连续生产化学反应器的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种对连续生产化学反应器控制的方法及系统，其特点是利用化学反应过程中分子键断开和重组时吸收或放出热量的这一反映反应深度的特征，对连续生产的化学反应器，通过反应过程中可测变量和本发明专利技术提供的观测器，实时给出表征反应深度的宏观反应热，以及与反应深度相关的生产指标数据，并以宏观反应热和观测所得的生产指标为主要被控变量，实现反应深度、生产指标和其它变量的多变量控制或优化的控制方法，全面改进了对反应器的控制，在各种干扰或变量发生变化的情况下，使反应器运行更平稳，目的产品产率得到提高，产品合格率得到保证，优质品率得到提高。

Control system for continuous production of chemical reactors

The invention relates to a method and system for continuous production is controlled by chemical reaction, its characteristic is to absorb or release heat by chemical reaction process in molecular bond breaking and restructuring when the depth of the response characteristics of chemical reactor for continuous production, through the reaction process of the invention and measurable variables the observer, the macro reaction heat is given to characterize the reaction depth in real time, and the depth of the reaction production index data, and the production index of macro reaction heat and observed as the main controlled variable control method of multivariable control or optimization of the reaction depth, production index and other variables, improve the control of the reaction the change in various disturbance variables, the reactor run more smoothly, to improve product yield, product qualification rate To ensure that the quality of goods rate has been improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对连续生产化学反应器的反应深度和生产指标进行实时观测并进行自动控制的方法及系统。
技术介绍
在连续生产的化学反应器中，通常以反应温度为主要被控变量，通过控制器自动维持反应温度为给定值，以维持反应深度和相应的生产指标一定，达到生产要求。除反应温度外，有不少其它影响反应深度的变量，如催化剂活性，催化剂流量与温度，反应压力，原料(反应物)流量与温度，原料组成或性质，其它进入反应器的各种物流的温度、浓度与流量，等等。这些变量中有不少是不能实测得到的，反应深度也不能实时测量得到，在这些变量变化后如何衡量反应深度也没有一定的方法。反应温度有实测信息，又与反应深度有密切关系，便于用于控制，是目前广泛采用反应温度控制的原因。但当这些变量变化时，维持反应温度为一定值的化学反应器的控制方法，可使反应温度只有暂时变化或不变，但反应深度将发生变化，反应器将偏离期望的优化运行状态。另一方面，不同化学反应器对反应产物有不同的生产要求，生产要求由各种不同生产指标来衡量，如反应物的转化率、目标产品产率、反应产物组成或选择性、反应产物物理化学性质等等。为适应市场需求，生产指标常常会有改变，如石油加工过程中的催化裂化反应器、催化重整反应器、加氢反应器等，对反应产物中各种产品产率和规格常有不同要求。对聚合反应，反应产物的物理性质，如熔融指数、分子量分布等，决定了产品的牌号，是要达到的生产指标，同一个聚合反应器常常要生产各种不同牌号或不同物理化学性质的产品。像反应深度一样，许多生产指标不能实测，要通过采样和化验分析才能得到。从生产装置上采样开始，到得到分析化验结果，往往要一个小时以上，相应的采样与化验分析的时间间隔常常在2-4小时以上。这样大的时间滞后，给控制这些生产指标带来了困难。生产指标不仅与反应深度有关，还与加到反应器中的各种调整剂或注剂的流量有关。当生产指标偏离目标值或不满意时，调整手段主要是反应温度给定值和/或调整剂的加入量。由于反应深度未得到平稳控制，又不能实时得到相关变量的数值，反应温度的调整量和调整剂的加入量难于准确，大多是根据经验确定调整量，直到下次采样化验后才能大致判断调整是否合适。