(57)【要約】【課題】粉体床連続反応において、重合反応器内の内容物の滞留時間を制御して、粒径や形状が均一な粉体ポリマーを安定的に製造する方法を提供する。【解決手段】粉体ポリマーが存在する重合反応器に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒を連続的に撹拌下に供給し、前記重合反応器の粉体ポリマー抜き出し口から連続的に粉体ポリマーを抜き出すことにより粉体ポリマーを連続的に製造するにあたり、前記重合反応器内の内容物の観測滞留時間が前記重合反応器内の内容物の目標滞留時間になるように、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、前記粉体ポリマー抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整することにより滞留時間を制御する、粉体ポリマー製造方法。【選択図】図１
2015140401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体ポリマーが存在する重合反応器に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒を連続的に撹拌下に供給し、前記重合反応器の粉体ポリマー抜き出し口から連続的に粉体ポリマーを抜き出すことにより粉体ポリマーを連続的に製造するにあたり、前記重合反応器内の内容物の観測滞留時間が前記重合反応器内の内容物の目標滞留時間になるように、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、前記粉体ポリマー抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整することにより滞留時間を制御する、粉体ポリマー製造方法。
【請求項２】
前記の重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づく滞留時間を制御する方法として、モデル予測制御を用いる、請求項１に記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項３】
前記モデル予測制御がＧＭＣモデル予測制御である、請求項２に記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項４】
前記の重合反応器内の内容物の観測滞留時間が下式（１）及び（２）により算出される、請求項３に記載の粉体ポリマー製造方法。
τ＝Ｗ／Feedw  ・・・（１）
［式中、τは重合反応器内の内容物の観測滞留時間を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表す。］
Ｗ＝Ｖ×ＢＤ  ・・・（２）
［式中、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Ｖは重合反応器内の内容物の容積を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表す。］
【請求項５】
前記の重合反応器内の内容物の嵩密度ＢＤが、少なくとも、該嵩密度と相関づけられた前記重合反応器内の撹拌に要するトルク又は動力に基づいて算出される、請求項４に記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項６】
前記の吐出路の開度が下式（Ａ）に基づいて決定される、請求項１〜５のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
【数１】
2015140401.tif 000013
［式中、ＲRVは吐出路の開度を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、αは吐出弁用排出係数を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表し、ＷSPは重合反応器内の内容物の目標質量を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の観測質量を表し、OtherWは吐出路以外からの粉体ポリマーの流出質量を表し、ｃW,1及びｃW,2はフィッティングパラメータを表す。ただし、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwは一定である。］
【請求項７】
前記観測滞留時間と前記目標滞留時間との差の変化率の標準偏差が２０％以下になるように、前記吐出弁を制御する、請求項１〜６のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項８】
前記重合反応器内の内容物の観測上面位置が、予め設定された第１管理範囲から外れた場合には、前記滞留時間制御に替えて、前記観測上面位置が前記重合反応器内の内容物の目標上面位置になるように前記吐出弁を制御する上面位置制御を行う、請求項１〜７のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項９】
前記上面位置制御を行っている場合であって、前記観測上面位置が前記第１管理範囲より狭い範囲に設定された第２管理範囲内に戻った場合には、前記上面位置制御から前記滞留時間制御に戻す、請求項８に記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項１０】
前記原料モノマーがスチレン又はプロピレンである、請求項１〜９のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法により粉体ポリマーを製造する粉体ポリマー製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続塊状重合反応により粉体ポリマーを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体床連続塊状重合は、スチレン系重合体やプロピレン系重合体等の製造方法の一つとして知られている（例えば特許文献１及び２を参照）。この方法によれば、種ポリマーとして粉体ポリマーが存在する重合反応器に撹拌下で原料モノマー及び触媒を連続的に供給することで、重合反応器内に存在する種ポリマーに吸収された原料モノマーが重合し、溶媒を用いることなく粉体ポリマーを得ることができる。溶媒を使用しないため、反応後の溶媒を回収する工程が不要となり、コストを低減することができる。また、生成物はポリマー及び未反応モノマーが主体であるので、減圧や乾燥等にてモノマーを回収するだけで高純度のポリマーを得ることができる。
【０００３】
ところで、一般に、所望の物性を有するポリマーを均一に得るためには、反応速度及び反応時間によって重合反応を制御することが重要である。原料仕込量、反応温度、触媒濃度等が一定の場合には反応速度を一定とすることができるので、粉体床連続塊状重合においては、反応時間に係わる重合反応器内の内容物の滞留時間を制御できれば、粒径や形状、分子量分布、更に共重合体の場合にはその組成分布等が均一なポリマー粒子を得ることができる。滞留時間が短すぎる場合には、ポリマー粒子が十分に成長する前に排出されてしまう一方、滞留時間が長すぎる場合には、ポリマー粒子間で結合して粗大粒子やダンベル状の異形状粒子を形成することもある。
