CN100475331C - 反应器的温度控制方法及反应器的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使产品制备法不同，也能改善控制系统稳定性和扰动抑制，容易稳定的反应器的温度控制方法和反应器的温度控制装置，或者即使产品制备法不同，也可进行提高反应器的温度控制系统的敏感度特性，提高控制适应性的设定的温度控制方法和反应器的温度控制装置。具备：反应器温度控制系统(200)，其输入对应于所输入的制备法算出的反应器(10)的设定温度值和反应器(10)的温度测量值，计算夹套温度设定值；信号生成部(500)，输入夹套出口温度的测量值，以与夹套出口温度的变化方向相反的方式计算校正值；和夹套温度控制系统(400)，将夹套温度设定值和校正值相加，输入被校正的夹套温度设定值和夹套入口温度的测量值，计算阀门开度设定值。

Description

反应器的温度控制方法及反应器的温度控制装置

技术领域

本发明涉及石油化学等的过程控制领域中使用的反应器的温度控制方法及反应器的温度控制装置。

背景技术

在石油化学等的过程控制领域中，认为聚合反应过程的温度控制是难以自动化的原因之一。例如，制造高官能基聚合物时，因为存在在不同时间放入多种原料的制备法，所以反应器的温度特性不同，合适的温度控制极大地依赖于操作者的直觉和经验。而且，最近正力求多品种少量生产，需要在一个反应器中执行数十、数百种制备法，操作员的负担很大。

作为现有技术，在非专利文献1中，记载了包含生产模型，评估反应器和夹套(jacket)的热效率，根据该评估结果，实现最佳控制的技术。

而且，在专利文献1中，记载了一种带夹套容器的温度调节方法，该方法测量容器内液体重量、夹套入口和出口的温度、泵排出量，计算预温度调节开始后的一定时间的夹套和容器内溶液的综合热效率，之后继续进行温度调节时，一边确定泵排出量和向夹套供给的热交换介质的温度，一边进行温度调节，使得利用综合热效率算出的传热量成为期望的值。

而且，在专利文献2中，记载了一种批式反应器的温度控制装置，具有为了使反应器内的温度为目标温度，而时刻求出必要的反应器的内部和外部之间的热交换量的热交换量计算机构；以实现由热交换量计算装置算出的热交换量的方式，将热介质基本定量地供给到反应器的外部的热介质供给装置；设定热介质的供给温度的供给温度设定机构；控制热介质的温度的供给温度控制机构。

这样，在已有的反应器的温度控制中，设定与产品对应的目标温度，以使反应温度(和反应器温度相同)和该目标温度一致的方式，通常使热水或者冷水等热介质通过反应器周边的夹套，从反应器的外部加热或冷却。从该反应器外部进行的加热或冷却一般是利用反应温度的反馈控制，求出夹套的入口侧温度的设定值，以成为该设定值的方式调节夹套流量阀门的开度、热介质的温度，即级联控制。

而且，在专利文献3中，记载了化学过程的反应温度控制装置，其具备：基于反应器温度测量值和来自扰动数据库的数据，计算夹套温度校正量的夹套温度校正量计算机构；基于有无执行操作步骤控制、反应器压力测量值、反应温度测量值，判断是否校正夹套的机构；在由判断机构判断出需要校正时，根据夹套温度校正量进行校正的校正机构。

而且，在专利文献4中，记载了一种反应器的温度控制装置，其基于反应器内的反应液的检测到的反应液温度和设定值的温度差，通过冷却器返流入反应器的反应液的检测出的冷却器出口温度和设定值的温度差，反应液温度和冷却器出口温度的温度差的各个温度差，控制调节流入冷却器的冷却介质流量的控制阀。

在专利文献4记载的现有技术中，存在采用的是直接测量反应器内的反应液的温度的装置而不是使反应液在冷却器中直接循环的装置的问题和不能适用的问题，因为由温度差控制，所以存在在反应器的温度中引起负尖峰和摆动的问题。

