JP2004307591A

JP2004307591A - 樹脂製造装置

Info

Publication number: JP2004307591A
Application number: JP2003100793A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kosaka; 隆小坂
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】一定の品質の樹脂を効率よく製造することができる樹脂の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂原料をジャケット２２により加熱しながら反応させるための反応釜１。反応釜１内の樹脂原料の温度を測定するための温度計２。温度計２で測定された温度に基づいてシーケンサＰＩＤ制御とシーケンサロジック制御と温調器ＰＩＤ制御のうちから一つの制御方式を選択するための処理部４。処理部４により選択された制御方式に基づいて開度がコントロールされてジャケット２２への蒸気の供給量を調節するための蒸気調節弁５を備える。異なる３つの制御方式のうち最適なものを処理部４で判断して使い分けることによって蒸気調整弁５の開度を精度良くコントロールすることができる。製造される樹脂の品質のバラツキを抑えるために反応釜１の掃除の頻度を多くする必要がなくなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形材料などとして使用される樹脂を製造するための樹脂製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モノマーなどの樹脂原料を反応釜で加熱しながら反応させることにより樹脂を製造することが行われているが（例えば、特許文献１〜３参照）、反応釜内の樹脂原料の温度は製造開始から終了までの間に所定の経時変化をするように温度制御されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−４３５２５号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特開平６−３２２０５４号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】
特開平７−９７４２０号公報（特許請求の範囲等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では反応釜内の樹脂原料の温度を制御するにあたって、その制御方式が一つであったために、樹脂の反応温度が鈍くなる、すなわち、生産するたびに反応釜内に樹脂の固まりがだんだんと付着してジャケットによる加熱が反応中の樹脂原料に伝わりにくくなってくると、製造時間が一定にならず、従って、製造される樹脂の品質にバラツキが発生する恐れがあった。また、製造される樹脂の品質のバラツキを抑えるために反応釜の掃除の頻度を多くしなければならず、樹脂の製造効率が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、一定の品質の樹脂を効率よく製造することができる樹脂製造装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る樹脂製造装置は、樹脂原料をジャケット２２により加熱しながら反応させるための反応釜１と、反応釜１内の樹脂原料の温度を測定するための温度計２と、温度計２で測定された温度に基づいてシーケンサＰＩＤ制御とシーケンサロジック制御と温調器ＰＩＤ制御のうちから一つの制御方式を選択するための処理部４と、処理部４により選択された制御方式に基づいて開度がコントロールされてジャケット２２への蒸気の供給量を調節するための蒸気調節弁５とを備えて成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る樹脂製造装置は、請求項１に加えて、現ステップの蒸気調節弁５の開度から次ステップの蒸気調整弁５の開度を設定可能とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る樹脂製造装置は、請求項１又は２に加えて、樹脂原料の反応を開始させる前に制御方式が選択可能なセレクトスイッチ９を備えて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る樹脂製造装置は、請求項１乃至３のいずれかに加えて、樹脂原料の反応を開始させた後に制御方式が選択可能なセレクトスイッチ９を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る樹脂製造装置は、請求項１乃至４のいずれかに加えて、作動中の制御方式にトラブルが生じた時に他の制御方式に切替可能なセレクトスイッチ９を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１に本発明の樹脂製造装置の一例を示す。