第十二讲 反应器单元的仿真设计(三)

流化床反应仿真操作单元指导书(总8页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March《反应过程与技术》仿真操作指导书周波辽宁石化职业技术学院石油化工系流化床反应仿真操作单元一.工艺流程说明：该流化床反应器取材于HIMONT工艺本体聚合装置，用于生产高抗冲击共聚物。

具有剩余活性的干均聚物（聚丙烯），在压差作用下自闪蒸罐D-301流到该气相共聚反应器R-401。

在气体分析仪的控制下，氢气被加到乙烯进料管道中，以改进聚合物的本征粘度，满足加工需要。

聚合物从顶部进入流化床反应器，落在流化床的床层上。

流化气体（反应单体）通过一个特殊设计的栅板进入反应器。

由反应器底部出口管路上的控制阀来维持聚合物的料位。

聚合物料位决定了停留时间，从而决定了聚合反应的程度，为了避免过度聚合的鳞片状产物堆积在反应器壁上，反应器内配置一转速较慢的刮刀，以使反应器壁保持干净。

栅板下部夹带的聚合物细末，用一台小型旋风分离器S401除去，并送到下游的袋式过滤器中。

所有末反应的单体循环返回到流化压缩机的吸入口。

来自乙烯汽提塔顶部的回收气相与气相反应器出口的循环单体汇合，而补充的氢气，乙烯和丙烯加入到压缩机排出口。

循环气体用工业色谱仪进行分析，调节氢气和丙烯的补充量。

然后调节补充的丙烯进料量以保证反应器的进料气体满足工艺要求的组成。

用脱盐水作为冷却介质，用一台立式列管式换热器将聚合反应热撤出。

该热交换器位于循环气体压缩机之前。

共聚物的反应压力约为(表)，70℃，注意，该系统压力位于闪蒸罐压力和袋式过滤器压力之间，从而在整个聚合物管路中形成一定压力梯度，以避免容器间物料的返混并使聚合物向前流动。

反应机理:乙烯，丙烯以及反应混合气在一定的温度70度，一定的压力下，通过具有剩余活性的干均聚物（聚丙烯）的引发，在流化床反应器里进行反应，同时加入氢气以改善共聚物的本征粘度，生成高抗冲击共聚物。

摘要反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂。

研究通过控制其过程参数而控制化学反应过程，以提高产品的收率和质量的方法，对化工生产和生物制药等工业很有实用价值。

本文全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点，在对反应釜夹套加热系统的传热原理系统分析的基础上，根据热量平衡原理和反应釜的热量传递关系，采用机理建模和阶跃响应曲线方法建立了釜内温度的数学模型，并利用实验数据和理论分析验证了模型的有效性。

关键词：反应釜；串级控制；MATLAB仿真；温度控制I / 50AbstractThe reaction kettle is a kind of common chemical reaction containers, its internal reaction mechanism is more complicated. Research through the control of its process parameters and the control of chemical reaction process, to improve the yield and quality products with the method of chemical production and biological pharmaceutical industry, etc have practical value.This paper analyzed the characteristics of the reaction kettle temperature change and control the difficulty, in the reaction kettle clip set of heating system of the heat transfer theory system on the basis of analysis, according to the quantity of heat balance principle and the reaction kettle of heat transfer of the relationship, using mechanism modeling and step response curve method to establish the mathematical model of temperature in the kettle, and the utilization of the data and the theoretical analysis verify the effectiveness of the model.Keywords:the reaction kettle；cascade control；MATLAB；the temperature controlII / 50目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题的目的与意义 (1)第2章控制方案的确定 (3)2.1反应釜的结构及工作原理 (3)2.2反应釜釜底温度特点分析 (4)2.3反应釜控制系统设计指标的确定 (5)2.4方案比较 (6)2.4.1 单回路控制系统设计 (6)2.4.2 串级控制系统设计 (7)2.5方案确定 (8)本章小结 (8)第3章系统硬件设计 (10)3.1主、副调节器的选择 (10)3.2主、副调节器的作用方式 (11)3.3温度变送器 (12)3.4调节阀的作用方式 (13)本章小结 (13)第4章MATLAB仿真设计及结果 (14)4.1模拟PID算法及规律 (14)4.2单回路控制系统仿真 (16)4.3串级控制仿真 (19)本章小结 (24)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录1 译文 (27)附录2 英文参考资料 (36)III / 50第1章绪论1.1 课题背景化工生产在我国的国民经济建设中占有很重要的地位。

