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化學(xué)反應(yīng)器自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：

2023-07-14 16:50

1關(guān)于化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是物質(zhì)的原子、離子重新組合，使一種或者幾種物質(zhì)變成另一種或幾種物質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)過程具備以下特點(diǎn)：

1)化學(xué)反應(yīng)遵循物質(zhì)守恒和能量守恒定律。因此，反應(yīng)前后物料平衡，總熱量也平衡；

2)反應(yīng)嚴(yán)格按反應(yīng)方程式所示的摩爾比例進(jìn)行；

3)化學(xué)反應(yīng)過程中，除發(fā)生化學(xué)變化外，還發(fā)生相應(yīng)的物理等變化，其中比較重要的有熱量和體積的變化；

4)許多反應(yīng)應(yīng)需在一定的溫度、壓力和催化劑存在等條件下才能進(jìn)行。

此外，反應(yīng)器的控制方案決定于化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律：

1．化學(xué)反應(yīng)速度

化學(xué)反應(yīng)速度定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位容積內(nèi)某一部分A生成或反應(yīng)掉的摩爾數(shù)，即(1-1)

若容積V為恒值，則有(1-2)

式中 r——組分A的反應(yīng)速度，mol/m·h；

n——組分A的摩爾數(shù)，mol；

C——組分A的摩爾濃度，mol/m；

V——反應(yīng)容積，m。

2．影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素

實(shí)驗(yàn)和理論表明，反應(yīng)物濃度(包括氣體濃度，溶液濃度等)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)鍵作用。溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度影響較為復(fù)雜，最普遍的是反應(yīng)速度與溫度成正比。而對(duì)于氣相反應(yīng)或有氣相存在的反應(yīng)，增大壓力(壓強(qiáng))會(huì)加速反應(yīng)的進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)還受催化劑，反應(yīng)深度等因素的影響，這些都是要在設(shè)計(jì)反應(yīng)器是需要考慮的。

2 關(guān)于化學(xué)反應(yīng)器

2.1 反應(yīng)器的類型

化學(xué)反應(yīng)器的種類很多。根據(jù)反應(yīng)物料的聚集狀態(tài)可分為均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器兩大類：均相是指反應(yīng)器內(nèi)所有物料處于一種狀態(tài)；按反應(yīng)器的進(jìn)出料形式可以分為間歇式、半間歇式和連續(xù)式；從傳熱情況，可分為絕熱式反應(yīng)器和非絕熱式反應(yīng)器：絕熱式反應(yīng)器與外界不進(jìn)行熱量交換；從結(jié)構(gòu)上可以分為釜式、管式、固定床、流化床、鼓泡床等多種形式，分別運(yùn)用于不同的化學(xué)反應(yīng)，過程特性和控制要求也各不相同。

2.2 反應(yīng)器的性能指標(biāo)

1) 產(chǎn)量；

2) 原料消耗：它可由轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、收率等指標(biāo)反應(yīng)出。影響這些指標(biāo)的因素一般有進(jìn)料濃度、反應(yīng)溫度、壓力、停留時(shí)間、催化劑和反應(yīng)器類型等；

3) 單位能量消耗：生產(chǎn)單位重量產(chǎn)品所消耗的能量，一般希望原料消耗少，單位能耗少，產(chǎn)量高。

2.3 反應(yīng)器的控制要求

通常，在設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器的自控方案時(shí)，應(yīng)從質(zhì)量指標(biāo)、物料平衡、約束條件三方面加以考慮。

l) 質(zhì)量指標(biāo)

化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)要求反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物達(dá)到規(guī)定的濃度。顯然，轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的濃度應(yīng)當(dāng)是被控變量，但它們往往不能直接測(cè)量。因此，只好選取幾個(gè)與它們相關(guān)的參數(shù)，經(jīng)過運(yùn)算進(jìn)行間接控制。如聚合釜出口溫差控制與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為

(2-1)

