CS208839B1

CS208839B1 - a device for continuously measuring changes in the rheological properties of monomers during the polymerization process

Info

Publication number: CS208839B1
Application number: CS429178A
Authority: CS
Inventors: Jiri Docekal; Ludvik Parma; Ivan Pelant; Petr Sladky; Josef Zdrazil
Original assignee: Jiri Docekal; Ludvik Parma; Ivan Pelant; Petr Sladky; Josef Zdrazil
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1981-10-30

Abstract

Zařízeni podle vynálezu je charakterizováno tim, že obsahuje nejméně jeden ultrazvukový měnič, který je uzpůsoben pro generaci a příjem podélných ultrazvukových vln, a který je akusticky vázán ke zpožďovací ultrazvukové lince umístěné v polymerujícím monomeru. Užiti ultrazvukových měničů pro generaci a příjem podélných ultrazvukových vln přes ultrazvukové zpožďovací linky kontinuální zavedeni a snímáni podélného ultrazvukového vlněni v polymerujíoím systému a současně i měřeni absorpce a rychlo3ti šířeni podélných ultrazvukových vln. Zařizeni sestává zpravidla ze dvou měničů, z nichž jeden Je proveden jako vysilači a druhý jako přijímači, přičemž tyto měniče jsou opatřeny elektrickými přívody. Měniče Jeou umístěny uvnitř nádoby reaktoru opatřené radiálním míchadlem a Jsou akusticky navázány na zpožďovací ultrazvukové linky, které spolu s držáky měničů tvoři součást elektroizolačniho a tlakového pláště.The device according to the invention is characterized in that it contains at least one ultrasonic transducer, which is adapted for the generation and reception of longitudinal ultrasonic waves, and which is acoustically coupled to an ultrasonic delay line located in the polymerizing monomer. The use of ultrasonic transducers for the generation and reception of longitudinal ultrasonic waves via ultrasonic delay lines provides for the continuous introduction and sensing of longitudinal ultrasonic waves in the polymerizing system and at the same time for the measurement of the absorption and propagation speed of longitudinal ultrasonic waves. The device usually consists of two transducers, one of which is designed as a transmitter and the other as a receiver, and these transducers are provided with electrical leads. The transducers are located inside a reactor vessel equipped with a radial stirrer and are acoustically coupled to the ultrasonic delay lines, which together with the transducer holders form part of the electrical insulation and pressure jacket.

Description

(54) zařízeni pro kontinuální měřeni změn Teologických vlastností monomerů během polymeračniho procesu(54) equipment for continuously measuring changes in the theological properties of monomers during the polymerization process

Zařízeni podle vynálezu je charakterizováno tim, že obsahuje nejméně jeden ultrazvukový měnič, který je uzpůsoben pro generaci a příjem podélných ultrazvukových vln, a který je akusticky vázán ke zpožďovací ultrazvukové lince umístěné v polymerujícím monomeru.The device according to the invention is characterized in that it comprises at least one ultrasonic transducer, which is adapted to generate and receive longitudinal ultrasonic waves, and which is acoustically coupled to a delayed ultrasonic line placed in the polymerizing monomer.

Užiti ultrazvukových měničů pro generaci a příjem podélných ultrazvukových vln přes ultrazvukové zpožďovací linky kontinuální zavedeni a snímáni podélného ultrazvukového vlněni v polymerujíoím systému a současně i měřeni absorpce a rychlo3ti šířeni podélných ultrazvukových vln.The use of ultrasonic transducers for generating and receiving longitudinal ultrasonic waves through ultrasonic delay lines continuously introduces and senses longitudinal ultrasonic waves in a polymerization system while also measuring the absorption and rapid propagation of longitudinal ultrasonic waves.

Zařizeni sestává zpravidla ze dvou měničů, z nichž jeden Je proveden jako vysilači a druhý jako přijímači, přičemž tyto měniče jsou opatřeny elektrickými přívody. Měniče Jeou umístěny uvnitř nádoby reaktoru opatřené radiálním míchadlem a Jsou akusticky navázány na zpožďovací ultrazvukové linky, které spolu s držáky měničů tvoři součást elektroizolačniho a tlakového pláště.As a rule, the device consists of two transducers, one of which is designed as a transmitter and the other as a receiver, these converters being provided with electrical connections. The transducers are located inside the reactor vessel provided with a radial stirrer and are acoustically coupled to the ultrasonic delay lines, which together with the transducer holders form part of the electrical insulating and pressure jacket.

