DD276484B5

DD276484B5 - Verfahren zur steuerung der modifizierung von ethen-vinylacetat-copolymerisaten im anfahrbetrieb

Info

Publication number: DD276484B5
Application number: DD32123088A
Authority: DD
Inventors: Herbert Dipl-Phys Dr Bauer; Gunter Dipl-Chem Hoffmann; Manfred Dr Dipl-Chem Gebauer; Ullrich Dipl-Chem Dr Hofmann; Wolfgang Pruss; Reinhild Dipl-Ing Beckhaus
Original assignee: Leuna Werke Ag
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1994-01-27
Also published as: DD276484A1

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist P-O, die Modifizierung von Ethen-Vinylacetat-Copolymerisaten durch zielgerichtete Dosierung von Modifikatorlösung so zu steuern, daß der Zielzustand beim Anfahren schnell erreicht wird und unerwünschte Nebenreaktionen, die zur Bildung von niedermolekularem Produkt führen, weitgehend eingeschränkt werden, um so einen geringen Anteil von Fehlprodukt buim Anfahren zu erhalten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung der Modifizierung vor·. Ethen-Vinylacetat-Copolymerisaten im Anschluß an die Synthese der Copolymerisate nach dem Hochdruckverfahren b2w. in einem gesonderten Nachverarbeitungsschritt durch Umsetzuny der Copolymerisate mit Lösungen von Metallalkohoiaten im korrespondierenden Alkohol bei Temperaturen von 343 bis 513K erfolgt, wobei die Plastschmolze in Extrusionsmaschinen mit der über eine Dosierpumpe zugeführten Metallalkoholatlösung reagiert, der enistehende Essigsäureester und überschüssiger Alkohol durch Vakuumentgasung entfernt und das modifizierte Copolymerisat aus dem Extruder ausgetragen wird und d'e relative Erhöhung dor mittleren Molmasse durch Bestimmung des Schmelzindex des Produktes festgestellt wird, gelöst, indem erfindungsgomäß beim Anfahren der Reaktion mit einer Modifikatormenge Y, begonnen wird, die 3 bis 20%, vorzugsweise 5 bis 15%, über der einzustellenden Endmenge Y, liegt, dabei pleichzeitig das Schnecksndrehmoment M^ sowie der Schmelzindex SI kontinuierlich gomessen werden und über eine Recheneinrichtung, welche die Meßwerte für i! und M_d erfaßt, Tests auf Erreichen des Zielbereiches SI durchführt, anhand der aktuellen Meßwerte von Md und SI jeweils die zeitlichen Trondvarläufe AM_d und ASI berechnet, den unscharfen Steuerwert berechnet und daraus den scharfen Steuorwert ermittelt, die Ansteuerung der Modifikatordosierpumpo erfolgt, wobei über Hublängenveränderung der Dosierpumpe die Modifikatorm^nge bis zum Erreichen des Zielhereiches des Schmelzindex-Soll-Wertes abgesenkt wird. Überraschend wurde gefunden, daß durch die Einbeziehung unscharfer, verbaler Informationen, die die Prozeßerfahrung des Anlagenpersonals widerspiegeln, in dio Steuerung der Modifikatordosiorung beim Anfahren die Qualität des Zielprodukts sicher und schnell erreicht wird.

Die Recheneinrichtung wird bei Anf&.irbeginn von Hand gestartet. Im Ergebnis der Wirkung de rtecheneinrichtung auf die Steuergröße Modifikatordosiermengenänderung wird erfindungsgemäß der Zielbereich des jeweils eingestellten Schmelzindex-Soll-Wertes SI_So·, schnell erreicht. Nach dem Erreichen des Zielbereiches ist das Anfahren und die beschriebene Arbeitsweise der Recheneinrichtung beendet und es wird mit der Arbeitsweise des quasistationäron Dauerbetriebes fortgefahren. Das Schneckondrehmomont ist totzoitfrei meßbar. Die laufendo Grobkorrektur der eingestellten Modifikatormengo folgt dem aktuellen Drehmomenttrendworten totzeilfrei, mit geringer Verzögerung und annähernd proportional. Große Abweichungen vom Zielbereich werden dadurch schnell reduziert. Zur sicheren Erreichung des Zielbereiches des Prozesses und zur Vermeidung von Überschwingungen erfolgt mit den totzeitbehafteten Schmelzindexwerten eine Feinkorrektur, so daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen einer Führungsregelung mit annähernd proportionalintegralem Verhalten entsprechen. Für die Aufstellung des Algorithmus, mit dem die Recheneinrichtung arbeitet, ist folgendermaßen vorzugehen:

