連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR）是化工生產(chǎn)中進(jìn)行物理變化和化學(xué)變化的重要反應(yīng)裝置。反應(yīng)溫度是CSTR生產(chǎn)過程最關(guān)鍵的工藝參數(shù),反應(yīng)溫度的控制品質(zhì)直接影響到產(chǎn)物質(zhì)量和生產(chǎn)效率,在過程控制領(lǐng)域中CSTR反應(yīng)溫度優(yōu)化控制研究一直受到廣泛關(guān)注。隨著單釜產(chǎn)能持續(xù)提升、強(qiáng)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(jié)構(gòu)為CSTR反應(yīng)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(shí)現(xiàn)CSTR聚合反應(yīng)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(chǔ)上,利用機(jī)理法建立了CSTR反應(yīng)溫度控制冷卻過程的數(shù)學(xué)模型。為了充分發(fā)揮盤管與夾套冷卻裝置的互補(bǔ)優(yōu)勢,弱化二者單獨(dú)冷卻時的缺點(diǎn),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(yīng)速度,迅速消除動態(tài)偏差;另一方面,在反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行時,由冷卻效率高的夾套冷卻裝置承擔(dān)主要冷卻負(fù)荷,減少冷卻水消耗,使被控過程在動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)性能都獲得較為理想的控制品質(zhì)。最后,為了進(jìn)一步改善雙冷卻CSTR反應(yīng)溫度雙重控制系統(tǒng)的動... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2.1雙冷卻CSTR結(jié)構(gòu)示意圖