しかし、粉体系では、液体系とは異なり、重合反応器内部のポリマー粒子の総質量を測定することが困難であるため、重合反応器内の内容物の滞留時間をリアルタイムに制御することが困難である。
【０００４】
そのため、従来は、粉体系においても液体系と同様に、重合反応器から生成ポリマーを抜き出す速度を制御して、重合反応器内の内容物の容積を一定に制御することで重合反応器内の内容物の滞留時間の制御とみなしているのが実情である（特許文献１及び２を参照）。例えば特許文献１では、横型反応器を用いることで流体のフローパターンをプラグフロー化し、複数の反応器を直列に並べたのと同程度に滞留時間分布を狭くすることが開示されているが、その実施例の記載によれば、重合反応器内の反応系の容積が一定となるように、重合反応器から生成ポリマーを間欠的に抜き出すことが開示されている。なお、重合反応器内の反応系の容積を一定にするとは、重合反応器内における内容物の上面位置（気固相界面）を観測し、その位置を一定に保つように生成ポリマーを抜き出す速度が制御されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１６９７０号公報
【特許文献２】特開平５−０９３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来法では、重合反応器内の内容物の滞留時間を制御しきれておらず、装置運転の小さな変動によっても滞留時間が変動してしまい、ポリマー粒子形状の不安定化を招くとともに、重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクの変動が生じて安定運転に支障をきたしている。そのため、重合反応器内の内容物の滞留時間を十分に制御できるよう、改善が求められている。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、粉体床連続塊状重合において、重合反応器内の内容物の滞留時間を制御して、粒径や形状が均一な粉体ポリマーを安定的に製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、従来法によって重合反応器内の内容物の滞留時間を制御しきれていない原因を追求した結果、重合反応器内における内容物の上面位置を一定に制御していても、ポリマー粒子の粒子径分布が変動して内容物の嵩密度の変動が生じる場合には、重合反応器内の内容物の質量が変動するために、重合反応器内の内容物の滞留時間を実質的に制御できていないことを見出した。
本発明者は、更に鋭意検討を重ねた結果、重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクの変動と、重合反応器内の内容物の嵩密度の変動とが相関していることに着眼し、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整することにより、重合反応器内の内容物の真の滞留時間を制御できることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づき完成するに至ったものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の粉体ポリマー製造方法及び製造装置に関する。
＜１＞粉体ポリマーが存在する重合反応器に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒を連続的に撹拌下に供給し、前記重合反応器の粉体ポリマー抜き出し口から連続的に粉体ポリマーを抜き出すことにより粉体ポリマーを連続的に製造するにあたり、前記重合反応器内の内容物の観測滞留時間が前記重合反応器内の内容物の目標滞留時間になるように、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、前記粉体ポリマー抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整することにより滞留時間を制御する、粉体ポリマー製造方法。
＜２＞前記の重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づく滞留時間を制御する方法として、モデル予測制御を用いる、上記＜１＞に記載の粉体ポリマー製造方法。
＜３＞前記モデル予測制御がＧＭＣモデル予測制御である、上記＜２＞に記載の粉体ポリマー製造方法。
＜４＞前記の重合反応器内の内容物の観測滞留時間が下式（１）及び（２）により算出される、上記＜３＞に記載の粉体ポリマー製造方法。
τ＝Ｗ／Feedw  ・・・（１）
［式中、τは重合反応器内の内容物の観測滞留時間を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表す。］
Ｗ＝Ｖ×ＢＤ  ・・・（２）
［式中、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Ｖは重合反応器内の内容物の容積を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表す。］
＜５＞前記の重合反応器内の内容物の嵩密度ＢＤが、少なくとも、該嵩密度と相関づけられた前記重合反応器内の撹拌に要するトルク又は動力に基づいて算出される、上記＜４＞に記載の粉体ポリマー製造方法。
＜６＞前記の吐出路の開度が下式（Ａ）に基づいて決定される、上記＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
【数１】
2015140401.tif 000003
［式中、ＲRVは吐出路の開度を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、αは吐出弁用排出係数を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表し、ＷSPは重合反応器内の内容物の目標質量を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の観測質量を表し、OtherWは吐出路以外からの粉体ポリマーの流出質量を表し、ｃW,1及びｃW,2はフィッティングパラメータを表す。ただし、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwは一定である。］
＜７＞前記観測滞留時間と前記目標滞留時間との差の変化率の標準偏差が２０％以下になるように、前記吐出弁を制御する、上記＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
＜８＞前記重合反応器内の内容物の観測上面位置が、予め設定された第１管理範囲から外れた場合には、前記滞留時間制御に替えて、前記観測上面位置が前記重合反応器内の内容物の目標上面位置になるように前記吐出弁を制御する上面位置制御を行う、上記＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