式中　y——轉(zhuǎn)化率；

ρ——進(jìn)料密度；

g——重力加速度；

c——物料的比熱容；

θ，θ——分別為進(jìn)料與出料溫度；

x——進(jìn)料濃度；

H——每摩爾進(jìn)料的反應(yīng)熱。

上式表明，對(duì)于絕熱反應(yīng)器，當(dāng)進(jìn)料溫度恒定時(shí)，轉(zhuǎn)化率與出口溫度差成正比。原因是轉(zhuǎn)化率越高，反應(yīng)生成的熱量越多，物料出口的溫度也就越高。所以，用溫差作為被控變量，可以間接控制反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率。

由于化學(xué)反應(yīng)過程總伴隨有熱效應(yīng)，不是吸熱就是放熱，所以，溫度被廣泛用作間接控制指標(biāo)。出料濃度也常用來作為被控變量，如在合成氨生產(chǎn)中，可以取變換爐出口氣體中的CO濃度作為被控變量。

2) 物料和能量平衡

為了使反應(yīng)器的操作能正常進(jìn)行，必須維持整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)的物料平衡和能量平衡。為此，往往采用流量定值控制或比值控制維持物料平衡；采用溫度控制維持能量平衡。另外，在有些反應(yīng)系統(tǒng)中，為了維持濃度和物料平衡，需另設(shè)輔助控制系統(tǒng)自動(dòng)放空或排放惰性氣體。

3) 約束條件

與其他化工單元操作設(shè)備相比，反應(yīng)器操作的安全性具有更重要的意義，這樣就構(gòu)成了反應(yīng)器控制中的一系列約束條件。要防止反應(yīng)器的工藝變量進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或不正常工況，應(yīng)當(dāng)配備一些報(bào)警、聯(lián)鎖裝置或選擇性控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全。

3 反應(yīng)器的控制方案

3.1 反應(yīng)器常用的控制方式

控制指標(biāo)的選擇是反應(yīng)器控制方案設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，應(yīng)按照實(shí)際情況作出選擇。此外，由于影響化學(xué)反應(yīng)的因素大部分是從外部進(jìn)入反應(yīng)器的，所以保證反應(yīng)質(zhì)量的一種自然設(shè)想，是盡可能將干擾排除在進(jìn)入反應(yīng)器之前，即將進(jìn)入反應(yīng)器的每個(gè)參數(shù)維持在規(guī)定的數(shù)值。這些控制回路大多設(shè)置在反應(yīng)器以外。最常用的方案有：

1．反應(yīng)物料流量自動(dòng)控制

保證進(jìn)入量的穩(wěn)定，將使參加反應(yīng)的物料比例和反應(yīng)時(shí)間恒定，并避免由于流量變化而使反應(yīng)物料帶走的熱量和放出的熱量變化，從而引起反應(yīng)溫度的變化。這在轉(zhuǎn)化率，低反應(yīng)熱較小的絕熱反應(yīng)器或轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)放熱大的反應(yīng)器中顯得更重要。

2．流量比值控制

在上述物料流量自控的方案中，如果每一進(jìn)入反應(yīng)器的物料都采取流量自動(dòng)控制，則物料之間的比值也得到保證，但這種方案只能保持靜態(tài)比例關(guān)系。另外，當(dāng)其中一個(gè)物料由于工藝等原因不能采用流量控制時(shí)，就不能保證進(jìn)入反應(yīng)器的各個(gè)物料之間成一定的比值關(guān)系。在控制要求較高時(shí)，流量變化較大的情況下，針對(duì)上述情況可采用單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)或雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。在有些化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)需要兩種物料的比值根據(jù)第三參數(shù)的需要不斷校正時(shí)，可采用變比值控制系統(tǒng)。

3．反應(yīng)器入口溫度

反應(yīng)器入口溫度的變化同樣會(huì)影響反應(yīng)。這對(duì)反應(yīng)體積小，反應(yīng)放熱又不大的反應(yīng)影響更顯著，這是需要穩(wěn)定入口溫度。但是，對(duì)反應(yīng)體積大，又是強(qiáng)放熱的反應(yīng)，入口溫度變化對(duì)反應(yīng)影響較小。