在反应器的温度控制中通过夹套进行温度控制时，因为通过夹套进行温度控制，来自外部的热量没有快速地到达反应器内部，存在热损失和时间延迟，在聚合反应过程中产生反应热，使反应器内部的温度上升，情况复杂。

如非专利文献1、专利文献1至专利文献3记载的现有技术那样，在利用反应温度反馈控制，求出夹套的入口侧温度的设定值，以成为该设定值的方式调节夹套流量阀门的开度、热介质的温度的方法中，通过极精细地调节控制参数、例如相对于和目标温度的偏差的比例增益、积分增益，即使存在来自外部的温度调节的延迟和反应器内部的自发热，也能够在某种程度上进行温度调节。

而且，最近，需要进行多品种少量生产，在每种制备法中因为目标温度和原料装入量、装入模式不同，在每种制备法中需要个别调整控制参数。这样，在每种制备法中，管理控制参数的负担重，管理成本变庞大。而且，为了调整控制参数，对每种制备法都实施生产试验在现实中是不可能的，所以设定有代表性的参数，在操作中与用手动操作进行内插等对应。

另外，在执行反馈控制之后，存在如果将积分增益等控制参数的增益设定为高的值，则反应器温度的控制性能提高的情况，但存在不稳定、不能与各种产品制备法对应的问题，所以，不得不将控制参数的增益设定为估计余量的低值。所以存在在反应器的温度中引起负尖峰和摆动的问题。

【专利文献1】特开平6-266448号公报；

【专利文献2】特开平10-296075号公报；

【专利文献3】特开2004-283780号公报；

【专利文献4】特开平8-142490号公报；

【非专利文献1】千本资、花渊太：计测系统的基础和应用、517-523页、欧姆会社、1987.9.30。

发明内容

本发明的第1目的是，提供即使产品制备法不同，也能提高控制系统稳定性和扰动抑制，容易稳定的反应器的温度控制方法和反应器的温度控制装置。

本发明的第2目的是，提供即使产品制备法不同，也可以提高反应器的温度控制系统的敏感度特性，提高控制适应性的可设定的温度控制方法和反应器的温度控制装置。

为了实现上述目的，本发明的反应器的温度控制方法和反应器的温度控制装置输入反应器的设定温度值和反应器的温度测量值，计算夹套温度设定值，由信号生成部输入夹套出口温度的测量值，将负增益赋予夹套出口温度，算出校正值，将夹套温度设定值和校正值相加，输入被校正的夹套温度设定值和夹套入口温度的测量值，计算阀门开度设定值。

根据本发明，因为对夹套出口温度进行反馈，适当地校正反应器的温度控制系统的控制信号，所以提高了控制系统稳定性和干扰抑制，不根据产品制备法的类别，也可容易且稳定地控制反应器温度。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的反应器温度控制装置的结构图。

图2是表示分歧阀(spilt range)的动作特性的图。

图3是本实施例的运算部的结构图。

图4是本实施例的反应器的温度控制的流程图。

图5是表示反应器温度、夹套出口温度、以及夹套入口温度的时间变化的一个例子的图。

图6是本实施例的另一实施例的反应器的温度控制装置的结构图。

图7是本实施例的反应器的温度控制的流程图。

图8是表示本实施例的信号生成部所具备的表格的例子的图。

10-反应器；20-夹套；30-温度计；40-夹套入口温度计；50-循环泵；60-夹套出口温度计；70-阀门(70H＝温水，70C＝冷水)；80-分歧阀；90-夹套流量计；100-控制装置；200-反应器温度控制系统；300-制备法数据库；400-夹套温度控制系统。

具体实施方式

利用图1到图5对本发明的一个实施例进行说明。图1是本实施例的反应器的温度控制装置的结构图，图2是表示分歧阀的动作特性，图3是反应器温度控制系统的夹套温度控制系统的结构图，图4是图3所示的控制系统的控制的流程图，图5是表示控制结果的一个例子的图。

