DE2601907A1 - Verfahren und einrichtung fuer die herstellung von polyesterharz-zwischenprodukten - Google Patents

Verfahren und einrichtung fuer die herstellung von polyesterharz-zwischenprodukten

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DE2601907A1
DE2601907A1 DE19762601907 DE2601907A DE2601907A1 DE 2601907 A1 DE2601907 A1 DE 2601907A1 DE 19762601907 DE19762601907 DE 19762601907 DE 2601907 A DE2601907 A DE 2601907A DE 2601907 A1 DE2601907 A1 DE 2601907A1
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Owens Corning Fiberglas Corp
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Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE
Dipl.-Chem. Bühling 2601907 Dipl.-Ing. Kinne
8 München 2, Postfach 202403
Bavariarlng 4
Tel.: (0 89)53 96 53-56
Telex: 5 24845 tipat
cable: Germaniapatent München
20. Januar 1976
B 7070
case G 15173 A - Garst
Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio, U.S.A.
"Verfahren und Einrichtung für die Herstellung von Polyesterharz-Zwischenprodukten
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung für die Herstellung von Polyesterharz-Zwischenprodukten.
Es wurde festgestellt, daß Polyesterharze außerordentlich "brauchbar auf dem Bereich glasfaserverstärkter
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ORIGINAL INSPECTED
Kunststoffe sind. Beispielsweise wird Polyesterharz ■bei der Herstellung von Plattenformungsmassen verwendet, wie es in den US-PS 3615979, 37348H und 3752690 offenbart ist. Mit steigender Produktionsanwendung derartiger Materialien "bei Kraftfahrzeugteilen, Möbeln und vielerlei anderen unterschiedlichen Anwendungszwecken wurde es in zunehmendem Ha 3 e wichtig, die Yerfahrenszeit für die Herstellung der Polyesterharz-Zwischenprodukte zu verringern und dadurch den Wirkungsgrad ihrer Herstellung zu steigern und ihre G-esamtkosten zu verringern. Der Ausdruck "Polyesterharz-Zwischenprodukt" bezieht sich auf das Polyesterharz, das den Herstellern geliefert wird, die sich mit der Produktion der vorstehend genannten Artikel aus glasfaserverstärktem Kunststoff befassen. Diese Hersteller verarbeiten das Harz-Zwischenprodukt in Schmelzverbindungen weiter, die für ihre besondere Anwendung geeignet sind.
Das Polyesterharz-Zwischenprodukt wird grundsätzlich durch Beschickung eines Reaktionsgefäßes oder Kochers mit wenigstens einem Polyol wie Propylenglycol und wenigstens einer polybasischen Säure wie Maleinsäureanhydrid hergestellt, zu der gewöhnlich ein flüssiges Trägermaterial gehört. Diese Bestandteile werden in dem Reaktionsgefäß unter Ausdampfen des flüssigen Trägerstoffes
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und Bewirken der chemischen Vernetzung der Bestandteile gekocht. Das Kochen der Bestandteile umfaßt das Anheben der Temperatur der Charge auf eine Kochtemperatur, die für Polyester ungefähr 220° C ist, und das Kochen der Mischung "bei dieser Temperatur, Ms das gewünschte Ausmaß chemischer Vernetzung stattgefunden hat. Während die Mischung gekocht wird und die Vernetzung stattfindet, steigt ihre Viskosität an und die Azidität nimmt ab. Die Beendigung der Kochphase ist daher eine Punktion der Viskosität und der Azidität der Mischung. Während der Kochphase können zusätzliche Bestandteile der Mischung hinzugefügt werden, um das geeignete Verhältnis zwischen Viskosität und Azidität zu erhalten.
Das Anheften der Temperatur der Bestandteile von der Raumtemperatur auf die Kochtemperatur ist ein sehr kritisches Verfahren. Es ist eine Erscheinung bei dem Polyesterharz, daß während des Auftretens der chemischen Vernetzung eine exotherme Wärme erzeugt wird; wenn diese exotherme Wärme nicht kompensiert oder beseitigt wird, bewirkt sie wiederum zusätzliche Vernetzung, die wieder weitere exotherme Wärme erzeugt, welche noch mehr Ver-r netzung einleitet. Das Ergebnis ist eine durchgehende chemische Reaktion, aus der sich eine vollständige Vernetzung der Bestandteile und der Verlust "der ganzen
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Charge ergibt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß keine zwei Reaktionsgefäßchargen einander gleich sind, weil sich mit von einer Charge zur anderer, orändernder spezifischer Wärme auch die Geschwindigkeit ändert, mit der die Chargentemperatur hochgetrieben werden kann, ohne eine durchgehende bzw. weglaufende Reaktion zu verursachen. In der Vergangenheit haben die Reaktionsgefäß-Bedienungspersonen durch praktisches Probieren die sicheren Temperatursteigerungen und die entsprechenden WärmeZuführungen in Erfahrung gebracht, die zum stufenweisen Anheben der Bestandteile auf ihre Kochtemperatur ohne Einleiten einer durchgehenden exothermen Reaktion notwendig war^n. Venn eine durchgehende Reaktion begann, konnten sie nichts unternehmen als die Wärmezufuhr zu verringern und darauf zu hoffen, daß die Reaktion selbst vor der vollständigen Vernetzung ausbrennt.
