Устройство для измерения температуры при твердофазной поликонденсации

011207 Настоящее изобретение относится к устройству для измерения температуры в реакторной емкости с протекающим через нее сыпучим материалом, в частности, при твердофазной поликонденсации, проводимой в твердофазном реакторе-полимеризаторе. Как правило, твердофазная поликонденсация проводится в так называемом SSP-реакторе (solid state polymerizer = твердофазный полимеризатор), и при этом измерение температуры обычно производится в емкостях с протекающим через нее сыпучим материалом. В этих случаях речь, как правило, идет о непрерывных процессах для повышения вязкости полимеров, в частности полиэфирного материала и полиамидов, в твердой фазе, т.е. полимеры присутствуют в виде гранулята. Принципиально известны два метода измерения температуры в таких процессах. Согласно одному методу, температуру измеряют с помощью нескольких вваренных в наружную стенку SSP-реактора измерительных гильз, так называемых термоскважин (thermowells = измерительных каналов для ввода термопар). Второй метод состоит в том, что с помощью стержня или каната, вводимых сверху в SSPреактор и имеющих вдоль всей их вертикальной длины несколько точек замера, определяют температуру в соответствующих точках. Оба метода предусматривают измерение соответствующих температур, например в десяти точках замера в цилиндрической части SSP-реактора, имеющего длину в пределах от 25 до 40 м. Оба метода позволяют измерять температуру только при постоянном расстоянии от стенки реактора. Это расстояние определяется длиной измерительных гильз, соответственно позицией фланца при многоточечном измерении. При этом исходят из того, что температура гранулята изменяется по сечениюSSP-реактора, однако точно измерить действительное изменение температуры известными до сих пор методами невозможно. С другой стороны, было бы очень важно знать, например, среднюю температуру гранулята. Только точно зная действительную температуру и уровень заполнения, можно целенаправленно воздействовать на вязкость продукта. При отсутствии такой возможности получения сведений о средней температуре приходится вначале дожидаться полной стабилизации внутри процесса, чтобы можно было производить разумное согласование рабочих параметров. Если это не удается, то результатом может быть в отдельных случаях получение продуктов с отклоняющейся от нормы вязкостью и как следствие получение продуктов с пониженным качеством. Требования, предъявляемые к вваренным в стенки реактора измерительным гильзам, в которые вставляются чувствительные элементы, сводятся к тому, чтобы измерительные гильзы имели лишь небольшую длину и были дополнительно снабжены опорой снизу. В противном случае столб протекающего через реактор сыпучего материала своим весом согнет их или даже переломит. Небольшой длиной измерительных гильз обусловлен значительный недостаток, заключающийся в том, что на само измерение оказывают влияние потери от излучения в сторону не обогреваемой стенки реактора. Проблема станет понятной, если представить себе теплопереход и теплопроводность в зоне измерения. Горячий гранулят переносит свое тепло на гильзу. При этом лишь немногие гранулы касаются поверхности гильзы и то лишь на малых контактных участках. Тем самым теплообмен очень незначителен. К тому же ПЭТ(= полиэтилентерефталат) является плохим проводником тепла, следовательно, в целом он передает на гильзу лишь очень небольшое количество тепла. Сама гильза выполнена из стали с толщиной стенки в несколько миллиметров и очень хорошо проводит тепло. Благодаря этому, во-первых, она очень хорошо проводит тепло к вставленному чувствительному элементу, где фактически производится замер температуры, но, во-вторых, она также выводит тепло из реактора наружу, где температура отводится холодным окружающим воздухом. Это потерянное тепло приводит к тому, что гильза всегда показывает более низкую температуру. В результате происходит искажение измеренного значения, и притом в более высокой мере, чем в случае жидкостей, в которых переноситься может существенно больше тепла. При реальной работе SSP-реактора это может наблюдаться на примере того, что измеренная температура немедленно и явным образом повышается, как только повышается расход гранулята. Ибо при более высоком расходе, а следовательно, и при большей скорости потока в единицу времени происходит касание большего числа гранул с гильзами и больше тепловой энергии переносится на гильзы. Однако реализованные потери тепла остаются теми же, что и ранее, а температуры, показываемые прибором, повышаются, без того чтобы сам продукт действительно нагревался. В случае пруткового или канатного зонда с несколькими измерительными точками, вводимого сверху в реакторную емкость, подобная проблема не возникает. Хотя и в этом случае тепло проводится