JP2008249495A - 液状物の流量測定方法および流量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状物の流量を簡単に測定することができ、且つベルトクーラ上に流し込まれる液状物の流量が最適となるように制御できるようにした、液状物の流量測定方法および流量制御方法を提供する。
【解決手段】高温の液状物（重合物１２）をダブルベルト式クーラ１４上に流し込み冷却固化するにあたり、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりから液状物の流量を測定する液状物の流量測定方法、およびベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりが所定の範囲となるようにダブルベルト式クーラ１４上への液状物の流量を制御する液状物の流量制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、重合槽から抜き出される高温・高粘度の重合物のような高温の液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化する際に、該液状物の流量を測定するのに適した流量測定方法、および該液状物の流量を制御するのに適した流量制御方法に関する。

高温度で重合槽から抜き出される重縮合反応中の芳香族ポリエステル等の重合物を冷却固化する方法として、重合槽の下に用意したトレーに流し込む方法、スチールベルトコンベア上にギヤポンプ式の定量供給装置で供給し、薄く拡げて冷却固化する方法が知られている。さらに重合槽から流路絞り込み式フィーダを有する定量供給装置に通し、流量を一定に維持しながらダブルベルト式クーラに供給して冷却固化する方法が知られている（特許文献１参照）。流路絞り込み式フィーダを有する定量供給装置は、流路の途中にノズルを設けて流路を絞り込み、そのノズルの断面積とノズルの上下流側の圧力差を制御することにより、流量を一定にするものである。
特開平６−２５６４８５号公報

前述のトレーに流し込む方法は、冷却中に発泡して品質にばらつきが生ずる問題がある。また、ギヤポンプ式の定量供給装置を用いる方法は、耐熱性の精密なギヤポンプがきわめて高価であり、しかもポリマーの品種の切り換え時における清掃作業に多大な労力を要する。

他方、特許文献１の絞り込みフィーダを備えた定量供給装置でダブルベルト式クーラに供給する方法は、構造がシンプルである反面、粘度などの条件が変化すると流量が大きく変動する。そして流量が過大になるとダブルベルト式クーラの入口側のローラの端部から横方向にはみ出して固化し、ダブルベルト式クーラを破損する。逆に流量が過小であると、処理能力が低下する。また、触媒を失活させないプロセスにおいては、重合槽に残ったモノマーが重合槽内で重合が進行して槽内で固結する。

一方、流路内を流れる液体の流量を直接計測する場合、電磁流量計、渦流量計、超音波式流量計などが一般に使用される。しかし、重合槽から抜き出された高温高粘度の重合物をベルトクーラ上に流し込んで冷却固化させる場合、上記したような通常の流量計では正確に流量の経時変化を把握することが困難である。これは、重合槽からの抜き出し中に、急激な粘度上昇や、重合固形物の生成による流れ障害等により流量が変動しやすいためである。また、重合槽から抜き出される重合物は高温であるために、重合物に接触するのは勿論、重合物の近くに流量計を設置するのも困難である。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、重合槽から抜き出された重合物等の高温液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化するにあたり、液状物の流量を簡単に測定することができ、それによりベルトクーラ上に流し込まれる液状物の流量が最適となるように制御できるようにした、液状物の流量測定方法および流量制御方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、高温の液状物をベルトクーラ上に流し込む際に、液状物の流量が変動すると、ベルトクーラ上に流し込んだ液状物の拡がり度合いが変化する（すなわち流量が増えると幅方向への拡がりが大きくなり、逆に流量が減ると拡がりが小さくなる）という現象に着目し、このような液状物の拡がりを検出することにより、液状物の流量を正確にかつ簡単に測定することができ、従って液状物の流量を最適なものにする制御が可能になるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る液状物の流量測定方法は、高温の液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化するにあたり、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりから液状物の流量を測定することを特徴とする。

