DE3643136C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Polymerisationstemperatur in einer Polymerisationsvor­ richtung, die mit einem Kühlsystem ausgestattet ist, in dem Dampf, der in Anwesenheit eines flüchtigen flüssigen Mediums und eines nicht kondensierbaren Gases in einem Reaktionssystem entsteht, in einem Rückflußkondensator kondensiert wird und das entstehende nicht kondensierte Gas und Kondensat dann zu dem Reaktionssystem zurückge­ führt werden, um dadurch die Polymerisationswärme abzu­ führen.

Dieses Verfahren ist beispielsweise zum Abführen von Poly­ merisationswärme bei der Herstellung eines Polymeren durch Polymerisieren von einem oder mehreren Monomeren geeignet. Zur Regelung der Temperatur wird die Polymerisationswärme­ abfuhr durch Kühlen und Kondensieren von Dampf, der in dem Reaktor anfällt, ausgenutzt.

Es ist äußerst wichtig, die Polymerisationstemperatur auf einem vorgegebenen und vorherbestimmten Niveau zu halten, indem Polymerisationswärme abgeführt wird, die während einer Polymerisationsreaktion auftritt. Es ist bekannt, Polymerisationswärme durch die Wand eines Reaktors oder mittels eines innerhalb des Reaktors vorgesehenen Wärme­ austauschers abzuführen. Da bei diesen Verfahren im Falle eines großen Reaktors keine ausreichend großen Wärmeüber­ gangsflächen vorgesehen werden können, ist auch vorge­ schlagen worden, einen Rückflußkondensator zu verwenden, der die latente Wärme eines flüssigen Mediums ausnutzt. In der japanischen Patentveröffentlichung 45 961/1983 ist beschrieben worden, daß ein Rückflußkondensator eine große Kühlkapazität aufweist und Polymerisationswärme mit gutem Ansprechvermögen abführen kann, wenn gewisse spezi­ fische Steuer- oder Regelvariablen angewendet werden.

Selbst wenn das vorstehend beschriebene Verfahren angewen­ det wird, ist es technisch schwierig, die Polymerisa­ tionstemperatur auf konstanten Wert zu steuern, indem die Durchflußrate eines Kühlmediums geändert wird, da die Wärmemenge, die von einem Rückflußkondensator abgeführt werden muß, in einem großen Reaktor enorm groß ist. Es war bisher äußerst schwierig, dieses Problem zu lösen, auch wenn ein spezieller Aufbau angewendet wird, um ver­ schiedene Kühlmedien-Durchflußleitungen mit verschiedenen Durchflußraten zu schaffen und die Durchflußrate(n) des Kühlmediums durch die Durchflußleitung(en) mit kleineren Durchströmraten zu steuern, um kleine Schwankungen in der abzuführenden Wärmemenge auszugleichen.

Aus den US-Patenten 44 88 239 und 44 91 924 sind auch Steuer- und Regelverfahren zum Steuern und Regeln der Temperatur in einem Reaktionstank bekannt, bei denen die Durchströmungsrate von Kühlmittel zum Abführen von Reak­ tionswärme auf der Basis spezifischer, am Reaktor und an Zu- und Ableitungen gemessener Parameter über eine spezi­ fische, im wesentlichen empirische Berechnungsformel gere­ gelt wird. Für den Fall, das Fluide wie z. B. auch nicht umgesetzte Reaktionsbestandteile in den Reaktionstank zu­ rückgeführt werden, wodurch die Temperatur im Reaktions­ system beeinflußt werden kann, wird die Temperatur des zurückgeführten Fluids, das gegebenenfalls mit neuem Be­ schickungsmaterial gemischt worden ist, abgetastet und im Hinblick auf den Sollwert der Temperatur im Reaktions­ tank bei der Berechnung der Durchströmungsrate des Kühl­ mittels berücksichtigt. In jedem Fall wird jedoch die Temperaturregelung im Reaktionstank durch Regelung der Wärmeabfuhr über das Kühlmittel nur durch Verändern von dessen Durchströmungsrate vorgenommen.

