KR20120008594A - Method of continuous feedback control of flow rate for simulated moving bed process - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for processing a simulated moving bed based on a continuous feed-back flux controlling method is provided to integratedly control the simulated moving bed based on the user-apparatus interface part of the simulated moving bed and a controlling part. CONSTITUTION: A method for processing a simulated moving bed includes an operating part, a column(30), a central processing unit, an user-apparatus interface part, a touch computer, and a controlling part. The operating part includes a pump(20), a liquid flow controller(40), and a valve(10). The pump measures temperature, flux, and pressure based on a simulated moving bed(100) and adjusts actual flux. The liquid flow controller measures flux. The valve transfers and discharges fluid. The touch computer collects and monitors the field data of necessary operational parameters and analyzes the data to control the operational parameters. The controlling part collects flux and pressure values from the pump and the liquid flow controller and applies the collected values to the central processing unit. The controlling part outputs a controlling signal to the valve according to the requirement of a user.

Description

연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법{Method of continuous feedback control of flow rate for simulated moving bed process}Method of continuous feedback control of flow rate for simulated moving bed process

본 발명은 흡착 분리 공정 중 리퀴드 플로우 콘트롤러(Liquid flow controller)를 이용한 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 공정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프를 이용하여 각 컬럼에 유체(Feed, Desorbent, Raffinate, Extract)를 공급할 때 각 유체가 컬럼을 통과하면서 유량이 달라져 펌프 유량이 정확하게 제어되지 못하기에 리퀴드 플로우 콘트롤러(Liquid Flow Controller), 밸브, 펌프의 작동을 유기적으로 제어함으로써 최적화된 분리가 이루어지게 하는 피드백 유량 제어 시스템 및 공정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a simulated moving bed (SMB) process method using a continuous feedback flow control method using a liquid flow controller during an adsorptive separation process, and more specifically, to each column using a pump. When supplying fluids (Feed, Desorbent, Raffinate, Extract) to the liquid, each fluid flows through the column, so the flow rate of the pump cannot be controlled accurately. The present invention relates to a feedback flow control system and a process method that allow for optimized separation by controlling.

일반적으로 연속 모사 이동층(Simulated Moving Bed, SMB) 기술은 회분식 크로마토그래피(batch chromatography)에서 이동상(Mobile Phase)과 고정상(Stationary Phase)을 향류(counter-current)로 이동시키면서 혼합물의 각 성분과 고정상 간의 흡착 강도 차이에 기인하여 물질은 고정상의 흐름 방향으로 이동시키고, 흡착이 안 되는 물질은 이동상의 방향으로 이동시켜 분리하는 이동층 크로마토그래피(True Moving Bed)의 기술을 각 컬럼(Column) 사이에 이동상의 흐름을 연속적으로 바꾸어 줄 수 있는 밸브가 장착되어 유기적으로 동작시키면서 고정상의 이동을 모사한 연속 분리 크로마토그래피 공정이다. In general, Simulated Moving Bed (SMB) technology moves the mobile and stationary phases counter-current in batch chromatography, while each component and stationary phase of the mixture is countercurrent. Due to the difference in the adsorption strength between the materials, the moving bed chromatography (True Moving Bed) technology is used between each column to move the materials in the direction of the fixed phase and to remove the non-adsorbed materials in the direction of the mobile phase. It is a continuous separation chromatography process that simulates the movement of the stationary phase while being equipped with a valve capable of continuously changing the flow of the mobile phase.

연속 모사 이동층에서 원하는 분리를 얻기 위해서는 컬럼 스위칭 간격, 각 분리물의 배출 유량, 순환 용매 유량 등이 정밀하게 제어되어야 하는데, 각 공정 변수들은 시변적인 특성이 크고, 비선형적인 특성이 있기 때문에 사용자가 여러 변수를 동시에 감시하면서 제어요소를 바꾸는데 많은 어려움이 있다.In order to achieve the desired separation in the continuous simulated moving bed, the column switching interval, the discharge flow rate of each separator, the circulating solvent flow rate, etc. must be precisely controlled.The process variables are highly time-varying and non-linear. There are many difficulties in changing the control element while simultaneously monitoring the variables.