特に、本発明では、前記ベルトクーラ上に流し込まれた高温の液状物をカメラで熱画像として検出すると共に、モニター画面における所定の枠内の面積に対する液状物の画像の面積の割合から液状物の流量を測定する。

その場合、前記枠をローラの幅方向に拡がる液体の全体を含む範囲とすることができ、また、前記枠をローラの幅方向における左右の端部近辺の小区画とすることもできる。

本発明に係る液状物の流量制御方法は、高温の液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化するにあたり、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりが所定の範囲となるようにベルトクーラ上への液状物の流量を制御することを特徴とする。

このような本発明の流量制御方法は、幅方向への液状物の拡がりが所定の範囲となるようにベルトクーラ上への液状物の流量を制御する以外は、前記した液状物の流量測定方法と同じである。
液状物の流量制御は、特に限定されないが、例えば、制御バルブの開度調整、または液状物を給送するポンプの出力調整により行うことができる。前記制御バルブとしては、ボールバルブであるのが好ましい。

前記液状物としては、例えば前記した重合槽から抜き出された高温液状の重合物が挙げられるが、これのみに限定するものではなく、ベルトクーラ上に流し込み冷却固化する各種の高温液状物にも同様に適用可能である。

本発明に係る液状物の流量測定方法によれば、ベルトクーラ上に流し込んだ液状物の拡がりを熱画像で検出するので、液状物の流量を正確にかつ簡単に測定することができる。

また、本発明に係る液状物の流量制御方法は、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりが所定の範囲となるようにベルトクーラ上への液状物の流量を制御するようにしている。すなわち、液状物の拡がりが大きくなると流量を抑え、拡がりが少なくなると流量を大きくする。それにより、ベルトクーラ上での液状物の拡がりが大きく変動せず安定する。その結果、液状物の粘度や流動性にかかわらず、ベルトクーラの冷却能力を最大限まで有効に利用することが可能となる。

これらの本発明方法において、ベルトクーラ上に流し込まれた高温の液状物をカメラで熱画像として検出すると共に、モニター画面における所定の枠内の面積に対する液状物の画像の面積の割合から液状物の流量を測定すると、より適正な流量測定および流量制御が可能となる。

また、前記枠を、ローラの幅方向に拡がる液体の全体を含む範囲とする場合は、液状物全体の状態を監視することができるので、比較的安定した測定および制御が可能である。他方、前記枠を、ローラの幅方向における左右の端部近辺の小区画とする場合は、幅方向の変動の状態をいわば拡大して検出するので、わずかな変動も検出することができ、しかも迅速に検出できるようになる。

また、液状物の流量制御方法において、制御バルブをボールバルブとする場合は、全開時の抵抗が少なく、全閉時の遮断が確実であり、流量の増大、減少の操作を広い範囲で行うことができ、さらに清掃も容易であるという効果がある。

次に図面を参照しながら本発明の流量測定方法および流量制御方法を説明する。以下の説明では液状物として重合槽から抜き出された重合物を使用している。図１は本発明の流量測定および流量制御方法を適用した重合物抜き出し冷却装置の一実施形態を示す概略説明図、図２は上記重合物抜き出し冷却装置に使用されるベルトクーラの要部斜視図、図３は図２の液体の熱画像を写しているモニターの正面図、図４は図１の抜き出し冷却装置における流量制御方法を示すブロック図である。

図１に示す抜き出し冷却装置１０は、プレ重合槽（以下、単に重合槽という）１１ａ、１１ｂと、それらの重合槽の下端から２００℃以上の温度で抜き出される芳香族ポリエステル等の重縮合反応途中の重合物１２の流量を制御する流量制御バルブ１３と、その下方に配置されるダブルベルト式クーラ（以下、ベルトクーラという）１４と、このベルトクーラ１４の入口側の熱画像を取り込むカメラ１５と、このカメラ１５で取り込んだ熱画像の解析データを表示するモニター１７と、上記解析データが送られるＤＣＳ（分散制御システム）を備え流量制御バルブ１３の開度を調節する制御手段１６とを備えている。

