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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Optimierung von Eigenschaften von
polymeren Harzen, insbesondere Polyolefinen, die in fortlaufenden
Produktionsläufen
hergestellt werden, einschließlich
der Übergänge von
der Herstellung von einem Polymerprodukt zu einem anderen. Es schließt Verfahren
zur Nutzbarmachung maximaler Mengen von Produkten, welche Eigenschaften
besitzen, die innerhalb und/oder außerhalb eines Satzes von Spezifikationen
variieren können,
ein.
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In
vielen Polymer-herstellenden Verfahren können Harze von niedriger Güteklasse
entstehen, wenn von einer Harz-Güteklasse
zu einer anderen übergegangen
wird, und sogar während
des stationären
Betriebs. Dieses Problem wird besonders in einer Gasphasenpolymerisierung
deutlich, da sich der große
Fließbettpolymerisierungsreaktor
wie ein fortlaufend gerührter
Tankreaktor verhält.
Nachdem die Reaktorbedingungen einmal für die neue Güteklasse von
Harz in einem Gasphasenreaktor geändert worden sind, kann es
nötig sein,
soviel wie das Dreifache des Bettgewichts an Harz herzustellen,
bevor die neuen Harz-Eigenschaften einen akteptablen Zustand erreichen.
Da sich die Produkteigenschaften in großvolumigen Reaktoren langsam ändern und
in Abhängigkeit
von den Ähnlichkeiten
und Unterschieden zwischen den zwei Produkten, ist es für bis zu
15 Prozent des Gesamt-Harzes, das in einem Reaktor-Kampagne hergestellt
wird, nicht unüblich,
hauptsächlich
aufgrund des Produkts, das während
des Übergangs
von einem Satz von Spezifikationen zu einem anderen hergestellt
wurde, von niedriger Güteklasse
zu sein (außerhalb
der Spezifikation unter wenigstens einem Gesichtspunkt). Das Harz-Produkt während solcher Übergänge wird
gewöhnlich
zu einem signifikant niedrigeren Preis als das Harz, welches die
Spezifikationen erfüllt
(hierin manchmal als AIM Güteklasse-Harz
bezeichnet) verkauft. Es ist wünschenswert,
die Menge an Harz von niedriger Güteklasse, das zwischen den Übergangsperioden während den
Sätzen
von Spezifikationen und zu jeder anderen Zeit hergestellt wurde,
zu reduzieren. In Arbeitsvorgängen
zur Gasphasenpolymerisierung ist es üblich, das gekörnte Harz
von niedriger Güteklasse
zu pelletisieren und dann diese Pellets von niedriger Güteklasse
bei Konzentrationen, die keine Abweichung von den Spezifikationen
in der AIM Güteklasse-Herstellung
verursachen werden zurück
in der Pelletisierungsmaschine wiederzuverwenden. Wiederholtes Pelletieren
kann eine unerwünschte
thermale Vorgeschichte verleihen und der zusätzliche Gehalt des Produkts
muss beständig
neu berechnet und angepasst werden. Zusätzlich ist die Kapazität der Pelletisierungsmaschine
nicht ausgenutzt, da ein erheblicher Teil des Granulat-Produkts die Pelletisierungsmaschine
mehr als einmal durchläuft.
Die Rückführung von
Pellets zu der Pelletisierungsmaschine hin ist unerwünscht.
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Ein
anderes Problem in einer Gasphasenpolymerisierungsanlage ist die
Bereitstellung von hinreichender Schubkapazität zwischen dem Reaktor und
der Pelletisierungsmaschine. Hinreichende Schubkapazität ist wichtig,
um es zu erlauben, allgemeine Probleme der Pelletisierungsmaschine
zu reparieren, ohne den Reaktor, welcher normalerweise mehr oder
weniger unaufhörlich
Produkt erzeugt, abschalten oder stören zu müssen. Plötzliche Abschaltungen oder
Störfälle in dem
Reaktor können
wegen der Unfähigkeit
der Pelletisierungsmaschine, das teilchenförmige Produkt zu bewältigen,
zu Harzen von niedriger Güteklasse
und langwierigen Neustartverfahren führen. Im gegenwärtigen Stand
der Technik ist der Spülbehälter, der
zwischen dem Reaktor und der Pelletisierungsmaschine lokalisiert
ist, häufig
größer ausgestaltet,
als es für
einfaches Spülen
erforderlich wäre,
um eine Extraschubzeit für
die Pelletisierungsmaschine zuzulassen.
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Auch
in der fortlaufenden Polymerisierungsproduktion, wie in einem Fließbett, ist
es üblich,
für eine
oder mehrere Eigenschaften von einem Zielpunkt aus zu variieren,
aber innerhalb eines Spezifikationsbereichs zu verbleiben. Während geradezu alle
Verbraucher und Benutzer von Harz sich ein Produkt innerhalb der
Spezifikationen, die sie für
ihre speziellen Zwecke benötigen,
wünschen, befassen sich
viele auch mit der Stetigkeit der spezifizierten Werte. Diese Produkte
müssen
daher nicht nur lediglich innerhalb eines spezifizierten Wertebereichs
für eine
oder mehrere Eigenschaften liegen, sondern müssen stetig von Lauf zu Lauf
oder vom Anfang bis zum Ende eines Laufs am oder sehr nahe am Zielwert
oder den Zielwerten für
eine oder mehrere Eigenschaften liegen. Die Herstellung von Endprodukten,
die eine verringerte Variabilität
besitzen, wird das Verfahrensleistungsfähigkeitslimit (Englisch: process capability
limit (CpK)) des Verfahrens steigern. Der Fachmann wird erkennen,
dass ein Wechsel in einem Regel/Steuer-(Satz)Punkt, um eine Produkteigenschaft
anzupassen, das Verfahren auf anderen Wegen beeinflussen wird und
dass Verfahrensanpassungen jeglicher Art die Produkt-Stetigkeit in mehr als
einer Weise beeinflussen können.
