1、过程控制工程过程控制工程课程组课程组过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器概述化学反应器概述 化学反应器是生产过程的重要设备之一，化学反应状态很大程度决定化学反应器是生产过程的重要设备之一，化学反应状态很大程度决定产品的质量，产量。因此反应器的操作最优化具有实际意义。产品的质量，产量。因此反应器的操作最优化具有实际意义。p 反应器分类反应器分类 （1 1）物料进出状态：间歇式，连续式）物料进出状态：间歇式，连续式 （2 2）物料流程分：单程、循环）物料流程分：单程、循环 （3 3）反应器结构：釜式、管道式、塔式、固定床、流化床）反应器结构：釜式、管道式、塔式、固定床、流化床 （4 4）
2、传热情况：绝热式、非绝热式）传热情况：绝热式、非绝热式 （5 5）描述反应过程：分布参数，集中参数）描述反应过程：分布参数，集中参数过程控制工程过程控制工程课程组课程组反应器分类反应器分类物流方式物流方式反应器后处理工序进料产品其它物料加热或冷却(a)单程型反应器后处理工序进料产品溶剂或其它加热或冷却+未反应物料(b)循环型过程控制工程过程控制工程课程组课程组反应器分类反应器分类结构结构a)釜式反应器釜式反应器 b)管式反应器管式反应器 c)列管式固定床反应器列管式固定床反应器d)固定床反应器固定床反应器 气体固相经提升或再生 e)移动床固定床反应器移动床固定床反应器 再生器提升管反应器沉降器
3、待生催化剂再生催化剂空气烟气进料油反应油气f)硫化床固定床反应器硫化床固定床反应器过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应的基本规律化学反应的基本规律v正确设计反应器控制系统的前提正确设计反应器控制系统的前提1 1、化学反应过程的特点、化学反应过程的特点 化学反应遵守物质守恒，能量守恒定律。化学反应遵守物质守恒，能量守恒定律。反应严格按着反应方程式所示的摩尔比例进行反应严格按着反应方程式所示的摩尔比例进行 化学反应中除发生化学变化外，还发生相应物化学反应中除发生化学变化外，还发生相应物 理变化理变化 反应在一定条件下进行，反应在一定条件下进行，T T、P P、催化剂、催化剂过程控制工程过程
4、控制工程课程组课程组化学反应的基本规律化学反应的基本规律2 2、化学反应器基本方程、化学反应器基本方程p 化学反应速化学反应速度度QmMlLbBaA定义：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。对反应物量。对反应物A A，其反应速度为，其反应速度为01dtCddtndVrAAA01dtCddtndVrMMM对生成物对生成物M M，其反应速度为，其反应速度为考虑化学反应：考虑化学反应：rmrlrbrarMLBA相互关系：相互关系：过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器基本方程化学反应器基本方程(1)(1)反应物
5、的浓度反应物的浓度(2)(2)反应温度反应温度(3)(3)反应压力（对气体参加的反应）反应压力（对气体参加的反应）(4)(4)催化剂（加速反应，并具有选择性）催化剂（加速反应，并具有选择性）RTEkkexp0 影响化学反应速度的因素影响化学反应速度的因素BACCkr rCCTBA,过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器基本方程化学反应器基本方程p 反应化学平衡反应化学平衡当当 r总总 =0=0 时，反应达到平衡（反应物与生成物的浓度均不变）。而化时，反应达到平衡（反应物与生成物的浓度均不变）。而化学平衡常数为学平衡常数为QmMlLbBaA对于可逆反应：对于可逆反应：总的反应速度为总的反
6、应速度为:212121MLBACCkCCkr总212121BAMLCCCCkkKK与反应温度有关：若正向反应为吸热反应，则反应温度与反应温度有关：若正向反应为吸热反应，则反应温度T K；反之，反之，则则T K过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器基本方程化学反应器基本方程p 反应转化率、产率与收率反应转化率、产率与收率)副反应()主反应(CBACBA对于可逆反应对于可逆反应：%100*的摩尔进入反应器的的摩尔反 应转化率数数掉AA%100*的摩尔反 应的摩尔的转化为产品产率数掉数AAC%100*的摩 尔进入反应器的的摩 尔的转化为产品收率数数AAC过程控制工程过程控制工程课程组课程组化