Regelungen der beschriebenen Art sind mit einer unvermeid­ baren Trägheit behaftet und/oder erfordern große Wärme­ übertragungsflächen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Polymerisationstemperatur durch Abführen von Polyme­ risationswärme zu schaffen, das bei einer hohen Wärmeab­ fuhreffektivität eine kurze Regelansprechzeit besitzt und eine Feinregelung gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Bei der Erfindung wird somit Dampf, der in Anwesenheit eines flüchtigen flüssigen Mediums in einem Reaktios­ system entsteht, in einem Rückflußkondensator kondensiert, und das verbleibende nicht kondensierte Gas und Konden­ sat werden dann zu dem Reaktionssystem zurückgeführt, um dadurch die Polymerisationswärme abzuführen. Das nicht kondensierte Gas wird komprimiert, und ein Teil des nicht kondensierten Gases wird zu der Einlaßseite oder der Aus­ laßseite des Kühlsystems zurückgeführt, wobei die Durch­ strömungsrate des nicht kondensierten Gases, das zurück­ geführt werden soll, und/oder die Durchströmungsrate des Kühlmediums, das in den Rückflußkondensator eingeleitet werden soll, entsprechend der Temperatur des Reaktions­ systems gesteuert oder geregelt werden.

Im folgenden wird die Erfindung näher beschrieben, wobei auch auf die Zeichnungen bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Beispiel für eine Polymerisationsvorrich­ tung, die bei der praktischen Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung einsetzbar ist, wobei ein Anteil an nicht kondensierbarem Gas zu einer Ablaßleitung für nicht kondensierbares Gas, die von einem Rückflußkondensator aus­ geht, zurückgeführt wird, um so diesen Anteil nicht kondensierbares Gas wieder zurückzuführen,

Fig. 2 ein anderes Beispiel für eine Polymerisations­ vorrichtung, die bei der praktischen Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung einsetzbar ist, bei der ein weiterer Anteil des nicht kondensier­ baren Gases auch zu einer Einführungsleitung von entstehendem Dampf zu dem Rückflußkondensator zurückgeführt wird,

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Betriebszeit und der Reaktionstemperatur für den Fall zeigt, als Polymerisation in Beispiel 1 durchgeführt wurde, und auch die Ergebnisse eines Vergleichsexperimentes zeigt, und

Fig. 4 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Betriebszeit und der Reaktionstemperatur für den Fall zeigt, als Polymerasitation in Beispiel 2 durchgeführt wurde, sowie die Ergebnisse eines anderen Vergleichsexperimentes zeigt.

Das Steuer- und Regelverfahren dieser Erfindung kann auf irgendeine Polymerisation von einem beliebigen Monomer so lange angewendet werden, als die Polymerisation unter Ver­ wendung eines Reaktors durchgeführt wird, der mit einem Rückflußkondensator ausgestattet ist. Das Steuerverfahren dieser Erfindung ist insbesondere wirksam, wenn es auf eine Polymerisationsreaktion angewendet wird, die durch ein Masse-Polymerisationsverfahren durchgeführt wird, wäh­ rend als ein flüchtiges flüssiges Medium ein Monomer ver­ wendet wird, das polymerisiert werden soll, da ein großer Teil der Polymerisationswärme durch einen Rückflußkonden­ sator abgeführt werden kann.

Der Ausdruck "flüchtiges flüssiges Medium", wie er hier verwendet wird, umfaßt beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Propan, Pentan, Hexan, Heptan, Decan, Benzol und Toluol, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie 2-Dichloräthan usw.

Als Monomere, die bei der Polymerisation brauchbar sind, können solche genannt werden, die Doppelbindungen enthal­ ten, die durch Additionsreaktionen polymerisierbar sind, und die relativ große Polymerisationswärme besitzen, wie z. B. Propylen, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Buten-1, Hexen-1, Styrol und p-Methylstyrol. Das Verfahren dieser Erfindung kann auch angewendet werden, wenn zwei oder mehr der vorgenannten Monomere copolymerisiert werden oder wenn eines oder mehrere der vorstehenden Monomere eine Copoly­ merisationsreaktion mit Äthylen unterworfen wird bzw. werden.

Weiterhin kann das Verfahren dieser Erfindung angewendet werden, wenn die Polymerisationsreaktion sowohl chargen­ weise oder kontinuierlich durchgeführt wird. Es ist jedoch besonders wirksam, wenn das Verfahren dieser Erfindung auf eine kontinuierliche Polymerisationsreaktion angewen­ det wird, bei der Schwankungen in dem Erzeugungsmuster der Polymerisationswärme schwierig vorherzusagen sind.

Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Zuerst erfolgt eine Beschreibung unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, bei der ein Teil des vor­ genannten nicht kondensierbaren Gases zu einer Ablaßleitung für nicht kondensierbares Gas zurückgeführt wird, die sich von einem Rückflußkondensator ausgehend erstreckt, um die­ sen Anteil zurückzuführen.

