化工仪表及自动化-化学反应器的自动控制解析.pptx

任务四化学反应器的自动控制解析《化工仪表及自动化》

一化学反应器的控制要求二釜式反应器的温度自动控制三固定床反应器的自动控制四流化床反应器的自动控制目录

学习目标1.了解常用的化学反应器。2.了解常用的化学反应器结构与类型。3.了解常用的化学反应器基本控制方法。4.实现对釜式反应器模拟仿真控制。

一化学反应器的控制要求

1.质量指标化学反应器的质量指标一般指反应的转化率或反应生成物的规定浓度。转化率是被控变量。如果转化率不能直接测量，需选取几个有关的参数，经过运算去间接控制转化率。如聚合釜出口温差控制与转化率的关系为式中，y——转化率；θ0、θ1——分别为进料与出料温度；ρ——进料密度；g——重力加速度；c——物料的比热容；xi——进料浓度；H——每摩尔进料的反应热。

1.质量指标①因为化学反应不是吸热就是放热，反应过程总伴随有热效应。②温度是最能够表征质量的间接控制指标。③以温度、压力等工艺变量作为间接控制指标，有时并不能保证质量稳定。⑤在有催化剂的反应器中，由于催化剂的活性变化，温度给定值也要随之改变。④当有干扰作用时，转化率和反应生成物组分等仍会受到影响。

2.物料平衡为使反应正常，转化率高，要求维持进入反应器的各种物料量恒定，配比符合要求。为此，在进入反应器前，往往采用流量定值控制或比值控制。如氨合成过程中的惰性气体自动排放系统。

3.约束条件对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况。例如，在催化接触反应中，温度过高或杂质含量过高，将会损坏催化剂；在流化床反应器中，流体速度过高，会让固相沉降等。

二釜式反应器的温度自动控制

1.控制进料温度如图是这类方案的示意图。物料经过预热器（或冷却器）进入反应签。通过改变进入预热器（或冷却器）的热剂量（或冷剂量），可以改变进入反应釜的物料温度，从而达到维持釜内温度恒定的目的。改变进料温度控制釜温图

2.改变传热量由于大多数反应釜均有传热面，用改变引入传热量多少的方法就能实现温度控制。如图为一带夹套的反应釜。当釜内温度改变时，可用改变加热剂（或冷却剂）流量的方法来控制釜内温度。改变加热剂或冷却剂流量控制釜温

3.串级控制为了针对反应釜滞后较大的特点，可采用串级控制方案。根据进入反应釜的主要干扰的不同情况，可以采用釜温与热剂（或冷剂）流量串级控制（见图1）、釜温与夹套温度串级控制（见图2）及釜温与釜压串级控制（见图3）等。

3.串级控制图1釜温与冷剂流量串级控制示意图图2釜温与夹套温度串级控制示意图图3釜温与釜压串级控制系统示意图

三固定床反应器的自动控制

1.改变进料浓度原料浓度越高，化学反应放热量越大，反应后温度也越高。如图是通过改变进料浓度以保证反应温度恒定的一个实例，改变氨和空气比值就相当于改变进料的氨浓度。改变进料浓度控制反应器温度

2.改变进料温度改变进料温度，整个床层温度就会变化。若原料进反应器前需预热，可通过改变进入换热器的载热体流量，以控制反应床上的温度，如图1所示，也有按图2所示方案用改变旁路流量大小来控制床层温度的。图1用载热体流量控制温度图2用旁路控制温度

3.改变段间进入的冷气量在多段反应器中，可将部分冷的原料气不经预热直接进入段间，与上一段反应后的热气体混合，从而降低了下一段入口气体的温度。如图所示为硫酸生产中用SO2氧化成SO3的固定床反应器温度控制方案。用改变段间冷气量控制温度图

四流化床反应器的自动控制

流化床反应器的自动控制如图是流化床反应器的原理示意图。反应器底部装有多孔筛板，催化剂呈粉末状，放在筛板上，当从底部进入的原料气流速达到一定值时，催化剂开始上升呈沸腾状，这种现象称为固体流态化。流化床反应器原理示意图

流化床反应器的自动控制01为了自动控制流化床的温度，可以通过改变原料入口温度（如图4所示）02可以通过改变进入流化床的冷剂流量（如图5所示），以控制流化床反应器内的温度。03在流化床反应器内，为了了解催化剂的沸腾状态，常设置差压指示系统，如图6所示。

流化床反应器的自动控制图4釜温与冷剂流量串级控制示意图图5釜温与夹套温度串级控制示意图图6釜温与釜压串级控制系统示意图

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