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夹套反应釜课程设计说明书1. 引言夹套反应釜是一种常用于化学工业生产中的反应设备，它具有双层结构，内层为反应容器，外层为夹套。
夹套内可以通过流体循环来控制反应温度，从而实现对反应过程的控制和调节。
本课程设计旨在介绍夹套反应釜的原理、结构、操作方法以及相关实验技术。
2. 夹套反应釜原理夹套反应釜利用夹套内流体循环的方式来控制反应温度。
通过在夹套中加热或冷却流体，可以使得反应容器内的温度升高或降低。
这一原理使得夹套反应釜成为控制化学反应过程温度的重要设备。
3. 夹套反应釜结构夹套反应釜主要由以下几个部分组成： - 反应容器：位于夹套内部，用于装载化学物质进行反应。
- 外壳：包裹整个设备，起到保护作用。
- 夹套：位于外壳与反应容器之间，用于循环流体来控制反应温度。
- 加热装置：用于加热夹套中的流体，提高反应温度。
- 冷却装置：用于冷却夹套中的流体，降低反应温度。
4. 夹套反应釜操作方法4.1 准备工作在操作夹套反应釜之前，需要进行以下准备工作： - 检查设备是否完好，并确保所有连接部位紧固可靠。
- 清洁反应容器，并将待反应物质准确称量放入容器中。
- 准备好所需的流体，根据需要调节其温度。
4.2 加热操作1.打开加热装置，并设置所需的加热温度。
2.开启循环泵，使流体开始在夹套内循环。
3.监测反应容器内温度的变化，根据需要调节加热功率和循环泵的流速。
4.当达到设定的目标温度时，关闭加热装置和循环泵。
4.3 冷却操作1.打开冷却装置，并设置所需的冷却温度。
2.开启循环泵，使流体开始在夹套内循环。
3.监测反应容器内温度的变化，根据需要调节冷却功率和循环泵的流速。
4.当达到设定的目标温度时，关闭冷却装置和循环泵。
5. 实验技术夹套反应釜在化学实验中有着广泛的应用。
以下是几种常见的实验技术： - 温度控制实验：通过调节加热或冷却装置，控制夹套中流体的温度，从而研究不同温度下化学反应的动力学和产物生成情况。
过程控制工程课程设计参考题目(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--14级过程控制课程设计题目1班课程设计参考题目：一、温度控制（单回路、串级、前馈—反馈、比值控制）（40）1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计2班课程设计参考题目：1、换热器出口温度单回路控制方案设计2、乳化物干燥器温度单回路控制方案设计3、精馏塔提馏段温度单回路控制方案设计4、管式加热炉出口温度单回路控制方案设计5、夹套式反应器温度单回路控制控制方案设计6、燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计7、精馏塔精馏段温度单回路控制方案设计8、流化床反应器温度单回路控制方案设计9、管式热裂解反应器出口温度单回路控制方案设计10、发酵罐温度单回路控制方案设计11、换热器出口温度串级控制方案设计12、乳化物干燥器温度串级控制方案设计13、精馏塔提馏段温度串级控制方案设计14、管式加热炉出口温度串级控制方案设计15、夹套式反应器温度串级控制控制方案设计16、燃烧式工业窑炉温度串级控制方案设计17、精馏塔精馏段温度串级控制方案设计18、流化床反应器温度串级控制方案设计19、发酵罐温度串级控制方案设计20、管式热裂解反应器出口温度串级控制方案设计21、换热器出口温度前馈—反馈控制方案设计22、乳化物干燥器温度前馈—反馈控制方案设计23、精馏塔提馏段温度前馈—反馈控制方案设计24、管式加热炉出口温度前馈—反馈控制方案设计25、夹套式反应器温度前馈—反馈控制控制方案设计26、燃烧式工业窑炉温度前馈—反馈控制方案设计27、精馏塔精馏段温度前馈—反馈控制方案设计28、流化床反应器温度前馈—反馈控制方案设计29、发酵罐温度前馈—反馈控制方案设计30、管式热裂解反应器出口温度前馈—反馈控制方案设计31、换热器出口温度比值控制方案设计32、乳化物干燥器温度比值控制方案设计33、精馏塔提馏段温度比值控制方案设计34、管式加热炉出口温度比值控制方案设计35、夹套式反应器温度比值控制方案设计36、燃烧式工业窑炉温度比值控制方案设计37、精馏塔精馏段温度比值控制方案设计38、流化床反应器温度比值控制方案设计39、发酵罐温度比值控制方案设计40、管式热裂解反应器原料油与蒸汽流量比值控制方案设计41、锅炉出口蒸汽压力单回路控制方案设计42、锅炉出口蒸汽压力串级控制方案设计43、锅炉出口蒸汽压力前馈—反馈控制方案设计44、锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计45、炉膛负压单回路控制方案设计46、炉膛负压前馈—反馈控制方案设计47、离心泵压力定值控制方案设计课程设计教材及主要参考资料：1、戴连奎，《过程控制工程》，化学工业出版社，20122、杜维，《过程检测技术及仪表》，化学工业出版社，20013、姜培正，《过程流体机械》，化学工业出版社，20024、王毅，《过程装备控制技术与应用》，化学工业出版社，20015、厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2006一、课程设计教学目的及基本要求：1．课程设计的教学目的培养学生将理论知识应用到解决实际问题的能力，通过该课程的学生，可以很好地训练学生的实际动手能力和解决工程问题的能力，为学生从学校到工厂和技术部门提供前期的训练。
化工设备夹套反应釜温度控制浅析吴康明 李嘉斌(中国天辰化学工程公司黑龙江分公司 150076) 摘 要:在叔十二碳乙硫醇的设计中,采用分程控制系统来保持釜温的稳定并使反应釜的起动和正常生产都能自动操作。