2雙冷卻CSTR反應(yīng)溫度控制系統(tǒng)分析9圖2.2放熱反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率y~曲線（3）反應(yīng)停留時間：從反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器到產(chǎn)物離開反應(yīng)器在反應(yīng)器中的總停留時間稱為反應(yīng)停留時間，記為C。物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間直接影響了反應(yīng)的程度，通常來說，在同樣的反應(yīng)溫度下，反應(yīng)停留時間越長，則反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率越高，當(dāng)停留時間很大時，繼續(xù)增加停留時間對轉(zhuǎn)化率的影響就不顯著了。（4）反應(yīng)壓力：通過實(shí)驗(yàn)可知，反應(yīng)溫度與反應(yīng)壓力呈正相關(guān)，反應(yīng)壓力的控制效果直接影響了反應(yīng)系統(tǒng)的熱量平衡，進(jìn)而影響釜內(nèi)反應(yīng)的正常運(yùn)行，且聚合反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)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(yīng)壓力不符合要求，不僅會直接影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品品質(zhì)，甚至?xí)捎趬毫^大出現(xiàn)嚴(yán)重安全問題。2.2.2反應(yīng)溫度對CSTR聚合反應(yīng)熱穩(wěn)定性的影響化學(xué)反應(yīng)過程往往伴有熱效應(yīng)，且反應(yīng)速率與反應(yīng)溫度呈正相關(guān)。吸熱反應(yīng)隨著反應(yīng)溫度升高吸收的熱量也增多，其結(jié)果是反應(yīng)溫度下降穩(wěn)定到一個新的溫度值，該反應(yīng)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(yīng)屬于放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)不同，當(dāng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度上升時，反應(yīng)速率加快，放熱能力加強(qiáng)，放出的熱量增加導(dǎo)致反應(yīng)溫度更高，當(dāng)放熱速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于除熱速率時，如果沒有適當(dāng)?shù)某裏岽胧┘皶r釋放反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致系統(tǒng)難以自衡，開環(huán)過程（反應(yīng)溫度）不可控。CSTR系統(tǒng)單位時間內(nèi)放出的熱量RQ與轉(zhuǎn)化率y的關(guān)系式如式（2.1）所示[9]：R0Q(H)FCy（2.1）式中：H為摩爾反應(yīng)熱；F為進(jìn)料流量；0C為進(jìn)料濃度；y為轉(zhuǎn)化率。由式（2.2）可知，放熱量RQ與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率y成正比，而轉(zhuǎn)化率y與反應(yīng)溫度成正比。當(dāng)進(jìn)料流量F和進(jìn)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(xué)全日制碩士學(xué)位論文10溫度較低時，反應(yīng)的放熱量較��；反應(yīng)過程中，放熱量隨著反應(yīng)溫度升高而迅速增加，而且越來越大；反應(yīng)后期，再增高反應(yīng)溫度對反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)時，系統(tǒng)的除熱量0Q與反應(yīng)溫度的關(guān)系式如式（2.2）所示。0piQFc()（2.2）式中：為進(jìn)料密度；Pc為進(jìn)料比熱容；為反應(yīng)器內(nèi)溫度；i為進(jìn)料的溫度。從式（2.2）除熱量0Q與反應(yīng)溫度的關(guān)系式可以看出，除熱量0Q與反應(yīng)溫度成正比，除熱曲線應(yīng)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(dāng)放熱量RQ等于除熱量0Q時，在熱量與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線上表現(xiàn)為放熱線與除熱線的交點(diǎn)，交點(diǎn)處為靜態(tài)工作點(diǎn)，系統(tǒng)的熱量達(dá)到平衡。接下來將對放熱線與除熱線的交點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。直線1：直線1與放熱曲線交于C點(diǎn)，此時R0QQ，假設(shè)系統(tǒng)受到擾動使反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)放熱量隨著反應(yīng)溫度升高而增加，從圖2.3中除熱線和放熱線的位置關(guān)系可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度大于C點(diǎn)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(yīng)溫度會下降回到C點(diǎn)；若反應(yīng)溫度降低，則同理，系統(tǒng)除熱量和放熱量都會隨反應(yīng)溫度降低而下降，且除熱量始終小于放熱量，導(dǎo)致溫度升高，反應(yīng)溫度仍會回到C點(diǎn)。所以C點(diǎn)是穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，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(diǎn)，若反應(yīng)溫度在C點(diǎn)時系統(tǒng)受到擾動導(dǎo)致反應(yīng)溫度升高，此時放熱量大于除熱量，反應(yīng)溫度會持續(xù)升高直至E點(diǎn)；若反應(yīng)溫度受擾動影響降低，則此時放熱量小于除熱量，反應(yīng)溫度會不斷減小至D點(diǎn)，因此此時工作點(diǎn)C點(diǎn)是不穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。同理直線1分析過程，直線2與放熱曲線的D?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID參數(shù)自整定[J]. 牛坤,張志安,王鵬飛,朱新年.  電子設(shè)計(jì)工程. 2020(12)
[2]淺析人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在石化企業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J]. 李進(jìn)鋒.  石油化工設(shè)計(jì). 2020(02)
[3]復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用[J]. 李奎.  湖北農(nóng)機(jī)化. 2020(04)
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的聚合溫控負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度[J]. 馬巨海,焦宗旭,徐程琳,楊婕,馬鍇.  燕山大學(xué)學(xué)報. 2019(05)
[5]BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及其在化學(xué)化工中的應(yīng)用[J]. 劉方,徐龍,馬曉迅.  化工進(jìn)展. 2019(06)
[6]基于Matlab和雙容水箱的現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 高宏巖,郭春江.  實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理. 2019(05)
[7]MathWorks發(fā)布2019a版MATLAB和Simulink[J].   單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2019(05)
[8]工業(yè)生產(chǎn)過程鍋爐溫度控制仿真[J]. 羅川寧,郝潤科,楊威.  計(jì)算機(jī)仿真. 2018(09)
[9]RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)的研究[J]. 彭倩,黃冠.  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù). 2018(08)
[10]DMC算法在CSTR溫度控制中的應(yīng)用[J]. 何美霞,周籮魚.  長江大學(xué)學(xué)報(自科版). 2018(05)

博士論文
[1]CSTR過程的模型辨識及其非線性預(yù)測控制方法研究[D]. 滿紅.大連理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]新型雙重控制算法理論研究和應(yīng)用[D]. 傅磊.東華大學(xué) 2014



本文編號：3144167