连续搅拌釜式反应器课程设计
连续搅拌釜式反应器课程设计
摘要在工业过程中，温度是最常见的控制参数之一，反应器温度控制是典型的温度控制系统。
对温度的控制效果将影响生产的效率和产品的质量，如果控制不当，将损害工艺设备，甚至对人身安全造成威胁。
因此反应器温度的控制至关重要。
连续搅拌釜式反应器是化学生产的关键设备，是一个具有大时滞、非线性和时变特性、扰动变化激烈且幅值大的复杂控制对象。
结合控制要求，通过分析工艺流程，本论文设计了串级PID分程控制方案。
方案选定后，进行了硬件和软件的选择。
硬件上选用西门子公司的S7-200 PLC，并用相应的STEP7软件编程。
利用Matlab 7.0对系统进行了仿真。
关键词：温度反应器串级PID 西门子S7-200PLCAbstractIn the industrial process, temperature is one of the most common control parameters, reactor temperature control system is a typical temperature control system. The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality, if it is not controlled properly, process equipment will be damaged, even personal safety will be threatened. Thus the reactor temperature control is essential.Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production, it is a complicated control object with a large time delay, nonlinearity,time-varying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements, in this paper I design the cascade PID control scheme after a careful analysis of the production process.The hardware and software selection are done following the selection of control scheme. As to hardware, the S7-200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for programming.Matlab7.0 work for the simulation.Keywords：temperature cascade PID Siemens S7-200 PLC毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器，则上述状况不复存在。
因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dtdn dV r F F A vA A AO =---⎰)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为VF F r A AO A -=-)( （3） 式中；AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，13--⋅⋅s mmol ；由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
理想混合连续搅拌釜式反应器(CSTR)
理想混合状态
物料在反应器内达到完全混合，不存在浓度和温度 的梯度分布。
反应器内各点的物料性质（如浓度、温度等）完全 相同，且随时间保持不变。
在理想混合状态下，反应器的性能达到最优，反应 效率和产物质量得到保证。
03
CSTR反应器的数学模型
物料平衡方程
进入反应器的物料流量与离开 反应器的物料流量相等，即输 入等于输出。
用于连续加入反应物和排出产物，实现连续化生产 。
工作流程
01
02
03
04
物料进入
反应物通过进料口连续加入反 应器内。
充分混合
在搅拌装置的作用下，物料在 反应器内充分混合，达到浓度 和温度的均匀分布。
反应进行
在适宜的反应条件下，物料在 反应器内进行化学反应。
产物排出
反应完成后，产物通过出料口 连续排出反应器。
100%
平均停留时间
表示物料在反应器内的平均停留 时间，影响反应器的生产能力和 产品质量。
80%
停留时间分布曲线
通过实验测定，可直观反映反应 器内物料的停留时间分布情况。
转化率与选择性
转化率
表示原料在反应器内转化为产 品的程度，是衡量反应器性能 的重要指标。
选择性
表示在给定转化率下，生成目 标产物的能力，反映反应器的 选择性能。
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缺点与挑战
能耗较高
连续搅拌过程需要消耗大量能量，导致CSTR反应器的能耗相对较 高。
设备复杂度高
CSTR反应器结构复杂，涉及搅拌、传热、传质等多个过程，设备 设计、制造和维护难度较大。
放大效应
在将实验室规模的CSTR反应器放大至工业生产规模时，可能会遇到 放大效应问题，影响反应器的性能和产物质量。
搅拌釜式反应器课程设计
搅拌釜式反应器课程设计任务书一、设计内容安排1. 釜式反应器旳构造设计包括：设备构造、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。
2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核3. 筒体和裙座水压试验应力校核4. 编写设计计算书一份5. 绘制装配图一张（电子版）二、设计条件三、设计规定1.学生要按照任务书规定，独立完毕塔设备旳机械设计；2.根据设计计算书、图纸及平时体现综合评分。
四、设计阐明书旳内容1.符号阐明2.序言（1）设计条件；（2）设计根据；（3）设备构造形式概述。
3.材料选择（1）选择材料旳原则；（2）确定各零、部件旳材质；（3）确定焊接材料。
4.绘制构造草图（1）按照工艺规定，绘制工艺构造草图；（2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部重要零部件旳轴向及环向位置，以单线图表达；（3）标注形位尺寸。
5.原则化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据构造草图统一编制表格。
内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标识，用途）。
补强计算。
（2）人孔选择：PN,DN,标识或代号。
补强计算。
（3）其他原则件选择。
6.结束语：对自己所做旳设计进行小结与评价，经验与收获。
7.重要参照资料。
【设计规定】：1.计算单位一律采用国际单位；2.计算过程及阐明应清晰；3.所有原则件均要写明标识或代号；4.设计计算书目录要有序号、内容、页码；5.设计计算书中与装配图中旳数据一致。
假如装配图中有修改，在阐明书中要注明变更；6.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，正文用小四号宋体，行间距1.25倍，横向装订成册。
目录0.搅拌釜式反应器设计条件 ............................................................................. 错误!未定义书签。
1.确定筒体旳直径和高度 ................................................................................. 错误!未定义书签。
连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计
连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计河南⼯业⼤学开放实验室实验项⽬设计报告连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计学校：河南⼯业⼤学学院：机电⼯程学院专业：机械设计制造及其⾃动化姓名：冷会昌学号：20074050602⽬录1 前⾔ (2)2 ⼯艺过程简介 (2)2、1 过程变量说明 (3)2、2 操作变量说明 (3)3 反应过程特性 (3)4 实验内容 (5)5 反应过程开车及正常运⾏ (6)6 开车步骤顺序控制 (7)7 思考题 (8)8 ⼼得体会 (9)连续搅拌釜式反应器（CTRS）控制系统设计1、前⾔本连续反应过程是⼯业常见的典型的带搅拌的釜式反应器（CSTR）系统，同时⼜是⾼分⼦聚合反应。
本实验是当前全实物实验根本⽆法进⾏的复杂、⾼危险性实验，⼜是⾮常重要的基础反应动⼒学实验和反应系统控制实验内容。
此外，全实物实验还⾯临物料消耗、能量消耗、反应产物的处理、废⽓废液的处理和环境污染问题，以上各项问题⽐间歇反应更严重，因为连续反应的处理量⼤⼤超过间歇过程。
现有的连续反应实验系统实际上都是⽔位及流量系统，根本没有反应现象。
在本连续反应实验系统上除了进⾏常规控制系统实验外，还可以进⾏模糊控制、优化控制、深层知识专家系统（例如SDG法）故障诊断等⾼级控制实验。
2、⼯艺过程简介连续反应实验系统以液态丙烯为单体、以液态已烷为溶剂，在催化剂与活化剂的作⽤下，在反应温度70 1.0℃下进⾏悬浮聚合反应，得到聚丙烯产品。
在⼯业⽣产中为了提⾼产量，常⽤两釜或多釜串联流程。
由于在每⼀个反应釜中的动态过程内容相似，为了提⾼实验效率、节省实验时间，特将多釜反应器简化为单反应器连续操作系统。
丙烯聚合反应是在⼰烷溶剂中进⾏的，采⽤了⾼效、⾼定向性催化剂。
⼰烷溶剂是反应⽣成物聚丙烯的载体，不参与反应，反应⽣成的聚丙烯不溶于单体丙烯和溶剂，反应器内的物料为淤浆状，故称此反应为溶剂淤浆法聚合。
见图1-1所⽰，连续反应实验系统包括：带搅拌器的釜式反应器。
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定一、 实验目的(1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。