Es wird ein Monomer in Anwesenheit eines flüchtigen flüs­ sigen Mediums in einem Polymerisationstank 1 polymerisiert. Dampf von dem flüchtigen flüssigen Medium, das durch die Polymerisationswärme erhitzt worden ist, wird in einen Rückflußkondensator 2 über den Weg einer Leitung 4 einge­ führt. Ein Kühlmedium wird von einer Leitung 8 durch ein Strömungsregelventil 22 in den Rückflußkondensator 2 ein­ geleitet und durch eine Leitung 9 abgelassen, wodurch der Dampf kondensiert wird. Das entstehende Kondensat wird zu dem Reaktionstank 1 durch eine Leitunng 5 zurückgeführt, wohingegen nicht kondensierbares Gas, das nicht kondensiert worden ist, durch ein Gebläse 3 komprimiert wird, und ein Teil des nicht kondensierbaren Gases wird durch ein Strö­ mungsregelventil 21 durch eine Leitung 7 zu dem Reaktions­ tank 1 zurückgeführt und der Rest wird durch ein Strö­ mungsregelventil 23 durch eine Leitung 11 zu einer Leitung 6 geführt. Durch einen Regler 32 werden die Strömungsregel­ ventile 21, 22, 23 jeweils in Übereinstimmung mit Daten, die von einem Thermometer (primäre Vorrichtung) 31 erfaßt werden, geregelt. In der vorstehend beschriebenen Vorrich­ tung können andere mechanische Übertragungsvorrichtungen, z. B. verschiedene Kompressoren, anstelle des Gebläses 3 verwendet werden.

Es kann eine Vielzahl bekannter Verfahren auf die Steuerung der Strömungsregelventile 21, 22, 23 angewendet werden, die in Übereinstimmung mit der von dem Thermometer 31 erfaßten Temperatur bedient werden. Obgleich keine besondere Be­ schränkung in bezug auf den Servo-Mechanismus zum Antrei­ ben der Strömungsregelventile, des Umwandlungsverfahrens für Signale, die proportional zur Temperatur sind, in Sig­ nale, die dem Servo-Mechanismus zugeführt werden, oder das Computer-Verarbeitungsverfahren besteht, werden die Strömungsregelventile 21, 22, 23 üblicherweise auf solch eine Art geregelt, daß ein Schwellenwert in bezug auf Schwankungen der Temperatur in dem Polymerisationstank eingegeben ist, und Temperaturschwankungen durch Betäti­ gen der Regelventile 21, 23 bearbeitet werden, wenn diese kleiner als der Schwellenwert sind, aber durch das Regel­ ventil 22 bearbeitet werden, wenn diese nicht kleiner als der Schwellenwert sind. Wesentliche Schwankungen in der Wärmemenge, die abgeführt werden muß, werden hauptsächlich durch Ändern der Durchflußrate des Kühlmediums bearbei­ tet, während kleine Schwankungen in der abzuführenden Wär­ memenge durch Ändern der Durchströmungsrate der nicht kondensierbaren Gases behandelt werden.

Das Regelverfahren für die Regelventile bei der vorliegen­ den Erfindung wird im folgenden in weiteren Einzelheiten beschrieben. Normalerweise wird der Öffnungsgrad von jedem einzelnen der Ventile geregelt, indem eine Funktion, die proportional zu der Differenz von einem vorher eingestellten Wert ist, eine andere Funktion, die durch Differenzieren der Differenz von dem voreingstellten Wert in bezug auf die Zeit erhalten wird, und eine weitere Funktion, die durch Integrieren der Differenz von dem voreingestellten Wert erhalten wird, kombiniert werden. Es ist nicht spezifiziert, welche oder welche zwei der vorstehend angegebenen drei Funktionen besonderes Gewicht haben sollten, weil dies von jeder Vor­ richtung und von jedem Polymerisationssystem abhängt. Je­ doch wird nur das Ventil 23 geregelt, wenn die Differenz von dem voreingestellten Wert kleiner als ein vorgegebener Wert ist und der absolute Wert des differenzierten Wertes auch kleiner als ein vorher eingestellter Wert ist. Das Ventil 22 wird jedoch gesteuert, wenn der absolute Wert des differenzierten Wertes der vorher eingestellte Wert oder größer ist. Wenn der differenzierte Wert kleiner als ein vorherbestimmter Wert ist, wird das Ventil 23 gesteuert, während der Öffnungsgrad des Ventils 22 kon­ stant gehalten wird. Hierbei kann die Regelfunktion des Öffnungsgrades von jedem Ventil entsprechend den Tempe­ raturschwankungen auch in Übereinstimmung mit den oben erwähnten integrierten Werten über eine vorgegebene Zeit­ dauer geändert werden. Das Ventil 23 kann bei dem kon­ stanten Öffnungsgrad, wie er gerade ist, gehalten werden, kann in der Mitte des Schwankungsbereiches gehalten wer­ den oder kann mit dem Ventil 22 verkettet und geschlossen werden. Es ist auch möglich, das Ventil 23 so zu öffnen, daß ein Teil der Schwankungen in der abzuführenden Wärme­ menge absorbiert wird, wobei diese Schwankungen durch Schwankungen des Ventils 22 verursacht werden. Das Regel­ verfahren für die Steuerventile kann in Übereinstimmung mit Steuercharakteristiken des Reaktors bestimmt werden.

