反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 歡

（安徽省文勝生物工程股份有限公司，安徽阜陽 236000）

在化工行業(yè)中，反應(yīng)釜是最常用的一種反應(yīng)容器，而它的最關(guān)鍵的技術(shù)在于其溫度的控制，反應(yīng)釜也被應(yīng)用于化肥的生產(chǎn)過程中，其中，反應(yīng)釜溫度的控制直接影響其產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于化肥的生產(chǎn)是一個(gè)極其關(guān)鍵的因素。反應(yīng)釜中的傳熱介質(zhì)也有一定的要求，這種介質(zhì)要求溫度保持恒定，通過控制這種介質(zhì)的流入量來控制反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物所需要的溫度要求。而隨著社會(huì)和現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求。反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物的溫度常常要控制在一定的范圍內(nèi)，而傳統(tǒng)的手工調(diào)節(jié)流量的做法已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，自動(dòng)化智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)將會(huì)被賦予使命。

1 國(guó)內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 研究現(xiàn)狀

自從20世紀(jì)以來，我國(guó)工業(yè)迅猛的發(fā)展起來，而由于工業(yè)過程控制的需求，特別是隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，自動(dòng)控制系統(tǒng)逐漸浮出了水面。而國(guó)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速，在智能化、自動(dòng)化等方面取得了非常大的成果，在這個(gè)方面，國(guó)外西方國(guó)家的技術(shù)就處于非常領(lǐng)先的水平，他們自動(dòng)化、智能化溫度控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于化工業(yè)的生產(chǎn)中。

1.2 發(fā)展前景

隨著時(shí)間的推移，自動(dòng)化技術(shù)隨著化工工藝和化工裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展。而隨著社會(huì)的發(fā)展，工廠對(duì)生產(chǎn)提出了更高的要求，對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性要求更高，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)溫度控制以及自動(dòng)化技術(shù)水平的要求也越來越嚴(yán)格。除此之外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也為工廠自動(dòng)化技術(shù)水平提出了新的更高的目標(biāo)與要求。同時(shí)，信息化技術(shù)的到來，也為化工產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。

2 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)

在化工行業(yè)中，反應(yīng)釜是最常用的一種反應(yīng)容器，而它最關(guān)鍵的技術(shù)在于其溫度的控制。反應(yīng)釜溫度的控制主要有兩方面，一方面是熱水的通入，另一方面是冷水的通入，這兩方面通過控制兩個(gè)閥門就能夠?qū)崿F(xiàn)。通過其容器內(nèi)自帶的攪拌裝置使不同的反應(yīng)物進(jìn)行混合，使其能夠均勻受熱。在需要升高反應(yīng)釜內(nèi)的溫度時(shí)，打開熱水的閥門，通過熱傳遞介質(zhì)升高釜內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到需要的溫度之后，關(guān)閉熱水閥門；當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度過高時(shí)，打開冷水閥門，從而降低釜內(nèi)的溫度，當(dāng)降到所需溫度時(shí)，關(guān)閉冷水閥門，使釜內(nèi)的溫度能夠保持恒定的狀態(tài)。

3 反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)研究意義

反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)過程中最重要的反應(yīng)設(shè)備，在反應(yīng)的過程中，有大量的吸熱、放熱的現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的反應(yīng)釜溫度控制是由PID控制，這是一種有參數(shù)參與的控制法，它具有的控制原理簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好、可靠性高，參數(shù)也特別容易調(diào)整的特點(diǎn)。但是它的設(shè)計(jì)依賴于精確的數(shù)學(xué)模型。在化工產(chǎn)業(yè)中，反應(yīng)釜的反應(yīng)機(jī)理非常的復(fù)雜，而且每個(gè)參數(shù)在系統(tǒng)反應(yīng)的過程中是時(shí)刻變化的，在這種情況下，就不能建立精確的數(shù)學(xué)模型，那么在系統(tǒng)反應(yīng)的過程中參數(shù)的調(diào)整也非常困難，因此，就難以解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性之間存在的矛盾。所以在現(xiàn)代的化工業(yè)生產(chǎn)中，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)是不能對(duì)反應(yīng)釜的溫度進(jìn)行精確控制的。

而隨著社會(huì)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種模糊的控制系統(tǒng)，它是一種規(guī)則的控制，是一種基于規(guī)則的控制，在控制溫度的過程中，它不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，只要把干擾和參數(shù)變化作為變量輸入，但是它也有一些缺點(diǎn)，它的精確度不如PID控制的精確度高，而且穩(wěn)定性也非常低，控制的參數(shù)誤差比較大，自主適應(yīng)的能力也非常的有限，最主要的是它在控制的過程中，特別容易產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。

4 反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

反應(yīng)釜的溫度控制系統(tǒng)必須達(dá)到以下一些要求：

1）可以方便、快捷地設(shè)定反應(yīng)釜在反應(yīng)過時(shí)所需要以及所要控制的溫度值，反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)地將反應(yīng)釜的溫度調(diào)節(jié)至開始設(shè)定的溫度，并能夠保持溫度穩(wěn)定，至到重新的設(shè)置另外一個(gè)溫度，這就是所謂的反應(yīng)釜自動(dòng)調(diào)控溫度系統(tǒng)；