208 8J9208 8J9

Předmětem vynálezu je zařízeni pro kontinuální měření změn Teologických vlastnosti monomerů, jako například vinylchloridu, během polymeračního procesu.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a device for continuously measuring changes in the theological properties of monomers such as vinyl chloride during the polymerization process.

Při výrobě polyvinylchloridu se v duplikátorovém reaktoru, opatřeném míchadlem a popřípadě i zpětným chladičem, polymeruje vinylchlorid při teplotách 40 až 80 °C. Během polymeračniho procesu dochází přitom ke změnám teploty, tlaku, Teologických i ostatních fyzikálně-chemických veličin, přičemž se vo většině případů kontinuálně měří a zaznamenávají pouze hodnoty teploty a tlaku polymerujiciho systému spolu s teplotou chladicí vody. Tyto veličiny však poskytují pouze neúplnou informaci o průběhu polymeračního procesu, což js nevýhodně vzhledem k Jejich možnému použití pro zpětné řízeni procesu nebo pro přodpovězoni počátku havarijních situaci, tj. například zapolymerováni trubek zpětného chladiče atp.In the production of polyvinyl chloride, vinyl chloride is polymerized at temperatures of 40 to 80 ° C in a duplicator reactor equipped with a stirrer and optionally a reflux condenser. During the polymerization process, temperature, pressure, rheological and other physico-chemical variables are changed, and in most cases only the temperature and pressure values of the polymerization system along with the temperature of the cooling water are continuously measured and recorded. These quantities, however, only provide incomplete information on the progress of the polymerization process, which is disadvantageous due to their possible use for process control or for predicting the onset of emergency situations, e.g.

Pro získáni úplnější informace o procesu polymerace vinylchloridu nebo jiných monomerů Je proto žádoucí provádět kontinuální měřeni Teologických vlastnosti polymerujícího systému během procesu polymerace.To obtain more complete information about the polymerization process of vinyl chloride or other monomers, it is therefore desirable to continuously measure the rheological properties of the polymerization system during the polymerization process.

Dosud známé postupy a zařízeni pro měřeni Teologických změn vlastnosti vinylchloridu a jiných monomerů během polymerace jsou založeny z velké části na odběru vzorků v různých fázích polymeračního procesu a na vizuálním zhodnoceni těchto vzorků, popřípadě jejich vyhodnoceni pomoci dalších fyzikálně-chemických měřicích postupů.The methods and devices known to date for measuring theological changes in the properties of vinyl chloride and other monomers during polymerization are largely based on taking samples at various stages of the polymerization process and visually evaluating these samples or evaluating them using other physicochemical measurement procedures.

Nevýhodou těchto kontrolních postupů a zařízeni Je především nutnost odběru vzorků a Jejich následovněho vyhodnoceni. Měřicí metody používaná pro stanoveni změn Teologických vlastnosti polymerujiciho systému jsou přitom vesměs značně složité a zdlouhavě, takže dochází ke zpožďováni ve zjištění daných hodnot, což je nepříznivé zejména v případě, že se reologickě vlastnosti polymerujiciho systému a odebraného vzorku v časo odlišně změní. Tyto okolnosti ztěžuji možnost okamžitého zásahu do procesu polymoraco nebo dokonce možnost užiti naměřených hodnot ke zpětnému řízeni procesu. K podstatným nevýhodám měřicích postupů a zařízeni, založených na odbě,ru vzorků, patři již sama okolnost, že vyžadujíc lidskou, obsluhu a Jsou na nl závislé.The disadvantage of these control procedures and equipment is the necessity of sampling and their subsequent evaluation. The measurement methods used to determine changes in the rheological properties of the polymerization system are generally complex and time consuming, so there is a delay in determining the values, which is particularly disadvantageous if the rheological properties of the polymerization system and the sample taken change over time. These circumstances make it difficult to immediately intervene in the polymoraco process or even to use the measured values to control the process. One of the major drawbacks of the sampling and sampling methods and apparatuses is the very fact that they require human, operator and dependence on nl.

