NO763618L

NO763618L -

Info

Publication number: NO763618L
Application number: NO763618A
Authority: NO
Inventors: E Sistig; K-H Reinermann
Original assignee: Huels Chemische Werke Ag
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1976-08-06

Description

"Fremgangsmåte til regulering av kjøleytelsen av en tilbakeløpskjøler". "Method of Regulating the Cooling Performance of a Reflux Chiller".

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til regulering av kjølesystem av en tilbakeløpskjøler ved polymerisasjonsreaksjoner av forbindelser i dispersjon eller oppløsning. The present invention relates to a method for regulating the cooling system of a reflux cooler by polymerization reactions of compounds in dispersion or solution.

I polymerisasjonsteknikken er det kjent å bortføre den opptredende reaksjonsvarme f.eks. via reaktorveggene eller via varmeledende innbygninger i reaktoren. Kjølingen kan også utføres ved hjelp av en tilbakeløpskjøler som kan anvendes alene eller i tillegg til andre kjøleinnretninger. In the polymerization technique, it is known to remove the resulting heat of reaction, e.g. via the reactor walls or via heat-conducting installations in the reactor. The cooling can also be carried out using a reflux cooler which can be used alone or in addition to other cooling devices.

De foran nevnte kjøleforanstaltninger gjør det imidlertid allikevel ikke i tilstrekkelig grad mulig å fange opp alle de tempe-ratursvingninger som opptrer i reaktoren ved polymerisasjonen. However, the cooling measures mentioned above do not, however, make it sufficiently possible to capture all the temperature fluctuations that occur in the reactor during the polymerization.

Der er kjent en fremgangsmåte (DT-AS 1 495 145) som ved regulering av kondensasjonshastigheten i tilbakeløpskjøleren holder polymerisasjonstemperaturen i reaktoren konstant, samtidig som endringen av kondensasjonsforholdene finner sted ved en regulering som styres av polymerisasjonstemperaturen i reaktoren. Temperaturen inne i reaktoren tjener altså herunder som reguleringsstørrelse f.eks. fortrinnsvis for et kjølemiddelkretsløp i tilbakeløpskjøleren. A method is known (DT-AS 1 495 145) which, by regulating the condensation rate in the reflux cooler, keeps the polymerization temperature in the reactor constant, while at the same time the change in the condensation conditions takes place by a regulation controlled by the polymerization temperature in the reactor. The temperature inside the reactor thus serves below as a control variable, e.g. preferably for a refrigerant circuit in the return cooler.

En ulempe ved denne fremgangsmåte er at reguleringen ofte ikke tillater en tilstrekkelig rask korrigering av måleverdien for temperaturen i det indre av reaktoren til ønskeverdien, spesielt når der foreligger'store polymerisasjonssatser, dvs. når der arbeides med store reaktorer på ca. 40 - 300 m 3. En grunn til dette er at det store volum av kjølemediet i tilbakeløpskjøleren utgjør et reguler-ingsteknisk tregt system. A disadvantage of this method is that the regulation often does not allow a sufficiently rapid correction of the measured value for the temperature in the interior of the reactor to the desired value, especially when there are large polymerization rates, i.e. when working with large reactors of approx. 40 - 300 m 3. One reason for this is that the large volume of the refrigerant in the return cooler constitutes a slow system in terms of regulation.

Man står altså overfor den oppgave for dette formål å finne en regulering som arbeider praktisk talt uten forsinkelse. One is therefore faced with the task for this purpose of finding a regulation that works practically without delay.

Ifølge oppfinnelsen er der til bestemmelse av regulerings-størrelsen anordnet en temperatur-måleføler inne i tilbakeløpskjølerenirespektive flere temperatur-målefølere etter hverandre i kjølemiddel-ets strømningsretning, idet der fra måleverdiene beregnes et veiet middel som tilføres en regulator for tilbakeløpskjølerens kjøleytelse. According to the invention, a temperature measuring sensor is arranged inside the return cooler, or several temperature measuring sensors one after the other in the direction of the coolant's flow, to determine the regulation size, with a weighted mean being calculated from the measured values and fed to a regulator for the cooling performance of the return cooler.

