《過程控制工程》教學(xué)PPT課件

《過程控制工程》教學(xué)PPT課件,過程控制工程,過程,控制工程,教學(xué),PPT,課件 過程控制工程過程控制工程華華 東東 理理 工工 大大 學(xué)學(xué)國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 主要內(nèi)容7.1 概述概述 7.2 化學(xué)反應(yīng)器的特性化學(xué)反應(yīng)器的特性 7.3 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制化學(xué)反應(yīng)器的基本控制 國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1 概述概述7.1.1 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)應(yīng)器的控制要求器的控制要求7.1.2 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)應(yīng)器的基本控制器的基本控制策略策略國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求化學(xué)反應(yīng)過程的特點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)過程的特點(diǎn)有化學(xué)和物理現(xiàn)象有化學(xué)和物理現(xiàn)象涉及能量、物料平衡，以及物料、動(dòng)量、熱量和物質(zhì)傳遞等涉及能量、物料平衡，以及物料、動(dòng)量、熱量和物質(zhì)傳遞等過程過程在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、物料流程、反應(yīng)機(jī)理和傳熱傳質(zhì)情況等方面在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、物料流程、反應(yīng)機(jī)理和傳熱傳質(zhì)情況等方面的差異，使反應(yīng)器控制的難易程度相差很大，控制方案也差的差異，使反應(yīng)器控制的難易程度相差很大，控制方案也差別很大。別很大。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求化學(xué)反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)器國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求化學(xué)反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)器國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 150萬噸連續(xù)重整裝置萬噸連續(xù)重整裝置國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 年產(chǎn)年產(chǎn)年產(chǎn)年產(chǎn)8080萬噸催化裂化裝置萬噸催化裂化裝置萬噸催化裂化裝置萬噸催化裂化裝置國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 250250萬噸延遲焦化裝置萬噸延遲焦化裝置萬噸延遲焦化裝置萬噸延遲焦化裝置國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 年產(chǎn)年產(chǎn)年產(chǎn)年產(chǎn)8080萬噸加氫裝置萬噸加氫裝置萬噸加氫裝置萬噸加氫裝置國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 聚合反應(yīng)釜聚合反應(yīng)釜聚合反應(yīng)釜聚合反應(yīng)釜國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 化學(xué)反應(yīng)器的類型化學(xué)反應(yīng)器的類型 按物料進(jìn)出狀況按物料進(jìn)出狀況：連續(xù)式、間歇式：連續(xù)式、間歇式v間歇式反應(yīng)器：用于批量小，反應(yīng)時(shí)間長，對(duì)間歇式反應(yīng)器：用于批量小，反應(yīng)時(shí)間長，對(duì)反應(yīng)溫度有一定秩序要求。這類反應(yīng)器有一部反應(yīng)溫度有一定秩序要求。這類反應(yīng)器有一部分聚合釜及生物化學(xué)反應(yīng)器，其控制多半為程分聚合釜及生物化學(xué)反應(yīng)器，其控制多半為程序控制系統(tǒng)。序控制系統(tǒng)。v連續(xù)式反應(yīng)器：原料不斷加入，產(chǎn)品不斷生成，連續(xù)式反應(yīng)器：原料不斷加入，產(chǎn)品不斷生成，產(chǎn)品無一批、一罐的概念。這時(shí)，往往要對(duì)反產(chǎn)品無一批、一罐的概念。這時(shí)，往往要對(duì)反應(yīng)過程中的一些關(guān)鍵參數(shù)如應(yīng)過程中的一些關(guān)鍵參數(shù)如T、成份、成份、P等進(jìn)行等進(jìn)行定值控制。定值控制。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 加熱或冷卻加熱或冷卻 反應(yīng)器反應(yīng)器 后處理后處理工序工序 產(chǎn)品產(chǎn)品 其他物料其他物料 進(jìn)料進(jìn)料 進(jìn)料進(jìn)料 反應(yīng)器反應(yīng)器 后處理后處理工序工序 產(chǎn)品產(chǎn)品 溶劑或其他溶劑或其他 未反應(yīng)物未反應(yīng)物 按物料流程按物料流程：單程、循環(huán)：單程、循環(huán)適用于適用于反應(yīng)的反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率和產(chǎn)率都較高都較高的場(chǎng)合的場(chǎng)合適用于反應(yīng)速度慢，一次轉(zhuǎn)適用于反應(yīng)速度慢，一次轉(zhuǎn)化很不完全化很不完全國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 按設(shè)備結(jié)構(gòu)：釜式、管式、塔式、固定床、流化床按設(shè)備結(jié)構(gòu)：釜式、管式、塔式、固定床、流化床 按傳熱情況：絕熱式、非絕熱式按傳熱情況：絕熱式、非絕熱式國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器的控制方案需考慮因素：設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器的控制方案需考慮因素：質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡約束條件約束條件質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)直接質(zhì)量指標(biāo)直接質(zhì)量指標(biāo):轉(zhuǎn)化率、出料濃度轉(zhuǎn)化率、出料濃度 如果轉(zhuǎn)化率不能直接測(cè)量，可選取與它相關(guān)的變量，經(jīng)運(yùn)算間接反如果轉(zhuǎn)化率不能直接測(cè)量，可選取與它相關(guān)的變量，經(jīng)運(yùn)算間接反映轉(zhuǎn)化率。映轉(zhuǎn)化率。間接質(zhì)量指標(biāo)：間接質(zhì)量指標(biāo)：溫度溫度、溫差等（聚合反應(yīng)）、溫差等（聚合反應(yīng)）轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率溫差溫差國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡保持保持進(jìn)入反入反應(yīng)器各種物料量的恒定，或物料的配器各種物料量的恒定，或物料的配比符合要求（比符合要求（流量定流量定值控制或比控制或比值控制控制）；）；物料循物料循環(huán)的反的反應(yīng)過程中，需保持混合物料的程中，需保持混合物料的濃度度和物料的平衡（和物料的平衡（合成氨生合成氨生產(chǎn)中惰性氣體自中惰性氣體自動(dòng)排放排放控制系控制系統(tǒng)）；）；反反應(yīng)過程有程有熱效效應(yīng)，為此，此，應(yīng)設(shè)置相置相應(yīng)的的熱量平量平衡控制系衡控制系統(tǒng)（及及時(shí)移移熱；初期加；初期加熱、后期移、后期移熱）。）