一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于前馈‑反应机理模型的反应器温度自动控制方法，通过热量累积速率方程，计算出反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率；然后经过换算得到一个前馈值，将反应器温度信号输送至反应器温度控制器，反应器温度控制器将反应器温度信号的值与反应器温度控制器的温度设定值的偏差进行计算，得到反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值；将反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与前馈值加和，对反应器换热介质的流量或温度进行调节。该方法控制响应快、可克服反应器温度控制过程存在的滞后问题和非线性问题、减少反应器温度控制的超调量，有利于提高反应器温度控制系统的稳定性和反应器温度的控制精度。

An Automatic Control Method of Reactor Temperature Based on Feedforward-Reaction Mechanism Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法
本专利技术涉及一种化工领域的反应器温度自动控制方法，特别是一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法。
技术介绍
化工过程是流程工业的重要组成部分，是国家基础经济的重要支柱。化工产品的生产主要包括化工原料的精制、反应和分离三大部分。化工原料的反应是其中最为核心的部分，往往决定着生产的产品质量和成本。化学反应一般需要保持在特定的温度范围内以保持最佳的产品转化率、收率和质量，同时化学反应温度也决定着生产过程的安全性。所以保持化工反应器温度稳定、精确控制一直是众多研究、生产人员所关注的重点。目前，许多国内的专利技术专利都对化工反应器的温度控制方法进行了探究，如中国专利CN106115893A设计了一种超临界水氧化反应器温度控制方法及控制系统，对进入反应器的原料和氧化剂的热值进行计算，并使用选择器调节原料的热值或者氧化剂的流量从而达到控制反应器温度的目的。中国专利CN100475331C提供一种能改善控制系统稳定性和扰动抑制、提高反应器的温度控制系统的敏感度特性的温度控制方法,该方法通过反应器的温度设定值和实际值计算出反应器夹套的温度，在经过夹套入口和出口的温度换算得出夹套冷却水的流量调节阀们的开度。中国专利CN104190331A提出通过所测量的反应温度来控制被容许绕过反应器的冷却系统的过热冷却盘管的过热蒸汽的流速，进而实现氨氧化反应器内部的反应温度的控制。上述专利虽然可以实现反应器的温度自动控制，但都只关注了反应器和换热物流的一些表面参数，如进料热值、进料流量、冷却剂的流量、夹套温度、加热蒸汽流速等，对化学反应本身却没有关注，而化学反应本身才是热量变化的根源。这些调节都是基于检测到的反应器温度来进行调节，存在温度响应滞后和温度响应过程非线性，导致反应器温度控制无法达到真正意义上的精确、快速、平稳。因此基于前馈-反应机理模型的釜式反应器温度精准自动控制方法的开发具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法，引入反应器热量累积速率作为前馈值，与反应器换热介质的流量或温度参数共同起到调节反应器温度的作用，使反应器换热介质调节装置提前动作，快速响应，提前克服反应器温度变化的干扰，克服温度控制存在的滞后问题。本专利技术提供一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法，包括以下步骤：(1)将反应物进料流量信号、反应物进料温度信号、反应器的温度信号、反应器中反应物的浓度信号输送至反应热热量计算模块；(2)通过热量累积速率方程，计算出反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率；(3)根据控制要求，将步骤(2)中计算的反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率经过换算得到一个前馈值，将该前馈值输送至反应器温度控制器；(4)将反应器温度信号输送至反应器温度控制器，反应器温度控制器将反应器温度信号的值与反应器温度控制器的温度设定值的偏差按照一定的计算算法进行计算，计算得到反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值；(5)将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值送至反应器换热介质调节装置上，并将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值加和，作为反应器换热介质的流量或温度参数的实际调节值对反应器换热介质的流量或温度进行调节。上述步骤中所述的反应物进料流量信号、反应物进料温度信号、反应器的温度信号、反应器中反应物的浓度信号均由相应的检测和信号变送装置获得；其中，反应器中反应物的浓度信号也可由反应器内反应物液位或质量间接计算获得。所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率可以根据不同的反应类型选择不同的计算方式。所述的反应器热量累积速率计算模块的计算考虑反应物进料流量、反应物进料温度、反应器温度、反应器中反应物的浓度、反应动力学参数以及其他影响反应热的参数，计算方法包括反应动力学、热量衡算和其他反应器热量累积速率计算相关的方法。优选的，所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率的计算方法如下：反应器内发生反应(反应物A与反应物B进行反应生成生成物C)的反应方程式为：aA+bB→cC(1)其中，A、B为反应物，a、b分别为反应物A、B的化学计量数，C为生成物，c为生成物C的化学计量数。反应器内所发生反应的反应动力学方程为：r＝kcAmcBn(2)其中，r表示反应速率，k为反应速率常数，cA、cB分别为反应器中反应物A、反应物B的浓度，m、n分别为反应物A、反应物B的反应级数。则在反应器内热量累积速率为：Qi＝FACmA(TA-Tr)+FBCmB(TB-Tr)+kcAmcBnQr(3)其中Qi为反应器内热量积累速率，FA、FB分别为反应物A、B的质量流率，也可以采用摩尔流率计算，但需要进行单位换算，CmA、CmB分别为反应物A、B的比热容，TA、TB、Tr分别为反应物A、反应物B和反应器温度，Qr为反应器内所发生反应的反应热。