連續(xù)攪拌釜式反應器（Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR）是化工生產(chǎn)中進行物理變化和化學變化的重要反應裝置。反應溫度是CSTR生產(chǎn)過程最關鍵的工藝參數(shù),反應溫度的控制品質直接影響到產(chǎn)物質量和生產(chǎn)效率,在過程控制領域中CSTR反應溫度優(yōu)化控制研究一直受到廣泛關注。隨著單釜產(chǎn)能持續(xù)提升、強放熱等特殊化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,配有夾套與盤管雙冷卻裝置的CSTR數(shù)量持續(xù)增加,雙冷卻結構為CSTR反應溫度控制優(yōu)化提供了條件。本文主要研究如何利用夾套與盤管冷卻裝置實現(xiàn)CSTR聚合反應溫度優(yōu)化控制。首先,在雙冷卻CSTR聚合生產(chǎn)工藝流程、工作原理等分析的基礎上,利用機理法建立了CSTR反應溫度控制冷卻過程的數(shù)學模型。為了充分發(fā)揮盤管與夾套冷卻裝置的互補優(yōu)勢,弱化二者單獨冷卻時的缺點,本文提出了雙重控制策略,該控制策略一方面利用盤管冷卻裝置較快的響應速度,迅速消除動態(tài)偏差;另一方面,在反應平穩(wěn)進行時,由冷卻效率高的夾套冷卻裝置承擔主要冷卻負荷,減少冷卻水消耗,使被控過程在動態(tài)響應和靜態(tài)性能都獲得較為理想的控制品質。最后,為了進一步改善雙冷卻CSTR反應溫度雙重控制系統(tǒng)的動... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2.1雙冷卻CSTR結構示意圖

2雙冷卻CSTR反應溫度控制系統(tǒng)分析9圖2.2放熱反應溫度與轉化率y~曲線（3）反應停留時間：從反應物進入反應器到產(chǎn)物離開反應器在反應器中的總停留時間稱為反應停留時間，記為C。物料在反應器內的停留時間直接影響了反應的程度，通常來說，在同樣的反應溫度下，反應停留時間越長，則反應的轉化率越高，當停留時間很大時，繼續(xù)增加停留時間對轉化率的影響就不顯著了。（4）反應壓力：通過實驗可知，反應溫度與反應壓力呈正相關，反應壓力的控制效果直接影響了反應系統(tǒng)的熱量平衡，進而影響釜內反應的正常運行，且聚合反應是強放熱反應，反應溫度快速上升，壓力容易出現(xiàn)飛升現(xiàn)象。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，若反應壓力不符合要求，不僅會直接影響反應轉化率及產(chǎn)品品質，甚至會由于壓力過大出現(xiàn)嚴重安全問題。2.2.2反應溫度對CSTR聚合反應熱穩(wěn)定性的影響化學反應過程往往伴有熱效應，且反應速率與反應溫度呈正相關。吸熱反應隨著反應溫度升高吸收的熱量也增多，其結果是反應溫度下降穩(wěn)定到一個新的溫度值，該反應過程具有自衡能力，在開環(huán)條件下也是穩(wěn)定的。本文所研究的CSTR聚合反應屬于放熱反應，放熱反應與吸熱反應不同，當放熱反應的反應溫度上升時，反應速率加快，放熱能力加強，放出的熱量增加導致反應溫度更高，當放熱速率遠遠大于除熱速率時，如果沒有適當?shù)某裏岽胧┘皶r釋放反應熱，反應溫度持續(xù)升高，導致系統(tǒng)難以自衡，開環(huán)過程（反應溫度）不可控。CSTR系統(tǒng)單位時間內放出的熱量RQ與轉化率y的關系式如式（2.1）所示[9]：R0Q(H)FCy（2.1）式中：H為摩爾反應熱；F為進料流量；0C為進料濃度；y為轉化率。由式（2.2）可知，放熱量RQ與反應轉化率y成正比，而轉化率y與反應溫度成正比。當進料流量F和進料濃度0C不變時，在同一停留時間下，放熱量R

西安科技大學全日制碩士學位論文10溫度較低時，反應的放熱量較小；反應過程中，放熱量隨著反應溫度升高而迅速增加，而且越來越大；反應后期，再增高反應溫度對反應放熱量影響不大，曲線較緩。圖2.3CSTR系統(tǒng)放熱曲線和除熱曲線如在絕熱狀態(tài)下進行反應時，系統(tǒng)的除熱量0Q與反應溫度的關系式如式（2.2）所示。0piQFc()（2.2）式中：為進料密度；Pc為進料比熱容；為反應器內溫度；i為進料的溫度。從式（2.2）除熱量0Q與反應溫度的關系式可以看出，除熱量0Q與反應溫度成正比，除熱曲線應為直線，如圖2.3中直線1、2、3、4所示，直線的斜率為pFC，與軸的截距為piFC。當放熱量RQ等于除熱量0Q時，在熱量與反應溫度的關系曲線上表現(xiàn)為放熱線與除熱線的交點，交點處為靜態(tài)工作點，系統(tǒng)的熱量達到平衡。接下來將對放熱線與除熱線的交點進行詳細分析。直線1：直線1與放熱曲線交于C點，此時R0QQ，假設系統(tǒng)受到擾動使反應溫度升高，反應放熱量隨著反應溫度升高而增加，從圖2.3中除熱線和放熱線的位置關系可以看出，當反應溫度大于C點溫度值時，除熱線始終位于放熱線上方，即系統(tǒng)的除熱量始終大于放熱量，反應溫度會下降回到C點；若反應溫度降低，則同理，系統(tǒng)除熱量和放熱量都會隨反應溫度降低而下降，且除熱量始終小于放熱量，導致溫度升高，反應溫度仍會回到C點。所以C點是穩(wěn)定的靜態(tài)工作點，此系統(tǒng)在開環(huán)情況下是穩(wěn)定的。直線2：直線2與放熱曲線有C、D、E三個交點，若反應溫度在C點時系統(tǒng)受到擾動導致反應溫度升高，此時放熱量大于除熱量，反應溫度會持續(xù)升高直至E點；若反應溫度受擾動影響降低，則此時放熱量小于除熱量，反應溫度會不斷減小至D點，因此此時工作點C點是不穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。同理直線1分析過程，直線2與放熱曲線的D?

【參考文獻】：
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本文編號：3144167