17-反应器控制.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,化学反应器的控制,戴连奎,浙江大学智能系统与决策研究所,2001/12/15,内 容,引 言,反应速度与反应平衡,反应器的数学模型与热稳定性,反应器的基本控制方案,典型反应器的控制方案,反应器控制思考题,1、了解化学反应的一般原理，掌握反应速度与化学平衡的概念及其主要影响因素；,2、能够结合连续放热反应釜的稳态特性分析反应器的热稳定性问题；,3、针对各种不同类型的化学反应器，掌握基本控制问题与控制系统的设计方法；,4、了解常见反应器的复杂控制与先进控制方案。,化学反应过程种类,操作方式,（是否连续进料与连续出料）,：,连续与间歇；,热交换形式,（是否与外界存在热量交换）,：,绝热与非绝热；,物料是否循环：,单程反应与循环反应；,反应过程物流方式,反应器种类,化学反应速度,定义：单位时间内单位反应体积中某一反应物或生成物摩尔数的变化量,。对反应物,A,，其反应速度为,对生成物,M,，其反应速度为,考虑化学反应：,相互关系：,影响反应速度的因素,反应物的浓度；,反应温度；,反应压力（对气体参加的反应）；,催化剂（加速反应，并具有选择性）。,影响反应速度的因素,对于单向反应，反应速度通常可表示为,其中,C,A,、,C,B,为反应物,A,、,B,的摩尔浓度；,、,为反应物,A,、,B,的反应级数，,+,为反应级数；,k,为反应速度常数，通常为温度的函数.,化学反应平衡,总的反应速度为,当,r,总,=0 时，反应达到平衡（反应物与生成物的浓度均不变）。而化学平衡常数为,对于可逆反应：,K,与反应温度有关：若正向反应为吸热反应，则反应温度,T,K,；,反之，则,T,K,；,反应转化率、产率与收率,对于可逆反应：,操作条件对化学反应的影响,浓度,。提高反应物的浓度、降低生成物的浓度，可提高总的反应速度与转化率；,反应压力,。对于有气体参加的可逆反应，增加总压力，化学平衡向摩尔数减少的反应方向移动；,反应温度,。温度升高，正反向反应速度均提高。在平衡条件下，对吸热反应有利。,催化剂,。催化剂不影响化学平衡，但加快反应速度。,例子：氨的合成反应与变换反应,反应器建模示例,假设反应是一级不可逆放热反应，,进料与出料的体积流量相同，密度均为，反应器内温度与浓度均匀，并分别与出口温度和浓度相同。,问题,：求取操作变量(,F,、,F,c,、,T,f,、,T,ci,)对被控变量(,T,、,c,A,)的静态动态特性，并分析对象本身的稳定性。,基本,动态方程式,1.化学反应速度方程,2.组分,A,的物料平衡式,基本,动态方程式（续）,3.反应器内的热量衡算式,其中,Q,为反应器内的热量累积,Q,1,为单位时间内的输入热量，,Q,2,为单位时间内的输出热量;,基本,动态方程式（续）,4.夹套内的热量衡算式,其中,Q,为夹套内的热量累积,Q,1,为单位时间内的输入热量，,Q,2,为单位时间内的输出热量;,反应器,动态,数学模型,反应器稳态数学模型,反应器热稳定性分析,（2）物料与冷剂所带走的热量为,（1）反应所放出的热量为,反应热稳定性分析（续）,假设某工作点,C,满足,Q,1,=,Q,2,=,Q,0,（,Q,0,为反应温度为,T,0,时反应的放热量）；当,T,发生小的变化时，有,反应热稳定性分析（续）,反应器的入口温度控制,反应温度的单回路控制,反应温度的串级与分程控制,反应温度的分段控制与优化,反应温度分段控制与关联分析,聚合釜反应温度控制方案一,聚合釜反应温度控制方案二,聚合釜反应温度-压力串级控制,具有压力补偿的聚合釜内温控制,催化裂化反应再生系统的控制,FCCU反应再生系统控制任务,确保操作安全,（1）维持催化剂循环的平稳，防止催化剂倒流；,（2）维持生焦与烧焦的平衡，防止炭堆积；,（3）保证再生器烧焦温度在允许的范围内。,维持合适的反应深度,主要影响因素：反应温度、反应压力、反应时间、剂油比、再生催化剂的活性与积炭、原料组成与性质等。,尽可能实现操作最优化,空气消耗最小、产品分布最优、渣油掺炼比最大等。,反应再生系统主要控制回路,确保操作安全,两器差压控制、反应器料位控制、反应温度与单动滑阀两端差压的选择控制；,维持合适的反应深度,反应温度与单动滑阀两端差压的选择控制、分馏塔顶压力控制、各进料的流量控制、主风流量控制等。,尽可能实现操作最优化,再生烟气氧含量控制、渣油掺炼比卡边控制、反应温度与回炼比的设定值最优等。,练习题 1,对于吸热反应器，对象的开环特性是否一定稳定？而对于放热反应器，其开环特性是否一定不稳定？请给出理由，并以下连续放热反应釜为例进行分析。,练习题 2,对于某一连续放热反应器，希望通过调节自来水与深井水量来控制反应器的内部温度，并要求只有当自来水阀接近全开（以90%为临界开度）还感到去热不足时，才开启深井水阀。现已设计了一套分程控制系统，如图所示。试确定：,（1）阀的气开、气关形式；,（2）控制器的正、反作用；,（3）分程区间。,