Kjølemiddelet i tilbakeløpskjøleren tjener til avkjøling av oppadstigende damper som skal kondenseres i kondensasjonsrommet i tilbakeløpskjøleren. Særlig viktig er det at prinsippet for tempera-turmålingen inne i kjølemiddelet i tilbakeløpskjøleren kan utvides dithen at der i kjølemiddelets strømningsretning inne i tilbakeløps-kjøleren er anordnet flere temperatur-målefølere etter hverandre, The refrigerant in the return cooler is used to cool rising vapors that are to be condensed in the condensation space in the return cooler. It is particularly important that the principle for the temperature measurement inside the refrigerant in the return cooler can be extended to the fact that several temperature measuring sensors are arranged one after the other in the direction of flow of the refrigerant inside the return cooler,

hvis måleverdier tjener til beregning av et veiet middel som tilføres en regulator. whose measurement values are used to calculate a weighed medium which is supplied to a regulator.

Fastleggelsen av antall målesteder og beregningen av det veide middel av måleverdiene avhenger av mange faktorer. F.eks. er utform-ningen og ytelsen av tilbakeløpskjøleren avgjørende for om måleverdiene fra de i området for innløpet for de varme gasser anordnede målesteder skal tillegges høyere vekt enn de ovenforliggende målesteder. The determination of the number of measurement points and the calculation of the weighted average of the measurement values depends on many factors. E.g. is the design and performance of the return cooler decisive for whether the measurement values from the measurement points arranged in the area of the inlet for the hot gases are to be given a higher weight than the measurement points above.

For fastleggelse av en temperatur-middelverdi Tm av de målte motstandsverdier R To/ rt4'<r>t5°^RT6^se fi9*^) ^ra fire motstands-temperaturfølere (f.eks. Pt 100) har det vist seg spesielt gunstig å anvende følgende formel For determining a temperature mean value Tm of the measured resistance values R To/ rt4'<r>t5°^RT6^se fi9*^) ^ra four resistance temperature sensors (e.g. Pt 100) has proven particularly favorable to apply the following formula

Den utregnede middeltemperatur kan også korrigeres ved hjelp The calculated mean temperature can also be corrected using

av en egnet kobling, slik at den måleverdi Tm^ som tilføres regulatoren, vidtgående er direkte proporsjonal med kjøleytelsen av tilbakeløpskjøleren. of a suitable coupling, so that the measured value Tm^ supplied to the regulator is largely directly proportional to the cooling performance of the return cooler.

I tillegg kan vekttallene for de enkelte måleverdier endres under målingen. F.eks. kan dette være av betydning hvis der med stig-ende temperatur skal tas hensyn til en annen kondensasjonsoppførsel i tilbakeløpskjøleren. In addition, the weight figures for the individual measurement values can be changed during the measurement. E.g. this may be of importance if, with rising temperature, account must be taken of a different condensation behavior in the return cooler.

For nærmere beskrivelse av oppfinnelsen vil dennes grunntrekk bli beskrevet under henvisning til tegningen. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den her viste utførelsesform. Fig. 1 viser et reguleringsskjerna for en 100 m 3's PVC-reaktor. Fig. 2 viser et koblingsskjerna til fastleggelse av en midlere temperaturverdi Tm. For a more detailed description of the invention, its basic features will be described with reference to the drawing. However, the invention is not limited to the embodiment shown here. Fig. 1 shows a control core for a 100 m 3 PVC reactor. Fig. 2 shows a connection core for determining an average temperature value Tm.