反应器内热量累积速率变化率为：其中，ΔQi为反应器内热量累积速率变化率，Qi1为前一时刻反应器内热量累积速率，Qi2为当前时刻反应器内热量累积速率，Δt为前一时刻与当前时刻的时间间隔(Δt取值范围为1s-1h)。反应器内热量累积速率和反应器内热量累积速率变化率计算方法适用于涉及多种反应物、多种生成物的反应，也适用于可逆反应。优选的，所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率的计算方法如下：反应器内发生可逆反应,正反应为反应物D与反应物E、反应物F进行反应生成生成物G、生成物H；逆反应为反应物G与反应物H进行反应生成生成物D、生成物E、生成物F,的可逆反应方程式为：其中，D、E、F为反应物，d、e、f分别为反应物D、E、F的化学计量数，G、H为生成物，g、H为生成物G和H的化学计量数。反应器内所发生反应的反应动力学方程为：r＝k1cDOcEPcFQ-k2cGXcHY(5)其中，r表示反应速率，k1、k2分别为正、逆反应速率常数，cD、cE、cF、cG、cH分别为反应器中反应物D、反应物E、反应物F、生成物G、生成物H的浓度，O、P、Q、X、Y分别为反应物D、反应物E、反应物F、生成物G、生成物H的反应级数。则在反应器内热量累积速率为：Qi＝FDCmD(TD-Tr)+FECmE(TE-Tr)+FFCmF(TF-Tr)+(k1cDOcEPcFQ-k2cGXcHY)Qr(6)其中Qi为反应器内热量积累速率，FD、FE、FF分别为反应物D、E、F的质量流率(也可以采用摩尔流率，但需要进行单位换算)，CmD、CmE、CmF分别为反应物D、E、F的比热容，TD、TE、TF、Tr分别为反应物D、反应物E、反应物F和反应器温度，Qr为反应器内所发生反应的反应热。反应器内热量累积速率变化率为：其中，ΔQi为反应器内热量累积速率变化率，Qi1为前一时刻反应器内热量累积速率，Qi2为当前时刻反应器内热量累积速率，Δt为前一时刻与当前时刻的时间间隔,Δt取值范围为1s-1h。优选的，根据控制要求，将所述步骤(3)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于前馈‑反应机理模型的反应器温度自动控制方法，包括以下步骤：(1)将反应物进料流量信号、反应物进料温度信号、反应器温度信号、反应器中反应物的浓度信号输送至反应热热量计算模块；(2)通过热量累积速率方程，计算出反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率；(3)根据控制要求，将步骤(2)中计算的反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率经过换算得到一个前馈值，将该前馈值输送至反应器温度控制器；(4)将反应器温度信号输送至反应器温度控制器，反应器温度控制器将反应器温度信号的值与反应器温度控制器的温度设定值的偏差按照一定的计算算法进行计算，计算得到反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值；(5)将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值送至反应器换热介质调节装置上，并将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值加和，作为反应器换热介质的流量或温度参数的实际调节值对反应器换热介质的流量或温度进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于前馈-反应机理模型的反应器温度自动控制方法，包括以下步骤：(1)将反应物进料流量信号、反应物进料温度信号、反应器温度信号、反应器中反应物的浓度信号输送至反应热热量计算模块；(2)通过热量累积速率方程，计算出反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率；(3)根据控制要求，将步骤(2)中计算的反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率经过换算得到一个前馈值，将该前馈值输送至反应器温度控制器；(4)将反应器温度信号输送至反应器温度控制器，反应器温度控制器将反应器温度信号的值与反应器温度控制器的温度设定值的偏差按照一定的计算算法进行计算，计算得到反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值；(5)将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值送至反应器换热介质调节装置上，并将步骤(4)中计算得到的反应器换热介质的流量或温度参数的预调节值与步骤(3)中的前馈值加和，作为反应器换热介质的流量或温度参数的实际调节值对反应器换热介质的流量或温度进行调节。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率的计算方法如下：反应器内发生反应的反应方程式为：aA+bB→cC(1)反应物A与反应物B进行反应生成生成物C，其中，A、B为反应物，a、b分别为反应物A、B的化学计量数，C为生成物，c为生成物C的化学计量数；反应器内所发生反应的反应动力学方程为：r＝kcAmcBn(2)其中，r表示反应速率，k为反应速率常数，cA、cB分别为反应器中反应物A、反应物B的浓度，m、n分别为反应物A、反应物B的反应级数；则在反应器内热量累积速率为：Qi＝FACmA(TA-Tr)+FBCmB(TB-Tr)+kcAmcBnQr(3)其中Qi为反应器内热量积累速率，FA、FB分别为反应物A、B的质量流率，CmA、CmB分别为反应物A、B的比热容，TA、TB、Tr分别为反应物A、反应物B和反应器温度，Qr为反应器内所发生反应的反应热；反应器内热量累积速率变化率为：其中，ΔQi为反应器内热量累积速率变化率，Qi1为前一时刻反应器内热量累积速率，Qi2为当前时刻反应器内热量累积速率，Δt为前一时刻与当前时刻的时间间隔,Δt取值范围为1s-1h。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应器内热量累积速率或反应器内热量累积速率变化率的计算方法如下：反应器内发生可逆反应，正反应为反应物D与反应物E、反应物F进行反应生成生成物G、生成物H；逆反应为反应物G与反应物H进行反应生成生成物D、生成物E、生成物F,可逆反应方程式为：其中，D、E、F为反应物，d、e、f分别为反应物D、E、F的化学计量数...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢大鹏，田宇，王远辉，郑梁，王浩，董玉玺，刘刚，朱敏燕，张宏科，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37