Idealerweise wird man sich trotz der Komplexität des Verfahrens wünschen,
ein Produkt herzustellen, welches bezüglich des Ziels in jeglicher
Hinsicht stetig ist.
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Es
wäre wünschenswert,
die Notwendigkeit für übermäßig große Spülbehälter zu
verringern, ein Verfahren zur Minimierung der Produktion von niedriger
Güteklasse
zu entwickeln, die Praxis der Rückführung durch
die Pelletisierungsmaschine zu verringern oder zu eliminieren und
ein Spezifikationsprodukt herzustellen, das für ein Ziel von verschiedenen Eigenschaften
stetig ist.
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Unsere
Erfindung wird diskutiert und beschrieben mit besonderem Verweis
zu dem weithin verwendeten "Unipol"-Fließbettverfahren
zur Olefinpolymerisierung. Siehe zum Beispiel die Beschreibungen
in Bernier et al., US Patent 5,453,471, Miller US Patent 4,003,712,
Aronson US Patent 4,621,952 und andere in Beziehung hierzu stehende
Patente der Union Carbide Corporation. Die Anwendbarkeit und der
Wert der Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf das Unipol-Verfahren.
Es kann in jeder Harz-herstellenden Anlage, welche ein teilchenförmiges (hierin
manchmal austauschbar mit "gekörnt") Produkt mehr oder
weniger fortlaufend herstellt verwendet werden, ob es pelletiert
werden soll oder nicht.
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US 5,627,346 beschreibt
eine fortlaufend vermischende und homogenisierende Anlage insbesondere
zur Herstellung von Mühlen-Produkten,
wie zum Beispiel Nahrungsmittelmaterialien.
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US 5,089,571 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Polyurethanharzen
von hohem Molekulargewicht mit engen Molekulargewichtsverteilungen
durch Regenerierung thermisch degenerierter und/oder thermoplastischer
Polyurethanharze von niedriger Güteklasse.
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US 4,560,285 beschreibt
einen Mischbehälter
zum Mischen von teilchenförmigen
Material, wie zum Beispiel Mehl.
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Diese
Erfindung stellt ein Verfahren zum Trimmen oder zum Mischen von
gekörntem
Material von niedriger Güteklasse
in ein Material von AIM Güteklasse,
während
das Material von AIM Güteklasse innerhalb
von Spezifikationen gehalten wird, bereit. Der Wert der Erfindung
ist insbesondere hoch, wenn der gekörnte Übergang von niedriger Güteklasse
in die vorlaufenden und nachlaufenden Produkte eines Übergangs
abgeglichen wird, um die Gesamtmenge an Produkt von niedriger Güteklasse
zu verringern. Die Erfindung stellt auch ein Verfahren für die fortlaufende
Herstellung von Harz, das nicht nur innerhalb der Spezifikationsbereiche,
sondern auch am Ziel oder sehr nah am Ziel für die gewünschten Eigenschaften liegt,
bereit.
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Die
Vorrichtung, die in dieser Erfindung verwendet wird, ist ein Satz
von einem oder mehreren Behältern,
hierin bezeichnet als weiterführender Trimm-Behälter, die
zwischen dem Reaktor und der Pelletisierungsmaschine lokalisiert
sind, vorzugsweise nach einem Spülbehälter. Harz
aus dem Reaktor kann zu jedem der weiterführenden Trimm-Behälter überführt werden
oder an einen Spülbehälter oder
direkt zu der Pelletisierungsmaschine verschickt werden. Wie auch
immer, unsere Erfindung betrifft die Verwendung des Trimm-Behälters oder
der -Behälter.
Harz kann von jedem der Trimm-Behälter aus vereinigt werden,
bevor es zu der Pelletisierungsmaschine geschickt wird. Das System
kann jede Zahl an Behältern
umfassen und die Behälter
können
von jeder Größe sein.
Eine optimale Anzahl von Behältern und
die Größe der Behälter kann
basierend auf dem voraussichtlichen Produktzyklus des Reaktors bestimmt
werden. Vorzugsweise wird der weiterführende Trimm-Behälter von
einer Ausführung
oder einer Konstruktion sein, um für eine "Pfropfenströmung" zu sorgen, was bedeutet, dass der Behälter gekörntes Material
im Wesentlichen in der Folge, in der es erhalten wurde, liefert.
Die Grenzfläche
zwischen zwei auf irgendeine Weise unterschiedlichen gekörnten Materialien
ist im Wesentlichen konisch, wenn das gekörnte Material in die Mitte
des oberen Endes des Behälters
eintritt und auf ein Bett von gekörntem Material, welches schon
anwesend ist, fällt.
Eine konische Grenzfläche
zwischen den Produkten von auf irgendeine Weise unterschiedlichen
Eigenschaften, wie zwischen Polyethylenkörnchen innerhalb der Spezifikation
und außerhalb
der Spezifikation, wird im Wesentlichen konisch bleiben, während es
im Behälter
absteigt. Die Schwerkraftentlastung von der Mitte des Bodens eines
solchen Behälters
aus sichert einen im Wesentlichen sauberen Durchlauf von einem Typ
an Produkt zu einem anderen, auch wenn dabei etwas Vermischung an
der Grenzfläche,
wenn diese zuerst ausgebildet wird und während sie vom Boden des Behälters aus
entsteht, stattfinden kann. Manchmal wird "Pfropfenströmung" in diesem Zusammenhang austauschbar
verwendet mit "Massenströmung" und dies ist in
dieser Beschreibung unsere Absicht. Das abwärts gerichtete Fortschreiten
einer Grenzfläche
oder einer Grenze zwischen zwei verschiedenen Typen von gekörnten Produkten
kann berechnet werden und/oder geplant werden, während die Entleerung des Behälters überwacht
wird, und wir verwenden diese Tatsache in unserer Erfindung. Jedoch
beabsichtigen wir nicht, die Verwendung anderer Typen von Trimm-Behältern auszuschließen, das
sind die, welche die Grenze zwischen einem Produkt und einem anderen
in deutlicherem Maße
verwischen können,
da es Umstände
in der Verwendung unserer Erfindung geben könnte, unter denen eine solche
Unschärfe
gut bestimmt sein wird und/oder von geringer Konsequenz sein wird
und das Fortschreiten einer unscharfen Grenzfläche so gut wie eine scharf
abgegrenzte verfolgt werden kann.
