DE2048166A1

DE2048166A1 - Voraussehendes Regelsystem fur die Athylenpolymerisation

Info

Publication number: DE2048166A1
Application number: DE19702048166
Authority: DE
Inventors: Shumchiro Iizuka Shumchi Takami Masato Tokio Furutani Naomichi Higashi Murayama Haruna Koichi Ishikawa Tomoo Kodaira Honguchi, (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1969-10-01
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3728085A; JPS5018517B1; DE2048166B2; GB1296569A; DE2048166C3

Description

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r! Ίο

MITSUBISHI PBTROCHEMICAL COMPANY LIMITED, Tokio (Japan)

Voraussehendes Regelsystem für die Äthylen-

poiymerisation

Die Erfindung bezieht sich auf ein voraussehendes Regelsystem für eine rohrförmige Äthylenpolymerisationsvorrichtung.

Wie bekannt ist, hat eine rohrförmige Äthylenpolymerisationsvorrichtung einen Aufbau, wie er in Pig» I gezeigt ist, wobei man sieht, daß eine Mischung aus Äthylengas B, das das Rohmaterial ist, und der erforderlichen Reaktionsmittel einschließlich eines Initiators P und eines Modifi« lcators G in einem Kompressor 1 komprimiert und dann einem rohrförmigen Reaktionsgefäß 2 zugeführt werden, Das in das Reaktionsgefäß 2 eingeführte Strömungsgemisoh wird über die Reaktlonsgefäßwand einem Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturströmungsmittel unterworfen, das durch einen Wärmeaustauscher j5 strömt. Wenn eine Reakbionsbeginxitemperatur erreicht ist, findet plötzlich eine Polymer!- sationsreaktion statt, und die Temperatur des Strömungsge-Blsohee im Reaktionegefäß 2 steigt plötzlich an. Diese

8l-(Pos. 22.ό92)«ΤρΕ (7)

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Polymerisatlonijreaktion wLrd dann schwächer und hört nach einet¹ kurzen Zeitdauer auf. Das strömende Gemisch im Reaktionsgefäß 2 wird dann über die Reaktionsgefäßwand einem Wärmeaustausch mit einem Niedrigtemperaturströmungsraittel unterworfen, das durch einen Wärmeaustauscher 4 mit dem Ergebnis strömt, daß die Temperatur des strömenden Gemisches verringert wird, und dann wird das strömende ^ Gemisch mit verringerter Temperatur aus dem Reaktionsgefäß 2 herausgelassen. Das ein Äthylenpolymer und nichtreagiertes Äthylengas enthaltende Reaktionsprodukt wird einem Produkttrenner 5 zugeführt, wo das Äthylenpolymer vom unreagierten Äthylengas abgetrennt wird, und anschließend wird die Qualität des Erzeugnisses mit einer Qualltätsinspektionsvorrichtung 6 gemessen»

Bs ist bei einer solchen Polymer!sationsvorrichtung sehr wichtig, die Qualität des so erhaltenen Produktes auf einem erforderlichen Wert zu halten. Die die Güte des Produktes bestimmenden Paktoren umfassen die Konzenk tration des Initiators, die Konzentration des Modiflkators sowie den Reaktionsdruck und die Reaktionstemperatur im Reaktionsgefäß. Einer oder mehrere dieser Faktoren können als einstellbare Variable genommen werden, um die Qualität auf einen konstanten Wert hin zu steuern. Indessen umfaßt das Verfahren ein Problem, in dem unvermeidlich aufgrund der Aufenthaltßzeit im Rohr, der Aufenthaltszeit im Separator usw, eine beträchtliche Zeitverzögerung auftritt, bis irgendeine Änderung der Qualität des Produktes schließlich durch die Qualitäfcsinspektionsvorrichtung 6 gemessen wird, nachdem eine geeignete Änderung der einstellbaren bzw. eingestellten Variablen vorgenommen wurde. Infolge des Auftretens einer solchen Zeitverzögerung bei dem be-

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kannten Rückkopplungssteuerungssystem zur Änderung der eingestellten Variablen auf Basis des in der Qualitätsinspektiölvorrichtung 6 angezeigten Qualitätswertes ist es schwierig, die Steuerbarkeit auf eine gewünschte Genauigkeit zu bringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues, and zwar voraussehendes Regelsystem für eine Äthylenpoly- ™

merisationsvorrichtung zu schaffen, mit dem die Qualität des Produkts auf einem bestimmten Wert gehalten werden kann.

