a
a
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S7-200PLC
a
a
Abstract
In 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
(完整word版)任务二连续釜式反应器的计算
江西应用技术职业学院教案首页
本学期授课次序 授课班级 15化工01班
课题名称 连续操作釜式反应器的计算
教学目的要求
1、了解连续釜式反应器的特点
2、掌握单个连续操作釜式反应器的计算
3、掌握多个串联连续釜式反应器解析法计算
4、了解多个串联连续釜式反应器图解法计算
教学重点及难点
单个釜式反应器及多个串联釜式反应器的解析法计算
次序 内 容 计划时间（min） (完整word版)任务二连续釜式反应器的计算
教
学
程
序
设
计
1
2
3
4
5
6
点名、回顾
连续釜式反应器的特点
单个连续釜式反应器的计算
例题讲解
多个串联连续釜式反应器的解析法计算
多个串联连续釜式反应器的图解法计算
小结
5
10
20
10
25
15
5
作业：
小结：
任务二 连续操作釜式反应器的计算
工作任务:根据化工产品的生产条件和工艺条件要求进行连续操作釜式反应器的工艺设计
技术理论
连续操作釜式反应器的结构和间歇操作釜式反应器相同，但进料是连续的，同时不断的引(完整word版)任务二连续釜式反应器的计算
出产品。流动状况接近理想混合流动模型。连续操作釜式反应器适用于产量大的产品生产，特别适宜对温度敏感的化学反应。容易自动控制,操作简单，节省人力。稳定性好，操作安全.
一、单个连续操作釜式反应器的计算
在连续操作釜式反应器内，过程参数和空间位置、时间无关，各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。
［A的积累量］=[A的进入量]—［A的离开量］-[A的反应量］
0 = FA0 Δτ - FA0 （1—xA’)Δτ—(— rA ) VR Δτ
得到： 物料的平均停留时间：
由于反应器中的反应速率恒等于出口处值,因此结合反应动力学方程，将出口处的浓度、温度等参数代入得到出口处反应速率，将其代入基础设计式即得。
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
1. 对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的 反应器体积最小。
参考答案:
平推流
2. 工业反应过程优化的决策变量包括
参考答案:
操作方式_工艺条件_结构变量
3. 均相反应应该满足下述哪2个条件？
参考答案:
反应体系互溶_预混合过程很快
4. 对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。
参考答案:
错误
5. 化学反应工程的研究方法是经验放大方法
参考答案:
错误
6. 连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。
参考答案:
错误
7. 理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。
参考答案:
错误
8. 化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。
参考答案:
错误
9. 产生返混的原因是
参考答案:
不均匀的速度分布_空间上的反向流动
10. 限制返混的措施包括
参考答案:
横向分割_纵向分割
11. 化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。
参考答案:
错误
12. 化学反应工程优化的技术指标是
参考答案:
反应选择率_能耗_反应速率
13. 活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。
参考答案:
错误
14. 零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。
参考答案:
错误
15. 可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。
参考答案:
错误
16. 限制返混的措施是分割，主要是横向分割。
参考答案:
正确
17. 理想管式反应器的径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。
参考答案:
正确
18. 对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。
搅拌釜式反应器的双区模型
化学反应器是化工生产的核心设备，也是化学反应工程研究的核心，它的操作情况对整个生产过程起着决定性的作用。在连续操作的反应器内，物料的流动与混合状况和因此而产生的反应时间、反应物浓度以及温度等反应参数的分布状况反映了工业反应器的最根本特征。实际反应器内流体的流动状况存在着非理想流动，改变了物料的流动情况，进而改变了物料的浓度分布，最终则是影响结果。为了准确地掌握反应器的性能，必须充分考虑实际反应器内的非理想流动对反应器的影响，根据实际情况与理想流型偏离的程度，建立一个较接近实际的流动模型。
造成反应器内流体流动情况变化的主要原因是返混。由于返混改变物料的流动情况，从而改变反应器内物料浓度的分布，并使物料在反应器内部形成停留时间分布(RTD)， RTD是流体流动情况的宏观体现，通过流体的RTD曲线能定量地估算每个流体相的混合物性和混合程度，以及每个流体相在反应器内的滞流量.当反应器没有外来传质和传热影响，它的特性就取决于特征动力学性质和RTD曲线的性质。在反应过程中。反应的特征动力学性质不会改变。所以，使用RTD可以合理而又精确地描述反应器流体流动情况及混合特性，从而预测反应器的性能。所以RTD模型即可反映物料的流动模型。
如何分析非理想流动和流型对反应器的影响，建立实际反应器内流体的流动模型，前人已经进行了大量的工作。在许多的文献中，关于非理想因素对反应器性能的影响报道很多。下面来讨论下反应器内可能存在的非理想因素的影响。非理想流动和流型对化学反应产率和选择性的影响。这两方面的影响因素进行综合考虑，用双区模型来描述实际反应器内流体的流动模型。
1、流动模型
釜式反应器内的非理想流动主要有死区和短路。死区主要存在于反应器的两个顶盖、畸形拐角、挡板与设备的交界处以及压力计的尾部等。由于死区区域的流体几乎停滞不动，所以死区的存在减少了反应的有效体积；而短路则是当反应器的高径比较小时容易产生。由于短路流体很快的通过设备，所以，短路降低了反应的效率。釜式反应器引起返混的主要原因，除了非理想流动之外，还有由搅拌形成的倒流。釜式反应器和管式反应器相比较，搅拌对釜式反应器至关重要。搅拌保证物料良好的混合。反应器内物料搅拌的均匀程度对于反应速度和收率有重大的影响，因此混合问题在流动模型的建立上有其特殊的重要性。