Es folgt nun als nächstes eine Beschreibung der Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, bei der ein weiterer Teil des vorgenannten nicht kondensierbaren Gases zu einer Einführungsleitung für entstehenden Dampf zu dem Rückfluß­ kondensator zurückgeführt wird.

Es wird ein Monomer in Anwesenheit eines flüchtigen flüs­ sigen Mediums in dem Polymerisationstank 1 polymerisiert. Dampf von dem flüchtigen flüssigen Medium, der durch die Polymerisationswärme erhitzt worden ist, wird in den Rück­ flußkondensator 2 über den Weg der Leitung 4 eingeführt. Dampf wird durch Einleiten eines Kühlmediums von der Lei­ tung 8 durch das Strömungsregelventil 22 in den Rückfluß­ kondensator 2 und nachfolgendes Ablassen durch die Lei­ tung 9 kondensiert.

Das entstehende Kondensat wird zu dem Reaktionstank 1 durch die Leitung 5 zurückgeführt, wohingegen nicht kon­ densierbares Gas, das nicht kondensiert worden ist, durch das Gebläse 3 komprimiert wird, und ein Teil des nicht kondensierbaren Gases wird durch das Strömungsregelventil 21 durch die Leitung 7 zu dem Reaktionstank 1 zurückge­ führt. Der vorstehend beschriebene Aufbau ist der gleiche wie der in Fig. 1 gezeigte. Der Rest des nicht konden­ sierbaren Gases wird durch ein Strömungsregelventil 24 durch eine Leitung 12 in die Leitung 4 oder durch das Strömungsregelventil 23 durch die Leitung 11 in die Ab­ laßleitung 6 für nicht kondensierbares Gas, die sich von dem Rückflußkondensator 2 erstreckt, eingeleitet. Durch den Regler 32 werden die Strömungsregelventile 21, 22, 23, 24 jeweils in Übereinstimmung mit den Daten geregelt, die von dem Thermometer 31 ausgegeben werden, daß die Temperatur des Polymerisationstanks 1 erfaßt.

Es kann eine Vielzahl bekannter Verfahren auf die Steuerung der Strömungsregelventile 21, 22, 23, 24 angewendet werden, die entsprechend der von dem Thermometer 31 erfaßten Tem­ peratur betätigt werden. Obgleich keine besondere Be­ schränkung für den Servo-Mechanismus zum Antreiben der Strömungsregelventile, für das Umwandlungsverfahren von Signalen, die proportional zu Temperaturen sind, in Sig­ nale, die dem Servo-Mechanismus zugeführt werden sollen, oder für das Rechnungsverfahren besteht, werden die Strö­ mungsregelventile 21, 22, 23, 24 üblicherweise auf solche eine Art geregelt, daß ein Schwellenwert in bezug auf Schwan­ kungen der Temperatur in dem Polymerisationstank einge­ richtet wird, und Temperaturschwankungen durch Betätigen der Regelventile 21, 24, 23 behandelt werden, wenn sie kleiner als der Schwellenwert sind, jedoch durch Betäti­ gen des Regelventils 22 auf eine mit dem Regelventil 21, 24 und/oder 23 verbundene Weise behandelt, wenn sie nicht kleiner als der Schwellenwert wird.