7、学反应器控制方案化学反应器控制方案 在设计反应器控制方案时，先要明确反应器的控制目标和可能的控制手在设计反应器控制方案时，先要明确反应器的控制目标和可能的控制手段。段。（1 1）控制目标（指标）控制目标（指标）直接指标：转化率、质量、产量、收率等直接指标：转化率、质量、产量、收率等 间接指标：温度、压力、温差等。间接指标：温度、压力、温差等。（2 2）根据工艺过程特性，确定控制手段）根据工艺过程特性，确定控制手段 单回路、串级、前馈等单回路、串级、前馈等 一般情况下，取温度为被控变量，载热体流量为操纵变量，构成相应一般情况下，取温度为被控变量，载热体流量为操纵变量，构成相应的控制系统。的控制系
8、统。过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器控制方案化学反应器控制方案1 1、反应器入口温度控制、反应器入口温度控制TC进料出料TC进料出料方案方案1 1方案方案2 2方案方案1 1：控制快速，滞后小，但存在进料混合不均匀，影响催化剂活性。控制快速，滞后小，但存在进料混合不均匀，影响催化剂活性。方案方案2 2：控制滞后大，但能避免方案控制滞后大，但能避免方案1 1的情况。的情况。过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器基本控制方案化学反应器基本控制方案2 2、反应器温度的单回路控制、反应器温度的单回路控制出料进料冷却剂TC出料进料冷却剂TC方案方案1 1 方案方案2 2方案方案1
9、1：冷却剂流量较小，釡温与冷却介质温差大，当反应物搅拌冷却剂流量较小，釡温与冷却介质温差大，当反应物搅拌 不均匀时，易造成釡内物料局部过热或过冷。不均匀时，易造成釡内物料局部过热或过冷。方案方案2 2：冷却剂强制循环，冷却剂流量大，釡温与冷却介质温差小。冷却剂强制循环，冷却剂流量大，釡温与冷却介质温差小。过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器控制方案化学反应器控制方案3 3、反应器的串级控制、反应器的串级控制出料进料冷却剂TCTC出料进料冷却剂FCTC当冷却剂方面存在扰动时，单回路无法获得满意控制效果。当冷却剂方面存在扰动时，单回路无法获得满意控制效果。解决办法：解决办法：串级控制串级
10、控制过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器控制方案化学反应器控制方案4 4、反应器的前馈串级控制、反应器的前馈串级控制出料进料冷却剂TCTCFCFC出料进料冷却剂TC前馈控制前馈控制前馈串级控制前馈串级控制过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器控制方案化学反应器控制方案5 5、反应器的分程控制、反应器的分程控制出料进料TC蒸汽冷水过程控制工程过程控制工程课程组课程组化学反应器控制方案化学反应器控制方案6 6、反应器的分段控制、反应器的分段控制TCTCTC冷却剂冷却剂冷却剂Ty第一床层第二床层第三床层冷却冷却目的：目的：使反应沿着最佳温度曲线进行使反应沿着最佳温度曲线进行固定床反
11、应器的温度分段控制固定床反应器的温度分段控制过程控制工程过程控制工程课程组课程组典型反应器控制方案举例典型反应器控制方案举例聚合反应釡的温度控制聚合反应釡的温度控制出料进料T2CT1C加热器冷却器热水阀冷水阀T1,spT1T2冷却水蒸汽热水冷水TfTC过程控制工程过程控制工程课程组课程组典型反应器控制方案举例典型反应器控制方案举例TCPC冷却水PT1T1,sp聚合反应釡的温度压力串级控制聚合反应釡的温度压力串级控制过程控制工程过程控制工程课程组课程组典型反应器控制方案举例典型反应器控制方案举例(a)控制方案(b)温度补偿装置T1Pa+微分环节一阶滤波环节Tc冷水PT1TCTc温度补偿RY3 3、具有压力补偿的聚合釜内温控制、具有压力补偿的聚合釜内温控制过程控制工程过程控制工程课程组课程组典型反应器控制方案举例典型反应器控制方案举例原料油RF回炼油回炼油浆F-201雾化蒸汽反应油气烟气主风反应器再生器汽提蒸汽预提升蒸汽瓦斯气TCFCFCFCFCFCFCLCPdCFCTRGTRALRAOFGTF催化剂 RCPdCTCLSPV催化裂催化裂化反应化反应再生系再生系统的控统的控制制过程控制工程过程控制工程课程组课程组