。約束條件約束條件防止反防止反應(yīng)器的器的過程程變量量進(jìn)入危入危險(xiǎn)區(qū)或不正常工況。區(qū)或不正常工況。如：反如：反應(yīng)中催化中催化劑的活性，反的活性，反應(yīng)溫度、溫度、壓力，氣流速度等。力，氣流速度等。為此，此，應(yīng)設(shè)置相置相應(yīng)的的報(bào)警、警、聯(lián)鎖控制系控制系統(tǒng)。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)是最主要的控制目標(biāo)?；瘜W(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)是最主要的控制目標(biāo)。因因此，對(duì)反應(yīng)器的控制，此，對(duì)反應(yīng)器的控制，主要被控變量是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率主要被控變量是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的濃度等直接質(zhì)量指標(biāo)，當(dāng)直接質(zhì)量指或反應(yīng)生成物的濃度等直接質(zhì)量指標(biāo)，當(dāng)直接質(zhì)量指標(biāo)較難獲得時(shí)，可采用間接的質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)較難獲得時(shí)，可采用間接的質(zhì)量指標(biāo)，例如，溫度，例如，溫度或帶壓力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量或帶壓力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量可以采用進(jìn)料量、冷卻劑量或加熱劑量，也可采對(duì)進(jìn)可以采用進(jìn)料量、冷卻劑量或加熱劑量，也可采對(duì)進(jìn)料溫度等進(jìn)行控制。料溫度等進(jìn)行控制。另外，影響化學(xué)反應(yīng)的擾動(dòng)主要來自外部，因此，另外，影響化學(xué)反應(yīng)的擾動(dòng)主要來自外部，因此，控制反應(yīng)器外圍是也反應(yīng)器控制的基本控制策略控制反應(yīng)器外圍是也反應(yīng)器控制的基本控制策略。7.1.2 7.1.2 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.2 7.1.2 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略基本控制方法基本控制方法反反應(yīng)物流量控制物流量控制 反反應(yīng)物料的定物料的定值控制，控制生成物流量；?？刂?，控制生成物流量；保證物料平衡的物料平衡的同同時(shí)，間接保接保證能量平衡。能量平衡。反反應(yīng)轉(zhuǎn)化率化率較低，反低，反應(yīng)熱較小的小的絕熱反反應(yīng)器或反器或反應(yīng)溫度溫度較高，反高，反應(yīng)放放熱較大的反大的反應(yīng)器，采用器，采用這種控制策略有利于控制反種控制策略有利于控制反應(yīng)的平的平穩(wěn)進(jìn)行行。流量的比流量的比值控制控制u保保證多個(gè)反多個(gè)反應(yīng)物料之物料之間的配比恒定；的配比恒定；u有有時(shí)，需要根據(jù)反，需要根據(jù)反應(yīng)的的轉(zhuǎn)化率或溫度等指化率或溫度等指標(biāo)及及時(shí)調(diào)整相整相應(yīng)的比的比值；u可采用可采用單閉環(huán)、雙、雙閉環(huán)比比值控制，或者可采用控制，或者可采用變比比值控控制系制系統(tǒng)。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.1.2 7.1.2 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略基本控制方法基本控制方法反反應(yīng)器冷卻器冷卻劑量或加量或加熱劑量的控制：量的控制：控制放控制放熱反反應(yīng)器的冷卻器的冷卻劑量或吸量或吸熱反反應(yīng)器的加器的加熱劑量，保量，保證反反應(yīng)過程的程的熱量平衡。量平衡?？刹捎每刹捎脤?duì)冷卻冷卻劑量或加量或加熱劑量量進(jìn)行定行定值控制或?qū)⒎纯刂苹驅(qū)⒎磻?yīng)物量作物量作為前前饋信號(hào)信號(hào)組成前成前饋-反反饋控制系控制系統(tǒng)化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)器的器的質(zhì)量指量指標(biāo) 的控制的控制u直接直接質(zhì)量指量指標(biāo)的控制：的控制：轉(zhuǎn)化率或反化率或反應(yīng)生成物的生成物的濃度度u間接接質(zhì)量指量指標(biāo)，例如，溫度或，例如，溫度或帶壓力力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鞯臏囟鹊茸鳛殚g接接質(zhì)量指量指標(biāo)u操操縱變量可以采用量可以采用進(jìn)料量、冷卻料量、冷卻劑量或加量或加熱劑量，量，u操操縱變量亦可采用量亦可采用進(jìn)料溫度等料溫度等進(jìn)行外行外圍控制控制 國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2 7.2 化學(xué)反應(yīng)器的特性化學(xué)反應(yīng)器的特性7.2.1 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)速度速度7.2.2 化學(xué)平衡化學(xué)平衡7.2.3 轉(zhuǎn)化率化率7.2.4 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)器的器的熱穩(wěn)定性定性國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.1 7.2.1 化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度 某一某一組分分A A的化學(xué)反的化學(xué)反應(yīng)速度用速度用單位位時(shí)間內(nèi)，內(nèi)，單位容位容積某一某一組分分A A生成或反生成或反應(yīng)掉的摩掉的摩爾數(shù)表示。數(shù)表示。式中rA是組分A的反應(yīng)速度，mol/m3h；nA是組分A的摩爾數(shù)，mol；CA是組分A的摩爾濃度，mol/m3；V是反應(yīng)容積，m3。當(dāng)容積為定值時(shí)，有：當(dāng)容積為定值時(shí)，有：影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素主要有：影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素主要有：（1）反應(yīng)物濃度）反應(yīng)物濃度 （2）反應(yīng)溫度）反應(yīng)溫度（3）反應(yīng)壓力）反應(yīng)壓力 （4）反應(yīng)深度）反應(yīng)深度國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.1 7.2.1 化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素反反應(yīng)物物濃度的影響：度的影響：反反應(yīng)物物濃度越高，度越高，單位容位容積的摩的摩爾數(shù)越高，分子數(shù)越高，分子間的碰撞幾率越大，反的碰撞幾率越大，反應(yīng)速度越大。