この樹脂製造装置は反応釜１と反応制御部２０とを備えて形成されている。反応釜１は樹脂原料が投入可能な容器に形成されており、その外側には投入された樹脂原料を加熱するためのジャケット２２が設けられている。また、反応釜１には投入された樹脂原料を攪拌するめの攪拌機２３、反応釜１内の樹脂原料（反応後の樹脂も含む）の温度を測定するための測温抵抗体や熱電対等の温度計２、及び蒸気調節弁５が設けられている。蒸気調節弁５はその開度（開閉度合い）を調節することにより、ジャケット２２への蒸気の供給量を調節することができるものであり、これにより、ジャケット２２による反応釜１内の樹脂原料の加熱量を調節することができて反応釜１内の樹脂原料の温度が調節されるものである。
【００１３】
反応制御部２０はコンピュータ等で形成されて反応釜１内の温度制御をシーケンス制御によりおこなうもの（シーケンサ）であって、計算プログラムであるシーケンサの数値演算部３と、処理プログラムを備えたＣＰＵ等であるシーケンサの処理部４と、制御プログラムであるシーケンサＰＩＤ制御部６と、制御プログラムであるシーケンサロジック制御部７とを備えて形成されている。さらに、樹脂製造装置にはＰＩＤ制御を行う制御プログラムを備えた温度調整器で構成される温調器ＰＩＤ制御部８と、セレクトスイッチ９が具備されている。
【００１４】
上記のように形成される樹脂製造装置は、各種の樹脂の製造に用いることができるが、例えば、フェノール樹脂の製造は次のようにして行う。
【００１５】
（準備）反応釜１に石炭酸とホルマリンとを縮合させた縮合品を樹脂原料として投入する。投入量は反応釜１の大きさ等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、５００ｋｇとする。
【００１６】
（１）反応開始から蒸気調節弁５の開度をコントロールしながら約２０分かけて７０℃まで反応釜１内の樹脂温度（樹脂原料の温度）を上昇させる。この時、蒸気調節弁５以外の弁である真空調節弁は全閉、大気開放弁は開とする。尚、蒸気調節弁５の開度とは蒸気調節弁５の開閉度合いを示す指標であり、１００％が全開、０％が全閉をそれぞれ示す。そして、反応釜１内の樹脂原料の温度を上昇させる場合は蒸気調節弁５の開度を大きくしてジャケット２２に多量の蒸気を供給し、ジャケット２２による樹脂原料の加熱量を多くするものであり、逆に、反応釜１内の樹脂原料の温度を降下させる場合は蒸気調節弁５の開度を小さくしてジャケット２２に供給される蒸気量を少なくし、ジャケット２２による樹脂原料の加熱量を少なくするものである。
【００１７】
（２）樹脂原料の温度が７０℃に到達したら、蒸気調節弁５の開度を絞って約２０分かけて樹脂原料の温度を７０℃から６０℃まで下げる。このときに、真空ポンプを回して反応釜１内の真空引きを行う。また、約２０分で設定温度を下げるように蒸気調節弁５の開度を制御する。
【００１８】
（３）樹脂原料の温度が６０℃まで下がったら、約４０分〜１時間ほど樹脂原料の温度を６０℃の一定に保つ。また、反応釜１内の真空度は調節しない。
【００１９】
（４）約４０分〜１時間が経過したら、蒸気調節弁５の開度をコントロールしながら約２０〜３０分かけて樹脂原料の温度を６０℃から１１０℃まで上昇させる。このときも反応釜１内の真空度は調節しない。
【００２０】
（５）樹脂原料の温度が１１０℃に到達したら、約１時間ほど樹脂原料の温度を１１０℃の一定に保つ。このときに、蒸気調節弁５の開度をコントロールして樹脂原料の温度が上がりすぎないように注意しながら制御する必要がある。また、反応釜１内の真空度は調節しないが、ほぼ一定の６．６６ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）に保たれる。
【００２１】
（６）１１０℃で１時間が経過したら、蒸気調節弁５を全閉にして真空ポンプも停止し、反応釜１内を大気状態に戻す。また、１分間ほど冷却弁（入出とも）を開にして冷却工程に入る。
【００２２】
（７）冷却が終わったら、底弁を開にしてスチールコンベアにて反応させた樹脂を取り出す。この際に反応釜１の上部に設置されている加圧エアー弁を開閉することによって、上から直接、反応釜１の内部に圧力をかけて下へ押し出すようにして、約４０分程度で樹脂が取り出せるようにする（反応終了）。
【００２３】
