペクレ数Peを算出する。第1演算部51は、算出したペクレ数を第2演算部52へ出力する。   The first calculation unit 51 substitutes the axial mixing coefficient D calculated by the axial mixing coefficient calculation unit 4, the superficial velocity U acquired from the storage unit 7, and the tower diameter d of the circulation device 21 into the above equation (14). By doing so, the Peclet number Pe is calculated. The first calculation unit 51 outputs the calculated Peclet number to the second calculation unit 52.

第2演算部52は、第1演算部51が算出したペクレ数を上記(13)式に代入することにより混合段数Nを算出し、算出した混合段数Nを選択率算出部6へ出力する。   The second calculation unit 52 calculates the mixing stage number N by substituting the Peclet number calculated by the first calculation unit 51 into the equation (13), and outputs the calculated mixing stage number N to the selectivity calculation unit 6.

(軸方向混合係数と混合段数との関係)
図6(a)は、U=0.0117m/s、d=0.3mの時の、軸方向混合係数Dと、混合段数Nとの関係を示すグラフであり、図6(b)は、軸方向混合係数Dと、ペクレ数との関係を示すグラフである。同図(a)に示すように、軸方向混合係数Dが0.002までは、軸方向混合係数Dの増加に伴い混合段数Nが急激に低下し、軸方向混合係数Dが0.002以上になると、混合段数Nは穏やかに1に収束する。同図(b)に示すように、軸方向混合係数Dが0.001〜0.1の範囲は、ペクレ数Peに換算すると、およそ0.005〜10に相当する。
(Relationship between axial mixing coefficient and number of mixing stages)
FIG. 6A is a graph showing the relationship between the axial mixing coefficient D and the number of mixing stages N when U = 0.0117 m / s and d = 0.3 m, and FIG. It is a graph which shows the relationship between the axial direction mixing coefficient D and the Peclet number. As shown in FIG. 6A, until the axial mixing coefficient D is 0.002, the number of mixing stages N decreases rapidly as the axial mixing coefficient D increases, and the axial mixing coefficient D is 0.002 or more. Then, the mixing stage number N gently converges to 1. As shown in FIG. 5B, the range where the axial mixing coefficient D is 0.001 to 0.1 corresponds to approximately 0.005 to 10 when converted to the Peclet number Pe.

(選択率算出部6における選択率の算出方法)
図1に示すように、選択率算出部6は、プロセスシミュレート部61および数値演算部62を備えている。
(Selection rate calculation method in the selection rate calculation unit 6)
As shown in FIG. 1, the selectivity calculation unit 6 includes a process simulation unit 61 and a numerical value calculation unit 62.

プロセスシミュレート部61は、第2演算部52が算出した混合段数および記憶部7に格納された反応速度定数を用いて、所定の逐次反応が起こった後の、原料物質の濃度、中間生成物(目的生成物)および最終生成物の濃度をそれぞれ算出する。本実施形態では、図13に示すように、原料物質Aから、中間生成物Rが生成され、中間生成物Rからさらに副生成物S(最終生成物)が生成される、2段階の逐次反応を想定して、プロセスシミュレート部61の処理について説明する。   The process simulation unit 61 uses the number of mixing stages calculated by the second calculation unit 52 and the reaction rate constant stored in the storage unit 7 to determine the concentration of the raw material and intermediate product after a predetermined sequential reaction has occurred. Calculate the concentration of (target product) and final product, respectively. In this embodiment, as shown in FIG. 13, a two-step sequential reaction in which an intermediate product R is generated from the raw material A, and a by-product S (final product) is further generated from the intermediate product R. Assuming the above, the process of the process simulation unit 61 will be described.

プロセスシミュレート部61が用いる反応速度定数は、原料物質Aから中間生成物Rが生成される反応の反応速度定数k、および中間生成物Rから副生成物Sがされる反応の反応速度定数kである。 The reaction rate constant used by the process simulating unit 61 is the reaction rate constant k 1 of the reaction in which the intermediate product R is generated from the raw material A and the reaction rate constant of the reaction in which the by-product S is generated from the intermediate product R. it is a k 2.

つまり、プロセスシミュレート部61は、反応速度定数kで初期濃度CA0の原料物質Aから中間生成物Rが生成され、反応速度定数kで中間生成物Rから副生成物Sがされた場合の、原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを、原料物質Aの反応前の濃度CA0、反応速度定数k、反応速度定数kおよび第2演算部52が算出した混合段数Nを用いて算出する。 That is, the process simulation unit 61 generates the intermediate product R from the raw material A having the initial concentration C A0 with the reaction rate constant k 1 and the by-product S from the intermediate product R with the reaction rate constant k 2 . cases, the concentration C R of the concentration C a and intermediate products R of the raw material a, the concentration C A0 before the reaction of the raw material a, the reaction rate constant k 1, the reaction rate constant k 2 and the second operation unit 52 Calculation is performed using the calculated mixing stage number N.

換言すれば、プロセスシミュレート部61は、図13に示す逐次反応が、直列に連結されたN個の完全混合槽において段階的に起こった場合の、最後(N番目)の完全混合層における原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを算出する。 In other words, the process simulating unit 61 uses the raw material in the last (Nth) complete mixing layer when the sequential reaction shown in FIG. 13 occurs stepwise in N complete mixing tanks connected in series. The concentration C A of the substance A and the concentration CR of the intermediate product R are calculated.

数値演算部62は、記憶部7に格納された原料物質Aの反応前の濃度CA0、プロセスシミュレート部61が求めた原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを下記(16)式に代入し、選択率Sを算出する。 Math unit 62, following the concentration C R of the concentration C A and intermediate products R of the starting substance A concentration C A0 before the reaction of the raw material A which is stored in the storage unit 7, the process simulating section 61 was determined (16) substituted into equation to calculate the selectivity S R.

=C/(CA0−C)・・・(16)
数値演算部62は、算出した選択率Sを表示制御部9へ出力する。
S R = C R / (C A0 -C A ) (16)
Math unit 62 outputs the calculated selectivity S R to the display control unit 9.

(選択率算出装置1における処理の流れ)
次に選択率算出装置1における処理の流れの一例について、図7を参照しつつ説明する。図7は、選択率算出装置1における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(Processing flow in the selectivity calculation device 1)
Next, an example of the flow of processing in the selectivity calculation apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a process flow in the selectivity calculation apparatus 1.

まず、入力制御部3は、濃度計22から出力された、トレーサー濃度の経時変化の測定結果を取得し、当該測定結果を記憶部7に格納する(S1)。   First, the input control unit 3 acquires the measurement result of the change with time of the tracer concentration output from the densitometer 22, and stores the measurement result in the storage unit 7 (S1).