关键词:反应釜;分程控制;气开式;气关式中图分类号:T Q 052 文献标识码:BSimple Explanation for Stillage T emperatureWu Kangming Li Jiabin(China T ianchen Chemical Enginceing corp.Heilong Jiang Branch 150076)Abstract :During the designing of producing tert -dode -canoic E thylsulfhydrate ,we use the step control system to stabilize the stillage temperature and to operate the start and normal production of stillage automatically.K eyw ords :S tillage ;S tep control ;Air open ;Air close 在叔十二碳乙硫醇的设计中,夹套反应釜的温度控制是一个难点。
当十二烯等原料及催化剂在反应釜中配置好后,一开始时,需要对反应釜加热,以起动反应过程,反应起动后,因为此化学反应是放热反应,所以会放出大量的热量,为了使反应持续平稳地进行下去,就需要保持釜温的稳定,这样必须要把反应热取走。
在这种场合,若要反应釜的起动和正常生产都能自动操作,就必须要采用分程控制系统。
在简单控制系统中,一个调节器的输出只带动一个调节阀。
而所谓的分程控制系统,就是一个调节器的输出去带动两个或两个以上的调节阀工作。
每个调节阀仅在调节器输出的某段信号范围内动作。
课程设计任务书中北大学课程设计说明书学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：夹套式反应器温度串级控制系统设计指导教师：吕海峰职称: 副教授目录1、概述 11.1化学反应器基本介绍 11.2夹套式反应器控制要求 22、被控对象特性研究 32.1建立动态数学模型 32.2被控变量与控制变量的选择 62.3夹套式反应器扰动变量 63、控制系统方案确定 73.1主回路的设计 83.2副回路的设计 84、过程检测仪表的选型 94.1测温检测元件及变送器 94.2主、副控制器正、反作用的选择 124.3控制系统方框图 135、系统仿真，分析系统性能 135.1各个环节传函及参数确定 135.2控制系统的仿真及参数整定 145.3 系统性能分析 176、课程设计总结 187、参考文献 191 概述1.1化学反应器的基本介绍反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。
化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。
化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四个方面分类：一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。
间歇式反应器是将反应物料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。
间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。
连续反应器则是物料连续加入，化学反应连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种。
一些大型的、基本化工产品的反应器都采用连续的形式。
二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类物料在通过反应器后不再进行循环的流程称为单程，当反应的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列。
如果反应速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反应器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反应的物料与新鲜物料混合后，再送送入反应器进行反应。
锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统一、实验目的1．熟悉温度串级控制系统的结构与组成。
2．掌握温度串级控制系统的参数整定与投运方法。
3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
二、实验设备三、实验原理本实验系统的主控量为锅炉夹套的水温T1，副控量为锅炉内胆的水温T2，它是一个辅助的控制变量。
系统由主、副两个回路所组成。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量T1等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID 控制。
副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T1的控制目的，因而副调节器可采用P控制。
由于锅炉夹套的温度升降是通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象下水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。
本实验系统结构图和方框图如图15所示。
图15 锅炉夹套与内胆温度串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉夹套和锅炉内胆组成串级控制系统。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。
然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13。
