CS195721B2 - Method of cooling polymerisation and reactor for making the said method - Google Patents

Description

Předmětem - vynálezu - je . způsob chlazení polymerační reakce sloučenin v disperzi nebo roztoku, přičemž se chlazení - provádí odpařením nejméně jedné kapaliny obsažené v disperzi, popřípadě v roztoku, zkondenzováním vzniklých par ve zpětném chladiči azpětným vedením zkondenzovaných par do reaktoru, jakož i chlazením - zpětného chladiče - - regulovatelným tokem chladivá, popřípadě za současného chlazení - pláštěm.

V - polymerační technice - je známo - odvádět vznikající reakční teplo- například stěnami reaktoru nebo tepelně vodivými - vestavbami v reaktoru. Chlazení je možné též pomocí zpětného chladiče, přičemž je možno- použít ho- samotného· -nebo současně š jinými chladicími zařízeními.

Uvedená chladicí opatření - -neumožňují však - ještě ve- všech případech zachytit v dostačující míře kolísání teploty, k němuž dochází v reaktoru při polymeraci. *

Z německého- vykládacího spisu DAS č. 1 495- 145 je dále znám způsob, při němž se regulováním - rychlosti kondenzace ve - zpětném chladiči udržuje polymerační teplota v reaktoru konstantní, přičemž se změna kondenzačních poměrů provádí regulačním zařízením, které je ovládáno- teplotou - polymerace v reaktoru. Vnitřní teplota v reaktoru slouží přitom tedy jako regulační - ve2 ličina, například - - s výhodou pro- cirkulaci chladivá - ve zpětném chladiči.

Nevýhodou- tohoto' způsobu je, že regulace často -nedovoluje dostatečně - rychlou korekci naměřené- . hodnoty - na - žádanou - hodnotu vnitřní - teploty v reaktoru, zejména - pracuje-li se - s velkými polymeračními násadami, to jest, pracuje-li s velkokapacitními reaktory, například o- objemu - 40 až 300 m³. Příčinou toho - je, že velký objem chladivé ve zpětném chladiči představuje z hlediska re-, gulační techniky soustavu s pomalou reakcí.

Z toho- vyplynul úkol nalézt regulaci, která pracuje - prakticky bez zpoždění.

Nyní byl nalezen způsob chlazení polymerační reakce sloučenin v disperzi, popřípadě v roztoku, při němž se - chlazení provádí odpařením nejméně- jedné kapaliny obsažené v uvedené disperzi, popřípadě roztoku, zkondenzováním vzftiklých par- ve zpětném - chladiči a zpětným vedením zkondenzovaných par do reaktoru, jakož i chlazením zpě-tného chladiče - regulovaným tokem chladivá, popřípadě za- současného - chlazení pláštěm, kterýžto způsob se - vyznačuje tím, že množství tepla, které se - odevzdá při kondenzaci a je ve vztahu k teplotě chladivá - ve zpětném chladiči a stanoví se- z - vyvážených a zprůměrovaných měřených hodnot teplotních čidel, upravených - postupně - za sebou ve směru toku chladívá uvnitř . zpětného chladiče, . 'slouží ' jako ' , regulační veličina k ovládání přítoku ' chladivá pro chlazení _: zpětnéhO' toku.

Uvolněné množství tepla, to jest . kondenzační teplo, je ve .vztahu s teplotou chladivá ve zpětném chladiči. Teplota ' chladivá je tudíž vhodná jako regulační veličina. Popsaný způsob provedený je výhodný pro praktickou aplikaci.

Způsob podle . vynálezu může být použit obecně u polymeračních reaktorů s chlazením zpětného toku.

Značná pružnost ' způsobu podle vynálezu spočívá v podstatě v tom, že se teplota chladivá měří přímo v plášti zpětného' chladiče, čímž je možno jakoukoliv změnu teploty chladivá, vyvolanou pohlcením kondenzačního tepla, předat prakticky bez zpoždění regulaci.