また、入力制御部3は、入力部8を介して、反応装置90の空塔速度、流通器21の軸方向長さ、流通器21の塔径、反応速度定数kおよび反応速度定数kを取得し、当該値を記憶部7に格納する。なお、これらの値は、予め記憶部7に格納されていてもよい。 The input control unit 3 via the input unit 8, the superficial velocity of the reactor 90, the axial length of the through-flow device 21, a column diameter of through-flow device 21, the reaction rate constant k 1 and the reaction rate constant k 2 And stores the value in the storage unit 7. Note that these values may be stored in the storage unit 7 in advance.

次に、軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納された測定結果、空塔速度および軸方向長さを用いて、下記(17)式における軸方向混合係数Dを最適化する(S2)。   Next, the axial mixing coefficient calculation unit 4 optimizes the axial mixing coefficient D in the following equation (17) using the measurement result, superficial velocity and axial length stored in the storage unit 7 ( S2).

Figure 0004866333
Figure 0004866333

軸方向混合係数算出部4は、最適化した軸方向混合係数を混合段数算出部5へ出力する。なお、このとき軸方向混合係数算出部4は、最適化した軸方向混合係数を記憶部7に格納してもよい。   The axial mixing coefficient calculation unit 4 outputs the optimized axial mixing coefficient to the mixing stage number calculation unit 5. At this time, the axial mixing coefficient calculation unit 4 may store the optimized axial mixing coefficient in the storage unit 7.

混合段数算出部5の第1演算部51は、軸方向混合係数を受け取ると、当該軸方向混合係数D、記憶部7から取得した空塔速度Uおよび流通器21の塔径dを下記(18)式に代入することによりペクレ数Peを算出する(S3)。   When receiving the axial mixing coefficient, the first calculation unit 51 of the mixing stage number calculating unit 5 sets the axial mixing coefficient D, the superficial velocity U acquired from the storage unit 7 and the tower diameter d of the circulation device 21 as follows (18 ) To calculate the Peclet number Pe (S3).

Pe=Ud/D・・・(18)
第1演算部51は、算出したペクレ数Peを第2演算部52へ出力する。
Pe = Ud / D (18)
The first calculation unit 51 outputs the calculated Peclet number Pe to the second calculation unit 52.

第2演算部52は、第1演算部51が算出したペクレ数Peを下記(19)式に代入することにより混合段数Nを算出し、算出した混合段数Nを選択率算出部6へ出力する(S4)。なお、このとき第2演算部52は、算出した混合段数を記憶部7に格納してもよい。   The second calculation unit 52 calculates the mixing stage number N by substituting the Peclet number Pe calculated by the first calculation unit 51 into the following equation (19), and outputs the calculated mixing stage number N to the selectivity calculation unit 6. (S4). At this time, the second calculation unit 52 may store the calculated number of mixing stages in the storage unit 7.

Figure 0004866333
Figure 0004866333

選択率算出部6のプロセスシミュレート部61は、混合段数Nを受け取ると、反応速度定数kで初期濃度CA0の原料物質Aから中間生成物Rが生成され、反応速度定数kで中間生成物Rから副生成物Sがされた場合の、原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを、記憶部7に格納された反応速度定数kおよび反応速度定数k、および上記混合段数Nを用いて算出する(S5)。 When the process simulation unit 61 of the selectivity calculation unit 6 receives the mixing stage number N, the intermediate product R is generated from the raw material A having the initial concentration C A0 at the reaction rate constant k 1 and intermediate at the reaction rate constant k 2 . product when byproducts S is from R, the concentration C R of the concentration C a and intermediate products R of the raw material a, the reaction rate is stored in the storage unit 7 constants k 1 and reaction rate constant k 2 And the number of mixing stages N is calculated (S5).

数値演算部62は、記憶部7に格納された原料物質Aの反応前の濃度CA0、プロセスシミュレート部61が求めた原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを下記(20)式に代入し、選択率Sを算出する。 Math unit 62, following the concentration C R of the concentration C A and intermediate products R of the starting substance A concentration C A0 before the reaction of the raw material A which is stored in the storage unit 7, the process simulating section 61 was determined (20) substituted into equation to calculate the selectivity S R.

=C/(CA0−C)・・・(20)
選択率算出部6は、算出した選択率を表示制御部9へ出力し、表示制御部9は、表示部10を制御することにより当該選択率を表示する(S7)。
S R = C R / (C A0 -C A ) (20)
The selection rate calculation unit 6 outputs the calculated selection rate to the display control unit 9, and the display control unit 9 displays the selection rate by controlling the display unit 10 (S7).

なお、選択率算出部6は、選択率とともに混合段数を表示制御部9へ出力し、表示制御部9は、表示部10を制御することにより当該選択率および混合段数を表示してもよい。   The selection rate calculation unit 6 may output the number of mixing stages together with the selection rate to the display control unit 9, and the display control unit 9 may display the selection rate and the number of mixing stages by controlling the display unit 10.

(模擬装置20における処理の流れ)
次に、模擬装置20がトレーサー濃度の測定を行う時の処理の流れの一例について、図8を参照しつつ説明する。図8は、模擬装置20における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(Processing flow in the simulation apparatus 20)
Next, an example of the flow of processing when the simulator 20 measures the tracer concentration will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a processing flow in the simulation apparatus 20.

まず、供給ポンプ29は、制御装置30の制御下で、流通器21の内部に流体(例えば、水)を供給する。制御装置30は、調整弁23bを調整することにより、流通器21の供給口21aから排出口21bまで当該流体が、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で流れるように当該流体の空塔速度を調節する(S11)。   First, the supply pump 29 supplies a fluid (for example, water) to the inside of the circulation device 21 under the control of the control device 30. The control device 30 adjusts the regulating valve 23b, so that the fluid flows from the supply port 21a to the discharge port 21b of the circulation device 21 at the same superficial velocity as the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91. Thus, the superficial velocity of the fluid is adjusted (S11).

そして、供給ポンプ29は、流体の流動状態が定常状態になるまで、流体を上記空塔速度で流す(S12)。   Then, the supply pump 29 causes the fluid to flow at the superficial velocity until the fluid flow state becomes a steady state (S12).

その後、制御装置30は、調整弁23cを開けることによりトレーサータンク26からトレーサー(例えば、塩化ナトリウム)を流出させ、供給口21aから流通器21内へ当該トレーサーを供給し始めるとともに、濃度計22に、排出口21bにおけるトレーサーの濃度の測定を開始させる(S13)。   Thereafter, the control device 30 opens the adjustment valve 23c to cause the tracer (for example, sodium chloride) to flow out from the tracer tank 26, and starts supplying the tracer from the supply port 21a into the circulation device 21. Then, measurement of the concentration of the tracer at the discharge port 21b is started (S13).

一定時間トレーサーの濃度の測定を行った後、濃度計22は、測定結果を選択率算出装置1へ送信する(S14)。   After measuring the concentration of the tracer for a certain time, the densitometer 22 transmits the measurement result to the selectivity calculation device 1 (S14).

