浙大工業(yè)過程控制17反應器控制課件

1、化學反應器的控制戴連奎浙江大學智能系統與決策研究所7/28/20221課件內 容 引 言反應速度與反應平衡反應器的數學模型與熱穩(wěn)定性反應器的基本控制方案典型反應器的控制方案7/28/20222課件反應器控制思考題1、了解化學反應的一般原理，掌握反應速度與化學平衡的概念及其主要影響因素；2、能夠結合連續(xù)放熱反應釜的穩(wěn)態(tài)特性分析反應器的熱穩(wěn)定性問題；3、針對各種不同類型的化學反應器，掌握基本控制問題與控制系統的設計方法；4、了解常見反應器的復雜控制與先進控制方案。7/28/20223課件化學反應過程種類操作方式（是否連續(xù)進料與連續(xù)出料）：連續(xù)與間歇；熱交換形式（是否與外界存在熱量交換）：絕熱與非絕

2、熱；物料是否循環(huán)：單程反應與循環(huán)反應；7/28/20224課件反應過程物流方式7/28/20225課件反應器種類7/28/20226課件化學反應速度定義：單位時間內單位反應體積中某一反應物或生成物摩爾數的變化量。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：相互關系：7/28/20227課件影響反應速度的因素反應物的濃度；反應溫度；反應壓力（對氣體參加的反應）；催化劑（加速反應，并具有選擇性）。7/28/20228課件影響反應速度的因素對于單向反應，反應速度通?？杀硎緸槠渲蠧A、CB為反應物A、B的摩爾濃度；、為反應物A、B的反應級數，+為反應級數；k為反應速度常數，通常為溫度

3、的函數.7/28/20229課件化學反應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）。而化學平衡常數為對于可逆反應：K與反應溫度有關：若正向反應為吸熱反應，則反應溫度T K；反之，則T K；7/28/202210課件反應轉化率、產率與收率對于可逆反應：7/28/202211課件操作條件對化學反應的影響濃度。提高反應物的濃度、降低生成物的濃度，可提高總的反應速度與轉化率；反應壓力。對于有氣體參加的可逆反應，增加總壓力，化學平衡向摩爾數減少的反應方向移動；反應溫度。溫度升高，正反向反應速度均提高。在平衡條件下，對吸熱反應有利。催化劑。催化劑不影響化學平衡，但加

4、快反應速度。例子：氨的合成反應與變換反應,7/28/202212課件反應器建模示例假設反應是一級不可逆放熱反應，進料與出料的體積流量相同，密度均為，反應器內溫度與濃度均勻，并分別與出口溫度和濃度相同。問題：求取操作變量( F、 Fc 、 Tf 、Tci )對被控變量( T、cA)的靜態(tài)動態(tài)特性，并分析對象本身的穩(wěn)定性。7/28/202213課件基本動態(tài)方程式1. 化學反應速度方程2. 組分A的物料平衡式7/28/202214課件基本動態(tài)方程式（續(xù)）3. 反應器內的熱量衡算式其中Q 為反應器內的熱量累積, Q1 為單位時間內的輸入熱量， Q2 為單位時間內的輸出熱量;7/28/202215課件基

5、本動態(tài)方程式（續(xù)）4. 夾套內的熱量衡算式其中Q 為夾套內的熱量累積, Q1 為單位時間內的輸入熱量， Q2 為單位時間內的輸出熱量;7/28/202216課件反應器動態(tài)數學模型7/28/202217課件反應器穩(wěn)態(tài)數學模型7/28/202218課件反應器熱穩(wěn)定性分析（2）物料與冷劑所帶走的熱量為（1）反應所放出的熱量為7/28/202219課件反應熱穩(wěn)定性分析（續(xù)）假設某工作點C 滿足Q 1 = Q 2 = Q 0（Q 0為反應溫度為T0時反應的放熱量）；當T 發(fā)生小的變化時，有7/28/202220課件反應熱穩(wěn)定性分析（續(xù)）7/28/202221課件反應器的入口溫度控制7/28/202222

6、課件反應溫度的單回路控制7/28/202223課件反應溫度的串級與分程控制7/28/202224課件反應溫度的分段控制與優(yōu)化7/28/202225課件反應溫度分段控制與關聯分析7/28/202226課件聚合釜反應溫度控制方案一7/28/202227課件聚合釜反應溫度控制方案二7/28/202228課件聚合釜反應溫度-壓力串級控制7/28/202229課件具有壓力補償的聚合釜內溫控制7/28/202230課件催化裂化反應再生系統的控制7/28/202231課件FCCU反應再生系統控制任務確保操作安全（1）維持催化劑循環(huán)的平穩(wěn)，防止催化劑倒流；（2）維持生焦與燒焦的平衡，防止炭堆積；（3）保證再生

7、器燒焦溫度在允許的范圍內。維持合適的反應深度主要影響因素：反應溫度、反應壓力、反應時間、劑油比、再生催化劑的活性與積炭、原料組成與性質等。盡可能實現操作最優(yōu)化空氣消耗最小、產品分布最優(yōu)、渣油摻煉比最大等。7/28/202232課件反應再生系統主要控制回路確保操作安全兩器差壓控制、反應器料位控制、反應溫度與單動滑閥兩端差壓的選擇控制；維持合適的反應深度反應溫度與單動滑閥兩端差壓的選擇控制、分餾塔頂壓力控制、各進料的流量控制、主風流量控制等。盡可能實現操作最優(yōu)化再生煙氣氧含量控制、渣油摻煉比卡邊控制、反應溫度與回煉比的設定值最優(yōu)等。7/28/202233課件練習題 1對于吸熱反應器，對象的開環(huán)特性是否一定穩(wěn)定 ？而對于放熱反應器，其開環(huán)特性是否一定不穩(wěn)定 ？請給出理由，并以下連續(xù)放熱反應釜為例進行分析。7/28/202234課件練習題 2對于某一連續(xù)放熱反應器，希望通過調節(jié)自來水與深井水量來控制反應器的內