Erfindungsgenäß wird die Schwierigkeit bei der bisherigen Technik dadurch gelöst, daß ein programmiertes Verfahren für die Herstellung eines Pοlye sterharζ-Zwischenprodukts in einer minimalen Zeit ohne Einleiten der bisher vorkommenden durchgehenden exothermen Reaktion geschaffen wird. Durch dieses programmierte Verfahren wird die gesamte Verfahrenszeit von ungefähr 30 auf 15 Stunden verringert.
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Entsprechend dem programmierten Verfahren wird der gesamte Prozeß in 3 G-rundphasen eingeteilt: Die Beschickungsphase, die Temperaturanhebungsphase und die Kochphase. Die Beschickungsphase umfaßt das aufeinanderfolgende Beschicken des Reaktionsgefäßes mit einem PoIyol und mindestens einer polybasischen Säure unter Einschluß ihres flüssigen Trägers. Während der Beschickungsphase wird das Gewicht- einer jeden Komponente während ihrer Eingabe in das Reaktionsgefäß überwacht. Dieses Gewicht wird mit Optimalwerten verglichen, die in dem Rechner eingespeichert sind. Die Reaktionsgefäßbeschickung wird angehalten und in einen Haltezustand versetzt, wenn das relative Gewicht irgendeiner in das Reaktionsgefäß eingeleiteten Komponenete den in dem Rechner gespeicherten Optimalwert übersteigt. Die Reaktionsgefäß-Bedienungsperson unternimmt dann die notwendigen Korrekturmaßnahmen für die Wiederaufnahme des Prozesses.
Während der Beschickung des Reaktionsgefäßes tritt infolge des Zusammentreffens der Bestandteile eine anfängliche chemische Vernetzung auf. Daher wird die Chargentemperatur durch das Programm überwacht und mit optimalen Werten verglichen, die in dem Rechner gespeichert sind. Falls die Chargentemperatur die optimalen Werte übersteigt, wird eine Kühlung des Reaktionsgefäßes eingeleitet, wodurch die überschüssige exotherme Wärme
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abgeführt wird.
Die Temperaturanhebungsphase umfaßt zwei Stufen. Während der ersten Stufe wird dem Reaktionsgefäß maximale Wärme zugeführt, die die Chargentemperatur zu der ersten Destillationstemperatur hochtreibt, die für das Polyester-Zwischenprodukt ungefähr 175 C beträgt. Dies ist die Temperatur, bei der die Trägerflüscigkeit der polybasischen Säure verdampft wird. Sobald die erste Destillationstemperatur nahekommt, steuert das Programm die Wärmezufuhr herunter, so daß, wenn die Charge die erste Destillationstemperatur erreicht, die Wärmezufuhr nicht größer ist als diejenige, die empirisch als sicher für das Portschreiten zu der zweiten und kritischsten Stufe der Temperaturanhebungsphase bestimmt worden ist.
Das Anheben der Chargentemperatur von der ersten Destillations- auf die Kochtemperatur erzeugt das größte Ausmaß an Komponentenvernetzungsaktivität. Daher besteht während dieser Prozeßstufe die größte Wahrscheinlichkeit, daß eine durchgehende exotherme Reaktion auftritt.
Mittels des programmierten Verfahrens wird die Wärmezufuhr zu dem Reaktionsgefäß: als eine Punktion der tatsächlichen Chargentemperatur gesteuert. Unter der Voraussetzung, daß die Chargentemperatur der in dem Rech-
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ner gespeicherten optimalen Temperatur-Zeit-Kurve folgt, wird programmiert stufenförmig gesteigerte Wärme züge-
führt. In dem Pail, daß die Chargentemperatur außerhalb der programmierten Grenzen liegt, wird das Fortschreiten der Prozeßzeit angehalten, bis die Chargentemperatur innerhalb annehmbare- Grenzen zurückgebracht ist. Das Programm ermittelt den Chargentemperaturverlauf und regelt die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr so, daß die Chargentemperatur unter minimalem Zeitverlust auf din Programm-Solltemperatur zurückkehrt. Unter besonderen Umständen kann das Programm wirksam Wärme von dem Reaktionsgefäß abführen, um die überschüssigen exothermen Reaktionen auszuschalten.