上記（１）〜（７）における反応釜１内の樹脂原料の温度の経時変化を図２に示すが、この温度変化を示す曲線が理想温度曲線であって、上記（１）〜（７）の工程における樹脂原料の温度の変化を理想温度曲線に従わせるようにすると、一定の品質の樹脂を効率よく製造することができるものであり、このために、本発明の樹脂製造装置は樹脂原料の温度の変化を理想温度曲線に従わせるようにして温度制御されるものである。特に、上記（３）（５）の工程においては、反応釜１内の樹脂原料の温度を長時間一定に保たなければならないが、この時に蒸気調節弁５の開度をコントロールして反応釜１内の樹脂原料の温度を理想温度曲線に近づけてコントロールしないと、製造される樹脂の品質にバラツキが発生したり、樹脂がゲル化したりする可能性がある。
【００２４】
本発明において反応釜１内の樹脂原料の温度をコントロールするにあたっては、図３に示すフローチャートに従って次のようにして行われる。
【００２５】
まず、温度計２で測定された反応釜１内の樹脂原料の温度や蒸気調節弁５の開度が数値演算部３に入力される。数値演算部３に入力された反応釜１内の樹脂原料の温度や蒸気調節弁５の開度は、例えば、アナログ−デジタル変換（ＡＤ変換）等の数値演算部３の演算により処理部４で扱いやすいデータに変換された後、処理部４に入力される。
【００２６】
次に、入力されたデータに基づいて次ステップで用いる蒸気調節弁５の開度の制御方式を処理部４により判断して決定する。すなわち、処理部４では上記（１）〜（５）の樹脂製造工程が３０秒間を１ステップとする多数の連続するステップ群として認識されており、現在進行中のステップに連続する次のステップで採用する制御方式を処理部４により判断して決定するのである。具体的には、処理部４において、温度計２で測定された時点（現ステップ）での実際の反応釜１内の樹脂原料の温度と、次ステップで最も好ましいとされる理想温度曲線における樹脂原料の温度との差を求め、この温度差が２．５℃未満で且つ次ステップが上記（３）又は（５）の工程である場合は温調器ＰＩＤ制御が選択される。また、上記温度差が２．５℃未満で且つ次ステップが上記（１）（２）（４）の工程である場合はシーケンサＰＩＤ制御が選択される。また、上記の温度差が２．５℃以上である場合はシーケンサロジック制御が選択される。
【００２７】
ここで、本発明においてシーケンサＰＩＤ制御とは、温度計２で測定された反応釜１内の温度とその時点での蒸気調節弁５の開度とをパラメータとし、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）を用いて制御量をフィードバックさせながらシーケンサにより制御する制御方式である。
【００２８】
また、本発明においてシーケンサロジック制御とは、温度計２で測定された反応釜１内の温度のみをパラメータとしたシーケンサによる蒸気調節弁５の単純開閉の制御であり、複数の温度に対応した蒸気調節弁５の段階的な開度が予め設定されている。
【００２９】
さらに、本発明において温調器ＰＩＤ制御とは、温度計２で測定された反応釜１内の温度とその時点での蒸気調節弁５の開度とをパラメータとし、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）を用いて制御量をフィードバックさせながら温調器により制御する制御方式である。温調器は反応制御部２０とは別の温度コントロール専用のコントロールユニットであって、Ｐ、Ｉ、Ｄのそれぞれの値を制御中に可変にできるオートチューニング機能を備えるものである。このオートチューニング機能は上記シーケンサＰＩＤ制御には具備されておらず、従って、温調器ＰＩＤ制御はシーケンサＰＩＤ制御よりもより確実な制御を行うことができる。
【００３０】
そして、本発明では、温度計２で測定された時点での実際の反応釜１内の樹脂原料の温度と、次ステップで最も好ましいとされる理想温度曲線における樹脂原料の温度との差が２．５℃未満で小さい場合、つまり、実際の反応釜１内の樹脂原料の温度が理想温度曲線にほぼ沿って変動している場合は、現在進行中の現ステップにおける蒸気調節弁５の開度から次ステップにおける蒸気調節弁５の開度を大きく変更する必要がないので、蒸気調節弁５の開度に対する制御量が少ないものであり、従って、シーケンサＰＩＤ制御あるいは温調器ＰＩＤ制御のいずれか一方のＰＩＤ制御が選択される。
【００３１】
一方、温度計２で測定された時点での実際の反応釜１内の樹脂原料の温度と、次ステップで最も好ましいとされる理想温度曲線における樹脂原料の温度との差が２．５℃以上で大きい場合、つまり、実際の反応釜１内の樹脂原料の温度が理想温度曲線から大きく外れて変動した場合は、現在進行中の現ステップにおける蒸気調節弁５の開度から次ステップにおける蒸気調節弁５の開度を０％（全閉）にするように大きく変更する必要があり、蒸気調節弁５の開度に対する制御量が多い。そして、ＰＩＤ制御では蒸気調節弁５の開度が直ぐに０％にならないために、シーケンサロジック制御により蒸気調節弁５の開度を制御するのである。