(選択率算出システム40の効果)
以上のように、選択率算出システム40では、反応装置90と同じ大きさの装置を用いずに、反応器91の容積よりも小さな容積を有する流通器21を備える模擬装置20を用いて、反応装置90が備える反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で、流通器21の内部に流体を流すことにより、反応器91の内部を流れる反応液の混合状態を再現する。
(Effect of the selectivity calculation system 40)
As described above, in the selectivity calculation system 40, the reaction is performed using the simulation device 20 including the flow device 21 having a volume smaller than the volume of the reactor 91 without using a device having the same size as the reaction device 90. The mixed state of the reaction liquid flowing through the inside of the reactor 91 is reproduced by flowing the fluid through the inside of the circulation device 21 at the same superficial velocity as that of the reaction liquid flowing through the inside of the reactor 91 included in the apparatus 90. To do.

そして、流通器21の内部に流体を流しながら、供給口21aからトレーサーを供給し、排出口21bにおけるトレーサーの濃度を濃度計22によって経時的に測定する。   Then, a tracer is supplied from the supply port 21 a while flowing a fluid into the circulation device 21, and the concentration of the tracer at the discharge port 21 b is measured over time by the densitometer 22.

それゆえ、反応装置90と同じ大きさの装置を用いる場合よりも短時間でかつより少ない費用で反応器91の内部を流れる反応液の混合状態を調べることができる。   Therefore, the mixed state of the reaction liquid flowing inside the reactor 91 can be examined in a shorter time and at a lower cost than when an apparatus having the same size as the reaction apparatus 90 is used.

さらに、選択率算出装置1は、トレーサーの濃度の測定結果等を用いて、反応器91の混合段数および選択率を算出する。それゆえ、従来、経験によって求められていた混合段数を正確に算出することができ、その結果、正確な選択率を算出することができる。   Furthermore, the selectivity calculation apparatus 1 calculates the number of mixing stages and the selectivity of the reactor 91 using the measurement result of the concentration of the tracer. Therefore, it is possible to accurately calculate the number of mixing stages that has been conventionally obtained by experience, and as a result, it is possible to calculate an accurate selectivity.

複数段階の反応が起こる逐次反応の場合には、選択率を推定する上で混合段数を正確に見積もることが求められる。それゆえ、本発明は、逐次反応における混合段数を求める場合に、特に有意義である。   In the case of a sequential reaction in which multiple stages of reaction occur, it is required to accurately estimate the number of mixing stages in estimating the selectivity. Therefore, the present invention is particularly meaningful when determining the number of mixing stages in the sequential reaction.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について図9〜図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施形態の選択率算出装置11は、「反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で、反応器91の容積よりも小さな容積を有する流通器の内部に流体を流しながら、流通器が有する、流体の供給口にトレーサーを供給し、流通器が有する、流体の排出口におけるトレーサーの濃度を経時的に測定した結果」をシミュレーションにより生成するものである。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In addition, about the member similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The selectivity calculation apparatus 11 of the present embodiment states that “the fluid is introduced into the flow vessel having the same superficial velocity as the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91 and smaller than the volume of the reactor 91. While flowing, the tracer is supplied to the fluid supply port of the distributor, and the result of measuring the concentration of the tracer at the fluid outlet of the distributor over time is generated by simulation.

図9は、本実施形態の選択率算出装置11の構成を示す概略図である。同図に示すように、選択率算出装置11は、選択率算出装置1とは異なり、トレーサー実験シミュレート部(トレーサーデータ生成手段)12を備えている。   FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the selectivity calculation device 11 of the present embodiment. As shown in the figure, the selectivity calculation device 11 is different from the selectivity calculation device 1 and includes a tracer experiment simulation unit (tracer data generation means) 12.

トレーサー実験シミュレート部12は、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で、反応器91の容積よりも小さな容積を有する仮想的な流通器(以下、仮想流通器と称する)の内部に流体を流しながら、仮想流通器が有する、流体の供給口にトレーサーを供給し、仮想流通器内を移動するトレーサーを追跡するというシミュレーションを行い、当該仮想流通器が有する、流体の排出口におけるトレーサーの濃度の経時的変化を示すシミュレーションデータ(トレーサーデータ)を生成する。   The tracer experiment simulation unit 12 is a virtual distributor (hereinafter referred to as a virtual distributor) having a superficial velocity equal to the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91 and a volume smaller than that of the reactor 91. The virtual distributor has a simulation of supplying a tracer to the fluid supply port and tracking the tracer moving in the virtual distributor while the fluid is flowing inside the virtual distributor. Simulation data (tracer data) indicating the change with time of the concentration of the tracer at the fluid discharge port is generated.

トレーサー実験シミュレート部12は、生成したシミュレーションデータを記憶部7に格納する。図9において、当該シミュレーションデータは、シミュレーションデータ72として図示されている。   The tracer experiment simulation unit 12 stores the generated simulation data in the storage unit 7. In FIG. 9, the simulation data is illustrated as simulation data 72.

軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納されたシミュレーションデータ、反応器91の空塔速度および仮想流通器の軸方向長さを用いて、上述した方法により、滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する。本実施形態における軸方向混合係数の算出方法は、実施の形態1における軸方向混合係数の算出方法と本質的に同様であるため、その説明を省略する。   The axial mixing coefficient calculation unit 4 defines the residence time distribution function by the above-described method using the simulation data stored in the storage unit 7, the superficial velocity of the reactor 91, and the axial length of the virtual distributor. An axial mixing coefficient is calculated. Since the calculation method of the axial mixing coefficient in this embodiment is essentially the same as the calculation method of the axial mixing coefficient in the first embodiment, the description thereof is omitted.

なお、仮想流通器の軸方向長さ、反応装置90の空塔速度、仮想流通器の塔径、反応速度定数および原料物質Aの反応前の濃度CA0は、入力部8を介してユーザによって入力され、記憶部7に格納される。 The axial length of the virtual distributor, the superficial velocity of the reaction device 90, the tower diameter of the virtual distributor, the reaction rate constant, and the concentration C A0 of the raw material A before the reaction are determined by the user via the input unit 8. The data is input and stored in the storage unit 7.

(トレーサー実験シミュレート部12におけるシミュレーションデータ生成方法)
トレーサー実験シミュレート部12におけるシミュレーション(以下、本シミュレーションと称する)に用いる、仮想流通器の内部を流れる流体の流動解析を行うためのモデルは、どのようなものであってもよい。当該モデルとして、例えば、混相流を取り扱う多流体モデルを用いることができる。このような多流体モデルは、市販のソフトにも多く採用されている。
(Method for generating simulation data in the tracer experiment simulation unit 12)
Any model may be used for the flow analysis of the fluid flowing inside the virtual circulation device used for the simulation (hereinafter referred to as the present simulation) in the tracer experiment simulation unit 12. As the model, for example, a multi-fluid model that handles multiphase flow can be used. Many such multi-fluid models are also used in commercially available software.

