JPH07128210A

JPH07128210A - 反応モニタリングシステム

Info

Publication number: JPH07128210A
Application number: JP5277993A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Saeki; 佐伯幸弘; Kazuichi Aoki; 青木和一; Satoru Kudo; 悟工藤; Kiyotaka Toyofuku; 豊福喜代隆
Original assignee: Jeol Ltd; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Jeol Ltd; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】インラインリアルタイム粘度計測によって得
られた粘度信号をリアルタイムで温度補正を行い、設定
した一定温度Ｔｓでの重合度の変化等を表す粘度を捕ら
える。【構成】ＳＴ１で粘度センサー（Ｈｗ）の飽和温度Ｔ
_HWを計測し、ＳＴ２で液温測定センサーで液体温度Ｔ
_RTDを計測し、ＳＴ３で求めた計測値Ｔ_HWとＴ_RTDの差
から粘度に関する指標値ＤＴを計算し、ＳＴ４で指標値
ＤＴと温度Ｔの関係式を用いて補正指標値ＤＴｃを計算
し、粘度に関する補正した指標値ＤＴｃを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粘度を計測する反応モ
ニタリングシステムに関し、特に、インラインリアルタ
イムで基準の一定温度における測定物の粘度変化を容易
に計測可能な粘度計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ポリマーの縮合反応、重合反応
等の反応過程のモニター、重合度（分子量）のチェック
は、従来より、粘度測定により行い、反応工程での管
理、反応終点の予測は、粘度情報を基に行っている。

【０００３】このように、現場での粘度計測は重要な作
業であり、リアクターに直接センサー等を挿入し、イン
ラインリアルタイムにて行うのが最良の方法であるが、
リアクター内の環境は下記のように過酷な測定環境下に
あり、インラインリアルタイム計測は従来難しかった。

【０００４】（ａ）高温である。（ｂ）高圧又は減圧下にある。（ｃ）測定物は、通常、高粘性物質、ゲル化物で、付着
性が強い。（ｄ）高流動状態、乱流状態での測定である。

【０００５】そのため、従来は、リアクターよりサンプ
ルを抜き取り、恒温槽で温度を一定にしてから測定する
バッチ抜き取り測定が主流であった。

【０００６】このバッチ抜き取り測定は、前記のように
理想的であるインラインリアルタイム計測に比べて、下
記のように種々の問題点を含んでいる。（１）計測が不連続で、計測点以外の反応の挙動が判ら
ない。（２）サンプルの採取、サンプルの温度調節、測定に時
間がかかり、粘度情報のフィードバックに遅れを生ずる
ため、反応工程の管理、反応終点の決定は予測に頼らざ
るを得ない。（３）一連のバッチ測定では手間がかかるため、工程の
省力化・自動化は難しい。

【０００７】このような問題点に鑑みて、従来、細線加
熱式粘度計が考案されている（特開昭６０−１５２９４
３号、特願平２−１４１６４９号等）。この細線加熱式
粘度計を簡単に説明する。一般に流体内に発熱体を挿入
すると、発熱体の温度は熱伝導、対流により平衡状態に
達するが、流体粘度が低いと、流体は盛んに対流して発
熱体から多くの温度を奪うので、その平衡温度は低くな
り、逆に、流体粘度が高ければ、対流は少なくて奪われ
る熱も少なく、発熱体平衡温度は高くなる。細線加熱式
粘度計は、この原理をもとに粘度測定を発熱体の平衡温
度を測定することにより行うものである。この粘度計
は、図６に側面を示すように、ほぼ形状同一な一対の温
度センサーからなり、一方の液体温度センサー１は流体
の温度θを測定し、他方の発熱体温度センサー２は白金
線が捲回された発熱抵抗体からなり、定電圧で通電され
て発熱体として使用され、発熱体の温度（θ_s）はその
電気抵抗の変化を測定することにより計算され、粘度は
流体の温度（θ）と発熱体の温度（θ_s）との差により
計算される。この一対の温度センサーは、センサーホル
ダーに取り付けられ、反応容器開口部にフランジを介し
て係合され、反応容器における流体中に挿入されて、測
定に用いられる。

【０００８】この細線加熱式粘度計は、従来の力学的方
法、細管式、落体式、差圧式と違い、発熱体の流体との
熱伝達状況を調べることにより粘度を知ろうとするもの
であり、上記のように、単純な形状の一対の液温センサ
ー１と発熱体温度センサー２で構成されており、上記
（ａ）〜（ｄ）のような測定環境下であっても、容易に
測定物に挿入することが可能で、インラインリアルタイ
ムでの粘度計測が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インラ
イン粘度計測には、解決しなけれならない問題点がもう
一つある。すなわち、粘度は温度と共に変化するため、
リアクター内の温度変化に伴って表示粘度値が変化する
点が問題となってきた。