反应器的温度控制装置是如图1所示的结构。在伴有化学反应的内部执行聚合反应等的反应器10中，为了控制反应器10的温度，安装有夹套20。在夹套20上，安装有用于给夹套20供水的供水管21和排水管22，从供水管21供给的热介质在夹套20内循环，从排水管22排出。这里，反应器10内的化学反应可以是由化学反应发热的发热过程，也可以是由化学反应吸热的吸热过程。

在供水管21的夹套20侧设置有夹套入口温度计40，在供水管21的夹套入口温度计40的上游侧设置有循环泵50。在循环泵50的更上游侧发生分支，一根供水管21a上设置温水阀70，另一根供水管21b上设置冷水阀71，温水阀70和冷水阀71与分歧阀(split range)80连接。

分歧阀80的动作特性如图2所示。横轴表示操作信号即阀门开度设定信号SU，纵轴表示对应的阀门开度。阀门开度0％与阀门全闭对应，阀门开度100％与阀门全开对应。

在这一例子中，阀门开度设定信号SU以50％为界，0～50％时将冷水阀71的开度信号变换为100～0％，阀门开度设定信号SU为50～100％时，将温水阀70的开度信号变换为0～100％。

而且，因为将控制器的初期平衡点设定为温度操作信号SU＝50％，因此在反应温度稳定、无需来自外部的加热或者冷却的情况下，温度操作信号SU＝50％、温水阀和冷水阀都为全闭状态。

在反应器10上安装有温度计30，测量反应器10的温度，反馈给控制装置100。由未图示的原料供给阀调整原料数量并将原料供给到反应器10。

在排水管22上设置夹套出口温度计60，设置从夹套出口温度计60的上游侧连接到循环泵50的上游侧的旁通管23。

在控制系统即控制装置100上采用通用的计算机，并连接到制备法数据库300。控制装置100由下述装置构成：反应器温度控制系统200，其输入来自制备法数据库300的信号S301和来自温度计30的信号S31，生成夹套温度设定信号S201；输入来自夹套出口温度计60的信号S61，生成校正信号S501的信号生成部500；利用来自反应器温度控制系统200的夹套温度设定信号S201和来自信号生成部500的信号S501生成校正的夹套温度设定信号S601的信号校正部600；输入来自信号校正部600的被校正的夹套温度设定信号S601和来自夹套入口温度计40的信号S41，生成阀门开度设定信号S401的夹套温度控制系统400。

这里，在本实施例中，反应器温度控制系统200、信号生成部500、信号校正部600以及夹套温度控制系统400由软件构成，但一部分也可以用硬件构成。

一旦确定制造产品的制备法，就将该产品的制备法输入到控制装置100中。基于被输入的数据，参照制备法数据库300，调节未图示的原料供给阀，将原料供给到反应器10中。将对应于输入的制备法计算出的反应器温度设定值作为信号S301发送给反应器温度控制系统200。

在反应器温度控制系统200中，在图4所示的流程图的步骤111中，根据表示反应器温度的信号S31和信号S301，计算反应器的温度设定值Tsp与反应器温度Tr之间的偏差E(也称为目标偏差E)，用公式1执行对目标偏差进行比例积分计算的比例积分型反馈控制计算。

(公式1)

Tjs＝K1*E+K2*∫Edt    (1)

这里，K1、K2分别是比例增益，积分增益，是调整反馈控制的控制性能的参数。而且，在公式1中没有设置微分项，但也可增加微分运算。而且，也可采用利用表格的运算等其它控制运算。另外，也可采用模型数据库的预测控制。此时，需要调整反馈控制系统的闭环灵敏度特性的参数，但可进行高灵敏度设定。

如图3所示，由公式1求出的计算结果即夹套温度设定值Tjs，在由图4所示的步骤112作为夹套温度设定信号S201由存储部605存储的同时，在步骤115由加法部606与来自信号生成部500的信号S501相加，作为校正后的夹套温度设定信号S601在步骤116存储在存储部607中。

