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連續攪拌釜式反應器
鎖定
- 中文名
- 連續攪拌釜式反應器
- 外文名
- Continuous stirred tank reactor
- 縮 寫
- CSTR
- 應 用
- 生產塑料、化纖、合成橡膠
- 行 業
- 製藥、油漆、燃料、農藥
- 參 數
- 反應温度
連續攪拌釜式反應器連續攪拌釜式反應器
連續攪拌釜式反應器(ContinuousStirredTankReactor,CSTR)是化工生產中進行各種物理變化和化學反應廣泛使用的設備,在反應裝置中佔有重要地位。在塑料、化纖、合成橡膠三大合成材料生產中,CSTR的數量約佔合成生產反應器總量的90%以上。此外,在製藥、油漆、燃料、農藥等行業中,也大量使用。由於在實際生產過程中的廣泛應用和重要性,CSTR的自動控制一直受到控制領域專業技術人員的關注。
在CSTR系統中最重要的參數是反應温度,CSTR温度控制的品質直接影響產品質量和產量。例如在聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)生產過程中,由於相鄰兩個型號PVC樹脂的聚合温度相差僅2~3℃,這對聚合温度的控制要求相當高。如果聚合温度超出一定的偏差,就會影響產品的質量,嚴重的導致PVC樹脂轉型。而釜温波動過大則會使聚合度分佈不均,PVC樹脂質量下降。如果反應釜移熱不及時可能導致爆聚,引發生產事故;移熱過多又可能導致僵釜,所以聚合過程對反應温度的要求相當嚴格。另外由於化學反應過程中轉化率等過程參數的測量方法非常複雜,控制反應温度成為一種間接控制產品質量的有效方法。
由於CSTR中化學反應機理較為複雜,反應物(或催化劑)濃度及流量、反應釜壓力、加熱(或冷卻)裝置類型、熱劑(或冷劑)温度及其流量等對温度控制的影響較大,使系統本身具有較大的時變性、非線性和時滯性。而自動控制領域專業技術人員提出了多種可行的控制方案,滿足了生產過程的基本要求,但有些温度控制方案並沒有充分發揮CSTR控制裝置和控制系統的潛力,在控制性能方面存在很大的改善空間。而過程裝備、控制裝置與控制系統的快速發展,為CSTR先進控制方案的研究與應用提供了可能
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連續攪拌釜式反應器連續攪拌釜結構
攪拌釜的釜壁由傳熱速率高的鋁製材料製成,釜體為不鏽鋼材料,釜體內部為襯鋁結構,頂部裝有馬達可帶動釜內攪拌器旋轉。一般是通過焊接形成的密閉空間的鋼結構。利用温度介質通入此空間來進行釜體內部物料的加熱或冷卻。釜體內部攪拌器的形狀和大小對生產過程中物料反應產生影響。在釜體內部攪拌器的攪拌中,反應釜內的反應物料的濃度會均勻混合。反應釜內會安裝温度傳感器來在線實時測量温度變化。
連續攪拌釜式反應器連續攪拌釜反應過程
連續攪拌釜進行反應前,先通過進料口將反應物料與催化劑按配比投入釜內,反應温度由反應釜夾套內的通入的高壓蒸汽提供。當釜內温度達到生產設定值時,需要保持釜內温度恆定在一個穩定值。可以説恆温階段對於產品質至關重要。有時在恆温後還需要二次升温和恆温。在反應過程中反應物料會產生放熱反應,且反應的放熱速率與反應温度之間是成正比的。在構建攪拌釜模型時可從控制指標、物料平衡和能量平衡、約束條件三個方面設計控制目標和控制手段。控制指標的選擇是攪拌釜控制方案中的一個關鍵,控制指標可選擇直接指標量,如產品產量,或者間接指標量,如温度、壓力。反應釜中的指標大多都是綜合性指標。為了保證反應的質量,就需要穩定相關控制參數值。經常用的控制方案有物料流量自動控制,流量比值自動控制,反應釜入口温度控制以及冷卻劑流量控制。物料和能量平衡方面,為了保持能量平衡,防止在化學反應過程中熱量的聚集產生“聚爆”,需要按時清理攪拌釜中的惰性物料,來保證反應有序的進行。在反應釜操作的安全性方面,反應釜採取一系列的約束條件來保證反應釜設備的可靠性
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- 參考資料
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- 1. 連續攪拌釜式反應器系統温度控制研究 .知網.2010-06-30[引用日期2017-11-12]
- 2. 連續攪拌釜式反應器的魯棒最優控制 .知網.2013-08-26[引用日期2017-11-12]