Použití způsobu podle vynálezu umožňuje během velmi krátké ' doby, asi 1 ' áž 2 minut, prakticky nastavit maximální, popřípadě minimální chladicí výkon zpětného· chladiče a tím zachytit kolísání vnitřní teploty v reaktoru v průběhu polymerace; žádaná hodnota se může udržovat prakticky konstantní. Odchylky činí v jednotlivých případech méně než 0,2 °C a nanejvýš 0,5 °C.

Chladivá pro zpětný chladič je možno odebírat ' z chladicího' okruhu pro chlazení pláště reaktoru (víz přiložené schéma). Je však možno vést je i v otevřeném okruhu. Regulace se provádí s výhodou zužováním nebo rozšiřováním přítokového průřezu.

Vynález souvisí též s polymeračním reaktorem, u něhož se reakční teplo odstraňuje kombinovaným chlazeným pláštěm a varem, a který má nejméně ' jedno ' teplotní čidlo v chladivu uvnitř zpětného chladiče, jehož měřenou ' hodnotou je chladicí výkon zpětného chladiče, regulovatelný přes regulační ' zařízení. Chladivo ve zpětném chladiči slouží ' pro chlazení stoupajících par, které se mají zkondenzovat, v ' kondenzačním prostoru zpětného chladiče. Zdá se obzvláště důležité, že princip měření teploty uvnitř chladivá zpětného chladiče je možno rozšířit v tom ' smyslu, že ve ' směru toku chladivá ' uvnitř zpětného chladiče je postupně za sebou upraveno několik teplotních čidel, jejichž měřené hodnoty se vyváží, zprůměrují a průměrné hodnoty se předají regulátoru.

Stanovení počtu měřicích míst a váženého ' průměru měřených . hodnot závisí na velmi mnoha faktorech. Například je tvar a výkon ' ' zpětného chladiče rozhodující, zda měřené hodnoty měřicích míst nacházejících se v oblasti vstupu horkých plynů mají být vyváženy výše než měřené ' hodnoty měřicích míst ležících nad těmito měřicími místy.

Pro' určení teplotního' průměru T_m se ukázalo obzvlášť výhodným zprůměrování hodnot 'odporů Rt , Rt , Rt , Rt (viz obr. ·2), na3 4 5 6 měřených čtyřmi odporovými teplotními ' čidly (např. Pt 100.), ' podle' 'vzorce '' . . .· ( Rt + Rt ) · ( Rt + Rt ) „ 3 5 46 ^m R_t + R_t + R_t 4- R_t 3 4 56

Zprůměrovaná teplota se může korigovat i vhodným zapojením, takže naměřená hodnota T_mkorr. přiváděná do sekundárního ' regulátoru je ' pomocí ' přídavného ' zapojení přímo úměrná chladicímu výkonu zpětného chladiče. .

Kromě toho ' se mohou vyvažovači faktory jednotlivých měřených hodnot měnit během měření. To' může být například významné, když je se stoupající teplotou možno pozorovat jiné ' kondenzační poíněry ve zpětném chladiči.

Vynález je blíže 'objasněn s přihlédnutím k přiloženým výkresům, na něž však není nikterak omezen.

Na obr.' 1 je znázorněno ' . regulační schéma reaktoru O' obsahu 100 m³ ' pro polyrneraci vinylchloridu, na obr. 2 schéma zapojení pro· zjištění zprůměrované hodnoty teploty Tm.

Reaktorem 1, znázorněným na schématu, je v tomto' případě kotel pro polymerací vinylchloridu, jehož plášť je napojen na oběh 3 chladivá. Při počátku polymerace se například žádaná hodnota Ts regulátoru 4 nastaví na teplotu Ti =, ' 50 °C, která se má dodržovat v reaktoru' při polymerací. Kromě toho' se měří teplota T2 v přívodu chladicí vody do' pláště. O sobě známým způsobem se ovládá přívod páry a vody ventily 6, 7 přes kaskádovou regulaci, která má řídicí a sekundární regulátor 4, 5. Regulace se v jednotlivostech provádí takto: odchýlí-li se v řídicím regulátoru u teploty pláště naměřená teplota Ti od žádané ' teploty T_s, předloží se sekundárnímu regulátoru nová žádaná teplota, která se srovnává s měřenou teplotou T2. Tím, ' že se jako referenční veličiny použije ještě teploty T2 chladicí vody v plášti, je umožněna rychlejší ' a přesnější regulace, než když, se jako' měřená veličina vkládá jen teplota Ti v reaktoru. Chladicí kapacita pláště je dimenzována tak, že při plné reakci v reaktoru jeho teplota dále stoupá. Při překročení určité nastavené teplotní hranice, která činí například 51 °C, . převezme regulační obvod ' zpětného . ' chladiče nastavení' dalšího' potřebného chladicího výkonu.