вдоль зонда, однако заметное искажение показанного измеренного значения наблюдается только в самой высокой измерительной точке. И это почти свободное от потерь тепловой энергии измерение температуры тоже находит свое отражение в том, что замеренные значения температуры оказываются приблизительно на 3-5 С выше, чем при сравнительных измерениях. Тем не менее, существенным недостатком канатных зондов является недостаточная механическая стойкость измерительных цепей. Протекающий через реактор столб гранулята с острыми краями гранул уже через короткое время разрушает цепи. Другой недостаток состоит в том, что поврежденные отдельные измерительные блоки не подлежат ремонту или обмену. Заменять можно лишь зонд в целом со всеми измерительными блоками, и тогда в каждом случае приходится полностью останавливать и опорожнять соответствующий SSP-реактор. Прутковые зонды применяются в течение многих лет и обладают значительно лучшей механической стойкостью в-1 011207 сравнении с канатными зондами. Однако их длина ограничена, так как стержень должен быть транспортабельным и удобным в обращении с ним. Верхним пределом длины пруткового зонда является длина от четырех до максимально пяти метров, причем реакторы, в которых применяются прутковые зонды, имеют высоту от 25 до 40 м. Максимальный срок службы таких прутковых зондов составляет приблизительно два года. Из DE 10133495 С 1 и JP 62071621 известны чувствительные элементы датчиков для измерения температуры в расплаве. В DE 10133495 С 1 предусмотрен полый стержень, в котором находится аксиально перемещаемый толкатель с чувствительным элементом датчика температуры. Таким образом, получается герметически экранированный и устойчивый чувствительный элемент датчика, который, однако, не защищен против вышеуказанных абразионных эффектов, вызываемых сыпучим материалом. В US 4028139 также описываются чувствительные элементы датчиков для измерения температуры, расположенные в несущих трубках. Так как в этом случае измерение температуры происходит в неподвижном слое, то проблема износа, обусловленного действием сыпучего материала, не возникает, и система не предусматривает никаких предупредительных мер против износа. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для измерения температуры в реакторной емкости с протекающим через нее сыпучим материалом. При этом должна быть предусмотрена защита предлагаемого измерительного устройства от механических нагрузок. В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью измерительного устройства согласно п.1 формулы изобретения и SSP-реактора с предлагаемым измерительным устройством. Устройство для измерения температуры в реакторной емкости с протекающим через нее сыпучим материалом включает в себя по меньшей мере один металлический профиль, по меньшей мере одну измерительную трубку и по меньшей мере один расположенный в ней чувствительный элемент датчика для измерения температуры, причем металлические профили выполнены с возможностью их соединения со стенками реакторной емкости и измерительная трубка соединена с одним из металлических профилей так, что измерительная трубка частично усиливается благодаря металлическому профилю на ее наружной стенке. Это означает, например, что измерительная трубка сварена, свинчена, склепана или иным образом жестко соединена с металлическим профилем. Металлический профиль может быть закреплен на внутренней стенке реакторной емкости, например, с помощью сварного соединения. В предпочтительном варианте исполнения измерительная трубка на ее наружной стенке усилена на стороне, направленной против потока гранулята в реакторной емкости, металлическим профилем, например, в виде скошенного с обеих сторон ребра жесткости с фронтонообразным поперечным сечением. Это поперечное сечение в предпочтительном варианте имеет ширину от 10 до 50 мм. В другом предпочтительном варианте исполнения оба конца измерительной трубки могут быть соединены со стенками реакторной емкости. Оптимальное исполнение измерительного устройства позволяет перемещать по меньшей мере один чувствительный элемент датчика в измерительной трубке вдоль ее продольной оси. Если при этом предусмотрена возможность соединения обоих концов измерительной трубки со стенками реакторной емкости, то чувствительный элемент датчика может быть позиционирован вдоль всего диаметра реакторной емкости. Для позиционирования чувствительного элемента может быть предусмотрена возможность доступа к внутренней полости измерительной трубки через наружную стенку реакторной емкости, например, через отверстие в наружной стенке. Если отверстия в наружной стенке нежелательны, то можно предусмотреть дистанционно управляемые устройства позиционирования. Вместо одного перемещаемого чувствительного элемента также возможно размещение нескольких чувствительных элементов в