Sobald die Chargentemperatur die KoGhtemperatür erreicht, setzt das Programm eine relativ konstante Reaktorgefäß-Wärmezufuhr fest und behält sie bei, um so die programmierte Kochtemperatur einzuhalten.
Während der Kochphase entnimmt die Reaktorgefäß-Bedienungsperson periodisch Proben der Charge und bestimmt deren Viskosität und Azidität. Diese Werte werden dann in das Programm eingegeben. Das Programm speichert die Daten als. eine Zeitfunktion und extrapoliert die Daten mit Hilfe bekannter Kurvenanpassungsverfahren auf künftige
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Zeitabschnitte. Wenn die Extrapolationen voraussagend ■ ergeben, daß die Viskosität oder die Azidität der Charge außerhalb annehmbarer G-renzen liegen wird, bestimmt danach das Programm die Menge an zusätzlicher Bestandteile, die dazu nötig sind, am Ende des Prozeßes innerhalb die G-renzen zu gelangen. Der Prozeß ist beendet, wenn das Polyesterharz eine vorbestimmte Azidität und Viskosität erreicht. Das Harz wird dann zu einem Verdünnungsbehälter überführt, mit Styrol gemischt und zur weiteren Verfügung gelagert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Pig. 1'■ ist eine schematische Abbildung der Anlage zur Herstellung des Polyesterharz-Zwischenprodukts .
Pig, 2 ist eine Folge von den Ereignisablauf
beschreibenden Verfahrensflußdiagrammen.
Pig. 3 ist eine charakteristische Kurve der
Reaktorgefäßsolltemperatur in Abhängigkeit von der Proz^ßzeit.
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Pig. 4 ist eine graphische Darstellung des allgemeinen Verlaufs der Chargenviskosität und -azidität als Punktion der Prozeßzeit während der Kochphase.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung desjenigen Zustands, "bei dem die Chargentemperatur gegenüber der programmierten Solltemperatur zurückbleibt.
Pig. 6 stellt graphisch die Programmsteuerung
der Reaktorgefäßwärmezufuhr dar, wenn
die Chargentemperatur gegenüber der programmierten Solltemperatur zurückbleibt.
Pig. 7 ist eine graphische Darstellung desjenigen Zustands, bei dem die Chargentemperatur die programmierte Solltemperatur
übersteigt.
Pig. 8 stellt graphisch die Programmsteuerung
■ ' der Reaktorgefäßwärmezufuhr dar, wenn
die Chargentemperatur die Reaktorgefäß-Solltemperatur übersteigt.
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Die für die Herstellung eines Polyesterharz-Zwischenpro dulcts erforderliche Anlage ist im Prinzip in der Figur 1 gezeigt. Sin Reaktionsgefäß 20 ist auf einer Mehrzahl von Kraftmeßdosen 26 angeordnet. Das .Reaktionsgefäß wird mittels Komponentenzuführeinrichtungen 22, 23 und 24 "beschickt, die aufgrund von Befehlen von dem Rechner ihre jeweiligen Komponenten einzeln über programmgesteuerte Ventile 25 einspeisen. Eine Pumpe 29 halt einen stetigen Fluß von Ql über Wärmeubertragungs-Schlangenrohre 27 und eine Rücklaufschleife 27a aufrecht. Das Erwärmen oder Kühlen des Reaktionsgefäßes wird durch Einbringen eines Ölwärmers 28 und/oder Ölkühlers 41 in den Umwälzkreislauf mit Hilfe einer geeigneten Einstellung von Dreiwegventilen 42 "bzrw. 43 "bewerkstelligt.
Die Dreiwegventile 42 und 43 v/erden mittels eines Rechnerausgangssignals gesteuert, das "beispielsweise im Bereich von 4 "bis 20 mA liegt. 4 mA entspricht einem "kalten" Reaktionsgefäß, das eine maximale Wärmezufuhr zu dem Reaktionsgefäß 20 erforderlich macht, während ein 20 mA-Signal einem "heißen" Reaktionsgefäß entspricht, das maximale Kühlung erforderlich macht. Das Dreiwegventil 42 ist so eingestellt, daß es "bezüglich des Ölwärmers 28 "bei einem 4 mA-Signal voll geöffnet und "bei 13 mA geschlossen ist. Auf ähnliche Weise ist das Dreiwegventil
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so eingestellt, daß es "bezüglich des Ölkühlers 41 bei · 20 mA voll geöffnet und "bei 11 mA geschlossen ist. Auf diese Weise wird "bei Ausgangs signal en im Bereich von 11 "bis 13 mA eine temperierte Mischung von Öl über die Wärmeübertragungs-Schlangenrohre 27 umgewälzt. Mittels dieses Arbeitsverfahrens steuert ein einziges Ausgangssignal die Wärmezufuhrmenge Q. zu dem Reaktionsgefäß und/oder die Yfärmeabfuhr.
