12 反应器控制

生物发酵工程中反应器设计与控制技术研究生物发酵工程是利用生物体内酶、菌群等微生物所具有的代谢特性，通过培养、调控等方式将生物体生长代谢的物质转化为所需要的化学物质或生物制品的一种现代工业的生产方式。

反应器是生物发酵过程中必须使用的设备之一，其设计和控制技术的研究意义重大，对工业生产的经济效益和产品质量起着至关重要的作用。

一、反应器设计1. 理论模型反应器设计中的首要任务是建立反应过程的数学模型。

根据反应过程的特点,可以选择不同的反应机理和反应模型建立合理的反应模型。

例如,当反应体系中涉及到生物种群或过程时,则需要考虑到微生物的生长动力学或代谢动力学等特点,采用微生物生长和代谢模型来描述反应体系的特性。

此时，反应器设计者需要根据反应条件的变化，及时修改反应模型，以提高生产过程的效益和产品质量。

2. 反应器装置反应器装置是反应器设计过程中的重要组成部分。

根据不同的反应条件，设计者可以选择不同的反应器类型，例如，批式反应器、连续式反应器等其中的装置形式。

同时，反应器装置的工作也受到反应条件的影响，例如反应器装置需要提供恰当的热交换功能，以保证反应体系中不发生过热或过冷的情况，进而发挥更好的反应效果。

在反应器的装置中，还需要考虑到对反应试剂的供给和反应物的混合，以保证反应的均匀性。

3. 反应器操作反应器操作也是反应器设计的重要环节。

在生物发酵过程中，反应器的操作可以分为固定条件的反应和动态条件的反应两种不同的模式。

因此，在反应器设计中，需要对反应条件的变化提前预测和调整，适时地对反应器的操作进行控制。

二、反应器控制技术反应器设计的基础是对反应体系的深刻理解和适当调控。

在反应器运行过程中，反应控制对于保证反应过程的有效性和高质量生产具有重要意义。

反应器的控制技术主要分为两类，即开环控制和闭环控制。

1. 开环控制开环控制是指对反应器设备的正常工作，对反应条件设定好后，固定支配反应过程的各项参数。

例如，在固定的反应过程中，根据生物种群、反应物种类、设备设计等因素，将所需的设备操作参数予以设定，如反应温度、反应剂流量等指标。

生物反应器设计及控制技术生物反应器是一种用于生物系统培养和生产的设备，通常可以控制反应环境的温度、升降速度、液位、搅拌速度和氧气浓度。

随着生物技术的快速发展，生物反应器成为了生产过程中不可或缺的重要设备。

本文将介绍生物反应器的设计及控制技术，以及其在生产中的应用与发展。

一、生物反应器的设计生物反应器的设计通常需要考虑以下几个方面：1、容积：反应器的容积应该适当，既不能过大又不能过小。

容积过大会增加成本，容积过小则会导致生产率下降。

2、搅拌系统：搅拌系统通常包括驱动装置、搅拌器和控制器等部分。

搅拌速度应该适当，过快会造成气泡太小、液体过度搅拌，导致细胞破碎和死亡；过慢则会导致细胞堆积、生产力下降。

3、气体供应：气体通常用于供氧、溶解氧和刺激生产。

气体供应系统通常包括气源、气体调节阀、气体过滤器和气体分配系统。

4、温度控制：温度是生物反应器中重要的环境参数之一。

温度控制通常包括加热和冷却系统。

反应器内的温度应稳定且可控，以保证生产质量。

5、PH值控制：反应器内的PH值应稳定且可控，过高或过低对生产过程会造成不良的影响。

作为控制系统的一部分，PH值调节系统通常由PH电极、控制器和酸碱液供应系统组成。

6、混合控制：反应器中通常有多个相，需要通过混合控制来达到混合均匀的目的。

混合控制系统通常包括流量计、输送泵、混合槽和搅拌器等部分。

二、生物反应器的控制技术生物反应器的控制技术主要包括闭环控制和开环控制两种方式。