In der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird die Regelung, die durch das Ventil 21 in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bewirkt wird, durch Verwendung der drei Regelventile 24, 23, 21 durchgeführt. Die Regelung wird im allgemeinen auf zwei Arten durchgeführt, d. h. indem der Regelung des Ventils 21 oder der Verkettungssteuerung durch die Ventile 23, 24 Vorrang gegeben wird. Es ist abhängig von der Gestalt eines Reaktors, der Temperatur eines Kühlmediums, der Temperatur des Reaktors oder dergleichen, welcher der Steuerungen Vorrang gegeben werden sollte. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Reaktor beispielsweise groß ist, kann eine bessere Steuerbarkeit in vielen Fällen dadurch erreicht werden, daß die Steuerung durch die Ventile 23, 21 in einer miteinander verketteten Weise durchgeführt wird. Wenn eine relativ große Menge an nicht kondensier­ barem Gas beteiligt ist, kann eine bessere Steuerbarkeit in vielen Fällen erhalten werden, wenn die Steuerung über das Ventil 24 durchgeführt wird.

Wesentliche Schwankungen in der abzuführenden Wärmemenge werden hauptsächlich durch Ändern der Durchströmungsrate des Kühlmediums behandelt, während kleine Schwankungen der abzuführenden Wärmemenge durch Ändern der Durchströ­ mungsrate des nicht kondensierbaren Gases behandelt wer­ den.

Das Regelverfahren für die Regelventile in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wird im folgenden in näheren Einzelheiten beschrieben. Üblicherweise wird wie bei den Regelventilen in der in Fig. 1 gezeigten Vorrich­ tung der Öffnungsgrad jedes einzelnen Ventiles gesteuert, indem eine Funktion, die proportional zu der Differenz von einem vorher eingestellten Wert ist, eine weitere Funktion, die durch Differenzieren der Differenz von dem vorher eingestellten Wert in bezug auf die Zeit er­ halten wird, und eine weitere Funktion, die durch Inte­ grieren der Differenz von dem vorher eingestellten Wert erhalten wird, kombiniert werden. Es wird nicht festge­ legt, welche oder welche zwei der vorstehend beschriebe­ nen drei Funktionen am meisten Gewicht haben, weil dies von jeder Vorrichtung und jedem Polymerisationssystem abhängt. Es wird jedoch nur das Ventil 24 geregelt, wenn die Differenz von dem vorher eingestellten Wert kleiner als ein vorgegebener Wert ist und der absolute Wert des differenzierten Wertes auch kleiner als ein vorher ein­ gestellter Wert ist. Das Ventil 22 wird jedoch geregelt, wenn der absolute Wert des differenzierten Wertes der vorher eingestellte Wert ist oder größer ist. Wenn der differenzierte Wert kleiner als ein vorgegebener Wert ist, wird das Ventil 24 geregelt, während der Öffnungs­ grad des Ventils 22 konstant gehalten wird. Hierbei kann die Steuerfunktion des Öffnungsgrades jedes Ventiles entsprechend den Temperaturschwankungen auch in Überein­ stimmung mit den obengenannten integrierten Werten für eine gegebene Zeitperiode geändert werden. Das Ventil 24 kann auf dem konstanten Öffnungsgrad, wie er ist, gehal­ ten werden, kann in der Mitte des Änderungsbereiches ge­ halten werden oder kann mit dem Ventil 22 verkoppelt und geschlossen werden. Es ist auch möglich, das Ventil 22 so zu öffnen, daß ein Teil der Schwankungen in der abzu­ führenden Wärmemenge absorbiert wird, wobei diese Schwan­ kungen durch Schwankungen des Ventils 22 verursacht wer­ den. Das Steuerverfahren für die Regelventile kann in Übereinstimmung mit den Regelcharakteristiken des Reak­ tors bestimmt werden.

Die Polymerisationstemperatur kann mit guter Steuerbar­ keit geregelt werden, indem die Polymerisationswärme ge­ mäß dem Verfahren dieser Erfindung abgeführt wird, weil eine Feinregelung in bezug auf die Dampfmenge, die in den Rückflußkondensator eingeführt werden soll, durch­ führbar zu sein scheint, mit anderen Worten, in bezug auf die Dampfmenge, die kondensiert werden soll (und zwar scheint die abzuführende Wärmemenge fein-steuerbar zu sein), indem die Menge an nicht kondensierbarem Gas, die nicht in dem Rückflußkondensator kondensiert wird, gesteuert wird.