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Unser
Verfahren schließt
ein, ein Verfahren zur Steigerung der Produktion eines ersten pelletisierten
Harz-Produkts, welches einen ersten Satz von Spezifikationen besitzt,
hergestellt als Körnchen in
einem im Wesentlichen fortlaufend in Betrieb stehenden Reaktor,
während
einer Kampagne einschließlich
der Arbeitsplanung eines zweiten pelletisierten Harz-Produkts, welches
wenigstens eine Spezifikation mit einem Wert unterschiedlich von dem
des ersten pelletisierten Harz-Produkts besitzt, umfassend (a) wahlweises
Durchleiten von Körnchen,
welche den ersten Satz von Eigenschaften besitzten, von dem Reaktor
direkt durch eine Rohrleitung oder durch einen Trimm-Behälter zu
einer Pelletisierungsmaschine, (b) Sammeln der Körnchen von dem Reaktor, die
den ersten Satz von Spezifikationen besitzen, in einem weiterführenden
Trimm-Behälter,
(c) Ändern
der Bedingungen in dem Reaktor von den Bedingungen zur Herstellung
der Körnchen, die
den ersten Satz von Spezifikationen besitzen, zu neuen Bedingungen
zur Herstellung von Körnchen, die
als das zweite pelletisierte Harz-Produkt pelletiert werden sollen,
(d) Durchleiten der Körnchen,
hergestellt unter den neuen Bedingungen in dem Reaktor, durch eine
Rohrleitung zu der Pelletisierungsmaschine und (e) Vermischen der
Körnchen
von dem weiterführenden
Trimm-Behälter
in die Körnchen,
die unter den neuen Bedingungen hergestellt wurden, hinein in die
Rohrleitung. Es ist selbstverständlich,
dass, wo das Produkt nicht pelletisiert werden soll, das ist da, wo
es in gekörnter
Form verkauft wird, das Verfahren das selbe ist, außer, dass
der Zielort vielmehr ein Lagerbehälter oder ein Schiffscontainer
als eine Pelletisierungsmaschine ist.
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Zusätzlich fasst
unser Prozess die Regelung/Steuerung des Mischungsverhältnisses
in Schritt (e) ins Auge, um die Nutzanwendung der Körnchen,
die unter den neuen Bedingungen, welche außerhalb der Spezifikationen
für entweder
das ursprüngliche
Produkt oder das neue Produkt liegen, hergestellt wurden, zu optimieren.
Wir erwägen
auch die Regelung/Steuerung der Menge an gekörntem Produkt, das in Schritt
(b) gesammelt wird, als eine Funktion der zu erwartenden Herstellung
von Körnchen
von niedriger Güteklasse
zwischen der stationären
Herstellung der ersten und zweiten Produkte. Und unser Verfahren
erwägt
für eine
vielseitige Berechnung von Mischungen auch die Verwendung von mehr
als einem weiterführenden
Trimm-Behälter
für das
Sammeln von Körnchen,
die verschiedene Eigenschaften besitzen. Zusätzlich erwägt unser Prozess auch das Platzieren
von Körnchen
mit einem Satz von Spezifikationen auf Körnchen mit einem anderen Satz
von Spezifikationen in demselben weiterführenden Trimm-Behälter und Überwachen
des abwärts
gerichteten Fortschreitens der Grenzfläche zwischen den zwei Mengen
von Körnchen,
während der
Behälter
geleert wird, um die gewünschten
Vermischungsschritte zu fördern.
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Unser
Prozess kann auch in einem Verfahren zum Betreiben eines Harzherstellenden
Prozesses verwendet werden, um die Menge an Produkt zu optimieren,
die innerhalb von Spezifikationen hergestellt wird, wenn die Herstellung
eines ersten Spezifikations-Produkts, welches einen ersten Satz
von Spezifikationen besitzt, umgestellt wird, auf die Herstellung
eines zweiten Spezifikationsprodukts, welches einen zweiten Satz
von Spezifikationen besitzt, worin ein Reaktor Übergangsprodukte erzeugt, welche
aufeinander folgend sind (a) ein erstes Übergangsprodukt, welches einmischbar
in das Produkt mit der ersten Spezifikation ist, um ein erstes vermischtes
Produkt innerhalb der Spezifikationen zu erhalten, (b) ein zweites Übergangsprodukt,
welches nicht einmischbar ist, entweder in das erste oder das zweite
Spezifikationsprodukt, um ein Produkt innerhalb der Spezifikationen
zu erhalten und (c) ein drittes Übergangsprodukt,
welches einmischbar ist in das zweite Spezifikationsprodukt, um
ein Produkt innerhalb der Spezifikationen zu erhalten, wobei das Verfahren
umfasst: (1) Platzieren einer Menge des Produkts mit der ersten
Spezifikation in einem ersten Trimm-Behälter, (2) Vermischen des ersten
teilchenförmigen
Produkts aus dem ersten Trimm-Behälter in das erste Übergangsprodukt,
(a) während
das erste Übergangsprodukt
(a) zu einer Pelletisierungsmaschine weitergeleitet wird, (3) Platzieren
des zweiten Übergangsprodukts
in entweder dem ersten Trimm-Behälter
oder einem zweiten Trimm-Behälter, (4)
Platzieren des dritten Übergangsprodukts
in entweder dem ersten Trimm-Behälter
oder dem zweiten Trimm-Behälter
oder einem dritten Trimm-Behälter und
(5) Vermischen des dritten Übergangsprodukts mit
dem Produkt der zweiten Spezifikation, während es zu einer Pelletisierungsmaschine
weitergeleitet wird.