Teplota Ti, měřená v reaktoru, se . vkládá do dalšího řídicího regulátoru 8 pro zpětný chladič, do něhož' je současně vložena teplota Ts + 1 °C ' (příklad: 51 °C), jakožto žádaná veličina. Odchýlí-li se měřená ''hodnota Ti od žádané ' hodnoty řídicího' regulátoru 8, přestaví se sekundárnímu regulátoru 9 žádaná hodnota. Měřená hodnota Tm, ' přiváděná do sekundárního . regulátoru 9, probíhá korekčním zapojením ' 10, v němž se dosáhne dalekosáhlé úměrnosti mezi změnou měřené hodnoty T_m a výkonem odevzdaným zpětným chladičem. Hodnota vyrobená v sekundárním regulátoru ovládá ventily 11, 12 a tím průtok 13 chladicí vody, která prochází pláštěm 15 zpětného chladiče 14. V tomto příkladu se chladicí voda pro zpětný chladič odebírá z oběhu chladicí vody pro chladicí plášť reaktoru. Poněvadž tato chladicí voda má v podstatě stálou teplotu, například 25° Celsia, a jé к dispozici ve velkém množství, je možno touto vodou rychle změnit teplotu pláště u zpětného chladiče. Průtok 13 chladicí vody je však možno ovládat i nezávisle na oběhu pláštěm, a to jak jako otevřenou, tak i jako uzavřenou soustavu.

Naproti tomu zůstává oběh v plášti 2 téměř konstantní a je ovlivňován pouze přídavným odporem zpětného chladiče při proudění.

Podstatné při vynálezu je, že hodnota teploty T_m se zjišťuje měřenírti teploty chladivá v plášti 15. К tomu je možno teplotu zjišťovat na jediném místě a položit ji rovnou T_m. T_m však může být zjištěna i jako zprůměrovaná teplota, několika měřicích míst. Například se při uspořádání čtyř měřicích míst s teplotními hodnotami Тз, T4, Ts, Те (měřicí místa ve vzestupném uspořádání, jako na obr. 1) získá matrice čtyř teplotních hodnot, které se vyvažují různým způsobem. Mají-li například obě dole ležící měřicí místa vstoupit obzvlášť silně do· regulačního obvodu a obě výše ležící měřicí místa méně silně, je možno vytvořit střední hodnotu podle vzorce

T_m - —(21’3 + 21’4 + Ts + Tej.

O

Jako průměrná hodnota, výhodná pro regulaci, se ukázala i hodnota teplotního odporu R_T , jíž lze zjistit podle obr.' 2 z násleÍH dujícího vzorce:

(R r 4- R_T ) · ( Rt ' 4- R_T ) 3 5 4 6 ^Г m Rt 4- Řt 4- Rt 4- Rt 3 4 5 6

Tohoto' zprůměrování je možno dosáhnout tím, že se podle obr. 2 provede paralelní zapojení vždy dvou teplotních měrných odporů.

Zásadně je možno regulační úrovní regu.. lačního okruhu s regulačními zařízeními 8, 9, 10, 11 a 12 a stále přítomným množstvím chladicí vody měnit hodnotu teploty v reaktoru v případě potřeby během velmi krátké doby změnou chladicího výkonu zpětného chladiče. К ohřátí zpětného chladiče dojde dostatečnou rychlostí kondenzačním teplem páry. Množství chladicí vody se přitom reguluje podle množství tepla vznikajícího při polymeraci. Zde není zapotřebí teplé vody nebo páry pří snížení chladicího výkonu, aby se chladič přivedl na vyšší teplotu, poněvadž se chladicí výkon sníží dostatečně rychle kondenzačním teplem.