□sou známa rovněž nízkofrekvenční ultrazvuková zařízeni, která umožňuji kontinuální měřeni změn viskozity polymerujícího systému během procesu polymerace, a která pracuji na principu snímání tlumených kmitů kovového vlnovodu ve viskóznim prostředí. Nevýhodou těchto zařizoni jo, žo měři vizkozitu pouze vo velmi malém okolí vlnovodu, ktoré jo dáno v prvnim přiblíženi převrácenou hodnotou koeficientu obsorpco smykových akustických vln užité frekvence. Z toho vyplývá, že tato zařízeni jsou citlivá na zapolymerováni povrchu snímací, respektive vysilači zvukovodná sondy.Low-frequency ultrasonic devices are also known which allow the continuous measurement of viscosity changes of the polymerization system during the polymerization process and which operate on the principle of sensing damped oscillations of a metal waveguide in a viscous environment. The disadvantage of these devices is that they measure viscosity only in the very small vicinity of the waveguide, which is given in the first approximation of the inverse coefficient of shear acoustic waves of the applied frequency. As a result, these devices are sensitive to the polymerization of the surface of the sensing or transmitting acoustic probe.

Shora popsané nedostatky jsou naproti tomu odstraněny u zařizoni pro kontinuální měřeni změn Teologických vlastností monomerů během polymeračního procesu podle vynálezu.The drawbacks described above, on the other hand, are eliminated in a device for continuously measuring changes in the theological properties of monomers during the polymerization process according to the invention.

Toto zařizoni jo charakterizováno tim, žo obsahuje alespoň jeden ultrazvukový měnič, který Je uzpůsoben pro generaci i příjem podélných ultrazvukových vln a je akusticky vázán ke zpožďovací ultrazvukové lince, umístěné v polymerujicím monomeru. Funkci vysílání i přijmu podélných ultrazvukových vln může v nej jednodušším případě zastávat jediný ultrazvukový měnič v uspořádáni na odraz. Reflektorem v tomto případě je potom přímo polymeru2 jici prostředí, popřípadě stěna reakčni nádoby.This apparatus is characterized in that it comprises at least one ultrasonic transducer, which is adapted to generate and receive longitudinal ultrasonic waves and is acoustically coupled to a delayed ultrasonic line located in the polymerization monomer. In the simplest case, a single ultrasonic transducer in reflection configuration can act as both transmit and receive longitudinal ultrasonic waves. The reflector in this case is then directly the polymer-containing medium or the wall of the reaction vessel.

Při Jiné alternativě eastává zařízení ze dvou ultrazvukových měničů, z nichž jeden je uzpůsoben pro generaci a druhý pro příjem podélných ultrazvukových vln, přičemž oba měniče Jsou akusticky vázány k vlastním zpožďovacím ultrazvukovým linkám. Při uspořádáni se dvěma měniči, tj. na průchod, může se opět volit mezi dvěma obměnami: oba ultrazvuková měniče jsou bud umístěny integrované, v polymerujícím monomeru, anebo jeden z nich je umístěn v polymerujícím prostředí, zatímco druhý vně reakčni nádoby, přičemž je akusticky vázán s polymerujícím monomerem, například prostřednictvím pláště nádoby.In another alternative, the apparatus exits from two ultrasonic transducers, one of which is adapted for generation and the other for receiving longitudinal ultrasonic waves, both transducers being acoustically coupled to the ultrasonic delay lines themselves. In the arrangement with two transducers, i.e. per passage, two variations can again be chosen: both ultrasonic transducers are either integrated, in the polymerizing monomer, or one of them is located in the polymerizing medium, while the other is outside the reaction vessel, being acoustically bonded to the polymerizing monomer, for example, through the shell of the container.

