JP3831289B2

JP3831289B2 - 重合反応プロセスの温度制御方法及び装置

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Publication number: JP3831289B2
Application number: JP2002131372A
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Inventors: 勝幸鈴木; 由高西野; 朋史白石; 和広稲田
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Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2006-10-11
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重合反応プロセスの温度制御方法に係り、特に反応熱により温度上昇を伴うプロセスの温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油化学などのプロセス制御の分野において、重合反応プロセスの制御は自動化が困難なものの一つである。例えば、反応器内部温度の昇温から定温制御に切り替える操作では、オペレータの勘と経験に頼るところが大きい。しかし、最近は多品種少量生産が求められ、これまでのような勘と経験に頼る制御方法では対応しきれなくなってきている。
【０００３】
反応器の内部温度制御は、製品品種ごとに反応温度が設定される。温度制御は反応器外部より熱を与えて、前述の反応温度を維持する。外部からの熱供給としては反応器廻りのジャケットに温水冷水などの熱媒体を通しておこなう場合が多い。多くの場合、反応温度フィードバック制御により、ジャケット（入口）温度の設定値を求め、この設定値に従いジャケット流量バルブの開度を調節する、いわゆるカスケード制御系の構成をとる。
【０００４】
しかし、外部からの熱が反応器内部に速やかに到達するものではなく、熱損失や時間遅れがある。さらに、重合反応の進展において反応熱が生じ、その結果反応器内部の温度を上昇させる。このように外部からの温度調節の遅れと反応器内部での自己発熱を同時に考慮しなければならない。
【０００５】
この問題に対して、反応モデルを用いて自動制御を実現する方法が、例えば、花熊、長迫、佐々木：バッチ重合反応器における制御系の設計と応用：システム／制御／情報、Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．３，ｐｐ．１４５〜１５０（１９９１）が提案されている。ここでは、反応温度パタンに応じて、ジャケット温度の最適パタンを予め決定し制御することで、安定した自動制御を実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、ジャケットからの熱伝達の遅れと、反応器内部の反応熱による温度上昇の影響が考慮されている。しかし、ジャケット温度パタンを決定するため、高精度のモデル化が製品品種毎に必要となる。そのためモデル構築のための労力が大きく、それらを取り扱う品種の分だけモデルが必要となり、管理コストが膨大となる。また、運転時間が経過すると反応器の熱伝達率が変化するため、ジャケット温度パタンも変化するので、あらためて調整することが必要になる。
【０００７】