待实验投入运行时，用变频器支路以较小的流量给锅炉内胆供循环冷却水。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。
图16 智能仪表控制温度串级控制实验接线图图17 远程数据采集控制温度串级控制实验接线图图18 DCS分布式控制温度串级控制实验接线图图19 S7-200PLC控制温度串级控制实验接线图图20 S7-300PLC控制温度串级控制实验接线图五、实验报告要求1．画出温度串级控制系统的结构框图。
夹套反应釜温度控制matlab概述夹套反应釜是一种常见的实验设备，用于进行化学反应、制药工艺、生物工程等领域的实验和生产。
温度控制是夹套反应釜中非常重要的一个环节，合理的温度控制可以保证反应的高效进行，提高产品质量。
本文将介绍如何利用Matlab对夹套反应釜温度进行控制。
温度传感器的选取夹套反应釜温度控制的第一步是选择合适的温度传感器。
常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻和红外线传感器等。
在选择温度传感器时，需要考虑以下几个因素：1. 测量范围：夹套反应釜温度的测量范围通常在室温到几百摄氏度之间，因此选择的温度传感器要能够满足这一范围的要求。
2. 精度要求：不同的实验和生产过程对温度的精度要求不同，需要根据具体需求选择合适的精度。
3. 价格和可靠性：温度传感器的价格和可靠性也是选择的考虑因素之一。
温度控制算法选择好温度传感器后，下一步是设计温度控制算法。
常用的温度控制算法有PID算法、模糊控制算法和自适应控制算法等。
在夹套反应釜温度控制中，常用的是PID算法。
PID算法是一种基于反馈的控制算法，通过测量温度值与设定的目标温度值的差异，调整加热或制冷的控制信号，以使温度稳定在设定值附近。
PID算法原理PID算法由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成。
比例控制根据当前温度与目标温度之间的偏差调节控制信号的大小，积分控制根据历史偏差的累积值调节控制信号的积分部分，微分控制根据当前偏差的变化率调节控制信号的微分部分。
通过不断地对控制信号进行调节，PID算法可以使温度稳定在设定值附近。
PID算法调参PID算法的一个关键问题是如何选择合适的参数。
常用的调参方法有经验法和自动调参法两种。
经验法是根据经验选择合适的参数，需要经过多次试验实验得到。
自动调参法则是利用优化算法对PID参数进行优化，使系统的控制效果达到最优。
经验法经验法根据实验经验选择PID参数，通常需要通过多次试验和调整来得到合适的参数。
比例控制参数决定了控制系统的响应速度，积分控制参数决定了系统的稳定性，微分控制参数决定了系统对干扰的抑制能力。
夹套式反应器温度控制系统设计仿真随着工业化的快速发展，夹套式反应器在化工生产中的应用越来越广泛。
而夹套式反应器的温度控制系统则成为了保证反应器稳定运行的关键。
本文将介绍夹套式反应器温度控制系统的设计和仿真，以及该系统的优势和应用前景。
一、夹套式反应器温度控制系统的设计在夹套式反应器中，温度控制系统的设计需要考虑多个因素，如反应物料的性质、反应速率、热量传递效率等。
首先，我们需要选择合适的温度传感器来获取反应器内部的温度信息。
常见的温度传感器有热电偶和红外线测温仪等。
其次，我们需要选择合适的控制器来实现温度的调节。
常用的控制器有PID控制器和模糊控制器等。
最后，我们需要设计合理的控制策略来实现温度的稳定控制。
常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制等。
二、夹套式反应器温度控制系统的仿真为了验证设计的合理性和可行性，我们可以利用仿真软件进行夹套式反应器温度控制系统的仿真。
通过建立反应器的数学模型，我们可以模拟不同的工况和操作情况，并对温度控制系统的性能进行评估。
在仿真过程中，我们可以调整控制器的参数，优化控制策略，以达到更好的控制效果。
三、夹套式反应器温度控制系统的优势相比于其他类型的反应器，夹套式反应器具有温度控制更加稳定、反应物料更加均匀、反应速率更加快速等优势。
夹套式反应器温度控制系统的设计和优化可以提高反应器的生产效率和产品质量，降低能耗和生产成本。
四、夹套式反应器温度控制系统的应用前景夹套式反应器温度控制系统的应用前景非常广阔。
在化工生产中，夹套式反应器被广泛应用于有机合成、催化反应、聚合反应等领域。
随着科技的不断进步，夹套式反应器温度控制系统的设计和优化将会更加智能化和自动化，为化工生产带来更多的便利和效益。
夹套式反应器温度控制系统的设计和仿真对于保证反应器的稳定运行具有重要意义。
通过合理的设计和优化，夹套式反应器温度控制系统可以实现温度的精确控制，提高生产效率和产品质量。
随着科技的不断发展，夹套式反应器温度控制系统的应用前景将会更加广阔。
（二零一二年三月化工学院 科研训练报告 学生姓名：岳超系 别：过程装备与控制工程系专 业：过程装备与控制工程班 级：过控08--1班实习地点：薛家湾热电厂指导教师：白竞平学校代码： 10128学 号： 200820506086锅炉夹套和内胆温度串级控制实验相关知识一串级控制系统：串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
1.基本概念即组成结构2.串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
3前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2.串级控制系统的工作过程3.当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：1）扰动作用于副回路2）扰动作用于主过程3）扰动同时作用于副回路和主过程4.分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