速度越大。反反應(yīng)溫度的影響溫度的影響 （僅討論一般化學(xué)反一般化學(xué)反應(yīng)的情況）的情況）u對(duì)于不可逆反于不可逆反應(yīng)，提高反，提高反應(yīng)溫度，反溫度，反應(yīng)速度常數(shù)增大，反速度常數(shù)增大，反應(yīng)速度也速度也加快。加快。u 對(duì)可逆反可逆反應(yīng)，因隨著溫度的升高，正逆反，因隨著溫度的升高，正逆反應(yīng)速度常數(shù)都增大。速度常數(shù)都增大。應(yīng)根根據(jù)反據(jù)反應(yīng)是放是放熱反反應(yīng)還是吸是吸熱反反應(yīng)確定確定總反反應(yīng)速度的速度的變化。化。反反應(yīng)壓力的影響力的影響u 對(duì)液相和固相反液相和固相反應(yīng)，壓力的力的變化化對(duì)反反應(yīng)速度沒有影響。速度沒有影響。u對(duì)于氣相反于氣相反應(yīng)，壓力升高力升高時(shí)，單位容位容積分子數(shù)增大，因此，分子數(shù)增大，因此，單位容位容積內(nèi)用內(nèi)用濃度表示的反度表示的反應(yīng)速度增大。速度增大。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素反反應(yīng)深度的影響：深度的影響：反反應(yīng)深度常用深度常用轉(zhuǎn)化率化率y表示。表示。對(duì)于不可逆反于不可逆反應(yīng)：A+B C，轉(zhuǎn)化率表示化率表示為：隨著化學(xué)反隨著化學(xué)反應(yīng)的的進(jìn)行，反行，反應(yīng)物物濃度不斷下降，正反度不斷下降，正反應(yīng)速度速度不斷下降，而生成物不斷下降，而生成物濃度不斷增加，逆反度不斷增加，逆反應(yīng)速度不斷增大。速度不斷增大。這表明，隨著反表明，隨著反應(yīng)深度的增加，反深度的增加，反應(yīng)速度速度總是下降的。是下降的。7.2.1 7.2.1 化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度是進(jìn)入反應(yīng)器物料是進(jìn)入反應(yīng)器物料A的組分摩爾數(shù)，的組分摩爾數(shù)，是反應(yīng)后物料是反應(yīng)后物料A的組分摩爾數(shù)的組分摩爾數(shù)國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.2 化學(xué)平衡什么是化學(xué)平衡？什么是化學(xué)平衡？在某一反在某一反應(yīng)溫度下，如果其反溫度下，如果其反應(yīng)的正逆反的正逆反應(yīng)速度相等速度相等時(shí)，則r=0，這時(shí)，化學(xué)反，化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀于平衡狀態(tài)，稱，稱為化學(xué)平衡化學(xué)平衡。化學(xué)平衡是化學(xué)反化學(xué)平衡是化學(xué)反應(yīng)過程中的一個(gè)極限狀程中的一個(gè)極限狀態(tài)，當(dāng)化學(xué)反，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)趨近化學(xué)平衡近化學(xué)平衡時(shí)，反，反應(yīng)速度接近零，因此，建立化學(xué)平衡速度接近零，因此，建立化學(xué)平衡需要很需要很長時(shí)間。影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素有反影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素有反應(yīng)溫度、溫度、壓力、反力、反應(yīng)物量和物量和生成物量，反生成物量，反應(yīng)是放是放熱或吸或吸熱反反應(yīng)等。等。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.2 化學(xué)平衡影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素 平衡移位原理：平衡移位原理：任何已達(dá)成平衡的體系，當(dāng)條件任何已達(dá)成平衡的體系，當(dāng)條件（例如，（例如，壓力、溫度、力、溫度、濃度等）度等）發(fā)生生變化化時(shí)，平衡，平衡朝自朝自發(fā)地削弱或消除地削弱或消除這些改些改變的方向移的方向移動(dòng)。反反應(yīng)溫度的影響：溫度的影響：放放熱反反應(yīng)，反，反應(yīng)溫度溫度,平衡平衡轉(zhuǎn)化率化率。吸吸熱反反應(yīng)，反，反應(yīng)溫度溫度，平衡平衡轉(zhuǎn)化率化率。反反應(yīng)溫度低，化學(xué)反溫度低，化學(xué)反應(yīng)速度也降低，因此，速度也降低，因此，應(yīng)權(quán)衡衡兩者的影響，兩者的影響，選擇合適的反合適的反應(yīng)溫度。溫度。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.2 化學(xué)平衡影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素 反反應(yīng)物量的影響：物量的影響：某一反某一反應(yīng)物量物量過量，化學(xué)平衡朝量，化學(xué)平衡朝自自發(fā)地削弱或消除地削弱或消除這些改些改變的方向移的方向移動(dòng)。生成物量的影響：生成物量的影響：除去生成物，能除去生成物，能夠使平衡朝自使平衡朝自發(fā)地削弱或消除地削弱或消除這些改些改變的方向移的方向移動(dòng)。反反應(yīng)壓力的影響：力的影響：反反應(yīng)后分子數(shù)減少的反后分子數(shù)減少的反應(yīng):壓力力,反反應(yīng)向生成物向生成物的方向移的方向移動(dòng);反反應(yīng)后分子數(shù)增加的反后分子數(shù)增加的反應(yīng):壓力力,反反應(yīng)向生成物向生成物的方向移的方向移動(dòng)。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.3 7.2.3 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率影響轉(zhuǎn)化率的因素影響轉(zhuǎn)化率的因素反反應(yīng)溫度相同條件下，停留溫度相同條件下，停留時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響：化率的影響：停留停留時(shí)間越越長，轉(zhuǎn)化率越高。化率越高。在相同的停留在相同的停留時(shí)間下，反下，反應(yīng)溫度溫度變化化對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響：化率的影響：u反反應(yīng)初期，反初期，反應(yīng)溫度低，溫度低，轉(zhuǎn)化率也化率也較低，低，變化小；化?。籾反反應(yīng)后期，反后期，反應(yīng)物已物已經(jīng)絕大部分反大部分反應(yīng)掉，掉，轉(zhuǎn)化率化率變化化較??；??；u反反應(yīng)中期，溫度的中期，溫度的變化化對(duì)反反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響最大?；实挠绊懽畲?。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.3 7.2.3 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率影響轉(zhuǎn)化率的因素影響轉(zhuǎn)化率的因素反反應(yīng)物物濃度、度、進(jìn)料料濃度：度：進(jìn)料量料量，反反應(yīng)掉的物料掉的物料，放出放出熱量量，反反應(yīng)溫度溫度，影響影響轉(zhuǎn)化率?