化工生產反應釜溫度綜合控制系統設計分析

安雪梅

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化工生產中選擇適配的反應釜不僅可以提升生產的效率，根據實際生產需要選擇合適的反應方式，提升反應物料的使用價值，還可以減少投資，提升熱交換能力和產品品質。因此，化工生產中對反應釜溫度的控制對最終產品的數量和質量均有著重要的影響[1]。其主要作用是在保障反應系統正常運行的前提下，通過對操作方式和條件的升級優化，增加產品數量，提升產品品質，即在反應過程中通過調整控制變量，控制反應釜中的溫度和濃度。

1 化工生產反應釜技術工藝分析

化工生產反應釜的技術工藝在實踐中不斷地創新和優化，對反應容器進行結構安排和參數設定，保障在反應過程中滿足加熱升溫、冷卻降溫及蒸發等綜合性功能，滿足不同的反應要求進行不同的設計，同時在操作過程中嚴格按照標準進行測試。

反應釜是一個物料的反應容器，反應釜的設計需要依據實際的生產標準要求和工程要求確定反應釜的結構和材料。隨著生產實踐條件的不斷成熟，反應釜由人工轉向自動化，從物料準備、投放和出料，在反應過程中實現高精確度預設條件步驟的操作，同時進行實時監控[2]。明晰反應釜的設計結構和特性，可以保障準確地控制操作，保證產品品質。

化工生產反應釜的技術工藝可從以下方面進行分析。首先，關于反應釜的結構。反應釜就是一個容器，其內部的裝置主要包括夾套、傳熱、攪拌、冷卻及軸封等裝置，在每一個裝置中都有相應的設備裝置。反應釜是反應器的一種結構形式，釜式反應器的連續生產可以進行單相、均相和多相的反應，在實際的化工生產中可以實現連續生產，在過程中通過攪拌保證物料的充分反應，從而提升物料使用效率，節省資金，降低成本。反應釜溫度控制綜合控制可通過加熱裝置和攪拌裝置完成，依據化工生產的實際生產要求設計所需的裝置形式，在加熱中通過蒸汽、熱油、盤管或電的方式進行加熱，用槳葉攪拌、盤管、夾套等方式冷卻。在加熱和冷卻的過程中進行釜內溫度控制，滿足產品生產的工藝要求。其次，關于反應釜操作特征。反應釜是化工生產中不可或缺的生產器械工具，一系列化學反應過程受到多個參數的影響，因此進行綜合溫度控制對掌控產品品質具有重要意義。與此同時，反應釜溫度控制還取決于工藝的熟練程度，在物料反應的不同階段需要進行適配的反應釜溫度。這就需要嚴格精確又多邊可控的供熱制度、反應釜結構和自動化控制系統進行綜合考慮和配合。

2 化工生產反應釜溫度綜合系統控制算法分析

化工生產反應釜溫度綜合系統控制需要對被控對象進行模型設計，將生產現場的參數進行調整，確定反應釜參數及外部影響因素，這就需要選擇算法簡便、可靠度高、易于實現的系統算法[3]。

化工生產反應釜溫度綜合系統控制算法主要有以下幾種。首先，傳統PID控制算法。這種算法在使用過程中使用方便，符合大多數化工工業的控制需求，其對于參數制定、結構優化，尤其當控制對象的具有微小變化或是不變時，在實現控制中非常簡便和靈活。

傳統PID控制系統如圖1所示。通過控制器作用于控制對象，在傳遞的過程中獲取信息，傳遞執行控制命令需要時間完成，即在實際的工業生產過程中，依據化工生產過程特征，充分考慮時間滯后傳遞，實現增益。

圖1 傳統PID控制系統

除了傳統的相對封閉的PID控制算法，還存在一種數字PID控制算法，如圖2所示。通過微分、積分和比例三種控制算法，實時由控制器控制產生的誤差，進而減少誤差。控制器控制作用的大小與比例、積分和微分的控制有著密切的關系，在傳遞過程中，通過三種控制作用誤差記憶對誤差進行處理，敏捷地判斷誤差的走向，加快系統的反應，提升系統控制的穩態。這兩種PID控制算法一種是線性的，一種是聯合的控制器。通過不同的傳遞路徑對誤差進行控制，通過線性組合和并聯組合組合控制量，實現輸出增益。這種控制普遍適用性高，操作原理易懂，便于控制實現，但是控制器對反應釜的結構和參數變化存在滯后的現象，影響產品質量。

圖2 數字PID控制算法

其次，模糊控制算法。模糊控制的算法是運用計算機通過對人腦思維的模擬實施智能控制，其對復雜和建立數學控制模型的控制對象可實施高效的控制。模糊控制通過模糊控制器，在實際的化工生產中，由技藝純熟的控制者依據操作經驗通過人工手動的形式對反應釜進行控制，在控制過程中的控制措施通常難以用準確的數學符號和語言來表示，其呈現的方式是模糊的形式。該控制算法的特點是避免在控制前構建高難度、準確復雜的數學模型，其主要是依據控制工作人員的經驗概念和經驗規格組成。通過人工控制由計算機進行模擬設計，對反應釜工作過程實行模糊控制。此外，模糊控制算法因在控制過程、輸入和輸出中模糊控制，在對反應釜控制中任意性較大，提升了反應釜的不穩定性，對最終反應釜溫度控制依賴最終的輸出結果評價其控制的優劣程度。

最后，模糊自適應PID控制算法。基于PID和模糊控制的反應釜溫度綜合控制可以看出，兩種算法都可以滿足多數的被控制反應器，在靜態和動態控制結果各有優缺點[4]。模糊自適應PID控制算法結合兩種算法，綜合其優點。模糊自適應是以模糊數學為理論依據，用模糊集表示控制操作的條件和規則，將其信息輸入計算機，通過計算機借助模糊推理對反應釜復雜參數實現智能調整。

3 化工生產反應釜溫度綜合控制系統設計及實現

化工生產反應釜溫度綜合控制系統在操作之前需要進行系統軟硬件、算法及監控的設計，對選擇反應釜溫度控制中不同的裝置以及算法，設計溫度控制過程的主程序和反應釜控制的單獨程序，選取與實際化工生產產出品質較高及反應器穩定性較高的算法，通過計算機進行仿真模擬，同時在控制過程中進行控制監控設計，保障產出品質。

反應釜溫度控制原理復雜，在化工生產過程中自身反應器具備的時滯以及非線性狀態，受外部影響因素較大，需要選擇智能化自動化的算法。反應釜在溫度控制過程中，實現最終產品的高品質，要滿足以下的要求，通過人工設定溫度控制值，所選擇的溫度控制系統可根據控制對象反應釜的實時溫度進行自動溫度調整，即具有自控溫度的功能[5]。此外，對于反應釜裝置中的器件，比如單片機、多片機、數字輸入、電路控制、電路接口等選擇通用的部件，在生產過程中發生意外狀況可及時更換，保障反應釜的正常運轉。同時，保障反應釜的穩定性和可靠性，為溫度控制過程提供設備支持。反應釜溫度控制系統中對于軟件配置中通過編程實現數據管理、編程管理和監控軟件的配置。此外，還需進行人機操作的設計和實現，選用合適的工控機操作系統，實現對化工生產反應現場的配置和監控。

4 結束語

化工生產反應釜溫度綜合控制系統在不斷的實踐生產中走向智能化和自動化，在生產中溫度控制的效果越來越好，成品產出的品質也逐漸提升。為適應現代生產的需要，還需不斷創新和應用反應釜的溫度控制算法，在反應釜反應的過程中提升溫度控制操作的準確度。