5.系统特点及分析1*改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
2* 能迅速克服进入副回路的二次扰动。
3* 提高了系统的工作频率。
4* 对负荷变化的适应性较强二串级控制系统的设计1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
有搅拌装置的夹套反应釜前言《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。
通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。
化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。
化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。
化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。
在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。
因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：⑴ 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。
⑵ 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。
⑶ 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。
⑷ 用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。
化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。
除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。
目录1 设计方案的分析和拟定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（ 6 ）2. 反应釜釜体的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（6）2.1 罐体和夹套的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（6）2.2 罐体几何尺寸计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（7）2.2.1 确定筒体内径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（7）2.2.2 确定封头尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（7）2.2.3 确定筒体的厚度Hi ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（8）2.3 夹套几何尺寸计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（8）2.4 夹套反应釜的强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（9）2．4.1 强度计算的原则及依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（9）2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（9）2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（10）2.4.4 夹套厚度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（11）2.4.5 水压试验校核计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（11）3 反应釜的搅拌装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（12）3.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（12）3.2 搅拌轴设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（13）4 反应釜的传动装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（14）4.1 常用电机及其连接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（14）4.2 釜用减速机类型，标准及其选用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（14）4.3 凸缘法兰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（15）4.4 安装底盖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（15）4.5 机架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（15）4.6 联轴器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（16）5 