JPH03181330A - 反応装置の反応温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポリスチレン重合反応装置等の発熱反応を伴
なう反応装置の反応温度制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の反応装置の反応温度制御方法を、第３図に示すポ
リスチレンの重合反応器の例により説明する。

第３図において、原料層合液（スチレンモノマ、回収モ
ノマー、エチルヘンゼン、触媒溶液等）は配管２５より
予熱器６を経由して、冷却用ジャケント２３を設けた反
応槽２２に供給される。反応槽２２内で反応した重合反
応後のポリマー液は、配管７により糸外へ取り出される
。上記予熱器６出口の原料溶液の温度は原料温度検出器
（温度計）１２により検出され、この検出値は原料温度
調節計１３へ入力され、原料温度調節計１３は上記検出
値が予め設定された設定温度になるように、操作出力を
調節弁１４に出力する。そのため、調節弁１４の開度、
即ち予熱器６の熱媒流量は、上記調節計１３の操作出力
に応じて変更される。以上の各機器の働きにより、予熱
器６出口の原料溶液の温度は安定に所定値に保たれ、反
応槽２２に安定した運転を可能とする条件が与えられる
。

上記反応槽２２内における反応後のポリマー液（ポリス
チレン）の重合率を所望の値に保つためには、重合率と
相関のある反応槽２２内の重合液温度（反応温度）を所
定値に制御する必要があるが、その仕組みは以下の通り
である。反応槽２２内の反応温度は反応温度検出器１９
により検出される。この検出信号は反応温度調節計２０
に入力として与えられ、反応温度調節計２０により反応
温度設定値と比較され、両者が一致するように反応１品
度調節計２０はその出力を冷媒温度調節計１６に冷媒温
度設定値として与える。冷媒温度調節計１６は冷媒温度
計１５が検出した冷媒温度を上記反応温度調節計２０が
出力した冷媒温度設定値と等しくするよう訂正信号を演
算し、冷媒であるホットオイルを供給する配管８に設置
した調節弁１７と、同じく冷媒であるコールドオイルを
供給する配管９に設置した調節弁１８の両方に関数演算
器２１を経由して演算値を出力する。上記調節弁１７．
１８は上記演算値により開度が調整され、それぞれホッ
トオイル及びコールドオイルの流量を調整する。上記流
量が調整された冷媒であるホットオイルとコールドオイ
ルは供給配管８゜９を通って供給配管１０で合流しジャ
ケット２３に供給され、ジャケット２３にて反応槽２２
を冷却した後、配管１１により糸外に至る。上記関数演
算器２１は冷媒温度調節計１６の出力に応して調節弁１
７と１８をスプリントレンジで操作するためのもので、
設定例を第４図に示す。冷媒温度調節計１６の出力５０
％を境にして、５０％〜１００％の領域で調節弁１７の
開度をＯ〜１００％操作し、０〜５０％の領域では調節
弁１８の開度を１００〜０％操作するようにしている。

このようにすることにより、冷媒温度調節計１６の出力
が５０％以上の領域では冷媒温度調節計１６の出力増加
に応して高温のホットオイルの流量が増加する（冷却量
が減少する）。冷媒温度調節計１６の出力が５０％以下
の領域では冷媒温度調節計１６の出力減少に応して低温
のコールドオイルの流量が増加する（冷却量が増加する
）こととなる。従って冷媒温度調節計１６の出力に応じ
てはぼ連続的に冷却量を変更する仕組みとなっている。

上記のように各機器が働くため、例えば定常運転中にお
いて何らかの外乱により反応温度が上昇すると、反応温
度調節計２０は冷媒温度調節計１６に対し冷媒温度設定
値を減少させる働きをする。

冷媒温度調節計１６は温度計１５の出力と冷媒温上 渡設定値を一致されるため、冷媒温度調節計１６の出力
を減少しその際の冷媒温度調節計１６の出力が５０％以
下の領域の場合にはコールドオイル流量を増加させるべ
く調節弁１８の開度を増加させる。上記により冷媒温度
（温度計１５の出力）は低下し、冷却量が増大して反応
温度の上昇は抑制される。