上述幾個(gè)外圍控制，主要目的是穩(wěn)定進(jìn)入反應(yīng)器的物料量和熱量。對(duì)出反應(yīng)器的物料，因?yàn)樗鼘?duì)反應(yīng)一般不發(fā)生影響，所以一般不設(shè)置控制系統(tǒng)。有時(shí)，從物料平衡角度出發(fā)，采用反應(yīng)器液位對(duì)出料進(jìn)行控制；從反應(yīng)條件角度出發(fā)，用反應(yīng)器壓力控制反應(yīng)器的氣體量等。

3.2 溫度被控變量的選擇

化學(xué)反應(yīng)器的控制指標(biāo)主要是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量、收率、主要產(chǎn)品的含量和產(chǎn)物分布等。用這些變量作為被控變量，反應(yīng)要求就得到了保證。但是，這些指標(biāo)大多數(shù)是綜合性的，無法測(cè)量；有的是成分指標(biāo)，缺乏測(cè)量手段，或者測(cè)量滯后大，精度差，不宜作為被控變量。目前，在化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)過程控制中，溫度和上述這些指標(biāo)關(guān)系密切，且容易測(cè)量，所以大多用溫度作為反應(yīng)器控制中的被控變量。

一般地，對(duì)于間歇攪拌反應(yīng)釜，連續(xù)攪拌反應(yīng)釜、流化床、鼓泡床等內(nèi)部具有強(qiáng)烈混合的反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)溫度分布比較均勻，檢測(cè)點(diǎn)位置變化的關(guān)系不大，都能代表反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度。對(duì)于其他連續(xù)生產(chǎn)的反應(yīng)器，反應(yīng)情況的好壞并不受限于反應(yīng)器內(nèi)某一點(diǎn)的溫度，而是取決于整個(gè)反應(yīng)器的溫度分布情況。只有在一定的溫度分布情況下，反應(yīng)器才處于最佳的反應(yīng)狀態(tài)。但作為定值控制系統(tǒng)，溫度測(cè)量點(diǎn)只能是有限的、具體的點(diǎn)。因此，如何選擇一些關(guān)鍵的點(diǎn)，使它能反映整個(gè)反應(yīng)情況，或者能夠反映反應(yīng)器的溫度分布情況，是反應(yīng)器溫度控制的一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)于這一類反應(yīng)器，溫度檢測(cè)點(diǎn)大概有反應(yīng)器的進(jìn)口、出口、反應(yīng)器內(nèi)部和反應(yīng)器進(jìn)出口溫差四種。

1．出口溫度作為被控變量

在反應(yīng)變化不大的情況下，出口溫度在一定程度上反映了轉(zhuǎn)化率。但是，當(dāng)出口溫度發(fā)生變化，流過控制回路調(diào)節(jié)，由于控制滯后，不合格的產(chǎn)品已經(jīng)離開反應(yīng)器。而且，反應(yīng)器的出口溫度不一定是最高的，反應(yīng)變化較大時(shí)，難以避免反應(yīng)器內(nèi)局部溫度急劇升高，造成催化劑受損。對(duì)于反應(yīng)在出口處已經(jīng)趨向平衡的反應(yīng)器，出口溫度就不能靈敏地反映反應(yīng)的最終情況。因此，一般不直接用出口溫度作為被控變量。

2．反應(yīng)器內(nèi)熱點(diǎn)作為被控變量

熱點(diǎn)即為反應(yīng)器內(nèi)溫度最高的一點(diǎn)。這一點(diǎn)溫度得到控制，可以防止催化劑的破壞。熱點(diǎn)往往會(huì)隨著催化劑的使用時(shí)間增加而移動(dòng)，這樣檢測(cè)位置也要跟著轉(zhuǎn)移。另外，熱點(diǎn)往往不夠敏感，對(duì)于控制精度要求高，反應(yīng)迅速的反應(yīng)系統(tǒng)很不適合。