第一节、绪论一、反应器设计的重要性、目标及任务1、重要性我们知道，化学反应是反应过程的主体，而反应装置是实现这种反应的客观环境。

化学反应总是在一定的反应器中进行，而反应器的结构、型式和尺寸则对反应物料的流动、混合、传热、传质等方面的条件有所影响。

化学工程职业所特有的某些工作是设计与操作化学反应器，以求把特定的原料(或反应物)转化成某种可销售的产品。

要完成这些工作，化学工程师必需从多种的设计方案中选择反应器的形式，确定所需的反应器尺寸并规定操作条件。

他们必需具有涉及化学反应的速串、最大可能的转化程度、与化学反应相联系的物理过程的本性以及影响上述各项的参数等方面的知识。

在许多情况下，常用的化学反应器中涉及的物理过程(如质量传递和热量传递)的速率对以从参加反应物料的性质、流动特性及反应器的结构形态等来适宜地作出估计。

因此研究反应器内这些因素的变化规律，涉及最优化的反应器，就显得尤为重要。

2、研究内容及目标反应器设计的主要任务：选择反应器形式的选择和操作方法、然后根据反应和物料的特点，计算所需要的加料速度、操作条件（温度、压力、组成）以及反应器体积，并以此确定反应器的尺寸，同时还应该考虑经济效益和物环保等方面的要求。

研究反应器内这些因素的影响规律，探求反应器的最大优化和操作时的最佳工况，获得最大经济效益。

若前面介绍的反应动力学研究的是反应器内某个微元点，则反应器设计研究的是体。

一、反应器的常见类型按反应器操作温度：等温和非等温按反应器形状：1、管式反应器（1）L/D较大，中空，不放置任何构件、（2）适用于均相反应，例：轻油裂解制乙烯、石油馏分裂化、氧化反应等2、釜式反应器（1）L=D或L/D＝2～3；内有搅拌装置，挡板或有换热器（2）应用广泛、均相、多相反应（汽液、液液、液固、气固液等）。

如酯化、硝化、磺化、氯化等、聚合、生化反应等）3、塔式反应器（1）L/D较大，内有填料、筛板等，常见的有板式塔、填料塔、鼓泡塔（气体以气泡通过液相）、喷雾塔（液体成雾状分散于气体）（2）主要应用于两相流反应。

固定床反应器仿真操作单元《反应过程与技术》仿真操作指导书周波辽宁⽯化职业技术学院⽯油化⼯系固定床反应器仿真操作单元（加氢装置）⼀.⼯艺流程说明本流程为利⽤催化加氢脱⼄炔的⼯艺。

⼄炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。

主反应为：nC2H2＋2nH2→（C2H6）n，该反应是放热反应。

每克⼄炔反应后放出热量约为34000千卡。

温度超过66℃时有副反应为：2nC2H4→（C4H8）n，该反应也是放热反应。

冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带⾛反应器中的热量，丁烷蒸汽通过冷却⽔冷凝。

反应原料分两股,⼀股为约-15℃的以C2为主的烃原料,进料量由流量控制器FIC1425控制;另⼀股为H2与CH4的混合⽓,温度约10℃,进料量由流量控制器FIC1427控制。

FIC1425与FIC1427为⽐值控制,两股原料按⼀定⽐例在管线中混合后经原料⽓/反应⽓换热器(EH-423)预热,再经原料预热器(EH-424)预热到38℃,进⼊固定床反应器(ER-424A/B)。

预热温度由温度控制器TIC1466通过调节预热器EH-424加热蒸汽(S3)的流量来控制。

ER-424A/B中的反应原料在2.523MPa、44℃下反应⽣成C2H6。

当温度过⾼时会发⽣C2H4聚合⽣成C4H8的副反应。

反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带⾛。

C4蒸汽在⽔冷器EH-429中由冷却⽔冷凝,⽽C4冷剂的压⼒由压⼒控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从⽽保持C4冷剂的温度。

本单元复杂控制回路说明：FFI1427:为⼀⽐值调节器。

根据FIC1425（以C2为主的烃原料）的流量，按⼀定的⽐例，相适应的调整FIC1427（H2）的流量。

⽐值调节：⼯业上为了保持两种或两种以上物料的⽐例为⼀定值的调节叫⽐值调节。

对于⽐值调节系统，⾸先是要明确那种物料是主物料，⽽另⼀种物料按主物料来配⽐。

在本单元中，FIC1425（以C2为主的烃原料）为主物料，⽽FIC1427（H2）的量是随主物料（C2为主的烃原料）的量的变化⽽改变。