こんにちは。
今回から蒸留の設計編をやっていきます。
この記事では蒸留設備の設計をどのようにやるかの大枠について解説します。
蒸留プラントの設計手順
蒸留設備設計の一般的な手順は以下です。
【プロセス設計】
(1) 前提条件の決定 [処理量、フィード・製品組成]
(2) バッチ／連続の決定
(3) 運転圧、温度の決定
(4) 運転還流比、理論段の決定
(5) PFD作成[マテリアル・ヒートバランス作成、制御系設計]
【設備設計】
(6) 棚段塔／充填塔の決定
(7) 塔高さ、インターナルの設計
(8) 塔径の設計
(9) 塔以外の付帯設備の設計[リボイラー、コンデンサー、槽、ポンプなど]
(10) P&ID、プロット図、機器リスト 作成
(1)～(5)がプロセス設計、それを基に(6)～(10)で設備設計をするというイメージです。
プロセス設計
蒸留に限らず化学プラントの設備はすべてプロセス設計→設備設計の順で進めます。
ポンプや配管などのちょっとした設備でも、流体の種類、流量、温度、圧などのモノとエネルギーの流れの前提となる条件が決まらないと化学プラントは設計できません。
それらの前提条件を決めるのがプロセス設計です。
プロセス設計で一番大切なのは、モノとエネルギーの流れを表したマテリアルバランス(通称 マテバラ)、エネルギーの流れを表したヒートバランス(通称 ヒートバラ)を作成することです。
これらはすべての設計のベースになりますので、プロジェクトの初期段階に作成します。ですので、マテバラ・ヒートバラの作成はプロセスエンジニアにとって最も重要な仕事と言っても過言ではないくらい超重要です。
また、プロセスの制御系の決定もプロセス設計に入ります。
どこまで自動化するのか、目標通り変動少なく運転可能かなどを検討して決定する必要があります。
そして、マテバラ・ヒートバラ・制御系を一枚のシートで表現します。
それがPFD(Process Flow Diagram)です。
PFDの作成がプロセス設計の最終成果物と考えれば良いかと思います。
PFDとは何？という人は、以下の記事で簡単に解説していますので、確認してください。
また、もっとイメージが知りたいという方は、下のHPがわかりやすいので参考になるかと思います。
ちなみに、これらを精度良く作成するには、プロセスや物性などの相当深い知識が必要なため、一朝一夕でできるようなものではありません。
良いものを作成できるようになるにはできるエンジニアの下で、何度も作成・修正を繰り返し訓練を組むことが必要だと思います。
設備設計
プロセス設計で作成したPFDをもとに、どういう設備(種類・大きさ・能力など)を使って、PFDの通りの運転ができるプラントにしていくかを検討していきます。
最終的には全ての機器、計装、配管、バルブを記したP&ID(Piping & Istrumentation Diagram)、機器リスト、プロット図を作成し、これらが最終成果物になります。
これらがどういうものかは上記にリンクを貼った東レエンジニアリングのHPで紹介されているので、確認してみてください。
実はこの後に、実際の発注に進むと、機器図や配管図などより詳細設計を行っていくのですが、それはここでは割愛させてもらいました。
また別の機会に解説できればと思っています。
終わりに
今回は、蒸留塔の設計の全体イメージについて解説しました。
会社によってはプロセス設計と設備設計で担当者(担当部署)が異なる場合、同じ場合と業務の範囲は様々だと思います。
どちらにせよ、プラント設計を担うエンジニアとしては両方に精通しておかないと良いプラントは建てられないと、私は思っています。
かくいう私も、プロセス設計が主なので、設備設計についてはまだ知識・経験が足りていないところもあります。
このブログを通して一緒に勉強していければと思っています。
