DE1283197B - Verfahren zur automatischen Regelung der Umsatzverteilung in kontinuierlich durchflossenen Reaktorreihen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Deutsche Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

C08d

12 g -1/01

39 b3 -1/14

P 12 83 197.9-41 (C 30937)

20. September 1963

21. November 1968

Exotherme Reaktionen, die in mehreren hintereinandergeschalteten, kontinuierlich durchflossenen Rührautoklaven stattfinden und bei denen die Reaktionswärme durch Kühlung der Autoklaven abgeführt wird, sollen im allgemeinen so gleichmäßig ablaufen, daß die Umsätze in den einzelnen Autoklaven zeitlich nicht schwanken.

Die Einhaltung einer in der Zeit unveränderlichen Umsatzverteilung bringt Vorteile in der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, in der Ausbeute und in der Produktqualität.

Die gewünschte Gleichmäßigkeit ist bei solchen Reaktionen schwer zu verwirklichen, bei denen die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur steigt und die Wärmeabfuhr bei erhöhtem Umsatz, z. B. durch Erhöhung der Viskosität des Autoklaveninhaltes, erschwert wird. In solchen Fällen ist das Gleichgewicht zwischen erzeugter Wärme und Wärmeabfuhr labil. Geringste Abweichungen der — meist in die ersten Autoklaven der Reihe — eingespeisten Katalysatormenge, -konzentration oder -aktivität bzw. Abweichungen der den Umsatz anregenden Komponente vom Sollwert führen zu weiten und gefährlichen Abweichungen der Temperatur und des Umsatzes, insbesondere in den ersten Autoklaven der Reihe, in denen sich die Abweichung der Aktivierung am raschesten und am stärksten auswirkt.

Um derartige Reaktionen überhaupt betreiben zu können, war man bisher gezwungen, die Kühlkapazität der Autoklaven so auszulegen, daß weit mehr als die durchschnittlich entstehende Wärme abgeführt werden kann, damit der mit einer plötzlichen Umsatzerhöhung verbundene Überschuß an Reaktionswärme nicht zu einem sogenannten »Durchbrennen« der Reihe führt.

Eine Erhöhung der Kühlkapazität der Autoklaven über den Durchschnittsbedarf hinaus ist kostspielig und auch, insbesondere für Reaktionen, bei denen Wandanbackungen auftreten, in anderer Hinsicht nachteilig. Beispielsweise behindert der Einbau von Kühlrohrbündeln oder -schlangen zur Erhöhung der Kühlkapazität sowohl die gleichmäßige Durchströmung aller Zonen im Autoklav als auch das Entfernen der Wandanbackungen bei der Reinigung.

Für die Wärmeabfuhr werden bekanntlich automatische Temperaturregelungen eingesetzt. Sie führen dem Autoklav eine so große Menge an Kühlmittel zu, daß eine als Sollwert eingestellte Temperatur konstant gehalten wird.

Diese Regelung arbeitet aber nur, wenn die Kühlkapazität sehr reichlich ausgelegt ist. Umsatzschwankungen, die z. B. von ungleichmäßiger Aktivierung herrühren, kann sie nicht verhindern.

Verfahren zur automatischen Regelung
der Umsatzverteilung in kontinuierlich
durchflossenen Reaktorreihen

Anmelder:

Chemische Werke Hüls AG, 4370 Mari

Als Erfinder benannt:

Dr. Hermann Amrehn,

Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Günther Beckmann.

