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间歇式反应釜热传递模型建立及预热过程优化

贾慧锋  
【摘要】: 间歇过程是化工生产中一种典型工艺过程,通常应用于生产批量小、反应时间长,或者在反应的不同阶段中对反应温度有各种严格要求的场合。由于其具有时变、非线性、反应机理复杂等特点,一直是过程控制领域的研究热点。目前实际应用的间歇过程控制系统大都是采用一些相当简单的控制策略。面对剧烈的市场竞争以及提高产品质量和国家节能减排的要求,对控制系统提出了越来越高的要求。釜式反应器是化工生产过程的核心设备,在聚合反应工艺操作过程中,反应釜的预热过程是聚合反应的前提,釜内温度能否达到物料反应温度的工艺要求直接影响着生产效率和产品质量。所以建立反应器热量传递模型并对预热过程进行优化对于实现聚合反应过程的先进控制具有重要的理论和实际意义。 本文根据辽宁省工业装备先进控制系统重点实验室50L间歇式反应釜的装置特性以及聚合反应过程的工艺要求,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夹套导热油和反应釜的热量传递关系,采用分布式建模方法建立了釜内温度变化与热电阻加热功率、加热时间的动态关系模型;通过实验获得了相关数据,并采用Levenberg-Marquard算法确定了模型参数;再利用实验数据和理论分析验证了模型的有效性。最后在此模型的基础上,根据工业生产中聚合反应的工艺要求,建立了以节能和提高产品质量为目标的间歇式反应釜预热过程优化模型,并采用惩罚函数法中的乘子法对优化问题求解,通过实验对优化结果进行了验证。实验结果表明:所提出的间歇式反应釜预热过程优化方案能够为达到聚合反应过程的节能和提高产品质量的综合优化目标奠定了重要基础。


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