＜９＞前記上面位置制御を行っている場合であって、前記観測上面位置が前記第１管理範囲より狭い範囲に設定された第２管理範囲内に戻った場合には、前記上面位置制御から前記滞留時間制御に戻す、上記＜８＞に記載の粉体ポリマー製造方法。
＜１０＞前記原料モノマーがスチレン又はプロピレンである、上記＜１＞〜＜９＞のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法。
＜１１＞上記＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載の粉体ポリマー製造方法により粉体ポリマーを製造する粉体ポリマー製造装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、粉体床連続塊状重合において、重合反応器内の内容物の真の滞留時間を制御することができ、粒径や形状が均一な粉体ポリマーを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の粉体ポリマー製造方法の好ましい一実施態様の概略を示す工程図である。
【図２】図２は、図１中の自動制御装置の概略を説明する模式図である。
【図３】図３は、自動制御装置による滞留時間制御と上面位置制御との切り替えを説明する模式図である。
【図４】図４は、図１に示す自動制御装置における制御方法の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、図４に続く自動制御装置における制御方法の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、実施例及び比較例における粉体ポリマーの嵩密度の変化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の粉体ポリマー製造方法は、粉体床連続塊状重合に適用される。具体的には、粉体ポリマーが存在する重合反応器に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒を連続的に撹拌下に供給し、前記重合反応器の粉体ポリマー抜き出し口から連続的に粉体ポリマーを抜き出す方法である。
【００１３】
本発明において、「粉体ポリマー」とは、その粒径が５０００μｍ以下の粉体ポリマーをいう。本発明の方法で製造される粉体ポリマーの粒径は、好ましくは３５００μｍ以下、より好ましくは２０００μｍ以下、更に好ましくは１５００μｍ以下である。粒径の下限値は特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上である。また、粉体ポリマーの体積中位粒径は、好ましくは１００〜９００μｍである。
【００１４】
本発明の方法で製造されるポリマーの種類は特に制限されず、粉体床連続塊状重合により製造できるものであればよい。本発明の方法で製造されるポリマーの種類の具体例としては、プロピレン系重合体等のオレフィン系重合体（ポリノルボルネン等のシクロオレフィン系重合体を含む）、ポリブタジエン等のゴム系樹脂、スチレン系重合体、（メタ）アクリル系重合体、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。これらは、単独重合体でもよく、共重合体でもよい。また、共重合体の場合はランダム共重合体でも、ブロック共重合体でもよい。
これらの中でも、オレフィン系重合体及びスチレン系重合体が好ましく、プロピレン単独重合体、プロピレン−エチレン共重合体から選ばれるプロピレン系重合体及びスチレン単独重合体、スチレン−エチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体から選ばれるスチレン系重合体がより好ましい。さらにスチレン系重合体の中では、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）が好ましい。
【００１５】
本発明に用いられる原料モノマーは、上記のポリマーの原料となるものであり、目的とするポリマーの種類に応じて適宜決定される。例えば、目的とするポリマーがプロピレン単独重合体又はスチレン単独重合体である場合には、原料モノマーはそれぞれプロピレン又はスチレンとなる。原料モノマーの状態は特に限定されないが、現実的には液体又は気体であり、例えばスチレン重合体を得る場合の原料モノマーであるスチレンは液体である。
また、本発明に用いられる重合触媒も同様に、目的とするポリマーの種類に応じて適宜決定される。具体的には、特開２０１１−１１６９７０号公報及び特開平５−０９３０１５号公報に示されているものが例示される。
【００１６】
粉体床連続塊状重合では、重合反応器に存在する種ポリマーとしての粉体ポリマーに吸収された原料モノマーが重合することで粉体ポリマーが成長する。そして成長したポリマーの一部が崩壊して細粒となり、それがさらに種ポリマーとして原料モノマーを吸収し成長する。ある程度成長した粉体ポリマーは重合反応器から順次排出される。このサイクルを繰り返すことで連続的に粉体ポリマーが製造される。
【００１７】
粉体床連続塊状重合において重合反応器に最初に充填する粉体としては、原料モノマーから生成されるポリマーと同一の粉体ポリマーでもよく、異なる粉体でもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ナイロン等の樹脂；シリカ、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、金、銀等の無機材料；等を任意に用いることができる。ただし、連続式重合において生成するポリマーの品質の均一性の観点からは、原料モノマーの重合反応によって生成するポリマーと同種類の粉体ポリマーを重合反応器に最初に充填することが好ましい。
【００１８】
本発明の粉体ポリマー製造方法では、観測される重合反応器内の内容物の滞留時間（本発明において「重合反応器内の内容物の観測滞留時間」という）が重合反応器内の内容物の目標滞留時間になるように、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、粉体ポリマー抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整する滞留時間制御（滞留時間に基づく吐出流量の制御）が行われる。
【００１９】
本発明では、吐出路の開度は、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量、重合反応器内の内容物の質量、重合反応器内の内容物の嵩密度、吐出路の開度と粉体ポリマーの吐出流量に関する吐出弁用排出係数等に基づいて決定することができる。このことは、以下のように数式化して表現することができる。
ＲRV＝ｆ（Feedw，Ｗ，ＢＤ，α，・・・）
［式中、ＲRVは吐出弁による吐出路の開度を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、αは吐出弁用排出係数を表し、ｆは任意関数を表す。］
【００２０】