【００３２】
上記のようにして処理部４が次ステップにおける制御方式としてシーケンサＰＩＤ制御を選択した場合は、温度計２で測定された反応釜１内の温度とその時点での蒸気調節弁５の開度とがシーケンサＰＩＤ制御部６に処理部４から入力され、これらに基づいて次ステップにおける蒸気調節弁５の開度の制御量が決定される。また、処理部４が次ステップにおける制御方式としてシーケンサロジック制御を選択した場合は、温度計２で測定された反応釜１内の温度がシーケンサロジック制御部７に処理部４から入力され、これに基づいて次ステップにおける蒸気調節弁５の開度の制御量が決定される。さらに、処理部４が次ステップにおける制御方式として温調器ＰＩＤ制御を選択した場合は、温度計２で測定された反応釜１内の温度とその時点での蒸気調節弁５の開度とが温調器ＰＩＤ制御部８に処理部４から入力され、これらに基づいて次ステップにおける蒸気調節弁５の開度の制御量が決定される。
【００３３】
そして、次ステップにおいて処理部４により選択された制御方式を行う制御部６、７、８のいずれかから動作指令が出力されて蒸気調節弁５の開度がコントロールされるものであり、これにより、ジャケット２２への蒸気の供給量を調節して反応釜１内の樹脂原料の温度を調節するものである。
【００３４】
このように本発明では、異なる３つの制御方式のうち最適なもの、すなわち、反応釜１内の樹脂原料の温度が理想温度曲線に最も近づいて変動するように制御することができる制御方式を処理部４で判断して使い分けることができ、一定の品質の樹脂を製造することができるものである。また、製造される樹脂の品質のバラツキを抑えるために反応釜の掃除の頻度を多くする必要もなく、樹脂の製造効率が低くなるようなこともなくなるものである。
【００３５】
また、シーケンサＰＩＤ制御及び温調器ＰＩＤ制御においては現ステップの蒸気調節弁５の開度を考慮して次ステップの蒸気調整弁５の開度を設定するので、現ステップから次ステップになる際の蒸気調整弁５の開度の制御量を少なくすることができ、ＰＩＤ制御であっても迅速に蒸気調整弁５の開度を調節することができるものである。そして、このようにシーケンサＰＩＤ制御及び温調器ＰＩＤ制御においては温度計２からの温度データに加えて蒸気調節弁５の開度のデータも考慮して、蒸気調整弁５の開度を決定するので、より正確に反応釜１内の樹脂原料の温度が理想曲線に最も近づくように制御することができるものである。
【００３６】
また、本発明では処理部４で制御方式の選択を行わず、作業者が蒸気調整弁５の開度の制御方式を手動のセレクトスイッチ９で切り替えて選択することができる。すなわち、樹脂原料の反応を開始させる前にセレクトスイッチ９でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかの制御方式を選択しておくと、図３の「セレクト初期選択」から「セレクト番号」に進み、ここでセレクトスイッチ９で選択された制御方式で蒸気調整弁５の開度がコントロールされるものである。樹脂原料の反応を開始させる前にセレクトスイッチ９でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかの制御方式を選択していない場合は、上記のように処理部４でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかが選択されるものである。
【００３７】
また、樹脂原料の反応を開始させた後に制御方式をセレクトスイッチ９により選択することができる。すなわち、樹脂原料の反応を開始させた後の樹脂の製造途中においてセレクトスイッチ９でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかの制御方式を選択すると、図３の「セレクト変更」から「セレクト番号」に進み、ここでセレクトスイッチ９で選択された制御方式で蒸気調整弁５の開度がコントロールされるものである。樹脂の製造途中においてセレクトスイッチ９でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかの制御方式を選択しない場合は、上記のように処理部４でシーケンサＰＩＤ制御部６、シーケンサロジック制御７、温調器ＰＩＤ制御部８のいずれかが選択されるものである。