Den på fig. 1 skjematisk antydede reaktor 1 er i det foreliggende utførelseseksempel en PVC-polymerisasjonsbeholder, hvis mantel 2 er tilkoblet et kjølemiddel-kretsløp 3. Ved begynnelsen av polymeri-sas jonen blir f.eks. ønskeverdien Ts på en regulator 4 innstilt på den temperatur Tl (ca. 50°C) som skal overholdes ved polymerisasjonen. Dessuten blir der i tilførselen til kjølevannet til mantelen målt en temperatur på T2. På i og for seg kjent måte blir tilførselen av damp og vann styrt av ventiler 6,7 via en kaskaderegulering som omfatter en førings- og følgeregulator 4, 5. I detalj finner reguleringen sted som følger: Hvis måletemperaturen Tl i føringsregulatoren for manteltemperaturen avviker fra ønsketemperaturen Ts, innstilles der i følge-regulatoren en ny ønsketemperatur som sammenlignes med måletemperaturen T2. Ved at kjølevanns-manteltemperaturen T2 anvendes som refer-ansestørrelse, er det mulig med en raskere og nøyaktigere regulering enn om bare reaktortemperaturen Tl skulle tilføres som målestørrelse. Mantel-kjølekapasiteten er slik dimensjonert at reaktorens temperatur stiger ytterligere ved full reaksjon i reaktoren. Ved overskridelse av en bestemt, innstilt temperaturgrense, som f.eks. ligger ved 51°C, overtar reguleringskretsen for tilbakeløpskjøleren innstillingen av den nødvendige ytterligere kjøleytelse. The one in fig. 1 schematically indicated reactor 1 is, in the present embodiment, a PVC polymerization container, whose jacket 2 is connected to a coolant circuit 3. At the beginning of the polymerization, e.g. the desired value Ts on a regulator 4 set to the temperature Tl (approx. 50°C) which must be observed during the polymerization. In addition, a temperature of T2 is measured in the supply to the cooling water to the mantle. In a manner known per se, the supply of steam and water is controlled by valves 6, 7 via a cascade regulation comprising a lead and follower regulator 4, 5. In detail, the regulation takes place as follows: If the measurement temperature Tl in the lead regulator for the mantle temperature deviates from the desired temperature Ts, a new desired temperature is then set in the follow-up controller which is compared with the measured temperature T2. By using the cooling water jacket temperature T2 as a reference quantity, a faster and more accurate regulation is possible than if only the reactor temperature Tl were to be supplied as a measurement quantity. The mantle cooling capacity is dimensioned in such a way that the reactor's temperature rises further with full reaction in the reactor. If a specific, set temperature limit is exceeded, such as is at 51°C, the control circuit for the return cooler takes over the setting of the required additional cooling performance.

Den i reaktoren målte temperatur Tl tilføres en ytterligere føringsregulator 8 for tilbakeløpskjøleren. Denne regulator får samtidig tilført verdien Ts + 1°C (f.eks. 51°C) som ønskestørrelse for temperaturen. Hvis måleverdien Tl avviker fra ønskeverdien i førings-regulatoren 8, blir ønskeverdien i en følgeregulator 9 innstilt. Måleverdien Tl som tilføres følgeregulatoren 9, gjennomløper en korrektur-kobling 10, hvor der oppnås en utstrakt proporsjonalitet mellom endringen .av måleverdien Tm og den ytelse som avgis fra tilbakeløps-kjøleren. Den i følgeregulatoren 9 frembragte verdi styrer ventiler li og 12 og dermed gjennomstrømningen 13 av kjølevann til mantelen 15 av en tilbakeløpskjøler 14. I det foreliggende eksempel blir kjølevannsmengden for tilbakeløpskjøleren tatt ut av kjølevanns-kretsløpet for reaktorens kjølemantel. Da dette kjølevann har en hovedsakelig konstant temperatur på f.eks. 25°C og står til disposi-sjon i store mengder, kan manteltemperaturen i tilbakeløpskjøleren endres meget raskt med dette vann. Kjølevanns-gjennomstrømningen 13 kan imidlertid også styres uavhengig av kretsløpet for reaktormantelen, og være en del av enten et lukket kretsløp eller en åpen strøm. The temperature Tl measured in the reactor is supplied to a further flow regulator 8 for the reflux cooler. This regulator is simultaneously supplied with the value Ts + 1°C (e.g. 51°C) as the desired value for the temperature. If the measured value Tl deviates from the desired value in the lead regulator 8, the desired value in a follower regulator 9 is set. The measured value Tl which is supplied to the follow-up regulator 9 passes through a correction link 10, where an extensive proportionality is achieved between the change in the measured value Tm and the output emitted from the return cooler. The value produced in the secondary regulator 9 controls valves li and 12 and thus the flow 13 of cooling water to the jacket 15 of a reflux cooler 14. In the present example, the amount of cooling water for the reflux cooler is taken from the cooling water circuit for the reactor's cooling jacket. As this cooling water has an essentially constant temperature of e.g. 25°C and is available in large quantities, the jacket temperature in the return cooler can be changed very quickly with this water. However, the cooling water flow 13 can also be controlled independently of the circuit for the reactor jacket, and be part of either a closed circuit or an open flow.

