化工生产反应釜温度综合控制系统设计分析

2021-10-16安雪梅

化纤与纺织技术 2021年3期

安雪梅

山东久日化学科技有限公司，山东滨州 251900

化工生产中选择适配的反应釜不仅可以提升生产的效率，根据实际生产需要选择合适的反应方式，提升反应物料的使用价值，还可以减少投资，提升热交换能力和产品品质。因此，化工生产中对反应釜温度的控制对最终产品的数量和质量均有着重要的影响[1]。其主要作用是在保障反应系统正常运行的前提下，通过对操作方式和条件的升级优化，增加产品数量，提升产品品质，即在反应过程中通过调整控制变量，控制反应釜中的温度和浓度。

1 化工生产反应釜技术工艺分析

化工生产反应釜的技术工艺在实践中不断地创新和优化，对反应容器进行结构安排和参数设定，保障在反应过程中满足加热升温、冷却降温及蒸发等综合性功能，满足不同的反应要求进行不同的设计，同时在操作过程中严格按照标准进行测试。

反应釜是一个物料的反应容器，反应釜的设计需要依据实际的生产标准要求和工程要求确定反应釜的结构和材料。随着生产实践条件的不断成熟，反应釜由人工转向自动化，从物料准备、投放和出料，在反应过程中实现高精确度预设条件步骤的操作，同时进行实时监控[2]。明晰反应釜的设计结构和特性，可以保障准确地控制操作，保证产品品质。

化工生产反应釜的技术工艺可从以下方面进行分析。首先，关于反应釜的结构。反应釜就是一个容器，其内部的装置主要包括夹套、传热、搅拌、冷却及轴封等装置，在每一个装置中都有相应的设备装置。反应釜是反应器的一种结构形式，釜式反应器的连续生产可以进行单相、均相和多相的反应，在实际的化工生产中可以实现连续生产，在过程中通过搅拌保证物料的充分反应，从而提升物料使用效率，节省资金，降低成本。反应釜温度控制综合控制可通过加热装置和搅拌装置完成，依据化工生产的实际生产要求设计所需的装置形式，在加热中通过蒸汽、热油、盘管或电的方式进行加热，用桨叶搅拌、盘管、夹套等方式冷却。在加热和冷却的过程中进行釜内温度控制，满足产品生产的工艺要求。其次，关于反应釜操作特征。反应釜是化工生产中不可或缺的生产器械工具，一系列化学反应过程受到多个参数的影响，因此进行综合温度控制对掌控产品品质具有重要意义。与此同时，反应釜温度控制还取决于工艺的熟练程度，在物料反应的不同阶段需要进行适配的反应釜温度。这就需要严格精确又多边可控的供热制度、反应釜结构和自动化控制系统进行综合考虑和配合。

2 化工生产反应釜温度综合系统控制算法分析

化工生产反应釜温度综合系统控制需要对被控对象进行模型设计，将生产现场的参数进行调整，确定反应釜参数及外部影响因素，这就需要选择算法简便、可靠度高、易于实现的系统算法[3]。

化工生产反应釜温度综合系统控制算法主要有以下几种。首先，传统PID控制算法。这种算法在使用过程中使用方便，符合大多数化工工业的控制需求，其对于参数制定、结构优化，尤其当控制对象的具有微小变化或是不变时，在实现控制中非常简便和灵活。

传统PID控制系统如图1所示。通过控制器作用于控制对象，在传递的过程中获取信息，传递执行控制命令需要时间完成，即在实际的工业生产过程中，依据化工生产过程特征，充分考虑时间滞后传递，实现增益。

图1 传统PID控制系统

除了传统的相对封闭的PID控制算法，还存在一种数字PID控制算法，如图2所示。通过微分、积分和比例三种控制算法，实时由控制器控制产生的误差，进而减少误差。控制器控制作用的大小与比例、积分和微分的控制有着密切的关系，在传递过程中，通过三种控制作用误差记忆对误差进行处理，敏捷地判断误差的走向，加快系统的反应，提升系统控制的稳态。这两种PID控制算法一种是线性的，一种是联合的控制器。通过不同的传递路径对误差进行控制，通过线性组合和并联组合组合控制量，实现输出增益。这种控制普遍适用性高，操作原理易懂，便于控制实现，但是控制器对反应釜的结构和参数变化存在滞后的现象，影响产品质量。

图2 数字PID控制算法

其次，模糊控制算法。模糊控制的算法是运用计算机通过对人脑思维的模拟实施智能控制，其对复杂和建立数学控制模型的控制对象可实施高效的控制。模糊控制通过模糊控制器，在实际的化工生产中，由技艺纯熟的控制者依据操作经验通过人工手动的形式对反应釜进行控制，在控制过程中的控制措施通常难以用准确的数学符号和语言来表示，其呈现的方式是模糊的形式。该控制算法的特点是避免在控制前构建高难度、准确复杂的数学模型，其主要是依据控制工作人员的经验概念和经验规格组成。通过人工控制由计算机进行模拟设计，对反应釜工作过程实行模糊控制。此外，模糊控制算法因在控制过程、输入和输出中模糊控制，在对反应釜控制中任意性较大，提升了反应釜的不稳定性，对最终反应釜温度控制依赖最终的输出结果评价其控制的优劣程度。

最后，模糊自适应PID控制算法。基于PID和模糊控制的反应釜温度综合控制可以看出，两种算法都可以满足多数的被控制反应器，在静态和动态控制结果各有优缺点[4]。模糊自适应PID控制算法结合两种算法，综合其优点。模糊自适应是以模糊数学为理论依据，用模糊集表示控制操作的条件和规则，将其信息输入计算机，通过计算机借助模糊推理对反应釜复杂参数实现智能调整。

3 化工生产反应釜温度综合控制系统设计及实现

化工生产反应釜温度综合控制系统在操作之前需要进行系统软硬件、算法及监控的设计，对选择反应釜温度控制中不同的装置以及算法，设计温度控制过程的主程序和反应釜控制的单独程序，选取与实际化工生产产出品质较高及反应器稳定性较高的算法，通过计算机进行仿真模拟，同时在控制过程中进行控制监控设计，保障产出品质。

反应釜温度控制原理复杂，在化工生产过程中自身反应器具备的时滞以及非线性状态，受外部影响因素较大，需要选择智能化自动化的算法。反应釜在温度控制过程中，实现最终产品的高品质，要满足以下的要求，通过人工设定温度控制值，所选择的温度控制系统可根据控制对象反应釜的实时温度进行自动温度调整，即具有自控温度的功能[5]。此外，对于反应釜装置中的器件，比如单片机、多片机、数字输入、电路控制、电路接口等选择通用的部件，在生产过程中发生意外状况可及时更换，保障反应釜的正常运转。同时，保障反应釜的稳定性和可靠性，为温度控制过程提供设备支持。反应釜温度控制系统中对于软件配置中通过编程实现数据管理、编程管理和监控软件的配置。此外，还需进行人机操作的设计和实现，选用合适的工控机操作系统，实现对化工生产反应现场的配置和监控。