本発明における重合物としては、特に限定されないが、例えば流動温度が２００℃以上の重合物、具体的には比較的流動温度の高い液晶ポリエステル等が挙げられる。ここで流動温度とは、４℃／分の昇温速度で加熱溶融された樹脂を荷重１００ｋｇ／ｃｍ² の下で内径１ｍｍ、長さ１０ｍｍのノズルから押し出すときに、該溶融粘度が４８０００ポイズを示す点における温度である。

この実施形態では、重合槽１１ａ、１１ｂは２基設けており、一方の重合槽１１ａはベルトクーラ１４の入口側の真上に配置され、重合物を真っ直ぐ落下させるようにしている。他方の重合槽１１ｂはベルトクーラ１４の入口側から離れた位置に配置されている。そのため、他方の重合槽１１ｂでは、下端の出口からベルトクーラ１４の入口近辺まで、重合物を移送する傾斜した管路１８を設けている。傾斜した管路１８の下端側には、流れてくる液状の重合物を下に向けて落下させるための当て板１９が設けられている。

また、傾斜した管路１８は、重合物１２の移送距離が長くなるため、その間に内部を流れる重合物の温度が低下しないようにジャケット２０を備えている。なお、それぞれの重合槽１１ａ、１１ｂも槽内の温度を所定の温度に維持するため、ジャケット２１を備えている。それぞれの重合槽１１ａ、１１ｂの蓋体２２には、前段階のアセチル化反応槽からモノマーを流し込むための管路２２ａが接続される。また、反応中に副生する酢酸は管路２２ｂを経て取り出される。

重合槽１１ａ、１１ｂの下端の出口に設ける流量制御バルブ１３としては、開閉操作および開度調節を行うボールバルブが好適である。それにより全開時の抵抗が少なく、全閉時の遮断性が高い。さらに広い範囲で開度の調節が可能であり、掃除が容易である。ボールバルブの開度調節は、例えばモータ駆動、エアー駆動などで行うことができる。

ベルトクーラ１４は、それぞれスチールベルトなどの耐食性を有する金属製の無端ベルトからなる上側ベルト２４と下側ベルト２５を上下に密接して配置し、上下のベルト２４、２５間に重縮合反応途中の重合物を挟んで移送しながら冷却する装置である。上下のベルト２４、２５は、冷却用の水によって冷却される。上側ベルト２４の入口側および出口側は、それぞれ入口側ローラ２６および出口側ローラ２７に巻き掛けられ、それらの間に張設されている。下側ベルト２５は、入口側ローラ２８、出口側ローラ２９のほか、ガイドローラ３０によって略三角形状に張られている。上側ベルト２４は図１で反時計方向に循環し、下側ベルト２５は時計方向に循環するようにそれぞれモータで駆動される。
ベルト２４、２５間の隙間は、通常１〜２ｍｍ程度がよく、またベルト２４、２５の長さおよび移動速度は、所望の温度まで液状物の温度を下げるのに最適となるように設定される。

重縮合反応途中の液状重合物は、ベルトクーラ１４の入口側のローラ２６、２８の間（正確にはベルトの間）に供給される。そしてベルトクーラ１４の出口側には、冷却固化した重合物を粗粉砕するための粉砕機３１が配置されており、さらにこの粉砕機３１から図示されていない微粉砕用の粉砕機に送られる。

前述のカメラ１５は、図２に示すように、ベルトクーラ１４の入口側のローラ２６、２８間に流し込まれる液状重合物１２の熱画像を取り込むものである。入口側のローラ２６、２８間で、左右方向のほぼ中心位置に落下した重合物１２は、粘度が高く、しかもベルト２４、２５によって冷却されるため一層粘度が高くなり、ローラ２６、２８に巻き掛けられているベルト２４、２５の間に形成される略三角形状の溝３２内を幅方向に拡がりながら流れていく。そしてその途中で重合物１２はベルト２４、２５の隙間から、ベルト２４、２５の移動に伴ってベルト間に挟まれるようにして引き込まれ移動していく。なお、ローラ２６、２８は円筒状であり、接している部位は断面略三角形状の溝３２となっているが、図１に示すように下側のローラ２８が上側のローラ２６より下方に位置しているので、溝３２は浅い。