以上のように、従来の重合反応プロセスの温度制御方法としては、運転操作パタン導出に用いるモデルに高い精度が求められるため労力が大きいという課題がある。さらに、プロセスの経年変化に対する考慮もなされていない。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、簡単なモデルによる温度予測結果を活用し、かつプロセスの経年変化に対する対策を盛り込んだ、重合反応プロセスの温度制御方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、ジャケットの温度制御を介して、反応熱が生じる重合プロセスの反応温度を昇温制御から定温制御のための反応温度フィードバック制御に切換える重合反応プロセスの温度制御方法において、反応器への加熱温度とジャケット温度計測値との差分を少なくするようにジャケット温度を制御中に、前記反応温度が第１の判定温度Ｔ０になると、ジャケット温度設定値を加熱温度から冷却温度に切り替え、前記反応温度の時間変化を反応温度の時間微分値に基づいて予測し、その予測結果により冷却温度を補正し、補正した冷却温度で前記反応温度の上昇を保つ。さらに、前記反応温度とジャケット温度に基づいて第２の判定温度Ｔ１を決定し、前記反応温度が第２の判定温度Ｔ１に到達した時点で前記反応温度フィードバック制御に切換える。
【００１０】
また、前記補正した冷却温度により前記反応温度が低下傾向となる場合は、前記反応温度が上昇するように前記冷却温度を再補正する。
【００１１】
また、前記反応温度の時間変化を前記時間微分値に基づいて予測し、前記反応温度の上昇が大きい場合は第２の判定温度をＴ１より大なる値に補正し、前記反応温度の上昇が小さい場合はＴ１より小なる値に補正する。
【００１２】
本発明によれば、重合温度プロセスの温度制御を行うに当たり、簡単なモデルを用いて反応温度変化を予測し、その結果に基づき、冷却温度を適切に補正し、また、反応温度フィードバック制御の投入時期を適切に決定するので、安定した重合反応プロセスの温度制御が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係り、重合反応プロセスの温度制御方式の全体構成を示す。制御対象となる重合反応器１０、ジャケット２０、反応温度計３０、ジャケット入口温度計４０、ジャケット循環ポンプ５０、温水バルブ６０、冷水バルブ７０、スプリットレンジ８０、およびジャケット温度制御器９０から構成される。重合反応器１０は重合反応全般を示し、ここでは塩化ビニールの重合反応のように、反応に伴い発熱をするいわゆる発熱プロセスを想定する。
【００１４】
また、制御方式を構成する要素としては、制御モード選択機能１００、反応温度制御機能２００、反応温度ＤＢ３００、起動時温度ＤＢ４００、スイッチ５００、および手動入力機能６００からなる。
【００１５】
以下、各機能について説明する。制御モード選択機能１００は、起動時温度ＤＢ４００から、プラント起動時の各種設定温度を読み込む。また、計測データとして反応器内温（Ｔ）及びジャケット温度（Ｔｊ０）、制御信号としてジャケット温度目標値（ＳＴｊ）を読み込む。
【００１６】
これら入力データから、プラント起動時のジャケット温度目標値（Ｓ１００）と、反応温度制御機能２００によるフィードバック制御投入判定信号（Ｓ１００Ａ）を出力する。なお、本実施例ではジャケット温度としてジャケット入口部４０の計測温度を示しているが、これに限定されるものではなく、ジャケット温度を示しかつ計測器の設置可能な部位の温度であればよい。
【００１７】
反応温度制御機能２００は、反応器内温（Ｔ）と、反応温度ＤＢ３００から読み込んだ設定温度（Ｔｒｅｆ）とを比較し、その偏差が小さくなるようにジャケット温度（Ｔｊｏ）の操作信号を算出する。これは一般に反応温度フィードバック制御とよばれ、以下では単に「ＦＢ制御」と略記する。