上記とは逆に反応温度が下降しそうになると反応温度調
節計２０は冷媒温度設定値を増加させ、冷媒温度調節計
１６は出力を増加するため調節弁１８の開度を減少させ
、コールドオイル流量が減少する（冷媒温度調節計１６
の出力が５０％以下の領域の場合）。上記により冷却量
が減少するので反応温度の下降は抑制される。

〔発明が解決しようとする課題〕

重合反応装置において重要なことは、反応温度を適切に
所定値に保つことにある。しかしながら従来の装置にお
いては、ポリスチレンの重合反応が高温発熱を伴うもの
であるにもかかわらず、重合液の粘度が高いため、伝熱
係数が大きく取れず操作遅れが大きい。これらにより、
反応温度の変動が大きくなるのみか、制御系が反応熱の
変動等に追従しきれず暴走反応が発生する恐れがあった
。

本発明は、上記課題を解決し反応温度の変動を横力少な
くすると共に暴走反応による不良製品の生産、更にはプ
ラント停止等をなくすためのものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の反応装置の反応温度制御方法は、冷却用ジャケ
ットが設けられた反応槽に予熱器を介して原料が供給さ
れ、反応温度検出器が検出した上記反応槽内の反応温度
を入力した反応温度調節計が上記冷却用ジャケットに供
給される冷媒流量を制御し、原料塩度検出器が検出した
上記予熱器出口の原料温度を入力した原料温度調節計が
原料温度を調整する熱媒流量を制御する反応装置におい
て、上記反応温度検出器が出力した反応温度を関数演算
器が入力して反応温度の増加に対して変化率が増大する
信号を出力し、その信号を入力した反応温度調節計が反
応温度に上記信号を乗算して出力して冷媒流量を制御し
、また、上記反応温度検出器が出力した反応温度を入力
した変化速度演算器−器が反応塩度の変化速度を出力し
、同変化速度を入力した信号制御器が上記変化速度が正
のときのみ同変化速度に比例した補正信号を出力し、同
補正信号を入力した係数減算器が補正された設定値を出
力して熱媒流量を制御することを特徴としている。

〔作用〕

上記において、反応槽内の反応温度が上昇した場合には
、反応温度検出器が出力した反応温度が関数／４算器に
入力され、同関数演算器は反応温度の増加に対して変化
率が増大する信号を出力する。

関数演算器の出力信号は反応温度調節計に入力され、同
調節計は上記反応温度に上記出力信号を乗算した信号を
出力し、冷媒流量を制御する。上記調節計は関数演算器
の出力信号を乗算した信号を出力するため、その出力信
号は反応温度の増加に対して変化率が増大し、上記冷媒
流量は反応温度の増加に対して累積的に増大し、冷却効
果が高められている。

また、上記反応温度検出器が出力した反応温度は変化速
度演算器に入力し、同演算器は反応温度の変化速度を出
力して信号制御器に入力し、同制御器は上記変化速度に
比例した補正信号を出力して係数減算器に入力し、同減
算器は補正された設定値を出力して熱媒流量を制御し、
原料温度は反応温度の変化速度に対応して下降する。

