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连续生产反应釜的设计连续生产反应釜的设计摘要：通过优化，将原间歇操作的反应釜设计成了可以连续生产的反应釜，大大加强了装置的生产能力，简化了生产流程，降低了劳动强度。
关键词：连续反应釜反应釜是一种或多种物料在内进行物理或化学反应的容器，广泛用于石油、化工、医药、食品、橡胶等行业，反应釜的能力直接决定着装置的生产能力和生产质量。
反应釜由釜体、传热装置、搅拌器、传动装置、轴封装置、支撑等构成，通过优化设计，可以大大增强反应釜的效能。
下面以某聚醚生产线的反应釜设计做一说明。
聚醚反应釜内由几种物料在一定温度、压力下充分反应生成聚醚，物料有剧毒且易燃易爆，对反应条件的控制要求较高。
原生产线的聚醚反应釜采用常规设计，只能在几种物料加注反应完成后，放出成品，再进行下一釜反应的操作。
生产效率较低，工人劳动强度大，不能达到年产量的要求。
为了达到连续生产的目标，要求将反应釜设计成能连续操作的型式，为此进行了如下设计。
要想达到连续生产的目的，就要使几种物料在釜内形成反应流程，在到达出口前就完成反应。
为此需有良好的搅拌驱动力，使几种物料迅速反应，并沿正确的路线走向出口，且能迅速带走反应生成的热量，精确控制反应的温度。
反应釜换热能力的大小决定了釜的生产能力，换热能力取决于三个因素：传热系数、换热面积、换热温差。
对外夹套而言，釜体壁厚是影响传热的主要原因。
首先需设计出满足反应温度、压力条件下的釜体，根据压力容器内压力、温度计算出釜体初始壁厚，再根据夹套的压力用外压计算校核釜体壁厚。
较厚的釜体会减小换热速率，为满足快速带走反应热的要求，在夹套内设置了螺旋导流板，使导热液不走短路，强化了换热速度。
同时，导流板又对内筒壁进行了外压加强，减小了内筒壁厚，增加了传热速率。
连续法生产又要求整个釜体都需冷却，为此夹套将包括上封头的整个釜体包裹，仅留下必要的进出口管和搅拌装置连接件，从而增大了换热面积。
而搅拌器的剧烈搅拌又会对内筒和夹套的连接部分造成损害，为此又在夹套中部增加了和筒体的连接件，保证了釜在操作时的稳定性。
一、反应釜装置的仿真界面设计用Ri AM仍3．6制作一个工程画面来模拟反应釜装置，包括反应釜、位置传感器、电磁阀、缓冲罐、开始和停止按钮等，如图8—17所示。
二、创建数据库及定义变量变量是PCAuto 36HMI(人机界面)部分的重要成员。
PCAu[o 3．删I的运行系统vlew在运行时，工业现场的生产状况将实时地反映在变量的数值中，操作人员在计算机上发布的操作指令也是通过变量由界面传递给实时数据库，再由数据库传递到生产现场。
变量也是vlew 进行内部控制、运算的主要成员。
1．中间变量的定义HH(整型)：缓冲罐液位控制变量*Wat凹(整型)：反应釜液体控制变量…tum(整型)：搅拌器工作控制变量。
2．创建数据库在kaw导航器中双击“数据库组态”项，启动DbM皿ago，定义如表8—3所示的反应釜仿真系统数据库变量。
表8—3所定义的11个数据库变量分别对应表8—2中的11个点。
三、定义yo设备及数据连接1．定义yo设备在导航器中选择“yo设备驱动”项使其展开，在展开项目中选择……PLc”项并双击使其展开，选择项目“NAls(松下电工)”下的“FP系列”，双击项目……FP系列”，在出现的“设备配置”对话框中，填入设备名称、更新周期、设备地址、通信方式、端口设置等参数，如图8“18所示。
2．数据连接在h2w导航器4．I双击“数据库组态”项，启动DbM皿ager，将已经定义的11个点的Pv参数值与表8—2中的11个yo点建立数据连接，如表8—3所示。
四、反应釜装置仿真系统的动画连接1反应釜液位的动画连接反应釜液位的变化利变量Y0．Pv、Y1．Pv、Y2Pv、Y4．Pv及Wat既有关。
Y0．Pv、Y1．Pv和Y2．Pv有个为“1，，，wakr就增加，反应釜液位上升；当Y4．Pv为“1”时，Wat既就减少，反应釜液位下降。
反应釜液位的动画连接如图8—19所示。
2—缓冲罐液位的动画连接缓冲罐液体的变化和变量Y o．Pv、和Y2．Pv有一个为“1”，HH就减少缓冲罐液体上升。
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计2.1概述夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。
封头有椭圆形封头和锥形封头等形式。
上、下封头与筒体常为焊接。
2.2釜体材料的选择根据工艺参数及操作条件（见附录2）确定封头、筒体及夹套的材料。
此设计的釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料选用Q235-B,热轧钢板，其性能与用途见表2-1 0由工艺参数及操作条件和表2-1可知，0Cr18Ni9和Q235-B材料能够满足任务书中的设计温度、设计压力。
在操作条件下，Q235- B能使设备安全运转，并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B热轧钢板。
2.3封头的选择搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标准封头，直边高度h=45mm，其内径取与筒体内径相同的尺寸。
椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平滑连续，圭寸头中的应力分布不均匀。
对于ab =2得标准形圭寸头，圭寸头与直边的连接处的不连续应力较小，可不予考虑。
椭圆形封头的结构特性比较好。
2.4釜体几何尺寸的确定釜体的几何尺寸是指筒体的内径 D i 和高度H 。
釜体的几何尺寸首先要满足 化工工艺的要求。
对于带搅拌器的反应釜来说，容积 V 为主要决定参数。
241确定筒体的内径由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直 径的增加而增大。
因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。
对于发酵 类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度， 筒体的高度不宜太矮。
因此，要选择适宜的长泾比（HD.）。
根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要=1.638 m将D i 值圆整到标准直径，取筒体内径 D i =1600mm 02.4.2确定筒体的高度由《搅拌设备设计》可知:(2-2)式中：必——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得,46 4H 二一 (64 -0.617)兀江1.6 .0.8 =3.689 m把H 1的值圆整到H =3700m m ，则:求，又由实践经验，针对一般反应釜，液一液相物料, HD i取值在1.7-2.3 之间，并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取HD =2・3。
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。
连续搅拌釜式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。
利用Matlab 7.0对系统进行了仿真。
关键词：温度反应器串级PID 西门子S7-200PLCAbstractIn 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, in this paper I design the cascade PID control scheme after a careful analysis of the production process.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.Matlab7.0 work for the simulation.Keywords：temperature cascade PID Siemens S7-200 PLC毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
基于Koopman算子的连续搅拌反应釜的模型预测控制目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的与意义 (4)1.3 文献综述 (5)二、Koopman算子理论基础 (6)2.1 Koopman算子的定义与性质 (8)2.2 Koopman算子在连续系统中的应用 (9)2.3 Koopman算子与模型预测控制的结合 (10)三、连续搅拌反应釜的数学模型 (11)3.1 反应釜的动态平衡方程 (13)3.2 反应釜中的传递关系 (14)3.3 常微分方程组的建立 (15)四、基于Koopman算子的模型预测控制方法 (16)4.1 Koopman算子在线性化模型中的应用 (17)4.2 状态空间表示与Koopman算子的转换 (19)4.3 动态矩阵预测控制算法 (20)4.4 其他改进的Koopman模型预测控制方法 (21)五、仿真实验设计与结果分析 (23)5.1 仿真实验硬件平台与参数设置 (24)5.2 实验设计与工况选择 (25)5.3 结果分析 (26)六、结论与展望 (28)6.1 研究成果总结 (29)6.2 研究不足与局限性 (30)6.3 未来研究方向与应用前景 (31)一、内容描述CRF作为化工领域中的核心设备，其内部过程的动态特性复杂多变，传统的控制方法往往难以应对。
本文引入了Koopman算子，这一强大的数学工具，能够将非线性系统的状态空间表达式转换为线性可测的形式，从而为MPC的实现提供了新的途径。
在详细阐述Koopman算子理论的基础上，文档进一步讨论了如何将该理论应用于CRF的MPC设计中。
通过构建CRF的数学模型，并结合Koopman算子，我们实现了对反应釜温度、压力等关键操作参数的精确线性化表示。
这不仅简化了控制器的设计过程，还提高了控制精度和效率。
文档还重点介绍了所设计的MPC控制算法。
该算法结合了实时数据采集、预测控制、反馈校正等多个环节，能够根据实时工况智能地调整控制策略，以实现CRF的高效、稳定运行。
