[科普中国]-间歇反应器

简介

在化工生产过程中, 对于大批生产通常采用连续反应器。对于批量生产, 特别是不同规格和产值高的产品, 往往采用间歇反应器。间歇反应器具有操作灵活、生产可变、投资低、上马快等特点。因此广泛应用于医药、农药、染料和各种精细化工工业。由于分子量的分布是聚合物生产中的一个重要质量指标，因此橡胶、塑料生产中的聚合反应最宜用间歇生产-的方式控制。在反应物和生成物中经常发生粘度的巨大变化(如爆聚现象)，也往往迫使反应器要停下清理1。

步骤间歇反应器生产过程包括如下几个步骤：

(1)将反应物和催化剂装入反应器，需要控制一定的量来保证反应容器中有足够的反应空间，防止反应器超压。

(2)加热到操作温度。应采用一个联锁装置，禁止在反应器中的物料达到反应温度条件以前就添加反应物。

(3)终止反应。这通常要几小时。

间歇反应器的时间控制间歇反应器的产品质量很不稳定, 设备生产能力也相差很大, 因人而异。这样, 间歇反应器的自动控制间题就显得格外重要, 无疑, 其发展的重要方向就是应用微型计算机实现最优控制。

棉子油等植物油加氢不仅是油脂化学硬化油的生产, 而且近年来国内外一些厂家还进行制造酥和人造奶油等生产, 这两种油均是高档食品的重要材料。因此, 棉子油加氢是一种很有前途的生产, 具有明显的经济效益和社会效益。时间最优控制将会对这种生产的能力进行强化2。

过程棉子油间歇加氢过程的步骤是将称重后的精制棉子油加入反应器, 经过抽真空、搅拌和蒸汽加热, 将使过程进入反应引发, 再停抽真空, 通入带压氢气, 并打开水冷却系统。待过程进入稳定的反应之后, 再经历一定的反应时间, 过程将会完成所要求的转化率达到最终状态。这时, 就可以停止加氢, 卸出产品, 到后续工序进行过滤和漂白等。

加氢结果的检测, 可以用与碘值有关的折射指数仪表在线检测, 也可以直接用氢气的消耗量流量计进行标定。棉子油加氢是一个非常复杂的化学反应, 这是因为它既受化学过程的约束, 又受传质过程的约束1。

间歇反应器的控制应用动态规划分析方法求出了间歇反应器从初始状态转移到最终状态多阶段决策过程。时间为最优的控制压力序列。

如果取在各阶段的控制压力为不变的，可得到控制压力。即压力序列将作为各阶段斜坡变化的平均值。以控制压力作为给定控制输入, 可构成闭环跟踪控制系统。

此时, 闭环控制系统的性能最优是在阶跃或斜坡输入作用下具有最快的响应速度,也就是经过最少个采样周期, 使输出的稳态误差为零, 达到完全跟踪, 按照这种准则来确定3。