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Unsere
Erfindung kann auch unter den Umständen verwendet werden, das
Obere zusammenfassend, unter welchen das Übergangsprodukt (b), welches
weder mit dem ersten oder zweiten Spezifikationsprodukt mischbar
ist, nicht hergestellt wird. Das heißt wegen der Eigenheiten der
Spezifikationen beider Produkte werden nur die Zwischenprodukte (a)
und (c) hergestellt. In diesem Fall kann das "dritte Übergangsprodukt" in den Schritten
(4) und (5) durch ein zweites Übergangsprodukt,
welches in diesem Fall mischbar ist, ersetzt werden.
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Es
ist auch möglich,
nur ein Zwischenprodukt zu bekommen. Zum Beispiel kann das erste
Spezifikations-Produkt eine kleine Menge an Comonomer enthalten
und das zweite Spezifikationsprodukt ist ansonsten ähnlich,
besitzt aber nicht das Comonomer. Solange das Zwischenprodukt das
Comonomer enthält,
kann es einmischbar in das erste Spezifikationsprodukt sein (in
verschiedenen Verhältnissen,
die vom Monomergehalt abhängen).
In einer anderen Variation können
die Spezifikations- und/oder Produkteigenschaftswerte derart sein,
dass ein Zwischenprodukt nur in das zweite Spezifikationsprodukt eingemischt
werden kann.
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Unsere
Erfindung kann verwendet werden, um gekörntes ein Harz-Produkt, welches
einen Zielwert z einer Eigenschaft A besitzt, herzustellen, umfassend
das Platzieren eines ersten gekörnten
Produkts, welches einen gemessenen oder geschätzten Wert x der Eigenschaft
A besitzt, in einem Trimm-Behälter
und Vermischen des ersten gekörnten
Produkts aus diesem Trimm-Behälter
in eine Rohrleitung, die ein zweites gekörntes Produkt enthält, welches
einen bekannten oder geschätzten
Wert y der Eigenschaft A besitzt, um ein drittes gemischtes, gekörntes Produkt
herzustellen, welches einen Wert z der Eigenschaft A besitzt. Unsere
Erfindung kann auch ein Verfahren zur Herstellung eines Harzes bereitstellen,
welches nicht nur innerhalb eines Spezifikationsbereiches für eine bestimmte
Eigenschaft liegt, sondern durchgehend im Zielbereich für die Eigenschaft
oder innerhalb sehr enger Grenzen dieser Eigenschaft liegt. Das
heißt,
unsere Erfindung kann in einem Verfahren zur Regelung/Steuerung
von gekörntem
Harz-Produkt in einer im Wesentlichen fortlaufenden Herstellung
verwendet werden, um die Stetigkeit eines einzelnen Satzes von Spezifikationen
zu steigern, umfassend (a) Erstens Platzieren von gekörntem Produkt
mit einem zweiten Satz von Eigenschaften auf Körnchen mit einem ersten Satz von
Eigenschaften in einem weiterführenden Trimm-Behälter, um
eine Grenzfläche
zwischen den Mengen von gekörntem
Produkt zu bilden, (b) Bestimmung des abwärts gerichteten Fortschreitens
der Grenzfläche,
wenn der Behälter
geleert wird und (c) Regelung/Steuerung der Anlieferung von jeder
der Mengen der gekörnten
Produkte zu einer Pelletisierungsmaschine ansich oder als eine Mischung
gekörnten
Produkts, welches einen dritten Satz von Eigenschaften als eine
wenigstens teilweise Funktion der Position der Grenzfläche in dem
Behälter
besitzt.
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Ferner
bezieht sich unsere Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines
Harz-herstellenden Verfahrens, um die Menge an Produkt, die innerhalb der
Spezifikationen hergestellt wird, zu optimieren, wenn von der Produktion
eines erstes teilchenförmigen
Produkts, welches einen ersten Satz von Eigenschaften besitzt, zu
der Produktion eines zweiten teilchenförmigen Produkts, welches einen
zweiten Satz von Spezifikationen besitzt, gewechselt wird, wobei ein
Reaktor wenigstens ein Übergangsprodukt
erzeugt, welches (a) einmischbar in das erste teilchenförmige Produkt
ist, um ein Produkt innerhalb des ersten Satzes von Spezifikationen
zu erhalten, (b) nicht einmischbar ist entweder in das erste oder
das zweite teilchenförmige
Produkt, um ein Produkt innerhalb der Spezifikationen zu erhalten,
oder (c) einmischbar ist in das zweite teilchenförmige Produkt, um ein Produkt
innerhalb des zweiten Satzes an Spezifikationen zu erhalten, wobei
das Verfahren umfasst: das Platzieren einer Mengen von wenigstens einem
des ersten bestimmten Produkts, Übergangsprodukts
(a) und Übergangsprodukts
(c) in einem Trimm-Behälter
und Einmischen in ein später
hergestelltes Produkt in einem Verhältnis, welches berechnet wurde,
um ein Endprodukt zu erhalten, welches einen gewünschten Satz von Spezifikationen
besitzt. Der gewünschte
Satz von Spezifikationen kann entweder der erste oder der zweite
Satz von Spezifikationen sein und das später hergestellte Produkt kann entweder
das erste Übergangsprodukt
(a), in welches das erste Produkt eingemischt wird, oder das zweite
teilchenförmige
Produkt sein, in welches das Übergangsprodukt
(c) eingemischt wird. Die Spezifikationen für eine einzelne Eigenschaft
können
ein einzelner Wert oder ein Bereich von Werten sein.
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Andere
Aspekte und Variationen unserer Erfindung werden weiter unten beschrieben
werden.