Wenn während normalen Betriebsabläufen die Chargentemperatur innerhalb der programmierten Sollgrenzen liegt, beträgt das Ausgangssignal an die Dreiwegventile 42 und 43 etwas weniger als 11 mA. Der Ölkühler 41 ist dabei infolge der voll geschlossenen Stellung des Dreiwegventils 43 aus dem Umwälzkreis ausgeschaltet. Das Dreiwegventil 42 steuert nunmehr die Temperatur des über die Schiagenrohre 27 umgewälzten Öls durch Mischen des erwärmten Öls aus dem Ölwärmer 28 mit dem relativ kühlen rücklaufenden Öl der Rücklaufschleife 27a. Der Ölkühler 41 wird nur in den Kreislauf einbezogen, wenn eine Kühlung des Reaktionsgefäßes 20 erforderlich wird.
Eine Abscheidevorrichtung 44 nimmt die Abdämpfe aus dem Reaktionsgefäß 20 über eine leitung 44a auf. Aus diesen Dämpfen wird Glykol zurückgewonnen und über
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eine Leitung 45 zu dem Reaktionsgefäß zurückgeführt. Die Trägerflüssigkeit und die Dur chb las -Materie werden von der Ab scheide einrichtung 44 als Abfall ausgeschieden.
Nach lirreichen des Prozeßendpunkts v/ird die Charge über ein rechengesteuertes Ventil 80 durch eine Leitung 40 aus den Reaktionsgefäß 20 entnommen und in einem Verdünnungstank 81 für eine Verarbeitung nach dem J-iochen gelagert.
Gemäß den Figuren 1 bis 3 wird der Prozeß durch Öffnen des Ventils 25a aufgrund eines Befehls aus dem Rechner eingeleitet. Das Reaktionsgefäß 20 wird zuerst mit einem Poly'ol wie Props^lenglycol aus der Zufuhr- bzw. Speichereinrichtung 22 beschickt. Das Gesamtgewicht des Reaktionsgefäßes und des Polyols wird mit Hilfe der Mehrzahl von Kraftmeßdosen 26 gemessen. Diese Gewichtsinformation wird ständig durch das Programm überwacht. \Ienn das Gewicht des in das Reaktionsgefäß überführten Polyols gleich dem im Programm gespeicherten erwünschten Gewichts ist, gibt der Rechner den Befehl zum Schließen des Ventils 25a.
Vor der Anweisung der Zugabe der nächsten Kompo-609835/0900
nente öffnet der Rechner ein Ventil 31» wodurch ein inertes Durchblas-Gas 30 zum Mischen der Charge während der Zugabe der nächsten Komponente eingeleitet wird. Eine geeignete Durchblas-Materie ist gasförmiger Stickstoff, der unter durchrührendem Mischen der Komponenten durch die Charge nach oben perlt. Die G-asdurchblasung wird während der ganzen Verarbeitungs'zeit fortgesetzt. Alternativ zu der Gasdurchblasung oder in Verbindung mit dieser kann ein mechanisches Rührwerk betrieben werden.
Das Programm ruft nunmehr die Zugabe der zweiten Komponente in das Reaktionsgefäß ab. Der Rechner steuert das Ventil 25b auf, so daß polybasische Säure aus der Vorratseinrichtung 23 in das Reaktionsgefäß 20 fließt. Bei der Herstellung eines Polyesterharz-Zwischenprodukts verwendete geeignete Säuren sind beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Isophthalsäureanhydrid.