；省７捶磻?yīng)物料之物料之間的配比：的配比：反反應(yīng)物料之物料之間的配比改的配比改變反反應(yīng)濃度度變化化反反應(yīng)速度速度變化化轉(zhuǎn)化率化率變化化冷卻或加冷卻或加熱劑量：量：冷卻和加冷卻和加熱劑量改量改變反反應(yīng)溫度溫度變化化轉(zhuǎn)化率化率變化化反反應(yīng)壓力力:反反應(yīng)壓力改力改變反反應(yīng)物物濃度度變化化轉(zhuǎn)化化率率變化化國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.47.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)吸吸熱反反應(yīng)：反反應(yīng)溫度溫度，反反應(yīng)速度速度，反，反應(yīng)溫度溫度。吸。吸熱反反應(yīng)過程具有自衡能力，具有開程具有自衡能力，具有開環(huán)穩(wěn)定性。定性。放放熱反反應(yīng)：反反應(yīng)溫度溫度，反反應(yīng)速度速度，放，放熱，反，反應(yīng)溫度溫度，造成正反，造成正反饋。如果不能及如果不能及時(shí)除除熱，反，反應(yīng)過程將不程將不穩(wěn)定，因此，定，因此，這類過程在開程在開環(huán)條件下是不條件下是不穩(wěn)定的。定的。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 放熱方程放熱方程反應(yīng)器中，單位時(shí)間內(nèi)放出熱量反應(yīng)器中，單位時(shí)間內(nèi)放出熱量QR：或或 C=C0（1-y）則轉(zhuǎn)化率為：則轉(zhuǎn)化率為：其中其中圖7-1 放熱線和除熱線方程Q左左式表明，放熱量式表明，放熱量QR與與進(jìn)料量進(jìn)料量F成正比，與轉(zhuǎn)化成正比，與轉(zhuǎn)化率率y成正比。成正比。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 在反應(yīng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)的放熱量較小；反應(yīng)過程中，反應(yīng)在反應(yīng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)的放熱量較??；反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度不斷升高，放熱量也不斷增加；反應(yīng)后期，轉(zhuǎn)化率下降，溫度不斷升高，放熱量也不斷增加；反應(yīng)后期，轉(zhuǎn)化率下降，放熱量也隨之下降。放熱量也隨之下降。圖7-1 放熱線和除熱線方程Q國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 除熱方程除熱方程 在在絕熱狀狀態(tài)下下進(jìn)行反行反應(yīng)時(shí)，系，系統(tǒng)的除的除熱量量Q0為：靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) 當(dāng)放當(dāng)放熱量等于除量等于除熱量量時(shí)，系，系統(tǒng)的的熱量平衡。量平衡。在在熱量與溫度的關(guān)系曲量與溫度的關(guān)系曲線上表上表現(xiàn)為放放熱線與除與除熱線的交點(diǎn)的交點(diǎn)處熱量達(dá)到平衡。量達(dá)到平衡。C點(diǎn)稱點(diǎn)稱為靜靜態(tài)工作點(diǎn)。工作點(diǎn)。7.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 圖7-1 放熱線和除熱線方程Q除熱量除熱量Q0與進(jìn)料量與進(jìn)料量F成正比，與反應(yīng)溫度成正比，與反應(yīng)溫度成正比。因此，除熱線是一條直線，直成正比。因此，除熱線是一條直線，直線的斜率為線的斜率為FCp，截距為，截距為-FCpi，它與，它與軸交點(diǎn)為軸交點(diǎn)為i。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 除熱線的影響除熱線的影響除除熱線1：溫度溫度，除，除熱量量放放熱量，工作點(diǎn)量，工作點(diǎn)C；溫度溫度，放，放熱量量除除熱量，反量，反應(yīng)溫度溫度，工作點(diǎn)，工作點(diǎn) C。C稱稱為熱穩(wěn)定的工作點(diǎn)。系定的工作點(diǎn)。系統(tǒng)在開在開環(huán)條件下條件下穩(wěn)定。定。除除熱線2：與放與放熱線有三個(gè)交點(diǎn)有三個(gè)交點(diǎn)C、D和和E。溫度溫度，則工作點(diǎn)工作點(diǎn)C處，放，放熱量量除除熱量，反量，反應(yīng)溫度溫度，工作點(diǎn)，工作點(diǎn) E。溫度溫度，除，除熱量量放放熱量，反量，反應(yīng)溫度溫度，工作點(diǎn)，工作點(diǎn) D。工作點(diǎn)工作點(diǎn)C是不是不穩(wěn)定的工作點(diǎn)，定的工作點(diǎn)，D和和E是是熱穩(wěn)定工作點(diǎn)。定工作點(diǎn)。除除熱線3：溫度溫度，放，放熱量量除除熱量，反量，反應(yīng)溫度溫度，工作點(diǎn)，工作點(diǎn)C是是熱不不穩(wěn)定的定的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)。除除熱線4：與放與放熱線沒有交點(diǎn)，因此，不存在靜沒有交點(diǎn)，因此，不存在靜態(tài)工作點(diǎn)。工作點(diǎn)。7.2.47.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 放熱線和除熱線方程放熱線和除熱線方程Q國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.47.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性放熱線的影響放熱線的影響放放熱線方程會(huì)隨著停留方程會(huì)隨著停留時(shí)間的增加而右移的增加而右移 .絕熱反反應(yīng)：停留停留時(shí)間不不變，入口溫度，入口溫度變化化時(shí):除除熱線斜率不斜率不變，截距，截距變化，除化，除熱線位置左右平移，只影響初始工作點(diǎn)，位置左右平移，只影響初始工作點(diǎn)，不影響系不影響系統(tǒng)的的熱穩(wěn)定性。但當(dāng)入口溫度定性。但當(dāng)入口溫度過低低時(shí)，幾乎不，幾乎不發(fā)生反生反應(yīng)。當(dāng)停留當(dāng)停留時(shí)間c變化，入口溫度化，入口溫度i不不變時(shí):表示表示進(jìn)料量料量變化，它不化，它不僅使放使放熱線位置位置發(fā)生移生移動(dòng)，而且使除，而且使除熱線的斜率和的斜率和截距截距發(fā)生生變化，因此，化，因此，對(duì)熱穩(wěn)定性有一定影響。定性有一定影響。結(jié)論：在：在絕熱狀狀態(tài)下下進(jìn)行的放行的放熱反反應(yīng)，調(diào)整整進(jìn)料量和料量和進(jìn)料溫度料溫度對(duì)系系統(tǒng)的的熱穩(wěn)定性影響不大；當(dāng)定性影響不大；當(dāng)進(jìn)料量料量變化化過大，或入口溫度大，或入口溫度過低低時(shí)，對(duì)系系統(tǒng)熱穩(wěn)定性有影響。定性有影響。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.2.47.2.4化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性放熱線的影響放熱線的影響非非絕熱反反應(yīng)非非絕熱反反應(yīng)時(shí)，需要用，需要用載熱體體進(jìn)行冷卻，行冷卻，則除除熱量方程成量方程成為：其中其中U是是傳熱系數(shù)；系數(shù)；A是是傳熱面面積；C是冷是冷劑溫度。溫度。在停留在停留時(shí)間不不變時(shí)，可以，可以調(diào)整整U和和A來改來改變除除熱線斜率，即斜率，即改改變轉(zhuǎn)化率。如果化率。如果UA越大，越大，則除除熱能力越能力越強(qiáng)，系，系統(tǒng)越容易越容易穩(wěn)定。定。