常常在取得化验分析值之后，生产过程已经有了变化，使生产指标的控制既不及时也不准确，造成损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用化学反应过程中分子键的断开和重组需要吸收或放出热量的这一反映反应深度的特征，对连续生产的化学反应器，通过反应过程中实测变量，实时获得表征反应深度的宏观反应热，以及与反应深度相关的生产指标数据，并以宏观反应热和生产指标为主要被控变量，实现反应深度、生产指标和其它变量的多变量控制或优化的控制。本专利技术所述连续生产化学反应器控制方法和系统由被控制的化学反应器，已有的化学反应器生产过程检测仪表和常规控制系统，(新增的)宏观反应热观测器、生产指标观测器和多变量控制器，互相连接形成的闭环系统。1.宏观反应热观测器化学反应是使反应物分子键断开和重组，形成新的反应产物的过程。分子键断开和重组需要吸收或放出热量，因而，任何化学反应过程都伴随着热效应，或表现为吸热反应，或表现为放热反应。对于连续生产的化学反应过程，本专利技术定义的宏观反应热(Macro Reaction Heat，简称Hr)是折算到单位质量反应物在反应时所需或放出的热量。化学反应动力学给出，压力不很高时，反应所需或放出的热量为Qr=λRa=λke-ERTC1β1C2β2]]>(千焦/小时)或(KJ/h)其中λ通常称为(化学)反应热；Ra反应速率； E活化能；T反应温度；R气体常数；C1，C2反应物的浓度；β1，β2反应物的阶次；k频率因子，是其它影响反应深度的各变量的函数。本专利技术定义的宏观反应热用下式表示Hr=QrG0=λ·RaG0(kJ/kg)---]]>其中G0是进入反应器的反应物的重量流量。Hr的变化，综合反映了影响反应速率的各种变量，代表了反应深度的变化，用Hr衡量化学反应深度，是本专利技术的基本特点。本专利技术由实测的反应过程变量，经宏观反应热观测器，实时确定宏观反应热，像实测仪表一样，随时给出宏观反应热的数值。宏观反应热观测器按以下方法和相应的单元，在反应过程检测和控制用仪表或计算机系统上实现(1)实测反应过程变量处理单元其功能是取得确定Hr的实测过程变量；本单元从已有的反应过程仪表检测系统，随时取得反应生产过程变量，对实测过程变量进行滤波处理以去掉噪声，统一实测变量的量程和量纲，调整零点，检测实测过程变量是否有故障后，给出过程变量正常或故障信息。(2)纯滞后时间单元由反应过程有关设备和流体输送管线的尺寸，实测的物料流量，实时确定各变量间互相影响的纯滞后时间；并利用实测的相关变量的变化趋势记录，核对这些纯滞后时间，在反应器控制用仪表或计算机中存储相关实测变量的实时变化数据，存储长度大于最大的纯滞后时间。(3)不可实测流量与焓值实时确定单元实时确定不可实测的流量、反应产物的组成与焓值；对不可测的有关物流流量，利用反应过程中有关设备中实测的料位高度和压力，和实测流出(入)设备的各组成流量Gout(Gin)，按下式确定流入(出)设备的流量 CmXkm(t)-Xkm(t-θ)θ=Gin(t)-Gout(t)---]]>其中Gin，Gout分别为流入和流出设备的流量；t为当前时刻；θ为刷新周期；Xkm(t)，Xkm(t-θ)分别为当前时刻和前一刷新周期时刻经滤波处理后的设备中料位或压力的数值；Ckm为取决于设备尺寸的容量系数。若Gin(Gout)可实测，则由式可实时计算得到Gout(Gin)。必要时，对计算所得结果再进行滤波处理。反应产物组成可由流出反应器的各反应产物的流量计算得到。若其中某组分流量无实测信息，可由反应器下游的设备，按式计算得到所需流量数据。物料的焓是温度和组成的函数。进入反应器的原料和反应产物均可具有多种组分，其焓值是组成和温度的函数。通常每个组成物的焓值与温度的关系是已知的，对具有多种组成的反应物或反应产物，其平均焓值按下式计算Hm=(T)=Σk=1NrHk(T)GkrΣk=1NrGkr---]]>其中Nr为反应产物的组分数；Gkr为第k个组成的流量；Hm(T)，Hk(T)分别为温度T下的反应物或反应产物焓值和第k个组分的焓值。常常有反应物或反应产物的某个组成的流量不可实测，可利用式实时确定其流量，进而确定平均焓值。(4)反应物热量确定单元实时确定反应物带入反应器的热量在反应器中有化学反应的物料称为反应物或反应原料。反应物带入反应器的热量是Qr(t)=Σi=1NrinGirin(t){Hir-Hmr}---]]>其中Nrin为进入反应器的反应物的数量；Girin为进入反应器的第i个反应物的流量；Hir(Tiin)为第i个反应物在其温度Tpiin下的焓值；τiin为第i个反应物入口温度测点的滞后时间。(5)非反应物热量确定单元实时确定非反应物带入或带出反应器的热量非反应物指进入反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续生产化学反应器的控制方法，其特征在于：利用化学反应过程中分子键断开和重组时吸收或放出热量的这一反映反应深度的特征，对连续生产的化学反应器，通过反应过程中可测变量和本专利技术提供的观测器，实时给出表征反应深度的宏观反应热，以及与反应深度相关的生产指标数据，并以宏观反应热和观测所得的生产指标为主要被控变量，实现反应深度、生产指标和其它变量的多变量控制或优化的控制方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁璞，陈玲聪，金学兰，
申请(专利权)人：袁璞，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]