【００１０】図５に、アルキッド系ワニス重合過程の粘
度のインラインリアルタイム計測の一例を示す。反応初
期に重合により粘度が上昇しているにも係わらず、反応
液昇温のため、粘度指標値ＤＴは降下している。反応液
が昇温を停止し、定温制御に入った後に外乱により温度
降下している部分では、連続した粘度増加が予想される
にも係わらず、やはり温度の影響を受けて不連続なステ
ップ状の上昇を見せている。後半の安定した定温反応部
では、粘度増加に従ってＤＴの増加が見られる。本例の
ように、リアクター実機内では、温度調節器による制御
は行っているものの、外乱又は制御応答遅れによるリッ
プル等で、温度は常に変化し、粘度が温度変化に影響さ
れるため、重合度（分子量）変化による粘度変化が充分
に捕らえられないという問題点をインライン計測では抱
えている。

【００１１】つまり、重合反応においては、急激な温度
変化が発生する場合が多く、その場合、細線加熱式粘度
計は、粘度変化よりも急激な温度変化による影響、例え
ば粘性以外の物性変化等を強く受けてしまい、実際の粘
度とは異なる変化を粘度変化として計測してしまうとい
う問題があった。

【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、この問題点を解消すべく、
リアクター実機でのインラインリアルタイム粘度計測に
よって得られた粘度信号をリアルタイムで温度補正を行
い、設定した一定温度すなわち基準温度での重合度（分
子量）の変化等を表す粘度を捕らえようとするシステム
を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の反応モニタリングシステムは、実質的に同一位置に
配置された温度センサーと粘度センサーであって同時計
測可能な形状がほぼ同一のセンサー対を備え、かつ、同
一時刻に計測された粘度に関する計測値を温度に関する
補正値によって補正する手段を備え、インラインリアル
タイムで粘度を計測することを特徴とするものである。

【００１４】また、温度に関する補正値は、流体温度と
予め設定される基準温度との差に定数を積算したもので
あって、その定数は、粘度変化が同一と推定した場合の
流体の温度より導くことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明においては、同一位置、同一時刻に計測
された粘度に関する計測値を温度に関する補正値によっ
て補正するので、重合度等の粘度情報のみをモニターで
きるようになり、また、連続計測、リアルタイム計測が
可能になり、計測が極めて容易になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の反応モニタリングシステムを
上記の細線加熱式粘度計を用いて実施した例を、図面を
参照にして説明する。図１は、本システムの構成図で、
図中、１は液温測定センサー（ＲＴＤ）、２は粘度を測
定する発熱体温度センサー（Ｈｗ）である。発熱体温度
センサー２は、制御表示及びデータ処理装置５により設
定された電流が電源３から通電されて発熱し、液温測定
センサー１により測定される液温より少し高い温度で飽
和する。この飽和温度は発熱体温度センサー２自身で測
定される。この発熱体温度は液体の粘性とある相関を持
っているので、電圧測定装置４により、液温測定センサ
ー１及び発熱体温度センサー２の抵抗を測定し、それぞ
れの温度を求め、その温度差を粘性指標値ＤＴとして制
御表示及びデータ処理装置５で処理し、表示する。この
システムは、図中破線のように別のセンサー対１’、
２’及び電源３’を接続して多重計測することも可能で
ある。

【００１７】ところで、図１のセンサー１、２は研究用
センサーで、独立に製作されているが、プラントのリア
クター等の現場では、図２に側面を示すような耐圧防爆
型のセンサーが使用される。図中、７、８はそれぞれ液
温測定センサー１、発熱体温度センサー２の素子部を示
し、保護管６に封入されている。素子７、８及び保護管
６はそれぞれ同一形状で製作され、双方のセンサーの温
度感知の応答特性の違いによる誤差を減少するように製
作されている。液温測定センサー１と発熱体温度センサ
ー２は相互に近傍に配置し、温度分布の乱れ、温度勾配
があっても正確な計測ができるように設計されている。
液温測定センサー１と発熱体温度センサー２は耐圧フラ
ンジ１０等の取付具まで延長管９により密封され、１１
の防爆端子箱を介して電源３、電圧測定装置４に接続さ
れる。

【００１８】以下に述べるインラインリアルタイムでの
温度補正は、単に、リアルタイムの処理能力のあるデー
タ処理装置５等のデータ処理機を有するのみならず、上
記のように、（Ａ）同一時間（同一タイミング）で粘度
と温度を計測するセンサーシステムを有し、（Ｂ）粘度
計測センサー２と同一場所又は実質的に同一と考えられ
る位置に温度計測センサー１を配置し（一方のセンサー
の表面の流動境界層の外側の可及的に近接した位置：１
ｃｍ未満）、（Ｃ）双方の測定温度が同一（粘度計測セ
ンサー２を加熱しない場合）になる、条件が必要であ
り、温度補正により誤差、ノイズが増大することがない
システムが必要である。

【００１９】ところで、一般に、流体の温度（Ｔ）と粘
度（η）の関係は、アンドレーデ（Ａｎｄｒａｄｅ）の
式である、 η＝Ｋ₀ｅｘｐ（Ｋ₁／ｋＴ）（η：粘度、Ｔ：流体温度、ｋ：ボルツマン定数、
Ｋ_i：定数（以下、同じ））によって表されるが、広範
囲の温度変化には次の式がよく一致する。