反应釜的轴封装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（16）6 反应釜的其他附件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（16）6.1 支座⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（16）6.2 人孔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（17）6.3 设备接口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（17）7 反应釜的装配图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（17）课程设计任务书设计目的：把所学《化工设备机械基础》及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。
课程设计任务书中北大学课程设计说明书学院：机械与动力工程学院专业：过程装备与控制工程题目：夹套式反应器温度串级控制系统设计指导教师：吕海峰职称: 副教授中北大学课程设计说明书目录1、概述 (1)1.1化学反应器基本介绍 (1)1.2夹套式反应器控制要求 (2)2、被控对象特性研究 (3)2.1建立动态数学模型 (3)2.2被控变量与控制变量的选择 (6)2.3夹套式反应器扰动变量 (6)3、控制系统方案确定 (7)3.1主回路的设计 (8)3.2副回路的设计 (8)4、过程检测仪表的选型 (9)4.1测温检测元件及变送器 (9)4.2主、副控制器正、反作用的选择 (12)4.3控制系统方框图 (13)5、系统仿真，分析系统性能 (13)5.1各个环节传函及参数确定 (13)5.2控制系统的仿真及参数整定 (14)5.3 系统性能分析 (17)6、课程设计总结 (18)7、参考文献 (19)1 概述1.1化学反应器的基本介绍反应器（或称反应釜）是化工生产中常用的典型设备，种类很多。
化学反应器在结构、物料流程、反应机理、传热、传质等方面存在差异，使自控的难易程度相差很大，自控方案差别也比较大。
化学反应器可以按进出物料状况、流程的进行方式、结构形式、传热情况四个方面分类：一、按反应器进出物料状况可分为间歇式和连续式反应器通常将半连续和间歇生产方式称为间歇生产过程。
间歇式反应器是将反应物料分次获一次加入反应器中，经过一定反应时间后取出反应中所有的物料，然后重新加料在进行反应。
间歇式反应器通常适用于小批量、多品种、多功能、高附加值、技术密集型产品的生产，这类生产反应时间长活对反应过程的反应温度有严格程序要求。
连续反应器则是物料连续加入，化学反应连续不断地进行，产品不断的取出，是工业生产最常用的一种。
一些大型的、基本化工产品的反应器都采用连续的形式。
二、从物料流程的进行方式可分为单程与循环两类物料在通过反应器后不再进行循环的流程称为单程，当反应的转化率和产率都较高时，可采用单程的排列。
如果反应速度较慢，祸首化学平衡的限制，物料一次通过反应器转化不完全，则必须在产品进行分离后，把没有反应的物料与新鲜物料混合后，再送送入反应器进行反应。
这种流程称为循环流程。
三、从反应器结构形式可分为釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移动床反应器等。
四、从传热情况可分为绝热式反应器和非绝热式反应器[1]。
绝热式反应器与外界不进行热量交换，非绝热式反应器与外界进行热量交换。
一般当反应过程的热效应大时，必须对反应器进行换热，其换热方式有夹套式、蛇管式、列管式等。
如今用的最广泛的是夹套传热方式，且采用最普通的夹套结构居多。
随着化学工业的发展，单套生产装置的产量越来越大，促使了反应设备的大型化。
也大大促进了夹套反应器的反展。
夹套式反应器是一类重要的化工生产设备，由于化学反应过程伴有许多化学和物理现象以及能量、物料平衡和物料、动量、热量和物质传递等过程，因此夹套反应器操作一般都比较复杂，夹套反应器的自动控制就尤为重要，他直接关系到产品的质量、产量和安全生产。
化工生产过程通常可划分为前处理、化学反应及后处理三个工序。
前处理工序为化学反应做准备，后处理工序用于分离和精制反应产物，而化学反应工序通常是整个生产过程的关键，因此在化学反应工序中设计一套比较完善的控制系统是很重要的。
设计夹套式反应器的控制方案应从质量指标，物料平衡和能量平衡，约束条件三个方面考虑（假设在本反应器中反应物为一般性的，无腐蚀，无爆炸的液液反应物）。
1.2 夹套式反应器的控制要求1 质量指标夹套式反应器的质量指标一般是反应转化率或反应生成物的浓度。
转化率是直接质量指标，如果转化率不能直接测量可选取与它相关的变量来计算间接反映出转化率的大小。
如出口温度与转化率的关系为：0()/i i y C x Hγθθ=-式中y 是转化率，0θ、i θ分别是进料温度和出料温度，γ是进料重度，C 是物料的比热容，i x是进料浓度，H 是单位质量进料的反应热。
因为成分分析仪表价格高，维护困难等原因。
通常采用温度作为间接质量指标，有时辅以夹套式反应器的压力和处理量（流量）等控制系统，满足夹套式反应器正常操作的控2 物料平衡和能量平衡为使反应正常操作，反应转化率高，需要保持进入夹套式反应器各种物料量份额或物料的配比符合要求。
为此对进入夹套式反应器的物料常采用流量的定值控制或比值控制。
此外部分物料循环的反应的过程中为保持原料的浓度和物料平衡需设置辅助控制系统。
由于反应过程有热效应，因此应该设置相应的热量平衡控制系统。
能量平衡控制要保持化学反应器的热量平衡。
应使进入反应器的热量与流出的热量及反应生成热之间相互平衡。
能量平衡控制对化学反应器来说是重要的，它关系到安全生产，也间接的保证了化学反应器的产品质量达到了生产工艺要求。