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.3.1 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)器的基本方程器的基本方程1化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)速度公式速度公式化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)速度公式如速度公式如下下式所示：式所示：7.3 反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性式中，式中，rA是組分是組分A的反應(yīng)速度，的反應(yīng)速度，mol/m3h；nA是組分是組分A的摩爾數(shù)，的摩爾數(shù)，mol；CA是組分是組分A的摩爾濃度，的摩爾濃度，mol/m3；V是反應(yīng)器容積，是反應(yīng)器容積，m3 k為反應(yīng)速度常數(shù)；為反應(yīng)速度常數(shù)；R為氣體常數(shù)，為氣體常數(shù)，1.987kcal/kmol.k；E為活化能，表示使為活化能，表示使反應(yīng)物分子成為能進(jìn)行反應(yīng)的活化分子反應(yīng)物分子成為能進(jìn)行反應(yīng)的活化分子所需的平均能量，其值在所需的平均能量，其值在10000-50000kcal/kmol;為絕對(duì)溫度；為絕對(duì)溫度；k0頻率因頻率因子，單位同子，單位同k。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 2物料衡算物料衡算 對(duì)于一化學(xué)反于一化學(xué)反應(yīng)器，在器，在單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)進(jìn)入系入系統(tǒng)的的物料量減去流出反物料量減去流出反應(yīng)系系統(tǒng)的物料量，再加上（或減的物料量，再加上（或減去）由化學(xué)反去）由化學(xué)反應(yīng)生成（或消耗）的物料量，生成（或消耗）的物料量，應(yīng)該等等于于該系系統(tǒng)內(nèi)物料量的蓄藏量內(nèi)物料量的蓄藏量變化率?；?。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 物料衡算式通常按物料衡算式通常按組分列寫。以管式反分列寫。以管式反應(yīng)器器為例，例，在管式反在管式反應(yīng)器中，器中，濃度不但隨度不但隨時(shí)間而而變化，而且是化，而且是距離的函數(shù)，屬于分布參數(shù)情況。在列些距離的函數(shù)，屬于分布參數(shù)情況。在列些動(dòng)態(tài)方程方程時(shí)，距離上以微元，距離上以微元 為基準(zhǔn)，且假定在此微元內(nèi)各點(diǎn)基準(zhǔn)，且假定在此微元內(nèi)各點(diǎn)的的濃度相等。度相等。對(duì)于于組分分i來來說，單位位時(shí)間進(jìn)入微元的摩入微元的摩爾數(shù)數(shù)為 ，單位位時(shí)間離開微元的摩離開微元的摩爾數(shù)數(shù)為 ，如，如進(jìn)行一行一級(jí)反反應(yīng)，單位位時(shí)間內(nèi)消耗內(nèi)消耗組分分i的摩的摩爾數(shù)數(shù)為 ，在微元，在微元 內(nèi)內(nèi)組分分i的蓄藏量的的蓄藏量的變化率是化率是 。于是，得到物料衡算式：。于是，得到物料衡算式：國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 式中，式中，v 是流速，是流速，A是反是反應(yīng)應(yīng)器截面器截面積積，通常，通常為為恒恒值值，則則可得物料衡算式可得物料衡算式為為：國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 3.熱量衡算量衡算 化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)往往伴有往往伴有熱效效應(yīng)。由。由熱量平衡關(guān)系可知：量平衡關(guān)系可知：反反應(yīng)系系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)熱量蓄藏量量蓄藏量變化率等于化率等于單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)進(jìn)入入反反應(yīng)系系統(tǒng)物料物料帶入的入的熱量減去量減去單位位時(shí)間內(nèi)流出反內(nèi)流出反應(yīng)系系統(tǒng)物料物料帶走的走的熱量，再加上（或減去）量，再加上（或減去）單位位時(shí)間內(nèi)化學(xué)反內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的的熱效效應(yīng)（吸（吸熱反反應(yīng)為減去，放減去，放熱反反應(yīng)為加上）加上），再加上（或減去），再加上（或減去）單位位時(shí)間內(nèi)與外界內(nèi)與外界換熱量量（向外散（向外散熱為減去，外界向系減去，外界向系統(tǒng)供供熱為加上，加上，若是若是絕熱情況情況則為）。）。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 以以夾套管式反套管式反應(yīng)器器為例，仍取距離上微元例，仍取距離上微元dz為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)，熱量衡算式量衡算式為：式中，式中，v為為流速，流速，A 為為管道截面管道截面積積（=），），D為為管道直管道直徑，徑，為為密度，密度，Cp為為比比熱熱容，容，為為反反應(yīng)應(yīng)溫度，溫度，hr為為管壁管壁給給熱熱系數(shù)，系數(shù)，為為管壁溫度，管壁溫度，為為摩摩爾爾反反應(yīng)熱應(yīng)熱，k為為反反應(yīng)應(yīng)速度速度常數(shù)，常數(shù)，Ci 為為摩摩爾爾濃濃度。度。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.3.2 連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性假設(shè)反應(yīng)是一級(jí)不可逆放假設(shè)反應(yīng)是一級(jí)不可逆放熱反應(yīng)，熱反應(yīng)，進(jìn)料與出料的體積流量相進(jìn)料與出料的體積流量相同，密度均為同，密度均為 ，反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)溫度與濃度均勻，并器內(nèi)溫度與濃度均勻，并分別與出口溫度和濃度相分別與出口溫度和濃度相同。同。問題：求取操作變量問題：求取操作變量(F、Fc、Tf、Tci)對(duì)被控變量對(duì)被控變量(T、cA)的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性，并分析對(duì)象本身的穩(wěn)定性。的靜態(tài)動(dòng)態(tài)特性，并分析對(duì)象本身的穩(wěn)定性。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 基本基本動(dòng)態(tài)方程式動(dòng)態(tài)方程式1.化學(xué)反應(yīng)速度方程化學(xué)反應(yīng)速度方程2.組分組分A的物料平衡式的物料平衡式國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 基本基本動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）3.反應(yīng)器內(nèi)的熱量衡算式反應(yīng)器內(nèi)的熱量衡算式其中其中Q 為反應(yīng)器內(nèi)的熱量累積為反應(yīng)器內(nèi)的熱量累積,Q1 為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量，量，Q2 為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 基本基本動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）動(dòng)態(tài)方程式（續(xù)）4.