(1) Festlegung der Änderungsbereiche der Größen:

- Schneckendrehmomenttrend AM_d

- Schmelzindex SI

- Schinelzindexf· >nd SS\

- Modifikatormengenänderung ΔΥ

(2) Einteilung der Anderungsboroicho dor Größe ASI in 2 unscharfe Klassen und der Größen SI, AM_d und ΔΥ in 3 unscharfe Klassen.

Die Klassen werden wie folgt bezeichnet:

- AM_dKlasson: Null

ansteigend stark ansteigend

- ASI-Klassen: stark abfallend

wenig abfallend

- Sl-Klasson: (Basisworta)

groß

mittel

nahe Zielbereich

- ΔΥ-'Klassen: (BasiGwertY,)

nichtverringorn wenig verringern starkverringern

(3) Dio Zugehörigkeit von Werten der 4 Größen zu den unscharfen Klassen wird durch sich überlappende Zugehörigkeitsfunktionen ZF beschrieben. Im konkreten Fall wird für die Zugohörigkeitsfunktion folgende Form gewählt:

ZF = EXP-I(J- F)/H²)

dabei gilt:

J diskrete Stützstollenvariablo, fur J = M,..., N

F Zentralelement der Klasse

H Abklingparameter.

Dio Zohlenwcrto für F, H, M, N sind aufgrund von Prozoßorfahrung geeignet zu wählen.

(4) Die Prozeßerfahrung wird in den folgenden heuristisch-logischen Wenn-Dann-RegelnRi bis R₈ fixiert: Regel 1: Wenn SI - Basiswert a und ASI und AM_d beliebig, dann Y = Y,

Regel 2: Wenn SI groß und AM_d Null und ASI beliebig, dann Y nicht verringern

Regel 3: Wenn SI groß und M_d ansteigend und ASI beliebig, dtnn Y wenig verringern

Regel 4: Worin SI groß und M_d stark ansteigend und ASI beliebig, dann Y stark verringern

Rege! 5: Wenn SI mittel und M_d ansteigend und SI stark abfallend, dann Y wenig verringern

Regel 6: Wenn SI mittel und AM_d beliebig und SI wenig abfallend, dann Y ni' -,t verringern Regel 7: Wenn SI nahe Ziolbereich und AM₁₁ beliebig und SI stark abfallend, dann Y stark verringern Regel 0: Wenn SI nahe ZielbereicK und AM_d beliebig und SI schwach abfallend, dann Y weiiig verringern. (5) Die einzelnen Regeln werden als unscharfe Relationen betrachtet, deren Zugehorigkeitsfunktion ZF_R als Minimum aus den Zugehörigkeitsfunktionen der Eingangsgrößen AMj, SI, ASI und der Steuergröße ΔΥ ermittelt wird. Für jede dor 8 Regeln besitzt die Zugehorigkeitsfunktion die Form:

ZF„ = Min (ZFs₁, ZF_nsl, ZF_nM„ ZF_ÄY]

(6) Aus der Gesamtheit der Regeln R, bis R₈ wird der Algorithmus der unscharfen Relation gebildet, dessen Zugehorigkeitsfunktion ZF_A lautet:

ZF_A = Max |ZF„„..., ZF₀₈I

(7) Für joden aktuellen Moment des Anfahrprozessos Xi, gegeben durch jeweils einen Meßwert für SI und M_d und einen Rechenwert für ASI und AMd, werden die entsprechenden Zahlenwerte aus den Funktionen ZFsi (X,) und ZF_AS| (Xi) und ZF^ (Χι) ermittelt, die Funktionen ZF_R (X,, AYi) bzw. ZF_A (Xi. AX₁) gebildet und daraus die Zugehorigkeitsfunktion

für die unscharfe Einstellung der Steuergröße ΔΥ ermittelt

(8) Als scharfer Wert der unscharfen Steuergröße wird zweckmäßigerweise der Maximalwert der Zugehörigkeitsfunktion ZF_ÄY gowählt.