トレーサー実験シミュレート部12として利用可能な市販ソフトとしては、例えば、FLUENT(商品名)、ANSYS-CFX(商品名)を挙げることができる。   Examples of commercially available software that can be used as the tracer experiment simulation unit 12 include FLUENT (trade name) and ANSYS-CFX (trade name).

本シミュレーションにおいては、トレーサーに相当するマーカー粒子を、仮想流通器の供給口から連続的に供給し、マーカー粒子を連続相の流れに完全に追従させ、個々のマーカー粒子の、仮想流通器内の滞留時間を測定する。この時、仮想流通器の内部を流れる流体の空塔速度は、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じものに設定する。   In this simulation, the marker particles corresponding to the tracer are continuously supplied from the supply port of the virtual distributor, and the marker particles are made to follow the flow of the continuous phase completely, and the individual marker particles are stored in the virtual distributor. Measure the residence time. At this time, the superficial velocity of the fluid flowing inside the virtual distributor is set to be the same as the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91.

このようなシミュレーションをトレーサー実験シミュレート部12が行い、各マーカー粒子の、仮想流通器内の滞留時間を測定した測定結果(シミュレーションデータ)を得る。   The tracer experiment simulation unit 12 performs such a simulation, and obtains a measurement result (simulation data) obtained by measuring the residence time of each marker particle in the virtual circulation device.

より具体的には、トレーサー実験シミュレート部12は、マーカー粒子の位置情報xと滞留時間Sとを下記(21)式および(22)式を用いて算出する。 More specifically, the tracer experiments simulating unit 12 calculates using the location information x p and residence time S p of marker particles below (21) and (22).

dx/dt=V・・・(21)
dS/dt=1・・・(22)
上記(21)式および(22)式において、tは、マーカー粒子を仮想流通器の供給口から供給し始めてからの経過時間であり、Vは、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度である。
dx p / dt = V c (21)
dS p / dt = 1 (22)
In the above formulas (21) and (22), t is the elapsed time from the start of supplying the marker particles from the supply port of the virtual distributor, and V c is the empty of the reaction liquid flowing inside the reactor 91. Tower speed.

トレーサー実験シミュレート部12は、仮想流通器の排出口においてマーカー粒子をサンプリングし、マーカー粒子の滞留時間分布を取得し、当該滞留時間分布を時間積分する。すなわち、トレーサー実験シミュレート部12は、排出口におけるマーカー粒子の濃度と、供給口にマーカー粒子を供給し始めてからの経過時間とを対応付けたシミュレーションデータを生成する。   The tracer experiment simulation unit 12 samples the marker particles at the outlet of the virtual distributor, acquires the residence time distribution of the marker particles, and integrates the residence time distribution over time. That is, the tracer experiment simulation unit 12 generates simulation data in which the concentration of the marker particles at the discharge port is associated with the elapsed time from the start of supplying the marker particles to the supply port.

(選択率算出装置11における処理の流れ)
次に、選択率算出装置11における処理の流れの一例について、図10を参照しつつ説明する。図10は、選択率算出装置11における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
(Processing flow in the selectivity calculation device 11)
Next, an example of a processing flow in the selectivity calculation apparatus 11 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a process flow in the selectivity calculation apparatus 11.

まず、トレーサー実験シミュレート部12は、ユーザからシミュレーションを行うことを命じる命令を受け付けると、上述したように、反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度と同じ空塔速度で、反応器91の容積よりも小さな容積を有する仮想流通器の内部に流体を流しながら、仮想流通器の供給口にトレーサーを供給し、当該仮想流通器のトレーサーを追跡するというというシミュレーションを行い、排出口におけるトレーサーの濃度の経時的変化を示すシミュレーションデータを生成する(S21)。   First, when receiving an instruction to perform a simulation from the user, the tracer experiment simulating unit 12 receives the reactor at the same superficial velocity as the superficial velocity of the reaction liquid flowing inside the reactor 91 as described above. A simulation is performed in which a tracer is supplied to the supply port of the virtual distributor and the tracer of the virtual distributor is tracked while flowing a fluid inside the virtual distributor having a volume smaller than the volume of 91. Simulation data indicating the change with time of the tracer concentration is generated (S21).

トレーサー実験シミュレート部12は、生成したシミュレーションデータを記憶部7に格納する。   The tracer experiment simulation unit 12 stores the generated simulation data in the storage unit 7.

軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納されたシミュレーションデータ、反応器91の空塔速度および仮想流通器の軸方向長さを用いて、滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する(S22)。   The axial mixing coefficient calculation unit 4 uses the simulation data stored in the storage unit 7, the superficial velocity of the reactor 91, and the axial length of the virtual circulation device to define an axial mixing coefficient that defines a residence time distribution function. Is calculated (S22).

これ以降の処理の流れは、選択率算出装置1における処理の流れと同様のため、その説明を省略する。   Since the subsequent processing flow is the same as the processing flow in the selectivity calculation apparatus 1, the description thereof is omitted.

(選択率算出装置11の効果)
以上のように、選択率算出装置11は、シミュレーションを行うことにより、流通器の排出口におけるトレーサーの濃度の経時変化を示すデータを生成する。
(Effect of the selectivity calculation device 11)
As described above, the selectivity calculation device 11 performs simulation to generate data indicating the change over time in the concentration of the tracer at the outlet of the distributor.

それゆえ、実際にトレーサーの濃度の経時変化を測定するよりも、短時間で当該データを得ることができるとともに、混合段数および選択率を算出するためのコストを削減することができる。また、シミュレーションを行うことにより、多様な形状の流通器についてのデータを容易に得ることができる。   Therefore, it is possible to obtain the data in a shorter time than to actually measure the change over time of the tracer concentration, and to reduce the cost for calculating the number of mixing stages and the selectivity. In addition, by performing simulation, it is possible to easily obtain data on various shapes of distributors.

〔実施例〕
本実施例では、実施の形態1に係る選択率算出システム40を用いて混合段数および選択率を算出した例について説明する。
〔Example〕
In this example, an example in which the number of mixing stages and the selectivity are calculated using the selectivity calculation system 40 according to Embodiment 1 will be described.

模擬装置20の流通器21の容積は0.106mであり、塔径は0.3mであり、流通器21の断面積は、0.0707mであり、供給口21aから排出口21bまでの長さ(軸方向長さ)は、1.5mである。これらの数値は、予め記憶部7に格納されている。 The volume of the circulation device 21 of the simulation apparatus 20 is 0.106 m 3 , the tower diameter is 0.3 m, the cross-sectional area of the circulation device 21 is 0.0707 m 2 , and the distance from the supply port 21a to the discharge port 21b is The length (length in the axial direction) is 1.5 m. These numerical values are stored in the storage unit 7 in advance.

反応器91の容積は、200mであり、流通器21の容積(0.106m)は、反応器91の容積よりも小さい。また、反応器91を流れる反応液の体積流量は、300000kg/hであり、空塔速度は、0.0117m/sである。 The volume of the reactor 91 is 200 m 3 , and the volume (0.106 m 3 ) of the flow vessel 21 is smaller than the volume of the reactor 91. The volume flow rate of the reaction liquid flowing through the reactor 91 is 300,000 kg / h, and the superficial velocity is 0.0117 m / s.