4370 Mari;

Dr. Paul Bernemann, 4358 Haltern;

Dr. Wilhelm Schänzer, 4370 Mari

Die bisher häufig angewandte Methode, die Aktivierung der Reaktion von Zeit zu Zeit nach Maßgabe von Ergebnissen aus Umsatzanalysen wie Analysen des Feststoffgehaltes neu einzustellen, ist unbefriedigend, weil einerseits die Analysenergebnisse zu spät, mit analytischen Mängeln behaftet und nur in gewissen Zeitabständen vorliegen und andererseits eine im Autoklav gezogene Probe keinen Rückschluß auf die im Moment der Probenahme herrschende Umsatzgeschwindigkeit zuläßt; vielmehr ergibt die Analyse wegen der Verweilzeitstreuung der Flüssigkeitsteilchen im Autoklav nur den über eine längere Zeit gemittelten Gesamtumsatz. Eine kurzzeitige hohe Abweichung der Umsatzgeschwindigkeit wird auf diese Weise nicht entdeckt.

Einen Fortschritt brachten die seit einigen Jahren eingesetzten kontinuierlich arbeitenden Meßmethoden zur Umsatzbestimmung im Prozeßmedium. Solche Methoden sind die Dichtemessung, die Zähigkeitsmessung des Prozeßmediums u. a. m. Sie liefern zwar schnell kontinuierliche Umsatzwerte, die jedoch weiterhin nur den gemittelten Gesamtumsatz messen. Ein weiterer Nachteil dieser Methoden ist, daß sie besonders in polymerisierenden Medien durch Ver-

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schmutzungen und Anbackungen gefährdet sind und mittels ist, so ist die abgeführte Wärmemenge Wa

aus diesem Grunde nach einiger Betriebszeit unrichtige gegeben durch die Gleichung

Meßwerte liefern. ry = Ω ■ (T — T)

Es ist weiterhin bekannt, daß große Digitalrechner ^A *" eingesetzt werden, um mit ihrer Hilfe die Umsatz- 5 In der abgeführten Wärme Wa sind natürlich neben verteilung in einer Autoklavenreihe zeitlich konstant der eigentlichen Reaktionswärme W noch die Wärmezu halten und den Prozeß optimal zu gestalten. Diese mengen enthalten, welche dem Autoklav z. B. durch Großrechenanlagen errechnen aus Zustandsgrößen Rührer, Umwälzpumpen und zufließende Einsatzwie Mengen, Temperaturen und Reinheiten der Ein- stoffe zugeführt werden. Die eigentliche Reaktionssatzstoffe, Aktivität der Katalysatoren, Betriebs- 10 wärme W ist damit bedingungen der Autoklavenreihe usw. die günstigsten

Prozeßbedingungen und sorgen mit Hilfe von nach- W — Wa — Wr — Wv + We, geschalteten Regelkreisen für das Einhalten dieser

errechneten Bedingungen. wobei Wr und Wv die Wärmemengen sind, welche

Der Einsatz der Rechner erfordert aber die mög- 15 durch den Rührer und die Kühlmittelumwälzpumpe liehst vollständige, in die Form mathematischer erzeugt werden, und We die durch die Einsatzstoffe in Gleichung gebrachte Kenntnis des Prozesses. In_: diesem den Autoklav eingebrachten Wärmemengen, mathematischen Modell des Prozesses müssen alle Wr und Wv können über die Arbeitsleistungsaufmöglichen Störursachen berücksichtigt sein. Es ist nahmen der Antriebsmotore leicht erfaßt werden, verständlich, daß die Erarbeitung eines solchen 20 We reduziert sich zu einer Konstanten, wenn die mathematischen Modells, wenn überhaupt möglich, Einsatzstoffe mit konstanter Temperatur und keiner schwierig und zeitraubend ist. Bei jeder neu auftreten- oder nur geringer Mengenänderung dem Autoklav den Störursache muß das Modell angepaßt werden. zufließen.

