化学反应器的种类很多，控制上难易差别很大。对于反应速度快、热效应强的反应器控制难度相对较大。对于化学反应器的控制要求，除了要保证物料、热量平衡外，还需要进行质量指标控制，以及设置必要的约束条件控制。关于反应器的质量指标控制，一种是直接质量指标，常用出料的成分或反应的转化率等作为质量控制的被控变量，然而当前往往很难找到反应灵敏、分析可靠而及时的分析器；也有以反应过程工艺状态参数作为被控变量，其中温度是最常用的间接质量指标。反应器的基本控制方案是从热稳定性出发的，主要是为了建立一个稳定的工作点，使反应器的热量平衡。同时，使反应过程工作在一个适宜的温度上，以此温度间接反映质量指标的要求，并且满足约束条件。
本期就讲一讲反应器的温度控制方案有哪些。至于进料流量控制、压力控制留到下次再展开讲。
上图为两个单回路温度控制方案，反应所产生的热量由冷剂带走。左图冷却介质釆用强制循环式，能耗大但传热效果好；右图通过控制冷却介质的流量变化，能耗小但易造成局部过热或局部过冷。左图为反应温度与载热体流量串级，它对克服载热体流量和压力的干扰比较及时有效，但对载热体温度变化的干扰却得不到反映。右副参数选为夹套温度，它对载热体方面来的干扰具有综合反映的效果，而且对来自反应器内的干扰也有一定的反映，能充分发挥副环抗干扰功能。不过它与左图相比，对载热体流量或压力变化的干扰，反应相应滞缓。分程控制既可以扩大调节阀的可调范围，也可以控制多个操纵变量，这一特点正好可用于反应器的温度控制。对于前一种情况可选用两只同向动作的调节阀（一大阀一小阀），如左图，在低负荷或正常情况时，通过小阀来控制反应温度；在大负荷或异常情况时，除小阀全开外，大阀也将开启。对于后一种情况可选用两只反向动作的调节阀分别控制两种不同的操纵变量。如不少化学反应在反应开始前需要加热，使其尽快进人正常反应状态，而当反应进行过程中又不断放出反应热。要及时移走这些热量，就必须进行冷却。因此，反应器需要用到冷、热两种载热体，以便在反应开始前关闭冷剂阀而打开热剂阀，给反应器加热；当反应开始时关闭热剂阀打开冷剂阀进行冷却，如右图所示。对可逆放热化学反应，为使其反应过程总体反应速度快，转化率高，就应控制反应温度，使其按左图所示的最佳转化率温度曲线轨迹变化。为实现这一目的，可采用逐级冷却的方法。反应物进人第一层进行绝热反应，反应温度与转化率沿床层轴线方向逐渐增加。当温度达到最佳转化率温度轨迹线后，立即离开反应床层进行冷却，此时温度下降而转化率不变。再进第二床层进行反应，反应温度与转化率又将增加，待温度达到最佳轨迹线时，立即又离开反应床层进行冷却。如此循环操作，使反应沿最佳转化率-温度轨迹进行。只要控制好进入反应器的物料状态和冷却情况反应的结果大体上就有了保证。在进料组分变化不大、流量比较稳定的情况下反应物料的入口温度就基本上决定了反应的结果。以入口温度为被控变量所构成的控制方案如下图所示。利用出料所带出的反应热与进料进行热交换，对后者进行预热。左图通过对冷旁路的调节控制入口温度，用的是普通两通调节阀。而右图用的是三通调节阀。进料流量的变化会对化学反应产生很大的影响，一般都对反应器的进料设置流量定值调节。如果进料流量因实现情况而不宜控制，可以采用下图所示的反应温度与进料流量的前馈-反馈控制方案，以进料流量作为前馈信号。如果进料流量比较稳定而进料温度或组分经常波动，也可以取进料温度或组分的信号构成相应的前馈-反馈控制方案。
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