Derartige polybasische Säuren enthalten im allgemeinen eine -Trägerf Lässigkeit. Das Programm überwacht wieder das mittels der TCraftmeßdosen 26 gemessene Gesamtgewicht des Reaktionsgefäßes 20 und errechnet daraus das Gewicht der hinzugefügten polybasischen Säure. Wenn das gewünschte Gewicht entsprechend den in dem Programm ge-
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-H-
speicherten Werten zugegeben worden ist, schließt der Rechner das Ventil 25"b. Wenn entsprechend der Darstellung durch die Vorrats einrichtung 24 ein zusätzlicher Bestandteil zuzuführe.u ist, öffnet der Rechner das Ventil 25c und reguliert auf die gleiche Weise das Gewicht dieser in das Reaktionsgefäß hinzugegebenen Komponente. Obgleich nur drei Komponenten dargestellt sind, ist es selbstverständlich, daß auf diese Weise eine beliebige Anzahl von Komponenten eingegeben werden kann. Bei der fortschreitenden Vermischung der Komponenten während der Beschickungsphase tritt eine anfängliche chemische Reaktion oder Vernetzung auf, die die Erzeugung exothermer Wärme bewirkt. Daher wird die Isttemperatur T. der Komponenten mit Hilfe einer Temperaturmeßvorrichtung 35 wie beispielsweise einem Thermoelement gemessen; diese Temperatur wird fortlaufend durch das Programm überwacht und mit der in dem Rechner gespeicherten empirisch bestimmten Solltemperatur T^ verglichen (siehe Figur 2a).
Die Figur 3 stellt eine typische Kurve der Reaktionsgefäßsolltemperatur als Funktion der Prozeßzeit dar. Diese Kurve wurde durch Analysieren von Daten aus früheren nicht programmgesteuerten Betriebsabläufen empirisch bestimmt und muß notwendigerweise angepaßt werden, wenn mehr Erfahrungen gewonnen und aufgezeichnete Daten ana-
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lysiert wurden.
Die S oll tempera tür kurve gemäß "Figur 3 ist mit entsprechenden Plus- und Minustoleranzen-im Programm eingespeichert. Daher ist "bei der Erläuterung als Temperatur T-g der Temperaturbereich zu verstehen, der für eine gegebene Prozeßzeit (t) durch die Solltemperatur plus oder minus ihrer programmierten Toleranz definiert ist. Die Temperaturtoleranz "bzw. die Temperaturgrenzen können sich als eine Punktion der Prozeßzeit ändern oder sie können als konstante Werte programmiert sein.
Wenn im Verlauf der Mischung der Komponenten während der Beschickungsphase exotherme Reaktionen bewirken, daß die Chargentemperatur T,. die Reaktionsgefäß-Solltemperatur Tc-j übersteigt, beginnt das Programm das Reaktorgefäß abzukühlen, um die exotherme Wärme abzuführen und die Chargentemperatur T. auf den Sollwert Tc1 zurückzubringen. Dies kann am einfachsten durch Anwendung der maximalen Kühlung an dem Reaktionsgefäß 20 bewerkstelligt werden oder aber kann ein etwas geringeres Küh- ■ lungsausmaß programmiert sein, das proportional zur Größe des Temperaturüberschusses ist. Die Figur 2b zeigt die Ablauffolge für die Anwendung der maximalen Kühlung.
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Nachdem das Programm in die Kühlungsprogrammschleife gemäß der Figur 2b gelangt und die maximale Kühlung eingeleitet ist, sieht das Programm eine Zeitspanne vor, damit diese Kühlung wirksam werden kann. Dies kann gemäß der Darstellung in Figur 2b mittels eines Zählers bewerkstelligt werden, der durch jedes periodische Durchlaufen des Programms stufenweise gesetzt wird, Wenn, der Zählerstand K einem vorbestimmten ¥ert N entspricht, vergleicht das Programm die tatsächliche Chargentemperatur zu diesem Zeitpunkt (T,)+ m^ der zuvor aufgezeichneten Temperatur (T.). ... Wenn die Temperatur weiter steigt, wird die Beschickung des Reaktionsgefäßes angehalten, bis die Chargentemperatur in annehmbare Gr enzen zurückkehrt. Sobald die Ghargentemperatur in annehmbare Grenzen zurückgekehrt ist, nimmt das Programm die Beschickung des Reaktionsgefäßes 20 wieder auf, bis dieses gemäß der Darstellung in Figur 2a voll beschickt ist.
Sobald das Reaktionsgefäß 20 voll beschickt ist, schreitet das Programm zu der Temperaturanhebungsphase fort, die an dem Punkt 51 in Figur 3 beginnt und an dem Punkt 53 endet. Diese Phase umfaßt zwei Stufen. Während der Stufe 1 wird die Chargentemperatur T. von der Beschickungstemperatur T1-.] auf die erste Destillationstemperatur Τ™ angehoben. Für Polyesterharz-Zwischenprodukte ist die erste Destillationstemperatur annähernd 175° C.