Aus den Dechema-Monographien, Bd. 43, S. 39 bis Wa wird mit Hilfe einer Mengen- und zweier Tem-

44 (1962), war bekannt, auf Grund von Messungen 25 peraturmessungen erfaßt. W läßt sich mit einer

und Regelvorgängen am gleichen Reaktor einen Poly- Genauigkeit von ±1,5 % mit Hilfe kleiner käuflicher

merisationsvorgang, welcher in nur einem Reaktor pneumatischer oder elektronischer Analogrechner

stattfindet, auf konstante Reaktionsgeschwindigkeit ermitteln. Die Reaktionswärme W ist in jedem Zeit-

zu regeln. Für eine Folge hintereinandergeschalteter punkt ein eindeutiges Maß für den Umsatz im

Reaktoren bietet sich daraus allenfalls an, jeden 30 Autoklav.

Einzelreaktor mit der bekannten Selbstregelung aus- Der Umsatz einer exothermen Reaktion wird pro

zurüsten, also das bereits bekannte Prinzip lediglich Zeiteinheit größer mit steigender Reaktionstemperatur

zu vervielfachen. Dieses würde bei dem vorliegenden und/oder steigender Katalysatorzugabe. Soll in einer

Problem aber glatt versagen, vor allem deswegen, Autoklavenreihe ein bestimmter Endumsatz im letzten

weil jeder Reaktor zwar seinen Sollwert einhalten 35 Autoklav erreicht werden, so kann,

SSS^^^L·^^^^ T - Wärmeübergang in jedem Autoklav

gleichen, so daß als Endergebnis keinesfalls garantiert f^leich S^u/.^lst' ^al,^s° ^bei unveranderhehen Warme-

wäre, daß unter Ausnutzung des Katalysators der transporteigenschaften des Prozeßmediums, in

erstrebte Umsatz eingehalten wird; mit anderen ₄o J^{e<km Aut}°^klav f ^r S^ U™atz erzeugt

Worten, das Polymerisat wurde in seinen Eigen- werden, wobei die Summe der Emzelumsatze den

schäften innerhalb unerträglich weiter Grenzen SS^Äi^mje^iuuWolgBnden

scnwanKen Autoklav, z. B. wegen ansteigender Zähigkeit,

Es besteht also größtes technisches Interesse an _anstei_gender Schaumentwicklung usw., schlechter

einem Verfahren, das auch bei knapper Bemessung 45 _{wird also bei} veränderlichen Wärmetransport-

der Kuhlkapazitat der Autoklaven em genaues Ein- eigenschaften des Prozeßmediums, im ersten

halten der Reaktionsgeschwindigkeit, der Sollumsatze Autoklav der höchste Einzelumsatz und in jedem

und der dazugehörigen Reaktionstemperatur in mm- nachfolgenden Autoklav ein immer kleiner wer-

destens den ersten beiden Autoklaven emer kontinuier- _{dendef Einzelumsatz erzeugt werden}. Die Summe

hch durchflossenen Reaktorreihe gewährleistet. Die 50 _dej. _verschi_edenen Einzelumsätze ergibt wieder

benutzte Vorrichtung muß den Momentanwert des _d Endumsatz Umsatzes eines Autoklavs bestimmen, unabhängig

von Verschmutzungen und Anbackungen in den Auto- In vielen Fällen ist es am wirtschaftlichsten, den für

klaven sein, selbsttätig Aktivitätsschwankungen von die Gesamtreaktion benötigten Katalysator oder die

Katalysatoren oder der den Umsatz anregenden 55 die Reaktion anregenden Stoffe nur dem ersten

Komponenten eliminieren, den Einfluß von dieReak- Autoklav zuzuführen. Sollen nun die Einzelumsätze

tion störenden Verunreinigungen der Einsatzstoffe jedes Autoklavs der Reihe eingehalten werden, so

ausschalten und eine optimale Ausnutzung der müssen die entsprechenden Reaktionstemperaturen

einzelnen Autoklaven gewährleisten. gefunden werden. Die Reaktionstemperatur des ersten

