第18章 化学反应器的控制.ppt

《第18章 化学反应器的控制.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、过程控制工程第18章化学反应器的控制第13课ProcessControlEngineering北京化工大学信息科学与技术学院自动化系宿翀化学反应器的控制18.1概述18.2反应器的特性18.3反应器的热稳定性分析18.4反应器的基本控制方案18.5反应器的新型控制方案第18章教学进程18.1概述18.1.1化学反应的一些基本概念反应速度、反应热效应反应过程性能指标：转化率、产率、收率、选择性典型化学反应类型教学进程18.1概述18.1.2化学反应器的类型按物料状况：连续式、间歇式按物料流程：单程、循环图18-1加热

2、或冷却反应器后处理工序产品其他物料进料进料反应器后处理工序产品溶剂或其他未反应物教学进程按设备结构：釜式、管式、塔式、固定床、流动床图18-2按传热情况：绝热式、非绝热式18.1.2化学反应器的类型教学进程18.1.3化学反应器的控制要求（1）物料平衡控制流量控制（2）能量平衡控制温度控制（3）约束条件控制安全控制，联锁、报警、选择控制等（4）质量控制一般的质量指标：转化率，要选择间接指标控制教学进程例子，丙烯聚合反应釜控制图18-3物料的流量定值控制、液位控制通过冷却水进行反应温度控制H2含量控制AC报警系统（液

3、位）18.1.3化学反应器的控制要求教学进程18.1.3化学反应器的控制要求ACFC气相出料FCFCFC催化剂冷却水浆液冷却水液位报警TCLC乙烷乙烯丙烯H2教学进程18.2反应器的特性反应动态特性涉及了传质、传热、反应，机理复杂非绝热连续反应器热量平衡关系：dQ/dt（热量变化）=Q1（吸热/反应放热）–Q2（被移走的热量）P358推导，得到热量平衡方程若假设反应釜内温度分布均匀，这是一个一阶集中参数对象（常微分方程）反应产物反应产物G，θf，cpG，θθc冷却剂VF图18-4教学进程18.3反应器的热稳定性分析

4、对于放热类型反应，热特性是开环不稳定的，特别是对于强放热过程图18-5说明了反应器的温度稳定特性Q1234θEDC1教学进程18.3反应器的热稳定性分析组成闭环温度控制系统图18-6反应物物料冷剂TC教学进程18.3反应器的热稳定性分析组成闭环温度控制系统KCReθ图18-7教学进程18.3反应器的热稳定性分析开环是不稳定环节分母TS-1若要闭环稳定，须KC>1/KP即，KC过小会导致系统不稳定（与开环稳定系统结论相反）一般为高阶系统，因此KC还有稳定上限式18-14(KC)min＜KC＜(KC)max教学进程18

5、.4反应器的基本控制方案（1）绝热反应器的温度控制绝热反应——与外界没有热量交换，温度控制只能对进口物料状态进行操纵：物料浓度、温度、流量反应速度快的反应器控制难度较大温度、压力是最常用的控制参数（直接影响质量指标）18.4.1反应器的温度控制教学进程进料浓度浓度增大，反应温度增加式18-16改变浓度的方法：18.4.1反应器的温度控制①改变主要反应物的量。如氨氧化的硝酸生产过程，常用Q1改变主要反应物NH3的量来调节进料浓度x0，从而控制反应温度θ。②改变已过量的反应物的量。如在一氧化碳变换的合成氨x0生产过程中

6、，通过改变已过量的反应物水蒸气的量，达到控制变换炉内反应温度θ。教学进程18.4.1反应器的温度控制③循环操作系统中改变循环量。如在氮氢合成的合成氨生产过程中，以改变循环气量来调节进料浓度x0，从而控制合成塔的反应温度θ。④在均相催化反应中改变催化剂的量。如在高压聚乙烯的聚合反应中，改变催化剂量来调整进料浓度x0，控制聚合釜内反应温度θ。教学进程18.4.1反应器的温度控制进料温度温度增加，反应温度增加式18-17控制方案图18-12：改变加热量载热体进料TC教学进程18.4.1反应器的温度控制控制方案图18-13

7、、14：进口温度控制，出口与进口热量交换，利用能量TCTC进料进料出料出料教学进程18.4.1反应器的温度控制进料流量（负荷）负荷增加，停留时间减小，放热减小缺点：负荷频繁变化不利于稳定生产教学进程18.4.1反应器的温度控制（2）非绝热反应器的温度控制可以与外部进行热量交换，控制类似于换热设备分程控制（加热、撤热）TC冷水蒸汽出料进料图18-16教学进程18.4.1反应器的温度控制分段控制（加强局部控制）图18-17冷却剂冷却剂冷却剂TCTCTC教学进程18.4.1反应器的温度控制串级控制（克服热载体波干扰）冷却

8、剂进料出料TCTC图18-18教学进程18.4.1反应器的温度控制前馈——反馈控制（克服复合变化干扰）图18-19+GffTC进料出料冷却剂教学进程18.4.2反应器的进料流量控制图18-20、21、22、23教学进程18.4.3反应器的压力控制图18-23、24、2518.5反应器的新型控制方案18.5.1聚合釜的温度-压力串级控制系统聚合反应釜：密闭容器