デジタル温度調節器

アナログディスプレイなしビジュアル

温度は、化学合成、天然由来成分の抽出、発酵、さらには生化学プロセスといった工程において、極めて重要なパラメータです。
これらの工程は、反応器、リボイラー、晶析装置、ろ過乾燥機、乾燥機、発酵槽、バイオリアクターなど、多種多様な機器で行われますが、それらすべてに共通する特徴があります。それは、プロセス温度を制御するために熱媒体サーマルフルードを循環させる「ジャケット」を備えていることです。
バッチプロセスの各段階は同一の装置内で異なる温度条件下で実行されます。温度範囲は通常-20℃から150℃ですが、過酷なプロセスでは+200℃や-100℃に達することもあります。

オペレーターには、以下のような具体的な要求事項があります。
• 生産性温度変更昇温・降温の際に時間をロスしないこと。
• 製品品質温度が正確かつ均一であること。容器壁との接触による製品の過熱を防ぐこと。目標温度に「オーバーシュート行き過ぎ」することなく到達すること。
• 安全性発熱反応で生じた熱を効果的に除去すること。
• 機器のメンテナンス蒸気、水、ブライン塩水などを繰り返し注入すると、深刻な腐食の原因となります。これらを回避する有効な手段として、「モノフルイド単一熱媒体」システムと呼ばれる二次熱媒体ループの採用があります。このシステムでは、全温度範囲にわたって同一の無酸素流体が反応器のジャケット内を循環します。

CELSIUS社は長年にわたり、「サーマルスキッド」、「モノフルイドスキッド」、あるいは「エネルギーモジュール」と呼ばれる専用ユニットの設計・製造を専門としてきました。「単一熱媒体」は温度範囲に応じて水、水・グリコール混合液、または熱媒体油から選定され、蒸気、電気、水、水・グリコール、ブライン、熱媒体油、あるいは極低温用の液体窒素といった現場のユーティリティを用いて、プロセスの要求に合わせて加熱または冷却されます。温度差や温度変動による応力を回避するため、熱交換器にはスパイラル巻管スパイラル・ワウンド・チューブタイプが採用されています。

循環ポンプ、熱交換器、制御弁、遮断弁、計装機器、自動制御システムなど、温度制御に必要なすべてのコンポーネントが、単一のスキッド搭載型ユニットとして組み上げられています。本ユニットは、組み立て、配管、断熱、配線が完了した状態で現場に納入されるため、施設多くの場合、セベソ指令の対象となるような危険物取扱施設での据付、接続、試運転にかかる時間を最小限に抑えることができます。
このエネルギーモジュールには、欧州の圧力機器指令PED2014/68/EU、および該当する場合は爆発性雰囲気下で使用される機器に関するATEX指令2014/34/EUに準拠したCE銘板と適合宣言書が付属しています。また、FDAによる機器バリデーションを円滑に進めるための据付時適格性確認IQプロトコルも含まれています。

CELSIUSは豊富な経験を活かし、生産容器内の反応液の温度を管理するこのプロセス機器の設計・製造に必要なあらゆる専門知識を有しています。

自動化システムは、目標とする反応液温度と、反応器およびシングルフルードループ単一熱媒体回路に設置された温度プローブの測定値に基づき、適切な熱交換器を選択し、遮断弁や制御弁を制御します。
さらに、CELSIUSの自動化システムには、反応器とエネルギーモジュールのデジタルツインが組み込まれています。反応器は、ジャケット、撹拌システム、溶媒量などの運転特性に基づいてモデル化されています。運転シミュレーション中、温度値に応じて制御弁が動作します。その弁の開度から、ジャケットおよび熱交換器内の流体速度、流動特性、熱伝達率が算出され、それによって次のタイムステップにおける反応器内およびシングルフルードループ内の温度が決定されます。
オペレーターが設定したプラントパラメータを活用することで、このシミュレーションでは、反応器とエネルギーモジュールで構成されるシステムのデジタルツインを、納入前の段階で数週間にわたって稼働させることができます。これにより制御パラメータの最適化が可能となり、実際の運転条件に合わせて事前に調整された設定を用いることで、試運転期間をわずか1日に短縮することができます。