闭环控制利用传感器测量反应器内部环境参数并将其与设定值进行比较，通过控制器的反馈作用来调节设备的输出参数，从而使反应器的环境参数得到稳定控制。

开环控制则是在确定好需要达到的反应条件后，直接调节设备的运行参数以达到目的。

这种方式适用于简单反应器和基础实验研究，一般用于确定物理参数和生化反应过程。

三、生物反应器的应用与发展随着生物技术的快速发展，生物反应器广泛应用于制药、食品、化学和环保等领域。

生产有价值的生物制品，如酶、抗体、生物燃料等，是目前广泛应用反应器的主要领域之一。

化学品典型反应过程的安全技术化学品反应过程的安全技术是确保化学反应过程安全可控的关键。

下面我将详细介绍几个常见的化学反应过程的安全技术。

1. 压力控制技术：化学反应过程中，有些反应会生成气体，产生压力增加。

如果压力超过设备的承受范围，可能引发爆炸事故。

因此，控制反应器的压力是至关重要的。

一种常见的控制反应器压力的方法是通过设置爆破盘、安全阀等装置，当压力超过设定值时，这些装置会自动打开，释放过高的压力，确保反应器内部的压力始终在安全范围之内。

2.温度控制技术：温度的控制是化学反应中另一个重要的安全技术。

一些反应是放热反应，会产生大量的热量。

如果不进行适当的温度控制，可能导致反应器温度过高，引发危险。

因此，在反应过程中应根据反应的特性，选择合适的冷却方式，如冷却水或冷却剂控制反应体系的温度。

3.进料与排放控制技术：在化学反应过程中，需要将原料或产物进料或排放。

进料和排放的控制是确保反应过程安全可控的重要环节。

在进料过程中，应确保进料的准确性和稳定性，防止误操作或进料过多导致反应无法控制。

在排放过程中，应对产生的废物或危险物进行妥善处理，以防止对环境和人员造成危害。

4.反应物的正确搅拌技术：反应物的正确搅拌是化学反应过程中的关键环节之一。

通过搅拌可以使反应物均匀混合，增强反应效果。

同时，也能通过搅拌防止反应物局部过热、反应不完全等问题。

搅拌的方法与速度应根据反应的特性选择合适的条件，并进行实时监测，确保搅拌的效果符合要求。

5.操作人员培训与意识提高：化学反应过程的安全离不开操作人员的正确操作和安全意识。

对操作人员进行系统的安全培训，提高其对化学反应过程的了解和认知，培养其正确操作和紧急处理能力是至关重要的。

操作人员还应时刻保持安全意识，如正确佩戴个人防护用品，如手套、护目镜等，以防止化学品的直接接触。

6.实时监测与控制技术：实时监测与控制技术可以帮助及时发现和处理反应过程中的异常情况，防止事故的发生。

过程控制系统课程设计题目：反应器串级控制系统设计——系统设计部分学生：何嘉涛班级：2013电气7班学号：*************指导老师：***2016年12月12日目录前言 (4)第一章连续槽反应器温度控制系统设计的目的意义 (4)1.1 连续槽反应器简介 (4)1.2 目的及意义 (5)第二章连续槽反应器温度控制系统工艺流程及控制要求 (5)第三章总体设计方案 (6)3.1 方案比较 (6)3.1.1 简单控制系统 (6)3.1.2 串级控制系统 (7)3.2 方案选择 (8)第四章串级控制系统分析 (8)4.1 主回路设计 (8)4.2 副回路设计 (8)4.3 主、副调节器规律选择 (8)4.4 主、副调节器正反作用方式确定 (9)第五章仪器仪表的选取及元器件清单 (9)5.1 温度的测量与变送器的选择 (9)5.2 调节器的选择 (10)第六章控制系统的组成 (12)6.1控制系统仪表元件清单件清及配接 (13)6.2利用Matlab进行仿真 (13)串级反应器温度控制系统设计摘要：在工业过程中，温度是最常见的控制参数之一，反应器温度控制是典型的温度控制系统。