」二記に対して、反応温度が下降した場合には、関数清
算器が出力する変化率は減少するため、冷媒流量の減少
は小幅に押えられる。

また、熱媒流量については、信号制御器より補市信号が
出力されないため、反応温度には関係なく匍Ｈ卸される
。

上記により、反応温度が上昇する場合にはジャケットに
供給される冷媒と予熱器に供給される熱媒が大幅に冷却
効果を高め、下降する場合はジャケットに供給される冷
媒が冷却効果を小幅に止めるため、反応温度の変動を低
減させることが可能となり、ポリスチレン等を生成する
場合、均一な品質とすることができ、また暴走反応によ
る不良製品の生産やプラント停止を防止することが可能
となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図に示す本実施例は、冷却用ジャケット２３が設け
られた反応槽２２内に予熱器６が設けられた配管２５に
より原料が供給され配管７により排出され、配管８によ
り供給されたホットオイルと配管９により供給されたコ
ールドオイルが配管ｌＯにて合流し上記冷却用ジャケッ
ト２３に供給されて反応槽２２を冷却して配管１１によ
り排出され、上記予熱器６出口の原料温度を原料温度検
出器１２が検出して原料温度調節計１３に入力し同調節
計１３が調節弁１４を介して上記予熱器６に供給される
熱媒量を制御し、上記反応槽２２の温度を反応温度検出
器１９が検出し反応温度調節計２０を介して冷媒温度調
節計１６に入力し、同冷媒温度調節計１６が冷媒温度計
１５により検出された配管１０を流れる冷媒の温度を入
力し関数演算器２１を介して上記配管８に設けられた調
節弁１７と上記配管９に設けられた調節弁１８の開度制
御を行う反応装置において、上記反応温度検出器１９の
出力信号を入力し出力信号を反応温度調節計２０に入力
する関数演算器５、上記反応温度検出器１９が検出した
反応温度を入力し反応温度の変化速度を演算する変化速
度演算器１、同演算器１より変化速度を入力しそれが負
の値の場合には零を出力し正の値の場合には入力と等し
い値を出力する信号制御器２、定常状態における予熱器
６出ロ温度の設定値を出力する信号設定器４、および上
記信号制御器２と信号設定器４より出力信号を入力し上
記予熱器６出ロ温度を制御する原料温度調節計１３へ設
定値を出力する係数減算器３を備えている。

本実施例においては、変化速度演算器１、信号制御器２
、係数減算器３、信号設定器４及び関数演算器５以外の
装置による作用は、従来と変らないためその説明を省略
する。

上記において、定常運転中に何らかの外乱により反応温
度が上昇すると、関数演算器５の出力は反応温度検出器
１９の出力増加に応して第２図に示すように増加し、反
応温度調節計２０の比例ゲインを乗算補正するため、反
応温度調節計２０は従来方法に比べ大幅な減少訂正信号
を冷媒温度調節計１６に設定値として出力する。従って
、冷媒温度調節計１６は従来に比べより速く大幅に調節
弁１８の開度を増加させ、（冷媒温度調節計１６の出力
が５０％以下の領域の場合）冷却量を増加させる。また
、反応温度検出器１９は変化速度演算器１及び信号制御
器２を介して反応温度の上昇速度に比例した温度設定値
補正信号を係数減算器３に与え、係数減算器３が信号設
定器より入力した信号を上記温度設定値補正信号により
補正して出力し、その出力（原料温度調節計１３の設定
値）は減少し、原料温度調節計１３は原料温度検出器１
２と係数減算器３の出力が等しくなるように調節弁１４
の開度を減少させ、冷媒流量を調節する。

そのため、反応槽２２への原料混合液の温度は減少し、
反応槽への入熱量が減少し、反応温度が上昇しすぎるの
を抑制する。

以上の動作により反応温度の上昇は微少に保たれる。

上記に対して、反応温度が下降気味の場合には、従来方
法に比べ冷媒温度調節計１６へ入力される設定値は小幅
な増加となり、調節弁１８の開度は従来に比べ小幅に減
少し適切な冷却量が与えられる。また、この場合には、
信号制御器２が零を出力するために、予熱器６による原
料の予熱は反応温度検出器１９が出力する温度の変化に
影響されない温度で行われる。これらの作用により反応
温度の下降変動は微少に保たれる。

上記本実施例は、反応槽２２における反応温度が制御し
にくい主原因として、反応温度によりプロセス特性が異
なることに着目したものである。

具体的には反応温度が上昇すれば発熱量も増大する。即
ち反応温度の増加につれて反応速度（ｋ：ｍｏｊ２／ｎ
ｆ・ｈ　）が増大する。また、発熱量ｑ　（ｋｃａＱ／
　ｎｆ−ｈ）と反応速度には（１）式に示す関係がある
。