Derimot forblir sirkulasjonen i mantelen 2 praktisk talt konstant og påvirkes bare av den ytterligere strømningsmotstand i til-bakeløpskjøleren . In contrast, the circulation in the mantle 2 remains practically constant and is only affected by the additional flow resistance in the return cooler.

Vesentlig for oppfinnelsen er at temperaturverdien Tm fås ved måling av kjølemiddel-temperaturen i mantelen 15. Til dette formål kan temperaturen måles på et eneste sted og denne temperatur settes lik Tm. Tm kan imidlertid også fås som middelverdien av temperaturen på flere målesteder. F.eks. fås der ved en anordning av fire målesteder med temperaturverdiene T3, T4, T5 og T6 (svarende til etter hverandre liggende målesteder i retning oppover på fig. 1) en "matrise" av fire temperaturverdier som kan tildeles forskjellig vekt. Hvis f.eks. de to nederste målesteder skal inngå spesielt sterkt i reguleringskretsen, mens de to øverste skal inngå i mindre sterk grad, kan middelverdien regnes ut som Essential to the invention is that the temperature value Tm is obtained by measuring the coolant temperature in the jacket 15. For this purpose, the temperature can be measured at a single location and this temperature is set equal to Tm. However, Tm can also be obtained as the mean value of the temperature at several measuring points. E.g. a "matrix" of four temperature values which can be assigned different weights is obtained by an arrangement of four measuring points with the temperature values T3, T4, T5 and T6 (corresponding to consecutive measuring points in the upward direction in Fig. 1). If e.g. the two lowest measuring points must be included particularly strongly in the control circuit, while the two uppermost must be included to a lesser extent, the mean value can be calculated as

En middelverdi som har vist seg spesielt gunstig for reguleringen, er også verdien av den såkalte temperatur-motstand som fås ved en kobling som vist på fig. 2, og som har følgende formel An average value that has proven particularly favorable for the regulation is also the value of the so-called temperature resistance obtained by a connection as shown in fig. 2, and which has the following formula

Som nevnt kan denne middelverdi fås ved hjelp av en kobling som vist på fig. 2, og som omfatter en parallellkobling av to og to tempe-"ratur-målemotstander. As mentioned, this mean value can be obtained using a connection as shown in fig. 2, and which includes a parallel connection of two and two temperature measuring resistors.

Som følge av reguleringskvaliteten av reguleringskretsen med reguleringsinnretningerie 8, 9, 10, 11 og 12 og den stadig foreliggende kaldtvannsmengde, kan prinsippielt reaktor-temperaturverdien As a result of the control quality of the control circuit with control devices 8, 9, 10, 11 and 12 and the constantly present amount of cold water, the reactor temperature value can in principle

ved behov endres i løpet av korteste tid ved endring av tilbakeløps-kjølerens kjøleytelse. Oppvarmningen av jtilbakeløpskjøleren oppnås med tilstrekkelig hurtighet av dampens kondensasjons<y>arme. Kjølevannsmeng-den blir herunder regulert svarende til den ved polymerisasjonen if necessary, changes within the shortest time by changing the cooling performance of the return cooler. The heating of the jreflux cooler is achieved with sufficient rapidity by the condensing<y>arm of the steam. The amount of cooling water is regulated below corresponding to that during the polymerization

opptredende varmemengde. Herunder kreves der intet varmt vann eller appearing amount of heat. Below this, no hot water or

damp ved nedsettelse av kjøleytelsen for å bringe kjøleren på en høyere temperatur, da kjøleytelsen reduseres tilstrekkelig hurtig ved hjelp av kondensasjonsvarmen. steam by reducing the cooling capacity to bring the cooler to a higher temperature, as the cooling capacity is reduced sufficiently quickly by the heat of condensation.