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1 ist
eine mehr oder weniger schematische Darstellung oder ein Flussdiagramm
des ersten Schritts in unserem Verfahren, welches die Konfektionierung
des Bestands eines ersten Produkts innerhalb der Spezifikationen
im Vorgriff auf das durchzuführende
Vermischen mit einem Übergangsprodukt zeigt.
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2 veranschaulicht
den nächsten
Schritt im Ablauf nach dem von 1, worin
der Reaktor beginnt, Material herzustellen, das von niedriger Güteklasse
ist, aber mischbar mit dem ersten Produkt ist.
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In 3 wird
das mischbare Harz in einen anderen Behälter abgeleitet, während der
Reaktor beginnt, Material, welches entweder mit dem ersten oder
mit dem zweiten Spezifikationsprodukt nicht mischbar ist, herzustellen.
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4 zeigt
das Platzieren des Produkts, welches nicht mischbar ist, in einem
Behälter
auf ein mischbares Produkt, um ein spezifiziertes Produkt zu erhalten.
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5 zeigt
die Verteilung von Materialien, wenn der Reaktor mit der Produktion
von Produkt "B" beginnt.
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6 veranschaulicht
die endgültige
Disposition des Harz-Produkts nach dem Durchlauf der 1 bis 5.
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Unter
einem Gesichtspunkt befasst sich unsere Erfindung mit der Umwandlung
eines Polymerisierungsprozesses von der Herstellung eines Produkts,
welches einen ersten Satz von Eigenschaften besitzt, zu der Herstellung
eines Produkts mit einem anderen Satz von Eigenschaften. Ein Gegenstand unserer
Erfindung ist es, die Rückführung von
Produkt durch die Pelletisierungsmaschine zu verringern oder ganz
und gar zu vermeiden. Ein anderer Gegenstand unserer Erfindung ist
es, die Verwendung von Übergangsprodukt
im Produkt, welches innerhalb der Spezifikationen liegt, zu maximieren.
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Der
Prozess zieht in Erwägung,
dass ein Reaktor ein teilchenförmiges
(gekörntes)
Produkt, welches zum Pelletieren geeignet ist, herstellt. Normalerweise
würde das
teilchenförmige
Produkt, das gemäß unserer
Erfindung behandelt wird, zu einer Pelletisierungsmaschine geschickt
werden, aber es liegt auch innerhalb unserer Erfindung, dass das
hergestellte und abgetrennte AIM Produkt gemäß unserer Erfindung gelagert
oder in anderen Formen als Pellets, wie zum Beispiel Körnchen (Teilchen),
verwendet werden kann.
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Einen
anderen Weg ausweisend schließt
unser weiterführendes
Trimm-Verfahren
die folgenden Schritte ein:
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Erstens,
Ansammeln einer Menge des Harzes in einem der weiterführenden
Trimm-Behälter. Dieses
Harz wird verwendet als eine Grundlage, in welcher anderes Harz
getrimmt wird. In den meisten Fällen
würde dies
AIM Güteklasse-Harz sein, welches
vor einem Übergang
oder in Vorwegnahme eines Abschnitts von niedriger Güteklasse
aufbewahrt wurde. Die Menge an anzusammelndem Harz kann um die Behälterverwendung
zu optimieren, basierend auf dem erwarteten Übergang, berechnet werden,
oder kann willkürlich
gesetzt werden. Wahrscheinlich wird der Betreiber oder das automatisierte System
weniger häufig
zuerst gekörntes
Material in einem Trimm-Behälter
aufbewahren, wobei das Material in einer oder einer anderen Eigenschaft
außerhalb
der Spezifikation liegt. Im ersten Fall, wo das Harz innerhalb der
Spezifikation ist, kann es direkt durch den Trimm-Behälter zu
der Pelletisierungsmaschine laufen, bevor oder nachdem der Behälter gefüllt ist.
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Als
Nächstes überwache
das Harz, welches durch den Trimm-Behälter läuft (oder folge einem Computermodell),
um zu bestimmen, ob das Harz zu einem anderen Trimm-Behälter abgeleitet
werden sollte und leite das Harz ab, wenn es angebracht ist. Im
normalen Betrieb würde
dies geschehen, wenn der Charakter des Harzs wechselt. Drei allgemeine Typen
von Harz sind AIM Güteklasse,
von niedriger Güteklasse/trimmbar,
und von niedriger Güteklasse/nicht
trimmbar. Wo AIM Güteklasse
hergestellt wird, kann eine der Eigenschaften vom Ziel (Sollwert) abgewichen
sein, aber ist noch immer innerhalb der Spezifikation. Viele Verfahren
können
verwendet werden, um den Status des Harzes zu bestimmen, einschließlich des
Modellierens der Harzeigenschaften und direkter oder indirekter
Messung des Fortbewegens des Harzes durch das System. Abhängig von den
genauen Umständen
kann das Harz in einen leeren Trimm-Behälter, oder zu einem Trimm-Behälter, der
bereits ein Harz enthält,
abgeleitet werden oder an die Pelletisierungsmaschine geschickt
werden.
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Drittens,
Regelung/Steuerung der Einspeisung von den verschiedenen Trimm-Behältern, um die
Ausbeute an Harz von niedriger Güteklasse
zu maximieren. Dies schließt
die Bestimmung ein, ob eines der Harze vom Auslass der Trimm-Behälter in der
Rohrleitung zur Einspeisung in die Pelletisierungsmaschine in einer
solchen Art kombiniert werden kann, dass die sich ergebende Mischung
die gewünschten
Produktspezifikationen einhalten wird, oder ob das Harz pelletiert
werden sollte als AIM Güteklasse
oder von niedriger Güteklasse
ohne Trimmen. Bei der normalen Betriebsweise, in Vorwegnahme eines Übergangs,
würde Harz
von AIM Güteklasse
in einem Trimm-Behälter
sein, von niedriger Güteklasse
würde in
einem anderen sein und die maximale Menge an Harz von niedriger
Güteklasse
würde zu der
AIM Güteklasse
hinzugefügt
werden, solange das Harz in der Spezifikation gehalten würde. Oder ein
Harz innerhalb Spezifikation, welches eine einzelne Eigenschaft
außerhalb
des Zielbereichs besitzt, kann abgetrennt werden. Die Eigenschaften
am Boden des Behälters können abgeschätzt werden
unter Verwendung von Modellen, oder können direkt oder indirekt gemessen
werden. Die sich ergebende Eigenschaft der Mischung der Harze kann
abgeschätzt werden
unter Verwendung von Modellen, Faustregeln oder Messungen.