ところで、重合反応器内の粉体ポリマーの挙動は非線形性が強く、後述する実施例及び比較例に関する図６で示されるように嵩密度の周期変動が生じる。そのため、吐出路の開度ＲRVを制御するには、種々の因子が必要になる。本発明では、その制御方法として、モデル予測制御を用いることが好ましく、その中でもモデルを非線形のまま直接制御モデル化するジェネリック・モデル・コントロール（Generic Model Control；ＧＭＣ）を適用することがより好ましい。ＧＭＣは、Ｐ．Ｌ．リーらにより「Computers and Chemical Engineering，Vol.12，p.573-580（1988）」で提唱されたモデル予測制御法であり、系全体の挙動を予測した非線形系の制御ができる。ＧＭＣには、派生したＲＧＭＣ（Robust GMC）、ＡＧＭＣ（Adaptive GMC）、ＡＲＧＭＣ（Adaptive RGMC）等も含まれる。
従来広く使用されているＰＩＤ制御は、観測量と目標との偏差で制御する線形制御であるため、非線形系への適用には限界がある。その為に、ＧＭＣ制御の方がＰＩＤ制御よりも優れている点は、Ｎ．アジズらによる「Computers and Chemical Engineering，Vol.24，p.1069-1075（2000）等の文献にも記載されている。本発明では、ＧＭＣ制御モデルを適用して滞留時間制御を行うことで、重合反応器内の粉体ポリマーの滞留時間を十分に制御することができる。
【００２１】
具体的には、吐出路の開度は、ＧＭＣを適用して、下式（Ａ）に基づいて決定されることが好ましい。
【数２】
2015140401.tif 000004
［式中、ＲRVは吐出路の開度を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、αは吐出弁用排出係数を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表し、ＷSPは重合反応器内の内容物の目標質量を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の観測質量を表し、OtherWは吐出路以外からの粉体ポリマーの流出質量を表し、ｃW,1及びｃW,2はフィッティングパラメータを表す。ただし、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwは一定である。］
【００２２】
以下、式（Ａ）について説明する。
まず、重合反応器内の内容物の観測滞留時間τは、下式（１）により算出することができる。
τ＝Ｗ／Feedw  ・・・（１）
［式中、τは重合反応器内の内容物の観測滞留時間を表し、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表す。］
すなわち、重合反応器内の内容物の観測滞留時間τは、重合反応器内の内容物の質量Ｗを、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwで除することによって算出することができる。ここで、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwは、原料モノマーの密度と供給流量とから適宜設定することができ、任意の手段によってリアルタイムに制御することができる。
【００２３】
前記の重合反応器内の内容物の質量Ｗは、下式（２）により算出することができる。
Ｗ＝Ｖ×ＢＤ  ・・・（２）
［式中、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、Ｖは重合反応器内の内容物の容積を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表す。］
すなわち、重合反応器内の内容物の質量Ｗは、重合反応器内の内容物の容積Ｖとその内容物の嵩密度ＢＤとの積によって算出することができる。重合反応器内の内容物の容積Ｖは、重合反応器内における内容物の上面位置（気固相界面）を観測し、重合反応器のサイズに基づいて算出される。
【００２４】
ここで、本発明では、重合反応器内の内容物の嵩密度の変動を、少なくともこれに伴う重合反応器内の撹拌翼を回転させるのに要するトルク又は動力の変動として捉えて重合反応器内の内容物の質量を制御することで重合反応器内の内容物の観測滞留時間を制御することが好ましい。すなわち、重合反応器内の内容物の嵩密度は、少なくとも、嵩密度と相関づけられた重合反応器内の撹拌に要するトルク又は動力に基づいて算出されることが好ましい。具体的には、粉体ポリマーの嵩密度と少なくとも重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクとの相関関係を示す検量線を予め作成しておくことが好ましく、重合反応器から排出される粉体ポリマーを間欠的にサンプリングして嵩密度の離散型データを収集する場合でも、当該検量線に照らし合わせることで、重合反応器内の撹拌に要するトルク又は動力と相関させて連続型データに変換し、これに基づいて重合反応器内の内容物の嵩密度をリアルタイムにモニタリングすることが可能である。このことは、以下のように数式化して表現することができる。
ＢＤ＝ｇ（Torque（or Power），・・・）
［式中、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、Torqueは撹拌翼駆動トルクを表し、Powerは撹拌翼駆動動力を表し、ｇは任意関数を表す。］
なお、重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクの変動は、任意の手段により観測することができる。
【００２５】
重合反応器内の内容物の観測滞留時間τの単位時間当たりの変化量は、下式（３）により算出することができる。
【数３】
2015140401.tif 000005
【００２６】
ここで、変数を減らして制御を容易にする観点、すなわち実際の生産を考慮すれば、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwを一定にすることが好ましい。単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwを一定値に制御することで、式を簡略化することができ、前記滞留時間制御を重合反応器内の内容物の質量制御に置き換えることができる。具体的には、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwが一定である場合、原料モノマーの供給質量Feedwの単位時間当たりの変化量ｄFeedw／ｄｔは０であり、式（３）は、下式（４）で表すことができる。
【数４】
2015140401.tif 000006
【００２７】
上述したように、重合反応器内の粉体ポリマーの挙動は非線形性が強いため、その制御方法として、モデルを非線形のまま直接制御モデル化するＧＭＣを適用することが好ましい。重合反応器内の内容物の観測滞留時間τの単位時間当たりの変化量についてＧＭＣを適用して制御モデル化すると、下式（５）で表すことができる。
【数５】
2015140401.tif 000007
［式中、τは重合反応器内の内容物の観測滞留時間を表し、τSPは重合反応器内の内容物の目標滞留時間を表し、ｃτ,1及びｃτ,2はフィッティングパラメータを表す。］
【００２８】