различных точках в металлической трубке, каждый из которых соединен с системой обработки результатов измерений. Предпочтительный вариант исполнения, кроме того, предусматривает, что чувствительный элемент датчика может быть фиксирован по меньшей мере в одной позиции вдоль продольной оси измерительной трубки. Это позволяет измерять температуру на различных расстояниях от стенки емкости, например, вблизи стенки реакторной емкости или даже в центре реакторной емкости. Для коммерческого использования чувствительные элементы целесообразно фиксировать в заранее выбранных позициях, чтобы иметь стационарные точки замера. Это может быть реализовано посредством механических стопорных устройств,например, путем введения чувствительных элементов в соответствующие канавки во внутренней стенке измерительной трубки. Предлагаемое в настоящем изобретении измерительное устройство может быть закреплено в SSPреакторе для обработки гранулята, причем металлические профили жестко соединяются со стенками реакторной емкости. Соединение измерительных устройств со стенками реакторной емкости предпочтительно осуществляется на различной высоте емкости и с различными углами поворота со смещением относительно друг друга. Для коммерческого использования рекомендуется постоянное расстояние по высоте между измерительными устройствами, предпочтительно в пределах от 0,1 до 4,0 м. Также постоянным может быть задан и угол поворота, то есть ориентация металлического профиля относительно продольной оси реакторной емкости. При постоянном расстоянии по высоте и постоянном угле поворо-2 011207 та, в случае простых, прямых металлических профилей, можно в известной степени получить систему наподобие винтовой лестницы. Преимуществом такой системы в этом случае является наличие совокупности измерительных устройств, которые охватывают сплошь все зоны реакторной емкости, не оставляя без контроля ни одной достаточно крупной зоны. Описанное измерительное устройство, а также оснащенный им SSP-реактор особенно пригодны для измерения температуры в сыпучей массе гранулята. Измерительная трубка обычно представляет собой стальную трубку, которую пропускают сквозьSSP-реактор перпендикулярно к его продольной оси и приваривают на обеих сторонах к стенке реактора. Стальные трубки затем оснащают металлическим профилем таким образом, чтобы они выдерживали ожидаемую весовую нагрузку столба гранулята. В самих стальных трубках на различных глубинах проникания предусматривают необходимые опорные поверхности для выполненных в виде температурных зондов чувствительных элементов, например, типа РТ 100. Таким образом, в простом варианте исполнения имеется возможность проведения замеров, например, на двух, конструктивно заранее определенных глубинах проникания по поперечному сечению реакторной емкости. Однако также применяются стальные трубки без опорных поверхностей для кончиков чувствительных элементов датчиков температуры типа РТ 100. В этом случае применяется чувствительный элемент,который измеряет температуру на поверхности внутренней стенки измерительной трубки и который может быть перемещен на расстояние половины диаметра по поперечному сечению емкости реактора. Таким образом, может осуществляться точное снятие пространственной температурной характеристики между стенкой реактора и центром реактора. Такой вариант исполнения служит, прежде всего, для получения дополнительной информации. Коммерческие реакторы изготовляются, как правило, с вышеназванным более простым измерительным устройством, которое предусматривает конструктивно заранее заданные глубины проникания температурных измерительных зондов. По всей длине реактора могут быть закреплены, например, десять измерительных трубок, расположенных со смещением на угол в 90 относительно друг друга. Также возможны и другие углы. Измерительные трубки проходят предпочтительно через продольную ось реакторной емкости, но они могут также быть закреплены и вне центральной продольной оси. В этом случае следует учитывать возможность воздействия на металлическую трубку также боковых сил со стороны протекающего через реактор гранулята. И, само собой разумеется, таким образом нельзя измерить температуру в центре реакторной емкости. Еще одно преимущество предлагаемых в изобретении измерительных устройств, а также оснащенных ими SSP-реакторов состоит в частичном устранении силы веса, оказываемой столбом гранулята. Дело в том, что в нижней зоне SSP-реактора гранулят попадает под действие огромного давления. Хотя на находящийся внизу слой гранулята и не действует весь столб гранулята, все же могут возникать деформации нижних частиц. Эта проблема усиливается с увеличением мощности установки, то есть с увеличением высоты реактора. Предусмотренные для этого случая в качестве защиты металлические профили в значительной мере способствуют