3．溫差作為被控變量

如果反應(yīng)是絕熱的，則由熱量恒算式知，轉(zhuǎn)化率和進(jìn)出口溫差成正比。用溫差作為被控變量來反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，可以排除進(jìn)料流量和溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響，比用反應(yīng)溫度衡量轉(zhuǎn)化率更精確。但是，它使用的條件必須是絕熱反應(yīng)。而且，溫差控制并不能保證反應(yīng)器溫度本身的恒定，即溫差恒定時(shí)，反應(yīng)器溫度可以變動(dòng)，從而影響到反應(yīng)速度等其他因素，反應(yīng)不一定處于合適的狀態(tài)。同時(shí)，一般情況下，溫差控制穩(wěn)定性比較差，不宜控制。

4．進(jìn)口溫度作為被控變量

反應(yīng)溫度變化是由熱量不平衡所引起的。對(duì)具體反應(yīng)器，催化劑穩(wěn)定情況下，這個(gè)不平衡就是由散熱情況和進(jìn)入反應(yīng)器的物料狀態(tài)變化所引起的。當(dāng)反應(yīng)比較復(fù)雜，難以測(cè)定反應(yīng)變化時(shí)，可以設(shè)想，不管反應(yīng)器里進(jìn)行怎樣的化學(xué)反應(yīng)，只要控制好進(jìn)入反應(yīng)器的物料狀態(tài)和冷卻情況，反應(yīng)的結(jié)果大體就有了保障。在進(jìn)料的組分變化不大，流量有了自動(dòng)控制以后，反應(yīng)物料的入口溫度就基本上決定了反應(yīng)的結(jié)果。因此，可以用進(jìn)口溫度作為被控變量，控制反應(yīng)器的反應(yīng)。

3.3 控制系統(tǒng)的選擇

以溫度為被控變量的系統(tǒng)種類很多，常用的控制方案有：

1．簡(jiǎn)單的溫度控制系統(tǒng)

圖3-1 簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)

圖3-1所示是單回路溫度控制系統(tǒng)，反應(yīng)熱量由制冷劑帶走，其控制方案是通過控制制冷劑的流量來穩(wěn)定反應(yīng)溫度。冷劑流量相對(duì)較小，釜溫與冷劑溫度差較大，當(dāng)內(nèi)部溫度不均勻時(shí)，易造成局部過熱或過冷。

圖3-2 冷劑循環(huán)的簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)

圖3-2的控制方案是通過冷劑的溫度變化來保持反應(yīng)溫度的不變。冷劑是強(qiáng)制循環(huán)方式，流量大，傳熱效果好，但釜溫與冷劑溫差較小。

圖3-3 反應(yīng)器進(jìn)口溫度控制方案

圖3-3是控制反應(yīng)物進(jìn)口溫度的反應(yīng)器系統(tǒng)，在這個(gè)流程中，進(jìn)口物料與出口物料進(jìn)行熱交換，這是為了盡可能回收熱量。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)出料的流量控制熱量交換程度，從而控制進(jìn)料的溫度。

上述簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中較為基本的形式，解決了生產(chǎn)過程中大量參數(shù)控制問題。但是，這些系統(tǒng)通常滯后時(shí)間較大，對(duì)于生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量要求高的化學(xué)反應(yīng)往往不能滿足需要。

在簡(jiǎn)單系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入進(jìn)一步的控制成分，構(gòu)成串級(jí)、均勻、比值等復(fù)雜控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，滿足更高的生產(chǎn)需求。

2．串級(jí)溫度控制系統(tǒng)

在多回路控制系統(tǒng)中，用兩臺(tái)控制器相串聯(lián)，其中一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，這樣的系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。采用溫度串級(jí)控制的反應(yīng)器系統(tǒng)可以克服反應(yīng)釜大滯后的問題，是實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用最廣泛的同相、大熱量化學(xué)反應(yīng)裝置，其示意圖如圖3-4所示。

圖3-4 反應(yīng)器的溫度串級(jí)控制系統(tǒng)

除了串級(jí)控制外，還有前饋控制、分程控制分段控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)，分別視不同的化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)需求而確定，本文就圖3-4的串級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