Gegenstand der Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist ein voraussehendes Regelsystem für eine rohrförmige Äthylenpolymerisationsanlage, in der eine Mischung aus Äthylengas, einem Initiator, einem Modifikator und anderen erforderlichen Reagentien in einem Kompressor komprimiert und in ein rohrförmiges Reaktionsgefäß mit einem Wärmeaustauscher zur Erzielung einer Polymerisationsreaktion im Reaktionsgefäß eingeführt wird, das aus dem Reaktionsgefäß austretende Produkt zweoks Trennung des Äthylenpolymers von unreagier- t ten Gasen durch einen Produktseparator geleitet wird und die Qualität des abgetrennten Äthylenpolymers von einer Qualitätsinspefctionsvorrichtung gemessen wird, mit dem Kennzeichen, daß das Regelsystem außer der Qualitätsinspektionsvorrichtung Temperaturfühler zur Erfassung der Temperaturverteilung innerhalb des Reaktionsgefäßes, ein Vorhersagemodell zum Vorhersagen eines Qualitätswertes aufgrund des in einer Stärkstreaktionszone des Reaktionsgefäßes erfaßten Temperaturwertes, eine Modellkorrekturvorrichtung zur Korrektur des vorhersagenden Modells aufgrund des erfaßten Temperaturwertes und des gemessenen Qualitätswertes und eine Einstellwertentsoheidungsvorriohtung zur Änderung; .^

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wenigstens einer einstellbaren, die Reaktion im Reaktionsgefäß steuernden Größe in Abhängigkeit von der Abweichung des Vorhersagequalitätswertes von einem gewünschten Qualitätswert (Sollwerteinstellvorrichtung) umfaßt.

Erfindungügemäi3 wird die Zeltverzögerung der Regelung bei einer Athylenpolymerisationsanlage so eliminiert* daß ™ eine genaue voraussehende Regelung durchgeführt werden kann, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Qualitätskontrolle des Erzeugnisses erreicht wird.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines allgemeinen Aufbaues einer rohrförmigen Äthylen-Polymerisationsvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Temperatur« ψ verteilung im rohrförmigen Reaktionsgefäß,

in dem die senkrechte und die waagerechte Achse die Temperatur T im Reaktionsgefäß .bzw. die Gesamtlänge L des Reaktionsgefäßes bedeuten; und

Flg. J ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaues des AusfUhrungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die eingangs schon erwähnte Fig. 1 ist festzustellen, daß im Reaktionsgefäß 2 der Äthylenpolymerisationsanlage aufgrund der Äthylenpolyraerisationsreaktion eine große Wärmemenge erzeugt wird und ein