【００１８】
ＦＢ制御の演算は、多くの場合「比例積分方式」を適用する。比例積分方式とは、前述の設定温度（Ｔｒｅｆ）と反応器内温（Ｔ）との偏差（Ｅ）に、式（１）による比例演算と積分演算を施して、操作信号（Ｓ２００）を算出する。
【００１９】
Ｓ２００＝Ｋ１＊Ｅ＋Ｋ２＊∫Ｅｄｔ …（１）
ここで、Ｋ１：比例ゲイン、Ｋ２：積分ゲインで、ＦＢ制御の制御性能を調整するパラメータである。
【００２０】
図２に反応温度ＤＢのデータ構成を示す。反応温度ＤＢ３００は、バッチ重合反応において生産する製品に対して、一意に決まる反応温度の設定値（Ｔｒｅｆ）を対応づける。図では、製品番号のほか、原料の種類も対応付けの要因にしている。要は、生産工程とそこで参照する反応温度の組合せが明示される。反応温度制御機能２００に設定値（Ｔｒｅｆ）を設定する場合、実生産では運転員がＤＢから選択し設定するか、プログラム処理により自動設定する場合が考えられるが、一旦、生産を開始すると、反応温度設定値はほぼ固定する場合が多い。
【００２１】
図３に起動時温度ＤＢのデータ構成を示す。起動時温度ＤＢ４００は、制御モード選択機能１００に対する温度設定データを、製品毎、原料毎に設定する。設定項目の例を以下に説明する。
【００２２】
加熱温度（ＴＨ）はジャケット温度設定値である。重合反応開始時には反応器を外部から加熱し、仕込み原料の重合反応を促す。ＴＨはそのときの温度設定値で、多くの場合、ジャケット熱媒として供給可能な最高温度を設定する。
【００２３】
昇温制約（ｄＴＨ）は単位時間あたりのジャケット温度上昇に設ける制約である。製品、原料によっては、その化学的特性から、外部からの加熱温度について、温度上昇を緩やかに行なう必要があり、そのための制約である。
【００２４】
判定温度Ｔ０は加熱から冷却に切替る際の判定温度である。反応器温度制御において、反応器内温（Ｔ）が判定温度Ｔ０を超えた時点で、ジャケット温度制御器９０の目標値ＳＴｊを加熱設定から冷却設定に切り替える。冷却温度（ＴＣ）はジャケット温度設定値で、一般には反応温度設定値（Ｔｒｅｆ）より低い値が設定される。温度設定値は制御モード選択機能の出力S100として、スイッチ５００を介してＴＩＣ９０に与えられる。
【００２５】
その後、反応器温度制御が判定温度Ｔ１に達すると、制御モード選択機能１００はＳ１００Ａを出力して、スイッチ５００を反応温度制御機能２００に切換え、反応温度ＦＢ制御を行なう。判定温度Ｔ１は実際にはプロセス状態に基づいて、初期設定値（Ｔ１０）から修正される。
【００２６】
図４は、反応温度と冷却温度の時間変化の一例を示す。反応温度設定値（Ｔｒｅｆ）に対して、ジャケット温度制御器９０の目標値（ＳＴｊ）、反応器内温（Ｔ）、ジャケット温度（Ｔｊ０）を示している。また縦軸は温度、横軸は時間である。
【００２７】
重合反応開始後、目標値（ＳＴｊ）を加熱温度（ＴＨ）に設定する。判定温度Ｏ（Ｔ０）に反応器内温（Ｔ）が到達後、（ＳＴｊ）は冷却温度（ＴＣ）に設定される。判定温度（Ｔ１）に反応器内温（Ｔ）が到達すると、反応温度制御機能２００によるＦＢ制御を開始する。
【００２８】
これら制御方式の切り替えはスイッチ５００が行なう。スイッチ５００は、制御モード選択機能１００の出力信号（Ｓ１００）、制御モード切替信号（Ｓ１００Ａ）、反応温度制御機能２００の出力信号（Ｓ２００）、および手動入力機能６００からの信号を入力し、ジャケット温度制御器９０の目標値（ＳＴｊ）を出力する。
【００２９】