(4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。
(5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。
二、 实验原理 （1）停留时间分布当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。
停留时间分布和流动模型密切相关。
流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。
对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。
对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。
（2）停留时间分布密度函数E (t )停留时间分布密度函数E (t )的定义：当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即()=dNE t dt N(1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。
由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。
根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：()1∞=⎰E t dt （2）不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。
根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。
平推流 全混流 非理想流动图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图（3）停留时间分布密度函数E (t )的测定停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
搅拌锅式反应器课程设计书
搅拌锅式反应器课程设计书1. 引言本课程设计旨在提供对搅拌锅式反应器的深入了解，并帮助学生掌握其设计和操作技术。
该文档将介绍课程的目标、内容、教学方法和评估方式。
2. 课程目标- 了解搅拌锅式反应器的基本原理和工艺流程。
- 掌握搅拌锅式反应器的设计和选型方法。
- 研究搅拌锅式反应器的操作技术和安全措施。
- 能够分析和解决搅拌锅式反应器中的常见问题。
3. 课程内容本课程将涵盖以下重要内容：- 搅拌锅式反应器的工作原理和分类。
- 反应器的热力学分析和传热传质计算。
- 反应器的设计和选型原则。
- 搅拌设备的选择和设计。
- 搅拌锅式反应器的操作技术和工艺控制。
- 安全措施和事故处理。
4. 教学方法为了达到课程目标，我们将采用多种教学方法：- 课堂讲授：讲解搅拌锅式反应器的基本知识和原理。
- 实验操作：进行搅拌锅式反应器的实际操作，体验设计和调试的过程。
- 讨论和案例分析：通过讨论实际案例和问题，增强学生对搅拌锅式反应器的理解和应用能力。
- 小组项目：组织学生参与小组项目，设计和搭建搅拌锅式反应器，并进行实际测试和评估。
5. 评估方式为了评估学生对搅拌锅式反应器的掌握程度，我们将采用以下评估方式：- 课堂测试：测试学生对课堂讲授内容的理解和掌握程度。
- 实验报告：评估学生在实验操作中的设计能力和数据处理能力。
- 小组项目评估：评估学生参与小组项目的贡献和实际操作能力。
- 期末考试：综合评估学生对整个课程内容的整体掌握程度。
6. 结论通过本课程设计，学生将能够全面了解搅拌锅式反应器的原理、设计和操作技术，并具备解决常见问题的能力。
祝愿学生在学习中取得良好的成绩！。
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摘要在工业过程中，温度是最常见的控制参数之一，反应器温度控制是典型的温度控制系统。
对温度的控制效果将影响生产的效率和产品的质量，如果控制不当，将损害工艺设备，甚至对人身安全造成威胁。
因此反应器温度的控制至关重要。
连续搅拌釜式反应器是化学生产的关键设备，是一个具有大时滞、非线性和时变特性、扰动变化激烈且幅值大的复杂控制对象。
结合控制要求，通过分析工艺流程，本论文设计了串级PID分程控制方案。
方案选定后，进行了硬件和软件的选择。
硬件上选用西门子公司的S7-200 PLC，并用相应的STEP7软件编程。
利用Matlab 7.0对系统进行了仿真。
关键词：温度反应器串级PID 西门子S7-200PLCAbstractIn the industrial process, temperature is one of the most common control parameters, reactor temperature control system is a typical temperature control system. The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality, if it is not controlled properly, process equipment will be damaged, even personal safety will be threatened. Thus the reactor temperature control is essential.Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production, it is a complicated control object with a large time delay, nonlinearity,time-varying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements, in this paper I design the cascade PID control scheme after a careful analysis of the production process.The hardware and software selection are done following the selection of control scheme. As to hardware, the S7-200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for programming.Matlab7.0 work for the simulation.Keywords：temperature cascade PID Siemens S7-200 PLC毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：目录第1章概述............................................................................................................ - 1 -1.1 课题研究背景及意义....................................................................................... - 1 -1.1.1反应器概述................................................................................................... - 1 -1.1.2 温度控制概述.............................................................................................. - 1 -1.2 本设计的主要工作........................................................................................... - 2 -第2章控制方案选择.................................................................................................. - 3 -2.1 工艺流程概述................................................................................................... - 3 -2.2 工艺过程分析................................................................................................... - 4 -2.3 控制方案设计................................................................................................... - 4 -2.4 PID分程控制方案 ........................................................................................... - 5 -2.4.1 PID控制原理 ............................................................................................... - 5 -2.4.2 数字PID控制算法 ..................................................................................... - 7 -2.4.3 数字PID控制器参数整定 ......................................................................... - 9 -2.4.4 分程控制系统原理.................................................................................... - 