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Während der ersten Stufe der Temperaturanhebungsphase feesteht wenig Gefahr, daß eine durchgehende exotherme Reaktion auftritt, so daß daher dem Reaktionsgefäß die maximale Wärmezufuhr Q- zugeleitet wird, wodurch die Chargentemperatur in der kürzest möglichen Zeit auf die erste Destillationstemperatur hochgetrieben wird. Sobald die Chargentemperatur ansteigt, "beginnt die Trägerflüssigkeit der polybasischen Säure zu verdampfen» Die Abscheideeinrichtung 44 nimmt den Dampf auf, gewinnt das -vorhandene Glykol zurück und führt es in das Reaktionsgefäß 20 zurück. Die Trägerflüssigkeit und das Durchblas-Gas werden als Abfall ausgeschieden.
Während der anfänglichen Teiaperaturanhebungsstufe überwacht das Programm ständig die Chargentemperatur T*. Während die Chargentemperatur T, auf die Temperatur T^o hochgetrieben wird, vergleicht das Programm ständig T* mit Tcp· Falls T. den TsTeft T^2 übersteigt, beendigt das Programm die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. und beginnt die Kühlung des Reaktionsgefäßes.
Wenn die Chargentemperatur T. innerhalb einer gegebenen Differenz ΔT von der ersten Destillationstemperatur Tcp Hegt» beginnt das Programm die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q^ um Betragsstufen AQ zu verringern. So-
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bald die Wärmezufuhr Q. und die Chargentemperatur T. ' die Soll^ierte für den Punkt 52 erreichen, beginnt die Stufe 2 der Temperaturanhebungsphase. Die Stufe 2 wird nicht eingeleitet, wenn die Chargentemperatur T. nicht innerhalb der programmierten Grenzen liegt.
Das Anheben der Chargentemperatur T. von der ersten Destillstionstemperatur Τ,-ρ auf die Kochtemperatur Τ,-·* ist der kritischste Teilbereich des gesamten Prozeßes. Während diesen Prozeßstadien besteht die größte Möglichkeit eines Auftretens einer durchgehenden exothermen Reaktion.. Durch das programmierte Verfahren wird die Chargentemperatur T. von der Temperatur Tc2 au^ die Kochtemperatur T„ durch aufeinanderfolgendes stufenweises Steigern der Reakt ions gefäß-Wärme zufuhr Q. um einen vorgegebenen Wert AQ je Prozeßzeitstufe angehoben. Das Programm liest die Chargentemperatur T* bei nedem Zeitschritt aus und vergleicht sie mit der programmierten Solltemperatur TE für diesen Zeitschritt. Die ideale Chargentemperatur T. sollte dem T^-Verlauf gemäß Figur 3 entsprechen. Wegen der Abweichungen der spezifischen Wärmewerte von Charge zu Charge kann jedoch die tatsächliche Chargentemperatur T. hinter dem T-g-Verlauf zurückbleiben oder bei Auftreten übermäßiger exothermer Reaktionen die programmierte obere Grenze von
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T-p üb er s ehre it en. Wenn die Chargentemperatur T. von
der Solltemperatur T1-, abweicht, hält das Programm die
Verfahrens- "bzw. Prozeßzeit an und bringt T. in annehmbare Grenzen zurück. (Siehe Figuren 2d und 2e).
Die Figur 5 stellt graphisch den Zustand dar,
bei dem die Chargentemperatur T. zum Zeitpunkt tx hinter der Solltemperatur T™ zurückzubleiben beginnt.
Die Figur 6 stellt die Programmsteuerung der Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. als eine Funktion der Uhrzeit während der in Figur 5 dargestellten Periode dar.
Nunmehr wird auf die Figuren 2d, 2e, 5 und 6
Bezug genommen. Während der Stufe 2 der Temperaturanhebungsphase vergleicht das Programm bei jedem Prozeßzeitschritt T» mit T-p. Solange die Chargentemperatur T. innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt, fährt das Programm
fort, die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. gemäß der Darstellung in Figur 6 stufenweise anzuheben. Sollte die
Temperatur T* wie zum Zeitpunkt ±χ in Figur 5 unter die untere Grenze von T15, fallen, hält das Programm das Fortschreiten der Prozeßzeit an, wodurch es die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. konstant hält. Das Programm fährt
jedoch fort, die Temperatur T, zu überwachen und sie
mit der letzten gültigen Solltemperatur T^ zu verglei-
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chen. Sobald T* auf die Solltemperatur zurückkehrt, nimmt das Programm das Vorrücken der Prozeßzeit und das aufeinanderfolgende Steigern der Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr gemäß der Darstellung in Figur 6 wieder auf. Das Zeitintervall zwischen t und t stellt die verlorene Verarbeitungszeit dar.