Ultrazvukové měniče jsou při věech provedeních dále s výhodou umístěny v držácích, které spolu se zpožďovacími linkami tvoři elektroizolační a tlakový plást měniče.Furthermore, in all embodiments, ultrasonic transducers are preferably located in holders which, together with the delay lines, form the electroinsulating and pressure jacket of the transducer.

Ultrazvukové měniče mohou být přitom jak úzkopásmovó, tak i širokopásmové, přičemž Jejich frekvence, respektive frekvenční pásmo ss voli tak, aby hodnoty absorpce podélných ultrazvukových vln v polymerujícím systému nepřevyšovaly v průběhu polymerace měřici rozsah užitá elektronické aparatury.The ultrasonic transducers can be both narrowband and broadband, and their frequencies or DC bands are chosen such that the absorption values of the longitudinal ultrasonic waves in the polymerization system do not exceed the measuring range of the electronic apparatus used during the polymerization.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají především v tom, že užití ultrazvukových měničů pro generaci a příjem podélných ultrazvukových vln přes ultrazvukové zpožďovací linky dovoluje kontinuální zavedeni a snímáni podélného ultrazvukového vlněni v polymerujícím systému a současně i měření absorpce a rychlosti šíření podélných ultrazvukových vln jak na průchod (se dvěma měniči), tak i na odraz (s jedním měničem a reflektorem). Přitom jeppodstatně omezen vliv vrstvy usazujícího se polymeru na čelech zpožďovacích ultrazvukových linek na velikost měřených veličin a veličiny jsou měřeny objemově, jestliže užitá vlnová délka je alespoň desetkrát větší než tlouštka usazující se vrstvy a desetkrát menší než vzdálenost mezi vysílacím a přijímacím (reflektujícím) čelem ultrazvukové zpožďovací linky. Ultrazvukové linky umožňuji rovněž elektrickou a tlakovou izolaci měničů od polymerujíciho systému.Advantages of the device according to the invention consist mainly in the fact that the use of ultrasonic transducers for generation and reception of longitudinal ultrasonic waves through ultrasonic delay lines allows continuous introduction and sensing of longitudinal ultrasonic waves in the polymerization system while simultaneously measuring absorption and velocity of longitudinal ultrasonic waves per pass. with two inverters) as well as reflection (with one inverter and reflector). The effect of the deposited polymer layer on the faces of the delayed ultrasonic lines on the magnitude of the measured quantities is substantially reduced and the quantities are measured by volume if the wavelength used is at least ten times greater than the thickness of the deposited layer and ten times smaller than the delay lines. Ultrasonic lines also allow electrical and pressure insulation of the transducers from the polymerization system.

Příkladné provedeni zařízeni podle vynálezu je znázorněno na výkrese, který představuje svislý osový řez polymeračním reaktorem s duplikátorovým pláštěm a radiálním míchadlem, přičemž v levé části nádoby reaktoru je znázorněno provedeni se dvěma integrované umístěnými ultrazvukovými měniči (varianta A), zatímco v pravé části nádoby s měniči umístěnými odděleně (varianta B).An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing, which is a vertical axial section through a polymerization reactor with a duplicator jacket and a radial stirrer, with the left side of the reactor vessel showing two integrated ultrasonic transducers (variant A). inverters placed separately (variant B).

Měřicí zařízeni v obou alternativních provedeních sestává ze dvou ultrazvukových měničů 1_, z nichž jedan ja proveden jako vysilači a je určen pro generaci podélných ultrazvukových vln, a druhý jako přijímací, určený pro detekci těchto vln. Měniče Jsou opatřeny elektrickými přívody 2 a Jsou vesměs uchyceny v držácích 3 a 4.The measuring device in both alternative embodiments consists of two ultrasonic transducers 7, one of which is designed as a transmitter and is designed to generate longitudinal ultrasonic waves, and the other as a receiver, designed to detect these waves. The inverters are equipped with electrical connections 2 and are generally mounted in holders 3 and 4.