Nach dem Verfahren dieser Erfindung ist die Steuerbarkeit der Temperatur einer Polymerisationsreaktion in einem Reaktor extrem hoch, so daß die Polymerisationsreaktion bei einer konstanten Temperatur durchgeführt werden kann. Es ist somit möglich, Polymere mit gleichmäßiger Quali­ tät herzustellen, selbst dann, wenn die Polymere Poly­ vinylchlorid, Polypropylen und dergleichen sind, deren Qualität sich merklich mit ihrer Polymerisationstempera­ tur ändert. Bei Masse-Polymerisation verursachen Tempera­ turschwankungen Probleme in bezug auf die Überführung oder Förderung eines Schlammes oder dergleichen, weil die Temperaturschwankungen direkt zu Schwankungen des Druckes führen. Das Verfahren dieser Erfindung kann auch diese Probleme lösen. Die Erfindung ist somit äußerst wertvoll als ein Verfahren für die praktische Durchführung von Masse-Polymerisation in industriellem Maßstab.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung noch näher durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Es wurde Masse-Polymerisation von flüssigem Propylen kon­ tinuierlich in Anwesenheit eines Katalysators, der aus Titantrichlorid und Diäthylenaluminiumchlorid zusammenge­ setzt war, in einem Polymerisationstank mit dem Tempera­ tursteuersystem, das in Fig. 1 dargestellt ist und eine innere Kapazität von 40 m³ besaß, durchgeführt, wobei das flüssige Propylen auch gleichzeitig als ein flüssiges Medium verwendet wurde.

Der Polymerisationstank war mit einem Mantel abgedeckt, der gekühlt werden konnte (maximale Menge der abführbaren Wärme: 600 Mcal/h (2,512 · 10⁹ J/h)). Ein Teil der Poly­ merisationswärme wurde durch Einführen von Kühlwasser mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur als ein Kühl­ medium in den Mantel abgeführt. Ein Rückflußkondensator (maximale Menge der abführbaren Wärme: 2000 Mcal/h (8,374 · 10⁹ J/h)) wie derjenige, der in Fig. 1 gezeigt ist, wurde auch angewendet, um die Tempe­ ratur des Polymerisationstanks zu regeln.

Die kontinuierliche Polymerisation wurde durchgeführt, während der Polymerisationstank so gesteuert wurde, daß etwa 30 m³ eines Schlammes darin gehalten wurden und der Katalysator mit einer Rate von 1,2 kg/h in Werten von Titantrichlorid eingebracht wurde, um so Polypropylen mit einer Rate von 24 Tonnen/h herzustellen. Während des Betriebs wurde Wasserstoffgas auch in den Polymeri­ sationstank mit einer Rate eingebracht, die ausreichend war, um die Wasserstoffkonzentration bei 7% in der Dampf­ phase zu halten, so daß das Molekulargewicht von Polypro­ pylen, das erhalten werden sollte, gesteuert wurde.

Die Polymerisation wurde 10 Stunden unter den oben be­ schriebenen Bedingungen durchgeführt, wobei die Polymeri­ sationstemperatur auf 70°C geregelt wurde. Aus Gründen des Vergleichs wurde auch ein zusätzlicher Betrieb durch ein herkömmliches Verfahren durchgeführt, bei dem das Regelventil 23 geschlossen, jedoch das Regelventil 21 geöffnet war. Fig. 3 zeigt Temperaturschwankungen wäh­ rend des 10stündigen Betriebs. In dem Vergleichsexperi­ ment schwankte die Temperatur beträchtlich. Wenn die Tem­ peratur tief war, d. h. der Druck niedrig war, war es schwierig, den Schlamm von dem Polymerisationstank abzu­ lassen. Wenn die Temperatur, d. h. der Druck, andererseits hoch war, wurde mehr Schlamm abgelassen. Es war deshalb schwierig, das Volumen des Schlammes auf dem konstanten Wert zu halten. Darüber hinaus war die sterische Regel­ mäßigkeit des entstandenen Polypropylens schlecht.

In dem geschilderten Beispiel wurde die Regelung der Regelventile 21, 22, 23 in Übereinstimmung mit den erfaßten Temperaturen auf die folgende Weise durchgeführt.

Eine Polymerisationstank-Temperatur, die durch das Ther­ mometer 31 erfaßt worden war, wurde mit einer an dem Regler 32 vorher eingestellten Temperatur von 70°C gere­ gelt. Der Öffnungsgrad des Regelventils 23 wurde weiter verringert, wenn die wie vorstehend beschrieben erfaßte Temperatur höher als die vorher eingestellte Temperatur war und die Rate der Schwankungen der Polymerisationstank- Temperatur nicht größer als ein Schwellenwert war. Wenn die Rate der Schwankungen der Polymerisationstank-Tempe­ ratur den genannten Schwellenwert jedoch überstieg, wurde der Öffnungsgrad des Regelventils 22 erhöht und der des Regelventils 23 wurde auch geregelt.

