李征

摘要：Chylla-Haase反應(yīng)器控制是一個經(jīng)典的控制工程問題。加熱階段和恒溫階段控制任務(wù)的不同，單體進(jìn)料和停料對反應(yīng)器溫度的影響，以及各種干擾影響，如變化的環(huán)境溫度、單體雜質(zhì)因子、器壁污垢系數(shù)等，具有非線性結(jié)構(gòu)和部分參數(shù)不確定特點，使反應(yīng)器的建模變得困難，本文旨在基于MATLAB對Chylla-Haase反應(yīng)器進(jìn)行建模。

關(guān)鍵詞：Chylla-Haase反應(yīng)器 建模 MATLAB 溫度

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0075-01

1 引言

由Chylla和Haase[1]描述的聚合反應(yīng)器是一個控制工程基準(zhǔn)問題。在反應(yīng)過程中的聚合物溶液粘度的變化會導(dǎo)致傳熱特性產(chǎn)生大的變化。清潔周期和環(huán)境條件的變化，如外部溫度和冷卻水溫度的變化，會導(dǎo)致反應(yīng)器壁結(jié)垢，導(dǎo)致不同批次的反應(yīng)條件大不相同[2，3]。另外，由于聚合反應(yīng)動力學(xué)方程比較復(fù)雜，聚合反應(yīng)是高度非線性的放熱反應(yīng)，需要保證生產(chǎn)過程的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。要在整個生產(chǎn)過程中保持溫度符合一定要求，特別是熱反應(yīng)器中的操作溫度。

2 Chylla-Haase反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型

由Chylla和Haase提出聚合反應(yīng)的動力學(xué)模型[4]，考慮了冷卻夾套和反應(yīng)器的物料平衡和能量平衡。方程（1）、（2）分別表示單體質(zhì)量mM（t）和聚合物質(zhì)量mP（t）的物料平衡關(guān)系，反應(yīng)器溫度T（t）的能量平衡由方程（3）給出，冷卻套和再循環(huán)回路出口和入口溫度能量平衡方程分別由（4）和（5）給出。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

閥位C<50%，進(jìn)入冷卻模式，注入入口溫度為Tinlet的冷水。閥位C>50%，切換到加熱模式，注入溫度為Tsteam的蒸汽進(jìn)行再循環(huán)。閥位c（t）影響加熱/冷卻函數(shù)Kp（c）。閥位特性如下：

（6）

3 仿真結(jié)果

下圖1給出了單體質(zhì)量、生成物質(zhì)量、反應(yīng)器溫度以及夾套溫度仿真結(jié)果，在30分鐘的時候，單體被注入反應(yīng)器中且此時其溫度為環(huán)境溫度，而反應(yīng)器的溫度為操作溫度355.382K，反應(yīng)器溫度受注入單體的影響將下降。所以，夾套溫度增加，以提高反應(yīng)器溫度。之后，反應(yīng)放熱引起的累積熱增加，為了補(bǔ)償這種影響，夾套溫度會逐步下降。在100分鐘的時候，單體進(jìn)料停止，聚合反應(yīng)結(jié)束，為了保持反應(yīng)器溫度在，熱蒸汽進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，加熱反應(yīng)器，反應(yīng)器溫度維持穩(wěn)定。

4 結(jié)語

Chylla-Haase反應(yīng)器為本文的主要應(yīng)用對象，具有非線性和部分參數(shù)不確定特點。聚合反應(yīng)器的建模需考慮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、操作條件、反應(yīng)機(jī)理及放熱特性。以及Chylla-Haase反應(yīng)器的加熱階段和恒溫階段控制任務(wù)不同，單體加料和停料對反應(yīng)器溫度的影響，和各種干擾影響。

參考文獻(xiàn)

[1]馬昕，劉艷，張貝克.間歇反應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].石油化工自動化，2007，6（46）：46-49.

[2]范順杰，徐用.聚丙烯反應(yīng)器的動態(tài)模擬[J].化工自動化及儀表，2000，27（5）：5-8.

[3]霍罡.間歇反應(yīng)過程仿真模型的研究[J].計算機(jī)仿真，2004，21（12）： 200-204.

[4]Vasanthi D，Pranavamoorthy B，Pappa N. Design of a self-tuning regulator for temperature control of a polymerization reactor[J].ISA Trans， 2012， 51： 22-29.