따라서, 종래의 모사 이동층 장치의 단점인 복잡한 제어 시스템을 더욱 쉽게 접근하고, 사용자가 용이하게 이용 가능한 구조로 설계 및 조업이 가능할 수 있는 제어 및 공정 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a control and processing method that can more easily access a complex control system, which is a disadvantage of the conventional simulated moving bed device, and can be designed and operated in a structure that can be easily used by a user.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 실시간 감시가 가능하고, 또한 모사 이동층 장치의 유량을 실시간으로 정확하게 제어할 수 있는 피드백 제어시스템 및 공정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to overcome the above problems, an object of the present invention is to provide a feedback control system and a process method capable of real-time monitoring, and can accurately control the flow rate of the simulated moving bed device in real time There is this.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 분리를 위한 컬럼과, 그 컬럼의 온도를 제어하기 위한 재킷과, 각 컬럼에 유체(Feed, Desorbent, Raffinate, Extract)를 공급하기 위한 펌프와, 각 컬럼을 통과하는 유체의 공급과 배출을 제어하는 밸브와, 컬럼을 통과한 후의 유체 유량 및 압력의 측정하는 리퀴드 플로우 콘트롤러와, 그 피드백 제어를 하는 하드웨어 및 그 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a column for separation, a jacket for controlling the temperature of the column, a pump for supplying fluid (Feed, Desorbent, Raffinate, Extract) to each column, and each column It provides a valve for controlling the supply and discharge of the fluid to pass through, the liquid flow controller for measuring the flow rate and pressure of the fluid after passing through the column, and the hardware and method for controlling the feedback.

상기 연속 모사 이동층 장치에서 유량의 측정값을 수신하기 위한 중앙 처리 장치(PLC)와 상기 연속 모사 이동층 장치 제어부에 제어 신호를 전달하기 위한 사용자-기계간 인터페이스부(HMI: Human Machine Interface)를 포함하는 터치 컴퓨터의 제어 단말부를 제공하는 것을 특징으로 한다.A central processing unit (PLC) for receiving measured values of the flow rate in the continuous simulation moving bed device and a human machine interface (HMI) for transmitting a control signal to the control unit for the continuous simulation moving bed device. It is characterized by providing a control terminal of a touch computer comprising.

상기 사용자-기계간 인터페이스 부는 상기 컬럼을 통과하는 유체의 유량 및 밸브 등을 제어하기 위한 프로세스(Process) 윈도우를 제공하며, 상기 프로세스 윈도우는 펌프의 작동 여부, 유량 변경 등과 밸브의 개폐 상태 등의 변경이 가능한 것을 특징으로 한다.The user-machine interface unit provides a process window for controlling a flow rate and a valve of the fluid passing through the column, and the process window changes the operation state of the pump, a change in flow rate, and an open / closed state of the valve. This is characterized by possible.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법은 최적 분리 조건을 조성하기 위한 다수의 펌프, 다수의 리퀴드 플로우 콘트롤러, 다수의 밸브, 다수의 컬럼을 포함하는 연속 모사 이동층 장치와 컴퓨터, PLC 등의 제어부의 사용자-기계간 인터페이스 부를 통해 일괄적으로 제어 및 감시하도록 하여 연속 모사 이동층 장치의 효율적인 사용을 가능하게 한다.As described above, the simulated moving bed process method using the continuous feedback flow control method according to the present invention is a continuous including a plurality of pumps, a plurality of liquid flow controller, a plurality of valves, a plurality of columns to create an optimum separation conditions The user-machine interface of the control unit of the simulated mobile layer device and the control unit such as a computer, a PLC, and the like can be collectively controlled and monitored to enable efficient use of the continuous simulated mobile layer device.

또한, 연속 모사 이동층의 각 구성요소들을 사용자-기계간 인터페이스 부로 입력 가능한 제어 변수를 통해 직접적으로 분리 공정을 제어할 수 있으므로 프로그램에 대한 전문적인 지식이 없는 사용자도 그 프로그램의 변경 없이 손쉽게 연속 모사 이동층을 제어할 수 있도록 한다.In addition, it is possible to control the separation process directly through the control variables that can input each component of the continuous simulation mobile bed to the user-machine interface part, so that users without expert knowledge of the program can easily perform continuous simulation without changing the program. Allows you to control the moving floor.

도 1은 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법을 도식한 전체 모식도
도 2는 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법의 제어 시스템에 대한 구성도
도 3은 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법의 유량 제어법을 도시한 흐름도1 is a schematic view showing a simulated moving bed process method using a continuous feedback flow control method according to the present invention
2 is a block diagram of a control system of a simulated moving bed process method using a continuous feedback flow control method according to the present invention
3 is a flowchart illustrating a flow control method of a simulated moving bed process method using a continuous feedback flow control method according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a simulated moving bed process method using the continuous feedback flow rate control method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법을 개략적으로 도식한 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically illustrating a simulated moving bed process method using a continuous feedback flow control method according to the present invention.