V provedeni, označeném jako A, jsou oba měníce 1. umístěny v polymerujícím prostředí, uvnitř nádoby reaktoru 7, opatřené radiálním míchadlem 8, ve druhém provedeni, tj. při alternativě B, je pouze jeden z měničů JL umístěn v nádobě 7 reaktoru, zatímco druhý měnič 1 je upevněn na vnější stěně nádoby 7. V obou případech jsou měniče i. akusticky navázány na zpožďovací ultrazvukové linky 5, které spolu s držáky 3 a 4 tvoři součást elektro3 izolačního a tlakového pláště 6,In the embodiment referred to as A, both alternating 1. are located in the polymerization medium, inside the reactor vessel 7 provided with the radial agitator 8, in the second embodiment, i.e. in alternative B, only one of the converters JL is located in the reactor vessel 7 the second transducer 1 is mounted on the outer wall of the container 7. In both cases, the transducers 1 are acoustically coupled to the ultrasonic delay lines 5, which together with the holders 3 and 4 form part of the electrical insulation and pressure jacket 6,

Zařízení pro kontinuální měřeni změn raologických vlastnosti monomerů, například vinylohloridu, během polymeračního procesu v provedeni podle vynálezu pracuje následujícím způsobem: zařízení se umístí do nádoby 7 polymeračního reaktoru tak, aby buá obě ultrazvukové sondy, tj. měniče 1., anebo alespoň jedna z nich. jsou úplně ponořeny v polymerujícím systému, například vinylchloridu, a Jeho nosném prostředí. Na vysílací měnič 1 se přivádí radiofrekvenčni impulzy o nosné frekvenci rovné některé z harmonických frekvenci ultrazvukového měniče £. Délka, opakovači frekvence a amplituda radiofrekvenčnich impulzů se přitom volí tak, aby vyzářený výkon podélných ultrazvukových vln vysílaných do polymerujícího systému a jeho nosného prostředí neovlivnil průběh polymerace. Ultrazvukbvé impulzy se po průchodu polymerujícím prostředím kontinuálně snímají přijímacím měničem l_, přičemž se měří absorpce, popř. i rychlost šířeni ultrazvukových vln pomoci známých elektronických aparátů. Pro ruční měření js možno zařízeni podle vynálezu použit ve spojeni s moderním ultrazvukovým komparátorem či defektoskopera.The device for continuously measuring changes in the rheological properties of monomers, such as vinyl chloride, during the polymerization process of the present invention operates as follows: the device is placed in the polymerization reactor vessel 7 so that both ultrasonic probes, i.e. or at least one of them . they are completely immersed in a polymerization system such as vinyl chloride and its carrier medium. Transmitter 1 is supplied with radio frequency pulses with a carrier frequency equal to one of the harmonic frequencies of the ultrasonic transducer. The length, repetition rate and amplitude of the radio frequency pulses are selected such that the radiated power of the longitudinal ultrasonic waves transmitted to the polymerization system and its carrier environment does not affect the polymerization process. The ultrasonic pulses are continuously sensed, after passing through the polymerization medium, through the receiving transducer 7, measuring the absorption and / or absorption rate. and the speed of ultrasonic wave propagation by means of known electronic devices. For manual measurement, the device according to the invention can be used in conjunction with a modern ultrasonic comparator or a flaw detector.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for continuously measuring changes in the Theological properties of monomers during a polymerization process, such as vinyl chloride, characterized in that it comprises at least one ultrasonic transducer (1) which is adapted to generate and receive longitudinal ultrasonic waves and is acoustically coupled to a delayed ultrasonic line. 5) located in the polymerizing monomer.

Device according to claim 1, characterized in that it consists of two ultrasonic transducers (1), one adapted for generation and the other for receiving longitudinal ultrasonic waves, both transducers (1) being acoustically coupled to their own ultrasonic delay lines (1). 5).

Device according to claim 2, characterized in that the two ultrasonic transducers (1) are located in the polymerizing monomer.

Device according to claim 2, characterized in that one of the ultrasonic transducers (1) is located in the polymerizing monomer while the other outside the reaction vessel is acoustically coupled to the polymerizing monomer, for example by means of the vessel shell (7),

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the ultrasonic transducer or transducers (1) are arranged in holders (3 and 4) which together with the delay lines (5) form an electrical insulating and pressure jacket (6) of the transducer (1). .