对温度的控制效果将影响生产的效率和产品的质量，如果控制不当将损害工艺设备甚至对人身安全造成威胁。

因此反应器温度的控制至关重要。

连续槽反应器是化学生产的关键设备是一个具有大时滞、非线性和时变特性、扰动变化激烈且幅值大的复杂控制对象。

结合控制要求，通过分析工艺流程，本论文设计了串级PID分程控制方案。

方案选定后，进行了硬件和软件的选择。

硬件上选用西门子公司的S7-200 PLC，并用相应的STEP7软件编程。

然后采用北京三维力控科技有限公司开发的三维力控组态软件设计监控画面并利用Matlab7.0对系统进行了仿真。

关键词：温度，反应器，串级PIDIn the industrial process,temperature is one of the most common control parameters,reactor temperature control system is a typical temperature control system.The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality,if it is not controlled properly,process equipment will be damaged,even personal safety will be threatened.Thus the reactor temperature control is essential. Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production,it is a complicated control object with a large time delay, nonlinearity,time-varying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements.The hardware and software selection are done following the selection of control scheme.As to hardware, the S7-200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for programming.Then Force Control of Beijing Three-dimensional Force Control Company ischosen to make the supervision picture.Matlab7.0 work for the simulation.Keywords: temperature,reactor, cascade PID前言——串级控制系统随着科学技术的发展，现代过程工业规模越来越大，复杂程度越来越高，产品的质量要求越来越严格，以及相应的系统安全问题，管理与控制一体化问题等，越来越突出，因此要满足这些要求，解决这些问题，仅靠简单控制系统是不行的，需要引入更为复杂、更为先进的控制系统，由此串级控制系统应运而生。

