JPH03190902A - 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、原料混合液（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、冷却用ジャケット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
に応して変更される。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温度
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１７．１
８は」二記演算値により開度が調整され、それぞれホラ
１〜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８９を通って供給配管１０で合流しジャ
ケット２３に供給され、ジャケラＩ・２３にて反応槽２
２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の出力に応じて調節弁
１７と１８をスプリッ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５
０％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
加に応じて高温のホラＩ・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の出力減少に応じて
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
応じてほ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の出力と冷媒温度設定
値を一致させるため、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極力少な
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。

１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
ラ１−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−１゜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−に記予熱器出［１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、１−６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−に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第１の係数Ｈ）？］器が反応温度
より所定温度を減算して出力し、同偏差信号を入力した
信号制限器が上記偏差信号がｉＥのときのみ同偏差信号
に比例した補正信号を出力し、同補正信号を入力した第
２の係数減算器が補正された設定値を出力して原料温度
調節計に入力し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演算器に入
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、」−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第１の
係数減算器に入力し、同減算器は反応温度より所定温度
を減算した偏差信号を出力して信号制限器に入力し、同
制限器は上記偏差信号が正の場合のめ同偏差信号に比例
した補正信号を出力して第２の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原料温度調節計に
人力し、同原料温度調節計は熱媒流量を制御し、原料温
度は反応温度に対応して下降する。

上記に対して、反応温度が下降した場合には、関数演算
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、反応温度が所定温度以下の
場合には信号制限器より補正信号が出力されないため、
反応温度には関係なく制御される。

Ｌ記により、反応温度が上昇する場合にはジャゲットに
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図に示す木実施例は、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１０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１日の開度制
御を行う反応装置において、上記反応温度０ 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、予め設定された所定温
度を出力する第１の信号設定器４ａ、」二記反応温度検
出器１９が検出した反応温度と上記信号設定器４ａより
所定温度を入力し反応温度より所定温度を減算する第１
の係数減算器１、同減算器１より偏差信号を入力しそれ
が負の場合には零を出力し正の値の場合には入力と等し
い信号を出力する信号制限器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第２の信号設定器４、
および上記信号制限器２と第２の信号設定器４より出力
信号を入力し上記予熱器６出ロ温度本実施例においては
、第１の係数減算器１、信号制限器２、第２の係数減算
器３、第１．第２の信号設定器４ａ、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
度が一上昇すると、関数演算器５の出力は反応温度検出
器１９の出力増加に応じて第２図に示すように増加し、
反応温度調節計２０の比例ケ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％以下の令頁域の場合）冷却量を増加させる。

また、反応温度検出器１９は反応温度を第１の係数減算
器１に入力し、同減算器１は第１の信号設定器４ａより
所定温度を入力して反応温度より所定温度を減算し、そ
の偏差信号は信号制限器２に入力され、それが正の場合
のみ偏差信号を第２の係数減算器３に与え、係数減算器
３が第２の信号設定器４より入力した設定値より」二記
偏差信号を減算して出力し、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１２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、希媒流量を調節する。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。

」二記に対して、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ＩＱｉＪ　１Ｉｆｊ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
、上記反応温度が所定温度以下の場合には、信号制限器
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：ｍｏｆｆ／ｒ
ｒｔ’・ｈ）が増大する。また、発熱量ｑ　（ｋｃａρ
／ボ・ｈ）と反応速度にば（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Ｍｑも増加をする
こととなる。

ｑ　ｏｃ　ｋ−ΔＨ−−−−−−−−−−−一一一一一
−−−−−−−−−−−−（１１１但し、ΔＨ（ｋｃａ
１７ｍｏｆｆ　）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の反応温度の変動を監視し、反応温度
が所定値を越えた領域にある場合には発熱量が増大し、
反応温度が上昇する恐れがあることから、これを抑制す
るため反応槽２２への原料混合液の温度（予熱器６出日
原料温度調節計１３の設定値）を反応温度の変動に比例
して減少させ、反応槽２２への入熱量を減少させ熱的に
安定させ４ ３ ることとしたものである。

−１−記により、反応槽の反応温度の変動が少なくな（
ツ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１〜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
防くことができる。

〔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じて変化率が
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、反応温度が所定温度を越えた領域
にある場合のみ、所定温度を反応温度より減算した偏差
信号によって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１〜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図は上記従来の方法における冷媒温度調
節計の特性図である。 １・・・係数減算器、　　　　　二　−６・・・予熱器
、 ７．８，９，１０．１１・・・配管、 １２・・・原料温度検出器、 １３・・・原料温度調節計、 １４・・・調節弁、　　１５・・・冷媒温度計、１６・
・・冷媒温度調節計、 １７．１８・・・調節弁、 １９・・・反応温度検出器、 ２０・・・反応温度調節計、 ２１・・・関数演算器、　２２・・・反応槽、２３・・
・冷却用ジャケット。 ７ ８４国 ｒθ０ 趣 ン皮謀是度１釘晒櫨す１６の爪力と句

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
   応温度を入力した第１の係数減算器が反応温度より所定
   温度を減算して出力し、同偏差信号を入力した信号制限
   器が上記偏差信号が正のときのみ同偏差信号に比例した
   補正信号を出力し、同補正信号を入力した第２の係数減
   算器が補正された設定値を出力して原料温度調節計に入
   力し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。