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scharfer Temperaturanstieg im Reaktionsrohr 2 In einer Zone auftritt, wo die Polymerisationsreaktion kräftig fortschreitet , wie sohon erwähnt wurde. Eine Mehrzahl von Temperatur-« fUhLern 7 wurde an geeigneten Innenstelien Lm Reaktionsrohr IMngs seiner Achse angebracht, um die Temperaturverteilung innerhalb des Reaktionsrohres 2 zu ermitteln. Die von den verschiedenen Temperaturfühlern ^r( angezeigten Temperaturen I sind In Pig» 2 angegeben, Es wurde so klargestellt, daß im Reaktionsrohr 2 eine Reaktionsstartzone <*- , wo sich die Temperatur T innerhalb des Reaktionsrohres 2 verhältnismäßig langsam ändert, und. eine Stärksfcreakbionszone p>- , vorliegen, wo ein scharfer Temperaturansbiut;'; auf tritt j Eb ist offenbar, daß der größere Teil des Äthylenpolymers in der Stärkstreaktionszone ['"> erzeugt wird» Daher läßt sich leicht annehmen, daß eine Temperatur Tm in dieser Zone f¹ die Bildung des Produkts am besten repräsentiert und der größte B'aktor zur Steuerung der Qualität ues herzustellenden Äthylenpolymers ist. Die Ergebnisse einer, im Zuge der Erfindung bei einer praktischen ÄthylenpoLymorlsationaan- λ lage durchgeführten Versuchs bewiesen, daß eLne starke gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Temperatur Tm in der Stärkstreaktionszone β und dem von der Qualitätsinspektionsvor richtung 6 angezeigten Qual itii la wert besteht» So wurde gefunden, daß sich die Qualität de.3 Produkt« aufgrund des erfaßten Wertes der Temperatur Tm vorhoraagmi läßt» Durch die Anwendung eines Kontrol!systems zum Vorhersagen der· tat des Produkts aus der Temperatur Tm in der öüärkst tlonszorie f> läßt sich daher die Zeitverzögerung aufgrund der Verweilzeit des Produktes im Separator und dergleichen eliminieren und die RegeXharteeit verbessern,

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Ein Aus führ imgn bei spiel der Erfindung ist in Pig, j3 dargestellt, worin gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile wie in Fig. 1 verwendet sind. Gemäß Fig. 5 mißt, einer der Temperaturfühler 7 die Temperatur Tm in der Stärkstreaktionszone /?> , und ein Vorhersagemodell 8 sagt einen Qualitätswert Q', wie z.B. einen Schmelzindexwert aus dem tatsächlich gemessenen Wert der Temperatur Tm auf der Baals folgender Gleichung voraus:

= aTm + b ,, (1)

Eine Modellkorrekturvorriohtung 9 korrigiert die Parameter a und b in der Gleichung (l) in Abhängigkeit von den tatsächlich gemessenen Werten der Qualität und der Tempe~ ratur Tm in einer im folgenden beschriebenen Weise. Es wird angenommen, daß Tm (O), Tm (1), Tm (2) „.,, Tm (t) die tatsächlich gemessenen Werte der Temperatur Tm zu bestimmten Zeitpunkten O, 1, 2, ... t sind und daß Q(O), Q (1), Q (2), »,. Q (t) die tatsächlich gemessenen Werte der Qualität zu den bestimmten Zeiten 0 + X , 1 + T 2 + Ci ... t + 1' (worin C die Zeitdauer ist, die erforderlich ist, bis der Einfluß der Temperatur Tm eine Wirkung auf den Qualitätswert hat) sind. Dann werden die Werte der Parameter a und b zur Zeit t ,·>· 1 so bestimmt, daß die folgende Formel ihren Minimalwerfc annimmtj

t r 12 t - η

> 4 Q (η) - aTm (η) - Vf ϊ ... (2)

n=0 I J

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worin t >. 1 und ^' der Gewichtsfaktor für die Zeit sind.

Genauer werden die Werte der Parameter a und b durch folgende Gleichungen wiedergegeben:

Q(t)'Tm(t) - Tm(t)-Q(t) ,,_Λ

^d -[Tm(L))^

Q(t). {Tm(t)\² - Tmjt)«Q(t)'Tm(t)

Q(t)'Tm(t) = (1 - ?)-Q(t)-Tm(t)

■+ r-Q(t - 1) « Tm(t - 1) _t.(^r5)

Tm(T) = (1'- Ϊ) · Tm(t) 4 r ' Tm(I - 1)

und Q(t), Tm(t) usw. werden ähnlich bestimmt,

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So korrigiert die Modellkorrekturvorrichtung 9 die Parameter a und b in der Gleichung (1), die durch das Vorhersageraodell 8 erhalten wurde, so daß sie die durch die Formeln (3) und (4) gegebenen Werte haben. Das der Abweichung des Vorhersagequalitätswertes von einem gewünschten, durch eine Sollwerteinstellvorrichtung 10 fe erzeugten Wert entsprechende Signal wird einer Einstellwertentscheidungsvorrichtung 11 zugeführt.