反応器91では、原料物質Aから、中間生成物Rが生成され、中間生成物Rからさらに最終生成物である副生成物Sが生成される。原料物質Aから中間生成物Rが生成される反応の反応速度定数kは、0.0002s−1であり、中間生成物Rから副生成物Sが生成される反応の反応速度定数kは、0.001s−1である。 In the reactor 91, an intermediate product R is generated from the raw material A, and a by-product S that is a final product is further generated from the intermediate product R. The reaction rate constant k 1 of the reaction in which the intermediate product R is generated from the raw material A is 0.0002 s −1 , and the reaction rate constant k 2 of the reaction in which the by-product S is generated from the intermediate product R is 0.001 s −1 .

上記空塔速度の値および反応速度定数は、予め求められており、記憶部7に格納されている。   The superficial velocity value and the reaction rate constant are obtained in advance and stored in the storage unit 7.

(模擬装置20におけるトレーサー濃度の測定)
反応器91の内部を流れる反応液の空塔速度(0.0117m/s)と同じ空塔速度で流体を流通器21の内部に流すために、制御装置30は、49.8L/minの速度で水を供給口21aから供給した。また、制御装置30は、空気を161.9NL/minの速度で供給した。
(Measurement of tracer concentration in the simulator 20)
In order to flow the fluid into the circulation device 21 at the same superficial velocity as the superficial velocity (0.0117 m / s) of the reaction liquid flowing inside the reactor 91, the control device 30 has a speed of 49.8 L / min. Then, water was supplied from the supply port 21a. Moreover, the control apparatus 30 supplied air at the speed | rate of 161.9NL / min.

流通器21の内部を流れる水が定常状態に達した後、制御装置30は、トレーサーとして3%(w/w)塩化ナトリウムを、2.3L/minの速度で供給口21aから流通器21内へ供給し始めるとともに、濃度計22に、排出口21bにおける塩化ナトリウムの濃度の測定を開始させた。濃度計22は、塩化ナトリウムの濃度として、排出口21bにおける溶液の電気伝導度を測定した。   After the water flowing inside the circulation device 21 reaches a steady state, the control device 30 adds 3% (w / w) sodium chloride as a tracer from the supply port 21a to the inside of the circulation device 21 at a speed of 2.3 L / min. The concentration meter 22 was started to measure the concentration of sodium chloride at the outlet 21b. The densitometer 22 measured the electrical conductivity of the solution at the outlet 21b as the concentration of sodium chloride.

一定時間電気伝導度の測定を行った後、濃度計22は、測定結果を選択率算出装置1へ送信した。   After measuring the electrical conductivity for a certain period of time, the densitometer 22 transmitted the measurement result to the selectivity calculating device 1.

(選択率算出装置1における混合段数および選択率の算出)
入力制御部3は、濃度計22から出力された、塩化ナトリウム濃度の測定結果を取得し、当該測定結果を記憶部7に格納した。
(Calculation of the number of mixing stages and the selectivity in the selectivity calculation device 1)
The input control unit 3 acquires the measurement result of the sodium chloride concentration output from the densitometer 22 and stores the measurement result in the storage unit 7.

次に、軸方向混合係数算出部4は、記憶部7に格納された測定結果、空塔速度および軸方向長さを用いて、下記(23)式における軸方向混合係数Dを最適化した。   Next, the axial mixing coefficient calculation unit 4 optimized the axial mixing coefficient D in the following equation (23) using the measurement result, superficial velocity and axial length stored in the storage unit 7.

Figure 0004866333
Figure 0004866333

この時、軸方向混合係数算出部4は、時間差分として前進差分(オイラー陽解法)を用い、対流項((23)式の左辺の第2項)の拡散化にはQUICK(quadratic upstream interpolation for convective kinematics)を用い、拡散項((23)式の右辺の項)の拡散化には中心差分を用い、軸方向混合係数Dを最適化する手法としてKH法を用いた。最適化された軸方向混合係数Dは、0.00311m/sであった。 At this time, the axial mixing coefficient calculation unit 4 uses a forward difference (Eulerian explicit method) as a time difference, and QUICK (quadratic upstream interpolation for convective) for diffusing the convection term (the second term on the left side of equation (23)). kinematics), the center difference is used for diffusing the diffusion term (the term on the right side of equation (23)), and the KH method is used as a method for optimizing the axial mixing coefficient D. The optimized axial mixing factor D was 0.00311 m 2 / s.

前進差分、中心差分およびQUICKについては、「数値流体力学」(越塚誠一、培風館、1997年4月18日発行、p.15、25〜26、35〜36)に記載されている。また、KH法については、「Visual Basicによる数値解析プログラム」(黒田英夫、CQ出版株式会社、2002年4月20日発行、p.233〜235)に記載されている。   The forward difference, center difference, and QUICK are described in “Numerical Fluid Dynamics” (Seiichi Koshizuka, Bafukan, April 18, 1997, p. 15, 25-26, 35-36). The KH method is described in “Numerical analysis program by Visual Basic” (Hideo Kuroda, CQ Publishing Co., Ltd., issued April 20, 2002, p. 233-235).

図11は、実際に測定された、排出口21bにおける塩化ナトリウム濃度の経時変化と、最適化された軸方向混合係数Dを有する滞留時間分布関数が示す塩化ナトリウム濃度の経時変化とを示すグラフである。同図に示すように、測定結果と理論値とがほぼ一致していることが分かる。すなわち、軸方向混合係数Dは、適切に最適化されている。なお、同図に示すグラフの縦軸は、塩化ナトリウム濃度の最大値を「1」とした相対値を示している。   FIG. 11 is a graph showing the actually measured time-dependent change in sodium chloride concentration at the outlet 21b and the time-dependent change in sodium chloride concentration indicated by the residence time distribution function having the optimized axial mixing coefficient D. is there. As shown in the figure, it can be seen that the measurement result and the theoretical value almost coincide. That is, the axial mixing coefficient D is appropriately optimized. In addition, the vertical axis | shaft of the graph shown to the same figure has shown the relative value which made the maximum value of sodium chloride density | concentration "1".

軸方向混合係数算出部4は、最適化した軸方向混合係数D(D=0.00311m/s)を混合段数算出部5へ出力する。 The axial mixing coefficient calculation unit 4 outputs the optimized axial mixing coefficient D (D = 0.00311 m 2 / s) to the mixing stage number calculation unit 5.

混合段数算出部5の第1演算部51は、上記軸方向混合係数D、記憶部7から取得した空塔速度U(U=0.0117m/s)および流通器21の塔径d(d=0.3m)を下記(23)式に代入することによりペクレ数Peを算出した。   The first calculation unit 51 of the mixing stage number calculating unit 5 includes the axial mixing coefficient D, the superficial velocity U (U = 0.0117 m / s) acquired from the storage unit 7, and the tower diameter d (d = d = 0.3 m) was substituted into the following equation (23) to calculate the Peclet number Pe.

