带搅拌釜式反应器CSTR系统控制方案.pdf

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1、带搅拌釜式反应器（（（CSTR（CSTRCSTR）CSTR）））系统系统控制方案[摘要]本文分析了带搅拌釜式反应器系统的特性，并且根据其特性提出与进料流量比例、压力、组份控制相应的控制方案，特别是对于温度控制提出了一种bang-bang控制、PID控制及模糊控制相结合的控制思想，并且在仿真中取得了很好的效果。[关键词]连续搅拌反应釜，放热反应，PID控制，模糊控制[Abstract]ThispaperanalyzesthecharacteroftheContinuouslyStirredTankRe

2、actor-CSTR,andprovidesthecorrespondingcontrolschemesoffluxcontrol,pressurecontrolandcomposingcontrol,inspecially,providesakindofcontrolstrategy,whichincludingbang-bangcontrol,PIDcontrolandfuzzycontrol,andtakesagoodeffectinsimulink.[keywords]CSTR，exothe

3、rmicreaction，PIDcontrol，fuzzycontrol1带搅拌式反应器系统简介釜式反应器是化学工业中常用的一类反应器，在石油、化工生产中占有很重要的地位。由于化工生产的特殊性，反应釜具有大时滞性，时变性和非线性的特点，很难建立对象准确的数学模型，因此，在生产现场对反应釜进行温度控制较为困难。反应釜的结构如下图1所示：图图图1反应釜结构图反应釜基本原理：反应物A和B以及催化剂C分别由阀门V4、V5和V61以一定比例进入反应釜，开始需要从阀门S6加入热水诱发反应；本化学反应是一个放热反

4、应，诱发成功之后停止加热水；反应速度与温度成正比，温度高反应速度又会加快，因此这个化学过程是个自激反应；同时反应温度与压力又称正比，温度过高会导致压力过大，从而会发生事故，而温度过低对产品质量会造成影响，所以需要把温度控制到合理的范围；对放热反应的对象进行恒温控制的方法是通过夹套或蛇管加入冷水进行降温。工艺管道图如图2所示：图图图2工艺管道图整个控制的系统配置图如图3所示：图图图3系统配置图2控制方案的设计22.1反应温度数学模型的建立通过对被控对象特性的分析，被控对象可以近似为一个二阶滞后的系统，

5、故−τsKe假定被控对象的数学模型为Gs()=，其中b=4,c=64,τ=200,K=64。2s+bsc+2.2被控量和控制量及控制器的选择表表表1被控变量控制器控制量控制阀B、C进料流量比值控制器A进料流量V4、V5、V6釜内液位PID串级复合控制最优控制、模糊控制、反应温度冷却水流量F8V8PID控制复合控制反应压力PI控制B的进料流量F5V5组份PID控制反应物出口浓度AV92.3控制阀的选择表表表2控制阀选型表阀门作用公称直径流量系数选用型号V4反应物A进料阀Dg25Kv=3.42，Cv=4

6、西门子VVG41V5反应物B进料阀Dg25Kv=5.38，Cv=6.3西门子VVG41V6催化剂C进料阀Dg20Kv=0.214，Cv=0.25西门子VVG44V7冷却水阀（蛇管）Dg40Kv=25.64，Cv=30西门子VVG41V8冷却水阀（夹套）Dg50Kv=42.73，Cv=50西门子VVF41V9反应器出口阀Dg25Kv=8.54，Cv=10西门子VVG41S6热水阀————任意S8搅拌电机开关————任意2.4进料流量及比例控制和和和反应器液位控制和反应器液位控制32.4.1控制方案设计

7、反应器共有三股连续进料，需要保证三股物料以一定比例进料，假设A：B：C＝1：b：c，初始化b=2.11，c=0.12。所以三路进料分别有三路控制阀控制流量，F4=A，由控制阀V4进行控制；F5=⋅bA，有控制阀V5进行控制；F6=⋅cA，有控制阀V6进行控制（A初始化为729kg/h）。三闭环比值控制系统可以保证三种物料以固定比例进料，并且可以克服每一物料进料时的扰动。设计液位控制系统，保证液位处于85％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。反应停留时间与反应器中实际的物料容积和物料的体积流

8、量有关。一般来说停留时间长，进料流量小，反应的转化率高。根据工业情况实际液位控制系统，当L4>85%时，F9保持不变，减少F4，随之三路进料都会减少；当L4<85%时，增大F4开度，即增大进料量，保证L4平稳。A,B和C三种进料流量和比值控制以及液位控制可以用一个串级控制实现，方框图如图4所示：F9副回路比值调节器补偿器扰动通道F4液位设定液位+PID控制+副控制器1控制阀V4副对象1主对象L4—副测量变送器比值计算器1+F5副控制器2控制阀V5副对象2副测量变送器比