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Die
Regelung/Steuerung der Einspeisung aus den Trimm-Behältern kann
durch Regelventile, Pumpen, Drehdosierer bewältigt werden, um eine vollständige Breite
an Eigenschaften oder Verhältnisse
von zwei oder mehr Produkten zueinander zu erreichen.
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Wo
es gilt, die Zusammensetzung, die sich innerhalb eines Laufs ändert, zu
erhalten, kann der Zielpunkt für
eine Eigenschaft angepasst werden. Das heißt, der Sollwert wird bewusst
für eine
Zeit vom Spezifikationswert verstellt werden, um Produkt herzustellen,
das zum Vermischen mit Produkt gewünscht ist welches einen Spezifikationswert
außerhalb
des Zielbereichs in entgegengesetzter Richtung besitzt.
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Beispiel 1 – Verwendung
von Harz von niedriger Güteklasse
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Ein
Simulator wurde verwendet, um die folgende Information in Bezug
auf einen Produktübergang
zu erstellen. Für
einen 34.019 kg pro Stunde (75.000 Pfund pro Stunde) Polyethylengasphasenreaktor
wurde angenommen Polyethylen Harz herzustellen. Bezug nehmend auf 1 wird
das Harz von dem Reaktor 1 durch Leitung 2 zu
einem 74.843 kg (165.000) Spülbehälter 3 zum
Spülen
von Flüssigkeit und/oder
gasförmigem
Kohlenstoff von dem gekörnten
Harz-Produkt unter Verwendung von nicht gezeigten Spülvorrichtungen
und Gasquellen überführt. Der
Spülbehälter 3 kann
zur einfachen Lagerung oder zur herkömmlichen Spülung des Produkts von Flüssigkeit
oder Gas verwendet werden. Das Harz wird dann von dem Spülbehälter 3 durch
Leitung 4 und Ventile 5 und 6 und/oder 7 zu
einem der drei 136.078 kg (300.000 Pfund) Trimm-Behälter 8, 9 oder 10 überführt. Harz
aus jeglicher Kombination aus den drei Trimm-Behältern kann durch Veränderung
der Ventile 11, 12 oder 13 zum Schicken
an einen Endpunkt in einem Leitungsrohr 16 kombiniert werden.
Die Ventile 11, 12 und 13 können zum
Beispiel Drehventile sein und können
geregelt/gesteuert werden, um sich bei wechselnden Geschwindigkeiten
zu drehen, um die Verhältnisse
von gekörnten Produkt,
welches aus den Trimm-Behältern 8, 9 oder 10 entnommen
wird, zu variieren. Der Zielort am Endpunkt der Leitung 16 kann
eine Lager- oder
Verpackungs-Anlage, eine Einspritz- oder eine andere Formherstellungs-Anlage, oder üblicher
eine Pelletisierungsmaschine sein.
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Vom
Reaktor wird angenommen, dass er von der Herstellung eines Polyethylenharzes
("Produkt A") mit einem Flussindex
("FI") von 70 und einer Dichte
von 0,96125 gm/cc zu einem Harz mit einem Flussindex von 27 und
einer Dichte von 0,9455 gm/cc ("Produkt
B") übergeht.
Produkt A besitzt eine AIM Güteklassenspezifikation
von 70 ± 4
für FI
und 0,963–0,9595
gm/cc für
die Dichte. Um sicherzustellen, dass die Produkteigenschaften auch
annehmbar sind, wurde eine Vermischungsgrenze gesetzt, so dass kein
Harz mit einem FI von unter 58 oder über 79 oder einer Dichte unter
0,9555 gm/cc oder über 0,967
gm/cc in das Produkt A von AIM Güteklasse bei
jeglicher Stufe eingemischt werden kann. Wenn ein Harz in Produkt
A eingemischt wird, wird der Sollwert des Ziels für die Mischung
innerhalb der Spezifikationsgrenzen liegen, um einen Fehler zu erlauben,
und wird bei 72–68
(70 ± 2)
für FI
und 0,9621–0,9604
(0,96125 ± 0,00085)
gm/cc für
die Dichte liegen. Die AIM Güteklassegrenzen
für Produkt
B liegen mit 32–22
(27 ± 5)
für FI
und 0,9475–0,9435
gm/cc für
die Dichte ähnlich,
die Mischungsgrenzen betragen 37–17 für FI und 0,9515–0,9395
gm/cc für
die Dichte und die Mischziele sind 27 ± 2,5 für FI und 0,9465–0,9445
gm/cc für die
Dichte.
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Der
erste Schritt in dem weiterführenden Trimm-Verfahren
ist die Ansammlung von Harz in einem der Trimm-Behälter. Dies
wurde in 1 begonnen, welche Produkt A
in Reaktor 1 und Spülbehälter 3 zeigt,
und angeliefert von Spülbehälter 3 durch
Leitung 4 zum Trimm-Behälter 9.