スイッチ５００は、重合反応開始時は制御モード選択機能１００の出力と接続した状態である。判定温度（Ｔ１）に反応器内温が到達すると、反応温度制御機能２００の出力と接続し、ＦＢ制御が投入される。運転員が手動介入する場合は、手動入力機能６００の出力と接続することで、ジャケット温度制御器９０の目標値（ＳＴｊ）を手動操作可能とする。
【００３０】
図５は本実施例の制御動作を示すフローチャートである。原料仕込み完了後、重合反応制御を開始する（Ｆ１０）。反応器を外部より加熱し（Ｆ２０）、反応器内温が判定条件（Ｆ３０）を満たしてから、冷却（Ｆ４０）に切り替える。
【００３１】
ここで、重合反応モデルによる温度予測１（Ｆ５０）を実施し、冷却温度（ＴＣ）の補正（Ｆ６０）を行なう。引き続き、冷却（Ｆ７０）を実行し、温度予測２（Ｆ８０）を実行する。この予測結果に基づき、判定温度（Ｔ１）の補正（Ｆ９０）をし、ＦＢ投入判定をする（Ｆ１００）。判定の結果、フィードバック制御投入（Ｆ１１０）が可能となれば、反応温度制御機能２００によるＦＢ制御に切り替え、重合温度制御はカスケード構成を確立する。
【００３２】
前述のＦ５０からＦ１００までの制御動作は、制御モード選択機能１００にて行なわれる。図６に制御モード選択機能の詳細を示す。制御モード選択機能１００は、反応器内温（Ｔ）を読み込み、加熱、冷却操作時の温度設定値（Ｓ１００）と、ＦＢ投入判定信号（Ｓ１００Ａ）を出力する。加熱設定器１１０には、加熱温度（ＴＨ）と昇温制約（ｄＴＨ）を設定する。比較１２０では、判定温度（Ｔ０）と反応器内温（Ｔ）を比較し、Ｔ０＜Ｔを満たすと、スイッチ１３０を冷却設定器１４０に切り替える。
【００３３】
冷却設定器１４０は、反応器内温（Ｔ）を読み込み、冷却温度（ＴＣ）を出力信号（Ｓ１００）として出力する。図７に冷却設定器のモデルを示す。モデル１４１０は、数式モデルを用いて反応器内温（Ｔ）の挙動を予測する。具体的には、反応器内温の時間変化（ｄＴ／ｄｔ）について、加熱操作から冷却操作に切り替えたことによる影響を考慮し、反応器内温（Ｔ）が緩やかに上昇するか、それとも温度低下をひき起こすかを予測する。この予測方法の一例を以下に説明する。
【００３４】
反応器内温（Ｔ）の時間変化と、ジャケットなど外部からの加熱については、（顕熱の蓄積速度）＝（反応に伴う発熱速度）＋（周囲からの加熱速度）といった熱バランス式が成り立ち、これを数式で表すと式（２）となる。
VρCp（dT／dt）＝Qr＋UA（Tj0−T）＋（その他） …（２）
ここで、V：反応器体積、ρ：反応物密度、Cp：反応物熱容量、Qr：発熱速度、U：総括伝熱係数、A：伝熱面積である。
【００３５】
発熱速度（Ｑｒ）以外は、反応器の設備データや反応物の物性データであり、事前設定が可能である。しかし、発熱速度（Ｑｒ）は、重合反応制御中の計測が困難なデータであり、予測計算に直接用いることができない。そこで、以下の演算により、反応器温度（Ｔ）の挙動予測を行なう。
【００３６】
まず、加熱から冷却に切り替えた時点の、反応器内温（Ｔ）の時間変化を求め、それから切り替え時点の顕熱の蓄積速度Ｑ０を式（３）により求める。
Ｑ０＝ＶρＣｐ（ｄＴ０／ｄｔ）（３）
また、切り替え時点における、周囲からの加熱速度ＱＨを式（４）により近似する。加熱速度ＱＨは、判定温度（Ｔ０）と加熱温度（ＴＨ）の温度差により決定するとしている。
ＱＨ＝ＵＡ（ＴＨ−Ｔ０）（４）
さらに、冷却操作による外部加熱速度ＱＣを式（５）により近似する。冷却温度（ＴＣ）はＴ０より低いので、ＱＣ＜０である。
ＱＣ＝ＵＡ（ＴＣ−Ｔ０）（５）
加熱から冷却への切り替えによる顕熱蓄積速度Ｑ’は、式（３）〜（５）を用いて式（６）により表わされる。Ｑ’は外部からの加熱と冷却を切り替えたあとで近似している。
Ｑ’＝Ｑ０−ＱＨ＋ＱＣ（６）