上方から流れ落ちる重合物１２の流量と、ベルト２４、２５間に流れ込み、引き込まれていく重合物１２の流量（搬送量）とがバランスしている場合は、たとえば実線で示す領域Ｒ１に留まっている状態で安定している。この状態から、落下してくる重合物１２の流量が増加すると、二点鎖線Ｒ２で示すように、重合物１２の留まっている領域が幅方向に拡がる。

しかし落下してくる重合物１２が急激に増加して、ベルト２４、２５に引き込まれる流量とのバランスが大きく崩れると、重合物１２の留まっている領域Ｒ１の端がベルト２４、２５の幅を超えて拡がり、たとえば駆動機構に付着してその部分で固化し、ベルトクーラ１４が破損することになる。この抜き出し冷却装置１０では、ベルト２４、２５上に溜まっている重合物１２の領域Ｒ１をカメラ１５で検出し、その拡がり状態が大きくなると図１の制御手段１６が流量制御バルブ１３の開度を小さくし、拡がり状態が狭くなるとバルブ開度を拡げるようにフィードバック制御する。

カメラ１５が検出する熱画像は、たとえば図３のモニター１７の画像に示すように、上から落下する重合物の縦長の画像３３と、ベルト２４、２５上を拡がる重合物の横長の画像３４、すなわち所定温度以上（例えば２００℃以上）の画像３４が平面的に見えるだけであり、低温のローラ２６、２８やベルト２４、２５は画像として現れない。そのため、重合物１２の輪郭がはっきりしており、熱画像の画像処理（デジタル処理）が容易である。すなわち単なる画像では重合物１２とベルト２４、２５などとのコントラストがはっきりせず、誤認することがあるが、熱画像としたことにより、例えば２００℃以上の重合物１２と冷却ベルト２４、２５との温度差に基づく明瞭な輪郭が得られる。

重合物１２の拡がりの大きさ、従って流量を熱画像に基づいて数値化する場合、たとえば枠３５内の重合物１２の面積をそのまま制御ないし判別用の数値として用いることもできる。あるいは、モニター１７内の画像に検出対象領域を示す矩形状の枠（ターゲット領域）３５を設定し、その枠内の重合物の面積を数値化することができる。このような処理は上記ＤＣＳを備えた制御手段１６に設けたデータ処理用の中央処理装置（ＣＰＵ）、データを一時保存するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、プログラムなどを格納しておくリードオンリメモリ（ＲＯＭ）などを中心とするデジタル処理装置で行う。

枠（ターゲット領域）の大きさは自由に設定でき、例えば図３に二点鎖線で示すように、重合物１２の広がりの左右方向の端部近辺に小区画の枠３６、３７を設定し、枠内の重合物の面積値を用いたり、あるいはこれらの枠３６、３７の面積に対する、それらの枠内の重合物１２の面積の比率を演算したりすることもできる。ここで面積は、画像の画素数（ピクセル）によって特定できる。また、重合物の検出の有無をアラームとして検知することもできる。さらに大きい枠３５から得られる数値と小区画の枠３６、３７から得られる数値、あるいは落下してくる重合物の幅から得られる数値に基づいて、全体の和をとるか、重みをつけた平均値をとるかすることにより、独自の制御ないし判定用の数値を演算するようにしてもよい。