Počet měřicích míst ve zpětném chladiči je možno značně měnit. Zjištěné měřené hodnoty se mohou během měření měnit, místa měření se mohou zapojit a vypojit, takže je možné korigovat zprůměrovainou teplotu T_m vhodným zapojením tak, že měřená hodnota T_mkorr, přiváděná do regulátoru, je co nejvíce přímo úměrná chladicímu výkonu zpětného chladiče.

Při zkoušce se zpětným chladičem reaktoru o objemu 200 m³ byla žádaná hodnota reaktoru náhle nastavena o 0,5 °C níže. To mělo za následek změnu chladicího výkonu zpětného chladiče během dvou minut na téměř maximální chladicí výkon s následným nastavením — po dosažení nové žádané teploty — na přibližně stejný chladicí výkon, jaký byl před změnou žádané hodnoty. Při zvýšení žádané teploty o 0,5 °C byl chladicí výkon během dvou minut dalekosáhle snížen a po ohřátí chladicí vody přítomné ve zpětném chladiči téměř na nulu. Když se teplota v reaktoru přiblížila nastavené žádané teplotě, přizpůsobil se chladicí výkon opět reakci v reaktoru.

Pokusy dále ukázaly, že je možná regulace polymerační hmoty u polymeračních kotlů o obsahu 200 m³ na ± 0,5 ^QC, vztaženo na místo teplotního čidla. Je tedy možné dosáhnout především u velkoreaktorů neobvykle vysoké regulační úrovně. Kromě toho je tento způsob zapojení obzvláště bezpečný, poněvadž při výpadku chladicí vody přiváděné do chladicího okruhu z vnějšku zabezpečuje voda obíhající v plášti reaktoru krátkodobé zásobování zpětného chladiče. V případě nebezpečí je možno prakticky bez prodlení přivést do zpětného chladiče velké množství studené vody.

Claims (6)

1. Způsob chlazení polymerační reakce sloučenin v disperzi, popřípadě v roztoku, při němž se chlazení provádí odpařením nejméně jedné kapaliny obsažené v uvedené disperzi, popřípadě roztoku, zkondenzováním vzniklých par ve zpětném chladiči a zpětným vedením zkondenzovaných par do reaktoru, Jakož i chlazením zpětného chladiče regulovaným tokem chladivá popřípadě za současného chlazení pláštěm, vyznačující se tím, že množství tepla, které se odevzdá při kondenzaci a Je ve vztahu к teplotě chladivá ve zpětném chladiči a stanoví se z vyvážených a zprůměrovaných měřených hodnot teplotních čidel, upravených postupně za sebou ve směru toku chladivá uvnitř zpětného chladiče, slouží jako regulační veličina к ovládání přítoku chladívá pro chlazení zpětného toku.

2. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že se použije čtyř teplotních čidel, upravených postupně za sebou uvnitř zpětného chladiče.

3. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že se zpr úměr o vání naměřených hod-

VYNALEZU not Тз, Ϊ4, Ts а Te, v uspořádání od vstupu chladivá ve směru proudění chladivá, pomocí hodnot odporů R_T , R_T, Rť a R_r prová3 4 5 6 dí podle rovnice (R_T + R_T ) . (R-r + R_T )

3 5 4 6 ^T m Rt + Rt + Rt + R?

3 4 5 6

4. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že vyvažovači faktory pro jednotlivé, měřením zjišťované hodnoty jsou během měření měnitelné;

5. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že se použije (idei, která jsou jednotlivě odpojitelná, a/nebo jiných čidel, která jsou jednotlivě připojitelná.

6. Způsob podle bodů 1 až 5 vyznačující se tím, že zprůměrovaná hodnota teploty T,_n, přiváděná do sekundárního regulátoru, je pomocí přídavného zapojení přímo úměrná chladicímu výkonu zpětného chladiče.