Die Figur 7 stellt den Zustand dar, "bei dem übermäßige exotherme Reaktionen bewirken, daß die Chargentemperatur T. die oberen Grenzen der Solltemperatur T-c zum Prozeßzeitpunkt t_ überschreitet. Die Figur 8 stellt dementsprechend die Programmsteuerung der Reaktionsgefäß-Wfir^ezufuhr Q. als eine Funktion der Uhrzeit während der in Figur 7 dargestellten Zeitperiode dar.
Nunmehr wird atif die Figuren 2d, 2e, 7 und 8 Bezug genommen. Wenn die Chargentemperatur T. gemäß der Darstellung an dem Punkt t„ in Figur 7 die obere Grenze
ei
der Reaktionsgefäß-Solltemperatur T-p überschreitet, hält das Programm das Fortschreiten der Prozeßzeit an, wodurch die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. für eine feste Uhrzeitdauer konstant'gehalten wird. Während dieser Zeitdauer ermittelt das Programm den Verlauf der Chargentemperatur T* durch Vergleichen aufeinanderfolgender Temperaturablesungen.
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■"T.\rehn die Chargentemperatur T. aufhört zu steigen und "beginnt, zu dem Reaktionsgefäß-Sollwert T~ zurückzukehren, behält das Programm seinen Anhaltezustand bei, bis T4 innerhalb annehmbarer Grenzen liegt, v/onach es dann das programmierte stufenweise Steigern von Q. wieder aufnimmt.
V/eim die Chargentemperatur T,. während dieser Beobachtungsperiode nicht aufhört zu steigen, beginnt das Programm, die V/arme zufuhr Q- stufenweise herabzusetzen (Punkt t^ in Figur 8), bis die Inderungsrate von T^ bezüglich der Zeit t gleich null ist (Punkt t in den Piguren 7 und 8). Das Programm hält nunmehr den sich ergebenden Viert von Q. über eine weitere feste Echtzeitperiode konstant, um so festzustellen, wann T. auf die Reaktionsgef äß-ΰ oll tempera tür T1-, zurückzukehren beginnt. In dem Pail, daß während dieser Beobachtungsperiode T. nicht abzunehmen beginnt, beginnt das Prograi.an wieder, Q- stufenweise herunterzusetzen. Fachdem ΤΛ abzusinken beginnt, -überwacht das Programm den Unterschied zwischen der Ohargentemperatur T. und der planmäßigen Solltemperatur T17, und beginnt, unter Vorwegnahme des Zurückführ ens
von T1 in die-Grenzen die Reaktionsgefäß-Warmezufuhr Q. λ in
stufenv/eise zu steigern (Punkt t, in den Figuren 7 und 8), Sobald die Chargentemperatur wieder innerhalb annehmbarer Grenzen liegt (Punkt to in Pigur 7), nimmt das Programm
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das Vorrücken der Prozeßzeit und das programmierte stufenweise Steigern der Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. wieder auf. Die Zeitperiode zwischen t und t, stellt wieder die verlorene Prozeßzeit dar.
Es ist anzumerken, daß die Figur 8 nur zur Erläuterung der Programmsteuerung der Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr dienen soll. In Abhängigkeit von dem erschwerenden Ausmaß der zu korrigierenden exothermen Reaktion kann das Programm die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. stufenweise über ijfu.ll heruntersetzen und die Wärmeabfuhr von dem Reaktionsgefäß einleiten. Da das Programm die Wärmezufuhr Q. durch Anheben oder Verringern der Temperatur des durch die Wärmeübertragungs-Schlangenrohre 27 umlaufenden Öls steuert, hat es (das Programm) keinen direkten Bezug zum Wärmeumsatz in das Reaktionsgefäß oder aus diesem. Der Parameter Q. wurde in der Beschreibung zur Erläuterung gewählt, da er quantitativ die Erwärmung des Reaktionsgefäßes unabhängig von dem bestimmten verwendeten Verfahren beschreibt.
Sobald sich die Chargentemperatur Tg der Kochtemperatur T5-, zu nähern beginnt, beginnt das Programm, in Vorwegnahme des Eintretens der Kochphase des Verfahrens die Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr zu vermindern. Bei T* β Tr, beginnt das Programm die Kochphase. Die
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Reaktionsgefäß-Wärmezufuhr Q. wird auf einen Wert eingestellt, der empirisch als ausreichend zum Einhalten der Kochtemperatur T1-^ "bestimmt wurde (siehe Figuren 2d und 2f).Uas Programm überwacht'weiterhin die Chargentemperatur T» und steuert die Wärmezufuhr Qj_n» um so die programmierte Kochtemperatur einzuhalten.
