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連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器
連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（ContinuousStirredTankReactor，CSTR）是化工生產(chǎn)中進(jìn)行各種物理變化和化學(xué)反應(yīng)廣泛使用的設(shè)備，在反應(yīng)裝置中占有重要地位。在塑料、化纖、合成橡膠三大合成材料生產(chǎn)中，CSTR的數(shù)量約占合成生產(chǎn)反應(yīng)器總量的90%以上。此外，在制藥、油漆、燃料、農(nóng)藥等行業(yè)中，也大量使用。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用和重要性，CSTR的自動(dòng)控制一直受到控制領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的關(guān)注。
在CSTR系統(tǒng)中最重要的參數(shù)是反應(yīng)溫度，CSTR溫度控制的品質(zhì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。例如在聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）生產(chǎn)過程中，由于相鄰兩個(gè)型號PVC樹脂的聚合溫度相差僅2~3℃，這對聚合溫度的控制要求相當(dāng)高。如果聚合溫度超出一定的偏差，就會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重的導(dǎo)致PVC樹脂轉(zhuǎn)型。而釜溫波動(dòng)過大則會使聚合度分布不均，PVC樹脂質(zhì)量下降。如果反應(yīng)釜移熱不及時(shí)可能導(dǎo)致爆聚，引發(fā)生產(chǎn)事故;移熱過多又可能導(dǎo)致僵釜，所以聚合過程對反應(yīng)溫度的要求相當(dāng)嚴(yán)格。另外由于化學(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化率等過程參數(shù)的測量方法非常復(fù)雜，控制反應(yīng)溫度成為一種間接控制產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。
由于CSTR中化學(xué)反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，反應(yīng)物（或催化劑）濃度及流量、反應(yīng)釜壓力、加熱（或冷卻）裝置類型、熱劑（或冷劑）溫度及其流量等對溫度控制的影響較大，使系統(tǒng)本身具有較大的時(shí)變性、非線性和時(shí)滯性。目前自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員提出了多種可行的控制方案，滿足了生產(chǎn)過程的基本要求，但有些溫度控制方案并沒有充分發(fā)揮CSTR控制裝置和控制系統(tǒng)的潛力，在控制性能方面存在很大的改善空間。而過程裝備、控制裝置與控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，為CSTR*控制方案的研究與應(yīng)用提供了可能 。
連續(xù)攪拌釜結(jié)構(gòu)
攪拌釜的釜壁由傳熱速率高的鋁制材料制成，釜體為不銹鋼材料，釜體內(nèi)部為襯鋁結(jié)構(gòu)，頂部裝有馬達(dá)可帶動(dòng)釜內(nèi)攪拌器旋轉(zhuǎn)。一般是通過焊接形成的密閉空間的鋼結(jié)構(gòu)。利用溫度介質(zhì)通入此空間來進(jìn)行釜體內(nèi)部物料的加熱或冷卻。釜體內(nèi)部攪拌器的形狀和大小對生產(chǎn)過程中物料反應(yīng)產(chǎn)生影響。在釜體內(nèi)部攪拌器的攪拌中，反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物料的濃度會均勻混合。反應(yīng)釜內(nèi)會安裝溫度傳感器來在線實(shí)時(shí)測量溫度變化。
連續(xù)攪拌釜反應(yīng)過程
連續(xù)攪拌釜進(jìn)行反應(yīng)前，先通過進(jìn)料口將反應(yīng)物料與催化劑按配比投入釜內(nèi)，反應(yīng)溫度由反應(yīng)釜夾套內(nèi)的通入的高壓蒸汽提供。當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到生產(chǎn)設(shè)定值時(shí)，需要保持釜內(nèi)溫度恒定在一個(gè)穩(wěn)定值。可以說恒溫階段對于產(chǎn)品質(zhì)至關(guān)重要。有時(shí)在恒溫后還需要二次升溫和恒溫。在反應(yīng)過程中反應(yīng)物料會產(chǎn)生放熱反應(yīng)，且反應(yīng)的放熱速率與反應(yīng)溫度之間是成正比的。在構(gòu)建攪拌釜模型時(shí)可從控制指標(biāo)、物料平衡和能量平衡、約束條件三個(gè)方面設(shè)計(jì)控制目標(biāo)和控制手段?？刂浦笜?biāo)的選擇是攪拌釜控制方案中的一個(gè)關(guān)鍵，控制指標(biāo)可選擇直接指標(biāo)量，如產(chǎn)品產(chǎn)量，或者間接指標(biāo)量，如溫度、壓力。反應(yīng)釜中的指標(biāo)大多都是綜合性指標(biāo)。為了保證反應(yīng)的質(zhì)量，就需要穩(wěn)定相關(guān)控制參數(shù)值。經(jīng)常用的控制方案有物料流量自動(dòng)控制，流量比值自動(dòng)控制，反應(yīng)釜入口溫度控制以及冷卻劑流量控制。物料和能量平衡方面，為了保持能量平衡，防止在化學(xué)反應(yīng)過程中熱量的聚集產(chǎn)生"聚爆"，需要按時(shí)清理攪拌釜中的惰性物料，來保證反應(yīng)有序的進(jìn)行。在反應(yīng)釜操作的安全性方面，反應(yīng)釜采取一系列的約束條件來保證反應(yīng)釜設(shè)備的可靠性 。
參考資料
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