Wenn andererseits die Polymerisationstank-Temperatur nie­ driger als die vorher eingestellte Temperatur war, wurden die jeweiligen Regelventile auf eine Weise betätigt, die zu der vorstehend beschriebenen Weise entgegengesetzt war.

Darüber hinaus wurde die Stabilität des Regelsystems durch Feedback- oder Rückkopplungsregelung des Regelventils 21 entsprechend einer Funktion der Rate der Temperaturände­ rungen beim Verarbeiten der Rate jeder Änderung der Poly­ merisationstank-Temperatur bei dem Regler 32 erhöht.

Beispiel 2

Es wurde Masse-Polmyerisation von flüssigem Propylen kon­ tinuierlich in Anwesenheit eines Katalysators, der aus Titantrichlorid und Diäthylenaluminiumchlorid zusammenge­ setzt war, in einem Polymerisationstank mit dem Tempera­ tursteuersystem, das in Fig. 2 gezeigt ist, und einer inneren Kapazität von 40 m³ durchgeführt, wobei das flüs­ sige Propylen auch als ein flüssiges Medium verwendet wurde.

Der Polymersiationstank war mit einem Mantel abgedeckt, der gekühlt werden konnte (maximale Menge der abführbaren Wärme: 600 Mcal/h (2,512 · 10⁹ J/h). Es wurde ein Teil der Polymerisationswärme abgeführt, indem Kühlwasser mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur als ein Kühl­ medium in den Mantel eingeleitet wurde. Ein Rückflußkon­ densator (maximal abführbare Wärmemenge: 2000 Mcal/h (8,374 · 10⁹ J/h) wie derjenige, der in Fig. 1 gezeigt ist, wurde auch dazu verwendet, um die Temperatur des Polymerisationstanks zu regeln.

Die kontinuierliche Polymerisation wurde durchgeführt, während der Polymerisationstank so gesteuert wurde, daß etwa 30 m³ eines Schlammes darin gehalten wurden und der Katalysator mit einer Rate von 1,2 kg/h in Werten von Titantrichlorid eingebracht wurden, um so Polypropylen mit einer Rate von 24 Tonnen/h herzustellen. Während des Betriebs wurde auch Wasserstoffgas in den Polymerisa­ tionstank mit einer Rate eingebracht, die ausreichend war, um die Wasserstoffkonzentration bei 7% in der Dampfphase zu halten, so daß das Molekulargewicht von Polypropylen, das erhalten werden sollte, gesteuert wurde.

Die Polymerisation wurde 10 Stunden unter den oben be­ schriebenen Bedingungen durchgeführt, während die Polyme­ risationstemperatur auf 70°C geregelt wurde. Zum Zwecke des Vergleichs wurde auch ein zusätzlicher Betrieb durch ein herkömmliches Verfahren durchgeführt, bei dem das Regelventil 24 geschlossen, aber das Regelventil 21 geöff­ net war. Fig. 4 zeigt Temperaturschwankungen während des jeweils 10stündigen Betriebs. In dem Vergleichsexpe­ riment schwankte die Temperatur beträchtlich. Wenn die Tempertur zu tief war, d. h. der Druck niedrig war, war es schwierig, den Schlamm von dem Polymerisationstank abzu­ lassen. Wenn die Temperatur, d. h. der Druck, hoch war, wurde andererseits mehr Schlamm abgelassen. Es war des­ halb schwierig, das Volumen des Schlammes auf dem kon­ stanten Niveau zu halten. Darüber hinaus war die steri­ sche Regelmäßigkeit des entstandenen Polypropylens schlecht.

In diesem Beispiel wurde die Steuerung der Regelventile 21, 22, 24 in Übereinstimmung mit den erfaßten Temperturen auf die folgende Weise durchgeführt.

Eine Polymerisationstank-Temperatur, die von dem Thermo­ meter 31 erfaßt worden war, wurde mit einer vorher einge­ stellten Temperatur von 70°C an dem Regler 32 verglichen oder geregelt. Der Öffnungsgrad des Regelventils 24 wurde weiter verringert, wenn die wie vorstehend beschrieben erfaßte Temperatur höher als die vorher eingestellte Tem­ peratur war und die Rate der Schwankung der Polymerisa­ tionstank-Temperatur nicht größer als ein Schwellenwert war. Wenn die Schwankungsrate der Polymerisationstank- Temperatur andererseits größer als der oben angegebene Schwellenwert war, wurde der Öffnungsgrad des Regelven­ tils 22 erhöht und der des Regelventils 24 wurde auch geregelt.