ここで、上述のとおり、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwが一定である場合、滞留時間制御を重合反応器内の内容物の質量制御に置き換えることができ、重合反応器内の内容物の観測滞留時間の単位時間当たりの変化量ｄτ／ｄｔは、重合反応器内の内容物の観測滞留時間の単位時間当たりの変化量ｄＷ／ｄｔとして式（５）を下式（６）で表すことができる。
【数６】
2015140401.tif 000008
［式中、Ｗは重合反応器内の内容物の質量を表し、ＷSPは重合反応器内の内容物の目標質量を表し、ｃW,1及びｃW,2はフィッティングパラメータを表す。］
【００２９】
式（６）を式（４）に代入すると、下式（７）が導き出される。
【数７】
2015140401.tif 000009
【００３０】
ところで、単位時間当たりの重合反応器内の内容物の質量は、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーとの物質収支で表すことができ、下式（８）で表すことができる。
【数８】
2015140401.tif 000010
［式中、Feedwは単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を表し、αは吐出弁用排出係数を表し、ＲRVは吐出路の開度を表し、ＢＤは重合反応器内の内容物の嵩密度を表し、OtherWは吐出路以外からの粉体ポリマーの流出質量を表す。］
すなわち、単位時間当たりの重合反応器内の内容物の質量は、重合反応器への原料モノマーの供給量から、吐出路から吐出される粉体ポリマーの吐出量及び重合反応器上部から気流に乗って流出する等の吐出路以外からの粉体ポリマーの流出量を差し引いた値として算出することができる。
【００３１】
式（６）と式（８）とを結びつけ、整理することで、上記の吐出路の開度を決定する式（Ａ）を導き出すことができる。
【数９】
2015140401.tif 000011
【００３２】
本発明では、反応器内の内容物の観測滞留時間が反応器内の内容物の目標滞留時間になるように、粉体ポリマー抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度ＲRVを調整することにより、粉体ポリマーの排出量の調節が行われる。
観測滞留時間と目標滞留時間との差の変化率の標準偏差が、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、更に好ましくは１０％以下になるように、吐出路の開度が制御されることが好ましい。また、上述のとおり、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量が一定である場合、滞留時間制御を重合反応器内の内容物の質量制御に置き換えることができ、る。この場合、観測される重合反応器内の内容物の質量と目標質量との差の変化率の標準偏差が、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下、更に好ましくは１０％以下になるように、吐出弁が制御されることが好ましい。
【００３３】
上述のとおり、重合反応器内の内容物の容積は、重合反応器内における内容物の上面位置（気固相界面）を観測し、重合反応器のサイズに基づいて算出される。このとき、観測される重合反応器内の内容物の上面位置（本発明において「重合反応器内の内容物の観測上面位置」という）が重合反応器内の内容物の目標上面位置から大きく外れるような異常事態が生じた場合には、上記の滞留時間制御では、重合反応器内の内容物の観測上面位置を目標上面位置に迅速に復旧することが困難な場合があり、安定運転に支障をきたすおそれがある。そのような異常事態が生じた場合には、正常状態に戻すために上記の滞留時間制御から上面位置制御（重合反応器内の内容物の上面位置に基づく吐出弁の制御）に切り替えることが好ましい。
具体的には、目標上面位置からの許容変動範囲を「第１管理範囲」として予め設定し、重合反応器内の内容物の観測上面位置が第１管理範囲から外れた場合には、滞留時間制御から上面位置制御に切り替えて吐出弁の制御を行う。また、第１管理範囲内に該第１管理範囲よりも狭い範囲で「第２管理範囲」を予め設定し、上面位置制御によって重合反応器内の内容物の観測上面位置が第２管理範囲内に戻った場合には、上面位置制御から滞留時間制御に戻して吐出弁の制御を行う。上面位置制御から滞留時間制御に戻す閾値として第２管理範囲を設けることで、上面位置制御と滞留時間制御との切り替えの頻度を少なくして安定した制御を行うことができる。
【００３４】
以下、本発明の好ましい一実施態様について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の粉体ポリマー製造方法の好ましい一実施態様の概略を示す工程図である。
【００３５】
粉体ポリマー製造装置１は、粉体ポリマーが存在する重合反応器２に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒を連続的に撹拌下に供給し、重合反応器２の粉体ポリマー抜き出し口１４から連続的に粉体ポリマーを抜き出すことにより粉体ポリマーを製造する製造装置である。粉体ポリマー製造装置１は自動制御装置３を有し、自動制御装置３により重合反応器内の内容物の滞留時間が制御され、粒径や形状が均一な粉体ポリマーを安定的に製造することができる。
【００３６】
重合反応器２は、原料モノマー供給口１１と、触媒供給口１２と、撹拌翼１３と、粉体ポリマー抜き出し口１４とを有する。重合反応器２は、温度調節用のジャケット１５を有していてもよい。特開平１１−２３６４０４号公報に記載の方法と同様に、不活性溶媒による蒸発潜熱にて重合温度を調整してもよい。
原料モノマー供給口１１には原料モノマー供給路２１が接続されており、原料モノマー供給路２１に設けられた原料モノマー供給弁２２により、原料モノマーの供給流量が調節される。原料モノマー供給路２１には、原料モノマー供給流量検出手段２３が設けられている。原料モノマー供給流量検出手段２３により、原料モノマーの供給流量が検出される。また、触媒供給口１２には触媒供給路２４が接続されており、触媒供給路２４に設けられた触媒供給弁２５により、触媒の供給流量が調節される。触媒供給路２４には、触媒供給流量検出手段２６が設けられている。触媒供給流量検出手段２６により、触媒の供給流量が検出される。
撹拌翼１３は、重合反応器２内に回転可能に支持されており、撹拌翼駆動機構４０によって回転する。撹拌翼駆動機構４０には、トルク検出手段又は動力検出手段４５が接続されている。トルク検出手段又は動力検出手段４５により、重合反応器２内の撹拌に要するトルク又は動力が検出される。トルク検出手段又は動力検出手段４５としては、トルク計又は動力計等を使用できる。
粉体ポリマー抜き出し口１４には吐出路１６が接続されており、吐出路１６に設けられた吐出弁６０により、粉体ポリマーの抜き出し流量が調節される。吐出弁６０の好ましい具体例としては、ロータリーバルブが挙げられる。
重合反応器２内には、粉体ポリマー８０が存在する。重合反応器２内における粉体ポリマー８０の上面位置８１は、上面位置検出手段５０により検出される。上面位置検出手段５０としては、例えば、超音波検出器、マイクロ波検出器、レーザー検出器、静電容量検出器、γ線検出器を挙げることができ、中でもγ線検出器が好ましい。
