化學反應器控制課件

1、第七章 化學反應器的控制蘇成利信息與控制工程學院自動化系8/9/20221Copyright by Su Chengli本章內(nèi)容和要點1、反應器的類型2、化學反應器的基本規(guī)律3、化學反應器的基本控制方案1、了解化學反應器的類型，熟悉反應速度與化學 平衡的概念及其主要影響因素2、掌握化學反應器的基本控制方案內(nèi)容要點8/9/20222Copyright by Su Chengli7.1化學反應器概述 化學反應器是生產(chǎn)過程的重要設(shè)備之一，化學反應狀態(tài)很大程度決定產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)量。因此反應器的操作最優(yōu)化具有實際意義。7.1.1反應器分類 （1）物料進出狀態(tài)：間歇式，連續(xù)式（2）物料流程分：單程、循環(huán)（

2、4）傳熱情況：絕熱式、非絕熱式（5）描述反應過程：分布參數(shù)，集中參數(shù)（3）反應器結(jié)構(gòu)：釜式、管道式、塔式、固定床、流化床8/9/20223Copyright by Su Chengli7.1.1反應器分類 物流方式8/9/20224Copyright by Su Chengli7.1.1反應器分類 結(jié)構(gòu)a) 釜式反應器 b)管式反應器 c) 列管式固定床反應器d) 固定床反應器 氣體固相經(jīng)提升或再生 e)移動床固定床反應器 再生器提升管反應器沉降器待生催化劑再生催化劑空氣煙氣進料油反應油氣f)硫化床固定床反應器8/9/20225Copyright by Su Chengli7.1.2化學反應的

3、基本規(guī)律正確設(shè)計反應器控制系統(tǒng)的前提。1、化學反應過程的特點 化學反應遵守物質(zhì)守恒，能量守恒定律。 反應嚴格按著反應方程式所示的摩爾比例進行 化學反應中除發(fā)生化學變化外，還發(fā)生相應物 理變化 反應在一定條件下進行，T、P、催化劑8/9/20226Copyright by Su Chengli7.1.2化學反應的基本規(guī)律2、化學反應器基本方程 化學反應速度定義：單位時間內(nèi)單位反應體積中某一反應物或生成物摩爾數(shù)的變化量。對反應物A，其反應速度為對生成物M，其反應速度為考慮化學反應：相互關(guān)系：8/9/20227Copyright by Su Chengli2、化學反應器基本方程(1) 反應物的濃度(

4、2) 反應溫度(3) 反應壓力（對氣體參加的反應）(4) 催化劑（加速反應，并具有選擇性） 影響化學反應速度的因素8/9/20228Copyright by Su Chengli2、化學反應器基本方程 反應化學平衡總的反應速度為:當 r總 = 0 時，反應達到平衡（反應物與生成物的濃度均不變）。而化學平衡常數(shù)為對于可逆反應：K與反應溫度有關(guān)：若正向反應為吸熱反應，則反應溫度T K；反之，則T K8/9/20229Copyright by Su Chengli2、化學反應器基本方程 反應轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與收率對于可逆反應：8/9/202210Copyright by Su Chengli7.2化學反

5、應器動態(tài)數(shù)學模型機理建模法物料平衡、能量平衡、反應動力學該部分內(nèi)容自學8/9/202211Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案 在設(shè)計反應器控制方案時，先要明確反應器的控制目標和可能的控制手段。（1）控制目標（指標） 直接指標：轉(zhuǎn)化率、質(zhì)量、產(chǎn)量、收率等 間接指標：溫度、壓力、溫差等。（2）根據(jù)工藝過程特性，確定控制手段 單回路、串級、前饋等 一般情況下，取溫度為被控變量，載熱體流量為操縱變量，構(gòu)成相應的控制系統(tǒng)。8/9/202212Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案1、反應器入口溫度控制方案1方案2方案1：控制快速

6、，滯后小，但存在進料混合不均勻，影響催化劑活性。方案2：控制滯后大，但能避免方案1的情況。8/9/202213Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案2、反應器溫度的單回路控制方案1 方案2方案1：冷卻劑流量較小，釡溫與冷卻介質(zhì)溫差大，當反應物攪拌 不均勻時，易造成釡內(nèi)物料局部過熱或過冷。 方案2：冷卻劑強制循環(huán)，冷卻劑流量大，釡溫與冷卻介質(zhì)溫差小。?8/9/202214Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案3、反應器的串級控制出料進料冷卻劑FCTC當冷卻劑方面存在擾動時，單回路無法獲得滿意控制效果。解決辦法：串級控制8/9

7、/202215Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案4、反應器的前饋串級控制FCFC出料進料冷卻劑TC前饋控制前饋串級控制8/9/202216Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案5、反應器的分程控制8/9/202217Copyright by Su Chengli7.3化學反應器基本控制方案6、反應器的分段控制目的：使反應沿著最佳溫度曲線進行固定床反應器的溫度分段控制8/9/202218Copyright by Su Chengli7.4典型反應器控制方案舉例1、聚合反應釡的溫度控制8/9/202219Copyright by Su Chengli7.4典型反應器控制方案舉例2、聚合反應釡的溫度壓力串級控制8/9/202220Copyright by Su Chengli7.4典型反應器控制方案舉例3、具有壓力補償?shù)木酆细獌?nèi)溫控制8/9/202221Copyri