모사 이동층 공정을 포함한 크로마토그래피는 일반적으로 상온에서 운전되어, 열에 민감한 의약 제제와 생약 제제 등의 분리에 특히 적합하다. 또한, 모사 이동층 공정은 이동상이 장치 내에서 재생되어 재순환됨으로써, 이동상 재생에 소요되는 비용과 에너지 등을 절감할 수 있다.Chromatography, including simulated moving bed processes, is generally operated at room temperature, and is particularly suitable for separation of heat sensitive pharmaceutical preparations and herbal preparations. In addition, in the simulated moving bed process, the mobile phase is regenerated and recycled in the apparatus, thereby reducing the cost and energy required for the mobile phase regeneration.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어가 가능한 모사 이동층 장치(100)는 유체 제어용 밸브(10), 유체 유량 제어용 펌프(20), 유체를 분리하는 컬럼(30), 컬럼(30)을 통과하는 유체의 유량을 측정하는 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the simulated moving bed apparatus 100 capable of continuously controlling feedback flow rate according to the present invention includes a fluid control valve 10, a fluid flow control pump 20, a column separating a fluid, and a column. It consists of a liquid flow controller 40 which measures the flow volume of the fluid passing through the 30.

상기 유체 제어용 밸브(10)는 밸브 내부에 유체의 부피가 최소화 되도록 구성되며, 구성된 밸브는 직접 액팅 타입으로 전원 소모가 최소화되도록 구성된다. 좀 더 구체적으로는 유체(Feed, Desorbent) 인입을 위한 밸브와 유체(Raffinate, Extract)를 유출하기 위한 밸브로 이루어진다. The fluid control valve 10 is configured to minimize the volume of the fluid inside the valve, the configured valve is configured to minimize power consumption in the direct acting type. More specifically, it consists of a valve for drawing fluid (Feed, Desorbent) and a valve for flowing out the fluid (Raffinate, Extract).

상기 유체 제어용 펌프(20)는 액정으로 유량과 압력 리미트가 표시되고, RS-232 통신 포트로 입력되는 값이 통신으로 중앙 처리 장치(PLC)(70)으로 송, 수신이 되도록 구성된다.The fluid control pump 20 is configured such that the flow rate and pressure limit are displayed in the liquid crystal, and the value input to the RS-232 communication port is transmitted and received to the central processing unit (PLC) 70 by communication.

상기 컬럼(30)은 내부에 충전제를 채워 투입된 유체를 분리시키기 위한 공간으로, 일정 온도 유지를 위한 재킷으로 구성된다.The column 30 is a space for separating the injected fluid filled with a filler therein, and consists of a jacket for maintaining a constant temperature.

상기 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)는 유량 측정을 목적으로 하는 디텍터로, 컬럼을 통과하는 유체의 압력과 유량을 실시간으로 측정하여 중앙 제어 장치(PLC)(50)으로 데이터를 송신하는 것으로 구성된다.The liquid flow controller 40 is a detector for measuring the flow rate, and is configured to measure the pressure and flow rate of the fluid passing through the column in real time and transmit the data to the central control unit (PLC) 50.

도 1의 연속적인 피드백 유량 제어가 가능한 모사 이동층 장치(100)중 유체 제어용 밸브(10), 유량 제어용 펌프(20), 유체를 분리하는 컬럼(30), 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)의 개수는 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다.In the simulated moving bed apparatus 100 capable of continuously controlling the feedback flow rate of FIG. 1, the number of the valve 10 for controlling the fluid, the pump 20 for controlling the flow, the column 30 separating the fluid, and the liquid flow controller 40 It can be adjusted as needed.

도 2는 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어가 가능한 모사 이동층 장치의 제어 시스템(200)을 개략적으로 도식한 모식도이다.2 is a schematic diagram schematically illustrating a control system 200 of a simulated moving bed apparatus capable of continuous feedback flow rate control according to the present invention.