Eine Berechnung wurde verwendet, um abzuschätzen, dass etwa 136.078 kg
(300.000 Pfund) von Produkt A der AIM Güteklasse benötigt würden, um
das Harz von niedriger Güteklasse,
das während
des ersten Teils des Übergangs hergestellt
wurde, abzumischen. In Voraussicht des Übergangs wird, wie in 2 gezeigt,
der Füllstand an
Harz in Trimm-Behälter 9 auf
136.078 kg (300.000 Pfund) an Produkt A angehoben. Als Nächstes werden
die Reaktorbedingungen an diejenigen angepaßt, die benötigt werden, um Produkt B herzustellen,
wobei das Verhältnis
von Hexen zu Ethylen gesteigert wird, die Temperatur abgesenkt wird
und der Sauerstoffgehalt im Reaktor abgesenkt wird. Ein Übergangsprodukt
beginnt dann, in dem Reaktor 1 und Leitung 2,
die zu dem Spülbehälter 3 führt, zu aufzutreten.
Es ist zu beachten, dass das Harz in Leitung 16, welche
zu der Pelletisierungsmaschine führt,
zu diesem Zeitpunkt noch immer nur Produkt A aus Trimm-Behälter 9 liefert.
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Vier
Stunden, nachdem der Übergang
in Reaktor 1 begann, verlässt FI die Spezifikation in
Reaktor 1 und der Status des Harzes, welches den Reaktor 1 verlässt, wechselt
von der AIM Güteklasse
zu von niedriger Güteklasse/trimmbar.
Siehe 2, die das Material von niedriger Güteklasse
in Reaktor 1, Leitung 2 und im oberen Teil des
Spülbehälters 3 zeigt.
Dieses Harz wird für
trimmbar gehalten, da der FI und die Dichte innerhalb der Mischgrenzen
für Produkt
A liegen. Das System fährt
fort, Spülbehälter 3 zu
füllen
und Produkt A aus Behälter 9 zu
liefern, bis das trimmbare Harz den Boden von Spülbehälter 3 erreicht. Wie
in 2 zu sehen ist, wird das Fortschreiten der Grenzfläche 17 verfolgt,
um zu bestimmen, wann sie den Boden von Spülbehälter 3 erreicht, und
Material aus Spülbehälter 3 wird
dann, nach etwa 6 Stunden im Übergang,
zu Trimm-Behälter 8 abgeleitet,
während
der Trimm-Behälter 9 mit Produkt "A" befällt
bleibt. Wie in 3 zu sehen ist, hat Reaktor 1 in
der Zwischenzeit Material von niedriger Güteklasse (nicht trimmbar) hergestellt,
welches sich auf der Grenzfläche 18 und
in Reaktor 1 und Leitung 2 befindet. Um zu bestimmen,
wann das Harz mit dem neuen Status (nicht mischbar) den Boden von
Spülbehälter 3 erreicht
hat, wurde das Harz-Profil in dem Spülbehälter (genauso wie in den weiterführenden
Trimm-Behältern) modelliert.
Die Modelle basieren auf einem Materialgleichgewicht über die
gesamte Reaktion und das pelletierende System hinweg und bauen auf
Gewichtszellenmessungen aus den Spül- und Trimm-Behältern auf.
Die Modelle innerhalb eines Behälters
berücksichtigen sowohl
die Pfropfenströmung
als auch die Mischzonen. Die Eingaben in das Modell sind die Produktionsgeschwindigkeit
des Reaktors und die berechneten durchschnittlichen Harz-Betteigenschaften
des Reaktors. Sowie Laborwerte verfügbar werden, werden die Modelle
angepasst.
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Nach
6,75 Stunden in dem Lauf befindet sich dieses Harz am Boden des
Spülbehälters 3,
aber das Harz fährt
fort über
der Grenzfläche 19,
wie in 4 zu sehen, in den Trimm-Behälter 8 abgeleitet
zu werden, um Platz im Behälter
zu sparen. Bei 7,25 Stunden innerhalb des Übergangs sind die FI und Dichte innerhalb
der Mischungsgrenzen für
Produkt B beide gefallen und der Status des Harzes wechselt zu niedriger
Güteklasse/trimmbar.
Wenn dieses Harz an den Boden von Spülbehälter 3 gelangt, wird
die Anlieferung zu Trimm-Behälter 10 wie
in 5 zu sehen ist abgeleitet. Bei 9,85 Stunden in
dem Übergang
befindet sich der Reaktor nun in der AIM Güteklasse bezüglich Produkt
B. Wenn dieses Harz an den Boden des Spülbehälters 3 gelangt, wird
es zu Trimm-Behälter 9 abgeleitet,
welcher leer gewesen ist (siehe 6).
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Nun
zu 4 zurückkehrend,
nachdem einmal das trimmbare Harz von niedriger Güteklasse
zu Trimm-Behälter 8 überführt worden
ist (nach etwa 6 Stunden innerhalb des Übergangs), bestimmt der weiterführende Trimmregler/die
Trimmsteuerung, ob das Material am Auslass der Behälter kombiniert
werden kann, um Harz von Spezifikation herzustellen. Zu dieser Zeit
ist Harz von AIM Güteklasse
am Boden des Trimm-Behälters 9 und
trimmbares Harz von niedriger Güteklasse
ist am Boden von Trimm-Behälter 8,
so dass der Regler/die Steuerung die Einspeisungen von Behälter 8 und
Behälter 9 anpasst,
um die Menge an Harz, welches aus Behälter 8 verwendet wird,
zu optimieren, während
er es nicht gestattet, dass eine der überwachten Harz-Eigenschaften sich aus
den Mischungszielgrenzen herausbewegt. Dieses Mischen fährt fort,
bis alles des trimmbaren Harzes von niedriger Güteklasse verbraucht wurde.
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Wie
in 5 gezeigt, ist nach etwa 9,45 Stunden in dem Übergang
nicht trimmbares Harz von niedriger Güteklasse am Boden von Trimm-Behälter 8 und
eine kleine Menge von Produkt A-Material mit AIM Güteklasse
am Boden von Behälter 9 vorhanden.
