化学反应器控制课件

1、第七章 化学反应器的控制苏成利信息与控制工程学院自动化系8/9/20221Copyright by Su Chengli本章内容和要点1、反应器的类型2、化学反应器的基本规律3、化学反应器的基本控制方案1、了解化学反应器的类型，熟悉反应速度与化学 平衡的概念及其主要影响因素2、掌握化学反应器的基本控制方案内容要点8/9/20222Copyright by Su Chengli7.1化学反应器概述 化学反应器是生产过程的重要设备之一，化学反应状态很大程度决定产品的质量，产量。因此反应器的操作最优化具有实际意义。7.1.1反应器分类 （1）物料进出状态：间歇式，连续式（2）物料流程分：单程、循环（

2、4）传热情况：绝热式、非绝热式（5）描述反应过程：分布参数，集中参数（3）反应器结构：釜式、管道式、塔式、固定床、流化床8/9/20223Copyright by Su Chengli7.1.1反应器分类 物流方式8/9/20224Copyright by Su Chengli7.1.1反应器分类 结构a) 釜式反应器 b)管式反应器 c) 列管式固定床反应器d) 固定床反应器 气体固相经提升或再生 e)移动床固定床反应器 再生器提升管反应器沉降器待生催化剂再生催化剂空气烟气进料油反应油气f)硫化床固定床反应器8/9/20225Copyright by Su Chengli7.1.2化学反应的

3、基本规律正确设计反应器控制系统的前提。1、化学反应过程的特点 化学反应遵守物质守恒，能量守恒定律。 反应严格按着反应方程式所示的摩尔比例进行 化学反应中除发生化学变化外，还发生相应物 理变化 反应在一定条件下进行，T、P、催化剂8/9/20226Copyright by Su Chengli7.1.2化学反应的基本规律2、化学反应器基本方程 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：8/9/20227Copyright by Su Chengli2、化学反应器基本方程(1) 反应物的浓度(

4、2) 反应温度(3) 反应压力（对气体参加的反应）(4) 催化剂（加速反应，并具有选择性） 影响化学反应速度的因素8/9/20228Copyright by Su Chengli2、化学反应器基本方程 反应化学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 K8/9/20229Copyright by Su Chengli2、化学反应器基本方程 反应转化率、产率与收率对于可逆反应：8/9/202210Copyright by Su Chengli7.2化学反

5、应器动态数学模型机理建模法物料平衡、能量平衡、反应动力学该部分内容自学8/9/202211Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案 在设计反应器控制方案时，先要明确反应器的控制目标和可能的控制手段。（1）控制目标（指标） 直接指标：转化率、质量、产量、收率等 间接指标：温度、压力、温差等。（2）根据工艺过程特性，确定控制手段 单回路、串级、前馈等 一般情况下，取温度为被控变量，载热体流量为操纵变量，构成相应的控制系统。8/9/202212Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案1、反应器入口温度控制方案1方案2方案1：控制快速

6、，滞后小，但存在进料混合不均匀，影响催化剂活性。方案2：控制滞后大，但能避免方案1的情况。8/9/202213Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案2、反应器温度的单回路控制方案1 方案2方案1：冷却剂流量较小，釡温与冷却介质温差大，当反应物搅拌 不均匀时，易造成釡内物料局部过热或过冷。 方案2：冷却剂强制循环，冷却剂流量大，釡温与冷却介质温差小。?8/9/202214Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案3、反应器的串级控制出料进料冷却剂FCTC当冷却剂方面存在扰动时，单回路无法获得满意控制效果。解决办法：串级控制8/9

7、/202215Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案4、反应器的前馈串级控制FCFC出料进料冷却剂TC前馈控制前馈串级控制8/9/202216Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案5、反应器的分程控制8/9/202217Copyright by Su Chengli7.3化学反应器基本控制方案6、反应器的分段控制目的：使反应沿着最佳温度曲线进行固定床反应器的温度分段控制8/9/202218Copyright by Su Chengli7.4典型反应器控制方案举例1、聚合反应釡的温度控制8/9/202219Copyright by Su Chengli7.4典型反应器控制方案举例2、聚合反应釡的温度压力串级控制8/9/202220Copyright by Su Chengli7.4典型反应器控制方案举例3、具有压力补偿的聚合釜内温控制8/9/202221Copyri