Pe=Ud/D・・・(23)
第1演算部51は、算出したペクレ数Pe(Pe=1.13)を第2演算部52へ出力した。
Pe = Ud / D (23)
The first calculation unit 51 outputs the calculated Peclet number Pe (Pe = 1.13) to the second calculation unit 52.

第2演算部52は、第1演算部51が算出したペクレ数Peを下記(24)式に代入することにより混合段数N(N=1.41)を算出し、算出した混合段数Nを選択率算出部6へ出力した。   The second calculation unit 52 calculates the mixing stage number N (N = 1.41) by substituting the Peclet number Pe calculated by the first calculation unit 51 into the following equation (24), and selects the calculated mixing stage number N It output to the rate calculation part 6.

Figure 0004866333
Figure 0004866333

選択率算出部6のプロセスシミュレート部61は、混合段数Nを受け取ると、記憶部7に格納された原料物質Aの反応前の濃度CA0(7.65mol/l)、反応速度定数k(k=0.0002s−1)および反応速度定数k(k=0.001s−1)、および混合段数N(N=1.41)を用いて、原料物質Aの濃度C(C=5.61mol/l)および中間生成物Rの濃度C(C=0.836mol/l)を算出した。 When the process simulation unit 61 of the selectivity calculation unit 6 receives the mixing stage number N, the concentration C A0 (7.65 mol / l) of the raw material A stored in the storage unit 7 before the reaction, the reaction rate constant k 1. (K 1 = 0.0002 s −1 ), reaction rate constant k 2 (k 2 = 0.001 s −1 ), and mixing stage number N (N = 1.41), concentration C A of raw material A ( C A = 5.61 mol / l) and the concentration C R of intermediate product R (C R = 0.836 mol / l) were calculated.

そして、数値演算部62は、原料物質Aの反応前の濃度CA0、プロセスシミュレート部61が求めた原料物質Aの濃度Cおよび中間生成物Rの濃度Cを下記(25)式に代入し、選択率S(S=0.409)を算出した。 The numerical computation unit 62, the concentration C A0 before the reaction of the starting substance A, the concentration C R of the concentration C A and intermediate products R of the starting substance A process simulating section 61 is determined by the following equation (25) The selectivity S R (S R = 0.409) was calculated.

=C/(CA0−C)・・・(25)
選択率算出部6は、算出した選択率および混合段数を表示制御部9へ出力し、表示制御部9は、表示部10に当該選択率S(S=0.409)および混合段数N(N=1.41)を表示した。
S R = C R / (C A0 −C A ) (25)
The selection rate calculation unit 6 outputs the calculated selection rate and the number of mixing stages to the display control unit 9, and the display control unit 9 outputs the selection rate S R (S R = 0.409) and the number of mixing stages N to the display unit 10. (N = 1.41) was displayed.

なお、混合段数が整数ではなく、小数である場合には、小数の混合段数に最も近い、2つの整数の混合段数から算出した2つの選択率を基に、当該小数の混合段数の選択率を算出することができる。例えば、混合段数が「2.5」の場合、混合段数「2」に対応する選択率と、混合段数「3」に対応する選択率とから混合段数「2.5」に対応する選択率を内挿すればよい。また、混合段数「3」の場合の流体の流れの一部を逆流させ、混合量を低下させるという計算を行うことによって、混合段数「2.5」の場合の流体の流れを計算し、その計算結果から混合段数「2.5」の場合の選択率を求めてもよい。   When the mixing stage number is not an integer but a decimal number, the selection ratio of the decimal mixing stage number is calculated based on the two selection rates calculated from the two integer mixing stage numbers closest to the decimal mixing stage number. Can be calculated. For example, when the number of mixing stages is “2.5”, the selection ratio corresponding to the number of mixing stages “2.5” is calculated from the selection ratio corresponding to the number of mixing stages “2” and the selection ratio corresponding to the number of mixing stages “3”. Interpolate. In addition, by calculating the flow of a part of the fluid flow in the case of the mixing stage number “3” and reducing the mixing amount, the fluid flow in the case of the mixing stage number “2.5” is calculated, You may obtain | require the selectivity in the case of the number of mixing stages "2.5" from a calculation result.

〔参考例〕
図12は、混合段数と選択率との関係を示すグラフであり、混合段数を増加させた場合に、選択率がどの様に増加するかを示している。なお、反応速度定数は、上記実施例に示したものと同じものを用いている。
[Reference example]
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of mixing stages and the selectivity, and shows how the selectivity increases when the number of mixing stages is increased. The reaction rate constant is the same as that shown in the above examples.

同図に示すように、混合段数が増加するにつれて選択率は増加する。しかし、選択率の増加率は、混合段数が1から2に増加した場合に最も増加率が大きく、それ以降増加率は徐々に減少していく。このことから、混合段数をやたらと増加させても選択率は、さほど増加しないため、混合段数を増加させるために要するコストに見合った選択率が得られるよう、適切な混合段数を求めることが重要であることが分かる。   As shown in the figure, the selectivity increases as the number of mixing stages increases. However, the increase rate of the selectivity is the largest when the number of mixing stages is increased from 1 to 2, and the increase rate gradually decreases thereafter. For this reason, even if the number of mixing stages is increased gradually, the selectivity does not increase so much, so it is important to obtain an appropriate number of mixing stages so that a selection ratio that matches the cost required to increase the number of mixing stages can be obtained. It turns out that it is.

(変更例)
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
(Example of change)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

例えば、入力制御部3、軸方向混合係数算出部4および混合段数算出部5を混合段数算出装置2として、他の機能ブロックと独立した装置として実現してもよい。同様に、選択率算出部6を選択率算出装置として独立した装置として実現してもよい。   For example, the input control unit 3, the axial mixing coefficient calculation unit 4, and the mixing stage number calculation unit 5 may be realized as the mixing stage number calculation device 2 as a device independent of other functional blocks. Similarly, the selectivity calculation unit 6 may be realized as an independent device as a selectivity calculation device.

また、上述の説明では、逐次反応として、A→R、R→Sという2ステップの逐次反応に関する選択率の算出方法について説明したが、3ステップ以上の逐次反応に関して、混合段数から選択率を求めてもよい。   In the above description, the method of calculating the selectivity for the two-step sequential reaction of A → R and R → S has been described as the sequential reaction. However, for the sequential reaction of three or more steps, the selectivity is obtained from the number of mixing stages. May be.

また、上述した選択率算出装置1および選択率算出装置11の各ブロック、特に軸方向混合係数算出部4、混合段数算出部5、選択率算出部6、トレーサー実験シミュレート部12は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。   In addition, each block of the selection rate calculation device 1 and the selection rate calculation device 11 described above, in particular, the axial mixing coefficient calculation unit 4, the mixing stage number calculation unit 5, the selection rate calculation unit 6, and the tracer experiment simulation unit 12, You may comprise by a logic and may implement | achieve by software using CPU as follows.