以上から、冷却開始後の反応器内温の挙動は式（７）で表される。
（ｄＴ'／ｄｔ）＝Ｑ’／ＶρＣｐ（７）
つまり、Ｑ’の符号を判定することにより、反応器内温が上昇するか低下するかを判定できる。よって、モデル１４１０は、予測値である顕熱蓄積速度Ｑ’を、修正部１４２０に出力する。
【００３７】
図８は冷却温度Ｔｃを決定する修正部のフローチャートである。まず、Ｆ８００、Ｆ８１０にて温度データを読み込み、上記演算によりＱ’や（ｄＴ'／ｄｔ）を求める。次に、修正部１４２０は、予測値Ｑ’により、冷却温度（ＴＣ）に対して以下の処理を行なう。
【００３８】
まず、反応温度が低下しているかを判定し（Ｆ８２０）、以下のように実行する。（１）予測値Ｑ’が正またはゼロの場合は、冷却温度（ＴＣ）をそのまま出力する（Ｆ８５０）。また、（２）予測値Ｑ’が負の場合は、冷却温度（ＴＣ）を予測値Ｑ’が正となるよう補正する（Ｆ８３０、Ｆ８４０）。
【００３９】
上記（２）の場合のＴＣ補正方法を説明する。式（６）において、Ｑ’がゼロ以上となればよいことから、ＴＣは以下の式を満たすように決定すればよい。
ＱＣ＞ＱＨ−Ｑ０（８）
式（８）を整理すると、式（９）が得られるので、これによりＴＣを補正すればよい。
ＴＣ＞ＴＨ−（Ｑ０／ＵＡ）（９）
上記では、重合反応の自己発熱による発熱速度の影響を考慮していない。しかし、予測値Ｑ’について、Ｑ’＜０を回避するよう冷却温度を補正した上で、さらに自己発熱による発熱速度（Ｑｒ）の影響が加わるので、冷却切り替えによる反応器内温（Ｔ）の温度低下が回避できる。以上が、制御モード選択機能１００における加熱設定器１１０、冷却設定器１４０の出力信号（Ｓ１００）である。
【００４０】
次に、図６のＦＢ投入判定１５０について説明する。図９はＦＢ投入判定部の詳細構成を示す。モデル１５１０は、反応器内温（Ｔ）の時間変化（ｄＴ／ｄｔ）を予測補正する。冷却設定器１４０と同様のモデル式を用いるが、このモデル１５１０では、加熱操作の影響は無いものと考え、冷却操作の影響のみを考慮する。
【００４１】
モデル１５１０は、反応器内温（Ｔ）、ジャケット温度（Ｔｊ０）およびジャケット温度制御器９０の目標値（ＳＴｊ）を読み込む。まず、読み込み時の、反応器内温（Ｔ）の時間変化（ｄＴ／ｄｔ）を求め、冷却器１４０の場合と同様に、顕熱の蓄積速度Ｑ１０を式（１０）により求める。
Ｑ１０＝ＶρＣｐ（ｄＴ／ｄｔ） …（１０）
これと同時に、ジャケット温度（Ｔｊ０）とその目標値（ＳＴｊ）を比較し、その差をもとに、式（１１）を計算する。
Ｑｊ＝ＵＡ（ＳＴｊ−Ｔｊ０） …（１１）
式（１１）から、ジャケット温度（Ｔｊ０）が目標値（ＳＴｊ）と一致すれば、Ｑｊはゼロである。一方、（Ｔｊ０）が目標値に到達していない場合、ジャケット温度制御器９０により、さらに冷水が供給されるので、ジャケット温度の低下が予想される。この影響を考慮し、式（１０）による蓄熱速度を補正すると、補正値Ｑ１と、補正後の（ｄＴ／ｄｔ）は、それぞれ式（１２）、（１３）となる。
Ｑ１＝Ｑ１０＋Ｑｊ …（１２）
（ｄＴ／ｄｔ）＝（ｄＴ／ｄｔ）＋Ｑｊ／ＶρＣｐ …（１３）
図１０は判定温度Ｔ１を決定するフローチャートである。モデル１５１０による温度時間変化（ｄＴ／ｄｔ）の予測（Ｆ１０１０）の後、この（ｄＴ／ｄｔ）に基づき、比較部１５２０において、判定温度Ｔ１のデータ参照を行なう（Ｆ１０２０）。
【００４２】
