浙大工业过程控制17反应器控制课件

1、化学反应器的控制戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所7/28/20221课件内 容 引 言反应速度与反应平衡反应器的数学模型与热稳定性反应器的基本控制方案典型反应器的控制方案7/28/20222课件反应器控制思考题1、了解化学反应的一般原理，掌握反应速度与化学平衡的概念及其主要影响因素；2、能够结合连续放热反应釜的稳态特性分析反应器的热稳定性问题；3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本控制问题与控制系统的设计方法；4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。7/28/20223课件化学反应过程种类操作方式（是否连续进料与连续出料）：连续与间歇；热交换形式（是否与外界存在热量交换）：绝热与非绝

2、热；物料是否循环：单程反应与循环反应；7/28/20224课件反应过程物流方式7/28/20225课件反应器种类7/28/20226课件化学反应速度定义：单位时间内单位反应体积中某一反应物或生成物摩尔数的变化量。对反应物A，其反应速度为对生成物M，其反应速度为考虑化学反应：相互关系：7/28/20227课件影响反应速度的因素反应物的浓度；反应温度；反应压力（对气体参加的反应）；催化剂（加速反应，并具有选择性）。7/28/20228课件影响反应速度的因素对于单向反应，反应速度通常可表示为其中CA、CB为反应物A、B的摩尔浓度；、为反应物A、B的反应级数，+为反应级数；k为反应速度常数，通常为温度

3、的函数.7/28/20229课件化学反应平衡总的反应速度为当 r总 = 0 时，反应达到平衡（反应物与生成物的浓度均不变）。而化学平衡常数为对于可逆反应：K与反应温度有关：若正向反应为吸热反应，则反应温度T K；反之，则T K；7/28/202210课件反应转化率、产率与收率对于可逆反应：7/28/202211课件操作条件对化学反应的影响浓度。提高反应物的浓度、降低生成物的浓度，可提高总的反应速度与转化率；反应压力。对于有气体参加的可逆反应，增加总压力，化学平衡向摩尔数减少的反应方向移动；反应温度。温度升高，正反向反应速度均提高。在平衡条件下，对吸热反应有利。催化剂。催化剂不影响化学平衡，但加

4、快反应速度。例子：氨的合成反应与变换反应,7/28/202212课件反应器建模示例假设反应是一级不可逆放热反应，进料与出料的体积流量相同，密度均为，反应器内温度与浓度均匀，并分别与出口温度和浓度相同。问题：求取操作变量( F、 Fc 、 Tf 、Tci )对被控变量( T、cA)的静态动态特性，并分析对象本身的稳定性。7/28/202213课件基本动态方程式1. 化学反应速度方程2. 组分A的物料平衡式7/28/202214课件基本动态方程式（续）3. 反应器内的热量衡算式其中Q 为反应器内的热量累积, Q1 为单位时间内的输入热量， Q2 为单位时间内的输出热量;7/28/202215课件基

5、本动态方程式（续）4. 夹套内的热量衡算式其中Q 为夹套内的热量累积, Q1 为单位时间内的输入热量， Q2 为单位时间内的输出热量;7/28/202216课件反应器动态数学模型7/28/202217课件反应器稳态数学模型7/28/202218课件反应器热稳定性分析（2）物料与冷剂所带走的热量为（1）反应所放出的热量为7/28/202219课件反应热稳定性分析（续）假设某工作点C 满足Q 1 = Q 2 = Q 0（Q 0为反应温度为T0时反应的放热量）；当T 发生小的变化时，有7/28/202220课件反应热稳定性分析（续）7/28/202221课件反应器的入口温度控制7/28/202222

6、课件反应温度的单回路控制7/28/202223课件反应温度的串级与分程控制7/28/202224课件反应温度的分段控制与优化7/28/202225课件反应温度分段控制与关联分析7/28/202226课件聚合釜反应温度控制方案一7/28/202227课件聚合釜反应温度控制方案二7/28/202228课件聚合釜反应温度-压力串级控制7/28/202229课件具有压力补偿的聚合釜内温控制7/28/202230课件催化裂化反应再生系统的控制7/28/202231课件FCCU反应再生系统控制任务确保操作安全（1）维持催化剂循环的平稳，防止催化剂倒流；（2）维持生焦与烧焦的平衡，防止炭堆积；（3）保证再生

7、器烧焦温度在允许的范围内。维持合适的反应深度主要影响因素：反应温度、反应压力、反应时间、剂油比、再生催化剂的活性与积炭、原料组成与性质等。尽可能实现操作最优化空气消耗最小、产品分布最优、渣油掺炼比最大等。7/28/202232课件反应再生系统主要控制回路确保操作安全两器差压控制、反应器料位控制、反应温度与单动滑阀两端差压的选择控制；维持合适的反应深度反应温度与单动滑阀两端差压的选择控制、分馏塔顶压力控制、各进料的流量控制、主风流量控制等。尽可能实现操作最优化再生烟气氧含量控制、渣油掺炼比卡边控制、反应温度与回炼比的设定值最优等。7/28/202233课件练习题 1对于吸热反应器，对象的开环特性是否一定稳定 ？而对于放热反应器，其开环特性是否一定不稳定 ？请给出理由，并以下连续放热反应釜为例进行分析。7/28/202234课件练习题 2对于某一连续放热反应器，希望通过调节自来水与深井水量来控制反应器的内