【００３７】
粉体床連続塊状重合では、粉体ポリマー８０が存在する重合反応器２に、粉体ポリマーを生成する原料モノマー及び重合触媒が原料モノマー供給口１１及び触媒供給口１２から連続的に供給される。このとき、撹拌翼１３によって撹拌されながら、重合反応器２に存在する種ポリマーとしての粉体ポリマー８０に吸収された原料モノマーが重合することで粉体ポリマーが成長する。成長した粉体ポリマーは、粉体ポリマー抜き出し口１４から順次排出され、吐出路１６を経て回収される。
【００３８】
本発明では、重合反応器２内の内容物８０の観測滞留時間が目標滞留時間になるように、重合反応器に供給される原料モノマーと生成した粉体ポリマーの物質収支に基づいて、抜き出し口の吐出路に設置された吐出弁で吐出路の開度を調整することにより、粉体ポリマー抜き出し口１４に接続された吐出路１６に設けられた吐出弁６０を制御する滞留時間制御が行われる。好ましくは、内容物の嵩密度の変動を、少なくともこれに伴う重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクの変動として捉えて重合反応器内の内容物の質量を制御することで重合反応器内の内容物の観測滞留時間を制御する。重合反応器２内の撹拌翼１３を回転させる動力又はトルクはトルク検出手段又は動力検出手段４５により検出され、吐出路の開度は、前記式（Ａ）により決定することができる。
【００３９】
原料モノマー供給流量検出手段２３により検出された原料モノマーの供給流量に関する情報が原料モノマー供給流量信号Ｓ１として、上面位置検出手段５０により検出された重合反応器２内における粉体ポリマー８０の上面位置８１に関する情報が上面位置信号Ｓ２として、トルク検出手段又は動力検出手段４５により検出された動力又はトルクに関する情報が動力／トルク信号Ｓ３として、それぞれ自動制御装置３に送られる。
【００４０】
自動制御装置３は、原料モノマー供給流量信号Ｓ１に基づいて単位時間当たりの原料モノマーの供給質量を算出することができ、上面位置信号Ｓ２に基づいて重合反応器内の内容物の容積を算出することができ、少なくとも動力／トルク信号Ｓ３に基づいて重合反応器内の内容物の嵩密度を算出することができる。自動制御装置３について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１中の自動制御装置の概略を説明する模式図である。
【００４１】
図２中、自動制御装置３は、滞留時間制御部３１、上面位置制御部３３及び制御モデル選択部３５を有する。自動制御装置３は、目標滞留時間信号Ｓ０と動力／トルク信号Ｓ３と上面位置信号Ｓ２とに基づいて算出した吐出弁６０による吐出路の開度を吐出路開度信号Ｓ４として出力する。
【００４２】
滞留時間制御部３１は、滞留時間制御モデルを適用して吐出弁６０による吐出路の開度をリアルタイムで算出する。滞留時間制御モデルとしては、重合反応器２内部の粉体ポリマーの挙動についてＧＭＣを適用して制御モデル化したＧＭＣ滞留時間制御モデルを適用することが好ましい。
具体的には、滞留時間制御部３１は、ＧＭＣ滞留時間制御モデルを数式として設定した後、動力／トルク信号Ｓ３から得られる情報をＧＭＣ滞留時間制御モデルに適用して、観測滞留時間を算出する。そして、目標滞留時間信号Ｓ０から得られる情報を参照して、観測滞留時間と予め設定された目標滞留時間との間に差が少なくなるように、ＧＭＣ滞留時間制御モデルを適用して吐出弁６０による吐出路の開度を算出し、滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１を出力する。
【００４３】
上面位置制御部３３は、上面位置制御モデルを適用して吐出弁６０による吐出路の開度をリアルタイムで算出する。上面位置制御モデルとしては特に限定されず、ＰＩＤ方式及びＧＭＣ方式等のいずれの制御法を適用してもよく、重合反応器２内部の粉体ポリマーの挙動についてＰＩＤを適用して制御モデル化したＰＩＤ上面位置制御モデル又はＧＭＣを適用して制御モデル化したＧＭＣ上面位置制御モデルを適用することができる。
具体的には、上面位置制御部３３は、ＰＩＤ上面位置制御モデル又はＧＭＣ上面位置制御モデルに基づく制御式を設定した後、上面位置信号Ｓ２及び動力／トルク信号Ｓ３から得られる情報を制御式に適用して、目標上面位置信号Ｓ０から得られる情報を参照して、観測上面位置と予め設定された目標上面位置との間に差が少なくなるように、ＰＩＤ上面位置制御モデル又はＧＭＣ上面位置制御モデルを適用して吐出弁６０による吐出路の開度を算出し、上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３を出力する。
【００４４】
制御モデル選択部３５は、上面位置信号Ｓ２から得られる情報を参照して、反応器内の内容物の観測上面位置が第１管理範囲の範囲内にあるか、及び第２管理範囲の範囲内にあるか、を判断する。その判断に基づいて、滞留時間制御部３１から入力された滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１又は上面位置制御部３３から入力された上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３のいずれかを選択し、吐出弁６０による吐出路の開度を吐出路開度信号Ｓ４として出力する。すなわち、滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１が選択された場合には滞留時間制御が行われ、上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３が選択された場合には上面位置制御が行われる。
【００４５】
自動制御装置３は、上記のとおりに吐出弁６０による吐出路の開度を決定し、吐出路開度信号Ｓ４を吐出弁制御手段６５に送る。吐出弁制御手段６５は、吐出路開度信号Ｓ４に基づいて吐出弁６０による吐出路の開度を制御する。また、自動制御装置３は、吐出弁６０による吐出路の開度とともに原料モノマー供給路２１及び触媒供給路２４にそれぞれ設けられた原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を決定することもできる。原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を制御する場合、自動制御装置３は、原料供給路開度信号Ｓ５を弁制御手段２７に送り、弁制御手段２７は、原料供給路開度信号Ｓ５に基づいて原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を制御する。
【００４６】
上面位置検出手段５０により検出された重合反応器２内における粉体ポリマー８０の上面位置８１が第１管理範囲から外れた場合には、自動制御装置３は滞留時間制御から上面位置制御に切り替えて吐出弁の制御を行うことが好ましい。
【００４７】
上述した自動制御装置３による滞留時間制御と上面位置制御との切り替えについて、図３を参照しながら更に説明する。図３は、自動制御装置による滞留時間制御と上面位置制御との切り替えを説明する模式図である。