본 발명은 도 2와 같이, 유량 제어용 펌프(20)와 RS-232C 통신 모듈(51)에 의해 시리얼 통신하는 PLC(50)와, 상기 PLC(50)와 아날로그 입/출력 통신 모듈(52)에 의해 통신하는 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)와, 상기 PLC(50)에서 조건에 따라 디지털 출력 모듈(53)에 의해 출력을 받는 유체 제어용 밸브(10)와, 상기 PLC(50)에서 RS-232C 시리얼 통신으로 출력된 정보를 표시하는 사용자-기계간 인터페이스부(HMI)를 포함하는 터치 컴퓨터(60)를 포함하여 구성된다.The present invention, as shown in Figure 2, the flow rate control pump 20 and the RS-232C communication module 51 serial communication to the PLC 50, the PLC 50 and the analog input / output communication module 52 The liquid flow controller 40 communicating with the fluid control valve, the fluid control valve 10 receiving the output by the digital output module 53 according to the condition in the PLC 50, and RS-232C serial communication in the PLC 50. And a touch computer 60 including a user-machine interface (HMI) for displaying the output information.

상기 유량 제어용 펌프(20)는 RS-232C 통신 모듈(51)에 의해 통신으로 펌프(20)의 동작과 정지를 통신으로 설정할 수 있고, 현재 세팅된 유량과 압력을 HMI를 포함한 터치 컴퓨터(60)에서 감시 및 제어할 수 있다.The flow rate control pump 20 may set the operation and stop of the pump 20 by communication by means of the RS-232C communication module 51, and the touch computer 60 including the HMI may set the flow rate and pressure currently set. Can be monitored and controlled by

상기 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)는 PLC(50)와 아날로그 입/출력 모듈(52)에 의해 통신을 하게 되는데, 컬럼을 통과한 유체의 유량과 압력을 4 ~ 20mA로 실시간 입력을 받을 수 있으며, HMI를 포함한 터치 컴퓨터(60)에서 감시 및 제어할 수 있다.The liquid flow controller 40 communicates with the PLC 50 and the analog input / output module 52. The liquid flow controller 40 can receive a real-time input of a flow rate and a pressure of 4 to 20 mA through the column, and the HMI. Monitoring and control in the touch computer 60, including.

따라서 컬럼(30)을 통과하기 전의 유량 제어용 펌프(20)와 통과한 이후의 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)의 압력과 유량을 측정, 분석하여 그 후단에 장착한 유체 제어용 밸브(10)를 디지털 출력 모듈(53)에 의해 조절하여 최적의 분리 조건을 찾을 수 있다.Therefore, the digital output module measures and analyzes the pressure and flow rate of the flow control pump 20 before passing through the column 30 and the liquid flow controller 40 after passing, and mounts the fluid control valve 10 mounted at the rear end thereof. Adjust by (53) to find the optimum separation conditions.

상기 사용자-기계간 인터페이스부(HMI)를 포함한 터치 컴퓨터(60)는 도 2와 같이 상기 PLC(50)와 RS-232C로 연결되며, 조작에 필요한 정보를 입력받아 상기 PLC(50)에 전달하고, 상기 PLC(50)에서 출력된 정보를 표시하는 기능을 가진다. 사용자의 접근 편리성을 위해 데이터 저장을 위한 USB 전용 포트를 가진 터치 컴퓨터로 구성한다.The touch computer 60 including the user-machine interface unit (HMI) is connected to the PLC 50 and RS-232C as shown in FIG. 2, receives information necessary for operation, and transmits the information to the PLC 50. It has a function of displaying the information output from the PLC (50). It is configured as a touch computer with a dedicated USB port for data storage for user accessibility.

도 3은 본 발명에 따른 연속적인 피드백 유량 제어법을 이용한 모사 이동층 공정 방법의 유량 제어법을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a flow control method of a simulated moving bed process method using a continuous feedback flow control method according to the present invention.

본 발명은 도 3의 유량 제어 과정에 의해 컬럼(30) 입구에 위치한 펌프(20)에서 내보내는 각 유체(Feed, Desorbent, Raffinate, Extract)가 컬럼(30)을 통과하면서 수시로 바뀌는 유량을 컬럼 출구에 리퀴드 플로우 콘트롤러(40)를 장착하여 실시간으로 측정, 분석하고 피드백 제어하여 분리 공정의 최적화를 이룰 수 있다.According to the present invention, the flow rate of each fluid (Feed, Desorbent, Raffinate, Extract) discharged from the pump 20 located at the inlet of the column 30 by the flow control process of FIG. 3 passes through the column 30 to the column outlet. The liquid flow controller 40 may be equipped to measure, analyze, and feedback control in real time to achieve an optimization of the separation process.

