反应器的温度控制方法及反应器的温度控制装置

具体实施方式

利用图1到图5对本发明的一个实施例进行说明。图1是本实施例的反应器的温度控制装置的结构图，图2是表示分歧阀的动作特性，图3是反应器温度控制系统的夹套温度控制系统的结构图，图4是图3所示的控制系统的控制的流程图，图5是表示控制结果的一个例子的图。

反应器的温度控制装置是如图1所示的结构。在伴有化学反应的内部执行聚合反应等的反应器10中，为了控制反应器10的温度，安装有夹套20。在夹套20上，安装有用于给夹套20供水的供水管21和排水管22，从供水管21供给的热介质在夹套20内循环，从排水管22排出。这里，反应器10内的化学反应可以是由化学反应发热的发热过程，也可以是由化学反应吸热的吸热过程。

在供水管21的夹套20侧设置有夹套入口温度计40，在供水管21的夹套入口温度计40的上游侧设置有循环泵50。在循环泵50的更上游侧发生分支，一根供水管21a上设置温水阀70，另一根供水管21b上设置冷水阀71，温水阀70和冷水阀71与分歧阀(split range)80连接。

分歧阀80的动作特性如图2所示。横轴表示操作信号即阀门开度设定信号SU，纵轴表示对应的阀门开度。阀门开度0％与阀门全闭对应，阀门开度100％与阀门全开对应。

在这一例子中，阀门开度设定信号SU以50％为界，0～50％时将冷水阀71的开度信号变换为100～0％，阀门开度设定信号SU为50～100％时，将温水阀70的开度信号变换为0～100％。

而且，因为将控制器的初期平衡点设定为温度操作信号SU＝50％，因此在反应温度稳定、无需来自外部的加热或者冷却的情况下，温度操作信号SU＝50％、温水阀和冷水阀都为全闭状态。

在反应器10上安装有温度计30，测量反应器10的温度，反馈给控制装置100。由未图示的原料供给阀调整原料数量并将原料供给到反应器10。

在排水管22上设置夹套出口温度计60，设置从夹套出口温度计60的上游侧连接到循环泵50的上游侧的旁通管23。

在控制系统即控制装置100上采用通用的计算机，并连接到制备法数据库300。控制装置100由下述装置构成：反应器温度控制系统200，其输入来自制备法数据库300的信号S301和来自温度计30的信号S31，生成夹套温度设定信号S201；输入来自夹套出口温度计60的信号S61，生成校正信号S501的信号生成部500；利用来自反应器温度控制系统200的夹套温度设定信号S201和来自信号生成部500的信号S501生成校正的夹套温度设定信号S601的信号校正部600；输入来自信号校正部600的被校正的夹套温度设定信号S601和来自夹套入口温度计40的信号S41，生成阀开度设定信号S401的夹套温度控制系统400。

这里，在本实施例中，反应器温度控制系统200、信号生成部500、信号校正部600以及夹套温度控制系统400由软件构成，但一部分也可以用硬件构成。

一旦确定制造产品的制备法，就将该产品的制备法输入到控制装置100中。基于被输入的数据，参照制备法数据库300，调节未图示的原料供给阀，将原料供给到反应器10中。将对应于输入的制备法计算出的反应器温度设定值作为信号S301发送给反应器温度控制系统200。

在反应器温度控制系统200中，在图4所示的流程图的步骤111中，根据表示反应器温度的信号S31和信号S301，计算反应器的温度设定值Tsp与反应器温度Tr之间的偏差E(也称为目标偏差E)，用公式1执行对目标偏差进行比例积分计算的比例积分型反馈控制计算。

(公式1)

Tjs＝K1*E+K2*∫Edt        (1)

这里，K1、K2分别是比例增益，积分增益，是调整反馈控制的控制性能的参数。而且，在公式1中没有设置微分项，但也可增加微分运算。而且，也可采用利用表格的运算等其它控制运算。另外，也可采用模型数据库的预测控制。此时，需要调整反馈控制系统的闭环灵敏度特性的参数，但可进行高灵敏度设定。

如图3所示，由公式1求出的计算结果即夹套温度设定值Tjs，在由图4所示的步骤112作为夹套温度设定信号S201由存储部605存储的同时，在步骤115由加法部606与来自信号生成部500的信号S501相加，作为校正后的夹套温度设定信号S601在步骤116存储在存储部607中。

在信号生成部500中，在步骤113输入来自夹套出口温度计60的信号S61，算出夹套出口温度Tj，在步骤114，利用公式2算出校正值Tjh，生成校正信号S501。

(公式2)

Tjh＝-K*Tj                    (2)