Hierbei ist ein eindeutiges Maß für den momentanen 60 Autoklavs wird relativ niedrig liegen müssen, da bei Umsatz einer Reaktion, z. B. einer Polymerisation, eingespeister, für den Gesamtprozeß ausreichender in einem Autoklav die in dem exothermen Prozeß Katalysatormenge nur ein bestimmter Teilumsatz entstehende Wärme. Die entstandene Reaktionswärme erreicht werden soll. Es ist verständlich, daß die so wird mit Hilfe eines Kühlmittels abgeführt. Ist die gegebene Reaktionstemperatur kritisch ist. Läuft sie, zufließende Kühlmittelmenge Ω und die Temperatur- 65 verursacht durch Störungen, z. B. in der Zusammendifferenz T₂ — T₁, wobei T₂ die Temperatur des die Setzung der Reaktionsprodukte, nach höheren Tem-Kühleinrichtungen des Autoklavs verlassenden Kühl- peraturen weg, so wird eine sehr starke Umsatzmittels und T₁ die Temperatur des zufließenden Kühl- zunähme erfolgen, was zu einem »Durchbrennen« des

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ersten Autoklavs führen kann. Sinkt die Reaktions- wert eingegeben. Der Analogrechner 18 gibt den

temperatur infolge von Störungen ab, so kann das Wert der ermittelten abgeführten Reaktionswärme als

»Durchbrennen« in den nachfolgenden Autoklaven Istwert 22 in Form eines pneumatischen oder elek-

eintreten. irischen Signals in den Regler 20 ein. Bei irgendeiner

Weiterhin ist wichtig, dem ersten Autoklav nur die 5 Reaktionstemperatur im Meßbereich, aufrechterhalten für die Gesamtreaktion erforderliche Katalysator- durch den Temperaturregler 10, wird der Wärmemenge zuzuführen. Dabei muß berücksichtigt werden, regler 20 den Katalysatorzufiuß mit Hilfe des Regeldaß z.B. Spuren von Inhibitoren bei unveränderter ventile 5 so verstellen, daß 40 °/o Umsatz im Autoklav 1 Zusammensetzung der Einsatzstoffe eine Erhöhung erzielt werden,
der Katalysatormenge erforderlich machen. io Mit diesem ersten Schritt ist erreicht, daß im Auto-

Die geforderte Regelung erfüllt in vollkommener klav 1 der gewünschte Umsatz von 40 % erreicht wird. Weise ein Verfahren zur automatischen Regelung der Noch nicht erfüllt ist die Bedingung, daß so viel un-Umsatzverteilung bei Polymerisationsreaktionen in verbrauchter Katalysator den Reaktor 1 verläßt, daß kontinuierlich durchflossenen Reaktorreihen, bei wel- auch der Reaktor 2 seinen Sollumsatz von 40% chem jeweils ein pneumatischer oder elektronischer 15 erreicht. Um auch dieses Ziel zu erreichen, wird in den Analogrechner für mindestens die beiden ersten Wärmemengenregler 23 des Autoklavs 2 der einen hintereinandergeschalteten Reaktoren der Reaktor- Umsatz von 40 % entsprechende Wert als Sollwert 24 reihe deren momentane Teilumsätze einzeln über die eingegeben. Die mit Hilfe des Analogrechners 19 abgeführte Reaktionswärme bestimmt, dieser Wert ermittelte Reaktionswärme des Autoklavs 2 wird dem für den ersten Reaktor der Reihe den Katalysatorzu- 20 Regler 23 als Istwert zugeführt. Im Autoklav 2 wird fluß für diesen ersten Reaktor steuert und der ent- mit Hilfe des Temperaturreglers 17 eine Reaktionssprechende Wert jedes nachgeschalteten Reaktors temperatur im Meßbereich aufrechterhalten,
dem auf den jeweils vorgesehenen Umsatz eingestellten Der Wärmenregler 23 verstellt durch ein pneuma-Kühlmittelregler des vorhergehenden Reaktors und tisches oder elektrisches Signal den Sollwert des gegebenenfalls dem eigenen Katalysatormengenregler 25 Temperaturreglers 10 des Autoklavs 1 kontinuierlich aufgegeben wird. so lange, bis Wärmemengen-Soll- und -Istwert über-

Das neue Verfahren geht von der an sich bekannten einstimmen.