Die vorstehend beschriebenen Operationen werden durch eine Recheneinrichtung realisiert. Als Parameter sind die Zahlenwerte für die Änderungsbereiche der Größen SI, ASI, AM_d und ΔΥ, sowie die Parameter der Zugehörigkeitsfunktionen dieser Größen einzugeben. Vorzugeben sind ferner die Anzahl und Art der logischen Verknüpfungen (Regeln) zwischen den Eingangsgrößen und der Steuergröße ΔΥ (siehe Beispiel 2).

Beim Anfahrprozeß werden durch die Zugehörigkeit der Meßwerte zu verschiedenen Klassen die entsprechenden Regeln zur Veränderung des Basiswortes der Modifikatormenge aktiviert. Die Modifikatormenge wird dabei solange weiter verkleinert, bis der Schmelzindex im Zielbereich ist. Entsprechend dom orfindungsgemäßen Verfahren kann beim Anfahren der Zielzustancl des Normalbstriebs schnell erreicht werden, so daß ein geringer Anfall von Fchlprodukt auftritt.

Aiisführungsbolspiolo

Bclsplol 1 (Vcrgleichsbeispiel)

Modifikatordosierung von Hand durch das Anlagenpersonal zum Anfahren der Modifizierung (Abb. 1) Das Anfahren dor Anlage erfolgt, indem die Modifikatordosiorpumpe von Hand durch das Anlagenporsonal vorstellt wird.

Verwendot wird ein Doppelschneckenextruder mit 2stufiger Vakuumentgasung. Die Heizzonentomperaturon liegen im Bereich von 393 bis 473K. Als Eingangsprodukt wird ein Ethen-Vinylacctat-Copolymeres rr.it einem Vinylacetatgehalt von 25,6 Massoanteilen in % verwendet. Der Modifikator ist eine Lösung von Natriummethylat in Methanol, deren Natriumgehalt 11 Masseantoile in % beträgt. Die Dosierung in die Copolymerschmelzo erfolgt mittels einer 2stufigen Kolbendosierpumpo.

Der Anfahrvorgang beginnt mit dom Erhöhen dor Schneckendrehzahl von 0min"¹ auf lüOmin"'; dem Extruder wird dabei über die Dosierbandwaage das Eingangsprodukt (m' = 35 bis <10kg/h) zugeführt. Der Schmolzindex des Eingangsproduktos liegt im Bereich 1·Ί5 bis 178dg/min (bei 463K). Es wird für das Endprodukt ein Zielbpfcich desSchmelzindex von 15 bis 30dg/min (gemessen bei 463K) angestrebt.

Nachdom sich ein stationäres Temporaturniveau (393 bis 463K) längs der Extruders und ein stationärer Druck (p = 784,5kPa) vor der Lochplatte eingestellt hat, wird von Hand durch Verstellung der Hublänge der Dosierpumpe die Modifikatordosiermengo vorstellt. Dio Hubzahl bloibt dabei unveränderlich; sie ist nuf einon Basiswort von 65,5 min"¹ eingestellt. Begonnen wird dio Modifikatordosierung mit einer Anfangsmongo Y, = 1,öl/h. Mit einer Totzeit von 360 s werden über das kontinuierlich wirkende Sl-Meßgerät Meßwerto angezeigt, die über dem Si-Zielboreich liegen. Schrittweise wird daher die Dosiermengo erhöht.

Da dor Einfluß der Dosiermongonänderung ßuf die Schmelzindexmeßwerto erst nach Ablauf der Totzeit feststellbar ist, können die Schritte nur in größerem Abstand erfolgen. Der Ziolbereich SI - 15 bis 30dg/min wird erst nach 60 min erreicht; die dosierte Modifikatormengo hat bei SI = 30dg/min den Wert Y, - 1,951/h. Es entstehen etwa 40kg Fohlprodukt.