Wenn die Polymerisationstank-Temperatur aber niedriger als die vorher eingestellte Temperatur war, wurden die jeweiligen Regelventile auf eine Weise betätigt, die entgegengesetzt zu der vorstehend beschriebenen Weise war.

Zusätzlich wurde die Stabilität des Steuer- und Regel­ systems durch Feedback- oder Rückkopplungsregelung des Regelventils 21 in Übereinstimmung mit einer Funktion der Rate der Temperaturänderungen beim Verarbeiten der Rate der jeweiligen Änderung der Polymerisationstank- Temperatur an dem Regler 32 verbessert.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wie­ derholt, daß die Wasserstoffkonzentration auf 15% erhöht wurde. Da die Steuerbarkeit etwas schlecht war, wurde das Ventil 24 geschlossen, und die Ventile 21, 23 wurden in einer mit dem Ventil 22 verketteten Weise gesteuert.

Und zwar wurde eine Polymerisationstank-Temperatur, die von dem Thermometer 31 erfaßt worden war, mit einer vor­ her eingestellten Temperatur von 70°C an dem Regler 32 verglichen und geregelt. Wenn die wie oben beschrieben erfaßte Temperatur höher als die vorher eingestellte Tem­ peratur war und die Rate der Schwankung der Polymerisa­ tionstank-Temperatur nicht größer als ein Schwellenwert war, wurde der Öffnungsgrad des Regelventils 22 nicht geändert, der Öffnungsgrad des Regelventils 23 wurde weiter verringert und der Öffnungsgrad des Ventils 21 wurde weiter auf eine mit dem Ventil 23 gekoppelte Weise weiter erhöht. Wenn die Polymerisationstank-Temperatur andererseits niedriger als die vorher eingestellte Tem­ peratur war, wurden die jeweiligen Regelventile auf eine Weise betätigt, die der vorstehend beschriebenen Weise entgegengesetzt war. Auf diese Weise war es mög­ lich, die Polymerisationsreaktion bei der konstanten Temperatur mit guter Steuerbarkeit fortzusetzen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung der Polymerisationstempe­ ratur in einer Polymerisationsvorrichtung, die mit einem Kühlsystem ausgestattet ist, in dem Dampf, der in Anwesenheit eines flüchtigen flüs­ sigen Mediums und eines nicht kondensierbaren Ga­ ses in einem Reaktionssystem entsteht, in einem Rückflußkondensator kondensiert wird und das ent­ stehende nicht kondensierte Gas und Kondensat dann zu dem Reaktionssystem zurückgeführt werden, um dadurch die Polymerisationswärme abzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des nicht kondensierten Gases kom­ primiert und dann zu dem Kühlsystem zurückgeführt wird und die Durchströmungsrate des nicht konden­ sierten Gases, das zurückgeführt werden soll, und die Durchströmungsrate eines Kühlmediums, das in den Rückflußkondensator eingeführt werden soll, in Übereinstimmung mit der Temperatur des Reak­ tionssystems geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des nicht kondensierten Gases zu einer Ablaßleitung für nicht kondensiertes Gas, die sich von dem Rückflußkondensator des Kühlsystems aus­ gehend erstreckt, zurückgeführt wird, um dieses wieder in den Kreislauf zurückzuführen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des nicht kondensierten Gases zu einer Einführungsleitung des Rückflußkondensators des Kühlsystems und auch zu einer Ablaßleitung für nicht kondensiertes Gas, die sich von dem Rückfluß­ kondensator ausgehend erstreckt, zurückgeführt wird, wodurch der Anteil des nicht kondensierten Gases in den Kreislauf zurückgeführt wird, und we­ nigstens eine Durchströmungsrate von den Durchströ­ mungsraten des Anteils des nicht kondensierten Ga­ ses, der zu der Einführungsleitung zurückgeführt werden soll und der zu der Ablaßleitung zurückge­ führt werden soll, und der Durchströmungsrate des Kühlmediums, das in den Rückflußkondensator einge­ leitet werden soll, geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüchtige flüssige Medium ein Monomer ist, das polymerisiert werden soll.