Wärmebilanzmessung aus, benutzt herkömmliche Ist im Autoklav 2 die abgeführte Wärmemenge

pneumatische und/oder elektronische Regler in einer kleiner als der Sollbetrag, so heißt dies, daß in den

besonderen Verknüpfung der Regelkreise und erzielt 30 Autoklav 2 zu wenig unverbrauchter Katalysator

ein Ergebnis, wie es sonst mit Großrechenanlagen er- gelangt. In diesem Fall verstellt der Wärmemengen-

reicht wird. Es gewährleistet die automatische Ermitt- regler 23 den Temperatursollwert des Temperatur-

lung und Einhaltung der erforderlichen Reaktions- reglers 10 des Autoklavs 1 kontinuierlich nach tieferen

temperatur in jedem Autoklav entsprechend dem Temperaturen. Der Temperaturregler 10 erniedrigt

geforderten Einzelumsatz und die automatische Zu- 35 automatisch die Reaktionstemperatur im Autoklav 1.

führung der für den Gesamtumsatz erforderlichen Niedrigere Reaktionstemperatur im Autoklav 1 läßt

Katalysatormenge. An einem einfachen schematischen den Umsatz und damit die abgeführte Wärmemenge

Beispiel sollen das Verfahren und die Vorrichtung absinken. Da die abgeführte Istwärmemenge die im

erklärt werden (A b b. 1). Es sei angenommen, ein Wärmemengenregler 20 eingestellte Sollmenge unter-

Polymerisationsprozeß solle in zwei Autoklaven 1 40 schreitet, öffnet der Wärmenmengenregler das Mem-

und 2 bis zu einem Endumsatz von 80 % geführt branventil 5 im Katalysatorzulauf kontinuierlich so

werden. In jedem Autoklav soll ein Einzelumsatz von lange, bis im Autoklav wieder der Sollumsatz er-

40% erreicht werden. Die zu polymerisierend en reicht ist.

Stoffe, Lösungsmittel und andere Zuschlagstoffe Da der Wärmemengenregler 23 des Autoklavs 2 die fließen durch das Rohr 3 in den Autoklav 1, der 45 Reaktionstemperatur des Autoklavs 1 so lange konti-Katalysator fließt durch das Rohr 4 zu, seine Menge nuierlich verstellt, bis im Autoklav 2 der Sollumsatz kann mit Hilfe des Regelventils 5 gesteuert werden. erreicht ist, und andererseits der Wärmemengen-Die Pumpe 6 fördert das Kühlmittel durch die Kühl- regler 18 des Autoklavs 1 die Katalysatorzugabe so einrichtungen des Autoklavs 1. Durch das Rohr 7 kontinuierlich verstellt, daß im Autoklav 1 der Sollfließt frisches Kühlmittel zu, durch das Rohr 8 das 50 Umsatz eingehalten wird, gewährleistet dieses Verfahaufgewärmte Kühlmittel ab. Das Regelventil 9 im ren, daß

Kühlmittelzulauf 7 verstellt diesen so daß die einem _{die Einzelumsätze} der beiden Autoklaven auf ihren Temperaturregler 10 eingegebene Solltemperatur im Sollumsätzen gehalten werden und damit der Reaktor 1 eingehalten wird Das polymerisierende Gesamtumsatz genau eingehalten wird;
Medium wird mit Hufe der Rohrleitung 11 vom 55 _die Reaktionstemperatur des Autoklavs 1 autoAutoklav Im den Autoklav 2 gebracht und verlaßt _{matisch auf dnem solchen Wert halten wifd} diesen durch das Rohr 12. Der Autoklav 2 besitzt den _daß ^ _ausrei_chende Menge Katalysator den gleichen Kühlkreislauf wie der Autoklav 1 mit Um- Autoklav 2 erreicht·

wälzpumpe 13 Kühlmittelzulauf 14, -ablauf 15, Regel- störungen im Umsatz, die z. B. durch Inhibitoren

ventil 16 und Temperaturregler 17 60 _in den Einsatzkomponenten hervorgerufen werden