Beispiel 2 Modifikatordosierung erfindungsgemäß (Abb.2)

In der Anlage gemäß Beispiel 1 gelten für die Steuerung die folgenden Aussagen. Die Totzeit der Sl-Mossung beträgt 360s, die Drehmomentmessung besitzt eine Verzögerung von 60s, die AbtasUeit der Messungen beträgt 10s, der Drehmomenttrend wird aus der Differenz von 2 aufeinanderfolgenden Meßwerten ermittelt. Dio Hublängonandorung wird im Zyklus von 60s aktualisiert.

Für die Festlegung der Zugehörigkeitsfunktionon worden die folgondon Parametor in dio Recheneinrichtung MC 80 eingegeben:

Drohmomenttrend ΔΜ_Λ

Änderungsbereich: 0 bis 15%

M = 1 N = 16

Schmelzindex SI

Anuarungsbereich: 30 bis 188 dg/min M= 1 N = 16 F =2/7/12 H =3/3/3 Schmelzindextrend ASI Änderungsbereich: -2 bis +30 dg/min M = 1 N= 16 F = 5/12 H = 3/3 Modifikatormengenändorung ΔΥ Änd<uungsbereich: -2 bis +20ml/h/min M = 1 N= 16 F= 2/7/12 H = 1/3/3

Durch die erfindungsgomäße Arbeitsweise wird die Modifikatordosierung mit einer Basismonge Y₁ = 2,15 l/h begonnen, die auf jeden Fall über der im Zielbereich erforderlichen Monge liegt. Während die Hubzahl auf einen Basiswert von 65,5 min"¹ eingestellt wird, erfolgt die Änderung der Dosiormsnge durch Verstellung der Kublänge. Die Stellgröße wird von der Maximalmongo

beginnend, solange abgesenkt bis der Zielboreich erreicht ist. Da die Rocheneinrichtung bereits auf den Trcndverlauf des

Schneckendrehmomonts reagiert, setzt die Stellgrößenänderung anfangs stark und schnell ein. Nach Ablauf der Totzeit setzt die Feinkorrektur aufgrund von Schmelzindex und Schmelzindextrend ein, so daß der Zielbereich bei SI = 30dg/min ohne

Üborschwingon nach 15 min erreicht wird, wobei die Dosiermenge Y, = 1,95l/h beträgt. Es entstehen etwa 7,5kg Kehlprodukt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Modifizierung von Ethen-Vinylacetat-Copolymerisaten im Anfahrbetrieb, wobei die Modifizierung unmittelbar im Anschluß an die Synthese der Copolymerisate nach dem Hochdruckverfahren bzw. in einem gesonderten Nachverarbeitungsschritt durch Umsetzung der Copolymerisate mit Lösungen von Metallalkoholaien im korrespondierenden Alkohol bei Temperaturen von 343 bis 513K erfolgt, wobei die Plastschmelze in Extrusionsmaschinen mit der über eine Dosierpumpe zugeführten Metallalkoholatlösung reagiert, der entstehende Essigsäureester und überschüssiger Alkohol durch Vakuumentgasung entfernt und das modiiizierte Copolymerisat aus dem Extruder ausgetragen wird und die relative Erhöhung der mittleren Molmasse durch Bestimmung des Schmelzindex des Extrudates festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahren der Reaktion mit einer Modifikatormenge Y_a begonnen wird, die 3 bis 20% über der einzustellenden Endmenge Y₀ liegt, dabei gleichzeitig das Schneckendrehmoment M_d sowie der Schmelzindox SI kontinuierlich gemessen werden und über eine Recheneinrichtung, welche die Meßwerte für SI und M_d erfaßt, Tests auf Erreichen des Zielbereiches SI durchführt, anhand der aktuellen Meßwerte von Md und SI jeweils die zeitlichen Trendverläufe AM_d und ASI berechnet, den unscharfen Steuerwert berechnet und daraus den scharfen Steuerwert ermittelt, die Ansteuerung der Modifikatordosierpumpe erfolgt, wobei über Hublängenveränderung der Dosierpumpe die Modifikatormenge bis zum Erreichen des Zielbereiches des Schmelzindex-Soll-Wertes abgesenkt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahren der Reaktion mit einer Modifikatcrmenge Y_a begonnen wird, die 5 bis 15% über der einzustellenden Endmenge Y₀ liegt.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Modifizierung von Ethen-Vinylacotat-Copolymerisaten irn Anfahrbetrieb, wobei die Copolymeron mit Lösungen von Metallalkoholaten im korrespondierenden Alkohol in der Plastschmelze umgesetzt werden.

