一、本课题目的及意义：在精细化工行业中，反应釜是常用的一种反应容器，而温度是其主要被控制量，是保证产品晶化质量的一个重要因素。

晶化反应釜利用导热介质通过反应釜的夹套来提高釜内物料的温度，通过搅拌机的搅拌使物料均匀、提高导热速度，并使其温度均匀。

导热介质的选择根据各厂产品的工艺温度要求确定的，常见的导热介质有过热蒸汽和导热油。

温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。

通入反应釜的导热介质要求保持温度恒定，通过调节流入反应釜夹套的导热介质的流量，来控制反应釜内物料的温度符合工艺要求。

现代工业的发展，对产品质量提出了更高的要求，反应釜内物料的温度常常要求被恒定在4-1℃或更小的范围内，靠手工调节流量的做法已经不能满足要求了，温度调节控制被赋予新的历史使命。

二、国内外研究现状(1)晶化反应釜发展现状进入到二十一世纪搪玻璃设备行业通过不断的投资、建设，企业规模和产品的大型化在持续增长，整个行业的产值一直处于上升的态势，行业的装备有较大的改善和提高。

据2000～2008 年的统计，搪玻璃设备行业生产总无忧论文网值平均达到15.6亿元/年，折合产量为12.1万吨/ 年，年平均增长率在10％左右。

1）搪玻璃设备行业固定资产投资不断加大2000～2008年搪玻璃设备行业的固定资产投资额预计在15亿元以上，企业的生产规模不断提高，产品生产规格不断加大。

2）晶化设备行业的制造能力和产品规格不断提高进入二十一世纪，晶化釜制造厂根据有关法规要求，为进一步提升晶化釜设备的制造和应用范围，江苏扬阳化工设备制造有限公司、苏州协力化工设备有限公司、苏州飞跃工业搪瓷有限责任公司、临沂宏业化工设备有限公司、淄博华星化工设备厂、淄博工业搪瓷厂等企业先后将压力容器制造许可证由D2 升级到A2。

3）晶化釜设备行业的经济体制改革力度不断加大据2000年初期的统计表明,反应釜行业投资500万以上企业共有112家，其中国有和集体企业32 家，随着国家经济体制改革力度不断加大和市场经济的加剧，晶化釜行业的企业改革、改组和改制不断强化。

三、反应釜发展现状及趋势反应釜是指含铬大于12%的钢种。

反应釜自1912年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年3—5%的速度递增。

全世界反应釜的消费总量达3500万。

我国正处于反应釜生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。

1990年我国反应釜消费量为26万吨，1999年为153万吨，2000年为173万吨，2001年为225万吨，2004年反应釜消费量达到447万吨左右，居全世界第一位，预计2006年反应釜消费量将达到600万吨以上，其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费量的75%—80%。

但是随着化工产业的发展化工生产对反应釜要求越来越高化工生产对反应釜的具体要求和发展趋势如下：1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。

染料生产用反应釜国内多为6000L以下，其它行业有的达30m³；而其它行业可达120 m³。

2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。

国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。

3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。

4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。

热管技术的应用，将是今后发展的方向。

四、拟采取的研究路线原理：根据国家标准及相关规定，对反应釜的釜体、反应釜的夹套、釜体上的接管等相关设计。

特点：体积小容易摆放，便于小型生产，有很好反应速率。

选择依据：搅拌反应釜是化工生产中实现化学反应的主要设备。

在当今社会，社会不断多元化，小型企业不断的增多，小型反应釜更能方便小型企业的生产，它的性价比更能为企业创造更多的利润。

五、晶化反应釜温度控制及要求：气动薄膜电动执行阀加PID调节装置是现代工业典型的反应釜温度控制系统，其基本组成为：被控对象(反应釜)、检测变送装置(热电偶温度计)、控制装置(调节器)与执行调节机构(气动薄膜执行阀)四大部分。

自动控制系统控制流程图如图1所示。

图（1）该方案被各领域广泛应用，但由于薄膜阀系统本身管路复杂，要求有气源，且对气源要求高所以此方案不是在各种情况下都是最适用或最经济的。

生产基本工艺流程如下：a．流程开始(判别加热油箱温度是否达到设定值，未达到，接通加热装置，开始加热；温度达到设定温度方可允许反应釜投入运行)。

b．向反应釜内投放基本材料(开始搅拌，开始加热，加温至140℃)。

c．预溶(定时，保持140 ℃恒定)。

d．二次投料(监测料门是否关闭，逐步温升至160℃ )。

e．一次反应(定时，保持160℃恒定)。

f．三次投料(监测料门是否关闭，逐步温升至175 ℃)。

g．二次反应(定时，保持175 ℃恒定)。

h．抽真空(定时)。

i．停真空、停加热同时加压排料。

j．检测到出料口压力为零，则排料结束。

k．流程结束。

六、温度控制系统组成问题及解决方案根据要求及生产工艺在进行设计过程中，我们注意到三个关键因素：①加热油箱的容积及其温度控制；②反应釜本身的热均匀度及热效率；③采用何种导热介质流量控制方式。

