反应釜研究综述 摘要：随着科技和经济的发展，高分子聚合物在各个领域得到了十分广泛的应用，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。目前聚合物生产中的聚合反应主要是在间歇式反应釜中进行，约占总聚合装置的90。在生产中影响聚合反应的参数(如温度、压力、流量、速度等)，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。 关键词：反应釜 高分子聚合物 温度 Abstract With the development of science and technology and economics, the molecular polymer is of great use for every field. At the same time, high need for to fulfil higher production quality requirements and automatization of polymerization process. At present, the polymerization of polymer is largely by batch chemical reactor, account for 90%.Of all the parameters(such as temperature, pressure, flux, speed) of to have influence on the polymerization in production run, temperature is the most important parameter, deciding on the quality and output rate. Key wards： dissertation the molecular polymer temperature

引言

反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。 间歇式反应釜是化工生产中重要的设备之一，通常是用于生产低产量、高价值的产品的重要生产方式之一。间歇反应器在操作上具备灵活性。譬如产品的移出、原料的加入，及反应物料在设备内的停留时间等均随意变化，这些都是连续反应所无法比拟的。间歇反应器对于生产价值高的产品风险小，如果一旦某一步骤加工失败，只损失少量的原料或半成品。另外，易于工程放大是间歇反应器的突出优点之一，不需要逐级放大就可迅速将实验成果转化为生产力。反应物料一次性由进料口，按一定配比加入，物料的体积一般为反应器几何容积的1/2^-2/3。然后开动搅拌器，使整个釜内浓度和温度保持均匀。夹套通过加热或冷却载体，控制料液温度使之在指定的范围之内。当反应达到预定的转化率后，将物料放出。并将反应器清洗干净，完成一个生产周期，准备下批物料的生产。这种反应器的生产是分批进行。 一、反应釜的用途： 反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基合金及其它复合材料。 二、反应釜的材料： 反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。 三、反应釜的结构： 反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。 四、间歇式反应釜的研究 刘学君 研究的主要是间歇式反应釜温度控制系统。她比较全面的分析了间歇式反应釜温度变化的特点以及控制难点，总结当前温度控制系统精度差的根本原因。在此基础上，基于递推最小二乘方法和广义预测控制原理，在北京亚控公司的组太王软件平台上，设计了一套简单实用的解决方案，在升温阶段采用PID控制;在60--70℃时的制冷加热切换阶段，采用预测控制，以解决严重非线性带来的振荡。 张博 研究的是根据辽宁省工业装备先进控制系统重点实验室间歇反应釜的工艺流程和控制要求，设计了一套由工控机、PLC、工业控制网络等硬件构成的间歇反应过程分散控制系统，利用S7-300PLC实现数据采集处理、控制算法应用;利用工控机上运行的WinCC实现过程监控和操作管理，参数优化等，在此基础上采用了适于本套设备的双输入单输出的潜遗传变论域模糊控制算法，并对反应釜温度进行控制。