Autoklav 1 und Autoklav 2 sind ausgerüstet mit _{kö im Autoklav} j _{sofort durch} Veränderunemem pneumatischen oder elektronischen Analog- _im Katalysatorzufluß eliminiert werden, ohne rechner 18 bzw. 19 welche, wie oben beschrieben, _{sich bis in den Autoklav 2} auswirken zu können, die Reaktionswarme W ermitteln. Der Wärmemengenregler 20 des Autoklavs 1 erhält durch ein pneuma- 65 Die Reaktionstemperatur im Autoklav 2 kann auf tisches oder elektrisches Signal 21 den rechnerisch zwei Wegen ermittelt werden. Sie kann, wenn es das ermittelten Wärmemengenwert für 40 % Umsatz der Endprodukt zuläßt, so hoch gewählt werden, daß der zufließenden polymerisationsfähigen Stoffe als Soll- Katalysator im Reaktor 2 vollständig verbraucht wird.

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Sie kann auch so gewählt werden, daß das den Auto- gelöstem Butadien-1,3. Die Katalysatoren sind sogeklav 2 verlassende Produkt noch eine gewünschte nannte »Ziegler-Katalysatoren«, ein Reaktionsprodukt Menge aktiven Katalysator enthält. Hierzu wird die aus aluminiumorganischen Verbindungen mit Titan-Menge aktiven Katalysators im Endprodukt analytisch oder anderen Metallverbindungen, in dem speziellen oder durch einfache Reaktionsversuche ermittelt und 5 Fall aus Diäthylaluminiummonochlorid und in Benzol die zu der gewünschten Menge aktiven Katalysators gelösten Kobaltsalzen. Da die Aluminiumkomponente gehörige Reaktionstemperatur entweder von Hand sehr reaktionsfreudig ist und sich mit Verunreinigun- oder automatisch dem Temperaturregler 17 einge- gen der Reaktionslösung, z. B. Verbindungen mit geben. beweglichem Wasserstoff (Wasser, Alkohole, Säuren Sollen die Einsatzmengen der polymerisierbaren io usw.) und Sauerstoff umsetzt und dann unwirksam Stoffe, weiche durch die Leitung 3 dem Autoklav 1 wird, gibt man sie üblicherweise im Überschuß zu, zugeführt werden, veränderbar sein, so können die und zwar gemeinsam mit dem Hauptstrom, der das Sollwerte 21 und 24 der Wärmemengenregler 20 und 23 Benzol, das Butadien, die Aluminiumkomponente des ebenfalls von Hand oder automatisch auf die züge- Katalysators sowie den sogenannten Regler zur hörigen Reaktionswärmemengen eingestellt werden. 15 Erzielung eines bestimmten Molekulargewichtes ent-Automatisch geschieht dies auf die Weise, daß die hält. Solche Regler sind bekanntermaßen Verbindun-Mengen der reagierenden Stoffe gemessen werden, gen mit kumulierten Mehrfachbindungen wie Acrylin einem pneumatischen oder elektronischen Multipli- nitril, Allen, Methylallen u. a. Das benzolgelöste ziergerät mit der Reaktionswärme/Gewichtseinheit der Kobaltsalz wird in einem getrennten Strom den Autoreagierenden Stoffe multipliziert werden und das Er- 20 klaven zugeführt und dient zum Ingangsetzen der gebnis als Sollwerte 21 und 24 den Wärmemengen- Reaktion.