すなわち、選択率算出装置1および選択率算出装置11は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行する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、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである選択率算出装置1および選択率算出装置11の制御プログラム(混合段数プログラム、選択率算出プログラム)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、上記選択率算出装置1および選択率算出装置11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、達成可能である。   That is, the selectivity calculation device 1 and the selection rate calculation device 11 develop a central processing unit (CPU) that executes instructions of a control program that realizes each function, a read only memory (ROM) that stores the program, and the program. A random access memory (RAM), and a storage device (recording medium) such as a memory for storing the program and various data. An object of the present invention is to provide program codes (execution format program, intermediate program) of control programs (mixing stage number program, selection rate calculation program) of the selection rate calculation device 1 and the selection rate calculation device 11 which are software for realizing the functions described above. A recording medium in which a code program and a source program) are recorded so as to be readable by a computer is supplied to the selectivity calculating apparatus 1 and the selectivity calculating apparatus 11, and the computer (or CPU or MPU) is recorded on the recording medium. This can also be achieved by reading and executing the program code.

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.

また、選択率算出装置1および選択率算出装置11を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。   Further, the selection rate calculation device 1 and the selection rate calculation device 11 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Further, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.

逐次反応における混合段数および選択率を適切に求めることができるため、逐次反応の反応条件を設定するための混合段数算出装置または選択率算出装置として利用できる。   Since the number of mixing stages and the selectivity in the sequential reaction can be determined appropriately, it can be used as a mixing stage number calculating apparatus or a selectivity calculating apparatus for setting the reaction conditions for the sequential reaction.

本発明の一実施形態に係る選択率算出システムに含まれる選択率算出装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the selection rate calculation apparatus contained in the selection rate calculation system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る選択率算出システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the selectivity calculation system which concerns on one Embodiment of this invention. 反応装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a reaction apparatus. トレーサーの濃度の測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result of the concentration of a tracer. 軸方向混合係数とトレーサーの濃度の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an axial direction mixing coefficient and the time-dependent change of the concentration of a tracer. (a)は軸方向混合係数Dと、混合段数Nとの関係を示すグラフであり、(b)は軸方向混合係数Dとペクレ数との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the axial direction mixing coefficient D and the mixing stage number N, (b) is a graph which shows the relationship between the axial direction mixing coefficient D and the Peclet number. 上記選択率算出装置における処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process in the said selection rate calculation apparatus. 模擬装置における処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process in a simulation apparatus. 本発明の別の実施形態に係る選択率算出装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the selectivity calculation apparatus which concerns on another embodiment of this invention. 上記選択率算出装置における処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of a process in the said selection rate calculation apparatus. 実際に測定された塩化ナトリウム濃度の経時変化と、最適化された軸方向混合係数を有する滞留時間分布関数が示す塩化ナトリウム濃度の経時変化とを示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the sodium chloride concentration actually measured, and the time-dependent change of the sodium chloride concentration indicated by the residence time distribution function having the optimized axial mixing coefficient. 混合段数と選択率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of mixing stages and a selectivity. 逐次反応の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a sequential reaction. 反応率と選択率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a reaction rate and a selectivity.

符号の説明Explanation of symbols

1 選択率算出装置
2 混合段数算出装置
3 入力制御部(トレーサーデータ取得手段)
4 軸方向混合係数算出部(トレーサーデータ取得手段、軸方向混合係数算出手段)
5 混合段数算出部(混合段数算出手段)
6 選択率算出部(選択率算出手段)
11 選択率算出装置
12 トレーサー実験シミュレート部(トレーサーデータ生成手段)
20 模擬装置
21 流通器
21a 供給口
21b 排出口
51 第1演算部(混合段数算出手段)
52 第2演算部(混合段数算出手段)
61 プロセスシミュレート部(選択率算出手段)
62 数値演算部(選択率算出手段)
91 反応器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Selection rate calculation apparatus 2 Mixed stage number calculation apparatus 3 Input control part (tracer data acquisition means)
4 Axial mixing coefficient calculation unit (tracer data acquisition means, axial mixing coefficient calculation means)
5 Mixing stage number calculation unit (mixing stage number calculating means)
6 Selection rate calculation unit (selection rate calculation means)
11 Selectivity Calculation Device 12 Tracer Experiment Simulation Unit (Tracer Data Generation Means)
20 Simulating device 21 Distributor 21a Supply port 21b Discharge port 51 First calculation unit (mixing stage number calculating means)
52 2nd operation part (mixing stage number calculation means)
61 Process simulation part (selection rate calculation means)
62 Numerical operation unit (selection rate calculation means)
91 reactor

Claims (6)