Der/die weiterführende
Trimmregler/Trimmsteuerung wird dann das verbleibende Produkt A
aus Behälter 9 pelletieren,
bis es aufgebraucht ist. Nun (etwa 10,1 Stunden in dem Übergang)
befindet sich nicht trimmbares Harz von niedriger Güteklasse
am Boden von Trimm-Behälter 8 und
trimmbares Harz von niedriger Güteklasse
am Boden von Trimm-Behälter 10.
Da es keinen Weg gibt, diese Harze miteinander zu mischen, um Harz
innerhalb der Spezifikation herzustellen, wird das weiterführende Trimm-System
alles des nicht trimmbaren Materials von niedriger Güteklasse
in Behälter 8 als
nicht zurückgewinnbares
Material von niedriger Güteklasse pelletieren.
An diesem Punkt (12,75 Stunden in dem Übergang) befindet sich Produkt
B von AIM Güteklasse
in Trimm-Behälter 9 und
trimmbares Harz von niedriger Güteklasse
in Trimm-Behälter 10.
Siehe 6. Das weiterführende
Trimm-System wird fortfahren, das trimmbare Material von niedriger
Güteklasse
in das Produkt B von AIM Güteklasse
einzumischen, bis es vollständig
aufgebraucht ist.
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Um
den Übergang
zusammenzufassen, 200.951 kg (443.00 Pfund) von Harz niedriger Güteklasse
wurden in dem Reaktor hergestellt. Unter Verwendung des weiterführenden
Trimm-Systems wurden 111.584 kg (246.000 Pfund) an Harz gewonnen. Es
sollte angemerkt werden, dass dies ein ziemlich schwieriger Übergang
war und dass viel größere Mengen
an Harz bei kleineren Übergängen gewonnen
werden können.
Die Simulation hat gezeigt, dass für ein gewöhnliches Produktrad typischerweise
für einen
Reaktor in der Industrie 70% des Harzes von niedriger Güteklasse
aus den Übergängen gewonnen
werden können.
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Beispiel 2 – weiterführendes
Trimmen, um die Variabilität
zu verringern
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Wie
oben angedeutet, ermöglicht
es unsere Erfindung, ein stärker
stetiges Harz während
des stationären
Betriebs herzustellen und dadurch die Standardabweichung der Harz-Eigenschaft
der endgültigen
Pellets zu verringern und die Grenze der Verfahrensfähigkeit
(Engl.: process capability limit (CpK)) des Verfahrens zu erhöhen. In
unserem Verfahren kombinieren wir Materialien aus den Trimm-Behältern in
einer solchen Weise, dass sie im Stande sind, stetig den Zielwert
in dem Produkt zu erreichen.
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Die
Aufgabe in diesem simulierten Beispiel war es, Harz herzustellen,
welches einen Flussindex (FI) so nahe wie möglich an 25 besitzt, und innerhalb einer
Produktspezifikation von 22 bis 28 liegt. Wenn der Reaktor nahe
an 25 lief, wurde eine Menge des Harzes in Trimm-Behälter "A" gesammelt, um für den Förderstrom und das Trimmen verwendet
zu werden. Während
des Verlaufs des Laufs stieg der FI-Wert wegen einer Störung für 3 Stunden
auf 27, während versucht
wurde, den FI-Wert bei 25 einzuregeln. Als dieses Harz die Trimm-Behälter erreichte,
wurde es in einen einzelnen Behälter
für Produkt
mit hohem FI-Wert, Trimm-Behälter "B", abgeleitet, während das Harz zu der Pelletisierungsmaschine
fortfuhr, aus Trimm-Behälter "A" zu kommen. Eine Anpassung an das Verfahren
wurde durchgeführt,
um den FI-Wert zu erniedrigen, aber er fiel für die nächsten 3 Stunden unter AIM
Güteklasse
auf 23. Dieses Harz wurde in einen anderen Trimm-Behälter "C" abgeleitet. Das Harz aus Trimm-Behälter "B" und Behälter "C" wurden
dann miteinander vermischt, um ein Harz mit dem AIM-Wert von 25
herzustellen.
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Um
die Variabilität
des Reaktors in Bezug auf die Verwendung von Trimmen gegen keine
Verwendung von Trimmen zu quantifizieren, geht man von einem Lauf
von 3 Stunden mit einem FI-Wert von 25, dann 3 Stunden mit einem
FI-Wert von 27 und
dann 3 Stunden mit einem FI-Wert von 22 aus. Basierend auf 30 Minuten-Proben
wird die Standardabweichung des Reaktors 1,68 sein. Dies würde auch
die Standardabweichung für
die Pellets sein. Unter Verwendung unserer Trimm-Methode würde die
Standardabweichung der Pellets 0 sein. In beiden Fällen war
alles Harz, welches hergestellt wurde, innerhalb der Spezifikation,
aber da wo ein Trimmen verwendet wurde, war die Variabilität der Pellets
deutlich reduziert.
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In
einer Variante unserer Erfindung können wir vorsätzlich den
Sollwert des Reaktors für
eine bestimmte Harz-Eigenschaft verschieben im Sinne der Fragestellung,
ein Harz herzustellen, welches nicht im Zielbereich liegt, über eine
Zeitspanne, welche berechnet wurde, um Material herzustellen, welches ausreichend
ist, um mit Material, welches in einem Trimm-Behälter gespeichert wurde, einen
Durchschnitt zu erzielen. Komplexere Varianten umfassen das Setzen
des Sollwerts für
eine Zykluszeit und das Anpassen der Frequenz und der Amplitude
des Wechsels des Sollwerts, basierend auf dem gegenwärtigen und
hochgerechneten Bestand an Harz in den Trimm-Behältern.
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Unsere
Erfindung umfasst die Verwendung von mehr als zwei Trimm-Behältern, mehr
als drei Trimm-Behältern
und Variationen in den Verhältnissen
der gemischten Materialien, um Materialien von einem oder allen
der Trimm-Behälter zu
selben Zeit zu verwenden.