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連續(xù)攪拌釜式反應器
連續(xù)攪拌釜式反應器（ContinuousStirredTankReactor，CSTR）是化工生產(chǎn)中進行各種物理變化和化學反應廣泛使用的設(shè)備，在反應裝置中占有重要地位。在塑料、化纖、合成橡膠三大合成材料生產(chǎn)中，CSTR的數(shù)量約占合成生產(chǎn)反應器總量的90%以上。此外，在制藥、油漆、燃料、農(nóng)藥等行業(yè)中，也大量使用。由于在實際生產(chǎn)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(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的關(guān)注。
在CSTR系統(tǒng)中最重要的參數(shù)是反應溫度，CSTR溫度控制的品質(zhì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。例如在聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）生產(chǎn)過程中，由于相鄰兩個型號PVC樹脂的聚合溫度相差僅2~3℃，這對聚合溫度的控制要求相當高。如果聚合溫度超出一定的偏差，就會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴重的導致PVC樹脂轉(zhuǎn)型。而釜溫波動過大則會使聚合度分布不均，PVC樹脂質(zhì)量下降。如果反應釜移熱不及時可能導致爆聚，引發(fā)生產(chǎn)事故;移熱過多又可能導致僵釜，所以聚合過程對反應溫度的要求相當嚴格。另外由于化學反應過程中轉(zhuǎn)化率等過程參數(shù)的測量方法非常復雜，控制反應溫度成為一種間接控制產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。
由于CSTR中化學反應機理較為復雜，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）溫度及其流量等對溫度控制的影響較大，使系統(tǒng)本身具有較大的時變性、非線性和時滯性。目前自動控制領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員提出了多種可行的控制方案，滿足了生產(chǎn)過程的基本要求，但有些溫度控制方案并沒有充分發(fā)揮CSTR控制裝置和控制系統(tǒng)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(tǒng)的快速發(fā)展，為CSTR*控制方案的研究與應用提供了可能 。
連續(xù)攪拌釜結(jié)構(gòu)
攪拌釜的釜壁由傳熱速率高的鋁制材料制成，釜體為不銹鋼材料，釜體內(nèi)部為襯鋁結(jié)構(gòu)，頂部裝有馬達可帶動釜內(nèi)攪拌器旋轉(zhuǎn)。一般是通過焊接形成的密閉空間的鋼結(jié)構(gòu)。利用溫度介質(zhì)通入此空間來進行釜體內(nèi)部物料的加熱或冷卻。釜體內(nèi)部攪拌器的形狀和大小對生產(chǎn)過程中物料反應產(chǎn)生影響。在釜體內(nèi)部攪拌器的攪拌中，反應釜內(nèi)的反應物料的濃度會均勻混合。反應釜內(nèi)會安裝溫度傳感器來在線實時測量溫度變化。
連續(xù)攪拌釜反應過程
連續(xù)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(nèi)，反應溫度由反應釜夾套內(nèi)的通入的高壓蒸汽提供。當釜內(nèi)溫度達到生產(chǎn)設(shè)定值時，需要保持釜內(nèi)溫度恒定在一個穩(wěn)定值?？梢哉f恒溫階段對于產(chǎn)品質(zhì)至關(guān)重要。有時在恒溫后還需要二次升溫和恒溫。在反應過程中反應物料會產(chǎn)生放熱反應，且反應的放熱速率與反應溫度之間是成正比的。在構(gòu)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(shè)計控制目標和控制手段?？刂浦笜说倪x擇是攪拌釜控制方案中的一個關(guān)鍵，控制指標可選擇直接指標量，如產(chǎn)品產(chǎn)量，或者間接指標量，如溫度、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(zhì)量，就需要穩(wěn)定相關(guān)控制參數(shù)值。經(jīng)常用的控制方案有物料流量自動控制，流量比值自動控制，反應釜入口溫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(chǎn)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，反應釜采取一系列的約束條件來保證反應釜設(shè)備的可靠性 。
參考資料
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