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

2、4）傳熱情況：絕熱式、非絕熱式（5）描述反應(yīng)過(guò)程：分布參數(shù)，集中參數(shù)（3）反應(yīng)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(yīng)器分類(lèi) 物流方式8/9/20224Copyright by Su Chengli7.1.1反應(yīng)器分類(lèi) 結(jié)構(gòu)a) 釜式反應(yīng)器 b)管式反應(yīng)器 c) 列管式固定床反應(yīng)器d) 固定床反應(yīng)器 氣體固相經(jīng)提升或再生 e)移動(dòng)床固定床反應(yīng)器 再生器提升管反應(yīng)器沉降器待生催化劑再生催化劑空氣煙氣進(jìn)料油反應(yīng)油氣f)硫化床固定床反應(yīng)器8/9/20225Copyright by Su Chengli7.1.2化學(xué)反應(yīng)的

3、基本規(guī)律正確設(shè)計(jì)反應(yīng)器控制系統(tǒng)的前提。1、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn) 化學(xué)反應(yīng)遵守物質(zhì)守恒，能量守恒定律。 反應(yīng)嚴(yán)格按著反應(yīng)方程式所示的摩爾比例進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)中除發(fā)生化學(xué)變化外，還發(fā)生相應(yīng)物 理變化 反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行，T、P、催化劑8/9/20226Copyright by Su Chengli7.1.2化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律2、化學(xué)反應(yīng)器基本方程 化學(xué)反應(yīng)速度定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)體積中某一反應(yīng)物或生成物摩爾數(shù)的變化量。對(duì)反應(yīng)物A，其反應(yīng)速度為對(duì)生成物M，其反應(yīng)速度為考慮化學(xué)反應(yīng)：相互關(guān)系：8/9/20227Copyright by Su Chengli2、化學(xué)反應(yīng)器基本方程(1) 反應(yīng)物的濃度(

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

5、應(yīng)器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)理建模法物料平衡、能量平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)該部分內(nèi)容自學(xué)8/9/202211Copyright by Su Chengli7.3化學(xué)反應(yīng)器基本控制方案 在設(shè)計(jì)反應(yīng)器控制方案時(shí)，先要明確反應(yīng)器的控制目標(biāo)和可能的控制手段。（1）控制目標(biāo)（指標(biāo)） 直接指標(biāo)：轉(zhuǎn)化率、質(zhì)量、產(chǎn)量、收率等 間接指標(biāo)：溫度、壓力、溫差等。（2）根據(jù)工藝過(guò)程特性，確定控制手段 單回路、串級(jí)、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(yīng)的控制系統(tǒng)。8/9/202212Copyright by Su Chengli7.3化學(xué)反應(yīng)器基本控制方案1、反應(yīng)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(jìn)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(xué)反應(yīng)器基本控制方案2、反應(yīng)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(dāng)反應(yīng)物攪拌 不均勻時(shí)，易造成釡內(nèi)物料局部過(guò)熱或過(guò)冷。 方案2：冷卻劑強(qiáng)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(xué)反應(yīng)器基本控制方案3、反應(yīng)器的串級(jí)控制出料進(jìn)料冷卻劑FCTC當(dāng)冷卻劑方面存在擾動(dòng)時(shí)，單回路無(wú)法獲得滿(mǎn)意控制效果。解決辦法：串級(jí)控制8/9

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