본 발명은 미리 프로그램된 내용에 따라 사용자로부터 받은 명령이나 조건을 처리하고 전달하는 기능을 가지며, 또한 사용 중 사용자가 쉽게 조작하여 프로그램이 변경할 수 있다.The present invention has a function of processing and delivering a command or condition received from a user according to a pre-programmed content, and the program can be easily changed by the user during use.

10: 유체 제어용 밸브
20: 유체 유량 제어용 펌프
30: 컬럼
40: 리퀴드 플로우 콘트롤러
50: 중앙 제어 장치(PLC)
51: RS-232C 통신 모듈
52: 아날로그 입/출력 모듈
53: 디지털 출력 모듈
60: 사용자-기계간 인터페이스부(HMI)를 포함하는 터치 컴퓨터
100: 연속적인 피드백 유량 제어가 가능한 모사 이동층 장치
200: 연속적인 피드백 유량 제어가 가능한 모사 이동층 장치의 제어 시스템10: valve for fluid control
20: pump for fluid flow control
30: column
40: Liquid Flow Controller
50: Central Control Unit (PLC)
51: RS-232C communication module
52: analog input / output module
53: digital output module
60: touch computer with user-machine interface (HMI)
100: simulated moving bed unit with continuous feedback flow control
200: control system of a simulated moving bed device capable of continuous feedback flow control

Claims (5)

연속 모사 이동층 장치를 중심으로 온도, 유량, 압력을 측정하는 다수의 펌프, 다수의 리퀴드 플로우 콘트롤러, 다수의 밸브, 다수의 컬럼, 중앙 처리 장치(PLC), 사용자-기계간 인터페이스(HMI), 터치 컴퓨터 등으로 구성되어 연속적인 피드백 유량 제어법을 특징으로 하는 연속 모사 이동층 공정 장치Multiple pumps to measure temperature, flow and pressure around a continuous simulated moving bed device, multiple liquid flow controllers, multiple valves, multiple columns, central processing unit (PLC), user-machine interface (HMI), Continuous simulated moving bed process equipment composed of touch computers and characterized by continuous feedback flow control method 제 1항에 있어서, 유량을 측정하는 리퀴드 플로우 콘트롤러, 실제 유량 조절을 하는 펌프, 유체를 이송시키고 배출시키는 밸브 등의 동작부로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 모사 이동층 공정 장치의 제어 시스템 및 그 방법2. The control system and method of a continuous simulated moving bed process apparatus according to claim 1, comprising an operating unit such as a liquid flow controller for measuring the flow rate, a pump for adjusting the actual flow rate, a valve for transferring and discharging the fluid, and the like. 제 1항에 있어서, 펌프와 리퀴드 플로우 콘트롤러의 유량과 압력 값을 수집하여 중앙 처리 장치(PLC)에 인가하고 사용자 요구에 따라 밸브의 제어 신호를 출력하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 모사 이동층 장치의 제어 시스템 및 그 방법The continuous simulation movement according to claim 1, further comprising a control unit which collects flow rate and pressure values of the pump and the liquid flow controller, applies them to a central processing unit (PLC), and outputs a control signal of a valve according to a user's request. Control system of floor devices and its method 제 1항에 있어서, 꼭 필요한 공정 변수(유량, 압력, 온도 등)의 현장 데이터를 수집하여 감시하고 수집된 데이터를 분석하여 조건에 따라 각 공정변수가 설정치를 유지하도록 제어하는 터치 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 모사 이동층 장치의 제어 시스템 및 그 방법The method of claim 1, further comprising a touch computer that collects and monitors on-site data of essential process variables (flow rate, pressure, temperature, etc.), analyzes the collected data, and controls each process variable to maintain a set point according to conditions. Control system and method thereof for continuous simulated moving bed apparatus 제 1항에 있어서, 연속적인 피드백 유량 제어법을 특징으로 하는 연속 크로마토그래피 방법A continuous chromatography method according to claim 1, characterized by continuous feedback flow control method.
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KR20160147421A (en) 2015-06-15 2016-12-23 (주)씨엔에스 Cube-shaped valve block device installed in simulated moving bed process system
US10478004B2 (en) 2016-03-18 2019-11-19 G.S. Blodgett Corporation Grilling pan for cooking proteins

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