实验选取了收缩因子的形式和参数，通过对反应釜温度控制的实际运行验证了该算法的有效性。 周晓燕 是对反应釜的传热特性进行了分析，给出了冷剂流量对反应釜内温度的传递函数，设计了按偏差分档控制的智能控制系统。在控制方法上，采用了基于规则修改的自适应模糊控制和不完全微分PID控制算法相结合的方法，并给出了详细的分析步骤和控制算法。在此基础上，设计了基于MCS-51系列单片机的智能控制器，采用了目前流行的串行总线—I2C总线和单线总线，构成了多点温度测量系统，并设计了相应的单片机接口电路和软件程序。通过控制执行器及反应釜状态参数达到了对反应釜内温度及其梯度的控制。 刘学君 主要是研究反应釜温度控制系统。比较全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点，总结当前温度控制系统精度差的根本原因。在此基础上，提出了改进Smith预估算法一积分分离分段式抗饱和PID位置控制算法，降低了超调量，大幅减小了静态误差，较好的解决了反应釜温度控制的难题。 乔杰 全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点，在对反应釜夹套加热系统的传热原理系统分析的基础上，根据热量平衡原理和反应釜的热量传递关系，采用机理建模和阶跃响应曲线方法建立了釜内温度的数学模型，并利用实验数据和理论分析验证了模型的有效性。 陈碧凤 提出剖分式机械密封设计方案以反应釜旋转轴密封为对象，运用机械密封相关理论分析密封机理及性能，并针对实际工业生产中的氯化反应釜用剖分式机械密封进行研究设计，建模分析。 李柱作 在对间歇反应釜夹套加热系统进行了研究和分析后，确定其过程特性测试方案，按照此方案做了相关的实验，通过对实验的数据进行分析与处理后，得到对象模型基本参数，从而为下一步使用实验室间歇反应釜装置模拟某些化学反应过程的控制和优化设计提供了参考和依据。 针对间歇反应釜夹套加热系统大滞后、大惯性、非线性的特点，结合实际控制要求，将Fuzzy-PID复合控制策略应用于间歇式反应釜夹套加热系统的温度控制回路，在上位机WinCC监控平台的全局脚本VBScrip。编辑器中，编程实现了此控制策略，通过间歇反应釜夹套加热系统温度控制的实际运行结果可以看出:所提出的控制方案有效。 滕少龙 同样针对辽宁省工业装备先进控制系统重点实验室间歇反应釜对象的卜艺特点，设计了一套由工控机、PLC、工业控制网络等硬件构成的间歇反应过程先进拧制系统，实现了非自衡动态矩阵控制方法在反应釜实验装置上的成功应用。在系统结构卜采用分层控制的思想:基本控制级由S7-300PLC实现，操作管理级由运行在上位工控机中的RSView32实现。通过对上位机软件RSView32二次开发，实现了针对间歇反应釜的先进控制理论应用的可视化仿真;开发了动态矩阵先进控制软件包，并将其嵌入到RSView32的Visual Basic编辑器中，通过对反应釜温度控制的实际运行，证明了该算法的有效性;开发了集先进控制理论仿真研究与实际应用相结合的集成管理和实验研究平台，可以实现仿真，控制，算法验证，数据库管理，远程监控等功能，并11丁将反应釜与实验室中其它分散的四套综合自动化装置构成一个分布式监控系统。 尚启英 从研究间歇式反应釜釜内温度控制出发，对于采用串级控制方式控制反应釜的釜内温度在主传感器失效的情况下，对其进行了深入的故障诊断及容错控制的研究，主要进行了以下几方面的研究工作。 1)进行了利用人工神经网络建立反应釜控制回路的故障诊断系统的研究，采用了复合模糊神经网络技术建立了反应釜的故障诊断系统。 2)提出了一种基于辅助模型的最小二乘算法，对反应釜进行数学建模研究。 3)利用所得的数学模型采用信号重构的方式设计了对象反应釜在控制系统主传感器失效时控制重构的容错控制方案。 彭桂芳 从研究间歇式反应釜釜内温度控制出发，对于采用串级控制方式控制反应釜的釜内温度在主传感器失效的情况下，对其进行了深入的容错控制的研究。 首先，论文系统的介绍了模型辨识的方法，并提出了利用单变量影响关系的线性叠加确定数学模型结构，采用最小二乘法辨识模型参数的建立复杂系统数学模型方法。论文根据对象反应釜的特点，选取了反应釜的夹套温度，冷却水温度和冷却水流量作为输入，釜内温度作为输出，结合曲线拟合和最小二乘法建立了开环状态下反应釜釜内温度系统的三输入单输出代数模型。并且为了对比仿真的需要，利用两阶段随机梯度算法在闭环系统辨识过程中根据实验室提取数据辨识了被控对象(反应釜)的特性。