2）溫度控制系統(tǒng)的器件要采用通用的器件，這樣一旦損壞的時(shí)候，就能夠在市場(chǎng)上特別容易地買到器件進(jìn)行替換；

3）整套儀器可靠性非常的好，而且不易出現(xiàn)故障。

5 溫度控制系統(tǒng)的組成

在化工行業(yè)中，反應(yīng)釜是最常用的一種反應(yīng)容器，而大多數(shù)的反應(yīng)釜本身是由內(nèi)外兩張鋼板通過焊接而成的桶身，在其中間除了有一些加強(qiáng)連接外，連最起碼的熱傳遞介質(zhì)的裝置也沒有，雖然這對(duì)于化工業(yè)熱傳遞介質(zhì)的低流速的的反應(yīng)釜的熱效率影響不是很大，但是對(duì)于化工業(yè)熱傳遞介質(zhì)的高流速反應(yīng)釜的熱效率影響非常大。當(dāng)熱傳遞介質(zhì)的流速達(dá)到一定的程度之后，在反應(yīng)釜的進(jìn)口和出口很容易形成短路的現(xiàn)象，如圖1所示，而熱傳遞介質(zhì)還會(huì)在反應(yīng)釜的其他位置停留下來，這就使得不易排出，長(zhǎng)時(shí)間的就會(huì)儲(chǔ)存下來，從而使反應(yīng)釜夾套的內(nèi)外不能夠進(jìn)行均勻的受熱，使得反應(yīng)釜內(nèi)的熱效率降低，進(jìn)一步將會(huì)使反應(yīng)釜內(nèi)的溫度也降下來，從而導(dǎo)致化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率降低。

圖1 渦流示意圖

反應(yīng)釜內(nèi)除了有熱傳遞介質(zhì)以外，還有攪拌器。攪拌器能不斷地?cái)嚢璺磻?yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物，通過攪拌器的攪拌，能夠使反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物均勻的受熱，這也是化工生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵因素所在。除此之外，反應(yīng)釜本身也有保溫密封的效果，自身的保溫密封能夠減少反應(yīng)釜內(nèi)熱量的散失，這也是反應(yīng)釜熱效率的關(guān)鍵因素之一。

6 反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)的報(bào)警裝置和反應(yīng)釜及時(shí)停止裝置

在化工生產(chǎn)的過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度是很難控制的，而在化工生產(chǎn)時(shí)，如果反應(yīng)釜內(nèi)的溫度太高的話，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)釜的壓力增大，隨著壓力的增大，很容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，因此，有必要當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)由于溫度過高導(dǎo)致壓力過大時(shí)能夠及時(shí)地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能夠讓工作人員作出及時(shí)的處理，以免有更大的事故發(fā)生，造成不必要的損失和傷害。為此有必要在溫度控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)報(bào)警裝置和緊急停止裝置。為了提高其安全可靠性能，不僅要采用自動(dòng)控制，還要采用手動(dòng)手柄控制這兩種相結(jié)合的方式。它的工作過程是：隨著反應(yīng)釜內(nèi)溫度的不斷升高，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力慢慢變大，與之連接的壓力測(cè)試系統(tǒng)就會(huì)將反應(yīng)釜內(nèi)的壓力傳送給報(bào)警裝置，當(dāng)傳送的數(shù)據(jù)大于報(bào)警裝置設(shè)定的數(shù)據(jù)時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)發(fā)出報(bào)警的信號(hào)傳給工作人員，而這時(shí)自動(dòng)停止裝置也隨之啟動(dòng)避免危險(xiǎn)事件的發(fā)生。那么在停止了之后，必須做出相應(yīng)的措施，第一，要將進(jìn)料閥門及時(shí)的關(guān)閉，防止反應(yīng)物繼續(xù)進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)；第二，將蛇形冷卻管打開，加大冷水量，保證大量的冷水進(jìn)入冷卻管，能夠及時(shí)快速地降低反應(yīng)釜中的溫度；第三，打開出料閥門，及時(shí)清空反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物和生成物。這些系統(tǒng)在反應(yīng)的過程中都是獨(dú)立存在的，而且每個(gè)系統(tǒng)都是有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式控制的。在報(bào)警裝置報(bào)警后，在必要的時(shí)候，這些過程也可以通過手動(dòng)的方式操作完成。

7 結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展，工廠對(duì)生產(chǎn)提出了更高的要求，對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性要求更高，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)溫度控制以及自動(dòng)化技術(shù)水平的要求也越來越嚴(yán)格。除此之外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也為工廠自動(dòng)化技術(shù)水平提出了新的更高的目標(biāo)與要求。同時(shí)，信息化技術(shù)的到來，也為化工產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。可以通過自動(dòng)化來解決溫度控制技術(shù)，降低危險(xiǎn)，提高化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。