化学合成、天然物の抽出、発酵、さらには生化学的プロセスにおいて、温度は主要なパラメータとなります。
これらのプロセス段階は、反応器、蒸留釜、結晶化槽、ろ過乾燥機、乾燥機、発酵槽、バイオリアクターなどで行われます…… これら多様な技術を用いた装置は、いずれもプロセスの温度を制御するために、熱媒体が流れる二重ジャケットを備えているという特徴があります。
同一の装置内で、バッチプロセスの各段階が、一般的に-20°Cから150°Cの範囲内のさまざまな温度で行われますが、要求の厳しい一部のプロセスでは+200°Cに達することもあり、要求の厳しい特定のプロセスでは-100°Cに至ることもあります。
ここで紹介する装置は、冷却操作専用のエネルギーモジュールであり、例えば熱交換器や凝縮器などにおいて、プロセス温度から利用可能なユニットの温度(-10、-20、または-30°C)まで冷却を行うものです。
運用側の期待事項は以下の通りです:
• 生産性 :作業温度の変更に時間を費やすべきではありません
• 生産品質:温度は正確かつ均一でなければならず、製品が壁面との接触により過熱されてはならない。プロセス温度は「オーバーシュート」することなく直接到達されなければならない。
• 安全性:発熱反応によって発生するエネルギーを排出する必要がある
• 産業用設備の維持:蒸気、水、さらには塩水の連続的な注入は、設備に甚大な腐食被害をもたらすため、いわゆる「モノフルイド」と呼ばれる二次熱媒体ループに置き換えることが望ましい。 あらゆる温度条件下で、反応器の二重ジャケット内を循環するのは、常に酸素を含まない同じ「モノフルイド」です。
CELSIUS社は長年にわたり、「熱スキッド」、「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特殊機器の設計・製造技術を確立しています。「モノフルイド」と呼ばれる熱媒体は、温度範囲に応じて選定されます: 水、グリコール水、または熱油が使用され、このモノフルイドは、プロセス上の必要に応じて、現場にあるユーティリティ(蒸気、電力、水、グリコール水、ブライン、熱油、さらには極低温を達成するための液体窒素など)によって加熱または冷却されます。 温度差や温度変化に伴う制約を回避するため、熱交換器には、チューブがらせん状に巻かれた管式熱交換器が採用されています
スキッド上に設置された単一の装置内に、温度制御機能に必要なすべてのコンポーネント(循環ポンプ、熱交換器、制御弁、バルブ、計器、自動制御装置など)が組み込まれています。 本装置は、完全に組み立てられ、配管・断熱・配線済みの状態で現場に納入されるため、通常セベソ法指定区域に指定される現場における設置、接続、および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は、CEマークプレートおよび欧州圧力機器指令DESP 2014/68/EUに基づき、また必要に応じて、爆発性雰囲気下での設置に関する欧州指令ATEX 2014/34/EUに準拠したCE適合証明書が同梱されており、さらにFDAによる機器の承認に向けた設置適格性評価(IQ)プロトコルも含まれています。
数多くの実績を誇るCELSIUSは、生産設備内の反応物の温度を管理するこれらのプロセス機器の設計および製造に不可欠なあらゆるノウハウを習得しています。
反応物の温度設定値、反応器内の温度センサー、および単一流路ループ内の温度センサーに基づき、制御装置は熱交換器を選択し、調節用バルブや弁を制御します。
さらに、CELSIUSの制御システムの核心には、反応器および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、その運転特性(二重ジャケット、撹拌、含有溶媒など)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の際、温度値に基づいてバルブや調節弁が制御されます。そしてそのフィードバックとして、バルブの位置から流体の流速、 流体の特性、二重ジャケットおよび熱交換器内の熱交換係数、ひいては次の瞬間の反応器および単流路ループ内の温度を算出します。
このシミュレーションは、事業者の設備パラメータに基づいて行われ、納入前に反応器とエネルギーモジュールを含むシステムのデジタルツインを数週間にわたって稼働させることが可能となり、それによって実際の運転条件に合わせて事前に校正されたパラメータを用いて、試運転期間を1日に短縮できるよう、制御パラメータを最適化することが可能となります。
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