为了有利于反应釜温度控制，加热油箱采取恒温控制，控制温度可设定，设定温度控制范围0～260℃。

由于溶剂所需反应温度较高，导热介质选用导热油320(闪点320 ℃)；采用四组u型电加热器加热；温度测量选用一支长度为650 mm的Ptl00热电阻作为传感器。

加热油箱容积的确定，应当有利于反应釜温度控制。

如果太小，当几个反应釜同时开始，油箱内的油就会很快经历一个循环，其温度波动也就会很大，不利于反应釜温度控制；加热油箱容积如果太大，所需加热器功率就很大。

根据经验及计算，我们选择加热油箱容积为2 in 。

热均匀度及热效率是衡量反应釜好坏的一个重要参数。

影响反应釜热均匀度及热效率的因素包括反应釜夹套形式、搅拌机浆叶的搅拌效率、反应釜本身的保温密封效果等。

现有的大多数反应釜釜身多是由内外两张钢板围焊而成的桶身，中间除一些加强连接外没有导热介质导流装置。

这对于导热介质要求流速较低的反应釜的热效率影响不会太大，但对于导热介质流速较高的反应釜热效率有很大影响。

当导热介质流速达到一定值后，由于压差增大，很容易在进口和出口间形成直排通路即短路，而在其它位置形成导热介质涡流滞留，这部分导热油不能有效外排，形成循环死角，从而使反应釜夹套内各处冷热不均，使热效率下降，釜内温度降低。

加快导热介质流速反而使釜内温度降低的这种情况，不符合想通过改变导热介质流量(流速)来有效控制反应釜内溶剂温度要求。

所以在反应釜的设计当中，在反应釜夹套内设置了管状螺旋式导流装置，使导热介质充分流过反应釜夹套，并在夹套最顶部设置了排气阀套搅拌机的搅拌效果，是保证釜内物料均匀及其温度均匀的关键因素。

为此，设置了三层浆叶，并减小了与釜壁的间隙。

反应釜本身的保温密封效果，是减少反应釜热散失、提高反应釜热效率的关键因素之一。

为此我们也做了相关的工作。

通过上述几项措施，我们最大限度地提高反应釜的热均匀度及其热效率。

考虑到系统比较小，气动薄膜阀本身有一些缺陷，我们没有采用常规的气动薄膜电动执行阀PID调节装置的控制方式控制导热介质的流量，而是另辟蹊径，采用了变频驱动器直接拖动齿轮泵电机的变频齿轮泵方式给反应釜夹套供油的方式，通过改变齿轮泵的转速来改变导热介质流量。

具体控制是由上位计算机与变频器件通过RS-232／RS-485转换接头直接通讯，改变交流马达变频器的输出频率，从而改变齿轮泵驱动电机的转速，进而改变了齿轮泵的转速及其输出流量来达到流量控制的目的。

利用变频齿轮泵实现导热介质流量控制虽非常规控制方式，但它实现了数字化控制，直接受上位机控制，反应速度快、控制精度高。

而且对于这套控制系统而言，由于反应釜较小，数量不多，采用变频齿轮泵控制流量比气动薄膜电动执行阀PID调节装置的控制方式还要经济实用。

我们采用每个反应釜配一个棒式Ptl00热电阻，将其插于反应釜内测定釜内物料温度。

在精细化工行业中，经常出现糊锅的问题，对产品质量有很大影响，甚至产生废品。

对此，我们采取了两项措施加以解决：①采用Ptl00薄膜热电阻贴于反应釜外壁，测定夹套壁温度并反馈回上位机，并控制其不超过设定温度，从根本上防止糊锅；②与提高物料温度均匀度相联系．也就是上面提及的减小搅拌机浆叶与釜壁的间隙，避免部分物料长期粘接在釜壁，影响热传导。

对数据采集以及输出信号的控制我们采用AD．AM5000E系统。

ADAM5000系列数据采集及控制系统是专门为工业自动化数据采集及自动控制而设计。

ADAM5000E系统包括一个l6位微处理器、一个电源转换器、一个RS-232通讯口、一套RS-485通讯口、以及一个八槽基板。

ADAM5000系统通过RS．232或RS-485通讯口受上位机控制；可配置多种I／0模块；抗干扰能力强。

在本文所述的控制系统中，选择三个5013三通道RTD输入模块，用于温度测量；选两个5060六RELAY输出模块控制加热油箱四路加热棒、四个反应釜搅拌电机以及真空泵、加压泵；选择一个5080计数／频率模块监视搅拌机的速度；选择一个5052十六DI模块用于输入反应釜启动、停止，料门开关状态；选择一个5056十六DO模块控制各反应釜的真空阀及加压阀以及声光报警器。

利用上位机的串口COM1与ADAM500E直接通讯来达到控制目的.模糊控制器是近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握受控对象的精确数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小，将模糊控制和PI 控制两者结合起来，扬长避短，具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PI 控制稳态精度高的特点，使反应温度的控制具有良好的动态和静态特性，能够严格跟踪温度工艺曲线，以保证产品质量和产量。

七、总体目标对晶化反应锅及其工作原理、结构参数和性能参数进行优化设计，通过具体的实践来验证反应锅的工艺要求，为早日实现反应釜的工艺和机械设计的完美提供一种依据。

2、主要研究对象（难点）：对搪玻璃反应锅筒进行研究与设计：1、筒体的厚度设计；2、筒体的高度设计；3、筒体的强度校核；五、预期成果（1）根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能；（2）根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图；（3）记录各个模块相关数据；（4）处理相关八、进度安排时间工作内容5月5日前完成楷体报告和资料检查5月15日前研究搪玻璃的物理化学特性5月20日前反应锅结构特点5月25日前完成毕业设计论文和图纸绘制6月5日前进一步修改设计及答辩九、参考文献1 蔡纪宁，张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出社.20002 刁玉玮，王立业化工设备机械基础.大连：大连理工大学出版社.19833 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础.上海：华东理工大学出版社.4 陈立德.机械设计基础.北京：高等教育出版社.20045 许德珠.机械工程材料.北京：高等教育出版社.20016 王凯，虞军.搅拌设备.北京：化学工业出版社.20037 徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社.19918 何七荣.机械制造工艺与工装. 北京：高等教育出版社.2003.。