夾套內(nèi)的熱量衡算式夾套內(nèi)的熱量衡算式其中其中Q 為夾套內(nèi)的熱量累積為夾套內(nèi)的熱量累積,Q1 為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量，為單位時(shí)間內(nèi)的輸入熱量，Q2 為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量為單位時(shí)間內(nèi)的輸出熱量;國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 反應(yīng)器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4 7.4 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制化學(xué)反應(yīng)器的基本控制7.4.1 出料成分的控制7.4.2 反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量7.4.3 pH控制7.4.4 化學(xué)反應(yīng)器的推斷控制7.4.5 穩(wěn)定外圍的控制7.4.6 開環(huán)不穩(wěn)定反應(yīng)器的控制7.4.7 典型化學(xué)反應(yīng)過程控制方案國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.1 出料成分的控制當(dāng)出料成分可直接檢測(cè)時(shí)，可采用出料成分作為被控變量組成控制系統(tǒng)。當(dāng)出料成分可直接檢測(cè)時(shí)，可采用出料成分作為被控變量組成控制系統(tǒng)。例例:合成氨生產(chǎn)過程中變換爐的控制合成氨生產(chǎn)過程中變換爐的控制 CO+H2O CO2+H2+QFYF2T水蒸汽水蒸汽F1TF1F1CAC去變換爐去變換爐AT半半水水煤煤氣氣來自變換爐出口氣來自變換爐出口氣CO控制要求為：控制要求為：變化爐出口一氧化變化爐出口一氧化碳含量碳含量CO3.5%。擾動(dòng)因素：擾動(dòng)因素：半水煤氣流量、溫度、半水煤氣流量、溫度、成分，水蒸汽壓力和溫度、冷激水成分，水蒸汽壓力和溫度、冷激水量和催化劑活性等。量和催化劑活性等。主要因素主要因素:半水煤氣和水蒸汽的半水煤氣和水蒸汽的配比。配比?？刂品桨冈O(shè)計(jì)控制方案設(shè)計(jì):以變換爐出口一氧化碳含量為主被控變量，水蒸汽以變換爐出口一氧化碳含量為主被控變量，水蒸汽和半水煤氣比值為串級(jí)副環(huán)的變比值控制系統(tǒng)。和半水煤氣比值為串級(jí)副環(huán)的變比值控制系統(tǒng)。其中，半水煤氣為主動(dòng)量，水蒸汽為從動(dòng)量。其中，半水煤氣為主動(dòng)量，水蒸汽為從動(dòng)量。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:進(jìn)料溫度控制：料溫度控制：物料物料經(jīng)預(yù)熱器（或冷卻器）器（或冷卻器）進(jìn)入反入反應(yīng)器。通器。通過改改變進(jìn)入入預(yù)熱器（或冷卻器）的器（或冷卻器）的熱劑量（或冷卻量），來改量（或冷卻量），來改變進(jìn)入反入反應(yīng)器的物料器的物料溫度，達(dá)到溫度，達(dá)到維持反持反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定的目的。器內(nèi)溫度恒定的目的。進(jìn)料溫度控制進(jìn)料溫度控制TT TC 熱劑或冷劑熱劑或冷劑國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:改改變傳熱量控制：量控制：大多數(shù)反大多數(shù)反應(yīng)器有器有傳熱面，用于引入或面，用于引入或移去反移去反應(yīng)熱，所以采用改，所以采用改變傳熱量的方法可量的方法可實(shí)現(xiàn)溫度控制。溫度控制。例如，例如，夾套反套反應(yīng)釜控制。釜控制。當(dāng)釜內(nèi)溫度改當(dāng)釜內(nèi)溫度改變時(shí)，可通，可通過改改變加加熱劑（或冷卻（或冷卻劑）流量來控制釜內(nèi)溫度。）流量來控制釜內(nèi)溫度。特點(diǎn)特點(diǎn):u結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，儀表投表投資少少;u但因反但因反應(yīng)釜容量大，溫度滯后釜容量大，溫度滯后嚴(yán)重，重，u進(jìn)行聚合反行聚合反應(yīng)時(shí)，釜內(nèi)物料粘度大，釜內(nèi)物料粘度大，熱傳遞差，差，難于使溫度控制達(dá)到于使溫度控制達(dá)到較高精確度。高精確度。熱劑或冷劑熱劑或冷劑改變傳熱量的控制改變傳熱量的控制TT TC 國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:串串級(jí)控制：控制：將反將反應(yīng)器的器的擾動(dòng)引入到串引入到串級(jí)控制系控制系統(tǒng)的副的副環(huán)，使，使擾動(dòng)得以迅速克服。例如，釜溫與得以迅速克服。例如，釜溫與熱劑（或冷（或冷劑）流量的串流量的串級(jí)控制控制,釜溫與釜溫與夾套溫度的串套溫度的串級(jí)控制控制 FT TT TC FC TC TT TC TT 熱劑或冷劑熱劑或冷劑熱劑或冷劑熱劑或冷劑(a)溫度和冷劑量串級(jí)溫度和冷劑量串級(jí)(b)溫溫度度與與夾夾套套溫溫度度串級(jí)串級(jí)國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:前前饋控制：控制：進(jìn)料流量料流量變化化較大大時(shí)引入。引入。控制控制規(guī)律律:前前饋控制器的控制控制器的控制規(guī)律是律是PD控制。控制。溫度控制器采用溫度控制器采用積分外反分外反饋防止防止積分分飽和和.前前饋控制器控制器輸出采用直流分量出采用直流分量濾波。波。FT TT TC PD回水回水冷水冷水蒸汽蒸汽進(jìn)料進(jìn)料PoPf國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:分程控制：分程控制：反反應(yīng)初期要加初期要加熱升溫，反升溫，反應(yīng)過程正常程正常運(yùn)行運(yùn)行時(shí)，要根據(jù)反，要根據(jù)反應(yīng)溫度，或加溫度，或加熱或除或除熱。例如，右。例如，右圖聚合反聚合反應(yīng)器就采用分程控制系器就采用分程控制系統(tǒng)，通，通過控制回水和控制回水和蒸汽量來蒸汽量來調(diào)節(jié)反反應(yīng)溫度。溫度。FT TT TC PD回水回水冷水冷水蒸汽蒸汽進(jìn)料進(jìn)料PoPf國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 分段控制：分段控制：某些化學(xué)反某些化學(xué)反應(yīng)器要求其反器要求其反應(yīng)沿最佳溫沿最佳溫度分布曲度分布曲線進(jìn)行。行。為此采用分段溫度控制，使每段溫此采用分段溫度控制，使每段溫度根據(jù)工度根據(jù)工藝控制的控制的設(shè)定要求定要求進(jìn)行控制。行控制。例如例如:(1)丙丙烯腈生生產(chǎn)過程程:丙丙烯進(jìn)行氨氧化的沸行氨氧化的沸騰床反床反應(yīng)器采器采用分段控制。用分段控制。(2)有些反有些反應(yīng)中，反中，反應(yīng)物存在溫度稍高會(huì)局部物存在溫度稍高會(huì)局部過熱，如果，如果反反應(yīng)是是強(qiáng)放放熱反反應(yīng)，不及，不及時(shí)移移熱或移或移熱不均勻會(huì)造成不均勻會(huì)造成分解或暴聚分解或暴聚時(shí)，也可采用分段溫度控制。，也可采用分段溫度控制。7.4.2反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案反應(yīng)溫度作為間接被控變量的控制方案:注意注意:采用反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量時(shí)，對(duì)質(zhì)量指標(biāo)來說，系統(tǒng)采用反應(yīng)過程的工藝參數(shù)作為間接被控變量時(shí)，對(duì)質(zhì)量指標(biāo)來說，系統(tǒng)是開環(huán)的，其間沒有反饋的聯(lián)系。