reglern eingespeist werden. Mit wachsendem Umsatz nimmt die Zähigkeit des

Das im Beispiel beschriebene Verfahren kann, wie Prozeßmediums sehr stark zu, und damit wird die

ohne weiteres ersichtlich ist, auf mehr als zwei Reak- Wärmeabführung durch Kühlung schlechter. Um

toren ausgedehnt werden. Wesentlich ist dabei nur, 25 daher die Reaktorreihe bei Einspeisung des für die

daß die abgeführte Reaktionswärme des nachfolgenden Gesamtreaktion ausreichenden benzolgelösten Ko-

Autoklavs die Reaktionstemperatur des vorhergehen- baltsalzkatalysators in den ersten Autoklav der Reihe

den Autoklavs bestimmt und daß die Reaktionswärme optimal und wirtschaftlich im Hinblick auf die Kühl-

des ersten Autoklavs den Katalysatorzufluß bestimmt, kapazitäten der einzelnen Reaktoren und im Hinblick

Das Verfahren ist nicht beschränkt auf die Not- 30 auf ein einwandfreies Endprodukt fahren zu können,

wendigkeit der Einspeisung des Gesamtkatalysators ergibt sich eine Umsatzkurve über die Reaktorreihe,

in den ersten Autoklav. Aus verfahrenstechnischen wie sie in A b b. 2 dargestellt ist.

Gründen, z. B. wenn eine bestimmte Reaktionstem- In A b b. 2 ist der geforderte Umsatz in jedem

peratur des ersten oder eines der folgenden Autoklaven Autoklav aufgetragen, wobei ein Endumsatz im

nicht unterschritten oder überschritten werden soll, 35 fünften Autoklav von 80% erzielt werden soll,

kann auch eine zusätzliche Katalysatormenge in Rechts neben der Kurve sind die Einzelumsätze in

irgendeinen Autoklav der Reihe eingeführt werden. jedem Autoklav aufgetragen. Sie betragen beim ersten

Der Wärmemengenregler des dem Autoklav mit Autoklav 30% und nehmen ab bis 5% im fünften

Reaktionstemperaturbegrenzung nachgeschalteten Autoklav,

Autoklavs beginnt bei Annäherung an diesen Tem- 40 Von den fünf Autoklaven werden nur die ersten

peraturgrenzwert in bekannter Weise mit einer beiden Autoklaven dem Verfahren und der Vorrich-

kontinuierlichen zusätzlichen Katalysatoreinspeisung tung der Erfindung unterworfen. Werden in diesen

in den Autoklav. Die hierzu notwendigen Geräte und beiden Autoklaven die geforderten Sollumsätze stabil

das Verfahren sind bekannt. eingehalten, so wird die restliche Umsatzkurve ohne

Überraschend ist nun, daß bei Reaktorreihen mit 45 Schwierigkeit erzielt, wenn die Autoklaven 3, 4 und 5 vielen Autoklaven das vorgeschriebene Verfahren nur mit einer sicher arbeitenden Temperaturregelung nicht über alle Reaktoren der Reihe angewandt werden ausgerüstet sind. Die durch das Verfahren freie Reakmuß. Es genügt in den meisten Fällen, das Verfahren tionstemperatur des Autoklavs 2 wird einmal, wie vorüber die ersten zwei oder drei Reaktoren anzuwenden beschrieben, so bestimmt, daß für den Restumsatz und die restlichen Reaktoren nur mit einer Temperatur- 5° von 30% in den nachgeschalteten Autoklaven noch regelung auszustatten. Dies wird möglich, da das ausreichend aktiver Katalysator in diese gelangt.
Verfahren Die verfahrenstechnische Ausführung der Autojede Störung, welche den Reaktionsverlauf im ψ·™ ¹^ ² entspricht genau der A b b 1, das den ersten Reaktor beeinflußt, sofort beseitigt, so daß J^eak _u ^t0* ² verlassende polymerisierend Medium fließt die nachfolgenden Autoklaven davon nicht mehr ^{55 durch d}*^e Leitung 12 m den Autoklav 3 und durch betroffen werden* entsprechende Leitungen nacheinander in die Reakdie Reaktion in 'den mit Hilfe des Verfahrens ^lf ^sn* ^und ·?· ^Die Rektoren 3, 4 und 5 sind mit dem betriebenen Autoklaven stabil verläuft; 8^lei,^chen ^uhlkreislauf einschließlich Temperaturdie Wahl der Reaktionstemperatur im letzten jegler und Membranventil ausgerüstet w_le der Auto-