3 约束条件约束条件防止夹套式反应器的过程变量进入危险工作区或不正常工况。
必须设置相应的参数反应到控制系统中。
假设本设计是在一般条件下的反应器装置，没有爆炸危险，因此只涉及了反应液液位报警系统，在反应器内反应液液位过高或过低时系统将发出报警信号[1]。
2 被控对象特性研究2.1建立动态数学模型绝大部分被控工业对象都是具有稳定性，是一个开环稳定的对象。
通常，化学反应过程伴有强烈的热效应。
有的是吸热，也有的是放热。
然而本反应器的反应设置为放热反应。
对于具有放热效应的对象，因外干扰式反应器温度升高，随着反应速度的加快，释放的热量也迅速增多，最终导致温度不断上升。
因此对于这种具有正负反馈性质的放热器，在外扰作用下，温度的变化将向两个极端方向发展：一种是温度一直上升，最终使反应器急速终了；另一种是若外扰先引起反应器温度下降，则温度不断下降，直到反应停止。
不少高分子聚合过程的情况就是如此，遂于这样的放热反应过程，如果没有适当的换热促使，将是一个开环不稳定的对象。
化学反应过程涉及物料、能量平衡、反应动力学等，利用动态数学模型可以更好的了解这些量的物理意义。
以夹套式液相反应器为例，来说明反应器激励模型的建模思路。
其中夹套式液相反应器装置如图1所示：图1 夹套式反应器1 基本动态方程式 （1）基本假设①两侧流体均呈活塞流状流动，无轴向混合；②径向热传导可用集中参数表示，即同一截面上各点温度相同； ③传热系数U 和比热Ca 、Cb 恒定不变； ④管壁热容忽略不计；⑤外部绝热良好，即不考虑热损失。
（2）系统基本方程式的建立对内管流体A 列写微元d τ的热量衡算式：式中：同理可得外管流体B 的热量衡算式： 式中：（3）偏微分方程的求解：在化工过程中，有很多典型操作单元如套管式和列管式换热器、填充式精馏塔和吸收塔、管式和固定床式反应器等都属于分布参数对象，它们的动态方程为偏微分方程。
偏微分方程的求解方法主要有传递函数法、分段集总化处理方法、正交配置法和数值解法。
对于较简单的（自变量不大于两个，线性定常）偏微分方程，一般可以通过传递函数法求解。
(,)[(,)(,)](,)(,)(,)∂=-+∂∂⎡⎤-+⎢⎥∂⎣⎦A a aB A a a A A a a A T t MC d UAd T t T t C T t t T t C T t d τττττωττωτττ11(,)(,)[(,)(,)]∂∂⇒+=-∂∂A A B A T t T t T a T t T t t τττττ11==a a a aM UAT a C ωω22(,)(,)[(,)(,)]∂∂+=-∂∂B B A B T t T t T a T t T t t τττττ22==bbb bM UAT a C ωω①首先进行由时间域t 到复域S 的拉氏变换，在TA 、TB 取增量形式时，初始条件为0，由式可得：②进行由距离域τ到复域Ｐ的拉氏变换，边界条件如下：令AP=(Φ1-Φ2)2+4a1a2，则式(4.42)右端分母可写为： TA0对TA1 、TB1的传递函数,以及TB0对TA1 、TB1的传递函数可以表示成矩阵的形式：2 模型的简化：有上式整理得被控对象传函为：111()1psP P P K e G s T s τ=+;222()1D D D K G s T s =+1122(,)(,)[(,)(,)](,)(,)[(,)(,)]+=-+=-A A B A B B A B dT S T ST S a T S T S d dT S T ST S a T S T S d ττττττττττ01100110(,)()(,)()(,)()(,)()========A A A A B B B B T S T S T S T S T S T S T S T S ττττττττ111212(,)(,)()[(,)(,)](,)(,)()[(,)(,)]+-=-+-=-A A A B A B B B A B T ST P S PT P S T S a T P S T P S T ST P S PT P S T S a T P S T PS 2121212222221212121212122212()22422442+Φ+Φ+ΦΦ-Φ+ΦΦ+Φ+ΦΦΦ+Φ-ΦΦ+=+⨯+-Φ+Φ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭⎝⎭P P a a a a P PP 12()22110101212()sinh 2sinh ()()()()2()sinh -Φ+Φ⎤+Φ-Φ⎥⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦+Φ-Φ⎣A A B B a T S T S T S T S a2.2 被控变量和控制变量的选择1 被控变量的选择（1）主被控变量的选择根据工艺过程的控制要求，主被控变量应该能反映工艺指标。
夹套式反应器的工艺指标主要是反应器内温度，利用反应器内温度来衡量反应物之间反映的充分情况。
因此，若要反映工艺指标，夹套式反应器内反应温度必须是T-T串级控制系统的主被控变量。
（2）副被控变量的选择从串级控制的特点可知，当扰动进入副回路时，副回路能迅速而强有力地克服它，起到超前控制作用，因此在选择副变量时，一定要把主要扰动包括在副回路内，并力求把尽量多的扰动包含在副回路中，以充分发挥串级控制的最大优点，把对主变量影响最严重、最剧烈、最频繁的扰动因素抑制到最低程度，以确保主被控变量的控制质量。
同时冷却水温度变化是主要扰动，包括水温变化、水量变化等许多的扰动。
因此采用夹套水温度作为副被控变量。
这样完全符合副被控变量包括主要扰动且包含尽可能多的扰动的原则。
2 控制变量的选择控制变量是在系统中加以控制的变量。
除去系统的主、副被控变量外的一切变量，这些变量有些必须加以控制。
在夹套式反应器中反应温度和夹套水温度构成的T-T串级控制系统中，冷却水流量这一变量在系统中包括的扰动变量最多，因此选取冷却水流量作为系统的控制变量，这样符合系统的整体控制。