这里，K是常数增益，1≥K＞0，但也存在利用K＞1的大数值的情形。在公式2中，以变化方向相反的方式算出夹套出口温度Tjo和校正值Tjh，但对于夹套出口温度，也可设置死区单元。而且，如果被赋予负增益，则信号生成部500也可以是由公式3表示的查表形式。

(公式3)

校正信号＝FUNC(夹套出口温度)        (3)

这里，FUNC表示函数。

在步骤117，将校正后的夹套温度设定信号S601输入到夹套温度控制系统400中。在夹套温度控制系统400中，与夹套入口温度Tji比较，计算偏差F。利用公式4对偏差F执行进行比例积分微分运算的比例积分微分型反馈控制运算，计算阀开度设定值Bs。

(公式4)

Bs＝K3*F+K4*∫Fdt+K5*dF/dt        (4)

这里，K3、K4、K5分别是比例增益、积分增益、微分增益，是调整反馈控制的控制性能的参数。而且，在公式4中示出了比例积分微分运算，但与反应器温度控制系统200相同，也可采用利用表格的运算等其他的控制运算。

阀开度设定值Bs作为阀开度设定信号S401被发送到分歧阀80中，在分歧阀80中，被变换为加热用的温水阀70或者冷却用的冷水阀71的开度信号，发送给温水阀70或者冷水阀71，对温水阀70或者冷水阀71的开度进行控制。

图5示出的是利用本实施例的反应器的温度控制装置，将比例增益，积分增益，微分增益等的增益设定为高的值，进行反应器的温度控制的一个例子。示出了在执行制备法的过程中，在反应器内由化学反应产生热量，作为干扰而产生作用，反应器温度上升时的反应器温度、夹套出口温度以及夹套入口温度的变化。

从图5可知，如果反应器的温度上升，则在信号生成部500中产生校正信号S501，从而使得夹套入口温度降低。由于夹套入口温度降低，上升的夹套出口温度的上升停止，开始下降。其结果是，由于校正信号S501的效果，夹套入口温度的下降变得缓和，夹套出口温度的下降向相反侧推移，使夹套入口温度缓缓上升。

另一方面，反应器的温度也开始下降，但因为夹套入口温度的下降受到抑制，结果是源自反应器温度的设定值的负尖峰小。

这样，在本实施例的控制方法中，反应器温度的扰动抑制后的尖峰或者负尖峰小，其结果是可以执行提高反应器的温度控制系统的灵敏度特性，且提高控制适应性的设定。

与此相对的是，在不具备反馈夹套出口温度的信号生成部500的情况下，对应于反应器温度的上升，夹套入口温度继续下降，引起负尖峰，产生摆动，从而需要将反应器的温度限制在设定值中的时间。为了防止这一情况，在不具备信号生成部500的控制中，不得不采用将比例增益、积分增益等控制参数设定在低的值的低灵敏度控制系统，但在本实施例中，因为能够将比例增益、积分增益等控制参数设定得较高并进行控制，所以响应性好。

利用图6至8说明本发明的其它实施例。图6是本实施例的反应器的温度控制装置的结构图，图7是反应器的温度控制的流程图，图8是表示用于计算校正信号的查表法的图。

如图6所示，本实施例的反应器的温度控制装置与图1所示的反应器的温度控制装置具有相同的结构，但在本实施例中，在夹套入口温度计40和循环泵50之间设置夹套流量计90，将由夹套流量计90检测的夹套流量测量值S91输入到信号生成部500中。而且，与图1所示的实施例相同，根据图7所示的反应器的温度控制流程图进行控制。

在本实施例中，考虑循环泵50停止的情况，或者循环泵50的旋转速度发生变化，在夹套20内循环的热介质的流量发生变化的情况。

信号生成部500输入来自夹套出口温度计60的信号S61，和由夹套流量计90检测的夹套流量测量值S91，对应于夹套流量变化的情况，计算适当的校正信号。在本实施例中，如果热介质的流量变大，则以增大校正系数的方式计算校正信号。

该校正信号的计算利用图8所示的查表法进行。在图8所示的例子中，示出了与夹套出口温度和夹套流量对应的校正信号，信号生成部500具有该查找表格，输入夹套出口温度和夹套流量，输出对应的校正信号。而且，信号生成部500也可以是函数形式，用公式5计算校正信号，此时，图7所示的xn、yn是自变量。

(公式5)

zn＝FUNC(xn，yn)        (5)

这样，因为反馈热介质的流量而计算出校正信号，所以流量变大时，能够提高反应器温度控制系统的灵敏度特性，能够改善控制适应性。

根据本实施例，在反应器温度控制中，对于夹套出口温度的变化，将在相反方向上变化的校正信号赋予给夹套温度设定值，所以提高了夹套温度控制系统的适应性和稳定性，可以将反应器控制系统整体的闭环特性设定为高灵敏度。