在信号生成部500中，在步骤113输入来自夹套出口温度计60的信号S61，算出夹套出口温度Tj，在步骤114，利用公式2算出校正值Tjh，生成校正信号S501。

(公式2)

Tjh＝-K*Tj(2)

这里，K是常数增益，1≥K＞0，但也存在利用K＞1的大数值的情形。在公式2中，以变化方向相反的方式算出夹套出口温度Tjo和校正值Tjh，但对于夹套出口温度，也可设置死区单元。而且，如果被赋予负增益，则信号生成部500也可以是由公式3表示的查表形式。

(公式3)

校正信号＝FUNC(夹套出口温度)(3)

这里，FUNC表示函数。

在步骤117，将校正后的夹套温度设定信号S601输入到夹套温度控制系统400中。在夹套温度控制系统400中，与夹套入口温度Tji比较，计算偏差F。利用公式4对偏差F执行进行比例积分微分运算的比例积分微分型反馈控制运算，计算阀门开度设定值Bs。

(公式4)

这里，K3、K4、K5分别是比例增益、积分增益、微分增益，是调整反馈控制的控制性能的参数。而且，在公式4中示出了比例积分微分运算，但与反应器温度控制系统200相同，也可采用利用表格的运算等其他的控制运算。

阀门开度设定值Bs作为阀门开度设定信号S401被发送到分歧阀80中，在分歧阀80中，被变换为加热用的温水阀70或者冷却用的冷水阀71的开度信号，发送给温水阀70或者冷水阀71，对温水阀70或者冷水阀71的开度进行控制。

图5示出的是利用本实施例的反应器的温度控制装置，将比例增益，积分增益，微分增益等的增益设定为高的值，进行反应器的温度控制的一个例子。示出了在执行制备法的过程中，在反应器内由化学反应产生热量，作为干扰而产生作用，反应器温度上升时的反应器温度、夹套出口温度以及夹套入口温度的变化。

从图5可知，如果反应器的温度上升，则在信号生成部500中产生校正信号S501，从而使得夹套入口温度降低。由于夹套入口温度降低，上升的夹套出口温度的上升停止，开始下降。其结果是，由于校正信号S501的效果，夹套入口温度的下降变得缓和，夹套出口温度的下降向相反侧推移，使夹套入口温度缓缓上升。

另一方面，反应器的温度也开始下降，但因为夹套入口温度的下降受到抑制，结果是源自反应器温度的设定值的负尖峰小。

这样，在本实施例的控制方法中，反应器温度的扰动抑制后的尖峰或者负尖峰小，其结果是可以执行提高反应器的温度控制系统的灵敏度特性，且提高控制适应性的设定。

与此相对的是，在不具备反馈夹套出口温度的信号生成部500的情况下，对应于反应器温度的上升，夹套入口温度继续下降，引起负尖峰，产生摆动，从而需要将反应器的温度限制在设定值中的时间。为了防止这一情况，在不具备信号生成部500的控制中，不得不采用将比例增益、积分增益等控制参数设定在低的值的低灵敏度控制系统，但在本实施例中，因为能够将比例增益、积分增益等控制参数设定得较高并进行控制，所以响应性好。

利用图6至8说明本发明的其它实施例。图6是本实施例的反应器的温度控制装置的结构图，图7是反应器的温度控制的流程图，图8是表示用于计算校正信号的查表法的图。

如图6所示，本实施例的反应器的温度控制装置与图1所示的反应器的温度控制装置具有相同的结构，但在本实施例中，在夹套入口温度计40和循环泵50之间设置夹套流量计90，将由夹套流量计90检测的夹套流量测量值S91输入到信号生成部500中。而且，与图1所示的实施例相同，根据图7所示的反应器的温度控制流程图进行控制。

在本实施例中，考虑循环泵50停止的情况，或者循环泵50的旋转速度发生变化，在夹套20内循环的热介质的流量发生变化的情况。

信号生成部500输入来自夹套出口温度计60的信号S61，和由夹套流量计90检测的夹套流量测量值S91，对应于夹套流量变化的情况，计算适当的校正信号。在本实施例中，如果热介质的流量变大，则以增大校正系数的方式计算校正信号。