Charakteristik des bekannton Standes der Technik

Es ist dio Umsetzung von Ethon-Vinylacotat-Copolymorisatan mit Lösungen von Metallalkoholaten im korrespondierenden Alkohol (DD-PS 206900) bekannt. Die Modifizierung kann in Knetern, Innenmischern bzw. Extrudern durchgeführt werdon. Als technologisch günstigsto Varianten haben sich Extrusionsmaschinen mit Vakuumentgasung, speziell Doppelschneckenextruder, erwiesen. Die Umsetzung der Copolymerisate kann in einem getrennton Nachverarboitungsschritt oder unmittelbar im Austragsoxtrudor dor Synthcscanlago erfolgen. Wird die Modifizierung unmittelbar im Anschluß an die Polymersyntheso durchgeführt, hat es sich gemäß DD-PS 252834 als zweckmäßig erwieson, dio den Austragsoxtruder verlassende Mischung in ein weiteres Reaktionsgefäß zu piössen, in dem die Reaktanden inionsiv vermischt worden und weiterreagieren. Im Anschluß erfolgt die Entfernung der bei der Reaktion entstehenden Substanzen einschließlich des nicht umgesetzten Alkohols durch Vakuumentgasung.

Wird als Modifikator methanolische Natriummethylat-Lösung verwendet, kann die Homogenität der Endprodukte deutlich verbessert worden, wonn der Modifikator goringe Antoilo an Natriumhydroxid in gelöster Form enthält (DD-PS 243287). Allen Verfahren ist gemeinsam, daß der Anfahrvorgang durch das Bedienungspersonal manuell eingestellt wird. Damit ist jedoch ein rolativ hoher Anfall an nich'qualitätsgerechtem Produkt verbunden. Die allgemein bekannten bzw. üblichen modellgestützten Verfahren zum schnei'on Anfahren sind für dun Prozeß aufgrund des stochastischen Charakters dor Störungen, der starken Nichtlinoarität dor Kennlinien und aufgrund der zum Teil auftretenden großen Totzeiten bei der Messung dor Prozeßgrößen ungeeignet. Aufgrund der starken Schwankungen der Rohgranulatparameter, wie z. B. Schmelzinrfcx, Gehalt an einpolymerisiertem Vinylacetat im Copolymeren, Gehalt an monomerem Vinylacetat und Restfeuchte, der Schwankungen des Massestroms des Rohgranulats, im wesentlichen hervorgerufen durch unterschiedliche Granulatforivien, die ihren Einfluß auf die Förderkonstanz der Dosierbandwaage ausüben, und der Schwankungen der Alkoholatkonzentration der Modifikatorlösung ist die statische Kennlinie zwischen Modifikatordosiermenge und Drehmoment mit starker Unsicherheit behuftot und ist außerdem stark nichtlinear. Es war daher nicht möglich, Einstellwerte für oinen üblichen Rogloi zu ermitteln, die das Anfahrproblem mit hinreichender Genauigkeit lösen.

Ziol dor Erfindung

Ziel der Erfindung ist das schnelle Erreichen des Zielzustandes beim Anfahren der kontinuierlichen Modifizierung von Ethen-Vinylacetat-Copolymerisaten mit Lösungen von Metallalkoholaten, um unerwünschte Nebenresktionen, die zur Bildung von niedermolekularem Produkt führen, weitgehend einzuschränken und so einen geringen Anteil von Fehlprodukt beim Anfahren zu erhalten.