間歇反應器

在化工生產過程中, 對於大批生產通常採用連續反應器。對於批量生產, 特別是不同規格和產值高的產品, 往往採用間歇反應器。間歇反應器具有操作靈活、生產可變、投資低、上馬快等特點。因此廣泛應用於醫藥、農藥、染料和各種精細化工工業。由於分子量的分佈是聚合物生產中的一個重要質量指標，因此橡膠、塑料生產中的聚合反應最宜用間歇生產-的方式控制。在反應物和生成物中經常發生粘度的巨大變化(如爆聚現象)，也往往迫使反應器要停下清理 ^[1]  。

間歇反應器生產過程包括如下幾個步驟：

(1)將反應物和催化劑裝入反應器，需要控制一定的量來保證反應容器中有足夠的反應空間，防止反應器超壓。

(2)加熱到操作温度。應採用一個聯鎖裝置，禁止在反應器中的物料達到反應温度條件以前就添加反應物。

(3)終止反應。這通常要幾小時。

間歇反應器的產品質量很不穩定, 設備生產能力也相差很大, 因人而異。這樣, 間歇反應器的自動控制間題就顯得格外重要, 無疑, 其發展的重要方向就是應用微型計算機實現最優控制。

棉子油等植物油加氫不僅是油脂化學硬化油的生產, 而且近年來國內外一些廠家還進行製造酥和人造奶油等生產, 這兩種油均是高檔食品的重要材料。因此, 棉子油加氫是一種很有前途的生產, 具有明顯的經濟效益和社會效益。時間最優控制將會對這種生產的能力進行強化 ^[2]  。

棉子油間歇加氫過程的步驟是將稱重後的精製棉子油加入反應器, 經過抽真空、攪拌和蒸汽加熱, 將使過程進入反應引發, 再停抽真空, 通入帶壓氫氣, 並打開水冷卻系統。待過程進入穩定的反應之後, 再經歷一定的反應時間, 過程將會完成所要求的轉化率達到最終狀態。這時, 就可以停止加氫, 卸出產品, 到後續工序進行過濾和漂白等。

加氫結果的檢測, 可以用與碘值有關的折射指數儀表在線檢測, 也可以直接用氫氣的消耗量流量計進行標定。棉子油加氫是一個非常複雜的化學反應, 這是因為它既受化學過程的約束, 又受傳質過程的約束 ^[1]  。

應用動態規劃分析方法求出了間歇反應器從初始狀態轉移到最終狀態多階段決策過程。時間為最優的控制壓力序列。

如果取在各階段的控制壓力為不變的，可得到控制壓力。即壓力序列將作為各階段斜坡變化的平均值。以控制壓力作為給定控制輸入, 可構成閉環跟蹤控制系統。

此時, 閉環控制系統的性能最優是在階躍或斜坡輸入作用下具有最快的響應速度,也就是經過最少個採樣週期, 使輸出的穩態誤差為零, 達到完全跟蹤, 按照這種準則來確定 ^[3]  。