半间歇反应器温度控制系统设计文献综述

 2021-09-25 08:09

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1.1、课题背景及其意义

伴随着我国经济的发展,高分子聚合材料在各个领域得到了广泛的应用,社会的发展和科技的进步对聚合物材料质量的要求越发苛刻,同时也对聚合物的产品质量和生产过程自动化提出了更高的要求,比如碳纤维的生产研制,在影响聚合反应的参数(如温度、压力、流量、速度等)中,最重要的是反应器的温度控制,其控制品质直接影响产品质量和产量,半间歇式反应釜具有时变、非线性、反应机理复杂等特点,一直是过程控制领域的研究热点。但单纯的经典控制理论难以在聚合反应器温度控制上取得好的控制效果,所以建立起反应过程的数学模型并对生产过程进行仿真研究,对于实现聚合反应过程的先进控制具有重要的理论和实际意义。本文的研究是对聚合物分子量及其分布优化控制手段的一次丰富和创新,为解决聚合反应过程产品质量的优化控制问题提供了一种新的思路和方法,值得进行更深入的论证研究。

1.2、间歇反应过程工艺机理

间歇反应过程,也可称为批次反应过程,是指将反应物一次加入反应器中,在适当的条件下反应一定时间后,将反应产物从反应器中移出。

这与全过程都处于稳态的连续反应过程完全不同,间歇过程属于非稳态操作。诸如温度、压力等过程量并非处于固定的设定点,而是沿着一条随时间变化的轨迹,贯穿整个操作过程。这条轨迹通常被称为生产的工艺轨线。

非稳态操作意味着生产工况的不断变化,例如在不同的反应温度条件下,反应物的属性和反应的剧烈程度都会不同,对于控制器的设计而言,这就意味着控制对象的时变性和不确定性。控制系统的设计要求控制策略可以使得被控量很好地跟随其工艺轨线,克服反应本身的复杂性和不确定性而获得良好的控制效果。

间歇反应过程的温度控制在整个间歇生产中处于极其重要的地位,是生产出合格化工产品的关键。控制要求是指在间歇操作全过程中,使得釜内反应温度跟随特定的工艺设定值轨线,温度跟踪的精度是评价控制器性能优良的标准。

结构示意图如下:

图 1 半间歇反应器预测控制策略结构示意图

1.3、反应工艺要求:

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