典型单元的操作的案例.ppt

第五节　化学反应器的控制 一、反应器的控制要求及被控变量的选择 1．质量指标　要使反应达到规定的转化率，或使产品达到规定的浓度。 2．物料平衡和能量平衡　为了使反应器能够正常运行，必须使反应器在生产过程中保持物料平衡和能量平衡。 3．约束条件　对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况。 二、釜式反应器的控制 1．控制进料温度 进料经过预热器（或冷却器）进入釜式反应器。采用控制进入预热器（或冷却器）的加热剂（或冷却剂）流量，稳定釜内温度。 对于带夹套的反应釜，可采用控制进入夹套的加热剂（或冷却剂）流量，稳定釜内温度 2．控制夹套温度 ，但由于反应釜容量大，温度滞后严重，特别是进行聚合反应时，釜内物料粘度大，混合不均匀，传热效果差，很难使温度控制达到严格要求。这时就需要引入复杂控制系统。 3．串级控制系统 串级控制系统对于进入副回路的干扰具有较强的克服能力及较好克服对象容量滞后大的问题，所以，反应釜根据主要干扰的不同情况， 釜温与加热剂（或冷却剂）流量串级控制系统 釜温与夹套温度串级控制系统 三、固定床反应器的控制 固定床反应器的工作方式是催化剂床层固定不动，流体原料通过催化剂床层，在催化剂作用下进行化学反应以生产所需物质。如二氧化硫转化为三氧化硫的接触器，合成氨生产中的变换炉，合成塔都属于这一类型。 对于多段催化剂床层，往往要求分段进行温度控制，这样可使操作更趋合理，控制更为有效。 1．控制进料浓度 主要原料（即非过量的反应物）的浓度越高，对放热反应来说，反应后的温度也越高。如在硝酸生产中，氨氧化制取一氧化氮的过程是空气和氨分别进入混合器，然后通入氧化炉。 这一反应基本上是不可逆的。为了使氨的浓度低于爆炸限度，空气是过量的。当氨的浓度在 9～11% 范围之内时，氨含量增高1%，将使反应温度提高 60～70℃。最常用控制方案是通过改变氨气与空气流量的比值稳定氧化炉的温度。 提高进料温度,将使反应器内温度升高。图所示方案中,进口物料与出口物料进行热交换，以便回收热量。 2．控制进料温度 图示方案是通过控制出料或进料旁路流量即改变进料温度稳定反应器的温度。 3．控制段间进入的冷气量 对于多段反应器，可将部分冷原料气直接进入段间，与上一段反应后的热气体混合，以降低下一段入口气体的温度。 在硫酸生产中，用二氧化硫转化为三氧化硫的固定反应器的温度控制方案如图 由于一部分冷原料气经过一段催化剂层，所以原料气总的转化率有所降低。 在合成氨生产工艺中，当用水蒸气与一氧化碳变换成氢气时，为了反应完全，进入变换炉的水蒸气往往是过量很多的，这时段间冷气采用水蒸气则不会降低一氧化碳的转化率，这种方案如图 四、流化床反应器的控制 流化床反应器的工作原理是，反应器底部装有多孔筛板，催化剂呈粉末状，放在筛板上，当从底部进入的原料气流速达到一定数值时，催化剂开始上升呈沸腾状，这种现象称为固体流态化。 流化床反应器的控制与固定床反应器的控制相似，温度控制十分重要的。控制流化床温度的方法有，通过控制热载体流量来改变原料进口温度 2．控制传热面积 3．控制汽化压力 四、加热炉的控制 在生产过程中有各式各样的加热炉，按工艺用途来分有加热用的炉子及加热-反应用的炉子两类。对于加热用炉子，工艺介质受热升温或同时进行气化，其工艺介质温度的高低，会直接影响后一工序的工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦，而烧坏炉管。加热炉平稳操作可以延长炉管使用寿命, 因此加热炉出口温度必须严加控制。 影响加热炉出口温度的干扰因素有：工艺介质进料的流量、温度、组分，燃料方面有燃料油（或气）的流量、压力、成分,燃料油的雾化情况，空气过量情况，喷嘴的阻力，烟囱抽力等等。 为了保证炉出口温度稳定，加热炉主要控制系统以加热炉出口温度为被控变量，燃料油（或气）的流量作为操作变量， 1．简单控制方案 2．加热炉的串级控制方案 3．加热炉的前馈—反馈控制方案 有时遇到生产负荷即进料流量、温度变化频繁,干扰幅度又较大，且又属不可控。串级控制难于满足工艺指标要求时，可采用前馈-反馈控制系统，如图7—28所示。前馈控制是克服进料流量（或温度）的干扰作用，而反馈控制克服其余干扰作用。 第三节　精馏塔的控制 一、精馏塔工艺操作工艺要求 1)质量指标　塔顶或塔底产品之一应保证合乎规定的纯度, 另一产品成分亦应维持在规定范围内。 2)物料平衡, 能量平衡以保证塔的平稳操作，当然塔压是否恒定，对塔的平稳操作有很大影响。 3)约束条件为了使塔正常操作，必须满足一些约束条件。例如：塔内部气相速度限。 太低