该校正信号的计算利用图8所示的查表法进行。在图8所示的例子中，示出了与夹套出口温度和夹套流量对应的校正信号，信号生成部500具有该查找表格，输入夹套出口温度和夹套流量，输出对应的校正信号。而且，信号生成部500也可以是函数形式，用公式5计算校正信号，此时，图7所示的xn、yn是自变量。

(公式5)

zn＝FUNC(xn，yn)(5)

这样，因为反馈热介质的流量而计算出校正信号，所以流量变大时，能够提高反应器温度控制系统的灵敏度特性，能够改善控制适应性。

根据本实施例，在反应器温度控制中，对于夹套出口温度的变化，将在相反方向上变化的校正信号赋予给夹套温度设定值，所以提高了夹套温度控制系统的适应性和稳定性，可以将反应器控制系统整体的闭环特性设定为高灵敏度。

Claims (8)

1、一种反应器的温度控制装置，具备：

反应温度控制系统，其输入对应于所输入的制备法算出的反应器的温度设定值和反应器的温度测量值，计算夹套温度设定值；

信号生成部，输入夹套出口温度的测量值，以与该夹套出口温度的变化方向相反的方式计算校正值；和

夹套温度控制系统，输入将所述夹套温度设定值和所述校正值相加得到的被校正的夹套温度设定值和夹套入口温度的测量值，计算阀门开度设定值。

2、根据权利要求1所述的反应器的温度控制装置，其特征在于，

向所述信号生成部输入夹套流量测量值，且根据该夹套流量测量值，改变用于得到所述校正值的校正系数。

3、一种反应器的温度控制装置，具备：反应器，其被供给用于制备法的原料；夹套，用于控制该反应器的温度；供水管和排水管，具备用于使热介质在该夹套中循环的循环泵；分歧阀，控制连接到该供水管上的设置在上游侧的温水阀或者冷水阀的开度；和控制装置，输入所述反应器的设定温度值、反应器的温度测量值、所述夹套出口温度的测量值和夹套出口温度的测量值，将所述阀门开度设定信号输出到所述分歧阀中，

该控制装置，将夹套出口温度的测量值与和夹套出口温度的变化方向相反的校正值相加，计算所述阀门开度设定信号。

4、根据权利要求3所述的反应器的温度控制装置，其特征在于，

通过将负增益赋予所述夹套出口温度，计算与所述夹套出口温度的变化方向相反的校正值。

5、根据权利要求4所述的反应器的温度控制装置，其特征在于，

向所述信号生成部输入夹套流量测量值，且根据该夹套流量测量值，改变用于得到所述校正值的校正系数。

6、一种反应器的温度控制装置，具备：反应温度控制系统，输入反应器的设定温度值和反应器的温度测量值，计算夹套温度设定值；信号生成部，输入夹套出口温度的测量值，将负增益赋予该夹套出口温度，计算校正值；夹套温度控制系统，输入将所述夹套温度设定值和所述校正值相加得到的被校正的夹套温度设定值和夹套入口温度的测量值，计算阀门开度设定值。

7、根据权利要求6所述的反应器的温度控制装置，其特征在于，

向所述信号生成部输入夹套流量测量值，且根据该夹套流量测量值，改变用于得到所述校正值的校正系数。

8、一种反应器的温度控制方法，使热介质在夹套中循环，利用夹套和反应器之间的热交换，将反应器的温度调整为反应器的设定温度，

输入反应器的设定温度值和反应器的温度测量值，计算夹套温度设定值，由信号生成部输入夹套出口温度的测量值，将负增益赋予该夹套出口温度，计算校正值，将所述夹套温度设定值和校正值相加，算出被校正的夹套温度设定值，根据被校正的夹套温度设定值和夹套入口温度的测量值计算阀门开度设定值，利用该阀门开度设定来控制阀门开度，以控制在所述夹套中循环的热介质的温度。

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