Antall målesteder i tilbakeløpskjøleren kan variere sterkt. De oppnådde måleverdier kan endres under målingen, og målepunktene kan kobles inn og ut slik at det er mulig ved hjelp av en egnet kobling å korrigere temperatur-middelverdien Tm slik at den måleverdi T^qj-j. som tilføres regulatoren, i stor utstrekning er direkte proporsjonal med tilbakeløpskjølerens kjøleytelse. The number of measuring points in the return cooler can vary greatly. The measured values obtained can be changed during the measurement, and the measuring points can be switched on and off so that it is possible by means of a suitable connection to correct the mean temperature value Tm so that the measured value T^qj-j. which is supplied to the regulator, to a large extent is directly proportional to the cooling performance of the return cooler.

Ved forsøk med tilbakeløpskjøleren for en 200 m 3's reaktor ble ønskeverdien for reaktoren brått innstilt på en verdi som lå 0,5°C lavere. Følgen var en endring av kjøleytelsen av tilbakeløpskjøleren 1 løpet av to minutter til nesten maksimal kjøleytelse og etterfølg-ende innstilling (etter oppnåelse av den nye ønsketemperatur) på om-trent den kjøleytelse som forelå før endringen av ønskeverdien. Ved en økning av ønsketemperaturen på 0,5°C ble kjøleytelsen i løpet av 2 minutter vesentlig redusert og etter oppvarming av det kjølevann som forelå i tilbakeløpskjøleren, nesten lik null. Da reaktortemperaturen nærmet seg den innstilte ønsketemperatur, tilpasset kjøleytel-sen seg igjen til reaksjonen i reaktoren. When testing the reflux cooler for a 200 m 3 reactor, the desired value for the reactor was suddenly set to a value that was 0.5°C lower. The consequence was a change in the cooling performance of the return cooler 1 over the course of two minutes to almost maximum cooling performance and subsequent setting (after reaching the new desired temperature) at approximately the cooling performance that existed before the change in the desired value. With an increase in the desired temperature of 0.5°C, the cooling performance was significantly reduced within 2 minutes and, after heating the cooling water present in the return cooler, almost equal to zero. When the reactor temperature approached the set desired temperature, the cooling performance again adapted to the reaction in the reactor.

Forsøkene har videre vist at det er mulig å regulere polymerisa-sjonsmassen i 200 m 3's polymerisasjonskjeier innenfor et område på The tests have also shown that it is possible to regulate the polymerization mass in 200 m 3 polymerization cages within an area of

+ 0,5°C, regnet på stedet for temperaturføleren. Det er derfor mulig å oppnå en usedvanlig høy reguleringskvalitet, fremfor alt for store reaktorer. Dessuten er denne koblingsmåte spesielt sikker, da det i reaktormantelen foreliggende vann sikrer en hurtig forsyning av tilbakeløpskjøleren ved svikt i det kjølevann som tilføres kjøle-kretsløpet utenfra. I tilfelle av fare kan en stor mengde kaldtvann tilføres tilbakeløpskjøleren praktisk talt uten forsinkelse. + 0.5°C, calculated at the location of the temperature sensor. It is therefore possible to achieve an exceptionally high control quality, above all for large reactors. Moreover, this connection method is particularly safe, as the water present in the reactor jacket ensures a rapid supply of the reflux cooler in the event of a failure in the cooling water supplied to the cooling circuit from outside. In case of danger, a large amount of cold water can be supplied to the return cooler with virtually no delay.

Claims

1. Method for regulating the cooling performance of a reflux cooler in the case of polymerization reactions of compounds in dispersion or solution, characterized in that a temperature measuring sensor is arranged inside the reflux cooler, respectively several temperature measuring sensors, to determine the regulating quantity

one after the other in the coolant's flow direction, where a weighed agent is calculated from the measured values and fed to a regulator for the cooling performance of the retrocooler.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that four temperature measuring sensors are used which are arranged one behind the other in the direction of flow of the coolant inside the return cooler.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the calculation of the mean value of measured values T3, T4, T5 and T6 (values in the coolant flow direction from the coolant inlet) takes place using resistance values R.,, RT4 / rt5 0 <3 rt6 according to the equation

4. Procedure as stated in claim 1, characterized in that the weight figures for the individual measured values to be calculated are changed during the measurement.

5. • Procedure as specified in claim 1 or 4, characterized in that the individual measuring sensors are switched off and/or others are switched on.

6. Method as stated in one of the preceding claims, characterized in that the average temperature value Tm supplied to the regulator is made directly proportional to the cooling performance of the return cooler by means of a further connection.