【００２０】 η＝Ｋ₂ｅｘｐ｛Ｋ₃／（Ｔ＋Ｋ₄）｝・・・また、細線加熱式粘度計による計測の指標値ＤＴ（両セ
ンサー１、２の温度差）とηの関係は、ＤＴ＝Ｋ₅＋Ｋ₆ｌｏｇ_e（η）・・・が経験的に求められており、式、より、ＴとＤＴの
関係は、下記式で規定される。

【００２１】ＤＴ＝Ｋ₇＋Ｋ₈／（Ｔ＋Ｋ₄）・・・本式は、ＴとＤＴの関係は、Ｋ₄、Ｋ₇に漸近線を持
つ逆関数となることを示しており、実測例と良く一致す
る。また、温度範囲が狭ければ、式を一次式ＤＴ＝Ｋ₉−Ｋ₁₀Ｔ・・・に近似することも実質的に可能である。

【００２２】上記の式又はを用い、図１の構成の装
置により、インラインリアルタイムで粘度を表すＤＴを
流体温度Ｔ_Rtdで補正することが可能となる。図４は、
図５のアルキッド系ワニスの計測値ＤＴを、上記の式
を用いて、基準温度（Ｔｓ）に温度補正をした補正指標
値（ＤＴｃ）に変換して表示した実例を示すものであ
り、Ｔｓとして定温反応部温度の平均値を使い、補正式
は式より得られる温度補正係数Ｋ₁₀により、次の式
を用いてリアルタイムで図３のプログラムを使用して取
得した。

【００２３】ＤＴｃ＝ＤＴ−Ｋ₁₀（Ｔｓ−Ｔ_Rtd）・・・図３のプログラムを簡単に説明すると、ステップＳＴ１
で発熱体温度センサー（Ｈｗ）２の飽和温度Ｔ_HWを計測
し、ステップＳＴ２で液温測定センサー（ＲＴＤ）１で
流体温度Ｔ_RTDを計測し、ステップＳＴ３で上記の計測
値Ｔ_HWとＴ_RTDの差から指標値ＤＴを計算し、ステップ
ＳＴ４で式を用いて補正指標値ＤＴｃを計算するもの
である。

【００２４】このようにして、従来技術の欠点である粘
度変化が充分に捕らえられないという問題が解決され、
補正指標値ＤＴｃはインライン計測でありながら温度影
響を受けない重合度（分子量）の変化として、反応をモ
ニターすることができ、多大な利点をもたらす。

【００２５】以上の実施例においては、細線加熱式粘度
計を用いたシステムについて例示したが、他の方式の粘
度計を用いても同様であり、前記の条件（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）を具備した計測システムにも適用でき
る。また、実例として、重合度モニターを例示したが、
他の用途、例えば重合物の希釈プロセス等、全ての粘度
管理する工程での使用についても、本発明は適用でき
る。さらに、処理プログラムは、前記式又は式を使
用したが、その代わりに前記式による補正を用いても
よい。

【００２６】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
の反応モニタリングシステムによると、通常は抜き取り
バッチ計測が主体であった反応プロセスの粘度計測にお
いて、温度が変化するリアクター等においてインライン
でリアルタイム計測が可能なように、温度変化に対して
温度補正を行うことにより、重合度等の粘度情報のみを
モニターできるようになり、また、連続計測、リアルタ
イム計測が可能になり、計測が極めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反応モニタリングシステムの１実施例
の構成図である。

【図２】実機におけるセンサーの形態の１例を示す側面
図である。

【図３】温度補正プログラムの１例のフローチャートで
ある。

【図４】本発明に基づいて図５の計測値を温度補正をし
た補正指標値を示す図である。

【図５】細線加熱式粘度計による重合過程の粘度計測値
の一例を示す図である。

【図６】細線加熱式粘度計を説明するための側面図であ
る。

【符号の説明】

１、１’…液温測定センサー２、２’…発熱体温度センサー３、３’…電源４…電圧測定装置５…制御表示及びデータ処理装置６…保護管７…液温測定センサーの素子部８…発熱体温度センサーの素子部９…延長管１０…耐圧フランジ１１…防爆端子箱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤悟東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号日本電子株式会社内 (72)発明者豊福喜代隆東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号日本電子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に同一位置に配置された温度セン
サーと粘度センサーであって同時計測可能な形状がほぼ
同一のセンサー対を備え、かつ、同一時刻に計測された
粘度に関する計測値を温度に関する補正値によって補正
する手段を備え、インラインリアルタイムで粘度を計測
することを特徴とする反応モニタリングシステム。
【請求項２】温度に関する補正値は、流体温度と予め
設定される基準温度との差に定数を積算したものであっ
て、その定数は、粘度変化が同一と推定した場合の流体
の温度より導くことを特徴とする請求項１記載の反応モ
ニタリングシステム。