図３中、縦軸は、重合反応器内の内容物の観測上面位置Ｌを示し、横軸は、重合時間ｔを示す。第１管理範囲Ｒａは、重合反応器内の内容物の目標上面位置Ｌ0からの許容変動範囲であり、上面位置Ｌａ2以上Ｌａ1以下の範囲として設定されている。第２管理範囲Ｒｂは、第１管理範囲Ｒａの中に該第１管理範囲Ｒａよりも狭く、上面位置Ｌｂ2以上Ｌｂ1以下の範囲として設定されている。Ｌｂ1はＬ0を超えＬａ1未満の値であり、Ｌｂ2はＬａ2を超えＬ0未満の値である。Ｌａ1、Ｌａ2、Ｌｂ1及びＬｂ2の各値は、装置に応じて適宜設定される。
【００４８】
図３は、内容物の観測上面位置Ｌが目標上面位置Ｌ0に略一致している状態から、観測上面位置Ｌが第１管理範囲Ｒａを外れ、その後、第２管理範囲Ｒｂ内に復帰した状態までの観測上面位置Ｌの経時変化を示している。
【００４９】
ｔ0の時点からｔ1の直前の時点までは、観測上面位置Ｌが上面位置Ｌａ1未満であり第１管理範囲Ｒａ内にあるので滞留時間制御が行われている。観測上面位置Ｌが上面位置Ｌａ1以上となり第１管理範囲Ｒａから外れたｔ1の時点（Ｐ1）で、自動制御装置３は、滞留時間制御から上面位置制御に切り替えて、吐出弁６０による吐出路の開度を決定し、吐出路開度信号Ｓ４を吐出弁制御手段６５に送る。吐出弁制御手段６５は、吐出路開度信号Ｓ４に基づいて吐出弁６０による吐出路の開度を制御する。また、自動制御装置３は、吐出弁６０による吐出路の開度とともに原料モノマー供給路２１及び触媒供給路２４にそれぞれ設けられた原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を決定することもできる。原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を制御する場合、自動制御装置３は、原料供給路開度信号Ｓ５を弁制御手段２７に送り、弁制御手段２７は、原料供給路開度信号Ｓ５に基づいて原料モノマー供給弁２２及び触媒供給弁２５の開度を制御する。
【００５０】
観測上面位置Ｌが上面位置Ｌａ1未満となっても上面位置Ｌｂ1を超える場合は、引き続き上面位置制御が行われる。観測上面位置Ｌが上面位置Ｌｂ1以下となり第２管理範囲Ｒｂ内に復帰したｔ2の時点（Ｐ2）で、自動制御装置３は、上面位置制御から滞留時間制御に戻して吐出弁６０の制御を行う。
【００５１】
なお、図３には示していないが、観測上面位置がＬａ2以下となり第１管理範囲Ｒａから外れた場合にも滞留時間制御から上面位置制御への切り替えが行われる。そして、観測上面位置Ｌが上面位置Ｌｂ2以上となり第２管理範囲Ｒｂ内に戻った場合に、上面位置制御から滞留時間制御に戻される。
【００５２】
次に、自動制御装置３における制御方法の動作について図４及び５を参照しながら説明する。図４及び５は、自動制御装置における制御方法の動作を説明するフローチャートである
【００５３】
（初期設定：ステップＳＴ０１）
まず、粉体ポリマー製造装置１を運転する前に、予め以下（１）〜（４）の初期設定を行い、処理をステップＳＴ０３に移す。
（１）滞留時間制御モデルの構築
重合反応器周りの物質収支モデルを構築し、モデル予測制御と組み合わせて、滞留時間を調整する吐出弁の開度を制御するモデルを構築する。モデル予測制御として、ＧＭＣを採用する。
（２）観測滞留時間算出モデルの構築
重合反応器２の内部の粉体ポリマーの挙動を直接測定することができないので、その挙動の一態様である滞留時間も直接得ることはできない。重合反応器２から抜き出された粉体ポリマーの嵩密度と、重合反応器２内の撹拌に要するトルク又は動力との相関式を構築する。加えて式（２）より、観測上面位置から推算される重合反応器２内の内容物の容積Ｖと、前記相関式から算出される重合反応器２内の内容物の嵩密度ＢＤとから、重合反応器２内の内容物の質量Ｗを算出する。更に式（１）より、重合反応器２内の内容物の質量Ｗと、単位時間当たりの原料モノマーの供給質量Feedwとから、重合反応器内の内容物の観測滞留時間τを算出する。
【００５４】
（３）上面位置制御モデルの構築
上面位置制御については、ＰＩＤ方式でもモデル予測制御（ＧＭＣ方式）でもよい。ＰＩＤ方式の場合には、目標の上面位置と観測上面位置との偏差で、吐出弁の開度制御式を構築する。ＧＭＣ方式の場合には、重合反応器２内の内容物の容積の収支とプロセスモデルとしてＧＭＣとを組み合わせて、吐出弁の開度制御式を構築する。
【００５５】
（４）第１管理範囲及び第２管理範囲の設定
重合反応器内の内容物の観測上面位置が重合反応器内の内容物の目標上面位置から大きく外れるような異常事態が生じた場合に、正常状態に戻すために滞留時間制御から上面位置制御に切り替えが行われる。目標上面位置からの許容変動範囲を「第１管理範囲」として設定し、第１管理範囲内に該第１管理範囲よりも狭い範囲で「第２管理範囲」を設定する。
【００５６】
（トルク又は動力の測定：ステップＳＴ０３）
トルク検出手段又は動力検出手段４５は、重合反応器内の撹拌に要するトルク又は動力をリアルタイムに検出し、動力／トルク信号Ｓ３として出力し、処理をステップＳＴ０５に移す。
【００５７】
（滞留時間制御モデルによる吐出路開度の算出：ステップＳＴ０５）
滞留時間制御部３１は、動力／トルク信号Ｓ３から得られる情報を滞留時間制御モデルに適用して観測滞留時間を算出して吐出弁による吐出路の開度を算出し、滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１として出力し、処理をステップＳＴ０７に移す。
【００５８】
（上面位置制御モデルによる吐出路開度の算出：ステップＳＴ０７）
上面位置制御部３３は、上面位置信号Ｓ２から得られる情報に基づいて観測上面位置を決定し、上面位置制御モデルを適用して吐出弁による吐出路の開度を算出し、上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３として出力し、処理をステップＳＴ０９に移す。
【００５９】
（直前の制御モデルの判断：ステップＳＴ０９）
制御モデル選択部３５は、直前の制御モデルが滞留時間制御部３１の滞留時間制御モデルを選択していると判断すると処理をステップＳＴ１１に移し、上面位置制御部３３の上面位置制御モデルを選択していると判断すると処理をステップＳＴ１７に移す。
【００６０】
（観測上面位置が第１管理範囲内であるかの判断：ステップＳＴ１１）
制御モデル選択部３５は、上面位置信号Ｓ２を参照し、観測上面位置が第１管理範囲内であると判断すると処理をステップＳＴ１３に移し、観測上面位置が第１管理範囲外であると判断すると処理をステップＳＴ１５に移す。
【００６１】
（滞留時間制御モデルの選択：ステップＳＴ１３）
制御モデル選択部３５は、観測上面位置が第１管理範囲内である場合、引き続き滞留時間制御を行う。具体的には、制御モデル選択部３５は、ステップＳＴ０５における滞留時間制御モデルを選択するので、滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１を吐出路開度信号Ｓ４として出力し、処理をステップＳＴ２３に移す。
【００６２】
（上面位置制御モデルの選択：ステップＳＴ１５）
制御モデル選択部３５は、観測上面位置が第１管理範囲外である場合、滞留時間制御から上面位置制御に切り替える。具体的には、制御モデル選択部３５は、ステップＳＴ０７における上面位置制御モデルを選択するので、上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３を吐出路開度信号Ｓ４として出力し、処理をステップＳＴ２３に移す。
