気相重合反応システムのダイナミクスの解析と非線形モデル予測制御の適用

• Project/Area Number: 13750690
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 化学工学一般
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉田 雅俊 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (30230759)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2002: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2001: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 気相重合 / ダイナミクス / 非線形 / モデル予測制御 / 気相重合反応器

Research Abstract

気相重合反応器内部は、ヘリカルリボン撹拌翼で撹拌されているが、未反応ガスからなるガス相、生成ポリマー粒子からなる粉体相、供給された反応物による液相からなることが判明している。反応器内部のダイナミクス解析の際問題となるのは、1:「物質収支の考察における、各相の体積変化の影響、および三相間の物質移動のモデル化」、2:「熱収支の考察における、液体として供給された原料の気化速度のモデル化」の二点である。
昨年度は、上記の考察に基づき、各物質に対する物質収支式、および、反応器、コンデンサーのそれぞれに対する熱収支式に基づく物理モデル(微分方程式)を構築した。そのモデルを用いてシミュレーションを行った結果、リサイクルガスの流量を調節するバルブに遅れがある場合には、通常のPID制御則では、反応器の温度を精度良く制御出来ないことが判明した。
そこで、今年度は、物理モデル用いた、非線形モデル予測制御系を設計して、反応器の温度の制御を試みた。本制御系は、操作変数であるリサイクルガスの流量を仮定して将来(1制御ステップ後)の反応器の温度を予測して、その予測値が設定値となるように操作変数を修正することを繰り返して、望ましい操作変数を決定する方法である。制御を行った結果、リサイクルガスのバルブに遅れがある場合にも精度良く温度制御が行えることがわかり、構築したモデル予測制御系は従来の制御システムより優れていることを示すことができた。