Die Einstellwertentscheidungsvorrichtung 11 entscheidet die einstellbaren Variablen, die zu korrigieren sind, um die Abweichung zu eliminieren, und ist so ausgelegt, daß eine Mehrzahl von einstellbaren Variablen korrigiert werden kann, so daß ein Anstieg oder ein Abfall der Temperatur innerhalb des Reaktionsgefäßes 2, der sich aus der Änderung der bestimmten einstellbaren Variablen ergibt, den Ablauf der Reaktion nicht beeinträchtigt. Wenn zum Beispiel der Vorhersagequalitätswert niedriger als der gewünschte Wert wird, kann man die Menge des Initiators F, W der den stärksten Einfluß auf die Qualität des Produkts ausübt, steigern« Wenn jedoch die Reaktion aufgrund des Anstiegs η der Menge des Initiators F übermäßig kräftig wird und die Gefahr besteht, daß die Reaktion den Zerfallsreaktionsbereich erreichen könnte, was praktisch von der Größe der Maximaltemperatur Tn abhängt, kann man die Tempe« ratur des Stromungsmittels im Wärmeaustauscher J5 oder 4, die im Vergleich mit dem Initiator F einen geringen Einfluß auf die Qualität, jedoch einen großen Einfluß auf die Maximaltemperatur Tn ausübt, reduzieren, um eine solche unerwünschte Erscheinung zu vermeiden.

Unter gewissen Umständen tritt die Stärkstreaktions-

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zone nicht an einer bestimmten Stelle innerhalb des Reaktionsgefäßes auf, sondern kann sich innerhalb desselben hin- und herbewegen,. Ein wirksames System, um mit einem solchen Fall fertig su werden, kann eine Mehr zahl von Vorhersagemodellen entsprechend den verschiede nen Anzeigen einer Mehrzahl von Temperaturfühlern umfassen, so daß diese Vorhersagemodelle in Abhängigkeit von der Genauigkeit der Vorhersage in geeigneter Weise umgeschaltet werden können.

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Claims

2CU8166 - ίο - Patentansprüche

1. Voraussehendes Regelsystem für eine rohrförmige Äthylenpolymerisationsanlage, In der eine Mischung aus Äthylengas, einem Initiator, einem Modifikator und anderen erforderliohen Reagentien in einem Kompressor komprimiert und in

P ein rohrförmiges Reaktionsgefäß mit einem Wärmeaustauscher zur Erzielung einer Polymerisationsreaktion im Reaktionsgefäß eingeführt wird, das aus dem Reaktionsgefäß austretende Produkt zwecks Trennung des Äthylenpolymers von unreagierten Gasen durch einen Produktseparator geleitet wird und die Qualität des abgetrennten Äthylenpolymers von einer Qualitätsinspektionsvorriehtung gemessen wird, . dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem außer der Qualitätsinspektionsvorrichtung (6) Temperaturfühler (7) zur Erfassung der Temperaturverteilung innerhalb des Reaktionsgefäßes (2), ein Vorhersagemodell (8) zum Vorhersagen eines Qualitätswertes aufgrund des in

k einer Stärkstreaktionszone ( p>) des Reaktionsgefäßes erfaßten Temperaturwertes (Tm), eine Modellkorrekturvorrichtung (9) zur Korrektur des vorhersagenden Modells aufgrund des erfaßten Temperaturwertes und des gemessenen Qualitätswertes und eine Einstellwertentscheidungsvorrichtung (11) zur Änderung wenigstens einer einstellbaren, die Reaktion im Reaktionsgefäß steuernden Größe (z.B. P) in Abhängigkeit von der Abweichung des Vorhersagequalitätswertes von einem gewünschten Qualitätswert (Sollwerteinstellvorrichtung (10)) umfaßt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Vorhersagemadellen (8) entsprechend einer Mehrzahl von Temperaturerfaesungsstelien zum Umschalten in Abhängigkeit von der Genauigkeit der lorhersage vorgesehen ist.

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