тому, чтобы перехватывать на себя статическое давление, которое высокий столб гранулята оказывает на самые нижние слои гранулята. С этой целью в одном особенно целесообразном варианте исполнения изобретения может быть предусмотрено, что металлические профили имеют шероховатую поверхность и выполнены покатыми, чтобы в результате трения протекающего через реактор гранулята о поверхность металлических профилей обеспечить поглощение как можно более высокой доли нагрузки от давления. Предлагаемый в изобретении вариант исполнения поясняется ниже на примере фигур. На фиг. 1 показана в поперечном разрезе цилиндрическая реакторная емкость, а именно на высоте,на которой находится измерительная трубка 1. Измерительная трубка 1 проходит на чертеже чуть выше центра круглого поперечного сечения и на своих концах сварена со стенкой 4 реакторной емкости. Это означает, что измерительная трубка 1 не проходит через центральную ось реактора, и точки замера обоих чувствительных элементов 2, 3 лежат, таким образом, за пределами центральной продольной оси реакторной емкости. На фиг. 2 показано поперечное сечение измерительной трубки 1 с металлическим профилем 5, который выполнен в виде скошенного с обеих сторон ребра жесткости по всей длине измерительной трубки 1. Это позволяет уменьшить на некоторую долю силу давления, оказываемую столбом гранулята в направлении потока 6 гранулята. Еще один предпочтительный вариант исполнения, который из соображений устойчивости может найти применение, в частности, в SSP-реакторах большого диаметра, например, более 3,5 м, выполнен не в виде прямого измерительного устройства между двумя точками реакторной стенки, а представляет собой Y-образное устройство с тремя ножками, которые могут быть соединены в трех точках со стенками реакторной емкости. При этом ножки образуют предпочтительно равные углы по 60 и сходятся в центре реактора. В то время как все три ножки содержат один металлический профиль 5, измерительные трубки 1 в зависимости от задачи измерения могут быть установлены также только на одной или на двух ножках.-3 011207 Перечень позиций 1. Измерительная трубка 2. Первый чувствительный элемент датчика 3. Второй чувствительный элемент датчика 4. Стенка реакторной емкости 5. Металлический профиль 6. Поток гранулята ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Измерительное устройство для измерения температуры в реакторной емкости с протекающим через нее сыпучим материалом, включающее в себя по меньшей мере один металлический профиль (5), по меньшей мере одну измерительную трубку (1) и по меньшей мере один расположенный в измерительной трубке (1) чувствительный элемент (2, 3), отличающееся тем, что металлические профили (5) выполнены с возможностью их соединения со стенками (4) реакторной емкости и измерительная трубка (1) соединена с одним из металлических профилей (5) так, что ее наружная стенка частично усиливается благодаря металлическому профилю (5). 2. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительная трубка (1) соединена с металлическим профилем (5) так, что ее наружная стенка усиливается благодаря металлическому профилю (5) на стороне, направленной против потока (6) гранулята в реакторной емкости. 3. Измерительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оба конца измерительной трубки(1) могут быть соединены со стенками (4) реакторной емкости. 4. Измерительное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один чувствительный элемент (2, 3) в измерительной трубке (1) выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси измерительной трубки (1). 5. Измерительное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один чувствительный элемент (2, 3) в измерительной трубке (1) выполнен с возможностью его фиксации по меньшей мере в одной позиции вдоль продольной оси измерительной трубки (1). 6. Измерительное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что металлические профили (5) имеют фронтонообразное поперечное сечение с шириной от 10 до 50 мм. 7. SSP-Реактор для обработки гранулята, отличающийся тем, что он снабжен измерительным устройством по одному из пп.1-6. 8. SSP-Реактор по п.7, отличающийся тем, что металлические профили (5) могут быть соединены на различной высоте со стенками (4) реакторной емкости. 9. SSP-Реактор по п.7 или 8, отличающийся тем, что расстояния по высоте между металлическими профилями (5) заданы постоянными. 10. SSP-Реактор по пп.7-9, отличающийся тем, что металлические профили (5) расположены с расстоянием по высоте между ними от 0,1 до 4,0 м. 11. SSP-Реактор по одному из пп.7-10, отличающийся тем, что металлические профили (5) могут быть соединены со стенками (4) реакторной емкости со смещением углов поворота относительно друг друга. 12. SSP-Реактор по п.11, отличающийся тем, что углы поворота заданы постоянными.