化学工程中的反应器操作与控制化学工程是一门综合性较强的学科，涉及到各种化学反应的设计、操作与控制。

而反应器作为化学工程中最核心的设备之一，对于反应器的操作与控制的研究和应用也显得尤为重要。

反应器的操作是指在反应器内进行化学反应时所进行的各种操作，包括加料、搅拌、控温等。

这些操作的目的是为了保证反应物在反应器内充分混合，并保持适宜的反应温度和反应时间，从而实现高效的反应过程。

在反应器操作中，搅拌是一个重要的环节。

通过搅拌可以使反应物充分混合，提高反应的速率和效率。

同时，搅拌还可以使反应器内的温度均匀分布，避免反应物局部过热或过冷，从而保证反应的稳定性和可控性。

反应器的控制是指在反应器操作的基础上，通过控制各种参数来实现对反应过程的精确控制。

常见的反应器控制方法包括温度控制、压力控制、流量控制等。

其中，温度控制是最为关键的一项。

反应温度的控制直接影响到反应速率和产物的选择性。

过高或过低的温度都会导致反应物的分解或副反应的发生，从而降低反应的效率和产物的纯度。

因此，通过合理的温度控制可以提高反应的选择性和产物的纯度。

在反应器控制中，还需要考虑到反应物的加料和产物的排出。

反应物的加料方式可以分为连续加料和批量加料两种。

连续加料适用于反应物浓度较低、反应速率较慢的情况，可以保持反应物浓度的稳定。

而批量加料适用于反应物浓度较高、反应速率较快的情况，可以减少加料的次数和操作的复杂性。

产物的排出方式可以通过物理方法（如过滤、蒸馏）或化学方法（如中和、沉淀）来实现。

选择合适的加料和排出方式可以提高反应的连续性和效率。

除了操作和控制，反应器的设计也是化学工程中的重要环节。

反应器的设计需要考虑到反应物的性质、反应条件、反应速率等因素。

常见的反应器类型包括批式反应器、连续流动反应器、循环流化床反应器等。

每种反应器类型都有其适用的反应条件和优缺点。

批式反应器适用于小规模生产和实验室研究，但反应过程不连续；连续流动反应器适用于大规模生产，但操作复杂；循环流化床反应器适用于高温高压的反应条件，但设备复杂。

典型化工单元的控制方案化工工程领域中，控制方案的设计和实施对于保障生产过程的安全和有效性起着至关重要的作用。

典型化工单元的控制方案包括了流程控制、安全控制、能源控制等多个方面。

本文将对化工领域中几个典型单元的控制方案进行介绍和分析。

一、反应器控制方案反应器作为化工过程中核心的生产设备之一，其控制方案对于反应物的投入、反应温度的控制以及产物的收集具有重要意义。

常见的反应器控制方案包括温度反馈控制、液位控制、压力控制等。

温度反馈控制通过在反应器中设置温度传感器，实时监测反应温度并进行反馈调节，以确保反应的进行和产物的质量。

液位控制通过控制进料流量和排放流量来维持反应器内的液位，避免过高或者过低造成的安全隐患和反应质量不稳定。

压力控制方案则可通过调节进料流量、反应器排气流量等来控制反应器内部的压力变化，保证反应器的正常运行。

二、蒸馏塔控制方案蒸馏塔作为分离和提纯液体混合物的重要设备，其控制方案对于提高产品纯度和工艺效率至关重要。

对于传统的蒸馏塔而言，常见的控制方案包括了回流比、塔顶压力和塔底温度的控制。

回流比通过控制塔顶液体的流量来调节蒸馏塔塔顶的压力，从而控制塔顶汽液相平衡的位置，达到所需的分离效果。

塔顶压力的控制可通过调节过冷器的冷却水流量或者回流比的变化来实现，目的是保证塔顶压力在合适的范围内，确保蒸馏过程的稳定性。

塔底温度的控制则可通过调节加热器的加热介质流量和温度来实现，确保塔底液体的温度达到要求。

三、管道输送控制方案管道输送作为将化工原料和产物从一个工序输送到另一个工序的关键环节，其控制方案影响着输送的效率和安全。

对于长距离管道输送，常见的控制方案包括流量控制、压力控制和温度控制。

流量控制通过调节泵或者压缩机的运行，控制管道输送的流量，以达到最佳经济效益和安全性。

压力控制通过调节阀门的开度和泵的运行来控制管道内的压力，确保管道在可承受的压力范围内工作。

温度控制则主要涉及到对输送介质的冷却或者加热，以保证输送介质在符合要求的温度下运输。

典型化工单元的控制方案随着工业化程度的提高和科技的发展，化工工业在现代社会中占据了极为重要的地位。

化工生产过程中，控制方案的设计和实施对于提高产品质量、提高生产效率、减少资源消耗和环境污染具有重要意义。

本文将探讨典型化工单元的控制方案，以期为化工生产提供有益的参考。

一、反应器的控制方案反应器是化工生产中常见的重要单元之一。

在反应器的控制方案中，常用的控制策略包括反馈控制、前馈控制和模型预测控制等。

1. 反馈控制反馈控制是根据反应器内部变量的变化情况来调整操作变量，以保持反应器内部的稳定性和所需的输出。

常见的反馈控制策略包括PID控制器和最优控制器等。

PID控制器通过比较设定值和反馈变量来调整操作变量，实现反应器内部温度、压力等参数的控制。

最优控制则是根据系统模型和经济指标等进行优化计算，以求得最有效的操作策略。

2. 前馈控制前馈控制是根据预测的输入信号来调整操作变量，以抵消外部干扰对反应器的影响。

常见的前馈控制策略包括前馈补偿和预测控制等。

前馈补偿通过测量外部干扰变量，并根据模型预测其对反应器的影响，从而提前调整操作变量，以抵消干扰的影响。

预测控制则是通过建立反应器的数学模型，根据预测的反应器行为来调整操作变量。

3. 模型预测控制模型预测控制是一种基于系统数学模型的高级控制策略。

通过建立反应器的动态数学模型，可以预测反应器的响应，并根据预测结果来调整操作变量。

模型预测控制具有较强的自适应性和鲁棒性，适用于复杂的反应器控制问题。

二、蒸馏塔的控制方案蒸馏塔是化工生产中常用的分离设备，在其控制方案中，常采用的策略包括温度控制、压力控制和液位控制等。

1. 温度控制对于蒸馏塔的温度控制，常见的策略是通过调节塔顶和塔底的温度来控制塔体内部的温度分布。

可以通过改变塔顶回流液和塔底出液的流量、温度和组分等方式来实现温度控制。

2. 压力控制压力控制是保持蒸馏塔内部压力稳定的重要参数之一。

常见的压力控制策略包括调整进料压力、减压器的设置和回流比的调节等。

反应器控制系统设计
一、概述
反应器控制系统是一种用于控制反应器生产过程的计算机控制系统，
它主要应用于化工、制药、食品等行业中的反应器生产过程中，通过计算
机系统控制反应器参数，实现反应器的温度、压力、流量、混合条件以及
其他反应物参数的控制，以达到生产过程的自动化。

二、系统构成
1.硬件：硬件系统主要由计算机，仪器仪表，传感器，变送器等组成，主要用于实时采集反应器生产过程中诸如温度、压力、流量及其他指标的
参数，并进行有效控制。

2.软件：系统软件部分主要集中在控制参数的设定、参数的显示、参
数维护等功能。

4.控制参数：控制参数是系统的核心，控制参数的设置可以根据不同
的反应器产品需要，来实现不同的反应器控制策略。

三、控制策略
1.温度控制策略：温度是反应过程的关键参数，可以通过设置不同的
温度控制策略，来满足不同反应器的生产要求，如定时调节温度、定点调
节温度、定率调节温度等。

2.压力控制策略：压力是反。