因此，應(yīng)注意防止由于催化劑老化等因素造成是開環(huán)的，其間沒有反饋的聯(lián)系。因此，應(yīng)注意防止由于催化劑老化等因素造成被控變量控制是平穩(wěn)的，而產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)不合格的情況發(fā)生。被控變量控制是平穩(wěn)的，而產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)不合格的情況發(fā)生。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.3 pH值值控制控制pHpH值是反應(yīng)過程的質(zhì)量指標(biāo)值是反應(yīng)過程的質(zhì)量指標(biāo)控制控制難點(diǎn)：點(diǎn)：由于由于pH值與中和液之與中和液之間存在非存在非線性關(guān)系；性關(guān)系；pH值的的測(cè)量量環(huán)節(jié)具有具有時(shí)滯特性；滯特性；過程特性的程特性的時(shí)變性。性。中和過程滴定曲線中和過程滴定曲線國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.3 pH值值控制控制pHpH值是反應(yīng)過程的質(zhì)量指標(biāo)值是反應(yīng)過程的質(zhì)量指標(biāo)控制方案：控制方案：pH過程的特性不能通程的特性不能通過選擇控制控制閥的流量特性來的流量特性來補(bǔ)償。采采用非用非線性控制性控制規(guī)律律實(shí)現(xiàn)pH過程特性的程特性的補(bǔ)償，如三段式非，如三段式非線性控制器。性控制器。采用減小采用減小測(cè)量量環(huán)節(jié)時(shí)滯的一些措施，例如，采用外部的循滯的一些措施，例如，采用外部的循環(huán)泵將被將被測(cè)量液體量液體連續(xù)采出等。采出等。還可采用加大可采用加大時(shí)間常數(shù)的方法，常數(shù)的方法，緩和和pH的的變化。一般不采用化。一般不采用簡單控制系控制系統(tǒng)，可采用可采用時(shí)滯滯補(bǔ)償控制系控制系統(tǒng)。可采用分程控制方案可采用分程控制方案，其中，大，其中，大閥進(jìn)行粗行粗調(diào)，小，小閥進(jìn)行行細(xì)調(diào)。這種控制方案適用于種控制方案適用于pH變化范化范圍較大的大的場(chǎng)合。合。中和過程滴定曲線中和過程滴定曲線輸出0偏差三段非線性控制器三段非線性控制器國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.4 化學(xué)反應(yīng)器的推斷控制化學(xué)反應(yīng)器的推斷控制軟測(cè)量和推斷控制在反應(yīng)器控制中的應(yīng)用軟測(cè)量和推斷控制在反應(yīng)器控制中的應(yīng)用例：流化床干燥器濕含量的推斷控制例：流化床干燥器濕含量的推斷控制控制指控制指標(biāo)：物料出口濕含量：物料出口濕含量x式中，式中，xC是降速和恒速干燥的是降速和恒速干燥的臨界濕含量；界濕含量；G是空氣流量；是空氣流量；C是空氣比是空氣比熱容；容；Hv是水的潛是水的潛熱；是是傳質(zhì)系數(shù)；系數(shù)；A是固體是固體顆粒的表面粒的表面積。流化床干燥器濕含量推斷控制流化床干燥器濕含量推斷控制空氣空氣f(x)進(jìn)進(jìn)料料PdCTY產(chǎn)產(chǎn)品品T1C T2C 圖中，圖中，TY用于實(shí)現(xiàn)推斷控制運(yùn)算用于實(shí)現(xiàn)推斷控制運(yùn)算Tos=b+RTi國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.5 穩(wěn)定外圍的控制穩(wěn)定外圍的控制控制方案：控制方案：進(jìn)料量的配比：蒸汽料量的配比：蒸汽/油氣，油氣油氣，油氣/空氣空氣 熱量與量與負(fù)荷配比：油氣荷配比：油氣/燃料燃料 燃料燃料熱值：熱值的的變比比值控制控制 壓力控制：控制爐管內(nèi)物料的力控制：控制爐管內(nèi)物料的壓力，保力，保證反反應(yīng)器出口氣體流量的器出口氣體流量的穩(wěn)定。定。通過控制進(jìn)出反應(yīng)器的物料和熱量的平衡來控制反應(yīng)過程通過控制進(jìn)出反應(yīng)器的物料和熱量的平衡來控制反應(yīng)過程例例：以石腦油為原料的一段轉(zhuǎn)化爐的反應(yīng)過程的控制：以石腦油為原料的一段轉(zhuǎn)化爐的反應(yīng)過程的控制反應(yīng)方程：反應(yīng)方程：國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.6 開環(huán)不穩(wěn)定反應(yīng)器的控制放放熱系系統(tǒng)會(huì)造成會(huì)造成熱不不穩(wěn)定，其開定，其開環(huán)傳遞函數(shù)近似函數(shù)近似為：存在不存在不穩(wěn)定開定開環(huán)極點(diǎn)，極點(diǎn)，則組成的成的單回路控制系回路控制系統(tǒng)是條件是條件穩(wěn)定定系系統(tǒng)。三三階系系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的根的根軌跡，如右跡，如右圖 閉環(huán)系系統(tǒng)的的穩(wěn)定條件：定條件：國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.6 開環(huán)不穩(wěn)定反應(yīng)器的控制條件穩(wěn)定系統(tǒng)的閉環(huán)可控性條件穩(wěn)定系統(tǒng)的閉環(huán)可控性定義：定義：條件條件穩(wěn)定系定系統(tǒng)的的閉環(huán)可控性可控性為控制器增益控制器增益穩(wěn)定上限定上限KCmax與與穩(wěn)定下限定下限KCmin之比：之比：影響影響閉環(huán)可控性可控性R的因素是系的因素是系統(tǒng)正極點(diǎn)和正極點(diǎn)和負(fù)極點(diǎn)的相極點(diǎn)的相對(duì)位置：位置：不不穩(wěn)定的正極點(diǎn)相定的正極點(diǎn)相對(duì)于于負(fù)極點(diǎn)，離虛極點(diǎn)，離虛軸越近，越近，則R越大；越大；不不穩(wěn)定的正極點(diǎn)相定的正極點(diǎn)相對(duì)于于負(fù)極點(diǎn)，離虛極點(diǎn)，離虛軸越越遠(yuǎn)，則R越小；越??；根根軌跡的分裂點(diǎn)位于虛跡的分裂點(diǎn)位于虛軸或虛或虛軸右面，右面，則閉環(huán)系系統(tǒng)絕對(duì)不不穩(wěn)定；定；R越大，越大，閉環(huán)系系統(tǒng)越容易越容易穩(wěn)定，定，R越小，越小，閉環(huán)系系統(tǒng)越不容易越不容易穩(wěn)定，定，R=1表表示根示根軌跡分裂點(diǎn)位于虛跡分裂點(diǎn)位于虛軸。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.6 開環(huán)不穩(wěn)定反應(yīng)器的控制控制上需要注意的控制上需要注意的問題問題：為為減小系減小系統(tǒng)測(cè)統(tǒng)測(cè)量滯后和反量滯后和反應(yīng)應(yīng)器容器容積積增加造成的影響，可采用增加造成的影響，可采用PD控制；控制；u 當(dāng)增大微分當(dāng)增大微分時(shí)間時(shí)間Td時(shí)時(shí)，控制系，控制系統(tǒng)統(tǒng)的的閉環(huán)閉環(huán)可控性可控性R增大，但增大增大，但增大Td到到某一某一值值后，后，閉環(huán)閉環(huán)控制系控制系統(tǒng)統(tǒng)反而不反而不穩(wěn)穩(wěn)定；定；u因此，微分因此，微分時(shí)間時(shí)間有一個(gè)最有一個(gè)最優(yōu)值優(yōu)值，使，使閉環(huán)閉環(huán)可控性可控性R最大。最大。