Während der Kochphase entnimmt die Reaktionsgefäß-Bedienungsperson der Charge periodisch Proben und "bestimmt deren Viskosität und Azidität. Die Werte werden dann in das Programm eingegeben. Das Programm speichert die Daten als eine Zeitfunktion und extrapoliert die Daten mittels bekannter Kurvenanpassungsverfahren auf kommende Zeitperioden.
Wenn die Extrapolationen voraussehend ergeben, daß die Viskosität oder die Azidität der Charge außerhalb annehmbarer Grenzen fallen wird, wird eine Berechnung ausgeführt, um die zusätzlichen Komponenten und die Menge zu bestimmen, die notwendig sind, damit man zum Endzeitpunkt innerhalb die Grenzen gelangt. Der Prozeß, ist beendet, wenn das Polyesterharz eine vorbestimmte Azidität und Viskosität erreicht. Das Harz wird dann über die Leitung 40 und das rechnergesteuerte Ventil 80 in den Verdünnungstank 81 übergeführt. Dort wird das
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Harz mit Styrol gemischt und "bis zu seiner Veiterverwendung gelagert.
Die mit der Figur 2 gezeigten Ablaufdiagramme sollen lediglich der Erläuterung der Ablauffolge während der drei Prozeßphasen dienen. Diese Diagramme sind nur zur klaren Erläuterung dargestellt; sie sollen keinerlei tatsächliche Systemprogrammierung darstellen oder zwingend repräsentieren. Zum Einhalten des Grundgedankens und des Anwendungsbereichs der Erfindung können vielerlei Programmierverfahren Verwendung finden.
Mit der Erfindung wird ein programmiertes Verfahren für die Herstellung eines Polyesterharz-Zwischenprodukts geschaffen. Der Herstellungsprozeß wird mittels eines Echtzeit-Überwachungsrechners überwacht und gesteuert, der die drei Phasen des Prozeßes, nämlich die Beschickungsphase, die Temperaturanhebungsphase und die Kßchphase überwacht, während der kritischen Temperaturanhebungs- bzw. Steigerungsphase stellt das Überwachungsprogramm sicher, daß keine durchgehende bzw. weglaufende exotherme chemische Reaktion auftritt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Chargentemperatur periodisch abgelesen und mit einer empirisch bestimmten Temperatur-Zeit-Kurve verglichen wird, die in dem Programm gespei-
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chert ist* Die Wärmezufuhr oder -abfuhr wird dann in Abhängigkeit von der Relation der ohargentemperatur zu der Temperatur-Zeit-Eurye befohlen.
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Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    Programmierbares Verfahren zur Steuerung der Temperatursteigerung einer Stoffverbindung, die in ausgeprägter Yieise selbst-erregende exotherme Wärme erzeugt, gekennzeichnet durch
    a) Bilden eines Bezugsignals, das mit einem vorbestimmten zeitlichen Temperaturänderungsmuster zeitlich synchronisiert ist,
    b) Zuführen einer ersten Menge an Wärmezufuhr zu der Stoffverbindung,
    c) Fortschreiten des Steigerns der Wärmezufuhrmenge in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Schema,
    d) nebenherlaufendes Messen der Temperatur der Stoffverbindung und Bilden eines dementsprechenden Signals,
    e) Vergleichen dieses Signals mit dem dem planmäßigen Zeitintervall entsprechenden Bezugsignal,
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    f) Erlassen jeglicher Abweichung des Temperaturmeßsignals von dem Bezugsignal,
    i) Abstimmen des WärmezufuhrSchemas im Ansprechen auf jede Signalabweichung und'
    3) Wiederholen der Schritte c) bis j) bis zum Erreichen der erwünschten erhöhten Temperatur.
  2. 2. Anlage zum Steigern der Temperatur einer Stoff-Verbindung, die die selbsterregende Erzeugung exothermer Wärme als Eigenschaft aufweist, in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Verlauf, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (27 bis 29, 4I) zum Übertragen von Wärme in die Stoffverbindung und aus der Stoffverbindung, eine Einrichtung (35) zum Ermitteln der Temperatur der Stoffverbindung auf sich wiederholende Weise, eine Einrichtung (4-2, 45) zum Steuern des Ausmaßes der Wärmeübertragung zwischen der Wärmeübertragungs-Einrichtung und der' Stoffverbindung sowie eine Einrichtung zum Aufprägen einer programmierbaren logik auf die Wärmeübertragungssteuer-Einrichtung, wobei die logik auf die Temperaturermittlungs-Einrichtung anspricht.
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