分享 || 化学反应器的基本控制方案-温度控制 - 专栏文章

摘要：目前化学反应器的种类很多，但在控制上难易差别很大。像反应速度快、热效应强的反应器，它的控制难度就相对较大，反之就相对较小。对于化学反应器的控制除了要保证物料、热量平衡外，还需要质量指标控制。反应器的质量指标控制，一种是直接质量指标，还有一种以反应过程工艺状态参数作为被控变量，其中最常用的间接质量指标是温度。

目前化学反应器的种类很多，但在控制上难易差别很大。像反应速度快、热效应强的反应器，它的控制难度就相对较大，反之就相对较小。对于化学反应器的控制除了要保证物料、热量平衡外，还需要质量指标控制。反应器的质量指标控制，一种是直接质量指标，还有一种以反应过程工艺状态参数作为被控变量，其中最常用的间接质量指标是温度。反应器的基本控制方案都是从热稳定性出发的，通过建立稳定的工作点，使反应器的热量平衡；同时，使反应过程在适宜的温度上，以此温度间接反映质量指标的要求；那么反应器的温度控制方案有哪些。

单回路温度控制方案

由图可知两个单回路温度控制方案反应所产生的热量由冷剂带走。左图釆用冷剂强制循环式，能耗大但传热效果好；右图控制冷剂的流量变化，能耗小但易造成局部过热或局部过冷的情况。

串级温度控制方案

反应温度与载热体流量串级控制方案，如左图，它对克服载热体流量和压力的干扰比较及时有效，但对载热体温度变化的干扰却得不到反映。右图为夹套温度串级控制方案，它对载热体方面来的干扰具有综合反映的效果，而且对来自反应器内的干扰也有一定的反映，能充分发挥副环抗干扰功能；不过它对载热体流量或压力变化的干扰，反应滞缓。

温度分程控制方案

分程控制既可以使调节阀的可调范围扩大，也可以控制多个操纵变量，非常适用于反应器的温度控制。

如左图，在低负荷或正常情况下，可选用两只同向动作控制阀（一大阀一小阀），并通过小阀来控制反应温度；在大负荷或异常情况下，除小阀全开外，大阀也需要开启。右图，两只反向动作的控制阀分别控制两种不同的操纵变量，在化学中不少化学反应需要在反应开始前加热，使其尽快进入正常反应状态，而当反应进行过程中又需要不断放出并及时移走这些热量，那就必须进行冷却。因此，反应器需要用到冷、热两种载热体，以便在反应开始前关闭冷剂阀而打开热剂阀，给反应器加热；当反应开始时关闭热剂阀再打开冷剂阀进行冷却。

温度分段控制方案

为使可逆放热化学反应在反应过程中总体反应速度快，转化率高，就需要控制反应温度，使其按左图所示的最佳转化率温度轨线变化，采用逐级冷却的方法。例如反应物进入第一层进行绝热反应，反应温度与转化率就需沿床层轴线方向逐渐增加。当温度达到最佳转化率温度轨迹线后，则需要立即离开反应床层进行冷却，此时温度下降而转化率不变。再进第二床层进行反应，反应温度与转化率又需增加，待温度达到最佳轨迹线时，立即又离开反应床层进行冷却。如此循环操作，使反应沿最佳转化率-温度轨迹进行。

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入口温度控制方案

进入反应器的物料状态和冷却情况反应的结果保证是控制好入口温度。在进料组分变化不大、流量比较稳定的情况下，反应物料的入口温度就基本决定了反应的结果。入口温度被控制变量所构成的控制方案如下图所示。