図１１にＴ１カーブを示す。Ｔ１カーブは、横軸に反応器内温の時間変化（ｄＴ／ｄｔ）、縦軸にＦＢ投入の判定温度（Ｔ１）とし、反応器内温の状況に対応した判定温度をプロットしている。本実施例ではグラフ形式としているが、数値テーブルの形式で定義してもよい。モデル１５１０で決定した（ｄＴ／ｄｔ）から、判定温度Ｔ１を参照する。このＴ１カーブの特徴として、初期設定値Ｔ１０を基準とし、（１）反応器内温上昇が早い（（ｄＴ／ｄｔ）が大きい）場合は、判定温度Ｔ１を高くし、ＦＢ投入時期を遅らせる。（２）反応器内温の変化が少ない（（ｄＴ／ｄｔ）が小さい）場合は、判定温度Ｔ１を低くし、ＦＢ投入時期を早める。これらは、図１０のフローチャートＦ１０３０〜Ｆ１０５０で実行する。
【００４３】
すなわち、反応器内温の変化に対して、冷却操作の効果が小さいと温度上昇も早い。この場合、ＦＢ制御投入が早いと、フィードバック制御による加熱操作が加わるので、反応温度を大きくオーバーシュートする可能性がある。そこで、判定温度Ｔ１を高くし、ＦＢ投入時期を遅らせる。一方、冷却操作の影響が大きく、反応器内温の上昇が緩やかな場合、早めにＦＢ制御を投入し、反応温度（Ｔｒｅｆ）に速やかに到達させる。
【００４４】
図９の判定部１５３０では、補正後（ｄＴ／ｄｔ）に対応するＴ１を参照した結果に基づき、反応器内温（Ｔ）がＴ１カーブ記載の値を超えた場合に、ＦＢ投入信号を（Ｓ１００Ａ）として出力する。
【００４５】
図１２に反応温度Ｔ１カーブとプロットされた反応温度変化を示す。冷却切替時の反応器内温とその時間変化は、Ｔ１カーブでは（０）にプロットされる。冷却操作による影響が少なく、補正後の（ｄＴ／ｄｔ）があまり変化しない場合、ＦＢ制御投入の判定温度Ｔ１は、初期設定Ｔ１０よりも高い温度に設定される。その例をケース（１）にプロットする。一方、反応器内温の上昇が十分に減速した場合、判定温度はＴ１０より低い温度に設定される。その例をケース（２）にプロットする。
【００４６】
図１３にケース（１）、（２）の動作を示す。（ａ）はケース（１）の場合である。すなわち、冷却中の反応器内温の上昇が大きい場合は、判定温度Ｔ１を、初期設定値Ｔ１０から高めのＴ１に補正し、ＦＢ制御投入直後の加熱操作を小さくしている。
【００４７】
（ｂ）はケース（２）の場合である。すなわち、冷却により反応器内温が十分減速している場合は、判定温度Ｔ１を初期設定値Ｔ１０から低めのＴ１に補正し、ＦＢ制御投入を前倒しすることで、反応温度（Ｔｒｅｆ）への到達時間を短くしている。
【００４８】
次に、従来の制御系と比較して説明する。図１４は従来の制御系を示し、加熱操作、冷却操作を手動設定機能６００を通して、運転員が実施する場合を示す。反応温度制御機能（ＴＩＣ）２５０は本実施例と同様の機能をもち、反応器内温（Ｔ）と反応温度ＤＢから設定するＴｒｅｆとの偏差を小さくするように、ジャケット温度制御器９０の目標値を決定する。スイッチ５５０は、手動操作によるジャケット温度制御の場合と、反応温度制御機能２５０を上位にカスケード接続する場合とを切替る。
【００４９】
図１５は従来の制御動作を示す特性図である。重合反応の開始とともに、ジャケット温度を加熱温度（ＴＨ）に高め、反応器内温（Ｔ）を上昇させる。運転員の判断により、ジャケット温度を冷却温度（ＴＣ）に設定変更し、引き続いて、反応温度制御機能２００をカスケード接続し、フィードバック制御系を構成する。この際、加熱から冷却への切替判断と、カスケード接続によるＦＢ制御投入判断は、運転員の判断、あるいは設定温度の参照に基づく。たとえば、設定温度Ｔ０、Ｔ１を判定温度としてモード切替が行なわれる。しかし、反応器内温の上昇速度に関係なく、一律にＴ１に到達したときにＦＢ制御が投入されるので、ＦＢ制御による加熱操作のため、反応器内温（Ｔ）のオーバーシュートが生じる場合がある。
【００５０】