従って反応温度の増加に対応して発熱量ｑも増加をする
こととなる。

ｑ眞ｋ・ΔＨ−・・−−−−−−−−−・−−−−−一
・−・−−−−−−一−−−−−−−・−（１）但し、
ΔＨ（ｋｃａｆｆｉ／ｍｏｆｆｉ）は反応熱このプロセ
ス特性を利用し良好に制御するためには、反応温度が上
昇したときは下降したときに比べ冷却量を速やかに多量
に増加させて必要な冷却量を確保し、下降したときには
上昇したときに比べ冷却量を少量減少し、絞り過ぎによ
る反応温度の変動をきたさない適切な冷却量を確保する
こととしている。

また、反応槽２２の反応温度の変化速度を監視し、変化
速度が正（増加）のときには反応温度が上昇しすぎる前
に前もって反応槽への供給原料混合液の温度（予熱器６
出日原料温度調節計１３の設定値）を反応温度の変化速
度に比例して減少させ（微分演算）、反応槽２２が熱的
に安定するように処理することとしたものである。

上記により、反応槽の反応温度の変動が少なくなり均一
な品質のポリスチレンを得ることができる。また、暴走
反応による不良製品の生産やプラント停止もなくなり、
プラント停止や復旧操作による稼動率の低下を防ぐこと
ができる。

［発明の効果］ 本発明の反応装置の温度制御方法は、反応槽を冷却する
冷媒流量については、反応温度の変化に応して変化率が
増減する関数演算器の出力に対応させ、原料を加熱する
熱媒流量については、反応温度の変化速度が正の場合の
み上記変化速度に対応した補正信号により補正された設
定値により制御することによって、反応温度が上昇する
場合にはジャケットに供給される冷媒と予熱器に供給さ
れる熱媒が大幅に冷却効果を高め、下降する場合はジャ
ケットに供給される冷媒が冷却効果を小幅に１に：、め
るため、反応温度の変動を低減させることが可能となり
、ポリスチレン等を生成する場合、均一な品質とするこ
とができ、また暴走反応による不良製品の生産やプラン
ト停止を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は上記一実
施例に用いる関数演算器の特性図、第３図は従来の方法
の説明図、第４図は上記従来の方ｌ夫における冷媒温度
調節計の特性図である。 １・・・変化速度演算器、　２・・・信号制御器、３・
・・係数減算器、　４・・・信号設定器、５・・・関数
演算器、　６・・・予熱器、８．９，１０．１１・・・
配管、 ・・・原料温度検出器、 ・・・原料温度調節計、 ・・・調節弁、　１５・・・冷媒温度計、・・・冷媒温
度調節計１ ．１８・・・調節弁、 ・・・反応温度検出器、 ・・・反応温度調節計、 ・・・関数演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷却用ジャケットが設けられた反応槽に予熱器を介して
   原料が供給され、反応温度検出器が検出した上記反応槽
   内の反応温度を入力した反応温度調節計が上記冷却用ジ
   ャケットに供給される冷媒流量を制御し、原料温度検出
   器が検出した上記予熱器出口の原料温度を入力した原料
   温度調節計が原料温度を調整する熱媒流量を制御する反
   応装置において、上記反応温度検出器が出力した反応温
   度を関数演算器が入力して反応温度の増加に対して変化
   率が増大する信号を出力し、その信号を入力した反応温
   度調節計が反応温度に上記信号を乗算して出力して冷媒
   流量を制御し、また、上記反応温度検出器が出力した反
   応温度を入力した変化速度演算器が反応温度の変化速度
   を出力し、同変化速度を入力した信号制御器が上記変化
   速度が正のときのみ同変化速度に比例した補正信号を出
   力し、同補正信号を入力した係数減算器が補正された設
   定値を出力して熱媒流量を制御することを特徴とする反
   応装置の反応温度制御方法。