在反在反應(yīng)應(yīng)器控制系器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)應(yīng)注意放注意放熱熱反反應(yīng)應(yīng)的控制，尤其是的控制，尤其是強(qiáng)強(qiáng)放放熱熱反反應(yīng)應(yīng)的控制，的控制，應(yīng)應(yīng)考考慮該慮該系系統(tǒng)統(tǒng)的的熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性；定性；對(duì)對(duì)于開于開環(huán)環(huán)不不穩(wěn)穩(wěn)定的控制系定的控制系統(tǒng)統(tǒng)，可通，可通過組過組成成閉環(huán)閉環(huán)后使控制系后使控制系統(tǒng)穩(wěn)統(tǒng)穩(wěn)定。定。在控制器控制在控制器控制規(guī)規(guī)律律選擇時(shí)選擇時(shí)，可采用，可采用PD控制，并注意條件控制，并注意條件穩(wěn)穩(wěn)定性定性問問題題。有。有時(shí)時(shí)，增大控制作用，反而能使控制系，增大控制作用，反而能使控制系統(tǒng)穩(wěn)統(tǒng)穩(wěn)定。定。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 7.4.7 7.4.7 典型化學(xué)反應(yīng)過程控制方案典型化學(xué)反應(yīng)過程控制方案國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 聚合釜反應(yīng)溫度控制方案一聚合釜反應(yīng)溫度控制方案一國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 聚合釜反應(yīng)溫度控制方案二聚合釜反應(yīng)溫度控制方案二國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 聚合釜反應(yīng)溫度聚合釜反應(yīng)溫度-壓力串級(jí)控制壓力串級(jí)控制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 具有壓力補(bǔ)償?shù)木酆细獌?nèi)溫控制具有壓力補(bǔ)償?shù)木酆细獌?nèi)溫控制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 催化催化裂化裂化反應(yīng)反應(yīng)再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)的控的控制制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)控制任務(wù)反應(yīng)再生系統(tǒng)控制任務(wù)確保操作安全確保操作安全（1）維持催化持催化劑循循環(huán)的平的平穩(wěn)，防止催化，防止催化劑倒流；倒流；（2）維持生焦與持生焦與燒焦的平衡，防止炭堆焦的平衡，防止炭堆積；（3）保）保證再生器再生器燒焦溫度在允焦溫度在允許的范的范圍內(nèi)。內(nèi)。維持合適的反持合適的反應(yīng)深度深度主要影響因素：反主要影響因素：反應(yīng)溫度、反溫度、反應(yīng)壓力、反力、反應(yīng)時(shí)間、劑油比、再生催化油比、再生催化劑的活性與的活性與積炭、原料炭、原料組成與性成與性質(zhì)等。等。盡可能盡可能實(shí)現(xiàn)操作最操作最優(yōu)化化空氣消耗最小、空氣消耗最小、產(chǎn)品分布最品分布最優(yōu)、渣油、渣油摻煉比最大等。比最大等。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 反應(yīng)再生系統(tǒng)主要控制回路反應(yīng)再生系統(tǒng)主要控制回路確保操作安全確保操作安全兩器差兩器差壓控制、反控制、反應(yīng)器料位控制、反器料位控制、反應(yīng)溫度與溫度與單動(dòng)滑滑閥兩端差兩端差壓的的選擇控制；控制；維持合適的反持合適的反應(yīng)深度深度反反應(yīng)溫度與溫度與單動(dòng)滑滑閥兩端差兩端差壓的的選擇控制、分控制、分餾塔塔頂壓力控制、各力控制、各進(jìn)料的流量控制、主料的流量控制、主風(fēng)流量控制等。流量控制等。盡可能盡可能實(shí)現(xiàn)操作最操作最優(yōu)化化再生煙氣氧含量控制、渣油再生煙氣氧含量控制、渣油摻煉比卡比卡邊控制、反控制、反應(yīng)溫溫度與回度與回?zé)挶鹊谋鹊脑O(shè)定定值最最優(yōu)等。等。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 生化生化過程的控制過程的控制一、常用生化過程控制一、常用生化過程控制1.1.1.1.發(fā)酵罐溫度控制發(fā)酵罐溫度控制發(fā)酵罐溫度控制發(fā)酵罐溫度控制 一般發(fā)酵過程均為放熱過程，溫度多數(shù)要求控制在一般發(fā)酵過程均為放熱過程，溫度多數(shù)要求控制在30305050（0.50.5）。過程操縱變量為冷卻水量，一般）。過程操縱變量為冷卻水量，一般不需加熱（特別寒冷地區(qū)除外）。不需加熱（特別寒冷地區(qū)除外）。圖 發(fā)酵罐溫度控制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 2.2.2.2.通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制圖圖 發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓（或流通氣量）控制發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速、罐壓（或流通氣量）控制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 3.3.3.3.溶氧濃度控制溶氧濃度控制溶氧濃度控制溶氧濃度控制 在發(fā)酵過程中必須控制溶解氧濃度，使其在在發(fā)酵過程中必須控制溶解氧濃度，使其在發(fā)酵過程的不同階段都略高于臨界值，這樣既不發(fā)酵過程的不同階段都略高于臨界值，這樣既不影響菌體的正常代謝，又不致為維持過高的溶氧影響菌體的正常代謝，又不致為維持過高的溶氧水平而大量消耗動(dòng)力。水平而大量消耗動(dòng)力。培養(yǎng)液的溶解氧水平其實(shí)質(zhì)為供氧和需氧矛培養(yǎng)液的溶解氧水平其實(shí)質(zhì)為供氧和需氧矛盾的結(jié)果。盾的結(jié)果。國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 最常用的溶氧濃度控制方案：最常用的溶氧濃度控制方案：改變攪拌速率；改變攪拌速率；改變通氣速率。改變通氣速率。圖圖 改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧串級(jí)控制系統(tǒng)改變攪拌轉(zhuǎn)速的溶氧串級(jí)控制系統(tǒng)國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程控制工程（華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)）第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器的控制 4.4.4.4.pHpH值值值值控制控制控制控制 在發(fā)酵過程中為控制在發(fā)酵過程中為控制pH值而加入的酸堿性物料，值而加入的酸堿性物料，往往就是工藝要求所需的補(bǔ)料基質(zhì)，所以在往往就是工藝要求所需的補(bǔ)料基質(zhì)，所以在pH控制系控制系統(tǒng)中還須對(duì)所加酸堿物料進(jìn)行計(jì)量，以便進(jìn)行有關(guān)離線統(tǒng)中還須對(duì)所加酸堿物料進(jìn)行計(jì)量，以便進(jìn)行有關(guān)離線參數(shù)的計(jì)算。參數(shù)的計(jì)算。圖圖 連續(xù)流加連續(xù)流加pH控制控制圖圖 脈沖式流加脈沖式流加pH控制控制國家精品課程國家精品課程過程控制工程過程