このように樹脂の製造途中においてセレクトスイッチ９により制御方式を選択する場合は、作動中の制御方式にトラブル等が生じてシステム的にダウン（使用不能）になった時に有効である。つまり、反応が始まった樹脂原料は途中で反応を終了させることができないので、セレクトスイッチ９により他のパターンの制御方式に切り替えることで、作動中の制御方式にトラブルが発生しても、規格にあった樹脂の製造を続けて行うことができるものである。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１の発明は、樹脂原料をジャケットにより加熱しながら反応させるための反応釜と、反応釜内の樹脂原料の温度を測定するための温度計と、温度計で測定された温度に基づいてシーケンサＰＩＤ制御とシーケンサロジック制御と温調器ＰＩＤ制御のうちから一つの制御方式を選択するための処理部と、処理部により選択された制御方式に基づいて開度がコントロールされてジャケットへの蒸気の供給量を調節するための蒸気調節弁とを備えるので、異なる３つの制御方式のうち最適なものを処理部で判断して使い分けることによって蒸気調整弁の開度を精度良くコントロールすることができ、また一定の品質の樹脂を製造することができるものであり、しかも、製造される樹脂の品質のバラツキを抑えるために反応釜の掃除の頻度を多くする必要がなくなって、一定の品質の樹脂を効率よく製造することができるものである。
【００３９】
また、本発明の請求項２の発明は、現ステップの蒸気調節弁の開度から次ステップの蒸気調整弁の開度を設定可能とするので、反応釜内の樹脂原料の温度に加えて蒸気調節弁の開度も考慮して蒸気調整弁の開度の制御方式を設定することによって、蒸気調整弁の開度をさらに精度良くコントロールすることができ、より一定の品質の樹脂をより効率よく製造することができるものである。
【００４０】
また、本発明の請求項３の発明は、樹脂原料の反応を開始させる前に制御方式が選択可能なセレクトスイッチを備えるので、樹脂原料の反応を開始させる前にセレクトスイッチより所望の制御方式を選択することによって、少し長めに反応させたい場合等の温度制御における変更に対応させることができ、目標の規格にあった樹脂を容易に製造することができるものである。
【００４１】
また、本発明の請求項４の発明は、樹脂原料の反応を開始させた後に制御方式が選択可能なセレクトスイッチを備えるので、樹脂原料の反応を開始させた後にセレクトスイッチより所望の制御方式を選択することによって、少し長めに反応させたい場合等の温度制御における変更に対応させることができ、目標の規格にあった樹脂を容易に製造することができるものである。
【００４２】
また、本発明の請求項５の発明は、作動中の制御方式にトラブルが生じた時に他の制御方式に切替可能なセレクトスイッチを備えるので、作動中の制御方式で反応を終了させることができなくても、セレクトスイッチにより他の制御方式に切り替えることができ、トラブルで停止することなく目標の規格にあった樹脂の製造を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の理想温度曲線を示すグラフである。
【図３】同上の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１反応釜
２温度計
４処理部
５蒸気調節弁
９セレクトスイッチ

Claims

樹脂原料をジャケットにより加熱しながら反応させるための反応釜と、反応釜内の樹脂原料の温度を測定するための温度計と、温度計で測定された温度に基づいてシーケンサＰＩＤ制御とシーケンサロジック制御と温調器ＰＩＤ制御のうちから一つの制御方式を選択するための処理部と、処理部により選択された制御方式に基づいて開度がコントロールされてジャケットへの蒸気の供給量を調節するための蒸気調節弁とを備えて成ることを特徴とする樹脂製造装置。
現ステップの蒸気調節弁の開度から次ステップの蒸気調整弁の開度を設定可能とすることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製造装置。
樹脂原料の反応を開始させる前に制御方式が選択可能なセレクトスイッチを備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂製造装置。
樹脂原料の反応を開始させた後に制御方式が選択可能なセレクトスイッチを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の樹脂製造装置。
作動中の制御方式にトラブルが生じた時に他の制御方式に切替可能なセレクトスイッチを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂製造装置。