des nach dem Verfahren betriebenen Auto- ° "Jf , ,. _T .^ ~ , _A ,, ^ α- ο ·* ι
klavs die in den nachgeschalteten Autoklaven Durch die Leitung3 (s. Abb. 1) fließen mit konbenötigte aktive Katalysatormenge mit hoher stanter Temperatur das m Benzol geloste Butadien, Sicherheit liefert ^{die a}l^umlniumorganische Verbindung und der Regler

(Butadien-1,3) mit einer Gesamtmenge von 10 m³/h

An einem praktischen Beispiel, der Butadienpoly- 65 zu. Mit Hilfe der Leitung 4 wird dem Autoklav 1 merisation, soll diese Technik dargestellt werden. getrennt die benzolische Kobaltsalzlösung aufgegeben. Der polymerisierbare Ausgangsstoff in einer Reaktor- Die Autoklaven sind im Normalbetrieb vollständig reihe von fünf Autoklaven besteht aus in Benzol gefüllt, jeder Autoklav hat ein Volumen von 15 m^a.

Ein pneumatischer Analogrechner 18 ermittelt die im Autoklav 1 entstehende Reaktionswärme gemäß den Gleichungen

W = Wa - Wr - Wv + W_E, W_e = konstant,

Der pneumatische Wärmemengenregler mit PI-Verhalten20 sorgt, wie vorbeschrieben, für einen konstanten Umsatz von 30% im ersten Autoklav. Jede Veränderung der Katalysatorzuspeisung wirkt sich meßbar nach 5 bis 6 Minuten im Autoklav 1 aus.

Ein pneumatischer Analogrechner 19 ermittelt, wie beschrieben, die im Autoklav 2 erzeugte Reaktionswärme und verstellt mit Hilfe des Wärmemengenreglers 23 (Pl-Verhalten) die Solltemperatur des Temperaturreglers 10 des Autoklavs 1 so, daß der Sollumsatz im Autoklav 2 eingehalten wird. Die Rückführzeit des Wärmenmegenreglers 23 beträgt 2 Stunden.

Selbstverständlich könnte das Verfahren auch auf alle fünf Autoklaven ausgedehnt werden. Die durch das Verfahren in den Autoklaven 1 und 2 erzielten stabilen Umsatzverhältnisse erfordern jedoch keine Notwendigkeit, dies zu tun.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur automatischen Regelung der Umsatzverteilung bei Polymerisationsreaktionen in kontinuierlich durchflossenen Reaktorreihen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein pneumatischer oder elektronischer Analogrechner für mindestens die beiden ersten hintereinandergeschalteten Reaktoren der Reaktorreihe deren momentane Teilumsätze einzeln über die abgeführte Reaktionswärme bestimmt, dieser Wert für den ersten Reaktor der Reihe den Katalysatorzufluß für diesen ersten Reaktor steuert und der entsprechende Wert jedes nachgeschalteten Reaktors dem auf den jeweils vorgesehenen Umsatz eingestellten Kühlmittelregler des vorhergehenden Reaktors und gegebenenfalls dem eigenen Katalysatormengenregler aufgegeben wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Dechema-Monographien, Bd. 43 (1962), S. 39 bis 44.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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