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化學(xué)反應(yīng)器的控制反應(yīng)器控制思考題1、了解化學(xué)反應(yīng)的一般原理,掌握反應(yīng)速度與化學(xué)平衡的概念及其主要影響因素;2、能夠結(jié)合連續(xù)放熱反應(yīng)釜的穩(wěn)態(tài)特性分析反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性問(wèn)題;3、針對(duì)各種不同類(lèi)型的化學(xué)反應(yīng)器,掌握基本控制問(wèn)題與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法;4、了解常見(jiàn)反應(yīng)器的復(fù)雜控制與先進(jìn)控制方案。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程種類(lèi)操作方式(是否連續(xù)進(jìn)料與連續(xù)出料): 連續(xù)與間歇;熱交換形式(是否與外界存在熱量交換): 絕熱與非絕熱;物料是否循環(huán): 單程反應(yīng)與循環(huán)反應(yīng);反應(yīng)過(guò)程物流方式反應(yīng)器種類(lèi)化學(xué)反應(yīng)速度定義:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)體積中某一反應(yīng)物或生成物摩爾數(shù)的變化量。對(duì)反應(yīng)物A,其反應(yīng)速度為對(duì)生成物M,其反應(yīng)速度為考慮化學(xué)反應(yīng):相互關(guān)系:影響反應(yīng)速度的因素反應(yīng)物的濃度;反應(yīng)溫度;反應(yīng)壓力(對(duì)氣體參加的反應(yīng));催化劑(加速反應(yīng),并具有選擇性)。影響反應(yīng)速度的因素對(duì)于單向反應(yīng),反應(yīng)速度通常可表示為其中CA、CB為反應(yīng)物A、B的摩爾濃度;α、β為反應(yīng)物A、B的反應(yīng)級(jí)數(shù),α+β為反應(yīng)級(jí)數(shù);k為反應(yīng)速度常數(shù),通常為溫度的函數(shù).化學(xué)反應(yīng)平衡總的反應(yīng)速度為當(dāng)r總=0時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡(反應(yīng)物與生成物的濃度均不變)。而化學(xué)平衡常數(shù)為對(duì)于可逆反應(yīng):K與反應(yīng)溫度有關(guān):若正向反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則反應(yīng)溫度T↑→
K↑;反之,則T↑→
K↓;反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與收率對(duì)于可逆反應(yīng):操作條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響濃度。提高反應(yīng)物的濃度、降低生成物的濃度,可提高總的反應(yīng)速度與轉(zhuǎn)化率;反應(yīng)壓力。對(duì)于有氣體參加的可逆反應(yīng),增加總壓力,化學(xué)平衡向摩爾數(shù)減少的反應(yīng)方向移動(dòng);反應(yīng)溫度。溫度升高,正反向反應(yīng)速度均提高。在平衡條件下,對(duì)吸熱反應(yīng)有利。催化劑。催化劑不影響化學(xué)平衡,但加快反應(yīng)速度。例子:氨的合成反應(yīng)與變換反應(yīng),反應(yīng)器建模示例假設(shè)反應(yīng)是一級(jí)不可逆放熱反應(yīng),進(jìn)料與出料的體積流量相同,密度均為,反應(yīng)器內(nèi)溫度與濃度均勻,并分別與出口溫度和濃度相同。問(wèn)題:求取操作變量(F、Fc
、Tf
、Tci
)對(duì)被控變量(T、cA)的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性,并分析對(duì)象本身的穩(wěn)定性。基本動(dòng)態(tài)方程式1.化學(xué)反應(yīng)速度方程2.組分A的物料平衡式基本動(dòng)態(tài)方程式(續(xù))3.反應(yīng)器內(nèi)的熱量衡算式其中Q為反應(yīng)器內(nèi)的熱量累積,Q1
為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量,Q2
為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;基本動(dòng)態(tài)方程式(續(xù))4.夾套內(nèi)的熱量衡算式其中Q為夾套內(nèi)的熱量累積,Q1
為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量,Q2
為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;反應(yīng)器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器熱穩(wěn)定性分析(2)物料與冷劑所帶走的熱量為(1)反應(yīng)所放出的熱量為反應(yīng)熱穩(wěn)定性分析(續(xù))假設(shè)某工作點(diǎn)C滿(mǎn)足Q
1=Q
2=Q
0(Q
0為反應(yīng)溫度為T(mén)0時(shí)反應(yīng)的放熱量);當(dāng)T發(fā)生小的變化時(shí),有反應(yīng)熱穩(wěn)定性分析(續(xù))反應(yīng)器的入口溫度控制反應(yīng)溫度的單回路控制反應(yīng)溫度的串級(jí)與分程控制反應(yīng)溫度的分段控制與優(yōu)化反應(yīng)溫度分段控制與關(guān)聯(lián)分析聚合釜反應(yīng)溫度控制方案一聚合釜反應(yīng)溫度控制方案二聚合釜反應(yīng)溫度-壓力串級(jí)控制具有壓力補(bǔ)償?shù)木酆细獌?nèi)溫控制催化裂化反應(yīng)再生系統(tǒng)的控制FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)控制任務(wù)確保操作安全 (1)維持催化劑循環(huán)的平穩(wěn),防止催化劑倒流; (2)維持生焦與燒焦的平衡,防止炭堆積; (3)保證再生器燒焦溫度在允許的范圍內(nèi)。維持合適的反應(yīng)深度 主要影響因素:反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間、劑油比、再生催化劑的活性與積炭、原料組成與性質(zhì)等。盡可能實(shí)現(xiàn)操作最優(yōu)化 空氣消耗最小、產(chǎn)品分布最優(yōu)、渣油摻煉比最大等。反應(yīng)再生系統(tǒng)主要控制回路確保操作安全 兩器差壓控制、反應(yīng)器料位控制、反應(yīng)溫度與單動(dòng)滑閥兩端差壓的選擇控制;維持合適的反應(yīng)深度 反應(yīng)溫度與單動(dòng)滑閥兩端差壓的選擇控制、分餾塔頂壓力控制、各進(jìn)料的流量控制、主風(fēng)流量控制等。盡可能實(shí)現(xiàn)操作最優(yōu)化 再生煙氣氧含量控制、渣油摻煉比卡邊控制、反應(yīng)溫度與回?zé)挶鹊脑O(shè)定值最優(yōu)等。練習(xí)題1對(duì)于吸熱反應(yīng)器,對(duì)象的開(kāi)環(huán)特性是否一定穩(wěn)定?而對(duì)于放熱反應(yīng)器,其開(kāi)環(huán)特性是否一定不穩(wěn)定?請(qǐng)給出理由,并以下連續(xù)放熱反應(yīng)釜為例進(jìn)行分析。練習(xí)題2對(duì)于某一連續(xù)放熱反應(yīng)器,希望通過(guò)調(diào)節(jié)自來(lái)水與深井水量來(lái)控制反應(yīng)器的內(nèi)部溫度,并要求只有當(dāng)自
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