一方、本実施例による場合は、重合温度プロセスの温度制御を行うにあたり、モデルを用いて反応温度変化を予測し、その結果に基づいて冷却温度を適切に補正し、また、反応温度フィードバック制御の投入時期を決定するので、安定した重合反応プロセスの温度制御が可能となる。
【００５１】
以上、本発明の一実施例を示したが、反応温度制御機能２００は、「比例＋積分」方式に限定されることなく、例えば、モデルベースの予測制御方式でも適用可能である。
【００５２】
また、制御モード選択機能１００では、重合反応による自己発熱速度（Ｑｒ）を用いない場合を説明したが、例えば高精度かつ簡素なモデル式が組み込み可能な場合は、Ｑｒの項をモデルに組み込むことは容易に可能である。このＱｒのモデル調整においては、製品、原料品種といった生産データを考慮した調整が可能である。
【００５３】
また、図１１において、Ｔ１カーブをグラフ形式で説明したが、反応器内温と判定温度１との組合せ表が明示されればよく、グラフ形式に限定されることはない。
【００５４】
本実施例において、判定温度Ｔ０、Ｔ１はＤＢより設定したが、運転員による設定も可能である。また、冷却温度ＴＣは冷却切替後、１回補正されるものとしたが、複数回補正を繰り返しても良く、運転員による手動補正も可能である。
【００５５】
本発明では制御対象として、重合反応による発熱プロセスを対象としたが、外部からの温度設定値を適切に設定すれば、吸熱プロセスなど他の反応プロセスにも適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、重合温度プロセスの温度制御を行うにあたり、反応温度変化を予測し、その結果に基づいて冷却温度を適切に補正し、また、反応温度フィードバック制御の投入時期を決定するので、安定した重合反応プロセスの温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる重合反応プロセスの温度制御方式の全体構成図。
【図２】反応温度データベースの概略のデータ構成図。
【図３】起動時温度データベースの概略のデータ構成図。
【図４】反応温度とジャケット温度、及びその制御信号の時間変化を示す特性図。
【図５】本発明の一実施例による重合反応プロセス温度制御方法のフローチャート。
【図６】一実施例による制御モード選択機能の構成図。
【図７】一実施例による冷却設定器の機能ブロック図。
【図８】一実施例による冷却設定器動作のフローチャート。
【図９】一実施例によるフィードバック制御投入判定部の機能ブロック図。
【図１０】一実施例による判定温度Ｔ１補正のフローチャート。
【図１１】判定温度Ｔ１のグラフ。
【図１２】判定温度のＴ１カーブと、プロットした反応温度変化を示す説明図。
【図１３】反応温度とジャケット温度の時間変化を示すグラフ。
【図１４】従来の重合反応プロセス温度制御方式の全体構成図。
【図１５】従来の重合反応プロセス温度制御方法による制御動作の時間変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…重合反応器、２０…ジャケット、３０…内温温度計、４０…ジャケット入口温度計、５０…ジャケット循環ポンプ、６０…温水バルブ、７０…冷水バルブ、８０…スプリットレンジ、９０…ジャケット温度制御器、１００…制御モード選択機能、２００…反応温度制御機能、３００…反応温度データベース、４００…起動時温度データベース、５００…スイッチ、６００…手動入力機能。

Claims

ジャケットの温度制御を介して、反応熱が生じる重合プロセスの反応温度を昇温制御から定温制御のための反応温度フィードバック制御に切換える温度制御方法であって、
