《工業(yè)過程控制工程》課件17.反應(yīng)器控制

內(nèi)容

引言反應(yīng)速度與反應(yīng)平衡反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型與熱穩(wěn)定性反應(yīng)器的基本控制方案典型反應(yīng)器的控制方案反應(yīng)器控制思考題1、了解化學(xué)反應(yīng)的一般原理，掌握反應(yīng)速度與化學(xué)平衡的概念及其主要影響因素；2、能夠結(jié)合連續(xù)放熱反應(yīng)釜的穩(wěn)態(tài)特性分析反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性問題；3、針對(duì)各種不同類型的化學(xué)反應(yīng)器，掌握基本控制問題與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；4、了解常見反應(yīng)器的復(fù)雜控制與先進(jìn)控制方案?；瘜W(xué)反應(yīng)過程種類操作方式（是否連續(xù)進(jìn)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）： 絕熱與非絕熱；物料是否循環(huán)： 單程反應(yīng)與循環(huán)反應(yīng)；反應(yīng)過程物流方式反應(yīng)器種類化學(xué)反應(yīng)速度定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)體積中某一反應(yīng)物或生成物摩爾數(shù)的變化量。對(duì)反應(yīng)物A，其反應(yīng)速度為對(duì)生成物M，其反應(yīng)速度為考慮化學(xué)反應(yīng)：相互關(guān)系：影響反應(yīng)速度的因素反應(yīng)物的濃度；反應(yīng)溫度；反應(yīng)壓力（對(duì)氣體參加的反應(yīng)）；催化劑（加速反應(yīng)，并具有選擇性）。影響反應(yīng)速度的因素對(duì)于單向反應(yīng)，反應(yīng)速度通?？杀硎緸槠渲蠧A、CB為反應(yīng)物A、B的摩爾濃度；α、β為反應(yīng)物A、B的反應(yīng)級(jí)數(shù)，α+β為反應(yīng)級(jí)數(shù)；k為反應(yīng)速度常數(shù)，通常為溫度的函數(shù).化學(xué)反應(yīng)平衡總的反應(yīng)速度為當(dāng)r總=0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡（反應(yīng)物與生成物的濃度均不變）。而化學(xué)平衡常數(shù)為對(duì)于可逆反應(yīng)：K與反應(yīng)溫度有關(guān)：若正向反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)溫度T↑→K↑；反之，則T↑→K↓；反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與收率對(duì)于可逆反應(yīng)：操作條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響濃度。提高反應(yīng)物的濃度、降低生成物的濃度，可提高總的反應(yīng)速度與轉(zhuǎn)化率；反應(yīng)壓力。對(duì)于有氣體參加的可逆反應(yīng)，增加總壓力，化學(xué)平衡向摩爾數(shù)減少的反應(yīng)方向移動(dòng)；反應(yīng)溫度。溫度升高，正反向反應(yīng)速度均提高。在平衡條件下，對(duì)吸熱反應(yīng)有利。催化劑。催化劑不影響化學(xué)平衡，但加快反應(yīng)速度。例子：氨的合成反應(yīng)與變換反應(yīng),反應(yīng)器建模示例假設(shè)反應(yīng)是一級(jí)不可逆放熱反應(yīng)，進(jìn)料與出料的體積流量相同，密度均為，反應(yīng)器內(nèi)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(duì)被控變量(T、cA)的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性，并分析對(duì)象本身的穩(wěn)定性。基本動(dòng)態(tài)方程式1.化學(xué)反應(yīng)速度方程2.組分A的物料平衡式基本動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）3.反應(yīng)器內(nèi)的熱量衡算式其中Q為反應(yīng)器內(nèi)的熱量累積,Q1

為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量，Q2

為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;基本動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）4.夾套內(nèi)的熱量衡算式其中Q為夾套內(nèi)的熱量累積,Q1

為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量，Q2

為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;反應(yīng)器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器熱穩(wěn)定性分析（2）物料與冷劑所帶走的熱量為（1）反應(yīng)所放出的熱量為反應(yīng)熱穩(wěn)定性分析（續(xù)）假設(shè)某工作點(diǎn)C滿足Q

1=Q

2=Q

0（Q

0為反應(yīng)溫度為T0時(shí)反應(yīng)的放熱量）；當(dāng)T發(fā)生小的變化時(shí)，有反應(yīng)熱穩(wěn)定性分析（續(xù)）反應(yīng)器的入口溫度控制反應(yīng)溫度的單回路控制反應(yīng)溫度的串級(jí)與分程控制反應(yīng)溫度的分段控制與優(yōu)化反應(yīng)溫度分段控制與關(guān)聯(lián)分析聚合釜反應(yīng)溫度控制方案一聚合釜反應(yīng)溫度控制方案二聚合釜反應(yīng)溫度-壓力串級(jí)控制具有壓力補(bǔ)償?shù)木酆细獌?nèi)溫控制催化裂化反應(yīng)再生系統(tǒng)的控制FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)控制任務(wù)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）保證再生器燒焦溫度在允許的范圍內(nèi)。維持合適的反應(yīng)深度 主要影響因素：反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間、劑油比、再生催化劑的活性與積炭、原料組成與性質(zhì)等。盡可能實(shí)現(xiàn)操作最優(yōu)化 空氣消耗最小、產(chǎn)品分布最優(yōu)、渣油摻煉比最大等。反應(yīng)再生系統(tǒng)主要控制回路確保操作安全 兩器差壓控制、反應(yīng)器料位控制、反應(yīng)溫度與單動(dòng)滑閥兩端差壓的選擇控制；維持合適的反應(yīng)深度 反應(yīng)溫度與單動(dòng)滑閥兩端差壓的選擇控制、分餾塔頂壓力控制、各進(jìn)料的流量控制、主風(fēng)流量控制等。盡可能實(shí)現(xiàn)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(yīng)溫度與回?zé)挶鹊脑O(shè)定值最優(yōu)等。練習(xí)題1對(duì)于吸熱反應(yīng)器，對(duì)象的開環(huán)特性是否一定穩(wěn)定？而對(duì)于放熱反應(yīng)器，其開環(huán)特性是否一定不穩(wěn)定？請(qǐng)給出理由，并以下連續(xù)放熱反應(yīng)釜為例進(jìn)行分析。練習(xí)題2對(duì)于某一連續(xù)放熱反應(yīng)器，希望通過調(diào)節(jié)自來水與深井水量來控制反應(yīng)器的內(nèi)部溫度，并要求只有