反応液を内部に一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせる筒状の反応器を、互いに等しい体積の複数の完全混合槽が互いに直列に連結されたモデルにモデル化した場合の、上記完全混合槽の数である混合段数を算出する混合段数算出装置であって、
上記反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得手段と、
上記トレーサーデータ取得手段が取得したトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出手段と、
上記軸方向混合係数算出手段が算出した軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出手段とを備え
上記軸方向混合係数算出手段は、下記(1)式
Figure 0004866333
(ただし、上記(1)式において、Cはトレーサーの濃度、Uは液流速度、zは供給口から排出口までの長さ、tは供給口にトレーサーを供給し始めてからの経過時間、Dは軸方向混合係数を意味する)
を用いて上記軸方向混合係数を算出し、
上記混合段数算出手段は、下記(2)式を用いてペクレ数を算出し、
Pe=Ud/D・・・(2)
(ただし、上記(2)式において、Uは液流速度、dは流通器の塔径、Dは軸方向混合係数を意味する)
算出したペクレ数を下記(3)式
Figure 0004866333
(ただし、上記(3)式において、Peはペクレ数、Nは混合段数を意味する)
に代入することにより上記反応器の混合段数を算出することを特徴とする混合段数算出装置。
A cylindrical reactor that circulates a reaction solution in one direction and sequentially generates a plurality of stages of chemical reaction in the reaction solution is connected to a plurality of complete mixing vessels of equal volume in series. A mixing stage number calculating device that calculates the number of mixing stages, which is the number of complete mixing tanks when modeled into a model,
The flow rate per unit cross-sectional area in the flow direction of the reactor and the flow rate per unit time is defined as the liquid flow rate, and at the same liquid flow rate as the reaction liquid flowing through the reactor, the flow rate is the same as the flow rate of the reaction solution. Tracer data showing the change over time in the concentration of the tracer at the fluid outlet of the flow after starting to supply a tracer that follows the flow of the fluid to the fluid supply of the distributor while flowing the fluid Tracer data acquisition means for acquiring
Using the tracer data acquired by the tracer data acquisition means, the liquid flow velocity, and the length from the supply port to the discharge port of the distributor, a residence time distribution function that approximates the change with time of the concentration of the tracer An axial mixing coefficient calculating means for calculating an axial mixing coefficient to be defined;
Using the axial mixing coefficient calculated by the axial mixing coefficient calculating means, the liquid flow velocity, and the tower diameter of the flow vessel, and a mixing stage number calculating means for calculating the mixing stage number of the reactor ,
The axial mixing coefficient calculation means is the following equation (1)
Figure 0004866333
(However, in the above equation (1), C is the concentration of the tracer, U is the liquid flow velocity, z is the length from the supply port to the discharge port, t is the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port, D Means axial mixing coefficient)
Calculate the axial mixing coefficient using
The mixing stage number calculating means calculates the Peclet number using the following equation (2):
Pe = Ud / D (2)
(In the above equation (2), U is the liquid flow velocity, d is the tower diameter of the flow device, and D is the axial mixing coefficient.)
Calculated Peclet number is the following formula (3)
Figure 0004866333
(However, in the above equation (3), Pe means the Peclet number and N means the number of mixing stages)
Mixing stages calculation apparatus characterized that you calculate the mixing stages of the reactor into the equation.
上記トレーサーデータをシミュレーションによって生成するトレーサーデータ生成手段をさらに備え、
上記トレーサーデータ取得手段は、上記トレーサーデータ生成手段が生成したトレーサーデータを取得することを特徴とする請求項1に記載の混合段数算出装置。
Tracer data generation means for generating the tracer data by simulation,
2. The mixed stage number calculating apparatus according to claim 1, wherein the tracer data acquisition unit acquires the tracer data generated by the tracer data generation unit.
請求項1または2に記載の混合段数算出装置を動作させるための混合段数算出プログラムであって、コンピュータを上記各手段として機能させるための混合段数算出プログラム。 A program for calculating the number of mixing stages for operating the apparatus for calculating the number of mixing stages according to claim 1 or 2 for causing a computer to function as each of the means. 請求項に記載の混合段数算出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。 A computer-readable recording medium on which the mixed stage number calculating program according to claim 3 is recorded. 請求項1または2に記載の混合段数算出装置を搭載した選択率算出装置であって、
上記混合段数算出手段が算出した混合段数に相当する数の上記完全混合槽を直列に連結することにより上記反応器をモデル化し、上記逐次反応において、反応物に対する、目的生成物の割合である選択率を算出する選択率算出手段を備えることを特徴とする選択率算出装置。
A selectivity calculation device equipped with the mixing stage number calculation device according to claim 1 or 2 ,
The reactor is modeled by connecting in series the number of the complete mixing tanks corresponding to the number of mixing stages calculated by the mixing stage number calculating means, and the selection is the ratio of the target product to the reactants in the sequential reaction. A selection rate calculation device comprising a selection rate calculation means for calculating a rate.
反応液を内部に一方向に流通させ、複数段階の化学反応を当該反応液中で逐次的に生じさせる筒状の反応器を、互いに等しい体積の複数の完全混合槽が互いに直列に連結されたモデルにモデル化した場合の、上記完全混合槽の数である混合段数を算出する混合段数算出装置における混合段数算出方法であって、
上記反応器の流通方向の単位断面積あたりかつ単位時間あたりの流量を液流速度とし、上記反応器の内部を流れる反応液の液流速度と同じ液流速度で、任意の流通器の内部に流体を流しながら、上記流通器の流体の供給口に、流体の流れに追従するトレーサーを供給開始したのちの、上記流通器の流体の排出口における上記トレーサーの濃度の経時的変化を示すトレーサーデータを取得するトレーサーデータ取得工程と、
上記トレーサーデータ取得工程において取得されたトレーサーデータと、上記液流速度と、流通器の供給口から排出口までの長さとを用いて、上記トレーサーの濃度の経時的変化を近似する滞留時間分布関数を規定する軸方向混合係数を算出する軸方向混合係数算出工程と、
上記軸方向混合係数算出工程において算出された軸方向混合係数と、上記液流速度と、上記流通器の塔径とを用いて、上記反応器の混合段数を算出する混合段数算出工程とを含み、
上記軸方向混合係数算出工程において、下記(4)式
Figure 0004866333
(ただし、上記(4)式において、Cはトレーサーの濃度、Uは液流速度、zは供給口から排出口までの長さ、tは供給口にトレーサーを供給し始めてからの経過時間、Dは軸方向混合係数を意味する)
を用いて上記軸方向混合係数を算出し、
上記混合段数算出工程において、下記(5)式を用いてペクレ数を算出し、
Pe=Ud/D・・・(5)
(ただし、上記(5)式において、Uは液流速度、dは流通器の塔径、Dは軸方向混合係数を意味する)
算出したペクレ数を下記(6)式
Figure 0004866333
(ただし、上記(6)式において、Peはペクレ数、Nは混合段数を意味する)
に代入することにより上記反応器の混合段数を算出することを特徴とする混合段数算出方法。
A cylindrical reactor that circulates a reaction solution in one direction and sequentially generates a plurality of stages of chemical reaction in the reaction solution is connected to a plurality of complete mixing vessels of equal volume in series. A mixing stage number calculation method in a mixing stage number calculating device that calculates the number of mixing stages, which is the number of complete mixing tanks when modeled into a model,
The flow rate per unit cross-sectional area in the flow direction of the reactor and the flow rate per unit time is defined as the liquid flow rate, and at the same liquid flow rate as the reaction liquid flowing through the reactor, the flow rate is the same as the flow rate of the reaction solution. Tracer data showing the change over time in the concentration of the tracer at the fluid outlet of the flow after starting to supply a tracer that follows the flow of the fluid to the fluid supply of the distributor while flowing the fluid Tracer data acquisition process to acquire
Residence time distribution function that approximates the change over time of the concentration of the tracer using the tracer data acquired in the tracer data acquisition step, the liquid flow velocity, and the length from the supply port to the discharge port of the distributor. An axial mixing coefficient calculating step for calculating an axial mixing coefficient that defines
A mixing stage number calculating step for calculating the mixing stage number of the reactor using the axial mixing coefficient calculated in the axial mixing coefficient calculating step, the liquid flow velocity, and the tower diameter of the circulation device. See
In the axial mixing coefficient calculation step, the following equation (4)
Figure 0004866333
(However, in the above equation (4), C is the concentration of the tracer, U is the liquid flow velocity, z is the length from the supply port to the discharge port, t is the elapsed time from the start of supplying the tracer to the supply port, D Means axial mixing coefficient)
Calculate the axial mixing coefficient using
In the mixing stage number calculating step, the Peclet number is calculated using the following formula (5):
Pe = Ud / D (5)
(However, in the above equation (5), U is the liquid flow velocity, d is the diameter of the flow channel, and D is the axial mixing coefficient.)
Calculated Peclet number is the following formula (6)
Figure 0004866333
(However, in the above formula (6), Pe means the Peclet number and N means the number of mixing stages)
The number of mixing stages is calculated by substituting into the number of mixing stages .
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