重合物１２の流量制御を行う場合には、熱画像に基づいて得られた上記数値を用いて、図４に示すように、比較部において前記の数値Ｘとあらかじめ設定した目標値Ｐとの偏差ｅを演算し、その偏差がゼロになるように流量制御バルブ１３の開度を順次変更していく。すなわち図４の場合は、制御部で、偏差ｅと、この偏差を時間で積分して所定の積分時定数Ｔｉで除した積分項と、偏差を時間で微分して微分時定数Ｔｄを掛けた微分項との和を求め、比例ゲインＫを掛けた値を制御量ｙとし、この制御量ｙによってバルブの開度を定める比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を採用している。また、測定値が所定の上限の値を超えたときに流量制御バルブを閉じ、それ以下になると開くＯＮ／ＯＦＦ制御であってもよい。

比例ゲインＫは大きくしすぎるとハンチングの状態となってコントロールが効かなくなる。他方、小さくしすぎると取り出し流量が少なくなり、取り出す時間が長くなる。したがって取り出し流量を最大にしながら、コントロールが効く範囲を選択する。なお、傾斜した管路１８でベルトクーラ１４の入口まで導かれる重合槽１１ｂでは、傾斜した管路１８を流れて検出までに時間を要する。すなわち制御目標（重合物の拡がり）を測定した後、直ちに流量制御バルブの開度を変化させても、傾斜した管路１８内に残っている分がなくなるまでは落下してくる重合物１２の流量が追従せず、一定時間遅れて変動する。この場合は積分項を大きくするなどで対処する。

このような制御の遅れを避けるために、傾斜した管路１８の下端に流量制御バルブ１３を設けるようにしてもよい。また、重合槽１１ａ、１１ｂごとに異なる制御関数を採用することもできる。さらに所定の上限を逸脱した場合は、アラームやメッセージを出すようにするのが好ましい。これにより重合物の重縮合反応に特有の突発的な変動にも安全に対処することができる。

図１の抜き出し冷却装置１０では、２基の重合槽１１ａ、１１ｂを備えており、通常は交互に利用する。すなわち、一方の重合槽１１ａの流量制御バルブ１３を開き、この重合槽１１ａから重合物１２を取り出している間に、他方の重合槽１１ｂの流量制御バルブ１３を閉じておき、１バッチ分のモノマーを重合槽１１ｂ内に充填し、プレ重合を行なっておく。そして一方の重合槽１１ａからの重合物１２の取り出しが完了したとき、その一方の重合槽１１ａの流量制御バルブ１３を閉じて他方の重合槽１１ｂから重合物を取り出す。このように交互に重合槽１１ａ、１１ｂで処理することにより、効率的な重合・取り出し・冷却処理を行うことができる。

つぎに、熱画像計測装置として（株）チノー製の商品名「サーモピクス」を用いて、図１に示すような重合物抜き出し冷却装置にて高温液状の芳香族ポリエステルの流量制御を行ったので、その結果を説明する。すなわち、図３に示す枠３５の領域内で、１４０℃以上の芳香族ポリエステルの面積が４０００ピクセルを維持するように流量制御バルブ１３を調整して、重合槽１１ａまたは１１ｂから芳香族ポリエステルの抜き出し冷却を行ったところ、抜き出しはおよそ５０分で終了した。
また、上記と同じ枠３５の領域内で１４０℃以上の重合物の面積が３０００ピクセルを維持するように流量制御バルブ１３を調整したところ、抜き出しはおよそ７０分で終了した。

上記の実施形態では、重合槽１１ａ、１１ｂの下部に取り付けた流量制御バルブ１３としてボールバルブを採用しているが、バタフライバルブ、仕切りバルブ、スライドバルブなど、他の形態の流量制御バルブであってもよい。また、流量制御バルブ１３に代えて、ポンプ（図示せず）により重合槽１１ａ、１１ｂから重合物を取り出すようにしてもよい。その際、流量制御はポンプの出力調整にて行うことができる。

また、冷却手段としては、ダブルベルト式クーラ１４に限定されるものではなく、シングルベルト式クーラ、すなわちベルト上に液状物を載置・搬送しながら冷却・固化する形式のベルトクーラであっても本発明は適用可能であり、該シングルベルト式クーラの一端上に流し込まれた液状物の幅方向への拡がりを熱画像で検出してもよいし、該シングルベルト式クーラの一端上に造粒された液状物の造粒状態を熱画像で検出してもよい。

