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论连续搅拌反应釜温度控制的重要性

2018-07-11 15:08:32

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连续搅拌反应釜由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热原件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等成为搅拌机,搅拌器是化学反应能够进行的关键部件,它提供过程中所需的能量和适宜的流动状态。

反应釜是化工生产中常用的反应容器。它是一种时变、非线性、纯滞 后、大惯性的控制对象,连续搅拌反应釜(CSTR)是石油生产、化工合成、发酵、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器,通过控制连续搅拌反应釜内部的工艺参数,如温度、压力、浓度等稳定,来保证反应的正常进行。其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。在实际的化工生产过程中,反应釜的温度决定了产品的产量、质量,有时甚至影响到生产过程中的安全性。因此如何对反应釜内化学反应温度进行精确、有效的控制,显得至关重要。然而,由于温度对象具有非线性、时变不确定、大滞后、受环境温度影响大等特点,目前反应釜内的全过程温度自动控制仍是个较难解决的问题。

连续搅拌反应釜温度控制方法从三个方面来了解:

1.时滞性和非线性等对实际生产产品的质量的控制带来很大的困难。化学反应的生产过程伴随着物理化学反应、生化反应、相变过程及物质和能量的转换和传递,因而是一个十分复杂的工业生产过程;所用反应釜容量大、釜壁厚,因此是一个热容量大、纯滞后时间长的被控对象;随着反应的进行,各传热媒体的传热系数成非线性变化,并且对各种外界环境的变化比较敏感;加上反应过程增益变化也会很大,甚至增益变化方向都是不一样的;而且随着反应的进行,釜内固体颗粒增多,釜的传热系数也会随着发生不规则变化。


2.有效的控制是非常重要的,反应过程中如果热量移去不及时、不均匀,会使反应温度一直往上升,极易因局部过热而造成“飞温”现象,产生“爆聚”;反之,如果热量移去过多,会造成反应温度一直往下跌,造成反应熄灭。而聚合反应好坏的主要因素就是反应釜温度控制的好坏,温度的变化将直接影响产品的质量和产量,所以此过程中的温度控制是重点也是难点;反应工艺以及反应设备的约束及外界环境对反应影响的不确定性因素也使得控制的难度增加。

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3.要建立反应过程的精确数学模型是非常困难的,反应过程化学反应机理较为复杂,尤其是聚合反应过程设计物料、能量的平衡,反应动力学等,加上外界条件如原料纯度、催化剂类型、原料添加数量的变化、热水温度、循环冷却液流量的变化等对系统的影响较大,推导机理模型较为困难;又由于化学反应放热过程的复杂性和非线性,随着反应的进行,各传热媒体的传热系数不规则变化对各种外部干扰的影响比较敏感,依照机理法和最小二乘法等传统的建模方法。


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