反応器の加熱のためのジャケット温度設定値とジャケット温度計測値との差分を少なくするようにジャケット温度を昇温制御中に、反応器内温度が生産する製品に対応して設定された第１の判定温度Ｔ０になると、ジャケット温度設定値を加熱設定の加熱温度から冷却設定の冷却温度に切換え、前記反応器内温度の時間変化を、生産する製品に対する重合モデルによる前記反応器内温度の時間微分値に基づいて予測し、その予測結果により前記冷却温度を補正し、補正した冷却温度で前記反応器内温度の上昇を保つとともに、
さらに、前記反応器内温度の時間変化の予測に基いて、生産する製品に対応して設定された反応温度目標値より小さい第２の判定温度を決定し、前記反応器内温度が前記決定された第２の判定温度Ｔ１に到達した時点で前記反応温度フィードバック制御に切換えることを特徴とする重合反応プロセスの温度制御方法。
請求項１において、前記補正した冷却温度により前記反応温度が低下傾向となる場合は、前記反応温度が上昇するように前記冷却温度を再補正することを特徴とする重合反応プロセスの温度制御方法。
請求項１において、前記反応温度の時間変化を前記時間微分値に基づいて予測し、前記反応温度の上昇が大きい場合は初期設定値より大なる値にＴ１を補正し、前記反応温度の上昇が小さい場合は前記初期設定値より小なる値にＴ１を補正することを特徴とする重合反応プロセスの温度制御方法。
ジャケットの温度制御を介して、反応熱が生じる重合プロセスの反応温度を昇温制御から定温制御のための反応温度フィードバック制御に切換える制御方法であって、
反応器の加熱のためのジャケット温度設定値とジャケット温度計測値との差分を少なくするようにジャケット温度を制御中に、前記反応温度が生産する製品に対応して設定された所定温度Ｔ０になると、前記ジャケット温度設定値を加熱設定の加熱温度から冷却設定の冷却温度に切換え、
前記反応温度の時間変化を、その計測値の時間微分値ｄＴ／ｄｔに基づいて予測し、その予測結果により冷却温度を補正して前記反応温度の上昇を保ち、さらに、前記反応温度の時間変化の予測に基づいて、前記反応温度が生産する製品に対応して設定された反応温度の目標値Ｔｒｅｆより小さい判定温度Ｔ１を決定し、前記反応温度が前記判定温度Ｔ１に到達した時点で前記反応温度フィードバック制御に切換え、
前記反応温度フィードバック制御は、目標値Ｔｒｅｆと前記反応温度計測値との偏差を求め、この偏差を少なくするようにジャケット温度目標値を算出し、前記ジャケット温度目標値と前記ジャケット温度計測値との偏差を少なくするようにジャケット温度を制御することを特徴とする重合反応プロセスの温度制御方法。
ジャケットの温度制御を介して、反応熱が生じる重合プロセスの反応温度を昇温制御から定温制御のための反応温度フィードバック制御に切換える重合反応プロセスの温度制御装置であって、
ジャケット温度設定値とジャケット温度計測値との差分を少なくするように制御するジャケット温度制御器と、
反応器内温度が生産する製品に対応して設定された第１の判定温度Ｔ０になると、前記ジャケット温度設定値を加熱設定の加熱温度から冷却設定の冷却温度に切換え、前記反応温度の時間変化を前記反応器内温度の時間微分値に基づいて予測し、その予測結果により冷却温度を補正する冷却設定手段と、
補正した冷却温度で前記反応温度の上昇を保つとともに、前記反応温度の制御を昇温制御から反応温度フィードバック制御に切換える時点を示す生産する製品に対応して設定された第２の判定温度Ｔ１を、前記反応器内温度の時間変化と前記冷却温度に補正されたジャッケット温度に基いて決定し、前記反応器内温度が前記決定された第２の判定温度Ｔ１に到達した時点で前記反応温度フィードバック制御に切換えるフィードバック制御投入判定手段を備えることを特徴とする重合反応プロセスの温度制御装置。