4 反應(yīng)器串級(jí)系統(tǒng)的控制原理

4.1 系統(tǒng)方框圖

圖3-4所示的反應(yīng)器系統(tǒng)采用入口原料溫度和釜心溫度串級(jí)控制，其中原料溫度為主控制變量，釜心溫度為副控制變量，原料流量為控制對(duì)象。該反應(yīng)器主要針對(duì)反應(yīng)過程熱量變化大的同相化學(xué)反應(yīng)，原料與反應(yīng)釜在夾套進(jìn)行熱交換，以充分節(jié)約能量成本，系統(tǒng)原理方框圖如圖4-1所示。

圖4-1 反應(yīng)器的串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖

4.2 系統(tǒng)原理分析

串級(jí)系統(tǒng)工作原理如下(以放熱反應(yīng)為例)：

1)原料溫度有偏差(釜心溫度正常恒定)

設(shè)某時(shí)原料溫度偏高，則主被控變量的檢測(cè)變送單元輸出值偏高，主控制器控制調(diào)節(jié)原料閥增加流量。原料流量增加后，在夾層單位停留時(shí)間減少，交換到的熱量減少，原料溫度下降。如此，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫度偏低時(shí)同理。

2) 釜心溫度有偏差(原料溫度正常恒定)

設(shè)某時(shí)釜心溫度偏高，由前述分析可知此時(shí)釜內(nèi)化學(xué)反應(yīng)程度超過理想情況，或者反應(yīng)的環(huán)境溫度受到干擾。副被控變量的檢測(cè)變送單元輸出值上升，使副控制器調(diào)節(jié)原料閥增加流量。原料流量增加后，一方面會(huì)更快、更多地交換走釜心的溫度；另一方面，由上述分析知原料溫度會(huì)下降，一定程度上減緩反應(yīng)程度，降低釜心溫度。

3)原料溫度和釜心溫度同時(shí)有偏差

設(shè)原料溫度偏高，釜心溫度也偏高，則主、副被控變量的檢測(cè)變送單元輸出值變高，同時(shí)使主副控制器發(fā)出增加原料流量的信號(hào)，控制閥更大程度地增加流量，使原料溫度和釜心溫度同時(shí)降低，迅速控制了反應(yīng)進(jìn)行。

通過上述分析可知，串級(jí)控制通過對(duì)反應(yīng)器進(jìn)口物料溫度和釜心溫度兩項(xiàng)控制對(duì)象的反饋控制，既能夠迅速克服多種擾動(dòng)，又能讓化學(xué)反應(yīng)按給定的原料溫度進(jìn)行反應(yīng)控制，很大程度提高了系統(tǒng)性能。

　　對(duì)于串級(jí)控制還有很多其他形式，包括釜溫與原料流量串級(jí)控制、釜溫與冷劑流量串級(jí)控制、釜溫與釜壓串級(jí)控制、釜溫與夾套溫度串級(jí)控制等，需視具體反應(yīng)和生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)。

5 反應(yīng)器的部分實(shí)現(xiàn)

5.1 原料的比值控制

實(shí)際生產(chǎn)中，原料往往不是只有一種，而且一般需要原料之間成一定比例關(guān)系進(jìn)入反應(yīng)器。對(duì)進(jìn)料進(jìn)行比值控制可以很好地解決這個(gè)問題，加入了原料比值控制的串級(jí)系統(tǒng)原理圖如圖5-1所示。

圖5-1 含比值、串級(jí)控制的反應(yīng)器原理圖

圖示的系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的開環(huán)比值控制，使物料關(guān)系滿足比值給定。此處，原料1是主導(dǎo)，其流量受溫度串級(jí)控制；原料2是按比例跟隨原料1的流量，簡(jiǎn)介受控于串級(jí)控制系統(tǒng)。這樣，既可保證反應(yīng)原料按理論比例反應(yīng)，不會(huì)引起原料浪費(fèi)或者工業(yè)危險(xiǎn)，又可通過設(shè)定原料溫度和釜心的反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行檢測(cè)和自動(dòng)控制。系統(tǒng)基本可以承擔(dān)一般較大熱量交換的化學(xué)反應(yīng)，在保證生產(chǎn)安全和效率的同時(shí)，充分利用了反應(yīng)熱量進(jìn)行原料預(yù)熱，節(jié)約成本，提高化學(xué)效率。

