流化床反应器 流化床反应器的建模与仿真.doc

流化床反应器 流化床反应器的建模与仿真 化 工 自动 化 及 仪 表 第 1 卷2 流 化 床反 应 器 的 建 模 与 仿 真 陈宗海 鲍远 律 , 沈 , 廉 ( 技 大 学 自动 化 系 合 肥 中 国科 。 230027 ) 数 学 模 型 的 建 立是 计算机 仿真 培 训 系 统 设计 的核 心 本文详 细 介 绍 了化工过程 中 的 关键 设 备 流化 床反 应 器的建 模 : . 并 给出 仿 真 运行 的结果 仿真 流化 床 反应器 。 关镇词 数学 模 型 l 引言 随 着 现 代 化 工技 术 和 过 程控 制 技 术 的 发 , 此 在 描 述 流 化 床 反应 器 的模 型 之 前 首 先 作 一 些 合 理 的假 设 以 方 便 问 题 的 解 决 又 不 失 , , 展 化 工 过 程 的 仿 真 培 训 系 统对 迅 速 提 高 操 作 人 员 的 素质 占有 十 分重 要 的 地 位 是 现 代 , 其 外 部 特 性 的正 确 性 阁 。 化 高效 率 的 培训 手 段 具 有 很高 的社 会 效 益 和 经 济效 益 。 、 , 而 数学 模 型 的 建立 又 是仿 真培 。 训 系 统 研制 的 核 心 和 难 点 , 笔 者在 此 领 域 已 “ 有 多 年 的 研 究 经验 并 丰 富 和 发 展 了 大 范 围 [ j 非 线 性 的 建模 方法 l ” ` 本文 将 以 流 化 床 反 应 器 为 例 详 细阐 述 仿 真培 训 系 统 用 数 学 模 型 的 建 模思路 2 。 流 化床 反应 器 流 程 介绍 本 文介 绍 的 流 化 床反 应器 是 丙 烯 睛装 置 。 、 、 、 了 丫 . 丫 二 叼 , “ S T E AM 人 T 1 10 0 1 的 核 心 设 备 它 是 利 用 丙 烯 氨和 空气 在催 化 剂的 作 用 下生 成 丙 烯 腊 的反 应装 置 如 图 , , 1 。 图 . 1 流 化 床 反 应 器 流 程 示意 图 。 由工 艺 空 气 压缩 机 提 供 反 应 用 空 气 经 空 气 加 热炉 去 反 应器 。 a 丙 烯 和 氨 分别 经 各 自 、 反 应 是 单 向的 即无 负 向 的反 应 存 在 。 . , 并 且化 学 反 应 只 在 乳相 中进 行 b 的 蒸 发器 变 成 一 定 温 度 压 力 下 的气 体 进 入 反 应 器 混 合 气 体 经 过 催 化 剂 床 层形 成 流 化 态 参 加 反应 , 。 流 化 床 反 应 器 在 稳 定 运行 时 床 层 分 。 , , 为 乳相 和 气泡 相 高度 h 。、 。 而 床层 高度 是从 流 化 俞的 h 。。 w 膨 胀 到 实 际 的 流化 高 度 。 都是 由 由 于 生 成丙 烯 睛 和 其他 产 品 的反 应 是放 热 反 应 所 以 需 要 有 冷 却 装 置 反 应 器 里装 有 。 气 泡 产 生的 。 . 物料 的流 动 全 是 平推 流 垂直的 u 型 蒸 汽 盘 管 蒸 汽 经 过 这些 盘 管 带 , 。 , d 走 部分 反 应热 产 生 高 压 过 热 蒸 汽 3 一 个 采 样 周期 的反 应 物 料 。 , 在 下 一个 采样 周 期 内 即 可 达 到 反 应 平 衡 , , 数 学模 型 流 化 床 反 应 器 是 十 分 复 杂 的 设 备 目前 , . 有 了 这 些 假设 下 面 就 反 应 器 的 物 理 过 程 和 化 学过 程 分 别 给 出 其 仿 真 用 数 学 模 型 3 . 。 世 界 上 也 没 有 公认 的 机 理 模 型 而 计 算 机 仿 [ j 真 培 训 系 统对 数 学 模 型 有 特殊 的 要 求 l 。 1 物 料 转 质 过程 和 物料 平 衡 如图 1 为 所 示 空 气 是 经 过 空 气 分 布板 后 , 第 期 , 化 工 自动 化及仪 表 b . 同 丙 烯 和 氨 混 合 然 后 进 催 化剂 床 层 参 加 反 空 隙率 。 ( 是粒子真 实 体积与表 观体 应的 (k ) 、 。 空 气 分 布板 上下 的 压 力 分别 定 义为 P , d。 积 的 比值 ) 。 P (k ) , P。 , , ( k ) 为空 气进入反 应器前 的 (k ) = K , e x p (a P (k )s qr t ( T (k ) ) / (8 ) 压力 ( 已 知 ) 则 进入 反 应 器 的 空 气 流 量 a F ` M (k 一 1) ) 为 F 。 : ( ) 其 中 P k 关 s 、 T k ( ) 分 别 为 床 层 平 均 压肝和 平 。 一 K K q