11 -2.5 串级控制方案................................................................................................. - 12 -2.5.1 串级控制系统原理.................................................................................... - 12 -2.5.2 串级控制系统特点.................................................................................... - 13 -2.5.3 串级控制方案综述.................................................................................... - 15 -2.6 串级PID分程控制方案的实施 .................................................................... - 15 -2.6.1 串级PID分程控制方案控制流程图 ....................................................... - 15 -2.6.2 串级PID分程控制方案系统结构框图 ................................................... - 16 -2.6.3 控制过程分析............................................................................................ - 17 -第3章硬件设备选型.............................................................................................. - 18 -3.1 PLC选型 ........................................................................................................ - 18 -3.1.1 I/O选择 ...................................................................................................... - 18 -3.1.2 PLC型号选择 ............................................................................................ - 19 -3.1.3 结构选择.................................................................................................... - 20 -3.1.4 模拟量扩展模块选择................................................................................ - 21 -3.2 调节阀选型..................................................................................................... - 21 -3.2.1 调节阀类型确定........................................................................................ - 22 -3.2.2 调节阀流量特性选择................................................................................ - 22 -3.2.3 调节阀口径选择........................................................................................ - 25 -3.2.4 作用方式选择............................................................................................ - 25 -3.2.5 调节阀型号选择........................................................................................ - 26 -3.3 阀门定位器选型............................................................................................. - 27 -3.4 检测变送器选型............................................................................................. - 28 -3.4.1 温度传感器选型........................................................................................ - 29 -3.4.2 温度变送器选型........................................................................................ - 30 -3.4.3 压力传感器选型........................................................................................ - 31 -3.4.4 压力变送器选型........................................................................................ - 31 -3.4.5 报警装置选型............................................................................................ - 32 -3.5 系统硬件连接................................................................................................. - 33 -第4章系统软件设计.............................................................................................. - 36 -4.1 控制流程图设计............................................................................................. - 36 -4.1.1 主程序流程图设计.................................................................................... - 36 -4.1.2 保温子程序流程图设计............................................................................ - 39 -4.1.3 报警子程序流程图设计............................................................................ - 40 -4.2 控制梯形图设计............................................................................................. - 41 -第5章监控界面设计.............................................................................................. - 43 -5.1 系统仿真设计................................................................................................. - 43 -总结.......................................................................................................................... - 46 -致谢.......................................................................................................................... - 47 -参考文献...................................................................................................................... - 48 -附录1：搅拌釜微机控制系统的原理图................................................................... - 49 -附录2：搅拌釜微机控制系统梯形图程序............................................................... - 50 -第1章概述1.1 课题研究背景及意义1.1.1 反应器概述反应器，是任何化学品生产过程中的关键设备，主要给化学反应的介质提供场所，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。