5.2 儀器儀表的選擇

1) 檢測(cè)儀表的選擇

由于系統(tǒng)串級(jí)控制部分主、副控制對(duì)象都是溫度，所以設(shè)計(jì)所需的檢測(cè)傳送裝置是溫度傳感器。原料和釜心溫度的檢測(cè)需根據(jù)具體的化學(xué)反應(yīng)來決定。對(duì)于大發(fā)熱量的化學(xué)反應(yīng)，需要用量程較大的溫度傳感器，而對(duì)反應(yīng)熱量變化不大的反應(yīng)需要用小量程但反映靈敏的檢測(cè)裝置。另外，釜心溫度傳感器還需由化學(xué)反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度決定。

2)控制器的選擇

控制器的控制效果是保證控制質(zhì)量的基本條件，一般有P、PI、PD、PID等幾種控制算法，需由化學(xué)反應(yīng)熱量大小、夾套熱交換效率、原料的狀態(tài)、熱容比等數(shù)據(jù)具體計(jì)算整定，還要考慮反應(yīng)釜的容量滯后、時(shí)間滯后等。設(shè)計(jì)控制器應(yīng)該以系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)性能好、響應(yīng)速度快、超調(diào)波動(dòng)小等幾個(gè)方向?yàn)槟繕?biāo)。一般上述的幾種控制算法足夠滿足不同的系統(tǒng)要求。

3) 控制閥的選擇

控制閥是控制系統(tǒng)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它接受控制器的輸出信號(hào)，改變操縱量，執(zhí)行最終控制任務(wù)。控制閥的結(jié)構(gòu)型式種類很多，選擇時(shí)主要從控制介質(zhì)的工藝條件和物理性質(zhì)考慮，工藝條件如閥前后壓差的大小，流體靜壓的大小，介質(zhì)溫度，對(duì)泄漏的要求等。物理性質(zhì)如是否易燃、易爆、易腐蝕、易結(jié)晶、黏度大小等等。從控制特性和相應(yīng)效果方面，對(duì)不同的應(yīng)用情況可以選擇電動(dòng)、啟動(dòng)等。

總之，儀表儀器的選擇需根據(jù)具體的化學(xué)和生產(chǎn)要求而定，綜合考慮系統(tǒng)安全、響應(yīng)性能、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等多重因素，是系統(tǒng)投產(chǎn)前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

6 設(shè)計(jì)總結(jié)與展望

設(shè)計(jì)初步確定了工業(yè)常用的化學(xué)反應(yīng)器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，討論并選定了一般控制系統(tǒng)常用的控制對(duì)象。針對(duì)選定的控制對(duì)象，給出了能適應(yīng)多數(shù)化學(xué)生產(chǎn)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮對(duì)化學(xué)生產(chǎn)過程進(jìn)行最有效，最直接，最利于實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行的控制，選物料溫度為控制對(duì)象。為克服一般反應(yīng)釜的時(shí)間滯后，容量滯后特性，系統(tǒng)加入了反應(yīng)器內(nèi)部溫度為副控制對(duì)象，構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)性能。此外，設(shè)計(jì)考慮生產(chǎn)實(shí)際，加入了原料比值控制以恒定原料輸入比例滿足化學(xué)反應(yīng)要求。設(shè)計(jì)還對(duì)儀器儀表的選定做了初步介紹。

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)理論上能夠承擔(dān)一部分化學(xué)生產(chǎn)任務(wù)，但要具體時(shí)間還需很多進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，比如調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)整定，調(diào)節(jié)閥的參數(shù)計(jì)算和選擇等，都是復(fù)雜而關(guān)鍵的過程。事實(shí)上，工業(yè)所用的化學(xué)反應(yīng)其器一般是大型的、綜合型的復(fù)雜系統(tǒng)，結(jié)合了控制理論里的許多其他理論和環(huán)節(jié)，比如前饋控制、分程控制、選擇性控制等。

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