【００６３】
（観測上面位置が第２管理範囲内であるかの判断：ステップＳＴ１７）
制御モデル選択部３５は、上面位置信号Ｓ２を参照し、観測上面位置が第２管理範囲内であると判断すると処理をステップＳＴ１９に移し、観測上面位置が第２管理範囲外であると判断すると処理をステップＳＴ２１に移す。
【００６４】
（滞留時間制御モデルの選択：ステップＳＴ１９）
制御モデル選択部３５は、観測上面位置が第２管理範囲内である場合、上面位置制御から滞留時間制御に切り替える。具体的には、制御モデル選択部３５は、ステップＳＴ０５における滞留時間制御モデルを選択するので、滞留時間制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３１を吐出路開度信号Ｓ４として出力し、処理をステップＳＴ２３に移す。
【００６５】
（上面位置制御モデルの選択：ステップＳＴ２１）
制御モデル選択部３５は、観測上面位置が第２管理範囲外である場合、引き続き上面位置制御を行う。具体的には、制御モデル選択部３５は、ステップＳＴ０７における上面位置制御モデルを選択するので、上面位置制御に基づく吐出路開度信号Ｓ３３を吐出路開度信号Ｓ４として出力し、処理をステップＳＴ２３に移す。
【００６６】
（吐出弁の制御：ステップＳＴ２３）
吐出弁制御手段６５は、受信した吐出路開度信号Ｓ４に対応する開度になるように、吐出弁６０を制御して、処理をステップＳＴ０３に移す。
【００６７】
このようにして、制御モデル選択部３５は、直前の制御モデルが滞留時間制御部３１の滞留時間制御モデルを選択しているときにおいて、観測上面位置が第１管理範囲内にある場合には、滞留時間制御部３１の滞留時間制御モデルを選択し、観測上面位置が第１管理範囲外にある場合には、上面位置制御部３３の上面位置制御モデルを選択する。
また、制御モデル選択部３５は、直前の制御モデルが上面位置制御部３３の上面位置制御モデルを選択しているときにおいて、観測上面位置が第２管理範囲内にある場合には、滞留時間制御部３１の滞留時間制御モデルを選択し、観測上面位置が第２管理範囲外にある場合には、上面位置制御部３３の上面位置制御モデルを選択する。
【００６８】
以上、本発明の粉体ポリマー製造方法及び製造装置の好ましい一実施態様について図面を参照しながら説明したが、本発明はこれに限定されない。
【実施例】
【００６９】
以下に、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００７０】
実施例１
撹拌翼及び温度調節用ジャケットを備えた２００Ｌの重合反応器に、ポリスチレンパウダーを、その上面位置が回転翼の上部を覆うように仕込んだ。触媒成分混合液は、特許第４５０３８５２号公報の実施例１において、溶媒トルエン濃度を減らし、触媒濃度を４倍に濃縮したこと以外は特許第４５０３８５２号公報の実施例１と同様にして調製した。ジャケットに７０℃温水を通水して重合反応器内を加熱した後に、撹拌下でスチレンモノマー及び触媒成分混合液をそれぞれ１３Ｌ／ｈｒ及び０．３Ｌ／ｈｒ供給して重合を開始した。重合開始５日後から１５日間、滞留時間制御を行った。具体的には、重合反応器内の内容物の嵩密度の変動を、少なくともこれに伴う重合反応器内の撹拌翼を回転させる動力又はトルクの変動として捉えて、重合反応器内の内容物の質量が一定となるように制御することで重合反応器内の内容物の観測滞留時間に関して、ＧＭＣモデル予測制御を行った。４時間毎に吐出路から吐出される粉体ポリマーの嵩密度を測定した。測定された粉体ポリマーの嵩密度の平均値からの変化率のグラフを図６に示す。図６中の運転日数０日は、重合開始から５日目である。また、図６中、実施例１における結果は黒丸印で示した。このときの嵩密度の変化率に関する標準偏差は５．４％であった。また、重合反応器内における粉体ポリマーの観測滞留時間、総質量及び上面位置、並びに重合反応器内の撹拌に要したトルクのそれぞれの変化率について標準偏差を算出した。結果を表１に示す。
【００７１】
比較例１
実施例１において滞留時間制御に代えてＰＩＤ上面位置制御を行ったこと以外は、実施例１と同様にして粉体ポリマーの製造を行い、評価を行った。すなわち、重合反応器内における粉体ポリマーの上面位置が一定となるように制御を行った。評価結果を図６及び表１に示す。図６中、比較例１における結果は黒い四角印（白抜き）で示した。
【００７２】
【表１】
2015140401.tif 000012
【００７３】
表１及び図６から明らかなように、従来法である上面位置制御を行った比較例１では、重合反応器内における粉体ポリマーの観測上面位置の変動幅は小さいものの、観測滞留時間は制御しきれておらず、重合反応器内の撹拌に要したトルクの変動幅が大きく、安定運転に支障をきたすおそれがあることがわかる。さらに、得られる粉体ポリマーの嵩密度の変動幅も大きく、得られる粉体ポリマーの粒径や形状の均一性に劣る。
これに対して、滞留時間制御を行った実施例１では、粉体ポリマーの嵩密度の変動幅を小さく制御することができ、ひいては粉体ポリマーの滞留時間の変動幅を小さく制御することができる。また、重合反応器内の撹拌に要したトルクの変動幅も小さく、装置の安定運転が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によれば、粉体床連続反応において、重合反応器内の内容物の真の滞留時間を制御することができ、粒径や形状が均一な粉体ポリマーを安定的に製造することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  粉体ポリマー製造装置
２  重合反応器
３  自動制御装置
１１  原料モノマー供給口
１２  触媒供給口
１３  撹拌翼
１４  粉体ポリマー抜き出し口
１５  ジャケット
１６  吐出路
２１  原料モノマー供給路
２２  原料モノマー供給弁
２３  原料モノマー供給流量検出手段
２４  触媒供給路
２５  触媒供給弁
２６  触媒供給流量検出手段
２７  弁制御手段
３１  滞留時間制御部
３３  上面位置制御部
３５  制御モデル選択部
４０  撹拌翼駆動機構
４５  トルク検出手段又は動力検出手段
５０  上面位置検出手段
６０  吐出弁
６５  吐出弁制御手段
８０  粉体ポリマー（重合反応器内の内容物）
８１  粉体ポリマーの上面位置（重合反応器内の内容物の上面位置）
Ｌ  重合反応器内の内容物の観測上面位置
Ｌ0  重合反応器内の内容物の目標上面位置
Ｒａ  第１管理範囲
Ｒｂ  第２管理範囲
Ｓ０  目標滞留時間信号
Ｓ１  原料モノマー供給流量信号
Ｓ２  上面位置信号
Ｓ３  動力／トルク信号
Ｓ４  吐出路開度信号
Ｓ５  原料供給路開度信号
Ｓ３１  滞留時間制御に基づく吐出路開度信号
Ｓ３３  上面位置制御に基づく吐出路開度信号
【図１】
2015140401.tif 000014
【図２】
2015140401.tif 000015
【図３】
2015140401.tif 000016
【図４】
2015140401.tif 000017
【図５】
2015140401.tif 000018
【図６】
2015140401.tif 000019