本発明の抜き出し冷却装置の一実施形態を示す概略側面図である。 その抜き出し冷却装置の要部を示す部分斜視図である。 重合槽から抜き出された重合物の熱画像を示す正面図である。 重合物の抜き出し量の制御方法を示すブロック図である。

符号の説明

１０：抜き出し冷却装置、１１ａ、１１ｂ：重合槽、１２：重合物（液状物）、１３：流量制御バルブ、１４：ダブルベルト式クーラ、１５：カメラ、１６：制御手段、１７：モニター、１８：傾斜した管路、１９：当て板、２０：ジャケット、２１：ジャケット、２２：蓋体、２４：上ベルト、２５：下ベルト、２６：入口側ローラ、２７：出口側ローラ、２８：入口側ローラ、２９：出口側ローラ、３０：ガイドローラ、３１：粉砕機、３２：溝、３３：（重合物の）縦長の画像、３４：（重合物の）横長の画像、３５：枠、３６，３７：小区画の枠

Claims (15)

1. 高温の液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化するにあたり、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりから液状物の流量を測定することを特徴とする、液状物の流量測定方法。
2. 前記ベルトクーラ上に流し込まれた高温の液状物をカメラで熱画像として検出すると共に、モニター画面における所定の枠内の面積に対する液状物の画像の面積の割合から液状物の流量を測定する請求項１記載の流量測定方法。
3. 前記枠がベルトの幅方向に拡がる液体の全体を含む範囲である請求項２記載の流量測定方法。
4. 前記枠がベルトの幅方向における左右の端部近辺の小区画である請求項２記載の流量測定方法。
5. 前記液状物が、重合槽から抜き出された高温液状の重合物である請求項１〜４のいずれかに記載の流量測定方法。
6. 前記ベルトクーラが、一対のベルト間で液状物を挟着・搬送しながら冷却・固化する形式のダブルベルト式クーラであり、該ダブルベルト式クーラの入口側に流し込まれた液状物の幅方向への拡がりを熱画像で検出する請求項１〜５のいずれかに記載の流量測定方法。
7. 前記ベルトクーラが、ベルト上に液状物を載置・搬送しながら冷却・固化する形式のシングルベルト式クーラであり、該シングルベルト式クーラの一端上に流し込まれた液状物の幅方向への拡がりを熱画像で検出する請求項１〜５のいずれかに記載の流量測定方法。
8. 高温の液状物をベルトクーラ上に流し込み冷却固化するにあたり、ベルトの幅方向への液状物の拡がりを熱画像で検出し、その幅方向への拡がりが所定の範囲となるようにベルトクーラ上への液状物の流量を制御することを特徴とする、液状物の流量制御方法。
9. 前記ベルトクーラ上に流し込まれた高温の液状物をカメラで熱画像として検出すると共に、モニター画面における所定の枠内の面積に対する液状物の画像の面積の割合を求め、その割合の増減に基づいて前記液状物の流量を制御する請求項８記載の流量制御方法。
10. 前記枠がベルトの幅方向に拡がる液体の全体を含む範囲である請求項９記載の流量制御方法。
11. 前記枠がベルトの幅方向における左右の端部近辺の小区画である請求項９記載の流量制御方法。
12. 前記液状物の流量制御が、制御バルブの開度調整により行われる請求項８〜１１のいずれかに記載の流量制御方法。
13. 前記制御バルブが、ボールバルブである請求項１２記載の流量制御方法。
14. 前記液状物の流量制御が、液状物を給送するポンプの出力調整により行われる請求項８〜１１のいずれかに記載の流量制御方法。
15. 前記液状物が、重合槽から抜き出された高温液状の重合物である請求項８〜１４のいずれかに記載の流量制御方法。

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